Оптико-электронная система для измерения параметров планарных волноводных пленок

 

1. ОПТИКО ЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПЛАНАРШ Х ВОЛНОВОДНЫХ ПЛЕНОК , содержащая источяик излучения, пов (фотный ст€яик со шкалой отсчега углов установленный с возможностью врашення относительно оси, парпендикулярюй плоскости падения пучка излучения, устройство Евода пучка излучения в шенЕ, устриЛство вьгаода пучка излучения на пленки н регистрирующее устройство, отличающаяся тем, что, с цепью {шсширения функциональных возможностей путем обеспечения измерения и спенхи значения углового и амплитудного распределения излучения в вопноводных модах различных индекссж, она снабжена установленным на поворотном стспикё оптако-механическим сканирующим устройством с фо Ашрователем опорного импульса , расположенными последовательно по ходу пучка излучшня внеосевым параболическим эвркапом и фотоприемником установлен в фокусе внеосевого яарабопического зеркала, выходы фотоприемника и формирователя опорного им (/ тупъса соединены соответственно с перЕбым и вторым входами регистрирующего .устройства.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК,SU„„1024714

ЭСМ) %01 В2!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3346411/18 28 (22) 21.09,81 (46) 23.06.83, Бкп. М 23 (72) В. П. Ананьев, В. В. Васькин, И. В, Николаев и В. А. Прописнов (53) 53 1.7 (088.8) (56) 1. P.Р. Herrmann. Determination

ef -thickness refractive index and :dispersion of waveguiding. thin films

with Abbe refractometer. - "Applied

0ptics", 1980, v. 19, р. 3261-3262. . (54)(57) 1, ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННАЯ

СИСТЕМА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТ»

POB ПЛАНАРНЫХ ВОЛНОВОПНЫХ ПЛЕ

НОК, содержапюя источник излучения, поворотный столик со шкалой отсчета ут лов,- установленный с воэможностью spa пения относительно оси, перпендикулярной плоскости падения пучка излучения, устройство ввода пучка излучения в атенк, устройство вывода пучка излучения иэ пленки и регистрирукщее устройство, î гл и ч а ю ш а я с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей путем обеспечения измерения и оценки значения углового и амплитудного распределения излучения в волноводных моILL различных индексов, она снабжена установленным на поворотном столике оптико-механическим сканирующим устройством с формирователем опорного импульса, расположенными последовательно по ходу пучка излучения внеосевым параболическим зеркалом и.фотоприемником, который установлен в фокусе внеосевого параболического зеркала, выходы фото- Я приемника и формироват пя опорного импульса соединены соответственно с первым и вторым входами регистрирующего устройства, 1024714

35 устройства.

2. Система по п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что регистрирующее устройство выполнено s виде осциллографа, логарифмического ускпителя и регулируемого генератора парных импульсов, подкпючейного к первому и:второму входу осциллографа, и измерителя временных

1

Изобретение относится к кантрапьно-: измерительной технике и может быть использовано в электронной прамыпщенности и оптическом приборостроении для измерений при вакуумном напылении.

Известна оптиксьелектроннан система для измерения параметров цпанарньтх ваиноводных пленок, содержащая источник излучения, поворотный стсщик со шкалой отсчета углов, установленный с sosможностью вращения вокруг аси, перпендикулярной плоСкости падения .пучка излучения, устройство ввода пучка изпуче ния в ппенку, устройство вывода пучка излучения иэ тщенки и регулирующее устройство, выполненное в виде рефрактометра, с помощью, которого производи i ся регистрация возбуждения воцноводиой моды и отсчет угиа, саответствукацего этой моде (1).

Однако устройство не позвопяет попу

-чить кстпичественную информацию об ам-.. плитудном распределении по вапноводным модам, а также угловой спектр отдельной моды, что не дает воэможность определить пригодность исследуемой пленки для использования в тех или иных интегрально-оптических элементак. Кроме того, нельзя производить измерение в инфракрасной области спектра, так как регистрация излучения, вышедшего из исспедуемай тщенки, осуществляется визуально, Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей путем обеспечения измерения и оценки значения углового и амтщитудного распределения излучения в вопновсктнык иодах различных индексов.

