SU939959A1 - Спектрометр дл измерени коэффициентов отражени - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к технической (5 13ике и может быть использовано при создании приборов дл  иссле довани  физических свойств и химичес кого состава тонких сильно поглощающих слоев по спектрам отражени . Известны различные варианты спект рометров дл  измерени  коэффициентов отражени , например, при внешнем отражении (т.е. отражении на границе исследуема  среда - воздух)Г13. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  спектрометр, выполненный на основе спектрофотометра ИКС-1 и приставки НПВО, содержащий осветитель, проекционный объектив, держатель образца, коллимирующий объектив, изготовленны из материала с высоким показателем преломлени  и установленный перед держателем образца монохроматор, рас положенный за проекционным объективом , и приемник излучени , установленный за монохроматором. В спект рометре коллимирующий объектив в форме полуцилиндра, выполн ющий функцию элемента НПВО, закреплен неподвижно относительно плоскости.образованной пересечением оптических осей осветител  и проекционного объектива 2. Существенным недостатком данного прибора  вл етс  ограниченность аналитических возможностей при исследовании веществ в виде тонких сильнопоглощающих слоев. Актуальной проблемой при изучении подобных объектов  вл етс  получение на основе количественных измерений спектров отражени  точных и сопоставимых данных о свойствах и составе как поверхностных слоев толщиной 6,1-1 мкм, так и более глубоких подповерхностных слоев толщиной до нескольких мкм. Однако при использовании спектрометров НПВО глубина d проникновени  излучени  в вещество очень мала. Это не позвол ет получать с помощью известных типовых

спектрометров НПВО информацию о свойствах глубинных слоев, что ограничивает их аналитические возможности.

Цель изобретени  - расширение аналитических возможностей спектрометров при изучении свойств и состава тонких слоев по спектральным коэффициентам отражени .

Поставленна  цель достигаетс  . благодар  тому, что спектрометр дл  измерени  коэффициентов отражени , содержащий осветитель, проекционный объектив, держатель образца, коллимирующий объектив, изготовленный из материала с высоким показателем преломлени  и установленный перед держателем образца монохроматор, расположенный за проекционным объективом, И приемник излучени , снабжен каретНой , установленной с возможностью перемещени  вдоль оптической оси севе тител , столиком, подвижным в направлении оптической оси проекщ нного объектива и приводом, входные, звень  которого св заны с кареткой и столиком , при этом осветитель занбреплен на каретке, причем каретка и держатель образца расположены на столике, а коллимирующий объектив выполнен подвижным в направлении, перпендикул рном плоскости,образованной оптическими ос ми осветител  и коллимирующего объектива.

На фиг. 1 схематично показан спектрометр дл  измерени  коэффициентов отражени , разрез; на фиг. 2 то же, вид сверху; на фиг. 3 вид А на фиг. 1.

Основными оптическими системами  вл ютс  осветитель, изображенный в виде источника 1 излучени  и линзы 2 проекционный объектив 3, коллимирующий объектив 4 (элемент НПВО), изготовленныйиз материала с высоким показателем преломлени  и установленный вблизи точки О пересечени  оптических осей 00/ осветител  и 00(2 (фиг. 2) проекционного объектива, монохроматор 5, расположенный за проекционным объективом 3s и приемник 6 излучени , установленный на выходе монохроматора 5. Держатель 7 исследуемого образца (ИО) расположен позади коллимирующего объектива k,

Осветители 1 и 2 закреплены на каретке 8, установленной на платформе 9, котора   вл етс  частью столика 10, и, как и ось 11 столика может поворачиватьс  вокруг вертикальной

оси., С осью 11 столика 10 жестко св зан держатель 7 образца. Столик 10 выполнен подвижным относительно корпуса 12 спектрометра в направлении

оси OQi проекционного объектива 3, тогда как каретка 8 имеет возможность перемещени  относительно платформы 9 в направлении оптической оси 00 осветителей 1 и 2,

В спектрометре имеетс  привод, содержащий вал 13, Подшипники Ik смонтированы на кронштейне 15, который укреплен на цилиндрических направл ющих 16, выполненных как одно целое с столиком 10.

На валу 13 закреплены кулачок 1 фокусировки и кулачок 18 подъема образца (фиг. 3). Кулачок 18 подъема образца через контактный элемент 19 взаимодействует с осью 11 столика 10, а кулачок 17 фокусировки через шток 20 - с подпружиненной втулкой 21 установленной на цилиндрических направл ющих 16. С боковой поверхностью подпружиненной втулки 21 взаимодействуют контактные элементы 22 и 23 св занные с корпусом 12 и кареткой 8 соответственно. В приводе имеютс  также элементы дл  поворота плат формы 9 и оси 11 столики 10 и упругие элементы дл  обеспечени  силового замыкани  между соответствующими детал ми спектрометра. Выходными звень ми привода  вл ютс  подпружиненна  втулка 21, св занна  с столиком 10, и контактный элемент 23, св занный с кареткой 8.

Спектро)етр работает следующим образом .

