Поляриметрия подложек компакт-дисков

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Поляриметрия подложек компакт-дисков

С.Н. Савенков, A.A. Крючин, E.A. Оберемок, В.В. Якубчак

Приведены результаты экспериментальных исследований анизотропии подложек оптических дисковых накопителей информации методом полной Мюллер-поляриметрии. Показано, что значения двулучепреломления в подложках компакт-дисков, изготовленных из поликарбоната, сильно зависят от условий изготовления. Проведенные исследования показали, что анизотропия в подложках, выполненных из монокристаллического сапфира существенно меньше.

Ключевые слова: двулучепреломление, анизотропия, Мюллер-поляри-метрия, компакт-диск.

Введение

Подложки современных оптических дисковых накопителей информации, изготовленные методом инжекционного литья из поликарбоната, являются оптически анизотропными (показатель преломления материала подложки зависит от состояния поляризации излучения записи/считывания). Двулучепреломление подложек оптических дисков создает зависящие от поляризации излучения фазовые сдвиги в системе оптического считывания, которые существенно влияют на уровни сигналов считывания. Величина двулучепреломления широко используемых пластиковых подложек из поликарбоната зависит от ориентации молекул и внутренних напряжений в подложках. При увеличении плотности записи информации требования к допустимым значениям двулучепреломления возрастают (предельно допустимые значения двулучепреломления для подложек DVD-носителей составляют 100 нм, а для подложек HD DVD-носителей -- 60 нм на длине волны мкм). В связи с этим разработка методик точных поляризационных измерений величины двулучепреломления представляется весьма актуальной задачей. Проведение поляризационных измерений позволяет выбрать режимы литья подложек, при которых обеспечиваются минимальные значения двулучепреломления и их постоянство по поверхности подложек, при которых обеспечиваются режимы надежного и бессбойного считывания информации. Выявленные оптические неоднородности позволяют отбраковывать подложки со значительными механическими напряжениями, которые приводят к разрушению компакт-дисков в про-цессе работы.

Методика поляризационных измерений характеристик подложек оптических дисков

Существуют различные методики исследования свойств и контроля качества подложек оптических дисков. В данной работе использован метод Мюллер-поляриметрии [1]. Поляриметрия -- метод, высокие метрологические и информационные возможности которого с успехом используются для исследования объектов различной природы, в частности, в кристаллооптике, медицине, биологии, для решения задач экологического мониторинга и т.д.

Измерения проводились на поляриметре, блок-схема которого представлена на рис. 1. Принцип работы поляриметра описан в [2].

Рис. 1. Блок-схема поляриметра: 1 -- Не-Nе-лазер (л = 0,63 мк); 2 -- поляризатор (призма Глана); 3 -- фазовая пластинка; 4 -- исследуемый образец; 5 -- фазовая пластинка; 6 -- анализатор; 7 -- фотодетектор

Диск закреплялся на штативе, с помощью которого осуществлялось изменение положения диска в плоскости, нормальной к направлению распространения зондирующего излучения. Анализ экспериментальных матриц Мюллера осуществлялся по методике, описанной в [4], и включал в себя:

1) определение детерминированной части исходной матрицы Мюллера [5, 6];

2) определение параметров анизотропии, характеризующих материал дисков [7, 8]: -- величина круговой амплитудной анизотропии; -- величина линейной амплитудной анизотропии; -- азимут ориентации линейной амплитудной анизотропии; -- величина линейной фазовой анизотропии; -- азимут ориентации линейной фазовой анизотропии; -- величина круговой фазовой анизотропии.

