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175nm-50000nm變角度透射反射光學(xué)性能檢測方法進(jìn)展
隨著智能穿戴設(shè)備、消費(fèi)電子設(shè)備應(yīng)用興起，生物識別、物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛、國防/安防等領(lǐng)域?qū)怆婂兡げ牧系男枨笕找嫱?。不同行業(yè)根據(jù)使用場景，對光學(xué)鍍膜的性能提出了更加多樣化的需求，越來越多需要測試鍍膜樣品的變角度透射、變角度反射信號。傳統(tǒng)變角度反射測試一般為相對反射率測試，需要通過參比鏡進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，往往參比鏡在不同角度下的絕對反射率曲線很難獲取，給測試帶來很大困難，同時(shí)在數(shù)據(jù)傳遞中也會增加誤差的來源。
本文主要介紹采用珀金埃爾默紫外/可見/近紅外光譜儀和Spectrum 3紅外傅里葉變換紅外光譜儀，配置TAMS等可變角度測試附件，測試樣品不同角度下絕對反射率、透射率數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)175nm-50000nm透射率、反射率等光學(xué)性能的精確表征。
TAMS附件為變角度絕對反射、變角度透射測試附件，如下圖所示，檢測器和樣品臺均可以360度旋轉(zhuǎn)，通過樣品臺和檢測器配合旋轉(zhuǎn)，測試不同角度下透射和反射信號。
Lambda系列分光光度計(jì)
TAMS變角度透射反射附件光路圖
圖1 儀器外觀圖
以下分別選取不同應(yīng)用場景下的典型樣品，對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行簡要介紹。
01 樣品變角度透射測試
采用TAMS附件可以方便快捷的測試樣品不同角度下透射數(shù)據(jù)，自動(dòng)測試樣品不同角度下P光和S光下透射率曲線，一次設(shè)置即可完成所有角度在不同偏振態(tài)下透射率曲線測試，測試曲線如下圖所示。
圖2 樣品不同角度和偏振態(tài)下透射率測試數(shù)據(jù)
TAMS附件配套不同的偏振組件，可以自動(dòng)測試樣品不同波長下偏振信號，如下圖測試石英樣品在45度下偏振P光和S光反射數(shù)據(jù)：
圖3 樣品紫外波段P光和S光偏振測試
02 樣品變角度透射/反射曲線測試
通過軟件設(shè)置，可一次性測試得到樣品透射和反射率曲線，如下圖，該樣品在可見波長下反射率大于99.5%，透射率低于0.5%，可同時(shí)表征高透和減反性能。
圖4 樣品45度透射和反射曲線測試
03 NIST標(biāo)準(zhǔn)鋁鏡10度反射率曲線測試
測試NIST標(biāo)準(zhǔn)鋁鏡10度下反射率數(shù)據(jù)，如下圖所示，黑色曲線為TAMS測試曲線，紅色為NIST標(biāo)準(zhǔn)值曲線，兩條測試曲線完全重合，進(jìn)一步證明測試系統(tǒng)的可靠性，可以準(zhǔn)確測試樣品的光學(xué)數(shù)據(jù)。
圖5 NIST標(biāo)準(zhǔn)鋁鏡10度反射率曲線測試
（紅色為NIST標(biāo)準(zhǔn)曲線）
04 樣品變角度全波長反射曲線測試（200-2500nm）
軟件設(shè)置不同的測試角度和偏振方向，自動(dòng)測試樣品不同角度下P光和S光偏振態(tài)下反射率曲線，如下圖所示，200-2500nm整個(gè)波段下測試曲線均有優(yōu)異信噪比，尤其是在紫外區(qū)(200-400nm),可以完成各波長范圍的反射性能測試。
圖6 樣品全波段（200-2500nm）
變角度反射率測試
變角度反射率測試
05 不同膜系設(shè)計(jì)的鍍膜樣品性能驗(yàn)證
測試樣品600-1400nm下45度反射率曲線，該樣品在1200nm以上屬于高反射率，反射率大于99.5%，同時(shí)需要關(guān)注600-1200nm范圍各個(gè)吸收峰情況，該波段下吸收峰非常尖銳，同時(shí)吸收峰較多，需要儀器具備高分辨率，從而準(zhǔn)確測試出每一個(gè)尖銳吸收峰信號。
圖7 膜系設(shè)計(jì)驗(yàn)證樣品45度反射率測試
06 雙向散射分布函數(shù)（BSDF）測試
除了測試常規(guī)變角度透射和反射曲線外，TAMS附件可以自動(dòng)測試樣品不同角度下透射和反射率信號，可以得出樣品不同角度下的透射分布函數(shù)(BTDF)和反射分布函數(shù)(BRDF)信號，最終得到雙向散射分布函數(shù)(BSDF)。采用該附件可方便測試樣品雙向散射分布函數(shù)(BSDF)、雙向反射分布函數(shù)(BRDF)、雙向透射分布函數(shù)(BTDF)等光學(xué)參數(shù)測試，測試結(jié)果如下圖所示：
圖8 BRDF和BTDF測試
如下圖所示，測試樣品不同波長下BSDF分布函數(shù)曲線(BRDF + BTDF)，從而可以得出樣品隨不同角度下透射和反射信號變化情況。
圖9 樣品不同波長下BSDF（BRDF+BTDF）測試
07 窄帶濾光片測試
Lambda系列光譜儀為雙樣品倉設(shè)計(jì)，TAMS附件可與標(biāo)準(zhǔn)檢測器、積分球檢測器自由更換。對于窄帶濾光片樣品，即需要準(zhǔn)確測設(shè)帶通區(qū)域的透過率、半峰寬，也需要準(zhǔn)確測試截止區(qū)吸光度值(OD值)，可直接切換標(biāo)準(zhǔn)檢測器進(jìn)行檢測。
圖10 用于激光雷達(dá)的鍍膜鏡片透射
和OD值測試數(shù)據(jù)
和OD值測試數(shù)據(jù)
08 紅外波段區(qū)變角透射反射測試
珀金埃爾默傅里葉變換紅外光譜儀，可廣泛應(yīng)用于上述紅外材料光學(xué)性能測試，可測試樣品在不同波段下紅外透光率以及反射率，搭配變角透射及變角反射附件，可以實(shí)現(xiàn)不同角度下透射率及反射率測試，如下圖為紅外波段透射和反射測試曲線：
圖11 用于Spectrum3
傅里葉紅外的TAMS附件
傅里葉紅外的TAMS附件
圖12 紅外TAMS附件測試樣品
紅外波段不同角度透射數(shù)據(jù)
紅外波段不同角度透射數(shù)據(jù)
Summary
綜上，采用Lambda系列紫外/可見/近紅外分光光度計(jì)以及傅里葉紅外光譜儀，搭配TAMS、標(biāo)準(zhǔn)檢測器、積分球等多種采樣附件，可以組合出完備的材料光學(xué)性能測試平臺，滿足光學(xué)鍍膜測試的多樣化需求，更加準(zhǔn)確便捷的得到樣品的光學(xué)檢測數(shù)據(jù)。