Устройство для измерения коэффициента зеркального отражения Советский патент 1987 года по МПК G01N21/55 

Изобретение относится к прикладной оптике, в частности к оптическим приборам для исследования спектров отражения зеркальных поверхностей, и может быть использовано для контроля качества изготовления зеркал с высокой отражательной способностью,

Цель изобретения - повышение точности измерений коэффициента зеркальдругого вентильного фотоэлемента, работающего в фотогальваническом режиме .

Рабочим регистрирующим параметром каждого фотоэлемента детектора служит ток, протекающий в цепи нагрузки при освещении р-п-перехода (слой 7 и 9 на фиг,2). Для измерени тока можно использовать N токоизмери

ного отражения исследуемой поверхнос- fO тельных приборов (N-количество рати.

На фиг,1 изображена оптическая схема предлагаемого устройства; на фиг,2 - конструктивная реализация фотодетектора.

Оптическая схема устройства содержит (фиг,1) источник 1 светового монохроматического излучения, коллими- рующую систему 2, входную регулируемую щель 3, фотодетектор 4 и исследуемый образец 5. В качестве источника 1 могут быть использованы как монохро- маторы, так и оптические квантовые генераторы. Параллельность входного светового потока достигается за счет коллимирующей системы 2, установленной, после источника 1 излучения, Входная щель обеспечивает выделение из суммарного пучка необходимой величины светового потока и с этой целью вьшолнена с возможностью регу- лировахшя,

Конструктивная реализация фотодетектора 4 показана схематически в разрезе на фиг,2, К металлическому основанию 6, служащему одним общим электродом, припаивается пластинка 7 монокристалла кремния п-типа. Наружная поверхность пластинки покрывается защитным слоем 8 SiC, в котором для осуществления частичного отражения светового луча от внешней поверхности элемента протргшливаются сквозные окна. Прогрев заготовки в

бочих элементов фотодетектора) или один прибор, который последовательно подключается к каждому фотоэлементу. Техническое решение данной задачи

15 несложно и принципиального значения не имеет.

Исследуемый образец 5 (фиг,1) устанавливается на некотором расстоянии Е от фотоприемника. Таким образо

20 между отражающей рабочей поверхность фотодетектора и исследуемой поверхностью образца создается пространство многократных отражений светового луча. Линейные размеры рабочих ментов фотодетектора 4 при данном угле падения светового луч а подобраны таким образом, что световой луч, сканируя пространство многократных отражений, каждый раз отражается

30 только от центра 1ьной части каждого регистрирующего элемента фотодетектора. Это предполагает вьшолнение некоторого геометрического соотноще- ния между элементами оптической ехе35 мы устройства.

Оптимальный режим работы устрой- ства соответствует коэффициенту от- , ражения рабочей поверхности каждого фотоэлемента . При этом элемент

40 регистрирует половину падающего на него светового потока, а вторая половина направляется на исследуемую поверхность. Такая отражающая способ ность может быть достигнута при выатмосфере. газа, содержащего соедине- 45 соком классе обработки рабочей пония бора, позволяет создать диффузионный слой 9 p-Si, на который напыляется электрод 10 из золота или алюминия. Используя разнообразные

верхности или путем применения металлических отражающих покрытий. Нижний предел отражающей способности R определяется условиями и качестпо форме шаблоны для протравки сквоз-50 вон обработки поверхности. Добиться

значения R 30-40% практически несложно как при ручной, так и при механической шлифовке и полировке от- ражшощего слоя. Значение выб- 55 рано с учетом того, что при минималь ном количестве отражений луча от фо- ;тодетектора (т,е, при двух отражени ях) световой поток не ослаблялся более, чем на порядок. Это обеспечиных окон 10 в защитном просветляющем слое SiOn, можно получить фотодетекторы с несколькими регистрирующими элементами.

Регистрирующая система 11 фотодетектора, применяемого в предлагаемом устройстве, принципиально не отличается от регистрирующей системы любого

другого вентильного фотоэлемента, работающего в фотогальваническом режиме .

Рабочим регистрирующим параметром каждого фотоэлемента детектора служит ток, протекающий в цепи нагрузки при освещении р-п-перехода (слой 7 и 9 на фиг,2). Для измерения тока можно использовать N токоизмерибочих элементов фотодетектора) или один прибор, который последовательно подключается к каждому фотоэлементу. Техническое решение данной задачи

несложно и принципиального значения не имеет.

Исследуемый образец 5 (фиг,1) устанавливается на некотором расстоянии Е от фотоприемника. Таким образом

между отражающей рабочей поверхностью фотодетектора и исследуемой поверхностью образца создается пространство многократных отражений светового луча. Линейные размеры рабочих элементов фотодетектора 4 при данном угле падения светового луч а подобраны таким образом, что световой луч, сканируя пространство многократных отражений, каждый раз отражается

только от центра 1ьной части каждого регистрирующего элемента фотодетектора. Это предполагает вьшолнение некоторого геометрического соотноще- ния между элементами оптической ехемы устройства.

