Способ измерения показателей преломления диэлектриков Советский патент 1986 года по МПК G01N21/41 

Изобретение относится к способам измерения показателей преломления .твердых тел и может быть использов 1- но в оптике, минералогии, петрографии, геммологии для определения в видимой области спектра показателей преломления п диэлектриков в широком диапазоне значений, без применения эталона, гГри пониженных требованиях к предварительной обработке поверхности образцов и их прозрачности.

ЦельвУ изобретения является расши- рение диапазона измерения значений показателей преломления диэлектриков .

Способ реализуется следующим образом.

На исследуемый образец термическим напьшением в вакууме наносят несколько пленок AgCl с толщинами h из интервала h 15 - 100 нм и затем сверху напыляют пленку серебра толщиной 10 - 15 нм. Образец с напьшен- ными пленками AgCl-Ag устанавливают на горизонтальном гониометре и облучают каждый участок с толщиной h при нормальном угле падения линейно поляризованным в вертикальной плоскости пучком лазера при экспозиции (2-4) 10 Дж/см. Облучение фото

чувствительной пленки AgCl-Ag на диэлектрике линейно поляризованным лазерным пучком с длиной волны / в пределах видимой области (400- 750 нм) при нормальном падении приводит к формированию дифракционной решетки со штрихами,параллельными вектору поляризации Е, в результате интерференции падающего пучка с рассеянной поверхностной волной, вол- новодной или квазиволноводной модой в зависимости от толщины h пленки AgCl и соотношения ее показателя преломления По с показателем преломления п диэлектрика. Ограничение спектрального диапазона, пригодного дпя измерения п, видимой областью определяется тем, что при нм происходит фотохимическое разложени ,anpH Лр 750 нм пленка AgCl-Ag теряет фоточувствительность.Дифракционная эффективность формируемой решетки достигает максимального зна дж/c

чения при экспозиции (2-4) 10

Дифракционная решетка формируется поверхностной волной с постоянной распространения р 2Tr/d и имеет период d, подчиняющийся соотношению;

п /d.

(1)

п и п 2h , Толщины h и h

оо

тогда, когда толщина пленки AgCl h i h, , для случая

для случая п п являются минимальными толщинами, при которых в пленке AgCl возбужда- ется соответственно волноводная ква зиволноводная мода и находятся из формул:

о

А,

ctg(-T---2)

(2) .3)

4(п2 -1)2 )

При параметр d от максимального значения d /n быстро падает и стремится к значению d

ьГ

с ростом h, При h 2h параметр d возрастает скачком от минимального значения до зна- .чений и затем уменьшается с ростом }тц стремясь в пределе к d

о Ч

Нижнее значение нм из указанного интервала h 15-100 нм толщина пленки AgCl определяется минимальной толщиной, при которой сохраняется способность к регистрации решетки в пленке AgCl-Ag и, в то же время задает согласно выражению (2) нижний предел измерения п для

заданных Д и п, Верхнее значение h 100 нм выбрано на основе выражения (3), исходя из значения h 105 нм для красного края рабочего спектрального интервала Д 750 нм (п 2,04).

0

5

5

Из выражения (3) видно, что толщина h не зависит от показателя

о

преломления п. Наименьшее значение

,

:hg соответствует коротковолновому

краю рабочего спектрального диапазона АО 400 нм (п 2,14) и рав- но hg 53 нм. При толщине h. 50 нм пленки AgCl на исследуемом диэлектрике можно измерять любые п п , т. е, отсутствуют ограничения на измерения п со стороны больших значений ,

Дифракция от решетки из-за нерегулярности в направлении штрихов имеет вид узкой линии, вытянутой в направлении, перпендикулярном к плоскости падения светового пучка на, решетку. Для измерения d поворачивают образец на такой угол, чтобы дифрагированный пучок шел навстречу

падающему, и d

находят d по формуле

где Ч - угол падения, измеряемый по гониометру, на котором установлен образец; А - длина волны, tipa которой

измеряют Если d /1„ /2,

d.

