Способ определения фотоиндуцированного двулучепреломления в светочувствительной пленке

 

Использование: изобретение относится к оптической обработке информации и может быть использовано в материаловедении тонких пленок, голографии, микроэлектроники . Сущность изобретения: одновременно измеряют переменную и постоянную составляющие пропускания пленкой непоглощаемого излучения, промодулированного перед падением на пленку по поляризации с заданной частотой между значениями Е, С и Е, С, где С - направление фотоиндуцированной оптической оси в пленке. Далее, используя расчетную формулу, вычисляют .величину фотоиндуцированного двулучепреломления. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

5U 1835505 А1 (si)s G 01 N 21/45

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАН И Е ИЗОБРЕТЕН ИЯ :;:,:.,:,(К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 и (21) 4916962/25 (22) 05.03.91 (46) 23.08.93. Бюл. N. 31 (71) Физико-технический институт им.А.Ф. Иоффе (72 В.M.Ëþáèí и В.К,Тихомиров . (56) Zhdanov V;G. "Photolnduced optical

anisotropy In chaIcogenlde films", Phys. Stat.

Sol. (а), 52, 621, (1979).

Авторское свидетельство СССР

No 1786403, кл, G 01 N 21/45, 19.07,90. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОТОИНДУЦИРОВАННОГО ДВУЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЯ В СВЕТОЧУВСТВИТЕЛЬНОЙ

ПЛЕНКЕ

Изобретение относится к области обработки оптической информации и может быть использовано в материаловедении тонких пленок, поляризационной голографии и микроэлектронике.

Целью изобретения является обеспече ние возможности определения величины векторного эффекта ФДв в фоторефрактивных пленках.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе определения ФДв в светочувствительной пленке путем облучения пленки непоглощаемым светом, промодулированным по поляризации с заданной частотой и измерения переменной составляющей пропускания ЛТ синхронно на этой же частоте, согласно формуле изобретения, одновременно с переменной составляющей ЬТ измеряют постоянную составляющую пропускания Т, а величину (nl- nil) ФДв определяют иэ соотношения:

ЬТ Л

nJ nil= - — -Х (57) Использование: изобретение относится к оптической обработке информации и может быть использовано в материаловедении . тонких пленок, голографии, микроэлектроники, Сущность изобретения: одновременно измеряют переменную и постоянную составляющие пропускания пленкой непоглощаемого излучения, промодулированного перед падением на пленку по поляризации с заданной частотой между значениями Е, С и Е, С, где С вЂ” направление фотоиндуцированной оптической оси в пленке. Далее, используя расчетную формулу, вычисляют величину фотоиндуцированного двулучепреломления.. 4 ил, А (Е T) — (Е Т вЂ” А) гдеА=16п $, С-2(п -1)(п -S ), Е =(п+

+1)ý(n+ У)+(и 1)эх(п S ), T =(Ти-Т,,) разность значений пропускания пучков света, имеющих поляризации 5t I I C и (И ., С— направление фотоиндуцированной оптической оси в пленке, совпадающее с направ.лением электрического вектора излучения, индуцировавшего двулучепреломление, Т=(Ти + T)()/2, где А — длина волны промодулированного по поляризации света, h — толщина пленки, и — показатель преломления пленки до возникновения в ней фотоиндуцированного двулучепреломления, S — показатель преломления прозрач-. ной подложки ($ = 1,если пленка свободная).

Фиг.1-4 поясняют предлагаемый способ, Способ основан на явлении многолучевой интерференции света в тонкой пленке.

Как правило, для практических применений

1835505

ЕТ вЂ” А, Т » СР

 — С сазу»+ 0

25

Т(!

А()

В i(— С)(сов p(i + 0(i

Т вЂ”, (2) 30

В,1 — С(cos д+ 0(. где Аи, А(, Вп, В(, С, С(, 0и, 0(: и rpij, р, получаются:при подстановке в выражения для А, В. С; 0 и р значений пп и пгсоответственно. Для разницы Tii -TJ получается 35 выражение в виде: (5) Таким образом, измерив одновременно кинетику анизотропии пропускания Тп - Т и скалярного пропускания Т, можно по формуле (5) вычислить величину ФДв в любой момент времени в ходе. процесса одновременного возникновения ФДв и фоторефракции.

