DD293891A5 - ARRANGEMENT FOR DETERMINING THE ABSORPTION AND LASER STRENGTH OF OPTICAL LAYERS - Google Patents

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DD293891A5 DD33976990A DD33976990A DD293891A5 DD 293891 A5 DD293891 A5 DD 293891A5 DD 33976990 A DD33976990 A DD 33976990A DD 33976990 A DD33976990 A DD 33976990A DD 293891 A5 DD293891 A5 DD 293891A5
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Steffen Joachim
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung der Absorption und der Laserfestigkeit von optischen Schichten, vorzugsweise dieelektrischen Schichten. Sie ist einsetzbar zur Pruefung von speziellen optischen Schichten und Schichtsystemen z. B. Entspieglungs- und Verspieglungsschichtsystemen, Schichtpolarisatoren und Interferenzfiltern. Die erfindungsgemaesze Anordnung umfaszt ein aus kristallinem Quarz und Metallschichtelektroden bestehendes Schwingquarz-Sensorelement und eine darauf in bestimmter Weise angeordnete zu pruefende Schicht. Bei Bestrahlung der mindestens teilweise transparenten Anordnung mit intensivem Laserlicht koennen die dadurch induzierten thermischen und/oder mechanischen Veraenderungen der Schichten sehr genau mit sofortiger Gewinnung von digitalen Signalen erfaszt werden.{Absorption; Laserfestigkeit; optische Schichten; dielektrische Schichten; Schwingquarz-Sensorelement, teiltransparent; Bestrahlung; thermische/mechanische Veraenderungen}The invention relates to an arrangement for determining the absorption and the laser resistance of optical layers, preferably the electrical layers. It can be used for testing of special optical layers and layer systems z. B. anti-reflection and mirror coating systems, layer polarizers and interference filters. The arrangement according to the invention comprises an oscillating quartz sensor element consisting of crystalline quartz and metal layer electrodes and a layer to be tested arranged in a specific manner thereon. Upon irradiation of the at least partially transparent arrangement with intense laser light, the induced thereby thermal and / or mechanical changes of the layers can be detected very accurately with immediate acquisition of digital signals. {Absorption; Laser strength; optical layers; dielectric layers; Quartz crystal sensor element, partially transparent; irradiation; thermal / mechanical changes}

Description

Titel der. ..Er f i η du η g_Title of the. ..I f i η you η g_

Anordnung zur Bestimmung der Absorption und der Laserfestigkeit von optischen SchichtenArrangement for determining the absorption and laser resistance of optical layers

OQweD.dJrAn.tl-5Qe?hiet der ErfindungOQweD.dJrAn.tl- 5 Qe? Hlet the dun g OF INVENTION

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zu E*estimmung der Absorption und /oder der Laserfestigkeit von optischen, vorzugsweise dielektrischen Schichten. Das Anwendungsgebiet erstreckt sich in den Erzeugnisbereichen Optik, Optoelektronik, Gerätebau auf Produkte, in denen absorpt.ionsarme und/oder laserfeste Schichten mit interferenzoptischen Eigenschaften benötigt werden, speziell Entspiegelungs- und Verspiegelungsschichtsysteme, Schichtpolarisatoren und Interfererizfi1ter. Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich insbesondere zur Bestimmung der Absorption und/oder der Laserfestigkeit von verlustarmen schichL-optischen Substanzen bei allen Lichtwellenlängen, für die leistungsfähige Laser oder andere intensiven Btrahlungsguellen zur Verfugung stehen, insbesondere jedoch für Oxide und Fluoride bei der Laserwellenlänge 1,06 um. Die Erfindung ist darüber hinaus in allen Gebieten der Technik einsetzbar, bei denen es um die Bestimmung von Absorption und/oder durch Absorption beeinflußte Eigenschaften von Stoffen geht.The invention relates to an arrangement for determining the absorption and / or the laser resistance of optical, preferably dielectric layers. The field of application extends in the product areas of optics, optoelectronics, device construction to products in which low-absorption and / or laser-resistant layers with interference-optical properties are required, especially anti-reflection and mirror-coating systems, layer polarizers and interferometric filters. The arrangement according to the invention is particularly suitable for determining the absorption and / or the laser resistance of low-loss SchichL optical substances at all wavelengths of light for which powerful lasers or other intense Btrahlungsguellen are available, but especially for oxides and fluorides at the laser wavelength of 1.06 microns , In addition, the invention can be used in all fields of technology involving the determination of absorption and / or absorption-related properties of substances.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known prior art de

Die Gebrauchswerteigenachaften von optischen Schichten und den daraus gefertigten optischen Schichtbauelementen werden wesentlich durch Absorption und Laserfestigkeit bestimmt. Diese Eigenschaften haben sich vor allem im Zusammenhang mit der Konstruktion, Fertigung und Anwendung von kompakten Lasern mit höherer Effizienz und Leistung zunehmend zu gebrauchswertbe— grenzenden Faktoren entwickelt. Absorptionsarme optischeThe utility properties of optical layers and the optical layer devices fabricated therefrom are significantly determined by absorption and laser resistance. These properties have increasingly become utility-limiting factors, particularly in the design, manufacture and application of compact lasers with higher efficiency and performance. Low absorption optical

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Schichten sind darüber hinaus von prinzipiellem Interesse für Hochleistungsschichtbauelernente.In addition, layers are of general interest for high-performance layered construction elements.

Zur Bestimmung der Absorption optischer Medien wird im allgemeinen die Änderung von Strahlungsfeldern oder die Änderung von Eigenschaften der Medien nach Wechselwirkung mit Strahlungsfeldern analysiert. Im erweiterten Sinne umfassen diese Strahlung sfelder das gessainte Spektrum der elektromagnetischen und Teilchenstrahlung, 5D daß die Absorptionsanalyse im allgemeinen Falle sowohl optische Meßverfahren einschließlich der Laser-Desorptionsanalyse als auch oberflächenanalytische Methoden 2.B. mit Elektronen und Ionen umfaßt.For the determination of the absorption of optical media, the change of radiation fields or the change of properties of the media after interaction with radiation fields is generally analyzed. In a broader sense, these radiation fields include the gessainte spectrum of electromagnetic and particle radiation, 5D that the absorption analysis in the general case both optical measuring methods including the laser desorption and surface analysis methods 2.B. comprising electrons and ions.

Bei Anwendung von Licht umfaßt die Absorptionsanalyse im engeren Sinne die optischen und photothermischen Absorptionsmeßverfahren, von rl en en vor allem die photothermischen Nachweistech— niken zur Bestimmung extrem kleiner Schichtabsorptionen von Interesse sind [J.M. Bennett, Optics News 7 (1985) 17, J.M. Etennett, Thin Solid Films, 123 (1985) 1Z'/"], mit denen sich im Routinebetrieb Absorption im Eiereich 10~" . . . 10 bei einer In-With the use of light, absorption analysis in the narrower sense encompasses the optical and photothermal absorption measurement methods, of which the photothermal detection techniques are of particular interest for determining extremely small layer absorptions [JM Bennett, Optics News 7 (1985) 17, JM Etennett, Thin Solid Films, 123 (1985) 1 Z '/ "], which are used in routine operation for absorption in the egg range 10 ~". , , 10 at a

i von 1 nachweisen lassen. Im Unterschied zu den optischen Meßverfahren, die die Extinktion und weitere Eigenschaften des mit dem Strahlungsfeld wechselwirkenden Mediums indizieren, wird bei den photothermischen Verfahren nur der über Absorptionsprozesse dissipierte Energieanteil des einfallenden Strahlunqsfeldes gemessen. Beim gegenwärtigen Stand der Technologie optischer Schichten wird die Probenerwärmung vor allem durch lineare Absorption bestimmt. Die photothermischen Absorptionsmeßtechniken klassifizieren sich nach der Art des Nachweises der Probenerwärmung (Temperatur, Deformation usw.), die z.T. auch orts-, tiefen- und zeitaufgelöst erfolgen könneni have 1 proven. In contrast to the optical measuring methods, which indicate the extinction and further properties of the medium interacting with the radiation field, in the photothermal method only the energy fraction of the incident beam field dissipated via absorption processes is measured. At the present state of technology of optical layers, sample heating is determined primarily by linear absorption. The photothermal absorption measuring techniques are classified according to the way of proving the sample heating (temperature, deformation, etc.), which is currently measured. can also be local, deep and time resolved

