Kezhaojiong制作觀&工1厉克尔赴T沸仪测最牌器】一岂皱聚光憧;3—01—it直勵孤1补榛板一裤测祥品门一反射親油一分电柴;A试包淀址片10-Will丹划板i垃Al膜。第六章光学薄膜参数测量光学薄膜参数测量包括介质膜折射率测量、光学薄膜厚度测量、光学薄膜透射比测量、光学薄膜反射比测量、光学薄膜吸收比测量、光学薄膜散射比测量、薄膜机械强度和应力测我们介绍光学薄膜厚度测量、光学薄膜透射比和反射比测量。4.1光学薄膜厚度测量光学薄膜厚度测量有两种方法:★双光束干涉法;★多光束干涉法。一、双光束干涉法仪器:迈克尔逊干涉仪倾斜反射镜,使被测样品和7'构成带楔形的空气平板,得到干涉条纹。被测样品有两种形式:a)――在玻璃基片的一半上镀有被测量厚度的透明介质膜,折射率n^则膜厚di为b)――在a)的基础上加镀一层Al膜,则膜厚di为jAab)方法的优点是不要预先知道被测薄膜的折射率,但要多镀一层+i3J7■1靖11r■的反射界富图S-2-3霞朮束T涉示意哥图^2^干許镰纹图二、多光束干涉法读数显微镜迎着照明光观察,将看到透射的等厚多光束干涉条纹;读数显微镜顺着照明光观察,将看到反射的等厚多光束干涉条纹。薄膜厚度:多光束干涉法的优点是:准确度高,可达1nm;可测透明膜,亦可测吸收膜;不要预先知道膜层的光学常数,根据读数显微镜测量b和a值可求得膜层厚度。三、等色序干涉法用等色序干涉法测薄膜厚度时,将待测薄膜镀在基片的上半表面,待测薄膜的光学参数为n1,d1,其上整个表面上再镀上半透半反的Ag膜,然后将镀有Ag膜的另一块半透半反平行平板玻璃和样品玻璃组成一极薄的平行平面空气隙,用白光照明,可得到各色干涉条纹。用单色仪的读数机构读出各干涉条纹的波长值,就可求得膜层的厚度di。图歩光束琴厚干蔽测議膜犀的基*部件图1行平扳玻蹲龙一待*1薄膜:3*斗一半廉¥反g醱4为低a也H伉£I为久u仝《乡m8-2-6等邑序十涉崔测膜厚的基本部杵w-WHtewh24加駁洛一押删障邨佝•右E等色序千涉条线图E':°■hi田恥如i单光肖崗盘透肘比1一址猱課一单世怛;3—样只至;J比光機与采示蠟!K;攻鮭it样品4.2光学薄膜透射比测量光学薄膜透射比是反映光学元件和光学系统透光性能坏的重要参数,通常采用的测量方法有单光路法和双光路法。4.2.1单光路测量法测量时先调节单色仪波长,样品室不放样品,这时在样品室得到波长为入的平行单色光,光电接收装置显示数值10;放入样品,光电接收装置显示数值I,则该波长的样品透射比T为「丿然后取出样品,调节单色仪到另一个新的波长值入2,重复上述过程,得到入2波长的透射比。单光路测量薄膜元件透射比的方法优点是设备简单,精度高,而主要缺点是每个波长都要测量两次,麻烦,因此几乎被双光路测量所代替。4.2.2双光路测量法双光路分光光度计分光系统先将光源的光反射后进入单色仪,经分色后再进入分光系统被分解为二束光:一束进入样品室,通过样品进入光电接收器,得到光强度值I;另一束进入参考光室,再入射到另一光电接收器上得到光强度值Io,电信号系统一一将这两个信号值相除,就得到这个波长的透射比T,让单色仪自动扫描,
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仪同步记录的就是样品的光谱透射比T(入)FRM-3-2琨光幣并光光度计I—光砥心一耶色悦山一分光系據討併品室产样品;6-專晋朮审此电信号攜收、槻弋.社理与诃录4.3光学薄膜反射比测量在光学仪器中,由于仪器的用途不同,对仪器中所采用的光学元件的反射比要求也不相同,因此在光学薄膜的镀制中也有低反和高反之分。一、低反射比测量光学薄膜元件中,像减反射膜(或称增透膜)这样的低反射比的测量采用比较法进行。测量仪器:分光光度计。在样品室和参考光室中分别插入一个基本结构完全相同的低反射比测量装置附件a和b,a插入样品室,b插入参考光室。图中四块反射镜反射比分别是R1、R2、R3、R4,且R1=R2=R3=R4,R5是K9楔形玻璃元件或被测元件的反射比;R6是一块高反射镜的反射比,一般认为R6=1。则光强Ii=loRiR2R5丨2=10R1R2R心IoRiR2因此被测兀件的反射比为:低反射比的测量步骤:图K-4-l低反対巴涮豈附件应理困■)附件與小附ri〜并在样品室中装入在分光光度计的样品室和参考光室中分别插入低反射比测量装置附件,楔形k9玻璃元件,而在参考光室中装入高反射镜;调整反射比值至4.2%;取出样品室中的k9玻璃,放入被测样品,这时测量的显示值就是样品的反射比值。