3.3 薄膜光学参数测试
光学薄膜检测技术概要
反射率测量
绝对反射率测量
V-W型
反射率测量
绝对反射率测量
V-N型
反射率测量
根据V-W和V-N测量原理设计自己的测 量附件
自己设计制作的45°绝对反射率测量附件
分光光度计中影响测量的因素
光源及单色部分
分光部分
处理系统
样 品 室
探测器部分
分光光度计中影响测量的因素
光源
影响波长的测量范围
1 R 中心波长位置的R，由 n n0 ns 得到薄膜折 1 R
射率
精确测量的方法有布儒斯特角法
改变偏振光的入射角，当膜层反射光强与基底反射光强
一致时，这时的入射角就是布儒斯特角，有 tgφ0＝n， 即得到薄膜折射率
薄膜透过率和反射率的测量
常用测量方法
分光光度计
单色部分
狭缝的大小影响波长的分辨率
探测器
影响测量精度
光学系统
形成部分偏振光以及非平行光影响测量精度 噪声
容易忽略的影响因素
探测器
探测器必须工作在其线性范围之内 探测器光敏面不同位置引起不同的接受信号 大小，从而对测量的影响
光学系统
部分偏振光 发散角
具体测量中的一些问题
倾斜入射
光学薄膜检测技术
综述
测试技术是一门学科 测试技术的重要性
只要能测的出来的特性，就一定能制备的出 来 元件制备出来了，但不知性能怎样 性能测出来了，但不知测的准不准
光学薄膜测试技术的发展
随着薄膜制备技术的发展与应用技术的发展 而发展，不断更新不断进步
光学薄膜检测技术
散射 透射 反射 光学参数 光学特性 非光学特性
入射光位置偏移带来 测量的问题 如果测自然光的倾斜 入射透过率，由于入 射光偏振态的问题带 来测量问题 突跳现象
透镜参数测试知识点总结
透镜参数测试知识点总结一、透镜的基本参数1.1 焦距透镜的焦距是透镜光学性能的重要指标，它决定了透镜的成像能力。
焦距的测试方法包括通过物体在焦点处形成清晰的像来确定焦距，或者通过光线的反射和折射来测定焦距的大小。
1.2 曲率半径透镜的曲率半径是透镜曲率的度量，它决定了透镜的成像质量。
曲率半径的测试方法包括通过球差和像差来测定透镜的曲率半径大小。
1.3 光学直径透镜的光学直径决定了透镜的成像能力，它也是衡量透镜质量的重要指标。
光学直径的测试方法包括通过光束的径向扩散来测定透镜的光学直径大小。
1.4 厚度透镜的厚度决定了它的成像性能，厚度的不均匀或者过大都会影响透镜的成像能力。
因此，透镜的厚度也是需要进行测试的重要参数。
1.5 材料透镜的材料也是影响透镜性能的重要因素，不同的材料会对透镜的成像能力产生不同的影响。
因此，透镜的材料也是需要进行测试的重要参数。
二、透镜参数测试方法2.1 光学测试光学测试是透镜参数测试中的重要环节，它包括了透镜的焦距测试、曲率半径测试、光学直径测试和厚度测试等。
光学测试的方法包括了经典的实验法和现代的仪器测试法。
2.2 光学仪器测试随着科技的发展，现代化的光学仪器测试法已经成为了透镜参数测试中的主流方法，通过使用光学仪器测试系统，可以对透镜的各项参数进行高精度、高效率的测试。
2.3 机械测试透镜的机械性能也是需要进行测试的重要参数，机械测试包括了透镜的材料测试、强度测试和耐磨性测试等。
2.4 光学薄膜测试透镜的光学薄膜也是透镜参数测试中需要重点关注的参数，光学薄膜测试包括了膜层厚度测试、膜层透过率测试和膜层反射率测试等。
