具有对称性和自校准的垂直入射薄膜反射率计制造技术

本发明专利技术公开一种具有对称性和自校准的垂直入射薄膜反射率计，其两个照明系统和两个光收集系统分别对称地置于样品台的两侧；光源发射的光线依次经由其中一个照明系统的反射棱镜的一个反射面、第一凹面镜、反射棱镜的另一个反射面反射后由分束镜透射到置于样品台的样品上，分别形成透射光和反射光；样品的反射光返回该照明系统的分束镜上，光线由该分束镜反射后由其中一个光收集系统的第一反射镜接收并依次由第二凹面镜、第二反射镜反射到单色仪中，后进入光电系统；另一个照明系统的分束镜接收样品的透射光并反射到另一个光收集系统的第一反射镜后再依次由第二凹面镜、第二反射镜反射到单色仪，后进入光电系统。本发明专利技术可消去光学系统的不对称误差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有对称性和自校准的垂直入射薄膜反射率计，主要用于光学元 件的反射率和透射率测试。
技术介绍
光学薄膜器件的反射率和透射率测量是极其重要的。如果分光光度计能同时精 确测量出光学薄膜器件的反射率和透射率，则薄膜器件的光学损耗就可根据能量守恒定律 得到，即OL = 1-R-T，式中0L、R、T分别表示薄膜器件的光学损耗、反射率和透射率。遗憾 的是反射率的测量远远没有透射率测量那样方便、成熟，一方面反射率测量缺乏象透射率 测量那样成熟的技术和仪器，另一方面反射率测量精度远远达不到透射率测量能达到的精 度。反射率测量之所以如此困难，主要是因为1.反射率测量常要用一个标准样品参比，因 而引入了宽波段上标准样品的色差和标准样品反射率长期稳定的问题；2.反射测量光路 变化非常灵敏，例如，当光线入射角变化Φ时，反射角就会变化2 Φ，因此样品转动和/或移 动的精度很容易导致光路发生变化；3.测量光学系统因松动、应变等原因导致其光路随时 间的变化，或光学系统中光学元件因老化、灰尘等原因导致其性能下降，这些变化在反射率 测量中缺乏自动校准的判据；4.由于反射测量时光路安排的困难，反射率计常设计成光线 在一定入射角下测量反射率，如典型的“V-W”型反射率计和“N”型反射率计，这一方面给测 量带来了偏振像差对测量精度的影响，而且也无法满足诸如激光反射镜等器件测量光在垂 直入射时反射率的需求。正因为这样，光学薄膜器件的反射率精确测量是迄今光度测量中 尚未愈越的一个难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有对称性和自校准的垂直入射薄膜反射率计。需要指 出的是，本专利技术的反射率计也可用于测量光学元件的透射率。为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是该具有对称性和自校准的垂直入 射薄膜反射率计包括样品台、两个照明系统、两个光收集系统、单色仪和光电系统；所述两 个照明系统和两个光收集系统分别对称地置于所述样品台的两侧；所述每个照明系统包括 光源、第一可移动挡板、反射棱镜、第一凹面镜和分束镜；每个光收集系统包括第一反射镜、 第二凹面镜、第二可移动挡板和第二反射镜；在其中一个所述照明系统中，所述光源发射的光线在所述第一可移动档板开启时 先由所述反射棱镜的其中一个反射面反射到第一凹面镜，再由所述第一凹面镜反射到所述 反射棱镜的另一个反射面，然后反射棱镜的该另一个反射面将光线反射到所述分束镜，经 该分束镜分出的透射光入射到置于所述样品台的样品上，分别形成透射光和反射光；所述 样品的反射光返回该照明系统的分束镜上，光线由该分束镜反射后进入其中一个所述光收 集系统中，所述样品的透射光进入另一个所述照明系统中；在其中一个所述光收集系统中，第一反射镜接收所述分束镜反射的光线，并由该第一反射镜将光线反射到第二凹面镜上，该第二凹面镜在所述第二可移动档板开启时将光 线反射到第二反射镜上，该第二反射镜将光线反射到所述的单色仪中，光线由单色仪出射 后进入光电系统；在另一个所述照明系统中，分束镜接收所述样品的透射光并将光线反射到另一个 光收集系统中；在另一个光收集系统中，第一反射镜接收分束镜反射的光线并由该第一反射镜将 光线反射到第二凹面镜上，该第二凹面镜在所述第二可移动档板开启时将光线反射到第二 反射镜上，该第二反射镜将光线反射到所述的单色仪中，光线由单色仪出射后进入光电系 统。进一步地，本专利技术的每个所述照明系统还包括一个光吸收体；在每个所述照明系 统中，经由分束镜分出的反射光进入相应的所述光吸收体。进一步地，本专利技术所述光电系统包括积分球入瞳、积分球、PBS硫化铅探测器、PMT 光电倍增管、探测器控制模块和计算机，所述积分球入瞳、PBS硫化铅探测器和PMT光电倍 增管分别固定于所述积分球上，所述探测器控制模块分别与PBS硫化铅探测器、PMT光电倍 增管和计算机电连接。进一步地，本专利技术所述探测器控制模块包括PMT高压模块、PMT前置信号处理模 块、信号选择模块、程控放大模块、AD采集模块、微处理器模块、调制模块、PBS前置信号处 理模块和恒温控制模块；所述高压模块、PMT前置信号处理模块、信号选择模块、程控放大 模块、AD采集模块、微处理器模块依次电连接；所述微处理器模块分别与调制模块、恒温控 制模块电连接；所述PBS前置信号处理模块与信号选择模块电连接。