Сенсори хвильового фронту з високою просторовою роздільною здатністю для дослідження оптично неоднорідних об’єктів - Автореферат

Київський національний університет імені тараса шевченка Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наукНауковий керівник: доктор фізико-математичних наук, професор Григорук Валерій Іванович, Київський національний університет імені Тараса Шевченка, проректор з наукової роботи Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор Шайкевич Ігор Андрійович, Київський національний університет імені Тараса Шевченка, професор кафедри оптики фізичного факультету доктор фізико-математичних наук, професор Захист відбудеться «22» червня 2010 року о 16.30 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.23 в Київському національному університеті імені Тараса Шевченка за адресою: 03022, м.Аналіз субмікронних дефектів поверхні оптичними методами обмежений властивостями дифракції електромагнітного випромінювання, які обумовлюють просторову роздільну здатність оптичних приладів співвідношенням , де - довжина хвилі випромінювання, - лінійний розмір дефекту. Оптичні методи дослідження таких структурованих обєктів передбачають проведення вимірів та аналізу хвильового фронту лазерного пучка, відбитого від його поверхні. Принцип роботи сенсора добре відомий полягає у тому, що в площині, спряженій з площиною досліджуваного хвильового фронту, розташовується матриця мікролінз, що розбиває його на локальні ділянки, в яких вимірюється локальний нахил хвильового фронту, а за даними цих вимірів і відновлюється хвильовий фронт. Тому для збільшення просторового розрізнення методу пропонується використовувати сфокусований лазерний пучок, який після оптичного перетворення формує у площині сенсора сигнал, що є фазовим зображенням ділянки поверхні, цим самим також забезпечується локалізація щодо визначення центра неоднорідності. Тому актуальність досліджень як з практичної, так і з наукової точки зору зумовлена потребою в пошуку нових методів дослідження тонких плівок і поверхонь з наноструктурами; створенням та уточненням відповідних теоретичних моделей, які б допомагали у розвязку оберненої задачі по визначенню параметрів поверхні за даними вимірів.Для освітлення локальної ділянки поверхні пропонується використовувати сфокусований лазерний пучок, який після оптичного перетворення формує у площині сенсора сигнал, що є фазовим зображенням ділянки поверхні. Потрібно зазначити, що у випадку відбивання від плоскої поверхні вихідна хвиля буде плоскою, оскільки зворотне перетворення є еквівалентним прямому, але, якщо у площині зондування буде знаходитись деяка неоднорідність, то відбита хвиля буде містити множник, пропорційний відбиттю від неоднорідності. Множник, що описує коефіцієнт відбивання світла, матиме вигляд: оптичний випромінювання хвиля локальний 3 видно, що максимум дисперсії фази вихідної хвилі однозначно вказує на центр неоднорідності, а чутливість можна регулювати шляхом зміни кривизни падаючого на поверхню хвильового фронту. Слід відзначити, що отриманий за допомогою сенсора масив локальних нахилів хвильового фронту в межах мікрообласті поверхні, а врешті і відновлений двовимірний розподіл фаз та набір коефіцієнтів розвинення хвильового фронту в деякому функціональному базисі, можна розглядати як сукупність певних інформативних ознак, що характеризують досліджувану ділянку поверхні.Показано, що використання сенсора Шека-Хартмана для визначення форми хвильового фронту в такій системі усуває протиріччя між його кутовою чутливістю та просторовим розрізненням, що дозволяє суттєво підвищити роздільну здатність. Розроблено дифракційну модель розсіювання оптичного випромінювання на локальних неоднорідностях поверхні твердого тіла, яка враховує фазові зміни хвилі при відбиванні від поверхні та відмінність у відбиванні ортогональних поляризаційних компонент. Методом числового моделювання показано, що рельєфні неоднорідності впливають тільки на форму хвильового фронту, тоді як локальні зміни показника заломлення призводять крім того до змін амплітудного розподілу і стану поляризації, що дозволяє розрізнити ці два типи локальних дефектів. Запропоновано використання сканера хвильового фронту для збільшення кутової роздільної здатності методу, що дозволило виявляти неоднорідності на поверхні, структура яких менша за розмір сфокусованої точки. Експериментально виміряна випадкова похибка вимірювання локальних кутів хвильового фронту розробленого сканера становила 3мкрад, що на порядок менша ніж у типового сенсора.