反射透射与吸收率测试资料课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Schl.of Optoelectronic Inform.,“,光电探测与传感集成技术,”,教育部国防重点实验室,State Key Lab.of ETFID,“,电子薄膜与集成器件,”,国家重点实验室,.,光谱分析测试系统的基本原理,薄膜光谱透射率的测试,薄膜反射率的测量,薄膜的吸收和散射测量,吸收损耗与散射损耗,激光量热仪基本原理,反射、透射与吸收率测试,Schl.of Optoelectronic Inform.,“,光电探测与传感集成技术,”,教育部国防重点实验室,State Key Lab.of ETFID,“,电子薄膜与集成器件,”,国家重点实验室,.,一、光谱分析测试系统的基本原理,分光光度计是测量薄膜透射率常用的光谱分析仪器；,按照光谱波段分类：,紫外,-,可见光分光光度计,、,红外分光光度计,；,按照测试原理分类：,单色仪分光光度计、干涉型光谱测试系统。,Schl.of Optoelectronic Inform.,“,光电探测与传感集成技术,”,教育部国防重点实验室,State Key Lab.of ETFID,“,电子薄膜与集成器件,”,国家重点实验室,.,1,、单色仪型分光光度计和基本原理,光源,发出检测波段的光束,照明系统光束整形,单色仪,入射狭缝（分光处理）、单色光出狭缝,样品池（可在单色仪前、后）,光电,传感器,产生电子,计算机软件处理,Schl.of Optoelectronic Inform.,“,光电探测与传感集成技术,”,教育部国防重点实验室,State Key Lab.of ETFID,“,电子薄膜与集成器件,”,国家重点实验室,.,光源的作用,提供,测量波段,所需的各种波长光束；稳压电源供电，,光强恒定；,可见光光源,：钨丝灯或卤钨灯；,紫外光光源,：氙灯或氘灯；,红外光光源,：卤钨灯或硅碳棒灯。,照明系统光束整形：对点光源的平行化处理等,Schl.of Optoelectronic Inform.,“,光电探测与传感集成技术,”,教育部国防重点实验室,State Key Lab.of ETFID,“,电子薄膜与集成器件,”,国家重点实验室,.,单色仪的作用,结构：色散原件、狭缝机构、色散原件及扫描驱动，,常用色散原件,“棱镜”和“光栅”；,棱镜：早期产品使用，,光栅优点,：色散大、分辨率大、光谱分布均匀；曲,面光栅可使光路系统优化。,单色仪利用狭缝将色散原件产生的空间分布不同波长的光分离开,狭缝具有一定的宽度，使得从单色器出来的单色光总是包含很窄波长范围的光带,狭缝照明的均匀性对测量准确度影响极大,Schl.of Optoelectronic Inform.,“,光电探测与传感集成技术,”,教育部国防重点实验室,State Key Lab.of ETFID,“,电子薄膜与集成器件,”,国家重点实验室,.,光电传感器的作用,结构：光电探测器和处理电路；,紫外,-,可见光,：光电三极管、光电倍增管、阵列光电,探测器（增强型,CCD,线阵或面阵）,红外光,：硫化铅光敏电阻、红外半导体传感器或热,电偶；,阵列光电传感器使用,：取消单色仪出射狭缝,Schl.of Optoelectronic Inform.,“,光电探测与传感集成技术,”,教育部国防重点实验室,State Key Lab.of ETFID,“,电子薄膜与集成器件,”,国家重点实验室,.,（,1,）单光路分光光度计,测试时，首先进行“空白样”测试，测试出,100%,透射基本光谱光电信号,实际样品测试，然后对比（即扣除空白样测试）,对光源输出光的稳定性要求较高,Schl.of Optoelectronic Inform.,“,光电探测与传感集成技术,”,教育部国防重点实验室,State Key Lab.of ETFID,“,电子薄膜与集成器件,”,国家重点实验室,.,依然采用单光路设计，可完成透射和反射测试,晶体偏振棱镜，可实现宽光谱照明,光电探测器与积分球结合,样品台转动，入射角可变，实现多角度测量,Schl.of Optoelectronic Inform.,“,光电探测与传感集成技术,”,教育部国防重点实验室,State Key Lab.of ETFID,“,电子薄膜与集成器件,”,国家重点实验室,.,（,2,）双光路扫描式分光光度计,也要进行“空白样”测试；,两束光由“光束选择调制器”分束处理，然后交替探测，两束光相除可得样品的透射率。,Schl.of Optoelectronic Inform.,“,光电探测与传感集成技术,”,教育部国防重点实验室,State Key Lab.of ETFID,“,电子薄膜与集成器件,”,国家重点实验室,.,Schl.of Optoelectronic Inform.,“,光电探测与传感集成技术,”,教育部国防重点实验室,State Key Lab.of ETFID,“,电子薄膜与集成器件,”,国家重点实验室,.,2,、基于干涉型的光谱分析系统,红外光谱仪,一般指工作在,2.5,25,m,范围内的光谱仪,在红外区域，常采用波数（波长的倒数，,cm,-1,）取代波,长，,2.5,25,m,对应,4000,400 cm,-1,（,10000/,m,）,红外光谱仪分“,色散型,”和“,干涉型,”,“色散型红外光谱仪”的不足：,扫描速度慢、探测器灵敏度低、分辨率低,几乎所有的现代红外光谱仪都是傅里叶变换的,Schl.of Optoelectronic Inform.,“,光电探测与传感集成技术,”,教育部国防重点实验室,State Key Lab.of ETFID,“,电子薄膜与集成器件,”,国家重点实验室,.,红外傅里叶光谱系统原理图,Schl.of