Способ измерения коэффициента отражения и тест-объект для его осуществления

 

1. Способ измерения коэффициента отражения, включающий облучение световым потоком тест-объекта с известным коэффициентом отражения, измерение коэффициента отражения тестобъекта , вычисление фотометрической градуировочной поправки по разности между известным и измеренным коэффициентами отраженияi измерение Коэффициента отражения исследуемого объекта и вычисление реального коэффициента отражения исследуемого объекта по измеренному коэффициенту отражения и фотометрической градуировочной поправке, отличающий1С я тем, что, с целью повьпоения точности измерения коэффициентов отражения , меньших 1,8%, тест-объект облучают линейно-поляризованным светом, измеряют зависимость коэффициента отражения тест-объекта .. от угла р между направлением поляриза1и1и облучающего света и направлением собственной поляризации тест-объекта в интервале углов и 0-90°, а фотометрическую градуировочную поправку & R(p) опреде ляют из соотношения (Р1 ,ч1р)- - R|«stn, где R р коэффициент отражения тест-объекта.для S и Р составляющих облучающего света; S - составляющая поляризаS ции света, перпеидикулярная плоскости падения; Р - составлякяцая поляризации света, параллельная плоскости падения. 2. Тест-объект для измерения коэффициента отражения, содержащий плоский оптический элемент, вьтолненный из материала с показателем преломления 1,3-4,0, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерения коэффициентов отражения , меньших 1,8%, в него дополнительно введен второй плоский оптический элемент, установленный под углом 120°.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (1Ю 1111 зСЮ 0 01 N 21/55

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЬ9 КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

v sxorcsoaer свиДйт у (21) 3609192/18-25 (22) 06.04.83 (46) 07. 11. 84, Бюл. Ф 41 (72) Д.Е. Ефремов и Б.Д. Горелик (53) 535.24(088.8) (56) 1. Беннет Х.Б., Беннет Дж.М.

Физика тонких пленок, т. 1Ó, M., "Мир", 1970, с. 62-64.

2, Микроскоп-спектрофотометр

МСФП-2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ЛОМО, Л., 1981 (прототип). (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

ОТРАЖЕНИЯ И ТЕСТ-ОБЪЕКТ ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. .(57) 1. Способ измерения коэффициента отражения, включающий облучение ,световым потоком тест-объекта с из- вестным коэффициентом отражения, измерение коэффициента отражения тестобъекта, вычисление фотометрической градуировочной поправки по разности между известным и измеренным коэффициентами отражения, измерение коэффициента отражения исследуемого объекта и вычисление реального коэффициента отражения исследуемого объекта по измеренному коэффициенту отражения и фотометрической градуировочной поправке, о т л и ч а ю щ и йIc я тем, что, с целью повышения точности измерения коэффициентов отраже1 ния, меньших 1,8Х, тест-объект облучают линейно-поляризованным светом, измеряют зависимость коэффициента отражения тест-объекта R„ от угла иЗм.

О между направлением поляризации облучающего света и направлением собственной поляризации тест-объекта в интервале углов р 0-90, а фотомето рическую градуировочную поправку

h R(y) определяют из соотношения

В Кф= Р (о) — R2 соз20 — Rk i s j >n где R u R — коэффициент отражения тест-объекта.для $ и P составляющих облучающего света;

S — составляющая поляризации света, перпендику- Е лярная плоскости падения;

Р— составляющая поляризации света, параллельная плоскости падения. «В

2. Тест-объект для измерения коэффициента отражения, содержащий плоский оптический элемент, вьпюлненный из материала с показателем преломления 1,3-4,0, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения коэффициентов отражения, меньших 1,SX в него дополнительно введен второй плоский оптический элемент, установленный под углом 60 <2ю(с 120

1122941

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения малых коэффициентов отражения, например коэффициентов отражения просветляющих покрытий.

Известен способ измерения коэффициента пропускания, включающий облучение объекта потоком света, измерение интенсивности прошедшего через 10 объект света, определение фотометрических градуировочных поправок при помощи фильтров, поляризаторов и других оптических элементов с известным коэффициентом пропускания и определе- l5 ние коэффициента пропускания объекта с учетом градуировочных поправок, Однако использование данного способа при измерении коэффициента отражения не всегда возможно. 20

Известен также способ измерения коэффициента отражения, включающий облучение световым потоком тест-объекта с известным коэффициентом отражения, измерение коэффициента отраже- 25 ния тест-объекта, вычисление фотометрической градуировочной поправки по разности между известным и измеренным коэффициентами отражения, измерение коэффициента отражения исследуемого объекта и вычисление реального коэффициента отражения исследуемого объекта по измеренному коэффициенту отражения и фотометрической градуировочной поправке. Способ осуществляют при помощи тест-объекта содержащего плоский оптический элемент, выполненный из материала с показателем преломления 1,3-4,0 (2) .

