Устройство для снятия спектра поверхностного плазменного резонанса

 

Использование: устройство для снятия спектра ППР относится к области оптического приборостроения и может быть использовано при создании био- и химических сенсоров на основе поверхностного плазменного резонатора. Сущность: установка содержит источник света (лазер), поляризатор, поворотное зеркало гальванометра, две линзы, призму с углом девяносто градусов, полупрозрачную пластинку и фотодиод. Особенностью устройства является то, что линзы расположены но одной оптической оси, причем поворотное зеркало гальванометра помещено в фокус одной из линз. В фокус, образованный этой линзой и полупрозрачной пластинкой помещен фотодиод, а призма с углом девяносто градусов расположена так, что ее катетная грань, на которую напыляется пленка, находится в фокусе другой линзы. Спектр ППР автоматически снимается за один поворот зеркала гальванометра, при этом фотодиод и призма остаются неподвижными. 2 ил.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано при создании био- и химических сенсоров на основе поверхностного плазмонного резонанса (ППР).

Известно устройство для снятия спектра ППР, содержащее поляризатор, монохроматор, фильтр, линзу, гониометр, на столике которого установлены призма и фотоэлектрический приемник (ФЭУ) с подключением к нему усилителем и самописцем [1] Недостатком конструкции является использование в ней гониометра, что делает устройство громоздким, дорогим, а также неудобным в работе, т.к. во время снятия спектра необходимо перемещать призму и ФЭУ.

Наиболее близким техническим решением, взятым в качестве прототипа, является устройство для снятия спектра ППР, содержащее источник света (лазер), поляризатор, линзу, фотодиод и призму с механизмом поворота [2] Недостатками конструкции является то, что при снятии спектра для сканирования по углам вращают призму, для чего применяют поворотное устройство высокой точности, которое необходимо размещать внутри высоковакуумного объема, что неудобно при ограниченных его размерах. Кроме того, при вращении призмы точка падения луча на грань с пленкой меняется, что приводит к искажению спектра, вследствие пространственных неоднородностей пленки. К сказанному добавим, что затруднительно использовать установку непосредственно в процессе напыления пленки, т.к. призма в процессе напыления движется.

Технической задачей настоящего изобретения является снятие спектра ППР в автоматическом режиме в момент напыления пленки.

Это достигается тем, что в устройство, содержащее источник оптического излучения, поляризатор, первую линзу, призму, содержащую грань, предназначенную для нанесения металлической пленки, и фотодиод, дополнительно введены плоское поворотное зеркало гальванометра, вторая линза и полупрозрачная пластина, при этом плоское поворотное зеркало гальванометра оптически связано с поляризатором и расположено в фокусе первой линзы, вторая линза находится на одной оптической оси с первой линзой, полупрозрачная пластина установлена между зеркалом гальванометра и первой линзой, призма, расположена так, что ее катетная грань, предназначенная для нанесения пленки, находится в фокусе второй линзы. Фотодиод установлен по ходу отраженного от полупрозрачной пластины луча в фокусе первой линзы.

Рассмотрим схему устройства, представленную на фиг. 1.

Устройство содержит источник оптического излучения (лазер) 1, поляризатор 2, поворотное зеркало гальванометра 3, расположенного между поляризатором 2 и полупрозрачной пластиной 7 в фокусе первой линзы 4. Вторая линза 5 находится на одной оптической очи с первой линзой 4 и установлена между первой линзой 4 и призмой 6 с прямым углом, которая расположена так, что ее катетная грань, предназначенная для нанесения пленки, находится в фокусе второй линзы 5. Полупрозрачная пластина 7 установлена между зеркалом 3 и первой линзой 4, в фокусе которой расположен фотодиод 8, который оптически сопряжен с полупрозрачной пластиной 7 и регистрирует свет, отраженный от полупрозрачной пластины 7.

Устройство работает следующим образом.

