[发明专利]一种基于椭偏仪的光学薄膜热膨胀系数测量装置及其测量方法

说明书

本发明公开了一种基于椭偏仪的光学薄膜热膨胀系数测量装置及其测量方法，该测量装置包括椭偏仪、样品夹具组件、红外加热灯、热电偶组件、计算机。本发明光学薄膜热膨胀系数测量装置利用椭偏仪对光学薄膜厚度的精确测量，测量光学薄膜加温后的纳米级的变化，使测量微米级光学薄膜样品的热膨胀系数得以实现。本发明针对传统的材料热膨胀系数的测量方法不可测量纳米级位移的缺陷，设计出一种利用椭偏仪测量微小位移的实验装置。其操作简单，调节方便，可测量微米级样品的热膨胀系数，进而满足光学薄膜对微小尺寸的测试需求。

技术领域

本发明属于材料性能测量技术领域，具体涉及一种基于椭偏仪的光学薄膜热膨胀系数测量装置及其测量方法。

背景技术

过去一直使用体材料的热膨胀系数来表征薄膜的热膨胀系数，然而随着认识的进一步加深，逐渐了解到薄膜的沉积方式决定了其结构与体材料的区别。使用体材料的材料参数进行薄膜的相关计算，存在较大的误差。即使用体材料的热膨胀系数无法正确表征薄膜的热膨胀性能，甚至不同沉积方式制备的同一种材料的薄膜，热膨胀系数也不相同。所以，我们需要提出针对薄膜热膨胀系数的测量方法。

在热膨胀系数测试方面，现有的测量方法主要包括顶杆式间接法、望远镜直读法、激光测量法，一般试样为变化量在微米级以上的固体材料，仅适用于测量尺寸在毫米以上的试样。但制备毫米级的光学薄膜试件本身很困难，因此，急需一种能够实现光学薄膜热膨胀系数精密测量的装置。

发明内容

为了克服现有技术受试样尺寸、测量精度影响而无法测量光学薄膜热膨胀系数的缺陷，本发明提出一种光学薄膜热膨胀系数的测量装置及其测量方法，利用椭偏仪对光学薄膜厚度测量达到0.05nm的重复性，测量光学薄膜加热前后的膜厚，结合加热前后的温度变化，计算得出光学薄膜的热膨胀系数。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于椭偏仪的光学薄膜热膨胀系数测量装置，所述测量装置包括：椭偏仪、样品夹具组件、热电偶、红外加热灯、计算机，样品夹具组件可将待测样品固定在椭偏仪的载物面，样品夹具组件放置待测样品的中心处设置有测温孔，测温孔处设置有热电偶，热电偶探头由样品夹具组件固定在待测样品的背面，待测样品正对面设置有红外加热灯，红外加热灯垂直样品平面照射，椭偏仪及热电偶将加温前后的椭偏数据及温度数据采集到计算机，计算机利用椭偏数据拟合出待测样品薄膜厚度信息，结合温度数据，即可计算得出待测样品的热膨胀系数。

上述的光学薄膜热膨胀系数测量装置，所述样品夹具组件包括主体铜架；所述主体铜架两侧分别设置有两个固定螺钉；所述主体铜架后设置有石棉隔热垫；所述主体铜架正面设置有两个样品夹持槽；所述样品夹持槽中间设置有一个测温孔，所述测温孔处设置有一个带凹槽的聚四氟乙烯垫片及弹簧，用于固定所述热电偶探头，使其紧贴于样品背面且不影响所述待测样品的平整性，便于椭偏仪校准。

上述的光学薄膜热膨胀系数测量装置，所述红外加热灯上设置有聚光灯罩，能将红外光聚集到待测样品表面而不辐射其他部件，避免夹具蠕变引入的测量误差。

本发明的有益效果是，本发明光学薄膜热膨胀系数测量装置利用椭偏仪对光学薄膜厚度的精确测量，测量光学薄膜加温后的纳米级的变化，使测量微米级光学薄膜样品的热膨胀系数得以实现。样品夹具组件设置了石棉隔热垫，保证了椭偏仪部件不受加热条件的影响。热电偶由测温孔在样品背面测温，保证了温度测量不受红外灯直接辐照的影响。带凹槽的聚四氟乙烯垫片和弹簧，保证热电偶探头既能紧贴待测样品，又能保证待测表面的平整性，以便椭偏仪校准。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中样品夹具组件的结构示意图；

图3为图2中样品夹具组件小孔内部结构的侧面示意图。