CN104501958B - 一种红外剩余反射率光谱测试附件及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于反射率光谱测量技术领域，具体涉及一种红外剩余反射率光谱测试附件及测试方法。本发明研制专用的红外剩余反射率光谱测试附件，将需要在被测样品上两次反射的反射率测量光路转换成在被测样品上单次反射的反射率测量光路，对减反射薄膜的剩余反射率光谱进行测量。该测试方法的优点在于可以明显提高低反射率光谱的测量精度，特别是对于减反射薄膜剩余反射率光谱的测量效果更为明显，同时该方案对测试样品尺寸没有限制，可以测试大尺寸样品。

Description

一种红外剩余反射率光谱测试附件及测试方法

技术领域

本发明属于反射率光谱测量技术领域，具体涉及一种红外剩余反射率光谱测试附件及测试方法。

背景技术

减反射薄膜在主要应用于透射光学元件中，可以使光学元件在改变光路的同时尽量减少入射光能量的损耗，因此要求减反射薄膜具有更高的光谱透过率；而另一方面，镀制减反射薄膜光学元件的剩余反射则会带来杂散光，严重影响光学系统的功能，因此仅测试减反射薄膜的透过率光谱是不够的，需要同时对其反射率光谱进行测量。

目前剩余反射的测试大部分是基于激光波长的，例如专利号CN201310739982.1一种大口径激光玻璃包边剩余反射的测量装置及方法。反射率光谱的测量是基于光谱仪实现的，应用最多的是VW型测量光路，例如德国Bruker公司的的VW绝对反射附件，光路校准时采用V型光路，测试时则为W型光路，这种装置的共同特点是更适合高反射率光谱测试，而对于减反射薄膜剩余反射测试存在噪声过大的问题，无法实现剩余反射率光谱的精确测试；另外还存在测试样品尺寸限制问题，只能测试在一定尺寸范围内的样品的红外反射光谱，无法实现大尺寸样品测试。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何解决减反射薄膜剩余反射测试时的噪声过大的问题和测试样品尺寸限制问题。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种红外剩余反射率光谱测试附件，其设置为：分别测量标准反射镜的尺寸、标准反射镜距离前、后、左、右参考位置的距离、以及标准反射镜在校准时所在平面与参考平面之间的距离；根据测试结果设计所述测试附件，使测试光路与背景扫描光路一致，在不改变VW型绝对反射附件校准光路即V型光路的前提下，使测试附件替代VW型绝对反射附件的镀金反射镜标准片的位置，以达到测试被测样品红外反射光谱的目的；

所述红外剩余反射率光谱测试附件具体提供如下方式获得：

选定VW型绝对反射附件支撑选择装置的两侧支架的上表面为参考平面，测量参考平面与校准光路设置的镀金反射镜标准片反射面之间的距离t，由此设置红外剩余反射率光谱测试附件的厚度为t；

测量两侧支架外侧的距离为l，由此设置红外剩余反射率光谱测试附件的内侧长度为l，红外剩余反射率光谱测试附件两侧设置适当长度的凸出，用于与标准附件的两侧支架配合定位；

测量两侧支架顶端的宽度w，由此设置红外剩余反射率光谱测试附件的宽度为w；

测量镀金反射镜标准片的长度a和宽度b，以及其中心位置，在红外剩余反射率光谱测试附件上的相应位置处设置出长度为α*a、宽度为β*b的长方形孔，其中α≥1，β≥1.4。

此外，本发明还提供一种红外剩余反射率光谱测试方法，其基于所述红外剩余反射率光谱测试附件来实施，测试时需要傅立叶红外光谱仪、VW型绝对反射附件以及与VW型绝对反射附件配套使用的红外剩余反射率光谱测试附件；

所述红外剩余反射率光谱测试附件安放在VW型绝对反射附件的最上面，安放时镀金标准片旋至W型光路位置，其尺寸与VW型绝对反射附件配合；

所述测试方法包括如下步骤：

步骤S1：在傅立叶红外光谱仪上安装标配的VW型绝对反射附件；

步骤S2：采用标配的VW型绝对反射附件校准背景光谱能量；

步骤S3：采用标配的VW型绝对反射附件测试得到校准片，即附件配置的镀金反射镜的反射率光谱R₁(λ)；其中，λ为波长；

步骤S4：采用前述红外剩余反射率光谱测试附件测试校准片反射率光谱R₂(λ)；

步骤S5：采用步骤S4中红外剩余反射率光谱测试附件测试得到减反射膜剩余反射率光谱R₃(λ)，根据如下公式计算得到减反射膜剩余反射率光谱R(λ):

