автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Поляризационно-оптические методы исследования и контроля физико-технических характеристик поверхностных слоев элементов оптотехники

111111111||||||||||||||

004618360

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ

ПОЛЯРИЗАЦИОННО-ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ЭЛЕМЕНТОВ ОПТОТЕХНИКИ

Специальность - 05.11.07 Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы

УДК 535.51: 666.011.01

Иванов Владимир Юрьевич

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

2 3 ДЕН 2010

Санкт-Петербург - 2010

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологий, механики и оптики

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор,

заслуженный деятель наук РФ Прокопенко В.Т.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор,

Губанова Л.А.

- кандидат технических наук, ст. науч.. сотруд. Горляк А.Н.

Ведущая организация - ФГУП НИТИОМ ВНЦ ГОИ им. С.И. Вавилова

Защита состоится «21» декабря 2010 г. в «_££>_» часов на заседании диссертационного совета Д.212.227.01 «Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы» при Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологий, механики и оптики по адресу: г.Санкт-Петербург, пер. Гривцова, д. 14, ауд. 314 а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета информационных

технологий, механики и оптики.

Автореферат разослан « »_2010 г.

Отзывы и замечания по автореферату (в двух экземплярах), заверенные печатью, просим направлять в адрес университета: 197101, г.Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д.49, секретарю диссертационного Совета Д.212.227.01.

Ученый секретарь 1 1 I

Диссертационного Совета Д.212.227.01. к.т.н., В.М. Красавцев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы работы. В настоящее время для создания новых управляемых технологий изготовления элементов лазерной и оптотехники необходимо не только детальное изучение кинетики физико-химических процессов, приводящих при различных внешних воздействиях (механических, химических, тепловых, радиационных и т.п.) к образованию модифицированной структуры поверхностного слоя (ПС) оптического элемента, выполненного из силикатного стекла или кристалла, но также требуется разработка прецизионных методов контроля поляризащюнно-оптических и спектрофотомет-рических характеристик элементов на всех этапах технологического цикла изготовления оптико-электронных узлов элементов оптотехники.

Для формирования научных представлений о природе, кинетике и физи-кохимических механизмах, приводящих к образованию на оптических элементах неоднородных и анизотропных ПС с измененной структурой и микрогеометрией поверхности детали при различной технологической обработке оптических деталей, необходимо выяснить основные закономерности изменения состава, структуры и оптических свойств ПС элементов на различных этапах получения изделий оптотехники с заданными физико-техническими характеристиками и установить истинные корреляционные связи между оптическими свойствами ПС и технологическими параметрами процесса изготовления детали.

Потребности практики в технической реализации принципиально новых технологий изготовления элементов оптотехники с модифицированной структурой и составом поверхностного слоя при спектрофотометрических и поляризационно-оптических исследованиях заставляют применять широкий класс ранее не используемых физико-математических моделей отражающих неоднородных анизотропных оптических систем и ужесточать требования к принимаемым решениям о соответствии той или иной модели ПС объекту исследования. Для достаточно обоснованного прогноза в изменении оптических свойств поверхности детали при различных внешних воздействиях необходимо знать оптический профиль слоя - его вид и градиентные характеристики, а также определять геометрические параметры шероховатой поверхности и микроскопические характеристики поверхности элемента оптотехники.

Разработка новых методик эллипсометрического анализа неоднородных слоев и шероховатых поверхностей, допускающих возможность сопоставления различных по своему физическому содержанию моделей отражающей системы и позволяющих давать оценку доверительной вероятности их использования при определении физико-технических параметров элементов оптотехники, является одной го первоочередных задач в диагностике состояния поверхности оптических элементов методом эллипсометрии и спектрофотометрии.

В этом случае анализ и синтез поляризационно-оптических и спектро-фотометрических систем технологического контроля неоднородных анизотропных элементов должен проводиться в единой совокупности «объект-прибор-методика», где объект контроля рассматривается как структурный элемент самого прибора, поскольку его наличие в измерительной системе поляризационного прибора может принципиально изменить функциональные возможности используемой аппаратуры.

Цель настоящей работы состояла в усовершенствовании известных и разработке новых поляризационно-оптических и спектрофотометрических методов исследования и контроля физико-технических характеристик элементов лазерной и оптотехники.

Для достижения указанной цели в диссертации решались следующие основные задачи:

- разработка методов физико-математического моделирования структуры неоднородных поверхностных слоев элементов оптотехники в рамках феноменологического подхода к описанию их макро- и микроскопических характеристик;

- разработка методов решения прямой и обратной задачи эллипсометрии для неоднородных анизотропных оптических систем и шероховатой поверхности неоднородной подложки;

- изучение основных закономерностей изменения состояния поляризации отраженного светового пучка от неоднородных поверхностных слоев и шероховатых поверхностей элементов оптотехники в эллипсометрическом и спектрофотометрическом эксперименте;

- разработка методов анализа поляризационно-оптических свойств отражающих систем «неоднородный слой - неоднородная подложка» и «шероховатая поверхность - неоднородная подложка» и расчета их поляризационно-оптических характеристик;

- изучение кинетики и физико-химических механизмов формирования неоднородной структуры и состава поверхностных слоев элементов оптотехники при различных внешних воздействиях окружающей среды и технологической обработке поверхности детали.

МЕТОДЫ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В работе преимущественно использованы разработанные поляризацион-но-оптические и сиектрофотометрические методы исследования и контроля физико-технических характеристик элементов оптотехники и параметров шероховатой поверхности неоднородной подложки.

Достоверность результатов исследования и контроля параметров шероховатой поверхности оптических деталей подтверждалась данными полученными методами спекл-интерферометрии, профилометрии и результатами спектро-фотометрических измерений диффузной составляющей рассеянного света.

Анализ потерь излучения в оптических материалах и поверхностном слое (ПС) элементов лазерной и оптотехники проводился по экспериментальным данным полученных методом внутрирезонаторных потерь по средствам эллипсометрии, а также методами оптической спекгрофотометрии в ВУФ, УФ и ИК областях спектра излучения и импульсной фотометрии.

Поляризационные методы исследования физико-технических характеристик элементов оптотехники дополнялись данными численного эксперимента, проводимого по разработанным методикам и программам, а также экспериментальными результатами полученных методами спектроскопии, рефрактометрии, рефлексометрии и другими методами технологического контроля оптических изделий лазерной и оптотехники.

В качестве объектов исследования использовались элементы лазерной и оптотехники, выполненные из кристаллического и плавленого кварца, полученного различными технологическими способами; фторсодержащих силикатных стекол, отличающихся различным содержанием в стекле фтора и многокомпонентных силикатных материалов с различной структурой и химическим составом.

Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые разработаны теоретические и методические основы поляризационно-оптических методов анализа и контроля оптических характеристик неоднородных анизотропных поверхностных слоев и физико-математические модели неоднородных оптических систем и шероховатых поверхностей элементов оптотехники, выполненных из силикатных стекол и кристаллов.

В ходе работы впервые получены следующие результаты:

1. Обобщены теоретические рассмотрения задачи отражения поляризованного света от неоднородного анизотропного слоя при произвольном законе изменения главных значений тензора диэлектрической проницаемости по его глубине в приближении теорий Друде-Борна и осесимметричных анизотропных отражающих систем в приближении теорий Сивухина-Пикуса, используя при этом условия непрерывности тангенциальных составляющих электромагнитного излучения.

2. Изучены основные закономерности изменения поляризационных параметров отраженного светового пучка от неоднородного поверхностного слоя диэлектриков, полупроводников с различным распределением диэлектрической проницаемости по глубине слоя и шероховатой поверхности неоднородной подложки с различным видом корреляционной функции микрорельефа поверхности.

3. Изучены методологические основы определения потерь излучения на внутрирезонаторных элементах ионных и эксимерных лазеров по двум различным методам: методу с регулируемой зеркальной отражательной способностью и методу калиброванных потерь излучения, в лазерной установке с трехзеркальной схемой оптического резонатора.

4. Методом спектрофотометрии и эллипсометрии исследовано и дано научное обоснование влияния неоднородности структуры кремнекислородной сетки кварцевого стекла и кристаллического кварца на потери излучения в ВУФ, УФ и ИК областях спектра оптического излучения для оптических элементов лазерной техники.

5. Методом импульсной фотометрии и эллипсометрии дано научное обоснование влияния окружающей среды на изменение потерь излучения в образцовых средствах, предназначенных для аттестации оптических характеристик лазерного излучения в УФ, видимой и ИК областях спектра.

Практическая значимость работы состоит в том, что:

- разработанные методы эллипсометрического и спектрофотометричес-кого контроля оптических характеристик неоднородных отражающих систем и шероховатых поверхностей элементов оптотехники являются достаточно универсальными и были использованы при решении широкого круга научных и технологических задач на ряде оптических производств элементов лазерной и оптотехники;

- установленные корреляционные связи между оптическими параметрами поверхностного слоя и технологическими режимами механической, химической, ионной обработки элементов лазерной техники и оптотехники, выполненных из кристаллического и плавленого кварца, позволили разработать критерии качества внутрирезонаторных элементов для ионных и эксимерных лазеров и определить оптимальные технологические режимы изготовления элементов с минимальными потерями излучения в ВУФ и УФ области спектра;

Полученные результаты научно-исследовательской работы использованы для технологического контроля кинетики физико-химических процессов формирования неоднородных структур поверхностных слоев элементов лазерной и оптотехники на предприятиях ООО «Кварцевое стекло», НИИ «Феррит -Домен». Результаты работы, затрагивающие теоретические и методические основы поляриметрии неоднородных анизотропных оптических систем и шероховатых поверхностей, использованы также в учебном процессе в СПб ГУ ИТМО. Технические акты внедрения результатов научно-технических достижений настоящей работы представлены в приложении.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту состоят в следующем:

1. Метод решения задачи отражения поляризованного света от анизотропных неоднородных поверхностных слоев осесиметричных оптических систем позволяет получить уравнение эллипсометрии для неоднородного поверхностного слоя оптического анизотропного элемента с произвольным законом изменения главных значений тензора диэлектрической проницаемости

по глубине поверхностного слоя.

2. Метод решения задачи отражения поляризованного света от тонких анизотропных неоднородных поверхностных слоев, оптические свойства которых описываются квазимикроскопическими параметрами, позволяет обобщить основные закономерности изменения состояния поляризации отраженного светового пучка в рамках теорий отражения поляризованного света Друде -Борна и Сивухина - Пикуса.

3. Тип поляризации отраженного светового пучка, величина отклонения угла поляризации фп от угла Брюстера срБ и зависимости поляризационных параметров - азимута линейной восстановленной поляризации *Р(ср) и разносте фаз Д(ф) между ортогональными компонентами поляризованного отраженного света - от угла падения светового пучка ср определяются структурой поверхностного слоя неоднородной отражающей системы.

