Способ измерения поляризационной чувствительности приемника оптического излучения (варианты)



Способ измерения поляризационной чувствительности приемника оптического излучения (варианты)

 


Владельцы патента RU 2426078:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики" (RU)

Изобретение относится к оптике и может быть использовано для определения систематических погрешностей измерений в поляриметрической и эллипсометрической аппаратуре. Способ включает воздействие излучением, прошедшим через поляризатор и анализатор, на испытуемый приемник, при этом анализатор периодически вращают с заданным шагом, на каждом шаге регистрируют интенсивность излучения, из полученной зависимости интенсивности излучения от азимута ориентации анализатора определяют амплитуды составляющих второй и четвертой гармоник, по которым судят о величине поляризационной чувствительности приемника. Во втором варианте определяют величину фазового сдвига сигнала второй гармоники. Изобретение позволяет повысить точность, степень автоматизации и производительности контроля. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области физики, а именно проведению оптических измерений, и может быть использовано для определения систематических погрешностей измерений в поляриметрической и эллипсометрической аппаратуре, а также при разработке и использовании поляризационно-чувствительных приемников.

Известен способ измерения поляризационной чувствительности, основанный на прямом фотометрировании потока поляризационного излучения, т.е. измерения двух составляющих чувствительности приемника излучения для ортогональных компонент поляризации, и последующем вычислении их отношения [Буров Л.И., Гулаков И.Р. Поляризационная чувствительность фотокатодов фотоприемников излучения. - Журн. прикл. спектр., 1981, т.51, вып.2, с.313-315]. Недостатками данного способа являются низкая точность измерений, низкая степень автоматизации.

Наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип является способ измерения поляризационной чувствительности приемника оптического излучения [Чен Б.Б., Свердлик Л.Г. Поляризация лазерного излучения в пыли и облаке в центральноазиатском районе \ Вестник КРСУ, т, 3, №5, - 2003. С.90-96], включающий в себя освещение исследуемого приемника излучением, пропущенным через поляризатор и анализатор, регистрацию значений интенсивностей излучения для ортогональных компонент поляризации, вычисление по полученным значениям величины поляризационной чувствительности.

Способ включает в себя пропускание лазерного излучения через призму Глана, устанавливаемую во вращающейся оправе и меняющую угол поляризации излучения. Для определения поляризационной чувствительности приемника выполняют два измерения: в первом вектор поляризации определяется призмой Глана, повернутой на угол -45° к направлению ориентации анализатора в приемнике; во втором - на угол +45°. Далее вычисляется значение поляризационной чувствительности приемника по формуле:

Недостатком данного способа является низкая точность измерений вследствие использования прямого фотометрирования.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является: повышение точности и, как следствие, повышение степени автоматизации для обеспечения быстродействия и производительности контроля, обеспечение непосредственного контроля поляризационной чувствительности в рабочей схеме прибора при проведении измерений и возможности получения независимой оценки параметров, характеризующих поляризационную чувствительность, в процессе эллипсометрических измерений. Поставленная задача решается за счет того, что в способе измерения поляризационной чувствительности приемника оптического излучения (п.1), заключающемся в том, что на испытуемый приемник направляют излучение, прошедшее через поляризатор и анализатор, регистрируют значение его интенсивности, анализатор периодически вращают с заданным шагом, на каждом шаге регистрируют интенсивность излучения, из полученной зависимости интенсивности излучения от азимута ориентации анализатора определяют амплитуды составляющих второй и четвертой гармоник частоты вращения анализатора, а величину поляризационной чувствительности приемника определяют из уравнения:

где K - поляризационная чувствительность приемника, Р - азимут поляризатора, I - амплитуда второй гармоники частоты вращения, I - амплитуда четвертой гармоники частоты вращения, С - отношение амплитуд четвертой и второй гармоник.