二、高反射比测量1、单次反射法测量时先不放被测样品,光电接收器D放在位置I,测得光强I0;插入被测样品,光电接收器转到位置n,测得光强Ii;于是被测样品的反射比r为2、VW法高反射比测量使用最多的是VW法,或称二次反射法。测量时先不放样品,入射光强I0经过反射比为R1的反射镜和位置I的反射比为R2的反射镜及反射比为R3的反射镜,以光强I1=IOR1R2R3进入光电接收器;插入被测样品,将反射镜绕被测样品面翻转180。,到位置n,这时测量光强I2=IOR1R2R3R则被测样品的反射比为R=(L/L严3、多次反射法测量在高反射比测量中,如何减小测量误差是非常重要的:在二次反射法测量中,误差可降低到1/2;如能进行k次反射测量,则测量误差可降低到1/k。测量在分光光度计上进行。图S-4-4莠机反射耐鼠腹理图因此,分光光度计显示的反射比R=¥=R;心二撷4.4光学薄膜附着力测量薄膜的牢固性包括薄膜附着力、薄膜机械强度和薄膜压力。薄膜附着力主要是指薄膜和基体的附着力以及各层膜之间的结合力。薄膜附着力和基体材料、基体表面状态(清洁度、粗糙度等)、薄膜材料、薄膜结晶状态以及成膜条件(真空度、蒸发速率和基体温度)都有很大关系。薄膜附着力的测量方法是用玻璃胶纸粘在薄膜上,用和膜面垂直的力撕下胶纸,测定能撕下膜层时力的大小称薄膜的附着力。目前我国光学薄膜国家
标准
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对薄膜附着力没有规定。国外标准是规定一种牌号的胶带纸(名为Cellophane)将它粘在膜层上,用与膜层成90°角的力迅速撕下这个胶带纸,如膜层有被撕下,则膜层附着力不牢,如膜层完好无损,则满足标准。目前,薄膜的附着力和硬度的测试方法主要有压痕法、拉张法以及剥离法等。1、压痕法一个支杆固定一个带有微型金属硬球的压头,压头上设有砝码盘,压头下方样品台由下部的电机带动做慢速旋转。是薄膜样品台,支杆的另一端是一个平衡块。个垂直于表面的负载W通过微型硬球压在平的薄膜样品的表面时,薄膜表面就会出现挤压以及弯曲变形。如果负载不大,这种变形为弹性形变;随着负载的增加,就可能产生塑性形变,即会出现可见的划痕。记录开始出现划痕的负载与样品转动的圈数,就可以计算出薄膜的硬度与附着力。2、拉张法拉张法,顾名思义就是采用直接拉薄膜的方法来测试薄膜的墓扳附着力。该方法用很硬的粘结剂(如环氧树脂)黏合,拉力必须垂直薄膜表面,测试使膜层脱落所加的力f的值。该方法的关键是要准确地在垂直方向拉开薄膜,即使稍微偏离垂直方向就会产生力矩,从而使薄膜和基片之间的拉开从某一位置发生龟裂而进行下去,这样观测到的附着力就小了。即使测量时很注意,一般最好要考虑存在有10%左右的误差。3、剥离法在拉剥胶带时测量使薄膜从基片上拉开的力,就能剥离法是测试薄膜附着力的常见方法,就是将胶带粘贴在薄膜表面,然后剥离胶带。记录当薄膜被剥离时,胶带剥离的次数,这能够定性地判断附着力的大小。进行定量测量,在这方面也有各种各样的方法。4、拉划法主要适用于蒸镀在玻璃基片上的银、金等薄拉剥法实际上只适用于附着力很弱的薄膜,膜,只用于很有限的薄膜一基片物质的组合。所谓拉划法,就是在刚性针譬如金刚石针或蓝宝石针上,加上负荷,在针下面移动薄膜,以划伤薄膜所需负荷的大小表示附着力的大小。这种方法,在附着力测量法中,最适用于附着力强的薄膜,但是,因剥离薄膜的力与基片的硬度有关,所以对于太软的基片这种方法不能使用。用针剥离薄膜的机理一般认为与针在薄膜和基片之间的剪切应力有关。4.5光学薄膜机械强度测量考虑到光学薄膜的实际使用状况,在我们国家标准和其他国家的光学薄膜标准中,对膜层的耐摩擦性能有要求。一、擦拭试验法擦拭后在60W的白炽灯下检验膜层表面是否出现擦痕。用棉花或纱布擦拭膜层表面,级別1特别,2半鞫4不平5对镀膜眼镜片,国际上通用的检查膜层机械强度的方膜层的机械强度分成5级:法是用6H铅笔在膜层表面用力划5下,膜层完好为牢固。凶S-7-1MG-]iBBJU机臧强度试验怏-电工汩一虫体i5—井划曲门一平謝頊母9ilO一磨头;【』一辰朮糅:12—K环:H3—宜捋器:14—上爪;1?—F盘;16—震光if盟器:1—灯徳d电源播Jb二、摩擦试验法用300g重锤以对样品施加200g的压力如膜层完好,在反射光照明下能看到干涉色;当膜层被磨透时,干涉色消失,立即断电,读取的转数越高,膜层机械强度越好。