SU1700388A1 - Способ поверки пол риметра с вращающимс анализатором - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано при метрологическом обеспечении по- л ризационно-оптических исследований с использованием пол риметров с вращающимс  анализатором. Цель изобретени  - повышение точности поверки и расширение класса повер емых пол риметров. Введение в пол риметр изотропного эталонного образца с модул цией интенсивности позвол ет повер ть пол риметры со сход щимс  световым пучком.

Description

Изобретение относитс  к метрологии и может быть использовано при метрологическом обеспечении пол ризационно-оптиче- ских исследований с использованием пол риметров с вращающимс  анализатором .

Метрологическое обеспечение измерений  вл етс  важнейшей составной частью процессов технологического контрол . Одним из эффективных способов контрол  параметров материалов и изделий  вл етс  пол ризационно-оптический метод, основанный на использовании пол рископа с вращающимс  анализатором и наход щий все более широкое распространение в различных област х науки и техники.

Известен способ калибровки и поверки пол риметров, основанный на введении в пол риметр эталонного образца (ЭО) с известной разностью хода и сравнений ее с измеренной величиной. Этот .способ настолько очевиден, что нигде не описан и базируетс  на общих принципах поверки

средств измерений, заключающихс  в измерении характеристик ЭО.

Недостатки этого способа состо т в следующем . ЭО дл  пол ризационных измерений представл ет собой пластинку из монокристаллического кварца, который,  вл  сь одноосным кристаллом, обладает естественным двулучепреломлением. Характеризующа  ЭО разность хода (5, указанна  в его паспорте, определ етс  дл  конкретной длины волныЛо монохроматического излучени , проход щего сквозь ЭО перпендикул рно его поверхности. Однако во многих случа х применени  пол риметров дл  контрол  свойств . материалов требуетс  локальность контрол  (например, при производстве микросхем), обеспечить которую можно лишь фокусиру  зондирующее излучение на объект контрол . Это означает, что зондирующее излучение представл ет собой сход щийс  пучок с достаточно большим углом сходимости. Ввод  в такой пучок ЭО, получим непредсказуемый

сл

с

XJ о о со

00 00

результат измерений, поскольку дл  лучей, проход щих сквозь ЭО под различными углами , будут различатьс  как длина пути сквозь ЭО, так и оптические свойства ЭО в силу его оптической анизотропии. Введение расчетных поправок на сходимость пучка практически нереально, поскольку, помимо очевидной сложности этой задачи, дл  ее решени  необходимо знать распределение интенсивности излучени  по сечению пучка. Погрешность измерений д в ЭО, обусловленна  сходимостью зондирующего излучени , может достигать дес тков процентов.

Кроме того, в случае отличи  длины волны зондирующего излучени  пол риметра Я от До , дл  которой определена разность хода ЭО, необходимо пересчитывать величину д дл  новой А с учетом дисперсии показателей преломлени  ЭО, что также вносит погрешность в измерени .

Цель изобретени  - повышение точности поверки и расширение класса повер емых пол риметров за счет пол риметров со сход щимс  световым пучком.

Дл  достижени  поставленной цели в способе поверки пол риметра с вращающимс  анализатором, включающем введение в пол риметр эталонного образца и регистрацию полной интенсивности I зондирующего светового луча, прошедшего вращающий анализатор, а также ее переменной составл ющей Д 1 на удвоенной частоте вращени  анализатора, в пол риметр поочередно ввод т два изотропных эталонных образца с известными коэффициентами пропускани  п и Тг соответственно , с частотой чередовани , равной удвоенной частоте вращени  анализатора, и суд т о погрешности Д измерений пол риметра по величине разности

А

Т1 - Г2 Л I

Г1

где ri TI ,

Физическа  сущность способа в следующем .

В пол риметре с вращающимс  анализатором зондирующее излучение пол ризовано по кругу, поэтому при любом положении вращающегос  с частотой со - 2лf анализатора , интенсивность света I, прошедшего сквозь него, одинакова, и переменна  составл юща  интенсивности ДI 0. При введении в пол риметр объекта, обладающего естественным или вынужденным двулучеп- реломлением, прошедшее сквозь этот объект излучение становитс , в общем случае, эллиптически пол ризованным. В этом случае интенсивность света, прошедшего вращающийс  анализатор, достигает максимума , когда ось пропускани  анализатора совпадает с большой осью эллипса пол ризации , и минимума при совпадении оси анализатора с малой осью эллипса пол ризации . В результате интенсивность прошедшего вращающийс  анализатор света оказываетс  промодулированной с частотой 2f, причем глубина модул ции Д1/1 св зана с величиной двулучепреломлени , характеризуемой разностью хода д, соотношением

l (2)

20

Таким образом, введение в пол риметр двулучепреломл ющего объекта приводит к модул ции интенсивности света, прошедшего вращающийс  анализатор, и измерение двулучепреломлени  д сводитс  к измерению величины A I/I. Поэтому ЭО двулучепреломлени , характеризующийс  величиной б , можно заменить изотропным ЭО,создающим модул цию интенсивности

25 зондирующего излучени  Д|/1, св занную с величиной д соотношением (2). Допустимость такой замены пр мого измерени  на косвенное подтверждаетс  тем что в отсутствие ЭО поверку провод т методом кос30 венных измерений при помощи образцовых средств измерений, хран щих единицы других физических величин, функционально св занных с воспроизводимой.