Ein seit langem bekanntes photothermisches Meßverfahren ist die Laserkalorimetrie, bei der ein intensiver Laserstrahl auf die zu messende Probe fällt, deren absorptionsbedingte Erwärmung dann mit geeigneten thermoelektrischen Wandlern oder als optische Verstimmung eines Interferometers gemessen wird. Die Auswertung kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Häufig wird die Absorption aus der Temperaturänderungsrate bei konstanter Einstrahlung in eine thermisch isolierte Probe (Ratenmethode) ΓΜ. Braunstein, J.E. Rudisill, J.A. Harrington, Appl. A long-known photothermal measuring method is laser calorimetry, in which an intense laser beam is incident on the sample to be measured, the absorption-related heating is then measured with suitable thermoelectric transducers or as optical detuning of an interferometer. The evaluation can be done in different ways. Frequently, the absorption from the rate of change in temperature at constant irradiation into a thermally isolated sample (rate method) ΓΜ. Braunstein, J.E. Rudisill, J.A. Harrington, Appl.

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Opt. 16 (1977) 2843; E. Welsch, G. Lieder, H.G. Walther, E. Hacker, Thin Solid Films 91 (1982) 32Π oder durch Hesjunq der Temperatur der Probenumgebung bestimmt, die auf die Proben tem peratur eingeregelt wird, so daß keine Wärmeabgabe an die Umgebung erfolgt (adiabatische Methode) [R. Atkinson, Appl. Opt. 24 (1985) 46411 . Ein weiteres Verfahren zur Bestimmung der Absorption beruht auf dem IQQO von A.G. Bell erstmals beschriebenen photoakustischen Effekt, bei dem die Probe mit zeitlich moduliertem Licht bestrahlt wird. Die auf Absorption beruhende Probenerwärmung moduliert den Druck in einem angeschlossenen Gasvolumen mit einer Amplitude, die ein Ma(3 für die Probenabsorption ist [E. L. Kerr, Appl. Opt. 12 (1973) 2520 ;i. Die Notwendigkeit des Anschlusses eines Gasvolumens führt zu erheblichen Einschränkungen der Anwendbarkeit dieser WethodeOpt. 16 (1977) 2843; E. Welsch, G. Lieder, HG Walther, E. Hacker, Thin Solid Films 91 (1982) 32, or determined by Hesjunq the temperature of the sample environment, which is adjusted to the sample temperature, so that no heat is released to the environment ( adiabatic method) [R. Atkinson, Appl. Opt. 24 (1985) 46411. Another method for determining the absorption is based on the IQQO of AG Bell first described photoacoustic effect, in which the sample is irradiated with time-modulated light. The absorption-based sample heating modulates the pressure in a connected gas volume having an amplitude which is Ma (3 for sample absorption [EL Kerr, Appl. Opt. 12 (1973) 2520; i. The necessity of connecting a gas volume leads to considerable Restrictions on the applicability of this method

Eine weitere bekannte Methode zur Bestimmung der Absorption von Schichten ist die photothermische Radiometrie, bei der die Strahlungsflußänderung einer Probe infolge einer absorptionsinduzierten Temperaturänderunci gemessen wird, wobei im Bereich kleiner Absorption ein linearer Zusammenhang besteht. Nachteilig dabei ist jedoch die Schichtmateriaiabhängiqkeit des Emissionsvermögens CV.N. Lopatkin, Kvant. Elektron., 12 (1985) 339; S.O. Kanstad, P.E. Nordal, Can. J. Phys. 64 (1986) 1159] Another known method of determining the absorption of layers is photothermal radiometry, which measures the change in the radiant flux of a sample as a result of an absorption-induced temperature change, with a linear relationship in the region of low absorption. However, the disadvantage here is the layer material dependency of the emissivity CV.N. Lopatkin, Kvant. Elektron., 12 (1985) 339; SO. Kanstad, P.E. Nordal, Can. J. Phys. 64 (1986) 1159]

Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Bestimmung der Absorption von Oberflächen und Schichten ist die photothermische Strahlablenkung (Mirage-Effekt), die erstmals von A.C. Doccara, D. Fournier und J. E<adoz in der Zeitschrift Appl. Phys. Lett. 36 (1930) 130 vorgeschlagen wurde. Das Verfahren beruht auf der Sondierung dcir zeitlich variierten Brechzahlschwankungen in einem Gasraum, der an eine absorbierende Probe grenzt. Durch eine zeitlich modulierte Bestrahlung (Heizstrahl) wird auf einer absorbierenden Probe eine lokale Oberflachentemperaturänderung induziert, die auch in dem angrenzenden Gasraum eine zeit— veränderliche Temperatur- und damit Brechzahlschwankung erzeugt. Die Sondierung erfolgt mit einem fießstrahl, bei dem die Brechzahlschwankungen Phasenfrontdeformationen bewirken, die zu zeitveränderlichen Strahlablenkungen oder Divergenzänderungen führen. Nachteilig bei diesem Verfahren sind die erforderlichen hohen Justier- und Fokussiergenauigkeiten von Heiz- und Me(3- Another known method for determining the absorption of surfaces and layers is the photothermal beam deflection (Mirage effect), which was first developed by A.C. Doccara, D. Fournier and J. E <adoz in the journal Appl. Phys. Lett. 36 (1930) 130. The method is based on the probing of time-varying refractive index fluctuations in a gas space adjacent to an absorbing sample. By a temporally modulated irradiation (heating jet), a local surface temperature change is induced on an absorbing sample, which also generates a time-variable temperature and thus refractive index fluctuation in the adjacent gas space. The probing is done with a jet stream in which the refractive index fluctuations cause phase front deformations that lead to time-varying beam deflections or divergence changes. A disadvantage of this method is the required high adjustment and focusing accuracy of heating and Me (3

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strahl sowie die komplizierte Signal interpretationbeam as well as the complicated signal interpretation

In ähnlicher Weise wird beim Verfahren der photothermischen Oberflächendeformation (PTD) die durch die lokale Prabenaufheizung hervorgegerufene thermoplastische Probendeformation zur Signalgewinnung benutzt, die mittels Auslenkunq eines reflektierten Meßstrahls CM.A. ülmstead, N.M. Amer, S. Kohn, Appl. Phys. A 32 (1983) 14iJ oder durch adaptierte piezoelektrische Wandler erfaßt werden kann. Neben den bereits bei der photo— thermischer. Strahlablenkung (Mirage—Effekt) genannten Nachteilen wird die Signalamplitude bei der PTD-I'lessung von Schichten durch die thermoe.Lastischen Eigenschaften des Substrates mitbestimmt, was ein schwerwiegender Mangel dieses Verfahrens ist Similarly, in the photothermal surface deformation (PTD) process, the thermoplastic sample deformation produced by the local preamble heating is used for signal recovery, which is accomplished by deflecting a reflected measuring beam CM.A. Ulmstead, N.M. Amer, S. Kohn, Appl. Phys. A 32 (1983) 14iJ or by adapted piezoelectric transducers. In addition to the already in the photothermal. Distortion, the signal amplitude in the PTD-I'lessung of layers is determined by the thermoe.Lastischen properties of the substrate, which is a serious shortcoming of this method

Zur Ermittlung der Laserfestigkeit werden im allgemeinen die Entsrgief luenzen bei Laserbestrahlung bestimmt, die zu irreversiblen Veränderungen in optischen Medien führen. Dabei ist die Laserfestigkeit in hohem Maße abhängig von den Bestrahlungsbedingungen und den Nachweistechniken, so daß sich die bisher bekannten Methoden hinsichtlich Empfindlichkeit und Auflösungsvermögen stark unterscheiden. Universell anwendbare bzw. allgemein akzeptierte Methoden existieren nicht. In order to determine the laser strength, the erosion coefficients under laser irradiation are generally determined, which lead to irreversible changes in optical media. The laser resistance is highly dependent on the irradiation conditions and the detection techniques, so that the previously known methods differ greatly in terms of sensitivity and resolution. Universally applicable or generally accepted methods do not exist.

