PL67026B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: Opublikowano: 04.IX.1970 (P 143 016) 28JI.1973 . SLUZBOWY 67026 KI. I2h.21 MKP G02b 27/28 i ima i^JJ^^so Twórca wynalazku: Lucjan Grochowski Wlasciciel patentu: Politechnika Warszawska. Warszawa (Polska) Uklad pomiarowy zmiennych w czasie, stanów polaryzacji eliptycznie spolaryzowanego swiatla Przedmiotem wynalazku jest uklad pomiarowy -zmiennych w czasie, stanów polaryzacji eliptycznie spolaryzowanego swiatla w postaci analogowych sygna¬ lów elektrycznych.W znanych urzadzeniach pomiarowych wykorzystu¬ jacych eliptycznie spolaryzowane swiatlo pomiarowymi wielkosciami sa -albo stosunek tpólosi elipsy polaryza¬ cji i kat jaki tworzy glówna os elipsy z ukladem od¬ niesienia albo stosunek amplitud skladowych drgan eliptycznie spolaryzowanego swiatla i róznica faz mie¬ dzy nimi. Przy dynamicznych pomiarach nastepuje zmiana w czasie kazdego z wymienionych parametrów i dla Okreslenia eliptycznie spolaryzowanego swiatla niezbednym jest uzycie elektrycznie sterowanych mo¬ dulatorów plaszczyzny polaryzacji.Pomiar sprowadza sie do wyznaczenia w okreslonych momentach czasu sygnalów optycznych, którym przy- porzadkowywuje sie chwilowe wartosci sygnalów elek¬ trycznych. W ten sposób okresla sie dowolna wartosc stosunków pólosi elipsy polaryzacji i katy jej glównej osi z ukladem odniesienia zawarte 0—180°. Oznacza to, ze przy pomocy znanych ukladów mierzy sie wy¬ lacznie albo stany eliptycznej polaryzacji lewoskretnej albo prawoskretnej.Wystepowanie na przemian zmian w czasie eliptycz¬ nej polaryzacji lewoskretnej na prawosfcreitna badz na odwrót uniemozliwia pomiar z uwagi na brak mozli¬ wosci odróznienia od siebie obu tych stanów. Stanowi to zasadnicza wade znanych ukladów pomiarowych po¬ niewaz ogranicza ich mozliwosci pomiarowe. 10 15 20 25 30 Celem wynalazku jest zbudowanie ukladu, któryby pozwalal na rozszerzenie mozliwosci pomiarowych przyrzadów wykorzystujacych eliptycznie spolaryzowa¬ ne swiatlo na wszystkie mozliwe do wystapienia stany eliptycznej polaryzacji swiatla. Wytyczone zadanie zo¬ stalo rozwiazane zgodnie z wynalazkiem w ten spo¬ sób, ze w ukladzie pomiarowym na drodze eliptycznie spolaryzowanego swiatla miedzy modulatorem a pryz¬ matem Wollastona ustawiono plytke swiatlodzielaca skierowywujaca czesc eliptycznie spolaryzowanego swia¬ tla na cwierófalówke znajdujaca sie przed umieszczo¬ nym na drodze tego swiatla analizatorem plaszczyzny polaryzacji i wspólpracujacym z nim fotodetektorem dolaczonym do ukladu elektronicznego.Przedmiot wynalazku w przykladzie wykonania po¬ kazany zostal na rysunku, na którym fig. 1 przedsta¬ wia schemat blokowy ukladu pomiarowego wedlug wy¬ nalazku, a fig. 2 przedstawia charakterystyczne polo¬ zenia glównych osi elipsy polaryzacji wzgledem ukladu odniesienia.Eliptycznie spolaryzowane swiatlo pada na sterowa¬ ny z generatora G modulator M, w którym nastepuje skrecenie plaszczyzny polaryzacji dajace zmiane polo¬ zenia glównej osi elipsy wzgledem ukladu odniesienia xy wyznaczonego osiami pryzmatu Wollastona W.Chwilowe katy polozenia glównej osi elipsy sa propor¬ cjonalne do chwilowych wartosci natezenia pradu ge¬ neratoraG. £ *.Swiatlo po wyjsciu z modulatora M pada na plytke swiatloczula P ulegajac podzieleniu na dwie wiazki.Jedna z wiazek pada na pryzmat Wofllastona W, który zamienia eliptycznie spolaryzowana padajaca wiazke ma dwie liniowo spolaryzowane wiazki w plaszczyznach wzajemnie prostopadlych. Kazda z liniowo spolaryzo¬ wanych wiazek pada odpowiednio na fotodetektor Dl i D2, gdzie powoduje powstanie sygnalów elektrycz¬ nych. Sygnaly te podawane sa na .uklad dzielacy E, na którego wyjsciu sygnaly zdolne sa wysterowac reje¬ strator