Способ определения коэффициента поглощения люминесцирующего наноструктурированного слоя на прозрачной подложке

НАЦИОНАЛЬНЫИ ЦЕНСГР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОИ СОБСТВЕННОСТИ(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯЛЮМИНЕСЦИРУЮЩЕГО НАНОСУТРУКТУРИРОВАННОГО СЛОЯ НА ПРОЗРАЧНОИ ПОДЛОЖКЕ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси (ВУ)(72) Авторы Хайруллина Альфия Ягфаровна Ольщанская Татьяна Васильевна (ВУ)(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальнойцакадемии наук Беларуси (ВУ)Способ определения коэффициента поглощения люминесцирующего наноструктурированного слоя на прозрачной подложке, в котором исследуемый образец освещают коллимированнь 1 м монохроматическим излучением, измеряют коэффициенты диффузногопропускания и отражения при освещении со стороны слоя ТЗ и К и при освещениисо стороны подложки ТШМ и КИЗМОдд подл, затем определяют величину А в соответствии с вь 1 ражением А (Тизм. Кизм. Тизм) Кизм.слоя слоя подл подл. аи при А 0,005 коэффициент поглощения Тпогд рассчитывают в соответствии с любым из выраженийслоя слоя слоя слоя подл. подл. подл. подл. погл. 2Изобретение относится К оптике наноструктур и может найти широкое применение в нанофотонике, материаловедении, оптике.Известен способ определения коэффициента поглощения слоев, основанный на измерении коэффициентов когерентного пропускания и отражения со стороны слоя наночастиц и подложки 1. Полученные известным способом значения коэффициента поглощения обладают большой погрешностью. Погрешность определения коэффициента поглощения в этом случае может превышать 25 и зависит от измеряемой величины поглощения и неучтенного рассеяния. Для люминесцирующих объектов погрешность будет увеличиваться из-за неучета в этом способе люминесценции, так как предполагается равенство коэффициента пропускания при измерениях со стороны слоя и подложки.Ближайшим техническим решением к предлагаемому способу является способ определения коэффициента поглощения наноструктурированного слоя, основанный на измерении коэффициентов диффузного отражения и пропускания наноструктурированной пленки со стороны пленки (прототип) 2. В известном способе измеряется коэффициент поглощения с большей точностью благодаря учету рассеянного излучения наноструктурированнь 1 м слоем, однако при этом максимальная погрешность определения коэффициента поглощения может достигать 10 . Недостатком этого способа является недостаточная точность определения коэффициента поглощения, связанная с предположением, что люминесценция значительно меньше рассеяния. Для ряда оксидов и оксидированнь 1 х металлических гранул люминесценция значительно может превосходить рассеяние.Задачей изобретения является повышение точности определения коэффициента поглощения люминесцирующего наноструктурированного слоя, нанесенного на прозрачную гладкую подложку.Поставленная задача решается следующим образом. В способе определения коэффициента поглощения люминесцирующего наноструктурированного слоя на прозрачной подложке, в котором исследуемый образец освещают коллимированным монохроматическим излучением, измеряют коэффициенты диффузного пропускания и отражения при ос ИЗМ. ИЗМ. ИЗМ. вещении со стороны слоя Тслоя и Если и при освещении со стороны подложки Тподд иКИЗМ. затем ОПрСДСЛЯЮТ ВСЛИЧИНУ А В СООТВВТСТВИИ С ВЫРЗЖСНИСМи при А 0,005 коэффициент поглощения ТПОШ рассчитывают в соответствии с любым из выражений2 СУ 1 ЦНОСТЬ ПРВДЛЗГЗСМОГО ИЗОбРВТСНИЯ ПОЯСНЯСТСЯ СЛВДУЮЩИМИ рисункамина фиг. 1 схематически представлен фотометрический шар для измерения коэффициентов диффузного пропускания и отраженияна фиг. 2 показаны спектры А, рассчитанные по формуле (1) для трех образцов наноструктур (Не 1-3) из оксидированных медных гранул на гладкой прозрачной подложке,измеренные со стороны пленки и со стороны подложкина фиг. 3 (образец Не 1) и 4 (образцы Не 2 и 3) показаны спектры коэффициента поглощения образцов, рассчитанные по прототипу (графики 1, рассчитанные по формуле(6 и предлагаемым способом (графики 2, рассчитанные по формуле (5, для образца Не 3, график 3, рассчитанный по формуле (6) (прототип)на фиг. 5 приведены погрешности определения коэффициента поглощения, рассчитанные по прототипу (6) для образцов Не 1 и 2 (соответственно графики 1, 2)на фиг. 6 приведены погрешности определения поглощения предлагаемым способом по формуле (5) для образцов Не 1, 2 (соответственно графики 1 и 2) и по прототипу (формула (6) для образца Не 3 (график 3.