Главная | Обратная связь

Структурная схема и принцип действия фурье-спектрометра

Принцип действия фурье-спектрометра основан на работе интерферометра Майкельсона, который освещается ИК излучением, одно из зеркал перемещается с постоянной скоростью, а получившаяся на выходе кривая зависимости отсчета фотоприемного устройства от разности хода лучей в плечах интерферометра подвергается Фурье-анализу и тем самым преобразуется в распределение интенсивности по частотам (длинам волн).

Рис. 6. Структурная схема фурье-спектрометра ФСМ 1201П

Два луча, отразившись от зеркал, накладываются после светоделителя и при определенной разности хода между ними интерферируют. Результат интерференции (кольца равного наклона), а также положение плоскости локализации интерференционной картины будут зависеть от условий освещения светоделителя, взаимного расположения зеркал, наличия рисующей оптики и других факторов.

Для регистрации интенсивности интерференционной картины сигнал направляется на фотоприемник, связанный через усилитель с аналогово-цифровым преобразователем. АЦП преобразует электрический сигнал в цифровой код. Полученный таким образом массив является интерферограммой источника. Он вводится в память ЭВМ, которая с помощью Фурье-преобразования вычисляет спектр. Наличие ЭВМ в эксперименте позволяет кроме вычисления спектра производить другие операции по обработке полученного экспериментального материала, а также осуществлять управление и контроль за работой фурье-спектрометра.

Конструкция фурье-спектрометра

Внешний вид фурье-спектрометра представлен на рисунке 7. Модуль интерферометра и оптическая приставка имеют герметичные камеры и могут быть снабжены системой продувки сухим воздухом или азотом. Продувка камер инертным газом или их осушка с помощью силикагеля позволяет уменьшить влияние паров воды и углекислого газа, имеющих сильное поглощение в рабочем диапазоне спектра, на результаты измерений.

Для удобства эксплуатации тестируемая полупроводниковая пластина размещается за пределами герметичного объема в специальном «кармане» оптической приставки, отделенном от герметичного объема окнами.

Параллельное перемещение зеркала интерферометра обеспечивается использованием прецизионного подшипника скольжения и осуществляется с помощью линейного электродвигателя. Для точного отсчета оптической разности хода имеется референтный канал, использующий в качестве источника излучения гелий-неоновый лазер, излучение которого регистрируется после прохождения через интерферометр на периферии основного пучка. Поскольку длина волны излучения гелий-неонового лазера составляет λ₀=0.6328 мкм, референтный сигнал представляет собой серию импульсов, соответствующих изменению оптической разности хода на λ₀/2=0.3164 мкм. Импульсы референтного канала используется для запуска аналого-цифрового преобразователя (АЦП).

 

Рис. 7. Общий вид фурье-спектрометра ФСМ 1201П

Оптическая приставка снабжена 2-координатным измерительным столом, позволяющим позиционировать тестируемые полупроводниковые пластины в фокальной плоскости пучка ИК излучения и перемещать их по заданной программе.

Для регистрации сигнала используются пироэлектрические приемники, имеющие широкий спектральный диапазон, которые расположены в камере оптической приставки. Приемник конструктивно объединен с предварительным усилителем. Далее сигнал усиливается усилителем с программируемым коэффициентом усиления и подается на вход АЦП, запуск которого осуществляется импульсами от референтного канала.

Для управления процессом получения интерферограммы и обработки полученных данных спектрометр сопряжен с IBM совместимым персональным компьютером (ПК). Сопряжение осуществляется с помощью стандартного порта параллельного обмена. Этот же порт используется для управления перемещением измерительного стола оптической приставки, осуществляемом по командам от ПК. Результаты измерений обрабатываются системой данных и протоколируются.

В камере интерферометра смонтированы силовой блок и источник ИК излучения. На корпусе источника размещена диафрагма, определяющая диаметр пучка ИК излучения. Блок управления также размещен внутри камеры интерферометра.