Известия Саратовского университета.

Новая серия. Серия Физика

ISSN 1817-3020 (Print)
ISSN 2542-193X (Online)


Для цитирования:

Добдин С. Ю., Джафаров А. В., Щедринов М. П., Инкин М. Г., Скрипаль А. В. Измерения наносмещений частотно-модулированным лазерным автодином // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия Физика. 2021. Т. 21, вып. 2. С. 157-164. DOI: 10.18500/1817-3020-2021-21-2-157-164

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
31.05.2021
Полный текст в формате PDF(Ru):
(загрузок: 125)
Язык публикации: 
русский
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
531.715.1

Измерения наносмещений частотно-модулированным лазерным автодином

Авторы: 
Добдин Сергей Юрьевич, Саратовский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Джафаров Алексей Владимирович, Саратовский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Щедринов Максим Петрович, Саратовский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Инкин Максим Глебович, Саратовский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Скрипаль Анатолий Владимирович, Саратовский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Аннотация: 

В работе представлен метод измерения наносмещений отражающей поверхности при частотной модуляции лазерного автодина по треугольному закону. Рассматривается случай учета изменения фазы во внешнем резонаторе лазерного автодина и спектрального представления автодинного сигнала. Показано, что на расстояниях от активной среды лазерного автодина до отражающей поверхности, на которых выполняется условие равенства целого количества полуволн длине внешнего резонатора как на нижней, так и верхней границах диапазона девиации длины волны лазерного диода, наблюдается линейная зависимость амплитуд спектральных составляющих от величины наносмещений поверхности. Измерения спектров автодинного сигнала проведены на лазерном диоде на квантоворазмерных структурах с дифракционно-ограниченной одиночной пространственной модой. Показано, что изменением величины девиации длины волны лазерного диода может быть достигнута 10 нм точность измерения смещения поверхности при измерении спектральных составляющих сигнала автодина с точностью 10%.

Благодарности: 
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект No 19-79-00122).
Список источников: 
  1. Hÿtch M., Houdellier F., Hüe F., Snoeck E. Nanoscale holographic interferometry for strain measurements in electronic devices // Nature. 2008. Vol. 453, iss. 7198. P. 1086–1089. DOI: 10.1038/nature07049
  2. Wu Y., Li H., Brunel M., Chen J., Gréhan G., Mädler L. Phase interferometric particle imaging for simultaneous measurements of evaporating micron-sized droplet and nanoscale size changes // Appl. Phys. Lett. 2017. Vol. 111, iss. 4. P. 041905. DOI: 10.1063/1.4996363
  3. Rajshekhar G., Bhaduri B., Edwards C., Zhou R., Goddard L., Popescu G. Nanoscale topography and spatial light modulator characterization using wide-fi eld quantitative phase imaging // Optics Express. 2014. Vol. 22, iss. 3. P. 3432–3438. DOI: 10.1364/OE.22.003432
  4. Edwards C., Arbabi A., Popescu G., Goddard L. Optically monitoring and controlling nanoscale topography during semiconductor etching // Light Sci. Appl. 2012. Vol. 1, iss. 9. P. e30. DOI: 10.1038/lsa.2012.30
  5. Wang S., Tian Y., Tay CJ., Quan C. Development of a laser-scattering-based probe for on-line measurement of surface roughness // Applied Optics. 2003. Vol. 42, iss. 7. P. 1318 –1324.
  6. Hovhannisyan D. L., Vardanyan A. O., Melikyan S. R., Savkin K. B., Tikhomirov S. V., Hovhannisyan G. D. Correlational Nonlinear Optical Femtosecond Laser Profi lometer with Micrometer Spatial Resolution // Meas.Tech. 2017. Vol. 60, iss. 8. P. 794–800.
  7. Hayasaki Y., Pham Q D. Fused phase image obtained from frequency comb profi lometer and optical interferometer // Frontiers in Optics. 2017. P. FW2C.2. DOI:10.1364/FIO.2017.FW2C.2
  8. Donati S., Norgia M. Overview of self-mixing interferometer applications to mechanical engineering // Optical Engineering. 2018. Vol. 57, iss. 5. 051506. DOI: 10.1117/1.OE.57.5.051506
  9. Усанов Д. А., Скрипаль Ан. В., Астахов Е. И., Добдин С. Ю. Регистрация наноперемещений зонда ближнеполевого СВЧ микроскопа с помощью полупроводникового лазерного автодина // Нано- и микро- системная техника. 2018. Т. 20, No 1. С. 3–10.
  10. Usanov D. A., Skripal An. V., Astakhov E., Dobdin S. Yu. Self-mixing laser diode included in scanning microwave microscope to the control of probe nanodisplacement // Proc. SPIE. Laser Physics and Photonics XVIII; and Computational Biophysics and Analysis of Biomedical Data IV. International Society for Optics and Photonics. 2018. Vol. 10717. P. 1071708. DOI: 10.1117/12.2315231
  11. Amann M. C., Bosch T. M., Lescure M., Myllylae R. A., Rioux M. Laser ranging : A critical review of usual technique for distance measurement // Optical Engineering. 2001. Vol. 40, iss. 1. P. 10–19.
  12. Norgia M., Magnani A., Pesatori A. High resolution self-mixing laser rangefi nder // Review of Scientifi c Instruments. 2012. Vol. 83, iss. 4. P. 045113.
  13. Kou K., Li X., Li L., Xiang H. Injected current reshaping in distance measurement by laser self-mixing interferometry // Applied Optics. 2014. Vol. 53, iss. 27. P. 6280–6286.
  14. Усанов Д. А., Скрипаль Ан. В., Добдин С. Ю., Джафаров А. В., Соколенко И. C. Предельные возможности автодинной интерферометрии расстояния пилообразной модуляции длины волны полупроводникового лазера // Компьютерная оптика. 2019. T. 43, No 5. C. 797–803.
  15. Усанов Д. А., Скрипаль Ан. В. Полупроводниковые лазерные автодины для измерения параметров движения при микро- и наносмещениях. Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 2014. 136 с.
Поступила в редакцию: 
12.01.2021
Принята к публикации: 
26.03.2021
Опубликована: 
31.05.2021