PL211784B1 - Układ analizatora eliptycznego do pomiaru stanu polaryzacji światła - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ analizatora eliptycznego do pomiaru stanu polaryzacji światła płaskich monochromatycznych fal świetlnych, eliptycznie spolaryzowanych.

Sposób i układ do pomiaru zmian stanów polaryzacji wiązek optycznych, zwłaszcza w elipsometrii znany jest z polskiego opisu patentowego nr 155067. Sposób polega na tym, że wykonuje się dwa kolejne w czasie, pomiary azymutu dużej osi elipsy polaryzacji wiązki odbitej od badanego obiektu, przy dwóch różnych wartościach azymutu liniowej polaryzacji wiązki padającej na badany obiekt. W ukł adzie fotodetektory wraz polaryzacyjnym pryzmatem ś wiatłodzielą cym stanowią jeden zespól mechaniczny wykonujący oscylacyjny ruch obrotowy względem osi obrotu pokrywającej się z kierunkiem wiązki odbitej od badanego obiektu.

Z polskiego opisu patentowego nr 195234 znany jest optoelektroniczny detektor skrę cenia płaszczyzny polaryzacji światła spolaryzowanego liniowo, w którym przed segmentami fotodiody segmentowej są ustawione płytki polaryzacyjne o linii łączenia położonej w płaszczyźnie linii podziału segmentów. Płytki polaryzacyjne są połączone z diodą segmentową za pomocą belek.

Układ według wynalazku charakteryzuje się tym, że wzdłuż osi optycznej układu ma zestawiony pryzmat kołowy ustawiony pod kątem azymutu 90°, za którym umieszczony jest pryzmat liniowy ustawiony pod kątem azymutu 180° oraz analizator liniowy ustawiony pod kątem azymutu +45°, natomiast za analizatorem liniowym umieszczona jest matryca z fotodetektorów w postaci kamery CCD. Pryzmat kołowy złożony jest z dwóch klinów wykonanych z kryształów kołowo dwójłomnych lewo- i prawoskrętnego a pryzmat liniowy zbudowany jest z dwóch klinów wykonanych z kryształu liniowo dwójłomnego, przy czym oś optyczna pierwszego kryształu zorientowana jest pionowo, a drugiego poziomo.

Korzystnie, kliny tworzące pryzmat mają ten sam kąt łamiący i złożone tworzą prostopadłościan, którego powierzchnie wejściowa i wyjściowa są prostopadłe do osi optycznej układu.

Korzystnym jest również to, że kliny tworzące pryzmaty mają tak dobrane materiały i kąt łamiący, że różnica faz wnoszona przez pryzmaty wynosi w środku danego pryzmatu 0°, natomiast na jego brzegach ±90° dla pryzmatu liniowego, a ±180° a dla pryzmatu kołowego.

Zaletą układu jest brak jakichkolwiek elementów ruchomych oraz elementów o czasowo modulowanych właściwościach. Układ ten jest stabilny mechanicznie i może być wykonany w postaci jednolitego modułu o niewielkich stosunkowo wymiarach, określonych przez rozmiary elementu rejestrującego.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest uwidoczniony na rysunku, który przedstawia schemat blokowy analizatora eliptycznego do pomiaru stanu polaryzacji światła.

Układ analizatora eliptycznego do pomiaru stanu polaryzacji światła ma zestawiony wzdłuż osi optycznej układu kolejno: pryzmat kołowy C ustawiony pod kątem azymutu 90°, za którym umieszczony jest pryzmat liniowy L ustawiony pod kątem azymutu 180° oraz analizator liniowy A ustawiony pod kątem azymutu +45°. Pryzmat kołowy C złożony jest z dwóch klinów wykonanych z kryształów kołowo dwójłomnych prawo- i lewoskrętnego, a pryzmat liniowy L złożony jest z dwóch klinów z kryształu liniowo dwójłomnego, przy czym oś optyczna pierwszego kryształu jest zorientowana poziomo a drugiego pionowo, oraz analizatora liniowego A ustawionego pod kątem azymutu 45°. Za częścią optyczną układu znajduje się matryca z fotodetektorów w postaci kamery CCD rejestrująca rozkład natężenia światła. Kliny tworzące każdy pryzmat mają ten sam kąt łamiący i złożone tworzą prostopadłościan, którego powierzchnie wejściowa i wyjściowa są prostopadłe do osi optycznej układu, będącej również osia optyczną badanej wiązki świetlnej. Materiał i kąt łamiący klinów, z którego są wykonane pryzmaty, są tak dobrane, by różnica faz wnoszona przez pryzmat wynosiła w środku pryzmatu 0°, natomiast na brzegach pryzmatu ±90° dla pryzmatu liniowego L i ±180° dla pryzmatu kołowego C.

Zasada działania układu jest następująca: spolaryzowana eliptycznie monochromatyczna fala płaska, o nieznanych parametrach polaryzacyjnych: kącie azymutu i kącie eliptyczności, pada na opisywany układ analizatora eliptycznego. Ze względu na zmienne właściwości dwójłomne obu pryzmatów, w kierunku pionowym dla pryzmatu kołowego C i poziomym dla pryzmatu liniowego L, kamerą CCD rejestruje się rozkład natężenia światła charakteryzującego się tym, że istnieje jeden wyróżniony punkt minimum tego natężenia. Odległość tego punktu od środka układu współrzędnych jest proporcjonalna do kąta azymutu w poziomie i kąta eliptyczności w pionie, analizowanego światła. Współczynniki proporcjonalności zależą wyłącznie od parametrów konstrukcyjnych obu pryzmatów, czyli kątów łamiących klinów i dwójłomności kryształów.

Claims (5)

1. Układ analizatora eliptycznego do pomiaru stanu polaryzacji światła zawierający pryzmat i fotodetektory, znamienny tym, że wzdłuż osi optycznej układu ma zestawiony pryzmat kołowy (C) ustawiony pod kątem azymutu 90°, za którym umieszczony jest pryzmat liniowy (L) ustawiony pod kątem azymutu 180° oraz analizator liniowy (A) ustawiony pod kątem azymutu +45°, natomiast za analizatorem liniowym (A) umieszczona matryca z fotodetektorów w postaci kamery (CCD).

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pryzmat kołowy (C) złożony jest z dwóch klinów wykonanych z kryształów kołowo dwójłomnych lewo- i prawoskrętnego.

3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pryzmat liniowy (L) zbudowany jest z dwóch klinów wykonanych z kryształu liniowo dwójłomnego, przy czym oś optyczna pierwszego kryształu zorientowana jest pionowo, a drugiego poziomo.

4. Układ według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że kliny tworzące pryzmat (C, L) mają ten sam kąt łamiący i złożone tworzą prostopadłościan, którego powierzchnie wejściowa i wyjściowa są prostopadłe do osi optycznej układu.

5. Układ według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że kliny tworzące pryzmaty (C, L) mają tak dobrane materiały i kąt łamiący, że różnica faz wnoszona przez pryzmaty (C, L) wynosi w środku danego pryzmatu 0°, natomiast na jego brzegach ±90° dla pryzmatu liniowego (L), a ±180° a dla pryzmatu kołowego (C).