UV-3600i Plus - 應用資訊

UV-3600i Plus 紫外/可見光-近紅外光分光光譜儀 (UV-Vis-NIR)

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電子/電機/半導體/光學

薄膜/鏡片穿透率分析

手機、相機、監視器等影像產品均須搭載鏡頭。而決定鏡頭性能好壞的其中一個因素就是光對鏡頭的穿透率。然而因為鏡頭會有聚光的效果所以容易產生誤差。以下是鏡頭的穿透率量測結果。

分析鏡頭時因基線校正 (Baseline Correction，即全範圍歸零) 與量測時的光型不同，需要使用積分球量測。使用 BIS-603 配備的穿透型積分球可以減少量測誤差。此外使用大型樣品室 MPC-603 配備的 V-Stage 更可以對應各種大小尺寸的鏡頭進行量測。

微小樣品穿透率分析

現今光感測器等各種光學產品均強調小體積，對於微小樣品的光學分析也愈趨重要。使用 MPC-603A 樣品室並搭配微小樣品架與聚光器等配件，便可以量測直徑達 2 mm 的微小樣品。右圖為 Sensor 前方玻璃窗 (直徑約2 mm) 的穿透光譜圖。

太陽能電池用毛玻璃穿透率分析

太陽能電池上的毛玻璃是一種表面粗糙的材料。進行穿透率分析時如果使用較小的積分球，可能在光譜上偵測器切換的波長產生階梯狀的段差，而造成偵測結果的誤差。因此需要使用球體內徑為 150 mm 的 ISR-1503 大型積分球進行分析。

將毛玻璃垂直於光的來向，並順時鐘旋轉 0 度、45 度、90 度進行穿透度量測，由光譜可發現三張光譜幾乎重疊沒有差異 (表示毛玻璃本身穿透率夠均勻)，也沒有出現段差的現象。

  • UV-3600i Plus+ISR-1503 大型積分球

  • 毛玻璃旋轉角為 0 度、45 度、90 度之穿透光譜圖

反射鏡的絕對反射率 (Absolute Reflectance) 計算

反射鏡在望遠鏡、雷射等相關應用是非常重要的元件。其反射率是決定其性能最重要的因素之一。對於反射鏡而言，鏡面反射 (Specular Reflectance，光的入射角=光的反射角屬之。亦稱正反射。) 比起擴散反射或全反射更為重要。特別是對於高反射率 (>90 %R) 的反射鏡，或者低反射率 (<5 %R) 的抗反射膜分析，使用絕對反射量測附件 (Absolute Specular Reflectance Accessory, ASR) 才能測得準確的反射率值。

利用絕對反射量測附件量測高反射率 (>90 %R) 反射鏡的光譜圖。圖中反射率 >95 %R，已高於常作為標準品的鋁鏡 (反射率約 95 %R)。
可以避免：

  • 高反射樣品反射率比做為標準品的鋁鏡高而出現反射率 >100 %R的狀況。
  • 低反射樣品測出反射率低於設計時模擬值。

多層光學薄膜量測

多層光學薄膜常鍍在鏡頭、鏡片、濾光片等作為相機、望眼鏡等影像產品的光學元件基材上。由於多層膜會導致光進入鏡頭時不同的入射角可能造成穿透或反射的波長區域產生變化，利用可變角穿透反射測量附件，即可量測不同入射角的穿透率與絕對反射率。

  • 固定角度絕對反射附件
    (可選擇 5、12、30、45 度)

  • 可變角度穿透+絕對反射附件
    (可選擇 5、12、30、45 度)

能隙 (Band Gap) 計算

太陽能電池與光觸媒材料的物性研究中，能隙 (Band gap) 是常需要測量的其中一個基本物理量。
使用積分球 ISR-603，量測作為太陽電池材料的 3 種化合物半導體 (紅線：CuGaSe2、藍線：CuIn0.5Ga0.5Se2、黑線：CuInSe2) 的擴散反射光譜。不同的樣品會有不同的吸收段 (反射率下降的波長)，也表示不同的 Band Gap 值。(本樣品由龍谷大學理工學部的和田研究室提供)
利用 Tauc plot 法計算樣品 Band Gap 可得到、CuGaSe2 (紅線)、Culn0.5Ga0.5Se2 (藍線)、CuInSe2 (黑線) 的 Band Gap 各為1.63 eV、1.27 eV、0.99 eV。

※ Band gap 指的是半導體或絕緣體的價帶 (Valence band，含有電子的區域) 頂端至傳導帶 (Conduction band，不含電子的區域) 底端的能量差距，單位以電子伏特 (eV) 表示。

建築

平板玻璃透射率計算 (日射透過率)

近年來，為了因應溫室效應、地球暖化等議題，綠色建材、節能玻璃的使用愈來愈普及。平板玻璃的節能效率一般會依照 ISO 9050 或日本 JIS R3106 對於太陽光穿透率/反射率的規範進行評估。利用 UV-3600i Plus 搭配 ISR-603 積分球與專屬軟體，可以完整涵蓋各種國際測試標準 (如下表)。