Поставленная цель достигается тем, что оптико-електpатсная система дпя as,мерения параме тров планариьтх ващновадных пленок, содержащая источник излучения, поворотный столик со шкалой отсчета углов, установпенный с воэмоэсносинтервалов, соединенного с выходом регу лируемого генератора парных импульсов, третий вход осциллографа и вход регулируемого генератора парных импульсов явля ется вторым входом регистрирующего устройства, а вход логарифмического усилителя - er о первым входом, 2 тью вращения относительно оси, перпендикулярной плоскости падения пучка йзлучения, устройства ввода пучка излуче ния .в пленку, устройство вывода пучка

5, изпучения иэ пленки и регистрирутощее устройство, снабжена установленным на поворотном столике ойтяко-меканическим сканирующим устройством с формировате лем опорного импульса, расположенными тп последовательно па ходу пучка излучения внеосевым параболическим зеркалом и фотоприемникам, который установлен в фокусе внеосевога параболического зерка ла, выходы фотоприемника и формировате» ля импульса соединены соответственно с первым и вторым входами регистрирую» щего устройства..

Кроме тога, регистрирующее устройсьво выполнено в виде осциллографа, логарифмического усилвтепя и генератора парных импульсов, подключенного к первому и второцу входу осциллографа, и измерителя временных интервалов, ñàeдиненного с выходом генератора парных щ имцульсов, третий вход осциллографа и вход генератора парных импульсов является вторым входом регисттируюптего устройства, а вход лагарифмическагo усц литеця - его первым вкодом.

На фиг. 1 представпена функциональ ная схема оптико-епектронной системъц на фиг. 2 - бпоксхема регистрируюййн о

Оптико-електрониая. система состоит

З5 . иэ источника 1 излучения, псаоротнаго статика 2 с расположенной на нем исследуемой пленкой 3, устройства 4 ввода пучка излучения в пленку, устройства 5 вывода пучка излучения as пленки, оптн-. ко-механического сканируюспего устрой- ства 6 с плоским вращающимся зеркалом

7 и формирователя 8 опорного импульса, внеосевого параболического зеркала 9, фотоприемника 10 и регистрирукшега уст714 4 носительно плоскости пленки 3. Этому положению плоского врашаюшегося зеркала 7 приводится в соответствие момент появления опорного импульса на выходе формирователя 8 опорного импульса оптик механического сканирующего устройства 6, что достигается соответствующим выбором положения установленных неподвижно йй.поворотном стаиике. 2 и входящих в. состав формирователя 8 опорного импульса светодиода и фотодиода относительно вращающегося зеркала. При измерения опорный импульс запускает раэвери ку осциллографа 12 и генератор 13 парных импульсов (с регулируемой задержкой). На вход осциллографа 12 поступает сигнал с выхода фотоприемника 10, усиленный логарифмическим усилителем 14, В результате на экране осциллографа 12 возникает изображение сечения пучка излучения, выходящего иэ пленки 3, содержащее информацию об его угловом спектре и амплитудном распределении. Наличие в составе регистрирующего устройства 11 логарифмического усилителя 14 позволяет регистрировать иа экране осциллографа 12 отношение амплитуд в логарифмическом масштабе и обеспечивает высокое разрешение измерений. Для -получения количественной информации об угловом спектре излучения выход генератора 13 парных импульсов (с регулируемой задержкой) подключается к входу измерителя 15 временных интервалов и параллельно входу g осцнппографа 12. В результате на идображении сечения цучкв, регистрируемом осциллографом 12, возникают яркостиые метки, положение первой из которых (от первого импульса генератора 13) соответствует началу от,счета (момент появления опорного им -цульса), а положение второй (от второго импульса генератора 13) можно произвольно изменять регулировкой задержки между импульсами генератора 13, устанавпивая таким образом вторую яркостную метку в любую точку изображения сечения пучка. Так как оптико-механическое сканирукнцее устройство 6 обес печивает равномерную развертку по углу,,то временную шкапу на экране осциллографа 12 можно привести в соответствие с угловой шкапой сканирукацего устройства 6, т.е. измеряя задержку второй метки относительно первой, можно определить угловое положение относительно на-. чала отсчета. Например, послеаоватепь:ио устанавливая вторую метку на уровне

:половины амплитуды импульса íà перед3 1024 ройства 11, которое состоит из осциллографа 12, регулируемого генератора 13 парных импульсов, логарифмического усилителя 14 и измерителя 15 временных интервалов. 5

Система работает следующим образом.

