Устройство для определения коэффициента поглощения поверхностных электромагнитных волн металлическими пленками

 

Изобретение относится к оптике, изучающей распространение оптического излучения в планарных структурах диэлектрик - металл - диэлектрик. Целью изобретения является уменьшение времени измерений и повышение точности определения коэффициента поглощения поверхностных электромагнитных волн металлическими пленками. Излучение, возбуждающее поверхностную волну, явпяется импульсным. Ширина металлической пленки выбирается не больше диаметра луча излучения, а толщина - не больше величины, при которой за время импуг.ьса излучения устраняется градиент температуры в пленка вдоль нормали к ее поверхности. Измеряемой величиной является изменение падения электрического напряжения, обусловленного нагревом пленки вследствие возбуждения поверхностной волны, при протекании по пленке постоянного эпектрического тока. 1 ил. ч Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю G 01 N 21!59

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

6 (21) 4721413/25 (22) 26.07.89 (46) 15,10.91. Бюл, М 38 (71) Университет дружбы народов им. Патриса Лумумбы (72) M.М.Большаков, А.К.Никитин, А.А.Тищенко и Ю.И.Самодуров (53) 535.024 (088.8) (56) A.0tto. Excitation of nonradiative surface

plasma waves In silver Ьу the method of

frustrated total reflection — Z. — Physlk, 1968, ч. 216, s. 398 — 410.

Жижин Г.Н. и др. Распространение ПЭВ пятимикронной области спектра, /Письма в

ЖТФ, 1987, т. 13, М 15, с. 944-948. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

КОЭФФИЦИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН

МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ПЛЕНКАМИ

Изобретение относится к оптике, исследующей распространение оптического излучения в планарных поглощающих структурах, точнее в структурах диэлектрик — металл — диэлектрик, и может быть использовано для определения оптических постоянных тонких металлических пленок в видимом и ИК диапазонах, спектроскопии поверхности металлов и в качестве датчика внешних воздействий, Целью изобретения является повышение точности и производительности измерений.

На черетеже представлена схема предлагаемого устройства.... Ж, „ 1684634 А) (57) Изобретение относится к оптике, изучающей распространение оптического излучения в планарных структурах диэлектрик— металл — диэлектрик. Целью изобретения является уменьшение времени измерений и повышение точности определения коэффициента поглощения поверхностных электромагнитных волн метал ическими пленками, Излучение, возбуждающее поверхностную волну, являешься импульсным.

Ширина металлической пленки выбирается не больше диаметра луча излучения, а толщина — не больше величины, при которой за время импульса излучения устраняется градиент температуры в пленке вдоль нормали к ее поверхности, Измеряемой величиной является изменение падения электрического напряжения, обусловленного нагревом пленки вследствие возбуждения поверхностной волны, при протекании по пленке постоянного электрического тока. 1 ил, Устройство содержит источник 1 импульсного монохроматического излучения, элемент 2 преобразования объемной электромагнитной волны 3 в поверхностную электромагнитную волну 4, держатель металлической пленки 5, держатель 6 в виде планарной оптической подложки, электроды 7, последовательно расположенные вдоль трека этой волны за точкой обрыва связи между объемной 3 и поверхностной 4 волнами, источник 8 постоянного тока, усилитель 9 и измеритель 10 электрического напряжения.

Устройство работает следующим образом.

1684634

Импульс монохроматического излучения длительностью At, имеющего отличную он нуля нормальную по отношению к поверхности металлической пленки 5 составляющую электрического поля, направляется из источника 1 излучения на элемент 2 преобразования объемной волны 3 в поверхностную волну 4 под углом возбуждения.

Возбужденная волна 4 распространяется по металлической пленке 5 вдоль оси Х и вследствие тепловых потерь затухает по экспоненциальном закону

I - =1, ехр(-а х), где Ip — энергия (интенсивность) поля поверхностной электромагнитной волны при

Х - О. т.е. в точке обрыва связи между поверхностной и объемной волнами; а — коэффициент поглощения.

Изменение температуры, а следовательно, и электрического сопротивления металлической пленки прямо пропорционально энергии поля волны в данной точке по оси Х. В случае адиабатического процесса нагревания пленки 5 за время At длительности импульса возбуждающего излучения изменение электрического сопротивления Л R участка металлической пленки 5, расположенного между электродами 7, обусловленное распространением поверхностной электромагнитной волны, равно:

S2.б С х + xi а хр б Х, (1) х1 где P — мощность р-составляющей излучения источника 1; д — эффективность возбуждения поверхностной электромагнитной волны;

P — температурный коэффициент электрического сопротивления материала пленки 5;

S — площадь поперечного сечения пленки 5, перпендикулярного к оси Х;

d — плотность материала пленки 5;

С вЂ” удельная теплоемкость материала пленки 5:

p — удельное электрическое сопротивление материала пленки 5;

Х1, Х2 — расстояние по оси Х соответственно от первого и второго (отсчет от элемента 2) электродов до точки обрыва связи между объемной 3 и поверхностной 4 волнами.

Изменение электрического сопротивления A R, определяемое формулой (1), обусловливает изменение падения элект20

35

40 типом точность определения коэффициента

55 рического напряжения Л О на участке металлической пленки 5 между электродами 7:

Au-I AR, (2), где! — сила постоянного электрического тока, протекающего через пленку 5, которое усиливается усилителем 9 и фиксируется измерителем 10 электрического напряжения. Зная величины физических характеристик пленки 5, мощность р-составляющей источника 1 излучения и эффективность преобразования объемной волны в поверхностную, при известных расстояниях Х1 и Х2 и силе тока I можно с помощью формул (1) и (2) однозначно определить величину коэффициента поглощения поверхностной электромагнитной волны. Парциальная ошибка определения коэффициента поглощения, обусловленная неточностью измерения напряжения A U =

0,018, составляет 0,01$. Основной вклад в суммарную ошибку определения коэффициента поглощения в устройстве вносят погрешности определения расстояний Х1 и

Хг, обусловленные конечными размерами электродов вдоль оси Х, и нестабильность мощности импульсного излучения. Однако размер электродов вдоль оси Х можно ограничивать требуемой величиной, а использование термостатированных (при низких температурах) источников импульсного монохроматического излучения поэволяет иметь нестабильность мощности импульсного излучения менее 1 (,. В этом случае суммарная ошибка определения коэффициента поглощения составляет 1,5ф, Время измерения не превышает длительности импульса излучения и для рассмотренного примера составляет 10 с.

Таким образом, по сравнению с протопоглощения предлагаемым устройством повышена в 5 раз, а время измерений сократ

Формула изобретения

Устройс, во для определения коэффициента поглощения поверхностных электромагнитных волн металлическими пленками, содержащее источник монохроматического излучения, оптически связанный через элемент преобразования объемной электромагнитной волны в поверхностную электромагнитную волну с держателем образца, и измеритель электрического напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и производительности измерений, в устройство дополнительно введены два электрода, усилитель и источник постоянного тока, электроды последовательно расположены

1684634

Составитель С.Голубев

Твхред М,Моргентал Корректор М«учеркеая

Редактор A,Ëåæíèíà

Заказ 3500 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иаобретениам и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35. Рауаскею наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 на держателе образца вдоль направления распространения излучения и соединены параллельно с источником тока и усилителем, выход которого соединен с измерителем электрического напряжения, при этом размер электродов в направлении распространения излучения по крайней мере на порядок меньше расстояния между ними, а источник излучения выполнен им5 пульсным,