光学薄膜透反射率的常用测量方法
薄膜技术与测量2
r = r1 + r2e
2 iδ 1
+ r3e
2 i (δ 1 +δ 2 )
+ r4e
2 i (δ 1 +δ 2 +δ 3 )
如果膜层没有吸收那么各个界面的振幅反射系数为实数
η0 η1 η1 η2 r1 = , r2 = , η0 + η1 η1 + η2 η 2 η3 η3 η 4 , r4 = r3 = η 2 + η3 η3 + η 4
所以： 所以：
M 21 E=+ M 12
从M=pqp可以推广到任意多层的对称膜系在数学上 可以推广到任意多层的对称膜系在数学上 都可以用一个单层膜的特征矩阵所表示。 都可以用一个单层膜的特征矩阵所表示。 例如：M=h(u(v(pqp)v)u)h 例如：
最常用的周期膜系如： 最常用的周期膜系如：M=HLHLHLHLHLH 一方面表示为: 一方面表示为 也可表示为： 也可表示为： M=H(L(H(L(H)L)H)L)H M=H/2（H/2 L H/2)5H/2 （ H/2 L H/2是一个对称单元 是一个对称单元
对于以中间一层为中心， 两边对称安置的多层膜， 对于以中间一层为中心 ， 两边对称安置的多层膜 ， 却 具有单层膜特征矩阵的所有特点， 具有单层膜特征矩阵的所有特点 ， 在数学上存在着一个等 效层。 效层。 以pqp为例说明对称膜系在数学上存在一个等效折射率的 为例说明对称膜系在数学上存在一个等效折射率的 概念。这个称膜系的特征矩阵为： 概念。这个称膜系的特征矩阵为：
反射系数 分别为： 分别为：
η0 r1 = η0 η r3 = 2 η2
η1 η1 η 2 = 0 . 16 , r2 = = 0 . 16 , + η1 η1 + η 2 η3 η η4 = 0 . 07 , r4 = 3 = 0 . 04 + η3 η3 + η4
紫外可见分光光度计测试薄膜的反射率原理
紫外可见分光光度计（UV-Vis分光光度计）是一种用途广泛的光学仪器，可用于测量物质对紫外和可见光的吸收和反射率。
在材料科学和化学领域，紫外可见分光光度计被广泛应用于测试薄膜的反射率。
本文将探讨紫外可见分光光度计测试薄膜反射率的原理。
1. 紫外可见分光光度计紫外可见分光光度计是一种利用分光仪原理，测量材料吸收或透射光的仪器。
它可以在紫外、可见光范围内测量样品对特定波长光的吸收或反射率。
2. 薄膜反射率测试薄膜反射率是指薄膜表面对入射光的反射能力。
通常使用紫外可见分光光度计来测试薄膜在不同波长下的反射率，以评估薄膜的光学性能。
3. 反射率测试原理在使用紫外可见分光光度计测试薄膜反射率时，通常会将薄膜样品固定在样品舱中，然后利用分光光度计发出特定波长的光，经过样品后被探测器检测。
根据探测器接收到的光强，计算出薄膜在该波长下的反射率。
4. 正弦光束法一种常用的测试薄膜反射率的方法是正弦光束法。
该方法通过调节入射角度和光路长度，使得探测器能够测量薄膜在不同入射角度下的反射率。
这样可以得到薄膜在不同波长和入射角度下的反射率曲线。
5. 测量注意事项在进行薄膜反射率测试时，需要注意样品的制备和处理，确保样品表面平整、无气泡和杂质。
另外，还需要校准仪器，选择合适的波长范围和入射角度，以获得准确的反射率数据。
6. 应用领域薄膜反射率测试在光学材料、太阳能电池、涂料、光学薄膜等领域都有广泛应用。
通过测试薄膜的反射率，可以评估其光学性能，为材料研发和生产提供重要的数据支持。
在紫外可见分光光度计测试薄膜的反射率原理中，正弦光束法是一种常用的测试方法，通过调节入射角度和光路长度，测量薄膜在不同入射角度下的反射率，得到反射率曲线。
在进行测试时，需要注意样品制备和处理，以及仪器的校准和参数选择，以获得准确的反射率数据。
薄膜反射率测试在光学材料、太阳能电池、涂料等领域的应用价值巨大，为材料研发和生产提供重要的数据支持。
紫外可见分光光度计在测试薄膜反射率时，除了使用正弦光束法外，还可以采用其他方法进行测试，例如准直束法、全反射法、矢量法等。
光学薄膜折射率和厚度测试技术及研究
ｅ ｌ ｌ ｉ ｐ ｓ ｏ ｍ ｅ ｔ ｒ ｙ ｉ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｓ ｅ ｔ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｉ ｍ ａ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｄ ｏ ｆ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｆ ｉ ｌ ｍ ｒ ｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｉ ｎ ｄ ｅ ｘ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｉ ｃ ｋ ｎ ｅ ｓ ｓ
硕｛ 一 论文
光学薄膜折射率和厚度测试技术及研究
