Эллипсометрические и спектрофотометрические методы исследования и контроля оптических характеристик поверхностных слоев элементов оптотехники

• Автор: Данилова, Татьяна Михайловна
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 159 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. ТЕХНИКА И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПОЛЯРИЗАЦИОННО-ОПТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В ЭЛЛИПСОМЕТРИИ ОТРАЖАЮЩИХ СИСТЕМ

1.1 Методы компенсационной (нулевой) эллипсометрии

1.2 Методы переключения состояния поляризации светового пучка

1.3 Методы азимутальной и фазовой модуляции поляризованного светового

пучка

1.4 Методы многоугловой и иммерсионной эллипсометрии

Выводы

ГЛАВА И. ТЕОРИЯ ЭЛЛИПСОМЕТРИИ НЕОДНОРОДНЫХ

СЛОЕВ И ШЕРОХОВАТОЙ ПОВЕРХНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ОПТОТЕХНИКИ

2.1 Основные закономерности изменения поляризационно- оптических свойств неоднородных поверхностных слоев элементов оптотехники
2.2 Основные закономерности изменения поляризационно-оптических свойств шероховатой поверхности
2.3 Метрологическое обеспечение эллипсометрического метода
2.4 Границы применимости точных и приближенных методов решения
задачи отражения поляризованного света
Выводы
ГЛАВА III. МЕТОДЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕМЕНТОВ ЛАЗЕРНОЙ ТЕХНИКИ
3.1 Влияние неоднородности физико-химической структуры плавленого и кристаллического кварца на потери излучения в оптических элементах лазерной техники
3.2 Определение оптических характеристик элементов лазерной техники методом внутрирезонаторных потерь излучения
3.3 Метрологическое обеспечение спектрофотометрического метода

3.4 Методы эллипсометрического анализа неоднородных поверхностных
слоев элементов лазерной техники
Выводы
ГЛАВА IV. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕМЕНТОВ ОПТОТЕХНИКИ
4.1 . Определение потерь излучения в оптических элементах методами
эллипсометрии и спектрофотометрии
4.2 Изменение оптических параметров поверхностного слоя элементов при
ионно-плазменной и ионно-химической обработки плавленого и кристаллического кварца
4.3 Спектрофотометрические и эллипсометрические параметры структуры поверхностных слоев монокристаллов фторидов щелочноземельных металлов
и фторсодержащих стекол
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ

Критерием качества оптических элементов для ВУФ, УФ, видимой и ИК области спектра электромагнитного излучения, выполненных из плавленого и кристаллического кварца (8Ю2) и монокристаллов фторидов щелочноземельных металлов (ЩЗМ): МГ2, СаР2, ВаБ2, 8гГ2, является величина потерь излучения на этих элементах. Состояние поверхности оптических элементов, ее структура и состав, определяют многие функциональные возможности оптических узлов оптико-электронных приборов и лазерной техники. Говоря о поверхности твердого тела, обычно имеют в виду приповерхностную зону конечной толщины. Поэтому во всех случаях изучения состояния поверхности элемента целесообразнее использовать термин "поверхностный слой" (ПС).
Для объективной оценки качества этих элементов необходимо различать потери оптического излучения, вызванные образованием в процессе технологической обработки модифицированного поверхностного слоя (ПС), от потерь излучения связанных с ослаблением излучения в объеме материала, из которого выполнена деталь.
Выяснение общих закономерностей изменения спектрофотометрических и поляризационно-оптических характеристик модифицированной структуры поверхностного слоя, образующегося при различных технологических способах изготовления элементов, позволит установить истинные корреляционные связи между физико-химическими свойствами ПС и технологическими параметрами процесса изготовления деталей, что в дальнейшем может способствовать решению широкого круга научных и технических задач оптотехники.
Для формирования научных представлений о природе и кинетике физикохимических механизмах, приводящих к образованию на оптических элементах неоднородных и шероховатых ПС при механической, химической, тепловой, ионной, ионно-химической и электронно-лучевой обработке, необходимо не только выяснить основные закономерности изменения состава, структуры и оптических свойств ПС на различных этапах получения элементов

При автоматизации эллипсометрических измерений выбор оптической схемы прибора обычно сводился к следующей альтернативе: либо используется фотометрический ненулевой эллипсометр PSA, где при фиксированном положении азимута поляризатора (/>0=±45°) применяется метод вращающегося анализатора (ЭВА); либо используется метод нулевой эллипсометрии (ЯЭ), где в схемах PCSA или PSCA, при фиксируемом положении азимута быстрой оси компенсатора (С0=±45°), управление положений оптических осей F и S поляризационных призм Р и А относительно плоскости падения светового пучка осуществляется с помощью механических приводов шаговых двигателей, связанных с системой автобалансировки астатического типа [4-8, 25].
Основное преимущество фотометрических схем состоит в том, что, во-первых, они имеют высокую пороговую чувствительность 8S0~4//25// при слабых сигналах и высоких уровнях деполяризованного излучения; во-вторых, достоинством схемы PSA - это отсутствие спектрально-чувствительного элемента - компенсатора С. К недостаткам таких схем следует отнести высокие требования к линейности приемно-регистрирующей части прибора, что ограничивает уровень точности поляризационных измерений до Sо~0,1 ° [4]. Этот недостаток отсутствует в компенсационных схемах PCS А или PSCA. Однако, в этом случае пороговая чувствительность прибора SS0 в значительной степени зависит от величины сигнала и уровня деполяризованного излучения.
Для технической реализации всех преимуществ, присущих нулевому методу эллипсометрических измерений и способам его автоматизации, как правило, используются модуляционные методы нуль-эллипсометрии (МНЭ), где осуществляется периодическое изменение поляризационных характеристик светового пучка: азимута поляризации /(t) (азимутальная модуляция) или разности фаз A(t) (фазовая модуляция). Соответственно этому следует различать азимутальные и фазовые модуляторы и компенсаторы поляризованного излучения, а также способы преобразования и регистрации состояния поляризации оптического излучения в измерительной оптической системе.