WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 1 Краткие сообщения 07;12 Определение макродефектов пространственно-периодических структур с использованием двухзеркального интерферометра © И.А. Лявшук, А.М. Ляликов Гродненский государственный университет им. Я. Купалы, 230023 Гродно, Белоруссия e-mail: lyalikov@inbox.ru (Поcтупило в Редакцию 25 января 2005 г.) Рассмотрена схема двухзеркального интерферометра для определения макродефектов пространственно-периодических структур. Показано, что такая схема позволяет получать как двухлучевые интерферограммы, так и сдвиговые интерферограммы, визуализирующие поведение соответственно функции и ее производной, отображающих макродефект исследуемой структуры.

PACS: 61.18.-j В последнее время отмечается особый интерес к раз- На рис. 1, a изображена оптическая схема двухличным объектам, характеризующимися пространствен- зеркального интерферометра для исследования простно-периодической структурой. Это биоткани, магнитные ранственно-периодических структур пропускающего типленки с полосовой доменной структурой, поверхности па в режимах регистрации двухлучевых интерферограмм твердых материалов после воздействия на них лазер- и интерферограмм бокового свдига (рис. 1, b). Исследуеного излучения, жидкости в интерференционном поле мая пространственно-периодическая структура 1, освелазерного излучения и т. д. [1–5]. Наличие периодической щается коллимированным пучком когерентного света.

структуры таких объектов требует и определения разПропускание (x, y) многомерной структуры можно личного рода макроскопических ее дефектов. Последние представить в общем виде, как произведения функций, проявляются как в отклонении периода структуры от описывающих пропускание N элементарных структур некого среднего значения, так и в отклонении профиля (x, y) =1(x, y)2(x, y)... N(x, y), (1) поверхности объекта от эталонного. Такого рода макродефекты, свойственные практически всем объектам где система координат xy совмещена с исследуемой с пространственно-периодической структурой [1–5], мопространственно-периодической структурой.

гут быть обнаружены и измерены муаровыми, интерференционными или теневыми методами [1,6–9]. Причем показано [9], что для выявления макродефектов пространственно-периодических структур пропускающего типа с успехом можно использовать оптические системы визуализации прозрачных объектов, например теневой прибор ИАБ-451. Использование различных приемных приставок позволяет получать интерференционные картины, а также сдвиговые интерферограммы и теневые картины, визуализирующие поведение как функции, так и ее производных, отображающих макродефекты пространственно-периодических структур.

В данной работе предложено для определения макродефектов пространственно-периодических структур использовать двухзеркальный интерферометр с системой пространственной фильтрации, работающий в отраженном свете и позволяющий без использования дополнительных оптических элементов получать как интерферограммы, так и сдвиговые интерферограммы, визуализирующие макродефекты периодических структур.

Ранее двухзеркальный интерферометр использовался для получения сдвиговых интерферограмм фазовых Рис. 1. Оптическая схема двухзеркального интерферометра в объектов и позволял регулировать величину бокового режимах получения двухлучевых интерферограмм (a) и сдвисдвига и настройку интерференционных полос [10]. говых интерферограмм (b).

122 И.А. Лявшук, А.М. Ляликов Пропускание отдельной l-й элементарной структуры можно представить в виде + 2nx l(x, y) =l0 + anl cos + nl(x, y), (2) Tl n=где l0 — постоянная составляющая амплитудного пропускания, anl — коэффициенты, Tl —период l-й элементарной пространственно-периодической структуры, l(x, y) — функция, описывающая отклонение периода элементарной структуры от среднего значения Tl или ее Рис. 2. Двухлучевые интерферограммы макродефекта исслеповерхности от эталонной плоскости и отображающая дуемой крестообразной металлической сетки с настройкой на макроскопический дефект структуры. Для упрощения бесконечно широкую полосу (a) и полосы конечной ширины (b).

описания методики направление осей системы координат выбрано так, что ось y параллельна штрихам l-й элементарной структуры.

На выходе исследуемой пространственно-периодиВследствие использования при получении двухлучеческой структуры 1 будет наблюдаться довольно сложвой интерференционной картины (5) комплексно сопряная дифракционная картина [8].

женных n-x дифракционных порядков чувствительность Для получения двухлучевых интерферограмм метода повышена в 2n раза.

(рис. 1, a) полупрозрачным зеркалом 2 и зеркалом 3 в На рис. 2 представлены двухлучевые интерферограмобратном ходе через исследуемую периодическую струк- мы исследуемой крестообразной металлической сетки, полученные в схеме (рис. 1, a) с различной натуру 1 дифрагированные световые пучки направляются стройкой интерференционных полос. Для визуализации на полупрозрачное зеркало 7, и формируют в плоскости поведения макродефектов была выбрана элементарная диафрагмы 5, установленной в задней фокальной плоспространственно-периодическая структура с вертикалькости объектива 4, две картины дифракционных систем ной ориентацией штрихов. Величина периода структуры максимумов. Положение этих систем максимумов составляла 0.1 mm. При получении двухлучевых инотносительно отверстия в диафрагме 5 регулируется терферограмм использовались волны, дифрагированные элементами 2, 3 для каждой системы независимо.

во 2-е порядки, что повысило в 4 раза чувствительность Следует отметить, что для устранения ложных картин метода определения функции l(x, y), отображающей дифракционных максимумов желательно нерабочие макродефект элементарной структуры.

