[发明专利]一种光学常数测量方法与光学常数测量设备

说明书

本申请适用于光学分析技术领域，提供了一种光学常数测量方法与光学常数测量设备，光学常数测量方法包括以下步骤：获得包括S偏振态的探测光；将探测光按照第一预设入射角照射设置于基底上的待检测的薄膜，探测光照射基底后，获取探测光的偏振方向与入射面的夹角大于或者等于偏振角的分量作为第一反射光谱数据；根据第一反射光谱数据选择色散模型，根据色散模型组合拟合第一反射光谱数据。采用偏振方向与入射面的垂直分量作为第一反射光谱数据，能够放大探测到的第一反射光谱数据的峰谷幅度，具有更高的解析精度；兼具传统的光度法的简单有效的优点和传统的椭偏法的适用范围广的优点；对于偏振光学元件等薄膜元件更具有参考价值。

技术领域

本申请涉及光学分析技术领域，特别涉及一种光学常数测量方法与光学常数测量设备。

背景技术

薄膜材料的光学常数(折射率n与消光系数k)不仅是光学薄膜设计中不可忽视的参量，在其他的领域的实际应用中也是十分重要的。比如，对于热反射镜、选择性光敏吸收体及光生伏特电池等元器件，掌握其表面薄膜在宽波段范围内的光学参数，就能通过计算得到电磁辐射和薄膜的相互作用的机制。

在设计和计算光学薄膜元件的特性时，研究人员常常把块状材料的各向常数作为薄膜的光学常数，而且将薄膜简化成具有均匀折射率、消光系数和厚度的膜层。但是薄膜状态下材料的光学常数往往是不同于块体状态下材料的光学常数的，薄膜材料的光学常数强烈依赖所采用的沉积方法，表征厚度等因素。具体而言，薄膜材料的折射率会显现出非均匀性和各向异性等，且薄膜材料的消光系数会显现出不均匀性和各向异性等。对于薄膜状态下材料的光学常数，通常需要设计实验进行测量。

传统方案中常采用光度法和椭圆偏振法对薄膜的光学常数进行测量。其中，光度法对薄膜的厚度要求较厚，以便产生多个干涉极值，但对于薄膜较薄的情景，由于光谱分布值波动幅度较小，会对解析的结果影响较大；椭圆偏振法具有很高的测量灵敏度和精度，能对数纳米厚的超薄薄膜测量，但是椭偏法的数学计算复杂，在数据拟合时比较依赖模型的建立，且椭圆计的工作波长会受到限制，椭圆偏振法测量薄膜光学常数的波段具有局限性。

发明内容

本申请的目的在于提供一种光学常数测量方法，利用S偏振光在斜入射条件下具有较高的反射率值来放大光谱峰谷幅度，特别适用于厚度较小的薄膜，拓展了光度法的有效测厚范围并避免了椭偏法的拟合复杂性，是一种通用且解析精度较高的一种方法。

本申请是这样实现的，一种光学常数测量方法，包括以下步骤：

步骤S1：获得包括S偏振态的探测光；

步骤S3：将所述探测光按照第一预设入射角照射设置于基底上的待检测的薄膜，所述探测光照射所述薄膜后，获取所述探测光的偏振方向与入射面的夹角大于或者等于偏振角的分量作为第一反射光谱数据；

步骤S4：根据所述第一反射光谱数据选择色散模型，并根据所述色散模型组合拟合所述第一反射光谱数据。

在本申请的一个实施例中，在步骤S1之后，步骤S3之前，还包括：

步骤S2：将所述探测光按照第二预设入射角照射用于承载待检测的所述薄膜的所述基底，所述探测光照射所述基底后，获取所述探测光的偏振方向与入射面的夹角大于或者等于所述偏振角的分量作为第二反射光谱数据；

步骤S4具体包括：根据所述第二反射光谱数据和所述第一反射光谱数据选择色散模型，并根据所述色散模型组合拟合所述第二反射光谱数据和所述第一反射光谱数据。

在本申请的一个实施例中，在步骤S2和步骤S3中，所述偏振角被配置为85°。

在本申请的一个实施例中，在步骤S2中，所述第二预设入射角被配置为90°；在步骤S3中，所述第一预设入射角被配置为多个角度。

在本申请的一个实施例中，在步骤S4中，根据所述第二反射光谱数据和所述第一反射光谱数据选择色散模型具体包括：