Способ измерения амплитуды поверхностной акустической волны Советский патент 1982 года по МПК G01H13/00 

Изобретение относится к оптоакустическим измерениям колебаний, в частности к неразрушающему контролю качества, поверхности твердых тел, например сплавоЬ, полупроводников, пьеэоэлектриков, монокрисТсШлов и ДР., и может быть использовано в акустоэлектронике, акустике и интегральной оптике.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ измерения амплитуды поверхностной акустической волны, заключающийся в том, что разделяют монохроматический луч света на опорный и предметный пучки, направляют предметный пучок в исследуемую точку подложки, в которой возбуждают поверхностную акустическую волну, совмещают коллинеарно в пространстве недифрагированный опорный и дифрагированный на поверхностной акустической волне предметный пучок света, регистрируют их интенсивности и измеряют параметры сигнала на частоте поверхностной акустической волны, соответствующие опорному и предметному пучкам, по которым вычисляют амплитуду поверхностной акустической волны ll.

Недостатком известного способа является низкая точность измерений, так как измерение проводят на посто|янном токе, имеющем временной и температурный дрейф нулевой линии, относительно которой проводят отсчет результата.

Цель изобретения - повышение точ; ности.

10

Указанная цель достигается тем, что согласно способу измерения амплитуды поверхностной акустической волны, заключающемся в том, что разделяют монохроматический луч света

15 на опорный и предметный пучки, направляют предметный пучок в исследуемую точку подложки, в которой возбуждают поверхностную акустическую волну, совмещают коллинеарно в

20 пространстве недифрагированный опорный и дифрагированный на поверхностной акустической волне предметный пучки света, регистрируют их интенсивности и измеряют параметры сигнала на частоте поверхностной акустической волны, соответствующие опорному и предметному пучкам, по которым вычисляют амплитуду поверхностной акустической волны, направляют 30 в исследуемую точку подложки, также

и опорный пучок, после измерения параметров, соответствующих сигналам предметного и опорного пучков, перекрывают опорный пучок, модулируют поверхностную акустическую волну по амплитуде отнотональной низкой частотой, на которой измеряют параметры сигнала, а амплитуду вычисляют по формуле

. X.

-ItCoSQ

где - длина волны монохроматического света

сигнал, измеренный на низкой однотональной частоте амплитудной модуляции; - сигнал, измеренный на час тоте поверхностной акустической волны

« - коэффициент деления полупрозрачного зеркала, являющийся отношением интенсивностей предметного и опорного пучков света; m - коэффициент глубины модуляв - угол падения света на исследуемый образец. На чертеже изображена блок-схема устройства, реализующего предложенный способ.

Устройство, реализующее способ., измерения амплитуды поверхностной акустической волны, содержит оптически связанные лазер 1, зеркала 2 и 3, с помощью которых получают опорный 4 и предметный 5 пучки, подающие их на исследуемый образец 6, механически связанный с ним преобразователь 7, электрически связанные оптоэлектронный преобразователь 8, переключатель 9, селективный высокочастотный вольтметр 10, и седективный. низкочастотный вольтметр 11, шторку 12, перекидывающую опорный луч при низкочастотных измерениях, генератор 13 высокочастотных сигналов, электрически связанный с преобразователем 7 и генератором 14 низкочастотных сигналов, диафрагму 15, выделяющую совмещенные в пространстве недифрагировавшую часть опорного пучка 16 и дифрагировавшую часть предметного пучка 17 и пропускающую их на оптоэлектронный преобразователь 8 и коммутатор 18, механически связанный со шторкой 12.

Сущность способа заключается в том, что для определения амплитуды поверхностной акустической волны разделяют в пространстве луч лазера 1 на два пучка: предметный 5 и опорный 4, совмещамт их в точке образца 6 ( подлокки), в которой требуется определить амплитуду. Поверхностную акустическую волну в подложке 6 возбуждают генератором 13 высокочастотных сигналов посредством преобразователя 7, Оба световых пучка, попадая на подложку, дифрагируют на поверхностной акустической волне. В пространстве перед оптоэлектронным преобразователем 8 совмещают Сделают коллинеарным или близким к коллинеарным) при помощи зеркал 2 и 3 дифрагировавшую часть

0 предметного пучка 17 и недифрагировавшую часть опорного пучка 16. Диафрагма 15 пропускает на фотоэлемен- В только эти два световых пучка. Высокочастотным селективным

