一种确定有机薄膜光学常数和厚度的方法技术

本发明专利技术公开了一种确定有机薄膜光学常数和厚度的方法。所述方法的实现过程如下：在光学抛光的透明平面基板的一个表面制备有机薄膜，利用分光光度计测量基板表面有机薄膜的透射率光谱曲线和反射率光谱曲线；确定测量波长范围内有机薄膜的折射率和消光系数的色散模型，以色散模型中的常数、折射率非均匀性、有机薄膜的厚度、单色仪的狭缝宽度等作为参数，对测量光谱进行多参数拟合，确定薄膜的折射率和消光系数。本发明专利技术公开的一种确定有机薄膜的光学常数和厚度的方法，通过将单色仪的狭缝宽度等参数引入多参数拟合测量光谱的过程，实现了利用分光光度精确测量有机薄膜的光学参数的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种确定有机薄膜光学常数和厚度的方法
本专利技术涉及光学薄膜的检测领域，特别涉及一种确定有机薄膜光学常数和厚度的方法。
技术介绍
近年来，一些有机薄膜材料因为其优异的光学和力学特性而获得了广泛的光学应用。比如在衍射薄膜成像系统的开发中，有机聚酰亚胺薄膜材料由于其良好的力学强度、温度稳定性、耐受空间高能粒子辐照等优异特征，成为制备衍射薄膜成像系统的重要材料。实验上，聚酰亚胺薄膜等主要通过旋涂等方式制备，其厚度可达10μm以上，而薄膜的使用波长在可见、近红外波段，远小于薄膜厚度。由于制备过程的限制，有机薄膜的厚度和光学常数可能随着制备批次、制备工艺而变化，因此一种通用的准确确定有机薄膜材料的折射率、消光系数以及厚度的方法，对使用有机薄膜的光学系统的开发和表征有着重要的意义。通过计算模型反演透射/反射光谱是目前确定无机氧化物、氟化物、硫化物等光学薄膜的厚度、折射率和消光系数等参数的重要方法，该方法所使用的分光光度计为光学检测的常用设备，因此获得了广泛的应用。在目前确定无机氧化物、氟化物、硫化物的折射率和厚度的应用中，薄膜的厚度和检测波长比较接近，此时薄膜的透射率和反射率随波长的变化主要由光在薄膜的两个界面的干涉以及光在薄膜传播过程中的吸收造成。如对折射率大于基板折射率的薄膜，透射率极大值对应的波长处，薄膜光学厚度等于偶数倍的1/4波长，此时薄膜透射率极大值和基板透射率一致或接近；薄膜的透射率极小值对应的波长处，薄膜光学厚度等于奇数倍的1/4波长，此时透射率由薄膜的光学常数和基板的光学常数确定，因此通过测量光谱可以准确反演计算获得薄膜的折射率、消光系数以及厚度。利用分光光度方法测量聚酰亚胺等有机薄膜的光谱如图1所示，聚酰亚胺有机薄膜的光谱和常见的无机薄膜的光谱存在非常显著的差异：首先，聚酰亚胺薄膜透射率的极大值远小于石英基板的透射率，对应地，聚酰亚胺薄膜反射率极小值也远大于石英基板的反射率；其次，聚酰亚胺薄膜光谱上，相邻的透射率极大值和透射率极小值之间的差值和波长密切相关，波长越短，相邻的透射率极大值和透射率极小值之间的差值越小。因此无法通过简单的光谱反演方式计算有机薄膜在所述波长范围内的折射率和消光系数。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种有机薄膜光谱的分析方法，利用该分析方法分析有机薄膜的透射率和反射率光谱，准确确定有机薄膜的折射率、折射率非均匀性、消光系数、薄膜厚度等参数。本专利技术采用的技术方案为：一种确定有机薄膜光学常数和厚度的方法，在光学抛光的透明平面基板的一个表面制备有机薄膜，利用分光光度计测量基板表面有机薄膜的透射率光谱曲线和反射率光谱曲线，以有机薄膜色散模型中的常数、折射率非均匀性、有机薄膜的厚度、单色仪的狭缝宽度等作为参数，对测量光谱进行多参数拟合，确定薄膜的折射率和消光系数。具体包括如下步骤：步骤1，在光学抛光的透明平面基板的一个表面制备有机薄膜；步骤2，利用分光光度计测量基板表面有机薄膜的透射率光谱曲线和反射率光谱曲线，记录测量光谱时光束的入射角度、偏振态、分光光度计单色仪的狭缝宽度Δ；步骤3，根据光谱测量范围内有机薄膜的性质，选择合适的折射率和消光系数的色散模型，获得计算有机薄膜的折射率n(λ)、消光系数k(λ)的公式，给出色散模型中各常数的初始值，并给出有机薄膜的初始厚度d；步骤4，利用已知的平面光学基板折射率ns(λ)、消光系数ks(λ)、基板厚度ds、步骤3中给出的有机薄膜的折射率n(λ)和消光系数k(λ)的计算公式、厚度d和折射率非均匀性，获得基板表面有机薄膜的透射率和反射率的计算程序；步骤5，选择合适的波长步长δ，计算不同波长λ处基板表面有机薄膜的透射率T(λ)和反射率R(λ)，所选择的波长步长δ的值使得K＝△/δ为整数；步骤6，计算模拟分光光度计测量的基板表面有机薄膜的透射率光谱曲线和反射率光谱曲线。波长λ0处透射率测量值Tc(λ0)通过计算模拟；波长λ0处反射率测量值Rc(λ0)通过计算模拟，其中λ0-△/2+mδ代表步骤5中计算透射率T(λ)和反射率R(λ)的不同波长λ；步骤7，利用多参数优化算法优化折射率和消光系数色散模型中的常数、折射率非均匀性、狭缝宽度Δ、薄膜厚度d，使计算模拟的基板表面有机薄膜的透射率光谱曲线和反射率光谱曲线光谱分别符合实验测量的透射率光谱曲线和反射率光谱曲线，从而获得最优化的有机薄膜折射率和消光系数色散模型中的常数、有机薄膜薄膜厚度d；步骤8，利用优化的折射率和消光系数色散模型中的常数，计算有机薄膜的折射率和消光系数。