毋响着各种新型薄膜器件和技术在新型武器装备上的应） Ｉ Ｉ ． 而在国外，美国和英国已建立了光学薄膜折射率及厚度标准装置，美国的 ． Ｊ ． Ａ ． Ｗ ｏ ｏ ｌａ ｍ公司和法国的 Ｊ Ｙ公司生产的测量薄膜折射率及厚度的椭偏仪更是处于世
各向异性材料的测量等，并对这些测试结果进行了详尽的数据分析。
１ ． ４ 技术关键
光学薄膜折射率及厚度测试的难点及技术关键有以下几点： １ ） 由于椭偏仪系统测试的直接值是甲和△， 而要获得光学薄膜折射率及厚度 值，必须先建立一个模型，由这个模型的预设值和实际测量值进行拟合， 通过计算机解超越方程从而得到折射率和厚度值。因此， 模型的建立是至
ｃ ｏ ｍ ｍ ｏ ｎ ｌ ｙ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｗ ｏ ｒ ｌ ｄ ， ａ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｄ ｅ ｒ ｉ ｖ ｅ ｄ ｆ ｒ ｏ ｍ ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ ａ ｎ ｇ ｌ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｉ ｃ
在以上参数中，薄膜的反射比、透射比标准我们已在 “ 八五”期间完成。而其他参数 目
前还没有标准， 例如折射率和厚度， 这些参数对薄膜的设计和工艺制造都是不可缺少的。 薄膜技术和器件的广泛应用， 推动着薄膜测试技术的发展， 同时面对武器装备的不 断更新和发展， 对提高薄膜的性能、评价膜系的优劣， 并对己有的测试仪器进行量值统 一提出了更高的要求。 在这方面国外研究起步较早，发展很快，加之先进的加工手段和
光学薄膜的反射率与透射率关系
光学薄膜的反射率与透射率关系光学薄膜是一种由一层或多层材料组成的薄膜，其厚度通常是几个波长的数量级。
在光学领域中，研究光学薄膜的反射率和透射率关系是非常重要的。
反射率和透射率是描述光在物质界面上的行为的关键参数。
当光线从一种介质进入另一种介质时，一部分光被反射回去，另一部分光穿过物质继续传播。
这种现象称为反射和透射。
光在物质中的传播是由光的电磁波特性决定的。
当光线入射到光学薄膜上时，一部分光被薄膜的表面反射，一部分光穿过薄膜进入下一层介质，而另一部分光被薄膜吸收。
这些光的传播行为可以用反射率和透射率来描述。
反射率是指光线在入射到光学薄膜上时被反射的比例。
反射率可以用反射系数来表示，即入射光的反射光强与入射光强之比。
反射系数的大小与入射光的波长、入射角度以及薄膜的折射率相关。
透射率是指光线在光学薄膜中传播并穿过薄膜的比例。
透射率可以用透射系数来表示，即穿过薄膜的光强与入射光强之比。
透射系数的大小也与光的波长、入射角度以及薄膜的折射率相关。
在光学薄膜的设计和应用中，我们常常希望能够通过调节薄膜的结构和材料来控制反射率和透射率。
例如，在太阳能电池中，我们希望能够最大限度地提高光的吸收，而最小限度地减小光的反射，以提高太阳能电池的效率。
为了实现这一目标，我们可以利用光学薄膜的干涉效应。
干涉是指两束或多束光相互叠加形成明暗条纹的现象。
在光学薄膜中，通过将多个薄膜层叠加在一起，可以实现光的干涉效应。
干涉效应可以使得特定波长的光增强或减弱，从而实现对光的选择性吸收或反射。
通过控制薄膜的层数和厚度，我们可以调节干涉效应，从而改变薄膜的反射率和透射率。
此外，在光学薄膜的设计过程中，还需要考虑材料的折射率和吸收特性。
不同材料具有不同的折射率和吸收系数，对光的传播行为产生不同的影响。
选择适当的材料可以帮助我们实现所需的反射率和透射率。
总结起来，光学薄膜的反射率和透射率关系与薄膜的结构、材料的折射率和吸收特性以及入射光的波长和角度等密切相关。
光学薄膜透反射率的常用测量方法(共31张PPT)
色
光
样
品
池
参
比
池
• 参考光和主光束：分别被探测器接收；
• 透射率：两信号相除；
• 测试前要进行系统光谱校正；
探
测
器
干涉型光谱分析系统
• 红外：～25um；
• 应用迈克尔逊干涉仪对不同波长的光信号进行频率调制，在频
率域内记录干涉强度随光程改变的完全干涉图信号，并对此干
涉信号进行傅立叶逆变换，得到被测光光谱；
于b处，测试信号I2，则R=(I1I2)1/2
I1 I 0 R
k
f
k1
I2 I0R R
k
f
样品的反射率为：
R (I2 / I1)
1
k 1
利用激光谐振腔测试激光高反射镜的反射率
• 激光器的谐振腔由一块全
反射镜和一块半反半透的
镜(输出镜）构成；
• 当输出镜选定，全反镜反
射率改变％，出射激光的
• 减反射膜要求反射率的精度低于％，而激光高反射膜要求反射
率在高于99％的范围内能够有优于％的测量精度；
光谱分析测试系统-单次反射法测量反射率
此反射测试系统为小角度的斜入射系统。
光谱分析测试系统-多次反射法测量反射率
• 单次反射时参考样品反射率影响测试精度；
• V-W型测试：参考样品先放于位置a 处，测试信号I1；测试样品放
