Московский государственный технический университет

имени Н. Э. Баумана

Калужский филиал

А. А. Столяров, в. В. Кашин Оптические и лазерные системы

Методические указания

УДК 621.375.826

ББК 32.86-5

C81

Рецензент:

д-р техн. наук, профессор А. П. Коржавый

Утверждено методической комиссией КФ МГТУ им. Н. Э. Баумана (протокол №6 от 20.06.06)

Столяров А.А., Кашин В.В.

C81 Оптические и лазерные системы : методические указания. — М. : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2009. — 60 с.

В методических указаниях рассмотрены лабораторные работы по изучению характеристик фотодиодов, фототранзисторов, рассмотрены принципы работы оптического и лазерного эллипсометрического микроскопа.

Указания предназначены для студентов 3-го курса специальности 21001 «Электроника, информатика, управление».

УДК 621.375.826

ББК 32.86-5

© Столяров А. А.,

Кашин В. В., 2010

© Издательство МГТУ

им. Н. Э. Баумана, 2010

Лабораторная работа №1. Изучение конструкции и основных принципов работы оптического микроскопа

1. Цель работы

Цель работы — изучение конструкции и основных принципов работы стереоскопического микроскопа.

2. Микроскопы

2.1. Общие сведения

Для получения больших увеличений применяют микроскоп, представляющий собой в простейшем случае комбинацию двух оптических систем — объектива и окуляра, расположенных на определенном расстоянии.

Фокусное расстояние микроскопа

(1.1)

где — фокусное расстояние объектива; — фокусное расстояние окуляра; — расстояние между фокусами объектива и окуляра.

Увеличение, даваемое микроскопом:

(1.2)

где — диаметр входного зрачка микроскопа.

Оно может быть весьма значительным. Полезное увеличение, даваемое микроскопом, ограничиваются дифракционными явлениями.

Схема оптической системы микроскопа приведена на рис. 1.1.

Объект помещают вблизи фокуса объектива, который дает действительное увеличенное изображение объекта Это увеличенное изображение рассматривают через окуляр таким образом, чтобы увеличенное мнимое изображение получалось на расстоянии наилучшего зрения от глаза или в бесконечности. Оба способа наблюдения одинаково пригодны.

Рис. 1.1. Схема оптической системы микроскопа

Входной зрачок в микроскопах обычно бесконечно удален. Выходной зрачок расположен близко к заднему фокусу микроскопа и наблюдается в виде светлого кружка, с которым совмещается зрачок глаза. Можно показать, что увеличение микроскопа

(1.3)

где — диаметр выходного зрачка микроскопа; — числовая апертура; — апертурный угол в пространстве предметов. Если диаметр выходного зрачка микроскопа равен диаметру зрачка глаза, то субъективная яркость изображения в глазу будет при этом наибольшей.

При фокусировке микроскопа на некоторую плоскость резко изображается не только эта плоскость, но и пространство перед ней и за ней. Расстояние между двумя крайними положениями плоскостей впереди и сзади плоскости наведения, для которых изображения могут считаться удовлетворительными, называется глубиной изображаемого пространства.

Осуществляя бόльшее увеличение, мы можем повысить разрешающую способность микроскопа лишь до известного предела. Бесконечно увеличивать увеличение микроскопа не позволяют дифракционные явления. Предельная разрешающая способность достигается при возможно более всестороннем освещении объекта. Вследствие этого в современных микроскопах для освещения объекта применяются специальные конденсоры, дающие широкие пучки лучей. Предельная разрешающая способность достигается при увеличении микроскопа, равного ~1000.

Микроскопы являются наиболее распространенными приборами визуального контроля кристаллов ИС и их монтажа. При этом, как правило, используются бинокулярные стереоскопические микроскопы. Бинокулярное зрение обеспечивает объемное восприятие объекта и поэтому дает более точную оценку взаимного положения объектов контроля. На максимально эффективном расстоянии (250 мм) точность бинокулярных оценок составляет 3–5%, в то время как оценки на основе монокулярного зрения — 10%. Кроме того, вследствие объемной регистрации растет информативность изображения (на 30%) и улучшается различение плоскостных и объемных дефектов. Однако настройка при бинокулярной стереоскопической микроскопии требует большего времени. Наибольшее распространение получили в микроэлектронике отечественные бинокулярные стереоскопические микроскопы МБС-2 с увеличением 3–88 и МБС-200 с увеличением 4–204.

При контроле операций скрайбирования, ломки, оценки расстояний между отдельными элементами применение бинокулярных микроскопов не дает преимуществ, а даже снижает производительность контроля. Поэтому для этих целей используются упрощенные металлографические микроскопы типа ММ-3 с увеличением 500 и измерительные микроскопы типа ММИ-2.