Unabhängig von den Etestrahlunqsbedingungen wird häufig eine licht- oder elektronenmikroskopische Inspektion zur Erfassung von Kristal litgrößenänderungen [A.A. Poplawski, GJ.P. Tichomiruv, T.S. Turowskaja, Sov. J. Techn. Fiz. 17 (1972) 1462] oder katastrophischer Zerstörungen und deren Morphologie TW.H. Lowdermilk, D. Milam, F. Rainer, Thin Solid Films 73 (1980) 155; W.U. Lowdermilk, D. Mil am, Appl. Phys. Lett., 36 (1980) 891; H.E. Dennett, A.T. Glass, A.H. Guenther, B.E. Newnam, Appl. Opt., 19 (1980) 2373] vorgenommen. Weitere bekannte Nachweismethoden beziehen sich auf die Registrierung solcher E'egleiterscheinungen von laserinduzierten Zerstörungen, wie z.B. Plasrnafunken [B.E. Newnam, L.6. De Shazer, NBS Spec. Publ . , 372 (1972) 123], Diffusion CCW. Draper, L. Buene, J.M. Poate, D.C. Jacobson Appl. Opt. 20 (1931) 1730], Änderung von Absorption CH.Fi. Bennett, A. T. Glass, A.H. Guenther, B.E. Newnam, Appl. Opt., 19 (1980) 2373; P.A. Temple, NBS Spec. Publ. 568 (1980) 333], Lichtstreuung [A.T. Glass, A.H. Guenther, Λρρί. Opt. 15 (1976) 1514] oder Transmission [A. Ja. Kusnetzow, I.S. Warna-Irrespective of the conditions of the irradiation, a light or electron microscopic inspection is frequently used to detect changes in crystal size [A.A. Poplawski, GJ.P. Tichomiruv, T.S. Turovskaya, Sov. J. Techn. Fiz. 17 (1972) 1462] or catastrophic destructions and their morphology TW.H. Lowdermilk, D. Milam, F. Rainer, Thin Solid Films 73 (1980) 155; W.U. Lowdermilk, D. Mil., Appl. Phys. Lett., 36 (1980) 891; H.E. Dennett, A.T. Glass, A.H. Guenther, B.E. Newnam, Appl. Opt., 19 (1980) 2373] made. Other known detection methods relate to the registration of such efferent phenomena of laser-induced destruction, such as e.g. Plasnafunken [B.E. Newnam, L.6. De Shazer, NBS Spec. Publ. , 372 (1972) 123], diffusion CCW. Draper, L. Buene, J.M. Poate, D.C. Jacobson Appl. Opt. 20 (1931) 1730], change of absorbance CH.Fi. Bennett, A.T. Glass, A.H. Guenther, B.E. Newnam, Appl. Opt., 19 (1980) 2373; P.A. Temple, NBS Spec. Publ. 568 (1980) 333], light scattering [A.T. Glass, A.H. Guenther, Λρρί. Opt. 15 (1976) 1514] or transmission [A. Yes. Kuznetsov, I.S. Warna-

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schewa, A.A. Poplagski, G.P. Tichomirow, Sov. Üpt. Mech. Prom. 3 (1972) 39].Sheva, A.A. Poplagski, G.P. Tikhomirov, Sov. Üpt. Mech. Prom. 3 (1972) 39].

Es sind auch sei tau fqt? löste Verfahren bekannt, dir; auf Änderungen des Ref lexionsverhaltens in Bezug auf den Laser- oder einen leitstrahl , des Streulichts b:-:w. der' Funkenbildung beruhen CR.H. Picard, D. Milam, R.A. Bradbury NDS Spec. Publ., 435 (.1.97S) 272; T.W. Walker, A.N. Guenther, P.E. Nielsen, NBG Spec. Publ., 541 (1978) 226; N. Alyassini, J.H. Parks, NBS Spec. Publ., 43Li (1975) 284]. Auch die änderung des -in der Bestrahlunqsüane entstehenden photoakustischen Signals bei Erreichen der Zerstöruncisschwel Ig wurde zur Bestimnutncj der Laserfestiqkeit bereits vorgeschlagen ΓΑ. Ra::ancwaig, J.B. Willis, Appl . Phys. Lett., 36 (1980) 66/; A. Rosencwaiq, L.S. Bacigalupi, J.B. Willis, Appi. Opt., 19 (1980) 4133 ]. Im allgemeinen sind die genannten Methoden technisch aufwendig und bezüglich der Signal interpretation kornpiiziert.It is also tau fqt? solved the procedure known to you; on changes in the reflection behavior with respect to the laser beam or a guide beam, the scattered light b: -: w. the 'sparks are based CR.H. Picard, D. Milam, R.A. Bradbury NDS Spec. Publ., 435 (.1.97S) 272; T.W. Walker, A.N. Guenther, P.E. Nielsen, NBG Spec. Publ., 541 (1978) 226; N. Alyassini, J.H. Parks, NBS Spec. Publ., 43Li (1975) 284]. Also, the change in the photoacoustic signal produced in the irradiation source upon reaching the destruction intensity Ig has already been proposed for the purpose of determining the laser strength ΓΑ. Ra :: ancwaig, J.B. Willis, Appl. Phys. Lett., 36 (1980) 66 /; A. Rosencwaiq, L.S. Bacigalupi, J.B. Willis, Appi. Opt., 19 (1980) 4133]. In general, the methods mentioned are technically complex and grain interpretation with respect to the signal interpretation.

L UaL cJl?E L UaL c Jl? E

Ziel der Erfindung ist es die Absorbtion und die Laserfestiqkeit von optischen, vorzugsweise dieelektrischen Schichten mit einem einheitlichen, empfind 1ichen Nachweisverfahren zu ermitteln.The aim of the invention is to determine the absorption and laser stability of optical, preferably dielectric, layers with a uniform, sensitive detection method.

jd£?5_Wesens der Erf_indunqjd £? 5_Wesens the Erf_indunq

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einheitliche Anordnung zur Bestimmung der Absorption und der Laserfestigkeit von optischen, vorzugsweise dielektrischen Schichten zu entwickeln .The invention has for its object to develop a uniform arrangement for determining the absorption and the laser resistance of optical, preferably dielectric layers.

Die Anordnung soll einfach aufgebaut sein, hohen Justieraufwand vermeiden und eine einfache Siqnalinterpretation gestattenThe arrangement should be simple, avoid high adjustment effort and allow a simple Siqnalinterpretation

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit der Anordnung zur Bestimmung der Absorption und der Laserfestigkeit von optischen This object is achieved with the arrangement for determining the absorption and the laser strength of optical

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Schichten oder Schichtsystemen mittels Laserlicht und Sensoren dadurch gelöst, daß der Sensor ein · aus kristallinem CIu ar 2 und Metal .1 schichtelektroden bestehendes Sc hwingquar ζ -Gen sore lernen t ist, da|l die zu prüfende Schicht oder das Schichtsystem auf dem Schwingquarz—Sensorelement angeordnet ist und beide bezüglich des Laserlichtes mindestens tt.il transparent sind. Dabei kann das Schwingquars-Sensoreleroent in Abhängigkeit von der konkreten Heßsituation eine temperaturabhängige Frequenz (AT-Schnitt) oder eine temperaturunabhängige Frequenz (HT-Schnitt.) aufweisen .Layers or layer systems by means of laser light and sensors are achieved in that the sensor learns a scanning crystal sensor consisting of crystalline silicon and metal oxide layers, that the layer to be tested or the layer system on the quartz crystal is Sensor element is arranged and both are at least tt.il transparent with respect to the laser light. In this case, the Schwingquars Sensoreleroent depending on the specific Hesssituation a temperature-dependent frequency (AT-section) or a temperature-independent frequency (HT section.) Have.

Durch die Anordnung der zu untersuchenden Schichten auf dem Schwingquarz-Sensorelement ist es möglich, die bei Bestrahlung mit intensivem Laserlicht induzierten thermischen und/oder mechanischen Veränderungen der Schichten sehr genau mit sofortiger Gewinnung von digitalen Signalen zu erfassen. Weisen die aufgebrachten Schichten Absorption auf, so kommt es zu einer Temperaturerhöhung, die auch auf den Schwingquarz übertragen wird, der dann seine auf dem piezo—elektrischen Effekt beruhende Schwingungsfrequenz ändert. Da Laserzerstörunqsprozesse mit komplexen Änderungen von mechanischen Eigenschaften, wie z.B. der elastischen Eigenschaften sowie Riss— und Kraterbildung in Einheit mit zusätzlichen Schallereiqnissen verbunden sind, können auch diese ggf. selektiv nachgewiesen werden.By arranging the layers to be examined on the quartz crystal sensor element, it is possible to detect the induced during irradiation with intense laser light thermal and / or mechanical changes of the layers very accurately with immediate acquisition of digital signals. If the applied layers show absorption, a temperature increase occurs, which is also transmitted to the quartz crystal, which then changes its oscillation frequency based on the piezoelectric effect. Since laser destruction processes involve complex changes of mechanical properties, such as e.g. The elastic properties and crack and crater formation in unit are associated with additional Schallereiqnissen, these may also be selectively detected if necessary.

Dabei ist es von untergeordneter Bedeutung, ob es sich bei den Schwingquarz—Sensorelementen un Dicken—Scher—Schwinger (Dicken— schwinger 300 kHz . . . JLOO HHz) oder Dehnunqs— und Flächen—Scher— Schwinger (Biegeschwinger 1...50 kHz) handelt. Experimentell und methodisch wesentlich ist iedoch der Schnittwinkel des Quarzes, der die Temperaturabhängigkeit der Schwingungsfreguenz bestimmt.It is of subordinate importance whether the vibrating quartz sensor elements are of the Thick-Shear type (thickness oscillator 300 kHz, ... JLOO Hz) or strain and surface shear oscillator (bending oscillator 1 ... 50 kHz ). Experimentally and methodically essential, however, is the angle of intersection of the quartz, which determines the temperature dependence of the oscillation frequency.

Der Temperaturgang des linearen Temperaturkoeffizienten a hat bei dem sogenannten AT-Schnitt eine Nullstelle, so daß die Frequenz des Quarzes f(T) = f(-, (i ·η α T) praktisch nicht mehr' von der Temperatur abhängt. Dieser Schnittwinkel ist deshalb besonders zum Nachweis von mechanischen Änderungen der laserbestrahlten Schichten geeignet. Zur Bestimmung der durch Absorption erzeugten thermischen Änderungen ist dagegen der HT-Schnitt vorteilhaft, da er einen maximalen linearen Temperatur-The temperature response of the linear temperature coefficient a has a zero in the so-called AT-section, so that the frequency of the quartz f (T) = f ( -, (i · η α T) is practically no longer dependent on the temperature Therefore, in order to determine the thermal changes produced by absorption, the HT cut is advantageous because it has a maximum linear temperature

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1,93*941.93 * 94

koef f is it?n ton α vo\~\ rund ·)-90·10ό—6α Kö—iö ii.efert, was eine Frequenzänderung von 0,0Oi V. pro Kelvin im flnwendurigsintervaJ. 1 von .10...77O K entspricht· Dies ist zwar t?.in kleiner Mt:? lie f f c?k l"., der aber wegen der hohen Stabilität und Präzision der Schwing-· quarze mit rein digitaler·; Methoden problemlos auswertbar ist. Bei kalibrierten Sensoren kann man mit einem Hehler von 0,002 K rechnen; relative Temperaturmessuncjen sind noch genauer ausführbar. Ee ist prizipiell möglich, auch den temperaturabhängiqen NT—Schnitt zum Nachweis von Laserzerstörunqen zu verwenden, (Ja Laserzerst.örungen im allgemeinen keine systematischen Veränderungen in der Schicht hervorrufen.koef f is it? n tone α of \ ~ \ round ·) -90 · 10ό-6α Kö-iö ii.efert, which is a frequency change of 0.0Oi V. per Kelvin in the interval of the meantime. 1 equals .10 ... 77O K · Although this is t? .In small Mt :? However, due to the high stability and precision of the oscillating crystals, it can be easily evaluated with purely digital methods. <br /><br/> For calibrated sensors, a fence of 0.002 K can be used, and relative temperature measurement blocks can be executed even more precisely. It is also possible to use the temperature-dependent NT cut for the detection of laser destruction (Yes, laser damage generally does not cause any systematic changes in the slice.

Durch eine mindestens tei1 transparente Anordnung von Schwingquarz-Gensorelement und Schicht bzw. Schichtsystem wird es möglich, einen intensiven Laserstrahl auch dann auf diese Anordnung su lenken, wenn die Schicht bzw, das Schichtsystem teil- oder hochtransmi tti erend ist. Dabei ist. eine ßestrahlungs-Lichtwel1 en länge zu wählen, die im Transparenzbereich von Quarz liegt. Die Absorption dec Quarzes kann durch entsprechende methodische Gestaltung des Verfahrens eliminiert werden. Ihr Einfluß .ist im Falle von reflektierenden dielektrischen Schichtsystemen ehering. Unaahängiq vom Transmissionsgrad der zu untersuchenden Schicht kommt es infolge der Wechselwirkung zwischen dem Laserstrahl und der Schicht infolge Absorption zu einer Erwärmung und/oder zu Laserzerstörunqen, die, wie bereits erläutert, durch Frequen-ränderunqen des Schwingquarzes nachgewiesen werden können.By an at least tei1 transparent arrangement of quartz crystal sensor element and layer or layer system, it is possible, even an intense laser beam on this arrangement su ste when the layer or the layer system is partially or hochtransmi tti erend. It is. to choose a wavelength of irradiation light wavelength that lies within the transparency range of quartz. The absorption of dec quartz can be eliminated by appropriate methodical design of the method. Their influence is in the case of reflective dielectric layer systems. As a result of the interaction between the laser beam and the layer as a result of absorption, heating and / or laser destruction, which, as already explained, can be detected by frequency changes of the quartz crystal, occur as a result of the transmittance of the layer to be examined.

