SU730084A1 - Способ измерени оптического поглощени В пОКРыТи Х - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ИЗМЕРс-нИЯ ОПТИЧЕСКОГО ПОГЛОЩЕНИЯ В ПОКРЫТИЯХ Изобретение относитс  к способам измерени  оптического поглощени  в тонкопленочных покрыти х и может примен тьс , в лазерной технике и оптике Известен способ, позвол ющий измер ть оптическое поглощение в диэлектрических покрыти х, составл ющее л 0,001% от падающей мощности, который практически исключает вли ние рас се нного излучени  на точность измерений . Это достигаетс  тем, что лазерное излучение, частично поглощенное покрытием, вызывает изменение температуры покрыти  и подложки, которое измер етс  при помощи тонкотшеночного резистивного датчика температуры , напьтенного на подложку }. Однако дл  расчета поглощени  необходимо знание теплофизических характеристик , таких как тегшоемкость, теплопроводность покрытий, которые отличаютс  от аналогичных характеристик массивных образцов и дл  большинства покрытий не известны. Так как исследуемый образец помещаетс  в вакуумную камеру с целью обеспечени  хорошей теплоизол ции,.дл  достижени  стационарной температуры в процессе облучени  образца, а следовательно , и дл  проведени  измерений поглощени , то требуетс  значительное, до дес тков минут, врем . Известен способ измерени  оптического поглощени  в покрыти х путем облучени  их лазерным излучением 2, который обеспечивает возможность измерений достаточно малых поглощений и не требует знани  физических констант материала, характеризухндих например, теплофизические свойства исследуемого покрыти . Согласно этому способу поглощение в исследуемых покрыти х вычисл етс  по йормуле A-iPs)/(PsHOO PD), в которой Р - мощность лазерного излучени , поглощенна  в покрытии; Ру) - МОЩНОСТЬ отраженного от образца лазерного излучени . Величины Рд и Pj измер ютс  в работе следующим образом. Образец, помещенный в вакуумную камеру, облучаетс  лазерным излучением с известной мощностью, 5 при этом регистрируетс  равновесное значение его температуры. Держатель, на котором образец крепитс , соединен с резервуаргом, поддерживаемым при посто нной ,темПератур е. После Ю прекращени  воздействи  -лазерного излучени  равновесное значение температуры образца воспроизводитс  путем контакта с ним рёзистивного нагревател . Подводимое в этом случае 15 нагревателем к исследуемому образцу в единицу времени тепло равно поглощенной в покрытии мощности лазерного излучени  PC и может быть легко измерено . Мощность отраженного лазерно- 20 го излучени  Р определ етс  аналогичным образом при поглощении зачерненным конусом луча лазера, отраженного от покрыти , и воспроизведении равновесного значений температуры кону- 25 са путем контакта с ним нагревател .

Этот способ позвол ет измер ть поглощение в покрыти х, составл ющее от падающей мощности; однако он обладает р дом недостатков: длитель- зо ный цикл одного измерени , превышающий J 40 мин, не счита  времени, затраченного на предварительную откачку вакуумной камеры. Дл  измерени  оптического Тюглощени  в покрыти х,ко- 35 торые обладают значительным йветорассеЛнием , такой способ малопригоден вследствие того, что диффузно рассе нное излучение, не попада  в зачернекшлй конус, может существенно 40 вли ть на результат измерений, особенно в случае измерений на коротких длинах воли излучени , где рассе ние может сказыватьс  в первую очередь .4-5

Цель изобретени  - сокращение времени измерени  и л еньшение вли ни  рассе нного излуче ш - на результат измерений,

Это достигаетс  тем, что после- 50 довательно регистрируют переменную составл ющую теплового излучени  Up и Uy, испущенного исследуемым покрытием при его облучении периодически следушщми импульсами лазерного 55 излучени  на двух длинах волн генераций Хр и Ху со. средней мощностью Рр и Р соответственно, измер ют поглощение А:Ц на калибровочной длине

волны Л, , после

Чего расчет поглощени  Ар на длине волны излучение Д.

провод т по фо{змуле ,

Ар--Ак() ,(.)

Измерение оптического поглощени  в покрыти х по предлагаемому способу проводитс  следующим образом.

Исследуемое покрытие, нанесенное на подложку, облучаетс  периодически следующими импульсами лазерного излучени , на длине волны которого необходимо измерить величину поглощени  Ар (рабоча  длина волны Д,р) . Пр этом приемное устройство регистрирует переменную составл ющую теплового излучени  Up, испускаемого покрытием вследствие частичного поглощени  в нем падающего лазерного -излучени  с известной средней мощностью

Рср. ,

Св зь между сигналом теплового излучени  Up и абсолютной величиной поглощени  А- на длине волны излучени  Хр определ етс  следующим обрати . Покрытие облучаетс  лазерным излучением, длина волны которого Д., калибровочна  длина волны, выбираетс  такой, чтобы покрытие обладало-дотаточным поглощением А у дл  возможности его измерени  традиционньт, например, спектрофотометрическим способом. В этом случае приемное устройство регистрирует тепловое излучение Уц при воздействии на покрытие лазерного излучени  со средней мощностью Рц.

