立體分光鏡(CBS)是一類極為重要的光學(xué)元件，它的作用是將一束光線分為兩個(gè)不同的傳播路徑，即反射光和透射光。分開的光線可用于復(fù)制圖像、分離顏色或偏振狀態(tài)等，其廣泛應(yīng)用于消費(fèi)品、高科技微定位設(shè)備和基于光纖的電信系統(tǒng)中。

為了實(shí)現(xiàn)不同的光學(xué)特性，通常會(huì)在棱鏡的斜邊(有時(shí)也需要在直角邊)進(jìn)行鍍膜。而棱鏡在膠合前后的光學(xué)特性是完全不同的，需要直接對(duì)立方體進(jìn)行測(cè)試來衡量 CBS 的設(shè)計(jì)和加工是否達(dá)到預(yù)期。要充分了解透射光和反射光的光譜信息，測(cè)試的難點(diǎn)在于：

1.測(cè)試透過率和反射率時(shí)光路不同，測(cè)試系統(tǒng)需靈活調(diào)控以實(shí)現(xiàn)測(cè)量。

2.樣品各個(gè)維度的垂直度和放置位置對(duì)結(jié)果影響較大。

圖 1. CBS 平面圖，入射光(I)反射光(R)透射光(T)

Cary 7000 UMS 全能測(cè)試系統(tǒng)

過去，需要使用安裝有不同附件的分光光度計(jì)來測(cè)量反射率和透射率。在實(shí)際操作過程中，由于測(cè)試模式(附件)和樣品上照明光束的移動(dòng)，照明光束的光斑尺寸會(huì)有所變化，導(dǎo)致樣品上的被測(cè)試區(qū)域也會(huì)不同。Cary 7000 UMS 是一種高度自動(dòng)化的可變角度絕對(duì)鏡面反射率和透射率測(cè)量系統(tǒng)。借助 Cary 7000 UMS，操作員可通過獨(dú)立的電機(jī)來控制樣品的入射角以及檢測(cè)器的位置，其中檢測(cè)器可圍繞樣品在一定范圍內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)。對(duì)樣品旋轉(zhuǎn)和檢測(cè)器位置進(jìn)行獨(dú)立控制，可實(shí)現(xiàn) CBS 的快速、準(zhǔn)確和自動(dòng)化測(cè)量。利用 Cary 7000 UMS，不需要移動(dòng)樣品即可進(jìn)行同一樣品的透射光和反射光的光譜表征，因此能夠保證入射角度不變。而樣品上相同位置的透射率(T)和反射率(R)的測(cè)量結(jié)果，可用于計(jì)算出準(zhǔn)確的吸收率(A = 1–T–R)，從而深入了解基底和鍍膜性能。同時(shí)，系統(tǒng)專為 CBS 類型樣品配置的立方體支架自帶刻度，可以準(zhǔn)確將樣品直角邊與平臺(tái)對(duì)齊，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。

下面我們看一個(gè)實(shí)測(cè)案例，該 CBS 設(shè)計(jì)用于氦氖激光器，發(fā)射波長為 632.8 nm。在此波長下，CBS 理論上應(yīng)當(dāng)透過 100% 的 p 偏振光，并反射 100% 的 s 偏振光。實(shí)際上，偏振光透射率和反射率不會(huì)如期望般完美，因此測(cè)量 CBS 的真實(shí)性能十分重要。

圖 4A 中所示為使用 Cary 7000 UMS 系統(tǒng)測(cè)得的 s 偏振光透射和反射光譜。通過放大 633 nm 附近的光譜(參見圖 4B 和 4C)，可以觀察到 633 nm 處的透射率和反射率值。在 633 nm 下，s 偏振光的透射率為 0.04%T，符合 CBS < 0.2%T 的性能指標(biāo)要求。p 偏振光圖譜如圖 5 中所示。在 633 nm 下，p 偏振光的透射率為 98.19%T，也符合 > 98%T 的性能指標(biāo)要求。

圖 4. (A)使用 Agilent Cary 7000 UMS 測(cè)量 CBS 樣品 s 偏振光的透射和反射光譜，(B) 633 nm 附近反射光譜的放大圖，(C) 633 nm 附近透射光譜的放大圖。

圖 5. (A) 使用 Agilent Cary 7000 UMS 測(cè)量 CBS 樣品 p 偏振光的透射和反射光譜，(B) 633 nm 附近透射光譜的放大圖，(C) 633 nm 附近反射光譜的放大圖。

因?yàn)樵跍y(cè)量透射率和反射率時(shí)無需移動(dòng)樣品，因此可收集到前后一致的光譜數(shù)據(jù)，這對(duì)于確定全損失(例如向后反射和內(nèi)吸收或散射)十分有用。圖 6 中所示為 s 偏振光和 p 偏振光的吸光度 (A)(其中 A = 1–T–R)，在該圖中顯示了光譜曲線及其光損失。

圖 6. s 偏振光和 p 偏振光的吸收光譜

結(jié) 論

Agilent Cary 7000 UMS 在表征立體分光鏡性能方面已顯示出巨大的潛力。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了樣品旋轉(zhuǎn)和檢測(cè)器位置的獨(dú)立和自動(dòng)化控制。這種無需移動(dòng)樣品即可測(cè)量 T 和 R 的獨(dú)特能力，可保持樣品的入射光不變，同時(shí)可獲得分光鏡吸光度的詳細(xì)光譜信息。Cary 7000 UMS 可實(shí)現(xiàn)快捷、簡便且全自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集，是 QA/QC 的理想選擇。