183925. lajstromszámú szabadalom • Berendezés síkfelületű anyagminták optikai állandóinak meghatározásához
1 2 183 925 Síkfelületű anyagminták optikai állandóinak (n, k törésmutatók és d rétegvastagság) meghatározására ismeretesek olyan mérési eljárások és berendezések, melyek ezen állandók értékének kiszámítását az anyagmintának a beesési síkkal párhuzamos p és arra merőleges s polarizációjú fénynyalábra vonatkozó, adott a beesési szögben mért Rp és Rs reflexió értékekből végzik. Pl. W. Driscoll: Handbook of Optics McGraw Hill (1978) 70—17. old. Ismeretes olyan módszer is, mely nem teljesen „sima” felületeknél is megbízható eredményt ad. Ebben az esetben azonban a két mért reflexióérték q=Rp/Rs hányadosa a számítás induló adata és így a két mérés csak egyetlen ismeretlen adat kiszámítására elegendő. Pl. D.G. Avery: Proc. Phys. L. B65 (1952) 425. Mindezen berendezésekben a p és s polarizációjú nyalábok előállításakor a polarizáló lemezek forgatására van szükség, ami optikai nyalábvándorlást okozhat. Ismeretes álló, megfelelő orientált polarizáló elemmel működő berendezés is, pl. M. Dühmke: Optik 30 (1970) 359, melynél a nyalábok kiválasztása forgó mechanikus fényszaggatóval történik, a két nyaláb azonban nem azonos helyen világítja meg a mintát. Ezen hátrányok mellett a mechanikus mozgóelemet alkalmazó berendezésekkel végezhető egyes mérések mérési ideje nem nagyon csökkenthető. Jelen találmány célja anyagminták optikai állandóinak meghatározására szolgáló olyan berendezés, mely a mérések elvégzésénél a minta behelyezésén túl más külső beavatkozást nem igényel, mechanikus mozgó elemet mérés közben nem használ és melyben az egyes mérések mérési ideje nagyságrendekkel kisebb lehet. Ezen előnyök mellett továbbá célszerű kiviteli alakokban biztosítja a mérési adatok gyors, digitális tárolását, közvetlen feldolgozását és kijelzését. A találmány szerinti berendezésben a két p és s polarizációjú megvilágító fénynyaláb szakaszos üzemben működtethető külön-külön fényforrásokból származik és a külön-külön fényforrások fénye alkalmas nyalábegyesítő elemmel közös optikai tengelyen egyesítve, azonos helyen, azonos beesési szögben, és időosztásban világítja meg a mintát. A találmány berendezés síkfelületű anyagminták optikai állandóinak meghatározásához, mely berendezésnek kiválasztható beesési szögű, a beesési síkra vonatkoztatva rögzített polarizációs irányú monokromatikus megvilágító fénynyalábja, az anyagminta elhelyezésére és pozicionálására alkalmas mintatartó egysége, fénynyaláb(ok) intenzitását mérő egysége(i), valamint a fénynyaláb(ok) intenzitását mérő egység(ek)hez kapcsolódó, villamos 50 mérőjelek tárolására alkalmas, időosztásban kiválaszható tároló elemeket tartalmazó villamos tároló egysége© vannak és az jellemzi, hogy a mintát kiválasztott beesési szögben megvilágító fénynyalábot két olyan, azonos hullámhosszúságú, közös optikai tengelyen, nyalábegyesítő 55 elemmel egyesített, a beesési síkkal párhuzamosan és arra merőlegesen polarizált komponensnyaláb alkotja,, melyeknek fényforrásai vezérelhető és szakaszos üzemben működtethető fényforrások. A találmány szerinti berendezhés elkerüli az ismert be- 60 rendezések hátrányait, mivel a szakaszos üzemben, időosztásban történő mintamegvilágítás igen rövid idejű is lehet, csökkenti a két polarizációban történő mérések közötti kereszthatásokat, mozgó elemet nem igényel, továb- '< bá