Optics and photonics -- Measurement of reflectance of plane surfaces and transmittance of plane parallel elements

This document provides rules for the measurement of the spectral reflectance of plane surfaces and the spectral transmittance of plane parallel elements using spectrophotometers. This document only applies to measurements of the regular transmittance and the regular reflectance; it does not apply to those of the diffuse transmittance and the diffuse reflectance. This document is applicable to test samples, which are coated or uncoated optical components without optical power.

Optique et photonique -- Mesurage du facteur de réflexion des surfaces planes et du facteur de transmission des éléments à plan parallèle

Le présent document fournit des rčgles pour le mesurage du facteur de réflexion spectrale de surfaces planes et du facteur de transmission spectrale d'éléments ŕ faces planes au moyen de spectrophotomčtres. Le présent document s'applique uniquement aux mesurages du facteur de transmission et du facteur de réflexion réguličres; il ne s'applique pas aux mesurages du facteur de transmission et du facteur de réflexion diffuses. Le présent document s'applique aux échantillons qui sont des composants optiques traités ou non sans puissance optique.

General Information

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Published
Publication Date
25-Mar-2021
Current Stage
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Start Date
25-Feb-2021
Completion Date
24-Feb-2021
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ISO 15368:2021 - Optics and photonics -- Measurement of reflectance of plane surfaces and transmittance of plane parallel elements
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ISO 15368:2021 - Optique et photonique -- Mesurage du facteur de réflexion des surfaces planes et du facteur de transmission des éléments à plan parallèle
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ISO/FDIS 15368:Version 30-jan-2021 - Optique et photonique -- Mesurage de la réflectance des surfaces planes et de la transmittance des éléments a plan parallele
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 15368
Second edition
2021-03
Optics and photonics — Measurement
of reflectance of plane surfaces
and transmittance of plane parallel
elements
Optique et photonique — Mesurage du facteur de réflexion des
surfaces planes et du facteur de transmission des éléments à plan
parallèle
Reference number
ISO 15368:2021(E)
ISO 2021
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 15368:2021(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2021

All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may

be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting

on the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be requested from either ISO at the address

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CH-1214 Vernier, Geneva
Phone: +41 22 749 01 11
Email: copyright@iso.org
Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2021 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 15368:2021(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Symbols and units ............................................................................................................................................................................................... 2

5 Test sample ................................................................................................................................................................................................................. 3

6 Measuring apparatus ....................................................................................................................................................................................... 3

7 Test conditions ....................................................................................................................................................................................................... 5

7.1 Dispersive type spectrophotometer ..................................................................................................................................... 5

7.1.1 General...................................................................................................................................................................................... 5

7.1.2 Optical radiation source ............................................................................................................................................ 5

7.1.3 Monochromator ................................................................................................................................................................ 6

7.1.4 Detection system.............................................................................................................................................................. 6

7.1.5 Numerical correction ................................................................................................................................................... 6

7.2 Fourier-transform type spectrophotometer ................................................................................................................. 6

7.2.1 General...................................................................................................................................................................................... 6

7.2.2 Optical radiation source ............................................................................................................................................ 6

7.2.3 Interferometer ................................................................................................................................................................... 7

7.2.4 Detection system.............................................................................................................................................................. 7

7.2.5 Numerical correction ................................................................................................................................................... 7

8 Test procedure ........................................................................................................................................................................................................ 8

8.1 Measurement of reflectance ........................................................................................................................................................ 8

8.1.1 General...................................................................................................................................................................................... 8

8.1.2 Direct measurement of regular reflectance .............................................................................................. 8

8.1.3 Relative measurement of regular reflectance ......................................................................................... 9

8.1.4 Measurement of relative reflectance ...........................................................................................................10

8.2 Measurement of transmittance .............................................................................................................................................10

8.2.1 Regular transmittance .................. ......................................................................................................................... ...10

8.2.2 Internal transmittance of an optical plate ..............................................................................................11

9 Common sources of error .........................................................................................................................................................................11

9.1 General ........................................................................................................................................................................................................11

9.2 Monochromator wavelength uncertainty, reproducibility and spectral resolution .................11

9.3 Interferometer wavenumber uncertainty, reproducibility and spectral resolution ................12

9.4 Fluctuation of the incident flux ..............................................................................................................................................12

