способ измерения поляризационной чувствительности приемника оптического излучения (варианты)

Формула изобретения

1. Способ определения поляризационной чувствительности приемника оптического излучения, заключающийся в том, что на испытуемый приемник направляют излучение, прошедшее через поляризатор и анализатор, и регистрируют значение его интенсивности, отличающийся тем, что анализатор периодически вращают с заданным шагом, на каждом шаге регистрируют интенсивность излучения, из полученной зависимости интенсивности излучения от азимута ориентации анализатора, определяют амплитуды составляющих второй и четвертой гармоник частоты вращения анализатора, а величину поляризационной чувствительности приемника определяют из уравнения:



где К - поляризационная чувствительность приемника, Р - азимут поляризатора, I₂ - амплитуда второй гармоники частоты вращения, I ₄ - амплитуда четвертой гармоники частоты вращения, С - отношение амплитуд четвертой и второй гармоник.

2. Способ определения поляризационной чувствительности приемника оптического излучения, заключающийся в том, что на испытуемый приемник направляют излучение, прошедшее через поляризатор и анализатор, и регистрируют значение его интенсивности, отличающийся тем, что анализатор периодически вращают с заданным шагом, на каждом шаге регистрируют интенсивность излучения, из полученной зависимости интенсивности излучения от азимута ориентации анализатора, определяют величину фазового сдвига сигнала второй гармоники, а величину поляризационной чувствительности приемника определяют из уравнения:



где К - поляризационная чувствительность приемника, Р - азимут поляризатора, ₂ - фаза второй гармоники частоты вращения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области физики, а именно проведению оптических измерений, и может быть использовано для определения систематических погрешностей измерений в поляриметрической и эллипсометрической аппаратуре, а также при разработке и использовании поляризационно-чувствительных приемников.

Известен способ измерения поляризационной чувствительности, основанный на прямом фотометрировании потока поляризационного излучения, т.е. измерения двух составляющих чувствительности приемника излучения для ортогональных компонент поляризации, и последующем вычислении их отношения [Буров Л.И., Гулаков И.Р. Поляризационная чувствительность фотокатодов фотоприемников излучения. - Журн. прикл. спектр., 1981, т.51, вып.2, с.313-315]. Недостатками данного способа являются низкая точность измерений, низкая степень автоматизации.

Наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип является способ измерения поляризационной чувствительности приемника оптического излучения [Чен Б.Б., Свердлик Л.Г. Поляризация лазерного излучения в пыли и облаке в центральноазиатском районе Вестник КРСУ, т, 3, № 5, - 2003. С.90-96], включающий в себя освещение исследуемого приемника излучением, пропущенным через поляризатор и анализатор, регистрацию значений интенсивностей излучения для ортогональных компонент поляризации, вычисление по полученным значениям величины поляризационной чувствительности.

Способ включает в себя пропускание лазерного излучения через призму Глана, устанавливаемую во вращающейся оправе и меняющую угол поляризации излучения. Для определения поляризационной чувствительности приемника выполняют два измерения: в первом вектор поляризации определяется призмой Глана, повернутой на угол -45° к направлению ориентации анализатора в приемнике; во втором - на угол +45°. Далее вычисляется значение поляризационной чувствительности приемника по формуле:

Недостатком данного способа является низкая точность измерений вследствие использования прямого фотометрирования.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является: повышение точности и, как следствие, повышение степени автоматизации для обеспечения быстродействия и производительности контроля, обеспечение непосредственного контроля поляризационной чувствительности в рабочей схеме прибора при проведении измерений и возможности получения независимой оценки параметров, характеризующих поляризационную чувствительность, в процессе эллипсометрических измерений. Поставленная задача решается за счет того, что в способе измерения поляризационной чувствительности приемника оптического излучения (п.1), заключающемся в том, что на испытуемый приемник направляют излучение, прошедшее через поляризатор и анализатор, регистрируют значение его интенсивности, анализатор периодически вращают с заданным шагом, на каждом шаге регистрируют интенсивность излучения, из полученной зависимости интенсивности излучения от азимута ориентации анализатора определяют амплитуды составляющих второй и четвертой гармоник частоты вращения анализатора, а величину поляризационной чувствительности приемника определяют из уравнения:

где K - поляризационная чувствительность приемника, Р - азимут поляризатора, I₂ - амплитуда второй гармоники частоты вращения, I ₄ - амплитуда четвертой гармоники частоты вращения, С - отношение амплитуд четвертой и второй гармоник.

