使用Cary 7000 全能型分光光度计研究绝对镜面反射的角度关系

前言表征光学样品的一个常见方法是以单一入射角度 (AOI) 测量其反射或透射特性。但是，如果以多 AOI 测量反射和/或透射能得到更完整的样品表征，可以更深入地了解样品的光学性质。本应用简报介绍了 Cary 7000 全能型分光光度计 (UMS) 如何快速、自动地测量多 AOI 的绝对镜面反射， 也展示了三维 (3-D) 图和二维 (2-D) 等高线图进行数据可视化的价值。

实验部分样品样品是一个直径为 200 mm，厚度为 0.80 mm 的大硅片。抛光后的前表面涂有光学涂层。表 1 列出了样品和采集条件。仪器使用 Cary 7000 UMS 采集数据，它是一款高度自动化系统，可在可变角度测试样品的绝对镜面反射和透射。有了Cary 7000 UMS，操作者可独立、电动控制照射样品的入射角和检测器的位置，检测器可围绕样品的弧形轨迹自由旋转。独立控制样品旋转角度和检测器位置，可实现快速、准确和无人值守的测量。过去，反射率和透射率的测量需要使用安装不同附件的分光光度计。但是，由于不同测量模式（附件）下照射光束的几何形状会发生变化，以及照射到样品的光束会发生移动，这就导致每次测试的样品区域会有差别。

如果薄膜沉积过程中薄膜厚度不均匀，那么反射率和透射率测量会受到影响。随着 Agilent Cary 7000 UMS 的诞生，现在无需移动样品便可在样品的同一个位置测量透射率和反射率，有效解决了偏差来源。

测量测量 AOI 为 6° 到 86° 的镜面反射，增量为 1°。通过自动转动的线栅偏振器控制照射到样品的入射光偏振。测量了 s 偏振和 p 偏振光的反射。使用 Cary WinUV 软件方法编辑器设置采集条件。采集全部数据序列之前，只需测量两条基线，一条用于 s 偏振，另一条用于 p 偏振。这两条基线用于所有角度的测试，软件可在单一采集图谱中采用合适的基线。相比之下，其它系统要采集每个角度的每个偏振基线，显著增加了采集的总时间。两条基线采集完毕后，该系统可完成整个数据的自动采集。正如前面提到的，大硅片的直径可达 200 mm。Cary 7000UMS 设计为可容纳直径为 275 mm 的样品，能检测非常高的掠入射角。可在接近 90° 的角度测量最大允许尺寸的样品，而不会使入射光从样品上“脱落”。

结果和讨论镜面反射图 2 显示了 s 偏振光入射角度为 6° 到 86°，增量为 1° 的绝对镜面反射谱图。p 偏振光也能得到相似谱图（文章中未给出）。分析数量如此庞大的光谱图是一项严峻的挑战。图 3 和图 4 分别是 Scilab 软件生成的、同一组数据的二维等高线图和三维图 [1]。结合微小区域和相关的 %R 值可以看出，反射特性高度依赖于 AOI。

例如，在红外区域、接近法向 AOI 处，有一个最小区域中心约在 1900 nm 处的宽带。在更高的入射角（约 70°），最小中心出现在约 1400 nm 处。此外，最小区域很窄，得到的 %R 值也非常接近于零。反射涂层最终能够使用，需要满足 AOI、光谱区和 %R 的相关性能要求，而这些测量结果也可反馈到涂层设计上。显然，仅采用一个 AOI 测量涂层的常规方法不能证实较强的角度关系。

结论经证实，Cary 7000 UMS 可使用 s 和 p 偏振光，在较宽AOI 范围内自动采集大涂层样品的高质量光谱图。测试过程*由软件控制，一旦样品安装完毕，便可进行*自动的数据采集。以宽的波长范围，宽 AOI 范围和不同偏振光对样品进行完整表征，使我们能更深入的了解光学涂层的角度关系。此外，使用三维和二维等高线图对数据进行可视化，可深入了解光学涂层性能。这些有价值的信息有助于涂层的设计和优化。