Недостатком известного способа является невозможность точного измерения коэффициентов отражения, меньших

1;8%, так как оптических сред с показателем преломления меньше 1,3 не существует.

Целью изобретения является повышение точности измерения коэффициентов отражения, меньших 1,8Х.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу измерения коэф- о фициента отражения, включающему облу-: чение световым потоком тест-объекта с известным коэффициентом отражения, измерение коэффициента отражения тестобъекта, вычисление фотометрической градуировочной поправки по разности между известным и измеренным коэффициентами отражения тест-объекта, измерение коэффициента отражения исследуемого объекта и вычисление реального коэффициента отражения исследуемого объекта по измеренному коэффициенту отражения и фотометрической градуировочной поправке, тест-объект облучают линейно поляризованным светом, измеряют зависимость коэффициента отражения тест-объекта (Е„ „ ) от угла J3 между направлением поляризации падающего света и направлением собственной поляризации тес -объекта в интервале углов (P ) 0-90, а фотометрическую градуировочную поправку (4 R) определяют из соотношения

h R — R„>+ — R< cos / 3- Кэ sin /) где R, P — коэффициент отражения материала тест-объекта для S u P составляющих облучающего света;

S — составляющая поляризации света, перпендикулярная плоскости падения;

P — составляющая поляриза- ции света, параллельная плоскости падения.

При этом способ осуществляют с помощью тест-объекта, содержащего плоский оптический элемент, выполненный из материала с показателем преломления 1,3-4,0, в который дополнительно введен второй плоский оптический элемент, установленный под углом о о

60 2Ы (120 к первому.

На фиг. 1 изображено сечение тестобъекта при значении угла 2К между оптическими поверхностями, равному

60 (2Ы = 60 ); на фиг, 2 — 60 (2 kc

< 90 на фиг. 3 — 2Ы = 90 на

У о о фиг. 4 — 90 4 2Ы <120 на фиг. 5

О

Э

2ф. = 120; на фиг. 6 — взаимное расположение облучающего линейно поляризованного света и тест-объекта.

Тест-объект 1 содержит два плосI ких оптических элемента и и 1, которые установлены под углом Zg, друг к другу. Облучающий свет 2 падает на поверхность 0, отраженный от нее свет 3 — на поверхность b и отраженный от поверхности Ь свет 4 направля.— ется на фотоприемник измерительного прибора (фиг. 2-4).

Коэффициент отражения такого тест:.объекта зависит от показателя преломления материала тест-объекта, угла

2о между двумя плоскими оптическими элементами g и 4 и для линейно поля1122941 ражение от тестобъекта;

cosj) sing

Кф=

-sing cosy — матрица поворота, описывающая

Е»оМР» 3 0

Коэффициент отражения R тест-объекта 1 изменяется от значения R = R

Р при угле между направлением поляризации облучающего света и направлением собственной поляризации тестобъекта.„/ = О, до значения R R приЯ= 90.

40 ризованного света — от направления поляризации облучающего света.

Работа тест-объекта рассчитана на двухкратное отражение падающего света (от поверхностей д и b ). Таким образом, условиям работы тест-объекта соответствует интервал угла 2 6., onо ределяемый неравенством 60 с о с 120 (фиг. 1 и 5).

Коэффициент отражения Р д,,етн 1О тест-объекта в зависимости от ориентации облучающего линейно поляризо,ванного света определен при помощи ! формализма вектора и матрицы Джонса.

Плоскость падения облучающего све-15 та на тест-объект выбрана перпендикулярно линии пересечения плоскостей а и Ь (фиг. 6).

В этом случае направление 5 собственной поляризации тест-объекта, т.е. 20 направление, для которого не изменяется P-поляризация облучающего линейно поляризованного света, также перпендикулярно линии пересечения плоских оптических элементов а и Ь 25

Коэффициент отражения тест-объекта зависит от угла у между направлением 6 поляризации облучающего света и направлением 5 собственной поляризации тест-объекта. 30

Коэффициент отражения К тест-объекта 1 равен сумме квадратов, составляющих вектора Джонса на выходе тестЕ объекта Е

У

&Ых

Кррсч ти=. Ц + lEg = R cos g +

+ К2 $1и2Р .

Вектор Джонса Е ы„на выходе тестобъекта равен

Е = 7 .gr

ВЬ!у о6Ьекта (P) pp$ppog»

cosP &in/ 1 Rpcpsp

В ПЯ Сов 0 - R Sing

Кр 0 45 где Т.