Die Realisierung einer mindestens tei1 transparenten Anordnung erfolgt auf einfache Art und l''eise, indem die auf gegenüberliegenden Seiten des kristallinen Quarzes angeordneten Metallschichtelektroden so zueinander positioniert sind, daß auf den gegenüberliegenden Seiten des kristallinen Quarzes kongruente, elektrodenfreie Bereiche vorliegen, die bezüglich des Laserlichtes mindestens tei1 transparent sind.The realization of an at least partially transparent arrangement takes place in a simple manner and by the metal layer electrodes arranged on opposite sides of the crystalline quartz being positioned relative to one another such that congruent, electrode-free regions exist with respect to the laser light on the opposite sides of the crystalline quartz at least tei1 are transparent.

Zweckmäßig weisen dabei die auf gegenüberliegenden Seiten des kristallinen Quarzes angeordneten Metallschichtelektroden Lochstrukturen auf j die etwa deckungsgleich angeordnet sind und ein Fenster für das Laser licht bilden. Diese Lochstrukturen lassen sich mit bekannten Verfahren zur Herstellung lateral struktu-Expediently, the metal layer electrodes arranged on opposite sides of the crystalline quartz have hole structures which are arranged approximately congruently and form a window for the laser light. These hole structures can be structured laterally using known methods for producing

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rierter Schichten fertigen.finished layers.

Zur Realisierung der Anordnung ist es günstig, wenn die Schicht bzw. das Schichtsystem auf mindestens einer üeite des kristallinen Quarzes auf dem elektrodenfreien E<ereich aufgebracht ist. E<esonder.5 zweckmäßig ist jedoch eine Anordnung der Schicht bzw. des Schichtsystems innerhalb der Lochstruktur der Metal 1-schichts1ektroden. Prinzipiell von Vorteil können auch Anordnungen sein, bei denen die zu untersuchende Schicht bzw. Schichtsysteme jeweils auf gegenüberliegenden Seiten auf elektrodenfreien Etereichen des Schwinqquarz-Sensorelementes aufgebracht werden, so daß ein additiver Effekt entsteht, der zum Nachweis sehr k!einer Absorptionsverlusto oder hoher Laserzer— Störungsschwellen besonders dann geeignet ist, wenn die in dieser Anordnung entstehenden Interferenzeffekte zusätzlich ausgenutzt werden.To realize the arrangement, it is favorable if the layer or the layer system is applied to at least one side of the crystalline quartz on the electrode-free region. However, an arrangement of the layer or of the layer system within the hole structure of the metal 1-layer electrodes is expedient. In principle, arrangements may also be advantageous in which the layer or layer systems to be investigated are respectively applied on opposite sides to electrode-free regions of the Schwinqquarz sensor element, so that an additive effect is produced, which is very poor for detecting absorption loss or high laser degradation. Fault thresholds is particularly suitable if the resulting in this arrangement interference effects are also exploited.

Für hochempfindliche Bestimmungen der Absorption sehr verlustarmer, transmittierender optischer Schichten mit Laserwellenlängen, die im Transparenzbereich von Quarz lieqen, ist es von Vorteil, wenn der kristalline Quarz eine optische Qualität in Bezug auf das Volumen und die Oberfläche aufweist. Dabei bezieht sich die optische Qualität insbesondere auf die optischen Verluste Absorption und Lichtstreuung, die durch entsprechende Wahl der Cfuarzgual ität und der Überflächenbearbeitunqsverfahren auf bekannte Art und Weise zu minimieren sind. For highly sensitive determinations of the absorption of very low-loss, transmissive optical layers with laser wavelengths which lie in the transparency range of quartz, it is advantageous if the crystalline quartz has an optical quality with respect to the volume and the surface. In this case, the optical quality relates in particular to the optical losses of absorption and light scattering, which are to be minimized by a suitable choice of the photoconductivity and the surface treatment methods in a known manner.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung gelingt es, auf eine experimentell und methodisch einfache Art und Weise die Absorption und/oder die Laserfestigkeit von optischen, vorzugsweise dielektrischen Schichten mit einem einheitlichen, empfindlichen und stabilen Nachweisverfahren ggf. auch selektiv zu ermitteln, üpeziell durch die Verwendung von Schwingquarz-Sensorelementen zum Nachweis von Absorption und/oder irreversiblen Veränderung itvfolgr? intensiver Laserbestrahlung wird es möglich, einfach aufgebaute Anordnungen zu realisieren, die hohen Justieraufwand verrneide?n und eine einfache Signal interpretation qestatten.With the arrangement according to the invention, it is possible, if necessary also selectively to determine the absorption and / or the laser strength of optical, preferably dielectric layers with a uniform, sensitive and stable detection method in an experimentally and methodically simple way, especially by the use of quartz crystal Sensor elements for detecting absorption and / or irreversible change itvfolgr? Intensive laser irradiation makes it possible to realize simply constructed arrangements that reduce high adjustment effort and provide a simple signal interpretation.

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Aus f ü h r^injq s be i s gie leFor f u hr ^ injq's be is g y le

Die Erfindung soll anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werdun. Es zeigt:The invention will be explained in more detail with reference to two exemplary embodiments. It shows:

(ig. i eine schema ti se he Darstellunq der Vorder-(a) und Seitenansicht (b) der erf indunqsqemäliien Anordnung zur Bestimmung der Absorption und der Laserfestiqkeit von optischen, vorzugsweise dielektrischen Schichten mittels Schwingquarz-Sensorelt-xnent in Form eines zweiachsigen Biegeschwingers und1 is a schematic illustration of the front view (a) and side view (b) of the invention for determining the absorption and laser resistance of optical, preferably dielectric layers by means of oscillating quartz sensor elements in the form of a biaxial bending oscillator

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Vorder—(a) und Seitenansicht (b) der erfindungsgemäßen Anordnung zur Bestimrnung der Absorption und der Laserf estiqkeit von optischen, vorzugsweise dielektrischen Schichten mittels Schwingquarz-öensorelement in Form eines Dick en se hw i η gers,2 shows a schematic representation of the front view (a) and side view (b) of the arrangement according to the invention for determining the absorption and the laser stability of optical, preferably dielectric layers by means of a quartz oscillator element in the form of a thick-angle heater.

In Fig. I ist eine erste Ausführungsform der erfindunqsqemäßen Anordnung mit einem zweiachsigen Biegeschwinger als Schwingquarz-Sensorelement schematisch dargestellt. Die Anordnung umfa(3t einen biegeschwingungsfähigen Quarzkristallstab i mit zwei Schwinqunqsknotenpunkten 2 und je zwei, auf gegenüberliegenden Seiten des Quarzkristallstabes 1 angeordneten, elektrisch voneinander isolierten Elektroden 3 . Erf:ndungsgemäß ist auf einer der elektrodenfreien Seiten des biegeschwingungsfähigen Gluarzkristal lstabes 1 die hinsichtlich Absorption und/ oder Laserfestigkeit zu untersuchende Schicht 4 angeordnet, die im spc-'ziel len Ausführungsbeispiel eine Schicht aus Titandioxid ist. Die Einfallsrichtung des Laserstrahls ist in Fig. 1 durch die F'fei 1 richtung angegeben. In einer speziellen Ausführungsform wird die Strahlung eines Nd:YAG—Laser mit der Wellenlänge 1,06 um verwendet. Die Verwendung von Biegeschwingern als Schwingguarz-Sensorelement ist für die erfindungsgemäße Anordnung) besonders günstig, da dieser Schwingertyp aufgrund seiner funktionsbedingten Elektrodenanordnung ohne zusätzliche Ma(3nah— men die insbesondere für transmittierende Schichten srforder—In Fig. I, a first embodiment of erfindunqsqemäßen arrangement with a biaxial bending oscillator is shown schematically as a quartz oscillating sensor element. The arrangement comprises an oscillatory quartz crystal rod i with two oscillation nodes 2 and two electrodes 3, electrically insulated from each other and arranged on opposite sides of the quartz crystal rod 1. According to one embodiment, on one of the electrode-free sides of the flexurally stable fluorescent crystal 1, the absorption and / or or laser resistance to be examined layer 4, which is a layer of titanium dioxide in the spc'ziel len embodiment.The direction of incidence of the laser beam is indicated in Fig. 1 by the direction F. In a specific embodiment, the radiation of a Nd: The use of bending vibrators as oscillating quartz sensor element is particularly favorable for the arrangement according to the invention, since this type of oscillator, due to its function-related electrode arrangement, can be used without additional measures (particularly those for transmissive electrodes) necessary layers are required

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ILIL

liehe Transparenz bezüqlich des verwendeten Laser lichtes lie-τ e r t.lend transparency with respect to the laser light used.

