Ellipsometry_Shvets - Страница 5

Разглежданият тип компенсатор е доста лесен за производство, но има някои недостатъци. Първо, технологично е трудно да се произведе плоча с определена дебелина с необходимата точност. Например за кварца n o -n e = 0,009, следователно отклонение на дебелината на плочата с 0,2 μm ще доведе до промяна от повече от 1. Но основното е друго. От (3.1) може да се види, че температурните промени в c поради термооптичния ефект (промени в показателите на пречупване с температура) или поради термичното разширение ще бъдат пропорционални на дебелината d. По технологични причини плочите са направени с дебелина около 0,5 mm, така че фазовото изместване да е равно на 2 m +/2, където m е цяло число. Следователно фазовото изместване на компенсатора варира значително в зависимост от температурата. Наистина това

* Имената "бързо" и "бавно" не се отнасят до фазовата скорост, а до фазовото нахлуване през дебелината на плочата.

страница

промените са от порядъка на 10, когато температурата се промени от 15 до 30 C.

Вторият недостатък на кварцов компенсатор се проявява при извършване на спектрални елипсометрични измервания. От (3.1) може да се види, че фазовото изместване силно зависи от дължината на вълната; следователно кварцов компенсатор може да се използва като четвърт-вълнова плоча само в много тесен спектрален диапазон. Този проблем може да бъде частично решен чрез използване на оптична слюда вместо кварц. За слюда е лесно да се получат плочи с дебелина десетки микрони. Проблемът обаче е коренно решен с

с използване на ахроматични компенсатори. Фигура 17 показва едно такова разширително съединение, наречено диамант на Френел. Принципът на ромб на Френел се основава на феномена на пълното вътрешно отражение. Фазовото изместване при пълно вътрешно отражение зависи от ъгъла на падане на светлината и коефициента на пречупване на материала (в този случай се използва оптически изотропен материал - стъкло или разтопен силициев диоксид). Геометрията на устройството е избрана по такъв начин, че след двойно отражение общото фазово изместване между ортогоналните компоненти да е/2. Когато светлината премине през ромб на Френел, лъчът запазва посоката си, но изпитва паралелно изместване. Това е неприемливо, ако по време на измерването се изисква азимутално въртене на компенсатора. В този случай се използва двоен ромб на Френел (фиг. 18), който се получава чрез залепване на два рома на Френел и осигурява подравняването на входящите и изходящите лъчи.

ellipsometry_shvets

3.2. Преобразувания на поляризация при преминаване през оптични елементи.

Помислете за последователното предаване на светлина през поляризатор и компенсатор. Ще ни интересува преди всичко как се променя поляризацията на светлината. Нека оста на компенсатора да се завърти спрямо оста на предаване на поляризатора под ъгъл и да съвпада с координатната ос x (фиг. 19). За положителната посока на въртене избираме посоката обратно на часовниковата стрелка, ако гледаме към гредата.

След преминаване през поляризатора вълната ще бъде линейно поляризирана и посоката на нейната поляризация ще съвпадне с оста на предаване на поляризатора. Нека разширим вектора на електрическото поле на тази вълна на компоненти по координатните оси x и y: E x P E 0 cos e i t, E y P E 0 sin e i t. Тук E 0 е амплитудата на полето на изхода на поляризатора. След преминаване през компенсатора, вълната, поляризирана по оста x, ще получи допълнително фазово изместване c. Освен това трябва да се вземе предвид разликата в предаването за бързата и бавната ос, която ще обозначим като T b и T m. Следователно за x и y компонентите на електрическото поле ще бъдат получени следните изрази: