Измерительные элементы с переменнными углами падения

Для исследования тонких пленок образцов были реализованы простые в изготовлении измерительные элементы НПВО и МНПВО с переменными углами падения, которые не требуют при их использовании сложных оптических устройств. Кроме того, эти ИЭ позволяют производить плавную перестройку по углам падения светового потока, даже если они работают в режиме многократного отражения.

Принцип работы этих ИЭ заключается в следующем. Если при получении спектральных характеристик тонких пленок исследуемых образцов в качестве третьей, низкопреломляющей среды использовать не воздух, который как правило используется для этой цели, а полированную поверхность оптического материала, прозрачного в выбранном для исследования спектральном диапазоне, с показателем преломления меньшим, чем показатель преломления воздуха, то воздушная среда, в которой распространяется свет, будет являться средой с большим показателем преломления и служить измерительным элементом, выполненным из твердых или жидких материалов с показателем преломления большим единицы.

На рис.4.1 представлен один из вариантов, разработанных ИЭ НПВО с переменным углом падения для исследования тонких пленок образцов. Световой поток направляется на ИЭ со стороны исследуемого образца, который наносится в виде тонкой пленки 2 на поверхность оптического материала 3 [в конкретном случае выполненного в виде пластинки из фтористого лития (LiF), отполированной с одной стороны]. Для осуществления режима ПВО необходимо, чтобы световой поток попадал из оптически более плотной среды в оптически менее плотную. В нашем случае более плотной оптической средой является воздух, а менее плотной – пластинка из фтористого лития, показатель преломления которого при длинах волн более 10 мкм становится меньше единицы. Значение показателя преломления исследуемой тонкой пленки может быть любым, в том числе и большим, чем показатель преломления ИЭ. Отметим, что при использовании данного элемента не требуется проводить расчет для учета прохождения луча в ИЭ, как это делается при использовании элементов в виде полуцилиндров.

Рис. 4.1. Элемент НПВО для исследования тонких пленок

1 – воздух,

2 – тонкая пленка,

3 – пластинка с показателем преломления n < 1

На рис.4.2 представлен ИЭ многократного отражения. Низкопреломляющую среду с показателем преломления n₃ образуют две параллельно расположенные пластинки фтористого лития. На эти пластинки наносится тонкая пленка исследуемого вещества. Световой поток на исследуемую пленку попадает из оптически более плотной, чем LiF, среды с n₁ = 1,0 (в данном случае из воздуха). Подобный элемент позволяет обеспечить плавную перестройку падения светового потока по углам θ.

Рис. 4.2. Элемент МНПВО для исследования тонких пленок

(n₁, n₂, n₃ – показатели преломления воздуха,

тонкой пленки и пластинки соответственно)

На примере жидких н-парафинов экспериментальным путем установлено, что при нанесении растекающегося по рабочей поверхности анализируемого объекта возможно использование пластин, не подвергшихся оптической полировке, для получения спектров хорошей контрастности. Сказанное относится и к элементу однократного отражения.

Для иллюстрации работы описанных измерительных элементов на рис.4.3 приведена полученная спектральная характеристика тонкой пленки нормальных углеводородов (С18·Н38), используемых при ферментации дрожжей Candida guilliermondii НП-2, с помощью элемента НПВО, в котором в качестве третьей, низкопреломляющей среды была использована пластинка фтористого лития.

Рис. 4.3. Спектральная характеристика тонкой пленки С₁₈Н₃₈