Исследование поляризационных характеристик подложек оптических дисков

Исследования проводились на подложках без металлического отражающего слоя на просвет. Анализировались поляризационные характеристики следующих видов подложек:

-- подложки дисков CD-R -- 2 шт. (изделия № 1.1 и № 1.2);

-- подложки дисков CD-ROM, изготовленные на литьевой машине фирмы Toolex alfa -- 2 шт. (изделия № 2.1 и №. 2.2);

-- подложки дисков CD-ROM, изготовленные на литьевой машине фирмы Netstall -- 2 шт. (изделия № 3.1 и № 3.2);

-- подложка диска CD-ROM, изготовленная на литьевой машине Krauss Maffi -- 1 шт. (изделие № 4);

-- лейкосапфировый диск -- 1 шт. (изделие № 5);

-- подложка диска-оригинала системы Fire Track -- 1 шт. (изделие № 6).

Размещение точек, в которых проводились измерения, представлено на рис. 2.

Рис. 2. Геометрия зондирования дисков: а) изделия № 1 - № 4; б) изделие № 5; в) изделие № 6

На подложках компакт-дисков диаметром 120 мм и толщиной 1,2 мм измерения проводились в 20 точках вдоль радиуса диска с шагом между точками 5 мм (рис. 2а). На подложке из лейкосапфира диаметром 120 мм измерения проводились в 8 равноотстоящих друг от друга точках (рис. 2б). На подложке диска-оригинала диаметром 160 мм и толщиной 1,2 мм измерения проводились в 16 равноотстоящих друг от друга точках (рис. 2в). Каждое измерение являлось результатом усреднения по 250 реализациям. Погрешность измерений на данной установке не превышала 1,5 ± 2 % [3].

На рис. 3, 5, 7, 9, 11, 13 представлены зависимости величин элементов матрицы Мюллера от точки к точке в плоскости диска. Все экспериментальные матрицы Мюллера были исследованы на предмет принадлежности их к классу детерминированных и, тем самым, возможности их дальнейшего анализа в базисе матриц фазовой и амплитудной анизотропии [5, 6]. На рис. 4, 6, 8, 10, 12, 14 представлены зависимости величин параметров анизотропии для каждой точки зондирования в плоскости диска.

Характер полученных зависимостей величин элементов матрицы Мюллера для всех изделий соответствует средам с преобладанием линейной фазовой анизотропии (линейное двулучепреломление). Величины диагональных элементов нор-мированных на элемент матриц Мюллера близки к единице, исключение составляет только изделие № 4 (рис. 9), для которого величины элементов и заметно отличаются от единицы и зависят от точки измерения в плоскости дисков. Не диагональные элементы, кроме , и и в пределах точности измерений равны нулю. Исключения составляют только те точки, в которых нет записи, так называемые борозды (пустые поля). Для них, как можно видеть, наблюдаются изменения величин матричных элементов.

Величина круговой амплитудной анизотропии равна нулю. Величина линейной амплитудной анизотропии для большинства образцов равна единице. Указанные значения для и соответствуют отсутствию данных видов анизотропии. Это, в частности, приводит к вырождению азимута ориентации линейной амплитудной анизотропии в этих точках.

Интересный характер носит зависимость величины линейной фазовой анизотропии от точки измерения в плоскости диска. Величина этого параметра не постоянна по плоскости диска и растет от краев диска к центру. Именно этот параметр является максимально информативным для количественного оценивания основных отличий дисков и их классификации. Величина азимута ориентации оси линейной фазовой анизотропии также имеет характерный рост от краев к центру дисков. Величина круговой фазовой анизотропии с точностью до погрешности равна нулю.

Для подложек из лейкосапфира наблюдаются значительно менее выраженные изменения величин элементов матрицы Мюллера по сравнению с подложками из поликарбоната, что свидетельствует о значительно большей оптической однородности монокристаллической подложки.

Для подложек компакт-дисков, изготовленных различными производителями, наблюдаются существенные различия в значениях параметров и , а также распределение значений по поверхности подложек.