三、透镜参数测试设备3.1 光学仪器测试系统光学仪器测试系统是用于对透镜参数进行测试的专用仪器设备，它包括了像差测试仪、球差测试仪、光学直径测试仪、焦距测试仪和薄膜测试仪等。
3.2 机械测试设备机械测试设备是用于对透镜机械性能进行测试的专用仪器设备，它包括了材料测试仪、强度测试仪和耐磨性测试仪等。
光学薄膜材料的光学性能研究
光学薄膜材料的光学性能研究光学薄膜材料是一种具有特殊结构的材料，其研究对象主要是光的传播、反射和吸收等光学性质。
正因为其独特的性能，光学薄膜材料在光电子技术、光学传输等领域有着广泛的应用。
本文将探讨光学薄膜材料的光学性能研究，包括其原理、方法和应用。
首先，光学薄膜材料的研究需要了解其光学性质的基本原理。
光学薄膜材料的光学性质主要包括折射率、透过率、反射率和吸收率等。
折射率是光射入材料中时的折射行为，是衡量材料对光的传播速度影响的指标。
透过率指的是光传递时，材料对其中的透过光的量。
反射率则是测量光射入材料表面后反射的光的比例。
吸收率则是指材料对光的吸收程度。
通过对这些光学性质的研究，我们可以深入了解材料的光学特性。
其次，研究光学薄膜材料的光学性能需要借助一些实验方法。
常用的实验方法包括透射光谱、反射光谱、椭偏仪测量等。
透射光谱是测量材料在光通过时透过光的光谱分布，可以帮助分析材料的透明度和吸收率。
反射光谱则是测量材料的反射光的光谱分布，用以分析材料的反射率。
椭偏仪测量则是通过测量材料对椭偏光的旋转角度，来分析材料的旋光性质，从而研究材料的结构和性能。
光学薄膜材料的研究不仅仅停留在理论层面，还有着广泛的应用价值。
其中最为重要的应用之一是在光电子设备中的应用。
光电子器件可以利用光学薄膜材料的折射率和反射率等性质来改变光的传输和转换行为。
比如，通过使用光学薄膜材料制作光学滤波器，可以实现在特定波长范围内的光的选择性透过或反射，从而实现光信号的调控。
此外，光学薄膜材料还可以用于制作光学镜片、薄膜光学器件等，广泛应用于光学传输、光学显示和光纤通信等领域。
在光学薄膜材料的研究中，还存在着一些挑战和问题。
首先，光学薄膜材料的制备和加工技术要求十分高，需要掌握严格的工艺和材料处理方法。
其次，光学薄膜材料的光学性能与材料的结构密切相关，因此需要对材料的微观结构进行研究。
此外，光学薄膜材料的光学性能也受到环境因素的影响，如温度、湿度等。
物理实验技术中的光学薄膜测量与分析方法
物理实验技术中的光学薄膜测量与分析方法光学薄膜是一种在光学器件中广泛应用的材料，它的主要作用是控制光的传播和反射。
在物理实验中，准确测量和分析光学薄膜的特性是非常重要的。
本文将介绍一些常用的光学薄膜测量和分析方法。
一、椭偏振测量法椭偏振测量方法是一种基于光的偏振状态来测量光学薄膜厚度和折射率的方法。
通过测量透射或反射的光的偏振状态和光强的变化，可以确定薄膜的物理参数。
这种方法简单且精度较高，常用于光学薄膜厚度的测量。
二、透射率测量法透射率测量法是通过测量透过光学薄膜的光的强度来确定薄膜的透射率。
这种方法可以用于测量薄膜的光学吸收、透射和散射特性。
通常使用分光光度计或光谱仪进行测量，通过记录样品在可见光波段的光谱反射率，可以得到薄膜的透射率。
三、光学相干测量法光学相干测量法是一种利用光的干涉原理来测量光学薄膜厚度和表面形貌的方法。