(三)有益效果

本发明研制专用的红外剩余反射率光谱测试附件，将需要在被测样品上两次反射的反射率测量光路转换成在被测样品上单次反射的反射率测量光路，对减反射薄膜的剩余反射率光谱进行测量。该测试方法的优点在于可以明显提高低反射率光谱的测量精度，特别是对于减反射薄膜剩余反射率光谱的测量效果更为明显，同时该方案对测试样品尺寸没有限制，可以测试大尺寸样品。

附图说明

图1为红外剩余反射率光谱测试附件机械图。

图2为标准附件反射率光谱测量光路示意图。

图3为常规反射率光谱测量光路示意图。

图4为标准附件测试的石英基底金膜校准片反射率光谱。

图5为采用红外剩余反射率光谱测试附件的反射率光谱测量光路示意图。

图6为红外剩余反射率光谱测试附件测试的金反射镜反射率光谱。

图7为Ge基底中波减反射膜反射光谱常规测试与红外剩余反射率光谱测试附件测试的曲线示意图。

图8为Ge基底中波减反射膜反射光谱常规测试与红外剩余反射率光谱测试附件测试曲线示意图(局部放大)。

图9为CaF2反射率光谱常规测试与红外剩余反射率光谱测试附件的测试曲线示意图。

图10为CaF2反射率光谱常规测试与红外剩余反射率光谱测试附件的测试曲线示意图(局部放大)。

图11为本发明技术方案的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

为解决现有技术的问题，本发明提供一种红外剩余反射率光谱测试附件，如图1所示，其设置为：分别测量标准反射镜的尺寸、标准反射镜距离前、后、左、右参考位置的距离、以及标准反射镜在校准时所在平面与参考平面之间的距离；根据测试结果设计所述测试附件，使测试光路与背景扫描光路一致，在不改变VW型绝对反射附件校准光路即V型光路的前提下，使测试附件替代VW型绝对反射附件的镀金反射镜标准片的位置，以达到测试被测样品红外反射光谱的目的；

所述红外剩余反射率光谱测试附件具体提供如下方式获得：

选定VW型绝对反射附件支撑选择装置的两侧支架的上表面为参考平面，测量参考平面与校准光路设置的镀金反射镜标准片反射面之间的距离t，由此设置红外剩余反射率光谱测试附件的厚度为t；

测量两侧支架外侧的距离为l，由此设置红外剩余反射率光谱测试附件的内侧长度为l，红外剩余反射率光谱测试附件两侧设置适当长度的凸出，用于与标准附件的两侧支架配合定位；

测量两侧支架顶端的宽度w，由此设置红外剩余反射率光谱测试附件的宽度为w；

测量镀金反射镜标准片的长度a和宽度b，以及其中心位置，在红外剩余反射率光谱测试附件上的相应位置处设置出长度为α*a、宽度为β*b的长方形孔，其中α≥1，β≥1.4。

此外，本发明还提供一种红外剩余反射率光谱测试方法，其基于所述红外剩余反射率光谱测试附件来实施，测试时需要现有的傅立叶红外光谱仪、VW型绝对反射附件以及与VW型绝对反射附件配套使用的红外剩余反射率光谱测试附件；所述红外剩余反射率光谱测试附件也称为专用附件；

所述红外剩余反射率光谱测试附件安放在VW型绝对反射附件的最上面，安放时镀金标准片旋至W型光路位置，其尺寸需要与VW型绝对反射附件配合；这里以Bruker Vertex70傅立叶红外光谱仪为平台，设计的红外剩余反射率光谱测试附件具体尺寸见附图1；

如图11所示，所述测试方法包括如下步骤：

步骤S1：在傅立叶红外光谱仪上安装标配的VW型绝对反射附件；

步骤S2：采用标配的VW型绝对反射附件校准背景光谱能量；

步骤S3：采用标配的VW型绝对反射附件测试得到校准片，即附件配置的镀金反射镜的反射率光谱R₁(λ)；其中，λ为波长；

步骤S4：采用前述红外剩余反射率光谱测试附件测试校准片反射率光谱R₂(λ)；

步骤S5：采用步骤S4中红外剩余反射率光谱测试附件测试得到减反射膜剩余反射率光谱R₃(λ)，根据如下公式计算得到减反射膜剩余反射率光谱R(λ):

下面结合具体实施例来详细描述本发明。

实施例

本实施例将基于德国Bruker公司Vertex 70型付利叶红外光谱仪进行具体说明。首先分别测量标准反射镜的尺寸，标准反射镜距离前、后、左、右参考位置的距离，以及标准反射镜在校准时所在平面与参考平面之间的距离；根据测试结果设计红外剩余反射率光谱测试附件，使测试光路与背景扫描光路一致，其机械图见图1。

