Автоматизированные измерения интенсивностей и фаз слабых световых потоков тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.01, кандидат физико-математических наук Шестаков, Николай Петрович

• Шестаков, Николай Петрович
• кандидат физико-математических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Шестаков, Николай Петрович

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА. 1. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

АБСОЛЮТНЫХ СЕЧЕНИЙ КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ (КР)

§1.1. Проблема измерения абсолютных сечений КРС

§ 1.2. Прямые измерения абсолютных сечений КРС

§1.3. Измерение мощности падающего луча

§ 1.4. Регистрация мощности рассеянного света 11 §1.5. Измерение телесного угла О и длины луча / регистрируемых

спектрометром

§1.6. Сечение КР

§ 1.7. Экспериментальная установка

§1.8. Учет аппаратных искажений

§ 1.9. Приготовление образцов

ГЛАВА 2. ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ ПРОФИЛОГРАФ

§2.1. Постановка задачи. Проблема интерференционной профилометрии

§2.2. Оптическая схема и принцип действия

§2.3. Устройство измерения сдвига интерференционных полос

§2.4. Влияние частоты и формы модуляции 27 §2.5. Алгоритм реверсивного счета целых и дробных долей

интерференционных полос

§2.6. Калибровка

§2.7. Клиновидность воздушного зазора между образцом и эталоном

§2.8. Исследование погрешностей

§2.9. Дифференциальная схема профилографа 36 §2.10. Исследование горизонтальной разрешающей способности

лазерного профилографа

ГЛАВА 3. ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ УСТУПОВ

ПОВЕРХНОСТИ С КРУТЫМИ СТЕНКАМИ

§3.1. Введение 43 §3.2. Автоматические измерения уступов поверхности 11>А/4 на одной длине

волны света 46 §3.3. Измерение высоты уступов АУ4 <Ь<А,/2, известного знака, на одной длине

волны

§3.4. Двух волновые измерения уступов с крутыми стенками

стр.

§3.5. Будущее

ГЛАВА.4. ИНТЕНСИВНОСТЬ КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ СВЕТА

55

§4.1. Постановка задачи

§4.2. Молекулярный кристалл в поле световой волны

§4.3. Поляризация кристалла

§4.4. Абсолютные сечения КРС кристаллов парадигалоидзамещенных бензола

§4.5. Абсолютные сечения КРС метахлорнитробензола

§4.6. Обсуждение экспериментальных результатов

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

ЛИТЕРАТУРА

82

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизированные измерения интенсивностей и фаз слабых световых потоков»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Проблема измерения интенсивностей и фаз слабых световых потоков является общей в оптике и спектроскопии. В настоящей диссертационной работе проблема измерения интенсивностей слабых световых потоков будет рассмотрена применительно к измерению абсолютных сечений КР, а фаз на примере измерения интерферограмм полированных поверхностей.

На протяжении нескольких десятков лет задача измерения абсолютных сечений КР является актуальной. Наряду с очевидными применениями для измерения тензора рассеяния молекул и кристаллов абсолютные сечения рассеяния могут послужить хорошей основой для экспериментальной проверки теории КРС.

Проблема измерения фаз световых волн непосредственно связана с микроинтерферометрией полированных поверхностей. Задача повышения точности измерения сечений КРС требует создания аппаратуры позволяющей оценить шероховатость поверхности кристаллов, которая приводит к не контролируемой деполяризации света и увеличении паразитного рассеяния на границе кристалл воздух. Современная микроэлектроника так же предъявляет все более высокие требования к качеству обработки поверхностей подложек для микросхем, это связано с увеличением степени интеграции, с уменьшением размеров микросхем и увеличением рабочих частот электронных устройств.

На финишной стадии доводки поверхности до необходимой степени чистоты, какие-либо прикосновения измерительным инструментом к контролируемой поверхности не допускаются, так как приводят к нарушению полировки или загрязнению. Поэтому важнейшим требованием к методу контроля является отсутствие контакта с поверхностью.

Среди большого разнообразия методов измерения микрошероховатости и отклонения формы особое место занимают оптические методы. Если другие методы, такие как электронная и туннельная микроскопия, требуют специальной подготовки поверхности, к примеру, для электронной микроскопии это покрытие поверхности тонкой пленкой материала с тяжелыми ядрами атомов, типа золота, или нанесения проводящего покрытия. Оптические методы не требуют какой-либо специальной подготовки поверхности или наличия вакуума.

Воздействие маломощного светового излучения видимого диапазона на измеряемый образец, как правило, на столько незначительно, что эти методы вполне можно считать неразрушающими. Оптические методы измерения шероховатости основаны на измерении параметров отраженного или рассеянного поверхностью излучения. Однако, большинство из них является косвенными, или требуется наличие эталонного образца. По видимому, исключение составляет метод интерференционного профилографирования, который позволяет производить прямые измерения профиля поверхности, путем сравнения высоты неровностей с длиной волны света.

Измерения профиля, основанные на измерении сдвига интерференционных полос, по методу временных интервалов /1,2/ являются перспективными для решения важных прикладных задач, однако в мировой практике не используются из-за низкого быстродействия и слабой помехоустойчивости.

