光学薄膜测试技术_贺洪波

光谱检测

常规光谱（透、反射率）

非常规测量（超高反射、大口径光学常数拟合

椭偏法

受抑全内反射方法

光谱法

波导法

阿贝法

联合测试

分光光度计

测试波段：紫外－可见－近红外、红外

最常用：单色仪型分光光度计

傅里叶红外光谱仪（基于干涉原理）迈克尔逊干涉仪

特殊要求：如大口径；带角度反射率测试等

干涉图是光谱的傅里叶变换

对其进行傅里叶逆变换即恢复成光谱

单光路双光路

光路校准

测量

反射率测量

简单方便

关键：找到满足测量要

适于低反射率测量

反射率测量

绝对反射率测量

V-W型

适用于高反射率测量

可通过增加反射次数

提高测量精度

更高测量精度则需采

用激光谐振腔

（Cavity Ring Down）

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V-N

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波长范围、稳定性

狭缝的大小影响波长的分辨率

影响测量精度

形成部分偏振光以及非平行光影响测量精度

噪声

实际测量光斑、小孔光阑的运用

入射光位置偏移带来测

如果测自然光的倾斜入

加光路补偿镜

探测器用积分球

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加消偏器

加起偏器

T=(Tp+Ts)/2

标准分光光度计可直接配置起偏晶体获得宽光谱范围内的偏振特性

缺点：精度不高、起偏晶体价格昂贵

消光比更高、测量精度高

没有角度、固定位置的调节难度

缺点：单一波长（或带宽很窄）

超高反射测量

激光谐振腔衰减法

Cavity Ring-Down

测试依据

激光谐振腔全反射镜的反射率改变

出功率就可能变化

反射率微小差异被转化成明显的功率变化

实际测量中，通过测量输出激光的衰减时间来计算

超高反射测量? 激光谐振腔内插入旋转窗片
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快速检测分光光度计? 商用标准分光光度计的缺点检测速度慢（几分钟甚至十几分钟） 难用于实时测量
? 数码相机CCD成像的启示图像文件中包含每个像素的能量和颜色信息
? 快速检测光谱的实现途径采用CCD作为分光光度计的探测器 设计光路，使不同波长的光汇集在CCD不同像素上 通过信号处理，提取CCD拍摄图像的光强信息 每处理一次数据就可以获得光学薄膜元件一个波段范 围的透射率或者其它光性信息24
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美国：大片检测原理简图

TFB BFB

R-T

降（激发表面等离子体共振）

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Gu JH, Cao ZQ, Shen QS, et al. Determination of thickness and optical constants of thin metal films with an extended ATR spectrum, Journal of physics, 2008, 41, 155309

透明薄膜（“个λ数值反演存在多解在同一位置测得获得准确的V-W 匀性有要求

注:1 薄膜的厚度通过多光束干涉确定

2 测量了1-5微米几种薄膜厚度的透射及反射光谱

JOSEPH F. HALL, JOSA, 1955, 45(9):714

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λ

依据透射光谱极值点

也适合弱吸收介质薄膜

无需色散模型

存在近似条件

最小二乘法单纯形法

模拟退火算法基因算法

Cauchy Sellmeier Lorentz

Forouhi–Bloomer

Drude 色散方程参量至少需要需与实测透射谱或由光大多数情况下，应直接

适用于透明材料，如

折射率实部与消光系数表示为

适用于透明材料和红外半导体材料（

主要应用于吸收带附近的折射率色散与

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