Покажем необходимость одновременности измерения переменной и постоянной составляющей пропускания при модуляции поляризаций непоглощаемого излучения с заданной частотой. Эта необходимость сле5 дует из тога, что явления ФДв и фоторефракции в фоторефрактивных пленках возникают одновременно, Возникновение

ФДв ведет к появлению анизотропии пропускания ЬТ, возникновение фоторефрак0 ции — к изменению скалярного пропускания

Т, т.е. изменению пропускания в обеих поляризациях Е ц и Е, Сильная.фоторефракция ведет к тому, что и(- пц и Тц - Т связаны не линейно, а более сложным образом в

5 зависимости от фоторефракции, т,е, от Т. представляют интерес пленки, напыленные на прозрачные подложки. Рассмотрим случай прозрачной тонкой пленки на прозрачной подложке (фиг.1). Здесь цифрой 1 обозначен воздух с коэффициентом преломления n() = 1, 2 — тонкая пленка толщиной h с коэффициентом преломления и, 3 — толстая подложка с коэффициентом преломления S. Пусть непоглощаемое монохроматическое излучение с постоянной длиной волны Л падает на пленку нормально (для упрощения интерференционных формул). Пропускание Т такой системы описывается известной (1) формулой где А = 16 и S, В = (и + 1) (и + S ). С = 2(п

-1)(пг-S2), 0=(п -1)з(п- яг) = 47гпь,/

При подстановке в формулу (1) показателей преломления пц и n),соответствующих непоглощаемым пучкам света с электрическими вектораМи Ец и М, соответственно, для пропусканий.Т и и Т). получим

Тп - Т вЂ”. — -е — (пп - пД; (3) H sin c (Š— С СОЗ р„)2 где г) = - — пп — — и S(n - 1) (и - $ ), Е - (и +

2 2 2 2

+1)з (и + 52) + (и 1)з (и яг) Рср . Поскольку наиболь- 4 шие из известных значений фоторефракции не превосходят 01, а величина и обычно лежит в диапазоне 1,5...4, то с точностью

10% можно принять, что значения величин

А, В, С, 0 не изменяются из-за фоторефрак.- 5 ции. Изменение Т из формулы (1) происходит практически только из-за изменения .величины р и cos р, соответственно. Для

4жЬ„ пленок толщиной 1 мкм значение и 30 для видимого света, и поэтому функция

cos p изменяется очень сильно (в диапазоне (-1, +1)) даже при такой малой фоторефракции, как 0,1, Таким образом, в формулу (3) в выражения для Н, Е, С можно подставлять значение и, которое пленка имела до возникновения фоторефракции;

Из-эа скалярности эффекта фоторефракции (иэменения показателя преломления в обеих поляризациях Ев и Е ) будет сильно изменяться величина рср, а также и sin рср и cos pep. Поэтому для определения ФДв из формулы (3) необходимо кроме

Тн - Т знать также значения cos pep u

sin p p. Эти величины можно определить, зная как изменяется в ходе нарастания фоторефракции скалярное пропускание Т = (Тп ++Т1)/2. На основании формулы (1) легко получить выражение для cos р <р и sin p(:p. г (4) Окончательное выражение для пп - и(, следовательно, будет определяться не только Тв — Т(.(анизотропией пропускания), но и

Т (скалярным пропусканием):

Тп — Ti А щ-пи = Т 4дь х х (С Т) — (Е Т вЂ” А) Это рассуждение также поясняет необходимость измерения постоянной составляющей пропускания при модуляции состояния поляризации непоглощаемого

1835505 излучения с заданной частотой в фоторефрактивных пленках.

Связь между ФДв и переменной и постоянной составляющими пропускания в фоторефрактивных пленках установлена впервые, Таким образом, все признаки необходимы, а вместе они достаточны для достижения цели изобретения.