下面基于上述红外剩余反射率光谱测试附件对Ge基底和Si基底上的减反射膜的剩余反射率光谱进行测量。

1)安装标准反射附件，进行反射率光谱测试背景校准，参数设置为：光谱范围4000-400cm-1，分辨率4cm-1，背景扫描次数10，样品扫描次数10，背景校准光路参阅图2；

2)采用标准附件测试得到校准片反射率光谱R₁(λ)，这里采用的是石英基底上镀制金膜，测量光路参阅图3，测量结果参阅图4，石英基底金膜校准片的反射率为99％左右；

3)放置红外剩余反射率光谱测试附件，测试金膜校准片反射率光谱R₂(λ)，测试光路参阅图5，采用红外剩余反射率光谱测试附件的测试光路与背景校准光路相同，反射率测试结果高于100％，具体参阅图6；

4)采用红外剩余反射率光谱测试附件测试得到双面抛光尺寸为Ф20mm×2mm的Ge基底上减反射膜剩余反射率光谱R₃(λ)，根据公式计算得到减反射膜剩余反射率光谱R(λ)：

红外剩余反射率光谱测试附件的测试结果和常规测试结果对比情况参阅图7和图8，其中图8为低反射区局部放大，两种测试曲线吻合较好，但红外剩余反射率光谱测试附件的测试曲线明显噪声更低，尤其是在低反射区更加明显；

5)采用步骤4)中相同的方法测试得到单面抛光尺寸为Ф30mm×3mm的CaF₂基底上减反射膜剩余反射率光谱，与常规测试结果对比情况见图9和图10，其中图10为低反射区局部放大，两种测试曲线吻合较好，且与CaF₂的理论反射率一致，但红外剩余反射率光谱测试附件的测试曲线明显噪声更低，尤其是在低反射区效果更加明显。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种红外剩余反射率光谱测试附件，其特征在于，其设置为：分别测量标准反射镜的尺寸、标准反射镜距离前、后、左、右参考位置的距离、以及标准反射镜在校准时所在平面与参考平面之间的距离；根据测试结果设计所述测试附件，使测试光路与背景扫描光路一致，在不改变VW型绝对反射附件校准光路即V型光路的前提下，使测试附件替代VW型绝对反射附件的镀金反射镜标准片的位置，以达到测试被测样品红外反射光谱的目的；

所述红外剩余反射率光谱测试附件具体提供如下方式获得：

选定VW型绝对反射附件支撑选择装置的两侧支架的上表面为参考平面，测量参考平面与校准光路设置的镀金反射镜标准片反射面之间的距离t，由此设置红外剩余反射率光谱测试附件的厚度为t；

测量两侧支架外侧的距离为l，由此设置红外剩余反射率光谱测试附件的内侧长度为l，红外剩余反射率光谱测试附件两侧设置适当长度的凸出，用于与标准附件的两侧支架配合定位；

测量两侧支架顶端的宽度w，由此设置红外剩余反射率光谱测试附件的宽度为w；

测量镀金反射镜标准片的长度a和宽度b，以及其中心位置，在红外剩余反射率光谱测试附件上的相应位置处设置出长度为α*a、宽度为β*b的长方形孔，其中α≥1，β≥1.4。

2.一种红外剩余反射率光谱测试方法，其特征在于，其基于权利要求1所述红外剩余反射率光谱测试附件来实施，测试时需要傅立叶红外光谱仪、VW型绝对反射附件以及与VW型绝对反射附件配套使用的红外剩余反射率光谱测试附件；

所述红外剩余反射率光谱测试附件安放在VW型绝对反射附件的最上面，安放时镀金标准片旋至W型光路位置，其尺寸与VW型绝对反射附件配合；

所述测试方法包括如下步骤：

步骤S1：在傅立叶红外光谱仪上安装标配的VW型绝对反射附件；

步骤S2：采用标配的VW型绝对反射附件校准背景光谱能量；

步骤S3：采用标配的VW型绝对反射附件测试得到校准片，即附件配置的镀金反射镜的反射率光谱R₁(λ)；其中，λ为波长；

步骤S4：采用前述红外剩余反射率光谱测试附件测试校准片反射率光谱R₂(λ)；

步骤S5：采用步骤S4中红外剩余反射率光谱测试附件测试得到减反射膜剩余反射率光谱R₃(λ)，根据如下公式计算得到修正后的减反射膜剩余反射率光谱R(λ):

$R\left(\mathrm{\λ}\right)=R_3\left(\mathrm{\λ}\right)\frac{R_1\left(\mathrm{\λ}\right)}{R_2\left(\mathrm{\λ}\right)}.$