Целью данной работы является построение экспериментальной установки для исследования абсолютных сечений КР. Экспериментальные исследования тензоров абсолютных сечений рассеяния некоторых галоидозамещенных молекулярных кристаллов. Разработка

быстродействующего и помехоустойчивого интерференционного профилографа работающего по методу временных интервалов на одной и двух длинах волн.

Научная новизна.

1. Построена экспериментальная установка для исследования абсолютных сечений КР, с использованием, которой впервые экспериментально измерены все компоненты тензоров абсолютных сечений КР изоморфных, при комнатной температуре, молекулярных кристаллов п-дихлорбензола и п-дибромбензола, а также м-хлорнитробензола.

2. Разработан и построен интерференционный профилограф с синусоидальной модуляцией разности хода имеющий высокое быстродействие и помехоустойчивость.

3. Предложен алгоритм позволяющий реверсивно отсчитывать и накапливать сдвиг интерференционных полос.

4. Получены выражения для определения порядка интерференции на основе которых, построен алгоритм для двух волновой интерферометрии уступов с крутыми стенками.

5. Показано, что при качественной обработке поверхностей и точной ориентацией кристаллов по осям эллипсоида рефракции измеренные тензоры сечения КР решеточных колебаний согласуются с теоретическими расчетами.

Практическая ценность. Полученные экспериментальные результаты по абсолютным сечениям КР позволили сравнить их значения с теоретическими расчетами в рамках различных моделей.

Интерференционный профилограф с синусоидальной модуляцией разности хода прошел успешную апробацию на двух предприятиях электронной промышленности г. Красноярска: Конструкторском Бюро Красноярского Завода Телевизоров (КБКЗТ) и Красноярском Научно-исследовательском Институте Радиосвязи (КНИИРС). Технические решения и алгоритмы положенные в основу профилографа могут быть использованы в новых приборах работающих на основе одно и двух волновой интерферометрии.

Апробация. Результаты работы были представлены и обсуждались на ПДПДУ-й Всесоюзных конференциях по спектроскопии КР в Шушенском 1983 г., Душанбе, 1986 г., Ужгороде 1990 г., Всесоюзной научно-техническая конференции, "Лазерные средства измерения в науке и технике и их применения в ГА", Киев, 1985, Всесоюзной научно-технической школе-семинаре по лазерному и спектральному приборостроению, Минск, 1985, VI и

VII Всесоюзных научно-технических конференциях "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение", Москва, 1986, 1987, г. V Всесоюзном совещании "Координатно чувствительные фотоприемники и оптоэлектронные устройства на их основе", Барнаул, 1989 г. Лазерный профилограф-профилометр был представлен в разделе СССР "Аппаратура для научных исследований", Международной выставки Наука-88.

Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 16 печатных работах и изобретениях, 8 из которых опубликованы в центральных академических и зарубежных журналах (Автометрия, Оптика и спектроскопия, Открытия и Изобретения, ЖПС, Phys. Stat, sol., Jornal of molecular electronics).

ГЛАВА. 1. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АБСОЛЮТНЫХ СЕЧЕНИЙ КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ СВЕТА (КРС)

§1.1. Проблема измерения абсолютных сечений КРС.

Несмотря на прогресс в экспериментах по измерению абсолютных сечений рассеяния КРС /3-6/ окончательное решение этой задачи сдерживается множеством факторов влияющих на точность измерений.

Главными из них являются следующие:

1. Чрезвычайно малая величина интенсивности измеряемой линии КРС;

2. Калибровка отклика регистрирующего устройства на воздействие измеряемой интенсивности КРС;

3. Флуктуации мощности возбуждающего излучения;

4. Определение телесного угла, в котором собирается рассеянное излучение;

5. Неравномерность ослабления светового пучка в зависимости от длины волны, поляризации падающего света и ширины щелей спектрометра;

6. Определение объема взаимодействия возбуждающего света с веществом регистрируемого спектрометром.

Существует два основных подхода к измерению абсолютных сечений КРС, наиболее простой из них, заключается в сравнении интенсивности измеряемой линии с линией эталонного вещества III, например, бензола. Сечение КРС исследуемого вещества в этом случае, вычисляется по формуле:

^ = G а0 А; /Ао Р0/Р i WL j {n j /п0}2 T0/T i л0/г| i (1.1),

где индекс i относится к измеряемой линии, a 0 к линии эталона, <т0- сечение КРС эталонного вещества, G - коэффициент, зависящий от поляризации и направления падающего и рассеянного лучей света, А/А0- отношение интегральных интенсивностей, Р0/Р i - отношение мощностей падающего света, Т0/Т i - отношение пропускания лазерного излучения рассеивающими объемами, r|0/r|i - отношение чувствительности регистрирующей системы на соответствующих частотах рассеянного света, Ь0ЛЦ - отношение толщины слоев эталонного и исследуемого образцов: (п ¡/п0)2 - отношение квадратов индексов рефракции. В ряде случаев, требуется абсолютное сечение КРС одной молекулы, тогда к формуле (1.1), следует добавить соответствующие сомножители, для молекулы:

а; = G сг0 Aj /A0P0/Pi L0/Li {п,/п0}2Т0/Т, тУл i H/N; (1.2),

здесь - М0/Ы { отношение количества молекул в единице объема.

