DE3603699A1

DE3603699A1 - Siliciumstrahlteiler

Info

Publication number: DE3603699A1
Application number: DE19863603699
Authority: DE
Inventors: Charles R. Madison Wis. Anderson; D. Warren Vidrine
Original assignee: Nicolet Instrument Corp
Current assignee: Thermo Electron Scientific Instruments LLC
Priority date: 1985-02-25
Filing date: 1986-02-06
Publication date: 1986-08-28
Also published as: JPS61195317A; US4632553A; JPH0463327B2

Description

Interferometei—Spektrometer sind in der Technik bekannt. In diesem Zusammenhang haben Interferometer nach Michelson weit verbreitete Aufnahme gefunden, insbesondere in der Form, bei der ein Strahlteiler zur Verwendung kommt, um zwei unabhängige optische Wege herzustellen, von denen wenigstens einer ein bewegliches reflektierendes Element aufweist.

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Um den Bereich von 9000 cm bis 10 cm in einem herkömmlichen Infrarotinterferometer-Spektrometer nach dem Stand der Technik zu bestreichen, war es bisher notwendig, Altennativstrahlteiler aus Quartz, CaF- und/oder KBr sowie auch eine Reihe gestreckter Mylarfilme verschiedener Dicken zu verwenden. Diese Mehrfachanforderungen der Strahlteiler je nach interessierender Wellenlänge führen offensichtlich zu einer Komplikation des Aufbaus des Instruments. Außerdem bildet jede erforderliche Veränderung im Aufbau des Instruments eine mögliche Fehlerquelle. Ferner sind zahlreiche der bisher nach dem Stand der Technik als Strahlteiler verwendeten Materialien hygroskopisch, was zu experimentellen Veränderungen führen kann, wenn nicht die Bedingungen im Laboratorium gleichmäßig aufrechterhalten werden.

Die vorliegende Erfindung schafft ein nicht hygroskopisches Strahlteilermaterial, welches insbesondere gut geeignet ist

zur Verwendung in dem mittleren bis fernen Infrarotspektralbereich. Im weitesten Sinne besteht die Erfindung in der Verwendung eines HaLb Leitermateria Ls als StrahLteiLer. Besonders bevorzugt werden Silicium, Germanium und Galliumarsenid, wobei Silicium das meistbevorzugte Material ist. Für Strahlteiler, die für eine Verwendung bei höherer Auflösung bestimmt sind, ist die bevorzugte körperliche Gestalt ein Keil.

Es zeigt:

Fig. 1 den Interferqmetertei I eines Interferometer-Spektrometers nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 die bevorzugte Gestalt eines Strahlteilers gemäß der Erfindung.

ι / Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Inter-

ferometer nach Michelson bei Verwendung in einem Interferometei—Spektrometer nach dem Stand der Technik. Bei 10 wird eine Quelle analytischer Strahlung mit zugeordneten optischen Elementen zum Sammeln und Hinlenken der analytischen Strahlung zu dem Interferometer gezeigt. Der Weg der analytischen Strahlung durch das Interferometer hindurch wird durch eine einzelne Linie 11 dargestellt, um die herum ein Kreis 12 gezogen ist, um darzustellen, daß der gesammelte Strahl der

analytischen Strahlung eine beachtliche Dimension hat. Bei zahlreichen im Handel erhältlichen Einrichtungen der unter Betracht stehenden Art kann die gesammelte Strahlung einen Durchmesser der Größenordnung von 2 oder mehr Zoll haben. Die analytische Strahlung folgt der Richtung des Pfeilkopfes auf der Linie 11 zu einem Strahlteiler 13, welcher den Strahl teilt, so daß er einem ersten Weg 14 zu und von einem festen Spiegel 15 folgt und einem zweiten Weg 16 zu und von einem beweglichen Spiegel 17 folgt. Die Bewegungsrichtung des beweglichen Spiegels 17 wird angezeigt durch die Pfeile 18, während der Mechanismus zur Lagerung des Spiegels 17 und zur Erteilung der Bewegung allgemein bei 19 bezeichnet ist. Die reflektierte analytische Strahlung von den Spiegeln 15 und 17 wird durch den Strahlteiler 13 erneut kombiniert, so daß sie auf der Linie 20 aus dem Interferometer austritt, wobei das Ausmaß des der Linie 20 folgenden Strahls wiederum durch den Kreis 12 bezeichnet ist. Die der Linie 20 folgende analytische Strahlung wird in bekannter Weise zu einem Prüfabteil hingelenkt.

Die erwünschte analytische Strahlung bestimmt die Strahlteilerwahl und verlangt häufig einen Strahlteilerwechsel bei einem Wechsel in der Wahl der Strahlungswellenlänge. Dies erfordert zumindest eine Einrichtungszeit und schafft eine Möglichkeit für Einstellungfehler. Außerdem sind zahlreiche in Vorrichtungen nach dem Stand der Technik verwendete

Strahlteilermaterialien hygroskopisch, was zu experimentellen Veränderungen führen kann.

Es liegt im Bereiche der Erfindung, ein Halbleitermaterial als Strahlteiler zu verwenden, wie beispielsweise die allgemein in der HaIbleiterindustrie erzeugten Scheiben. Es kann beispielsweise Silicium, Germanium und Galliumarsenid verwendet werden, wobei Silicium bevorzugt wird. Diese Materialien können in dem mittleren bis fernen Infrarotspektra Iberei ch verwendet werden, beispielsweise von

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9000 cm bis 10 cm . Bei Silicium wird erwartet, daß die Dicke zwischen 1/2 und 2 mm liegt. Silicium ist weniger opak in dem fernen Infrarotbereich, so daß seine Dicke größer sein kann, wenn dies der interessierende Bereich ist. In allen hier diskutierten Ausführungsformen sollten die Oberflächen des Halbleitermaterials hochpoliert sein, beispielsweise bis zu einem Grad von 0,4 Mikron.

