183925. lajstromszámú szabadalom • Berendezés síkfelületű anyagminták optikai állandóinak meghatározásához
1 183 925 2 ja, egy hullámhosszon történő méréshez, két ismeretlen optikai állandók meghatározására, kiegészítve az elektronikus részegységek általános tömbvázlatával. A 3. ábra az 1. ábrához hasonló optikai elrendezés további kiviteli alakja, három kiválasztott hullámhosszon történő mérésekhez. A 4. ábra az 1. ábrán bemutatott elrendezés további példaképpeni kiviteli alakja, monokromátorral folytonosan kiválasztható hullámhosszakon történő mérésekhez. Az 5. ábra a találmány szerinti berendezés egy előnyösen kialakított mintatartó egységét mutatatja, folyadékminták n és k optikai állandóinak rögzített beesési szög mellett történő méréséhez. A 6. ábra a találmány szerinti berendezés egy további, célszerűen folyadékminták mérésére és szórási jellemzőinek meghatározására szolgáló mintatartó egységét mutatja. A 7. ábra a találmány szerinti berendezés mintatartó és fénynyaláb intenzitást mérő egységeinek egy további célszerűen kialakított elrendezése, síkfelületű félvezető detektorfelületek abszolút transzmisszió értékének meghatározásához. Az 1. ábrán példaképpen bemutatott találmány szerinti berendezés az n optikai törésmutató (dielektrikum minta) mérésére szolgál. Az Fp, fs fényforrások ez esetben azonos X hullámhosszon, szakaszos üzemben üzemeltethető fényforrások. Az Fp, Fs fényforrások előtt közvetlenül a Bp, Bs fényforrásrések vannak az Lp, Ls külön kollimáló objektívek fókuszsíkjában elhelyezve (a rések keskenyebb oldala a beesési síkkal párhuzamos), az Lp, Ls külön kollimáló objektívek után haladó sugarak tehát az Op, Os külön optikai tengelyekkel párhuzamosak és itt kerülnek elhelyezésre a PLp, PLs polarizáló elemek a p, ill. s polarizációs irányok kiválasztására. Az Op, Os külön optikai tengelyeken haladó polarizált nyalábok azonos OK közös optikai tengelyen történő egyesítését a P nyalábegyesítő elem — jelen példában vékony plánparalel üveglap — végzi oly módon, hogy az Fp fényforrásból származó nyalábot átengedi, az Fs fényforrásból származó nyalábot reflektálja, az OKps megvilágító nyaláb irányába. Ez az elrendezési mód előnyös, mivel a p polarizációs irányban a plánparalel üveglemez transzmissziója, míg a s polarizációban a reflexiója a nagyobb. Az IKps megvilágító nyaláb a beesési szögben világítja meg az S mintát, melynek hátoldalát a zavaró reflex fények kiküszöbölése érdekében mattítani, és fekete festékkel célszerű lefesteni. Az S mintáról az IRps reflektált mérőnyaláb intenzitását az LM1 második leképző objektív fókuszsíkjában elhelyezett B1 mérőrés mögött levő Dl detektor méri. Optikai veszteség elkerülése érdekében a B1 mérőrés valamivel nagyobb, mint a Bp, Bs fényforrásrések optikai képe. A Dl detektor ml jelvezetéke a VK1 vezérelhető villamos választó kapcsolón keresztül TI villamos tároló egységben levő ti, t2, tu tároló elemekre kapcsolódik. A PV programvezérlő egység vl, vp, vs vezérlő veztékei a TI villamos tároló egységre és az Fp, Fs fényforrásokhoz vannak csatlakoztatva. A mérési ciklus 3 célszerűen azonos időtartamú, egymástól elválasztott szakaszból áll. Az egyik szakaszban a PV programvezérlő egység a vp vezérlő vezetéken át üzembe helyezi az Fp fényforrást és egyidejűleg a VK1 vezérelhető villamos választó kapcsolóval a Dl detektor ml jelvezetékét a ti tároló elemre kapcsolja, a második szakaszban az Fs fényforrás és t2 tároló elem üzemel, míg a harmadik szakaszban egyik