9.5 Parallelism of the sample ............................................................................................................................................................12

9.6 Monochromator stray optical radiation .........................................................................................................................13

9.7 Linearity of the detection system ........................................................................................................................................13

9.8 Inter-reflections ..................................................................................................................................................................................13

9.9 Misalignment of the sample ......................................................................................................................................................13

9.10 Monochromator baseline reproducibility ....................................................................................................................13

9.11 Beam divergence ................................................................................................................................................................................13

10 Test report ................................................................................................................................................................................................................14

Annex A (informative) Spectrophotometers .............................................................................................................................................15

Annex B (informative) Refractive index of synthetic fused silica ........................................................................................20

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................21

© ISO 2021 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 15368:2021(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the

World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www .iso .org/

iso/ foreword .html.

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 172, Optics and photonics, Subcommittee

SC 1, Fundamental standards.

This second edition cancels and replaces the first edition ISO 15368:2001 which has been technically

revised. The main changes compared to the previous edition are as follows:

— Throughout the document, descriptions of the use of Fourier transform spectrometer instruments

have been expanded and added where appropriate to an equivalent level as those of monochromator

instruments.

— Throughout the document, the term “light” has been replaced with “optical radiation” to reflect that

this standard’s spectral range extends beyond the visible.

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A

complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
iv © ISO 2021 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 15368:2021(E)
Introduction

Measurements of reflectance and transmittance using spectrophotometers are the most fundamental

methods for the characterization of optical components. Since the spectrophotometric methods are

basic and normal, they are extensively used and provide measurement data over a wide range of

wavelengths.

This document describes the measurement of reflectance and transmittance using spectrophotometers,

which provides data with high reproducibility and repeatability.
© ISO 2021 – All rights reserved v
---------------------- Page: 5 ----------------------
INTERNATIONAL STANDARD ISO 15368:2021(E)
Optics and photonics — Measurement of reflectance
of plane surfaces and transmittance of plane parallel
elements
1 Scope

This document provides rules for the measurement of the spectral reflectance of plane surfaces and the

spectral transmittance of plane parallel elements using spectrophotometers.

This document only applies to measurements of the regular transmittance and the regular reflectance;

it does not apply to those of the diffuse transmittance and the diffuse reflectance.

This document is applicable to test samples, which are coated or uncoated optical components without

optical power.
2 Normative references

The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content

constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For

undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

ISO 9211-1, Optics and photonics — Optical coatings — Part 1: Vocabulary

ISO 10110-8, Optics and photonics — Preparation of drawings for optical elements and systems — Part 8:

Surface texture
ISO 80000-7, Quantities and units — Part 7: Light and radiation

ISO/IEC Guide 98-3, Uncertainty of measurement — Part 3: Guide to the expression of uncertainty in

measurement (GUM: 1995)
IEC 60050-845, International Electrotechnical Vocabulary — Chapter 845: Lighting
3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 9211-1, ISO 80000-7,

IEC 60050-845 and ISO/IEC Guide 98-3, and the following apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
3.1
transmittance

ratio

of the transmitted radiant or luminous flux to the incident flux in the given conditions

[SOURCE: IEC 60050-845:1987, 845-04-59]
© ISO 2021 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 15368:2021(E)
3.2
regular transmittance

ratio of the regularly transmitted part of the (whole) transmitted flux, to the incident flux

[SOURCE: IEC 60050-845:1987, 845-04-61]
3.3
diffuse transmittance

ratio of the diffusely transmitted part of the (whole) transmitted flux, to the incident flux

Note 1 to entry: τ = τ + τ (see also Clause 4).
r d

Note 2 to entry: The results of the measurements of τ and τ depend on the instruments and the measuring

r d
techniques used.
[SOURCE: IEC 60050-845:1987, 845-04-63]
3.4
internal transmittance

ratio of the radiant or luminous flux reaching the internal exit surface of the layer to the flux that enters

into the layer after crossing the entry surface
3.5
reflectance

ratio

of the reflected radiant or luminous flux to the incident flux under the given conditions

