[發(fā)明專利]一種基于粗糙面反射率譜反演材料復(fù)折射率的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611080606.6
• 申請日: 2016-11-30
• 公開（公告）號: CN106596469B
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 牟媛;吳振森;陽志強;曹運華
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01N21/3581;G01N21/3586;G01N21/55
• 代理公司: 北京一格知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11316
• 代理人: 趙永偉

一種基于反射率譜反演粗糙面復(fù)折射率的方法，利用傅里葉光譜儀，測量三種以上不同粗糙表面的樣片反射率譜；利用遠紅外橢偏儀，測量拋光定標板的復(fù)折射率精確解；利用遺傳算法計算粗糙樣片的表面均方根高度；結(jié)合菲涅爾反射系數(shù)的基爾霍夫近似，獲得均方根高度的平方與反射率自然對數(shù)的線性關(guān)系；使用最小二乘法，數(shù)值計算光滑表面的反射率譜，與拋光定標板的反射率譜相吻合。以橢偏儀測量的復(fù)折射率作為實驗初值，采用KK理論，根據(jù)光滑表面的反射率譜反演材料的復(fù)折射率，反演結(jié)果與橢偏儀測量結(jié)果吻合。該方法適用于表面粗糙樣片的復(fù)折射率提取，測量范圍寬，克服了實驗系統(tǒng)操作復(fù)雜，測量頻點有限以及樣片工藝嚴格等缺點。

技術(shù)領(lǐng)域

發(fā)明屬于粗糙表面介質(zhì)材料色散分析與復(fù)折射率測量領(lǐng)域，涉及利用粗糙面反射率譜數(shù)值計算光滑表面反射率譜，以及結(jié)合遠紅外光譜橢偏儀和傅里葉反射光譜儀聯(lián)合反演材料復(fù)折射率的方法，可應(yīng)用于粗糙表面材料的色散分析，以及目標散射特性建模等。

背景技術(shù)

材料的光學(xué)特性，如復(fù)折射率、磁導(dǎo)率、表面阻抗等是用來表征材料色散特性的物理量，間接地反映了材料內(nèi)部的微觀機理，也是目標散射特性建模和雷達探測技術(shù)的重要基礎(chǔ)。然而在實驗中，光學(xué)常數(shù)的準確測量依賴于樣片材料表面的粗糙度、表面氧化度和摻雜度等因素的影響，因而在實際實驗中需要通過提高材料清潔蝕刻水平，減小表面過渡層厚度，明確最優(yōu)材料光學(xué)表面標準來測量材料的光學(xué)常數(shù)。樣品制備的嚴苛性限制了粗糙表面材料等樣品的色散特性研究。

在現(xiàn)有的光學(xué)常數(shù)測量設(shè)備中，橢偏儀能較好的應(yīng)用于具有強反射率的光滑表面的樣片，然而對于弱反射率樣片或者粗糙樣片，橢偏儀無法提取其相應(yīng)的色散參數(shù)。太赫茲時域光譜技術(shù)(TDS)大多采用透射式測量方式，通過提取樣片的透射率的振幅和相位，獲得目標的光學(xué)常數(shù)。但是TDS技術(shù)中，入射信號與參考信號之間微小的匹配誤差均會導(dǎo)致測量實驗的不準確性，同時測量金屬等材料的透射性增加了樣品制備的成本。相對于透射式TDS系統(tǒng)，傅里葉光譜儀測量反射率譜易于操作，測量頻段寬，適用于各種實際材料，降低了實驗成本。結(jié)合Kramers-Kronig理論，可方便地獲得測量樣片的復(fù)折射率。然而大多數(shù)材料的表面很難做到完全拋光，表面粗糙度會嚴重影響KK反演的精確性，因而表面粗糙材料的光學(xué)特性提取受到了很大約束。

現(xiàn)有光學(xué)特性提取實驗存在以下缺點：

1.測量環(huán)境要求嚴苛：對于太赫茲等頻段的實驗測量需要嚴格控制真空環(huán)境，有些設(shè)備還需要液氦等提供低溫環(huán)境；

2.測量頻點有限：由于輻射源技術(shù)的限制，大多數(shù)實驗設(shè)備只能測量某一個頻點或者有限頻段范圍內(nèi)的光學(xué)常數(shù)，限制了寬頻帶范圍內(nèi)材料色散特性的分析；

3.樣片要求嚴格：光學(xué)測量實驗需要樣品表面光滑，嚴格控制表面氧化度、摻雜度、覆層厚度等，增加了實驗成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在提供一種利用粗糙表面反射率譜反演材料復(fù)折射率的方法，可應(yīng)用于表面難以拋光的材料色散特性分析，目標散射特性建模，減小粗糙度對光學(xué)常數(shù)提取造成的影響。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于粗糙面反射率譜反演材料復(fù)折射率的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：制備三種以上具有不同粗糙表面的金屬材質(zhì)的粗糙樣片及相同材料的拋光定標板，利用遠紅外傅里葉光譜儀測量各個粗糙樣片及拋光定標板的遠紅外反射率譜；基于反射率譜的基爾霍夫近似計算粗糙樣片的表面均方根高度(也可采用輪廓儀直接測量表面均方根高度)，為步驟3數(shù)值計算光滑表面反射率譜提供數(shù)據(jù)支持。

步驟2：利用遠紅外橢偏儀測量拋光定標板的復(fù)折射率和反射率譜，為驗證步驟1中光譜儀的測量結(jié)果提供實驗對比，為步驟4中提取材料復(fù)折射率提供實驗初值。