fényforrás sincs bekap10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 csolva és Dl detektor jele, ami ekkor az esetleges (háttér fénytől eredhet) „nulla” jel a t3 tároló elemen kerül tárolására. A ciklus végén a megfelelő Rp, Rs reflexió értékeket a ti, t2 tárolóban és tu tárolóban tárolt értékek különbsége adja. A g=Rp/Rs hányados értékből és a beesési szög értékéből a n törésmutató értéke az ismert Fresnel formulákból levezethető egyszerű képlettel számítható. Az S minta helyére ismert n törésmutatójú anyagot helyezve, a mérőberendezés kalibrálható. A kalibrálásra az Fp, Fs fényforrások esetleges eltérő fényintenzitása és az Fp, Fs fényforrásoktól a Dl detektorig terjedő szakaszra vonatkozó polarizációfüggő és eltérő transzmissziós hatásfok miatt van szükség. A 2. ábrán az 1. ábra a-a metszetvonalától jobbra eső részének példaképpeni kiviteli alakja, egy hullámhoszszon történő mérésre, két ismeretlen, pl. n és k törésmutatók értéke meghatározásához, kiegészítve optikai referencia nyaláb intenzitását mérő egységgel. A két ismeretlen meghatározásához két Ml és M2 fényintenzitást mérő egység, melyek közül az első az IRps reflektált, a másik az ITps transzmittált mérőnyaláb OR és ÖT optikai tengelyein, míg egy harmadik Mz fényintenzitást mérő egység az IKps megvilágító nyaláb párhuzamosan haladó szakaszából PR optikai kicsatoló elemmel kicsatolt IQps optikai referencia nyaláb OQ optikai tengelyénvan elhelyezve. A három Ml, M2, Mz fényintenzitást mérő egység belső felépítése azonos és megegyezik az 1. ábrán bemutatott Ml fényintenzitást mérő egység felépítésével. A három Dl, D2, Dz detektor ml, m2, mz jelvezetékei VK1, VK2, VK3 vezérelhető villamos választó kapcsolókon keresztül Tl, T2, Tz tároló egységekben levő ti, t2, t3 tároló elemekhez kapcsolódik. A mérési ciklus analóg az 1. ábrán bemutatott mérési ciklushoz. Az Fp fényforrás üzemeltetésekor Dl detektor jele ti (Tl), D2 detektor jele ti (T2) és Dz detektor jele ti (Tz) tároló elemekre; Fs fényforrás üzemeltetésekor Dl jele t2 (Tl) D2 jele t2 (T2) Dz jele t2 (Tz) tároló elemekre; míg „nulla” jel esetén Dl jele t3 (Tl) (D2) jele t3 (T2) Dz jele t3 (Tz) tároló elemekre van kapcsolva. A mérési ciklus végén a PV programvezérlő egység vo vezérlő vezetéken indítja az MP mikroprocesszort, mely a ti (TI)... t3 (TV) tároló elemekben tárolt értékekből megfelelő iterációs számító program segítségével kiszámítja n és k értékeit, melyek a K kijelző egységen megjeleníthetők. A ql=Rp/Rs, valamint a q2=Tp/Ts értékek kerülnek először kiszámításra és ezen értékek képezik az iterációs számító program bemenő adatait. Az iterációs számítóprogram megkeresi azt az n, k értékpárt, melyből kiszámítható ql* és q2* értékek — az előírt hibahatáron belül — megegyeznek ql és q2 mért értékeivel. Az S minta helyére ismert n és k értékű anyagot behelyezve a mérőberendezés kalibrálható. A transzmissziós hatásfokot azonban, ill. megfelelő normálási faktorokat az ismert n és k értékekből számított Rp*, Rs*, Tp*, Tls* és ezek Rp* Rs* Tp* Ts* mért értékeinek ——, ——, ——, — hányadosainak Rp Rs H> TS számértékei szolgáltatják, melyeket a kalibrálás után az MP mikroprocesszor további — rajzon nem feltüntetett — tároló elemeiben tárolhatunk. A számító program a vizsgált minta optikai vastagságát és az alkalmazott Fp, Fs fényforrások fényének koherencia hosszát figyelembe véve, a többszöri belső reflexiók miatt célszerűen „koherens” vagy „inkoherens” számítási módot is tartalmazhat. 3
