介绍了一种检测光学薄膜表面总积分散射(TIS)分布的总积分散射仪。对仪器的基本结构、理论基础、测量原理以及系统性能等进行了阐述,提出了抑制系统噪音和提高测量精度的有效措施。利用该仪器对K9基底上的银(Ag)膜和氧化锆(ZrO2)薄膜进行了测量,并根据标量散射理论得到了表面均方根(RMS)粗糙度。利用光学轮廓仪和原子力显微镜(AFM)分别测量了上述Ag膜和ZrO2薄膜的表面均方根粗糙度,并与总积分散射仪所得的粗糙度进行了比较。结果表明,根据测量的薄膜表面总积分散射计算得到的表面均方根粗糙度与光学轮

简要论述了标量散射理论的研究进展做,着重介绍了Beckman的一维标量散射理论和几种典型的多层膜散射模型－非相关表面粗糙度模型、附加表面粗糙度模型和非相关体内不均匀模型,比较了这些模型在中心波长为632.8nm的11层高反膜的散射特性。结果表明,非相关体内的不均匀性引起反射能带边缘散射,反射能带内的散射主要由附加表面粗糙度引起。理想粗糙度对膜系反射带内的散射影响很小,对反射带边缘几乎无影响。预测了标量散射理论的应用领域及前景。

由于光学薄膜的透射光谱和反射光谱受表面粗糙程度的影响很大，因此在确定表面粗糙薄膜的厚度及光学常量时，如果不考虑这种影响必然会引起较大的误差。利用标量波散射理论，引入表面均方根粗糙系数，对粗糙薄膜表面的光散射进行了细致分析，得出了光散射影响下薄膜系统透射系数的表达式。在此基础上计算的薄膜厚度以及透射光谱与制备的氢化非晶硅薄膜的相应测量结果基本一致，由此确定的光学常量也更接近实际量值。该方法的运算过程不基于最小值优化算法，无需复杂软件辅助，是准确确定表面粗糙薄膜的厚度以及光学常量的一种有效方法。