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使用Cary 7000 全能型分光光度計(jì)研究絕對(duì)鏡面反射的角度關(guān)系
閱讀：1133 發(fā)布時(shí)間：2022-7-6前言表征光學(xué)樣品的一個(gè)常見(jiàn)方法是以單一入射角度 (AOI) 測(cè)量其反射或透射特性。但是，如果以多 AOI 測(cè)量反射和/或透射能得到更完整的樣品表征，可以更深入地了解樣品的光學(xué)性質(zhì)。本應(yīng)用簡(jiǎn)報(bào)介紹了 Cary 7000 全能型分光光度計(jì) (UMS) 如何快速、自動(dòng)地測(cè)量多 AOI 的絕對(duì)鏡面反射， 也展示了三維 (3-D) 圖和二維 (2-D) 等高線圖進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化的價(jià)值。
實(shí)驗(yàn)部分樣品樣品是一個(gè)直徑為 200 mm，厚度為 0.80 mm 的大硅片。拋光后的前表面涂有光學(xué)涂層。表 1 列出了樣品和采集條件。儀器使用 Cary 7000 UMS 采集數(shù)據(jù)，它是一款高度自動(dòng)化系統(tǒng)，可在可變角度測(cè)試樣品的絕對(duì)鏡面反射和透射。有了Cary 7000 UMS，操作者可獨(dú)立、電動(dòng)控制照射樣品的入射角和檢測(cè)器的位置，檢測(cè)器可圍繞樣品的弧形軌跡自由旋轉(zhuǎn)。獨(dú)立控制樣品旋轉(zhuǎn)角度和檢測(cè)器位置，可實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確和無(wú)人值守的測(cè)量。過(guò)去，反射率和透射率的測(cè)量需要使用安裝不同附件的分光光度計(jì)。但是，由于不同測(cè)量模式（附件）下照射光束的幾何形狀會(huì)發(fā)生變化，以及照射到樣品的光束會(huì)發(fā)生移動(dòng)，這就導(dǎo)致每次測(cè)試的樣品區(qū)域會(huì)有差別。
如果薄膜沉積過(guò)程中薄膜厚度不均勻，那么反射率和透射率測(cè)量會(huì)受到影響。隨著 Agilent Cary 7000 UMS 的誕生，現(xiàn)在無(wú)需移動(dòng)樣品便可在樣品的同一個(gè)位置測(cè)量透射率和反射率，有效解決了偏差來(lái)源。
測(cè)量測(cè)量 AOI 為 6° 到 86° 的鏡面反射，增量為 1°。通過(guò)自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的線柵偏振器控制照射到樣品的入射光偏振。測(cè)量了 s 偏振和 p 偏振光的反射。使用 Cary WinUV 軟件方法編輯器設(shè)置采集條件。采集全部數(shù)據(jù)序列之前，只需測(cè)量?jī)蓷l基線，一條用于 s 偏振，另一條用于 p 偏振。這兩條基線用于所有角度的測(cè)試，軟件可在單一采集圖譜中采用合適的基線。相比之下，其它系統(tǒng)要采集每個(gè)角度的每個(gè)偏振基線，顯著增加了采集的總時(shí)間。兩條基線采集完畢后，該系統(tǒng)可完成整個(gè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集。正如前面提到的，大硅片的直徑可達(dá) 200 mm。Cary 7000UMS 設(shè)計(jì)為可容納直徑為 275 mm 的樣品，能檢測(cè)非常高的掠入射角?？稍诮咏?90° 的角度測(cè)量最大允許尺寸的樣品，而不會(huì)使入射光從樣品上“脫落"。
結(jié)果和討論鏡面反射圖 2 顯示了 s 偏振光入射角度為 6° 到 86°，增量為 1° 的絕對(duì)鏡面反射譜圖。p 偏振光也能得到相似譜圖（文章中未給出）。分析數(shù)量如此龐大的光譜圖是一項(xiàng)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。圖 3 和圖 4 分別是 Scilab 軟件生成的、同一組數(shù)據(jù)的二維等高線圖和三維圖 [1]。結(jié)合微小區(qū)域和相關(guān)的 %R 值可以看出，反射特性高度依賴于 AOI。
例如，在紅外區(qū)域、接近法向 AOI 處，有一個(gè)最小區(qū)域中心約在 1900 nm 處的寬帶。在更高的入射角（約 70°），最小中心出現(xiàn)在約 1400 nm 處。此外，最小區(qū)域很窄，得到的 %R 值也非常接近于零。反射涂層最終能夠使用，需要滿足 AOI、光譜區(qū)和 %R 的相關(guān)性能要求，而這些測(cè)量結(jié)果也可反饋到涂層設(shè)計(jì)上。顯然，僅采用一個(gè) AOI 測(cè)量涂層的常規(guī)方法不能證實(shí)較強(qiáng)的角度關(guān)系。
結(jié)論經(jīng)證實(shí)，Cary 7000 UMS 可使用 s 和 p 偏振光，在較寬AOI 范圍內(nèi)自動(dòng)采集大涂層樣品的高質(zhì)量光譜圖。測(cè)試過(guò)程*由軟件控制，一旦樣品安裝完畢，便可進(jìn)行*自動(dòng)的數(shù)據(jù)采集。以寬的波長(zhǎng)范圍，寬 AOI 范圍和不同偏振光對(duì)樣品進(jìn)行完整表征，使我們能更深入的了解光學(xué)涂層的角度關(guān)系。此外，使用三維和二維等高線圖對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化，可深入了解光學(xué)涂層性能。這些有價(jià)值的信息有助于涂層的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。