DOI: 10.17586/2226-1494-2015-15-3-378-386


УДК535.51:666.192

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ЭЛЛИПСОМЕТРИИ В ОПТИКЕ НЕОДНОРОДНЫХ СРЕД

Горляк А. Н., Храмцовский И. А., Солонуха В. М.


Читать статью полностью 
Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования: Горляк А.Н., Храмцовский И.А., Солонуха В.М. Применение метода эллипсометрии в оптике неоднородных сред // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Т. 15. № 3. С. 378–386.

Аннотация
На основе обобщения теории отражения поляризованного света в приближении Борна от границы раздела неоднородных сред усовершенствованы физико-математические методы моделирования и измерений поляризационно-оптических характеристик отражающей системы «неоднородный поверхностный слой – неоднородная среда». Дано теоретическое и экспериментальное обоснование одновременного применения методов многоугловой и сканирующей эллипсометрии для элементов градиентной оптики при наличии неоднородного слоя на поверхности оптической детали. Измерение основных эллипсометрических параметров – азимута линейной восстановленной поляризации Ψ и разности фаз Δ между взаимно ортогональными p- и s-компонентами отраженного поляризованного светового пучка – осуществлялось на двухканальной установке, где в первом канале используется схема измерений поляризационных параметров Ψ и Δ по методу компенсационной (нулевой) эллипсометрии; во втором канале – по фотометрической схеме измерений параметров Ψ и Δ с применением метода Фурье-детектирования выходного сигнала. Такое разделение каналов позволяет измерять поляризационные параметры отраженного светового пучка раздельно и тем самым повысить
точность эллипсометрических измерений по отношению к исследуемой физической величине объекта измерений. На основе измерений поляризационных параметров Ψ и Δ при угле падения светового пучка φ=45° в рамках метода сканирующей эллипсометрии и модели геометрически плоской границы раздела однородных сред были рассчитаны значения показателя преломления n(r) и показателя поглощения k(r) по «аксиальному значению» градана. Полученные результаты указали на некорректность модели геометрически плоской границы раздела сред для поляризационных измерений распределения показателей преломления n(r) и поглощения k(r) в элементах градиентной оптотехники. Для отражающей системы «неоднородный поверхностный слой – неоднородная среда» изменение показателя преломления n(r) по «аксиальному сечению» элемента r пропорционально разности фаз Δ(r) между двумя взаимно ортогональными компонентами отраженного светового пучка. При этом азимут линейной восстановленной поляризации Ψ(r) по сечению градиентного оптического элемента изменяется незначительно. На основе уравнения эллипсометрии, полученного в рамках теории отражения поляризованного света Борна, приведены основные соотношения для расчета показателя преломления nс и толщины dс поверхностного слоя в каждой локальной точке r градана. Полученные результаты экспериментальных исследований позволяют дать количественную оценку качества обработки поверхности элементов оптотехники. Разработанные эллипсометрические методики рекомендованы в технологическом производстве оптических узлов с элементами градиентной и волоконной оптики.

Ключевые слова: эллипсометрия, градиентный элемент, поверхностный слой, показатель преломления, толщина слоя.

