光学薄膜性能监测技术

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1、《薄膜光学技术》主讲人：孔伟金青岛大学物理科学学院kwjsd@163.com第7章光学薄膜性能监测技术对高性能的光学薄膜器件的制备，性能测试是十分重要的；随着光学制备技术的发展，复杂结构薄膜器件的制备成为可能；只要能测出来的特性就一定能制备出来；光学薄膜测试技术主要包括：光学特性：光谱反射、透射以及器件的光学损耗(吸收和散射）；薄膜光学参数测试：n和d；非光学性能监测：附着力、附着能、应力和耐环境条件实验能力；光学薄膜应用范围广泛，器件的光学特性以及几何结构形状各异，所以薄膜器件的监测技术也必须

2、适应器件特点；薄膜性能提高，要求测试新的特性参数、更高江都测试技术不管出现。第7章光学薄膜性能监测技术薄膜器件透射光谱测试；薄膜器件反射光谱测试；光学损耗(吸收和散射)检测技术；薄膜抗激光损伤阈值的测试技术；薄膜光学参数(n和d)测试；非光学参数(硬度、应力)测试技术；7.1光学薄膜性能监测技术-透射和反射透射率和反射率是光学薄膜器件的最基本的光学特性，因此薄膜反射率和透射率测试是光学薄膜的基本测试技术；薄膜透射率与反射率主要是采用光谱测试分析仪进行测试；光谱仪：按照波段不同划分为紫外－可见分光

3、光度计：采用光谱分光原理测试；红外分光光度计：采用光谱分光原理测试；红外傅立叶光谱仪：采用干涉原理进行测试；根据薄膜器件几何结构与形状、尺寸、偏振选择测试方法；7.1光谱分析测试系统的基本原理分光光度计是测量薄膜透射率常用的光谱分析仪器，特别是单色仪型分光光度计；波段分类：紫外－可见光分光光度计、红外分光光度计；测试原理：单色仪分光光度计和干涉型光谱测试系统；单色仪型分光光度计原理单色仪光源照明光学系统样品池单色仪传感器处理系统7.1光谱分析测试系统的基本原理光源：稳压电源、可见(钨丝灯或卤钨灯

4、)、紫外(氙灯)、红外(卤钨灯);照明系统：光束整形与会聚；单色仪：由色散原件、狭缝机构以及色散原件的扫描驱动；光栅和棱镜光电传感系统：由光电探测器和处理电路组成；可见光电接收器：光电三极管、光电倍增管、CCD红外光电接收器：硫化铅光敏电阻、红外半导体传感器或热电偶光源照明光学系统样品池单色仪传感器处理系统单色仪7.1光谱分析测试系统的基本原理-单光路原理光源样品池单色仪光电探测器调制器首先不放样品，测出100％透射的光谱信号；放入样品测试光谱信号；两个信号进行比较得到透射率；特点需要2次测量，

5、测量速度慢；对光源的稳定性以及系统的稳定性要求极高；7.1光谱分析测试系统的基本原理-偏振测量原理光源单色仪样品台光电探测器偏光镜任意角入射，形成偏振光测试；晶体偏光棱镜：产生偏振光；偏光棱镜＋样品台=入射角可变的多角度透射与反射测试系统；7.1光谱分析测试系统-双光路测试参考光和主光束：分别被探测器接收；透射率：两信号相除；测试前要进行系统光谱校正；样品池参比池单色光探测器7.1光谱分析仪器比较性能Lamda900PECary5000岛津UV365Hitachi4100光谱175～333017

6、5～3330190～2500185～3330分辨率0.08nm0.1nm0.1nm0.1nm透射精度0.000080.00030.0010.0003反射测试可以可以可以偏振测试可以可以可以7.1光谱分析测试系统-干涉型光谱分析系统红外：2.5～25um；原理：干涉；应用迈克尔逊干涉仪对不同波长的光信号进行频率调制，在频率域内记录干涉强度随光程改变的完全干涉图信号，并对此干涉信号进行傅立叶逆变换，得到被测光光谱；特点：信噪比高，重复性好，分辨率高，扫描速度快7.1光谱分析测试系统-透射率的测量光谱

7、仪测试一般步骤一般光谱仪开机后要进行初始化；进行样品测试参数设定；放置样品，进行测试；测试中的注意问题测量样品口径的影响：当样品小于光斑尺寸(1cm2)，采用光阑限制；测试样品的厚度：对于较厚的样品在参考光路中也要放入等厚样品测试样品楔形角影响：光束尽量准直＋实用大口径的积分球探测；测试样品后表面：根据空白基板的双面透射率，从样品双面透射率数值中求出前表面的透射率数值；光线的偏振效应：样品垂直放置＋偏振测试装置；仪器的光谱分辨率：选择合适的分辨率，滤光片要求分辨率高；空气中某些成分的吸收带影响：

8、二氧化碳吸收，方法是样品室充氮；7.2光谱分析测试系统-反射率的测量反射率的测量不如透射率测量普及；透明带内：R=1-T；吸收带内：R=1-T-A；对于吸收膜系或是对损耗敏感的激光高反射膜来说，反射测量不可少；7.2光谱分析测试系统-反射率的困难不容易找到在很宽波段范围内具有100％反射率性能长期稳定的参考样品；在反射率测量中，由于反射光路的变换灵敏，对有样品和无样品时，光斑在光电探测器光敏面上的位置往往变动，这导致误差明显增加；各种薄膜器件对反射率测量的测量范围和精度多有不同的要求。减反射膜要