LAMBDA 1050+ 紫外/可见分光光度计测量薄膜的吸收率和折射率

简介：光学涂层由多层薄膜组合而成，这些薄膜层产生干涉效应，用于增强光学系统的透射或反射特性。光学涂层的性能取决于多种因素，包括层数、每层的厚度以及层间折射率的差异。通过波动理论预测光的透射特性。光的波动特性将导致波表现出干涉效应。彼此同步的光波经历相长干涉，并且它们的波幅相互叠加。彼此*不同步（相差 180°）的光波经历相消干涉，并且它们的波幅相互抵消。薄膜涂层正是通过光学干涉原理，达到控制光的反射和透射的目的。

在设计薄膜时，尽管光的波长和入射角通常已有规定，但是可以通过改变薄膜层的折射率和厚度来实现性能优化。由于折射率和厚度受到调整，涂层内光射线的光程长度将受到影响，从而反过来改变传播的光的相位值。当光通过光学元件传播时，涂层任意一侧折射率变化的两个界面上将发生反射。为了使反射最小化，当两个反射部分在第一个交界处重组时，最好能使两个反射部分之间存在 180°相移。该相位差与正弦波的 λ/2偏移相关，这最好通过将薄膜层的光学厚度调整为 λ/4 来实现。

反射光的强度不仅是两种材料的折射率之比的函数，而且还是入射光的入射角和偏振角的函数。如果改变光的入射角，则每个薄膜层内的内角和光程长度将受到影响，并进而影响到反射光束中的相变量。用两个平面偏振光束（一个平面偏振光束的电场平行于入射平面（p 偏振），另一个平面偏振光束的电场则垂直于入射平面（s 偏振））的叠加来描述入射辐射，是一种简便的做法。当使用非垂直入射时，s 偏振光和 p 偏振光在每个界面处的反射将有所不同，这将导致两个偏振处的光学性能亦不相同。

其中，k 表示当电磁波通过材料传播时的吸收损失量。在物理学中，k 通常被称为消光系数。n 和 k 都取决于波长。在大多数情况下，k>0（光被吸收）。在本文中，我们将展示如何通过光谱数据计算薄膜的吸收率、折射率和薄膜厚度。

实验部分为了确定 n 和 k，需要进行多次光学测量，这些测量需要将附件添加到紫外 / 可见光分光光度计中。为了计算薄膜的吸收系数（关于：吸收率、消光度），需要获得材料的透射和绝对反射光谱（因此材料不能是不透明的）。使用高性能 Lambda 分光光度计（Lambda 850+/1050+）时，进行上述理想的附件是积分球附件（最好是 PE- 蓝菲光学聚四氟乙烯涂层 150 mm 积分球）或通用反射附件（URA）。尽管可以使用较小的积分球进行测量，但是随着球体的尺寸变小，准确度也将随之下降。当吸收率降低时，较小的积分球可能不具备所需的固有准确度。如果可以测量伴有透射的绝对镜面反射，则可以使用许多其他附件，例如 VN 8 度绝对镜面反射附件。在下一节中，将讨论使用配有蓝菲光学聚四氟乙烯涂层的150mm 铟镓砷积分球的 Lambda 1050+ 紫外 / 可见 / 近红外分光光度计计算吸收率的程序和部分实例结果。吸收率是指不被材料透射或反射，但是被材料吸收的光。方程式 T + R + A = 1 描述了理论，其中 T = 透射比、R = 反射率、A = 吸收率。

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结论参照级高性能 Lambda 1050+ 搭配合适的附件后，将成为测定光学薄膜常数的理想工具。本文描述了用于测定薄膜折射率（n）、吸 收 率（k）和 膜 厚 度 的 程 序。经 过 证 明，150mm InGaAs 积分球和通用反射附件是用于获取本文中展示的示例数据的理想附件