Оптимальный режим работы устрой- i ства соответствует коэффициенту от- ражения рабочей поверхности каждого фотоэлемента . При этом элемент

регистрирует половину падающего на него светового потока, а вторая половина направляется на исследуемую поверхность. Такая отражающая способ- ность может быть достигнута при высоком классе обработки рабочей поверхности или путем применения металлических отражающих покрытий. Нижний предел отражающей способности R определяется условиями и качест50 вон обработки поверхности. Добиться

значения R 30-40% практически несложно как при ручной, так и при ме ханической шлифовке и полировке от- ражшощего слоя. Значение выб- 55 рано с учетом того, что при минимальном количестве отражений луча от фо- ;тодетектора (т,е, при двух отражениях) световой поток не ослаблялся более, чем на порядок. Это обеспечи3. 13

вает технически приеьлемый режим работы устройства даже в том случае, когда достигаемый положительный эффект минимален.

Устройство работает следующим об- разом.

Фотодетектор устанавливается параллельно к плоскости исследуемого образца на таком удалении от нее, что световой луч от источника 1, пройдя коллнмирующую систему 2 и ходкую щель 3, испытывает последовательные отражения от каждого из N рабочих элементов фотодетектора и от исследуемой поверхности (см;фиг.1). На примере, изображенном на фиг.2, выбрано . Каждый из десяти рабочих элементов подключен к внешнему регистрирующему устройству, т.е. осуществлена.возможность регистрации световой энергии, поглощенной при каждом отражении луча от поверхности фотодетектора. Обозначим I - расстояние от фотодетектора до поверхности исследуемого образца; - лииейные размеры рабочих элементов фотодетектора; 8 - расстояние между рабочими элементами; угол падения светового луча. Для работы устройства необходимо вьтолнёние условия

г.

2 tg oi

Коэффициент отражения R у в i-ой точке падения светового луча на исследуемую поверхность может быть рассчитан по показаниям i-ro и (i + 1)-го элементов фотодетектора

R

R

i

n

где n - показания соответствующих приборов, подключенных к данному (i и i + 1) элементу фотодетектора;

R - коэффициент зеркального отражения каждого из рабочих элементов фотодетектора.

Таким образом, в предлагаемом устройстве осуществлена возможность измерения локального коэффициента зеркального отражения, .что особенно важно для контроля качества изготов

44

ления ряда элементов квантовой электроники (лазерных зеркал, светоделителей и т.п.). Интегральный коэффициент отражения RT может быть получен на основании показаний первого и последнего рабочих элементов фотодетектора

m

т+1

п

Формула изобретения

Устройство для измерения коэффициента зеркального отражения, содержащее последовательно установленные на геометрической оси источник светового излучения, коллимирующую систему и входную щель, фотодетектор, оптически связанный с источником светового излучения через измеряемый образец , а также регистрирующую систему, соединенную с фотодетектором, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, фотодетектор установлен параллельно поверхности измеряемого образца и содержит три расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга независимые элементы, выпол- ненные с одинаковым коэффициентом отражения от 35 до 50%, причем с per: гистрирующей системой соединены пер- вьй и третий элементы фотодетектора, лигейные размеры второго элемента фотодетектора превьшают линейные . размеры первого и третьего элементов, а геометрические параметры устройства удовлетворяют соотношению

з 2k tgo/- I,

где 3 линейные размеры второго элемента фотодетектора;

k - число отражений светового луча от второго элемента фотодетектора;

f - расстояние от фотодетектора

до поверхности измеряемого образца;

oi - угол между геометрической осью и нормалью к поверхности первого элемента фотодетектора;

2 - расстояние между элементами фотодетектора.

Ч -

gy.. l2.t

фиг. 1

Изобретение относится к прикладной Оптике, в частности к приборам :для исследования зеркальных.поверхностей, и может использоваться при изготовлении зеркал с высокой отражающей способностью. Цель изобретения- повышение точности измерений. Суть изобретения заключается в регистрации многократных отражений между исследуемой поверхностью и рабочими элементами фотоДетектора. Эти элементы выполняются с одинаковым коэффициентом отражения. Первый и третий элементы равны по геометрическим характеристикам и подключены к измерительной схеме. Второй элемент имеет длину больше, чем длины первого и третьего элементов. Чем больше отражений от второго элемента совершит пучок света, тем больше точность измерений интегрального коэффициенту отражения исследуемого зеркала. 2 ил. (Л СА: о со

фц.2

Редактор С.Лисина

Составитель В.Калечид; Техред Л.Сердюкова

Заказ 1624/42 Тираж 777Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

Корректор Л.Пилипенко