RU2377542C1 - Device for determining optical absorption losses in thin films - Google Patents
Device for determining optical absorption losses in thin films Download PDFInfo
- Publication number
- RU2377542C1 RU2377542C1 RU2008142287/28A RU2008142287A RU2377542C1 RU 2377542 C1 RU2377542 C1 RU 2377542C1 RU 2008142287/28 A RU2008142287/28 A RU 2008142287/28A RU 2008142287 A RU2008142287 A RU 2008142287A RU 2377542 C1 RU2377542 C1 RU 2377542C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- film
- plane
- laser
- radiation
- absorption
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к исследованию материалов с помощью оптических средств, и может быть использовано для точных измерений оптических потерь на поглощение в тонких пленках.The invention relates to measuring technique, namely to the study of materials using optical means, and can be used for accurate measurement of optical absorption losses in thin films.
Известно устройство, содержащее источник излучения, зеркальную систему, подвижный отражатель, при двух положениях которого образуется измерительный и опорный каналы, держатель образцов и приемник излучения (Бухштаб М.М. Измерение малых оптических потерь. Л.: Энергоатомиздат, 1988, с.32 [1]). Недостатком известного устройства является невысокая точность измерения и громоздкость устройства. Световой пучок сначала падает на вспомогательное зеркало и, только отразившись от него, попадает на образец, поэтому при двукратном зондировании требуется большое количество зеркал, а следовательно, усложняется юстировка устройства и увеличиваются его габариты.A device is known that contains a radiation source, a mirror system, a movable reflector, at two positions of which a measuring and reference channels, a sample holder and a radiation receiver are formed (Bukhstab MM Measurement of small optical losses. L .: Energoatomizdat, 1988, p.32 [ one]). A disadvantage of the known device is the low measurement accuracy and bulkiness of the device. The light beam first falls on the auxiliary mirror and, only reflected from it, hits the sample, therefore, when probing twice, a large number of mirrors are required, and therefore, the adjustment of the device becomes more complicated and its dimensions increase.
Известно устройство для измерения спектральных коэффициентов пропускания и отражения, в состав которого входит источник излучения, зеркальная система, подвижные отражатели, формирующие опорный и измерительный каналы, держатель образцов, линза и приемник излучения. Измеряя отношение величины светового потока при одно- или многократном зондировании образца к величине светового потока, падающего на образец, определяют значение (квадрат, куб) абсолютного коэффициента отражения и пропускания (SU 1229661 [2]). Недостатком известного устройства является невозможность высокоточного измерения коэффициентов отражения и пропускания образцов с малой площадью при многократном зондировании, наличие большого количества зеркал, трудность в обеспечении равных потерь за счет отражения в соответствующих каналах, большие габариты устройства и сложность его юстировки.A device is known for measuring spectral transmittance and reflection, which includes a radiation source, a mirror system, movable reflectors forming the reference and measuring channels, sample holder, lens and radiation receiver. By measuring the ratio of the luminous flux during single or multiple sounding of the sample to the luminous flux incident on the sample, the value (square, cube) of the absolute reflection and transmission coefficient is determined (SU 1229661 [2]). A disadvantage of the known device is the impossibility of high-precision measurement of the reflection and transmission coefficients of samples with a small area during multiple sounding, the presence of a large number of mirrors, the difficulty in ensuring equal losses due to reflection in the corresponding channels, the large dimensions of the device and the complexity of its adjustment.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для измерения спектральных коэффициентов пропускания и отражения, известное из RU 2018112 [3]. Устройство содержит держатель образцов и оптически связанные источник излучения, зеркальную систему, подвижный отражатель, линзу и приемник излучения. Зеркальная система выполнена в виде прямой шестиугольной призмы с тремя отражающими боковыми гранями, две из которых расположены под углом друг к другу, а третья грань, заключенная между ними со стороны вершины угла, перпендикулярна двум прозрачным граням, параллельна плоскости установки образца и подвижному отражателю, состоящему из двух или большего количества зеркал, установленных с возможностью поворота на 180° относительно оси, лежащей в плоскости установки образца. При этом призма симметрична относительно плоскости, перпендикулярной третьей отражающей грани, и установлена с возможностью поступательного перемещения перпендикулярно плоскости установки образца. Кроме того, в устройство введен компенсатор в виде поворачивающейся плоскопараллельной пластины с осью вращения, проходящей через центр симметрии пластины и перпендикулярной плоскости падения светового пучка на образец, установленный по ходу светового пучка между призмой и линзой.Closest to the technical nature of the proposed device is a device for measuring spectral transmittance and reflection, known from RU 2018112 [3]. The device comprises a sample holder and optically coupled radiation source, a mirror system, a movable reflector, a lens and a radiation receiver. The mirror system is made in the form of a straight hexagonal prism with three reflecting side faces, two of which are located at an angle to each other, and the third face, enclosed between them from the side of the corner apex, is perpendicular to two transparent faces, parallel to the plane of the sample and the movable reflector, consisting of two or more mirrors mounted rotatably 180 ° relative to an axis lying in the plane of installation of the sample. In this case, the prism is symmetric with respect to the plane perpendicular to the third reflective face and is mounted with the possibility of translational movement perpendicular to the plane of installation of the sample. In addition, a compensator is introduced into the device in the form of a rotating plane-parallel plate with an axis of rotation passing through the center of symmetry of the plate and perpendicular to the plane of incidence of the light beam onto the sample mounted along the light beam between the prism and the lens.
Недостатком известного устройства является наличие большого количества зеркал, трудность в обеспечении равных потерь за счет отражения в соответствующих каналах, большие габариты устройства и сложность его юстировки.A disadvantage of the known device is the presence of a large number of mirrors, the difficulty in ensuring equal losses due to reflection in the corresponding channels, the large dimensions of the device and the complexity of its adjustment.
Заявляемое в качестве изобретения устройство направлено на упрощение конструкции и повышение потерь на поглощение в тонких пленках.The inventive device is aimed at simplifying the design and increasing absorption losses in thin films.
Указанный результат достигается тем, что устройство для определения оптических потерь на поглощение в тонких пленках включает лазерный резонатор с активным элементом, средствами его накачки и управления, средства измерения энергии или мощности лазерного излучения и установленную в резонаторе с возможностью ее перемещения перпендикулярно его оси относительно падающего на ее наклонный торец пучка излучения плоскопараллельную пластину с углом у основания θ0, при этом на часть задней поверхности плоскопараллельной пластины нанесена испытуемая тонкая пленка в виде клина с углом при его вершине β, с минимальной толщиной d и максимальной 3d, при этом величины θ0, d, и β определяются выражениями:This result is achieved by the fact that the device for determining optical absorption losses in thin films includes a laser resonator with an active element, means for pumping and controlling it, means for measuring the energy or power of laser radiation and installed in the resonator with the possibility of its movement perpendicular to its axis relative to the incident axis its inclined beam end plane-parallel plate with the angle θ 0 at the base, wherein a portion of the back surface of a plane-parallel plate is applied and pytuemaya thin film in the form of a wedge with an angle at its apex β, the minimum and maximum thickness d 3d, when this value θ 0, d, and β are given by:
θ0+arcsin((cos θ0)/n1)≥arcsin(1/n1),θ 0 + arcsin ((cos θ 0 ) / n 1 ) ≥arcsin (1 / n 1 ),
гдеWhere
n1 - показатель преломления пластины;n 1 is the refractive index of the plate;
n2 - показатель преломления испытуемой пленки;n 2 is the refractive index of the test film;
λ- длина волны лазера, м;λ is the laser wavelength, m;
θ0 - угол между плоскостью плоскопараллельной пластины и ее наклонным торцом, рад;θ 0 is the angle between the plane of the plane-parallel plate and its inclined end, rad;
θ - угол падения излучения на пленку, рад;θ is the angle of incidence of radiation on the film, rad;
a - диаметр лазерного луча, м;a is the diameter of the laser beam, m;
β - угол при вершине клина испытуемой пленки, рад;β is the angle at the top of the wedge of the test film, rad;
d - толщина испытуемой пленки, м.d is the thickness of the test film, m
Технический результат предлагаемого устройства - упрощение его конструкции, достигается за счет того, что в нем используется простой, легко изготавливаемый измерительный элемент (плоскопараллельная пластина), на который, применяя практически любой из известных способов нанесения пленок (термический, электронно-лучевой и т.д.), можно нанести измеряемую пленку. В устройстве кроме названного элемента не используются какие-либо другие вспомогательные элементы (эталоны, пластины, зеркала и т.д.), и, следовательно, не проводят дополнительных измерений на этих элементах. Использование в предлагаемом устройстве для определения поглощения тонких пленках лазерного резонатора позволяет исключить применение в устройстве сложных систем усиления и детектирования сигнала. Это достигается благодаря тому, что уровень сигнала, выходящего из лазерного резонатора после многократных отражений от пленки, остается высоким в силу большой яркости излучения и высокой добротности резонатора. Поскольку расходимость лазерного излучения невелика, отпадает также необходимость в сложной собирающей и фокусирующей оптике. Эти особенности предлагаемого устройства упрощают его конструкцию.The technical result of the proposed device is the simplification of its design, achieved due to the fact that it uses a simple, easily manufactured measuring element (plane-parallel plate), on which, using almost any of the known methods of film deposition (thermal, electron beam, etc. .), you can apply a measured film. In addition to the named element, the device does not use any other auxiliary elements (standards, plates, mirrors, etc.), and, therefore, do not perform additional measurements on these elements. The use of the proposed device for determining the absorption of thin films of a laser resonator eliminates the use of complex signal amplification and detection systems in the device. This is achieved due to the fact that the level of the signal emerging from the laser resonator after repeated reflections from the film remains high due to the high brightness of the radiation and high quality factor of the resonator. Since the divergence of the laser radiation is small, there is also no need for complex collecting and focusing optics. These features of the proposed device simplify its design.
Повышение точности измерения малого поглощения тонких пленок в предлагаемом устройстве достигается за счет того, что измеряемая пленка расположена в лазерном резонаторе, она нанесена на часть грани полного внутреннего отражения плоскопараллельной пластины. Такие особенности предлагаемого устройства обеспечивают при измерении поглощения тонкой пленки достижение максимума поглощения лазерного излучения в пленке. Это объясняется тем, что при настройке резонатора в резонанс луч будет многократно отражаться и проходить сквозь пленку (благодаря явлению нарушенного полного внутреннего отражения), а это обеспечивает многократное увеличение суммарного пути, на котором излучение поглощается пленкой и, следовательно, увеличение суммарного поглощения излучения пленкой. Средствами измерения энергии или мощности лазерного излучения будут регистрироваться при проведении измерений большие относительные изменения энергии или мощности, что позволяет повысить точность их измерения и, как следствие (см. ниже формулы расчета поглощения пленкой), повысить точность измерения малого поглощения пленки. Кроме того, при проведении измерений сохраняется высокая добротность лазерного резонатора, так как пленка нанесена на часть грани полного внутреннего отражения пластины, и, следовательно, при попадании луча на участок этой грани без пленки потерь в резонатор при измерениях не вносится (фактически в этот момент производится измерение потерь от эталона). Но и когда луч попадает на пленку, при отражении от ее второй поверхности, как показывают расчеты, происходит также полное внутреннее отражение, и, следовательно, кроме потерь в пленке других потерь в резонатор при измерениях не вносится. Пленка вносит в лазерный резонатор два вида потерь: малые потери на поглощение в пленке (фундаментальные для материала пленки, на дефектах в ней и т.д.) и потери, вызванные нарушением пленкой полного внутреннего отражения. Нанесение тонкой пленки с показателем преломления n2 (n1≠n2) нарушает полное внутреннее отражение на границе «пластина - пленка». В этом случае энергетические коэффициенты отражения, пропускания и поглощения R, Т, и А могут быть вычислены из следующих соотношений (см. М.Борн, Э.Вольф. Основы оптики. М., 1970)Improving the accuracy of measuring the small absorption of thin films in the proposed device is achieved due to the fact that the measured film is located in the laser cavity, it is deposited on a part of the face of the total internal reflection of a plane-parallel plate. Such features of the proposed device provide when measuring the absorption of a thin film to achieve maximum absorption of laser radiation in the film. This is because when the resonator is tuned into resonance, the beam will be reflected many times and pass through the film (due to the phenomenon of impaired total internal reflection), and this provides a multiple increase in the total path along which the radiation is absorbed by the film and, therefore, an increase in the total absorption of radiation by the film. When measuring the energy or power of laser radiation, large relative changes in energy or power will be recorded during measurements, which will increase the accuracy of their measurement and, as a result (see the formula for calculating the absorption of the film below), increase the accuracy of measuring low absorption of the film. In addition, during measurements, the high quality factor of the laser resonator is maintained, since the film is deposited on a part of the face of the total internal reflection of the plate, and, therefore, when a ray hits a portion of this face without a film, no losses are introduced into the resonator during measurements (in fact, at this moment measurement of losses from the reference). But even when the beam hits the film, when reflected from its second surface, calculations show that total internal reflection also occurs, and, therefore, in addition to losses in the film, other losses are not introduced into the resonator during measurements. The film introduces into the laser cavity two types of losses: small absorption losses in the film (fundamental for the film material, defects in it, etc.) and losses caused by the violation of the total internal reflection by the film. The application of a thin film with a refractive index of n2 (n 1 ≠ n 2 ) violates the total internal reflection at the "plate - film" boundary. In this case, the energy reflection, transmission, and absorption coefficients R, T, and A can be calculated from the following relations (see M. Born, E. Wolf. Fundamentals of Optics. M., 1970)
гдеWhere
ri+1 и ti+1 - френелевские коэффициенты на границах раздела сред с показателями преломления ni и ni+1;r i + 1 and t i + 1 - Fresnel coefficients at the interfaces between the media with refractive indices n i and n i + 1 ;
ni - показатель преломления материала среды или пленки;n i is the refractive index of the material of the medium or film;
di - толщина пленки;d i is the film thickness;
θi - угол падения или преломления на/в пленке;θ i is the angle of incidence or refraction on / in the film;
при i=2for i = 2
n2 - показатель преломления пленки.n 2 is the refractive index of the film.
Поскольку пленка поглощает, то n2=-ik2, и k2 - искомый показатель поглощения материала пленки может быть вычислен из (1) - (8).Since the film absorbs, then n 2 = -ik 2 , and k 2 - the desired absorption coefficient of the film material can be calculated from (1) - (8).
Система уравнений (1)-(8) позволяет по ряду измеренных значений R, или Т, или А определить характеристики поглощения пленки. Так, по ним можно определить поглощение пленки заданной толщины или показатель поглощения материала пленки. Но точные решения для этой системы в общем виде найти крайне трудно. Как правило, предварительно строят кривые зависимостей потерь на поглощение от толщины пленки для некоторого интервала значений коэффициента поглощения. Затем, сопоставлением измеренных и вычисленных значений потерь на поглощение с помощью численных методов определяют характеристики поглощения: либо поглощение пленки заданной толщины, либо значения коэффициента поглощения материала пленки. Пример зависимости потерь на поглощение от толщины пленки для поглощающей пленки ТiO2 (n2=2,3) и стеклянной призмы ПВО (n1=1,5), для излучения гелий-неонового газового лазера (λ=0,632 мкм) приведен на фиг 2.The system of equations (1) - (8) allows us to determine the absorption characteristics of the film from a number of measured values of R, or T, or A. So, they can be used to determine the absorption of a film of a given thickness or the absorption coefficient of the film material. But the exact solutions for this system in general are extremely difficult to find. As a rule, the curves of the dependences of absorption losses on the film thickness are preliminarily plotted for a certain range of absorption coefficient values. Then, by comparing the measured and calculated values of the absorption loss using numerical methods, the absorption characteristics are determined: either the absorption of the film of a given thickness, or the absorption coefficient of the film material. An example of the dependence of absorption losses on the film thickness for an absorbing TiO 2 film (n 2 = 2,3) and a glass air defense prism (n 1 = 1,5) for radiation of a helium-neon gas laser (λ = 0.632 μm) is shown in FIG. 2.
Видно, что для этих зависимостей характерно наличие максимумов суммарного поглощения (Аа) пленки для ряда толщин пленки. Из теории (см. М.Борн, Э.Вольф. «Основы оптики» », М., 1970) известно, что наличие таких максимумов, их положение и величина объясняются интерференцией многократно отраженных и преломленных от границ пленки лучей, на которые разбивается падающее на пленку излучение, при условии, что выходная граница пленки является поверхностью полного внутреннего отражения. Ясно, что высокая точность определения потерь на поглощение в пленке будет наблюдаться для максимумов на зависимости потерь на поглощение для заданного интервала толщин пленки, поскольку в этом случае будут регистрироваться при проведении измерений наибольшие относительные изменения измеряемой энергии или мощности излучения, вышедшего из резонатора. В предложенном способе максимумы в зависимости потерь на поглощение от толщины пленки для толщин пленки, не превышающих λ, можно зарегистрировать при сканировании клиновидной пленки от одного конца клина (толщина пленки равна d) до другого (толщина пленки равна 3d).It is seen that these dependences are characterized by the presence of maxima of the total absorption (A a ) of the film for a number of film thicknesses. From the theory (see M. Born, E. Wolf. "Fundamentals of Optics", M., 1970) it is known that the presence of such maxima, their position and magnitude are explained by the interference of the rays repeatedly reflected and refracted from the film boundaries into which the incident radiation to the film, provided that the output boundary of the film is the surface of total internal reflection. It is clear that a high accuracy in determining the absorption loss in the film will be observed for maximums on the dependence of the absorption loss for a given range of film thicknesses, since in this case the largest relative changes in the measured energy or radiation power coming out of the resonator will be recorded. In the proposed method, the maxima depending on the absorption loss on the film thickness for film thicknesses not exceeding λ can be detected by scanning a wedge-shaped film from one end of the wedge (film thickness equal to d) to the other (film thickness equal to 3d).
Выбор минимальной (d) и максимальной (3d) толщины пленки произведен на основании численного анализа уравнений (6)-(13). Установлено, что для малых толщин пленок (d<λ) и малых уровней поглощения пленок (k<10-5) максимум поглощения лежит в интервале толщин, определяемых условием 0,25≥δi≤0,75 (см. 13). Из этого условия минимальная толщина клина пленки d определяется следующим образом:The minimum (d) and maximum (3d) film thickness were selected based on the numerical analysis of equations (6) - (13). It was found that for small film thicknesses (d <λ) and small film absorption levels (k <10 -5 ), the absorption maximum lies in the thickness range determined by the condition 0.25≥δ i ≤0.75 (see 13). From this condition, the minimum film wedge thickness d is determined as follows:
Выбор угла β обусловлен необходимостью ограничить максимальный набег фазы на диаметре луча лазера при наклонном его падении на пленку величиной, равной то естьThe choice of angle β is due to the need to limit the maximum phase incursion on the diameter of the laser beam when it is inclined to fall onto the film by a value equal to i.e
Численное моделирование уравнений (6)-(13) показывает, что это требование обеспечивает достижение незначительного влияния набега фазы на диаметре луча лазера при наклонном его падении на пленку на точность измерения малых поглощений пленки предлагаемым способом.A numerical simulation of equations (6) - (13) shows that this requirement ensures the insignificant effect of phase incursion on the diameter of the laser beam when it is inclined to fall onto the film on the accuracy of measuring the small absorption of the film by the proposed method.
Сущность заявляемого изобретения поясняется примером его реализации и чертежами. На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг.2 - пример зависимости потерь на поглощение от толщины пленки для поглощающей пленки ТiO2; на фиг.3 - пример зависимости мощности накачки от потерь на поглощение в пленке.The essence of the claimed invention is illustrated by an example of its implementation and drawings. Figure 1 presents a schematic diagram of a device; figure 2 is an example of the dependence of the loss of absorption on the film thickness for an absorbing film TiO 2 ; figure 3 is an example of the dependence of the pump power on the absorption loss in the film.
Устройство для определения оптических потерь на поглощение в тонких пленках включает лазерный резонатор с активным элементом 1, глухим зеркалом 2 и полупрозрачным зеркалом 3. Лазер содержит средства его накачки и управления (на чертеже не показаны в силу их известности). Устройство снабжено средствами измерения энергии или мощности лазерного излучения, которые могут быть выбраны из числа известных (на чертеже не показано). В резонаторе установлена с возможностью ее перемещения перпендикулярно относительно пучка излучения, падающего на ее наклонный торец, плоскопараллельная пластина 4 с углом у основания θ0. На часть поверхности плоскопараллельной пластины нанесена испытуемая тонкая пленка 5 в виде клина с углом при его вершине β, с минимальной толщиной d и максимальной 3d.A device for determining optical absorption losses in thin films includes a laser resonator with an
Устройство функционирует следующим образом.The device operates as follows.
Первый вариант. Включают средство накачки активного элемента 1 и с помощью органов управления добиваются стабильной генерации излучения через полупрозрачное зеркало 3. После этого на пути лазерного излучения внутрь резонатора, образованного зеркалами 2 и 3, помещают плоскопараллельную пластину 4, на одной из поверхностей которой нанесена испытуемая пленка 5 в виде клина. Сначала пластину 4 устанавливают так, что после вхождения в нее пучка лазерного излучения он отразился бы от ее поверхности, на которую нанесена пленка, но от ее части, свободной от пленки. После этого снова добиваются устойчивой генерации при минимальной электрической мощности, подаваемой на средство накачки. Затем пластину 4 смещают перпендикулярно относительно пучка излучения, падающего на ее наклонный торец (на чертеже показано стрелками), так, чтобы излучение попало внутри пластины на какой-либо из краев нанесенной снаружи пленки, и определяют минимальную электрическую мощность, подаваемую на средство накачки, необходимую для устойчивой генерации. И, таким образом, процедуру повторяют, чтобы отражение пучка внутри пластины происходило в точках с разной толщиной пленки в точке отражения, и фиксируют максимум разницы, требуемой для накачки мощности в случае отражения от свободной поверхности и в одной из точек с нанесенной пленкой. Поскольку величина потерь в резонаторе напрямую связана с энергией или мощностью, подаваемой на средство накачки для обеспечения устойчивой генерации, то по изменению подаваемой энергии можно судить и о изменении величины потерь, а значит о величине потерь на поглощение в тонких пленках. В общем случае, коэффициент поглощения пленки невозможно выразить явно через измеряемые величины. Поэтому необходимо предварительно построить кривые зависимостей мощности накачки от потерь пленки. Пример такой зависимости приведен на фиг.3. Затем, сопоставлением измеренных и вычисленных значений мощности накачки определяют значения коэффициента потерь в материале пленки с помощью численных методов.First option. The means for pumping the
Второй вариант. Включают средство накачки активного элемента 1 и с помощью органов управления добиваются стабильной генерации излучения через полупрозрачное зеркало 3. После этого с помощью известных средств, например ИМО-2Н (Россия) или OPHIR-32 (США), измеряют энергию или мощность лазерного излучения. Затем внутрь резонатора, образованного зеркалами 2 и 3, помещают плоскопараллельную пластину 4, на одной из поверхностей которой нанесена испытуемая пленка 5 в виде клина. Сначала пластину 4 устанавливают так, что после вхождения в нее пучка лазерного излучения он отразился бы от ее поверхности, на которую нанесена пленка, но от ее части, свободной от пленки. Измеряют энергию или мощность лазерного излучения и фиксируют измеренные значения.The second option. They turn on the pumping means of the
Затем пластину 4 смещают перпендикулярно относительно пучка излучения, падающего на ее наклонный торец (на чертеже показано стрелками) так, чтобы излучение попало внутрь пластины на какой-либо из краев нанесенной снаружи пленки, и определяют мощность или энергию лазерного излучения. И, таким образом, процедуру повторяют, чтобы отражение пучка внутри пластины происходило в точках с разной толщиной пленки в точке отражения, и фиксируют максимум разницы между измеренными величинами энергии или мощности. Поскольку уменьшение величины энергии или мощности лазерного излучения на выходе из резонатора свидетельствует о вносимых в него потерях, то по величине максимума разницы между измеренной мощностью или энергией излучения на выходе из резонатора для участков поверхности плоскопараллельной пластины с пленкой и без нее можно судить о величине потерь на поглощение в тонких пленках. Для этого предварительно строят по уравнениям (6)-(13) кривые зависимостей потерь на поглощение от толщины пленки для некоторого интервала значений коэффициента поглощения. Производят нормировку полученных зависимостей для применения в используемом резонаторе по ряду эталонов потерь, измеряя мощность или энергию излучения на выходе из резонатора при падении лазерного луча на участок поверхности плоскопараллельной пластины без пленки. Например, в качестве эталонов потерь могут быть использованы чистые плоскопараллельные стеклянные пластины. Затем, сопоставлением измеренных и предварительно вычисленных значений потерь на поглощение определяют значения потерь на поглощение для пленки заданной толщины или коэффициента поглощения материала пленки.Then, the plate 4 is displaced perpendicular to the beam of radiation incident on its inclined end (shown in the drawing by arrows) so that the radiation enters the plate at one of the edges of the film deposited on the outside, and the laser radiation power or energy is determined. And thus, the procedure is repeated so that the reflection of the beam inside the plate occurs at points with different film thicknesses at the reflection point, and the maximum difference between the measured values of energy or power is recorded. Since a decrease in the energy or power of the laser radiation at the exit from the resonator indicates losses introduced into it, then the magnitude of the maximum difference between the measured power or energy of radiation at the exit of the resonator for surface areas of a plane-parallel plate with a film and without it can be used to judge the value of losses absorption in thin films. For this, the dependences of the absorption losses on the film thickness for a certain range of absorption coefficients are preliminarily constructed using equations (6) - (13). The obtained dependences are normalized for use in the resonator used according to a number of loss standards, measuring the radiation power or energy at the exit from the resonator when a laser beam is incident on a surface portion of a plane-parallel plate without a film. For example, pure plane-parallel glass plates can be used as loss standards. Then, by comparing the measured and previously calculated values of the absorption loss, the absorption loss values for the film of a given thickness or absorption coefficient of the film material are determined.
Claims (1)
θ0+arcsin((cos θ0)/n1)≥arcsin(1/n1),
где n1 - показатель преломления пластины;
n2 - показатель преломления испытуемой пленки;
λ - длина волны лазера, м;
θ0 - угол между плоскостью плоскопараллельной пластины и ее наклонным торцом, рад;
θ2 - угол падения излучения на пленку, рад;
a - диаметр лазерного луча, м;
d - толщина испытуемой пленки, м. A device for determining optical absorption losses in thin films, including a laser resonator with an active element, means for pumping and controlling it, means for measuring the energy or power of laser radiation and installed in the resonator with the ability to move it perpendicular to its axis relative to the incident radiation beam incident on its end face a plane-parallel plate with the angle θ 0 at the base, wherein a portion of the back surface of a plane-parallel plate is applied under test thin film in the form of a wedge glom at its apex β, the minimum and maximum thickness d 3d, when this value θ 0, d, and β are given by:
θ 0 + arcsin ((cos θ 0 ) / n 1 ) ≥arcsin (1 / n 1 ),
where n 1 is the refractive index of the plate;
n 2 is the refractive index of the test film;
λ is the laser wavelength, m;
θ 0 is the angle between the plane of the plane-parallel plate and its inclined end, rad;
θ 2 - angle of incidence of radiation on the film, rad;
a is the diameter of the laser beam, m;
d is the thickness of the test film, m
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008142287/28A RU2377542C1 (en) | 2008-10-27 | 2008-10-27 | Device for determining optical absorption losses in thin films |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008142287/28A RU2377542C1 (en) | 2008-10-27 | 2008-10-27 | Device for determining optical absorption losses in thin films |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2377542C1 true RU2377542C1 (en) | 2009-12-27 |
Family
ID=41643113
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008142287/28A RU2377542C1 (en) | 2008-10-27 | 2008-10-27 | Device for determining optical absorption losses in thin films |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2377542C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102445328A (en) * | 2011-09-26 | 2012-05-09 | 重庆邮电大学 | Method for realizing absolute measurement of absorption loss of optical thin film element |
-
2008
- 2008-10-27 RU RU2008142287/28A patent/RU2377542C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102445328A (en) * | 2011-09-26 | 2012-05-09 | 重庆邮电大学 | Method for realizing absolute measurement of absorption loss of optical thin film element |
CN102445328B (en) * | 2011-09-26 | 2014-06-11 | 重庆邮电大学 | Method for realizing absolute measurement of absorption loss of optical thin film element |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101995328B (en) | Method for measuring transmission loss of optical element | |
CN108572061B (en) | Full-caliber harmonic conversion efficiency measuring system and measuring method thereof | |
CN107132029B (en) | Method for simultaneously measuring reflectivity, transmittance, scattering loss and absorption loss of high-reflection/high-transmission optical element | |
CN103499431A (en) | Method and device for measuring dynamic thermal focal distance of solid laser crystal | |
CN105445195A (en) | Sample measuring cell | |
CN101614523A (en) | A kind of multi-beam long-rail interferometer that detects grazing tubular off-axis aspheric mirror | |
US20200173855A1 (en) | Interferometer systems and methods thereof | |
CN103884298A (en) | System and method for measuring metal surface roughness on basis of guiding mold | |
CN204314209U (en) | sample measuring cell | |
CN111765853A (en) | High-resolution one-dimensional angle measurement laser sensor | |
US8379228B1 (en) | Apparatus for measuring thin film refractive index and thickness with a spectrophotometer | |
EP2669658A1 (en) | Surface plasmon sensor and refractive index measurement method | |
RU2377542C1 (en) | Device for determining optical absorption losses in thin films | |
CN210863101U (en) | Lens refractive index measuring device | |
CN201425631Y (en) | Device for manufacturing low-frequency holographic grating | |
CN107525589B (en) | A kind of wavelength scaling system and method | |
TW201305530A (en) | Measurement method of small angle and small displacement and the device thereof | |
RU80954U1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING OPTICAL LOSS ON ABSORPTION IN THIN FILMS | |
CN212390974U (en) | High-resolution one-dimensional angle measurement laser sensor | |
CN106404695B (en) | Spectrophotometer | |
CN112539920B (en) | Method for measuring high reflectivity of laser optical element | |
Shulga et al. | Intracavity waveguide spectroscopy of thin films | |
RU2377543C1 (en) | Method of determining optical absorption losses in thin films | |
JP2011106920A (en) | Rotation/inclination measuring device and method thereof | |
RU2018112C1 (en) | Device for measuring reflection and transmission coefficients |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111028 |