Федеральне агентство з освіти
Далекосхідного державного університету
ІНСТИТУТ ФІЗИКИ ТА ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ
Кафедра фізики атомів і молекул
ЗАСТОСУВАННЯ АВТОМАТИЗОВАНОГО адаптивнихІнтерферометрії для ДОСЛІДЖЕННЯ НАНОСМЕЩЕНІЙ мікрооб'єктів
Виконавець
Студент групи 141б Єфімов Т.А.
Керівник Ромашко Р.В.
Владивосток 2010р.
Зміст
Введення. 3
1. Теоретичні основи .. 5
1.1 Принципдії адаптивного інтерферометра. 5
1.2 фоторефрактивногоефект. 6
1.3 Ортогональнагеометрія взаємодії світлових хвиль в фоторефрактивних кристалах. 9
2. Експериментальна частина. 11
2.1Експериментальна установка. 11
2.2. Досліджувані об'єкти .. 12
2.3 Методикаексперименту. 13
2.4 Експериментальнірезультати .. 15
Висновок. 17
Список літератури .. 18
Додаток. 20
Програма В«motor control for 8DCMC1. 20
Введення
Реєстраціяколивань і зміщень мікрооб'єктів є найважливішим завданням при розробці,створенні і застосуванні різних осциляторів, резонаторів, мікро-і нано-електромеханічних систем. Такі системи застосовуються в хімії та біології,служать датчиками фізичних величин, наприклад, для вимірювання малих і надмалихмас [1-3].
Особливістюдослідження мікрооб'єктів, мікромеханічних систем є те, що амплітудавласних коливань не перевищує десятків нанометрів, при цьому самі об'єкти івимірювальна система в ц
ілому піддаються неконтрольованим шумовимвпливів зовнішнього середовища.
інтерферометричнавимірювальні системи є найбільш чутливими інструментами длядослідження широкого класу фізичних величин, в тому числі параметрівмеханічних коливань об'єктів. Разом з тим висока чутливість будь-якогоінтерферометра робить його в значній мірі схильним до впливу зовнішніхфакторів (зміни температури, тиску, неконтрольованих деформацій,мікросейсмічних вібрацій і пр.)
Длядослідження механічних параметрів мікрооб'єктів в даній роботі бувзастосований адаптивний інтерферометр, заснований навикористанні двухволнового взаємодії в фоторефрактивних кристалах [4]. Адаптивніінтерферометри є високоефективними системами вимірювання малих фазовихзмін в умовах неконтрольованих впливів навколишнього середовища. Під високоюефективністю адаптивного інтерферометра розуміється висока чутливість івисока перешкодозахищеність, забезпечувані інтерферометрична принципомвимірювання, голографічним принципом відновлення фронту світлової хвилі(Включаючи, як завгодно складні, наприклад, спекловие) і адаптивними властивостямидинамічної голограми, використовуваної для об'єднання світлових пучків [5].
Такимчином, застосування адаптивного інтерферометра дозволяє забезпечитистабільність параметрів вимірювальної системи, а так само, завдяки постійнійперезапису динамічної голограми в фоторефрактивних кристалах, здійснити фільтраціюнизькочастотних шумів.
Метоюданої роботи є розробка, практична реалізація і дослідженнясистеми реєстрації малих коливань мікрооб'єктів на основі адаптивногоінтерферометра.
1. Теоретичніоснови
1.1 Принцип діїадаптивного інтерферометра
Відмінністьадаптивного інтерферометра від класичного полягає в тому, що в першомузамість звичайного светоделітельного елемента (куба або дзеркала) використовуєтьсяСереда, в якій постійно записується динамічна голограма [5].
Формуванняголограми відбувається в фоторефрактивних кристалах безпосередньо припопаданні на нього оптичного випромінювання. Додаткова обробка (прояв,фіксація тощо) не вимагається. Таким же чином, за допомогою світла голограмаможе бути стерта. Світло викликає усередині кристала перерозподіл зарядів, іпротягом характерного часу (часу запису) встановлюється динамічнарівновагу між розподілами інтенсивності записуючого світла іелектричного заряду. Якщо параметри світлових хвиль, що формують голограму,змінюються швидко, за час менше часу запису, то голограма не встигаєслідувати за ними. До В«швидкимВ» тут слід віднести зміни, викликанівпливом досліджуваного об'єкта (або фізичної величини). Для таких змінголограма буде В«замороженаВ» (аналог статичної голограми), що забезпечитьперетворення на ній світлових хвиль і отримання інформації про об'єкт.
