第六章光學(xué)薄膜參數(shù)測(cè)量資料

1、7觀&工1 Pf克爾赴T沸儀測(cè)最牌器】一豈皺聚光憧；301 稱(chēng)直勵(lì)孤補(bǔ)榛甌 一褲測(cè)祥品門(mén)一反射親油一分電柴；A試包淀址片: 10 Will丹劃板i垃第六章光學(xué)薄膜參數(shù)測(cè)量光學(xué)薄膜參數(shù)測(cè)量包括介質(zhì)膜折射率測(cè)量、光學(xué)薄膜厚度測(cè)量、光學(xué)薄膜透射比測(cè)量、 光學(xué)薄膜反射比測(cè)量、光學(xué)薄膜吸收比測(cè)量、光學(xué)薄膜散射比測(cè)量、薄膜機(jī)械強(qiáng)度和應(yīng)力測(cè)我們介紹光學(xué)薄膜厚度測(cè)量、光學(xué)薄膜透射比和反射比測(cè)量。4.1光學(xué)薄膜厚度測(cè)量光學(xué)薄膜厚度測(cè)量有兩種方法:雙光束干涉法；多光束干涉法。一、雙光束干涉法儀器：邁克爾遜干涉儀傾斜反射鏡，使被測(cè)樣品和 7構(gòu)成 帶楔形的空氣平板，得到干涉條紋。被測(cè)樣品有兩種形式：a)在玻璃基片的一

2、半上鍍有被測(cè)量厚度 的透明介質(zhì)膜，折射率 n 1,則膜厚di為.入a右二 2(7|D Tb)在a)的基礎(chǔ)上加鍍一層 Al膜，則膜厚 di為b)方法的優(yōu)點(diǎn)是不要預(yù)先知道被測(cè)薄膜的折射率，但要多鍍一層Al膜。5-2-2年品的兩種瞪式】基片；2許質(zhì)膜；H川慎占*i3 1【T111r的翊界富圖S-2-J甌光車(chē)T涉示意3圖83干涉條姣圖二、多光束干涉法讀數(shù)顯微鏡迎著照明光觀察，將看到透射的等 厚多光束干涉條紋；讀數(shù)顯微鏡順著照明光觀察， 將看到反射的等厚多光束干涉條紋。薄膜厚度：多光束干涉法的優(yōu)點(diǎn)是: 準(zhǔn)確度高，可達(dá) 1nm； 可測(cè)透明膜，亦可測(cè)吸收膜； 不要預(yù)先知道膜層的光學(xué)常數(shù)，根據(jù)讀數(shù)顯微鏡 測(cè)量

3、b和a值可求得膜層厚度。三、等色序干涉法用等色序干涉法測(cè)薄膜厚度時(shí)，將待測(cè)薄膜鍍 在基片的上半表面，待測(cè)薄膜的光學(xué)參數(shù)為 n 1,d1, 其上整個(gè)表面上再鍍上半透半反的Ag膜，然后將鍍有Ag膜的另一塊半透半反平行平板玻璃和樣品玻 璃組成一極薄的平行平面空氣隙，用白光照明，可 得到各色干涉條紋。用單色儀的讀數(shù)機(jī)構(gòu)讀出各干涉條紋的波長(zhǎng)值，就可求得膜層的厚度 d1o圖務(wù)光柬等PI干衲測(cè)it 膜厚的基辛部件協(xié)1,5平行平扳玻璃龍一持*1薄膜;3*斗一半廉咿心g膜Zk兀為1T|I?乂父Z仝刈4.2光學(xué)薄膜透射比測(cè)量光學(xué)薄膜透射比是反映光學(xué)元件和光學(xué)系統(tǒng)透光 性能壞的重要參數(shù)，通常采用的測(cè)量方法有單光路法

4、 和雙光路法。單光路測(cè)量法測(cè)量時(shí)先調(diào)節(jié)單色儀波長(zhǎng)，樣品室不放樣品，這時(shí)在樣品室得到波長(zhǎng)為入的平行單色光，光電接收裝置顯 示數(shù)值Io；放入樣品，光電接收裝置顯示數(shù)值I，則該波長(zhǎng)的樣品透射比T為/T _ J-然后取出樣品，調(diào)節(jié)單色儀到另一個(gè)新的波長(zhǎng)值入2，重復(fù)上述過(guò)程，得到 入2波長(zhǎng)的透射比。lil 8 2-6等邑仔十秒袪測(cè)膜厚的城本部件1一甲行窣槍破晞 扎3-赧膜;54?欄薄石田恥軋|單光肖崗盤(pán)透肘比1 一址猱課一單世怛;3樣只至； j比走機(jī)與撓示嶽置；$ 鮭童樣品單光路測(cè)量薄膜元件透射比的方法優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單,精度高，而主要缺點(diǎn)是每個(gè)波長(zhǎng)都要測(cè)量?jī)纱危闊?，因此幾乎被雙光路測(cè)量所代替。國(guó)樸工 垠

