Способ определения лучевой прочности оптического покрытия Советский патент 1988 года по МПК G01N21/55 

1

Изобретение относится к оптической тез нологии, преимущественно к технологии изготовления оптических элементов лазерных систем, и может быть использовано при определении лучевой прочности элементов, содержащих оптические покрытия.

Целью изобретения является увеличение чувствительности и точности определения лучевой прочности оптического покрытия.

На чертеже представлена схема устройства для реализации способа.

Устройство содержит измеритель- ную схему и систему облучения.

Измерительная схема состоит из источника 1 излучения сплощного спектра, конденсатора 2, диафрагмы 3, призменного блока 4 со светодели тельным покрытием, ирисовой диафрагмы 5, поворотного столика 6, плоского зеркала 7, диафрагмы 8, поворотных зеркал 9 и 10, причем последнее выполнено с возможностью перемещения перпендикулярно оптической оси конденсатора 11, служащего входным объективом монохроматора 12,на выходе которого размещен фотоприемник 13, сигнал с которого через усили- тель 14 постоянного тока поступает на регистрирующий прибор 15, На поворотном столике 6 размещены: контролируемая оптическая деталь; эталон для измерения больщих коэффици- ентов отражения - плоское алюминиевое зеркало; эталон малых коэффициентов отражения - клиновидная стеклянная пластина без покрытия; эталон пропускания - сквозное отвер стие.

Система облучения содержит лазер 16, ступенчатый ослабитель 17 в виде набора нейтральных фильтров, плокопараллельную пластину 18, призму 19, фокусирующую линзу 20, микроскоп 21 и измеритель 22 мощности (энергии) лазерного излучения.

Способ осуществляется следующим образом.

Параллельный пучок света, создаваемый источником 1 (вета, конденсатором 2 и диафрагмой 3, проходит через призменный блок 4, ирисовую диафрагму 5, контролируемую зону по верхности детали с покрытием, диафрагму 8, черкала- 7, 9 и при введенном зеркале 10 фокусируется конден- со{)ом 1 1 на входную щель монохро

12

матора 12. Отраженный по нормали от той же контролируемой зоны поверхности покрытия или эталона световой поток проходит диафрагму 5, призменный блок 4 и при выведенном зеркале 10 фокусируется конденсором 11 на входную щель монохроматора 12, Световой поток выделенного мо- нохроматором спектрального диапазона, пропорциональный отражению или пропусканию образца или эталона, преобразуется фотоприемником 13 в электрический сигнал, который усиливается усилителем 14 постоянного тока и регистрируется прибором 15. Коэффициенты отражения Кд или пропускания Т для любой зоны покрытия определяют по формуле

Кд (Т) R(T,);

где 1 - фототок, пропорциональный отражению (пропусканию)

образца;

Ij - фототок, пропорциональный отражению (пропусканию) эталона; ,

Ij. - темновой ток фотоумножителя;EJ, Tj - коэффициенты отражения и

пропускания эталона. . По спектральным зависимостям Кд, Т выбирают для дальнейших измерений ярко выраженные соответствующие экстремумы отражения и пропускания.

Изменяя длину волны определяемого монохроматором светового потока, определяют их положение в шкале длин

Лг

}кстр

И

экстр

-

и находят экстр

Лпя увеличения точности определения

экстр л их можно вычислить по форЭксГ/

2Д. т l-f-r--. где /, А + X

и

муле Д

Л 2 - длины волн на полуширине спетральной линии отражения или пропускания ,

I

В других зонах покрытия измерения сГЛ проводятся аналогично. При наличии поглощения экстремумы отражения и пропускания в шкале дли волн сдвигаются друг относительно

3

друга на величину сГл , пропорцио- нальную коэффициенту поглощения. Из меряя величину этого сдвига, можно судить о величине коэффициента поглощения, а следовательно, и о величине лучевой прочности при нали- чии градуировочной зависимости: лучевая прочность - величина относительного сдвига экстремумов.

Для увеличения точности выбирают экстремумы с малой полушириной, т.е. побочные экстремумы, расположеные в длинноволновой или коротковолновой областях спектра относител но области максимального (для зеркал) или минимального (для просветления покрытий) отражения.

Для построения градуировочной зависимости лучевой прочности от вели чины Гл те же зоны покрытия облучают мощным, сфокусированным линзой 20, излучением лазера 16. Энергию (мощность) падающего лазерного излучения измеряют с помощью изме- рителя 22 энергии (мощности) лазерного излучения. Увеличивая энергию лазерного излучения с помощью нейтральных фильтров 17,разрушают покрытие.О разрушении покрытия судят визуально, наблюдая в микроскоп 21 поверхность покрытия. Энергию, при которой происходит видимое разрушение поверхности покры

arctg - (.1 + (Т +

В

f

где/ А bf-ce - f -В -г и

ff« af-cd I

1 „ эс 1 sf

2 « 3- -2 Ь 3

C.bd-ae-4-ffj.4-cg

, 4Jt (n.+nj) ( - 1) J - 2 (n. - ( 4 n) j ;

n.n.

C 4зе (n,+n,) ( + 1)

... ч хП-Пс

- (.n)

Изобретение относится к оптической технологии и может быть применено при неразрушАющем контроле лучевой прочности оптических элементов лазерных систем, содержащих диэлектрические покрытия. Цель изобретения - увеличение точности и чувствительности определения лучевой прочности оптического покрытия за счет измерения частотных, а не энергетических характеристик излучения, учета общего поглощения излучения, включая микронеоднородности любого сечения. Дополнительно к измерению пропускания в некоторых зонах покрытия контролируют отражение в этих зонах, определяют положение соответствующих побочных экстремумов отражения и пропускания в щкале длин волн и по величине сдвига экстремумов друг относительно друга сГЛ судят о лучевой прочности покрытия. Такой прогноз порогов разрушения Ер осуществляется при наличии градуиро- вочной зависимости In Ер f (Л), которая строится для детали-свидетеля из данной партии.1 ил. i (Л

тия, определяют по формуле Ер(зм1 где К - коэффициент деления

изм

КЕ

света на плоскопараллельной пластине 18, а Ej,j - значение энергии, зарегистрированной измерителем энергии в момент разрушения.

Для оценки численного значения относительно сдвига экстремумов сЙЪ можно воспользоваться матричным ап- паратом описания процессов в слоистых средах. Если рассмотреть пленку с комплексным показателем преломления п b + i эе. и толщиной t, обрамленную полубесконечными средами с показателями преломления п, (воздух) и Oj (диэлектрическая подложка. На которую со стороны воздуха падает по нормали плоская электромагнитная волна), то для случая

nt --- ( Ло - длина волны падаюА

щего излучения) положения экстремумов отражения Лц и пропускания Л в шкале длин волн запишутся в виде:

35

2зе(п,;п,) ( 1),

40

I ( -n

f J

45

.4х:(п„тп,) ()|

Э с

J

3J

- 4x (потп, ) (Щ 71);

50

.,

Величина относительного сдвига /д экстремумов отражения и пропускания при

.. , н -:-,i- . 1

В

f

22

V J

Ч1

21