Дл  проведени  измерений оптического поглощени  покрытий таким способом необходимо, покрытие наносилось на подложку, приготовленную из материала, обладающего достаточной степенью прозрачности на длинах волн излучени  Хр и Хц Тогда поглощение покрыти  на длине волны излучени  Хр даетс  выражением ( Ь) .

На чертеже представлена схема измрений по предлагаемому способу..

Схема состоит из лазеров 1 и 2 с длинами волн генерации Хр и Хк. исследуемого покрыти  3, абтюратора 4, приемника 5 излучени , усилител  6, инда1катора 7, объектива 8. .

При помощи предлагаемого способа проведено измерение поглощени  в покрыти х из двуокиси титана Т10 на длине волны 1,06 мкм.

В качестве источника излучени  на длине волны р 1,06 мкм служит лазер на ЛИГ: , работающий в непрерывном режиме генерации. Средн  мощность излучени  лазера составл ет 40 Вт. Используемый, в качестве излучени  с калибровочной длиной волны СО/; лазер 2, также работающий в непрерывном режиме генерации, имеет среднюю мощность излучени  2Вт Диаметр лазерного луча с длинойволны Яр 1,06 в месте, где помещаетс  образец , равен диаметру луча С02 лазера и составл ет около 5,2 мм. Исследуемые покрыти  3, нанесенные на под ложки из Nad, обладающего высокой степенью оптической прозрачности на длинах волн излучени  Д.р 1,06 и Х)10,6 мкм, облучаютс  лазерными импульсами длительностью С 2-10 с и частотой следовани  f 25 Гц. При этом импульсы лазерного излучени  фо мируютс  при помощи вращающегос  дис ка с отверсти ми 4 и их параметры по бираютс  с целью получени  максималь ного сигнала теплового излучени . В качестве приемного устройства 5, ре гистрирукнцего тепловое излучение, используетс  пироприемник на основе танталата лити , сигнал с которого через усилитель 6 подаетс  на индикаторное устройство 7. Дл  увеличени  пол  зрени  приемника ;примен етс  объектив 8, изготовленный из германи , с фокусным рассто нием мм ;и диаметром светового отверсти  ф 30 мм. При этом угол f (см.фиг.l) составл ет , а площадка, с коПоглощение оптического излучени  на длине волны Хр 1,06 мкм в диэлектрических покрыти х из двуокиси титана 46 торой объективом собираетс  тепловое излучение, 5 1,2 мм , причем пироприемник и исследуемое покрытие помещаютс  на двойном фокусном рассто нии от плоскости объектива. Во избежание попадани  на пироприемник рассе нного излучени  на Д,,,0,6.мкм перед его приемной площадкой крепитс  пластина из LiF толщиной 1,2 мм. Б свою очередь, германиевый объектив полностью исключает возможность попадани  на пироприемник рассе нного излучени  с Х. мкм. Измерение оптического поглощени  А., на длине волны излучени  проводитс  на инфракрасном спектрофотометре, позвол ющем регистрировать спектры пропускани  и отражени . Вклад рассе нного излучени  в определение величины А| практически исключен, так как основные потери на длине волны (св заны с поглощением излучени  в - fioftрытии . Врем , необходимое дл  измерени  оптического поглощени  в одном покрытии , определ етс  инерционностью регистрирующей аппаратуры, необходимостью определени  трех независимых параметров Up, U ц и А.. и не превышает 2-3 мин. Данные о величинах поглощени  в исследуемых покрыти х на длине вол излучени  ,06 мкм приведены в таблице.

TiO,

0,30 0,9

Сравнительные испытани  данного способа показали, что он позвол ет значительно сократить врем  измерений , а это особенно важно дл  эффективного контрол  технологического процесса напылени . Данный способ позвол ет увеличить точность измерений до iO-15Z и достичь значений поглощени  0,001. Предлагаемый способ прост в осуществлении и легко

U,10

0,001

35

может быть осуществлен в лабораторных и заводских УСЛОВИЯХ.

Claims (2)

1.H.Grems, Н. Veiling, H.E.Shel, Measurement of Optical absorbsion

in the dielectric reflectors. Appl Phys. V.I, 1973, p. 69.

2.R.A.Hoffman. Apparatus for the measurement of /6ptical absorptisity in laser mirnoPs. АррП Opt v.13,

№ 6, 1974, p. 1405 (прототип).