光學(xué)薄膜的檢測 1 光學(xué)薄膜透 反射率的常用測量方法 2 薄膜透射率和反射率的測量 薄膜透射率與反射率主要是采用光譜測試分析儀進(jìn)行測試 透射率和反射率是光學(xué)薄膜器件的最基本的光學(xué)特性 因此薄膜反射率和透射率測試是光學(xué)薄膜的基本測試技術(shù) 按照波段不同劃分為 紫外 可見光分光光度計(jì) 紅外分光光度計(jì) 按測試原理不同劃分為 單色儀分光光度計(jì)和干涉型光譜測試系統(tǒng) 光譜儀 3 單色儀型分光光度計(jì)原理 單色儀 光源 穩(wěn)壓電源 可見 鎢絲燈或鹵鎢燈 紫外 氙燈 紅外 鹵鎢燈 照明系統(tǒng) 光束整形與會聚 單色儀 由色散原件 狹縫機(jī)構(gòu)以及色散原件的掃描驅(qū)動 光柵和棱鏡光電傳感系統(tǒng) 由光電探測器和處理電路組成 可見光電接收器 光電三極管 光電倍增管 CCD紅外光電接收器 硫化鉛光敏電阻 紅外半導(dǎo)體傳感器或熱電偶 4 原理 首先不放樣品 測出100 透射的光譜信號 放入樣品測試光譜信號 兩個信號進(jìn)行比較得到透射率 特點(diǎn) 需要2次測量 測量速度慢 對光源的穩(wěn)定性以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求極高 單色儀型分光光度計(jì)有單光路與雙光路兩類 5 雙光路測試 參考光和主光束 分別被探測器接收 透射率 兩信號相除 測試前要進(jìn)行系統(tǒng)光譜校正 6 7 干涉型光譜分析系統(tǒng) 紅外 2 5 25um 應(yīng)用邁克爾遜干涉儀對不同波長的光信號進(jìn)行頻率調(diào)制 在頻率域內(nèi)記錄干涉強(qiáng)度隨光程改變的完全干涉圖信號 并對此干涉信號進(jìn)行傅立葉逆變換 得到被測光光譜 特點(diǎn) 信噪比高 重復(fù)性好 分辨率高 掃描速度快 8 光譜儀測試一般步驟 一般光譜儀開機(jī)后要進(jìn)行初始化 進(jìn)行樣品測試參數(shù)設(shè)定 放置樣品 進(jìn)行測試 測試中的注意問題 測量樣品口徑的影響 當(dāng)樣品小于光斑尺寸 1cm2 采用光闌限制 測試樣品的厚度 對于較厚的樣品在參考光路中也要放入等厚樣品測試樣品楔形角影響 光束盡量準(zhǔn)直 實(shí)用大口徑的積分球探測 測試樣品后表面 根據(jù)空白基板的雙面透射率 從樣品雙面透射率數(shù)值中求出前表面的透射率數(shù)值 光線的偏振效應(yīng) 樣品垂直放置 偏振測試裝置 儀器的光譜分辨率 選擇合適的分辨率 濾光片要求分辨率高 空氣中某些成分的吸收帶影響 二氧化碳吸收 方法是樣品室充氮 光譜分析測試系統(tǒng) 透射率的測量 9 偏振測量 原理 任意角入射 形成偏振光測試 晶體偏光棱鏡 產(chǎn)生偏振光 偏光棱鏡 樣品臺 入射角可變的多角度透射與反射測試系統(tǒng) 10 光源為部分偏振光時 薄膜偏振特性的測量 偏振棱鏡的測試方法 圖 a 放置 11 圖 b 放置 對自然光透射率 分光棱鏡的透射率為兩種放置情況下所得透射率的平均值 12 進(jìn)一步求得各自的值 解上述方程組得 取兩只特性一樣棱鏡按上圖所示放置方位互成90度第三次測量透射率 13 光譜分析儀器比較 14 光譜分析測試系統(tǒng) 反射率的測量 反射率的測量不如透射率測量普及 透明帶內(nèi) R 1 T 吸收帶內(nèi) R 1 T A 對于吸收膜系或是對損耗敏感的激光高反射膜來說 