Поворотом вала 13 спектрсэметр устанавливаетс  в исходное положение, в котором фокальные точки F и F« осветител  и проектного объектива (фиг. 2) наход тс  на равном рассто нии от точки О, совпада  с фокальными точками коллимирующего объектива /4. Исследуемый образец устанавливаетс  на оптический контакт с коллимирую щим объективом l и закрепл етс  в держателе 7 образца таким образом, чтобы точка О совместилась с исследуемой поверхностью. Излучение от осветителей 1 и 2 направл етс  коллимирующим

Claims (2)

1. объективом А на образец. Излучение, отраженное от ИО за счет эффекта НПВО, направл етс  коллимирующим объективом k на вход монохроматора 5. которыи выдел ет в спектре отраженног излучени  узкий спектральный интервал . Интенсивность излучени  в этом интервале измер етс  приемником 6. с -43e ,.n4n -sin 94 4J/A) угол падени  излучени  на И волновое число; X - коэффициент поглощени  ИО; f, соответственно показатели преломлени  ИО и вещества, наход ще гос  с ним в оптическом контакте (в данном случае - материала коллимирукмцего объектива). Из формулы видно, что значение d можно в определенных пределах варьировать изменением величины угла 9. Дл  этого достаточно осуществить поворот держател  7 образца на заданный угол с одновременным поворотом платформы 9 с кареткой 8 и осветител ми 1 и 2 на удвоенный угол вокруг вертикальной оси. После окончани  измерений коэффициента НПВО приводитс  во вращение вал 13 с кулачком 17 фокусировки и кулачком подъема образца 18. При повороте кулачка 17 фокусиров ки подпружиненна  втулка 21 под воздействием упругого элемента 26 начинает опускатьс . В результате взаимо действи  конической поверхности втул ки 21 с закрепленным контактным элементом 22 столик 10 с всеми закрепленными на нем детал ми, т.е, с держателем 7 образца, платформой 9 с кареткой 8 и осветителем 12, начинает перемещатьс  вдоль оптической оси ООо проекционного объектива 3, Одновременно поступательное движение подпружиненной втулки 21 через контактный элемент 23 преобразовываетс  в поступательное перемещение каретки 8 с осветител ми 1 и 2 вдоль его оптической оси 00. При подходе контактных элементов 22 и 23 к концу конического участка на подпружиненной втулке 21 фокальные точки F и F осветителей 1 и 2 и проекционного объектива совмест тс  с точкой 0. При дальнейшем опускании подпружиненной втулки 21 столик 10 и каретка 9 сохран ют свое положение. На этом участ ке поворота вала 13 в результате взаимодействи  с кулачком 18 подъема образца происходит опускание оси 11 959 Коэффициент НПВО характеризует свойство поверхностных слоев. Глубина проникновени  излучени  в ИО определ етс  выражением. .sinie) столика 10 вместе с держателем 7 образца коллимирующим объективом , который за счет этого выводитс  из хода лучей. В результате на вход монохроматоРэ 5 поступает излучение, испытавшее внешнее отражение на границе воздух - ИО, Как следует из формулы, в этом случае за счет уменьшени  значени  п до 1 происходит скачкообразное возрастание величины Д , т.е. спектрометр дает информацию о сло х, лежащих на глубине большей 1 мкм. При дальнейшем повороте вала 13 спектрометр возвращаетс  в исходное положение, соответствующее измерению коэффициента НПВО, Следовательно в спектрометре обеспечиваетс  простой и удобный переход от измерений внешнего отражени  к измерению HfiBO и наоборот , т,е, имеетс  возможность получени  информации о различных сло х вещества. Поскольку этот переход осуществл етс  без изменени  углов падени  и отражени , без сн ти  образца использованием тех же самых оптических систем осветител  и проекционного объектива, предлагаемый спектрометр обеспечивает при прочих равных услови х более высокую томность измерений, чем отдельно вз тые спектрометры НПВО и внешнего отражени . Возможность измерени  внешнего отражени  и НПВО при одной установке образца способствует также повышению производительности измерений,особенно , если измерени  провод тс  в услови х вакуума. Кроме того, в устройстве можно предусмотреть подключение вала 13 к-приводу сканировани  спектра (не изображен), В этом случае при соответствующем выборе угла наклона образующей конической поверхности втулки подпружиненной 21 и профил  куачка 17 фокусировки сканирование спектра НПВО сопровождаетс  синхроным перемещением осветителей 1 и 2 проекционного объектива 3 по зако- у, обеспечивающему компенсацию хроматизма положени . Этим достигаетс  повышение точности измерений/ Формула изобретени  Спектрометр дл  измерени  коэффициентов отражени , содержащий оптически св занные осветитель, проекцио ный объектив, держатель образца, кол лимирующий объектив,изготовленный и материала с высоким показателем преломлени  и установленный перед держателем образца, монохроматор, расположенный за проекционным объективо ц приемник излучени , установленный на выходе монохроматора, отлича ющийс  тем, что, с целью расширени  аналитических возможностей, он снабжен кареткой, установленной с возможностью перемещени  вдоль оптической оси осветител , столиком, подвижным в направлении оптической оси проекционного объектива, и приводом , входные звень  которого св заны с кареткой и столиком, при этом осветитель закреплен на каретке, а каретка и держатель образца расположены на столике, коллимирующий объектив выполнен подвижным в направлении, перпендикул рном к плоскости, образованной оптическими ос ми осветител  и коллимирующего объектива. Источники информации. прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3687519, кл. G 01 J , опублик. 1972.
2. 2.Харрик Н. Спектроскопи  внутреннего отражени . М., Мир, 1970, с. 30i, 307.

   10 s

   фиг2

   /.