Устройство для определения коэффициента поглощения поверхностных электромагнитных волн металлическими пленками

(55 6 01 й ГОСУДАР СТВ Е ННЫПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР ОМИТЕТОТКРЫТИЯМ ПИСАН ЗОБ ТЕН м.,Никитин, А.А.Ти пгабатче з огасЬу йе гпейод о 2. - РЬуз 11 с, 1968 пространение Пспектра, Письмс. 944-948 оптике, исслетического изающих струк- электрик - меыть использооптических ческих пленок , спектроскои в качестве тся повышеьности измеследующим о о АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Университет дружбыриса Лумумбы(56) А.ОИО. Ехстат 1 оп от поразп)а аачез 1 и з 11 чегТгнзсга 1 еб сота гейесбоп -ч. 216, 3. 398-410.Жижин Г.Н. и др. Распятимикронной областиЖТФ, 1987, т. 13, М 15,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯКОЭФФИЦИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛНМЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ПЛЕНКАМИ Изобретение относится кдующей распространение оплучения в планарных поглощтурах, точнее в структурах диталл - диэлектрик, и может бвано для определенияпостоянных тонких металлив видимом и ИК диапазонахпии поверхности металловдатчика внешних воздействиЦелью изобретения являние точности и производитерений,На черлагаемого у етеже представлена схема предстройства.(57) Изобретение относится к оптике, изучающей распространение оптического излучения в планарных структурах диэлектрик - металл - диэлектрик, Целью изобретения является уменьшение времени измерений и повышение точности определения коэффициента поглощения поверхностных электромагнитных волн металлическими пленками, Излучение, возбуждающее поверхностную волну, являе 1 ся импульсным.Ширина металлической пленки выбирается не больше диаметра луча излучения, а толщина - не больше величины, при которой за время импульса излучения устраняется градиент температуры в пленке вдоль нормали к ее поверхности, Измеряемой величиной является изменение падения электрическо го напряжения, обусловленного нагревом пленки вследствие возбуждения поверхностной волны, при протекании по пленке постоянного электрического тока, 1 ил,Фщ Устройство содержи пульсного монохромати элемент 2 преобразован тромагнитной волны 3 электромагнитную волн таллической пленки 5, д планарной оптической и ды 7, последовательн вдоль трека этой волны связи между объемной 3 волнами, источник 8 пос литель 9 и измеритель напряжения.Устройство работает т источник 1 имеского излучения, ия объемной элекв поверхностную 4, держатель меержатель 6 в виде одложки, электроо расположенные за точкой обрыва и поверхностной 4 тоянного тока, уси электрического1684634 5 10 15 20 25 30 35 45 50 Импульс монохроматического излучения длительностью й, имеющего отличную он нуля нормальную по отношению к поверхности металлической пленки 5 составляющую электрического поля, направляется из источника 1 излучения на элемент 2 преобразования объемной волны 3 в поверхностную волну 4 под углом возбуждения. Возбужденная волна 4 распространяется по металлической пленке 5 вдоль оси Х и вследствие тепловых потерь затухает по экспоненциальном закону1= 1, ехр( -а х),где 10 - энергия (интенсивность) поля поверхностной электромагнитной волны при Х - О. т.е. в точке обрыва связи между поверхностной и объемной волнами;а - коэффициент поглощения,Изменение температуры, а следовательно, и электрического сопротивления металлической пленки прямо пропорционально энергии поля волны в данной точке по оси Х, В случае адиабатического процесса нагревания пленки 5 за время Л 1 длительности импульса возбуждающего излучения изменение электрического сопротивления Л Я участка металлической пленки 5, расположенного между электродами 7, обусловленное распространением поверхностной электромагнитной волны, равно: хх а хгб Х, (1)хсгде Р - мощность р-составляющей излучения источника 1;д - эффективность возбуждения поверхностной электромагнитной волны;Р - температурный коэффициент электрического сопротивления материала пленки 5;5 - площадь поперечного сечения пленки 5, перпендикулярного к оси Х;д - плотность материала пленки 5;С - удельная теплоемкость материалапленки 5:р - удельное электрическое сопротивление материала пленки 5;Х, Хг - расстояние по оси Х соответственно от первого и второго (отсчет от элемента 2) электродов до точки обрыва связимежду объемной 3 и поверхностной 4 волнами.Изменение электрического сопротивления Л Я, определяемое формулой (1), обусловливает изменение падения электрического напряжения Л О на участке металлической пленки 5 между электродами 7:ЛОЛй, (2),где 1 - сила постоянного электрического тока, протекающего через пленку 5,которое усиливается усилителем 9 и фиксируется измерителем 10 электрического напряжения, Зная величины физическиххарактеристик пленки 5, мощность р-составляющей источника 1 излучения и эффективность преобразования объемнойволны в поверхностную, при известныхрасстояниях Х 1 и Хг и силе тока 1 можно спомощью формул (1) и (2) однозначно определить величину коэффициента поглощения поверхностной электромагнитной волны. Парциальная ошибка определения коэффициента поглощения, обусловленная неточностью измерения напряжения Л 0 = 0,018, составляет 0,01, Основной вклад в суммарную ошибку определения коэффициента поглощения в устройстве вносят погрешности определения расстояний Х 1 и Хг, обусловленные конечными размерами электродов вдоль оси Х, и нестабильность мощности импульсного излучения. Однако размер электродов вдоль оси Х можно ограничивать требуемой величиной, а использование термостатированных (при низких температурах) источников импульсного монохроматического излучения позволяет иметь нестабильность мощности импульсного излучения менее 1. В этом случае суммарная ошибка определения коэффициента поглощения составляет 1,5 ф,. Время измерения не превышает длительности импульса излучения и для рассмотренного примера составляет 10 с.Таким образом, по сравнению с прото 40 типом точность определения коэффициента поглощения предлагаемым устройством повышена в 5 раз, а время измерений сокра 10 тФормула изобретения Устройс; во для определения коэффициента поглощения поверхностных электромагнитных волн металлическими пленками, содержащее источник монохроматического излучения, оптически связанный через элемент преобразования объемной электромагнитной волны в поверхностную электромагнитную волну с держателем образца, и измеритель электрического напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и производительности измерений, в устройство дополнительно введены два электрода, усилитель и источник постоянного тока, электроды последовательно расположены1684634 Составитель С.ГолубевТакред М,Моргентал Корректор М,Кучерявак Редактор А,Лежнине Зекеа 3500 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-ЗВ, Рауаскаю наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 на держателе образца вдоль направления распространения излучения и соединены параллельно с источником тока и усилителем, выход которого соединен с измерителем электрического напряжения, при этом размер электродов в направлении распространения излучения по крайней мере на порядок меньше расстояния между ними, а источник излучения выполнен им пульсным,