Во втором варианте (п.2) в способе определения поляризационной чувствительности приемника оптического излучения, заключающемся в том, что на испытуемый приемник направляют излучение, прошедшее через поляризатор и анализатор, регистрируют значение его интенсивности, анализатор периодически вращают с заданным шагом, на каждом шаге регистрируют интенсивность излучения, из полученной зависимости интенсивности излучения от азимута ориентации анализатора определяют величину фазового сдвига сигнала второй гармоники, а величину поляризационной чувствительности приемника определяют из уравнения:

где ₂ - фаза второй гармоники частоты вращения.

Способ определения поляризационной чувствительности приемника оптического излучения (п.1, п.2) основан на гармоническом анализе выходного сигнала исследуемого приемника излучения, установленного в поляризационной схеме поляризатор-анализатор-приемник. При периодическом вращении анализатора в данной схеме и наличии у приемника излучения поляризационной чувствительности спектр выходного сигнала содержит дополнительные составляющие второй и четвертой гармоники частоты вращения.

где - частота вращения приемника, I₀ - интенсивность на входе системы (после поляризатора), S₀ - чувствительность приемника, t - время.

Для определения точности поляризационной чувствительности приемника оптического излучения по способу (п.1, п.2) определяем ошибку K в виде:

Оценка точности способа по первому варианту:

Р=40°

K=0,99

K=0,39·10^-3

Оценка точности способа по второму варианту:

Р=40°

K=0,99

K=0,375·10^-4

Полученные значения K по заявляемому способу (п.1, п.2) показывают, что способ определения поляризационной чувствительности по второму варианту обладает на порядок большей точностью, чем по первому. Предлагаемый способ определения поляризационной чувствительности приемника оптического излучения рекомендуется использовать в эллипсометрических схемах, при этом первый вариант способа рекомендуется использовать при азимутах поляризатора, близких к 0° и 90°, т.к. при значениях азимута, стремящихся к 0° и 90°, во втором варианте способа ошибка K стремится к бесконечности.

В отличие от прототипа, в заявленном способе величину поляризационной чувствительности вычисляют через значения амплитуд составляющих сигнала второй и четвертой гармоник частоты вращения анализатора (в первом варианте) или через величину фазового сдвига сигнала второй гармоники (во втором варианте), что позволяет повысить точность измерений, т.к. определение амплитуд составляющих сигнала второй и четвертой гармоник частоты вращения анализатора и фазы сигнала осуществляется с большей точностью и на них меньше влияет нелинейность приемника, а также повысить степень автоматизации, позволяет проводить измерения поляризационной чувствительности прямо в схеме эллипсометра.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема устройства для реализации способа.

Устройство содержит источник излучения (1). Свет проходит через неподвижный поляризатор (2), проходит через вращающийся анализатор (3), приводимый в движение шаговым двигателем (на чертеже не показан), падает на исследуемый приемник (4).

Способ измерения поляризационной чувствительности приемника оптического излучения осуществляется следующим образом.

Исследуемый приемник (4) освещают источником (1), свет от которого пропускают через неподвижный поляризатор (2) и вращающийся с заданным шагом анализатор (3). На каждом повороте анализатора регистрируют значения интенсивности излучения, падающего на приемник (4). В результате получают зависимость интенсивности излучения от азимута ориентации анализатора, из которой в первом варианте определяют амплитуды составляющих второй и четвертой гармоник частоты вращения анализатора, по которым определяют величину поляризационной чувствительности приемника по формуле (1), во втором варианте определяют величину фазового сдвига сигнала второй гармоники, по которой определяют величину поляризационной чувствительности приемника по формуле (2).

В качестве примера конкретной реализации заявленного способа предлагается устройство, в котором источником света 1 является Ne-He лазер мощностью 5 мВт, поляризатором 2 и анализатором 3 - поляризационные фильтры ПФ-49, в качестве привода анализатора использовался шаговый двигатель ДШР-46. Исследуемый приемник 4 - кремниевый фотодиод.

На основании вышеизложенного, заявляемый способ, за счет совокупности признаков, позволяет определять поляризационную чувствительность приемников оптического излучения с повышенной точностью, а также позволяет повысить степень автоматизации и дает возможность реализации в рабочей схеме эллипсометра.