一种基于椭偏仪的光学材料表面质量评估方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种基于椭偏仪的光学材料表面质量评估方法及其应用，其中评估方法包括如下步骤：采用椭偏仪对光学材料进行检测，获得光学材料的布鲁斯特角附近的固定波长变化角度的Δ曲线，通过目标光学材料与参照光学材料的Δ曲线对比直接获得相同光学材料在进行表面处理前后的表面信息相对变化趋势或相同光学材料分别进行表面处理后的表面信息相对变化趋势。本发明专利技术方法不接触样品准确获得光学材料表面质量信息，实现对光学材料表面质量进行评估，无需建模，直接定性判断。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学材料表面质量评估
，尤其涉及一种基于椭偏仪的光学材 料表面质量评估方法及其应用。
技术介绍
随着科学技术的发展，在各种无机玻璃、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯）、PC(聚碳酸 酯）、PET(聚对苯二甲酸乙二醇脂）等光学基材表面开发了各种光学薄膜及膜系来实现各 种光学功能，如低辐射膜、选择性吸收膜、透明导电膜等。无论是何种膜系结构，光学基材的 表面质量都至关重要，其表面状态将直接影响所镀膜层的质量，如薄膜的附着力、粗糙度以 及薄膜的物理性能与机械强度。 以平板玻璃基材为例，玻璃基材的表面质量对后续镀膜尤其是光学薄膜影响重 大，这是由于玻璃表面存在着活性很高的羟基，使玻璃表面与玻璃内部的性能存在差异。羟 基的存在可以确保所镀膜层具有可靠的附着力，但同时不可避免地存在一个缺点，即它会 吸附潮气，导致玻璃表面总是覆盖着一层很薄的水膜，对镀膜工艺将产生十分不良的影响， 尤其是经过放置的玻璃。玻璃基材表面易发生腐蚀，是由贮藏或运输途中产生的潮气、结露 以及镀膜前清洗使用的清洁液造成的。此外，在后续规模化镀膜生产中，玻璃基片需要通过 一系列抓取元件（吸盘）以及输送辊筒等装置，使得玻璃基片表面难以避免的出现不明污 染物甚至可视痕迹。不同薄膜的损伤阈值不同，对玻璃基片表面污染的容忍程度也不同，对 于低辐射玻璃而言，在瑕疵处生长的银膜会在后续钢化及热弯过程中形成团聚，导致透光 性能与低辐射性能严重恶化，镀膜产品报废，降低成品率。因此玻璃基材的表面处理非常重 要，通常来说，采用足够高的入射能量（如利用原子或离子轰击）可以有效的去除水膜、表 面腐蚀层以及表面污染物，但不同处理方式（如不同的入射粒子种类、解离气体种类、工艺 参数）对基材表面质量的影响不尽相同，对后续镀膜影响也不得而知，因此需要有效的基 材表面质量检测手段。 对于光学薄膜而言，薄膜的散射损耗是影响薄膜光学性能的关键因素之一，表面 粗糙度是引起散射的主要原因，如在高能激光器装置中，极小的光散射引起的光损耗使光 学薄膜的抗激光损伤阈值大大降低；在高精度激光陀螺系统中，激光的背向散射会使散射 光在激光陀螺谐振腔内产生背向散射谐振从而影响激光陀螺的正常工作。已有报道表明， 薄膜沉积过程中的离子束辅助轰击有利于改善膜层表面质量，提高光学性能。因此，评价光 学薄膜的表面质量对于改进薄膜沉积工艺，优化表面处理手段具有重要的现实意义。 对于薄膜及基材表面质量的评价与表征，以往采用诸如光学显微镜、表面粗糙度 仪、原子力显微镜AFM、扫描电子显微镜SEM等。其中表面粗糙度仪与AFM可以获得定量的 表面粗糙度信息，且AFM可以获得表面形貌，但均无法获得光学材料的致密程度与光学厚 度。对于SEM的表征，不导电的基材及薄膜需要经过喷金处理，而材料的致密度信息需要制 备截面样品，无论是喷金还是制备断面均将对样品进行破坏。 椭圆偏振光谱仪技术是对线偏振光经过样品表面反射后出射的椭圆偏振光的检 测，通过建模拟合反射光s分量与P分量的振幅比与相位差可以获得薄膜厚度与光学常数 (折射率与消光系数）。所建模型中物理参量的拟合结果能够对应薄膜的物理信息，如导电 材料可以获得载流子浓度与迀移率，介质材料可以获得带隙宽度与介电常数，存在各向异 性或梯度结构的材质通过有针对性的建模还可以获得结构与性能的各向异性与梯度信息 等。对于所建模型与拟合结果的正确性常采用均方差mse (mean-squared error)最小来进 行判断，但有些情况通过较小的mse却无法获得最佳的收敛条件，如所建模型中需要拟合 的参数初始值设置不当，在远离正确值的初始值数域中存在局部最小而不是全局最小值， 使得拟合结果不是真实的最佳值。