5、光幣介光光度計(jì)I光炭心一耶色議山一甘光系竦H併品室樣品;6-電芾朮皇汗-此電信號(hào)擂收.槻弋.社理與駅孝422雙光路測(cè)量法 雙光路分光光度計(jì) 分光系統(tǒng)先將光源的光反射后進(jìn)入單色 儀，經(jīng)分色后再進(jìn)入分光系統(tǒng)被分解為二 束光：一束進(jìn)入樣品室，通過(guò)樣品進(jìn)入光 電接收器，得到光強(qiáng)度值I;另一束進(jìn)入?yún)⒖脊馐遥偃肷涞搅硪还怆娊邮掌魃?得到光強(qiáng)度值Io,電信號(hào)系統(tǒng)一一將這兩 個(gè)信號(hào)值相除，就得到這個(gè)波長(zhǎng)的透射比 T,讓單色儀自動(dòng)掃描，記錄儀同步記錄的 就是樣品的光譜透射比 T （入） 4.3光學(xué)薄膜反射比測(cè)量在光學(xué)儀器中，由于儀器的用途不同， 對(duì)儀器中所采用的光學(xué)元件的反射比要求也不相 同，因此在光學(xué)薄膜的

6、鍍制中也有低反和高反之分。一、低反射比測(cè)量光學(xué)薄膜元件中，像減反射膜（或稱(chēng)增透膜）這樣的低反射比的測(cè)量采用比較法進(jìn)行。測(cè)量?jī)x器：分光光度計(jì)。圖芯斗L低反射比測(cè)老附i牛席理國(guó)PH件 Mh） KHb在樣品室和參考光室中分別插入一個(gè)基本 結(jié)構(gòu)完全相同的低反射比測(cè)量裝置附件a和b,a插入樣品室，b插入?yún)⒖脊馐?。圖中四塊反射 鏡反射比分別是 R1、R2、R3、R4 ,且 R1=R2=R3=R4 , R5是K9楔形玻璃元件或被測(cè) 元件的反射比；R6是一塊高反射鏡的反射比， 一般認(rèn)為R6=1。則光強(qiáng)Il = Io Rl R2 R5l2=lo R1R2R6 Io Ri R2 因此被測(cè)元 件的反射比為：R =

7、= R$低反射比的測(cè)量步驟： 在分光光度計(jì)的樣品室和參考光室中分別插入低反射比測(cè)量裝置附件，并在樣品室中裝入楔形k9玻璃元件，而在參考光室中裝入高反射鏡； 調(diào)整反射比值至 4.2%; 取出樣品室中的k9玻璃，放入被測(cè)樣品，這時(shí)測(cè)量的顯示值就是樣品的反射比值。 二、高反射比測(cè)量1、單次反射法測(cè)量時(shí)先不放被測(cè)樣品，光電接收器D放在位置I,測(cè)得光強(qiáng) I0 ;插入被測(cè)樣品，光電接收器轉(zhuǎn)到位置n,測(cè)得光強(qiáng)Ii；于是被測(cè)樣品的反射比 r為R =網(wǎng)野4蛙 寄反射膜片的反射比單次反射悌斌斥理囲2、VW 法高反射比測(cè)量使用最多的是 VW法，或稱(chēng)二次反射法。測(cè)量時(shí)先不放樣品， 入射光強(qiáng)10經(jīng)過(guò)反射比為 R1的反射

8、鏡和位置I的反射比為 R2的反射鏡及反射比為R3的反射鏡，以光強(qiáng)I1=IOR1R2R3進(jìn)入光電接收器；插入被測(cè)樣品，將反射鏡繞被測(cè)樣品面翻轉(zhuǎn)180。，到位置H,這時(shí)測(cè)量光強(qiáng)I2=I0R1R2R3R則被測(cè)樣品的反射比為尺仃，| j兀0 U-4-4參次反躬獅鼠原理國(guó)3、多次反射法測(cè)量在高反射比測(cè)量中，如何減小測(cè)量誤差是非常重要的：在二次反射法測(cè)量中， 誤差可降低到1/2 ;如能進(jìn)行k次反射測(cè)量，則測(cè)量誤差可降低到1/k。測(cè)量在分光光度計(jì)上進(jìn)行。h =傷昭出R吧h=厶為他硝因此，分光光度計(jì)顯示的反射比*4.4光學(xué)薄膜附著力測(cè)量薄膜的牢固性包括薄膜附著力、薄膜機(jī)械強(qiáng)度和薄膜壓力。薄膜附著力主要是指薄膜

