Способ определения лучевой прочности оптического покрытия
Изобретение относится к оптической технологии и может быть применено при неразрушАющем контроле лучевой прочности оптических элементов лазерных систем, содержащих диэлектрические покрытия. Цель изобретения - увеличение точности и чувствительности определения лучевой прочности оптического покрытия за счет измерения частотных, а не энергетических характеристик излучения, учета общего поглощения излучения, включая микронеоднородности любого сечения . Дополнительно к измерению пропускания в некоторых зонах покрытия контролируют отражение в этих зонах, определяют положение соответствующих побочных экстремумов отражения и пропускания в щкале длин волн и по величине сдвига экстремумов друг относительно друга сГЛ судят о лучевой прочности покрытия. Такой прогноз порогов разрушения Ер осуществляется при наличии градуировочной зависимости In Ер f (Л), которая строится для детали-свидетеля из данной партии.1 ил. i (Л
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
1 А1 (I9I SU(IiI
1 11 4 G 01 N 21/55
KFr ù òi ь jl
13," И, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4061778/31-25 (22) 30.04.86 (46) 30,01.88. Бюл. № 4 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) Э.С.Путилин и С.Ф.Старовойтов (53) 621:375.8(088.8) (56) Качкин С.С. и др. Контроль световой прочности полированных оптических поверхностей. — Оптико-механическая промышленность, 1973, ¹ 11 11, с. 38.
Артемьев В.В. и др. Статистика микронеоднородностей прозрачных сред и их лучевая прочность. — ЖТФ9 т.47, вып. 1, 1977, с.183. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛУЧЕВОЙ ПРОЧНОСТИ ОПТИЧЕСКОГО ПОКРЫТИЯ (57) Изобретение относится к оптической технологии и может быть применено при неразрушающем контроле лучевой прочности оптических элементов лазерных систем, содержащих диэлектрические покрытия. Цель изобретения — увеличение точности и чувствительности определения лучевой прочности оптического покрытия за счет измерения частотных, а не энергетических характеристик излучения, учета общего поглощения излучения, включая микронеоднородности любого сечения. Дополнительно к измерению пропускания в некоторых зонах покрытия контролируют отражение в этих зонах, определяют положение соответствующих побочных экстремумов отражения и пропускания в шкале длин волн и по величине сдвига экстремумов друг относительно друга д 1 судят о лучевой прочности покрытия. Такой прогноз порогов разрушения Е осуществляс тся при наличии градуировочной зависимости 1п Ep = f (A) 9 которая строится для детали-свидетеля из данной партии.1 ил.
1370531
Изобретение относится к оптической теХнологии, преимущественно к технологии изготовления оптических элементов лазерных систем, и может быть использовано при определении лучевой прочности элементов, содержащих оптические покрытия, Целью изобретения является увеличение чувствительности и точности определения лучевой прочности оптического покрытия °
На чертеже представлена схема устройства для реализации способа.
Устройство содержит измерительную схему и систему облучения.
15
Измерительная схема состоит из источника 1 излучения сплошного спектра, конденсатора 2, диафрагмы
3, призменного блока 4 со светодели- 20 тельным покрытием, ирисовой диафрагмы 5, поворотного столика 6, плоского зеркала 7, диафрагмы 8, поворотных зеркал 9 и 10, причем последнее выполнено с возможностью перемещения перпендикулярно оптической оси конденсатора 11, служащего входным объективом монохроматора 12,на выходе которого размещен фотоприемник
13, сигнал с которого через усилитель 14 постоянного тока поступает на регистрирующий прибор 15. На поворотном столике 6 размещены: контролируемая оптическая деталь; эталон для измерения больших коэффициентов отражения — плоское алюминиевое зеркало; эталон малых коэффициентов отражения — клиновидная стеклянная пластина без покрытия; эталон пропускания — сквозное отвер- 40 стие.
Система облучения содержит лазер
16, ступенчатый ослабитель 17 в виде набора нейтральных фильтров, плоскопараллельную пластину 18, призму 45
19, фокусирующую линзу 20, микроскоп 21 и измеритель 22 мошности (энергии) лазерного излучения °
Способ осуществляется следующим образом. 50
Параллельный пучок света, создаваемый источником 1 LBBTB> конденсатором 2 и диафрагмой 3, проходит через призменный блок 4, ирисовую диафрагму 5, контролируемую зону поверхности детали с покрытием, диафрагму 8, зеркала. 7, 9 и при введенном зеркале 10 фокусируется конденсором 11 на входную шель монохроматора 12. Отраженный по нормали от той же контролируемой эоны поверхности покрытия или эталона световой поток проходит диафрагму 5, призменный блок 4 и при выведенном зеркале 10 фокусируется конденсором
11 на входную щель монохроматора
12, Световой поток выделенного монохроматором спектрального диапазо-, на, пропорциональный отражению или пропусканию образца или эталона, преобразуется фотоприемником 13 в электрический сигнал, который усиливается усилителем 14 постоянного тока и регистрируется прибором 15.
Коэффициенты отражения Rz или пропускания Тэ для любой эоны покрытия определяют по формуле
То - I
К (Т ) = ------ R (Т )
Л A. Z Z 3 Э э
t где 1 — фототок, пропорциональный отражению (пропусканию) образца; фототок, пропорциональный отражению (пропусканию) эталона;
I< — темновой ток фотоумножителя;
R» T> — коэффициенты отражения и пропускания эталона.