Der üuarzkristal lstab i wird mit einem geeigneten Schnittwinke?! aus vorzugsweise synthetischem ec~Ouarz hergestellt und mit nicht dargestellten Elementen, die gleichzeitig elektrische Verbindungselemente sein können, in den Schwinqunqsknotenpunkten 2 gehaltert. Die Realisierung des Schwinqquarz-Sensorele fiientes unterliegt im al .!gemeinen keinen Einschränkungen und kann prinzipiell z.B. auch mit mehrpoligen Biegeschwingern erfolgen. Zur Eiestimmung der Absorption der Schicht 4 ist jedoch wesentlich, daß der lineare Temperaturkoeffizient der Resoneinz-frequenz des Schwingquarzes maximiert ist. Soll ausschließlich die l.aserfestigkeit der Schicht 4 bestimmt werden, so muß ein eine temperaturunabhängige Frequenz aufweisender Schwingquarz verwendet werden. Beide? Meßsituationen können durch geeignete Wahl von Schnit.twinkel und Geometrie erreicht werden. Als Elektroden 3 dienen aufgedampfte und/oder eingebrannte Metall beläge aus Silber oder Gold. Diese Elektroden 3 sind über nicht dargestellte elektrische Verbindunqselemente mit ebenfalls nicht dargestellten elektronischen Einheiten verbunden. Die für zweipolige Biegeschwinger charakteristische große Paral le.l kapazität kann man auf bekannte Art und Weise reduzieren, indem auf jeder Seite des Quarzkristallstabes i zwischen den beiden Elektroden 3 ein mit Erdpotential verbundener Trennbelag angeordnet wird, auf dessen Darstellung in Fig. 1 jedoch verzichtet wurde. Dieser Belag verhindert die starke Verkopplung der beiden Pole über das Quarzdielektrikum. Die hinsichtlich Absorption und/- oder Laserfestigkeit zu untersuchende Schicht 4 kann mit Hilfe von bekannten Beschichtungsverfahren, wie z.B. Aufdampfen oder Sputtern unter Einhaltung der" für die jeweilige schichtbildende Substanz bzw. für die Schichteiqenschaften erforderlichen Depositionsbedingungen hergestellt werden.The uuarzkristal lstab i will with a suitable Schnittwinke? made of preferably synthetic ec ~ Ouarz and held in the Schwinqunqsknoten 2 with not shown elements, which may be simultaneously electrical connection elements. The realization of the vibrating quartz sensor cell is, in general, subject to no restrictions and, in principle, can also be carried out, for example , with multi-pole bending vibrators. However, in order to set the absorption of the layer 4, it is essential that the linear temperature coefficient of the resonant frequency of the quartz resonator be maximized. If only the laser strength of the layer 4 is to be determined, a quartz crystal having a temperature-independent frequency must be used. Both? Measuring situations can be achieved by a suitable choice of cutting angle and geometry. As electrodes 3 are vapor-deposited and / or baked metal coverings of silver or gold. These electrodes 3 are connected via not shown electrical Verbindunqselemente with also not shown electronic units. The characteristic of two-pole bending vibrator large Paral le.l capacity can be reduced in a known manner by a ground electrode connected to each separation electrode on each side of the quartz crystal rod i between the two electrodes 3 is disposed, the representation in Fig. 1, however, was omitted , This coating prevents the strong coupling of the two poles over the quartz dielectric. The layer 4 to be examined for absorption and / or laser strength can be produced by means of known coating methods, such as vapor deposition or sputtering, while maintaining the deposition conditions required for the respective layer-forming substance or for the layer properties.

Durch die in Fig. i dargestellte Elektrodenanordnung wird beim Anlegen oszillierender Spannungen mit .Richtwerten von einigen Volt erreicht, daß der schwinqungsfähig*= Quarzkristallstab 1 mit dergewünschten Frequenz schwingt. Zur Erregung von Biegeschwingungen sind zwei in X—Richtung verlaufende, aber entgegengesetzt gerichtete Felder notwendig, die z.B bei der in Fig.By means of the electrode arrangement shown in FIG. 1, when oscillating voltages of several volts are reached, it is achieved that the vibratable * = quartz crystal rod 1 oscillates at the desired frequency. For excitation of bending vibrations two extending in the X direction, but oppositely directed fields are necessary, for example, in the in FIG.

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i für eine Halbperiade der Schwingung angegebenen Polarität der Spannung aufgebaut werden. Der·Quarzkristal!stab 1 sieht sich unter dem Einfluß des elektrischen Feldes auf der einen Seite zusammen und dehnt sich auf der andere Seite aus, so daß die?- Mitte und die Stirnflächen des Quarzkristal lstabes 1 mit Drehung um die Gchwinciungsknotenpunkte 2 jeweils entgegengesetzt in Z-Richtung ausgelenkt werden. Die Schwingungen dss Quarzkristallstabes 1 setzen sich aus Dehnungs- und Flächen-scherschwingungen zusammen. Hit wachsendem Breiten-Längen-Ver~ hältnis des bieqeschwingunqsfähiqen Quarzkristallstabes I steigt der Einfluß der Flächenscherschwingunq, wodurch sich der Temper aturkoeffizisnten α erhöht. Für X.,.^-Bieqeschwinqer kön — nen z.B. Werte in der Gößenordnunq -10 ' K erreicht werdeni are constructed for a half-period of oscillation specified polarity of the voltage. The quartz crystal rod 1 sees itself under the influence of the electric field on one side and expands on the other side, so that the center and the end faces of the quartz crystal rod 1 rotate in opposite directions at the points of contact 2, respectively Z direction to be deflected. The oscillations of the quartz crystal bar 1 are composed of strain and surface oscillations. As the width-length ratio of the bendable quartz crystal rod I increases, the influence of the surface shear oscillation increases, which increases the temperature coefficient α . For example, values in the order of magnitude -10 'K can be achieved for X.,. ^ Bending

Kommt es nun aufgrund der Bestrahlung der Schicht 4 durch intensive Laserstrahlung (cw oder Impuls) infolge von Absorptionsprozessen zu einer Temperaturänderung 6T' in der Schicht 4, so kommt es auch im bieqeschwinqunqsfähiqen Quarzkristallstab 1 infolge von Wärmetransfer zu einer Temperaturänderunq 6T. die mit einer hohen Präzision und Stabilität durch elektronische Einheiten als Frequenzänderung ?£f = f(-,(l + aGT) nachgewiesen werden kann. Die Absorption der Schicht 4 kann mit Hilfe bekannter Methoden beispielsweise aus der Temperatur- bzw. Frequenzänderungsrate ermittelt werden. Bei entsprechender Kalibrierung des Schwingquarz—Sensorelementes beispielsweise mit amtlich geeichten Platinwiderständen, können auch die entsprechenden Temperaturen mit einer hohen Genauigkeit festgestellt werden. Die Eigenabsorption des Schwingquarzes ist im allgemeinen wesentlich niedriger als die Schichtabsorption. Durch entsprechende Vorversuche kann ihr Eieitrag ermittelt und entsprechend berücksichtigt werden.If, due to the irradiation of the layer 4 by intense laser radiation (cw or pulse) as a result of absorption processes, a temperature change 6T 'in the layer 4 occurs, then a temperature change 6T occurs in the quartz crystal rod 1 due to heat transfer. which can be detected with high precision and stability by electronic units as a frequency change £ f = f ( -, (l + aGT) The absorption of the layer 4 can be determined by means of known methods, for example from the temperature or frequency change rate. With appropriate calibration of the quartz crystal sensor element, for example, with officially calibrated platinum resistors, the corresponding temperatures can be determined with high accuracy.The intrinsic absorption of the quartz crystal is generally much lower than the layer absorption can be determined by appropriate preliminary tests their egg count and taken into account accordingly.

