Способ определения показателяпреломления прозрачных слоевпеременной толщины

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОЗРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Сецналнстическнк

Республик (iii805142 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено31.01.79 (21) 2721213/1825 с присоединением заявки ¹

{23) Приоритет (513M Кл.

G 01 и 21/45

Гееудерстевииый комитет

СССР, ло делам иаебретеиий и открытий

Опубликовано 15.02,81. Бюллетень № 6

Дата опубликования описания 3.5.02.81 (53) УДК 535.322».4(088.8) (7т) Заявитель

Знамени высшее техническое училище им. И. Э. Баумана" (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ

ПРОЗРАЧНЫХ СЛОЕВ ПЕРЕМЕННОЙ

ТОЛЩИНЫ

Способ относится к оптическим покры тиям и предназначен для измерения оптических характеристик прозрачных слоев.

Известен способ определения геометр рической толщины пленок, соглаСио кФщ рому испытуемая пленка наносится ий одну половину подложки, причем гратдща раздела должна быть по возможности .резкой. На подложку с пленкой накладывает. ся пробное стекло так, чтобы между ао верхнсстями подложки и пленки обрайтавЫ ся воздушный клин. При освещении м4Фн. хроматическим cBeToM возникают днВ Фйн ° стемы интерфере щионных полос, сдвиг». тых одна относительно другой на вели%и

f5 ну, пропорциональную толщине пленка f3: .

Однако известный способ не позвойя ет измерить показатель преломления плен ки.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения показателя преломления диэлектрических пленок переменной толщины, в котором исследуемую пленку переменной толщины освещают моI нохроматическим светом под разными уг лами. Йоказатеаь драломления пленки вычисляется по результатам измерения lQHpg ны интерференционньтх полос при двух углах падения освещающет о пучка 2J.

Недостатком сиособа являются большие погрешности при измерении показателя преломления в слоях с произвольным. раснределением толщйньт. Это вызван,":;Фем, что основная расчетная формула данного снесоба .выведена в предположении посто янной клииови@иости слоя, при которой в нем наблюдатотси щ>ямые равноотстоящие полосы. Однако, встти клиновидность слоя переменная, то изменение ширины полос зависит как от ииаензния угла падения, так -и от распределения геометрической толщины слои, Учесть вто при обработке результатов измерения затруднительно, так как рас феделение толщины в общем случае неизиестно и его определение является дополнительной сложной задачей.

Мель изобретения - повышение точноск тн измерения показателя преломления

8О5 142 интерференционной картины 10 наружная поверхность слоя 1 может быть покрыта тонкой пленкой металла, например алюми ния или серебра, которую затем можно легко счистить. Кроме того, при регистрации интерфере щионной картины. 10 можно деталь 7 установить с некоторым малым зазором относительно наружной по,верхности слоя 1, чтобы исключить возможность повреждения слоя в месте кон« такта.

Лля определения показателя преломления и слоя в любой его точке, необходимо опредепить функции разности хода в спое и в воздушном зазоре в любом сечении, проходящем через выбранную точку.

На фиг. 3 и 4 это сечение обозначено прямой QIO. Функции разности хода в слое 4<(P) и в зазоре между наружной поверхностью слоя и поверхностью 8 образцовой детали 42(Яопределяются путем измерения координат полос в выбранном сечении.

Кроме того, функции 4< { p ) и 62 { p) могут быть записаны с помощью спедующих выражений: „(Р) = Й «(), (1 ) я(Р)= о- (P) l 1 (2) d4 /CJP с 4„{Рм) Р (4) слоев с произвольным распределением толщиные

Указанная цепь достигается тем, что способе определения показатепя преломпения прозрачных слоев переменной тол » . щины, включающем регистрацию интерференционной картины, в слое, нанесенном на подложку, дополнительно регистрируют. интерференционную картину в зазоре меж« ду наружной поверхностью слоя и поверхностью образцовой стеклянной детали,кру тиэна которой равна по модулю и проты воположиа по знаку крутизне поверхности подложки, определяют в любом сечении функции оптической разности хода в слое ф ф)и в зазоре между поверхностями слоя и,образцовой стеклянной детали Ц (Я) вычисляют производные в любой точке выбранного сечения (34 dps dh>/dp а о показателе преломления слоя в выбранной точке Судят по формуле