通过测量反射光的干涉图案，可以推导出薄膜的厚度和表面形貌信息。
这种方法精度高且非接触，适用于测量各种厚度的光学薄膜。
四、自旋光学法自旋光学法是一种用来测量光学薄膜的旋光性质和光学常数的方法。
通过对旋光样品透射或反射光的旋光强度进行测量，可以确定样品的光学旋光角和光学常数的大小。
这种方法适用于测量旋光样品的光学性质，如天然光学薄膜。
五、激光扫描法激光扫描法是一种通过激光束在样品表面扫描然后测量反射光的方法。
通过测量不同位置的反射光强度，可以推导出样品表面的形貌信息。
这种方法适用于测量薄膜表面形貌和粗糙度等参数。
光学薄膜测量与分析方法在物理实验中的应用非常广泛，能够帮助研究人员了解材料的光学特性和性能。
上述介绍的几种方法都是常用的光学薄膜测量与分析方法，根据实验需要和样品特性的不同，可以选择适合的方法进行测量和分析。
在实际的光学薄膜测量和分析过程中，还需要注意一些实验技巧和误差控制。
首先，需要正确选择测量方法和仪器，确保测量结果准确可靠。
其次，要注意样品的制备和操纵，避免样品表面污染和破坏对测量结果的影响。
光学薄膜元件测试标准
光学薄膜元件测试标准光学薄膜元件的测试标准涉及多个方面，包括翘曲度、颜色、拉伸性能、受热后尺寸变化、近红外光谱透过率、反射眩光性能、电磁波屏蔽效能、离型膜剥离力和残余黏着率、环境适应性、双折射等。
以下是一些相关的中国国家标准（GB）和化工行业标准（HG）：1．GB/T25257-2010：光学功能薄膜翘曲度测定方法2．HG/T4608-2014：光学功能薄膜颜色的测量方法3．GB/T25255-2010：光学功能薄膜聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜拉伸性能测定方法4．GB/T27584-2011：光学功能薄膜.聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜.受热后尺寸变化测定方法5．HG/T5077-2016：光学功能薄膜近红外光谱透过率的测量方法6．GB/T27583-2011：光学功能薄膜反射眩光性能测试方法7．GB/T27582-2011：光学功能薄膜等离子电视用电磁波屏蔽膜屏蔽效能测定方法8．GB/T25256-2010：光学功能薄膜离型膜180°剥离力和残余黏着率测试方法9．GB/T26331-2010：光学薄膜元件环境适应性试验方法10．GB/T28609-2012：光学功能薄膜.聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜.双折射测定方法11．GB/T33376-2016：光学功能薄膜术语及其定义12．HG/T5856-2021：光学功能薄膜防污硬化膜13．HG/T5854-2021：光学功能薄膜涂布型反射膜此外，光学级聚酯薄膜是用于光学和光电子技术领域的聚酯薄膜，主要用于氧化铟锡膜透明导电薄膜以及液晶显示器、触摸屏、透明柔性电路等。
其测试项目可能包括收卷质量、表观质量、厚度、厚度极差、平均厚度偏差、宽度、拉伸强度、断裂伸长率、摩擦系数、透光率、雾度、表面电阻、高温试验、高温高湿试验、低温试验、冷热循环试验等。
请注意，具体的测试标准可能因产品类型、用途、客户要求等因素而有所不同。
因此，在选择测试标准时，应根据具体情况进行考虑和选择。
