具有對稱性和自校準的垂直入射薄膜反射率計制造技術

本發明專利技術公開一種具有對稱性和自校準的垂直入射薄膜反射率計，其兩個照明系統和兩個光收集系統分別對稱地置于樣品臺的兩側；光源發射的光線依次經由其中一個照明系統的反射棱鏡的一個反射面、第一凹面鏡、反射棱鏡的另一個反射面反射后由分束鏡透射到置于樣品臺的樣品上，分別形成透射光和反射光；樣品的反射光返回該照明系統的分束鏡上，光線由該分束鏡反射后由其中一個光收集系統的第一反射鏡接收并依次由第二凹面鏡、第二反射鏡反射到單色儀中，后進入光電系統；另一個照明系統的分束鏡接收樣品的透射光并反射到另一個光收集系統的第一反射鏡后再依次由第二凹面鏡、第二反射鏡反射到單色儀，后進入光電系統。本發明專利技術可消去光學系統的不對稱誤差。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種具有對稱性和自校準的垂直入射薄膜反射率計，主要用于光學元 件的反射率和透射率測試。
技術介紹
光學薄膜器件的反射率和透射率測量是極其重要的。如果分光光度計能同時精 確測量出光學薄膜器件的反射率和透射率，則薄膜器件的光學損耗就可根據能量守恒定律 得到，即OL = 1-R-T，式中0L、R、T分別表示薄膜器件的光學損耗、反射率和透射率。遺憾 的是反射率的測量遠遠沒有透射率測量那樣方便、成熟，一方面反射率測量缺乏象透射率 測量那樣成熟的技術和儀器，另一方面反射率測量精度遠遠達不到透射率測量能達到的精 度。反射率測量之所以如此困難，主要是因為1.反射率測量常要用一個標準樣品參比，因 而引入了寬波段上標準樣品的色差和標準樣品反射率長期穩定的問題；2.反射測量光路 變化非常靈敏，例如，當光線入射角變化Φ時，反射角就會變化2 Φ，因此樣品轉動和/或移 動的精度很容易導致光路發生變化；3.測量光學系統因松動、應變等原因導致其光路隨時 間的變化，或光學系統中光學元件因老化、灰塵等原因導致其性能下降，這些變化在反射率 測量中缺乏自動校準的判據；4.由于反射測量時光路安排的困難，反射率計常設計成光線 在一定入射角下測量反射率，如典型的“V-W”型反射率計和“N”型反射率計，這一方面給測 量帶來了偏振像差對測量精度的影響，而且也無法滿足諸如激光反射鏡等器件測量光在垂 直入射時反射率的需求。正因為這樣，光學薄膜器件的反射率精確測量是迄今光度測量中 尚未愈越的一個難題。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種具有對稱性和自校準的垂直入射薄膜反射率計。需要指 出的是，本專利技術的反射率計也可用于測量光學元件的透射率。為實現上述目的，本專利技術所采取的技術方案是該具有對稱性和自校準的垂直入 射薄膜反射率計包括樣品臺、兩個照明系統、兩個光收集系統、單色儀和光電系統；所述兩 個照明系統和兩個光收集系統分別對稱地置于所述樣品臺的兩側；所述每個照明系統包括 光源、第一可移動擋板、反射棱鏡、第一凹面鏡和分束鏡；每個光收集系統包括第一反射鏡、 第二凹面鏡、第二可移動擋板和第二反射鏡；在其中一個所述照明系統中，所述光源發射的光線在所述第一可移動檔板開啟時 先由所述反射棱鏡的其中一個反射面反射到第一凹面鏡，再由所述第一凹面鏡反射到所述 反射棱鏡的另一個反射面，然后反射棱鏡的該另一個反射面將光線反射到所述分束鏡，經 