ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Отражение и пропускание света прозрачной и полупрозрачной пластинками из "Лазерная термометрия твердых тел " Традиционная схема измерения коэффициентов отражения и пропускания света пластинкой при нормальном падении включает источник света, монохроматор и фотоприемник. Большинство серийно выпускаемых спектрофотометров предназначено для регистрации спектров пропускания при нормальном падении. Выпускаются также приставки к спектрофотометрам для регистрации спектров зеркального или диффузного отражения света при разных углах падания (10-ь45°). Если измерения проводятся при ненулевом угле падения (угол отсчитывается от нормали к поверхности образца), схема содержит поляризатор (рис. 2.1). [c.25] Существуют и другие схемы для получения спектров отражения и пропускания. Например, схема Фурье-спектрометра не содержит монохроматора, поэтому весь свет от источника падает на образец, а затем попадэг ет в сканирующий интерферометр, одно из зеркал которого перемещается вдоль нормали к своей поверхности. Как правило, применяется интерферометр Майкельсона. Фотоприемник регистрирует сложную интерферограмму 1 Ь), которая является суперпозицией интер-ферограмм /(Л, ) для каждой из длин волн, содержащихся в пучке. Спектры отражения Я 1 ) или пропускания Т ( ) восстанавливаются с помощью обратного преобразования Фурье (здесь 1У = 1/А). Приборы с Фурье-преобразованием применяются в диапазонах спектра от видимого до субмиллиметрового (Л 300 мкм). [c.25] Фаза = 2пкк в случае многолучевой интерференции представляет собой разность хода двух интерферирующих пучков соседних порядков интерференции (например, первого и нулевого, второго и первого и т.д.). На рис. 2.2, 2.3 построена зависимость коэффициентов отражения Я и пропускания Т от фазы (в пределах полутора порядков интерференции) для монокристалла кремния толщиной 0,5 мм при двух длинах волн 1,15 мкм (Не-Не лазер) и 1,06 мкм (Нс1 УАС лазер). [c.26] В области Л 0,96 мкм интерференция света в пластинке толщиной 0,5 мм практически не влияет на коэффициенты отражения и пропускания из-за сильного поглощения (при этом Дщах R min Ri, Ттах Tmin 0). Небольшое изменение отражения в этой области обусловлено спектральной зависимостью показателя преломления. При Л 0,96 мкм поглощение уменьшается, и наблюдается влияние второй поверхности пластинки на коэффициенты отражения и пропускания света быстро растет амплитуда резонансов Фабри-Перо при наличии интерференции, а в ее отсутствие увеличивается коэффициент отражения R (рис. 2.6) из-за того, что свет отражается от двух поверхностей. При Л 1,2 мкм амплитуда резонансов принимает постоянные значения, поскольку в этой области кремний практически не поглощает свет. [c.28] 7) видно, что контраст падает с увеличением поглощения. В области спектра, где имеется достаточно сильное собственное поглощение света кристаллом (Л 0,96 мкм), контраст равен нулю, а в области прозрачности кремния (при Л 1,2 мкм) контраст максимален. Максимальное значение Уд = 1 достигается при а = О и Дх = Н2-Как правило, для реальных кристаллов (81, СаАз) с полированными поверхностями, применяемых в качестве подложек при изготовлении микросхем, значение Уд не достигает единицы, поскольку качество полировки двух поверхностей отличается средняя высота микрорельефа шероховатости на лицевой поверхности ниже, чем на тыльной. Поэтому условие = Й2 обычно не выполняется. [c.29] Для серийно выпускаемых пластин монокристаллического кремния изменение толщины составляет 0,3-Ь1 мкм на длине 1 см вдоль поверхности пластины. Подавление интерференции происходит, если на диаметре пучка (Л = 1,15 мкм) толщина кремниевой пластинки (п 3,54) изменяется на Д/г 0,08 мкм. Если диаметр пучка мал (например, 0,1 мм), это условие не выполняется, и влияние интерференции существенно. При большом диаметре пучка происходит усреднение экстремумов. Таким образом, при облучении неидеальной пластинки лазерным излучением с высокой временной когерентностью можно получить некогерентный режим, т. е. отсутствие интерференционных эффектов в отраженном и проходящем свете. [c.30] Возможно также подавление интерференционных эффектов путем фокусировки пучка. В этом случае усреднение происходит вследствие того, что оптические толщины пластинки различны для лучей, распространяющихся под разными углами к нормали. [c.30] Спектральные зависимости НиТ для монокристалла кремния в области края собственного поглощения были приведены на рис. 2.6 и 2.7. [c.30] Наибольшие изменения коэффициентов отражения и пропускания наблюдаются именно в области края поглош,ения. Для разных материалов положение этого края суш,ественно меняется например, при температуре 300 К для монокристалла германия край находится в области Л 1,8 мкм, для монокристалла СаАз — в области Л 0,87 мкм, для более широкозонных полупроводников (СаР, ZnSe и т.