Способ измерения показателей преломления диэлектриков
Изобретение относится к оптическим измерениям и может быть использовано в оптике, минералогии, петрографии, геммологии для определения в видимой области спектра показателей преломления п диэлектриков в широком диапазоне значений при пониженных требованиях к прозрачности образцов, предварительной обработке их поверхности и ее кривизне . С целью расширения диапазона измерения п на повертсность образцов напыляют в вакууме тонкую фоточувствительную пленку AgCl-Ag, Облучение этой пленки линейно поляризованным лазерным излучением при нормальном падении приводит к формированию дифракционной решетки со штрихами, параллельными вектору поляризации в результате интерференции падающего пучка с рассеянной поверхностной волной, волноводной или квазиволноводной модойв зависимое-- ти от толщины пленки AgCl и соотношения ее показателя преломлеьгая с показателем преломления диэлектрика. i СЛ to 00 О) 00 00
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (51)4 С 01 N 21(41 р ,13
I t3
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ЮМБА,,:;.::.
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3894734/31-25 (22) 13, 05, 85 (46) 23. 12. 86. Бюл, У 47 (71) Харьковский государственный университет им, А. М, Горького (72) Л. А. Агеев, В. К, Милославский и В. Б. Блоха (53) 535.024(088.8) (56) Андерсон Б. Определение драгоценных камней, M.: Мир,, 1983, с, 28-62.
Ахмедиев Н. Н,, Владимиров В, И, Использование эффекта боковой волны в измерительной аппаратуре. OMII
1982, У 2, с. 1-3. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ПРЕЛОМЛЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ (57) Изобретение относится к оптическим измерениям и может быть использовано в оптике, минералогии, петрографии, геммологии для опреде„SU„„1278688 А 1 ления в видимой области спектра показателей преломления и диэлектриков в широком диапазоне значений при пониженных требованиях к прозрачности образцов, предварительной обработке их поверхности и ее кривизне, С целью расширения диапазона измерения п на поверхность образцов напыляют в вакууме тонкую фоточувствительную пленку AgCl-Ag, Облучение этой пленки линейно поляризованным лазерным излучением при нормальном падении приводит к формированию дифракционной решетки со штрихами, параллельными вектору поляризации в результате интерференции падающего пучка с рассеянной поверхностной волной, волноводной или квазиволноводной модой. в зависимос-ти от толщины пленки AgCI и соотношения ее показателя преломления с показателем преломления диэлектрика.
1278688, Изобретение относится к способам измерения показателей преломления .твердых тел и может быть использовано в оптике, минералогии, петрографии, геммологии для определения в видимой области спектра показателей преломления и диэлектриков в широком диапазоне значений, без применения эталона при пониженных требованиях
1 к предварительной обработке поверхности образцов и их прозрачности.
Целью изобретения является расши- . рение диапазона измерения значений показателей преломления диэлектриков, 15
Способ реализуется следующим образом.
На исследуемый образец термическим напылением в вакууме наносят несколько пленок AgC1 с толщинами h из интервала h = 15 — 100 нм и затем сверху напыляют пленку серебра тол" щиной 10 — 15 нм. Образец с напыленными пленками AgC1-Ag устанавливают на горизонтальном гониометре и облучают каждый участок с толщиной h npu нормальном угле падения линейно поляризованным в вертикальной плоскос" ти пучком лазера при экспозиции (2-4) 10 Дж/см . Облучение фоточувствительной пленки AgC1-Ag на диэлектрике линейно поляризованным лазерным пучком с длиной волны Л в пределах видимой области (400750 нм) при нормальном падении приводит к формированию дифракционной решетки со штрихами, параллельными вектору поляризации Е, в результате интерференции падающего пучка с рассеянной поверхностной волной, волноводной или квазиволноводной модой в зависимости от толщины h пленки
AgC1 и соотношения ее показателя преломления п, с показателем преломления и диэлектрика, Ограничение 45 спектрального диапазона, пригодного
;цля измерения п, видимой областью определяется тем, что при $ <400 нм происходит фотохимическое разложение
AgC1,àïðè „ 750 нм пленкаАдС1-Ag те- ряет фоточувствительность. Дифракционная эффективность формируемой решетки достигает максимального зна2 R чениа при экспозиции (2-4) ° 10 Дж/см .