Во втором варианте (п.2) в способе определения поляризационной чувствительности приемника оптического излучения, заключающемся в том, что на испытуемый приемник направляют излучение, прошедшее через поляризатор и анализатор, регистрируют значение его интенсивности, анализатор периодически вращают с заданным шагом, на каждом шаге регистрируют интенсивность излучения, из полученной зависимости интенсивности излучения от азимута ориентации анализатора определяют величину фазового сдвига сигнала второй гармоники, а величину поляризационной чувствительности приемника определяют из уравнения:

где φ - фаза второй гармоники частоты вращения.

Способ определения поляризационной чувствительности приемника оптического излучения (п.1, п.2) основан на гармоническом анализе выходного сигнала исследуемого приемника излучения, установленного в поляризационной схеме поляризатор-анализатор-приемник. При периодическом вращении анализатора в данной схеме и наличии у приемника излучения поляризационной чувствительности спектр выходного сигнала содержит дополнительные составляющие второй и четвертой гармоники частоты вращения.

где Ω - частота вращения приемника, I0 - интенсивность на входе системы (после поляризатора), S0 - чувствительность приемника, t - время.

Для определения точности поляризационной чувствительности приемника оптического излучения по способу (п.1, п.2) определяем ошибку δK в виде:

Оценка точности способа по первому варианту:

Р=40°

K=0,99

δK=0,39·10-3

Оценка точности способа по второму варианту:

Р=40°

K=0,99

δK=0,375·10-4

Полученные значения δK по заявляемому способу (п.1, п.2) показывают, что способ определения поляризационной чувствительности по второму варианту обладает на порядок большей точностью, чем по первому. Предлагаемый способ определения поляризационной чувствительности приемника оптического излучения рекомендуется использовать в эллипсометрических схемах, при этом первый вариант способа рекомендуется использовать при азимутах поляризатора, близких к 0° и 90°, т.к. при значениях азимута, стремящихся к 0° и 90°, во втором варианте способа ошибка δK стремится к бесконечности.

В отличие от прототипа, в заявленном способе величину поляризационной чувствительности вычисляют через значения амплитуд составляющих сигнала второй и четвертой гармоник частоты вращения анализатора (в первом варианте) или через величину фазового сдвига сигнала второй гармоники (во втором варианте), что позволяет повысить точность измерений, т.к. определение амплитуд составляющих сигнала второй и четвертой гармоник частоты вращения анализатора и фазы сигнала осуществляется с большей точностью и на них меньше влияет нелинейность приемника, а также повысить степень автоматизации, позволяет проводить измерения поляризационной чувствительности прямо в схеме эллипсометра.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема устройства для реализации способа.

Устройство содержит источник излучения (1). Свет проходит через неподвижный поляризатор (2), проходит через вращающийся анализатор (3), приводимый в движение шаговым двигателем (на чертеже не показан), падает на исследуемый приемник (4).

Способ измерения поляризационной чувствительности приемника оптического излучения осуществляется следующим образом.

Исследуемый приемник (4) освещают источником (1), свет от которого пропускают через неподвижный поляризатор (2) и вращающийся с заданным шагом анализатор (3). На каждом повороте анализатора регистрируют значения интенсивности излучения, падающего на приемник (4). В результате получают зависимость интенсивности излучения от азимута ориентации анализатора, из которой в первом варианте определяют амплитуды составляющих второй и четвертой гармоник частоты вращения анализатора, по которым определяют величину поляризационной чувствительности приемника по формуле (1), во втором варианте определяют величину фазового сдвига сигнала второй гармоники, по которой определяют величину поляризационной чувствительности приемника по формуле (2).

В качестве примера конкретной реализации заявленного способа предлагается устройство, в котором источником света 1 является Ne-He лазер мощностью 5 мВт, поляризатором 2 и анализатором 3 - поляризационные фильтры ПФ-49, в качестве привода анализатора использовался шаговый двигатель ДШР-46. Исследуемый приемник 4 - кремниевый фотодиод.

На основании вышеизложенного, заявляемый способ, за счет совокупности признаков, позволяет определять поляризационную чувствительность приемников оптического излучения с повышенной точностью, а также позволяет повысить степень автоматизации и дает возможность реализации в рабочей схеме эллипсометра.

1. Способ определения поляризационной чувствительности приемника оптического излучения, заключающийся в том, что на испытуемый приемник направляют излучение, прошедшее через поляризатор и анализатор, и регистрируют значение его интенсивности, отличающийся тем, что анализатор периодически вращают с заданным шагом, на каждом шаге регистрируют интенсивность излучения, из полученной зависимости интенсивности излучения от азимута ориентации анализатора, определяют амплитуды составляющих второй и четвертой гармоник частоты вращения анализатора, а величину поляризационной чувствительности приемника определяют из уравнения:

где К - поляризационная чувствительность приемника, Р - азимут поляризатора, I - амплитуда второй гармоники частоты вращения, I - амплитуда четвертой гармоники частоты вращения, С - отношение амплитуд четвертой и второй гармоник.

2. Способ определения поляризационной чувствительности приемника оптического излучения, заключающийся в том, что на испытуемый приемник направляют излучение, прошедшее через поляризатор и анализатор, и регистрируют значение его интенсивности, отличающийся тем, что анализатор периодически вращают с заданным шагом, на каждом шаге регистрируют интенсивность излучения, из полученной зависимости интенсивности излучения от азимута ориентации анализатора, определяют величину фазового сдвига сигнала второй гармоники, а величину поляризационной чувствительности приемника определяют из уравнения:

где К - поляризационная чувствительность приемника, Р - азимут поляризатора, φ - фаза второй гармоники частоты вращения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к лазерным измерениям и может быть использовано в системах, измерения поляризационных параметров оптического излучения. .

Изобретение относится к области физической оптики и может быть использовано в качестве средства исследования взаимодействия электромагнитного поля оптического диапазона волн с веществом, в частности, для исследования возбуждения вторичных электромагнитных волн в оптически прозрачных диэлектрических средах в процессе их нестационарного взаимодействия с электромагнитными волнами.

Изобретение относится к лазерным измерениям и может быть использовано в системах измерения поляризационных параметров оптического излучения. .

Изобретение относится к области технической физики и может быть использовано для измерения азимута плоскости поляризации оптического излучения. .

Изобретение относится к медицине, в частности к медицинской диагностике, и может быть использовано для исследования покровных тканей, в том числе и для исследования слизистых и серозных оболочек внутренних органов.

Изобретение относится к области технической физики и касается способов измерения азимута плоскости поляризации оптического излучения, вызываемых изменением поляризационных свойств поляризующих элементов либо воздействием на азимут поляризации оптически активным веществом.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, конкретно к поляриметрическим устройствам для измерения оптической активности веществ, и может быть использовано для промышленного контроля и научных исследований в аналитической химии, биотехнологии и медицине.

Изобретение относится к методам измерения параметров электромагнитного излучения. .

Изобретение относится к оптикоэлектронному приборостроению и предназначено для измерения и исследования тонкопленочных структур и оптических констант поверхностей различных материалов путем анализа поляризации отраженного образцом светового пучка.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для определения поляризационных характеристик лазерного излучения, в частности знака циркулярной поляризации лазерного излучения

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения поляризации света

Изобретение относится к области оптической локации объектов и касается измерений изменений параметров поляризации оптического излучения при прохождении оптически активного вещества. Сущность изобретения заключается в делении монохроматического линейно-поляризованного излучения на два равных потока, один из которых пропускают в прямом и обратном направлениях через измерительную кювету при наличии и отсутствии оптически активного вещества, гомодинном детектировании двух потоков и определении отклонения угла наклона плоскости поляризации оптически активным веществом по отношению амплитуд переменных составляющих фототоков в отсутствие и при наличии оптически активного вещества в измерительной кювете. Изобретение обеспечивает возможность определения влияния оптически активного вещества на поляризационные характеристики отраженного от объекта сигнала. 1 ил.

