一种基于传输矩阵模型确定薄膜光学常数的方法

张小翠

摘要：为了快速便捷的确定薄膜材料的光学常数，报道了一种基于传输矩阵模型确定薄膜光学常数的方法。通过软件Mathematica编程，以 ITO（Sn：In2O3）薄膜为例，详细给出了传输矩阵的工作原理，提取光学常数的过程和注意事项，验证了此方法和相应程序的可行性和便捷性。 同时通过比较不同温度条件下沉积的ITO薄膜的光学常数，证明了薄膜光学性能随制备条件变化的可能性，体现了提取实际薄膜样品光学参数的重要性。最后，还给出了传输矩阵法求解光学参数所适用的薄膜范围。

关键词：传输矩阵；光学常数；折射率；消光系数；多解

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）03-0216-03

在当今社会，光学薄膜在人们日常生活中起着越来越重要和广泛的作用，被应用到了诸如减反层[1，2]，发光二极管[3，4]，光伏太阳能电池[5，6]等等。由于光在薄膜中传播的复杂性，理论模拟光传播往往是必要的，因为理论模拟能帮助优化薄膜器件结构，对实验起到指导作用。薄膜的光学常数是决定其光学性能的基本参数，所以光学常数的准确性决定了光传播模拟的可靠程度以及进一步对实验的指导作用。光学常数由两部分组成，n为折射率，k为消光系数， 通常表达为（n， k）或者复数形式（N=n+ik）[7]。然而即使是同种材料，文献报道的（n， k）值存在很大的差异，这就意味着文献报道值可能不适用特定的样品。造成这种现象的原因主要有两个，其一就是各种光学常数确定方法所固有的实验误差，但更为主要的是薄膜由于制备条件不同所引起其本身物理性能的不同。……