科普福利来了薄膜反射测量的意义和方法

点击↑   反射率的测量比透射率的要复杂和困难。主要有以下几方面原因:

  (1)不容易找到在很宽波段范围中具有%反射率性能的长期稳定的参考样品。

  (2)在反射率测量中,由于反射光路的变化灵敏,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会变动,这导致明显增加误差。

  (3)各种薄膜元件对反射率测量的范围和精度都有不同的要求,例如减反射膜,希望测得低反射率的精度不低于0.1%,而激光高反射镜要求在反射率高于99%的范围内,能够有优于0.01%的测量精度。

  我们将从反射率测试的基本方法等几方面加以介绍。

  1.单次反射法测试薄膜的反射率

  单次反射法是最基本的反射率测试方法,目前普遍使用的薄膜样品表面反射率测试系统主要有日本OLYMPUS公司的USPM-RU反射显微测试系统、单次反射测试系统等等。

  USPM-RU反射显微测试系统

USPM-RU型反射率测试系统,采用共焦显微镜的基本原理,实现对较薄基板样品表面光学薄膜反射率的光谱测试,该系统在测试中,采用标准的BK7玻璃(相当于我国的K9玻璃)作为标准样品。利用该标准样品的单个反射率作为对比参数,实现对待测薄膜样品的反射率测量。其公式为:其中:为BK7的反射信号,为BK7的理论反射率,I为样品的反射信号。

USPM-RU型反射率测试系统

该仪器可以方便测量~nm内的光谱反射率,波长分辨率为1nm,光谱精度为1%,且测量速度快,适宜于大批量减反射膜等常规薄膜的反射率测量测量。如果待测样品的反射率很高,接近%反射,为了获得高的精度最好采用反射率高的样品作为参比样品,这样方便获得更高的精度。

  单次反射测量系统

由于K9和石英玻璃是测量增透膜时的理想参比样品,所以低反射率薄膜的测量均采单光路的相对测量方案,早期的低反射率测量用到此测量方案方案,与前面的USPM-RU型反射率测试系统相比,样品后表面对反射率的测量有一定影响。

单次反射测试系统

  2.多次反射法测试薄膜的反射率——V-W法

单次反射测量的主要缺点是采用参考样品会影响测量精度。利用多次反射测量则可以消除其影响,可进行反射率的绝对测量,即V-W法,也称Strong方法。本方法适宜于测量高反射膜,得到的反射率的精度可以高于光度测量的精度,由于在样品上反射多次,本方法不适宜测量低反射率,特别是减反射膜。另外,本方法要求样本具有一定的面积,保证光线可以在样品表面有多次反射。V-W型光路在许多反射仪中得到应用,捷克F.Petru报道的反射仪采用V-W型光路并配合旋转扇形挡板,使测量光束和参考光束快速交替进入接收器,其优点是有利于减小光电探测器因光照疲劳引起的灵敏度变化。其光路图如下。

V-W型光路图也可以做成附件,加入到分光光度计的样品中,这样从两次测量中能测出样品的绝对反射率。

多次测量的方案也能用于分光光度计中反射率的测量中,Mahlein测量的装置的设计图如图。

对于高反射率的测量,反射次数越多,测量精度越高,当反射次数高达几十次时,常常利用折叠式离轴共振腔来构成多次反射的光路系统。

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