4. Методами эллипсометрии, спектрофотометрии и Оже-спектрометрии исследовано и дано научное обоснование влияния неоднородности структуры кремнекислородной сетки поверхностного слоя силикатного стекла. Дано научное обоснование кинетики и физико-химических механизмов изменения потерь лазерного излучения в УФ, видимой и ИК областях спектра излучения в элементах ионных (аргоновых и криптоновых), эксимерных лазеров и элементов оптотехники при использовании многозеркальных оптических резонаторов.

Личный вклад автора. Все результаты, представленные в диссертации, получены лично автором, либо по его инициативе и при его непосредственном участии. Соавторство относится к проведению части расчетов, совместному проведению ряда экспериментов, обсуждению результатов исследований.

Апробация результатов работы и публикации. Основные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и были изложены в научных трудах следующих конференций:

XXXVIII научной и учебно-методической конференции СПб ГУ ИТМО, посвященной 100-летию со дня рождения М.М. Русинова. «Информационно-измерительные приборы и системы в оптическом приборостроении» (СПб, 2009.); VI Всеросийской межвузовской конференции молодых ученых. «Сессии

научных школ» (СПб, 2009.); XXX международной конференции Санкт-Петербугского отделения национального комитета по истории и философии науки и техники РАН (СПб, 2009.); XXXIX научной и учебно-методической конференции СПб ГУ ИТМО, посвященной 110-й годовщине со дня основания Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики. «Информационно-измерительные приборы и системы в оптическом приборостроении» (СПб, 2010.); VII Всеросийской межвузовской конференции молодых ученых. «Оптотехника и оптические материалы» (СПб, 2010.).

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 10 научных трудах, в том числе 1 научная статья, опубликованная в изданиях, рекомендованных ВАК для докторских и кандидатских диссертаций (перечень ВАК от 01.01.2007).

Структура н объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, списка литературы, включающего 155 наименований, приложения; содержит 151 страницы машинописного текста, 39 рисунков и 14 таблиц, приложение.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель и задачи работы; ее научная новизна и практическая значимость; представлены основные положения и результаты, выносимые на защиту и дано краткое содержание каждой главы диссертационной работы.

В начале каждой главы представлена общая характеристика исследуемого вопроса на основе известных публикаций, рассмотрены основные проблемы и поставлены задачи исследования.

В первой главе представлен анализ, на основании которого рассмотрены основные тенденции развития аппаратурного и методического обеспечения метода эллипсометрии неоднородных и анизотропных отражающих систем.

Изложены особенности поляризационно-оптических измерений физико-технических параметров элементов оптотехпики в одноканальных и двух-канальных (двухлучевых) эллипсометрических приборах, построенных по фотометрической и компенсационной (нулевой) схеме измерения поляризационно-оптических параметров анизотропных оптических элементов и рассмотрены особенности и целесообразность применения в эллипсомет-рической аппаратуре метода дискретного переключения состояния поляризации оптического излучения при определении поляризационно-оптических характеристик неоднородных анизотропных оптических систем при применении методов амплитудной и фазовой модуляции поляризованного излучения в

приборах технологического контроля оптических постоянных неоднородных поглощающих сред.

Итог проведенного аналитического обзора научно -исследовательских работ, связанных с развитием приборно-методического направления в изучении и контроле физико-технических параметров элементов оптотехники сводится к следующему:

- во первых, развитие поляризационно-оптических методов связано с решением проблемы технической реализации высокоточных автоматизированных систем технологического контроля физико-технических характеристик градиентных оптических элементов. При этом развитие аппаратурного обеспечения эллипсометрического метода направлено на повышение точности измерения поляризационных характеристик рабочего светового пучка в широком спектральном диапазоне оптического излучения.

- во вторых, в используемых поляризационно-оптических методах технологического контроля физико-технических характеристик оптических элементов можно выделить два подхода. Первый основан на проведении корреляционного анализа непосредственно измеряемых эллипсометрических параметров отраженного светового пучка Д и с физико-химическими свойствами поверхностного слоя и физико-технических параметров оптического элемента. Второй - на модельном представлении поверхностного слоя как однородного изотропного (или анизотропного) слоя с некоторыми «эффективными параметрами» - показателем преломления п* и толщиной слоя с!*, которые не всегда отражают физическое содержание этих параметров с общепринятыми понятиями о показателе преломления неоднородной среды и толщине неоднородного слоя.

Поиск адекватных макроскопических моделей неоднородной структуры стеклообразных систем, основанный на принципе «одна модель - один механизм», приводит к появлению большого количества разнообразных моделей строения неупорядоченных систем, само количество которых свидетельствует о сложности проблемы создания цельной картины неоднородной силикатной системы, используемой в оптическом производстве элементов лазерной и оптотехники.

В эллипсометрических и спектрометрических методах исследования физико-химических свойств поверхностного слоя силикатной системы физико-математическое моделирование его структуры должно осуществляться в рамках микро- и макроскопических характеристик, описывая при этом особенности «дискретной» и «континуальной» неупорядоченности его структуры и состава ПС. Это предполагает разработку новых методических подходов к решению задачи отражения поляризованного света от неоднородных анизотропных оптических систем и шероховатых поверхностей элементов оптотехники, а потребности практики требуют разработку комплекса эллипсометрических методик для автоматизтрованных систем технологическою контроля физико-технических характеристик оптических элементов, учитывающих реальную

структуру отражающей поверхности многослойной неоднородной оптической системы.

Во второй главе дается развитие теории метода эллипсометрического анализа поляризационно-оптических характеристик неоднородных анизотропных оптических систем и шероховатой поверхности неоднородной подложки.

На основе решения дифференциальных уравнений Максвелла при условии сшивания электромагнитных полей на границах раздела "внешняя среда - ПС" (г=0) и "ПС - подложка" (г=(1*), которые вытекают из граничных условий непрерывности тангенциальных составляющих напряженности электромагнитного поля Еу и Нх и их производных:

/

для í-комноненты: Е\ ) -Е^*':

dz

<

для/7-компоненты:Яу ) - //Г*;

' £(. )

ШР

dz

dz _ 1

z = 0 (1)

z = d * (2)

O)

dHp

dz

z = 0 (1)

z = d * (2)

T. (2)

где при z=0 значение диэлектрической проницаемости £х ' ~ гв > а ПРИ z=d* значение ^ ^ = = £0,х, получены выражения для коэффициентов отражения

р- и í-компонент поляризованного света от неоднородного анизотропного слоя двухосного кристалла:

r(P,S) = -XJ(p's) -бу(р'8))-(и|зР'8) + U(p,s) + 5Y(p's>)_1 (3)

00

5Y(P) =;k/0;Z ■(« -fB-sinV)"1 J{£x(z) -e -fB -(e "^.(z))"1 *

o (4)

xsin2<P[5X(z)■ ez(Z)-£0 x • S0 J}■ exp(-2/k0£0;X -(Uf^dz .

со

5Y<s) =¿k0J(8y(z)-80>y)-exp(T2k0U^)dz, kG = 2тг/Х. o

Здесь SY^'8' - поправка к величине адмиттанса однородной подложки U0<p'3); Ub1^'3' - адмиттанс внешней среды; X - длина волны излучения; знак "плюс" берется для «-компоненты, а знак "минус" для /^-компоненты.

Для описания оптических свойств тонких слоев (d«/.) используются комплексные квазимикроскопические параметры: поляризуемость слоя в вертикальном направлении aov и высокочастотная поверхностная проводимость po>v, которые связаны с нормальными составляющими векторов поляризации Р„ и

напряженности электрического поля Еш а также с тангенциальными составляющими напряженности электрического поля и поверхностными токами }ху=(/Р/сА, соотношениями:

47T0J

а „ =/—'

£ +1 Г» А

Ё

о

(5)

■С-п

где С - скорость света в вакууме; со - частота излучения; s0 - диэлектрическая проницаемость однородной подложки.

Используя безразмерные комплексные параметры av=ik0na0> v и на

основе граничных условий для дифференциальных уравнений Максвелла, и принимая во внимание, что к тонкому слою прилегают объемные фазы сред, то соотношения, связывающие напряженности электромагнитного поля на границе раздела сред при z=0, имеют вид:

Нх(0)~~Нх(0)= "Еу(0), Е;(0)=Е;(0), (6)

Ну(0)-Ну(0)= -[Ех(())-Е+х(0)]/2, (7)

е; (0) - Е; (0) = а, ■ sin * ■■ [D¡ (0) + D¡ (0)] / 2, (8)

где соотношения (6) используются для s-поляризованной компоненты, а соотношения (7), (8) - для ^-компоненты.

В этом случае для коэффициентов отражения R(p,s) поляризованного света от тонкого слоя, находящегося на анизотропной подложке с тензором £ 0, на основе решения дифференциальных уравнений Максвелла можно получить выражения:

r(p,s) =(utos>-U?'s)-3YÍP's))-(UÍP's) +Sy<P's))~1, SY¡(s) =5Y^s) =Pv, (9)

5Y!(p) = + nB ■ ar • u(Bp) ■ U® ■ sin2 4»] ■ [1 - (nB ■ а, - ■ sin2 <Р)!Ц~\ (10)

= [& -nB-ay"UBP^"UoP'"sin2"[1_(nB"ot¡, -fc, "sin^Mf1. (11)

Рассмотрены способы расчета оптических параметров неоднородных поверхностных слоев и изложен метод решения задачи отражения поляризованного света от шероховатой поверхности неоднородной подложки в приближении теорий отражения поляризованного света Друде-Борна и Релея-Райса.

Определены границы применимости уравнений эллипсометрии для неоднородного слоя элементов оптотехники в приближении теорий Друде-Борна, Сивухина-Пикуса, а также для шероховатой поверхности неоднородной подложки в приближении теорий Релея-Райса при математическом и физическом рассмотрении обратной задачи эллипсометрии.

Исследованы основные закономерности изменения основных эллипсо-метрических параметров неоднородного слоя элементов оптоэлектроники и шероховатой поверхности диэлектриков и полупроводников от условий про-

ведения поляризационных измерений, вида оптического профиля неоднородного поверхностного слоя и корреляционной функции шероховатой поверхности.

Проведено сопоставление параметров шероховатости полированной поверхности кварцевого стекла, полученных методом эллипсометрии, с данными измеренными методами профилометрии и спекл-интерферометрии.

Третья глава посвящена разработке технологических методов эллипсометрического и спектрофометрическош контроля оптических характеристик неоднородных слоев и шероховатой поверхности внутрирезонаторных элементов лазерной техники, выполненных из кристаллического и плавленого кварца.

Изложены методы анализа влияния структурной и химической неоднородности плавленого и кристаллического кварца и поверхностного слоя элементов лазерной техники на потери оптического излучения в ВУФ и УФ области спектра.

Предложена трехзеркальная схема оптического резонатора лазерной установки, в которой производится измерение потерь излучения на внутрирезонаторных элементах ионных лазеров, выполненных из кварцевого стекла. Рассмотрены особенности измерения потерь излучения на оптических элементах по двум различным методам: методу с регулируемой зеркальной отражательной способностью зеркала и методу срыва генерации индуцированного излучения. Проведено сопоставление результатов изменения потерь излучения на элементах лазерной техники с оптическими характеристиками неоднородного поверхностного слоя, определяемых методом эллипсометрии в рамках различных моделей распределения показателя преломления по глубине поверхностного слоя, образующегося в процессе полирования оптической детали.

