光学薄膜其他参数测量-薄膜折射率测量

作者：发布时间：2024-01-02 10:34:31点击：157

薄膜折射率测量

最常用的薄膜折射率测量方法为阿贝法(又称布儒斯特角法)，是基于光波在界面上的布儒斯特效应而建立的薄膜光学常数测试方法。其基本原理为当一束平行光以某一角度入射时，空白基板表面与镀模表面偏振光的反射率是相同的。这个特殊的入射角叫做膜层的布儒斯特角 (θiB)。当p 偏振光以θiB从n0媒介入射到n1媒介时(折射角为θ1 )，空气/膜层界面消失，振幅反射系数为零，即

散射角分布试系统

rp=(n0/cosθiB-n1/cosθ1）/（n0/cosθiB+n1/cosθ1）=0

于是

n0/cosθiB-n1/cosθ1=0

由斯涅耳定律得

n0cosθiB=n1cosθ1

由式（rp=(n0/cosθiB-n1/cosθ1）/（n0/cosθiB+n1/cosθ1）=0）和式（n0cosθiB=n1cosθ1），当n0=1时有

n1=tanθiB

这时，膜层与基板界面的p偏振光的反射率为

r2p=tan(θ1B-θ1）/tan(θ1B+θ1）=tan(90°-θiB-θ1)/tan(90°-θiB+θ1)=tan(θiB-θ1)/tan(θiB+θ1)

完全等于空气/基板界面的反射率，因此，膜区与无膜区的反射率相等。

这就是阿贝法测量折射率的依据。因此，只要测试出当 p偏振光在薄膜表面的反射率消失时的角度，就可以计算出薄膜的折射率。

基于阿贝法的检测系统基本上由以下结构组成：如图3-16 所示，光束经分束板分成两束光，经过偏振片，起偏为 p偏振光，分别照射在薄膜与基板表面上，反射的光束经反射镜反射进入积分球，并由光电倍增管接收。光束调制器使得照到薄膜样品与基板的光束分别为光电探测器所探测，这样转动转台，就可以改变光束的入射角。由于反射镜与样品之间构成二面角，可以减小由于转动转台造成积分球位置的转动，仅有少量的移动就可以测得光束的反射率。当光电探测器的输出为一个方波信号时，说明入射角尚未等于布儒斯特角，但薄膜与基板两者反射率相等时，即光电探测器的输出为一直流分量时，对应的角度就为薄膜的布儒斯特角。

阿贝法测试原理图