Устройство для определения поляризационных параметров импульсного излучения

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ИМПУЛЬСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащее источник импульсного электромагнитного излучения и расположенные последовательно но ходу излучения задающий поляризатор , держатель исследуемой системы , четьфе канала, каждый из которых включает анализирующий поляризатор, фотоприемник и общие усилительный тракт,соединенный с выходами фотоприемников , систему обработки и управления, соединенную с усилитель ,-ным трактом и источником излучения, ; систему отображения, соединенную с системой обработки и управления, причем в одном из каналов перед анализирующим поляризатором расположена четвертьволновая пластинкау о т л ичающееся тем, что, с целью расширения спектрального диапазона измерений и повышения локальности и точности измерений, перед анализирующими поляризаторами, а в канале, содержащем четвертьволновую пластинку , перед четвертьволновой пластинкой дополнительно установлены светоrj делительные элементы так, что на каждый фотоприемник падает излучение, (Л соответствующее одному ji тому же участку волнового фронта излучения, каждый анализ ИРУ кйций поляризатор снабжен устройством синхронного § разворота, соединенньот с системой обработки и управления, источник излучения вьтолнен перестраиваемым ; по длине волны и снабжен индикатором длины волны, соединенным с системой, со о обработки и управления, а перед задакнцкм поляризатором размещен фо кусирующий объектив.

СОЮЗ ССВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК аю 03f

3(59 С 01 И 21 21

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ г: .ь

1 ,,1 ц.

ЮК1, ;;." l c. .Н *OTOPCNOPPV GBOOCTEOOCTOV

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3502998/24-25 (22) 27.10,82 (46) 23.12.84. Бюл.У 47 .(72) М.Л.Александров,Л.N.Àcaíoâcêèé и А.Л.Мельцин (71) Научно-техническое объединение

АН СССР (53) 535,511 (088.8) (56) 1.Соколов А.В,Оптические свойства металлов. И.,1961,м.75.

2. Collett Е. Determination of

the Miysometric characteristics of

eytical surface using nanosecond

Easer pulses.-"Surface Science", v.9б,1980,р,156, (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПОЛЯРИЗАЦИОННЦХ ПАРАМЕТРОВ ИМПУЛЬСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащее источник импульсного электромагнитного излучения и расположенные последовательно но ходу излучения задающий поляризатор, держатель исследуемой системы, четыре канала, каждый иэ которых включает анализирующий поляризатор, фотоприемник и общие усилительный тракт, соединенный с выходами фотоприемников, систему обработки и управления, соединенную с усилитель" ,.ным трактом и источником излучения, систему отображения, соединенную с системой обработки и управления, причем в одном Hs каналов перед анализирующим поляризатором расположена четвертьволновая пластинка-; о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения спектрального диапазона измерений и повышения локальности и точности измерений, перед анализирующими поляризаторами, а в канале, содержащем четвертьволновую пластинку, перед четвертьволновой пластинкой дополнительно установлены светоделительные элементы так, что на каждый фотоприемник падает излучение, соответствующее одному и тому же г участку волнового фронта излучения, каждый анализирующий поляризатор снабжен устройством синхронного разворота, соединенным с системой обработки и управления, источник излучения выполнен перестраиваемым по длине волны и снабжен индикатором длины волны, соединенным с системой, обработки и управления, а перед

1 задающим поляризатором размещен фо» кусирующий объектив.

Недостатками известного устройства являются низкий спектральный диапазон измерений и невысокие локальность и точность измерений.

Целью изобретения являются расширение спектрального диапазона измерений и повышение локальности и точности измерений. 55

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения поляризационных параметров импульсФ 11307

Изобретение относится к оптическим приборам, в частности к поляриметрическим приборам, и может найти широкое применение в физике, химии при изучении импульсных источников излучения малой длительности опти ческого диапазона (лазеров, газораэрядных ламп, плазмы, химических реакций и т.д,), а также для решения традиционных эллипсометрических и поляриметрических задач при быстропротекающих процессах.

Известно устройство, включающее последовательно расположенные разворачиваемый линейный поляризатор, 15 фотоприемник и систему регистрации 1), Однако применительно к импульсным световым потокам использование такого устройства обеспечивает низкую точность определения поляризационных параметров, ввиду необходимости проведения серии последовательных независимых измерений при различных положениях поляризатора, 25

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для определения поляризационных параметров импульсного излучения, содержащее источник импульс- З0 ного .электромагнитного излучения и расположенные последовательно по ходу излучения задающий поляризатор, держатель исследуемой системы, четыре канала, каждый иэ которых

35 включает анализирующий поляризатор, фотоприемник и общие усилительный тракт соединенный с выходами фотоприемников, систему обработки и управления, соединенную с усилительным трактом и источником излучения, систему отображения, связанную с системой обработки и управления, причем в канале исследуемого излучения перед одним иэ анализирующих поляризаторов расположена четвертьволновая пластинка (2) .