Предложен способ физико-математического моделирования вида оптического профиля поверхностного слоя, основанный на определении оптимальных условий эллипсометрического анализа неоднородной анизотропной отражающей системы, при которых можно, на основе критерия максимального правдоподобия, давать оценку адекватности различных по своему физическому содержанию моделей ПС.

Разработаны эллипсометрические и спектрофотометрические методы метрологической аттестации образцовых ослабителей излучения. В табл.1 указаны расхождения 8Т= Ты - Тк. между начальным Тн и последующими Тк значениями коэффициентов пропускания при хранении образцовых элементов, изготовленных из различных силикатных стекол. Измерение коэффициентов пропускания проводилось по методам импульсной фотометрии для образцов, хранившихся в лабораторных условиях атмосферы воздуха (партия 1) и в петролейном эфире (партия 2).

Таблица 1. Изменение коэффициента пропускания 5Т образцовых ослабителей лазерного излучения с течением времени их хранения.

Изменение коэффициента пропускания, 5Т, %

Марка

стекла В течении В течении Суммарные

1- ого года 2 -ого года изменения

1-ая 2-ая 1- ая 2-ая 1- ая 2-ая

партия партия партия партия партия партия

Длина волны излучения 1=0,532 мкм

К8 0 + 0,10 + 0,10 + 0,10 + 0,10 + 0,20

ЖЗ -0,03 -0,03 + 0,15 + 0,20 + 0,12 + 0,17

КИ + 0,03 + 0,16 -0,01 + 0,02 + 0,02 + 0,18

ТФ12 + 0,12 + 0,21 + 0,05 -0,06 + 0,17 + 0,15

Видно, что изменение коэффициентов пропускания. Т элементов с течением времени хранения происходит для первой и второй партии различных по структуре силикатных стекол. Если для первой партии такое изменение 6Т можно объяснить изменением структуры ПС в результате физико-химического воздействия окружающей среды (атмосфера воздуха), то изменение 8Т для второй партии образцов обусловлена перестройкой структуры ПС связанной с различием термодинамического потенциала поверхностного слоя РцС и объема стекла Ра , т.е. происходит перестройка структуры в системе «ПС - объем стекла».

Причем в отсутствии воздействия внешней среды, такая перестройка происходит более интенсивно, что отмечается более значительными изменениями 8Т для элементов, изолированных от воздействий окружающей среды, чем для оптических изменений характеристик элементов ПС полированных оптических деталей (табл.1).

Рассмотрены влияние различных условий технологической обработки элементов лазерной техники на формирование структуры ПС, его поляризаци-

онно-оптических параметров и спектрофотометрических характеристик. В качестве объектов исследования использовались оптические элементы выполненные из кварцевого стекла КУ2, шлифование которых велось микропорошками электрокорунда зернистостью до М10 включительно, а полирование осуществлялось в водной среде алмазным порошком АСМ 1,0/0 при постоянной скорости вращения инструмента (V=30 мин-1) на глубину съема материала h= 5-^25 мкм.

Анализ результатов этих исследований проведенный в рамках модели неоднородного слоя (кривые 2) показал, что зависимость эффективной толщины ПС d* от величины нагрузки Р(кПа) имеет резко выраженный минимум при удельной нагрузке на полировальник Р01ц=17 кПа, которую можно принять за оптимальную нагрузку., при которой коэффициент пропускания элемента Т в УФ области спектра (рис.1 в, кривая 1), выше, чем при других условиях полирования детали

5п/п0,% а)

8n/n0,% d,MKM б)

Т,% в)

3

0,18

0,08

10 20 30 40

0,04

\

\

3^8.

«1

" I

(J-+-+-

¿V-c -

О 10 20 30 40

Р,кПа

Р,кПа

t,4ac

Рис.1. Изменение параметров ПС полированного кварцевого стекла от величины нагрузки на полировальник (а,б) и коэффициента пропускания Т в УФ области спектра при 1=200 нм (в), а,б) кривые 1 и кривые 3 [150], полученны в рамках модели однородного слоя; кривые 2 получены в рамках модели неоднородного слоя; в) кривая 1 получена при давлении РОПт=17 кПа; кривая 2 - при давлении Р=2РОТГ t - время обработки.

Таким образом, одновременное применение метода эллипсометрии и спектрофотометрии позволяет определить показатель ослабления излучения в материале, из которого выполнена деталь и потери излучения связанные с наличием поверхностного слоя. Такой способ определения оптических потерь в элементах лазерной техники позволяет объективно судить о качестве материала, применяемого для изготовления оптических деталей и целесообразности применяемой технологической обработки поверхности элемента.

В четвертой главе изложены разработанные поляризационно-оптические методы исследования и контроля элементов, оптотехники, изготовленных на основе многокомпонентных силикатных стекол, а также проведено

сопоставление технических возможностей различных по своему физическому содержанию методов технологического контроля физико-технических параметров элементов лазерной техники и оптотехники, изготовленных при различных технологических способах их получения и обработки поверхности изделий.

Своеобразные и сложные химические реакции могут вызываться ультразвуком. Хотя его химическое действие было открыто полвека назад, основные особенности звукохимнческих реакций стали понятны лишь в 80-90-х годах при использовании как оптических, так и ядерно-физических методов исследования структуры поверхностного слоя твердого тела и физико-химических способов анализа явлений, происходящих в используемой жидкой среде. Это позволило звукохимии наряду с фотохимией, радиационной химией и плазмохимией выделится в самостоятельную область науки.

Существует еще немало гипотез химического и физико-химического действия ультразвука, но обилие гипотез обычно указывает на сложность и недостаточную изученность физико-химических явлений, которые должны были бы объяснить экспериментальные данные с результатами теоретических расчетов. Если действию ультразвуковых волн подвергаются водные растворы неорганических веществ, не обладающих достаточно высокой летучестью, внутри кавитационного пузырька оказываются два компонента: пары воды и растворенный в воде газ (например, воздух). При достижении плазменных температур молекулы воды переходят в возбужденное состояние и диссоциируют на радикалы.

На рис.2 представлены результаты экспериментальных исследований поверхностного слоя стекла ТК16. На кривых 1 показаны результаты после химической обработки в растворе КОН (2 мол.%) и ситанола ДС—10; на кривых 2 - в том же растворе, но при ультразвуковой обработке; на кривых 3 - после ультразвуковой обработки в дистнлированной воде Н20. Видно, что применение ультразвуковой обработки позволяет сократить время технологической обработки для получения деталей с малыми потерями излучения (уменьшение коэффициента отражения ).

При этом показатель преломления ПС п(0) и основной параметр микрорельефной поверхности элемента изменяется с течением времени обработки незначительно, т.е. процесс ультразвуковой обработки "стабилизирован" добавлением ситанола в водный раствор щелочи.

Для естественного света коэффициент отражения Лу и погрешность его определения Бя рассчитывается по формулам

(12) (13)

Б, ={[(^/А)-8„]2 /<*!)■ Б,]2}"2■

а)

б)

в)

р. %

К„ кик

о.

п(0)

5,0

1,3

Ц-.1 I, I 1.1.1.

О 2 4 8 16 24 32 ¡.мин

О 2 4 8 16 24 32 [,ши С 2 4 8 16 24 32 (,мин

Рис.2 Изменение оптических характеристик поверхностного слоя стекла ТК16 при ультразвуковой обработки в роботизированном технологическом комплексе РТПК-1:

а) изменение «эффективного» коэффициента отражения Яу, рассчитанного по измеренным основным эллипсометрическим параметрам при угле падения светового пучка ф=10°;

б) изменение параметра шероховатой поверхности

в) изменение показателя преломления п(0) на границе раздела «средняя линия шероховатой поверхности - неоднородный ПС»

В нашем случае погрешность измерения толщины и показателя преломления ПС составила 8п=2-10~4 и 8<)=5 нм, а погрешность определения коэффициента отражения Яу при <р=10° не превышает ;'лл,<0,04%, что меньше погрешности рефлексометрических измерений 8я(ре''1Л |^(ЗД%.

При ионной обработке стекла К8 образование в ПС области с показателем преломления п(г)<пс можно связать с селективным распылением атомов в соединениях 8Юх(ОН)у и щелочных катионов в 8Ю~-Ме+0СТ, имеющих различную поверхностную энергию связи с кремнекислородным каркасом стекла.

Если в последнем случае микропористая структура ПС образуется за счет преимущественного физического распыления из приповерхностной области более легких по атомной массе компонентов натриевосиликатного стекла, то при ионно-химической обработке при соударении ионов с поверхностью детали происходит ее активизация с последующим химическим взаимодействия ионов плазмы с атомами ПС и образованием летучих соединений удаляемых с поверхности элемента.

Изучение кинетики процесса формирования неоднородной физико-химической структуры волноводного поверхностного слоя на фторсодержащем силикатном стекле ЛК1, при различных внешних воздействиях окружающей среды (атмосферы воздуха, влажной атмосферы, вакуума) и термической обработки, современными методами диагностики состояния поверхности оптического элемента: эллипсометрии, волноводной и Оже-спектроскошш. Поиск волноводного эффекта проводился для всех фторсодержащих силикатных стекол типа Ж, относящихся к группе устойчивости "А" ко влажной атмосфере. Оказалось, что волноводный эффект при длине волны излучения 1=0,6328 мкм присутствует в ПС двух типов стекол: Ж1 и ЛК6. Причем для ПС стекла Ж1 наблюдается многомодовый волноводный эффект, а для ПС стекла Ж6 -одномодовый. Никаких волноводных признаков в ПС стекол ЖЗ и Ж8 при использовании различных режимов полирования и последующей обработке поверхности детали обнаружено не было.

В методе волноводной спектроскопии наиболее широко используется приближение Вентцеля-Крамера-Бриллюэна (ВКБ), с помощью которого неразрушающим способом удается восстановить распределение показателя преломления п(гт) по глубине волноводного слоя т^ на основе измеренных значений модовых показателей преломления пт, где т - номер моды. В приближении ВКБ решение волноводного уравнения сводится к выражению вида:

Ф(т) = к0 у(п2(у.) - \\l~ck =|аг^ Ь ■

где для ТЕ-волны коэффициент Ь=1, для ТН-волны Ь= (п(0)/пт)2; п(0) - значение показателя преломления на границе раздела «внешняя среда - волноводный слой».

Для описания зависимости п(г) использовалась кусочно-линейная аппроксимация функции

-2кГ'\ (15)

где к - номер моды, 1<к <т; значение 2ы<г<гь Определение координат г\£ осуществляется путем решения обратной задачи ВКБ на основе измеренного спектра модовых показателей преломления пт(ш). Решение уравнения (2) для этой зависимости дает выражение

-ку1 -(к -орФою/к.. (щ

На рис.3 показано изменение вида оптического профиля волноводных поверхностных слоев фторсодержащего стекла Ж1 при различных условиях хранения оптических деталей и термообработки.