zapisujacy zmiany w czasie stosunku amplitud skladowych drgan eliptycznie sjpolaryzowanego swiatla.Dla momentów czasu ti odpowiadajacych zerowej chwilowej wantosci pradu modulatora M, sygnaly elek¬ tryczne na fotodetektorze Dl i D2 okreslaja amplitudy Ex i Ey na wejsciu modulatora M.Steraijae modiulatórM pradem o róznych chwilowych Va*t$iciabh mozna uzyskac sytuacje, w której w wyni¬ ku skrecenia glównej - osi elipsy polaryzacji swiatla sygnaly optyczne rdocierajace do fotodetektorów Dl i D2 sa sofiie rówse* tSznacza to, ze glówna os elipsy tworzy-kat 45^ zukladem odniesienia xy i pokrywa sie z jedna z osi zrównania sygnalów optycznych oo'.Przyjmujac zatem, ze dla^ czasu ti chwilowa wartosc pradu generatora G wynosila zero lub miala inna zde¬ terminowana wartosc, chwilowa wartosc pradu dla mo¬ mentu czasu t2, odpowiadajacego zrównaniu sygnalów optycznych, okresla kat polozenia glównej osi elipsy dla czasu U.W ten sposób rejestracja elektrycznych sygnalów analogowych na fotodetektorach Dl i D2 dla czasów ti i t2 ti okresla dwa parametry jednoznacznie okre¬ slajace eliptycznie spolaryzowane swiatlo: stosunek am¬ plitud skladowych drgan i kat glównej osi elipsy z ukladem odniesienia xy.Dla odróznienia eliptycznej polaryzacji lewoskretnej od prawoskretnej zastosowano dodatkowy uklad skla¬ dajacy sie z plytki swiatlodzielacej P, cwierófalówki F analizatora plaszczyzny polaryzacji A i polaczonego z nHttJfUm dekitronicznym U fotodetektora D3.Stan eliptycznej polaryzacji lewoskretnej (w zalezno¬ sci od umowy) odpowiada katom polozenia glównej osi elipsy wzgledem ukladu odniesienia xy zawartym 0—180°, prawoskietnej 180—360° badz na odwrót.Równoznaczne jest to z tym, ze obrót glównej osi elipsy polaryzacji prawoAretaej o kat wiekszy niz 180° powoduje, ze staje Sie ona lewoskretna, odpo¬ wiednio przy takim obrocie elipsy lewoskretnej uzy¬ skuje sie elipse prawoskretoa. Skierowywujac pozostala z podzielenia na plytce P wiazke eliptycznie spolary¬ zowanego swiatla na cwtercMówke F uzyskuje sie li¬ niowo spolaryzowane swiatlo, które pada przez anali¬ zator plaszczyzny polaryzacji A na fotodetektor D3.Interesujacymi dla pomiaru sa sygnaly elektryczne na fotodetektorze D3 wylacznie w momentach czasu t2 odpowiadajacych zrównaniu sygnalów na fotodetekto¬ rach Di i D2. Daje to jednoznaczne zawsze stale usy¬ tuowanie glównej osi elipsy w momencie pomiaru. Tak usytuowanej glównej osi elipsy polaryzacji po przejsciu przez cwiercfalówke F odpowiadac moga jedynie dwa stany liniowej polaryzacji swiatla, jednoznacznie przy¬ porzadkowane lewo i prawoskretnej elipsie polary¬ zacji.Przy jecfarym z tych stanów plaszczyzna liniowej po¬ laryzacji swiatla pokrywa sie z plaszczyzna analizato¬ ra A, przy drugim natomiast plaszczyzna liniowej po¬ laryzacji swiatla jest prostopadla do plaszczyzny ana¬ lizatora A. Daje to proste kryterium odróznienia lewo¬ skretnej od prawoskretnej elipsy polaryzacji. Jest nim obecnosc lub brak sygnalu elektrycznego na fotodetek¬ torze D3. Przy czym obecnosci sygnalu moze byc przy¬ porzadkowana lewoskretna polaryzacja, brakowi sygna¬ lu prawoskretoa lub na odwrót.Cykl pomiarowy (jest w ukladzie narzucony okresem powtarzania drgan generatora G. W czasie równym okresowi drgan generatora G parametry eliptycznie spolaryzowanego swiatla winny byc stale; czyili wiek¬ szym szybkosciom zmian w czasie parametrów eliptycz¬ nej polaryzacji swiatla odpowiadac musza krótsze okre¬ sy drgan generatora G.Sygnaly z fotodetektora D3 podawane sa na uklad bramkujacy B, sterowany z ukladu wyróznienia zera 0, stad sygnaly przechodza na uklad sumujacy S wraz z jednym z sygnalów o okreslonej amplitudzie a, b, c, d z ukladu logicznego L. W ten sposób sygnal wyjscio¬ wy z ukladu sumujacego S niesie amplitudowa infor¬ macje o tym czy elipsa polaryzacji jest lewo, czy pra- woskretna i w której cwiartce kata pólpelnego znajduje sie glówna os elipsy. Sygnal ten podany wraz z sygnalem z generatora G przez uklad ksztaltu/jacy R na uklad wyjsciowy Q pozwala z dokladnoscia ponizej jednego 25 stopnia okreslic polozenie glównej osi elipsy wzgledem ukladu odniesienia przy czym polozenie to moze juz byc dowolne w calym kacie pelnym 0—360°.Powyzsze jest mozliwe z uwagi na przyporzadkowa¬ nie charakterystycznym polozeniom glównej osi elipsy I, II, m, IV amplitud a, b, c, d na wyjsciu ukladu logicznego L zgodnie z tabela, w której uDi i uD2- oznaczaja poziomy sygnalów na fotodetektorach Dl r D2 mierzone dla czasów t\ i *2. „T" w tabeli oznacza, okres drgan generatora G. 35 40 10 15 20 30 45 50 55 60 65 Polozenie glównej osi elipsy I II m IV T Moment czasu EX Ey Ex < Ey EX < Ey Ex Ey a b e 1 a Moment czasu uDi = uD2 T O < U < — 2 2 T 3 7<^<7T T o T 3 _ 7 Amplituda na wyjsciu ukladu I logicznego L a b c d Wykorzystanie informacji podanych w tabeli do identyfikacji stanu polaryzacji powoduje, iz w ukladzie stanowiacym przedmiot wynalazku analogowe sygnaly elektryczne jednoznacznie okrestoja na wyjsciu ukla¬ dów E i Q parametry ettptycznie spolaryzowanego swiatla co pozwala przy pomocy odpowiednich pow--• szechme uzywanych rejestratorów na zapis ich zmian w czasie.Zastosowanie ukladu wedlug wynalazku pozwala na pomiar wszystkich mozliwych stanów eliptycznie spo¬ laryzowanego swiatla tak w pomiarach dynamicznych jak i statycznych. Stanowi to zasadnicze udogodnienie5 67026 6 przede wszystkim dlatego, iz daje rozszerzenie cech eksploatacyjnych ukladu cechujacego sie prostota kon¬ strukcji i skladajacego sie z typowych elementów za¬ równo optycznych jak i elektronicznych. Ponadto uklad stanowiacy przedmiot wynalazku z uwagi na niewielka 5 ilosc uzytych elementów charakteryzuje sie wysoka nie¬ zawodnoscia pracy.Znajduje zastosowanie glównie w elipsometrach — przyrzadach uzywanych w technice warstw cienkich dla okreslenia grubosci i stanu powierzchni warstwy tak 10 stalej jak i zmiennej w czasie. Znajomosc powyzszych danych jest niezbedna przy technologii wytwarzania obwodów scalonych, elementów pólprzewodnikowych oraz wyznaczaniu stalych optycznych metali, w szcze¬ gólnosci przy badaniu warstw korozyjnych. 15 PL PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Uklad pomiarowy zmiennych w czasie, stanów 20 polaryzacji eliptycznie spolaryzowanego swiatla, skla¬ dajacy sie z umieszczonych kolejno na drodze swiatla: pryzmatu Woiiastona, fotodetektorów polaczonych z ukladem elektronicznym i modulatora polaczonego z generatorem, znamienny tym, ze na drodze eliptycznie spolaryzowanego swiatla miedzy modulatoTerrk (M) a pryzmatem Woiiastona (W) znajduje sie plytka swia- tlodzielaca (P) skierowywujaca czesc eliptycznie spola¬ ryzowanego swiatla na ówiercfalówke (F) znajdujaca sie przed umieszczonym na drodze tego swiatla anali¬ zatorem plaszczyzny polaryzacji (A) i wspólpracujacym z nim fotodetektorem (D3) dolaczonym do ukladu elek¬ tronicznego (U).

2. Uklad wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze uklad elektroniczny polaczony z ukladem logicznym (L) i ukladem bram¬ kujacym (B), który jest polaczony z fotodetektorem (D3) oraz z ukladem sumujacym (S) dolaczonym do ukladu logicznego jest z kolei polaczony z ukladem ksztaltujacym (R) ste¬ rowanym z polaczonego z nim ukladu wyróznienia ze¬ ra (0) i generatora (G). Errata Na stronie 1, w lamie 2 w wierszu 29 i 30 jest: plytka swiatloczula P powinno byc: plytka swiatlodzielaca PKI. 42h,21 67026 MKP G02b 27/28 Fig. 2 WDA-l. Zam. 4836, naklad 95 egz. Cena zl 10,— PL PL