Bei sehr intensi er Laserbestrahlung können Laserzerstörungen einsetzen, die in der Regel zu abrupten mechanischen Veränderungen (Risse, Krater) führen, wobei die Bildung solcher Defekte mit Schallereignissen verbunden ist. Damit können diese Zer— störungsprozesse als abrupte Änderungen im Signal verhalten auch selektiv zum absorptionsbedinjten Siqnal ermittelt werden. Bei Verwendung *'on temperaturunabhängigen Schwingquarzen ist auch eine ausschließliche Beobachtung des mechanischen VerhaltensIn the case of very intensive laser irradiation, laser destructions can be used, which usually lead to abrupt mechanical changes (cracks, craters), the formation of such defects being associated with sound events. Thus, these destruction processes can be determined as abrupt changes in the signal behavior and also selectively to the absorption-induced signal. The use of temperature-independent oscillating quartz is also an exclusive observation of the mechanical behavior

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der Schicht 4 bei intensiver Laserbestrahlunq einschließlich der Registratur von Zerstörunqsereignissen möglichLayer 4 with intensive Laserbestrahlunqunq including the registry of Zerstörunqsereignissen possible

In einer zweiten Ausführunqsform ist in Fig. 2 die erfindunqsgemäße Anordnung mit einem Dickenschwinger als Schwinqquarz-Sensorelement schematisch darqestelit. Die Anordnunq gemäß Fig. 2 umfaßt ein dickenschwingunqsfähiqes Quarzkristal1 plättchen 5 mit auf gegenüber 1ieqenden Seiten befindlichen speziell gestalteten Elektrocan ό. Diese speziell qestaleten Elektroden 6 besitzen Lochstrukturen, die etwa deckungsgleich angeordnet sind, so daß sie für einfallendes Laserlicht ein Fenster bilden. Er-findunqsqemäß ist auf einer Seite des Quarzkrista.l 1 piättchens 5 innerhalb der Lochstruktur die hinsichtlich Absorption und/oder Laserfestigkeit zu untersuchenden Schicht 4 angeordnet, die in einem speziellen Ausführunqsbeispiel eine Schicht aus Titandioxid ist. Die fünf al Lr i chtung des Laserstrahls ist in Fig. 2 durch die Pfei 1 richtung angegeben. In einer speziellen Ausführunqsform wird die Strahlung eines Nd:YAG-Lasers mit der Wellenlänge 1,06 μτη verwendet.In a second embodiment, the arrangement according to the invention with a thickness oscillator as Schwinqquarz sensor element is schematically darqestelit in Fig. 2. The arrangement according to FIG. 2 comprises a thin-walled quartz crystal plate 5 with specially designed electrocan auf located opposite opposite sides. These specially dimensioned electrodes 6 have hole structures which are approximately congruent so that they form a window for incident laser light. According to the invention, on one side of the quartz crystal strip 5 within the hole structure, the layer 4 to be examined for absorption and / or laser resistance is arranged, which in a specific embodiment is a layer of titanium dioxide. The five directions of the laser beam are indicated in FIG. 2 by the arrow 1 direction. In a special embodiment, the radiation of a Nd: YAG laser with the wavelength 1.06 μτη is used.

Das Quarzkristal 1 plättchen 5 wird mit einem geeigneten Schnittwinkel aus vorzugsweise synthetischem α—Quarz hergestellt und mit nicht dargestellten Elementen, die? gleichzeitig elektrische Zuführungen sein können, gehaltert. Die Realisierung des P>c:hwinqqu£irz—Sensorelementes unterliegt im allgemeinen keinen Einschränkungen. Zur Bestimmung der Absorption der Schicht 4 ist jedoch wesentlich, daß der lineare Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz des Schwingquarzes maximiert ist. was z.B. durch den sogenannten HT-Schnitt realisiert werden kann. Soll ausschließlich die Laserfestigkeit der Schicht 4 bestimmt wet— den, so muß ein eine temperaturunabhängiqe Frequenz aufweisender Schwingquarz verwendet werden, was z.B. durch den soqenannten AT-Schnitt realisiert werden kann. Als speziell gestaltete Elektroden 6 dienen aufqedampfte und/oder eingebrannte Met ,11-beläqe aus Silber oder Bold. Diese speziell gestalteten Elektroden 6 sind über nicht dargestellte elektrische Verbindungselemente mit ebenfalls nicht darqestel1 ten elektronischen Einheiten verbunden, die der Versorgung mit einer Anrequnqsspannunq, der Heßsigna!gewinnung sowie der Kompensation von systematischen Fehlern dienen. Die hinsichtlich Absorption und/oderThe quartz crystal 1 plate 5 is made with a suitable cutting angle of preferably synthetic α-quartz and with elements not shown, the? can be electrical supplies at the same time, held. The realization of the P> c: hwinqquelz sensor element is generally subject to no restrictions. However, to determine the absorption of the layer 4, it is essential that the linear temperature coefficient of the resonant frequency of the quartz resonator be maximized. what e.g. can be realized by the so-called HT-cut. If only the laser resistance of the layer 4 is intended to be determined, a quartz crystal having a temperature-independent frequency must be used, which may be e.g. can be realized by the so-called AT-section. As specially designed electrodes 6, vapor-deposited and / or baked Met, 11-beläqe of silver or Bold serve. These specially designed electrodes 6 are connected via electrical connecting elements (not shown) to likewise non-illustrated electronic units, which serve to supply with an excitation voltage, to generate Hess signals and to compensate for systematic errors. In terms of absorption and / or

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Laserfestiqkeit zu untersuchende Schicht 4 kann mit Hilfe von bekannten Beschichtungsverfahren, wie z.B. Aufdampfen oder Sputtern unter Einhaltunq der für die jeweilige schichtbildende {Substanz bzw. für die Sch.ichteiqenschaf ten erf order liehen Depositionsbedinqunqen herqesteilt werden.Laser strength layer 4 to be examined can be prepared by means of known coating methods, such as e.g. Vapor deposition or sputtering while maintaining the deposition conditions required for the respective coating-forming substance or for the coating properties.