« -п*)

(п2(0)~О

1/2 ( з]

+ 7Г ■ ш--

. 4,

(14)

Рис.3. Изменение оптического профиля волноводного ПС стекла Ж1 с течением времени хранения полированной детали в атмосфере воздуха (а), влажной атмосфере (б), после термообработки (в) при Т=250 °С, 1=3 часа.

1 - исходное состояние полированной детали; время хранения I (сутки):

а) 2 - 20, 3 - 50,4 - 150, 5 - 230, б - 360; б) 2 - 25, 3 - 100,4 - 280;

в)2-25, 3-40, 4- 140,5-160;

Из анализа кинетики протекания физико-химических процессов формирования неоднородной структуры ПС такие волноводы было бы правильнее называть "гидролизными", а не "эффузионными". Учитывая гидролизный характер образования неоднородной структуры поверхностных слоев фторсо-держащих стекол, необходимо отметить не соответствие существующей классификации химической устойчивости рассмотренных силикатных стекол с фактическим положением. Здесь все четыре типа стекла в отношении химической устойчивости к влажной атмосфере классифицированы группой "А". Менаду тем из полученных результатов следует, что стекла типа ЛК1 и Ж6 взаимодействуют с водой в большей степени, чем два другие (ЖЗ и Ж8). Это заставляет в дальнейшем разработать новую методологию определения химической устойчивости силикатных стекол, используя при этом эллипсометрические и ядерно-физические методы диагностики физико-химического состояния поверхности элементов оптоэлектроники с волно-водными слоями.

Для объективной оценки метрологических возможностей метода многоугловой эллипсометрии при определении локальных значений показателя преломления неоднородных сред в качестве объекта использовался оптический элемент изготовленный из кварцевого стекла КУ1, показатель преломления которого определялся на гониометре при длине волны излучения 1=0,6328 мкм и равен п0= 1,4570 (8п=±5-10~б). Если определять показатель преломления стекла без учета влияния ПС, то значения показателя преломления и поглощения (п и к) будут зависеть от угла падения светового пучка, что противоречит физическому содержанию понятия "показатель преломления", а отрицательный

знак показателя поглощения, т.е. "-к" указывает на не возможность описания этими параметрами полученной экспериментальной зависимости фазового сдвига Д(ф).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании проведенных в диссертационной работе исследований можно сделать следующие выводы:

1. Разработан методический подход к решению задачи отражения поляризованного света от неоднородных анизотропных слоев, основанный на применении теории малых возмущений к дифференциальным уравнениям Максвелла. Метод позволил, с одной стороны, обобщить ранее существующие теории отражения поляризованного света Друде-Борна, с другой - получить в аналитическом виде уравнение эллипсометрии для поверхностных слоев с произвольным законом изменения главных значений тензора диэлектрической проницаемости по глубине поверхностного слоя осесимметричной анизотропной отражающей системы. Определены границы области применимости макро- и микроскопических моделей неоднородного поверхностного слоя с учетом метрологических возможностей используемой измерительной аппаратуры.

2. В рамках теорий отражения света Друде-Борна и Релея-Райса разработана методика определения среднеквадратической высоты шероховатой поверхности оптических элементов в диапазоне с=5-110А и длины пространственной корреляции шероховатости в диапазоне у=0,03-1 мкм. Достоверность результатов эллипсометрических измерений параметров шероховатой поверхности оптических элементов подтверждена данными полученными методами профилометрии, спекл-интерферометрии и по анализу спектрофотометрических измерений значений диффузной составляющей отраженного излучения.

3. В рамках широкого круга физико-математических моделей отражающих систем изучены основные закономерности изменения состояния поляризации отраженного светового пучка от неоднородных поверхностных слоев и шероховатых поверхностей оптических элементов. Установлено, что состояние поляризации отраженного светового пучка и величина отклонения угла наибольшей поляризации излучения относительно угла Брюстера определяется структурой неоднородной отражающей системы. Это позволяет при многоугловых или спектральных поляризационных измерениях различать эффекты в изменении состояния поляризации отраженного светового пучка вызванные наличием на оптических элементах неоднородных слоев с различным видом оптического профиля и различным видом корреляционной функции шероховатой поверхности.

4. Разработан эллипсометрический метод диагностики физико-химического состояния поверхности оптических элементов, позволяющий определять

экспериментальные условия, при которых имеется принципиальная возможность сравнивать различные по своему физическому содержанию модели поверхностного слоя при наименьшей вероятности ошибки в оценке их адекватности объекту исследования и проводить высокоточные измерения оптических параметров поверхностных слоев элементов оптотехники при экспериментальных условиях наилучшим образом обеспечивающих метрологические возможности используемой аппаратуры.

5. Методами эллипсометрии, оптической ИК-спектроскопии, показано, что физико-химические процессы нестационарного выщелачивания поверхностного слоя силикатных стекол, протекающие при жидкостной химической, ионно-плазменной и ионно-химической обработке, характерной особенностью которого является удаление щелочных катионов из приповерхностной области, приводят к образованию двухслойной структуры поверхностного слоя: образованию в приповерхностной области выщелоченного слоя с показателем преломления меньше объемного значения и сегрегации в глубине поверхностного слоя щелочных компонентов приводящей к образованию области ПС с показателем преломления больше объемного значения.

6. Разработаны методики определения показателя ослабления излучения в стекле и потерь излучения в поверхностном слое детали, основанные на совместном использовании методов эллипсометрии и спеюрофотометррщ, методе внутрирезонаторных потерь излучения и импульсной фотометрии, которые позволяют по оптическим характеристикам поверхностного слоя и показателю ослабления излучения в оптической детали судить о качестве изготовления элементов ионных лазеров и оптотехники.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Новиков A.A., Храмцовский И.А., Иванов В.Ю., Федоров И .С., Туркбоев А. Эллипсометрия неоднородных поверхностных слоев анизотропных оптических элементов// Изв.вузов. "Приборостроение" - 2009 - Т.52 - №1 с.62-68

2. Иванов В.Ю., Данилова Т.М., Храмцовский И.А. К дискуссии о критерии качества внутрирезонаторных элементов ионных эксимерных лазеров. Сборник трудов XXX международной конференции Санкт-Петербургского отделения национального комитета по истории и философии науки и техники РАН.// Выпуск XXV.-СПб.: СПбФ ИИЕТ РАН, 2009. с. 428

3. Храмцовский И.А., Иванов В.Ю. Методы физико-математического моделирования неоднородных структур силикатных стекол.// Сборник трудов XXXVIII конференции СПб ГУ ИТМО: Информационно-измерительные приборы и системы в оптическом приборостроении. 2009 г.с. 121-124

4. Иванов В.Ю., Данилова Т.М. Элллипсометрия элементов оптотехники выполненных из фторидов щелочноземельных кристаллов и фторсодержащих стекол.// Сборник трудов VI Всероссийской межвузовской конференции молодых ученых. СПб: СПб ГУ ИТМО. 2009. с. 229-234

5. Иванов В.Ю. Физико-математическое моделирование структуры кремнекислородных соединений в эллипсометрии неоднородных оптических систем. // Сборник трудов VI Всероссийской межвузовской конференции молодых ученых. СПб: СПб ГУ ИТМО. 2009. с. 234-239

6. Иванов В.Ю., Данилова Т.М., Храмцовский И.А. Оптико-электронные системы измерения физико-химических характеристик неоднородых сред.// Сборник трудов XXXIX научной и учебно-методической конференции СПб ГУ ИТМО. 2010 г. с. 212-215

7. Иванов В.Ю., Храмцовский И.А. Спектро-поляризационный контраст в оптико-электронных системах. //Сборник трудов XXXIX научной и учебно-методической конференции СПб ГУ ИТМО. 2010 г. с. 181-186.

8. Иванов В.Ю. Поляризационно-оптические свойства неоднородных анизотропных слоев. //Сборник тезисов докладов конференции молодых ученых, Выпуск 2. Труды молодых ученых / Главный редактор д.т.н., проф. В.О. Никифоров. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2010. с.30-31

9. Архангельский Т.В., Данилова Т.М., Иванов В.Ю., Храмцовский И.А. Метрологическое обеспечение метода элллипсометрии. //Меж. вуз. сб. "Неразрушающий контроль и диагностика окружающей среды, материалов и промышленных изделий" / Под ред. А.И.Потапова, СПб: СЗТУ. 2010 вып. 5

с. 51-53

10. Архангельский Т.В., Иванов В.Ю., Данилова Т.М., Храмцовский И.А. Особенности определения оптических параметров тонких и волноводных поверхностных слоев методом эллипсометрии.//Меж. вуз. сб. "Неразрушающий контроль и диагностика окружающей среды, материалов и промышленных изделий" / Под ред. А.И.Потапова, СПб: СЗТУ. 2010 вып. 6

с. 88-91

Подписано в печать 08.11.2010г. Тираж 60 экз. Заказ № 359 ООО «АиБ» СПб, ул. Рузовская д.9

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. АППАРАТУРА И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПОЛЯРИЗАЦИОННО-ОПТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В ЭЛЛИПСОМЕТРИИ ОТРАЖАЮЩИХ СИСТЕМ

1.1. Методы компенсационной (нулевой) эллипсометрии

1.2. Метрологическое обеспечение эллипсометрического метода . 26 Выводы

ГЛАВА И. ТЕОРИЯ ЭЛЛИПСОМЕТРИИ НЕОДНОРОДНЫХ СЛОЕВ И ШЕРОХОВАТОЙ ПОВЕРХНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ОПТОТЕХНИКИ

2.1 Методы определения оптических характеристик неоднородных и анизотропных отражающих систем

2.1.1 Эффективная диэлектрическая проницаемость и толщина поверхностного слоя

2.2 Поляризационно-оптические свойства неоднородных и анизотропных поверхностных*слоев

2.2.1 Отражение поляризованного света от неоднородного анизотропного поверхностного слоя

2.2.2 Анализ области применимости точных и приближенных теорий отражения поляризованного света от неоднородных слоев

2.2.3 Основные закономерности изменения состояния поляризации светового пучка отраженного от неоднородного слоя

2.3 Поляризационно-оптические свойства шероховатой поверхности диэлектриков и полупроводников . 73 Выводы

ГЛАВА III. МЕТОДЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕМЕНТОВ ЛАЗЕРНОЙ ТЕХНИКИ

3.1 Влияние неоднородности физико-химической структуры плавленого и кристаллического кварца на потери излучения в оптических элементах ионных и эксимерных лазеров

3.2 Определение оптических характеристик элементов лазерной техники методом внутрирезонаторных потерь излучения

3.3 Методы эллипсометрического анализа неоднородных поверхностных слоев элементов лазерной техники

3.4 Определение потерь излучения в оптических элементах методами эллипсометрии и спектрофотометрии

Выводы

ГЛАВА IV. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕМЕНТОВ ОПТОТЕХНИКИ

4.1 Кинетика и физико-химические механизмы формирования неоднородной структуры поверхностного слоя элементов оптотехники

4.2 Методы определения оптических характеристик волноводных поверхностных слоев

Выводы

В настоящее время для создания новых управляемых технологий изготовления элементов лазерной и оптотехники- необходимо не только детальное изучение физико-химических процессов, приводящих при различных внешних воздействиях (механических, химических, тепловых, радиационных и т.п.) к образованию модифицированной структуры поверхностного слоя (ПС) оптического элемента, выполненного из силикатного стекла или кристалла, но также требуется разработка прецизионных методов контроля поляризационно-оп-тических и спектрофотометрических характеристик элементов лазерной и оптотехники на всех этапах технологического цикла изготовления оптико-электронных узлов элементов оптотехники.