該分束鏡分出的透射光入射到置于所述樣品臺的樣品上，分別形成透射光和反射光；所述 樣品的反射光返回該照明系統的分束鏡上，光線由該分束鏡反射后進入其中一個所述光收 集系統中，所述樣品的透射光進入另一個所述照明系統中；在其中一個所述光收集系統中，第一反射鏡接收所述分束鏡反射的光線，并由該第一反射鏡將光線反射到第二凹面鏡上，該第二凹面鏡在所述第二可移動檔板開啟時將光 線反射到第二反射鏡上，該第二反射鏡將光線反射到所述的單色儀中，光線由單色儀出射 后進入光電系統；在另一個所述照明系統中，分束鏡接收所述樣品的透射光并將光線反射到另一個 光收集系統中；在另一個光收集系統中，第一反射鏡接收分束鏡反射的光線并由該第一反射鏡將 光線反射到第二凹面鏡上，該第二凹面鏡在所述第二可移動檔板開啟時將光線反射到第二 反射鏡上，該第二反射鏡將光線反射到所述的單色儀中，光線由單色儀出射后進入光電系 統。進一步地，本專利技術的每個所述照明系統還包括一個光吸收體；在每個所述照明系 統中，經由分束鏡分出的反射光進入相應的所述光吸收體。進一步地，本專利技術所述光電系統包括積分球入瞳、積分球、PBS硫化鉛探測器、PMT 光電倍增管、探測器控制模塊和計算機，所述積分球入瞳、PBS硫化鉛探測器和PMT光電倍 增管分別固定于所述積分球上，所述探測器控制模塊分別與PBS硫化鉛探測器、PMT光電倍 增管和計算機電連接。進一步地，本專利技術所述探測器控制模塊包括PMT高壓模塊、PMT前置信號處理模 塊、信號選擇模塊、程控放大模塊、AD采集模塊、微處理器模塊、調制模塊、PBS前置信號處 理模塊和恒溫控制模塊；所述高壓模塊、PMT前置信號處理模塊、信號選擇模塊、程控放大 模塊、AD采集模塊、微處理器模塊依次電連接；所述微處理器模塊分別與調制模塊、恒溫控 制模塊電連接；所述PBS前置信號處理模塊與信號選擇模塊電連接。與現有技術相比，本專利技術的有益效果是針對現有反射率測量中的問題，提出了采 用凹面鏡和平面鏡構成對稱測量光路，由于沒有采用光學透鏡，故在整個測量光譜范圍內 無色差，從而實現了可見和近紅外的寬波段測量；由于采用對稱測量光路，因而可以從兩個 入射方向上同時測量反射率和透射率，樣品只需移動，可避免轉動引入的樣品角度誤差；對 稱測量光路可從兩個方向上同時測量透射率和反射率，根據透射率在兩個入射方向上的值 相等的光學原理，可以作為系統準直校準的判據，并通過步進電機微調第一凹面鏡C1或/ 和C/進行自動校準，保證樣品上的入射光是準直光；通過二次測量，可以消去光學系統的 不對稱性，從而避免兩個對稱測量光路中因光源和/或每個光學器件的不對稱性引入的測 量誤差；這種對稱測量光路還允許反射率測量能象透射率測量那樣不用標準樣品，而直接 用空氣(即不放樣品)作為透射率100%或/和反射率0%作為參比進行測量和定標；對稱 測量光路還實現了光線垂直入射到樣品上進行測量，克服了反射測量時光路垂直入射安排 的困難，這對在一定入射角下測量的反射率計既是一個補充，又避免了非垂直入射反射率 計因光的偏振像差對測量精度的影響。附圖說明圖1是本專利技術具有對稱性和自校準的垂直入射薄膜反射率計的光學原理圖；圖2是本專利技術的光電系統示意圖；圖3是本專利技術的光電系統中探測器控制模塊的工作電路原理圖；圖4是本專利技術的樣品參數定義示意圖，圖中(a)為薄膜與基板組合的測試樣品，(b)為基板標準樣品；圖5是本專利技術的樣品在測試光路中的其中四種放置方式示意圖，圖中(a)，(d)為 薄膜與基板組合的測試樣品，光線分別從薄膜側入射和基板側入射；(b)，(c)為基板標準 樣品，光線從不同方向入射；圖6是本專利技術實測的ZnS薄膜的反射率和透射率分光曲線。 