反射測量不可少 15 光譜分析測試系統(tǒng) 反射率的困難 不容易找到在很寬波段范圍內(nèi)具有100 反射率性能長期穩(wěn)定的參考樣品 在反射率測量中 由于反射光路的變換靈敏 對有樣品和無樣品時 光斑在光電探測器光敏面上的位置往往變動 這導(dǎo)致誤差明顯增加 各種薄膜器件對反射率測量的測量范圍和精度多有不同的要求 減反射膜要求反射率的精度低于0 1 而激光高反射膜要求反射率在高于99 的范圍內(nèi)能夠有優(yōu)于0 01 的測量精度 16 光譜分析測試系統(tǒng) 單次反射法測量反射率 此反射測試系統(tǒng)為小角度的斜入射系統(tǒng) 17 18 19 光譜分析測試系統(tǒng) 多次反射法測量反射率 單次反射時參考樣品反射率影響測試精度 V W型測試 參考樣品先放于位置a處 測試信號I1 測試樣品放于b處 測試信號I2 則R I1I2 1 2 20 樣品的反射率為 21 利用激光諧振腔測試激光高反射鏡的反射率 激光器的諧振腔由一塊全反射鏡和一塊半反半透的鏡 輸出鏡 構(gòu)成 當(dāng)輸出鏡選定 全反鏡反射率改變0 1 出射激光的強(qiáng)度改變10 因此可以通過出射激光強(qiáng)度的變化來測定反射鏡的反射率 22 分光光度計(jì)中影響測量的因素 測量樣品的口徑對測量結(jié)果的影響 如果受樣品形狀和尺寸的影響 一部分測量光沒有經(jīng)過樣品 需要選擇合適的小孔光闌 大氣吸收對測量結(jié)果的影響 二氧化碳吸收帶水蒸氣的吸收帶回對測量結(jié)果帶來較大影響 樣品楔角對測量結(jié)果的影響 鍥形的測試樣品會影響測量精度 測試樣品厚度對測試結(jié)果的影響 較厚的高折射率基片會使光束在接受器光敏面的匯聚狀況發(fā)生變化 從而引起測量誤差 測試樣品后表面的影響 測試透過率時不可避免會引入后表面的影響 需要通過計(jì)算消除此種影響 23 分光光度計(jì)中影響測量的因素 光源 單色部分狹縫的寬度 探測器的精度以及光學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定性都會影響測量結(jié)果 光線傾斜入射時 需要消除入射光偏移帶來的測量誤差和偏振態(tài)問題帶來的測量問題 860nm時 掃描光線會出現(xiàn)突跳現(xiàn)象 這是由于光斑位置的變化和偏振效應(yīng)造成的 非常規(guī)光譜特性的測量 需要自己設(shè)計(jì)測量附件進(jìn)行測量 24 具體測量中的一些問題 入射光位置偏移帶來測量的問題如果測自然光的傾斜入射透過率 由于入射光偏振態(tài)的問題帶來測量問題突跳現(xiàn)象 25 入射光位置偏移帶來測量的問題 加光路補(bǔ)償鏡 26 入射光位置偏移帶來測量的問題 探測器用積分球 27 測自然光的傾斜入射透過率 由于入射光偏振態(tài)的問題帶來測量問題 加消偏器加起偏器T Tp Ts 2沒有消偏器和起偏器時 將入射面旋轉(zhuǎn)90度測量二次T T1 T2 2 28 突跳現(xiàn)象 29 突跳現(xiàn)象產(chǎn)生的原因這種現(xiàn)象一般都出現(xiàn)在傾斜入射的情況下偏振的影響偏振光在可見光和近紅外光的差異光斑位置的影響 30 光譜透射 反射特性是光學(xué)薄膜器件最基本的光學(xué)特性 因此光譜儀也是薄膜器件檢測中最常用到的檢測設(shè)備 光譜測試分析時一定要仔細(xì)考慮樣品的形狀 大小 光譜特性等對測試結(jié)果的影響 31