光学薄膜的特性检测

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1、光学薄膜的特性检测第三组徐彩霞李佳张琨张立宏路高原光度法测量薄膜的光学常数所谓光度法，指的是通过测量样品的反射率和透射率，经过计算，求出光学常数的方法。这里的光学常数一般是指薄膜的折射率和消光系数。这种方法虽然精度不是很高，但已经能满足设计和制备的要求，所有得到广泛的应用利用反射率求折射率考虑透明膜的情况，也就是在考虑的波段内，均匀膜层对光没有吸收。假定薄膜的折射率没有色散在膜厚为λ/4奇数倍的那些波长上，其反射率为式中，n是膜层的折射率，ns是基片的折射率，no是入射媒质折射率于是测量折射率就成

2、了简单的事情，只需要读取极值反射率，然后从上式求解n同时λ和λ’是两个相邻的极大（或极小）反射率波长利用反射率求折射率上面没有消除基片背面反射的影响。要做到这一点，可将基片做成楔形，或将基片背面磨毛、涂黑。或者作以下的修正Ro是基片背面反射率，RF是光度计实测的反射率值将Rm带入上面求得n可求得薄膜厚度d为利用反射率求折射率利用透射率求折射率测量透射率时，修正式为To是未镀膜前基片的测量投射率；TF是膜厚λ/4奇数倍时测量的极值透射率当nd等于λ/4的奇数倍时，上式透射率取得极值光经过镀膜基片的透

3、射率为式中，T1，R1分别为镀膜表面的投射率和反射率；T2，R2分别为基片-空气表面的透射率和反射率；a和b为基片的吸收系数和厚度。利用透射率求折射率所以于是得光经过清洁基片的透射率为利用透射率求折射率上式求出Tm，而后带入上面式子便得到n这种方法不仅校正了基片背面的吸收的影响，而且由于采用比较法测量，减小了光度计的测量误差。前面我们假定膜层没有吸收，实际透明膜或多或少会有一些吸收。可采用多次反射，通过延长光学路径的办法，便能测量若吸收的吸收系数利用透射率求折射率吸收系数的测量这个装置由完全透明的

4、平行平板做成，选择平板折射率no和角度i，以保证空气中能发生全反射，若平板长度为L，厚度为do在膜层中的传播路径为平板/膜层内表面的反射系数为ρ由于膜层是吸收的，则光在膜层中每来回一次光强度就衰减一次吸收系数的测量于是经过2N次反射后从平板射出的光强变为令则可求出α为吸收系数的测量薄膜折射率的测量布儒斯特角方法n1n2b布儒斯特定律当线偏振光入射到折射率为n2的介质表面上时，如果偏振光平行于入射面，若入射角为布儒斯特角b，则入射光将不发生反射而全部透射。因此若入射角，直到反射光强为零时，得到布儒斯

5、特角，从而计算介质的折射率n2。利用这种方法可以测量只有介质的折射率。薄膜的折射率也可以这样的到。ipi布儒斯特角方法薄膜折射率的测量用这种方法测量的精确度较低，因为入射波虽然在薄膜上表面不发生反射，但是在薄膜与基片的界面上仍有反射光透过薄膜折射进入空气，从而干扰测量。为了解决这个问题设计了如下的一种镀膜形式。ip当用线偏振光入射时，迎着反射光观察基片表面，由于膜层和玻璃表面的反射系数不同，所以能够看见镀膜区与不镀膜区域的分界线。当光线的入射角等于布儒斯特角时，膜的上表面没有反射光，但是在膜的后表

6、面会有光被反射回来。现在用菲涅尔公式，膜层与玻璃上的振幅反射系数为ng为基片玻璃折射率，i为介质膜射向基片的入射角，ig为基片中的折射角。薄膜折射率的测量布儒斯特角方法nngiig当入射介质薄膜光线的入射角为b时，应用入射角和折射角互余和折射定律有而入射波在空气与基片界面的反射系数为从上述两式可以得到当一布儒斯特角入射时，镀膜区与不镀膜区域的反射率相同，即，迎着反射光看时明暗界限将消失，呈现一篇均匀照明。这样，当用角度为b的入射光入射时，根据布儒斯特定律即可求出薄膜的折射率。薄膜折射率的测量布儒斯

7、特角方法bbnng准波导法是利用棱镜耦合来测量沉积在低折射率衬底上或者高折射率棱镜底面上的聚合物薄膜的折射率和厚度的一种方法。其实验装置图如下图所示激光器偏振片透镜准波导法薄膜折射率的测量光波从棱镜射到薄膜中去，形成共振导膜，导膜又经棱镜耦合射出，透射到观察屏上在观察屏上出现数条明亮的线，如图2.图2图1每一条亮线代表不同阶m的一个模，其中光斑所在的亮线是棱镜直接耦合得到的，其它的是由散射产生的。转动二维平台让光斑依次对准每一条亮线，即可读出没一个亮线的耦合角θm。薄膜折射率的测量准波导法现在用折

8、射率为np的等腰直角棱镜做为耦合棱镜，使底部与被测薄膜紧密接触。设聚合物薄膜的折射率为n，衬底的折射率为ng，当np>n>ng时，棱镜薄膜衬底就组成一个准波导设棱镜中光波入射角为θ2，由于导膜的传播并不连续，因而θ2也不连续，只有在一定角度下才能激发出导膜，棱镜中的入射角一半较难测量，但是入射到棱镜上的θm是可以精确测量的。设棱镜底角为ε，则准导膜的有效折射率的实验值可以通过下列式子计算得到薄膜折射率的测量准波导法光波在薄膜内沿z路径传。在1-3界面与1-2界面之间经过一个传播周期