Для формирования научных представлений о природе, кинетике и физико-химических механизмах, приводящих к образованию на оптических элементах неоднородных и анизотропных ПС с измененной структурой и микрогеометрией поверхности детали при различной технологической, обработке-оптических деталей, необходимо выяснить, основные закономерности изменения состава, структуры и оптических свойств,ПС элементов1, на'различных этапах получения изделий- оптотехники с заданными! физико-техническими характеристиками и установить истинные корреляционные связи», между оптическими свойствами ПС и технологическими параметрами процесса изготовления1 детали.

Потребности практики в технической реализации, принципиально новых технологий изготовления элементов оптотехники заставляют при спектрофотометрических и поляризационно-оптических исследованиях модифицированной структуры ПС применять широкий класс ранее не используемых физико-математических моделей отражающих неоднородных анизотропных оптических систем и ужесточать требования к принимаемым решениям о соответствии той или иной модели ПС объекту исследования. Для достаточно обоснованного прогноза в изменении оптических свойств поверхности детали при различных внешних воздействиях необходимо знать оптический профиль слоя - его вид и градиентные характеристики, а также определять геометрические параметры шероховатой поверхности и микроскопические характеристики энергетического поверхности элемента оптотехники.

В этом случае анализ и синтез поляризационно-оптических и спектро-фотометрических систем технологического контроля неоднородных анизотропных элементов должен проводиться в единой совокупности «объект-прибор-методика», где объект контроля рассматривается как структурный элемент самого прибора, поскольку его наличие в измерительной системе поляризационного прибора может принципиально изменить функциональные возможности используемой аппаратуры.

Цель настоящей работы состояла в усовершенствовании известных и разработке новых поляризационно-оптических и спектрофотометрических методов исследования и контроля физико-технических характеристик элементов лазерной и оптотехники.

Для достижения указанной* цели в диссертации решались следующие основные задачи:

- разработка методов физико-математического моделирования структуры неоднородных поверхностных слоев элементов оптотехники в рамках феноменологического подхода к. описанию их макро- и микроскопических характеристик;

- разработка методов решения прямой и обратной задачи эллипсометрии для неоднородных анизотропных оптических систем и шероховатой поверхности неоднородной подложки;

- изучение основных закономерностей изменения состояния поляризации отраженного светового пучка от неоднородных поверхностных слоев и шероховатых поверхностей элементов оптотехники в эллипсометрическом и спектрофотометрическом эксперименте;

- разработка методов анализа поляризационно-оптических свойств отражающих систем «неоднородный слой - неоднородная подложка» и «шероховатая поверхность — неоднородная подложка» и расчета их поляризационно-оптических характеристик;

- изучение кинетики и физико-химических механизмов формирования неоднородной структуры и состава поверхностных слоев элементов- оптотех-ники при различных внешних воздействиях окружающей среды и технологической обработке поверхности детали.

Методы и объекты исследования

В работе использованы преимущественно разработанные поляризацион-но-оптические и спектрофотометрические методы исследования и контроля физико-технических характеристик элементов оптотехники и параметров шероховатой поверхности неоднородной подложки.

Достоверность результатов исследования и контроля параметров шероховатой поверхности оптических деталей подтверждалась данными полученными методами спекл-интерферометрии, профилометрии и результатами' спектро-фотометрических измерений диффузной'составляющей рассеянного света.

Анализ потерь излучения в оптических материалах и поверхностном слое (ПС) элементов лазерной и оптотехники проводился по экспериментальным данным полученных методом внутрирезонаторных потерь излучения в трехзеркальном оптическом резонаторе лазера, методами эллипсометрии, оптической спектрофотометрии в ВУФ, УФ и ИК областях спектра излучения и импульсной фотометрии.

Поляризационные методы исследования физико-технических характеристик элементов оптотехники дополнялись данными численного эксперимента, проводимого по разработанным методикам и программам, а также экспериментальными результатами полученных методами спектроскопии, рефрактометрии, рефлексометрии и другими методами технологического контроля оптических изделий лазерной и оптотехники. В качестве объектов исследования использовались элементы лазерной и оптотехники, выполненные из кристаллического и плавленого кварца, полученного различными технологическими способами; фторсодержащих силикатных стекл, отличающихся различным содержанием в стекле фтора и многокомпонентных силикатных материалов с различной структурой и химическим составом.

Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые разработаны теоретические и методические основы поляризационно-оптических методов анализа и контроля оптических характеристик неоднородных анизотропных и физико-математические модели неоднородных оптических систем и шероховатых поверхностей элементов оптотехники, выполненных из силикатных стекол и кристаллов.

В ходе работы впервые получены следующие результаты:

1. Обобщены теоретические рассмотрения задачи отражения поляризованного света от неоднородного анизотропного слоя при произвольном законе изменения главных значений тензора диэлектрической-* проницаемости по его глубине в приближении теорий Друде-Борна и осесимметричных анизотропных отражающих систем в приближении теорий Сивухина - Пикуса .

2. Изучены основные закономерности изменения поляризационных параметров отраженного светового пучка от неоднородного поверхностного слоя диэлектриков, полупроводников с различным распределением диэлектрической-проницаемости по глубине слоя и шероховатой поверхности неоднородной подложки с различным видом корреляционной функции микрорельефа поверхности.

3. Изучены методологические основы определения потерь излучения на внутрирезонаторных элементах ионных и эксимерных лазеров по двум различным методам: методу с регулируемой зеркальной отражательной способностью и методу калиброванных потерь излучения, в лазерной установке с трехзеркальной схемой оптического резонатора.

4. Исследовано и дано научное обоснование влияния неоднородности структуры кремнекислородной сетки кварцевого стекла и кристаллического кварца на потери излучения в ВУФ, УФ и ИК областях спектра оптического излучения для оптических элементов лазерной техники.

5. Методом импульсной фотометрии и эллипсометрии дано научное обоснование влияния окружающей среды на изменение потерь излучения, в образцовых средствах, предназначенных для аттестации оптических характеристик лазерного излучения в УФ, видимой и ИК областях спектра.

Практическая значимость работы состоит в том, что

- разработанные методы эллипсометрического и спектрофотометричес-кого контроля оптических характеристик неоднородных отражающих систем и шероховатых поверхностей элементов оптотехники являются достаточно универсальными и были использованы при решении широкого круга научных и технологических задач на ряде оптических производств элементов лазерной и оптотехники;

- установленные корреляционные связи между оптическими параметрами поверхностного слоя и- технологическими^ режимами механической, химической, ионной обработке элементов лазерной и оптотехники техники, выполненных из кристаллического и плавленого кварца, позволили разработать критерии качества внутрирезонаторных элементов для ионных и эксимерных лазеров и определить оптимальные технологические режимы изготовления элементов с минимальными потерями излучения в.ВУФ и УФюбласти спектра;

Полученные результаты научно-исследовательской работы использованы для технологического контроля кинетики физико-химических процессов формирования неоднородных структур поверхностных слоев элементов лазерной и оптотехники на предприятиях ООО «Кварцевое стекло», НИИ «Феррит -Домен». Результаты работы, затрагивающие теоретические и методические основы поляриметрии неоднородных анизотропных оптических систем и шероховатых поверхностей, использованы также в учебном процессе в СПб ГУ ИТМО. Технические акты внедрения результатов научно-технических достижений настоящей работы представлены в приложении.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту, состоят в следующем:

1. Метод решения задачи отражения поляризованного света от анизотропных неоднородных поверхностных слоев двухосных кристаллов ромбической системы, основанный на применении теории возмущений к дифференци-' альным уравнениям Максвелла относительно адмиттанса и(р'5)(г) неоднородной среды анизотропной оптической системы, позволяет получить уравнение эл-липсометрии для неоднородного поверхностного слоя оптического анизотропного элемента с произвольным законом изменения главных значений тензора диэлектрической проницаемости г(г) по глубине поверхностного слоя.

2. Метод решения задачи отражения поляризованного света от тонких анизотропных неоднородных поверхностных слоев, оптические свойства которых описываются квазимикроскопическими параметрами - высокочастотной проводимостью /? и поляризуемостью а слоя, позволяет обобщить основные закономерности изменения состояния поляризации отраженного светового пучка в рамках теорий- отражения поляризованного света Друде - Борна и Сиву-хина - Пикуса.

3. Тип поляризации отраженного светового пучка, величина отклонения-угла поляризации фп от угла Брюстера (рв и зависимости поляризационных параметров - азимута линейной'восстановленной поляризации ¥(ф) и разность фаз Д(ф) между ортогональными-компонентами1 поляризованного отраженного света - от угла падения светового пучка ф определяются структурой неоднородной отражающей системы, что позволяет в рамках метода эллипсоме^рии различать эффекты в изменении состояния поляризации светового пучка вызванные наличием на поверхности оптических элементов шероховатости, поглощающих и неоднородных слоев с различным видом оптического профиля показателя преломления поверхностного слоя.

4. Метод измерения внутрирезонаторных потерь оптического излучения в оптических элементах лазерной техники, основанный на сопоставлении потерь излучения на образцовых плоскопараллельных пластинках, предварительно аттестованных методами импульсной фотометрии и эллипсометрии, в установке с трехзеркальным оптическим резонатором лазера, позволяет определить по методу калиброванных потерь в широкой области измеряемых значений с погрешностью Su <0,02.

5. Метод локального зондирования поверхности оптического элемента линейно-поляризованным световым пучком позволяет, при наличии модифицированного поверхностного слоя, перейти к измерениям зависимости инкремента показателя преломления п(г) к величине разности фаз Д(г) между ортогональными компонентами в отраженном эллиптически поляризованном световом пучке и определить распределение угловой пространственной частоты передачи изображения по аксиальному сечению градана.

Личный вклад автора. Все результаты, представленные в диссертации, получены лично автором, либо по его инициативе и при его непосредственном участии. Соавторство относится к проведению части расчетов, совместному проведению ряда экспериментов, обсуждению результатов исследований.

