[發(fā)明專利]一種低吸收薄膜材料消光系數(shù)的精確計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410720302.6
• 申請(qǐng)日: 2014-12-02
• 公開（公告）號(hào): CN104458614A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 季一勤;姜玉剛;劉華松;王利栓;姜承慧;劉丹丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航天科工集團(tuán)第三研究院第八三五八研究所
• 主分類號(hào): G01N21/31
• 分類號(hào): G01N21/31
• 代理公司: 中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)公司專利中心 11011
• 代理人: 劉東升

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于弱吸收薄膜材料的消光系數(shù)精確測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低吸收薄膜材料消光系數(shù)的精確計(jì)算方法。

背景技術(shù)

隨著超高精度測(cè)量系統(tǒng)的快速發(fā)展，對(duì)超低損耗激光薄膜總損耗的要求越來越高。這些高精度激光測(cè)量系統(tǒng)的靈敏度、信噪比和性能強(qiáng)烈地依賴于薄膜的總損耗，沒有性能優(yōu)異的超低損耗激光薄膜，這些系統(tǒng)的優(yōu)越性能，有時(shí)甚至是基本功能都是不可能實(shí)現(xiàn)的。超高精度激光測(cè)試系統(tǒng)中使用了多種低損耗薄膜元件，其中腔鏡高反射膜的損耗對(duì)系統(tǒng)性能的影響最大，控制薄膜損耗就成為該系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)之一。高反射膜的損耗一直都是低損耗薄膜研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，根據(jù)能量守恒定律，高反射膜的反射率R可表示為：

R＝1-(A+S+T)

式中：S為散射損耗，A為吸收損耗，T為透射損耗。對(duì)于高反射膜，散射損耗、吸收損耗和透射損耗統(tǒng)稱為總損耗。吸收損耗是低損耗激光薄膜總損耗的重要組成部分，因此吸收損耗的控制對(duì)于降低薄膜的總損耗起到至關(guān)重要的作用。

目前制備的超低損耗激光薄膜吸收損耗水平多在幾十ppm到亞ppm量級(jí)，因此ppm量級(jí)的低損耗激光薄膜吸收損耗精確測(cè)試成為目前亟待解決的問題之一。目前激光薄膜吸收損耗測(cè)試技術(shù)主要有激光量熱測(cè)量技術(shù)和光熱偏轉(zhuǎn)技術(shù)兩種方法：(一)激光量熱測(cè)量技術(shù)：目前已有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(ISO11551)，能對(duì)絕對(duì)吸收損耗測(cè)量，測(cè)量可重復(fù)性好，可操作性強(qiáng)，但也存在著一些缺點(diǎn)，比如時(shí)間、空間分辨率低，需測(cè)量特定的樣品等。(二)光熱偏轉(zhuǎn)測(cè)量技術(shù)：雖然沒有統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，但實(shí)際得到了廣泛的應(yīng)用，具有靈敏度高，時(shí)間、空間分辨率高，可測(cè)量實(shí)際樣品，可分離薄膜吸收和基底吸收等優(yōu)點(diǎn)，但此方法只是一個(gè)相對(duì)測(cè)量，準(zhǔn)備定標(biāo)困難，操作難度大。但現(xiàn)有的這兩種弱吸收測(cè)試技術(shù)無法測(cè)量薄膜在632.8nm的吸收，從而精確計(jì)算632.8nm的消光系數(shù)，有必要研究吸收隨著波長(zhǎng)的變化規(guī)律，根據(jù)532nm和1064nm的測(cè)試結(jié)果，推導(dǎo)出薄膜在632.8nm的吸收，從而精確計(jì)算薄膜材料在632.8nm的消光系數(shù)，為設(shè)計(jì)和制備高性能的超低損耗激光薄膜打下基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：如何提供一種低吸收薄膜材料消光系數(shù)的精確計(jì)算方法。

(二)技術(shù)方案

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種低吸收薄膜材料消光系數(shù)的精確計(jì)算方法，其包括如下步驟：

步驟S1：采用離子束濺射沉積技術(shù)在單面基底上制備單層高折射率材料H薄膜和低折射率材料L薄膜；

步驟S2：采用橢圓偏振儀測(cè)量單層H薄膜和單層L薄膜的反射橢圓偏振參數(shù)Ψ(λ)和Δ(λ)，設(shè)定測(cè)量波長(zhǎng)范圍為λ_min-λ_max，測(cè)量步長(zhǎng)為Δλ，入射角度為θ；

步驟S3：建立單層薄膜材料的折射率計(jì)算模型，使用非線性優(yōu)化算法，對(duì)測(cè)量的橢圓偏振數(shù)據(jù)進(jìn)行反演計(jì)算，選擇Cauchy模型作為擬合模型，當(dāng)擬合計(jì)算的數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù)據(jù)基本一致時(shí)，則認(rèn)為反演計(jì)算成功，即可獲得單層H薄膜的物理厚度d_H、單層L薄膜的物理厚度d_L、單層H薄膜的折射率n_H和單層L薄膜的折射率n_L；

步驟S4：根據(jù)柯西公式計(jì)算獲得單層H薄膜和單層L薄膜材料的光學(xué)常數(shù)數(shù)據(jù)，在石英基底上設(shè)計(jì)工作角度為0度的632.8nm高反射膜，當(dāng)最外層為H層時(shí)，記為膜系M₁樣品，當(dāng)最外層為L(zhǎng)層時(shí)，記為膜系M₂樣品，設(shè)計(jì)時(shí)反射率大于99.995％；采用離子束濺射沉積技術(shù)，在超光滑的石英基底上鍍制0度的632.8nm高反射膜；

步驟S5：采用表面熱透鏡技術(shù)，其中泵浦光源選擇為532nm的綠光激光器，探測(cè)光源選擇為632.8nm的紅光激光器，在吸收損耗測(cè)量時(shí)，泵浦光近似于0度入射到高反射膜樣品上，在高反射膜樣品上選擇2mm×2mm區(qū)域內(nèi)的吸收損耗進(jìn)行掃描測(cè)量，取平均值即可獲得吸收損耗，M₁樣品對(duì)應(yīng)的吸收損耗為A₁，M₂樣品對(duì)應(yīng)的吸收損耗為A₂；