175nm-50000nm变角度透射反射光学性能检测方法进展
时间：2024-08-29 阅读：201
随着智能穿戴设备、消费电子设备应用兴起，生物识别、物联网、自动驾驶、国防/安防等领域对光电镀膜材料的需求日益旺盛。不同行业根据使用场景，对光学镀膜的性能提出了更加多样化的需求，越来越多需要测试镀膜样品的变角度透射、变角度反射信号。传统变角度反射测试一般为相对反射率测试，需要通过参比镜进行数据传递，往往参比镜在不同角度下的绝对反射率曲线很难获取，给测试带来很大困难，同时在数据传递中也会增加误差的来源。
本文主要介绍采用珀金埃尔默紫外/可见/近红外光谱仪和Spectrum 3红外傅里叶变换红外光谱仪，配置TAMS等可变角度测试附件，测试样品不同角度下绝对反射率、透射率数据，实现175nm-50000nm透射率、反射率等光学性能的精确表征。
TAMS附件为变角度绝对反射、变角度透射测试附件，如下图所示，检测器和样品台均可以360度旋转，通过样品台和检测器配合旋转，测试不同角度下透射和反射信号。
Lambda系列分光光度计
TAMS变角度透射反射附件光路图
图1 仪器外观图
以下分别选取不同应用场景下的典型样品，对测试数据进行简要介绍。
01 样品变角度透射测试
采用TAMS附件可以方便快捷的测试样品不同角度下透射数据，自动测试样品不同角度下P光和S光下透射率曲线，一次设置即可完成所有角度在不同偏振态下透射率曲线测试，测试曲线如下图所示。
图2 样品不同角度和偏振态下透射率测试数据
TAMS附件配套不同的偏振组件，可以自动测试样品不同波长下偏振信号，如下图测试石英样品在45度下偏振P光和S光反射数据：
图3 样品紫外波段P光和S光偏振测试
02 样品变角度透射/反射曲线测试
通过软件设置，可一次性测试得到样品透射和反射率曲线，如下图，该样品在可见波长下反射率大于99.5%，透射率低于0.5%，可同时表征高透和减反性能。
图4 样品45度透射和反射曲线测试
03 NIST标准铝镜10度反射率曲线测试
测试NIST标准铝镜10度下反射率数据，如下图所示，黑色曲线为TAMS测试曲线，红色为NIST标准值曲线，两条测试曲线完全重合，进一步证明测试系统的可靠性，可以准确测试样品的光学数据。
图5 NIST标准铝镜10度反射率曲线测试
（红色为NIST标准曲线）
04 样品变角度全波长反射曲线测试（200-2500nm）
软件设置不同的测试角度和偏振方向，自动测试样品不同角度下P光和S光偏振态下反射率曲线，如下图所示，200-2500nm整个波段下测试曲线均有优异信噪比，尤其是在紫外区(200-400nm),可以完成各波长范围的反射性能测试。
图6 样品全波段（200-2500nm）
变角度反射率测试
变角度反射率测试
05 不同膜系设计的镀膜样品性能验证
测试样品600-1400nm下45度反射率曲线，该样品在1200nm以上属于高反射率，反射率大于99.5%，同时需要关注600-1200nm范围各个吸收峰情况，该波段下吸收峰非常尖锐，同时吸收峰较多，需要仪器具备高分辨率，从而准确测试出每一个尖锐吸收峰信号。
图7 膜系设计验证样品45度反射率测试
06 双向散射分布函数（BSDF）测试
除了测试常规变角度透射和反射曲线外，TAMS附件可以自动测试样品不同角度下透射和反射率信号，可以得出样品不同角度下的透射分布函数(BTDF)和反射分布函数(BRDF)信号，最终得到双向散射分布函数(BSDF)。采用该附件可方便测试样品双向散射分布函数(BSDF)、双向反射分布函数(BRDF)、双向透射分布函数(BTDF)等光学参数测试，测试结果如下图所示：
图8 BRDF和BTDF测试
如下图所示，测试样品不同波长下BSDF分布函数曲线(BRDF + BTDF)，从而可以得出样品随不同角度下透射和反射信号变化情况。
图9 样品不同波长下BSDF（BRDF+BTDF）测试
07 窄带滤光片测试
Lambda系列光谱仪为双样品仓设计，TAMS附件可与标准检测器、积分球检测器自由更换。对于窄带滤光片样品，即需要准确测设带通区域的透过率、半峰宽，也需要准确测试截止区吸光度值(OD值)，可直接切换标准检测器进行检测。
图10 用于激光雷达的镀膜镜片透射
和OD值测试数据
和OD值测试数据
08 红外波段区变角透射反射测试
珀金埃尔默傅里叶变换红外光谱仪，可广泛应用于上述红外材料光学性能测试，可测试样品在不同波段下红外透光率以及反射率，搭配变角透射及变角反射附件，可以实现不同角度下透射率及反射率测试，如下图为红外波段透射和反射测试曲线：
图11 用于Spectrum3
傅里叶红外的TAMS附件
傅里叶红外的TAMS附件
图12 红外TAMS附件测试样品
红外波段不同角度透射数据
红外波段不同角度透射数据
Summary
综上，采用Lambda系列紫外/可见/近红外分光光度计以及傅里叶红外光谱仪，搭配TAMS、标准检测器、积分球等多种采样附件，可以组合出完备的材料光学性能测试平台，满足光学镀膜测试的多样化需求，更加准确便捷的得到样品的光学检测数据。