SU1557490A1

SU1557490A1 - Device for measuring polarizing characteristics

Info

Publication number: SU1557490A1
Application number: SU874286165A
Authority: SU
Inventors: Леонид Михайлович Асиновский; Максим Леонидович Александров; Александр Львович Мельцин; Вольфганг Готтшалл; Рейнхард Кирш; Фолькмар Наумбургер
Original assignee: Научно-Техническое Объединение Ан Ссср; Центр Научного Приборостроения Ан Гдр (Инопредприятие)
Priority date: 1987-06-23
Filing date: 1987-06-23
Publication date: 1990-04-15

Abstract

Изобретение относитс к оптическим приборам, в частности к пол ризационным приборам, и может найти применение при исследовании и контроле физических характеристик поверхностных структур, многослойных покрытий, при решении других задач спектроэллипсометрии. Целью изобретени вл етс повышение точности измерени динамических пол ризационных характеристик. Световой поток, проход щий последовательно через два фотоупругих модул тора 1 и 2, пол ризационно модулируетс на частотах F₁ и F₂ соответственно, имеющих общую субгармонику. Это приводит к периодичности измер емого электронным блоком 6 электрического сигнала фотоприемника 4 и позвол ет реализовать высокоточную цифровую измерительную систему. Пол ризационные характеристики рассчитываютс центральным процессором 17 по амплитудам четырех гармонических составл ющих электрического сигнала: на удвоенной минимальной частоте модул ции 2 F₂ The invention relates to optical devices, in particular to polarization devices, and can be used in the study and control of the physical characteristics of surface structures, multilayer coatings, in solving other problems of spectroellipsometry. The aim of the invention is to improve the accuracy of measurement of dynamic polarization characteristics. The luminous flux passing successively through two photoelastic modulators 1 and 2 is polarized modulated at frequencies F ₁ and F _2, respectively, having a common subharmonic. This leads to the periodicity of the electrical signal of the photodetector 4 measured by the electronic unit 6 and allows to realize a high-precision digital measuring system. The polarization characteristics are calculated by the central processor 17 by the amplitudes of the four harmonic components of the electrical signal: at twice the minimum modulation frequency of 2 F ₂

на частоте, равной сумме или разности частот модул ции (F₁±F₂)at a frequency equal to the sum or difference of the modulation frequencies (F ₁ ± F ₂ )

на частоте, равной сумме или разности удвоенной максимальной и минимальной частот модул ции (2F₁±F₂) и посто нной составл ющей. Управление работой устройства осуществл етс внешней ЭВМ 18. 1 ил.at a frequency equal to the sum or difference of twice the maximum and minimum modulation frequencies (2F ₁ ± F ₂ ) and the constant component. The operation of the device is controlled by an external computer 18. 1 Il.

Description

сигнала фотоприемника 4 и позвол ет реализовать высокоточную цифровую измерительную систему. Пол ризационные характеристики рассчитываютс цент- t ральным процессором 17 по амплитудам четырех гармонических составл ющих электрического сигнала: на удвоенной минимальной частоте модул ми 2f 2 $signal from the photodetector 4 and allows you to implement a high-precision digital measuring system. The polarization characteristics are calculated by the central processor 17 by the amplitudes of the four harmonic components of the electrical signal: at a doubled minimum frequency of 2f 2 $

на частоте, равной сумме или разности частот модул ции (ftЈf ); на частоте , равной сумме или разности удвоенной максимальной и минимальной частот модул ции (2f1tf) и посто н- ной составл ющей. Управление работой устройства осуществл етс внешней ЭВМ 18. 1 ил.at a frequency equal to the sum or difference of the modulation frequencies (ftЈf); at a frequency equal to the sum or difference of twice the maximum and minimum modulation frequencies (2f1tf) and the constant component. The operation of the device is controlled by an external computer 18. 1 Il.

Изобретение относитс к оптическим приборам, в частности к пол ри- зационнвбй приборам, и может быть использовано при исследовании и контроле физических характеристик поверхностных структур, многослойных покрытий, а также при решении других традиционньрс задач спектро- эллипсометрии. .The invention relates to optical devices, in particular, to polarization devices, and can be used in the study and control of the physical characteristics of surface structures, multilayer coatings, as well as in solving other traditional problems of spectro-ellipsometry. .

