Solving the inverse problem for determining the optical characteristics of materials

The paper describes a methodology for determining the optical and physical properties of anisotropic thin film materials. This approach allows in the future designing multilayer thin-film coatings with specified properties. An inverse problem of determining the permittivity tensor and the thickness of a thin film deposited on a glass substrate is formulated. Preliminary information on the belonging of a thin-film coating to a certain class can significantly reduce the computing time and increase the accuracy of determining the permittivity tensor over the entire investigated range of wavelengths and film thickness at the point of reflection and transmission measurement Depending on the goals, it is possible to formulate and, therefore, solve various inverse problems: o determination of the permittivity tensor and specification of the thickness of a thick (up to 1 cm) substrate, often isotropic; o determination of the permittivity tensor of a thin isotropic or anisotropic film deposited on a substrate with known optical properties. The complexity of solving each of the problems is very different and each problem requires its own specific set of measured input data. The ultimate results of solving the inverse problem are verified by comparing the calculated transmission and reflection with those measured for arbitrary angles of incidence and reflection.

В работе изложена методология определения оптических и физических свойств анизотропных тонкоплёночных материалов. Такой подход позволяет в дальнейшем проектировать многослойные тонкоплёночные покрытия с заданными свойствами. Сформулирована обратная задача определения тензора диэлектрической проницаемости и толщины тонкой плёнки, нанесённой на стеклянную подложку, с известными оптическими свойствами и толщиной. Предварительная информация о принадлежности тонкоплёночного покрытия к определённому классу позволяет значительно сократить время расчёта и увеличить точность определения тензора диэлектрической проницаемости на всём исследуемом интервале длин волн и толщины плёнки в точке измерения отражения и пропускания. В зависимости от поставленных целей возможна постановка и, следовательно, решение различных обратных задач: o определение тензора диэлектрической проницаемости и уточнение толщины толстой (до 1 см) подложки, часто изотропной; o определение тензора диэлектрической проницаемости тонкой изотропной или анизотропной плёнки, нанесённой на подложку, с известными оптическими свойствами. Сложность решения каждой из задач весьма различна и каждая требует своего определённого набора измеренных входных данных. Окончательные результаты решения обратной задачи верифицируются с помощью сравнения вычисленных коэффициентов пропускания и отражения с измеренными для произвольных углов падения и отражения.

Authors
Lovetski K.P. 1 , Zhukov A.A.2 , Paukshto M.V.3 , Sevastianov L.A. 1 , Tiutiunnik A.A. 1
Publisher
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Российский университет дружбы народов (РУДН)
Number of issue
4
Language
English
Pages
378-397
Status
Published
Volume
28
Year
2020
Organizations
  • 1 Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)
  • 2 ITL Consulting
  • 3 Fibralign Corporation
Keywords
transmittance; reflectance; refractive indices determination; thin films; multilayers; optical coatings; optical properties; определение коэффициентов пропускания; отражения; показателей преломления; тонкие плёнки; многослойные материалы; оптические покрытия; оптические свойства
Date of creation
06.07.2022
Date of change
06.07.2022
Short link
https://repository.rudn.ru/en/records/article/record/87685/
Share

Other records