közvetlen lehetőséget biztosít pontosabb, digitális mé- i ésadat tárolásra és mikroprocesszorral vagy számítógéppel való összekapcsolásra, ami a külön tárolt készülék hitelesítési állandók és különböző programok segítségével 5 az ismeretlen optikai állandóknak a mérési adatokból elérhető optimális pontosságú kiszámítását is biztosítja. A berendezés előnyös kiviteli alakban a meghatározandó ismeretlenek számával azonos számú fénynyaláb intenzitásmérő egységet tartalmaz (célszerűen kiegészítve 1Q egy további optikai referencianyaláb intenzitását mérő egységgel) és ezen fénynyaláb intenzitásokat mérő egységek a mérési feladatoknak megfelelően optimális mérési pontosságot biztosító, kiválasztható irányokban mérik a mintáról reflektált és/vagy transzmittált irányban kilépő 15 fénynyalábok intenzitásait. Előnye továbbá, hogy az optikai állandók gyors időbeli változása is meghatározható, mivel az egyes mérés ciklusideje a fényszakasz hosszak r időtartama esetén, a p és s polarizációban végzett, továbbá a háttérfény kompenzálásához és az elválasztáshoz 20 szükséges „holt” időket figyelembe véve kb. 4t. Ez a mérési idő folytonos spektrumú flash cső esetén kb. msec, míg lézerdiódák, vagy „mode locking” lézerfényforrások esetén nsec nagyságrendű is lehet. A berendezés egy előnyös kiviteli alakja folytonos 25 spektrumú fényt kibocsátó fényforráspárok fényének nyalábegyesítése után elhelyezett monokromátor segítségével lehetőséget biztosít az ismeretlenek hullámhossztól való függésének meghatározására is. Ha azonban a mérése két csak egy hullámhosszon kívánjuk elvégezni, akkor 30 a fényforrások ezen a hullámhosszon fényt kibocsátó fényemittáló diódák (LED-ek) vagy lézerdiódák. Kisszámú eltérő hullámhosszakon történő mérés esetén, eltérő hullámhosszakon működő diódapárok alkalmazhatók, melyek fénye, alkalmas színegyesítő elemmel kerül a 35 megvilágító nyaláb optikai tengelyén egyesítésre és a hullámhossz kiválasztása villamos úton, ezen diódapárok további időosztásban történő üzemeltetésével oldható meg. A berendezés egyik célszerűen folyadékminták méréséé kialakított kiviteli formája fqyladékadagoló (átára- 40 moltatható) szerkezettel van ellátva, így pl. ipari folyamatszabályozásra is előnyösen alkalmazható. Egy további alkalmasan kialakított, összetett hengertest alakú mintatartó egysége pedig a megvilágított mintafelületről a tükrözési és/vagy transzmittált irányoktól eltérő irányokban 45 elhelyezett további fénynyalábok intenzitását mérő egységekkel biztosítja a mintáról a p és s polarizációjú szórt fénynyalábok intenzitásmérését, mely a folyadékmintában levő szóró közegek egyéb adatainak, pl. szemcseméret, szemcseeloszlás meghatározását is lehetővé teszi. A berendezés egyik, célszerűen kialakított kiviteli alakja síkfelületű félvezető detektorok, ill. ezek mérőfelületén képződött vagy kiképzett réteg, vagy rétegkombinációk optikai adatainak — különösen abszolút transzmissziójának — meghatározására alkalmas. A találmány szerinti berendezést részletesebben előnyös kiviteli alakokat szemléltető rajzok alapján ismerteti ik. Az 1. ábrán a találmány szerinti berendezés optikai elrendezésének egy előnyös kialakítását mutatjuk be, az n opt kai törésmutató méréséhez, kiegészítve az elektronikus részegységek egyszerű tömbvázlatával. A 2. ábra az 1. ábra a-a metszetvonalától jobbra lévő optikai elrendezés egy további példaképpeni kiviteli alak-2