Изобретение относится к области оптических измерений. Измерение оптических характеристик заключается в том, что линейно поляризованный свет направляют на образец S через поляризатор. Затем свет достигает блока 131 подвижных зеркал и блока 132 неподвижных зеркал фазовращателя 13 через первую поляризационную пластину 9 и вторую поляризационную пластину 11. Лучи, отразившиеся на этих блоках зеркал, проходят через анализатор 15 и с помощью линзы 17 формирования изображения формируют интерференционное изображение на светоприемной поверхности детектора 19. При этом разность длин оптического пути между пучком, отраженным на блоке 131 подвижных зеркал, и пучком, отраженным на блоке 132 неподвижных зеркал, непрерывно изменяется за счет перемещения блока 131 подвижных зеркал, и непрерывно изменяется интенсивность интерференционного изображения, зарегистрированная детектором 19, что позволяет получить синтезированную форму волны, аналогичную интерферограмме, которая подвергается преобразованию Фурье, что позволяет получить амплитуду относительно длины волны и разность фаз двулучепреломления относительно длины волны. 6 н. и 9 з.п. ф-лы, 22 ил.

Изобретение относится к области спектроскопии и касается акустооптического спектрополяриметра. Спектрополяриметр содержит телескоп и установленный после телескопа акустооптический фильтр (АО) на основе кристалла парателлурита. АО расположен до фокальной плоскости телескопа на расстоянии 50-150 мм от нее. В фокальной плоскости телескопа расположено эллиптическое зеркало с центральным отверстием. Более длинный фокус эллиптического зеркала совпадает с фокальной плоскостью телескопа. Далее по ходу светового пучка установлены два плоских зеркала, после отражения от которых дифрагированные пучки +1 и -1 порядков отражаются от эллиптического зеркала, инвертируются и формируют на ПЗС-матрице, расположенной в более коротком фокусе эллиптического зеркала, ортогонально поляризованные спектральные изображения, смещенные относительно друг друга в плоскости дифракции. В центральном отверстии эллиптического зеркала расположена диафрагма, которая перекрывает пучок 0 порядка дифракции. Технический результат заключается в повышении качества изображения и увеличении светосилы устройства. 1 з.п. ф-лы. 1 ил.

Изобретение относится к области оптических измерений и может быть использовано для полного определения состояния поляризации света, отраженного от поверхности исследуемого образца. Для определения матрицы Мюллера, исследуемый образец освещают поляризованным световым пучком и измеряют изменение поляризации при отражении, используя разделение отраженного луча на р- и s- компоненты с разложением по амплитуде и фазе, получая на выходе четыре световых пучка с интенсивностями IΨ1, IΨ2, IΔ1, IΔ2, при этом азимутальные углы оптических элементов принимают фиксированные значения в определенных комбинациях, поляризатор фиксируют в положениях Р=0°, -45°, +45°, анализатор в амплитудном канале АΨ=0°, 45°, фазовом канале АΔ=45°, ромб Френеля R=0 и проводят измерения, соответствующие следующим конфигурациям: A: P45SR0WΨ45WΔ45; B: P45SR0WΨ0WΔ45; F: P0SR0WΨ45WΔ45; E: P0SR0WΨ0WΔ45. Изменяют состояние поляризации падающего на образец света с линейной на круговую, устанавливая в оптический тракт перед образцом фазовую пластинку в положении D=0° и проводят измерения, соответствующие конфигурациям: С: P-45D0SR0WΨ0WΔ45; D: P-45D0SR0WΨ45WΔ45, а компоненты матрицы Мюллера Sij определяют, решая систему линейных уравнений. Изобретение обеспечивает возможность полного определения состояния поляризации света, отраженного от поверхности исследуемого образца, для нахождения всех компонент матрицы Мюллера. 1 ил.
Наверх