77 ного излучения, содержащее источник импульсного электромагнитного излучения и расположенные последовательно по ходу излучения задающий поляризатор, держатель исследуемой системы, четыре канала, каждый из которых включает аналйзирующий поляризатор, фотоприемник и общие усилительный тракт, соединенный с выходами фотоприемников, систему обработки и управления, соединенную с усилительным трактом и источником излучения, систему отображения, соединенную с системой обработки и управления, причем в одном иэ каналов перед анализирующим поляризатором расположена четвертьволновая пластинка, перед анализирующими поляризаторами, а в канале, содержащем четвертьволновую пластинку, перед четвертьволновой пластиной дополнительно установлены светоделительные элементы так, что на кажцый i фотоприемник падает излучение, соответствующее одному и тому же участку волнового фронта излучения, каждый анализирующий поляризатор снабжен устройством синхронного pas ворота соединенным с системой обра ботки и управления, источник излучения выполнен перестраиваемым по длине волны, и снабжен индикатором длины волны, соединенным с системой обработки и управления, а перед эа" дающим поляризатором размещен фокусирующий объектив.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит источник 1 импульсного излучения с перестраиваемой длиной волны (например, лазер с перестраиваемой длиной волны), фокусирующий объектив 2, задающий ноляризатор 3, держатель 4 исследуемой поверхности, светоделительное устройство 5, анализирующие поляризаторы 6, установленные на поворотных основаниях 7, четвертьволновую пластину 8, фотоприемники 9, усилительный тракт 10, систему ll обработки и управления, электрически связанную с блоками 1,3,7 и 10, а также системой 12 отображен;.я информации и индикатором 13 длины волны излучения.

Устройство работает следующим образом, Излучение импульсного источника 1 излучения установленной длины волны

1130777

3 пропускается через фокусирующий объектив 2, задающий поляризатор.3 и формирует на исследуемой поверхности 4 световой пучок малого размера, позволяющего проводить локальный анализ исследуемой поверхности. Отраженный от поверхности световой поток, с измененным состоянием поляризации распределяется светоделительным устройством 5(1) и 5 (2) на три . 10 оптических канала, на выходах которых расположены четыре измерительные тракта, представляющие собой последовательно расположенные линейные поляризаторы 6 (1), 6 (2) и 6 (3) (с развернутыми друг относительно друга плоскостями пропус-, кания) и фотоприемники 9 (l) 9 (2), 9 (3) и 9 (4 ). Первые два измерительных тракта с фотоприемниками 9 (1) ц» и 9 (2) используют линейно ортогонально поляризованные компоненты светового потока, выходящие из различных граней одного линейного поляризатора 6 (1) (выполненного, напри» мер, в виде призмы Глана Томсона) .

Перед поляризатором 6 (3) установлена ахроматичная четвертьволновая пластина (например, ромб Френкеля), о6еспечивающая попадание на фотоприемник 6 (3) циркулярно-поляризованной . компоненты анализируемого излучения.

И»(цикатор 13 длины волны, совмещенный с импульсным излучателем I электрически связан с системой ll обработ35 ки и управления. Для расширения спектрального диапазона измерений за счет поддержания малости остаточной эллиптичности линейные поляризаторы 6 (1), 6 (2) и 6 (3) размещены на повбротных устройствах 7 (1), 7 (2) и 7 (3.), синхронно разворачивающихся вокруг оптической оси в зависимости от длины волны излучения по сигналу ll обработки и управления.

Система 12 отображения обеспечивает регистрацию полученной информации об измеренном состоянии поляризации, 4

Преимуществами предлагаемого устройства являются пространственная локализация зондирующего светового потока, обеспечивающая широкие воэможности проведения исследований объекта малых размеров, а также излучения микронеоднородностей, отражающих поверхностей с высокой точностью, а также широкий спектральный диапазон измерений, Результаты расчетов и предварительного макетирования показали, что предлагаемое устройство обеспечивает получения следующих точностных характеристик: чувствительность 10 -10 точность измерений 3 ; спектральный диапазон 250-70 нм; длительность зондирующего импульса 10 -10 с.

Технические характеристики известного устройства или других приборов, позволяющих определить поляризационные параметры импульсного излучения, которые можно было бы использовать в качестве базы сравнения неизвестны. Поэтому сравнение может быть прдведено лишь с приборами, предназначенными для одновременного определения поляриметрических параметров непрерывного излучения, Наилучшими характеристиками обладают приборы, использующие модуляционный метод измерения, при котором теоретическая чувствительность без учета приборных погрешностей не более 10 5, точность измерений максимальная — 5 7., время измерения 1 с

Приведенные данные показывают, что технические характеристики предлагаемого устройства находятся.на уровне лучших мировых образцов, позволяя при этом исследовать им пульсное излучение малой длительности, провзаимодействовавшее с сис темой с высокой точностью и локальностью, что дает возможность созда" ния прецизионных поляризационных спектрометров.

1130777 ;оставитель В.Котенев

Техред А.Бабинец

Редактор Г.Волкова

Корректор, М. Розман

Филиал ППП "Патент",г.Ужгород ул.Проектная,4

Заказ 9602/31 Тираж 822 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1l3035,Москва,.Ж-35,Раушская наб.,д,4/5