光學厚度

光學厚度，科技名詞，指在計算輻射傳輸時，單位截面積上吸收和散射物質產生的總衰弱，是無量綱量。兩個給定高度層之間的單位截面鉛直氣柱內特定的吸收或發射物質的質量是光學質量的定義。

基本介紹

• 中文名：光學厚度
• 外文名：opticaldepth
• 套用領域：光學薄膜

定義

光學厚度的由來：在製備薄膜的過程中，除了應當選擇合適的薄膜材料和沉積工藝外，還要精確控制薄膜沉積過程中的厚度。

厚度的概念有三種：幾何厚度、光學厚度和質量厚度。幾何厚度表示的是薄膜膜層的物理厚度或者實際厚度；幾何厚度與薄膜膜層折射率的乘積稱為光學厚度；質量厚度的定義是單位面積上的質量，若已知薄膜膜層的密度，則可以換算成相應的幾何厚度。

一般情況下，薄膜厚度的誤差控制在2%以內，有時可能達5～10%。薄膜厚度的監控必須在允許的誤差範圍之內。

薄膜的光學厚度與物理厚度換算關係為：光學厚度=物理厚度*nn為介質折射率（光從介質1射入介質2發生折射時，入射角與折射角的正弦之比叫做介質2相對介質1的折射率）。

測量方法

在薄膜沉積過程中要監控薄膜的厚度，首先要能夠測量薄膜的厚度。目前薄膜厚度線上測量的方法主要有：測量電阻法、質量法、反射透射光譜法和橢圓偏振光譜法等等，它們通過測量這些物理參量來實現膜厚的監控。

在以上的方法中，電阻法最容易實現，而質量法套用最廣，光學監控方法主要套用於光學鍍膜領域。

電阻法

測量薄膜電阻變化來控制金屬膜厚度是最簡單的一種膜厚監控方法。下圖是用惠斯頓電橋測量薄膜電阻率的例子。用這種方法可以測量電阻從1歐姆到幾百兆歐姆的電阻，若加上直流放大器，電阻率的控制精度可達0.01%。

但是隨著薄膜厚度的增加，電阻減小要比預期的慢，導致的原因是膜層的邊界效應、薄膜與塊材之間的結構差異以及殘餘氣體的影響。因此，用該方法對膜厚監控的精度很難高於5%。就是這樣，電阻法在電學鍍膜中還是常被使用的。

方法和裝置

在經典的薄膜系統，不管採用幾種介質材料，也不管有多少層，它們的厚度是規整的，就都是四分之一波長或其整數倍厚度。這很大程度上是由於傳統的解析設計方法都是以各層厚度為1/4波長或其整數倍為前提的，無疑這種厚度整齊的膜系對於製備和監控是方便的，前面的方法已成功地用來監控這些膜系。但是隨著光學薄膜的套用日益廣泛，對薄膜的特性不斷提出新的要求，用經典的膜系已不能滿足要求，而必須尋找任何厚度的新膜系。利用電子計算機自動設計技術，為了增加設計參數，通常把各層厚度作為校正參數，因而設計得到的各類膜系，其厚度幾乎都是不規整的。

任意厚度的薄膜系統具有許多優良的光學特性，但是給厚度監控提出了很多困難，目前任意厚度的監控方法主要有：石英晶體監控法，單波長透射（反射光譜）法，寬光譜掃描法，橢圓偏振光譜法。其中石英晶體監控法前面已經介紹，這裡就不再敘述。