Способ измерения показателей преломления диэлектриков

(5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Андерсон Б. Определение драгоценных камней, М.: Мир 1983,с. 28-62,Ахмедиев Н. Н Владимиров В. И.Использование эффекта боковой волныв измерительной аппаратуре. ОМП,1982, У 2, с. 1-3.4) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙПРЕЛОМЛЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ(57) Изобретение относится к оптическим измерениям и может быть использовано в оптике, минералогии,петрографии, геммологии для определения в видимой области спектра показателей преломления и диэлектриков в широком диапазоне значений при пониженных требованиях к прозрачности образцов, предварительной обработке их поверхности и ее кривизне, С целью расширения диапазона измерения и на поверхность образцов напыляют в вакууме тонкую фоточувствительную пленку АяС 1-Ая, Облучение этой пленки линейно поляризованным лазерным излучением при нормальном падении приводит к формированию дифракционной решетки со штрихами, параллельными вектору поляа ризации в результате интерференции Е падающего пучка с рассеянной поверхностной волной, волноводной или квазиволноводной модой. в эависимос- С ти от толщины пленки АяС 1 и соотношения ее показателя преломления с показателем преломления диэлектрика.Ьавй1278688, Изобретение относится к способам измерения показателей преломления .твердых тел и может быть использовано в оптике, минералогии, петрографии, геммологии для определения в видимой области спектра показателей преломления и диэлектриков в широком диапазоне значений, без применения эталона при пониженных требованиях1к предварительной обработке поверх ности образцов и их прозрачности.Целью изобретения является расши- . рение диапазона измерения значений показателей преломления диэлектриков.15Способ реализуется следующим образом,На исследуемый образец термическим напылением в вакууме наносят несколько пленок АяС 1 с толщинами Ь из интервала Ь = 15 - 100 нм и затем сверху напыляют пленку серебра тол" щиной 10 - 15 нм, Образец с напыленными пленками АяС 1-Ая устанавливают на горизонтальном гониометре и облучают каждый участок с толщиной Ь при нормальном угле падения линейно поляризованным в вертикальной плоскос" ти пучком лазера при экспозиции (2-4) 10 Дж/см . Облучение фоточувствительной пленки АяС 1-Ая на диэлектрике линейно поляризованным лазерным пучком с длиной волны 1 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, волноводной или квазиволноводной модой в зависимости от толщины Ь пленки АяС 1 и соотношения ее показателя преломления п, с показателем преломления и диэлектрика, Ограничение 45 спектрального диапазона, пригодного ;цля измерения и, видимой областью определяется тем, что при400 нм происходит фотохимическое разложение АяС 1,апри750 нм пленкаАяС 1-Ая те ряет фоточувствительность.Дифракционная эффективность формируемой решетки достигает максимального знаЯ й чения при экспозиции (2-4)10 Дж/см .55Дифракционная решетка формируется поверхностной волной с постоянной распространения= 2 Ю /с 1 и имеет период Й, подчиняющийся соотношению: и =Л, /с 1,тогда, когда толщина пленки АяС 1 ЬЬ для случая ии и и2 Ьфа для случая и и, Толщины Ь и Ьо О 0 являются минимальными толщинами, при которых в пленке АяС 1 возбуждается соответственно волноводная квазиволноводная мода и находятся из Формул:2 0 и -1 Ь -- - --- ; агсйр(-)2 и (п -п)" и -п о а(2)ф 1 оЬ (3) 4(п -1)При Ь ) Ь, параметр Й от максимального значения Й= 1,/и быстро падает и стремится к значению Й = =/и с ростом Ь, При Ь2 Ь параметр Й возрастает скачком от минимального значеьщя с 1=1 /и до значений Й М, /и и затем уменьшается с ростом Ь, стремясь в пределе к Й =о/ оНижнее значение Ь=15 нм из указанного интервала Ь = 15-100 нм толщина пленки АяС 1 определяется минимальной толщиной, при которой сохраняется способность к регистрации решетки в пленке А 8 С 1-А 8 и, в то же время задает согласно выражению (2) нижний предел измерения и для заданных 1,и и , Верхнее значение Ь = 100 нм выбрано на основе