簡介:光學涂層由多層薄膜組合而成,這些薄膜層產生干涉效應,用于增強光學系統的透射或反射特性。光學涂層的性能取決于多種因素,包括層數、每層的厚度以及層間折射率的差異。通過波動理論預測光的透射特性。光的波動特性將導致波表現出干涉效應。彼此同步的光波經歷相長干涉,并且它們的波幅相互疊加。彼此*不同步(相差 180°)的光波經歷相消干涉,并且它們的波幅相互抵消。薄膜涂層正是通過光學干涉原理,達到控制光的反射和透射的目的。
在設計薄膜時,盡管光的波長和入射角通常已有規定,但是可以通過改變薄膜層的折射率和厚度來實現性能優化。由于折射率和厚度受到調整,涂層內光射線的光程長度將受到影響,從而反過來改變傳播的光的相位值。當光通過光學元件傳播時,涂層任意一側折射率變化的兩個界面上將發生反射。為了使反射最小化,當兩個反射部分在第一個交界處重組時,最好能使兩個反射部分之間存在 180°相移。該相位差與正弦波的 λ/2偏移相關,這最好通過將薄膜層的光學厚度調整為 λ/4 來實現。
反射光的強度不僅是兩種材料的折射率之比的函數,而且還是入射光的入射角和偏振角的函數。如果改變光的入射角,則每個薄膜層內的內角和光程長度將受到影響,并進而影響到反射光束中的相變量。用兩個平面偏振光束(一個平面偏振光束的電場平行于入射平面(p 偏振),另一個平面偏振光束的電場則垂直于入射平面(s 偏振))的疊加來描述入射輻射,是一種簡便的做法。當使用非垂直入射時,s 偏振光和 p 偏振光在每個界面處的反射將有所不同,這將導致兩個偏振處的光學性能亦不相同。
其中,k 表示當電磁波通過材料傳播時的吸收損失量。在物理學中,k 通常被稱為消光系數。n 和 k 都取決于波長。在大多數情況下,k>0(光被吸收)。在本文中,我們將展示如何通過光譜數據計算薄膜的吸收率、折射率和薄膜厚度。
實驗部分為了確定 n 和 k,需要進行多次光學測量,這些測量需要將附件添加到紫外 / 可見光分光光度計中。為了計算薄膜的吸收系數(關于:吸收率、消光度),需要獲得材料的透射和絕對反射光譜(因此材料不能是不透明的)。使用高性能 Lambda 分光光度計(Lambda 850+/1050+)時,進行上述理想的附件是積分球附件(最好是 PE- 藍菲光學聚四氟乙烯涂層 150 mm 積分球)或通用反射附件(URA)。盡管可以使用較小的積分球進行測量,但是隨著球體的尺寸變小,準確度也將隨之下降。當吸收率降低時,較小的積分球可能不具備所需的固有準確度。如果可以測量伴有透射的絕對鏡面反射,則可以使用許多其他附件,例如 VN 8 度絕對鏡面反射附件。在下一節中,將討論使用配有藍菲光學聚四氟乙烯涂層的150mm 銦鎵砷積分球的 Lambda 1050+ 紫外 / 可見 / 近紅外分光光度計計算吸收率的程序和部分實例結果。吸收率是指不被材料透射或反射,但是被材料吸收的光。方程式 T + R + A = 1 描述了理論,其中 T = 透射比、R = 反射率、A = 吸收率。
……
結論參照級高性能 Lambda 1050+ 搭配合適的附件后,將成為測定光學薄膜常數的理想工具。本文描述了用于測定薄膜折射率(n)、吸 收 率(k)和 膜 厚 度 的 程 序。經 過 證 明,150mm InGaAs 積分球和通用反射附件是用于獲取本文中展示的示例數據的理想附件
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