Целью изобретени вл етс повышение точности измерени динамических пол ризационных характеристик.The aim of the invention is to improve the accuracy of measurement of dynamic polarization characteristics.

На чертеже представлена схема устройства дл измерени пол ризационных характеристик.The drawing shows a diagram of a device for measuring polarization characteristics.

Устройство содержит два фотоупругих модул тора 1 и 2, модулирую- .щих проход щую световую волну на частотах f,, и f 2 соответственно, анализатор 3, блок 4 фотоприемника, усилитель 5, электронный блок 6, включающий центральный тактовый генератор 7, два делител 8.1-8.2 частоты, два синтезатора 9.1-9.2 частоты , формирующие управл ющие напр жени на частотах f1 и f4, схему 10 совпадений, выдел ющую общую субгармонику , фильтр 11 нижних частот, аналого-цифровой преобразователь 12, блок 13 обработки информации, включающий арифметическое устройство 14 (микропроцессор), запоминающее устройство 15 измер емых значений, запоминающее устройство 16 коэффициентов (пам ть пр мого доступа), центральный процессор 17, внешнюю ЭВМ 18.The device contains two photoelastic modulators 1 and 2 modulating the transmitted light wave at frequencies f ,, and f 2, respectively, analyzer 3, unit 4 of the photoreceiver, amplifier 5, electronic unit 6, including a central clock generator 7, two dividers 8.1-8.2 frequencies, two synthesizers 9.1-9.2 frequencies that form control voltages at frequencies f1 and f4, a coincidence circuit 10 distinguishing a common subharmonic, a low-pass filter 11, an analog-to-digital converter 12, an information processing unit 13, including arithmetic device 14 (microprocess sor), memory of 15 measured values, memory of 16 coefficients (direct access memory), central processor 17, external computer 18.

Устройство дл измерени пол ризационных характеристик работает следующим образом.A device for measuring the polarization characteristics works as follows.

Исследуемое излучение последовательно проходит через фотоупругие модул торы 1 и 2, наведенные оптические оси которых развернуты на фиксированные азимутальные углы,например 90 и 45° соответственно, относительно оси пропускани анализа5The radiation under study passes successively through photoelastic modulators 1 and 2, the induced optical axes of which are rotated at fixed azimuthal angles, for example 90 and 45 °, respectively, relative to the axis of transmission of the analysis5

