Диссертация (Методы и оптико-электронные приборы для контроля качества защитных голограмм), страница 12

Но остаётся открытым вопрос о допустимых значенияхотступлений параметров от расчётных, при которых следует приниматьрешение о годности ЗГ или браке. На этот вопрос можно найти ответ на основеэкспертных оценок.Отступлениепараметровотноминальныхзначенийприводиткизменению интенсивности в главных максимумах дифракционной картины.Например, вариации периода ДР на 4% приводят к изменению угловогоположенияглавныхмаксимумовна(2…3)0,чтоможносчитатьнесущественным для восприятия дизайна ЗГ. Но при изменении глубинырельефа на 20% относительное изменение интенсивности в первом главноммаксимуме может превышать 20%, что приводит к заметному ухудшениювосприятия голографического изображения.

Тем не менее, исследованные вышеобразцы ЗГ были признаны экспертами как «годные». На основания этогополученные предельные значения отклонения параметров от номинальныхможно считать допустимыми.Используяинформациюопредложеннуюформепрофиляметодику,иможнопараметрахполучитьисходнуюслучайныхискажениймикрорельефа дифракционных решёток ЗГ с произвольным дизайном.Таким образом, метод контроля, основанный на прямых измеренияхраспределения микрорельефа, позволяет получить полную информацию обобъекте контроля, но обладает тем недостатком, что крайне трудоёмок.Альтернативой методу контроля ЗГ на основе прямых измерений являетсяметод контроля на основе косвенных измерений.882.5. Метод контроля качества защитных голограмм на основекосвенных измеренийИдея метода основана на измерении распределения интенсивности вдифракционных максимумах и оценке по результатам этих измеренийпараметровмикрорельефадляпоследующегосравнениязначенийконтролируемых параметров со значениями параметров эталонов.

В связи сэтим возникает задача исследования зависимости распределения интенсивностив главных максимумах дифракционной картины при различных условияхрегистрации от параметров, характеризующих форму рельефа, а такжепараметров случайных искажений микрорельефа.2.5.1. Оценкапараметровдифракционныхрешётокссинусоидальным микрорельефом на основе косвенных измеренийВ подразделе 2.2 показано, что для идеального синусоидальногомикрорельефа ДР по результатам измерения интенсивности в первом главноммаксимуме дифракционной картины можно оценить такие параметры, какпространственный период T0 , глубину d , направление θ штрихов и количествоN периодов микрорельефа. При контроле качества защитных голограммнаиболее важными измеряемыми параметрами являются пространственныйпериод и глубина, т.к.

направление штрихов и их количество не могутизменяться при изготовлении.Значение пространственного периода ДР и направление штрихов несложноопределить, измерив угловые координаты, определяющие направление главныхмаксимумов дифракционной картины при подсветке защитной голограммыисточником монохроматического излучения под угломαк нормали(см. Рис. 2.3). В частности, если α = 0 , то период ДР может быть вычислен поформулеT0 =где m − порядок главного максимума.mλ,sin β89При известных значениях угла подсветки α , пространственном периодеT0 и длине волны λ излучения, подсвечивающего ДР, глубину рельефа можнооценить по расчётной зависимости интенсивности I m ( d ) в главном максимумеm − го порядка дифракционной картины от глубиныdмикрорельефа.На Рис.

2.5, Рис. 2.6 и Рис. 2.7 представлены графики таких зависимостей,рассчитанных для главного максимума 1-го порядка. Если эти зависимостииспользовать как калибровочные, то они должны быть нормированными. Еслипроизводится нормировка I m ( d ) на значение интенсивности излучения,подсвечивающего ДР, то эти зависимости характеризуют дифракционнуюэффективность. Пример аппаратной реализации измерения дифракционнойэффективности описан в [44]. Одним из недостатков этого способа нормировкиявляется практическая невозможность измерения одним приёмником излученияинтенсивностей в дифракционных максимумах и интенсивности падающегоизлучения. Это приводит к значительному усложнению измерительнойаппаратуры.Другимнедостаткомтакойнормировкиявляетсявозможнаянеоднозначность результатов при измерении глубины.

Как следует изграфиков, представленных на Рис. 2.5, Рис. 2.6 и Рис. 2.7, кривая зависимостиI m ( d ) имеет немонотонный характер, и глобальный максимум для заданнойдлины волны излучения достигается при определённом значении глубины. Таккак рельеф ДР ЗГ синтезируется таким образом, чтобы достигать максимальнойдифракционной эффективности, то вероятность получения неоднозначныхрезультатов может быть велика.

Поэтому предлагается оценивать глубинумикрорельефа по калибровочной зависимости, которая определяется какотношениеизмеренныхинтенсивностей1-гои2-годифракционныхмаксимумов, а именноR21 ( d ) = I 2 ( d ) I1 ( d )где(2.56)I1 ( d ) и I 2 ( d ) − значения интенсивностей 1-го и 2-го главных максимумов90дифракционной картины, рассчитанные или измеренные при одинаковыхзначениях глубины d синусоидального профиля микрорельефа.Калибровочные зависимости должны определяться при известныхзначениях параметров ДР, таких как период, угловая ориентация, а также длязаданных значениях длины волны и угла подсветки. На Рис. 2.32 представленасхема, поясняющая принцип регистрации интенсивности в 1-ом и 2-омдифракционных максимумах.Рис. 2.32.