Апробация результатов работы и публикации. Основные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и были изложены в научных трудах следующих конференций: XXXVIII научной и учебно-методической конференции СПб ГУ ИТМО, посвященной 100-летию со дня рождения М.М.Русинова. «Информационно-измерительные приборы и системы в оптическом приборостроении» (СПб, 2009.); VI Всеросийской межвузовской конференции молодых ученых. «Сессии научных школ» (СПб, 2009.); XXX международной конференции Санкт-Петербугского отделения национального комитета по истории и философии науки и техники РАН (СПб, 2009.); XXXIX научной и учебно-методической конференции СПб ГУ ИТМО, посвященной 110-й годовщине со дня основания Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики. «Информационно-измерительные приборы и системы в оптическом приборостроении» (СПб, 2010.); VII

Всеросийской межвузовской конференции молодых ученых. «Оптотехника и оптические материалы» (СПб, 2010.).

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 7 научных трудах, в; том числе 1 научных статьях опубликованных в изданиях, рекомендованных ВАК для докторских и кандидатских диссертаций (перечень ВАК от 01.01.2007).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, списка литературы включающего 154 наименований, приложения; содержит 151 страницы машинописного текста, 39 рисунков и 14 таблиц.

Выводы?

По .результатам, экспериментально-теоретических исследований поляри-зационно-оптических характеристик элементов- оптотехники можно- сделать следующие выводы:

1. Получены, уравнения для многоугловой эллипсометрии,. на основании которых разработана методика определения- оптических постоянных сред при наличии на поверхности элемента неоднородного поверхностного слоя.

2. Показано, что не учет влияния поверхностного- слоя на поляризационные параметры, отраженного светового пучка-приводит при определении оптических постоянных неоднородных сред по методу традиционной эллипсо-метрии к результатам не соответствующим физическому содержанию понятия - «показатель преломления среды».

3. Разработаны поляризационно-оптические методы метрологической аттестации образцовых элементов оптотехники для эллипсометрической и спек-трофотометрической аппаратуры с учетом влияния физико-химического состояния поверхности элементов.

4. Методами эллипсометрии, импульсной фотометрии и ИК спектроскопии установлено, что при химической, ионно-плазменной и ионно-химической обработке силикатного стекла в приповерхностной области образуется слой с микропористой структурой близкой к структуре кремнекислородного каркаса силикатного стекла, а в глубине ПС формируется неоднородная структура с показателем преломления больше значения показателя преломления в объеме материала стеклообразующей системы.

149

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании проведенных в диссертационной работе исследований можно сделать следующие выводы:

1. Разработан методический подход к решению задачи отражения поляризованного света от неоднородных анизотропных слоев, основанный на применении теории малых возмущений к дифференциальным уравнениям Максвелла. Метод позволил, с одной стороны, обобщить ранее существующие теории отражения поляризованного света Друде-Борна, с другой - получить в аналитическом виде уравнение эллипсометрии для поверхностных слоев с произвольным законом изменения главных значений тензора диэлектрической проницаемости по глубине поверхностного слоя осесимметричной анизотропной' отражающей системы. Определены границы области применимости макро- и микроскопических моделей неоднородного поверхностного, слоя- с учетом метрологических возможностей используемой измерительной аппаратуры.

2. В рамках теорий отражения света' Друде-Борна и» Релея-Райса разработана методика определения среднеквадратической высоты шероховатой поверхности оптических, элементов в диапазоне 11ОА и длины пространственной корреляции шероховатости в диапазоне у=0,03-1 мкм. Достоверность результатов эллипсометрических измерений параметров шероховатой поверхности оптических элементов подтверждена данными полученными методами профилометрии, спекл-интерферометрии и по анализу спектрофотометрических измерений значений диффузной составляющей отраженного излучения.

3. В рамках широкого круга физико-математических моделей отражающих систем изучены основные закономерности изменения состояния поляризации отраженного светового пучка от неоднородных поверхностных слоев и шероховатых поверхностей оптических элементов*. Установлено, что состояние поляризации отраженного светового пучка и величина отклонения угла наибольшей поляризации излучения относительно угла Брюстера определяется структурой неоднородной- отражающей системы. Это позволяет при многоугловых или спектральных поляризационных измерениях различать эффекты в изменении состояния поляризации отраженного светового пучкач вызванные наличием на оптических элементах неоднородных слоев с различным видом оптического профиля и различным видом корреляционной функции шероховатой поверхности.

4. Разработан эллипсометрический метод диагностики физико-химического состояния поверхности оптических элементов, позволяющий определять экспериментальные условия, при которых имеется принципиальная возможность сравнивать различные по своему физическому содержанию модели поверхностного слоя при наименьшей вероятности ошибки в оценке их адекватности объекту исследования, и проводить высокоточные измерения оптических параметров поверхностных слоев элементов* оптотехники при эксперимент тальных условиях наилучшим образом обеспечивающих метрологические возможности используемой аппаратуры.

5. Методами1 эллипсометрии, оптической' ИК-спектроскопйи, показано, что физико-химические процессы нестационарного выщелачивания поверхностного слоя- силикатных стекол, протекающие при жидкостной химической, ионно-плазменной и> ионно-химической обработке, характерной особенностью которого является удаление щелочных катионов из приповерхностной области, приводят к образованию двухслойной'структуры поверхностного слоя: образованию в приповерхностной области выщелоченного слоя' с показателем преломления меньше объемного значения и сегрегации в глубине поверхностного слоя щелочных компонентов приводящей к образованию области ПС с показателем преломления больше объемного значения.

6. Разработаны.методики определения показателя ослабления излучения в стекле и потерь излучения в поверхностном слое детали, основанные на совместном использовании методов эллипсометрии и спектрофотометрии, методе внутрирезонаторных потерь излучения и импульсной фотометрии, которые позволяют по оптическим характеристикам поверхностного слоя и показателю ослабления излучения в оптической детали судить о качестве изготовления элементов ионных лазеров и оптотехники.

1. Борн М.,Вольф Э. Основы оптики, М., "Наука". 1970 . 650 с.

2. Azzam R.M.A. A perspective on ellipsometry // Surface Sei., 1976. v.56, p.6-17

3. Современные проблемы эллипсометрии // Под ред. А.В.Ржанова, Новосибирск :"Наука". 1980 . 192 с.

4. Эллипсометрия метод исследования поверхности // Под ред. A.B. Ржанова , Новосибирск, "Наука", 1983 . 180 с.

5. Эллипсометрия: теория, методы, приложение // Под ред. А.В.Ржанова и

6. Л.А.Ильина, Новосибирск, "Наука", 19.87 . 192 с.

7. Эллипсометрия в науке и технике // Под ред. К.К.Свиташева и A.C.

8. Мардежева, Новосибирск: ИФП СО АН СССР, 1987 . 205 с.

9. Эллипсометрия в науке и технике // Под ред. К.К.Свиташева и A.C.

10. Мардежева, вып.2, Новосибирск, ИФП СО АН СССР, 1990. 190 с.

11. Эллипсометрия: теория, методы, приложение //Под ред. К.К.Свиташева,

12. Новосибирск: "Наука", 1991., 200 с.

13. Пшеницын В.И., Абаев М.И., Лызлов Н.Ю. Эллипсометрия в физико-химических исследованиях, Л.: «Химия». 1986 . 152 с.

14. Аззам Р.,Башара Н. Эллипсометрия и поляризованный свет: Пер. с анг.

15. Под ред. А.В.Ржанова, М.:"Мир", 1981 . 583 с.

16. Основы эллипсометрии // Под ред.А.В.Ржанова, Новосибирск: "Наука",1979.424 с.

17. Горшков М.М. Эллипсометрия, М.: "Сов.радио", 1974. 200 с.

18. Кизель В.А. Отражение света, М.:"Наука", 1973. 351 с.14. .Лейкин М.В., Молочников Б.И., Морозов В.Н., Шакарян Э.С.Оражатель-ная рефрактометрия,Л.:"Машиностроение", 1983 . 223 с.

19. Федоров Ф.И., Филиппов В.В. Отражение и преломление света прозрачными кристаллами, Минск::"Наука и техника ".1976 .224 с.

20. Azzam R.M.A. Two detector ellipsometer // Rev.Sci.Instrum., 1985. vol.56 №9 p. 1746-1748.

21. Azzam R.M.A. Binary polarization modulator // Optics Letters, 1988. vol.3 №9 p.701-703

22. Федоров Ф.И.Оптика анизотропных сред . Минск: Изд-во АН БССР, 1958.

23. Филиппов В.В., Тронин А.Ю., Константинов А.Ф. Эллипсометрия анизотропных сред // Физическая кристаллография, М. 1992. С.254-289.

24. Holmes D. A., Feucht D. L. Formulas for using plates in ellipsometry // Opt. Soc. Amer., 1967. v.57. p.466-468.

25. Рыхлитский C.B., Свиташев K.K., Соколов B.K. , Хасанов Т.Х. О влиянии многократного отражения на работу фазовой пластинки// Опт. и спектр. 1987. Т.63. вып.5. С. 1092-1094

26. Семененко А.И. К теории метода эллипсометрии // Опт. и спектр. 1975.1. Т.39 .С.587-592

27. Кизель В.А., Красилов Ю.И., Щамраев В.Н. Ахроматическое приспособление «четверть волны» // Опт. и спектр. ,1964. №3 С.461-463

28. King R.J., Downs M.J: Ellipsometry applied to films on dielectric subsrates // Surf .Sci., 1969. v .16. p.288-302

29. Федоринин. В.Н. Исследование и разработка спектральных эллипсометров

30. Авт. реф. канд. дисс. Новосибирск: ИИГА и К, 1992. 23 с.

31. Шерклиф У. Поляризованный свет.М.: Мир, 1965. 264 с.

32. Алгазин Ю.Б. , Иощенко Н.Н. , Леоненко А.Ф. , Панькин В.Г. , Рыхлитский С.В. , Свиташев К.К. Лазерный фотоэлектрический эллипсометр ЛЭФ-ЗМ-1 //Приборы и техника эксперимента. 1987. №6 С.204

33. Пшеницын В.И., Храмцовский И.А. Новый подход к эллипсометрии реальной поверхности оптических материалов // В сб. «Эллипсометрия: теория, методы, приложение» / Под ред. А.В.Ржанова и Л.А. Ильина. Новосибирск: «Наука». 1987. С.8-14.1 I

34. Пшеницын В.И., Храмцовский И.А. Методы эллипсометрического анализанеоднородных поверхностных слоев и шероховатых поверхностей // В сб. «Эллипсометрия: теория, методы, приложение» / Под ред. К.К.Свиташе-ва. Новосибирск: «Наука», 1991. С.20-33.

35. Алексеев С.А., Колосов A.M., Пшеницын В.И., Храмцовский И.А. Определение глубины трещиноватого слоя полированной поверхности кварцевого стекла методом ИК-эллипсометрии // Стекло и керамика .1992. №8. С.6-8.

36. Аммас М.М.,Лисицын Ю.В.,ПодсекаевА.В.,ТуркбоевА.,Храмцовский И.А Исследование поверхностных слоев фторсодержащих материалов// Вопросы материаловедения, 2000. №1 (21), С.58-63.

