Способ определения действительной части показателя преломления металла

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 4(51) С 01 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЕЛЬС ТОРСНОМУ С 2(2 фя п-о)кг 2 2 (ьг-вг)- г п (р д, Э структуруок с фиксиения, возбуж затем через полученнуюпропускают световой прованной частотой излдая в ней направляему ТМ моду, и ышедшего из а, по котозмеряют интенсив ь ого пучк спектра, азателя по 21 м "юпИ е3,2 м 3 ы :а Гг Р(гк ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(7 1) Институт физики АН Эстонской С(56) 1. Горшков М.М. Эллипсометрия.М., "Советское радио", 1974.2. 1 оЬпзоп Р.В., СЬг 1 зйу К.1(.Орйдса 1 Сопзапйз оЕ ВЬе КоЬ 1 еМеа 1 з. РЬузхса 1 Кеч 1 еы . В, 6, 12,1972, р. 4370-4379 (прототип).(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕЙСТВИТЕЛЬНОЙ ЧАСТИ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯМЕТАЛЛА, основанный на взаимодейст"вии светового пучка с металлом, о тл .и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определениядействительной части показателя преломления металла в спектральной области, где эта величина меньше однойдесятой мнимой части показателя преломления, для фиксированных частот юуказанной спектральной области наисследуемый металл наносят диэлектрический слой с показателем преломления о и толщиной Р, а затемдиэлектрический слой с показателемпреломления ос, )Ь и толщиной В , причем показатели преломления диэлектрических слоев и толщина второго слоя для фиксированнойчастоты ок светового пучка выбраны из соотношения 801151869 скорость света в ваку- мнимая часть показате преломления металла,а толщина второго слоя Рз такова,что для нее выполняется соотношение структуры светового пуч рой определяют спектр э измеряют полуширину " действительную часть по ломления металлаопределяют1 11Изобретение относится к технике. измерения показателей преломления металлов и сплавов, и может быть использовано в оптической промышленности, лазерной технике, интегрально оптике, оптоэлектронике.Известен способ определения показателя преломления металла в оптической области спектра эллипсометрическим методом Г 11Недостатком этого способа является требование проведения измерений в сверхвысоком вакууме, поскольку эллипсометрический метод очень чувствителен ко всякого рода загрязнениям поверхности.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ определения действительной части показателя преломления металла, основанныи на взаимодеиствнич20 светового пучка с металлом, путем нанесения на прозрачную подложку пленки металла толщиной не менее 250 А и измерения коэффициентов от 25 ражения и пропускания р -поляризованного света при нескольких углах падения. При этом сверхвысокий вакуум не требуется, и метод мало чувствителен к состоянию поверхности пленки Г 23.30Недостатком известного способа является большая неточность определения действительных частей показателей преломления металлов в той спектральной области, где эти ве личины малы, например в ближней инфракрасной области, поскОльку коэффициент отражения света от металла при малой действительной части показателя преломления определяет- ф ся в первую очередь мнимой частью показателя преломления металла.Цель изобретения - повышение точности определения действительной части показателя преломления метал- ф 5 ла в спектральной области, где эта величина меньше одной десятой мнимой части показателя преломления,Поставленная цель достигается тем. что согласно способу определения 50 518691действительной части показателя преломления металла; основанному навзаимодействии светового пучка с металлом, для фиксированных частот о й указанной спектральной области наРисследуемый металл наносят диэлектрический слой с показателем преломления в и толщиной Э , а затемдиэлектрический слой с показателемпреломления в) вЬ и толщиной 2СМ фпричем показатели преломления диэлектрических слоев и толщина второго слоя для фиксированной частоты шя светового пучка выбраны изсоотношенияЬ Ю р 3 е мегере- скорость света- мнимая часть ппреломления мещина второго слва, что для нееся соотношение в вакууме; казателя алла, толоя 3 тако- выполняетс 1 г В маФ -- - я ю ов На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для реализазатеи через полученную структуру пропускают световой пучок с фиксированной частотой излучения, возбуждаяв ней направляемую ТМ-моду, и измеря.