[发明专利]一种低吸收薄膜材料消光系数的精确计算方法

摘要

本发明属于弱吸收薄膜材料的消光系数精确测量技术领域，具体涉及一种低吸收薄膜材料消光系数的精确计算方法，此方法可摆脱光谱测量精度不高的影响，通过采用532nm激光泵浦测量532nm的吸收损耗，再利用532nm和632.8nm波长的吸收损耗的换算即可得到632.8nm高反膜实际的吸收损耗，然后计算获得632.8nm波长处的具体消光系数，为研制高精度激光测量系统中所用的632.8nm的超低损耗激光薄膜、提高了新的方法和手段。

主权项

一种低吸收薄膜材料消光系数的精确计算方法，其特征在于，其包括如下步骤：步骤S1：采用离子束溅射沉积技术在单面基底上制备单层高折射率材料H薄膜和低折射率材料L薄膜；步骤S2：采用椭圆偏振仪测量单层H薄膜和单层L薄膜的反射椭圆偏振参数Ψ(λ)和Δ(λ)，设定测量波长范围为λ_min‑λ_max，测量步长为Δλ，入射角度为θ；步骤S3：建立单层薄膜材料的折射率计算模型，使用非线性优化算法，对测量的椭圆偏振数据进行反演计算，选择Cauchy模型作为拟合模型，当拟合计算的数据和测量数据基本一致时，则认为反演计算成功，即获得单层H薄膜的物理厚度d_H、单层L薄膜的物理厚度d_L、单层H薄膜的折射率n_H和单层L薄膜的折射率n_L；步骤S4：根据柯西公式计算获得单层H薄膜和单层L薄膜材料的光学常数数据，在石英基底上设计工作角度为0度的632.8nm高反射膜，当最外层为H层时，记为膜系M₁样品，当最外层为L层时，记为膜系M₂样品，设计时反射率大于99.995％；采用离子束溅射沉积技术，在超光滑的石英基底上镀制0度的632.8nm高反射膜；步骤S5：采用表面热透镜技术，其中泵浦光源选择为532nm的绿光激光器，探测光源选择为632.8nm的红光激光器，在吸收损耗测量时，泵浦光近似于0度入射到高反射膜样品上，在高反射膜样品上选择2mm×2mm区域内的吸收损耗进行扫描测量，取平均值即可获得吸收损耗，M₁样品对应的吸收损耗为A₁，M₂样品对应的吸收损耗为A₂；步骤S6：定义M1样品在0度工作时532nm波长处的理论吸收为A₃，M₂样品在0度工作时532nm波长处的理论吸收为A₄，M₁样品在0度工作时632.8nm波长处的理论吸收为A₅，M₂样品在0度工作时632.8nm波长处的理论吸收为A₆；则计算获得0度工作时，M₁样品在632.8nm波长处的吸收损耗A_H＝A₁×A₅/A₃，M₂样品在632.8nm波长处的吸收损耗A_L＝A₂×A₆/A₄；步骤S7：对于低损耗多层高反膜，当最外层为H层，其吸收损耗可近似为：$A_H=\frac{2\mathrm{\π}{n}_0(k_H+k_L)}{n_H^2-n_L^2};$当最外层为L层，其吸收损耗可近似为：$A_L=\frac{2\mathrm{\π}}{n_0}\frac{(n_H^2{k}_L+n_L^2{k}_H)}{n_H^2-n_L^2};$从而计算获得高折射率材料在632.8nm的消光系数为：$k_H=\frac{n_H^2{A}_H}{2\mathrm{\π}{n}_0}-\frac{n_0{A}_L}{2\mathrm{\π}};$低折射率材料在632.8nm的消光系数为：$k_L=\frac{n_0{A}_L}{2\mathrm{\π}}-\frac{n_L^2{A}_H}{2\mathrm{\π}{n}_0}.$