Es ist gefunden worden, daß Silicium in den mittleren bis fernen Infrarotbereichen einen nahezu vollkommenen Strahlteiler ergibt, indem es einen Reflexionsgrad von 45% und einen Transmissionsgrad von 55% hat. Wie bei anderen bekannten Strahlteilern sind wegen ihrer begrenzten Dicke zwei Reflexionsoberf lachen vorhanden. Bei bekannten Strahlteilern waren oft Kompensatoren erforderlich, um dieses Problem zu bewältigen. Im Zusammenhang mit der vorliegenden

Erfindung, insbesondere in dem fernen Infrarotbereich, können die infolge der zwei reflektierenden Oberflächen auftretenden Probleme in angemessener Weise dadurch gelöst werden, daß man die Strahlteiler dicker macht. Dies führt zu einer größeren Trennung der aus den zwei Oberflächen resultierenden Spitzen und demzufolge zu einer größeren Fähigkeit, zwischen ihnen zu diskriminieren. Jedoch hat die vergrößerte Dicke der Strahlteiler auch eine größere Absorption von Energie zur Folge.

-) Eine Alternative zu einem dickeren Strahlteiler gemäß der

Erfindung wird in Fig. 2 gezeigt, wo eine keilförmige Gestalt dargestellt ist.Der in Fig. 2 gezeigte Strahlteiler 21 kann aus einem-.beliebigen der hier beschriebenen Materialien bestehen. Der einfallende Strahl 11 wird von der vorderen Oberfläche 22 teilweise reflektiert, wie bei 23 dargestellt. Ein Teil des übertragenen Strahls wird von der hinteren Oberfläche 24 reflektiert, wie bei 25 gezeigt. Der übertragene Strahl wird bei 26 gezeigt. Wie im Stand der Technik bekannt, treten bei einer Reflexion dieser Strahlung von den Reflektoren des Interferometers, wie beispielsweise 15 und 17 in Fig. 1, ähnliche optische Vorgänge auf. Daher die Notwendigkeit einer Kompensation, wie im Stand der Technik bekannt. In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist jedoch der Strahlteiler 21 keilförmig, was zu einer optischen Divergenz der aus der Oberfläche 22

resultierenden Spitzen im Gegensatz zu denen der Fläche 24 führt. Somit erleichtert die Keilform das Auffinden der erwünschten Spitze ohne Interferenz von der anderen.

Es sind offensicht Iich in Kenntnis der obigen Lehren zahlreiche Abwandlungen und Veränderungen der Erfindung möglich, Es kann daher die Erfindung selbstverständlich anders als hier im einzelnen beschrieben zur Ausführung gelangen.

Claims

33 325 PATENTANWÄLTE DR.-INQ^H. .NEGENDAIsJK (-1O7.3J HAUCK, SCHMITZ, SRAAtFS^ WEHNrJJFiT, DÖRING HAMBURG - - MÜNCHEf?" - :BÜ8SKii>CH*F O C Π O C Q Q PATENTANWÄLTE · NEUER WALL 41 · 2OOO HAMBURG Nicolet Instrument Corp. 5225-3 Verona Road Madison, Wisconsin 53711 USA Dipl.-Phys. W. SCHMITZ - Dipl.-Ing. E. GRAALFS Neuer Wall 41 · 20OO Hamburg Telefon + Telecopier (O4O) 36 6756 Telex O2 Il 769 Inpnt d Dipl.-Ing. H. HAUCK - Dipl.-Ing. W. WBHNBHT Mozortstraße 23 · 80OO München Telefon + Telecopier (O89) 53 92 36 Telex 05 216553 pamu d Dr.-Ing. W. DÖRING K.Wilhelm-Ring 41 · 4OOO Düsseldorf H Telefon (O211) 57 50 27 ZUSTELLUNGSANSCHRIFT / PLEASE REPLY TO: Hamburg, 4_ Februar 1986 Si liciumstrahlteiler

1. Si IieiumstrahLteiLer für ein Interferometer-Spektrometer mit einer analytischen InfrarotstrahLungsquelLe, einem festen Reflektor, einem beweglichen Reflektor und einer Strahlteilereinrichtung zum Hinlenken der analytischen Strahlung zu den Reflektoren, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler aus einem Halbleitermaterial gebildet ist.

2. Strahlteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß daß das Halbleitermaterial Silicium ist.

European Patent Attorneys Zugelassene Vertreter beim Europäischen Patentamt

Deutsche Bank AG Hamburg, Nr. 05/28 497 (BLZ 2OO7OO 00) · Postscheck Hamburg 2842-2ΟΘ

Dresdner Bank AG Hamburg, Nr. 933 6O 35 (BLZ 2OO 8OO 00)

3. StrahlteiLer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das HaLbleitermaterial Germanium ist.

4. StrahLteiLer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das HalbLeitermateriaL GaLLiumarsenid ist.

5. StrahLteiLer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der StrahLteiLer in einer Keilform ausgebildet ist.

6. Strahlteiler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das HaLbLeitermateriaL Silicium ist.

7. StrahLteiLer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das HaLb Leitermateria L Germanium ist.

8. StrahLteiLer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das HaLb Leitermateria L Ga LLiumarsenid ist.