книги из ГПНТБ / Крылова Т.Н. Интерференционные покрытия. Оптические свойства и методы исследования

система, которая дает возможность сохранять размеры изображения источника на приемнике и обеспечивать его положение на одном и том же участке, даже при небольших наклонах образца. Схема ком­ пенсирующего устройства приведена на рис. V I I . 12, ". Сплошные линии изображают путь луча при нормальном положении образца S. При небольшом смещении в положение S' луч пойдет по пути, пока­ занному штрихами. В результате того, что свет падает на поверх­ ность образца почти по нормали, а фокальная область сферического

зеркала М8 шире, чем максимальное смещение образца, зеркало М8 даст изображение источника света в той же точке, что и ранее. При­ бор может быть использован для измерения отражения и пропуска­ ния. При измерении пропускания образец помещается либо перед входной щелью в кассету Е, либо в кассету Т, расположенную за рефлексометром. Параллельно производят измерение пропускания идентичной подложки без пленки.

Спектрофотометрические измерения поверхности подложки с ин­ терференционной пленкой требуют значительной затраты времени и специального оборудования. Более доступно для измерений ин­ тегральное значение коэффициента отражения R [3]. Однако при этом необходимо учитывать, что на интегральное значение влияет не только характер спектрального отражения поверхности с пленкой, но и спектральные свойства источника радиации и чувствительность приемника, обладающие, как и интерференционное покрытие, опре­ деленной селективностью (этот вопрос уже рассматривался в п. 8 на примере двух- и трехслойного просветляющих покрытий).

Связь между совокупностью спектральных значений коэффи­ циента отражения поверхности с пленкой и его интегральным зна­ чением R определяется выражением

(VII.8)

30 см. В центре диска имеется ось, на которой укреплены осветитель и фотоэлемент, которые устанавливаются с помощью фиксаторов под

Использование описанного метода оказалось, например, очень плодотворным для исследования зависимости коэффициента отраже­ ния от угла падения света на поверхность стекла с различными просветляющими покрытиями. При углах падения свыше 50° отра­ жение от поверхности стекла без покрытия и с просветляющей плен­ кой быстро растет, однако при любых углах падения отражение от просветленной поверхности всегда ниже, чем от исходного стекла (рис. V I I . 16).

Т а б л и ц а VI 1.2. Интегральные коэффициенты отражения R (в %) интерференционных зеркал при различных углах падения q>

1 П р и нормальном падении света.

Максимум отражения находится во всех случаях в средней части видимой области 550—640 нм. У однослойных пленок Т Ю 2 интег­ ральное значение коэффициента отражения практически не меняется с изменением угла падения. У многослойных покрытий с увеличением угла падения отражение снижается сильнее, чем того требует теория (п. 18). Это объясняется тем, что с ростом угла падения максимум отражения смещается в направлении коротковолновой области спектра, где интенсивность излучения лампы накаливания мала, а также значительно ниже чувствительность селенового фотоэлемента. В области максимальной чувствительности последнего интенсивность света, отраженного от поверхности с пленкой, падает в результате смещения максимума в коротковолновую область [76].

Приведенные примеры экспериментального определения коэффи­ циента отражения при различных углах падения света служат на­

Спектрофотометрические измерения дают возможность одновре­ менного определения оптической толщины и показателя преломления прозрачной пленки, откуда можно найти ее геометрическую тол­ щину. В этом случае, если пленка по своим свойствам близка к идеаль­ ной, вопрос решается просто. У пленок, обладающих значительной дисперсией, поглощением, неоднородностью и т. д., показатель преломления и толщина, полученные в результате фотометрических измерений, дают некоторые усредненные значения.

Помимо спектрофотометрических разработаны оптические ме­ тоды раздельного определения толщины и показателя преломления пленки. Один из наиболее простых и точных методов определения геометрической толщины основан на измерении смещения интерфе­ ренционных полос, образующихся в тонком воздушном клине (по­ лосы равной толщины). Для этого испытуемая пленка наносится на одну половину поверхности стеклянной или кварцевой подложки. Граница раздела по возможности должна быть резкой. На подложку с пленкой осторожно накладывается пробное стекло так, чтобы между поверхностями подложки и пленки образовался воздушный клин, равный нескольким длинам волн. При освещении монохроматическим светом (например, зеленой линии ртути к = 546,1 нм) можно на­ блюдать появление двух систем черных и окрашенных (например, зеленых) полос, сдвинутых одна относительно другой на величину пропорциональную толщине пленки. Условием получения резких

Поверхности должны быть оптическими плоскостями хорошего качества, так как этим в значительной степени определяется точ­ ность измерений, особенно при малой толщине пленок [38]. При

194

хорошем качестве поверхностей интерференционные полосы представ­ ляют собой прямые линии, расположенные на равных расстояниях одна от другой. Если поверхности имеют неровности, то форма ин­ терференционных полос воспроизводит профиль поверхности. В том случае, когда местные ошибки не превышают 0,05—0,1 полосы, то с этой точностью можно оценить высоту ступеньки, или толщину пленки. Количественно смещение можно выразить в долях длины волны, если учесть, что изменение толщины воздушного клина на половину длины волны соответствует смещению на одну полосу. Профиль поверхности и высоту ступеньки в та­ ком случае можно оценить с точностью

порядка ~ , для чего не требуется ка­ ких-либо сложных приборов.

ширением полос и смещением их к отверстию клина. Если расстояние между полосами равно Ь, то толщина пленки в долях полосы со­

Точность определения толщины пленки значительно выше, если отражающие поверхности имеют высокий коэффициент отражения. Если на поверхность подложки -с пленкой нанести слой серебра толщиной около 100 нм, то отражение повысится до 95%. Профиль поверхности при этом сохраняется. На пробную пластину наносится

с плоскостью падения. Ее можно разложить на две составляющие, расположенные в s- и

и находящиеся в одной фазе. После отражения составляющие умень­ шаются и испытывают сдвиг фаз на As и Ар. Результирующая волна будет характеризоваться двумя гармоническими колебаниями в двух перпендикулярных направлениях:

(VII. 12)

представляющее уравнение эллипса в общем виде. Конец светового вектора описывает эллипс, вписанный в прямоугольник со сторо­ нами 2а0 и 2Ь0. В зависимости от разности фаз и отношения амплитуд в частных случаях эллиптическое колебание может перейти в пря-

198