所述的一种确定有机薄膜的光学常数和厚度的方法，对于光吸收率可以忽略的有机薄膜，可以仅测量基板表面有机薄膜的透射率光谱或者反射率光谱其中的一种光谱，通过多参数优化算法反演测量光谱的方法获得有机薄膜的折射率和厚度。所述的一种确定有机薄膜的光学常数和厚度的方法，对于光吸收率可以忽略的有机薄膜，可以直接测量不包含基板的有机薄膜的透射率光谱，通过多参数优化算法反演透射率光谱的方法获得有机薄膜的折射率和厚度。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术通过考虑分光光度计单色仪的狭缝宽度对薄膜光谱的影响，建立了一种测量厚度达10μm以上的有机薄膜在紫外-可见-近红外波长的光学常数和厚度的方法。(2)本专利技术可以实现有机薄膜的光学常数和厚度的无损检测技术，从而应用在有机薄膜材料的原位检测等
附图说明图1为测量获得的石英基板上聚酰亚胺薄膜的光谱曲线透射率和反射率光谱曲线；图2为计算模拟的石英基板上聚酰亚胺薄膜的透射率光谱曲线和反射率光谱曲线；图3为从光谱反演获得的聚酰亚胺折射率和消光系数色散曲线。其中，101为实验测量的石英平面基板表面聚酰亚胺薄膜的透射率光谱曲线，102为实验测量的石英平面基板表面聚酰亚胺薄膜的反射率光谱曲线，103为石英基板透射率光谱曲线，104为石英基板反射率光谱曲线，201为多参数反演的石英平面基板表面聚酰亚胺薄膜的透射率光谱曲线，202为多参数反演的石英平面基板表面聚酰亚胺薄膜的反射率光谱曲线，301为聚酰亚胺薄膜折射率色散曲线，302为聚酰亚胺薄膜消光系数色散曲线。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本专利技术实施例的部分步骤可以变换先后顺序完成，因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种确定有机薄膜光学常数和厚度的方法，在光学抛光的透明平面基板的一个表面制备一定厚度的有机薄膜，利用分光光度计测量基板表面有机薄膜的透射率光谱曲线和反射率光谱曲线，以有机薄膜色散模型中的常数、有机薄膜的厚度、有机薄膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定有机薄膜光学常数和厚度的方法，其特征在于，在光学抛光透明平面基板的一个表面制备有机薄膜，利用分光光度计测量基板表面有机薄膜的透射率光谱曲线和反射率光谱曲线，以有机薄膜色散模型中的常数、折射率非均匀性、有机薄膜的厚度、单色仪的狭缝宽度作为参数，对测量光谱曲线进行多参数拟合，确定薄膜的厚度、折射率和消光系数，具体包括如下步骤：/n步骤1，在光学抛光的透明平面基板的一个表面制备有机薄膜；/n步骤2，利用分光光度计测量基板表面有机薄膜的透射率光谱曲线和反射率光谱曲线，记录测量光谱时光束的入射角度、偏振态、分光光度计单色仪的狭缝宽度Δ；/n步骤3，根据光谱测量范围内有机薄膜的性质，选择合适的折射率和消光系数的色散模型，获得计算有机薄膜的折射率n(λ)、消光系数k(λ)的公式，给出色散模型中各常数的初始值，并给出有机薄膜的初始厚度d；/n步骤4，利用已知的平面光学基板折射率n

【技术特征摘要】
1.一种确定有机薄膜光学常数和厚度的方法，其特征在于，在光学抛光透明平面基板的一个表面制备有机薄膜，利用分光光度计测量基板表面有机薄膜的透射率光谱曲线和反射率光谱曲线，以有机薄膜色散模型中的常数、折射率非均匀性、有机薄膜的厚度、单色仪的狭缝宽度作为参数，对测量光谱曲线进行多参数拟合，确定薄膜的厚度、折射率和消光系数，具体包括如下步骤：
步骤1，在光学抛光的透明平面基板的一个表面制备有机薄膜；
步骤2，利用分光光度计测量基板表面有机薄膜的透射率光谱曲线和反射率光谱曲线，记录测量光谱时光束的入射角度、偏振态、分光光度计单色仪的狭缝宽度Δ；
步骤3，根据光谱测量范围内有机薄膜的性质，选择合适的折射率和消光系数的色散模型，获得计算有机薄膜的折射率n(λ)、消光系数k(λ)的公式，给出色散模型中各常数的初始值，并给出有机薄膜的初始厚度d；
步骤4，利用已知的平面光学基板折射率ns(λ)、消光系数ks(λ)、基板厚度ds、步骤3中给出的有机薄膜的折射率n(λ)和消光系数k(λ)的计算公式、厚度d和折射率非均匀性，获得基板表面有机薄膜的透射率和反射率的计算程序；
步骤5，选择合适的波长步长δ，计算不同波长λ处基板表面有机薄膜的透射率T(λ)和反射率R(λ)，所选择的波长步长δ的值使得K＝△/δ为整数；
步骤6，计算模拟分光光度计测量的基板表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳存定，黎明，杨伟，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51