ют интенсивность вышедшего из структуры светового пучка, по которой определяют спектр того пучка, измеряют полуширину о" спектра, а действительную часть показателя преломления металла ь определяют по формуле ии предлагаемого способа, на фиг. асчетные спектральные зависимости3 1151 коэффициента затухания ТМ-моды четырехслойного металло-диэлектрического волновода ж(ы и величины х(шр (оэ.Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит перестраиваемый источник 1 р-поляризованного света, призму 2 для возбуждения ТМ- моды металло-диэлектрического волновода, металло-диэлектрический волновод 3, призму 4 для вывода излучения 10 иэ волновода и регистрирующее устройство 5.Способ определения и осуществляется следующим образом.Иа поверхность исследуемого металла наносят сперва диэлектрическую пленку с показателем преломления и и с толщиной Эв, а затем диэлектрическую.пленку с показателем пре- ломлениЯ , пРичем ьв, и 20 с толщиной Й . В качестве диэлектрика нужно выбрать такой материал, у которого потери и дисперсия показателя преломления малые величины, например, высококачественные стекла. 25 Толщина Рв должна быть достаточно велика, чтобы осуществлялось слабое примешивание поверхностного плазмона к направляемой ТМ-моде трехслойного волновода так, чтобы удовлетво- ЗО рямось соотношение где , - расстояние между призмами,Изменяя длину волны источника света,получают спектр вР-(4 и определяют его полуширинуПредложенный способ наиболее удобен при малых значениях д , когда о также мало. Тогда с высокойточностью можно пренебречь дисперсиейв измеряемой спектральнойобласти. Характерной для с является величина ЯКП цНапример,кдля серебра при длине волны1,5 мкм о, К;, = 10 , при этом,если в качестве первого диэлектрического слоя выбрать стекло с показателем преломления и, = 1,400,то для того, чтобы показатель преломления поверхностной плазменнойволны совпадал с показателем преломления 0-й ТМ-моды трехслойногодиэлектрического волновода при частоте света о, параметры второгодиэлектрического слоя должны бытьследующие: ь, = 1,415 и Э = 5 мкм.Соответствующие рассчетные спектрывеличины ж(ы) иэ) Р "(о 4 приЭв 8 мкм Р(м=. 10 ) показанына фиг. 2. Поскольку между ю исуществует прямая пропорциональнаязависимость, предложенный способопределения .и при малыхвыгодно отличается от метода, основанного на измерении отражения и прохождения света для тонких пленокметалла, при этом коэффициент отражения света от металла при малыхопределяется в первую очередь мнимойчаСтью показателя преломления металла,Ошибка определения действительной. части показателя преломления при еемалых значениях у предложенногоспособа не превышает нескольких процентов, в то время, как у известныхспособов ошибка достигает 507 иболее. 45 50 В случае совпадения показателей преломления ТИ-моды трехслойного диэлектрического волновода и поверхностного плазмона в узкой области ь) коэффициент затухания направляемок ТМ-моды четырехслойного металло- диэлектрического волновода м,(Ы) Оимеет следующий вид:Хщ= Рм 1,5)о-) +д" где а - постоянная величина, а между ь и о" существует ирямая пропорциональная зависимость, представленная формулой (2). Остальные величины, входящие в формулу (2), можно определить с высокой точностью.Таким образом, действительная часть показателя преломления может быть определена по измеренной полу- ширине функции м.(ы) р (а). Для этого световой пучок определенной интенсивности 3 (ы) от перестраиваемо 869 4го источника 1 направляют на призму 2, с помощью которой возбуждают ТМ в мо металло-диэлектрического волновода 3, с помощью призмы 4 выводят свет из волновода и измеряют интенсивность вышедшего пучка Э (м) на регистрирующем устройстве 5. Затем рассчитывают значение функции жш р-(Ы при заданной ц по форму- ле1151 ЯЕ;О 6 па А иы а 4 г каз 2313/33одписное ВН КИПИ Тираж 8971 О Таким образом, по сравнению с известными способами предлагаемый способ измерения действительных .частей показателей преломления металла позволяет определить действительную 5 часть показателя преломления металла с более высокой точностью в той спектЪ иал ППП "Патент",Ужгород, ул. Проектная,ральной области, где она мала, т.е,меньше одной десятой мнимой частипоказателя преломления, кроме того,отсутствует необходимость применениядорогостоящей и сложной в эксплуатации аппаратуры сверхвысокого ва-куума.