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紫外-可見-近紅外分光光度計對薄膜進行光學表征
閱讀：1863 發布時間：2022-6-20前言：該研究的詳細情況發表在《應用光學》2012 年 1 月 10 日號（總第 51 卷，第二期）上。精確測定薄膜和多層鍍膜的光學參數（使用光學鍍膜的逆向工程）對于生產高質量的產品至關重要。這些數據可以給設計和生產環節提供反饋。對每一層依次進行評估后得到的逆向工程結果可以用來調整沉積參數，重校監測系統，改善對各層的厚度控制。通常是使用紫外-可見-近紅外 (UV-Vis-NIR) 或傅里葉變換紅外 (FTIR) 分光光度法進行光學表征，對透明基板上的薄膜樣品垂直入射或接近垂直入射時的透射率 (T)和/或反射率 (R) 的數據進行分析。然而，基于垂直入射的透射率和反射率測量的光學表征以及基于垂直或接近垂直入射的透射率和反射率測量數據的可靠的逆向工程仍然十分困難。
本文中，我們展示了使用配備新的全能型測量附件 (UMA)的 Cary 5000 UV-Vis-NIR 分光光度計，將多角度光譜光度數據用于單層薄膜光學表征和多層光學鍍膜逆向工程的適用性。表征致密的薄膜、磁控濺射生產的多層膜和電子束(e-beam) 蒸發薄膜通常是比較困難的。這些數據也可以通過 Agilent Cary 7000 全能型分光光度計 (UMS) 采集到。
實驗部分樣品研究中，我們測量了兩組使用兩種不同沉積技術的實驗樣品：磁控濺射和電子束蒸發。詳情可參閱參考文獻 [1]。儀器• Agilent Cary 5000 UV-Vis-NIR 分光光度計• 安捷倫全能型測量附件UMA 是高度自動化的可變角度鏡面反射和透射系統，樣品、檢測器和偏振器位置可*通過軟件控制。通過對入射光多種可控角度（0°–85° %T，5°–85° %R）的透射率 (%T) 和絕對反射率 (%R) 測量，它可以準確、快速和完整地提供樣品的光學特性。能測量到照射樣品的線偏振光的透射率。在入射平面上以樣品為圓心移動檢測器組件，可以測量絕對反射率。UMA 的這種多模式測量特性提高了分析效率，并使樣品表征更為精確。UMA 的示意圖如圖 1 所示。
結果和討論s 偏振光和 p 偏振光在 300–2500 nm 光譜范圍內，以 7°、10°、20°、30° 和 40° 的入射角度，對樣品進行了多角度光譜光度測量。在本研究的所有光學表征和逆向工程流程中，我們只采用了光譜范圍 330–1100 nm 的測量數據。因為波長高于 1100 nm 時，基板吸收明顯，使得對準確度的估算變得不可靠。高密度電介質薄膜使用了 UMA 來獲取磁控濺射制備的 Ta2O5 和 SiO2 薄膜的多角度光譜光度數據，以對其進行光學表征。表 1 中給出了各項光學表征的數值：在 λ = 600 nm 處測量了薄膜的厚度和折射率。在不同的入射角、不同偏振態下測得的透射率和反射率數據具有很好的一致性。表 1 中列出的這兩種材料的厚度和折射率 (n) 平均值的偏差均小于 0.1%。
結論我們研究了將多角度光譜應用到薄膜的光學表征和多層鍍膜逆向工程上。UMA 作為安捷倫的新型先進分光光度附件（安裝在 Agilent Cary 5000 UV-Vis NIR 分光光度計上），可以提供多角度、s 偏振態和 p 偏振態下的反射率和透射率數據。驗證了測量數據的準確性，并證實了從紫外到近紅外的寬光譜范圍內，在入射角最高達到 40° 的情況下，所有的測量數據均具有很好的準確性。與傳統的光譜分析相比，多角度光譜光度測定為研究人員提供了更多的實驗信息。我們的研究表明，新的 UMA 分光光度計附件可以為各種光學鍍層的表征及逆向工程問題的解決提供實驗信息。