Таким образом, имея надежные величины абсолютных сечений КРС эталонного вещества, по формуле (1.2) можно вычислить сечения КРС в исследуемых образцах.

К сожалению, литературные данные по абсолютным измерениям сечения КРС эталонных жидкостей, довольно сильно отличаются. В таблице 1.1. приведены некоторые из них для линии 992 см"1 бензола.

Таблица 1.1. Абсолютные сечения КРС линии 992 см"1 . бензола,

Ссылка длина волны возбуждающего

света (нм )

абсолютное сечение КРС см3 стерад.

(10"29 см3 стерад."1 мол""1. )

/3/ /5/ /6/ /4/

488 488 694,3 532

(1,05 ±0,08) (3,25 ±0,10) (8,00 ±1,6 ) (5,6 ±0,4 )

Таким образом, результаты измерений полученных авторами /3-6/ довольно сильно отличаются, поэтому целесообразно рассмотреть методику прямых измерений абсолютных сечений КРС.

§1.2. Прямые измерения абсолютных сечений КРС.

В соответствии с определением, сечение КРС есть постоянная для данного вещества величина пропорциональная отношению рассеянной мощности к плотности мощности падающего излучения:

а(е,Ф)=Рк/10 (1.3),

где 10 - плотность мощности падающего луча, а Рк - мощность рассеяния линии КР в направлении (0,ср).

Чтобы записать выражение (1.3) в измеряемых на эксперименте величинах рассмотрим геометрию расположения падающего и рассеянного лучей, изображенную на рисунке 1.

Падающий световой поток Р/ проходит через площадку Б/, а взаимодействие света с веществом происходит в объеме V = £//.

Рассеянный световой поток, заключенный в телесном угле О, регистрируется в направлении 0 = 90 = ср. Для одной элементарной ячейки, единичного волнового числа и единичного телесного угла, при заданной

ориентации электрических векторов падающего и рассеянного лучей, абсолютное сечение КРС а(9,ф) запишется следующим образом :

I а ^

У

X

Рис. 1. Геометрия расположения падающего и рассеянного лучей в образце.

здесь Р/ и Рг - падающая и рассеянная мощности, Б/ - площадь сечения падающего луча, V - объем элементарной ячейки образца, V - объем взаимодействия света с веществом, регистрируемый прибором, О- телесный угол собирания рассеянного излучения. Учитывая, что V = 8Д получаем :

з

¥,<р)=

Рг V

Рг

I О.

см

(молекула) стерад.

(1.5),

здесь см в размерности получается из-за того, что сечение КРС взято для единичного волнового числа. Чтобы получить полное сечение КРС, необходимо произвести интегрирование по всей ширине линии.

§1.3. Измерение мощности падающего луча.

Стандартные приемники излучения, такие как ФЭУ и фотодиоды реагируют непосредственно на световой поток, поэтому, если прокалибровать отклик системы регистрации в единицах мощности света ваттах, то можно

непрерывно контролировать падающую на образец мощность Р/ . Это можно сделать по следующей схеме, которая изображена на рисунке 2.

12 3 8

Рис.2. Экспериментальная схема измерения падающей на образец мощности света. Здесь 1-лазер, 2-дисперсионный элемент, 3- светоделительная пластина, 4-ФЭУ, 5-амплитудно-цифровой преобразователь, 6-компьютер, 7-измеритель мощности излучения лазеров, 8- измеритель мощности лазера (ИМО)

Монохроматическое излучение лазера-1, разделяется на два неравных пучка с помощью светоделительной пластинки-3. Большая часть мощности направляется на измерительную головку измерителя мощности, установленную на место образца, меньшая регистрируется ФЭУ, преобразуется в цифровой код, амплитудно-цифровым преобразователем-5 и накапливается в памяти компьютера. Усредненные величины отклика <Ы/>, системы регистрации выводятся на экран дисплея.

Таким образом, одновременно измеряем мощность лазера Р/ и отклик <Я/> Усредненное по многим измерениям отношение Р/Я/ = К/ есть коэффициент характеризующий чувствительность системы регистрации лазерного излучения Р/ = К Д/ падающего на образец.

§1.4. Регистрация мощности рассеянного света

Для калибровки системы регистрации рассеянного излучения, также необходимо измерять коэффициент К г характеризующий чувствительность:

= ^ (1.6),

где РГ(А) - мощность рассеяния, а Ыг- отклик регистрирующей системы на падающую мощность. Определим в начале чувствительность КГ(А,0) на длине волны возбуждающего света, направляя лазерный луч мощностью Р/ в систему регистрации рассеянного света спектрометра. Чувствительность на других длинах волн измерим используя стандартную лампу накаливания /8,9/, распределение энергии, которой известно.

§1.5. Измерение телесного угла О и длины луча I, регистрируемых

спектрометром

В соответствии с определением, телесный угол для каждого рассеивающего элемента дается выражением:

^ = (1-7),

£) п

где Б - оптическое расстояние между лучем лазера и собирающей линзой конденсора, п - показатель преломления образца в направлении рассеяния, 8 -площадь диафрагмы В, ограничивающей апертуру собирающей линзы ( см. рис.3. ). Длина отрезка луча лазера регистрируемой спектрометром, контролируется диафрагмой А расположенной прямо на стенке кюветы. Очевидно, что длина лазерного луча /0 регистрируемая спектрометром будет отличаться от / из-за расходимости световых лучей:

1 = {%П-Р)\ (1-8),

где 1 длина диафрагмы А, Б - расстояние между лазерным лучем и диафрагмой А. Чтобы весь поток рассеивающего света попал в прибор

А В

Рис.3. Схема освещения щели спектрометра.

необходимо, чтобы изображение лазерного луча целиком проходило в щель прибора, т.е. с^хук, Ь>1к, здесь ёг диаметр лазерного луча, ш и Ь ширина и высота входной щели и к - коэффициент увеличения конденсора.

§1.6. Сечение КР

Запишем формулу для определения абсолютного сечения КР в измеряемых на эксперименте величинах, для этого подставим полученные выражения для Р г, Р/ , 10 и П формулу (1.3). После необходимых сокращений получим /3/:

*в'г) =-кПШ-' (1'9)-

В конечное выражение для абсолютного сечения КР, не входит ширина щели, однако, следует иметь ввиду, что это справедливо только для нормальных щелей, то есть, когда лук <ф.

§ 1.7. Экспериментальная установка

Экспериментальная установка, схема которой показана на рисунке 4, состоит из трех основных частей: 1-источник лазерного излучения и система контроля мощности падающего на образец,^ II-дифракционный спектрометр ДФС-24 с шаговой разверткой спектра и система регистрации рассеянного света на основе счетчика фотонов, Ш-компьютер.

Рис.4. Схема экспериментальной установки для измерения абсолютных сечений КР. 1-лазер, 2-дисперсионный элемент, 3-светоделительная пластинка, 4-ФЭУ, 5-АЦП, 6-призма полного внутреннего отражения, 7-образец, 8-счетчик фотонов (или аналоговый усилитель), 9-компьютер.

Для получения спектра КР использовался источник когерентного излучения-1, мощностью около 100 мвт, с длиной волны X = 488 нм. Возбуждающая мода выделялась дисперсионным элементом-2.

С помощью свето делительной пластинки-3, часть возбуждающего излучения отводилась на ФЭУ, с последующим кодированием информации амплитудно-цифровым преобразователем (АЦП) и передачей через интерфейс в компьютер.

Основная часть излучения после призмы полного внутреннего отражения фокусируется линзой на образец-7. Рассеянное излучение регистрируется счетчиком фотонов или аналоговой схемой в зависимости от уровня сигналов на выходе спектрометра ДФС-24. Управление разверткой спектра осуществляется шаговым приводом-9. Таким образом, в память компьютера-10

поступают данные в виде функции отклика рассеянного излучения ЬЦА,) и отклика падающей мощности 11/(1:), где 1 - номер шага шагового привода спектрометра. Спектр записан в виде файла, далее проведена его обработка -вычитание фона и разделение контуров.

§1.8. Учет аппаратных искажений.

Аппаратная функция прибора. Под аппаратной функцией дифракционного спектрометра подразумевают искажения вносимые прибором в форму и ширину спектральной линии. Если на вход спектрометра направить монохроматическое излучение имеющее нулевую ширину, то в силу конечного размера входной и выходной щелей, рассогласования монохроматоров и погрешностей изготовления оптических и механических деталей, спектрометром будет зарегистрирован контур спектральной линии конечной ширины. Ширина этого контура в совокупности с собственной шириной спектра излучения лазера составляют аппаратную функцию прибора.

8 (см"1) 9

8

7

6

5

4

3

2

1

О

О 100 200 300 400 500

(1 (мкм.)

Рис.5. Зависимость ширины 5 (см"1) наблюдаемого контура спектральной линии аргонового лазера Х0=514 нм, от ширины щели спектрометра с1 (мкм.).

Из представленной на рисунке 5 зависимости следует, ширина аппаратной функции зависит от щелей спектрометра. Ширина измеряемого контура линии КР должна быть уменьшена на соответствующую использованой в эксперименте спектральной ширине щели спектрометра. Следовательно для длины волны 514 нм и ширине щелей до 40 мкм минимально возможная аппаратная функция прибора составляет 1 см"1. Если чувствительности регистрирующей системы не достаточно и возникает

А ► ♦

♦

< ♦

>

/

*

необходимость в использовании более широких щелей, то аппаратный вклад в ширину линии определяется линейной зависимостью представленного графика.

Поляризующее действие прибора. Горизонтальная и перпендикулярная компоненты электрического вектора излучения неодинаково ослабляются прибором. Этот факт необходимо учитывать при измерениях абсолютных сечений KP. Кроме того имеется зависимость Ij/111 от длины волны. Поляризующее действие прибора может быть существенно уменьшено за счет применения деполяризующего клина, который устанавливается перед входной щелью прибора. В этом случае, для длины волны 514 нм., отношение Ij/I| |«0,97 характеризует поляризуюшее действие прибора, которое необходимо учитывать при расчетах интенсивностей. Была измерена соответствующая зависимость Ij/111 от длины волны во всем рабочем диапазоне спектрометра ДФС-24.

