Поляризационно-оптические методы диагностики физико-химического состояния поверхности оптических элементов из силикатных стекол

• Автор: Землянский, Владимир Сергеевич
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 199 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
ГЛАВА I. МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ И ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕОДНОРОДНОЙ СТРУКТУРЫ СИЛИКАТНЫХ СИСТЕМ
1.1 Методы физико-математического и экспериментального анализа структуры, химического состава и свойств многокомпонентных стеклообразных систем
1.2 Эффективная диэлектрическая проницаемость и толщина
неоднородного поверхностного слоя
1.3 Эллипсометрические методы диагностики состояния поверхности
силикатных систем
1.4 Методы метрологической аттестации эллипсометрической
аппаратуры для поляризационно-оптических измерений
Выводы
ГЛАВА II. ПОЛЯРИЗАЦИОННО-ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕОДНОРОДНЫХ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ СИЛИКАТНЫХ СТЕКОЛ
2.1 Методы определения оптических характеристик неоднородных
слоев и многослойных отражающих систем
2.2. Обобщенное уравнение эллипсометрии в приближении теории Друде-Борна для неоднородных анизотропных слоев
2.3 Анализ области применимости точных и приближенных теорий отражения поляризованного света от неоднородных слоев
2.4 Основные закономерности изменения состояния поляризации светового пучка отраженного от неоднородного слоя
2.5 Поляризационно-оптические свойства шероховатой поверхности
неоднородной подложки
Выводы
ГЛАВА III. МЕТОДЫ ЭЛЛИПСОМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ЭЛЕМЕНТОВ ЛАЗЕРНОЙ ТЕХНИКИ
3.1 Влияние неоднородности физико-химической структуры
кварцевого стекла на потери излучения в УФ области спектра
3.2 Методы эллипсометрического анализа неоднородных поверхностных слоев элементов лазерной техники
3.3 Определение глубины нарушенного слоя на полированной поверхности оптических элементов
3.4 Определение потерь излучения в оптических элементах методами
эллипсометрии и спектрофотометрии
Выводы
ГЛАВА IV. ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ И МЕХАНИЗМОВ ФОРМИРОВАНИЯ НЕОДНОРОДНОЙ СТРУКТУРЫ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ СИЛИКАТНЫХ СТЕКОЛ
4.1 Кинетика и механизм формирования волноводных поверхностных слоев на фторсодержащих стеклах
4.2 Кинетика и механизм процессов стационарного и нестационарного выщелачивания поверхностных слоев силикатных стекол
4.3 Эллипсометрия оптических соединений элементов оптотехники
Выводы
Заключение
Литература
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
В связи с открытием новых областей применения стеклообразных материалов, где стекла играют не традиционную пассивную (например, оптические среды, электроизоляционные материалы и т.п.), а активную роль (лазерные материалы, элементы электронных приборов, дозиметрические материалы и т.п.), для адекватного прогнозирования изменения оптических и физико-технических характеристик элементов оптотехники при различных внешних воздействиях особенно актуальной стала задача изучения кинетики физико-химических процессов, происходящих на поверхности оптических элементов при механических, химических, тепловых, радиационных воздействиях, а также разработка физико-математических моделей различных механизмов формирования неоднородной структуры поверхностного слоя (ПС), образующегося на элементах, выполненных из силикатных стекол и кристаллов.
Внешнее сходство многих свойств силикатных стекол и кристаллов побудило некоторых исследователей к не всегда оправданному формальному применению к описанию кинетики физико-химических процессов и оптических свойств поверхностных слоев фторсодержащих или свинцово-силикатных стекол тех же моделей, которые ранее использовались для кристаллов. Однако специфические особенности структуры и состава многокомпонентных силикатных стекол иногда создают значительные затруднения в описании физико-химических процессов, приводящих к образованию неоднородных поверхностных слоев различных силикатных систем (кристаллов, стекол, пленок и т.п.). В основном это связано с тем, что для многокомпонентных силикатных стекол отсутствуют достаточно ясно выраженные границы применения различных представлений и понятий о макро- и микроскопических характеристиках поверхностных слоев, исторически развитых применительно к кристаллическим материалам.
Известно, что описание физико-химических процессов в поверхностных слоях кристалла базируется на двух основных подходах. В одном из них,

может относится как к объемным, так и к поверхностным свойствам и структурам гетерогенных систем. Однако при определении оптических параметров гетерогенной среды обычно довольствуются сравнительно грубым усреднением, либо применяют формулу Лоренц- -Лорентца, относящуюся в действительности к несколько иной узкой области ее применения для неоднородных и дисперсных систем.
Известно, что универсальной формулы для определения эффективной диэлектрической проницаемости гетерогенной среды и не может быть, поскольку значение £эфф зависит не только от химического состава среды, но и от особенностей ее структуры. Поэтому, как правило, определяется область допустимых значений (ОДЗ) эффективной диэлектрической проницаемости, границы которой оцениваются на основе решений системы уравнений типа неравенств, полученных для различных модельных представлениях о структуре гетерогенной системы [42, 43].
Для гетерогенного слоя толщиной Ь«А, (рис. 1.5,в) в [42], на основе уравнений Максвелла для микроскопического электрического поля и граничных условий на границах раздела фаз 1 я 2 было показано, что значение эффективной диэлектрической проницаемости еэфф. при заданных значениях диэлектрических проницаемостей компонент г.] и в2, образуют на комплексной плоскости определенную область (рис. 1.6,а). Эта область ограничена дугой окружности "Б", проходящей через начало координат и точки "81" и "82" и отрезком "А", соединяющим эти точки, и соответствует структурам с произвольными значениями фактора заполнения Уь где /=1,2
Строгое решение обратной задачи в теории эффективной диэлектрической проницаемости еЭфф, т.е задачи о нахождении всевозможных геометрических структур и концентрациях фаз по заданной еэфф., возможно лишь на границах значений ОДЗ (рис. 1.6,а). Отрезку "А" на рис. 1.6,а соответствуют структуры, представляющие собой чередующиеся плоскопараллельные слои