Durch die in Fig. 2 dargestellte Elektrodenanordnung wird beim Anlegen oszillierender Spannunqen mit Richtwerten van einigen Volt erreicht, daß das Quarzkristal 1 plättchen 5 aufgrund des piezoslek.trischen Effektes in eine Dicken—Scherschwingunq mit der durch die Geometrie bestimmten Frequenz versetzt wird. Der Temperaturqanq dieser Frequenz hat in dem soqenannten AT-Schnitt eine Nullstelle, so da(3 die Frequenz des Quarzes f(T) = f(-, (1 + C(T) praktisch nicht mehr von der Temperatur abhängt, was für reine LaserfsstiqkeitsmeBS'J.ngen von Interesse ist. Für die bei Absorptionsmessungen erforderliche Temperaturabhängigkeit, der Frequenz ist dagegen der HT-Schnitt vorteilhaft, da er einen maximalen linearen Temperaturkoeffizienten α von rund +90».100-60 Kö-lö liefert, was eine Frequenzänderung von 0,001 7. pro Kelvin im Anwendungsintervall von 10..-770 K entspricht, Kommt £?s nun aufgrund der Bestrahlung der Schicht 4 durch intensive Laserstrahlung (cw oder Impuls) infolge von Absarptionsprozessen zu einer Temperaturänderunq ST' in der Schicht 4, so kommt es auch im Quarzkristal 1 plättchen 5 durch Wärmetransfer zu einer Temperaturänderung ST, die mit einer hohen Präzision und Stabilität durch elektronische Einheiten als Frequenzänderung ?ßf = f(-)(i + C(GT) nachgewiesen werden kann. Bei entsprechender Kalibrierung des Schwinqquarz-Sensorelementes beispielsweise mit amtlich qeeichten Platinwiderständen, können auch die entsprechenden Temperaturen mit einer hohen Genauigkeit festgestellt werden. Die Eiqenabsorption des Schwingquarzes ist im allgemeinen wesentlich niedriger als die Schichtab— sorption. Durch entsprechende Vorversuche kann ihr Beitraq ermittelt und entsprechend berücksichtigt werden.By the electrode arrangement shown in Fig. 2 is achieved when applying oscillating Spannunqen with guideline values of a few volts that the quartz crystal 1 plate 5 is due to the piezoslek.trischen effect in a thickness-Scherschwingunq with the frequency determined by the geometry. The temperature Qanq of this frequency has a zero in the so-called AT-section, so that (3 the frequency of the quartz f (T) = f ( -, (1 + C (T) practically no longer depends on the temperature, which for pure LaserssstsstiqkeitsmeBS For the temperature dependence required for absorption measurements, the frequency, on the other hand, the HT cut is advantageous because it gives a maximum linear temperature coefficient α of around +90 ».100-60 Kö-lö, which results in a frequency change of 0.001 7. per Kelvin in the application interval of 10... 770 K, comes now that due to the irradiation of the layer 4 by intensive laser radiation (cw or pulse) due to Absarptionsprozessen to a temperature change ST 'in the layer 4, comes it also in the quartz crystal 1 platelets 5 by heat transfer to a temperature change ST, which with a high precision and stability by electronic units as a frequency change ßf = f ( -) (i + C (GT) proved With appropriate calibration of the Schwinqquarz sensor element, for example, with officially qeeichten platinum resistors, and the corresponding temperatures can be determined with high accuracy. The intrinsic absorption of the quartz crystal is generally much lower than the layer absorption. By appropriate preliminary tests their Beitraq can be determined and considered accordingly.

Setzen bei sehr intensiver Laserbestrahlung Laserzerstorunqen ein, so entstehen in der Flegel abrupten mechanischen Veränderungen (Risse, Krater) in der Schicht 4, deren Bildung mit Gcha 1lereiqnissen verbunden ist. Damit können diese Zerstörungsprozesse als abrupte Änderungen im Signalverhalten auchIf laser destruction occurs in the case of very intensive laser irradiation, abrupt mechanical changes (cracks, craters) occur in layer 4, the formation of which is associated with gaping conditions. Thus, these destructive processes can be considered abrupt changes in signal behavior as well

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selektiv sum absorptiansbedingten Signal ermittelt werden. Bei Verwendung von temperaturunabhängigen Schwingquarzen ist auch eine ausschließliche Beobachtung des mechanischen Verhaltens der Schicht 4 als Indikator für Zerstörungsprosesse möglich, hit der erfindungsgemaßen Anordnung gelingt es auf eine experimentell und methodisch einfache Art und Weise, die Absorption und/oder die Laserfestigkeit von optischen, vorzugsweise dielektrischen Schichten und Schichtsystemen mit einem einheitlichen, empfindlichen und stabilen Nachweisverfahren ggf. auch selektiv zu ermitteln. Speziell durch die Verwendung von Schwingquarz-Sensorelementen zum Nachweis von Absorption und/-odpr irreversiblen Veränderung infolge intensiver Laserbestrahlung wird es möglich, einfach aufgebaute Anordnungen zu realisieren, die hohen Justieraufwand vermeiden und eine einfache Siqnalinterpretation gestatten. Durch die Anwendbarkeit verschiedener Typen von Schwinqquari-Sensoelementen sind Untersuchungen in sehr breiten Frequenzbereichen möglich.Selective sum absorptiansbedingten signal can be determined. When using temperature-independent quartz crystals is also an exclusive observation of the mechanical behavior of the layer 4 as an indicator of Zerstörungsprosesse possible hit the inventive arrangement succeeds in an experimentally and methodologically simple way, the absorption and / or the laser strength of optical, preferably dielectric If necessary, to determine layers and layer systems with a uniform, sensitive and stable detection method. Especially by the use of quartz crystal sensor elements for detecting absorption and / or irreversible change due to intensive laser irradiation, it becomes possible to realize simple arrangements that avoid high adjustment effort and allow a simple Siqnalinterpretation. The applicability of different types of Schwinqquari sensing elements enables investigations in very wide frequency ranges.

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Claims (4)

5 Π sj) Γ y r b e5 Π sj) Γ y r b e .1.. Anordnung zur Bestimmung der Absorption und der Laserfestigkeit von optischen Schichten bzw. Schichtsystemen mittels Laser licht und Sensoren, dadurch gekennzeichnet, da(3 dar Sensor ein aus kristallinem Quarz und Metallschichtelek— troden bestehendes Schwingquarz—Sensorelement ist, daß die zu prüfende Schicht bzw. das Schichtsystem auf dem Schwingquarz-Sensorelement angeordnet ist und beide bezüglich des Laserlichtes mindestens tei1 transparent sind..1 .. Arrangement for determining the absorption and the laser resistance of optical layers or layer systems by means of laser light and sensors, characterized in that (3 is a sensor consisting of crystalline quartz and Metallschichtelek- electrodes quartz crystal sensor element that the to be tested Layer or the layer system is arranged on the quartz crystal sensor element and both are at least tei1 transparent with respect to the laser light. 2. Anordnung nach Anspruch i gekennzeichnet dadurch, da(3 das Schwingquarz-Sensorelement ein Biegeschwinger ist und die zu prüfende Schicht auf einer elektrodenfreien Seite angeordnet ist.2. Arrangement according to claim i characterized in that (3, the quartz crystal sensor element is a bending oscillator and the layer to be tested is arranged on an electrode-free side. 3. Anordnung n«"-h Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, da|J üas Schwingquarz-Sensorelement ein Dickenschwinqer ist und die auf zwei gegenüberliegenden Seiten angeordneten Metallschichtelektroden so zueinander positioniert sind, daß kongruente elektrodenfreie Erreiche vorhanden sind,die ein Fenster für das Laserlicht bilden und in denen3. Arrangement according to claim 1, characterized in that a quartz oscillating sensor element is a thickness oscillator and the metal layer electrodes arranged on two opposite sides are positioned relative to one another such that congruent electrode-free regions are provided which form a window for the laser light and in those die zu prüfende Schicht eingebracht ist.the layer to be tested is introduced. 4. Anordnung nach Anspruch 3 gekennzeichnet dadurch, daß die
elektrodenfeien Dereiche eine Lochstruktur aufweisen.
4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the
Electrodes have a hole structure.
- (Hierzu i Dtlatt Zeichnungen—- (For this i dtlatt drawings- 68336833
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