具體實施例方式如圖1所示，本專利技術具有對稱性和自校準的垂直入射薄膜反射率計包括樣品臺 ST、兩個照明系統、兩個光收集系統、單色儀和光電系統。兩個照明系統和兩個光收集系統 分別對稱地置于所述樣品臺的兩側；每個照明系統包括光源、第一可移動擋板、反射棱鏡、 第一凹面鏡和分束鏡；每個光收集系統包括第一反射鏡、第二凹面鏡、第二可移動擋板和第二反射鏡。在其中一個照明系統中，光源L發射的光線在第一可移動檔板S1開啟的情況下 (此時第一可移動擋板S/關閉)先由反射棱鏡P的其中一個反射面反射到第一凹面鏡C1, 再由第一凹面鏡C1反射到反射棱鏡P的另一個反射面，然后反射棱鏡P的該另一個反射面 將光線反射到分束鏡B，經由該分束鏡B的透射光入射到置于樣品臺ST的樣品S上形成反 射光和透射光。第一凹面鏡C1和第一凹面鏡C/的作用是準直，保證入射到樣品上的光為 準直光。樣品S的反射光返回該照明系統的分束鏡B上，該分束鏡B將光線反射到其中一 個光收集系統中的第一反射鏡M1上，由該第一反射鏡M1將光線反射到第二凹面鏡C2上，該 第二凹面鏡C2在第二本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有對稱性和自校準的垂直入射薄膜反射率計，其特征在于：包括樣品臺、兩個照明系統、兩個光收集系統、單色儀和光電系統；所述兩個照明系統和兩個光收集系統分別對稱地置于所述樣品臺的兩側；所述每個照明系統包括光源、第一可移動擋板、反射棱鏡、第一凹面鏡和分束鏡；每個光收集系統包括第一反射鏡、第二凹面鏡、第二可移動擋板和第二反射鏡；在其中一個所述照明系統中，所述光源發射的光線在所述第一可移動檔板開啟時先由所述反射棱鏡的其中一個反射面反射到第一凹面鏡，再由所述第一凹面鏡反射到所述反射棱鏡的另一個反射面，然后反射棱鏡的該另一個反射面將光線反射到所述分束鏡，經該分束鏡分出的透射光入射到置于所述樣品臺的樣品上，分別形成透射光和反射光；所述樣品的反射光返回該照明系統的分束鏡上，光線由該分束鏡反射后進入其中一個所述光收集系統中，所述樣品的透射光進入另一個所述照明系統中；在其中一個所述光收集系統中，第一反射鏡接收所述分束鏡反射的光線，并由該第一反射鏡將光線反射到第二凹面鏡上，該第二凹面鏡在所述第二可移動檔板開啟時將光線反射到第二反射鏡上，該第二反射鏡將光線反射到所述的單色儀中，光線由單色儀出射后進入光電系統；在另一個所述照明系統中，分束鏡接收所述樣品的透射光并將光線反射到另一個光收集系統中；在另一個光收集系統中，第一反射鏡接收分束鏡反射的光線并由該第一反射鏡將光線反射到第二凹面鏡上，該第二凹面鏡在所述第二可移動檔板開啟時將光線反射到第二反射鏡上，該第二反射鏡將光線反射到所述的單色儀中，光線由單色儀出射后進入光電系統。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：艾曼靈，張梅驕，金波，顧培夫，唐晉發，黃文標，
申請(專利權)人：杭州科汀光學技術有限公司，
類型：發明
國別省市：86[中國|杭州]