Свет от источника излучения 1 проходит через поляризатор 2, на выходе из которого свет становится p-поляризованным и способен возбудить ПЭВ в образце. После свет падает на плоское поворотное зеркало гальванометра 3, и, отразившись от него, попадает на первую линзу 4. Поскольку зеркало 3 расположено в фокусе этой линзы, то после нее свет идет параллельно оптической оси, попадая на вторую линзу 5. Далее проходя через призму 6, свет фокусируется на внутренней грани призмы, являющейся катетом, на которую наносится металлическая пленка, где происходит возбуждение ПЭВ. При повороте зеркала гальванометра 3 меняется расстояние между оптической осью и лучом, прошедшим через линзу 4 и, следовательно, меняется угол наклона луча, прошедшего через линзу 5 (фиг. 2). Таким образом, меняется угол падения лучей на призму и обеспечивается сканирование по углам. Так как грань призмы 6 с наносимой на нее пленкой находится в фокусе второй линзы 5, то точка падения лучей на эту грань не меняется при сканировании по углам. Из призмы 6 свет выходит параллельно падающему лучу, проходя линзы 5 и 4. Вследствие того, что размеры призмы малы (ребро около 10 мм), то падающий на призму и выходящий из нее лучи идут очень близко. Поэтому, между зеркалом гальванометра 3 и первой линзой 4 ставится полупрозрачная пластина 7 для того, чтобы разделить лучи. Отразившись от полупрозрачной пластины 7, свет регистрируется фотодиодом 8. Поскольку последний расположен в фокусе первой линзы 4 и находится в сопряжении с полупрозрачной пластиной 7, поэтому при сканировании по углам точка падения света на фотодиод 8 не меняется. Таким образом, в процессе снятия спектра призма 6 и фотодиод 8 остаются неподвижным, и световое пятно на призме 6 и фотодиоде 8 не смещается, что позволяет снять спектр без искажений, обуславливаемых пространственными неоднородностями пленки на призме 6 и зависимостью показаний фотодиода 8 от точки попадания на него светового сигнала. Это позволяет повысить точность снятия спектра ППР.

Спектр углов создается поворотом зеркала гальванометра 3 при подаче на него электрического сигнала. Величины электрических сигналов можно прокалибровать по углам, т.е. каждой величине сигнала поставить в соответствие определенный угол. Сигнал с зеркала гальванометра 3 можно подать на горизонтальную развертку самописца, а на него вертикальную развертку подать сигнал с фотодиода 8, сигнал с которого пропорционален интенсивности света, отраженного от катетной грани призмы 6 с пленкой. Интервал углов, который позволяет просканировать данное устройство, определяется отношением диаметра линз к фокусному расстоянию второй линзы 5. При использовании короткофокусных линз большого диаметра возможно добиться существенного сканирования по углам, но при этом необходимо принимать во внимание сферические аберрации. Это позволяет не перенастраивая установку использовать ее для контроля процесса напыления пленок различных металлов с различными углами возбуждения ППР.

Кроме того, появляется возможность размещать все элементы установки, кроме призмы 6, вне высоковакуумного объема что очень важно при ограниченных размерах этого объема.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет снимать спектр ППР в автоматическом режиме в процессе напыления и без искажений, обусловленных пространственными неоднородностями пленки на призме.

Формула изобретения

Устройство для снятия спектра поверхностного плазменного резонанса, содержащее источник оптического излучения, поляризатор, первую линзу, призму, содержащую грань, предназначенную для нанесения металлической пленки, и фотодиод, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит плоское поворотное зеркало гальванометра, вторую линзу и полупрозрачную пластину, при этом плоское поворотное зеркало гальванометра оптически связано с поляризатором и расположено в фокусе первой линзы, вторая линза находится на одной оптической оси с первой линзой, полупрозрачная пластина расположена между зеркалом гальванометра и первой линзой, причем фотодиод установлен по ходу отраженного от полупрозрачной пластины луча в фокусе первой линзы, а призма расположена так, что ее катетная грань с пленкой находится в фокусе второй линзы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению, в частности к испытанию деталей и конструкций машин (в том числе сварных), и может быть использовано при оценке их предела выносливости

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для испытаний образцов в условиях трехосного нагружения

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытания криволинейных образцов на кручение

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для демонстрации закона Гука при кручении

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения податливости крепежных элементов соединений при испытании на срез

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения сдвиговой прочности полимерных композиционных материалов методом крушения

