光学厚度

科技名词

光学厚度，科技名词，指在计算辐射传输时，单位截面积上吸收和散射物质产生的总衰弱，是无量纲量。两个给定高度层之间的单位截面铅直气柱内特定的吸收或发射物质的质量是光学质量的定义。

定义

光学厚度的由来：在制备薄膜的过程中，除了应当选择合适的薄膜材料和沉积工艺外，还要精确控制薄膜沉积过程中的厚度。

厚度的概念有三种：几何厚度、光学厚度和质量厚度。几何厚度表示的是薄膜膜层的物理厚度或者实际厚度；几何厚度与薄膜膜层折射率的乘积称为光学厚度；质量厚度的定义是单位面积上的质量，若已知薄膜膜层的密度，则可以换算成相应的几何厚度。

一般情况下，薄膜厚度的误差控制在2%以内，有时可能达5～10%。薄膜厚度的监控必须在允许的误差范围之内。

薄膜的光学厚度与物理厚度换算关系为：光学厚度=物理厚度*nn为介质折射率（光从介质1射入介质2发生折射时，入射角与折射角的正弦之比叫做介质2相对介质1的折射率）。

测量方法

在薄膜沉积过程中要监控薄膜的厚度，首先要能够测量薄膜的厚度。薄膜厚度在线测量的方法主要有：测量电阻法、质量法、反射透射光谱法和椭圆偏振光谱法等等，它们通过测量这些物理参量来实现膜厚的监控。

在以上的方法中，电阻法最容易实现，而质量法应用最广，光学监控方法主要应用于光学镀膜领域。

电阻法

测量薄膜电阻变化来控制金属膜厚度是最简单的一种膜厚监控方法。以用惠斯顿电桥测量薄膜电阻率为例，用这种方法可以测量电阻从1欧姆到几百兆欧姆的电阻，若加上直流放大器，电阻率的控制精度可达0.01%。

但是随着薄膜厚度的增加，电阻减小要比预期的慢，导致的原因是膜层的边界效应、薄膜与块材之间的结构差异以及残余气体的影响。因此，用该方法对膜厚监控的精度很难高于5%。就是这样，电阻法在电学镀膜中还是常被使用的。

方法和装置

在经典的薄膜系统，不管采用几种介质材料，也不管有多少层，它们的厚度是规整的，就都是四分之一波长或其整数倍厚度。这很大程度上是由于传统的解析设计方法都是以各层厚度为1/4波长或其整数倍为前提的，无疑这种厚度整齐的膜系对于制备和监控是方便的，前面的方法已成功地用来监控这些膜系。但是随着光学薄膜的应用日益广泛，对薄膜的特性不断提出新的要求，用经典的膜系已不能满足要求，而必须寻找任何厚度的新膜系。利用电子计算机自动设计技术，为了增加设计参数，通常把各层厚度作为校正参数，因而设计得到的各类膜系，其厚度几乎都是不规整的。

任意厚度的薄膜系统具有许多优良的光学特性，但是给厚度监控提出了很多困难，任意厚度的监控方法主要有：石英晶体监控法，单波长透射（反射光谱）法，宽光谱扫描法，椭圆偏振光谱法。其中石英晶体监控法前面已经介绍，这里就不再叙述。

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