Эллипсометрия миллиметрового диапазона в задачах диагностики композиционных материалов

Представлен действующего макета эллипсометра миллиметрового диапазона, оптимизированного на частоту 140 ГГц. При создании эллипсометра миллиметрового диапазона использованы разработанные оригинальные квазиоптические элементы — линейные и круговые поляризаторы, выполненные в виде тонкопленочных метаповерхностей на полимерной основе. Экспериментально исследованы характеристики квазиоптических элементов, методических погрешностей, обусловленных „несовершенством“ элементов. Представлены результаты измерений оптических констант композиционных материалов на основе углеродных волокон. Выполнен эллипсометрический эксперимент по обнаружению внутренних дефектов в композитных изделиях. Результаты исследования позволяют сделать вывод, что эллипсометрия миллиметрового диапазона может успешно применяться в решении задач поверхностной инженерии при изучении микрогетерогенных дисперсионных систем.

1. Аззам Р., Башара Н. Эллипсометрия и поляризованный свет / Пер. с англ. под ред. чл.-корр. АН СССР А. В. Ржанова и К. К. Свиташева. М.: Мир, 1981. 580 c.

2. Свиташев К. К., Семененко А. И., Семененко Л. И., Соколов В. К. Основы эллипсометрии / Под ред. А. В. Ржанова. Новосибирск: Наука, 1979. 422 с.

3. Васильев В. В., Протасов В. Д., Болотин В. В. и др. Композиционные материалы. М.: Машиностроение, 1990. 512 с.

4. Батаев А. А., Батаев В. А. Композиционные материалы: строение, получение, применение. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. 384 с.

5. Далин М. А., Генералов А. С., Бойчук А. С., Ложкова Д. С. Основные тенденции развития акустических методов неразрушающего контроля // Авиационные материалы и технологии. 2013. № 1. С. 64—69.

6. Dalin M. A., Lozhkova D. S. Measurement of the Thickness of U-30MES-5NT and VGM-L Sealing Compound Layers in Aircraft Products Using the Ultrasonic Nondestructive Testing Method // Polymer Science. Series D. Glues and Sealing Materials. 2012. N 5. Р. 305—308.

7. Hofmann T. C., Herzinger A., Boosalis T., Tiwald J., Woollam A., and Schubert M. Variable-wavelength frequency-domain terahertz ellipsometry // Rev. Sci. Instrum. 2010. Vol. 81, N 2. Р. 023101.

8. Matsumoto N., Hosokura T., Nagashima T., Hangyo M. Measurement of the dielectric constant of thin films by terahertz time-domain spectroscopic ellipsometry // Optics Letters. 2011. Vol. 36, N 2. P. 265—267.

9. Neshat M., Armitage N. P. Terahertz time-domain spectroscopic ellipsometry: instrumentation and calibration // Optics Express. 2012. Vol. 20, N 27. P. 29063—29075.

10. Азаров И. А., Швец В. А., Прокопьев В. Ю. и др. Эллипсометр терагерцового диапазона // Приборы и техника эксперимента. 2015. № 3. C. 71—78.

11. Kühne P., Armakavicius N., Stanishev V., Herzinger C. M., Schubert M., and DarakchievaV. Advanced Terahertz Frequency-Domain Ellipsometry Instrumentation for In Situ and Ex Situ Applications // IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. 2018. Vol. 8, N 3. P. 257—270.

12. Azarov I. A., Choporova Y. Yu., Shvets V. A., Knyazev B. A. An Ellipsometric Technique with an ATR Module and a Monochromatic Source of Radiation for Measurement of Optical Constants of Liquids in the Terahertz Range // Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. 2019. Vol. 40, N 2. P. 200—209.

13. THz sources of TeraSense Group, Inc. [Электронный ресурс]: https://terasense.com/products/terahertz-sources/.

14. Kuznetsov S. A., Arzhannikov A. V., Kubarev V. V., Kalinin P. V., Sorolla M., Navarro-Cia M., Aznabet M., Beruete M., Falcone F., Goncharov Yu. G., Gorshunov B. P., Gelfand A. V., Fedorinina N. I. Development and Characterization of Quasi-Optical Mesh Filters and Metastructures for Subterahertz and Terahertz Applications // Key Eng. Mat. 2010. Vol. 437. P. 276—280.

15. Mamrashev A. A., Nikolaev N. A., Kuznetsov S. A., Gelfand A. V. Broadband metal-grid polarizers on polymeric films for terahertz applications // Proc. V Intern. Conf. on Metamaterials and Nanophotonics (METANANO-2020). St. Petersburg, Russia, 14–18 September 2020, AIP Conf. Proc. Vol. 2300. Art. no. 020083.

16. Kostenko A. A. Engineering characteristics of one-dimensional small-period diffraction gratings in millimeter-and submillimeter-wave ranges // Microwave Opt. Technol. Lett. 1998. Vol. 19, N 6. P. 438–444.

17. Baena J. D., del Risco J. P., Slobozhanyuk A. P., Glybovski S. B., and Belov P. A. Self-complementary metasurfaces for linear-to-circular polarization conversion // Phys. Rev. B. Condens. Matter. 2015. Vol. 92. Art. no. 245413.

18. Sayanskiy A., Kuznetsov S. A., Tanygina D. S., del Risco J. P., Glybovski S., Baena J. D. Frequency-Controllable Polarization Rotation of THz Waves With an SCMS // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2020. Vol. 68, N 3. P. 1491—1502.

19. Kozlov G. V., Volkov V. V. Coherent Source Submillimeter Wave Spectroscopy // Millimeter and Submillimeter Wave Spectroscopy of Solids. Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag, 1998. Topics in Applied Physics. Vol. 74. P. 51—109.

20. Lamb J. W. Miscellaneous data on materials for millimetre and submillimetre optics // Intern. Journal of Infrared and Millimeter Waves. 1996. Vol. 17, N 12. P. 1997—2034.

21. Коваленко Н. А., Олегин И. П., Гоцелюк Т. Б., Чаплыгин В. Н., Петров П. М. Численно-экспериментальное исследование прочности элементов конструкций из слоистых углепластиков // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты, материаловедение). 2014. № 1(62). С. 69—75.

22. Беспалов В. А., Глебова М. А., Гоцелюк Т. Б., Гришин В. И. Исследование критериев разрушения композиционных образцов с концентраторами напряжений при сжатии // Механика композиционных материалов и конструкций. 2014. Т. 20, № 1. С. 58—86.