Optoelectronic Inform.,“,光电探测与传感集成技术,”,教育部国防重点实验室,State Key Lab.of ETFID,“,电子薄膜与集成器件,”,国家重点实验室,.,光源发出的光被分成两束,一束经反射到达,动镜,，另一束经透镜到达,定镜,两束光分别经定镜和动镜反射，回到分束器,动镜以一,恒定速度,作直线运动，使得经分束器分束后的,两束光，由于动镜运动形成随时间变化的,光程差,d,，产生,干涉,，通过样品池被检测器,/,探测器感知，得到,干涉图谱,检测器,/,探测器：,TGS,（含重氢的氨基乙酸硫酸盐）或各型,红外探测器,Schl.of Optoelectronic Inform.,“,光电探测与传感集成技术,”,教育部国防重点实验室,State Key Lab.of ETFID,“,电子薄膜与集成器件,”,国家重点实验室,.,Schl.of Optoelectronic Inform.,“,光电探测与传感集成技术,”,教育部国防重点实验室,State Key Lab.of ETFID,“,电子薄膜与集成器件,”,国家重点实验室,.,红外傅里叶变换光谱仪具备的特点：,1,、探测的信号增大，大大提高了谱图的信噪比,2,、光学元件少，无狭缝和光栅，到达检测器,/,探测器的辐射,强度大，信噪比高,3,、波长（数）精度高（,0.01cm,-1,），重现性好，分辨率高,4,、扫描速度快，一次扫描一至数秒，且同时测定所有的波,数区间,应用各种光谱仪，可完成薄膜样品的光谱透射、光谱,反射以及光谱吸收测试。,Schl.of Optoelectronic Inform.,“,光电探测与传感集成技术,”,教育部国防重点实验室,State Key Lab.of ETFID,“,电子薄膜与集成器件,”,国家重点实验室,.,二、薄膜光谱透射率的测试,利用分光光度计测量薄膜透射率，操作简单,初始化过程,是需要的,影响测量准确性的主要因素,样品口径的影响（光斑尺寸影响）,样品厚度的影响（积分球的采用）,样品契角的影响（大口径积分球的采用）,Schl.of Optoelectronic Inform.,“,光电探测与传感集成技术,”,教育部国防重点实验室,State Key Lab.of ETFID,“,电子薄膜与集成器件,”,国家重点实验室,.,影响测量准确性的主要因素（续）,样品后表面的影响,空白基板的利用,与镀膜基底完全相同,按非相干表面处理,按强度而非幅度叠加,样品,总透射率,是各次,透射光的叠加,Schl.of Optoelectronic Inform.,“,光电探测与传感集成技术,”,教育部国防重点实验室,State Key Lab.of ETFID,“,电子薄膜与集成器件,”,国家重点实验室,.,影响测量准确性的主要因素（续）,样品后表面的影响,设空白基板的透射率为,T,0,，,忽略基板与薄膜吸收，,R,s,=1-,T,s,，同理,R,f,=1-,T,f,Schl.of Optoelectronic Inform.,“,光电探测与传感集成技术,”,教育部国防重点实验室,State Key Lab.of ETFID,“,电子薄膜与集成器件,”,国家重点实验室,.,影响测量准确性的主要因素（续）,光线的偏振效应,光线经过多次反射，测量光束带有偏振特性,高档次仪器：采用去偏或圆偏振光,样品的放置方式十分重要,;,分光光度计的偏振面一般平行于水平面,入射面出现夹角，产生偏振误差，应引起重视！,Schl.of Optoelectronic Inform.,“,光电探测与传感集成技术,”,教育部国防重点实验室,State Key Lab.of ETFID,“,电子薄膜与集成器件,”,国家重点实验室,.,影响测量准确性的主要因素（续）,仪器的光谱分辨率,分光光度计光谱分辨率低：,10nm,1nm,分辨率、带宽,6nm,截止滤波片，透过率,95%,（实线）,10nm,分辨率、带宽,8nm,截止滤波片，透过率,68%,（虚线）,Schl.of Optoelectronic Inform.,“,光电探测与传感集成技术,”,教育部国防重点实验室,State Key Lab.of ETFID,“,电子薄膜与集成器件,”,国家重点实验室,.,三、薄膜反射率的测试,薄膜反射率的测量复杂和困难得多,很难找到在很宽波段内,100%,反射的参考样品,反射光路变化灵敏，光斑位置有变化,测量范围和精度要求的不同,不同膜系，吸收与损耗将不能忽略,T+R=1,（不考虑吸收）,T+R+A=1,（考虑吸收）,Schl.of Optoelectronic Inform.,“,光电探测与传感集成技术,”,教育部国防重点实验室,State Key Lab.of ETFID,“,电子薄膜与集成器件,”,国家重点实验室,.,三、薄膜反射率的测试（续）,单次反射法测试薄膜的反射率,采用共焦显微系统、光斑小,测试凹凸不平表面反射,需要参比样品,K9,玻璃，在,360nm,2500nm,范围内具有平直光谱响应。,石英玻璃也可以作参比。,I,0,为,K9,反射信号,R,0,为,K9,理论反射率,Schl.of Optoelectronic Inform.,“,光电探测与传感集成技术,”,教育部国防重点实验室,State Key Lab.of ETFID,“,电子薄膜与集成器件,”,国家重点实验室,.,三、薄膜反射率的测试（续）,V-W,光路测量薄膜反射率,采用两次反射测试,可以去掉参考样品,反射率的,绝对测试,参比反射镜使用（,R,f,可未知）,最好选用球面反射镜,Schl.of Optoelectronic Inform.,“,光电探测与传感集成技术,”,教育部国防重点实验室,State Key Lab.of ETFID,“,电子薄膜与集成