用光腔衰荡法CRDS测量高反射率的方法概述，LAYERTEC

德国LAYERTEC公司专注于提供高品质光学元件与激光应用的定制化解决方案。其产品线覆盖了各类反射镜、光学元件、精密涂层及相关技术服务，广泛服务于激光科研、医疗技术、机床制造及半导体制造等关键领域。为确保其反射镜产品达到卓越的高反射率性能，LAYERTEC采用了业界领先的测量技术——光腔衰荡法进行精测量(光腔衰荡法Cavity Ring Down Spectroscopy，CRDS)

反射率对CRDS的影响：

在激光衰荡光谱（Cavity Ring-Down Spectroscopy, CRDS）中，衰荡时间（τ）与腔长（L）、光速（c）和镜面反射率（R）之间的关系可以由以下公式表示：

其中，τ是衰荡时间（单位：s,us,ms），n是腔内介质的折射率，L是腔长（单位：米），c是光速，3×10⁸m/s，α是腔内吸收系数，R是反射率。当R接近100%时，InR可以化简为1-R。

折射率n≈1，腔内没有气体时α=0，此时公式简化如下：

设腔长L=25cm，取几个反射率计算衰荡时间，分析反射率对CRDS的影响。

当R接近99.999%，1−R 极小，因此τ显著延长。反射率从99.9%，99.99%，99.999%，反射率每提升一个数量级，衰荡时间增加了约10倍，体现了高反射率对CRDS灵敏度存在巨大的提升作用。

通过透射测量确定反射率(R)：

溅射介质涂层的光学特性

溅射光学镀膜的可见光(NIR)和近红外光谱(VIS)具有极低的散射光和吸收损耗(量级约为10^-5-10^-4)。这一点反射率的测量方法已通过散射光和吸收的直接测量以及高精度的反射率测量（如光腔衰荡光谱cavity ring down spectroscopy, CRDS）得到证实。了解了这些极小的光学损耗后，溅射镜片(镀膜反射镜)的反射率可通过测量透射率T并依公式R=100%-T-A计算得出。

使用分光光度计测量光学涂层的透射率VS.反射率：

常规分光光度计反射率的测量方法中，透射率测量精度约为0.1%~0.2%(取决于绝对值)，而反射率测量的误差通常达0.5%。因此，在VIS与NIR波段，通过透射测量间接确定溅射涂层的反射率比直接测量反射率更为精确。

基于0°入射角透射测量间接推算任意入射角(AOI)反射率的步骤：

AOI(入射角=入射光束与基板表面法线的夹角)

如上所述，可通过0°入射角的透射测量确定反射率，具体步骤如下:

1.首先测量0°入射角下的透射率(图1中虚线);

2.通过计算机算法重新调整理论设计，使其计算出的理论透射曲线(图1中实线)尽可能匹配实测光谱数据。

此方法可涵盖镀膜过程中所有潜在误差(如溅射速率随层数增加的微小偏差、基板温度升高等)，从而还原涂层的真实设计，并估算多种光学特性，实践证明该方法具有极高准确性。

LAYERTEC可提供高反射率镀膜涂层设计，以下是其中一个案例：

S2(^): HR(0°,1392nm)>99.9985% (Low loss)

goal: HR(0°,1392nm)>99.999%

T(0°,1392nm)=0.0003(±0.0002)% [3(±2)ppm]

S1: AR(0°,1392nm)<0.15%

图示：

transmission measurement 0° (- - - - -)

refined theoretical design 0° (_____)

图1：0°入射角下的透射率曲线测量和计算出的理论透射曲线图

图2：CRD-在0°时测量S2的反射率R值-监测基板monitoring substrate

(光腔衰荡Cavity Ring Down Spectroscopy，CRDS)

图3：CRD-S2在0°时的透射率T值测量-监测基板monitoring substrate

图4：计算0°时的另外一侧的AR值