由于光斑位置的变化和偏振效应造成的。
• 非常规光谱特性的测量，需要自己设计测量
附件进行测量。
具体测量中的一些问题
• 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
光学薄膜反射率的计算
′ 2 ′ 2
为薄膜上 、 下 表 面 的 振 幅 反 射 率 的 绝 对 值 , t1 =
2 n0 2n ,1 t′ = 分别为光在薄膜上表面由外向内 n0 + n n + n0
和由内向外折射的振幅透射率 . 欲使 A1′ = A2′ , 即使 r1 = t1 r2 1 t′ ,有
ts =
2 n1
n1 + n2
例如 , 光由空气直射入玻璃表面 ,
收稿日期 : 2006 - 04 - 05 作者简介 : 尹中文 ( 1947 - ) ,河南南阳人 ,副教授 ,从事光学教学与研究 。
第 3期
2
尹中文等 :光学薄膜反射率的计算
・25・
R =r =
n0 - ng n0 + ng
在现行的光学教材中 , 都重点阐明了增透膜 、 增反膜的作用和原理 , 一般只给出光垂直入射单层 增透膜 、 增反膜时反射率的计算结果 (有的结果是 不正确的 ) , 而没有计算过程 . 本文以菲涅耳公式 为基础 , 计算光垂直入射介质界面的反射率和单层 增透膜 、 增反膜的反射率 , 推导出多层膜系反射率 的计算公式 , 并计算了几种多层增透膜 、 增反膜的 反射率 .
3 多层膜
为了计算多层膜的反射率 , 我们首先计算单层 膜反射率的多光束干涉形式 . 也就是说 , 上述计算 单层薄膜反射率的双光束干涉形式仅是近似的处 理方法 . 如图 2 所示 , 设入射光的振幅为 A1 , 各次
・26・
南阳师范学院学报
第 6卷
反射光的复振幅依次为 :
先讨论双层增透膜 , 由于光在空气 /玻璃界面 2 n0 - ng 上的反射率如 ( 8 ) 式所示 , 为 R0 = , 先在 n0 + ng 玻璃上镀一层折射率在 1. 6 ～1. 9 之间的薄膜 , 称 为中膜 ( nZ ) . 由 ( 14 ) 式可得 :
3.3薄膜光学参数测试详解
“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.
薄膜光学参数的测量
从透射、反射光谱确定薄膜的光学常数
其它的薄膜光学常数测试方法 薄膜波导法 光学薄膜厚度的测试
其中：多项式的系数是6个拟合的参量。
Schl. of Optoelectronic Inform. State Key Lab. of ETFID
“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.
2）Sellmeier方程
适用于透明材料和红外半导体材料，是Cauchy方程 的综合，原始的Sellmeier方程仅仅用于完全透明的材料 （k=0），但是有时也能用于吸收区域：
数。
Schl. of Optoelectronic Inform. State Key Lab. of ETFID
“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.
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。
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。
光学薄膜透反射率的常用测量方法
光学薄膜透反射率的常用测量方法
1.透射法
透射法是一种常见的测量光学薄膜透反射率的方法。
它利用透射光的强度对薄膜进行测量。
首先，将薄膜样品放置于光源前方，透过光源照射到样品上，然后测量透射光的强度。
通过与样品前后的基板透射光强度进行比较，就可以得到薄膜透射率的信息。
2.反射法
反射法是另一种常用的测量光学薄膜透反射率的方法。
它利用薄膜反射光的强度进行测量。
首先，将薄膜样品放置在光源前方，让光照射到样品上，然后测量反射光的强度。
通过与空气或基板的反射光进行比较，就可以得到薄膜透射率的信息。
3.光谱透射法
光谱透射法是测量光学薄膜透反射率的一种精确方法。
它利用的是薄膜样品的透射光谱特征。
首先，将薄膜样品置于光源前方，然后使用光谱仪测量透射光的光谱特征。
通过分析透射光的波长和强度信息，就可以得到薄膜的透反射特性。
4.激光参比法
激光参比法是测量光学薄膜透反射率的一种高精度测量方法。
它利用激光器作为参比光源。
首先，将激光光束通过参比光路照射到参比探测器上，同时将激光光束通过薄膜样品照射到样品探测器上。
通过比较参比探测器和样品探测器接收到的光信号，就可以得到薄膜的透反射率。
除了以上四种常用的测量方法外，还存在其他一些用于测量光学薄膜透反射率的方法，例如自脉冲法、透微量测量法等。
每种方法都有其适用的场合和特点，根据具体的需求选择合适的测量方法是至关重要的。
总的来说，测量光学薄膜透反射率的常用方法有透射法、反射法、光谱透射法、激光参比法等。