第7章光学薄膜性能监测技术.ppt

第7章 光学薄膜性能监测技术 对高性能的光学薄膜器件的制备，性能测试是十分重要的； 随着光学制备技术的发展，复杂结构薄膜器件的制备成为可能；只要能测出来的特性就一定能制备出来； 光学薄膜测试技术主要包括： 第7章 光学薄膜性能监测技术 薄膜器件透射光谱测试； 薄膜器件反射光谱测试； 光学损耗(吸收和散射)检测技术； 薄膜抗激光损伤阈值的测试技术； 薄膜光学参数(n和d)测试； 非光学参数(硬度、应力)测试技术； 7.1 光学薄膜性能监测技术-透射和反射 透射率和反射率是光学薄膜器件的最基本的光学特性，因此薄膜反射率和透射率测试是光学薄膜的基本测试技术； 薄膜透射率与反射率主要是采用光谱测试分析仪进行测试； 光谱仪：按照波段不同划分为 7.1 光谱分析测试系统的基本原理 分光光度计 7.1 光谱分析测试系统的基本原理 光源：稳压电源、可见(钨丝灯或卤钨灯)、紫外(氙灯)、红外(卤钨灯); 照明系统：光束整形与会聚； 单色仪：由色散原件、狭缝机构以及色散原件的扫描驱动；光栅和棱镜 光电传感系统：由光电探测器和处理电路组成； 可见光电接收器：光电三极管、光电倍增管、CCD 红外光电接收器：硫化铅光敏电阻、红外半导体传感器或热电偶 7.1 光谱分析测试系统的基本原理-单光路 原理 7.1 光谱分析测试系统的基本原理-偏振测量 原理 7.1 光谱分析测试系统-双光路测试 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； 7.1 光谱分析仪器比较 7.1 光谱分析测试系统-干涉型光谱分析系统 红外：2.5～25um； 原理：干涉； 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； 特点：信噪比高，重复性好，分辨率高，扫描速度快 7.1 光谱分析测试系统-透射率的测量 光谱仪测试一般步骤 7.2 光谱分析测试系统-反射率的测量 反射率的测量不如透射率测量普及； 透明带内：R=1-T； 吸收带内：R=1-T-A； 对于吸收膜系或是对损耗敏感的激光高反射膜来说，反射测量不可少； 7.2 光谱分析测试系统-反射率的困难 不容易找到在很宽波段范围内具有100％反射率性能长期稳定的参考样品； 在反射率测量中，由于反射光路的变换灵敏，对有样品和无样品时，光斑在光电探测器光敏面上的位置往往变动，这导致误差明显增加； 各种薄膜器件对反射率测量的测量范围和精度多有不同的要求。 减反射膜要求反射率的精度低于0.1％，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0.01％的测量精度； 7.2 光谱分析测试系统-单次反射法测量反射率 7.2 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；测试样品放于b处，测试信号I2，则R=(I1I2)1/2 7.2 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0.1％，出射激光的强度改变10％，因此可以通过出射激光强度的变化来测定反射镜的反射率； 7.3 光学薄膜损耗测试-吸收和散射 薄膜的损耗主要为吸收和散射； 吸收来源：薄膜材料的消光系数、薄膜界面污染、衬底基板性质；吸收导致薄膜损伤； 薄膜器件：R+T+L=1，L=S+A； 损耗大：可由测试R和T，得到S； 损耗小：高灵敏度的方法测试； 散射损耗：界面粗糙、薄膜体内折射率颗粒不均匀。 散射后果：反射与透射能量降低，同时带来杂散光； 7.3.1 光学薄膜损耗测试-吸收损耗 7.3.1 光学薄膜吸收损耗测试1-吸收系数 7.3.1 光学薄膜吸收损耗测试2-量热法 7.3.2 光学薄膜散射损耗测试 7.3.2 光学薄膜散射损耗测试 7.3.2 光学薄膜散射损耗测试－积分球法 7.3.2 光学薄膜散射损耗测试－积分球法 7.4 光学薄膜器件的抗激光损伤阈值测试 光学薄膜的本征吸收 杂质吸收 杂质吸收 光学薄膜激光损伤测试技术 激光损伤阈值测试规范 ISO11254-1.2 “Lasers and laser-related equipment—Determination of laser induced damage threshold of optical surface” (2000) “Laser induced damage threshold and certification procedures of optical materials”, NASA reference publication 1395 (1997) 结