ВІнакше, якщо параметри світлових хвиль змінюються повільно (за час,перевищує характерний час запису), що, як правило, характерно длябільшості температурних впливів або, наприклад, повільного накопиченнямеханічних напружень в досліджуваному об'єкті, то в кристалі запишеться новаголограма, замінивши стару. Як наслідок, зміни параметрів світлових хвиль,а, отже, і негативний вплив зовнішніх факторів на вимірювальнусистему будуть компенсовані змінами, що відбулися в голограмі. У цьомуполягає загальний принцип адаптивності вимірювальної системи на основі застосуваннядинамічних голограм. Таким чином, динамічна голограма є свогороду фільтром низьких частот, що дозволяє компенсувати вплив наінтерферометр будь-яких повільно змінюються зовнішніх впливів.
1.2 фоторефрактивного ефект
адаптивнийінтерферометр світлова хвиля
Записголограми відбувається в фоторефрактивних кристалах. В основі процесу записуголограми лежить фоторефрактивного ефект (ФРЕ), що полягає у змінікоефіцієнта заломлення середовища під дією світла. ФРЕ вперше був виявлений вЛабораторії Белл в 1966 р. як небажане спотворення оптичного променя припроходженні через нелінійні електрооптичні кристали LiNbO 3 і LiTaO 3 [6]. Було встановлено, що викликані світлом змінипоказника заломлення кристала призводять до спотворення фронту розпросторюєтьсяв ньому світлової хвилі і, як наслідок, обмеження використання цихматеріалів в системах генерації другої гармоніки або високошвидкіснихмодуляторах. Незабаром після відкриття фоторефрактивного ефекту було виявлено,що фоторефрактивних кристалах може бути повернутий у вихідний станнагріванням або рівномірної засвіченням. Таким чином, фоторефрактивних кристалахможе бути використаний для запису і стирання в реальному часі голограм,які тепер можуть стати динамічними. До теперішнього часу фоторефрактивногоефект виявлений у великій кількості матеріалів: діелектриках,напівпровідниках, рідких кристалах, органічних полімерах [7-10].
Длявиникнення фоторефрактивного ефекту в деякому матеріалі останній повиненволодіти фотопровідними властивостями і бути електрооптичнихвластивостям. У найпростішіймоделі фоторефрактивного ефекту передбачається, що кристал має носіїзаряду одного типу - електрони - і домішки двох типів - донори та акцептори,енергетичні рівні яких розташовуються в забороненій зоні, як показано намалюнку 1. Передбачається, що деякі донори і всі акцептори іонізовані. Ввідсутності світлового випромінювання основним механізмом, поповнюють зонупровідності електронами, є теплове збудження. Динамічнерівновагу між теплогенерацією електронів і їх зворотного рекомбінацієювизначає концентрацію вільних електронів n e ,яка в більшості випадків є однорідною за об'ємом кристала величиноюабо її флуктуаціями можна знехтувати.
Рис 1. Модель фоторефрактивного ефекту. Електрони збуджуються світлом здонорних рівнів ( D ) в зону провідності, де вони дифундують і дрейфуютьв електричному полі до тих пір, поки не будуть захоплені акцепторами (А) абоіонізованими донорами
Попаданнясвітлового випромінювання в фотопровідний кристал приводить до виникнення в ньомудодаткових (фотоіндукованих) пар електронів та іонізованих донорів.Фотоіндуковані електрони, дифундувати в слабоосвітлені області, захоплюютьсятам акцепторами. У той же час, іонізовані донори не можуть рухатися,будучи частиною кристалічних грат, що веде до локальних порушеньелектронейтральності. Виникає так званий просторовий заряд,щільність розподілу якого неоднорідна і повторює інтерференційноїрозподіл інтенсивності світла. Не...