д.) край поглош,ения лежит в видимой области спектра, для кристаллических (сапфир, кварц, ниобат лития, алмаз и т. д.) и аморфных диэлектриков край поглош,ения находится в ультрафиолетовой области спектра. [c.31] На рис. 2.9 показан спектр пропускания света монокристаллом ар-сенида галлия в области края поглош,ения. В области Л 910 нм поглош ение несуш ественно (а 1 см ), при этом коэффициент пропускания определяется величиной френелевых потерь на отражение света от двух поверхностей. Форма края поглош,ения кристалла СаАз будет обсуждаться в гл. 5. [c.31] Спектр пропускания в инфракрасной области для монокристалла кремния показан на рис. 2.12. В данном случае ИК-излучение взаимодействует с колебаниями решетки очень слабо, поскольку поглош,е-ние света связью Si-Si, не имеюш,ей постоянного дипольного момента, является запреш,енным процессом. Могут происходить лишь процессы второго порядка, когда излучение индуцирует диполь, который взаимодействует с излучением [2.2]. Эти процессы имеют очень низкую вероятность, поэтому решеточное поглош,ение света в кремнии и других кристаллах с центром инверсии (алмаз, Ge) является слабым, фотоны ИК-диапазона поглощаются в двухфотонных процессах. Для таких кристаллов, как алмаз, кремний и германий, возможно также поглощение с участием примесей. В кремнии за наиболее сильные полосы поглощения в ИК-диапазоне ответственны такие примеси, как кислород (Л PS 9,1 мкм, I/ 1100 см ) и углерод (Л 16,5 мкм, I/ 600 см ). [c.33] Величины Дтах5 Т ш, Д И Т В области прозрачности ак 1) зависят от показателя преломления материала пластинки (рис. 2.13). [c.33] Индекс (порядок) отражения и пропускания определяется количеством прохождений пучка в пластинке в направлении, совпадающем с направлением падающего пучка. Пучок, отразившийся от лицевой поверхности, имеет индекс 0. [c.34] В этом случае при суммировании рядов необходимо учитывать большое число слагаемых. При суммировании полей сходимость рядов медленнее, чем при суммировании интенсивностей, поскольку / 7 . На рис. 2.15 показаны зависимости коэффициентов отражения и пропускания (по амплитуде поля) от показателя преломления материала прозрачной пластинки. [c.36] что условной границей, разделяющей области с малым и большим показателем преломления, можно считать значение п 1,7-=-2 для материалов с гг 1,7-ь2 достаточно учесть два пучка, чтобы довольно точно описать результат взаимодействия света с пластинкой. [c.36] При изменении величины 2nkh происходят осцилляции слагаемых, причем только для двухлучевой интерференции отражение изменяется по гармоническому закону, а для слагаемых более высокого порядка появляются также удвоенные, утроенные и т. д. частоты осцилляций. На рис. 2.16 показано, каким образом происходит формирование резонансной кривой при учете разного числа отраженных пучков. [c.37] Эта связь позволяет решить вопрос об изменении формы резонансов при нанесении просветляюш,их или отражаюш,их пленок на поверхность пластинки. При фиксированном Ri и увеличении R2 от нуля до единицы происходит монотонное увеличение Ут и, следовательно, увеличение F. Это означает, что при нанесении металлической пленки на одну из поверхностей пластинки минимумы отражения становятся более узкими. [c.39] Любая плоскопараллельная прозрачная пластинка представляет собой эталон Фабри-Перо для падающего на нее света. Резонансные свойства пластинок широко используются для лазерной термометрии. Однако эталоны Фабри-Перо для термометрии и для спектроскопии высокого разрешения представляют собой противоположные предельные случаи термометрический эталон характеризуется значениями F 2- 4, тогда как спектроскопический — значениями F 50-i-60 (более высоких значений трудно достичь из-за погрешностей в изготовлении зеркал). [c.39] Вернуться к основной статье