§ 1.9. Приготовление образцов.

Для проведения поляризационных измерений КР приготавливались монокристаллические образцы в виде параллелепипедов ребра, которых ориентировались по осям эллипсоида рефракции. На монокристалличность образцы проверялись с помощью поляризационного микроскопа. Образец вырезался виде таблетки, плоскости, которой полировались. Если в скрещеных поляризаторах наблюдается однородная картина при любом повороте столика, то образец монокристаллический. Направления кристаллографических осей определялись с помощью рентгеновского дифрактометра.

В кристаллах ромбической сингонии оси эллипсоида рефракции совпадают с направлением кристаллографических осей.

В кристаллах моноклинной сингонии совпадают лишь направление оси второго порядка Ь и главная ось эллипсоида рефракции у. Две другие оси эллипсоида рефракции х и ъ лежат в плоскости перпендикулярной оси второго порядка. Поэтому определив на рентгеновском дифрактометре ось второго порядка вырезаем из "були" таблетку, плоскости которой нормальны оси второго порядка. Определение двух других осей удобнее производить на оптической установке изображенной на рис.6. Ориентация осей определялась путем анализа поляризации излучения прошедшего через кристалл. Главная ось анализатора перпендикулярна электрическому вектору Е, при вращении кристалла вокруг оси лазерного луча, затемнение экрана наступает при отсутствии двойного лучепреломления, когда направление вектора Е совпадает с осью эллипсоида рефракции.

Кристалл |—| анализатор

Лазер Е А

А

Столик Федорова

экран

Рис.6. Установка для ориентирования кристаллов по осям эллипсоида рефракции. Главная ость анализатора перпендикулярна электрическому вектору падающего излучения Е.

Такая методика позволяет осуществлять контроль ориентации образцов во время экспериментов.

Механическая обработка. Молекулярные кристаллы обладают малой твердостью и легко обрабатываются, но обладая большой летучестью они быстро теряют заданную форму. Кристаллик приготовленный в виде параллелепипеда, в результате испарения молекул с поверхности, со временем теряет свою форму, в первую очередь скругляются углы при вершинах и между гранями параллелепипеда. Поэтому хранить монокристаллы лучше всего в закрытой посуде наполненной порошком с одноименным веществом.

Часто приходится иметь дело с образцами малого размера. Обрабатывать

1 2

такие кристаллики, размер некоторых граней которых может составлять I мм , очень трудно. Это связано с тем, что невозможно удерживать пальцами руки в нужном положении и одновременно шлифовать или полировать, притирая его к плоской поверхности. Поэтому, было разработано приспособление (см. рис.6.). Теперь кристалл лишь прижимается в уголок между двумя стеклянными параллелепипедами, кристалл остается неподвижным, во вращательное движение приводится прижимаемая к торцу, стеклянная пластинка.

Параллелепипеды изготовлены из стекла с большой точностью, поэтому удерживая кристалл в уголке между параллелепипедами, можно обработать самую малую по площади пару граней кристалла с такой высокой точностью как и две других грани имеющие большую площадь.

Приспособление позволяет завершить обработку последних граней кристалла, когда размер его в результате обработки предыдущих граней, сильно

уменьшился. Возможно применение устройства и для полировки кристалликов после длительного хранения.

Рис.7. Приспособление для механической обработки микрограней молекулярных кристаллов малого размера.

Молекулярные кристаллы п-дихлорбензола п-дибромбензола, м-хлорнитробензола и другие обладают значительной оптической анизотропией, поэтому для получения качественных спектров КР необходима точная ориентировка граней кристалла по осям эллипсоида рефракции. С помощью приспособления изображенного на рисунке 7 это возможно сделать даже на малых образцах, объемом порядка 5x2x1 мм.

Кроме совершенной ориентации, важное значение, имеет качество обработки поверхности кристаллов. Отклонение формы кристалла приводит к преломлению луча лазера на границе воздух - кристалл, в результате чего его направление отклоняется от главной оси эллипсоида рефракции и, в следствии этого, двулучепреломлению и перемешиванию компонент тензора КР.

Не менее важно, качество обработки поверхности кристаллов, так как при высокой шероховатости, наблюдается деполяризация падающего излучения. Иногда интенсивность рассеяния на поверхности превышает КР в объеме образца.

Решению проблемы контроля качества обработки: контроля отклонения формы и шероховатости поверхностей с помощью метода интерферометрии посвящены следующие вторая и третья главы диссертации.

Стеклянная пластина

Кристалл

Стеклянные параллелепипеды

Заключение диссертации по теме «Приборы и методы экспериментальной физики», Шестаков, Николай Петрович

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1. Экспериментально показано, что расчеты интенсивностей КРС в кристаллах п-дихлорбензола, п-дибромбензола и м-хлорнитробензола можно производить в рамках теории поляризуемости с учетом отличия макроскопического и локального полей, действующих на молекулу в кристалле.