,д ,-, ТО для измерения d используют лазерный пучок с / / Ошибка в показателе преломления п, вычисляемом по формуле (1) на основе измеренного d и известной }, , задается ошибкой в измерении Ч и составляет о K,i2 ЛО ,

h

По дифракции в отражении измеряют такие углы падения vf , при которых дифрагированный пучок идет навстречу падающему, и вычисляют периоды d решеток по формуле (4). Находят интервал толш11Н h, в котором d остается постоянным, и по этому значению d из соотнощения (1) вычиляют показатель преломления п для д ны волны , с помощью которой производилось облучение.

Пример, Исследуемый образец - предметное стекло. Нанесены пленки AgCl с толш 1нами в интервале h 17 -110 нм и покрыты пленкой Ag с толщиной 12 нм. Облучение пучком одномодового He-Ne лазера типа ЛГ-79/1 с АО 632,8 нм при экспозиции 3- 10 Дж/см , Измерение угла дифракции Ч на гониометре с точностью отсчета 0,1 и определение по этому углу параметра d с помощью фомулы (4) производится с помощью того же лазерного пучка, так как для стекла , Интервал толщин h, в котором d остается постоянным равен 17-49 нм. Полученное значение п 1,515 ±0,002 хорошо согла- суется с п 1,515, измеренным на рефрактометре,

При практической реализации предлагаемого способа не требуется точно измерять толщины пленок AgCl, так как до.статочно зафиксировать лишь интервал , для которого d остается постоянным. Поэтому толщины h можно, например, контролировать по испаряемой массе AgCl, РеВНИИПИ Заказ 6825/39

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5

0

комендуемая толщина 10 - 15 нм пленки Ag может быть также просто определена путем визуального наблюдения за ее осаждением на контрольное чистое стекло, расположенное рядом с образцом, по началу появления металлического блеска пленки в отражении ,

Пленки AgCl-Ag разной толщины h можно наносить поочередно на один и тот же малый участок образца, соответствующий сечению облучающего лазерного пучка, В этом случае пленку AgCl-Ag с заданной h удаляют с исследуемого участка образца, после проведения измерения d, растворением в фиксаже и последующей очисткой поверхности любым подходящим способом, и затем наносят пленку с другой , При соответствующем навыке для надежного измерения п достаточно использовать 2-3 толщины пленки AgCl,

Формула изобретения

Способ измерения показателей преломления диэлектриков путем облучения образца лазерным пучком с длиной волны-Дд , возбуждающем поверхностную или объемную волиу, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения, на поверхность образца напыляют в вакууме участки пленки AgCl с различными толщинами в интервале 15 - 100 нм с шагом 5-10 нм, затем на эти участки напыляют пленку Ag толщиной 10 - 15 нм, облучение образца производят по этим участкам линейно поляризованным лазерным пучком при нормальном падении на образец и экспозиции (2-4) 10 Дж/см , затем измеряют по дифракции период дифракционных решеток, образовавшихся иа каждом участке в результате взаимодействия падающего пучка с рассеянны- .ми поверхностными или объемными волнами, а показатель преломления п образца определяют из соотношения

п

.м,

55

где d - период дифракциоиных решеток для тех участков плеики, где его величина остаетёя постоянной для различных их толщин,

Подписное

Тираж 778

. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к оптическим измерениям и может быть использовано в оптике, минералогии, петрографии, геммологии для определения в видимой области спектра показателей преломления п диэлектриков в широком диапазоне значений при пониженных требованиях к прозрачности образцов, предварительной обработке их поверхности и ее кривизне. С целью расширения диапазона измерения п на повертсность образцов напыляют в вакууме тонкую фоточувствительную пленку AgCl-Ag, Облучение этой пленки линейно поляризованным лазерным излучением при нормальном падении приводит к формированию дифракционной решетки со штрихами, параллельными вектору поля- ризации в результате интерференции падающего пучка с рассеянной поверхностной волной, волноводной или квазиволноводной модой- в зависимое-- ти от толщины пленки AgCl и соотношения ее показателя преломлеьгая с показателем преломления диэлектрика. i СЛ to 00 О) 00 00