RU2096757C1 - Device for taking the spectrum of surface plasma resonance - Google Patents

Device for taking the spectrum of surface plasma resonance Download PDF

Info

Publication number
RU2096757C1
RU2096757C1 RU93050951A RU93050951A RU2096757C1 RU 2096757 C1 RU2096757 C1 RU 2096757C1 RU 93050951 A RU93050951 A RU 93050951A RU 93050951 A RU93050951 A RU 93050951A RU 2096757 C1 RU2096757 C1 RU 2096757C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lens
prism
focus
photodiode
galvanometer
Prior art date
Application number
RU93050951A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU93050951A (en
Inventor
О.А. Алимов
С.В. Виноградов
С.И. Валянский
А.А. Михеев
В.В. Савранский
Original Assignee
Институт общей физики РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт общей физики РАН filed Critical Институт общей физики РАН
Priority to RU93050951A priority Critical patent/RU2096757C1/en
Publication of RU93050951A publication Critical patent/RU93050951A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2096757C1 publication Critical patent/RU2096757C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: optical engineering. SUBSTANCE: device has light source (laser), polarizer, turning mirror of galvanometer, two lenses, prism with angle of 90 deg., semitransparent plate, and photodiode. Lenses are positioned on one optical axis. Turning mirror of galvanometer is placed in focus of one of the lenses. Photodiode is arranged in focus formed by this lens and semitransparent plate. Prism with angle of 90 deg. is positioned so that its leg edge on which film is deposited by spraying is in focus of the other lens. Spectrum of surface plasma resonance is taken automatically by one turn of galvanometer mirror. In this case, photodiode and prism remain immovable. EFFECT: more effective construction. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано при создании био- и химических сенсоров на основе поверхностного плазмонного резонанса (ППР). The invention relates to the field of optical instrumentation and can be used to create bio and chemical sensors based on surface plasmon resonance (SPR).

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.
A device for measuring the SPR spectrum is known, comprising a polarizer, a monochromator, a filter, a lens, a goniometer, on the table of which a prism and a photoelectric detector (PMT) are installed with an amplifier and a recorder connected to it [1]
The disadvantage of the design is the use of a goniometer in it, which makes the device bulky, expensive, and also inconvenient in operation, because when taking the spectrum, it is necessary to move the prism and PMT.

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.
The closest technical solution, taken as a prototype, is a device for measuring the SPR spectrum, containing a light source (laser), a polarizer, a lens, a photodiode and a prism with a rotation mechanism [2]
The design drawbacks are that when removing the spectrum for scanning at angles, they rotate the prism, for which they use a high-precision rotary device that must be placed inside the high-vacuum volume, which is inconvenient with its limited size. In addition, when the prism rotates, the point of incidence of the beam on the face with the film changes, which leads to a distortion of the spectrum due to spatial inhomogeneities of the film. We add to the above that it is difficult to use the installation directly in the process of film deposition, since the prism moves during the spraying process.

Технической задачей настоящего изобретения является снятие спектра ППР в автоматическом режиме в момент напыления пленки. An object of the present invention is to remove the SPR spectrum in an automatic mode at the time of film deposition.

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. This is achieved by the fact that in the device containing an optical radiation source, a polarizer, a first lens, a prism containing a face intended for applying a metal film, and a photodiode, a flat rotary mirror of the galvanometer, a second lens and a translucent plate are additionally introduced, while a flat rotary mirror the galvanometer is optically connected to the polarizer and located in the focus of the first lens, the second lens is on the same optical axis as the first lens, a translucent plate is installed between the mirror the galvanometer and the first lens, the prism, is located so that its cathete face, designed for applying the film, is in the focus of the second lens. The photodiode is mounted along the beam reflected from the translucent plate at the focus of the first lens.

Рассмотрим схему устройства, представленную на фиг. 1. Consider the device diagram shown in FIG. one.

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. The device contains an optical radiation source (laser) 1, a polarizer 2, a rotary mirror of a galvanometer 3 located between the polarizer 2 and a translucent plate 7 in the focus of the first lens 4. The second lens 5 is located on the same optical eye with the first lens 4 and is installed between the first lens 4 and a prism 6 with a right angle, which is located so that its leg, intended for applying a film, is in the focus of the second lens 5. A translucent plate 7 is installed between the mirror 3 and the first lens 4, the focus of which is located wives photodiode 8, which is optically conjugate with a translucent plate 7 and detects light reflected from the semitransparent plate 7.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

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. The light from the radiation source 1 passes through the polarizer 2, at the output of which the light becomes p-polarized and is able to excite the SEW in the sample. After that, the light falls on a flat rotary mirror of the galvanometer 3, and, reflected from it, falls on the first lens 4. Since mirror 3 is located in the focus of this lens, then after it the light goes parallel to the optical axis, falling on the second lens 5. Then passing through the prism 6, the light is focused on the inner face of the prism, which is a leg, on which a metal film is applied, where the SEW is excited. When the mirror of the galvanometer 3 is rotated, the distance between the optical axis and the beam passing through the lens 4 changes, and, therefore, the angle of inclination of the beam passing through the lens 5 changes (Fig. 2). Thus, the angle of incidence of the rays on the prism changes and scanning at the corners is ensured. Since the face of the prism 6 with the film deposited on it is in the focus of the second lens 5, the point of incidence of the rays on this face does not change when scanning at the corners. From the prism 6, light exits parallel to the incident beam, passing through lenses 5 and 4. Due to the small size of the prism (edge about 10 mm), the rays incident on and leaving the prism come very close. Therefore, a translucent plate 7 is placed between the mirror of the galvanometer 3 and the first lens 4 in order to separate the rays. Reflected from the translucent plate 7, the light is detected by the photodiode 8. Since the latter is located in the focus of the first lens 4 and is in conjunction with the translucent plate 7, therefore, when scanning at angles, the point of incidence of light on the photodiode 8 does not change. Thus, during the acquisition of the spectrum, prism 6 and photodiode 8 remain stationary, and the light spot on prism 6 and photodiode 8 is not shifted, which allows one to take the spectrum without distortions caused by spatial inhomogeneities of the film on prism 6 and the dependence of the readings of photodiode 8 on the point of contact with him a light signal. This allows you to increase the accuracy of the removal of the SPR spectrum.

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. The spectrum of angles is created by turning the mirror of the galvanometer 3 when an electrical signal is applied to it. The magnitude of the electrical signals can be calibrated at the corners, i.e. each value of the signal to associate a certain angle. The signal from the mirror of the galvanometer 3 can be fed to the horizontal scan of the recorder, and a signal from the photodiode 8, the signal from which is proportional to the intensity of the light reflected from the cathete face of the prism 6 with the film, can be fed to it. The angle interval that allows you to scan this device is determined by the ratio of the diameter of the lens to the focal length of the second lens 5. When using short-focus lenses of large diameter, it is possible to achieve a significant scan at the angles, but spherical aberrations must be taken into account. This allows not reconfiguring the installation to use it to control the deposition process of films of various metals with different excitation angles SPR.

Кроме того, появляется возможность размещать все элементы установки, кроме призмы 6, вне высоковакуумного объема что очень важно при ограниченных размерах этого объема. In addition, it becomes possible to place all the elements of the installation, except for prism 6, outside the high-vacuum volume, which is very important with the limited size of this volume.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет снимать спектр ППР в автоматическом режиме в процессе напыления и без искажений, обусловленных пространственными неоднородностями пленки на призме. Thus, the claimed invention allows you to record the SPR spectrum in the automatic mode during the deposition process and without distortions due to spatial inhomogeneities of the film on the prism.

Claims (1)

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. A device for recording a surface plasma resonance spectrum, comprising an optical radiation source, a polarizer, a first lens, a prism containing a face intended for applying a metal film, and a photodiode, characterized in that it further comprises a flat rotary galvanometer mirror, a second lens and a translucent plate, the flat rotary mirror of the galvanometer is optically connected to the polarizer and is located in the focus of the first lens, the second lens is on the same optical axis as the first However, a translucent plate is located between the galvanometer mirror and the first lens, the photodiode being installed along the beam reflected from the translucent plate at the focus of the first lens, and the prism is located so that its cathete face with the film is in the focus of the second lens.
RU93050951A 1993-11-05 1993-11-05 Device for taking the spectrum of surface plasma resonance RU2096757C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93050951A RU2096757C1 (en) 1993-11-05 1993-11-05 Device for taking the spectrum of surface plasma resonance

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93050951A RU2096757C1 (en) 1993-11-05 1993-11-05 Device for taking the spectrum of surface plasma resonance

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU93050951A RU93050951A (en) 1996-07-10
RU2096757C1 true RU2096757C1 (en) 1997-11-20

Family

ID=20149015

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU93050951A RU2096757C1 (en) 1993-11-05 1993-11-05 Device for taking the spectrum of surface plasma resonance

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2096757C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Kreischman E. Die Bestimmung optischer Konstanten von Metallen durch Anzegung von // Ztschr. Phys., 1971, Bd 241, S 313. 2. W.P. Chen, J.M. Shen Serface plasma Wave stady of submonolauer Cs aud Cs - O coverd Ag Surfaces // Scrf. Sci o 91.601 - 617(1980). *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5159412A (en) Optical measurement device with enhanced sensitivity
US4210401A (en) Visible and infrared polarization ratio spectroreflectometer
US4411525A (en) Method of analyzing an object by use of scattering light
KR100203345B1 (en) Simultaneous multiple angle/multiple wavelength ellipsometer and method
US3854044A (en) A method and apparatus for measuring a transmission spectrum of a film
EP0396409A2 (en) High resolution ellipsometric apparatus
JPS62266439A (en) Spectral temporary optical analyzer
GB1298658A (en) Photometer for measuring total radiant energy at selected angles
US5517032A (en) Thin film thickness measuring system
RU2096757C1 (en) Device for taking the spectrum of surface plasma resonance
JPS5979104A (en) Optical device
JPH0611442A (en) Infrared optical device
WO1991014935A1 (en) A method and an apparatus for cleaning control
RU2072509C1 (en) Device for taking spectrum of surface plasma resonance
JPH1054793A (en) Spectral reflection light amount measuring device
JP3519605B2 (en) Ellipsometry equipment
RU2109256C1 (en) Method of determination of coefficient of light linear polarization in reflection and device intended for its realization
RU38934U1 (en) SPECTROPHOTOMETER
RU2102702C1 (en) Device for nondestructive measurement of width of dielectric and semiconductor films
JPH0436642A (en) Raman spectrophotometer
JPH03103752A (en) Spectrophotometer
SU200223A1 (en)
JPS5451863A (en) Surface roughness measuring apparatus
JPH0510872A (en) Micro infrared rays atr measuring device
JPH05241077A (en) Light measuring instrument