37. Алексеев С. А.,Крылова HI А.,Миронов А.О.,Туркбоев А.,Храмцовский И.А Применение метода секционирования при'контроле окисных покрытий на ферритах // Вопросы материаловедения, 2000. №1 (21) , С.63-65

38. Акользин П.Г,Колосов С.В,Голоднов Д.В.,Туркбоев А.,Храмцовский И.А

39. Особенности измерения параметров шероховатой поверхности диэлектриков и полупроводниковых материалов // Вопросы материаловедения .2000. №1 (21). С.66-69

40. Дронь О.С. Развитие эллипсометрии // Научное приборостроение. 2002.1. Т. 12. №4. С.57-62.

41. Дмитриев A.JT. Эллипсометр с мгновенной визуализацией проекционнойкартины на экране ЭЛТ// Опт. и спектр., 1972 . Т.32. С. 191-194.

42. Hazerbroek H.F., Holscher A.A. Interferometric ellipsometer // J.Phys. E., 1973. v.6,p.822-826.

43. Прокопенко В.Т., Трофимов В.А. Анализ поляризации излучения ОКГ методом интерферометрической эллипсометрии // Труды ЛИТМО. 1975.1. С. 23-25.

44. Витвинин Е.А., Иванникова Г.Е., Игошин Ф.Ф. Интерферометр Майкель-сона дальнего инфракрасного диапазона с шаговым приводом, работающий в режиме «на линии» с вычислительной машиной // Приборы и техника эксперимента. 1981. №3. С.186-188.

45. Hart M. X-ray polarization phenomena // Philosophical magazine.B. 1978. 38. . №1. Part 2. p.41-56.

46. Конев B.A., Кулещов E.M., Пунько H.H. Радиоволновая эллипсометрия // Под*ред. И.С.Ковалева. М.: Наука и техника», 1985. С.104-107.

47. Jasperson, S.N., Schnafterly S.E. An improved method for high reflectivity . ellepsometry// Rev.Sci.Instr., 1969: v.40. №6. p.761

48. Федоринин B.H., Соколов. B.K. Критерий« качества эллипсометрических схем//Опт. и спектр., 1991. Т.70. вып 5. С. 1169

49. Федоринин В.Н. Исследование и разработка спектральных эллипсометров

50. Авт. реф. канд. дисс. Новосибирск: ИИГА и К, 1992. 23 с.

51. A.c. 684409 (СССР). Способ определения критического угла полного внутреннего отражения света; Авт. изобрет. Пеньковский А. И., Исхаков Б. О., Жданов В. Н. Опубл. в Б. И., 1979 .№33

52. Пеньковский А.И.1 Способ измерения показателей преломления поглощающих сред // ОМП 1982. №8. С.38-41

53. Маслов В. П.,Мельник Т. С. Вопросы исследования метода эллипсометрии для контроля качества оптических деталей // Обзор №4687, ЦНИИИ и ТЭИ . 1988.67 с.

54. Маслов В. П.,Одарич В. А. Эллипсометрические исследования механически полированных образцов некоторых оптических стекол //ОМП. 1983. №3. 1983. С.60-61

55. Маслов В. П., Мельник Т. С., Одарич В. А. Эллипсометрические исследования поверхности поверхности кристаллического кварца после механической обработки // ОМП. 1985. №8. С. 1-2

56. Владимирова Т. В., Горбань Н. Я., Маслов В. П., Мельник Т. С., Одарич

57. В.А. Исследование оптических свойств и строения поверхностного слоя ситалла// ОМП.1979. №9. С.9-14.

58. Свиташева С.Н.,Свиташев К.К.,Семенов Е.Е.,Васильев А.Г. Изменение эл-липсометрических параметров в зависимости от механической обработки поверхности //Поверхность.Физика, химия, механика. 1983. №12. С.64-71.

59. Neuman К. Ellipsometrische Bestimmung von Oberflachenschichten auf polierten optischen Glasern // Opt.Acta. 1983 v.30, №7. S.967-980

60. Мансуров Г.М., Мамедов P.K., Сударушкин A.C., Сидорин В.К.,Сидорин

61. К.К, Пшеницын,В.И.,Золотарев В.М. Исследование природы полирован-. -ной поверхности», кварцевого стекла методами эллипсометрии и спектроскопии // Опт.и спектр.1982. Т.52, вып.5. С.852-857

62. Нечаева Н.А.,Журавлев Г.И.ЛисицкшнЮ.В. Применение метода эллипсометрии для оптимизации процесса глубокого полирования стекол К108 и Ф101 // ОМП.1984.№9. С.61-62

63. Yokota H.,Sakata H.,Nishibori M.,Kinosita К., Ellipsometrie study of polishedglass surfaces // Surf.Scciens. 1969 .v. 16. P.265-267

64. Wright C.R.,Kao K.C. Spetrophotometrie studies of ultra low loss optikal glasses ,111. Ellipsometrie determination of Surface reflecta es // J., of Physics. 1969 . s.2, v.2.P.579-583

65. Дагман Э.Е.,Семененко A.JI. Исследование неоднородных отражающих систем методом эллипсометрии.I Апроксимация однородными слоями // Укр.физ.журнал. 1981. Т.26. №5. С.820-826

66. Дагман Э.Е.,Семененко A.JI. Исследование неоднородных отражающих систем методом эллипсометрии. II Апроксимация линейными слоями // Укр.физ.журнал. 1981. Т.26. №6. С.820-826

67. Scandonne F.,Ballerini'L. Theorie de la transmission et de la reflexion dans les systems.de conches minces multiples //Nuovo Gemento. 1946. v.3.P.81-91

68. Abeles F. Recherches sur la propagation des ondes electromagnetignes sinusoedales dans les milienx stratifies // Ann.Phys. 1950. v.5. P.596, 706

69. Розенберг Г.В.,Оптика тонкослойных покрытий,М.,Физматгиз,1958.

70. Минков И.М. Прохождение и отражение света плоскопараллельными анизотропными слоями //Опт.и спектр. 1974. Т.37,вып.2. С.309-316

71. Веремей В.В.,Горбунова Т.А.,Минков И.М. Явное выражение для 4x4 матрицы интерференции кристаллического слоя // Опт.и спектр. 1975. Т.38. С.390-391

72. Хэнерт М.,Раушенбах Б. Исследование поверхностных слоев силикатныхстекол // Физика и химия стекла.1988. Т.9. №6. G.696-703

73. Веденский В;Д.,Коновалова О.П.,Шаганов И.И. Оптическая• неоднородность. тонких диэлектрических» слоев,получаемых методом, вакуумного термического испарения // ОМИ.-1987. №2. С.55-59

74. Fukyo H.,Oura N.,Kitajiama N.,Kono Н. The refrakctive index distribution normal to the polished , surface of fused quartz measured by ellipsometry // J.Appl. Phys. 1979*. v.50,№5.p.3653-3657

75. Azzam R.M.A. Direcf relation between Fresnels intface reflection ceefficientsfor the paralled and perpendicular polarizations // J.Opt.Soc.Am. 1979. v.69, №7. P.438-445

76. Azzam R.M.A. Mapping of Fresnels interfase reflectction coefficients betweennormal and oblique incidence: results for the paralled and perpendicular polarization at several angles of incidence // Appl.0pt.l980.v.l9, №19. P.3361-3369.

77. Швец В. А. О возможности определения комплексных коэффициентов отражения методом эллипсометрии // Опт.и спектр. 1983. Т.55, вып.З.1. С.558-561

78. Мардежев А. С.ДНвец В. А. Определение параметров однослойной системы из иммерсионных эллипсометрических измерений // Поверхность. Физика, химия, механика1985. №7. С.56-61.

79. Дагман Э. Е., Панькин В. Г., Свиташев К. К., Семененко А. И., Семененко А. В., Шварц Н .Л. Определение параметров поглощающих пленок с помощью метода эллипсометрии // Опт. и спектр. 1979.Т.46, вып.З. С.559-565.

80. Holmes D.A. Оп the calculation thhin film refraktive index and thickness by ellipsometry//Appl.Optics.1967. v.6, №1. P.168-170

81. Павлов П. В.,Хохлов А. Ф.Дурильчик Е. В.Доброхотов Э. В. Попов Ю.С. Изменение свойств кремния и кварца при ионно-плазменной обработке // Активируемые процессы технологии микроэлектроники, Таганрог, 1979. Т. 15. С.57—71.

82. Беграмбеков Л.Б. Взаимодействие ионов с оптическими материалами // В сб. "Ионизирующие излучения и лазерные материалы".М.: Энергоиздат 1982. С.91-100

83. Кирееев В.Ю.,Данилин Б.С.,Кузнецов В.И.,Плазмохимическое травление микроструктур,М.:,Радио и связь.1983.128с.

84. Первеев А.Ф.,Михайлов А.В.,Муранов Г.А., Ильин В.В. Оптические свой-ства пленок ТЮг, полученных высокочастотным реактивным рас-пыле-нием с напряжением смещения // ОМП. 1975. №3. С.43-45.

85. Лызлов Н.Ю., Пшеницын В.И. Электрохимический эталон для эллипсометрии // Электрохимия- 1984. т.20, №8. С. 1139-1140.

86. Candela G.A, Chandler-Horowitz D., Novotny D.B., Vorburger T.V. Film thickness and refractive index Standart Reference Material calibrated by ellip-sometry and profilometry // Proc.SPIE. Int. Soc.Opt. Eng, 1986.V.661 P.402

87. Steinike H.,Muller B.,Richter-Mendan J.,Hennig H.-p. Evidence of an Amor-hous Layer on Mechanicall Treated Singll Grystall of Quartz // Kristall und Technik. 1979. v.14, №7. p.37-38

88. Храмцовский НА., Пшеницын В.И. Влияние полирующего абразива на оптические характеристики поверхностного слоя // ОМП. 1987. №7. С.29-31

89. YokotaH\,Sakata H;,Nishibori Mi,Kinosita^K., Ellipsometrie study of polishedglass surfaces // Surf.Scciens. 1969. v. 16. p.265-267

90. Храмцовский И.А., Вощенко Т.К., Черезова JT.A., Пшеницын В.И., Апинов A.A. Изменение оптических свойств поверхностного слоя; при ионно-плазменном распылении кварцевого стекла // Опт. и спектр. 1988; Т.65. вып. 1.С. 141-145

91. Кузьмин В .Л. Об оптических явлениях в анизотропных средах // Опт. и спектр., 1976, т.41, С.850-854.

92. Кузьмин В.Л., Михайлов A.B. Молекулярная теория отражения света и границы применимости макроскопического, подхода //Опт. и спектр;, 1981, Т.51,0.691-695.

93. Кузьмин В.Л. Многократное рассеяние в задаче распространения света в среде // Опт. и спектр., 1976, Т.40, С.552-557

94. Антонов. В .А., Пшеницын В.И. Эффективная диэлектрическая проницаемость гетерогенной системы // Опт. и спектр., 1981,Т.50,вып.2, С.362-370.