Исследуемая пленка З,устанавливается . нв поворотный столик 2 таким .образом, чтобы ее плоскость была перпендикулярна плоскости падения, а положение относи- jp тельно устройств 4 и 5 ввода и вывода излучения обеспечивало возбуждение волноводной моды н вывод излучения из пленки 3.

Вращающееся плоское зеркало,6 обес- д5 цечивае т развертку выходящего as воино-. водной пленки 3 излучения в ппоскосж падения и направляет его на внеосевое параболическое зеркало 9, в фокусе которого расположена,. чувствительная площадь фотоприемника 10. Импульс фототока с выхода фотоприемника 10 поступает на вход регистрирующего устройства 11.

При повороте столика 2 фиксируются углы поворота, соответствующие макси- 25 мумам амплитуды импульсов, возникающих на выходе фотоприемника 10 в результате попадания нв его чувствительную площадку излучения, прошедшего че-. рез пленку 3 и огре „ енного от вращаю- 3О шегося 7 и парабопического 9 зеркал.

За начало отсчета принимается положение столика . 2, при котором пуч падающего излучения проходит параллельно ппоскос ти исследуемой пленки 3. Определенный такам образом набор углов представпяетсобой спектр мод вопноводной пленки, из которого известным методсм могут быть определены коэффициент прелоьае,ния и топпшиа вопноводной пленки 3.

Для приучения, количественной инфор-. мации об амплитудном распределении и угловом спектре иэлучения, выходящего из пленки 3, используется свойство napsбопического зеркала 9 собирать в фоку се, г.е. на чувствительной площадке фотоприемника. 10, только те лучи, которые параллельны оси параболы. Так как исследуемая пленка 3 .с устройствами 4 а

5 ввода излучения и врашаккпееся ппео- 50 кое зеркало 7 образуют оптическую систему, подобную двухзеркальной, то в соответствии с известным свойством двух зеркальных систем сигнал с фотоцриемни- ка 10 поступает на вход регистрирующего устройства 11 лишь в момент времени, соответствующий одному и таму же положению вращакапегося зеркала 7 огI

РиеХ

Составитель Е. Гладкова .

Редактор Т. Кугрьпцева: Техред . M.Коштура ...Корректор О. Бйпак

Заказ 43 76135 Тираж 602 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета. СССР нр дейам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/8

Филиал ППП Патент, t; Ужгород, ул. Проектная, 4

S 10247 нем и заднем его фронте и измеряя соответствующие задержки, можно измерить угиовую ширину импульса по уровню 0,5; ,аналогичным образом, устанавливая мет ку в максимумы.импульсов, можно опре- S делить угловое положение паразитных мод относительно основной, если таковые имеются в спектре исследуемой пленки и т. д, Измерение времени задержки осуществляется с помошью. измерителя 13 временных интервапов, в качестве которого используется, например, частотомер, работаюший в соотэетствуюшем режиме, а калибровка временной шкалы по углупо времени между двумя соседними 1$

° опорными импульсами, с оответствующе- . му 360 .

14 4

Фокусное расстояние внеосевого параболического зеркала 9 и размер чувствительной площадки фотоприемника 10 выбирается таким образом, чтобы мгновенное угловое поле зрения фотоприемника

1Î бьято сушественно (не менее чем в

20 раз) меньше угловой ширины иссле дуемых пучков излучения,что обеспечивает высокое угловбе размещение системы.

Таким образом, за счет обеспечения ,возможности получения всей совокупности экспериментальных данных об исследуемой вопноводной пленке при используемой конструкции оптико-механической части системы и схеМной реализации регистрируюшего устройства расширяются функциональные возможности системы.