поверхности полупрозрачных зеркал 2, 7 просветлять При исследовании пространственно-периодической или использовать зеркала с подложками в виде клина.

структуры в режиме регистрации интерферограмм боДля получения двухлучевой интерферограммы, ход кового сдвига (рис. 1, b) интерференционная картина полос в которой отображает пространственное положеобразуется при использовании двух одинаковых волн, ние и величину макродефекта, например, l-й элементардифрагированных на элементарной структуре в порядке ной периодической структуры, зеркалами 2, 3 направляодного знака. При получении сдвиговой интерфероются в отверстие диафрагмы 5 волны, дифрагированные граммы величина бокового сдвига задается изменением на ней в ± n-е порядки:

расстояния между зеркалами 2, 3 и их наклоном по отношению к плоскости, исследуемой периодической Bnl(x, y) =bnl exp inl(x, y), (3) структуры. В этом случае в плоскости 6 (рис. 1, b) образуется интерференционная картина при наложении B (x, y) =bnl exp -inl(x, y), (4) nl волн Bnl(x, y) и Bnl(x + s1, y + s2), где и s2 — сдвиги интерферирующих пучков друг относительно где bnl — действительная амплитуда.

В этом случае распределение освещенности в двух- друга вдоль осей x и y соответственно. При получении сдвиговых интерферограмм (рис. 1, b) схема настраивалучевой интерференционной картине, наблюдаемой в ется обычно так, чтобы сдвиг интерферирующих пучков плоскости 6, можно представить, как происходил только вдоль одной из осей. Например, если x y сдвиг происходит вдоль оси x, и его величина значиIl(x, y) 1 + cos 2 + + 2nl(x, y), (5) тельно меньше поперечных размеров макродефекта, то Px Py распределение освещенности в такой интерферограмме где величины Px и Py характеризуют ширину интерфе- бокового сдвига можно представить, как ренционных полос настройки и определяются наклоном x y (x, y) и ориентацией световых пучков (3), (4) друг относитель- I l(x, y)1+cos 2 + + n s1. (6) Px Py x но друга. В случае их параллельности в плоскости наблюдается интерференционная картина с настройкой В этом случае, в отличие от вышерассмотренного на бесконечно широкую полосу (Px, Py ). способа визуализации макродефектов, отображаемых поЖурнал технической физики, 2006, том 76, вып. Определение макродефектов пространственно-периодических структур... [7] Wadsworth N., Marchant M., Billing B. // Optical and Laser Technology. 1973. Vol. 5. N 3. P. 119–123.

[8] Ляликов А.М., Серенко М.Ю. // ЖТФ. 1999. Т. 69. Вып. 10.

С. 126–130.

[9] Ляликов А.М., Серенко М.Ю. // Оптич. журнал. 2000. Т. 67.

№ 6. С. 111–114.

[10] Оптический производственный контроль / Под ред. Д. Малакары. М.: Машиностроение, 1985. 400 с.

Рис. 3. Интерферограммы бокового сдвига с настройкой на бесконечно широкую полосу (a) и полосы конечной ширины (b).

ведением функции l(x, y), интерферограмма бокового сдвига позволяет определить производную от функции, т. е. (x, y)/x. Чувствительность метода определяется величиной n s1.

На рис. 3 представлены интерферограммы бокового сдвига исследуемой пространственно-периодической структуры. Величина бокового сдвига вдоль оси x составляла 2 mm при диаметре светового пучка 40 mm.

Настройка на бесконечно широкую полосу (рис. 3, a) и полосы конечной ширины (рис. 3, b) осуществлялась наклоном одного из зеркал 2 или 3. Следует отметить, что при получении интерферограмм бокового сдвига (рис. 3) так же как и в случае получения двухлучевых интерферограмм (рис. 2) использовалась та же элементарная пространственно-периодическая структура с вертикальной ориентацией штрихов.

Таким образом, рассмотренная схема двухзеркального интерферометра позволяет при исследовании пространственно-периодических структур сравнительно просто, без использования дополнительных оптических элементов получать как двухлучевые интерференционные картины, так и сдвиговые интерферограммы. Полученные серии интерференционных картин с различной настройкой полос и визуализирующие поведение функции и ее производных, отображающих макродефект элементарной структуры, дополняют друг друга и значительно повышают информативность исследования.

Список литературы [1] Малов А.Н., Малов С.Н., Фещенко В.С. // Тр. XXY школы–симпозиума по когерентной оптике и голографии.

Ярославль. 1997. С. 207–213.

[2] Грошенко Н.А., Макалиш О.С., Воляр А.В. // ЖТФ. 1999.

Т. 68. Вып. 12. С. 54–58.

[3] Фаттахов Я.В., Галяутдинов М.Ф., Львова Т.Н. и др. // Опт. и спектр. 2000. Т. 89. № 1. С. 150–156.

[4] Долгаев С.И., Кириченко Н.А., Симакин А.В. и др. // Квант. электр. 2004. Т. 34. № 8. С. 771–773.

[5] Афанасьев А.А., Рубинов А.Н., Курочкин Ю.А. и др. // Квант. электр. 2003. Т. 33. № 3. С. 250–254.

[6] Дюрелли А., Паркс В. Анализ деформаций с использованием муара. М.: Мир, 1974. 251 с.

Журнал технической физики, 2006, том 76, вып.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.