Любые требуемые величины Д1/1 можно получить ввод  попеременно в пол риметр два изотропных эталонных образца, характеризующиес  коэффициентами пропускани  х и TI соответственно, с частотой

чередовани  2f, где f -л- , а о - кругова 

частота вращени  анализатора. При этом дл  ti та

ДI ri - Га получим -т- .

Iь1

Описанный ЭО можно с высокой точностью аттестовать по величине г .

Дл  реализации способа может быть использован ЭО, представл ющий собой диск, половина которого характеризуетс  коэффициентом пропускани  п , а втора  половина - коэффициентом Т2 .

Указанный диск ввод т в пол риметр таким образом, чтобы зондирующее излучение проходило сквозь диск перпендикул рно его плоскости, не захватыва  его центральную точку (ось вращени ). Диск приводит во вращение с угловой частотой 2 о), где (О-частота вращени  анализатора. При этом возникает модул ци  интенсивно35

40

45

50

55

(3)

сти зондирующего излучени  на частоте 2f,

t а) пДI

где т тт- . Величину модул ции -у- региJ- JbI

стрируют и определ ют погрешность повер емого прибора.

Способ поверки пол риметра с вращающимс  анализатором осуществл ют следующим образом.

IIS0

Частота вращени  анализатора т

20 Гц.

Длина волны зондирующего излучени  А 1,15 мкм, угол его сходимости 2 у 40°, диаметр в фокусе 50 мкм. Используемый дл  поверки эталонный образец в виде диска, половины которого характеризуютс  соответственно коэффициентами пропускани  Ъ 0,81 и Т2 0,75, вращают с частотой 40 Гц. При этом регистрируют величину AI/I 7,7 . Затем определ ют по формуле (1) погрешность измерени , котора  составл ет

A ,7-10-2 0,3-10-2,

что соответствует относительной погрешности измерений

0.3 10 7,7 10

о

4%.

Рассмотрим зависимость результатов измерений величины двулучепреломлени  в образцовой пол риметрической пластине от угла сходимости зондирующего излучени  пол риметра.

Пол риметрическа  пластина вырезанна  из кристаллического кварца так, что оптическа  ось кристалла совпадает с плоскостью пластины. Пусть толщина пластины d 1мм, длина волны излучени  А 0,63 мкм. Дл  этой Я показатели преломлени  кварца По 1,542819 и пе 1,551880. При прохождении излучением пластины в направлении, перпендикул рном ее плоскости , между компонентами излучени , пол ризованными параллельно и перпендикул рно оптической оси кристалла, возникает разность хода

d (ne - по) 0,00906 мм 9,06 мкм.

Крайние лучи пучка с углом сходимости 2 у 60° вход т в пластину под углом 30°.

Уравнение эллипса

+

J4-1.

ПеПо

Координаты показател  преломлени  х п cos30°, у п sin30° Получаем

п0 пе

п -

Vn

cos2 30° + ne 2 sin2 30.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

1,5496.

Длина пути L луча в пластине d

i

1,155

cos 30°

После прохождени  пластины между двум  рассматриваемыми компонентами луча возникает разность хода:

Цп - По) 0,00785 мм 7,85 мкм.

Отсюда видно различие в двухлучепре- ломлении лучей, распростран ющихс  по нормали к пластине и отклоненных на 30°. Дл  вычислени  интегрального двулучепре- ломлени  во всем сход щемс  пучке необ- ходимЬ произвести расчет по указанным формулам дл  всех углов в интервале от 0 до 30° и проинтегрировать результат с учетом распределени  плотности энергии по сечению пучка, что практически невыполнимо в каждом конкретном случае при поверке пол риметров выполнены без учета изменени  направлени  распространени  луча при входе его в пластинку за счет преломлени ; учет этого  влени  приводит к еще большему усложнению и без того сложной задачи).

1Лз приведенного примера видно, что эталонные пластины, изготовленные из анизотропных кристаллов, не могут примен тьс  дл  поверки пол риметров с непараллельным световым пучком.

Таким образом, использование способа поверки пол риметров с вращающимс  анализатором обеспечивает по сравнению с известными способами  вные преимущества.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ поверки пол риметра с вращающимс  анализатором, включающий введение в пол риметр эталонного образца и регистрацию полной интенсивности I зондирующего светового луча, прошедшего вращающийс  анализатор, а также ее переменной составл ющей Ai на удвоенной частоте вращени  анализатора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности поверки и расширени  классэло- вер емых пол риметров на пол риметры со сход щимс  световым пучком, в пол риметр ввод т изотропный эталонный образец с известным коэффициентом пропускани  х, затем ввод т второй изотропный эталонный образец с коэффициентом пропускани  TI , причем образцы чередуют с частотой, равной удвоенной частоте вращени  анализатора, и определ ют погрешность Д измерений пол риметра из соотношени 

   A

   TI тй .

   T1 - T2 A i

   T1

   I