9、 和基體的附著力以及各層膜之間的結(jié)合力。薄膜附著力和基體材料、 基體表面狀態(tài)（清潔度、粗糙度等）、薄膜材料、薄膜結(jié)晶狀態(tài)以及成膜條件（真空度、蒸發(fā)速率和基體溫度）都有 很大關(guān)系。薄膜附著力的測(cè)量方法是用玻璃膠紙粘在薄膜上，用和膜面垂直的力撕下膠紙， 測(cè)定能撕下膜層時(shí)力的大小稱(chēng)薄膜的附著力。目前我國(guó)光學(xué)薄膜國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)薄膜附著力沒(méi)有規(guī)定。國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)是規(guī)定一種牌號(hào)的膠帶紙（名為Cellophane）將它粘在膜層上，用與膜層成90角的力迅速撕下這個(gè)膠帶紙，如膜層有被撕下，則膜層附著力不牢，如膜層完好無(wú)損，則滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)。目前，薄膜的附著力和硬 度的測(cè)試方法主要有壓痕法、 拉張法以及剝離法等。1、壓痕法 一個(gè)

10、支桿固定一個(gè)帶有微型金屬硬球的壓頭，壓頭上設(shè)有砝碼盤(pán)，壓頭下方 是薄膜樣品臺(tái)，支桿的另一端是一個(gè)平 衡塊。樣品臺(tái)由下部的電機(jī)帶動(dòng)做慢速 旋轉(zhuǎn)。當(dāng)一個(gè)垂直于表面的負(fù)載W通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)微型硬球壓在平的薄膜樣品的表面時(shí)， 這種變形為彈性形變；隨著負(fù)載的增加， 開(kāi)始出現(xiàn)劃痕的負(fù)載與樣品轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，2、拉張法 拉張法，顧名思義就是采用直接拉薄膜的方法來(lái)測(cè)試薄膜的附著力。該方法用很硬的粘結(jié)劑（如環(huán)氧樹(shù)脂）黏合，拉力必 須垂直薄膜表面，測(cè)試使膜層脫落所加的力f的值。該方法的關(guān)鍵是要準(zhǔn)確地在垂直方向拉開(kāi)薄膜，即使稍微偏離垂直方向就會(huì)產(chǎn)生力矩，從而使薄膜和基片之間的拉開(kāi)從某 一位置發(fā)生龜裂而進(jìn)行下去，這樣觀測(cè)到的附著

11、力就小了。即 使測(cè)量時(shí)很注意，一般最好要考慮存在有10%左右的誤3、剝離法 剝離法是測(cè)試薄膜附著力的常見(jiàn)方法，就是將膠帶粘貼在薄膜表面，然后剝離膠帶。記錄當(dāng)薄膜被剝離時(shí)， 膠帶剝離的次數(shù)，這能夠定性地判斷附著力的大小。在拉剝膠帶時(shí)測(cè)量使薄膜從基片上拉開(kāi)的力， 進(jìn)行定量測(cè)量，在這方面也有各種各樣的方法。 4、拉劃法拉剝法實(shí)際上只適用于附著力很弱的薄膜， 膜，只用于很有限的薄膜一基片物質(zhì)的組合。所謂拉劃法，就是在剛性針譬如金剛石 針或藍(lán)寶石針上，加上負(fù)荷，在針下面移動(dòng) 薄膜，以劃傷薄膜所需負(fù)荷的大小表示附著 力的大小。這種方法，在附著力測(cè)量法中， 最適用于附著力強(qiáng)的薄膜，但是，因剝離薄 膜的力與基

12、片的硬度有關(guān)，所以對(duì)于太軟的基片這種方法不能使用。用針剝離薄膜的 機(jī)理一般認(rèn)為與針在薄膜和基片之間的剪切應(yīng)力有關(guān)。4.5光學(xué)薄膜機(jī)械強(qiáng)度測(cè)量 考慮到光學(xué)薄膜的實(shí)際使用狀況，在我們國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 和其他國(guó)家的光學(xué)薄膜標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)膜層的耐摩擦性能有 要求。一、擦拭試驗(yàn)法用棉花或紗布擦拭膜層表面， 擦拭后在60W的白熾燈下檢驗(yàn)?zāi)颖砻媸欠癯霈F(xiàn)擦痕。 膜層的機(jī)械強(qiáng)度分成 5級(jí)：薄膜表面就會(huì)出現(xiàn)擠壓以及彎曲變形。如果負(fù)載不大，就可能產(chǎn)生塑性形變，即會(huì)出現(xiàn)可見(jiàn)的劃痕。記錄就可以計(jì)算出薄膜的硬度與附著力。就能主要適用于蒸鍍?cè)诓ＡЩ系你y、金等薄建片牢周程準(zhǔn)糠試方陸和耍求1特別牛丙允許用F紗布或業(yè)麻輸榛膜層.石由晚擦幟2尤許用住灑嵇.乙關(guān)視會(huì)淮的即孤標(biāo)試腆層，用出珂摘蔭ft汴用稚曬wr乙柚偲合液的棉花輕擁脫欄不出現(xiàn)攜観4不平固允許用旅毛輕搏察尼表面不出擦痕5很石牢固只允吐用蠱吹岡吹膜足表閘，并走求用膠含璇闢泯護(hù)艇層對(duì)鍍膜眼鏡片，國(guó)際上通用的檢查膜層機(jī)械強(qiáng)度的方法是用6H鉛筆在膜層表面用力劃 5下