По спектральным зависимостям
К, Т выбирают для дальнейших измерений ярко выраженные соответствующие экстремумы отражения и пропускания.
Изменяя длину волны определяемого монохроматором светового потока, определяют их положение в шкале длин
ЭКСТР экстр волн Л„ Л. и находят
ЭксТР— т1 т экстр величину с Л к
Для увеличения точности определения
Экстр
ИХ
ЭксТР муле Л можно вычислить по фор2 il где и
Я+Я
1 1 скания
В других зонах покрытия измерения дЯ проводятся аналогично.
При наличии поглощения экстремумы отражения и пропускания в шкале длин волн сдвигаются друг относительно
Л2 — длины волн на полуширине спектральной линии отражения или пропу1ЗГОэЗ1 друга на величину д Л, пропорциональную коэффициенту поглощения. Измеряя величину этого сдвига, можно судить о величине коэффициента по5 глощения, а следовательно, и о величине лучевой прочности при наличии градуировочной зависимости: лучевая прочность — величина относительного сдвига экстремумов, 10
Для увеличения точности выбирают экстремумы с малой полушириной, т.е. побочные экстремумы, расположенные в длинноволновой или коротковолновой областях спектра относитель- 15 но области максимального (для зеркал) или минимального (для просветления покрытий) отражения.
Для построения градуировочной зависимости лучевой прочности от вели- 20 чины d Ë те же зоны покрытия облучают мощным, сфокусированным линзой 20, излучением лазера 16. Энергию (мощность) падающего лазерного излучения измеряют с помощью изме- 25 рителя 22 энергии (мощности) лазерного излучения. Увеличивая энергию лазерного излучения с помощью нейтральных фильтров 11,разрушают покрытие.О разрушении покрытия судят З0 визуально, наблюдая в микроскоп
21 поверхность покрытия. Энергию, при которой происходит видимое разрушение поверхности покрыопределяют по формуле Ер(и)м)
КЕ„„, где К вЂ” коэффициент деления света на плоскопараллельной пластине
18, а Е„,„ — значение энергии, зарегистрированной измерителем энергии в момент разрушения. 40
Для оценки численного значения относительно сдвига экстремумов ЛВ можно воспользоваться матричным ап паратом описания процессов в слоистых средах. Если рассмотреть пленку 45 с комплексным показателем преломления n = Ь + i X и толщиной t, обрамленную полубесконечными средами с показателями преломления и (воздух) и и (диэлектрическая под- 50 локка, На которую со стороны воздуха падает по нормали плоская электромагнитная волна), то для случая (Л, — длина волны падаю 55 щего излучения) положения экстремумов отражения 1, и пропускания в шкале длин волн запишутся в виде: гнп
В
arctg ——
А-С гя n t т
arctg — (1 + 11 + ->- — „- ) А-С В"
1 ас 1 аЕ
=- + — — а— аР 2 аь а где А = ЬЕ-се
1 ас 1 Эf
В af-cd + — - е + — — b г
Эс 1 аЕ
C bd-ае — — - f — + — — сдJ5 2 дР
А 4Х (и +и ) (— - - 1)
1 5 4п1
1 и 1
В 2C(n+n ) - ()) — а-+ и)) 1 и
С 4х (п +п ) (-ж-< + 1)
1 о
n и и (п Фп ) — (-а-4 —, n) о и
2Ж (и -n ) (- — + 1) о ) п2
2 n n 1 (ntn)+(а- —,n)+
O и
+ 4 зе,уз(п тп ) (и -"- — q) п1
Э с ал
4х (п, n ) (— -< 1) °
noп аа п
2Гп
/ m
Величина относительного сдвига d экстремумов отражения и пропускания при
1 1
А — С А. — С
1 и -- — -- — (C
В В
1370531 равна
Л дл=л, л, 4Чп t
17 N 1 |9
Составитель В,Варнавский
Редактор М.Келемеш Техред Е.Ходанич
Корректор А.Обручар
Заказ 413/43 Тираж 847
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д,4/5
Подписное
Приозводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4
А+ С вЂ” — — -- )
В
Расчет величины смещения Г1 для конкретных типов четвертьволновых пленок (, = 1,0Ü мкм) на стекле марки К8 (п 1,52) при практически реализуемых главных показателях поглощения слоев показывает, что относительный сдвиг экстремумов линейно зависит от главного показателя поглощения зС . Для многослойных симметричных диэлектрических систем расчеты справедливы, если заменить на эффективный показатель преломления й, Формула и з обретения
Способ определения лучевой прочности оптического покрытия, включающий измерение с помощью зондирующего излучения коэффициента пропускания в произвольных зонах покрытия, облучение каждой зоны сфокусированным лазерным излучением до разрушения покрытия и определение плотности энергии E излучения, при которой это разрушение происходит, построение градуировочного графика от параметра зондирующего излучения, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью увеf0 личения чувствительности и точности, измеряют коэффициент пропускания в зависимости от длины волны, дополнительно измеряют в тех же зонах коэффициент отражения на тех же дли1э нах волн, определяют по полученным спектральным зависимостям положение боковых экстремумов отражения и пропускания, расположенных в коротковолновой или длинноволновой обла20 стях спектра относительно основного экстремума отражения, измеряют сдвиг
<ГАВ между соответствующими экстремумами отражения и пропускания и по величине этого сдвига определяют лучевую прочность покрытия из градуировочного графика вида E = Е (Id ßf).