2. Построена экспериментальная установка для исследования абсолютных сечений КР, с использованием которой впервые экспериментально измерены все компоненты тензоров абсолютных сечений КР изоморфных, при комнатной температуре, молекулярных кристаллов п-дихлорбензола и п-дибромбензола, а также м-хлорнитробензола.

3. Разработан и построен интерференционный профилограф с синусоидальной модуляцией разности хода имеющий высокое быстродействие, помехоустойчивость и динамический диапазон измерения.

Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю, члену-корреспонденту РАН, доктору физико-математических наук, профессору Шабанову Василию Филипповичу за предложенную тему, постоянное внимание, поддержку и помощь в работе. За ценные методические и практические замечания выражаю признательность к.ф.-м. наук Зайцеву Николаю Кондратьевичу, к. ф.-м. наук Втюрину Александру Николаевичу. Благодарю за помощь всех сотрудников лаборатории.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Шестаков, Николай Петрович, 1998 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Н. Шестопалов. Цифровой измерительный прибор. // Измерительная техника.- 1971, №12, С.29-31.

2. В.П. Захаров, Ю.А. Снежко, В.П. Тычинский. Лазерный микроинтерферометр.// Квантовая электроника, 1975, Т.2, №6, С. 1142-114.

3. J.G. Skinner and W.G. Nilsen. Absolute Raman skattering cross-section mesuriment of 992 cmline of benzene.// J. Opt. Soc. Am.,1968, 58, N1, P.l 13.

4. A. Owiyng, P.S. Peercy. Precise charcterization of the Raman nonlinearity in benzene using nonlinear interferometry.// J. Appl. Phys., 1977, 48, P.614.

5. Y. Kato, Takuma, // J. Opt. Soc. Am., 1971, 61, P.347.

6. F.J. Mc Cung and D. Weiner.// J. Opt Soc. Am., 1964, 54, P.641.

7. J.P. Kaminow.E.H. Turner.// Phys. Rew., 1972, B5, P. 1564.

8. W.A. Heasinkveld, Determination of the differences betwen the termodynamic and the practical temperature scale in the range 630 to 1063 °C from radiation measurements.// Metrologia.- 1966, v.2.- P. 9.

9. В.И. Малышев. Введение в экспериментальную спектроскопию. - М.: Наука, 1979.

10. Н.П. Шестаков, А.Н. Ботвич, И.С. Кабанов. Автоматизированная установка для измерения абсолютных сечений КР - Красноярск, 1982, (Препринт / Ин-т физики СО АН СССР №190Ф). 22 с.

11. Н.П. Шестаков, B.C. Гоняев, И.В. Прейн, В.А. Черепанов. Автоматизированный КР спектрометр для измерения абсолютных сечений рассеяния./ В кн. Тезисы докладов III Всесоюзной конференции по спектроскопии комбинационного рассеяния света, Душанбе, 1986.

12. В.Г. Подопригора Н.П. Шестаков А.Н. Ботвич, В.Ф. Шабанов. Абсолютная интенсивность К.Р. фононных спектров и электрооптические параметры кристаллов дигалоидбензолов.// ЖПС, 1983, Т.38, №2, С.279-284.

13. Н.П. Шестаков, В.Ф. Шабанов. О возможности определения трансляционных и ориентационных колебаний в молекулярных кристаллах.// Опт. и спектр., 1979, 47, №3, С.506-509.

14. В.Г. Подопригора, А.Н. Ботвич, Н.П. Шестаков, В.Ф. Шабанов, Интенсивность линий комбинационного рассеяния фононных спектров и электрооптические параметры молекулярных кристаллов.// Опт. и спектр 1981, Т.50, С. 506-509.

15. A.N. Vturin, A.N. Botvich, V.G. Podoprigora, V.F. Shabanov, N.P. Shestakov. Electrooptic effect and Raman intensity in molecular crystals.// Materials Science, 1988, Vol.XIV, N1, P.87-90.

16. A.N. Botvich, V.G. Podoprigora, V.F. Shabanov, N.P. Shestakov, A.N. Vtyrin, -Optical properties of molecular crystals.// Phys. stat. sol. (b), 1983, 120, P.491.

17. V.Croatto, S. Bezzi, E. Bua. Acta crystalogr., 1952, 5, P.825.

18. Gazz. Chim. Ital, 1942, 72, 318.

19. А.И. Китайгородский, П.М. Зоркий, В.К. Вельский. Строение органического вещества: Данные структурных исследований (1929-1970). -М.: Наука, 1980.

20. В.П. Спиридонов. Спектральное исследование динамики решетки парадигалоидзамещенных бензола: Автореферат диссерт. канд. физ.-мат. наук.- 1977.-Красноярск. -23 с.

21. Т. Гилсон, П. Хендра. Лазерная спектроскопия .КР в химии. М: Мир, 1973.

22. В.Ф. Шабанов. Комбинационное рассеяние света в анизатропных гетеродесмических кристаллах: Диссерт. доктора, физ.-мат. наук.- 1982.-Красноярск. -388 с.

23. А.Н. Ботвич, В.Г. Подопригора, В.Ф. Шабанов, Комбинационное рассеяние света в молекулярных кристаллах. Новосибирск: Наука. Сиб. Отд-е, 1989, -221с..

24. ГОСТ 2789-73. Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики. Введ. 1973.

25. J.C. Wyant, К. Creath. Recent advances in interferometric optical testing. // Laser focus electro-optics.- 1985.- V.21., №11, P.l 18.

26. P.Carre, Installation du comarateur photoelectrique et interferential du Bureau Internationel des Poids et Mesures.// Metrologia, 1966, 2, P.13.

27. В.П. Бабенко, С.И. Барабанов, B.A. Горбаренко, Г.Р. Левинсон. Исследование возможности построения оптического профилографа на основе микроинтеферометра МИИ-4.// Опт. мех. Пр-ть., 1984, 9, С. 32-35.

28. Н.Н. Евтихиев, Ю.А. Снежко, В.П. Тычинский, Г.Р. Левинсон, В.И. Захаров Лазерный интерференционный профилограф.// Квантовая электроника, 1977, Т.4, №1, С.69.

29. В.П. Захаров, Ю.А. Снежко, В.П. Тычинский , Н.Н. Евтихиев, Устройство для реверсивного отсчета целой и дробной части полосы в интерферометрии.,//ПТЭ, 1976, №6 С. 159.

30. Е.А. Андрущак, В.П. Тычинский, Цифровая фазометрическая система счета целой и дробной доли полосы для гомодинного интерферометра,// ПТЭ, 1980, № 2, С.169-173.

31. Hung С - С. Optical heterodyne profilometer.// Opt. Eng. - 1984, V.23, N4. -P.365.

32. G.E. Sommargren. Optical heterodyne profilometry// Appl.Opt., 1981, V.20, P.610.

33. Y.-Y. Cheng, J.C. Wyant. Two-Wawelength Phase Shifting Interferometry,// Appl. Opt, 1984, 23, P.4539.

34. K. Creath, Y.-Y. Cheng, J.C. Wyant. Contouring Aspheric Surfaces Using Two-Wawelength Phase Shifting Interferometry.// Opt. Acta, 1985, 32, P. 1455.

35. Н.П. Шестаков, А.П. Шешуков, B.A. Фроленко, B.C. Гоняев, Интерференционный профилограф.- Красноярск: 1986. (Препринт/АН СССР, Физ. Ин-т, №367Ф).

36. B.C. Гоняев, B.A. Фроленко, Н.П. Шестаков, А.П. Шешуков. Бесконтактный интерференционный профилограф.// Автометрия, 1987, №3, С.50-56.

37. Н.П. Шестаков, А.П. Шешуков, В.А. Фроленко. Устройство для измерения сдвига интерференционных полос./ A.C. 1285320 (СССР) - Опубл.,в. Б.И.,

1987, №3.

38. Ю.К. Ребрин. Управление оптическим лучем в пространстве // М.: Сов. Радио, 1977.

39. Н.П. Шестаков, В.Ф. Шабанов, Алгоритм отсчета целых и дробных долей интерференционных полос.// Докл. Всесоюзной научно-технической школе-семинаре по лазерному и спектральному приборостроению. Минск, 1985.

40. Ю.В. Линник. Метод наименьших квадратов и основы математико-статитистической обработки наблюдений.- Изд. Физматгиз, 1962.

41. Р. Л. Отнес Эноксон. Прикладной анализ временных рядов.- М.: Мир, 1982.

42. Н.П. Шестаков, А.П. Шешуков, В.А. Фроленко. Бесконтактный интерференционный профилограф./ A.C. № 1384950 (СССР), Опубл. в Б.И., 1988, № 12.

43. Н.П. Шестаков, В.Ф. Шабанов. Интерференционные измерения уступов с крутыми стенками. - Красноярск, 1997, 20 с. (Препринт №773Ф ИФ СО РАН).

44. К. Creath, Step height mesurement using two-wavelengh phase-shifting interferferometr.// Appl. Opt., 1987, 26, №14, P.2810.

45. B.M. Агранович. Эффекты внутреннего поля в спектрах молекулярных кристаллов и теория экситонов //УФН.- 1974.-Т.112, №1.-С.143-171.

46. В.П. Бабенко, С.И. Барабанов, В.А. Горбаренко и др. Фотоэлектрический интерферометр белого света для измерения толщины прозрачных пленок.// ПТЭ, 1984, № 4, С 219-222.

47. Y-Y. Cheng, J.C. Wyant. Multiple-Wavelength Phase-Shifting Interferometry.// Appl. Opt, 1985, 24, P.804.

48. П.И. Гекк, Ю.В. Коловский, Л.А. Куликова, А.П. Шешуков, Н.П. Шестаков. Измерение уступов поверхности методом многоволновой интерферометрии. - в кн. Тезисы VII Всесоюзной научно-технической конференции, - Фотометрия и ее метрологическое обеспечение. Москва,

1988.

49. Н.П. Шестаков, Способ измерения уступов с крутыми стенками/ Патент №209574, зарегистрирован в Гос. Реестре изобретений 10 ноября 1997 г.

