Способ контроля параметров оптического волноводного слоя

 

Использование: исследование электрофизических свойств поверхности эмиссионными методами, контроль качества элементов интегральной оптики и микроэлектроники. Сущность изобретения: в способе контроля параметров оптического волноводного слоя возбуждают в нем волноводные моды путем освещения слоя пучком когерентного излучения с энергией квантов ниже порога стационарного фотоэффекта. Контроль параметров волноводного слоя осуществляют по величине тока нестационарной экзоэлектронной эмиссии, возбуждаемой внутри контролируемого слоя собственным излучением волновода.

Изобретение относится к области исследования электрофизических свойств поверхности и приповерхностных слоев материалов и изделий оптоэлектроники и интегральной оптики, в частности планарных и волоконных световодов, и может быть использовано при изучении параметров градиентных оптических сред и контроле эксплуатационных свойств оптических элементов на их основе.

Заявляемый способ основан на эффекте экзоэлектронной эмиссии с поверхности твердых тел, возникающей при подведении к телу внешнего стимулирующего воздействия в виде, например, тепла или света с энергией ниже порога возникновения стационарных эмиссионных эффектов. Указанный эффект используется в качестве высокочувствительного информативного метода анализа и контроля структурно-энергетического состояния реальной поверхности материалов. В частности, известен способ контроля механической прочности и напряжения в приповерхностных слоях стекла после ионообменной обработки, заключающийся в нагревании поверхности стекла до Н 100 130 град С после облучения пучком электронов с энергией 0,5-1,2 кэВ и определении интенсивности нестационарной эмиссии электронов [1] Наиболее близким к заявляемому является способ контроля толщины волноводных слоев и показателей преломления, заключающийся в освещении под определенным углом волноводного слоя сходящимся пучком когерентного излучения и возбуждении в нем оптических волноводных мод, измерении характеристик прошедшего через слой излучения и определении по ним параметров слоя [2] Описанным способом невозможно определить местоположение дефектного участка волноводного слоя, исследовать оптические изделия сложной геометрии, а также конструктивно малодоступные.

Tехническим результатом настоящего изобретения является расширение информативности контроля волноводных слоев за счет локализации дефектного участка, а также исследования сложных и конструктивно труднодоступных изделий.

Результат достигается за счет того, что в способе контроля параметров оптического волноводного слоя, включающем возбуждение в нем волноводных мод путем освещения слоя пучком когерентного излучения с энергией квантов ниже порога стационарного фотоэффекта, контроль осуществляют по величине тока нестационарной фотоэлектронной эмиссии, возбуждаемой внутри контролируемого слоя собственным излучением волновода.

Сущность заявляемого способа заключается в следующем. Пучок когерентного излучения с энергией квантов ниже порога стационарного фотоэффекта вводят в приповерхностные слои исследуемого волновода известными способами под определенным углом, например, с помощью призмы. В слое возбуждается волноводная мода с параметрами, зависящими, в частности, от угла ввода пучка. Расположенные в объеме слоя дефектные участки структуры слоя становятся источниками фотоэмиссии, которая может быть зарегистрирована известными методами, например с помощью электронных умножителей.

Способ иллюстрируется следующим примером выполнения.

В качестве исследуемого образца использовали пластины оптического стекла К8 размером 50х20х4 мм с полированными гранями. Методом ионообменной диффузии в поверхностных слоях стекла создали градиент показателя преломления, для чего поверхность образца обрабатывали расплавом нитрата калия при 430 ^oC в течение 3 часов. Образец помещали в вакуумную камеру на поворотный столик, обеспечивающий регулирование угла падения светового пучка на образец. В качестве источника когерентного излучения использовали азотный лазер ЛГИ-21 с длиной волны 337 нм, что исключало возможность возникновения стационарного фотоэффекта для материала образца. Ввод и вывод светового пучка из волноводных слоев осуществляли посредством призмы. Выведенное оптическое излучение использовали для фотоэлектрического контроля условий возбуждения и распространения излучения в волноводе. Регистрацию тока экзоэлектронной эмиссии осуществляли в вакууме 0,0001 Па известным способом с использованием вторично-электронного умножителя ВЭУ-6.

На рисунке представлены зависимости интенсивностей распространяющегося в волноводе светового потока (а) и экзоэлектронной эмиссии (б) от угла ввода пучка в образец. Данные однозначно свидетельствуют о возникновении экзоэлектронной эмиссии с поверхности образца, возбуждаемой резонансной волноводной модой, причем эмиссия вызвана наличием зоны повышенной концентрации дефектов в приповерхностном слое образца, поскольку экзоэлектронная эмиссия в бездефектных волноводах не превышает фоновых значений (10-15 имп/с). На модельных образцах волноводов, содержащих на отдельных участках волноводного слоя зоны с повышенной концентрацией радиационных дефектов, созданных облучением электронами с энергией 1-3 кэВ, с помощью заявляемого способа надежно локализованы дефектные участки.

Для исключения влияния на интенсивность экзоэлектронной эмиссии паразитного вклада поверхностных процессов десорбции-адсорбции и влияния отраженного света на показания приборов постоянно контролировали вакуум в камере. Падения вакуума в измерительной камере при волноводном возбуждении фотостимулированной экзоэлектронной эмиссии не обнаружено, тогда как в контрольном опыте с внешней подсветкой обнаруживается кратковременное ухудшение вакуума в момент включения подсветки и значительное увеличение тока эмиссии. Как показали специальные эксперименты с использованием масс-спектрометра МИ-11201 в статическом режиме, ухудшение вакуума вызвано главным образом фотодесорбцией с поверхности образца положительно заряженных ионов водорода и карбонила и отрицательно заряженного иона гидроксила.

Результаты экспериментов показывают, что заявляемое решение обеспечивает возможность исследования приповерхностных слоев оптических изделий и контроля их качества, что открывает новые перспективы в производстве изделий оптоэлектроники и интегральной оптики.

Л И Т Е Р А Т У Р А 1. А.С. СССР N 1404944, Мкл. G 01 N 33/38, опубл. БИ N 23, 1988г.

2. Б.М.Комраков, Б.А.Шапочкин. Измерение параметров оптических покрытий. Сер. "Библиотека приборостроителя". М. Машиностроение, 1986, с. 76-80.

Формула изобретения

Способ контроля параметров оптического волноводного слоя, включающий возбуждение в нем волноводных мод путем освещения слоя пучком когерентного излучения с энергией квантов ниже порога стационарного фотоэффекта и контроль параметров, отличающийся тем, что контроль параметров волноводного слоя осуществляют по величине тока нестационарной экзоэлектронной эмиссии, возбуждаемой внутри контролируемого слоя собственным излучением волновода.

РИСУНКИ

Рисунок 1