各类光学薄膜厚度测量仪测量误差差异性研究(7)
对于理想的光学薄膜，在其光学厚度为λ/2的整数倍处，透射率和反射率等于光洁基板的值。而在薄膜的光学厚度为λ/4的奇数倍处，反射率正好是极值。如果薄膜折射率 小于基板折射率 ，反射率将是极小值，反之如果薄膜折射率 大于基板折射率 ，则反射率极大值。根据薄膜光学理论，我们知道极值反射率为
(3.1)
上式中 是空气折射率。
解上式可得 (3.2)
我们从样品的光谱透过率曲线上求出对应于λ/4的奇数倍波长处的极值透过率T，然后用1-T=R换算至极值反射率，从而可求出薄膜的折射率。
2) 实验仪器
（1）单光路分光光度计
从光源发出的光束由光学系统形成小的样品测试光束，经光强调制器，进入样品池，透射样品后，经单色仪分光，由光电探测器检测光谱光电信号。该系统进行样品测试时，首先不放样品，让光电探测器测试出100%透射的基本光谱信号，然后将样品放入，再测试整个光谱的光电信号，两者之比，就可获得样品的光谱透射率。由于是单光路系统，样品透过率的测试需要进行两次测试，一次先测100%透射光谱，另一次再测样品透射光谱，因此测试速度较慢，而且对光源的稳定性，以及系统的稳定性要求较高。因为光源的微小波动以及单色仪扫描过程中任何的不重复，都会造成测试精度的下降。在实际仪器中，光源的稳定度往往高于光谱测试精度一个量级以上，可保证最后的光谱透射精度。在光源的稳定性有保证的前提下，很多单光路系统也采用开机进行100%透射校验，以后测试不再进行100%透射的检测的方法，提高了样品测试速度。
（2）双光路扫描式分光光度计
在这种系统中，如图3.8所示，光源发出的光背分成两束，一束光束经过放置样品的样品池，另一束光束为参考光束，经过与样品池一样的参考池，两束光束经过样品池之后再由光束选择调制器将两束光束分别射入光电传感器，这样光电传感器就可以交替探测到经过样品的探测光束的光强与参考光束的光强度，然后将两个光束光强信号进行相除，就可以得到样品的透过率。这样的分光系统可以降低光源稳定性对光谱测试精度的影响，同样也可以具有较快的测试速度。
图3.8 双光路分光光度计的光学结构原理图
双光路分光光度计在进行样品测试之前，也要进行光谱100%线的校正过程，以克服光学系统、单色仪以及光电传感器对不同光谱光电特性的影响不同而造成的光谱信号随波长变化对测试结果的影响。
我们在实验室里使用的是美国PerkinElmer公司的Lambda 950紫外可见光/近红外分光光度计，属于双光路分光光度计。
Lambda 950波长范围为175-3300nm，整机及光学系统采用宇航技术的硬件，整个光学系统均采用涂覆SiO2的全息刻线光栅采用先进的四区分段的扇形信号收集的斩波器，确保了每次得到准确样品和参比的信号，采用预校准设计并可自动切换的碘钨灯与氘灯，用户可自行更换光源；在整个紫外/可见区采用灵敏度最佳的无隔栅设计的R6872型光电倍增管，近红外区采用半导体制冷的硫化铅检测器；宽大的样品仓，可放入各种附件并将光路调整至最佳，另有多种模块化的附件可选，即插即用，无需进行光路的调整。PerkinElmer公司的紫外/可见/近红外分光光度计可选附件最多，独有的适合高精度激光镜测量的IV附件，石英玻璃样品架、双光阑附件、万能光学平台、专利的通用型透/反射附件、积分球、固定/可变角的相对/绝对镜反射等附件。仪器主机稳定性好、基线平直度高、杂散光低，经久耐用。其中lambda950 紫外可见近红外分光光度计的杂散光水平可达0.00007%T，为业内最低；线性范围宽可达8A，能够准确测定低透过率高吸收的样品。多种软件可选，如UV winlab操作软件包|ASSP高级软件包。