Testingmethodofopticalcon0pticalthinfilmsbasedonspectro-photo2021-10-18發(fā)布2022-I請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由中國(guó)材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)光電材料及產(chǎn)品領(lǐng)本文件由中國(guó)材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)光電材料及產(chǎn)品領(lǐng)域委員會(huì)（CSTM/FC61基于光譜反演的光學(xué)薄膜常數(shù)測(cè)試方法警示——使用本文件的人員應(yīng)有正規(guī)實(shí)驗(yàn)室工作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本文件并未指出所有可能的安全問題。使用者有責(zé)任采取適當(dāng)?shù)陌踩徒】荡胧⒈ＷC本文件適用于50nm～5000nm的介質(zhì)光學(xué)薄基片為各種可見光透明光學(xué)玻璃、可見光透明各向同下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T26332.1-2018GB/T26810-2011可見光GB/T26332.1-2018界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。光譜透射比spectraltransmittanceτ(λ)透過的與入射的輻射能通量或光通量的光譜密集度之比。［來(lái)源：GB/T26332.1-2018，2.2.3］光譜反射比spectralreflectanceP(λ)反射的與入射的輻射能通量或光通量的光譜密集度之比。［來(lái)源：GB/T26332.1-2018，2.2.3］光譜吸收比spectralabsorptanceα(λ)2吸收的與入射的輻射能通量或光通量的光譜密集度之比。［來(lái)源：GB/T26332.1-2018，2.2.4］光譜散射spectralscatter在某一表面或某一介質(zhì)的作用下，一束光的傳播由一個(gè)方向改變到多個(gè)方向，光的空間分布發(fā)生了變化，而組成這束光的任一單色成分的頻率均未發(fā)生任何變化。［來(lái)源：GB/T26332.1-2018，2.2.5］折射率refactiveindexn(λ)光在真空中的傳播速率與在介質(zhì)中的傳播速率之比。［來(lái)源：GB/T26332.1-2018，2.2.6］消光系數(shù)extinctioncofficientk(λ)復(fù)折射率中虛數(shù)部分，表征薄膜材料的吸收。數(shù)值引起的光學(xué)常數(shù)的誤差可以忽略，在此不考4.1.3沉積的單層膜，與空氣和基片的界面都存在一個(gè)過渡層，在這里稱謂：散射層和過渡層，在一定條件下，散射層和過渡層的厚度效應(yīng)很弱小，可3柯西模型的光學(xué)常數(shù)由公式（1）和公式（2（1）（2）λ—波長(zhǎng)，單位為nm；k0、k1、k2—消光系數(shù)色散參數(shù)；C0—系數(shù)，C0=102；C1—系數(shù)，C1=107。4.3.2陶克-洛倫茲（Tanc-Lorentz，TL4圖3陶克-洛倫茲（Tanc-Lorentz，TL）模型4.3.2.2透明介質(zhì)薄膜的復(fù)介電常數(shù)ε（E）見公式（3）。可表示為實(shí)部和虛部：1——實(shí)部可通過Kramers-Kronig積分公式（4）獲得：2——虛部，可通過（5）獲得：4.3.2.3TL模型中可由多個(gè)不同的振子構(gòu)成，每個(gè)振子由Eg、E0、A、C四個(gè)參數(shù)構(gòu)成，Eg是材料吸收限（eVE0是共振頻率（eVA為振幅，C為帶寬，E=2π/λ。（6）（7）A、B、C、D、F—系數(shù)；λ—波長(zhǎng)。5對(duì)于材料的弱吸收波段，上述三種模型可近似等效。對(duì)于如在紫外波段有明顯吸收（10）na—空氣折射率，na=1；（12）4.4.1.3利用透射比τ進(jìn)行反演時(shí)，考慮分光光度計(jì)測(cè)試光源為非相干光，整體透射比見公式（136當(dāng)在第i個(gè)波長(zhǎng)上測(cè)到相應(yīng)的透射比τm(λi)或反射比pm(λi)。評(píng)價(jià)函數(shù)MSE為測(cè)量透過比值τm(λi)和理論透射比值τth(λi)之差的平方和或測(cè)量反射比值pm(λi)和理論反射比值pth(λi)之差的（14）選取第4章中的一款模型和根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值確定參數(shù)，計(jì)算理論透射比τth(λi)或理論反射比pth(λi)；用光度計(jì)測(cè)量獲得的各波長(zhǎng)點(diǎn)的透射比τm(λi)或反射比pm(λi)，計(jì)算評(píng)價(jià)函數(shù)MSE；采用最小二乘法、梯度法、模擬退火法等優(yōu)化方法，調(diào)整模型參數(shù)，獲得相應(yīng)的色分光光度計(jì)，其性能應(yīng)滿足GB/T26810-2011可見光分光光度計(jì)4.2和4.3中II級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，探采用分光光度計(jì)測(cè)試單層薄膜的透射比或反射比，通過光學(xué)膜層特征矩陣，反演相應(yīng)的光學(xué)常數(shù)。測(cè)試按如下步驟進(jìn)行。b)數(shù)據(jù)導(dǎo)出：將光譜值數(shù)據(jù)導(dǎo)出；c)基片反演：以4.1和4.2建立相應(yīng)的基片模型（不考慮空氣-基片界面層），按公式(11)和公式(12)計(jì)算基片透射比或反射比，采用4.5中優(yōu)化方法，反演基片的色散模型系數(shù)。推薦使用柯西模型，按經(jīng)驗(yàn)值給定初始參。其中公式（1）中n0參考值為該材料標(biāo)稱折射率，n1、n2初始值置零，公式(2)消光系數(shù)k中各系數(shù)k0、k1、k2初始值均置零，獲得基片折射率ns的色散系數(shù)；d)．膜層建模:按照?qǐng)D1和圖2的膜層數(shù)學(xué)模型建立膜層的數(shù)學(xué)模型，對(duì)薄膜材料取4.3中的一種色散模型，推薦使用公式（1）、公式（2）代表的柯西模型，按經(jīng)驗(yàn)值給定初始參數(shù)，其中公式(1)中n0參考值為該薄膜材料標(biāo)稱折射率，n1、n2初始值置零，公式（2）消光系數(shù)k中各系數(shù)k0、k1、k2初始值均置零，按公式（13）和公式（9）計(jì)算鍍膜面透射比或反射比；也可采用公式（3）、公式（4）、公式（5）代表的陶克-洛倫茲模型（圖3）和公式（6）、公式（7）代表的塞繆爾模型和柯西模型；e)建立評(píng)價(jià)函數(shù)：根據(jù)色散模型和結(jié)構(gòu)，依據(jù)公式（14）或公式（15）構(gòu)建相應(yīng)的評(píng)價(jià)函數(shù)MSE;f)反演：采用4.5中優(yōu)化方法，依據(jù)公式（8）～（13），進(jìn)行光譜反演，獲得材料折射率、消光系數(shù)和厚度d；g)評(píng)價(jià)：根據(jù)計(jì)算結(jié)果最后評(píng)價(jià)函數(shù)MSE的大小、擬合曲線的符合程度、已知材料的經(jīng)驗(yàn)值判定是否物理解，如果判定為數(shù)學(xué)解，改變初始結(jié)構(gòu)和初始參數(shù)，從c)重新進(jìn)行計(jì)算；h)驗(yàn)證：將材料參數(shù)和厚度輸入薄膜設(shè)計(jì)軟件，進(jìn)行驗(yàn)證。9精密度和測(cè)量不確定度重復(fù)性±1.0nm，透射比準(zhǔn)確度±1.0%，重復(fù)性±0.