Авторами впервые установлено новое свойство фоторефрактивных пленок: зависимость переменной составляющей пропускания ЬТ от величины фоторефракции, т,е. от Т. Это обусловлено тем, что фоторефракция (изменение показателя преломления) приводит к изменению условий интерференции непоглощаемого излучения в пленке, что в свою очередь ведет к тому, что связь Т и nI — пц становится существенно нелинейной и для нахождения ng- пи необходимо измерять не только hT, но и Т, причем в один и тот же момент времени облучения пленки.

Пример конкретного осуществления способа, Заявляемый способ был нами реализован при определении кинетики ФДв в области прозрачности пленок стеклообразного полупроводника состава AszSg, приготовленных методом термического испарения в вакууме. Пленки Аз Из, приготовленные таким методом, отличаются от пленок того же состава, приготовленных методом высокочастотного ионно-плазменного распыления (и использованных в (2) в качестве конкретного примера) тем, что в них имеет место сильный эффект фоторефракции (0,1). На фиг.2 представлена схема эксперимента, в котором была определена кинетика возникновения ФДв, ФДв в пленке возникало в результате облучения их линейно поляризованным излучением аргонового Ar лазера

+ (Ъ 488 нм), имеющего заданное направление электрического вектора f. Коэффициент поглощения этого излучения был

10 см, Одновременно с этим пленка облучалась линейно поляризованным непоглощаемым пленкой излучением Не-Ne-лазера (А= 633 нм), промодулированным по поляризации между значениями Ец II В и Е 1Е.

Прошедшее через пленку излучение Не-Neлазера попадало на фотоприемник (Ф), электрический сигнал с которого поступал в схему регистрации (CP) Эта схема позволяла измерять переменную и постоянную составляющие пропускания.

На фиг.3 представлены экспериментально одновременно измеренные величины hT и Т на длине волны Не-Ne-лазера в пленке толщины 2 мкм при одновременном

5 облучении пленки излучением Ar лазера с плотностью мощности 30 мВт/см . Эти данные позволили определить кинетику нарастания ФДв в этой пленке (фиг.4), Таким образом, как видно на фиг,3, 10 предлагаемый способ, в отличие от прототипа, позволяет определить величину ФДв в фоторефрактивной пленке, Способ может найти применение для отбора необходимых сред, использующихся

15 в устройствах для побитовой и голографической записи оптической информации.

Формула изобретения

Способ определения фотоиндуцированного двулучепреломления в светочувст20 вительной пленке, включающий облучение пленки, нанесенной на подложку, непоглощаемым светом, промодулированным flo поляризации с заданной частотой, и синхронное измерение переменной составляю25 щей пропускания hT на этой же частоте, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения возможности определения двулучепреломления в фоторефрактивной пленке, одновременно с переменной составляющей

30 ЛТ измеряют постоянную составляющую . пропускания Т, а величину фотоиндуцированного двулучепреломления ng - nn определяют из соотношения:

ЬТ Л

ng - пц = - - — - х (СТ) — (СТ вЂ” А) гдеА=16п S;

40 С =2 (и - 1) (n - S );

Е =(и+1) (и+S )+(n — 1)(n — S );

Л Т = (Тп - Т1 ) — разность значений пропускания пучков света, имеющих поляризации Ги II Си El 1 (., М вЂ” направление

45 фотоиндуцированной оптической оси в пленке, совпадающее с направлением электрического вектора излучения, индуцировавшего двулучепреломления;

Т =(Т и+Т „) /2;

50 А — длина волны промодулированного по поляризации света;

h — толщина пленки;

n — показатель преломления пленки до возникновения в ней фотоиндуцированного

55 двулучепреломления;

S — показатель преломления прозрачной подложки.

ПЛЬмкА

9йг g

Т

g ьТ

Фиг. Ф

-4Л

%mr, 3

Составитель В.Тихомиров

Редактор Т.Иванова Техред M.Mîðãåíòàë Корректор M.Ñàìáîðñêàÿ

Заказ 2980 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101