5 вольтметром 10 измеряют величину амплитуды переменной составляющей плат , на выходе оптоэлектронного преобразователя 8 на частоте поверхностной акустической волны. За тем измеряют выходной сигнал на выходе на низкой частоте амплитудной модуляции. При измерениях сигналов на выходе на частоте амплитудной модуляции плат 1,151 или на двойной частоте амплитудной модуляции ./

5, коммутатор 18 подвигает шторку 12 так, чтобы перекрыть опорный пучок 4, - к входу генератора 13 высокочастотных сигналов и подключает генератор 14 низкочастотных сигналов, посредством которого модулиру; ют выходной сигнал генератора 13 высокочастотных сигналов по амплитуде и этим промодулированным сигналом возбуждают поверхностную акустическую волну в образцеб. В это же время коммутатор 18 с помощью переключателя 9 отключает от оптоэлектронного преобразователя 8 высокочастотный селективный вольтметр 10 и подключает низкочастотный селективный вольтметр 11, которым измеряют величину сигналов 1 и Iggjj . Затем по формуле рассчитывают амплитуду поверхностной акустической волны, по величине которой судят о качестве контролируемой поверхности .

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.

. В подложке из необита лития возбуждают поверхностную акустическую волну встречно-штыревым преобразователем 7 с 20-ю парами штырей на «частоте 30 МГц посредством высокочастотного генератора 13, который

5 имеет внутреннюю модуляцию низкочастотным сигналом частотой 1 кГц с измеряемым коэффициентом глубины модуляции т. Предметный и опорный пучки, попадая на подложку, дифраО гируют на поверхностной акустической волне. В пространстве за подложкой двумя зеркалами 2 и 3 совмещйют дифрагировавшую часть предметного пучка 17 и недифрагировавшую

5 часть опорнЬй пучка 16. Диафрагма 15, стоящая перед оптоэлектронным преобразователем 8, выделяют только эти пучки, которые и попадают на него. Высокочастотным селективным вольтметром 10 измеряют величину амплитуды с выхода оптоэлектронного преобразователя 8 при сигнале генератора 13 на частоте 30 МГц. Затем коммутатор 18 включает внутреннюю модуляцию генератора 13, переключателем 9 к выходу фотоэлемента подключается селективный низкочастотный вольтметр 11 вместо высокочастотного селективного вольтметра 10, и шторкой 12 перекрывают опорный пучок. При этом на оптоэлектронный преобразователь 8 попадает только дифрагировавшая часть предметного пучка.

Подставляют в известную формулу измененные значения m - крэффициен та глубины модуляции, а - амплитуды сигнала низкочастотной однотональной модуляции и угла падения света на исследуемый образец и вычисляют поверхностную акустическую волну.

Использование изобретения позволяет проводить все измерения на переменном токе, что дает возможность использовать стандартную радиоизмерительную аппаратуру, характеризующуюся высокой точностью проведения измерения амплитудных полей независимо от коэффициента отражения света исследуемым образцом, и исключить влияние вибрации на проводимые исследования, что повышает точность .измерения.

Формула изобретения

Способ измерения амплитуды поверхностной акустической волны, заключающийся в том, что разделяют монрхроматический,луч света на опорный и предметный пучки j направляют предметный пучок в исследуемую точку подложки, в которой возбуждают

поверхностную акустическую волну, совмещгиот коллинеарно в пространстве недифрагированный опорный и дифрагированный на поверхностной акустической волне предметный пучок

света, регистрируют их интенсивности и измеряют параметры сигнала на частоте поверхностной акустической волны, соответствующие опорному и предметному пучкам, по которым вычисляют амплитуду поверхностной

акустической волны, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, направляют в исследуемую точку подложки также и опорный пучок, после измерения параметров, соответствующих сигналам предметного и опорного пучков, перекрывают опорный пучок, модулируют поверхностную акустическую волну по

амплитуде однотональной низкой частотой, на которой измеряют параметры сигнала, а амплитуду вычисляют по

формуле

25

где А. - длина волны монохроматического света;

сигнс1Л, измеренный на низАО. кой однотональной частоте

0 амплитудной модуляции/ сигнал, измеренный на часл.и тоте поверхностной акустической волны; коэффициент деления полуoL 5прозрачного зеркала, являющийся отношением интенсивностей предметного и опорного пучков света m - коэффициент глубины-модуля0ции;

Q - угол 1задения света на исследуемый образец. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Яковкин и.Б. и Петров Д.В.

5 Дифракция света на акустических поверхностных волнах. Новосибирск, Наука, 1979, с. 115 (прототип).

2