выражения (3), исходя из значения Ь = 105 нм для красного края рабочего спектрального интервала 1, =750 нм (и =2,04). Из выражения (3) видно что тол+щина Ь не зависит от показателяопреломления и, Наименьшее значениеЬ соответствует коротковолновомукраю рабочего спектрального диапазона 1, = 400 нм (и,2,14) и равно Ь 0 53 нм. При толщине Ь50 нмпленки АяС 1 на исследуемом диэлектрике можно измерять любые и ) ио фт, е, отсутствуют ограничения наизмерения и со стороны больших значений,Дифракция от решетки из-за нерегулярности в направлении штриховимеет вид узкой линии, вытянутой внаправлении, перпендикулярном кплоскости падения светового пучка на,решетку, Для измерения д поворачива"5 10 15 2 О 50 и= ,/Й,где Й -55 3Тираж 778 ВНИИПИ Заказ 6825/39 Подписное Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная,ют образец на такой угол, чтобы дифрагированный пучок шел навстречу падающему, и находят Й по формулеф 9(4)2 зюпу ф где ч - угол падения, измеряемыйпо гониометру, на которомустановлен образец;- длина волны, йри которойизмеряют Й,Если Й1, /2, то для измеренияЙ используют лазерный пучок с Я В,Ошибка в показателе преломления п,вычисляемом по формуле (1) на основе измеренного Й и известнойзадается ошибкой в измерении Ч исоставляет 3 х 1 2 10 ,По дифракции в отражении измеряют такие углы падения у, при которых дифрагированный пучок идет навстречу падающему, и вычисляют периоды Й решеток по формуле (4), Находят интервал толщин Ь, в которомЙ остается постоянным, и по этомузначению Й из соотношения (1) вычисляют показатель преломления и для дли.ны волныс помощью которой производилось облучение.П р и м е р, Исследуемый образец - предметное стекло. Нанесеныпленки АяС 1 с толщинами в интервалеЬ = 17 -110 нм и покрыты пленкойАя с толщиной 12 нм. Облучение пучком одномодового Не-Ые лазера типаЛГ/1 с , = 632,8 нм при экспозиции 3 10 Дж/см , Измерение угладифракциина гониометре с точноостью отсчета 0,1 и определение поэтому углу параметра Й с помощью формулы (4) производится с помощьютого же лазерного пучка, так какдля стекла Й) , /2, Интервал толщинЬ, в котором Й остается постоянным,равен 17 - 49 нм, Полученное значение и = 1,515 + 0,002 хорошо согласуется с и = 1,515, измеренным нарефрактометре,При практической реализации предлагаемого способа не требуется точно измерять толщины пленок АЕС 1, так как достаточно зафиксировать лишь интервал толщин, для которого Й остается постоянным, Поэтому толщины Ь можно, например, контролировать по испаряемой массе А 8 С 1, Рекомендуемая толщина 10 - 15 нм пленки Ая 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 АяС 1-Ая разной толщины Ь можно наносить поочередно на один и тот же малый участок образца, соответствующий сечению облучающего лазерного пучка, В этом случае пленку АЕС 1-Ая с заданной Ь удаляют с исследуемого участка образца, после проведения измерения Й, растворением в фиксаже и последующей очисткой поверхности любым подходящим способом, и затем наносят пленку с другой толщиной, При соответствующем навыке для надежного измерения и достаточно использовать 2 - 3 толщины пленки АяС 1,Формула изобретения Способ измерения показателей преломления диэлектриков путем облучения образца лазерным пучком с длиной волны Ь возбуждающим поверхностную или объемную волну, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения, на поверхность образца напыляют в вакууме участки пленки АкС 1 с различными толщинами в интервале 15 - 100 нм с шагом 5 - 10 нм, затем на эти участки напыляют пленку Ая толщиной 10 - 15 нм, облучение образца производят по этим участкам линейно поляризованным лазерным пучком при нормальном падении на образец и экспо" зиции (2-4) 10 Дж/см , затем измеряют по дифракции период дифракцнонных решеток, образовавшихся на каждом участке в результате взаимодействия падающего пучка с рассеянными поверхностными или объемными волнами, а показатель преломления и образца определяют из соотношения период дифракционных решетокдля тех участков пленки,где его величина остаетсяпостоянной для различных ихтолщин,