Изобретение относится к области исследования прочностных характеристик материалов, а именно сопротивления материалов растяжению с кручением

Изобретение относится к устройствам для определения свойств листовых материалов

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для испытания материалов на усталостную прочность при циклическом изгибе и кручении образца

Изобретение относится к испытательной технике

Изобретение относится к области определения физико-механических свойств материалов

Изобретение относится к испытательной технике

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения свойств клеевых слоев в многослойных листовых материалах

Изобретение относится к машинам для испытания на усталость и может быть использовано для получения механических характеристик материалов

Изобретение относится к области «Физики материального контактного взаимодействия» четырехлопастного жесткого штампа рабочего наконечника для испытания материальной среды в скважине или массиве методом вращательного среза. Устройство лопастного наконечника снабжено регистратором непрерывной записи крутящего момента Mi от оси наконечника и его угла поворота во времени t, а крутящий момент на оси наконечника или угол его поворота задают возрастающими ступенями, выдерживают на каждой ступени во времени t до стабилизации показателей Mi или , при этом нагрузочное приспособление выполнено в виде плоского диска с навешиваемыми грузами для создания момента Mi на оси лопастного наконечника через червячный редуктор. При вращении лопастного наконечника червячным редуктором через колонну штанг с отключающим от вращения кулачковым устройством замеряют после записи крутящий момент М0 - на вращение колонны штанг в массиве при отключенном лопастном наконечнике и моменты (Mj+М0) - на оси наконечника со штангами при их вращении в массиве среды: (Мс+Мо) - на пределе пропорциональных деформаций грунтовой упруго-вязко-пластичной среды под лопастями наконечника, (Mmax+М0) - на срез среды лопастями наконечника, (Муст+М0) - на сопротивление вращению срезанного лопастями объема среды. Строят графики или и снимают показания стабилизированных значений крутящего момента Мкр1, Мб и соответствующих углов и поворота лопастей наконечника при начальном (первом) критическом давлении под лопастью и при преодолении влияния гравитационного давления рб. Для грунта рассчитывают: 1) удельное сцепление ; 2) угол внутреннего трения ; 3) удельный вес , где , ; 4) гравитационное давление при крутящем моменте на оси лопастного наконечника ; 5) коэффициент общего бокового давления и коэффициент общей относительной поперечной деформации среды νcmp и νн; 6) модуль упругости среды по зависимости Е.Н. Хрусталева и 7) модуль общей деформации упруго-вязко-пластичной грунтовой среды по зависимости Е.Н. Хрусталева (кГ/см2), где постоянная , , а для торфов рассчитывают: ; ; . Технический результат - повышение точности и информативности исследования среды вращательным срезом с получением истинных прочностных, а также деформационных характеристик среды. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 12 ил., 3 табл.

Изобретение относится к устройствам для исследования свойств материалов путем приложения к ним механических усилий при корреляции параметров затухающего колебательного процесса, возбуждаемого в исследуемом материале с подвижностью определяемых структурно-кинетических элементов, приводящих к локальным изменениям упругих характеристик и, в целом, к изменению прочностных свойств в широком температурно-частотном интервале. Измерительный преобразователь содержит колебательную систему с крутильным маятником, установленным на игольчатой опоре, устройство для возбуждения крутильных колебаний маятника, печь нагрева испытуемого образца, подвижную и неподвижную платформы со средствами закрепления испытуемого образца и систему съема и обработки информации. При этом колебательная система выполнена опирающейся в центре масс игольной опорой на опорную пластину, жестко закрепленную на подвижной платформе, установленной посредством опор качения на неподвижной платформе. Крутильный маятник выполнен в виде крепежного кольца с коромыслом, плечи которого прикреплены к крепежному кольцу с двух диаметрально противоположных сторон и ориентированы перпендикулярно продольной оси испытуемого образца, а также груза, прикрепленного к плечам коромысла, позволяющего изменять период колебаний колебательного процесса. Технический результат заключается в повышении точности измерений, а также в увеличении срока службы преобразователя. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано при создании био- и химических сенсоров на основе поверхностного плазмонного резонанса

Наверх