На. фиг. 1 и 2 изображены принципиальные оптические схемы регистрации интерференционных картин в слое переменной толщины и в зазоре между поверхностями слоя и образцов. детали соответственно на фиг. 3 и 4 - интерференционные

" картины в слое и в зазоре между наружной поверхностью слоя и сферической поверхностью образцовой стеклянной детали; на фиг. 5 и 6 - соответствукипие этим интерференционным картинам функции оптической разности хода для выбранного сечения.

Прозрачный спой 1 переменной толщины, нанесенный, например. на сферическую поверхность подложки 2, освещается монохроматическим светом источника 3.

Удобно испольэовать в этом случае перемещающийся экран 4 с "отверстиями,ниж-, няя сторона которого является диффуэнорассеивак.щей. При быстром и ненрерьпзном перемещении тако:о экрана он становится как бы протяженным полупрозрачным осветителем, через который с помощью объектива 5 на пленке 6 регистрируется интерференционная картина в слое 1.

Лааее на наружную поверхность слоя 1 накладывают образцовую прозрачную детапь

7, поверхность 8 слоя которой имеет крутизну, равную по модулю и противоположную по знаку крутизне поверхности подлож5 ки, на которую нанесен слой 1 Интерфе ренционные картины 9 и 10 регистрируются на пленке 6. Для повышения контраста где .Ф { p ) - геометрическая топщина споя вдопь нормалей к поверхности подложки;

{p ) - координата точек выбранного сечения;

10 - постоянная величина.

Лифференцируя выражения (1) и (2), получим расчетную формулу для опредепения Р слоями где Я „- координата последуемой точки слои.

Проиэводнье функции О {P) и Q(P) можно определить графически. В этом случае формулу (3) можно переписать в спедующем виде где 9„9 - углы наклона касательных к графикам Ь { ) и i6g (p ) В Выбранной точке с координатой

Я (фиг. 5 и 6).

Способ опробован экспериментально на слое моноокиси кремния (5jO ), нанесен5 8051 ном на сферическую поверхность плосковогнутой линзы из стекла К8. Такие слои широко применяются для изготовления sc«« ферических поверхностей методом нанесения дополнительного слоя вещества в вакууме, и решение задачи высокоточного измерения показателя преломления таких слоев имеет в. настоящее время важное практическое значение. Измерение координат полос в радиальном сечении выполня- 1а ется по фотопленке интерференционных.картин с помощью измерительного микроскопа УИМ-21. Затем строятся кривые 5 (p) и g>(p)g в нескольких точках сечения определяется показатель преломления слоя 1д по формуле (4).

Точность измерения по данному спосо» бу зависит в основном от погрешности опредепения координат интерференционных полос в выбранном сечении и составляет примерно 1%,.что в несколько раз точнее по сравнению с измерением слоев с про извольным распределением топщины известными способами.

Формула изобретения

Способ определения показателя преломления прозрачных слоев переменной толщины, включающий регистрацию интерферен42 ционной картины в слое, нанесенном на подложку, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения показателя преломления слоев с произвольным распределением толщины, дополнительно регистрируют интерференци-. онную картину в зазоре между наружной поверхностью слоя и поверхностью образцовой стеклянной детали, крутизна которой равна по модулю и противоположна по знаку крутизне поверхности подложки, определяют в любом сечении функции оптической разности хода в caoe h (P) и в зазоре между цоверхностями слоя и образцовой стеклянной детали б (Я)вычисляют

1 производные в любой точке выбранного

ce÷eH 0ÿ ДД1/Д иД фg/dP s o зателе преломления слоя в выбранной точке судят по формуле (34„/д,Р

Б,Ч р

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

3. Крылова Т. Н. Интерференционные покрытия. Л„ Машиностроение», 1973, с. 194-196..

2. Авторское свидетельство СССР по заявке И 2553618/18-25, кл. G 01 М 21/46, 1977 (прототип}.