  • 節能玻璃 (左) 與透明玻璃 (右)

  • ISR-603 積分球

  • 透明玻璃 (黑) 與節能玻璃 (紅) 的穿透光譜

  • 透明玻璃 (黑) 與節能玻璃 (紅) 的全反射光譜

LabSolutions UV-Vis 的太陽光穿透/反射率計算軟體可將測得的穿透/全反射光譜自動計算得到結果。不須手動另行計算。

軟體可對應自動計算的標準與檢測項目如下：

標準 檢測項目 波長範圍
國際標準
ISO-9050:2003
(建築用玻璃)		 Light transmittance/reflectance 可見光穿透率/反射率 380 ~ 780 nm
Solar direct transmittance/reflectance 太陽光穿透率/反射率 300 ~ 2500 nm
Ultraviolet light transmittance 紫外光穿透率 300 ~ 380 nm
CIE damage factor CIE 傷害因子 300 ~ 600 nm
Skin damage factor 皮膚傷害因子 300 ~ 400 nm
日本
JIS R 3106
(玻璃)		 Light transmittance/reflectance 可見光穿透率/反射率 380 ~ 780 nm
Solar direct transmittance/reflectance 太陽光穿透率/反射率 300 ~ 2100 nm
日本
JIS K 5602:2008
(建築塗料)		 Light transmittance/reflectance 分光穿透率/反射率 300 ~ 780 nm
Solar direct transmittance/reflectance 太陽光穿透率/反射率 300 ~ 2500 nm
Near Infrared Reflectance 近紅外光反射率 780 ~ 2500 nm
日本
JIS A 5759:2016
(玻璃隔熱膜)		 Light transmittance/reflectance 分光穿透率/反射率 380 ~ 780 nm
Solar direct transmittance/reflectance 太陽光穿透率/反射率 300 ~ 2500 nm
Ultraviolet light transmittance 紫外光穿透率 300 ~ 380 nm
日本
JIS S 3107:2013
(汽車隔熱膜)		 Light transmittance/reflectance 分光穿透率/反射率 380 ~ 780 nm
Solar direct transmittance/reflectance 太陽光穿透率/反射率 300 ~ 2500 nm
Ultraviolet light transmittance 紫外光穿透率 300 ~ 380 nm
中國
GB/T 2680 – 94
(玻璃)		 Light transmittance/reflectance 分光穿透率/反射率 380 ~ 780 nm
Solar direct transmittance/reflectance 太陽光穿透率/反射率 350 ~ 1800 nm
Ultraviolet light transmittance 紫外光穿透率 280 ~ 380 nm

汽車

防碰撞系統 (ADAS)、光達 (LiDAR) 分析系統

防碰撞系統 (ADAS) 與未來運用於自動駕駛系統的光達 (LiDAR) 系統在行車安全的重要性與日俱增。利用發射光並掃描偵測被照射物體的反射光，即可計算與該物體的距離、位置，甚至速度。與傳統以雷達波 (毫米波) 作為光源的 ADAS 系統或 ACC (主動跟車巡航系統) 相比，近紅外光受惡劣天氣 (雨、雪) 影響較小，且偵測距離較長的特點使其更加被重視。

在近紅外光感測器前方通常會安裝一個保護蓋，必須確保保護蓋在不同光入射角下都有足夠的穿透率，不會減弱反射光強度。因此保護蓋上會鍍上一層薄膜過濾掉光源以外波長的光。近紅外光光源的波長可分成 950 nm與 1550 nm 兩種。

  • 在近紅外光感測器 (圖中淺綠色) 前方通常會安裝一個保護蓋，必須確保保護蓋在不同光入射角下 (即藍色視野範圍) 都有足夠的穿透率，不會減弱反射光強度。

  • 利用可變角穿透反射附件量測保護蓋在入射角為 35、45、55 度下的穿透光譜。

化學

高分子材料的霧度 (Haze)

在塑膠鏡頭等高分子材料的應用中，其中一個重要的性質─透明度可以用霧度 (Haze) 作為評價判斷的基準。霧度相當於：擴散穿透率 (散射)/全穿透率，霧度愈小材料愈透明。

使用內徑達 150 mm 的 ISR-1503 積分球，樣品可以水平放置於積分球上進行穿透率分析，下圖即為樣品利用 ISR-1503 積分球測得霧度值為 32.9。

單層薄膜厚度測定

光穿過透明薄膜時會產生干涉波形，利用此干涉波形可以計算求得薄膜厚度值。

下圖黑線為 PVC (聚氯乙烯) 薄膜，紅線為 PC (聚碳酸酯) 薄膜，藍線為 PP (聚丙烯) 薄膜。其膜厚可由選配的膜後計算軟體計算得出分別為：9.9 µm、49.3 µm 與 59.5 µm。(計算時需輸入樣品折射率)

  • 量測時使用的薄膜樣品架