00

5five

00

5five

00

5five

00

5five

тора 3. Модул торы 1 и 2 осуществл ют пол ризационную модул цию излучени на двух кратных частотах f., и f-. После прохождени анализатора 3 пол ризационна модул ци преобразуетс в амплитудную модул цию светового потока, регистрируемого фотоприемником 4. Усиленный усилителем 5 электрический сигнал, поступающий на вход электронного блока 6, имеет сложный частотный спектр, содержащий гармоники с частотами nf + mf, где пит- любые целые числа. Верхн гранична частота фильтра 11 нижних частот по меньшей мере вдвое больше максимальной частоты модул ции светового потока ft. Отношение частот фотоупругих модул торов имеет посто нное значение, равное отношению коэффициентов делени делителей 8.1 и 8.2 частоты, например f1/f,. Аналого-цифровой преобразователь 12 отцифровывает ограниченный сверху по спектру фильтром 11 нижних частот электрический сигнал в моменты времени , которые определ ютс поступлением синхронизирующих импульсов с центрального тактового генератора 7. Блок 13 обработки информации с помощью микропроцессора 14 рассчитывает амплитуды следующих гармоник регистрируемого сигнала: на удвоенной минимальной частоте модул ции 2fг; на частоте, равной сумме или разности частот модул ции (f,±f4)j на частоте , равной сумме или разности удвоенной максимальной и минимальной частотами модул ции (2f,tf«) и посто нной составл ющей. При этом значени электрического сигнала в моменты поступлени тактовых импульсов с центрального тактового генератора 7 периодически суммируютс микропроцессором 14 со значени ми, измеренными в предыдущем цикле и хран щимис в запоминающем устройстве 15 измер емых значений. Амплитуды указанных гармоник электрического сигнала определ ютс путем умножени значений, хран щихс в запоминающем устройстве измеренных значений, на значени соответствующих функций, хран щихс в запоминающем устройстве 16 коэффициентов. Пол ризационные характеристики исследуемого излучени рассчитываютс с помощью центрального процессора 17. Управление работой устройства по заданной операторо программе осуществл етс внешней ЭВМ 18. Минимальна длительность цикла измерений определ етс периодом общей субгармоники частот модул ции f, и f выдел емой схемой 10 совпадений .torus 3. Modulators 1 and 2 carry out polarization modulation of radiation at two times the frequency f., and f-. After passing through the analyzer 3, the polarization modulation is converted into amplitude modulation of the light flux recorded by the photoreceiver 4. The electric signal amplified by the amplifier 5 arriving at the input of the electronic unit 6 has a complex frequency spectrum containing harmonics with frequencies nf + mf, where the feeds are any whole numbers. The upper cutoff frequency of the low pass filter 11 is at least twice the maximum modulation frequency of the light flux, ft. The frequency ratio of photoelastic modulators has a constant value equal to the ratio of the division factors of the 8.1 and 8.2 frequency dividers, for example, f1 / f ,. Analog-to-digital converter 12 digitizes an electrical signal limited from above by a low-pass filter 11 at times determined by the arrival of synchronizing pulses from the central clock generator 7. The information processing unit 13 uses a microprocessor 14 to calculate the amplitudes of the following harmonics of the recorded signal: at twice the minimum modulation frequency 2fg; at a frequency equal to the sum or difference of the modulation frequencies (f, ± f4) j at a frequency equal to the sum or difference of twice the maximum and minimum modulation frequencies (2f, tf ') and the constant component. At the same time, the values of the electrical signal at the time of arrival of the clock pulses from the central clock generator 7 are periodically summed by the microprocessor 14 with the values measured in the previous cycle and stored in the memory 15 of the measured values. The amplitudes of these electrical signal harmonics are determined by multiplying the values stored in the memory of the measured values by the values of the corresponding functions stored in the memory 16 of the coefficients. The polarization characteristics of the radiation under study are calculated using the central processor 17. The operation of the device according to a given operator program is carried out by an external computer 18. The minimum duration of the measurement cycle is determined by the period of the common subharmonic of the modulation frequency f, and f by the selected 10 coincidences.

Claims

Thus, an increase in the accuracy of measurements of dynamic polarization characteristics is achieved due to the fact that the modulation frequencies f1 and f.j are chosen so that they have a common subharmonic. This leads to the periodicity of the measured signal and allows the implementation of a perfect and accurate measuring system. Invention Formula

A device for measuring polarization characteristics, including optically coupled two photoelastic modulators deployed at fixed azimuthal angles around the optical axis, an analyzer and a photodetector with an amplifier, characterized in that, in order to improve the accuracy of measurement of dynamic fields 0

five

0

five

0

five

Characteristics, the device additionally contains an external computer and an electronic unit including a central clock generator, two frequency dividers and two frequency synthesizers electrically connected with photoelastic modulators, respectively, a coincidence circuit, a low frequency filter, an analog-digital converter, an information processing unit, containing an arithmetic unit, a memory of measured values and a memory of coefficients, a central microprocessor, the output of which is central the clock generator is electrically connected to the clock inputs of the frequency dividers, analog-digital converter, arithmetic unit and microprocessor, the frequency dividers are electrically connected to the clock inputs of the frequency synthesizers and to both inputs of the coincidence circuit, and VH9D interrupt the microprocessor is electrically connected to the output of the coincidence circuit, and the output output - with the corresponding inputs of the frequency synthesizers; the output of the photodetector through the low-frequency filter is electrically connected to the analog ovym input of the analog-digital converter whose digital output from the arithmetic unit electrically coupled to address lines of information and information processing unit, and through the central microprocessor to the external computer.