95. Доценко А.В1, Ефремов A.M., Кучинский С.А. Оценка предельных значений коэффициента отражения и оптической плотности металло-диэлек-трических поглощающих слоев // ОМП, 1988, №2, С. 16 19

96. Федорова Л.В;,Молчанов В.С.,Макарова Т.М.,Тихонова З.И.,Немилов С.В. Кинетика начальных стадий выщелачивания свинцовосиликатных стекол кислыми растворами // Физика и химия стекла, 1983, Т.9, №6, С.725-729

97. Бесцветное оптическое стекло СССР, каталог / Под ред.чл.-корр. Г.Т. Петровского, М., 1990 .130 с.

98. Антонов В.А.,Пшеницын В.И.,Храмцовский И.А. Уравнение эллип-сометрии для неоднородных и анизотропных поверхностных слоев- в приближении Друде-Борна// Опт. и спектр 1987. Т.62, вып.4. С.828-831

99. Иванов В.Ю. Физико-математическое моделирование структуры кремнекислородных соединений в* эллипсометрии неоднородных оптических систем // Тезисы УГВсеросийской межвузовской конференции молодых ученых. СПб: СПб ГУ ИТМО. 2009. 82 с.

100. Сивз^хин Д.В. Феноменологическая теория переходного слоя // ЖЭТФ 1943. Т. 13. С.361-370

101. Сивухин Д.В. Молекулярная теория отражения и преломления света // ЖЭТФ. 1948. Т.18. С.754-750

102. Пикус Г.Е. О влиянии поверхностных состояний электронов на оптические свойства полупроводника и диэлектрика // ЖЭТФ. 1952. Т.22, вып.З-С.331- 338

103. Пшеницын В.И., Антонов В.А., Зорин З.М. К теории отражения света от тонкого проводящего слоя // Опт. и спектр. 1979. Т.46., вып.2. С.310-316.

104. Щуп Т.,Решение инженерных задач на ЭВМ, М.:Мир .1982,

105. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов М.: "Наука" 1986. 544 с.

106. Леонова Т.В. Исследование эллипсометрическим методом оптических характеристик поверхностей стекол после механической и химической обработки //Авт. канд. диссерт., ГОИ, Л., 1990.

107. Минков И.М., Веремей В.В., Горбунова Т.А., Наклонное падение света на слой с экспоненциально изменяющимся показателем преломления // Опт. и спектр. 1977. Т.43, выпЛ, С.136-145.

108. Пшеницын В.И., Антонов В.А., Абаев М.И. Применение точных и приближенных решений уравнений Максвелла в эллипсометрии неоднородных слоев //Опт. и спектр. 1988.Т.65. вып.З. с.621-627

109. Бреховских Л. М., Волны в слоистых средах, М;:изд.АН СССР. 1957 502'

110. ДрудеП., Оптика, ОНТИ, 1935.

111. Тимофеева Н:Ф: Исследование оптических поверхностных слоев»стекла

112. ЖЭТФ. 1936. Т.6. №1. С.71-92

113. Мансуров Г.М.,Розанов H.H.,Золотарев В.М.,Сутовский С.М. Определение оптических характеристик материалов в объеме и поверхностном* слое по спектрам внутреннего отражения // Опт.и спектр. 1982. Т.53, вып.2. С.ЗО 1-306.

114. Charmet J.С.,de Germes P.G. Ellipsometrie formulas for an inhomogeneonslager with arbirary refractive-index profile // J.Opt.Amer. v.73, №12. p.1777-1784.

115. Charmet J.C.,de Gennes P.G., Ellipsometrie formulas for an index profile ofsmall ampllitude but arbitry shpe.//J.Phys.Collay. 1983. C10. p.27-30.

116. Kaiser J.H. Regularization in ellipsometry.,Nearsurface depth profiles of the refractive-index//Appl.Phys.B.1988. v.B45, №1. p.1-5

117. Strachan С. The reflectien of light at a surface со vered by a monomolecularfilm //Proc.Cambridge Phil.Soc. 1933. v.29. p.l 16-130

118. Алексеев С. E.,Прокопенко В. Т.,Яськов А. Д., Экспериментальная оптика полупроводников ,С.-Пб:"Политехника", 1994,248 с.

119. Иванов В.Ю. Поляризационно-оптические свойства неоднородных анизотропных слоев // Труды молодых ученых / Главный редактор д.т.н., проф. В.О.Никифоров.Выпуск 2. СПб: СПб ГУ ИТМО, 2010, 193 с.

120. Пшеницын В.И., Храмцовский И.А. Методы эллипсометрического анализанеоднородных поверхностных слоев и шероховатых поверхностей // В сб. «Эллипсометрия: теория, методы, приложение» / Под ред. К.К.Свиташе-ва, Новосибирск: «Наука». 1991. С.20-33.

121. Иванов В.Ю., Данилова Т.М. Элллипсометрия элементов оптотехники выполненных из фторидов щелочноземельных кристаллов и фторсодер-жащих стекол // Тезисы VI Всеросийской межвузовской конференции молодых ученых. СПб: СПб ГУ ИТМО. 2009. 82 с.

122. Иванов В.Ю., Данилова Т.М:, Храмцовский И^А. Оптико-электронные системы измерения физико-химических характеристик неоднородых сред // Тезисы XXXIX научной и учебно-методической'конференции СПб ГУ ИТМО. 2010.

123. Иванов В.Ю., Храмцовский* И.-А. Спектро-поляризационный контраст в оптико-электронных системах// Тезисы .XXXIX научной и учебно-методической конференции СПб ГУ ИТМО. 2010.

124. Иванов В.Ю., Данилова Т.М, Храмцовский И.А К дискуссии о критерии качества внутрирезонаторных элементов ионных эксимерных лазеров //

125. Сборник: Наука и техника: Вопросы истории и теории. Выпуск XXV. СПб: СПб ИИЕТ РАН, 2009, С.315.

126. Антонов,В.А., Пшеницын В.И. Отражение поляризованного света шероховатой поверхностью // Опт. и спектр. 1984. Т.56. вып.1. С.146-154

127. Ohlidal I.,Lukes F. Ellipsometrie parameters of sistems with rough Sonuda ries // Optika Acta. 1972.v. 19, №10. p.817

128. Ohlidal I.,Lukes F.,Navratil K. The problem of surface roughness in ellip-sometry and reflectromerty // J.Phys.(Franc.). 1977-v.38 №11. p.77-87

129. Vorburger T.V.,Ludemz K.C. Ellipsometry of rough surfaces // Appl.Opt. 1980. v.19 .№4. p.591-593

130. Новиков A.A., Прокопенко В.Т., Храмцовский И.А. Оптические свойства1 шероховатой поверхности элементов оптоэлектроники // Научно-технический вестник СП ГУ ИТМО: Теория и практика современных технологий / Гл. ред. В.Н.Васильев, 2004. вып.15, С. 73-80.

131. Топорец A.C.,Оптика шероховатой поверхности,JI: Машиностроение1988. 191 с.

132. Храмцовский И.А., Разумная M.JI. Применение трехзеркального резонатора в установке для измерения оптических потерь // ОМП. 1983. №5.1. С.38-41

133. Пшеницын В.И., Храмцовский И.А. Исследование потерь излучения на оптических элементах в зависимости от физических параметров поверхностного слоя // ОМП. 1983, №12. С.5-7

134. ИЗ.Троицкий Ю.В. Одночастотная генерация в газовых лазерах, Новосибирск: "Наука", 1975, с.23

135. Хирд Т. Измерение лазерных параметров: Пер.с англ.// Под ред. Ф.С. Хайзулова, М.: "Мир", 1970.

136. Землянский В.С, Пшеницын В.И., Степанчук A.A., Храмцовский И.А. Кинетика и механизм формирования поверхностных слоев фторсодержа-щих стекол // Физика и химия стекла, 2008, Т.34 , №2, С. 170-181.

137. Халилов В.Х. Дефекты типа «обрыва связи» в кварцевом стекле // Физика и химия стекла, 1983, т.9, №2, С. 195-206.

138. Землянский B.C., Степанчук A.A., Сычев М.М., Храмцовский И.А. Влияние структуры поверхностного слоя кварцевого стекла на потери излучения в ультрафиолетовой области спектра // Физика и химия стекла, 2008, Т.34, №3, С.326-335.

139. Новиков A.A., Прокопенко В.Т., Храмцовский И.А Оптические свойства-поверхностных слоев силикатных стекол при ионной и электронноiлучевой обработки // Приборостроение. Изв.ВУЗОВ, 2007, №8, Т.50. С.54-60.

140. Елисеева И. И., ЮзбашевМ .М'. Общая теория статистики, М:"Финан-сы и статистика". 2004. 655 с.

141. Пшеницын В.И., Храмцовский И.А. Исследование потерь излучения на оптических элементах в зависимости от физических параметров поверхностного слоя // ОМП. 1983, №12. С.5-7

142. Смагин А.Г.,Ярославский М.И. Пьезоэлектричество кварца и кварцевые резонаторы. М.,"Энергия",1970. 488 с.

143. Глюкман JI.И. Пьезоэлектрические кварцевые резонаторы. М.: Радио и связь", 1981. 232 с.

144. Постановление МЭК-758-1 (протокол №1)

145. ОСТ 41-07-274-87 (ок. 57 2631), Кварц искусственный пьезоэлектрический (технические условия, введен 01.01.1988)

146. Иванов В.Ю., Данилова Т.М., Храмцовский И.А. Определение оптических характеристик элементов лазерной техники методом внутрирезонаторных потерь излучения // Приборостроение. Изв.ВУЗОВ. 2010. Т. №12 (в печати).

147. Новиков A.A., Храмцовский И.А., Иванов В.Ю., Федоров И.С., Туркбоев А. Эллипсометрия неоднородных поверхностных слоев анизотропных оптических элементов // Приборостроение. Изв. ВУЗОВ. 2009. Т.52. № 1. С.62-68.

148. Каданер Г.И., Кислов A.B., Кувалдин Э.В. Импульсная фотометрическая установкадля измерения коэффициентов пропускания материалов // В кн. Импульсная фотометрия. Л. 1981. вып.7. С.10481- 1051.

149. Yokota H.,Sakata H.,Nishibori М.,Kinosita К., Ellipsometrie study of polished glass surfaces // Surf.Sciens. 1969 .V.16. P.265-267.

150. Ильин В.Г., Ремизов H.B. Интерференционный метод измерения распределения показателя преломления в передающих изображение градана- // Письма в ЖТФ, 1984, Т. 10, вып.2, С. 105-110.

151. Ильин В.Г., Карапетян Г.О., Полянский М.Н. Измерение локальных значений показателя преломления неоднородных сред // ЖПС, 1978. Т.28. №1. С. 160-163.

152. Серков М.М., Кондратьев Ю.Н. Градиентные среды на основе кварцоидов // Физика и химия стекла, 1984, Т.10, №3, С.380-383.

153. Архипова Л.Н., Ивашевский С.Н., Карапетян Г.О. и др. Градиентная оптика для медицинских эндоскопов // Оптический журнал. 1994. №12. С.51-54.

154. Васильева В.И., Петровский Г.Т., Черных В.Д., Ягмуров В.Х. Гибкие регулярные элементы для эндоскопии // Оптический журнал. 1994. №12. С.55-57.