50. А. Kastler, A. Rousset. U effect Raman et le pivotement des molecules dans les cristaux. Theorie generele et verification experimentele dantale dans le car du naftaline. /Я. de Phys. et Rad, 1941, V.2, N 2, P.49-57

51. Б.С. Непорент, Н.Г. Бахшиев. Интенсивности в спектрах многоатомных молекул. //Опт. и спектр. - 1958, Т.5, С. 643-645.

52. В.М. Сидоренко, B.C. Либов, Н.Г. Бахшиев. Влияние эффективного поля световой волны на спектры комбинационного рассеяния конденсированных сред. Метод определения поправки к наблюдаемому спектру КР. //Опт. и спектр, 1973, Т.35, С. 270-276.

53. В.А. Ходовой, О расчете влияния эффективного поля световой волны на спектры комбинационного рассеяния конденсированных сред. . //Опт. и спектр, 1976, Т.41, С. 692-694.

54. Е. Burgos, Н.В. Bonadeo, P. D'Alessio. Ramaan intensities of lattice vibrations in molecular crystals. //Chem. Phys, 1975, V.63, P.38-44.

55. Л.Н. Овандер, H.C. Тю. Комбинационное рассеяние света на бездипольных колебаниях молекулярных кристаллов. //ЖПС, 1978, Т.28.- С.873-880.

56. L.N. Ovander, N.C. Туи. Theory of Raman scatteryng of polar phonons. // Phys. stat. sol, 1979, V.B 91, P.763-769.

57. В.Ф. Шабанов, В.Г. Подопригора. Определение интенсивностей линий СКР решеточных колебаний 1,3,5-трибромбензола. // Опт. и спектр 1976, Т.41, С. 235-238.

58. В.Ф. Шабанов, В.Г. Подопригора. Определение интенсивностец линий СКР решеточных колебаний 1,3,5-трибромбензола. // Опт. и спектр 1978, Т.45, С. 493-496.

59. P.G. Gummins, D.A. Ddunmur, R.W. Munn. The efftctive molecular polarizability and localelectric field in molecular crystals. //Chem. Phys. Letters, 1973, V.22, P. 519-527.

60. F.P. Chen, D.M. Hanson, D. Fox. The efftctive molecular polarizability and localelectric field in molecular crystals. //Chem. Phys. Letters, 1975, V.30, P. 337-344.

61. В.Ф. Шабанов, В.Г. Подопригора, A.H. Ботвич, В.П. Ермаков. О возможности вычисления локальных полей в молекулярных кристаллах. //Кристаллография, 1981, Т.26, С.677-681.

62. Н.П. Шестаков, А.Н. Ботвич,. В.Ф. Шабанов, В.Г. Подопригора Абсолютная интенсивность КР фононных спектров молекулярных кристаллов.- Красноярск: ИФ, 1981.- 30 с. (Препринт / Ин-т физики СО АН СССР).

63. К.Б. Толпыго. Состояние теории поляризации идеальных ионных и валентных кристаллов. //УФН.-1961, Т.74, № 2, С. 269-288.

64. В.Ф. Шабанов, А.Н. Ботвич,. В.Г. Подопригора, А.Н. Втюрин, Н.П. Шестаков,. Абсолютная интенсивность линий КР решеточных фононных спектров м-хлорнитробензола. // Опт. и спектр.- 1983, Т.55, С. 689-694.

65. T.Luty, A. Mierzejewski, R.W. Munn. Raman Intensities of Lattice Vibrations in Molecular Crystals. //Chem. Phys, 1978, V.29, №2, P.353-365.

66. V. Schettino, Califano. Lattice Dynamics and Interaction Potentials in Molecular Crystals. //J. Mod. Struct.- 1983, V.100.-P.459-483.

67. P.G. Gummins, D.A. Ddunmur, R.W. Munn, R.J. Newham. Aplikations of Evald Met. 1 .Calculation of Multipole Lattice Sums //Acta Crist.-1976.-V. A32.-P.897-903.

68. T.Luty. On the Effective Molecular Polaribizabiliti in Molecular Crystals. //Chem. Phys. Letters.- 1976.- V.44, №3. P.335-338.

69. В.Ф. Шабанов, В.Г. Подопригора, A.H. Ботвич, Н.П. Шестаков, Электрооптические параметры и интенсивности линий КР фононных спектров молекулярных кристаллов.- Красноярск, 1979. (Препринт ИФСО-114Ф), с. 43

70. В.Ф. Шабанов, В.Г. Подопригора, А.Н. Ботвич, Н.П. Шестаков, Абсолютная интенсивность линий КР фононных спектров м-хлорнитробензола. // Опт и спектр..-1981, Т. 50, №2.- С.307-312.

71. Г.С. Фелинский, И.И. Кондиленко, П.А. Коротков. Внутрикристаллическое поле анизатропии // Укр. Физ. Журн.- 1981.- Т.26, вып. 4.- С.664-665.

72. A. Carrenco, J. Jerphagnon, A. Pirpgand. Nonlinear Optical Properties of Some m-disubsttuted Benzen Derivatives // J. Chem. Phys.- 1977.- V.66, №8.- P.3806-3813.

73. Г.В. Розенберг. Оптика тонкослойных покрытий.- М: "ФИЗМАТГИЗ", 1958.-570 с.