用于测量光学元件散射光的仪器-散射仪

1.简介
光的散射特性对高端光学表面、膜层和材料的发展起着至关重要的作用。对于光学表面，常常用粗糙度来确定光学表面受散射影响后的光学特性。对于诸如不均匀体、亚表面损伤和局部缺陷的散射常常会忽略掉，而这些来源的散射对系统有很大的影响，所以需要一个能在终端借测散射性质的仪器来解决这一问题。在有些应用中，可以观察到由粗糙度直接过渡到散射的设置。

    测量高性能光学元件的散射光对仪器的要求非常严格，主要要求概括如下：
￭在相关的波长下进行测量（尤其是膜层）
￭高动态范围（对于可见光光学至少需要11个数量级）
￭高灵敏度（对于可见光光学等效噪声ARS <10-6 sr-1），散射损耗在ppm级，粗糙度在亚纳米量级
￭小近角限值（对于成像应用<1°）
￭ 3D功能（在入射面内外测量）
￭测量达到弯曲样品的能力以及绘制大的采样区间
    为达到这些要求，对用在仪器中的组件和程序有更好的要求，如：
￭高机械精度和测角仪系统的高稳定性，需要考虑由重力造成的弯曲效应
￭尽可能少的固有散射和杂散光的光束发生系统
￭低噪声、高灵敏度和在整个动态范围成线性的检测系统
￭强大的测量和校准系统
￭可靠的不确定分析
    由Fraunhofer IOF开发的散射仪的测量精度要远远超出传统的测角光度计，该测量可以直接与我们用实验室的设备测出来的结果联系起来，通过测量仪器的特征可以证实仪器的性能。该系统是目前市场上唯一一个满足上述要求测量高性能光学元件的仪器，对比由美国Schmitt生产的CASI它有有利的竞争力，它不局限与小样品和平面内的测量。
    Fraunhofer IOF面对的客户是企业、研究所和大学，我们提供标准的设备并提高针对于特定任务的解决方案。其中一个用户这样总结道：“我是欧洲航天局光学实验室ESTEC在荷兰地区的副经理Dominic Doyle，最近我们购买了由Fraunhofer IOF开发的ALBATROSS-TT 3D角分辨散射测量仪，之所以选择IOF为供应商是因为他们在这一领域中的超绝能力以及在ARS和BRDF测量技术和散射分析上的出色的专业技能，我们非常高兴购买这一仪器，并毫不犹豫向精密光学及光学机械等领域推荐ALBATROSS-TT散射仪。
    散射仪ALBATROSS的工作台显（基于激光的透射率、反射率和光散射测量）示在图1中。在AST M E2387中，它提供光学和非光学表面的角分辨光散射、反射率和透射率、膜层和材料的高精度测量，测量直径高达700mm，扫描和映射根据IOF的专利DE 10 2012 005 417 A1。在此我们在第3页至第5页引用了最新的一代仪器的详细说明书和选项。

图1：ALBATROSS仪器。左上图：带外结构的罩子，右上图：精密3D双测角仪，左下图：控制散射的软件，右下图：金刚石折转反射镜显示的结果

2.说明书
• 测量散射光(ARS, BRDF, BTDF)、R和T
• 3D球面测量能力
• 测角仪被层流箱包围的外壳
• 自动化轴（极角、方位角、入射角）
O 角分辨率：<0.001°
O 测角精度：<0.01° (2D),  0.5° (3D)
O 调整范围（参见图2的说明）：
￭极角  ：-360° .. +360°
￭方位角：-  90° .. +  90°
￭入射角：-  360° .. +  360°
样品调整：
O 3个旋转手动轴
O 2个平移自动轴（Z,X）
O 1个旋转自动轴：
O 调整范围：
￭  Z, X：-12.5 mm .. +12.5 mm
￭  ： 360°
• 最大样品规格：
O 最大承重：70 kg
O 最大尺寸：ø700mm（参见图3）
• 光源：
O 标准： Nd:YAG，532 nm
O 选项1：405nm激光二极管
O 选项2：1064nm激光
O 选项3:1310nm激光二极管
O 额外光源的规格
• 检测系统：
O 标准：带锁相放大技术的光电倍增管
O 集成到标准探测器头的其它探测器
• 偏振
O 照明：原形偏振光，S、P偏振光（可调的线性偏振角度）
O 检测器：不带偏振特性的。S、P偏振特性的（可调节的线性偏振角度）
• 互换孔径：对应于立体角分别为 10-05 sr和 10-04sr
• 近角限制：<0.1°
• 动态范围：放大量级大于13阶（在532nm处）
• 等效噪声ARS： 5*10-08sr-1（在532nm处，参见图4）
3.更多的组件
• 自动控制软件„ScatterControl”（图1）
O 直接轴向控制
O 自动程序校准和测量
O 数据图
O 数据导出(ASCII, JPG, …)
• 用户手册（包含样品螺纹安装电网的机械制图）
• PC、显示器、鼠标和键盘（Windows 7或更高版本的）
4.由用户提供的基础设施
• 放仪器的光学实验室至少5 x 3 m2（建议使用洁净室，但没有强制要求）
• 供电电源：230 V
5.服务
    IOF在采购地提供有关软件的服务，免费提供3年的软件更新，之后也可以提供免费更新或可以另行购买。
6.文档、演示和交付物
• 阶段1：测量系统的功能记录在IOF耶拿的一系列测量中：
O 仪器标签确定噪声水平和近角极限
O 测量两个典型样品的ARS
O 在整个样品表面上散射分布
    用户以书面确认初步验收
• 阶段2：发货以及设备安装，由IOF员工在用户的地方总结出三天仪器的简报。重复第一阶段的测量。
7.可交付物
下面的部件也是该项目的一部分：
• 光散射测量仪ALBATROSS
• 用于测量控制以及数据分析的软件ScatterControl
• PDF格式打印出来的用户手册（英文的）
• 测试和切换协议
• 网站介绍
8.不包含的部件
以下的部件不属于该项目：
• 软件源代码
• 评估/检查CE认证

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