Изделие № 1

поляриметрия подложка оптический диск

Рис. 3. Зависимость элементов матрицы Мюллера от точки к точке в плоскости диска для изделий № 1.1 и № 1.2

Рис. 4. Зависимость параметров анизотропии от точки к точке в плоскости диска для изделий № 1.1 и № 1.2

Изделие № 2

Рис. 5. Зависимость элементов матрицы Мюллера от точки к точке на плоскости диска для изделий № 2.1 и № 2.2

Рис. 6. Зависимость параметров анизотропии от точки к точке на плоскости диска для изделий № 2.1 и № 2.2

Изделие № 3

Рис. 7. Зависимость элементов матрицы Мюллера от точки к точке на плоскости диска для изделий № 3.1 и № 3.2

Рис. 8. Зависимость параметров анизотропии от точки к точке на плоскости диска для изделий № 3.1 и № 3.2

Изделие № 4

Рис. 9. Зависимость элементов матрицы Мюллера от точки к точке на плоскости диска для изделия № 4

Рис. 10. Зависимость параметров анизотропии от точки к точке на плоскости диска для изделия № 4

Изделие № 5

Рис. 11. Зависимость элементов матрицы Мюллера от точки к точке на плоскости диска для изделия № 5

Рис. 12. Зависимость параметров анизотропии от точки к точке на плоскости диска для изделия № 5

Изделие № 6

Рис. 13. Зависимость элементов матрицы Мюллера от точки к точке на плоскости диска для изделия № 6

Рис. 14. Зависимость параметров анизотропии от точки к точке на плоскости диска для изделия № 6

Выводы

1. Использование метода полной Мюллер-поляриметрии позволяет с высокой степенью точности производить контроль оптической анизотропии подложек оптических носителей информации.

2. Предложенный метод, по-видимому, позволяет производить идентификацию производителей компакт-дисков, выявлять механические и оптические неоднородности в подложках компакт-дисков, которые могут приводить к их разрушению при записи/считывании информации на высоких скоростях.

3. Проведенные измерения позволили выявить существенные различия в поляризационных характеристиках подложек компакт-дисков различных производителей. Следует отметить, что характеристики дисков из одной партии в пределах погрешности совпадают. Наименьшей оптической анизотропией характеризуется подложка из лейкосапфира.

Литература

1. Azzam R., Bashara N.M. Ellipsometry and Polarized Light. -- Amsterdam (North-Holland), 1984.

2. Savenkov S.N. Optimization and structuring of the instrument matrix for polarimetric measurements // Opt. Eng. -- 2002. -- 41. -- Р. 965-972.

3. Савенков С.М., Оберемок Е.А., Юштін К.Е. Проблема похибок при вимірюванні матриць Мюллера ряду поляризаційних класів об'єктів з ізотропною деполяризацією // Укр. фіз. жур. --2002. -- Т. 47, № 9. -- С. 898-903.

4. Savenkov S.N. Scattering (Mueller) Matrices and Experimental Determination of Matrix Elements. Chapter 4 in «From Spectroscopy to Remotely Sensed Spectra of Terrestrial Ecosystems» / R.S. Muttiah ed. -- Dordrecht (Netherlands): Kluwer Academic Publishers, 2002. -- Р. 85-107.

5. Cloude S.R. Group Theory and Polarization Algebra // Optik. -- 1986. -- 75. -- Р. 26-36.

6. Cloude S.R. and Pottier E. Concept of Polarization Anisotropy in Optical Scattering // Opt. Eng. -- 1995. -- 34. -- Р. 1599-1610.

7. Mar'enko V.V., Savenkov S.N. Representation of Arbitrary Mueller Matrix on the Basis of Circular and Linear Anisotropy // Opt. Spec. -- 1994. -- 76. -- Р. 94-96.

8. Оберемок Є.А., Савенков С.М. Розв'язок оберненої задачі поляриметрії для детермінова-них об'єктів на основі неповних матриць Мюллера // Укр. фіз. жур. -- 2002. -- Т. 47, № 8. -- С. 803-807.

Размещено на Allbest.ru