光學薄膜反射率測試方法

光學薄膜反射率測試方法

光學薄膜的光學性質和功能是通過干涉作用改變光在光學元件表面的特性，獲得所需要的反射率或者透過率。

“測試方法”是光學薄膜制備中極為重要的一環，它的評價和反饋機制保證了產品的最終光學性能，其中最為基本和關鍵的是反射率和透過率測試。本期“福晶新視界”主要為大家介紹光學薄膜的反射率測試方法。

福晶科技持續引進各類先進測試設備和方法，已建立起分光光度計測試法、光腔衰蕩法、激光直接測量法、透過率換算法等多種測試方法，根據不同產品的要求，來匹配最佳的測試方案。

?

?

01

分光光度計測試法

福晶科技最初引入PerkinElmer Lambda 900，通過相對法實現反射率測試。隨著產能的擴充及測試技術的提升，公司目前擁有PerkinElmer、Agilent、Shimadzu等多品牌、多型號的分光光度計。

傳統的分光光度計測量反射率為相對法測試，以熔石英片作為參考樣品。先測量參考樣品的反射光強Ι1，再測試待測樣品反射光強Ι2，則樣品的反射率Rs為：

其中，Rref是參考樣品反射率。該方法適用于增透膜或拋光樣品測試[1]。

區別于相對法，Cary全能型測量附件（UMA）可以自動測量各種不同角度、不同偏振光下樣品的絕對反射率[2]。

?

樣品測試區域和主要的光路系統如下：

反射測試曲線如下所示：

?

02

光腔衰蕩法

Cavity Ring-Down，CRD

福晶科技亦具備利用光腔衰蕩法測量超高反射率的測試能力，可對532 nm、1064 nm和1550 nm波段的超高反射率元件測量其超高反射率，測試范圍可達到99.9%~99.9995%。值得關注的是，對1064 nm和1550 nm波長，福晶科技可以提供反射率高達99.999%的超反鏡。

?

原理：

兩片高反射腔鏡組成光學諧振腔，當一束脈沖激光沿著光軸入射到腔內，忽略衍射及散射損耗，單脈沖激光在兩個腔鏡之間往返振蕩時，遵從單指數衰減規律，其所測的反射率是衰蕩時間的函數。因此，獲取衰蕩時間，即可求出待測樣品的反射率。

腔內光子衰蕩壽命：（1）? ?

其中，α為腔內介質吸收系數，L為腔長，V是散射。諧振腔內損耗很小，可忽略不計。??

簡化后為：（2）?

即：（3）

RM為兩片腔鏡的綜合反射率：（4）

Rref為已知參考鏡片反射率，結合(3)(4)，計算出待測樣品的反射率：（5）

從公式（5）可以看出，光腔衰蕩法測量的高反射率是衰蕩時間的函數。因此，通過探測器獲取衰蕩時間τ，即可求出待測樣品的反射率[3]。

CRD測試1064nm反射率結果圖示：

隨著強激光傳輸系統功能的擴展，反射率超過99.9%的高反射率光學元件廣泛應用于激光陀螺、強力波探測、激光核聚變等激光光學系統，其鍍膜反射率直接關系到這些光學系統的性能。福晶科技公司引入CRD高反射率測試儀，實現高反射率元件反射率的精確測量。

?

03

激光直接測量法

激光直接測量法通過記錄加入樣品前后的功率比，計算出樣品反射率：

?

?

04

透過率換算法

在不考慮樣品吸收、散射的情況下，實際透明介質薄膜的反射率和透射率之和近似為100%，反射率便可以從透射率中采用R≈1-T的方法近似推算得到。其中T為樣品透過率，R為反射率。因此只要測出透過率，即可計算出待測樣品的反射率。

?

審核編輯：黃飛

?