立体分光镜(CBS)是一类极为重要的光学元件，它的作用是将一束光线分为两个不同的传播路径，即反射光和透射光。分开的光线可用于复制图像、分离颜色或偏振状态等，其广泛应用于消费品、高科技微定位设备和基于光纤的电信系统中。

为了实现不同的光学特性，通常会在棱镜的斜边(有时也需要在直角边)进行镀膜。而棱镜在胶合前后的光学特性是完全不同的，需要直接对立方体进行测试来衡量 CBS 的设计和加工是否达到预期。要充分了解透射光和反射光的光谱信息，测试的难点在于：

1.测试透过率和反射率时光路不同，测试系统需灵活调控以实现测量。

2.样品各个维度的垂直度和放置位置对结果影响较大。

图 1. CBS 平面图，入射光(I)反射光(R)透射光(T)

Cary 7000 UMS 全能测试系统

过去，需要使用安装有不同附件的分光光度计来测量反射率和透射率。在实际操作过程中，由于测试模式(附件)和样品上照明光束的移动，照明光束的光斑尺寸会有所变化，导致样品上的被测试区域也会不同。Cary 7000 UMS 是一种高度自动化的可变角度绝对镜面反射率和透射率测量系统。借助 Cary 7000 UMS，操作员可通过独立的电机来控制样品的入射角以及检测器的位置，其中检测器可围绕样品在一定范围内自由旋转。对样品旋转和检测器位置进行独立控制，可实现 CBS 的快速、准确和自动化测量。利用 Cary 7000 UMS，不需要移动样品即可进行同一样品的透射光和反射光的光谱表征，因此能够保证入射角度不变。而样品上相同位置的透射率(T)和反射率(R)的测量结果，可用于计算出准确的吸收率(A = 1–T–R)，从而深入了解基底和镀膜性能。同时，系统专为 CBS 类型样品配置的立方体支架自带刻度，可以准确将样品直角边与平台对齐，实现准确定位。

下面我们看一个实测案例，该 CBS 设计用于氦氖激光器，发射波长为 632.8 nm。在此波长下，CBS 理论上应当透过 100% 的 p 偏振光，并反射 100% 的 s 偏振光。实际上，偏振光透射率和反射率不会如期望般完美，因此测量 CBS 的真实性能十分重要。

图 4A 中所示为使用 Cary 7000 UMS 系统测得的 s 偏振光透射和反射光谱。通过放大 633 nm 附近的光谱(参见图 4B 和 4C)，可以观察到 633 nm 处的透射率和反射率值。在 633 nm 下，s 偏振光的透射率为 0.04%T，符合 CBS < 0.2%T 的性能指标要求。p 偏振光图谱如图 5 中所示。在 633 nm 下，p 偏振光的透射率为 98.19%T，也符合 > 98%T 的性能指标要求。

图 4. (A)使用 Agilent Cary 7000 UMS 测量 CBS 样品 s 偏振光的透射和反射光谱，(B) 633 nm 附近反射光谱的放大图，(C) 633 nm 附近透射光谱的放大图。

图 5. (A) 使用 Agilent Cary 7000 UMS 测量 CBS 样品 p 偏振光的透射和反射光谱，(B) 633 nm 附近透射光谱的放大图，(C) 633 nm 附近反射光谱的放大图。

因为在测量透射率和反射率时无需移动样品，因此可收集到前后一致的光谱数据，这对于确定全损失(例如向后反射和内吸收或散射)十分有用。图 6 中所示为 s 偏振光和 p 偏振光的吸光度 (A)(其中 A = 1–T–R)，在该图中显示了光谱曲线及其光损失。

图 6. s 偏振光和 p 偏振光的吸收光谱

结 论

Agilent Cary 7000 UMS 在表征立体分光镜性能方面已显示出巨大的潜力。该系统实现了样品旋转和检测器位置的独立和自动化控制。这种无需移动样品即可测量 T 和 R 的独特能力，可保持样品的入射光不变，同时可获得分光镜吸光度的详细光谱信息。Cary 7000 UMS 可实现快捷、简便且全自动化的数据采集，是 QA/QC 的理想选择。