Дифракционная решетка формируется поверхностной волной с постоянной распространения P = 211/d и имеет -период d, подчиняющийся соотношению: п=Л,/й, тогда, когда толщина пленки AgC1
h « ФВ а для случая и >и, Толщины h и h» о О 0 являются минимальными толщинами, при которых в пленке AgCl возбужда- . ется соответственно волноводная квазиволноводная мода и находятся из формул: г 0 и -1 h — — - — — — г;-- arctg(-r---) 211 (n -пг) " г и -n о о (2) Ь, h (3) 4(п г -1) г ° При h >Ь, параметр d от максимального значения d=h,/n быстро падает и стремится к значению d = =Л /n с ростом h, При h ) 2h параметр d возрастает скачком от минимального значеж я й=Л /и до значений d»A, /и и затем уменьшается с ростом 1i, стремясь в пределе к d -= o / о Нижнее значение h=l5 нм из указанного интервала h = 15-100 нм толщина пленки AgC1 определяется минимальной толщиной, при которой сохраняется способность к регистрации решетки в пленке AgC1-Ag и, в то же время задает согласно выражению (2) нижний предел измерения и для заданных h, и и ° Верхнее значение h = 100 нм выбрано на основе выражения (3), исходя из значения h = 105 нм для красного края рабочего спектрального интервала b. =750 нм (и =2,04). Из выражения (3) видно что толФ щина h не зависит от показателя о преломления и, Наименьшее значение Ь соответствует коротковолновому краю рабочего спектрального диапазона, = 400 нм (n, 2,14) и равно ho 53 нм. При толщине 11 50 нм пленки AgC1 на исследуемом диэлектрике можно измерять любые и > и о т, е, отсутствуют ограничения на измерения и со стороны больших значений, Дифракция от решетки из-за нерегулярности в направлении штрихов имеет вид узкой линии, вытянутой в направлении, перпендикулярном к плоскости падения светового пучка на, решетку. Для измерения d поворачива" 1278688 50 n= 3,/d, где d55 Тираж 778 Подписное ВНИИПИ Заказ 6825/39 Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, ют образец на такой угол, чтобы дифрагированный пучок шел навстречу падающему, и находят d по формуле 9 (4) 2 зюпу где ч — угол падения, измеряемый по гониометру, на котором установлен образец; — длина волны, йри которой измеряют d, Если d rl, /2, то для измерения Й используют лазерный пучок с Д Л, Ошибка в показателе преломления п, вычисляемом по формуле (l ) на основе измеренного d и известной,, задается ошибкой в измерении Ч и составляет о +2 10, tl По дифракции в отражении измеряют такие углы падения у, при которых дифрагированный пучок идет навстречу падающему, и вычисляют периоды d решеток по формуле (4), Находят интервал толщин h в котором d остается постоянным, и по этому значению d из соотношения (1) вычисляют показатель преломления и для длины волны,, с помощью которой производилось облучение. Пример, Исследуемый образец — предметное стекло. Нанесены пленки AgCI с толщинами в интервале h = 17 -110 нм и покрыты пленкой Ag с толщиной 12 нм. Облучение пучком одномодового Не-Ne лазера типа ЛГ-79 /1 с h, = 632,8 нм при экспозиции 3 10 Дж/см . Измерение угла дифракции на гониометре с точноо стью отсчета 0,1 и определение по этому углу параметра d с помощью фор- 4 мулы (4) производится с помощью того же лазерного пучка, так как для стекла d) jl, /2, Интервал толщин h, в котором d остается постоянным, равен 17 — 49 нм, Полученное значение n = 1,515 + 0,002 хорошо согласуется с n = 1,515, измеренным на рефрактометре, При практической реализации предлагаемого способа не требуется точно измерять толщины пленок AgCI, так как достаточно зафиксировать лишь интервал толщин, для которого d остается постоянным, Поэтому толщины Ь можно, например, контролировать по испаряемой массе AgCI, Рекомендуемая толщина 10 — 15 нм пленки Ag может быть также просто определена путем визуального наблюдения за ее осаждением на контрольное чистое стекло, расположенное рядом с образцом, по началу появления металлического блеска пленки в отражении. Пленки AgCI-Ag разной толщины h можно наносить поочередно на один и тот же малый участок образца, соответствуюший сечению облучающего лазерного пучка. В этом случае пленку AgCI-Ag с заданной h удаляют с исследуемого участка образца, после проведения измерения d растворением в фиксаже и последующей очисткой поверхности любым подходящим способом, и затем наносят пленку с другой толщиной, При соответствующем навыке для надежного измерения и достаточно использовать 2 — 3 толщины пленки AgCI, Формула изобретения Способ измерения показателей преломления диэлектриков путем облучения образца лазерным пучком с длиной волны.Ь,, возбуждающим поверхностную или объемную волну, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения, на поверхность образца напыляют в вакууме участки пленки AgCI с различными толщинами в интервале 15 - 100 нм с шагом 5 - 10 нм, затем на эти участки напыляют пленку Ag толщиной 10 — 15-нм, облучение образца производят по этим участкам линейно поляризованным лазерным пучком при нормальном падении на образец и экспо" зиции (2-4) 10 Дж/см, затем измеряют по дифракции период дифракцнонных решеток, образовавшихся на каждом участке в результате взаимодействия падающего пучка с рассеянными поверхностными или объемными волнами, а показатель преломления и образца определяют из соотношения период дифракционных решеток для тех участков пленки, где его величина остается постоянной для различных их толщин.