Список литературы
1. Васильева В.И., Петровский Г.Т., Черных В.Д., Ягмуров В.Х. Гибкие регулярные элементы для эндоскопии // Оптический журнал. 1994. Т. 61. № 12. С. 55–57.
2. Архипова Л.Н., Ивашевский С.Н., Карапетян Г.О. и др. Градиентная оптика для медицинских эндоскопов // Оптический журнал. 1994. Т. 61. № 12. С. 51–54.
3. Ильин В.Г., Меланьина Т.М., Ремизов Н.В. Оценка распределения показателя преломления при измерении угловой пространственной частоты передачи изображения в граданах // Оптика и спектроскопия. 1984. Т. 57. № 5. С. 933–936.
4. Ильин В.Г., Ремизов Н.В. Интерференционный метод измерения распределения показателя преломления в передающих изображение градана // Письма в ЖТФ. 1984. Т. 10. № 2. С. 105–110.
5. Ильин В.Г., Карапетян Г.О., Полянский М.Н. Измерение локальных значений показателя преломления неоднородных сред // Журнал прикладной спектроскопии. 1978. Т. 28. № 1. С. 160–163.
6. Демидов И.В., Лисицын Ю.В., Михайлов Ю.В., Храмцовский И.А. Определение пространственной частоты передачи изображений градиентными оптическими элементами методами эллипсометрии // Сборник тезисов V Международной конференции "Прикладная оптика-2002". СПб., 2002. Т. 1. С. 156.
7. Землянский В.С., Горляк А.Н., Степанчук А.А., Храмцовский И.А. Эллипсометрический метод технологического контроля элементов лазерной техники и градиентной оптики // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. 2007. № 9 (43). С. 81–87.
8. Ильин В.Г., Карапетян Г.О., Ремизов Н.В. Стекла для градиентной оптики // Сборник тезисов VII Всесоюзного симпозиума "Оптические и спектральные свойства стекол". Л., 1989. С. 234–235.
9. Стеклообразное состояние / Под ред. Е.А. Порай-Кошица. Л.: Наука, 1988. 170 с.
10. Серков М.М., Кондратьев Ю.Н. Градиентные среды на основе кварцоидов // Физика и химия стекла. 1984. Т. 10. № 1. С. 160–163.
11. Пшеницын В.И., Абаев М.И., Лызлов Н.Ю. Эллипсометрия в физико-химических исследованиях. Л.: Химия, 1986. 152 с.
12. Храмцовский И.А., Пшеницын В.И., Каданер Г.И., Кислов А.В. Учет оптических характеристик поверхностного слоя при определении коэффициентов отражения и пропускания прозрачных диэлектриков // Журнал прикладной спектроскопии. 1987. Т. 46. № 2. С. 272–279.
13. Землянский В.С., Храмцовский И.А., Горляк А.Н., Степанчук А.А. Методы эллипсометрического анализа поляризационно-оптических свойств неоднородных поверхностных слоев элементов оптоэлектроники // Оптика и спектроскопия. 2008. Т. 105. № 2. С. 346–351.
14. Прокопенко В.Т., Храмцовский И.А., Землянский В.С., Лисицын Ю.В., Секарин К.Г. Эллипсометрия оптических соединений элементов оптоэлектроники // Изв. вузов. Приборостроение. 2008. Т. 51. № 10. С. 57–65.
15. Любинская Р.И., Мардежов А.С., Швец В.А. Исследование неоднородных структур с использованием иммерсионных эллипсометрических измерений // Cб. Эллипсометрия: теория, методы, приложение / Под ред. А.В. Ржанова и Л.А. Ильина. Новосибирск: Наука, 1987. С. 59–67.
16. Гайнер А.В., Сурдутович Г.И. О критериях шероховатости и неоднородности поверхностного слоя образцов при эллипсометрических измерениях // Cб. Эллипсометрия: теория, методы, приложение / Под ред. А.В. Ржанова и Л.А. Ильина. Новосибирск: Наука, 1987. С. 50–53.
17. Мардежов А.С., Швец В.А. К вопросу интерпретации результатов эллипсометрических измерений // Cб. Эллипсометрия: теория, методы, приложение / Под ред. А.В. Ржанова и Л.А. Ильина. Новосибирск: Наука, 1987. С. 83–86.
18. Golyak A.N., Cramtsovsky I.A. The ellipcometry of the roug suface on an inhomogeneous substrate // Proc. of 4th Int. Conf. on Spectroscopic Ellipsometry (ICSE 4). 2007. Stockholm, Sweden, 2007. Р. 74.
19. Gorlyak A.N., Khramtsovskij I.A. Diagnostics of the physicochemical state of the surface of optoelecronics elements by ellipsometry method // Proc of. 5th Workshop Ellipsometry. Zweibruecken, Germany, 2009. P. 63.
20. Gorlyak A.N., Кhramtsovsky I.A. Research of the optical characteristics of surface layers by methods of an ellipsometry and of the resonance excitation of waveguide modes // Proc. 6th Int. Conf. on Spectroscopic Ellisometry (ICSE VI). Kyoto, Japan, 2013. P. 195.
21. Маслов В.П., Одарич В.А. Эллипсометрические исследования механически полированных образцов некоторых оптических стекол // Оптико-механическая промышленность. 1983. № 3. С. 60–61.
22. Алексеев С.А., Горляк А.Н., Прокопенко В.Т., Сухорукова М.В., Устинов С.Н., Фэн Ли Шуан. Автоматический спектральный эллипсометр // Приборы и техника эксперимента. 1996. № 3. С. 166.
23. Алгазин Ю.Б., Иощенко Н.Н., Леоненко А.Ф., Панькин В.Г., Рыхлитский С.В., Свиташев К.К. Лазерный фотоэлектрический эллипсометр ЛЭФ-3М-1 // Приборы и техника эксперимента. 1987. № 6. С. 204.
24. Azzam R.M.A. Direct relation between Fresnnel's interface reflection coefficients for the parallel and perpendicular polarizations // Journal of the Optical Society of America. 1979. V. 69. N 7. P. 1007–1016.
25. Пшеницын В.И., Храмцовский И.А., Крылова Н.А., Подсекаев А.В., Туркбоев А. Эллипсометрия отражающей системы «неоднородный слой – неоднородная подложка» // Сборник «Методы прикладной математики в транспортных системах» / Под ред. Ю.М. Кулибанова. СПб.: ГУВК, 2000. Вып. 3. С. 32–37.
26. Горляк А.Н., Солонуха В.М., Храмцовский И.А. Применение метода секционирования в эллипсомет- рии неоднородных отражающих систем // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. 2014. № 3 (91). С. 24–29.
Информация 2001-2017 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика