RU2573617C1

RU2573617C1 - Infrared amplitude-phase plasmon spectrometer

Info

Publication number: RU2573617C1
Application number: RU2014147506/28A
Authority: RU
Inventors: Василий Валерьевич Герасимов; Борис Александрович Князев; Алексей Константинович Никитин; Тху Чанг Та
Priority date: 2014-11-25
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2016-01-20

Abstract

FIELD: physics.SUBSTANCE: spectrometer comprises a frequency-tuneable source of p-polarised monochromatic radiation, a flat and cylindrical focusing mirror, a solid-state plane-faced conducting sample, an element for converting source radiation into surface plasmons, an opaque screen placed in a non-absorbent medium and directed perpendicular to the track of the surface plasmons, and a photodetector which is interfaced with an information processing device and mounted on a platform which is movable along the track. The edge of the screen directed towards the surface plasmon guiding face of the analysed sample lies at a distance from the said face which is not less than the penetration depth of the surface plasmon field in the medium. The spectrometer also includes a controlled delay line, a rotating polariser, a platform-mounted flat mirror whose reflecting face adjoins the guiding face of the analysed sample, is inclined thereto at an angle of 45° and is directed perpendicular to the track, a focusing lens and an adjustable diaphragm mounted in front of the input opening of the photodetector, a volume radiation beam splitter placed on the path of radiation incident on the sample at the level of the inclined mirror. The end face of the sample which is perpendicular to the plane of incidence of radiation and is adjacent to the guiding face has a cylindrical surface shape, the axis of which is parallel to the guiding face and lies in the plane comprising the interface line of the cylindrical and flat faces, wherein the distance from the said line to the axis is equal to the radius of curvature of the cylindrical surface, and the length of the arc comprising the surface plasmon track on the said surface is less than ten times the propagation length of the surface plasmons.EFFECT: high measurement accuracy due to a signal-to-noise ratio.2 dwg

Description

Изобретение относится к инфракрасной (ИК) спектроскопии поверхности металлов и полупроводников, а именно - к определению амплитудно-фазовых спектров, как самой поверхности, так и ее переходного слоя, путем измерения характеристик направляемых этой поверхностью поверхностных плазмонов (ПП), разновидности поверхностных электромагнитных волн, и может найти применение в физико-химических исследованиях процессов на поверхности твердого тела, в ИК-спектроскопии окисных и адсорбированных слоев в оптических контрольно-измерительных и сенсорных устройствах.The invention relates to infrared (IR) spectroscopy of the surface of metals and semiconductors, and in particular to the determination of the amplitude-phase spectra of both the surface itself and its transition layer by measuring the characteristics of surface plasmons (PP) directed by this surface, a type of surface electromagnetic waves, and can find application in physical and chemical studies of processes on the surface of a solid body, in IR spectroscopy of oxide and adsorbed layers in optical control and sensors ny devices.

Оптическая спектроскопия поверхности твердого тела - одна из основных областей применения ПП (Maier S.A. Plasmonics: Fundamentals & Applications // Springer, 2007. - 223 p.), (Князев Б.А., Кузьмин А.В. Поверхностные электромагнитные волны: от видимого диапазона до микроволн // Вестник НГУ (Физика), 2007, т.2, Вып.1, с. 108-122) [1, 2]. В первых ПП-спектрометрах ИК-диапазона использовали два разнесенных вдоль трека ПП элемента преобразования объемной волны в поверхностную и обратно (Zhizhin G.N., Yakovlev V.A. Broad-band spectroscopy of surface electromagnetic waves // Physics Reports, 1990, v. 194, No. 5/6, p. 281-289) [3]. С помощью таких устройств непосредственно измеряли длину распространения ПП L в определенном диапазоне длин волн λ дискретно перестраиваемого лазерного источника излучения. Основной недостаток таких ПП-спектрометров - дискретность рабочих частот и недостаточность объема информации, получаемого в результате измерений только длины распространения ПП.Optical spectroscopy of a solid surface is one of the main applications of PP (Maier SA Plasmonics: Fundamentals & Applications // Springer, 2007. - 223 p.), (Knyazev B.A., Kuzmin A.V. Surface electromagnetic waves: from visible range to microwaves // Bulletin of NSU (Physics), 2007, v.2, Issue 1, pp. 108-122) [1, 2]. The first infrared PP spectrometers used two spaced elements along the PP track for converting a body wave to a surface wave and vice versa (Zhizhin GN, Yakovlev VA Broad-band spectroscopy of surface electromagnetic waves // Physics Reports, 1990, v. 194, No. 5 / 6, p. 281-289) [3]. Using such devices, the propagation length of PP L was directly measured in a specific wavelength range λ of a discretely tunable laser radiation source. The main disadvantage of such PP spectrometers is the discreteness of the operating frequencies and the insufficient amount of information obtained as a result of measurements of only the propagation length of the PP.

Использование в ПП-спектроскопии плавно перестраиваемых по частоте лазеров на свободных электронах позволило преодолеть первый из перечисленных выше недостатков (Zhizhin G.N., Alieva E.V., Kuzik L.A., Yakovlev V.A., Shkrabo D.M., Van der Meer A.F.G., Van der Wiel M.J. Free-electron laser for infrared SEW characterization surfaces of conducting and dielectric solids and nm films on them // Applied Physics (A), 1998, v. 67, p. 667-673), (Bogomolov G.D., Jeong U.Y., Zhizhin G.N., Nikitin A.K., et al. First experiments on application of free-electron laser terahertz radiation for optical control of metal surfaces // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2005, №5, с. 57-63) [4, 5]. А применение интерференционной методики определения фазовой скорости ПП (точнее, действительной части κ′ комплексного показателя преломления ПП κ=κ′+i′·κ″, где i - мнимая единица) повысило информативность метода ПП-спектроскопии, поскольку появилась возможность по значениям L и κ′ рассчитать, путем решения дисперсионного уравнения ПП для трехслойной структуры, два параметра переходного слоя, например его толщину и показатель преломления или комплексную диэлектрическую проницаемость материала образца ε=ε′+j·ε″.The use of stepless frequency-frequency free-electron lasers in PP spectroscopy made it possible to overcome the first of the above disadvantages (Zhizhin GN, Alieva EV, Kuzik LA, Yakovlev VA, Shkrabo DM, Van der Meer AFG, Van der Wiel MJ Free-electron laser for infrared SEW characterization surfaces of conducting and dielectric solids and nm films on them // Applied Physics (A), 1998, v. 67, p. 667-673), (Bogomolov GD, Jeong UY, Zhizhin GN, Nikitin AK, et al . First experiments on application of free-electron laser terahertz radiation for optical control of metal surfaces // Surface. X-ray, synchrotron and neutron studies, 2005, No. 5, pp. 57-63) [4, 5]. And the application of the interference technique for determining the phase velocity of the PP (more precisely, the real part κ ′ of the complex refractive index PP κ = κ ′ + i ′ · κ ″, where i is the imaginary unit) increased the informativeness of the method of PP spectroscopy, since it was possible by the values of L and κ ′ calculate, by solving the dispersion equation of the PP for a three-layer structure, two parameters of the transition layer, for example, its thickness and refractive index or the complex dielectric constant of the sample material ε = ε ′ + j · ε ″.

ПП-спектрометр, описанный в [4], содержит перестраиваемый по частоте источник р-поляризованного монохроматического излучения, фокусирующий объектив, дифракционный элемент (край экрана) для преобразования излучения источника в ПП, твердотельный образец, имеющий плоскую поверхность, на краю которой ПП преобразуются в объемное излучение, и фотоприемник, перемещаемый перпендикулярно поверхности образца в плоскости, содержащей трек ПП. Основным недостатком такого спектрометра является низкая точность определения κ′ по координатам экстремумов интерферограммы, регистрируемой фотоприемником при фиксированном относительно образца положении экрана. Этот недостаток объясняется тем, что: 1) в результате дифракции падающего излучения на крае экрана, кроме ПП, порождается набор объемных волн, диаграмма направленности которых носит в значительной степени случайный характер. Это приводит к непредсказуемому искажению интерферограммы и не позволяет определять координаты экстремумов с достаточной точностью; 2) скачок фазы, возникающий при срыве ПП с края образца, зависит от расстояния, пройденного ПП. Поэтому, для определения κ′ необходимо зарегистрировать не менее двух интерферограмм при различных длинах пробега ПП, что приводит к накоплению погрешности измерений. В результате, точность определения κ′ не превышает 10^-3, что сравнимо с изменением κ′, обусловленным формированием переходного слоя.The PP spectrometer described in [4] contains a frequency-tunable source of p-polarized monochromatic radiation, a focusing lens, a diffraction element (edge of the screen) for converting the source radiation into a PP, a solid-state sample having a flat surface at the edge of which the PPs are transformed into volume radiation, and a photodetector moved perpendicular to the surface of the sample in a plane containing the PP track. The main disadvantage of such a spectrometer is the low accuracy of determining κ ′ from the coordinates of the extrema of the interferogram recorded by the photodetector with the screen position fixed relative to the sample. This disadvantage is explained by the fact that: 1) as a result of the diffraction of the incident radiation at the edge of the screen, in addition to the PP, a set of body waves is generated, the radiation pattern of which is largely random in nature. This leads to unpredictable distortion of the interferogram and does not allow to determine the coordinates of the extrema with sufficient accuracy; 2) the phase jump that occurs when the PP breaks off the edge of the sample depends on the distance traveled by the PP. Therefore, to determine κ ′, it is necessary to register at least two interferograms at different PP mean free paths, which leads to the accumulation of measurement errors. As a result, the accuracy of determination of κ ′ does not exceed 10 ⁻³ , which is comparable with the change in κ ′ due to the formation of a transition layer.

Известен плазмонный спектрометр ИК-диапазона для определения диэлектрической проницаемости проводящих материалов, содержащий перестраиваемый по частоте источник p-поляризованного монохроматического излучения, лучеразделитель, расщепляющий падающее излучение на измерительный и опорный пучки, два плоских зеркала, призменный элемент преобразования излучения измерительного пучка в ПП, твердотельный образец с плоской поверхностью, призменный элемент преобразования ПП в объемное излучение, непрозрачную заслонку, перекрывающую опорный пучок при регистрации интенсивности измерительного пучка, лучеразделитель, совмещающий измерительный и опорный пучки, регулируемый компенсатор, фокусирующий объектив и фотоприемное устройство (Жижин Г.Н., Никитин А.К., Рыжова Т.Н. Способ определения диэлектрической проницаемости металлов в инфракрасном диапазоне спектра // Патент РФ на изобретение №2263923. Бюл. №31 от 10.11.2005 г.) [6]. Основными недостатками известного устройства являются большая продолжительность измерений, обусловленная раздельностью процедур амплитудных и фазовых измерений, и низкая точность определения комплексного показателя преломления ПП, в связи с неоднозначностью фазы волны, излучаемой с различных участков элемента преобразования ПП в объемное излучение.Known infrared plasmon spectrometer for determining the dielectric constant of conductive materials, containing a frequency-tunable source of p-polarized monochromatic radiation, a beam splitter that splits the incident radiation into the measuring and reference beams, two flat mirrors, a prism element for converting the radiation of the measuring beam into PP, a solid sample with a flat surface, a prismatic element for converting PP into volume radiation, an opaque shutter overlapping the support beam when recording the intensity of the measuring beam, a beam separator combining the measuring and reference beams, an adjustable compensator, a focusing lens and a photodetector (Zhizhin G.N., Nikitin A.K., Ryzhova T.N. Method for determining the dielectric constant of metals in the infrared spectrum // RF patent for the invention No. 2263923. Bull. No. 31 dated 10.11.2005) [6]. The main disadvantages of the known device are the long duration of the measurements, due to the separate procedures of the amplitude and phase measurements, and the low accuracy of determining the complex refractive index of the PP, due to the ambiguity of the phase of the wave emitted from different parts of the conversion element of the PP into volume radiation.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является инфракрасный амплитудно-фазовый плазмонный спектрометр, содержащий перестраиваемый по частоте источник p-поляризованного монохроматического излучения, твердотельный проводящий образец с плоскогранной поверхностью, элемент преобразования излучения источника в поверхностные плазмоны (ПП), представляющий собой непрозрачный экран, установленный перпендикулярно треку ПП таким образом, что край экрана, обращенный к направляющей поверхности образца, находится на расстоянии от 5λ до 20λ от нее, фотодетектор, размещенный в поле ПП на перемещаемой параллельно поверхности вдоль трека подвижной платформе и подключенный к устройству обработки информации (Никитин А.К., Жижин Г.Н., Кирьянов А.П., Князев Б.А., Хитров О.В. Инфракрасный амплитудно-фазовый плазмонный спектрометр // Патент РФ на изобретение №2477841. Бюл. №8 от 20.03.2013 г. (Прототип)) [7]. Основным недостатком известного устройства является низкая точность измерений, что обусловлено засветкой фотодетектора паразитным объемным излучением, порождаемым при дифракции излучения источника на крае экрана и при дифракции ПП на неоднородностях поверхности реального образца (Герасимов В.В., Князев Б.А., Никитин А.К. Способ индикации дифракционных спутников поверхностных плазмонов терагерцового диапазона // Письма в ЖТФ, 2010, т.36, вып.21, с. 93-101) [8].The closest in technical essence to the claimed device is an infrared amplitude-phase plasmon spectrometer containing a frequency-tunable source of p-polarized monochromatic radiation, a solid-state conducting sample with a planar surface, an element for converting source radiation into surface plasmons (PP), which is an opaque screen, mounted perpendicular to the PP track so that the edge of the screen facing the guide surface of the sample is located on a distance from 5λ to 20λ from it, a photodetector placed in the PP field on a moving platform moving parallel to the surface along the track and connected to an information processing device (Nikitin A.K., Zhizhin G.N., Kiryanov A.P., Knyazev B. A., Khitrov OV Infrared amplitude-phase plasmon spectrometer // RF patent for the invention No. 2477841. Bull. No. 8 from 03.20.2013 (Prototype)) [7]. The main disadvantage of the known device is the low accuracy of the measurements, which is caused by the exposure of the photodetector to stray volume radiation generated by diffraction of the source radiation at the edge of the screen and by diffraction of PP by inhomogeneities of the surface of a real sample (Gerasimov V.V., Knyazev B.A., Nikitin A. K. A method for indicating diffraction satellites of surface plasmons of the terahertz range // Letters to ZhTF, 2010, vol. 36, issue 21, pp. 93-101) [8].

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является повышение точности измерений путем повышения соотношения сигнал / шум.The technical result to which the invention is directed is to increase the accuracy of measurements by increasing the signal-to-noise ratio.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном инфракрасном амплитудно-фазовом плазмоном спектрометре, содержащем перестраиваемый по частоте источник p-поляризованного монохроматического излучения, плоское и цилиндрическое фокусирующее зеркала, твердотельный плоскогранный проводящий образец, элемент преобразования излучения источника в поверхностные плазмоны (ПП), размещенный в непоглощающей окружающей среде непрозрачный экран, ориентированный перпендикулярно треку ПП, и фотодетектор, сопряженный с устройством обработки информации и установленный на перемещаемой вдоль трека платформе, обращенный к направляющей ПП грани край экрана удален от нее на расстояние не меньше глубины проникновения поля ПП в окружающую среду; кроме того, спектрометр дополнительно содержит регулируемую линию задержки, поворачиваемый поляризатор, укрепленное на платформе плоское зеркало, отражающая грань которого примыкает к направляющей грани, наклонена к ней под углом 45° и ориентирована перпендикулярно к треку, фокусирующий объектив и установленную перед входным отверстием фотодетектора регулируемую диафрагму, а также лучеразделитель объемного излучения, расположенный на пути падающего на образец излучения на уровне наклонного зеркала; помимо этого, торцовая грань образца, перпендикулярная плоскости падения излучения и смежная с направляющей гранью, имеет цилиндрическую форму поверхности, ось которой параллельна направляющей грани и лежит в плоскости, содержащей линию сопряжения цилиндрической и плоской граней, причем расстояние от этой линии до оси равно радиусу кривизны цилиндрической поверхности, а длина дуги, содержащей трек ПП на этой поверхности, меньше десяти длин распространения ПП.The essence of the invention lies in the fact that in a known infrared amplitude-phase plasmon spectrometer containing a frequency-tunable source of p-polarized monochromatic radiation, a planar and cylindrical focusing mirror, a solid-state planar conducting sample, an element for converting the source radiation into surface plasmons (PP), placed in a non-absorbing environment, an opaque screen oriented perpendicular to the PP track and a photo detector coupled to the processing device and set information on the displaceable platform along the track, facing the guide edge of the screen faces PP removed from it by a distance not less than the penetration depth PP in the environment; in addition, the spectrometer additionally contains an adjustable delay line, a rotatable polarizer, a flat mirror mounted on the platform, the reflecting face of which is adjacent to the guide face, tilted to it at an angle of 45 ° and oriented perpendicular to the track, a focusing lens and an adjustable diaphragm installed in front of the photodetector inlet and also a beam separator of volume radiation located in the path of radiation incident on the sample at the level of an inclined mirror; in addition, the end face of the sample perpendicular to the plane of incidence of radiation and adjacent to the guiding face has a cylindrical surface whose axis is parallel to the guiding face and lies in a plane containing the interface line between the cylindrical and flat faces, and the distance from this line to the axis is equal to the radius of curvature a cylindrical surface, and the length of the arc containing the PP track on this surface is less than ten propagation lengths of the PP.

Повышение точности измерений путем подавления паразитных засветок фотодетектора дифрагировавшим и переотраженным объемным излучением достигается в результате: 1) придания торцовой грани образца, перпендикулярной плоскости падения излучения и смежной с направляющей гранью, цилиндрической формы, что позволяет экранировать детектор от объемных волн, возникающих на элементе преобразования излучения источника в ПП; 2) использования в качестве элемента преобразования ребра образца, образованного цилиндрической торцовой гранью и плоской гранью, параллельной направляющей, что обеспечивает высокую эффективность преобразования излучения источника в ПП (до 90%); 3) использования непрозрачного экрана для поглощения паразитных объемных волн; 4) применения фокусирующего объектива, снабженного регулируемой диафрагмой, что делает возможным избежать засветки детектора объемными волнами, порожденными ПП на неоднородностях поверхности.Improving the accuracy of measurements by suppressing spurious illumination of the photodetector by diffracted and re-reflected volume radiation is achieved as a result of: 1) giving the end face of the sample perpendicular to the plane of incidence of radiation and adjacent to the guiding face, a cylindrical shape, which allows the detector to be shielded from body waves arising on the radiation conversion element source in PP; 2) using as an element of transformation the edges of the sample formed by a cylindrical end face and a flat face parallel to the guide, which provides high conversion efficiency of the radiation of the source in the PP (up to 90%); 3) the use of an opaque screen to absorb spurious body waves; 4) the use of a focusing lens equipped with an adjustable aperture, which makes it possible to avoid the illumination of the detector by the volume waves generated by the PP on the surface inhomogeneities.

На Фиг. 1 приведена схема заявляемого устройства, где цифрами обозначены: 1 - перестраиваемый источник p-поляризованного монохроматического излучения; 2 - плоское поворотное зеркало; 3 - лучеразделитель объемного излучения; 4 - цилиндрическое фокусирующее зеркало; 5 - твердотельный проводящий образец с плоской направляющей ПП поверхностью; 6 - торцовая грань образца 5, имеющая цилиндрическую форму поверхности, ось которой параллельна направляющей грани и лежит в плоскости, содержащей линию сопряжения цилиндрической и плоской направляющей граней; 7 - непоглощающая окружающая среда; 8 - непрозрачный экран, край которого, обращенный к направляющей поверхности, удален от нее на расстояние не меньше глубины проникновения поля ПП в окружающую среду; 9 - наклонное зеркало, отражающая грань которого примыкает к направляющей грани, наклонена к ней под углом 45° и ориентирована перпендикулярно к треку ПП; 10 - регулируемая линия задержки, состоящая из двух уголковых зеркал: неподвижного 11 и подвижного 12, плавно смещаемого, при необходимости, относительно зеркала 11; 13 - поляризатор, плавно поворачиваемый вокруг оси, лежащей в плоскости падения; 14 - фокусирующий объектив; 15 - фотодетектор; 16 - регулируемая диафрагма; 17 - устройство накопления и обработки информации, подключенное к детектору 15; 18 - подвижная платформа, способная перемещаться вдоль трека ПП параллельно направляющей поверхности и на которой размещены: зеркало 9, объектив 14, детектор 15 и диафрагма 16.In FIG. 1 shows a diagram of the inventive device, where the numbers denote: 1 - tunable source of p-polarized monochromatic radiation; 2 - a flat rotary mirror; 3 - beam separator of volume radiation; 4 - cylindrical focusing mirror; 5 - solid-state conductive sample with a flat guide surface PP; 6 is an end face of sample 5 having a cylindrical surface shape, the axis of which is parallel to the guide face and lies in a plane containing the interface line between the cylindrical and flat guide faces; 7 - non-absorbing environment; 8 - an opaque screen, the edge of which, facing the guide surface, is removed from it by a distance not less than the depth of penetration of the PP field into the environment; 9 - an inclined mirror, the reflecting face of which is adjacent to the guide face, inclined to it at an angle of 45 ° and oriented perpendicular to the track PP; 10 - adjustable delay line, consisting of two corner mirrors: fixed 11 and moving 12, smoothly shifted, if necessary, relative to the mirror 11; 13 - polarizer, smoothly rotated around an axis lying in the plane of incidence; 14 - focusing lens; 15 - photodetector; 16 - adjustable aperture; 17 - a device for the accumulation and processing of information connected to the detector 15; 18 is a movable platform that can move along the track PP parallel to the guide surface and on which are placed: mirror 9, lens 14, detector 15 and aperture 16.

На Фиг. 2 приведена расчетная интерферограмма, иллюстрирующая работу устройства при генерации ПП излучением с λ=100 мкм на поверхности алюминия, содержащей однородный слой германия толщиной 0,7 мкм.In FIG. Figure 2 shows the calculated interferogram illustrating the operation of the device during the generation of PP by radiation with λ = 100 μm on an aluminum surface containing a uniform germanium layer 0.7 μm thick.

Спектрометр работает следующим образом. Пучок излучения источника 1 зеркалом 2 направляется на лучеразделитель 3, расщепляющий исходный пучок на измерительный и опорный. Измерительный пучок падает на зеркало 4, фокусирующее излучение в линию, совпадающую с ребром образца 5, образованным гранью 6 и секущей ее смежной плоской гранью. Вследствие дифракции на ребре излучение измерительного пучка с эффективностью до 90% преобразуется в ПП (Stegeman G.I., Wallis R.F., Maradudin А.А. Excitation of surface polaritons by end-fire coupling // Optics Letters, 1983, v. 8(7), p. 386-388) [9] и порождает веер паразитных объемных волн (ОВ). Эти ОВ лежат в плоскости падения излучения, направлены от грани 6 и, распространяясь в окружающей среде 7, блокируются экраном 8. Направляемые цилиндрической поверхностью грани 6, ПП, вследствие радиационных и джоулевых потерь, затухают по экспоненциальному закону. Ввиду того, что радиус кривизны R грани 6 выбирают превышающим 10·λ, радиационные потери ИК ПП пренебрежимо малы по сравнению с тепловыми (Hasegawa К., Nockel J.U., Deutsch М. Surface plasmon-polariton propagation around bends at a metal-dielectric interface // Applied Physics Letters, 2004, v. 84(11), p. 1835-1837) [10]. Достигнув линии сопряжения грани 6 и направляющей грани образца 5, ПП переходят на последнюю из этих граней, проходят под экраном 8 и падают на отражающую грань зеркала 9. На эту же грань зеркала 9 падает прошедший через линию задержки 10, состоящую из зеркал 11 и 12, опорный пучок, распространяющийся параллельно треку ПП в пределах глубины проникновения поля плазмонов в среду 7 и интенсивность которого можно плавно регулировать поляризатором 13. В результате взаимодействия с зеркалом 9 ПП получают отрицательный импульс, достаточный для преобразования ПП в пучок ОВ (Gerasimov V.V., Knyazev В.А., Kotelnikov I.A., Kulipanov G.N., Nikitin A.K., et al. Surface plasmon polaritons launched using a terahertz free electron laser // J. of the Optical Soc. of America (B), 2013, v. 30, No. 8, p. 2182-2190) [11], распространяющийся вдоль нормали к направляющей поверхности. В этом же направлении зеркалом 9 отражается и опорный пучок. Оба пучка ОВ фокусируются объективом 14 на входную апертуру детектора 15, ограниченную диафрагмой 16. Будучи когерентными, пучки интерферируют и порождают в детекторе 15 ток, пропорциональный результирующей интенсивности:The spectrometer works as follows. The beam of radiation from the source 1 by the mirror 2 is directed to the beam splitter 3, splitting the source beam into a measuring beam and a reference beam. The measuring beam is incident on the mirror 4, focusing the radiation in a line coinciding with the edge of the sample 5, formed by face 6 and cutting it adjacent to a flat face. Due to diffraction by the edge, the radiation of the measuring beam with an efficiency of up to 90% is converted into PP (Stegeman GI, Wallis RF, Maradudin A.A. Excitation of surface polaritons by end-fire coupling // Optics Letters, 1983, v. 8 (7), p. 386-388) [9] and generates a fan of spurious body waves (S). These OBs lie in the plane of radiation incidence, are directed from face 6 and, propagating in the environment 7, are blocked by screen 8. The faces 6 guided by the cylindrical surface, due to radiation and joule losses, decay exponentially. Due to the fact that the radius of curvature R of face 6 is chosen to exceed 10 · λ, the radiation losses of IR PP are negligible compared to thermal (Hasegawa K., Nockel JU, Deutsch M. Surface plasmon-polariton propagation around bends at a metal-dielectric interface / / Applied Physics Letters, 2004, v. 84 (11), p. 1835-1837) [10]. Having reached the interface line between face 6 and the guide face of sample 5, the PPs go to the last of these faces, pass under the screen 8 and fall on the reflecting face of the mirror 9. The passed through the delay line 10 consisting of mirrors 11 and 12 falls onto the same face of the mirror 9 , a reference beam propagating parallel to the PP track within the depth of penetration of the plasmon field into the medium 7 and the intensity of which can be smoothly controlled by the polarizer 13. As a result of interaction with the mirror 9, the PP receive a negative momentum sufficient to transform penetration of radiation into the OM beam (Gerasimov VV, Knyazev V.A., Kotelnikov IA, Kulipanov GN, Nikitin AK, et al. Surface plasmon polaritons launched using a terahertz free electron laser // J. of the Optical Soc. of America (B ), 2013, v. 30, No. 8, p. 2182-2190) [11], propagating along the normal to the guide surface. In the same direction, the mirror 9 also reflects the reference beam. Both OB beams are focused by the lens 14 onto the input aperture of the detector 15, limited by the diaphragm 16. Being coherent, the beams interfere and generate a current in the detector 15 proportional to the resulting intensity:

где х - расстояние, пройденное ПП по плоской (направляющей) грани образца 5; I₁ - интенсивность опорного пучка, не зависящая от координаты х; I_o - интенсивность поля ПП на линии сопряжения цилиндрической грани и направляющей грани образца 5; α=κ_o·κ″ - коэффициент затухания ПП; k_о=2π/λ; Δφ=k_о·x·(κ′-n) - разность фаз между ОВ опорного пучка и ОВ, порожденных ПП. С детектора 15 электрический сигнал поступает в устройство накопления и обработки информации 17. По мере перемещения платформы 18 вдоль трека ПП, величина фазового сдвига Δφ изменяется, ввиду различия показателей преломления ПП и ОВ опорного пучка, равных κ′ и n, соответственно. Период Λ интерферограммы, регистрируемой при перемещении платформы 18, неизменен, а его значение позволяет устройству 17 рассчитать показатель преломления ПП по формуле:where x is the distance traveled by PP along the flat (guide) face of sample 5; I ₁ is the intensity of the reference beam, independent of the x coordinate; I _o - the intensity of the PP field on the interface line of the cylindrical face and the guide face of sample 5; α = κ _o · κ ″ - PP attenuation coefficient; k _o = 2π / λ; Δφ = k _о · x · (κ′-n) is the phase difference between the OB of the reference beam and the OB generated by the PP. From the detector 15, the electric signal enters the information storage and processing device 17. As the platform 18 moves along the PP track, the phase shift Δφ changes due to the difference in the refractive indices of the PP and the OB of the reference beam, equal to κ ′ and n, respectively. The period Λ of the interferogram recorded when moving the platform 18 is unchanged, and its value allows the device 17 to calculate the refractive index of the PP by the formula:

Показатель же поглощения ПП κ″ устройство 17 рассчитывает по значениям интенсивности I_m1 и I_m2 в двух различных максимумах интерферограммы по следующей формуле:The absorption rate PP PP κ ″ device 17 calculates the values of the intensity I _m1 and I _m2 at two different maxima of the interferogram according to the following formula:

где x₁ и x₂ - координаты соответствующих максимумов, причем х₂>х₁.where x ₁ and x ₂ are the coordinates of the corresponding maxima, and x ₂ > x ₁ .

Подставляя найденные значения κ′ и κ″ в дисперсионное уравнение ПП для трехслойной структуры [1, 2], устройство 17 рассчитывает два ее параметра, например толщину и показатель преломления переходного слоя, или комплексную диэлектрическую проницаемость материала образца 5.Substituting the found values of κ ′ and κ ″ into the PP dispersion equation for a three-layer structure [1, 2], device 17 calculates two of its parameters, for example, the thickness and refractive index of the transition layer, or the complex permittivity of the material of sample 5.

Отметим, что поворотный поляризатор 13 введен в схему прибора для регулирования контраста интерферограммы, а линия задержки 10 - для оперативного регулирования разности хода оптических путей пучков.Note that the rotary polarizer 13 is introduced into the device circuit for controlling the contrast of the interferogram, and the delay line 10 is used for the operational control of the difference in the path of the optical paths of the beams.

В качестве примера применения заявляемого устройства, как и в прототипе, рассмотрим возможность определения с его помощью диэлектрической проницаемости алюминия (Al) в диапазоне λ, от 30 до 100 мкм. Для этого воспользуемся известной методикой определения оптических постоянных металлов в ИК-области спектра по характеристикам ПП (Жижин Г.Н., Москалева М.А., Шомина Е.В., Яковлев В.А. Оптические постоянные меди, полученные по распространению поверхностных электромагнитных волн // ФТТ, 1979, т. 21(9), с. 2828-2831) [12]. Основная идея методики состоит в нанесении на поверхность образца тонкого диэлектрического покрытия, что обуславливает увеличение обеих частей комплексного показателя преломления ПП и позволяет определить их значения, выполняя измерения на образцах приемлемых (для лабораторных условий) размеров.As an example of the application of the inventive device, as in the prototype, we consider the possibility of determining with its help the dielectric constant of aluminum (Al) in the range λ, from 30 to 100 microns. To do this, we will use the well-known method for determining the optical constants of metals in the IR region of the spectrum from the characteristics of PP (Zhizhin G.N., Moskaleva M.A., Shomina E.V., Yakovlev V.A. waves // FTT, 1979, v. 21 (9), pp. 2828-2831) [12]. The main idea of the technique is to apply a thin dielectric coating to the surface of the sample, which leads to an increase in both parts of the complex refractive index of PP and allows us to determine their values by performing measurements on samples of acceptable (for laboratory conditions) sizes.

Пусть Al образец с плоской поверхностью длиной 30 см имеет толщину 8,8 мм, что позволяет закруглить его торцовую грань цилиндрической поверхностью радиусом 30 мм, имеющей длину 45° дуги в плоскости падения излучения, равную 23,5 мм. В качестве диэлектрического покрытия выберем слой германия (Ge) толщиной 0,7 мкм, поскольку в дальнем ИК-диапазоне этот материал обладает слабой дисперсией и пренебрежимо малыми потерями: при изменении λ от 100 мкм до 30 мкм показатель преломления Ge варьируется лишь в третьем знаке после запятой: от 4,004 до 4,005; а его показатель поглощения равен 1·10^-4 при λ=30 мкм и 1·10^-3 при λ=100 мкм (Handbook of optical constants of solids. Ed. by E.D. Palik // Academic Press, San Diego, USA, 1998. - 804 p.) [13]. Окружающая среда - воздух (с n=1,0002726) (Справочник "Физические величины" // М.: Энергоатомиздат, 1991. - 575 с.) [14]. Диэлектрическую проницаемость Аl будем рассчитывать по модели Друде, хорошо «работающей» в ИК-диапазоне, полагая плазменную частоту Al ν_p=660 см^-1 и столкновительную частоту свободных электронов ν_τ=119000 см^-1 (Ordal М.А., Long L.L., Bell R.J. et al. Optical properties of the metals Al, Co, Cu, Au, Fe, Pb, Ni, Pd, Pt, Ag, Ti and W in the infrared and far infrared // Applied Optics, 1983, v. 22, No. 7, p. 1099-1119) [15]. Используя дисперсионное уравнение ПП для трехслойной структуры по ее вышеуказанным параметрам, рассчитаем зависимости κ′(λ) и κ″(λ) в выбранном диапазоне λ.Let an Al sample with a flat surface 30 cm long have a thickness of 8.8 mm, which makes it possible to round its end face with a cylindrical surface with a radius of 30 mm, having a 45 ° arc length in the plane of incidence of radiation equal to 23.5 mm. As a dielectric coating, we choose a germanium (Ge) layer with a thickness of 0.7 μm, since in the far infrared region this material has a weak dispersion and negligible losses: when λ varies from 100 μm to 30 μm, the Ge refractive index varies only in the third digit after comma: from 4.004 to 4.005; and its absorption coefficient is 1 · 10 ^-4 at λ = 30 μm and 1 · 10 ^-3 at λ = 100 μm (Handbook of optical constants of solids. Ed. by ED Palik // Academic Press, San Diego, USA, 1998 . - 804 p.) [13]. The environment is air (with n = 1,0002726) (Handbook "Physical quantities" // M .: Energoatomizdat, 1991. - 575 p.) [14]. The dielectric constant Al will be calculated according to the Drude model, which works well in the IR range, assuming the plasma frequency Al ν _p = 660 cm ^-1 and the collision frequency of free electrons ν _τ = 119000 cm ^-1 (Ordal MA, Long LL , Bell RJ et al. Optical properties of the metals Al, Co, Cu, Au, Fe, Pb, Ni, Pd, Pt, Ag, Ti and W in the infrared and far infrared // Applied Optics, 1983, v. 22 , No. 7, p. 1099-1119) [15]. Using the dispersion equation PP for a three-layer structure according to its above parameters, we calculate the dependences κ ′ (λ) and κ ″ (λ) in the selected range λ.

На Фиг. 2 приведена зависимость I(х), рассчитанная по формуле (1) для структуры «Аl - слой Ge толщиной 0,7 мкм - воздух» при λ=100 мкм. Располагая таким графиком, представляющим собой интерферограмму, полученную при перемещении платформы 10 вдоль поверхности образца 5, можно определить как κ′, так и κ″. Так, например, из графика на фиг. 2 следует, что период интерферограммы Λ=10,675 см, что соответствует, согласно (2), κ′=1,00121. Интенсивности же в первом I_m1 и, например, в пятом I_m5 максимумах равны 3,275 при x₁=10,565 см и 2,739 при х₂=21,240 см, соответственно. Подставив значения I_m1, I_m5, x₁ и x₂ в формулу (3), получим, что κ″=6,3·10^-5. Располагая найденными значениями κ′ и κ″, решают дисперсионное уравнение ПП относительно диэлектрической проницаемости материала образца. Так, в рассматриваемом примере получим значение диэлектрической проницаемости алюминия при λ=100 мкм равное ε_Al=ε′+j·ε″=-31780+i·209745.In FIG. Figure 2 shows the dependence I (x) calculated by formula (1) for the structure “Al - Ge layer 0.7 μm thick - air" at λ = 100 μm. Having such a graph, which is an interferogram obtained by moving the platform 10 along the surface of sample 5, it is possible to determine both κ ′ and κ ″. For example, from the graph in FIG. 2 it follows that the interferogram period is Λ = 10.675 cm, which corresponds, according to (2), κ ′ = 1.00121. The intensities in the first I _m1 and, for example, in the fifth I _m5 maxima are 3.275 at x ₁ = 10.565 cm and 2.739 at x ₂ = 21.240 cm, respectively. Substituting the values of I _m1 , I _m5 , x ₁ and x ₂ in the formula (3), we obtain that κ ″ = 6.3 · 10 ^-5 . Having found the values of κ ′ and κ ″, the dispersion equation of the PP is solved with respect to the dielectric constant of the sample material. So, in this example, we obtain the dielectric constant of aluminum at λ = 100 μm equal to ε _Al = ε ′ + j · ε ″ = - 31780 + i · 209745.

С уменьшением λ-излучения источника, в качестве которого может быть использован, например, перестраиваемый по частоте излучения лазер на свободных электронах (Knyazev В.А., Kulipanov G.N., Vinokurov N.A. Novosibirsk terahertz free electron laser: instrumentation development and experimental achievements // Meas. Sci. Technol., 2010, v. 21, 054017) [16] или квантово-каскадный лазер (Rostami A., Rasooli H., Baghban H. Terahertz and Infrared Quantum Cascade Lasers // In "Terahertz Technology: Fundamentals and Applications", Lecture Notes in Electrical Engineering, v. 77, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2011. - p. 191-238) [17], период интерферограммы уменьшается, а затухание ПП - увеличивается. Так, при λ=30 мкм имеем Λ=0,238 см (что соответствует κ′=1,01286) и α=0,96 см^-1 (что соответствует κ″=4,6·10^-4). Выполнив для всего рабочего диапазона частот измерения I(х) и расчеты, аналогичные вышеописанным, получают искомые спектры ε′ и ε″, приведенные на фиг. 2 описания патента (Жижин Г.Н., Никитин А.К., Балашов А.А., Рыжова Т.А. Плазмонный спектрометр терагерцового диапазона для исследования проводящей поверхности // Патент РФ на изобретение №2318192. Бюл. №6 от 27.02.2008 г.) [18].With a decrease in the λ-radiation of the source, which can be used, for example, a free-electron laser tunable in frequency (Knyazev V.A., Kulipanov GN, Vinokurov NA Novosibirsk terahertz free electron laser: instrumentation development and experimental achievements // Meas . Sci. Technol., 2010, v. 21, 054017) [16] or a quantum cascade laser (Rostami A., Rasooli H., Baghban H. Terahertz and Infrared Quantum Cascade Lasers // In "Terahertz Technology: Fundamentals and Applications ", Lecture Notes in Electrical Engineering, v. 77, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2011. - p. 191-238) [17], the interferogram period decreases, and the attenuation of the PP increases. So, at λ = 30 μm, we have Λ = 0.238 cm (which corresponds to κ ′ = 1.01286) and α = 0.96 cm ^-1 (which corresponds to κ ″ = 4.6 · 10 ^-4 ). Having performed measurements of I (x) for the entire operating frequency range and calculations similar to those described above, the desired spectra ε ′ and ε ″ shown in FIG. 2 patent descriptions (Zhizhin G.N., Nikitin A.K., Balashov A.A., Ryzhova T.A. Plasmon terahertz spectrometer for the study of the conductive surface // RF patent for the invention No. 2318192. Bull. No. 6 of 27.02 .2008) [18].

Повышение точности измерений спектрометром достигается в результате устранения засветок фотодетектора паразитным объемным излучением, порождаемым как в процессе преобразования ОВ→ПП, так и при дифракции ПП на неоднородностях поверхности реального образца. Первая разновидность паразитных засветок устраняется путем придания торцовой грани образца цилиндрической формы, что позволяет не только экранировать детектор от объемных волн, возникающих при дифракции излучения источника на ребре этой грани, но и - минимизировать излучательные потери ПП на искривленном участке поверхности образца (за счет увеличения радиуса кривизны) по сравнению с методом преобразования ОВ→ПП, предполагающим использование образца с сопряженными скругленным ребром плоскими гранями, одна из которых содержит волноводный элемент согласования [11]. Кроме того, использование в качестве элемента преобразования ребра образца позволяет значительно повысить (до 90%) эффективность генерации ПП излучением внешнего (относительно образца) источника по сравнению с примененным в прототипе апертурным методом преобразования ОВ→ПП. Использование поглощающего экрана 8 позволяет избавиться от паразитных засветок детектора 15, обусловленных переотражением дифрагировавшего излучения источника 1 от окружающих предметов. Вторая разновидность паразитных засветок (ОВ, порождаемые самими ПП при дифракции на неоднородностях поверхности образца) устраняется путем применения фокусирующего объектива 14 в комплексе с регулируемой диафрагмой 16 при условии размещения детектора 15 в фокусе объектива. Такие паразитные ОВ распространяются под углом к направляющей грани и поэтому падают на объектив 14 отклоненными от его главной оптической оси. В результате паразитные ОВ второго вида блокируются диафрагмой 16 или, при малом отклонении таких ОВ от оси объектива, не попадают во входное отверстие детектора 15. Как показал эксперимент, выполнение измерений без применения предлагаемых в настоящем изобретении мер по защите фотодетектора от паразитных засветок приводит к шумам на зависимости I(х), достигающим десятков процентов от уровня сигнала, регистрируемого при перекрытии опорного пучка (Zhizhin G.N., Nikitin А.К., Bogomolov G.D., et al. Absorption of surface plasmons in "metal-cladding layer-air" structure at terahertz frequencies // Infrared Physics & Technologies, 2006, v. 49, No. 1-2, p. 108-112) [19].An increase in the accuracy of measurements with a spectrometer is achieved by eliminating photodetector flare by parasitic volume radiation generated both in the process of ОВ → ПП conversion and in the case of diffraction of ПП on inhomogeneities of the surface of a real sample. The first type of spurious illumination is eliminated by giving the end face of the sample a cylindrical shape, which allows not only to shield the detector from body waves arising from the diffraction of the radiation of the source on the edge of this face, but also to minimize the radiative loss of PP on the curved portion of the surface of the sample (by increasing the radius curvature) compared with the OB → PP conversion method, which involves the use of a sample with flat faces conjugated with a rounded edge, one of which contains a wave odny matching element [11]. In addition, using the edges of the sample as a conversion element can significantly increase (up to 90%) the efficiency of PP generation by radiation from an external (relative to the sample) source compared to the aperture method of transformation ОВ → ПП used in the prototype. The use of an absorbing screen 8 allows you to get rid of spurious illumination of the detector 15, due to the re-reflection of the diffracted radiation of the source 1 from surrounding objects. The second type of spurious illumination (OM generated by the PP itself during diffraction by inhomogeneities of the sample surface) is eliminated by using a focusing lens 14 in combination with an adjustable aperture 16 provided that the detector 15 is in focus of the lens. Such parasitic agents propagate at an angle to the guide face and therefore fall on the lens 14 deviated from its main optical axis. As a result, parasitic second-order OBs are blocked by the diaphragm 16 or, when such OBs are small deviated from the lens axis, do not fall into the inlet of the detector 15. As shown by the experiment, taking measurements without using the measures proposed in the present invention to protect the photodetector from spurious illumination leads to noise on the dependence I (x), reaching tens of percent of the signal level recorded when the reference beam is blocked (Zhizhin GN, Nikitin AK, Bogomolov GD, et al. Absorption of surface plasmons in "metal-cladding layer-air" structure at terahertz frequencies // Infrared Physics & Tec hnologies, 2006, v. 49, No. 1-2, p. 108-112) [19].

Таким образом, использование в заявляемом устройстве ребра образца в качестве элемента преобразования излучения источника в ПП, образованного его цилиндрической торцовой гранью и плоской гранью, параллельной направляющей ПП грани, а также - поглощающего экрана, край которого, обращенный к направляющей грани, удален от нее на расстояние не меньше глубины проникновения поля ПП в окружающую среду, и фокусирующего объектива, снабженного регулируемой диафрагмой, позволяет повысить точность измерений путем повышения соотношения сигнал/шум в результате уменьшения знаменателя этого соотношения.Thus, the use in the claimed device of the ribs of the sample as an element of the conversion of the radiation of the source into the PP, formed by its cylindrical end face and a flat face parallel to the guide of the PP of the face, and also - the absorbing screen, the edge of which is facing the guide face, is removed from it by the distance is not less than the depth of penetration of the PP field into the environment, and a focusing lens equipped with an adjustable aperture allows to increase the accuracy of measurements by increasing the signal-to-noise ratio by reducing the denominator of this ratio.

Источники информацииInformation sources

1. Maier S.A. Plasmonics: Fundamentals & Applications // Springer, 2007. - 223 p.1. Maier S.A. Plasmonics: Fundamentals & Applications // Springer, 2007 .-- 223 p.

2. Князев Б.А., Кузьмин A.B. Поверхностные электромагнитные волны: от видимого диапазона до микроволн // Вестник НГУ(Физика), 2007, т. 2, Вып. 1, с. 108-122.2. Knyazev B.A., Kuzmin A.B. Surface electromagnetic waves: from the visible range to microwaves // Bulletin of NSU (Physics), 2007, v. 2, Issue. 1, p. 108-122.

3. Zhizhin G.N., Yakovlev V.A. Broad-band spectroscopy of surface electromagnetic waves // Physics Reports, 1990, v. 194, No. 5/6, p. 281-289.3. Zhizhin G.N., Yakovlev V.A. Broad-band spectroscopy of surface electromagnetic waves // Physics Reports, 1990, v. 194, No. 5/6, p. 281-289.

4. Zhizhin G.N., Alieva E.V., Kuzik L.A., Yakovlev V.A., Shkrabo D.M., Van der Meer A.F.G., Van der Wiel M.J. Free-electron laser for infrared SEW characterization surfaces of conducting and dielectric solids and nm films on them // Applied Physics (A), 1998, v. 67, p. 667-673.4. Zhizhin G.N., Alieva E.V., Kuzik L.A., Yakovlev V.A., Shkrabo D.M., Van der Meer A.F.G., Van der Wiel M.J. Free-electron laser for infrared SEW characterization surfaces of conducting and dielectric solids and nm films on them // Applied Physics (A), 1998, v. 67, p. 667-673.

5. Bogomolov G.D., Jeong U.Y., Zhizhin G.N., Nikitin A.K., et al. First experiments on application of free-electron laser terahertz radiation for optical control of metal surfaces // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2005, №5, с. 57-63.5. Bogomolov G. D., Jeong U. Y., Zhizhin G. N., Nikitin A.K., et al. First experiments on application of free-electron laser terahertz radiation for optical control of metal surfaces // Surface. X-ray, synchrotron and neutron studies, 2005, No. 5, p. 57-63.

6. Жижин Г.Н., Никитин А.К., Рыжова Т.Н. Способ определения диэлектрической проницаемости металлов в инфракрасном диапазоне спектра // Патент РФ на изобретение №2263923. Бюл. №31 от 10.11.2005 г.6. Zhizhin G.N., Nikitin A.K., Ryzhova T.N. The method for determining the dielectric constant of metals in the infrared range of the spectrum // RF patent for the invention No. 2263923. Bull. No.31 of November 10, 2005

7. Никитин А.К., Жижин Г.Н., Кирьянов А.П., Князев Б.А., Хитров О.В. Инфракрасный амплитудно-фазовый плазмонный спектрометр // Патент РФ на изобретение №2477841. Бюл. №8 от 20.03.2013 г. (Прототип).7. Nikitin A.K., Zhizhin G.N., Kiryanov A.P., Knyazev B.A., Khitrov O.V. Infrared amplitude-phase plasmon spectrometer // RF patent for the invention No. 2477841. Bull. No. 8 dated 03/20/2013 (Prototype).

8. Герасимов В.В., Князев Б.А., Никитин А.К. Способ индикации дифракционных спутников поверхностных плазмонов терагерцового диапазона // Письма в ЖТФ, 2010, т. 36, вып. 21, с. 93-101.8. Gerasimov VV, Knyazev B.A., Nikitin A.K. A method for indicating diffraction satellites of surface plasmons in the terahertz range // Letters in ZhTF, 2010, v. 36, no. 21, p. 93-101.

9. Stegeman G.I., Wallis R.F., Maradudin А.А. Excitation of surface polaritons by end-fire coupling // Optics Letters, 1983, v. 8(7), p. 386-388.9. Stegeman G.I., Wallis R.F., Maradudin A.A. Excitation of surface polaritons by end-fire coupling // Optics Letters, 1983, v. 8 (7), p. 386-388.

10. Hasegawa K., Nockel J.U., Deutsch M. Surface plasmon-polariton propagation around bends at a metal-dielectric interface // Applied Physics Letters, 2004, v. 84(11), p. 1835-1837.10. Hasegawa K., Nockel J.U., Deutsch M. Surface plasmon-polariton propagation around bends at a metal-dielectric interface // Applied Physics Letters, 2004, v. 84 (11), p. 1835-1837.

11. Gerasimov V.V., Knyazev B.A., Kotelnikov I.A., Kulipanov G.N., Nikitin A.K., et al. Surface plasmon polaritons launched using a terahertz free electron laser // J. of the Optical Soc. of America (B), 2013, v. 30, No. 8, p. 2182-2190.11. Gerasimov V.V., Knyazev B.A., Kotelnikov I.A., Kulipanov G.N., Nikitin A.K., et al. Surface plasmon polaritons launched using a terahertz free electron laser // J. of the Optical Soc. of America (B), 2013, v. 30, No. 8, p. 2182-2190.

12. Жижин Г.Н., Москалева M.A., Шомина E.В., Яковлев В.А. Оптические постоянные меди, полученные по распространению поверхностных электромагнитных волн // ФТТ, 1979, т. 21(9), с. 2828-2831.12. Zhizhin G.N., Moskaleva M.A., Shomina E.V., Yakovlev V.A. Optical constants of copper obtained by the propagation of surface electromagnetic waves // FTT, 1979, v. 21 (9), p. 2828-2831.

13. Handbook of optical constants of solids. Ed. by E.D. Palik // Academic Press, San Diego, USA, 1998. - 804 p.13. Handbook of optical constants of solids. Ed. by E.D. Palik // Academic Press, San Diego, USA, 1998 .-- 804 p.

14. Справочник "Физические величины" // M.: Энергоатомиздат, 1991. - 575 с. 14. Handbook "Physical quantities" // M .: Energoatomizdat, 1991. - 575 p.

15. Ordal М.А., Long L.L., Bell R.J. et al. Optical properties of the metals Al, Co, Cu, Au, Fe, Pb, Ni, Pd, Pt, Ag, Ti and W in the infrared and far infrared // Applied Optics, 1983, v. 22, No. 7, p. l099-1119.15. Ordal M.A., Long L.L., Bell R.J. et al. Optical properties of the metals Al, Co, Cu, Au, Fe, Pb, Ni, Pd, Pt, Ag, Ti and W in the infrared and far infrared // Applied Optics, 1983, v. 22, No. 7, p. l099-1119.

16. Knyazev B.A., Kulipanov G.N., Vinokurov N.A. Novosibirsk terahertz free electron laser: instrumentation development and experimental achievements // Meas. Sci. Technol., 2010, v. 21, 054017.16. Knyazev B.A., Kulipanov G.N., Vinokurov N.A. Novosibirsk terahertz free electron laser: instrumentation development and experimental achievements // Meas. Sci. Technol., 2010, v. 21, 054017.

17. Rostami A., Rasooli H., Baghban H. Terahertz and Infrared Quantum Cascade Lasers // In "Terahertz Technology: Fundamentals and Applications", Lecture Notes in Electrical Engineering, v. 77, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2011. - p. 191-238.17. Rostami A., Rasooli H., Baghban H. Terahertz and Infrared Quantum Cascade Lasers // In "Terahertz Technology: Fundamentals and Applications", Lecture Notes in Electrical Engineering, v. 77, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2011 .-- p. 191-238.

18. Жижин Г.Н., Никитин A.K., Балашов А.А., Рыжова Т.А. Плазмонный спектрометр терагерцового диапазона для исследования проводящей поверхности // Патент РФ на изобретение №2318192. Бюл. №6 от 27.02.2008 г.18. Zhizhin G.N., Nikitin A.K., Balashov A.A., Ryzhova T.A. A terahertz plasmon spectrometer for studying a conductive surface // RF Patent for the invention No. 2318192. Bull. No.6 of February 27, 2008

19. Zhizhin G.N., Nikitin А.К., Bogomolov G.D., et al. Absorption of surface plasmons in "metal-cladding layer-air" structure at terahertz frequencies // Infrared Physics & Technologies, 2006, v. 49, No. 1-2, p. 108-112.19. Zhizhin G.N., Nikitin A.K., Bogomolov G. D., et al. Absorption of surface plasmons in "metal-cladding layer-air" structure at terahertz frequencies // Infrared Physics & Technologies, 2006, v. 49, No. 1-2, p. 108-112.

Claims

An infrared amplitude-phase plasmon spectrometer containing a frequency-tunable source of p-polarized monochromatic radiation, a flat and cylindrical focusing mirror, a solid-state planar conducting sample, an element for converting the radiation of a source into surface plasmons (PP), an opaque screen placed in a non-absorbing environment, oriented perpendicularly PP track, and a photo detector coupled to an information processing device and mounted on a track moved along platform, characterized in that facing the guide faces PP test sample screen region removed from it by a distance not less than the penetration depth PP in the environment; in addition, the spectrometer additionally contains an adjustable delay line, a rotatable polarizer, a flat mirror mounted on the platform, the reflecting face of which is adjacent to the guide face of the sample under study, tilted to it at an angle of 45 ° and oriented perpendicular to the track, focusing lens and mounted in front of the photodetector inlet adjustable diaphragm, as well as a volume radiation beam separator located in the path of radiation incident on the sample at the level of an inclined mirror; in addition, the end face of the sample perpendicular to the plane of incidence of radiation and adjacent to the guiding face has a cylindrical surface whose axis is parallel to the guiding face and lies in a plane containing the interface line between the cylindrical and flat faces, and the distance from this line to the axis is equal to the radius of curvature a cylindrical surface, and the length of the arc containing the PP track on this surface is less than ten propagation lengths of the PP.