ОВЬЕ Кта — матрица Джонса, 0 К описывающая отизменение ориентации облучающего линейно поляризованного света относительно тест-объекта; — вектор Джонса облучающего линейно поляризо ванного света, R,,Rp — коэффициенты отражения материала тест-объекта для S (перпендикулярной) и P (параллельной) составляющих облучающего света;

J3 — угол между направлением поляризации облуча- ющего света и направлением собственной поляри- зации тест-объекта.

В табл. 1 приведены значения угла ), для которых R = 1 ° 8Ж>при различных значениях угла 2,между плоскики оптическими элементами и различных значениях показателя преломления п материала тест-объекта. à

OО О ь л е х х е

Р си х

С ) л ь бГ о л О

3Г

li

СЧ ь л ь О ь л

С») О

СЧ л

an

МР л л

С»1 б

СЧ л ь

3Г о ь

II 8

СЧ ь л л О

О Ъ

СС ь

СЛ

СС

С 1 л

an О л чс и л

Щ О

00 л

СЧ О

II

М

СЧ о л

0О л ь л »О О л л ь л

О

» л

N л о О л

0О л о

СЬ л

С»Ъ л

) ! "! с0 1

"3

1

cd 1 ! !

1 л л

I - I

I — -1

Г"

1122941

Си.э

Х х. ж е е х х,х

° х си 1

Ж

И СО х

»0 е о 8

l6»0

СЧ х о о ю

И а

Ф х ж

О Х х е р

cd

00 Х л 0) p чм и

Ц СЧ хх е

И

zo

С0 л

Ж хи !

" .а

0(3о хь

k(О о

4 и

О,М ж

N о ж х а о х

Ц е ь

С0 С»

"е

f

М0 л

Е О1 с0 сл со о и

1-в М

v сч

E Ж ей ж

34 О

0! л

1» N х л

1»»

Е х

I0

cdCI л ас ф

Х Il х

Е Cl

СЧ о ж ц а е и а

Ы0

СЧ л еь ци

Ф

1- Ь си

CcI ео.

Х Ch

O acl

М и

" И

Cd СЧ

Е» х х е а с0 оо

I o !

» л

V 0O

Ф СЧ

&» 1 ь

М

Х

Ц С6

Ц

° л Qi х

Ж Ф х а

Cd

С0

О I0

»0 Ц

1 V о и е

О ж х е и

PI

О е ° о жо

f хо х еВ х и

Ф 6) лN

Зь

1 ° л

IC СЧ

За

IO ЕО

О yN

V ЙО

Е Си I

1- ХЬ и ь л

С ) ь

О1 о

С»Ъ л и л о

СО л

С»Ъ

М

° °

Ф х х

Cd

Ф

X ж а

И

1122941

Таблица 2

700 720 740 760

0,60+

«+0, 08

0,35+

«+0, 08

0,20+

+О, 08

RX

МСФП-2

О, 10+

+0,08

0,32+

+0,08

О, 15+

«+О, 08

О, 70+

«+О, 08

RX

Предлагаемый способ

О, 271

+О, 005

О, 55+

+О, 005

О, 15+

+О, 005

0,73+

«+0,005

0,25

«+0,005

О, 11+

«+0,005

О, 08

«+О, 005 и тестобъект

Из табл 2 видно что относитель 30 ная погрешность измерений на приборе

ИСФП-2 достигает 80Х à с использоКак видно из табл. 1, ин repвaл углов р, для которых определяют градуировочную поправку, при промежуточных значениях и должен лежать в диапазоне 0 -90 о

Производят измерение коэффициента отражения двухслойного просветляющего покрытия в области спектра

640-760 нм при помощи микроскопаспектрофотометра МСФП-2 и при помощи предлагаемого способа и тест-объекта, Относительная точность измерения коэффициента отражения прибором (I 1

7?,нм b40 660 680

МСФП вЂ” 2 составляет +1,5Х при R 1X и +0,087. при R 1/ j2).

Точность измерения коэффициента отражения при помощи предлагаемого способа и тест-объекта определяется точностью установки угла р, т.е. точностью установки поляризатора. При использовании поляризатора с точа ностью установки угла 1 точность измерения коэффициента отражения составляет «+ О, 0057.

Результаты измерений приведены в табл. 2. ванием предлагаемого способа и тест-объекта не превышает

QX.

1122941

Составитель Г; Коломейцев

Редактор В, Иванова Техред Л.Микеш

Корректор М. Максимишинец

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 8129/35 Тираж 822

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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