Назначение
Комплекс метрологический для измерения оптических постоянных нано-структурированных сред и метаматериалов в нанофотонике (далее - комплекс) предназначен для измерения угла вращения плоскости поляризации монохроматического излучения при его прохождении через оптически-активные вещества и структуры на расстояниях, соответствующих областям ближнего (много меньше половины длины волны) и дальнего (больше длины волны) полей, а также показателя преломления.
Область применения комплекса: лаборатории промышленных предприятий и научно-исследовательских институтов.
Описание
Комплекс состоит из двух установок: микроскопа ближнего поля сканирующего поляризационного БСОМ зав. № 0001 и микроскопа интерференционного автоматизированного МИА-1 зав. № 003.
Работа микроскопа ближнего поля сканирующего поляризационного БСОМ основана на принципе компенсации поворота плоскости поляризации путем ручной установки поляризационной призмы в угловое положение, соответ-
ствующее минимуму сигнала на фотоэлектронном умножителе (ФЭУ). Излучение от источника (лазер с длиной волны 532 нм) проходит фазовую пластину толщиной в половину длины волны, систему зеркал и попадает на образец, после прохождения через который собирается коллектором субволновых размеров. Коллектором служит зонд ближнепольного микроскопа апертурного типа. Локально собранное апертурным зондом электроманитное поле оптической частоты с помощью оптического световода, являющегося продолжением апертурного зонда, направляется в систему вывода излучения. Система вывода излучения на основе микрообъектива служит для формирования параллельного светового пучка. После формирования параллельного светового пучка последний проходит через поляризационную призму и попадает на ФЭУ, сигнал которого поступает в электронный контроллер комплекса поляризационной сканирующей оптической микроскопии ближнего поля, где и регистрируется.
Конструктивно БСОМ выполнен в виде стационарного прибора, состоящего из установленных на оптическом столе оптико-механической измерительной головки, лазера, ФЭУ, поляризационной оптики и оптико-механических вспомогательных узлов. Электронный контроллер располагается отдельно.
Управление прибором осуществляется с помощью специализированного программного обеспечения, установленного на персональный компьютер, связанный с электронным контроллером специальным кабелем, подключаемым к плате сопряжения.
Принцип действия микроскопа интерференционного автоматизированного МИА-1 основан на получении интерферограмм исследуемого объекта при различных фазовых сдвигах, их расшифровки и вычислении показателя преломления.
Для расшифровки интерферограмм в микроскопе МИА-1 использован метод дискретного фазового сдвига (метод фазовых шагов). Сдвиг вносится при помощи управляемого от компьютера пьезоэлемента связанного с зеркалом опорного канала. Интерферограммы при различных положениях зеркала с помощью ПЗС-телекамеры поступают в персональный компьютер, где производится их автоматическая обработка.
Для управления вводом изображений, сдвигом пьезоэлемента и расшифровки интерферограмм используется специальное программное обеспечение «WinPhast». В результате работы программы производится восстановление двумерного распределения оптической разности хода. Для вычисления показателя преломления исследуемого вещества используется двухиммерсионный метод. Он основан на измерении оптической разности хода двух веществ: с известным показателем преломления и с искомым. Далее по полученным двумерным распределениям оптической разности хода определяются фазовые объемы, отношение которых дает показатель преломления.
Программное обеспечение входящих в комплекс установок выполнено в виде отдельно запускаемых модулей и обеспечивает защиту от влияния на метрологические характеристики, а также непреднамеренных и преднамеренных изменений.
Технические характеристики
Таблица 1
| Наименование характеристики | Значение характеристики |
| 1 | 2 |
| Рабочая длина волны, нм | 532 |
| Диапазон показаний угла вращения плоскости поляризации при длине волны 532 нм | -90° ... + 90° |
| Диапазон измерений угла вращения плоскости поляризации, приведенного к длине волны 546,1 нм | -40° ... + 40° |
| Пределы допускаемой относительной погрешности для углов вращения плоскости поляризации, приведенных к длине волны 546,1 нм ( в диапазоне - 40° ... + 40°) | ± 15% |
| Диапазон измерений показателя преломления | 1,39 ... 1,65 |
| Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерения показателя преломления | ±5 -10’5 |
| Напряжение питания, В При частоте, Гц | 220±22 50 |
| Потребляемая мощность, Вт, не более - микроскоп ближнего поля сканирующий поляризационный БСОМ - микроскоп интерференционный автоматизированный МИА-1 | 100 250 |
| Габаритные размеры, мм, не более - микроскоп ближнего поля сканирующий поляризационный БСОМ - микроскоп интерференционный автоматизированный МИА-1 | 1500 х1450 хЮ50 340x370x380 |
| Масса, кг, не более - микроскоп ближнего поля сканирующий поляризационный БСОМ - микроскоп интерференционный автоматизированный МИА-1 | 250 24 |
| Условия эксплуатации: - температура окружающего воздуха, °C - атмосферное давление, кПа - относительная влажность воздуха, % | 20±5 101±4 65±20 |
Знак утверждения типа
Знак утверждения типа наносят на титульный лист руководства по эксплуатации типографским способом.
Комплектность
Комплект поставки соответствует таблице 2.
Таблица 2
| Наименование | Кол-во, шт. |
| Микроскоп ближнего поля сканирующий поляризационный БСОМ | 1 |
| Микроскоп интерференционный автоматизированный МИА-1 | 1 |
| Руководство по эксплуатации комплекса поляризационной сканирующей оптической микроскопии ближнего поля БСОМ | 1 |
| Руководство по эксплуатации микроскопа интерференционного автоматизированного МИА-1 | 1 |
| Методика поверки | 1 |
Поверка
Поверку комплекса осуществляют в соответствии с документом «Комплекс метрологический для измерений оптических постоянных наноструктурирован-ных сред и метаматериалов в нанофотонике. Методика поверки», утвержденным ГЦИ СИ ФГУП «ВНИИОФИ» в октябре 2010 г.
Основные средства поверки:
• меры угла вращения плоскости поляризации (пластинки поляриметрические) №№ 04679, 02879, 873018, 873078, 873082, входящие в состав Государственного первичного эталона единицы угла вращения плоскости поляризации ГЭТ 50-2008.
• набор жидких мер показателя преломления РЖЭ-1 ТУ 4437-00640001819-03 (Реестр № 24513-03). Диапазон показателя преломления 1.385 - 1.659, предел допускаемой абсолютной погрешности измерения показателя преломления не более ±0,00003.
Межповерочный интервал - один год.
Заключение
Тип «Комплекс метрологический для измерения оптических постоянных наноструктурированных сред и метаматериалов в нанофотонике» утвержден с техническими и метрологическими характеристиками, приведенными в настоящем описании типа, и метрологически обеспечен в эксплуатации.