又如，所建模型中需要拟合的多个参数彼此之间存在相 关性依赖条件，即多个参数间彼此存在联动，这些参数的多种组合均能获得极小的mse值， 从而无法推断最佳、最正确的一组拟合结果。总之，人为的建模过程不仅增加了对数据的分 析难度与评估时间，更有可能引入错误的估计。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供一种基于椭偏仪的光学材料表面质量评估方法，主 要目的是不接触样品准确获得光学材料表面质量信息，从而实现对光学材料表面质量进行 定性评估。 为达到上述目的，本专利技术主要提供如下技术方案： -方面，本专利技术实施例提供了一种基于椭偏仪的光学材料表面质量评估方法，包 括如下步骤： 采用椭偏仪对光学材料进行检测，获得光学材料的布鲁斯特角附近的固定波长变 化角度的A曲线，通过目标光学材料与参照光学材料的△曲线对比直接获得相同光学材 料在进行表面处理前后的表面信息相对变化趋势或相同光学材料分别进行表面处理后的 表面信息相对变化趋势。 作为优选，所述表面处理包括物理处理和化学处理。 作为优选，所述表面处理包括喷砂、抛光以及离子束或其它能量束的轰击处理。 作为优选，所述表面信息包括光学材料的表面层的致密程度信息、表面层的光学 厚度信息以及表面粗糙程度信息中的至少一种。 作为优选，由目标光学材料与参照光学材料的△曲线突变发生的角度，即布鲁斯 特角偏移获知目标光学材料相对于参照光学材料表面致密度变化，其中 目标光学材料与参照光学材料相比布鲁斯特角向低角度偏移表示目标光学材料 比参照光学材料产生了表面疏松层； 目标光学材料与参照光学材料相比布鲁斯特角向高角度偏移表示目标光学材料 比参照光学材料产生了表面致密层。 作为优选，由目标光学材料与参照光学材料的△曲线下降斜率变化获知目标光 学材料比参照光学材料的表面粗糙程度变化，其中 斜率增大表示目标光学材料比参照光学材料表面粗糙度减小； 斜率减小表示目标光学材料比参照光学材料表面粗糙度增大。 作为优选，由目标光学材料与参照光学材料的△曲线的线形变化大小获知目标 光学材料比参照光学材料表面层的光学厚度变化，其中 布鲁斯特角两侧的△曲线尖角增大即为目标光学材料比参照光学材料的表面层 的光学厚度增大； 布鲁斯特角两侧的△曲线尖角减小即为目标光学材料比参照光学材料的表面层 的光学厚度减小。 作为优选，当布鲁斯特角两侧的△曲线尖角增大时，如果布鲁斯特角未发生偏移 或向低角度偏移则表示光学厚度增大是由于表面层物理厚度增大所致； 当布鲁斯特角两侧的△曲线尖角增大时，如果布鲁斯特角向高角度偏移则说明 折射率增大与表面层物理厚度增大可能同时存在； 当布鲁斯特角两侧的△曲线尖角减小时，如果布鲁斯特角未发生偏移或向高角 度偏移则表示光学厚度减小是由于表面层物理厚度减小所致； 当布鲁斯特角两侧的△曲线尖角减小时，如果布鲁斯特角向低角度偏移则说明 折射率减小与表面层物理厚度减小可能同时存在。 另一方面，本专利技术实施例提供了一种上述基于椭偏仪的光学材料表面质量评估方 法在判断表面处理参数变化对表面处理效果影响中的应用。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于： 本专利技术实施例提供的一种基于椭偏仪的光学材料表面质量评估方法不接触样品 准确获得光学材料表面质量信息，实现对光学材料表面质量进行评估，无需建模，直接定性 判断。避免人为的建模过程增加了对数据的分析难度与评估时间。【附图说明】 图1是玻璃基材的Δ曲线，由布鲁斯特角的偏移说明表面致密性变化，1号曲线为 未经表面处理的玻璃基材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于椭偏仪的光学材料表面质量评估方法，其特征在于，包括如下步骤：采用椭偏仪对光学材料进行检测，获得光学材料的布鲁斯特角附近的固定波长变化角度的Δ曲线，通过目标光学材料与参照光学材料的Δ曲线对比直接获得相同光学材料在进行表面处理前后的表面信息相对变化趋势或相同光学材料分别进行表面处理后的表面信息相对变化趋势。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙瑶，汪洪，
申请(专利权)人：北京航玻新材料技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11