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椭偏仪在光学镀膜中的应用

更新时间:2026-06-17      点击次数:15

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Part 1 光学镀膜行业背景介绍 

光学镀膜是现代光学产业的核心支撑技术,它依托真空溅射、蒸发镀膜、原子层沉积(ALD)等精密工艺,在玻璃、树脂、晶体及显示面板等基材表面制备多层纳米级薄膜,通过精确调控膜层厚度、折射率与堆叠结构,实现增透、减反、高反、滤光、隔热、抗眩光等关键光学功能。其应用覆盖消费电子、车载光学、半导体、激光器件、AR/VR、航空航天及医疗影像等领域,既是现代光学系统稳定运行的基础,也是提升制造产品性能与附加值、推动产业升级的核心环节。因此,光学镀膜拥有重大的产业价值与战略意义,对提升国家装备水平、科研创新能力及推动节能智能产业发展,具有不可替代的作用。


Part 2 光学镀膜行业的量测意义   

光学薄膜利用薄膜干涉原理调控光场:当光波在薄膜中传播时,由于薄膜厚度与折射率的不同,会在薄膜上下表面产生多光束干涉效应。这种干涉会改变光波的传播特性,包括透射率、反射率和吸收率。因此,通过精确设计薄膜的厚度与折射率,可以有效调控光波的传播行为,如下图1。

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图1 光学镀膜传递矩阵

光学镀膜测量是光学设计→工艺验证→量产控制→失效分析的全链条支撑,核心是通过椭偏、干涉、分光光度等技术实现光学性能的精准把控,辅以机械与环境测试保障可靠性。针对超薄膜、半导体等场景,光谱椭偏仪是优选工具。


Part 3 光学镀膜行业的测量解决方案 

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实物展示

椭圆偏振光谱法是一种物理测量方法,即使用椭偏仪(SE)来获取薄膜的厚度和光学常数。具有无损伤样件、灵敏度高和量测速度快等优点,可精确地表征介质膜(如SiOx、SiNx等)、光电性能优异的氧化铟锡(ITO)、聚酰亚胺(PI)以及非晶硅(a-Si)等单层或多层薄膜的膜厚及材料的光学特性(如折射率、组分、各向异性和均匀性),是一种可以满足以上量测需求的解决方案。

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型号

SE-VM-L

光斑大小

微光斑:200μm

测量光谱

4*4阶穆勒矩阵

波段

380-1000nm

(支持扩展至210-2500nm)

单次测量时间

1-8s

入射角

手动变角45-90°,5度间隔

找焦方式

手动找焦

支持样件尺寸

2寸-8寸

产品优势

光学椭偏测量解决方案,紧凑集成化,人机交互设计,使用便捷。

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样件膜层结构和实测数据

01

高反膜系

利用金属薄膜的高消光系数特性,在玻璃基底上通过真空镀膜工艺制备超薄金属膜层,可在可见光及红外波段实现高反射率(HR),是制备反射镜、高反镜、光学反射器件的经典方案。

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图2 结构示意图

利用椭偏仪可测量金属薄膜厚度、折射率及消光系数等,并根据测量结果逆向仿真出反射率,实现工艺监控。椭偏分析数据分别如图3、图4所示,根据椭偏测量数据仿真反射率达到95%,如图5所示,与工艺预期值相符。

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图3 椭偏拟合曲线

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图4 透过率拟合曲线

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图5 仿真反射率曲线

02

通用叠层膜系

对TiO2/Al2O3通用叠层膜系进行建模测量,其结构示意图见图6。

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图6 膜系结构示意图

椭偏光谱拟合结果如图7所示,使用椭偏建模软件仿真得到的透过率如图8所示。将高折射率的 TiO₂ 与低折射率的 Al₂O₃ 交替叠加构成多层膜系,通过调控各膜层的光学厚度,使特定波段的光满足相长干涉条件,从而实现该波段的高透过率。

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图7 椭偏拟合曲线

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图8  仿真透过率曲线

03

多孔膜系

Al2O3水解后表面会形成纳米级的微细孔洞和棱柱结构,这些结构会对光线进行多次反射和折射,使光线在材料中传播距离增加,表面反射率降低。膜系结构如下图9所示。

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图9 膜系结构示意图

椭偏拟合曲线如图10所示,仿真透过率如图11所示,可见光仿真透过率达到85%,与设计值相符。

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图10 椭偏拟合曲线

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图11 仿真透过率曲线




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