[发明专利]一种光学薄膜超宽带光学常数测试方法

权利要求书

1.一种光学薄膜超宽带光学常数测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：首先将预设厚度的光学薄膜沉积在硅基底上；

S2：测量所沉积光学薄膜紫外到近红外波段椭圆偏振光谱、红外波段的透射光谱；

S3：根据光学薄膜的光谱数据，选择一段薄膜的透明区，采用Cauchy模型计算得到该波段范围的薄膜折射率n和厚度d₁；

S4：建立光学常数从紫外到红外宽光谱范围的光学常数模型，在吸收光谱区添加介电常数振子模型，振子的中心频率为吸收的位置，振子的幅度和宽度根据光谱数据进行调整；

S5：将紫外到近红外波段椭圆偏振光谱和红外波段的透射光谱作为复合目标，对薄膜光学常数从紫外到红外全光谱范围内进行反演运算，其中厚度的初始值设定为d₁，预设评价函数MSE，MSE是测量值与理论模型计算值的均方差，对MSE进行拟合，使MSE越小越好；

S6：根据MSE拟合结果，得到介电常数模型的各个参数，进而得到紫外到红外超宽带光谱范围内薄膜的光学常数，包括折射率n、消光系数k和薄膜物理厚度d。

2.如权利要求1所述的光学薄膜超宽带光学常数测试方法，其特征在于，所述步骤S3中，Cauchy模型见公式(1)，式中n为折射率，An，Bn和Cn为Cauchy模型参数，λ为波长；

n＝An+Bn/λ²+Cn/λ⁴ (1)。

3.如权利要求2所述的光学薄膜超宽带光学常数测试方法，其特征在于，所述步骤S4中，振子模型选用Gauss振子和Lorentz振子。

4.如权利要求3所述的光学薄膜超宽带光学常数测试方法，其特征在于，所述Gauss振子为：

式中，ε为复介电常数，实部ε₁，虚部ε₂，A、En和Br为模型参数，分别是幅度、中心位置和半波宽度，En、Br、E的单位均为eV，代表不同的光谱位置，与波长的换算关系为λ＝1240/E，λ的单位为nm。

5.如权利要求4所述的光学薄膜超宽带光学常数测试方法，其特征在于，所述Lorentz振子为：

式中，ε为复介电常数，实部ε₁，虚部ε₂，A、En和Br为模型参数，分别是幅度、中心位置和半波宽度，En、Br、E的单位均为eV，代表不同的光谱位置，与波长的换算关系为λ＝1240/E，λ的单位为nm。

6.如权利要求5所述的光学薄膜超宽带光学常数测试方法，其特征在于，所述MSE为：

N为椭偏光谱测量波长的数目，M为变量个数，ψ_i^exp、Δ_i^exp分别为第i个波长的椭偏参数偏振角和相位差的测量值，ψ_i^mod和Δ_i^mod分别为第i个波长的椭偏参数偏振角和相位差的计算值，σ_ψ,i^exp和σ_Δ,i^mod分别为第i个波长的椭偏参数偏振角和相位差的测量误差；P为透射光谱测量波长的数目，T_j^exp为第j个波长的透射测量值，T_j^mod为第j个波长的透射计算值，σ_T,j^exp为第j个波长的透射测量误差。

7.如权利要求6所述的光学薄膜超宽带光学常数测试方法，其特征在于，所述步骤S6中，薄膜物理厚度d由MSE拟合结果得到，折射率n和消光系数k根据光学常数与介电常数关系运算得到：

ε＝ε₁+iε₂＝(n+ik)² (5)