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是针对现有反射率测量中的问题，提出了采 用凹面镜和平面镜构成对称测量光路，由于没有采用光学透镜，故在整个测量光谱范围内 无色差，从而实现了可见和近红外的宽波段测量；由于采用对称测量光路，因而可以从两个 入射方向上同时测量反射率和透射率，样品只需移动，可避免转动引入的样品角度误差；对 称测量光路可从两个方向上同时测量透射率和反射率，根据透射率在两个入射方向上的值 相等的光学原理，可以作为系统准直校准的判据，并通过步进电机微调第一凹面镜C1或/ 和C/进行自动校准，保证样品上的入射光是准直光；通过二次测量，可以消去光学系统的 不对称性，从而避免两个对称测量光路中因光源和/或每个光学器件的不对称性引入的测 量误差；这种对称测量光路还允许反射率测量能象透射率测量那样不用标准样品，而直接 用空气(即不放样品)作为透射率100%或/和反射率0%作为参比进行测量和定标；对称 测量光路还实现了光线垂直入射到样品上进行测量，克服了反射测量时光路垂直入射安排 的困难，这对在一定入射角下测量的反射率计既是一个补充，又避免了非垂直入射反射率 计因光的偏振像差对测量精度的影响。附图说明图1是本专利技术具有对称性和自校准的垂直入射薄膜反射率计的光学原理图；图2是本专利技术的光电系统示意图；图3是本专利技术的光电系统中探测器控制模块的工作电路原理图；图4是本专利技术的样品参数定义示意图，图中(a)为薄膜与基板组合的测试样品，(b)为基板标准样品；图5是本专利技术的样品在测试光路中的其中四种放置方式示意图，图中(a)，(d)为 薄膜与基板组合的测试样品，光线分别从薄膜侧入射和基板侧入射；(b)，(c)为基板标准 样品，光线从不同方向入射；图6是本专利技术实测的ZnS薄膜的反射率和透射率分光曲线。 具体实施例方式如图1所示，本专利技术具有对称性和自校准的垂直入射薄膜反射率计包括样品台 ST、两个照明系统、两个光收集系统、单色仪和光电系统。两个照明系统和两个光收集系统 分别对称地置于所述样品台的两侧；每个照明系统包括光源、第一可移动挡板、反射棱镜、 第一凹面镜和分束镜；每个光收集系统包括第一反射镜、第二凹面镜、第二可移动挡板和第二反射镜。在其中一个照明系统中，光源L发射的光线在第一可移动档板S1开启的情况下 (此时第一可移动挡板S/关闭)先由反射棱镜P的其中一个反射面反射到第一凹面镜C1, 再由第一凹面镜C1反射到反射棱镜P的另一个反射面，然后反射棱镜P的该另一个反射面 将光线反射到分束镜B，经由该分束镜B的透射光入射到置于样品台ST的样品S上形成反 射光和透射光。第一凹面镜C1和第一凹面镜C/的作用是准直，保证入射到样品上的光为 准直光。样品S的反射光返回该照明系统的分束镜B上，该分束镜B将光线反射到其中一 个光收集系统中的第一反射镜M1上，由该第一反射镜M1将光线反射到第二凹面镜C2上，该 第二凹面镜C2在第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有对称性和自校准的垂直入射薄膜反射率计，其特征在于：包括样品台、两个照明系统、两个光收集系统、单色仪和光电系统；所述两个照明系统和两个光收集系统分别对称地置于所述样品台的两侧；所述每个照明系统包括光源、第一可移动挡板、反射棱镜、第一凹面镜和分束镜；每个光收集系统包括第一反射镜、第二凹面镜、第二可移动挡板和第二反射镜；在其中一个所述照明系统中，所述光源发射的光线在所述第一可移动档板开启时先由所述反射棱镜的其中一个反射面反射到第一凹面镜，再由所述第一凹面镜反射到所述反射棱镜的另一个反射面，然后反射棱镜的该另一个反射面将光线反射到所述分束镜，经该分束镜分出的透射光入射到置于所述样品台的样品上，分别形成透射光和反射光；所述样品的反射光返回该照明系统的分束镜上，光线由该分束镜反射后进入其中一个所述光收集系统中，所述样品的透射光进入另一个所述照明系统中；在其中一个所述光收集系统中，第一反射镜接收所述分束镜反射的光线，并由该第一反射镜将光线反射到第二凹面镜上，该第二凹面镜在所述第二可移动档板开启时将光线反射到第二反射镜上，该第二反射镜将光线反射到所述的单色仪中，光线由单色仪出射后进入光电系统；在另一个所述照明系统中，分束镜接收所述样品的透射光并将光线反射到另一个光收集系统中；在另一个光收集系统中，第一反射镜接收分束镜反射的光线并由该第一反射镜将光线反射到第二凹面镜上，该第二凹面镜在所述第二可移动档板开启时将光线反射到第二反射镜上，该第二反射镜将光线反射到所述的单色仪中，光线由单色仪出射后进入光电系统。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：艾曼灵，张梅骄，金波，顾培夫，唐晋发，黄文标，
申请(专利权)人：杭州科汀光学技术有限公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]