一种低辐射镀膜玻璃的光学参数检测方法

摘要

本发明涉及一种低辐射镀膜玻璃的光学参数检测方法，该低辐射镀膜玻璃为SnO₂:F/SiC_xO_y，0＜x＜1，1＜y＜4，属于镀膜玻璃检测领域。该方法是在获得SnO₂:F/SiC_xO_y节能镀膜玻璃椭圆偏振光谱的基础之上，引入五层膜层结构以及光学色散方程，通过迭代来回归实测椭偏光谱，最终获得SnO₂:F/SiC_xO_y镀膜玻璃的膜层结构及其每一层的光学参数，利用该方法实现镀膜玻璃光学性能的在线实时监控。本发明仅采用光学测试手段来获得准确的膜层结构及光学参数，对样品无损伤、测量耗时少、测试方法简便，对被测样品表面无特殊要求，十分适合于SnO₂:F/SiC_xO_y节能镀膜玻璃的性能检测。

主权项

一种低辐射镀膜玻璃的光学参数检测方法，该低辐射镀膜玻璃为SnO₂:F/SiC_xO_y，0＜x＜1，1＜y＜4，其特征是步骤如下：利用光度式椭圆偏振光谱仪测量SnO₂:F/SiC_xO_y镀膜玻璃在紫外～可见波段光谱范围的椭偏参数，记为cosΔ_M及tanΨ_M，同时在测量波长λ处按照椭偏方程写出关于折射率消光系数和膜厚的函数：及其中和均为一阶向量，向量维数对应于建立膜层模型的层数，建立cosΔ_M，tanΨ_M与的均方差函数MSE，如式(1)所示：$\mathrm{MSE}=\underset{\lambda }{\Sigma }[{(\cos {\Delta }_M-\cos {\Delta }_C(\overrightarrow{n},\overrightarrow{k},\overrightarrow{d}))}^2+{(\tan {\Psi }_M-\tan {\Psi }_C(\overrightarrow{n},\overrightarrow{k},\overrightarrow{d}))}^2]---\left(1\right)$求解式(1)，具体求解过程如下：1)建立五层膜层结构模型：五层膜结构在玻璃基底上自下而上依次记为SiC_xO_y+Na⁺层、纯SiC_xO_y层、过渡层、SnO₂:F功能层以及表面粗糙层，即将膜厚设为一个五维向量，初始厚度自SiC_xO_y+Na⁺层向上依次记为${\overrightarrow{d}}_0=(d_{10},d_{20},$$d_{30},d_{40},d_{50});$2)建立对应的色散模型：设初始折射率自SiC_xO_y+Na⁺层向上以此为${\overrightarrow{n}}_0=$$(n_{10},n_{20},n_{30},n_{40},n_{50}),$初始消光系数自SiC_xO_y+Na⁺层向上以此为${\overrightarrow{k}}_0=(k_{10},$$k_{20},k_{30},k_{40},k_{50});$SiC_xO_y+Na⁺层以及纯SiC_xO_y层为透明绝缘层，n₁₀，n₂₀及k₁₀，k₂₀采用柯西色散方程描述，如式(2)：n＝A_c+B_c/λ²+C_c/λ⁴；k＝0              (2)其中A_c,B_c,C_c为柯西色散方程系数；SnO₂:F功能层为导电层，n₄₀和k₄₀采用塞米尔色散方程和洛伦兹振子方程的组合共同描述，如式(3)所示：$\begin{array}{c}{ϵ}_r=\frac{A_m{\lambda }^2({\lambda }^2-{\lambda }_0^2)}{{({\lambda }^2-{\lambda }_0^2)}^2+{\mathrm{\gamma \lambda }}^2}+A_s+B_s{\lambda }^2/({\lambda }^2-C_s)\\ {ϵ}_i=\frac{A_m{\lambda }^3\gamma }{{({\lambda }^2-{\lambda }_0^2)}^2+{\mathrm{\gamma \lambda }}^2}\end{array}---\left(3\right)$式中A_m为洛伦兹峰强度，λ₀为洛伦兹吸收峰中心波长，γ代表洛伦兹峰的峰宽，A_s,B_s,C_s为塞米尔系数，ε_r,ε_i为介电常数，介电常数和折射率消光系数的转化关系如式(4)所示：$n=\sqrt{\frac{\sqrt{{ϵ}_r^2+{ϵ}_i^2}+{ϵ}_r}{2}};k=\sqrt{\frac{\sqrt{{ϵ}_r^2+{ϵ}_i^2}-{ϵ}_r}{2}}---\left(4\right)$过渡层及表面粗糙层的n₃₀，n₅₀及k₃₀，k₅₀采用布鲁格曼有效介质近似模型加以描述，如式(5)：$0=f\frac{{ϵ}_1-{ϵ}_h}{{ϵ}_1+2{ϵ}_h}+(1-f)\frac{{ϵ}_2-{ϵ}_h}{{ϵ}_2+2{ϵ}_h};{ϵ}_h={ϵ}_r+i{ϵ}_i---\left(5\right)$式中ε₁,ε₂分别为介质1和介质2的介电常数，在过渡层中介质1为纯SiC_xO_y，介质2为SnO₂:F，在粗糙层中介质1为SnO₂:F，介质2为空气，f为介质1占总物质的比例，ε_h为这两介质混合后的等效总介电常数，其折射率与介电常数的转化依然使用方程(4)；3)利用步骤1)建立的结构模型和步骤2)建立的色散模型对实测椭偏参数进行反演回归，椭偏参数回归计算时采用拉文伯格‑麦夸特迭代算法，需要迭代的具体待定参量为当拟合值与实测值之间的MSE收敛至最小值时返回真值，获得使MSE取得最小值的一组和值，即是测量获得的低辐射镀膜玻璃的光学参数。