物理实验技术使用中如何进行光学薄膜实验
物理实验技术使用中如何进行光学薄膜实验物理实验技术是物理学研究中不可或缺的一部分，而光学薄膜实验则是其中一种重要的实验方法。
本文将从实验的目的、实验所需材料和仪器以及实验步骤等方面进行探讨。
光学薄膜实验的目的是通过对薄膜的光学性质进行研究，从而获得有关光学薄膜的一些重要参数。
例如，我们可以通过实验了解薄膜的反射率、透射率、相位厚度等指标。
这些参数不仅对于理论研究有重要意义，也在实际应用中具有广泛的应用价值。
在进行光学薄膜实验之前，首先需要准备一些实验所需的材料和仪器。
在材料方面，我们通常会使用具有一定折射率的基片，如玻璃片。
同时，还需要制备相应的薄膜样品，可以使用不同材料进行制备，如二氧化硅、氮化硅等。
至于仪器方面，实验室通常会配备光学光谱仪、反射率测量装置、透射率测试设备等。
具体的实验步骤可以分为多个环节，首先是薄膜样品的制备。
在实验中，可以选择蒸镀法、溅射法、磁控溅射法等不同的制备方法。
薄膜的制备过程需要控制好温度、压力和沉积速率等参数，以确保获得满足实验要求的薄膜。
制备好薄膜样品之后，接下来是样品的表征和测试。
我们可以使用光学光谱仪对薄膜的光学性质进行测量，得到反射谱、透射谱等数据。
在测量过程中，我们通常会控制入射光的角度和波长等参数，并记录相应的数据。
通过对这些数据的分析与处理，我们可以得出薄膜的光学参数。
除了常规的光学性质测试，我们还可以通过其他一些实验手段来研究薄膜的特性。
例如，我们可以使用椭偏仪来测量薄膜的偏振特性，以及对光的旋光度进行测量。
这些实验手段的应用可以进一步拓展对薄膜性质的研究深度和广度。
总的来说，光学薄膜实验是一种重要的物理实验技术，可以为我们提供大量有关薄膜性质的有用信息。
通过合理选择实验材料和仪器，并按照一定的实验步骤进行操作，我们可以准确有效地得到所需的实验数据。
这些数据可以进一步加深对光学薄膜性质的理解，也为相关研究和应用提供了必要的支持。
光学薄膜实验作为一种常见的物理实验技术，具有广泛的研究领域和应用前景。
薄膜厚度测试方法
薄膜厚度测试方法一、引言薄膜厚度是薄膜材料的重要物理参数之一，对于许多应用领域来说都非常关键。
因此，准确地测试薄膜厚度是非常重要的。
本文将介绍几种常用的薄膜厚度测试方法，包括光学法、电子显微镜法和原子力显微镜法。
二、光学法光学法是一种常用的非接触式薄膜厚度测试方法。
它利用光的反射和透射特性来测量薄膜的厚度。
一种常见的光学法是自动反射光谱法。
该方法通过测量光在薄膜表面的反射特性来确定薄膜的厚度。
具体步骤为：首先，将待测薄膜放置在反射镜上，然后使用光源照射薄膜表面，并测量反射光谱。
最后，根据反射光谱的特征，利用相关的数学模型计算出薄膜的厚度。
三、电子显微镜法电子显微镜法是一种高分辨率的薄膜厚度测试方法。
它利用电子束与薄膜相互作用的原理来测量薄膜的厚度。
常见的电子显微镜法包括扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）。
在SEM中，电子束与薄膜表面相互作用，产生的二次电子或背散射电子被探测器接收并转化为图像。
通过观察图像，可以确定薄膜的厚度。
而在TEM中，电子束穿过薄膜，通过对透射电子的衍射图案进行分析，可以计算出薄膜的厚度。