Схема регистрации интенсивности в главных максимумахдифракционной картиныНа Рис. 2.33 представлены графики зависимости интенсивности в 1-ом и2-омглавныхмаксимумахдифракционнойкартиныотглубинысинусоидального микрорельефа, имеющего период T = 1,0 мкм , при подсветкепод углом α = 0 излучением с длиной волны 405 нм, а на Рис. 2.34 – графикрассчитанной калибровочной зависимости.Из графика на Рис. 2.34 следует, что при нормальной подсветкедифракционной решётки калибровочная зависимость имеет существеннонелинейный характер, что ограничивает возможности использования методакосвенных измерений глубины профиля микрорельефа.91Рис.

2.33. Зависимости интенсивности в 1-ом и 2-ом главных максимумахот глубины синусоидального микрорельефа ДР при подсветкепод углом α = 0Рис. 2.34. КалибровочнаязависимостьдляДРссинусоидальнымпрофилем микрорельефа при подсветке под углом α = 0На Рис. 2.35 представлены графики зависимости интенсивности в 1-ом и2-омглавныхмаксимумахдифракционнойкартиныотглубинысинусоидального микрорельефа с периодом T = 1,0 мкм , при подсветке подуглом α = 60 излучением с длиной волны 405 нм, а на Рис. 2.36 – график92соответствующей калибровочной зависимости.Рис.

2.35. Зависимости интенсивности в 1-ом и 2-ом главных максимумахот глубины синусоидального микрорельефа ДР при подсветкепод углом α = 60Рис. 2.36. КалибровочнаязависимостьдляДРссинусоидальнымпрофилем микрорельефа при подсветке под углом α = 60Из сравнения графиков, представленных на Рис. 2.35 и Рис. 2.36, следует,что при оценке глубины рельефа по калибровочной зависимости, полученной93для угла подсветки α = 60 (см.

Рис. 2.36), примерно в два раза расширяетсядиапазон, в пределах которого обеспечивается однозначность результатовкосвенных измерений глубины рельефа.Полученные результаты подтверждают принципиальную возможностьиспользования метода контроля качества ЗГ на основе косвенных измеренийглубины микрорельефа с синусоидальным профилем.Следует отметить, что для расчёта калибровочных зависимостейиспользовались формулы, выведенные на основе приближений скалярнойтеории дифракции. В связи с этим возникает вопрос об использовании длярасчёта калибровочных кривых зависимостей, основанных на векторной теорииэлектромагнитного излучения, которые, согласно статье [45], дают болееточные результаты при оценке интенсивности дифракционного поля ЗГ.2.5.2. Анализ дифракционного распределения на фазовых решётках ссинусоидальным профилем на основе векторной теорииНаРис. 2.37приведеныграфикизависимостейинтенсивностив1-ом (красная линия), 2-ом (зелёная линия) и 3-ем (синяя линия) главныхмаксимумах дифракционной картины от глубины синусоидального профилямикрорельефа отражательных ДР, рассчитанные по формулам скалярнойтеории дифракции при подсветке ДР, имеющих период T = 1,3 мкм , под угломα = 60 на длине волны излучения 405 нм.

На Рис. 2.38 и Рис. 2.39 для тех жеусловий приведены результаты расчётов по векторной теории, в частности наРис. 2.38 приведён график зависимости интенсивности для TE-поляризацииизлучения, а на Рис. 2.39 – ТМ-поляризации. Результаты расчётов по векторнойтеории получены при использовании программы «RCWA».94Рис. 2.37. Зависимости интенсивности в 1-ом, 2-ом и 3-ем главныхмаксимумахдифракционнойкартиныотглубинысинусоидального профиля ДР, рассчитанные по формуламскалярной теорииРис.

2.38. Зависимости интенсивности в 1-ом, 2-ом и 3-ем главныхмаксимумахдифракционнойкартиныотглубинысинусоидального профиля ДР, рассчитанные по векторнойтеории для TE-поляризации излучения95Рис. 2.39. Зависимости интенсивности в 1-ом, 2-ом и 3-ем главныхмаксимумахдифракционнойкартиныотглубинысинусоидального профиля ДР, рассчитанные по векторнойтеории для TМ-поляризации излученияВ Таблице 2.12 приведены значения калибровочных зависимостей R21 ( d ) ,рассчитанных по результатам, приведённым на Рис.

2.37, Рис. 2.38 и Рис. 2.39.Таблица 2.12.Калибровочные зависимости, рассчитанные на основе скалярной и векторнойтеорийd, мкмR21 ( d )ScalarRCWA – TERCWA – TM0,060,100,150,200,0670,0930,0500,1750,1390,1560,3950,3050,3910,7890,5800,872Из результатов, представленных в Таблице 2.12 следует:− калибровочные зависимости R21 ( d ) , рассчитанные по формулам вприближениях скалярной теории отличаются от калибровочныхзависимостей, рассчитанных по векторной теории;96− калибровочные зависимости R21 ( d ) , рассчитанные по формуламвекторнойтеориидляразличныхплоскостейполяризацииизлучения, также отличаются;− наименьшие отличия калибровочных зависимостей, рассчитанныхпо формулам скалярной и векторных теорий, имеются для случаяTМ-поляризации, причём в области наиболее вероятных значенийглубины разница в значениях не превышает 15%.На основе этого можно сделать вывод о том, что при контроле глубинымикрорельефа ДР ЗГ на основе косвенных измерений следует использоватькалибровочные кривые, рассчитанные на основе скалярной теории, иливекторной теории, но при ТМ-поляризации.