Двухлучевое интерференционное устройство для измерения толщины прозрачных пленок

 

ДВУХЛУЧЕВОЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ПРОЗРАЧНЫХ ПЛЕНОК , содержащее осветительную систему, интерференционный блок, держатель измеряемой пленки, компенсатор и зрительную трубу, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено последовательно расположенными по ходу излучения перед зрительной трубой узкополосным интерференционным фильтром , поляризатором и уголковой призмой, интерференционный блок выполнен в виде последовательно расположенных по ходу излучения плоскопараллельной пластины, установленной под углом 45° к оси излучения , оборачивающей призмы и призмы Дозе, а держатель измеряемой пленки установлен с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной основанию оборачиваюS щей призмы. (Л 05 сд 00 со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4Ш G 01 В 902 1106

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

gear p9 „-!йМ

1, .3

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3541960/18-28; 3558830/18-28 (22) 17.01.83 (46) 07.07.85. Бюл. № 25 (72) А. И. Сергеева и Н. Н. Черноусова (71) Новосибирский институт инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии и Сибирский государственный научно-исследовательский институт метрологии (53) 531.715.! (088.8) (56) 1. Понов Ю. И. Приборы и техника эксперимента. 1978, № 3, с. 237 — 238.

2. Шишловский А. А. Прикладная физическая оптика. М., Физматгиз, 1961, с. 176 — 178. (54) (57) ДВУХЛУЧЕВОЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЕ УСТРОЛСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ПРОЗРАЧНЫХ ПЛЕÄÄSUÄÄ 1165879 A

НОК, содержащее осветительную систему, интерференционный блок, держатель измеряемой пленки, компенсатор и зрительную трубу, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено последовательно расположенными по ходу излучения перед зрительной трубой узкополосным интерференционным фильтром, поляризатором и уголковой призмой, интерференционный блок выполнен в виде последовательно расположенных по ходу излучения плоскопараллельной пластины, установленной под углом 45 к оси излучения, оборачивающей призмы и призмы Дове, а держатель измеряемой пленки установлен с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной основанию оборачивающей призмы.

1165879

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения толщины и показателя преломления прозрачных пленок.

Известны интерференционные устройства для определения толщины и показателя преломления прозрачных пленок, основанные на анализе интерференционной картины, возникающей при отражении света от поверхностей пленок и содержащие осветительную систему, узел регистрации ширины интерференционных полос и угломерный блок (1).

Однако эти устройства позволяют измерять толщину пленок в ограниченных пределах и точность измерения в нижнем пределе низка (составляет 5 — 10 /<) .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является двухлучевое интерференционное устройство для измерения толщины прозрачных пленок, содержащее осветительную систему, интерференционный блок, держатель измеряемой пленки, компенсатор и зрительную трубу, интерференционный блок в данном устройстве выполнен в виде двух плоскопараллельных пластин, установленных последовательно под углом 45 к оси излучения (2).

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения вследстwe неодинакового прогрева от осветительной системы пластин интерференционного блока, в результате чего интерференционная картина в устройстве неустойчива.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что двухлучевое интерференционное устройство для измерения толщины прозрачных пленок, содержащее осветительную систему, интерференционный блок, держатель измеряемой пленки, компенсатор и зрительную трубу, снабжено последовательно расположенными по ходу излучения перед зрительной трубой узкополосным интерференционным фильтром, поляризатором и уголковой призмой, интерференционный блок выполнен в виде последовательно расположенных по ходу излучения плоскопараллельной пластины, установленной под углом 45 к оси излучения, оборачивающей призмы и призмы Дове, а держатель измеряемой пленки установлен с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной основанию оборачивающей призмы.

На чертеже изображена принципиальная схема двухлучевого интерференционного устройства для измерения толщины прозрачныхы х пленок.

Устройство содержит осветительную систему I, интерференционный блок, выполненный в виде последовательно расположенных по ходу излучения плоскопараллельной пластины 2, установленной под углом 45 к оси излучения, обеспечиВаюшей призмы 3 и призмы 4 Дове, узкополосный интерференционный фильтр 5, поляризатор 6, уголковую призму 7, зрительную трубу 8, держатель 9 измеряемой пленки, установленный с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной основанию оборачивающей призмы, и компенсатор 10.

Устройство работает следующим образом.

Свет от осветительной системы 1 падает на плоскопараллельную пластину 2 и расщепляются на два когерентных пучка, которые отразившись от оборачивающей призмы 3, проходят призму 4 Дове, снова соединяются при отражении от плоскопараллельной пластины 2, интерферируют, проходят узкополосный интерференционный фильтр 5, поляризатор 6, уголковую призму 7 и попадают в зрительную трубу 8.

Пленку устанавливают в держателе 9.

При этом интерференционная картина смещается и выходит из поля зрения. Поворотом компенсатора 10 это смещение компенсируют. Измеряемую пленку поворачивают на угол i так, чтобы интерференционная картина сместилась на целое число m полос. При этом измеряют угол i поворота с помощью отсчетно-угломерного устройства (не показано), которое может быть любым из известных типов, обеспечивающих точность измерения угла. Поляризатор 6 используют для гашения паразитных отражений. При повороте измеряемой пленки на угол i относительно плоскости основания оборачивающей призмы 3 увеличивается оптическая разность хода, вследствие чего интерференционная картина смещается.

Смещение интерференционной картины пропорционально изменению оптического пути при двухкратном прохождении света через пленку, установленную под углом i к световому потоку.

Таким образом, последовательность операций предлагаемого способа следующая:

Устанавливают измеряемую пленку в держатель 9 и поворотом компенсатора 10 (или его введением) компенсируют вызванное введением пленки в ветвь интерферометра смещение интерференционной картины. Производят поворот держателя 9 с измеряемой пленкой на угол i, так, чтобы интерференционная картина сместилась на целое число полос — m. Измеряют угол поворота i, с помощью отсчетно — угломерного устройства. Производят поворот держателя 9 с измеряемой пленкой на угол 4 и фиксируют смещение интерференционной картины на целое число полос — m

1165879

Составитель Л. Лобзова

Редактор А. Шандор . Техред И. Верес Корректор М. Самборская

3aказ 4298 32 Тираж 651 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Определяют показатель преломления пленки из уравнения,1

m; ((и — sin i, ) — cos i, — и+1) = ю/д

= m ((и — sIIl I ) — со$1« — и+ 1) .

Определяют толщину пленки по формуле

h— где Л.— длина волны излучения; и — показатель преломления пленки;

11 — толщина пленки.

Ввиду того, что интерферирующий пучок лучей снимается с той же плоскопараллельной пластины 2, на которую падает и входящий пучок, обеспечивается устойчивая интерференционная картина. Выполнение держателя 9 измеряемой пленки с возможностью поворота относительно падающего светового потока и использование интерференционного узкополосного фильтра позволяет производить измерения толщины прозрачных пленок в зависимости от показателя преломления непосредственно на измеряемом участке, что ведет к повышению точности и достоверности измерений.