四、原子力显微镜法原子力显微镜法是一种基于力的薄膜厚度测试方法。
它利用探针与薄膜表面之间的相互作用力来测量薄膜的厚度。
原子力显微镜通过探针的运动来感知薄膜表面的形貌，然后根据探针与薄膜的相互作用力变化，可以计算出薄膜的厚度。
由于原子力显微镜具有非常高的分辨率，所以可以对纳米尺度的薄膜进行精确的厚度测量。
五、其他方法除了上述三种常用的薄膜厚度测试方法外，还有一些其他方法也可以用于薄膜厚度的测量。
例如，X射线衍射法、拉曼光谱法、交流阻抗法等。
这些方法都有各自的优缺点，可以根据具体的应用需求选择合适的方法进行薄膜厚度测试。
六、总结薄膜厚度测试是薄膜材料研究和应用中的重要环节。
本文介绍了几种常用的薄膜厚度测试方法，包括光学法、电子显微镜法和原子力显微镜法。
这些方法各有优劣，可以根据实际需求选择合适的方法。
薄膜厚度与光学常数的测量
薄膜厚度与光学常数的测量一、实验目的了解薄膜厚度测量的主要测量原理和方法以及流程，掌握Filmetrics膜厚测试仪的测试原理，操作流程，特点及注意事项。
二、实验原理在现代科学技术中，薄膜已有广泛的应用。
薄膜厚度是薄膜性能参数的重要指标，薄膜厚度是否均匀一致是检测薄膜各项性能的基础。
目前，两类主要的薄膜测量是基于光学和探针的方法。
探针法测量厚度及粗糙度是通过监测精细探针划过薄膜表面时的偏移。
探针法在测量速度和精度上受限，并且测量厚度时需要在薄膜里作一个“台阶”。
探针法通常是测量不透明薄膜（例如金属）的首选方法。
光学法是通过测量光与薄膜如何相互作用来检测薄膜的特性。
光学法可以测量薄膜的厚度、粗糙度及光学参量。
光学参量是用来描述光如何通过一种物质进行传播和反射的。
一旦得知光学参量，就可以同其它重要参量（例如成分及能带）联系起来。
两类最常用的光学测量法是反射光谱法及椭圆偏光法。
反射光谱法是让光正（垂直）入射到样品表面，测量被薄膜表面反射回来的一定波长范围的光。
椭圆偏光法测量的是非垂直入射光的反射光及光的两种不同偏振态。
一般而言，反射光谱法比椭圆偏光法更简单和经济，但它只限于测量较不复杂的结构。
Filmetrics膜厚测试仪采用的是反射光谱法的原理，可测量薄膜的厚度及光学常数。
反射光谱包含了样品的反射率，膜层厚度，膜层和基底的折射率与消光系数的信息。
光学参量（n和k）描述了光通过薄膜如何进行传播。
n是折射率，描述了光在材料中能传播多快，同时它表示入射角i与折射角r的关系。
k是消光系数，决定材料能吸收多少光。
n与k是随着波长的变化而变化的。
这种依赖关系被称为色散。
不同波长的光波在穿透被测膜层时会产生不同的相位差，由被测膜层的厚度与n，k值决定各个波长的光所产生的相位差，相位差为波长整数倍时，产生建设性叠加，此时反射率最大；相位差为半波长时，出现破坏性叠加，反射率最低；整数倍与半波长之间的叠加，反射率介于最大与最小反射之间，这样就形成了干涉图形。
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R+T=1
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“光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实验室 “电子薄膜与集成器件”国家重点实验室.
对于“理想”光学薄膜
在光学厚度为λ/2的整数倍处，透射率T和反射率R 等于光洁基板的值； 在光学厚度为λ/4的奇数倍处，反射率R正好是极值， 如果薄膜折射率nf小于基板折射率ns，反射率R将是
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2）透射率轮廓法
该方法利用λ/2处和λ/4处透射率的值，来计算微弱吸收薄膜的 折射率和消光系数，有较强的实用性。
趋向于选择5至7个λ/4 膜厚作为用光度法测量光学常数时的薄膜样品
标准厚度。
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考虑玻璃基板背表面的影响：
吸收的影响在半波长的位置最为明显。
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1）Hall 方法
该模型主要是针对弱吸收透明薄膜。从Tλ/2计算薄膜的消光系数， 从Tλ/4处计算薄膜的折射率。
数。
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4）Forouhi-Bloomer色散关系
一般只用于模拟材料的间带光谱区域的色散，也能被用于次能带隙区域 以及常规的透明区域，且能处理一些带有弱吸收的薄膜的折射率色散。
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对于不少材料，所有的色散方程在一个相当大的光谱区 域都能得到很好的结果；
试验测得的透射率光谱和色散方程计算所得的光谱，需
薄膜厚度很薄、甚至一个透射率或反射率极点 值也没有，或仅仅出现一个极值点。
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1、表面等离子激元法
用于测量金属薄膜的光学常数或金属薄膜表面的介质薄膜的光学 常数，也可以用来研究薄膜表面受各种环境因素影响产生的变化。
同理，多项式的系数是6个拟合的参量。
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3）Lorentz经典共振模型
其中：λ0是共振的中心波长，A是振荡强度，g是阻尼因子。第一个方程 组中，等式右边代表无限能量（零波长）的介电函数，大多数情况下用 拟合参数ε∞ 来代替更加符合实际情况，代表远小于测量波长的介电函
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3）从透射率或反射率曲线求多波长数值的反演法
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如果薄膜的厚度较厚 ，可以从两个相邻的极值波长中
进一步求得薄膜的几何厚度：
考虑到在较短的波段中有几个干涉极大、极小值。目前，国际上
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5）Drude模型
该模型主要是针对金属薄膜与金属材料。电介质函数由自由载流子 决定，当ωp为等离子体频率（ ωp = 4πne2/m）和ν为电子散射频率 时，Drude介电方程为：
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2、弱吸收薄膜光学常数的确定
实际透明薄膜在接近短波吸收带时，消光系数会增 大。在多数情况下，可视为弱吸收（k<<1）薄膜处理。
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用数值计算的方法，拟合测试获得的薄膜光谱透过率曲线，反演 得出薄膜的光学常数。 借助 F-B 色散模型，利用改进的单纯形方法拟合薄膜的透过率曲 线，从而获得薄膜厚度、折射率和消光系数。 可以测量各种薄膜的光学常数，特别适用于较薄的、在可见区具 有很大吸收的半导体薄膜。 由测量得到的透过率曲线，确定薄膜光学常数和厚度是一个反演 工程，由已知薄膜系统的响应来确定系统的参数。 初始值——迭代——传播矩阵——最小化透过率差——目标函数
此外，还可以利用下列公式从单面透射率极值Tm（即薄 膜透射率Tf对应于λ/4 奇数倍的极值）中直接求解折射率：
考虑薄膜材料的色散对反射率和透射率曲线的影响：
当薄膜有色散时，在光学厚度为λ/4 奇数倍的波长处
不再是极值；但是，光学厚度为λ/2 倍数的波长处仍然是 极值，而与没有色散时关系一样。 一般薄膜材料的折射率均有些色散，及存在色散关系。
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二、其它的薄膜光学常数测试方法
表面等离子激元法 阿贝法检测薄膜的折射率 椭圆偏振法（单独列出）
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入射介质为空气（折射率为 1），r1,r2位空气与薄膜和薄膜与基
板界面的菲涅尔反射系数，δ1,δ2为薄膜弱吸收对反射与透射的位相 的影响。此处没有考虑基板背面的影响。
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“光电探测与传感集成技术”教育部国防重点实射、反射光谱确定薄膜的光学常数 透明薄膜的光学常数测试
弱吸收薄膜光学常数的确定
单层、多层光学薄膜的基本测试
要进行优化拟合，这是数学公式应用的前提； 所有的色散方程都是波长的函数，在大范围内得到良好 的拟合是十分困难的； 薄膜光学常数的确定方法，可以应用到具有光学监控设
备的薄膜制备系统中。
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1、透明薄膜的光学常数测试
“理想”透明薄膜的假设： 1）薄膜具有均匀的折射率；
2）不考虑薄膜的色散影响；
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k=10-3, 10-2, 0.1 三种情况对透射率T和反射率R影响 消光系数对透射率的影响要大于对反射率的影响； 对于较薄的薄膜，当k小于10-2时，对透射率、反射率的 影响不是十分明显，但大于10-2之后，影响十分显著；