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

為了實現(xiàn)不同的光學特性，通常會在棱鏡的斜邊(有時也需要在直角邊)進行鍍膜。而棱鏡在膠合前后的光學特性是完全不同的，需要直接對立方體進行測試來衡量 CBS 的設計和加工是否達到預期。要充分了解透射光和反射光的光譜信息，測試的難點在于：

1.測試透過率和反射率時光路不同，測試系統(tǒng)需靈活調(diào)控以實現(xiàn)測量。

2.樣品各個維度的垂直度和放置位置對結(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 全能測試系統(tǒng)

過去，需要使用安裝有不同附件的分光光度計來測量反射率和透射率。在實際操作過程中，由于測試模式(附件)和樣品上照明光束的移動，照明光束的光斑尺寸會有所變化，導致樣品上的被測試區(qū)域也會不同。Cary 7000 UMS 是一種高度自動化的可變角度絕對鏡面反射率和透射率測量系統(tǒng)。借助 Cary 7000 UMS，操作員可通過獨立的電機來控制樣品的入射角以及檢測器的位置，其中檢測器可圍繞樣品在一定范圍內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)。對樣品旋轉(zhuǎn)和檢測器位置進行獨立控制，可實現(xiàn) CBS 的快速、準確和自動化測量。利用 Cary 7000 UMS，不需要移動樣品即可進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)的測量結(jié)果，可用于計算出準確的吸收率(A = 1–T–R)，從而深入了解基底和鍍膜性能。同時，系統(tǒng)專為 CBS 類型樣品配置的立方體支架自帶刻度，可以準確將樣品直角邊與平臺對齊，實現(xiàn)準確定位。

下面我們看一個實測案例，該 CBS 設計用于氦氖激光器，發(fā)射波長為 632.8 nm。在此波長下，CBS 理論上應當透過 100% 的 p 偏振光，并反射 100% 的 s 偏振光。實際上，偏振光透射率和反射率不會如期望般完美，因此測量 CBS 的真實性能十分重要。

圖 4A 中所示為使用 Cary 7000 UMS 系統(tǒng)測得的 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 的性能指標要求。

圖 4. (A)使用 Agilent Cary 7000 UMS 測量 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。

因為在測量透射率和反射率時無需移動樣品，因此可收集到前后一致的光譜數(shù)據(jù)，這對于確定全損失(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)實現(xiàn)了樣品旋轉(zhuǎn)和檢測器位置的獨立和自動化控制。這種無需移動樣品即可測量 T 和 R 的獨特能力，可保持樣品的入射光不變，同時可獲得分光鏡吸光度的詳細光譜信息。Cary 7000 UMS 可實現(xiàn)快捷、簡便且全自動化的數(shù)據(jù)采集，是 QA/QC 的理想選擇。