Для измерения коэффициентов диффузного пропускания и отражения люминесцирующего наноструктурированного слоя на прозрачной подложке, называемый исследуемый образец, используется фотометрический шар (фиг. 1), состоящий из источника излучения 1, кюветных отделений 2 и 3, фотоприемника рассеянного излучения 4. Приизмерениииисследуемый образец ставится в положение 2 относительно фо тометрического шара перпендикулярно падающему излучению от источника 1 сначала со стороны слоя, а затем со стороны подложки. Для измерения коэффициентов диффузногообразец ставится в положение 3 относительно фотометрическо го шара соответственно со стороны слоя перпендикулярно падающему излучению, а затем со стороны подложки. Прошедшее и отраженное излучение фиксируется приемником 4В соответствии с соотношениями, полученными ранее в приближении однократного рассеяния, применимого для тонких люминесцирующих слоев, для которых рассеяние от наночастиц сопоставимо или меньше люминесценции, следует применить соотношениеДля слоев, состоящих из проводящих полупроводников и оксидированных металлических наночастиц на гладкой прозрачной подложке, члены, связанные с люминесценцией в соотношениях (2), как правило, по модулю превышают величину 0,005.Величины Кизм и ТИЗМ находятся в пределах от О до 1. В этом случае коэффициенты поглощения рассчитывают по формулам (3-5)Если в некоторых частях спектра рассчитанные значения поглощения отличаются более чем на 1 , то рассчитывают уточненное значение коэффициента поглощения по формулеВ случае равенства членов суммы справа и слева формулы ( 1) коэффициент поглощения определяют по формуле (прототип)Для слоев из проводящих полупроводников И оксидированнь 1 х металлических наночастиц на гладкой прозрачной подложке Члены, связанные с люминесценцией в соотношениях (2), как правило, выше.Формулы (3 - 5) соответствуют случаю, когда вклад люминесценции в измеренные коэффициенты диффузного отражения и пропускания больше 0,005 (0,5 ), в формуле (6) этот вклад меньше 0,005, и вкладом люминесценции можно пренебречь.Реализация предлагаемого способа осуществляется следуюшим образом. Пучок коллимированного излучения от источника 1 направляют на заглушку, выполненную из материала покрытия сферы, который во всем исследуемом спектральном диапазоне имеет одинаковый коэффициент отражения, приблизительно равный 100 . Далее с помошью фотоприемника 4 измеряют падаюший световой поток от источника Ре. Затем исследуемый образец помешают сначала в положение 2 и освешают со стороны слоя коллимированнь 1 м пучком монохроматического излучения. С помошью фотоприемника 4 измеряют поток прошедшего через образец излучения 132, нормируют его к ранее измеренному световому потоку Ре. Таким образом вычисляется коэффициент диффузного пропускания. Осветив образец со стороны подложки, получают аналогичным образом коэффици ент диффузного пропусканияЗатем со стороны слоя помешают образец в положе ние 3 так, чтобы пучок коллимированного излучения падал на слой, фотоприемником 4 фиксируют отраженный световой поток 132, нормируют его к потоку Ро и рассчитываюткоэффициент диффузного отражения КА . Затем образец освешают со стороны подложкии аналогичным образом получают 113321. После определения коэффициентов диффузногоИЗМ. ИЗМ. ИЗМ. ИЗМ. отражения и пропускания рассчитывают величину (ТСЛОЯ КСЛОЯ ) (Тподд Кподд) А вовсем спектральном интервале измерения. Если А больше 0,005 (0,5 ) в какой-либо из длин волн исследуемого диапазона, то коэффициент поглошения определяют по формулам (3), (4) и (5).Применение предлагаемого способа позволяет уменьшить погрешность определения в измеряемом спектральном диапазоне более чем в 2 раза по сравнению с известным способом и позволит более точно характеризовать поглошательную способность изделий из наноструктурированнь 1 х слоев.