[SOURCE: IEC 60050-845:1987, 845-04-58]
3.6
regular reflectance

ratio of the regularly reflected part of the (whole) reflected flux, to the incident flux

[SOURCE: IEC 60050-845:1987, 845-04-60]
3.7
diffuse reflectance

ratio of the diffusely reflected part of the (whole) reflected flux, to the incident flux

Note 1 to entry: ρ = ρ + ρ (see also Clause 4).
r d

Note 2 to entry: The results of the measurements of ρ and ρ depend on the instruments and the measuring

r d
techniques used.
[SOURCE: IEC 60050-845:1987, 845-04-62]
3.8
relative reflectance
ratio of the reflected flux from a sample to that from a reference
4 Symbols and units
For the purposes of this document, the following symbols and units apply.
λ wavelength, expressed in nanometres
p, s state of polarization
τ transmittance
τ regular transmittance
2 © ISO 2021 – All rights reserved
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ISO 15368:2021(E)
τ diffuse transmittance
τ internal transmittance
ρ reflectance
ρ regular reflectance
ρ diffuse reflectance
ρ relative regular reflectance
r,rel
NOTE Wherever the Greek letters, ρ and τ, are mistakable, T and R can be used.
5 Test sample

The storage, cleaning and preparation of a test sample shall be carried out in accordance with the

instructions of the manufacturer on the test sample for normal use.

The wavelength, angle of incidence and state of polarization shall correspond to those specified by the

manufacturer for the use of the test sample.
6 Measuring apparatus

For the measurements specified in this document, a spectrophotometer is required. Figure 1 shows

an example of a double beam, dispersive type spectrophotometer. Figure 2 shows an example of a

single beam, interferometer type Fourier-transform spectrophotometer (FTS). Both types consist of an

optical radiation source, a spectral unit, a sample compartment, a detector unit and a control unit.

Details of the apparatus are described in Annex A.
© ISO 2021 – All rights reserved 3
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ISO 15368:2021(E)
Key
OS optical radiation source B baffle
LE lens PF polarization filter
F filter box CM chopper mirror
S slit TB test beam and test sample
D dispersive element RB reference beam and reference sample
M monochromator DU detector unit
SC sample compartment CU control unit
CO collecting optics
Figure 1 — Typical arrangement of a dispersive spectrophotometer
4 © ISO 2021 – All rights reserved
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ISO 15368:2021(E)
Key
E enclosure MM moving mirror
S source T, R sample or reference for transmittance and reflectance
A aperture LA laser
BS beam splitter LD laser detector
C compensator plate CU control unit
AM alignment mirror D detector unit
FM focusing mirror
Figure 2 — Typical arrangement of a Fourier-transform spectrophotometer
7 Test conditions
7.1 Dispersive type spectrophotometer
7.1.1 General

The optical radiation source, the divergence of the beam, the beam diameter on the sample, the

wavelength, spectral resolution, the stepping interval, the incident angle, the detector and any required

numerical correction shall be selected and documented.
7.1.2 Optical radiation source

The temporal variation of the intensity of the optical radiation source shall be measured and

documented. The state of polarization (p or s) of the beam shall be selected and documented.

The state of polarization of the radiation reaching the detector can be affected by reflection on

components in the reference/sample paths. It is suggested to tilt a transmitting sample by equal

amounts in orthogonal directions to check for polarization effects. The beam diameter on the sample

shall be larger than 1 mm. On the surface of the sample, the beam profile shall be smooth so that the

local peak power density does not exceed the average power density by a factor of greater than or equal

to two. The beam diameter and f–number or numerical aperture (see also 9.11) shall be documented.

© ISO 2021 – All rights reserved 5
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 15368:2021(E)
7.1.3 Monochromator
The type of dispersive element and its characteristics shall be documented.

Optics for blocking out higher order diffracted optical radiation shall be documented.

The spectral range and spectral resolution shall be selected in order to satisfy the specification of the

measurement and documented.
The type of spectrophotometer (single or double beam) shall be documented.
7.1.4 Detection system

An appropriate detector for the measured spectral region shall be selected and documented. A lock-in

detection technique is frequently used and an optical radiation chopper or a chopper mirror is installed

in the beam to modulate the output signal. The detection system shall have a dynamic range greater

4 -2

than 10 and a deviation from linearity less than 10 . Photometric linearity shall be calibrated by a

[4]
double aperture method that uses double apertures and neutral density filters .
When an integrating sphere or a diffuser is used, it shall be documented.
7.1.5 Numerical correction

Numerical correction can include spectral correction, averaging, smoothing, calibration of the

photometric linearity and other factors.

A spectral correction can be applied using an appropriate wavelength standard (see 9.2). Random noise

can be reduced by averaging or smoothing. Averaging can be performed by repeating measurements

or increasing sampling time. Smoothing can be achieved by averaging data over a finite spectral

bandwidth after measurement, although it will reduce the spectral resolution. The sampling time and

smoothing factors shall be documented.
For details on the calibration of photometric linearity, see 7.1.4.

Calibration of the spectrophotometer can be performed by measuring the transmittance of a reference

sample (standard) using the method provided in 8.2.1. A reference sample for transmittance from the

ultraviolet to the near infrared region shall be a parallel plate of fused silica with a P2 grade surface as

specified in ISO 10110-8. Refractive index data for undoped float-zone Si over the spectral range from

1,2 µm to 5,5 µm, and high purity Ge from 1,7 µm to 23 µm can be used as reference standards. The

expanded uncertainty of the measurement of the transmittance of the reference sample shall be between

0,02 % and 1 %. This shall include repeatability and photometric noise, for k = 2 (95 % confidence). Other

standard reference materials, which are checked at an accredited laboratory may be used.

7.2 Fourier-transform type spectrophotometer
7.2.1 General

The optical radiation source, sample incident beam geometry (central angle of incidence, f-number or

half-angle and spot size on the sample), the wavenumber (or wavelength) range, spectral resolution,

sampling interval, detector and numerical correction shall be selected and documented.

7.2.2 Optical radiation source

The type of optical radiation source shall be documented. The temporal variation of the intensity

of the optical radiation source, indicated by the interferogram signal level, shall be measured and

documented. If the state of polarization (p or s) of the beam is important, then the polarization shall be

controlled and documented.

NOTE The state of polarization of the radiation reaching the detector can be affected by reflection on

components in the beam path.
6 © ISO 2021 – All rights reserved
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 15368:2021(E)

The aperture size shall be selected to be consistent with the spectral resolution setting determined by

the optical beam path difference in the interferometer.
The sample size shall be larger than the beam diameter.
7.2.3 Interferometer

The type of beam splitter/compensator plate and its characteristics shall be documented.

The type of interferometer scanning mode (continuous scan or step scan), and interferogram scanning

range (or corresponding spectral resolution) and sampling interval (or corresponding spectral range),

shall be documented. The spectral range and spectral resolution shall be selected in order to satisfy the

specification of the measurement.
7.2.4 Detection system

An appropriate detector for the measured spectral region shall be selected and documented. The

detection system shall have a dynamic range greater than 10 and a deviation from linearity less than

10 . In contrast to a dispersive spectrophotometer, linearity cannot be calibrated by a double aperture

method, and another method such as use of attenuating filters or multiple standards shall be selected.

When an integrating sphere or a diffuser is used, this shall be documented.

As part of the data acquisition, directly measured interferograms are processed through software to

obtain resulting spectra. For details see also ISO 19702 and Reference [6].
7.2.5 Numerical correction

Numerical correction can include spectral correction, averaging, smoothing, calibration of the

photometric linearity and other factors.

The manner and parameters of phase correction (self- or reference-phase, and number of interferogram

data points), interferogram apodization and zero-filling, and spectral shift corrections shall be

documented.

A spectral correction can be applied using an appropriate wavelength standard (see 9.3). The typical

correction is directly proportional to wavenumber. Random noise can be reduced by averaging or

smoothing. Averaging can be performed by repeating measurements or increasing sampling time,

which is determined by a combination of the mirror scanning speed, spectral resolution, and the

number of scans per measurement. Smoothing can be performed by averaging data over a finite spectral

bandwidth after measurement, although it will reduce the effective spectral resolution. The sampling

time and smoothing factors shall be documented.

Calibration of the spectrophotometer can be performed by measuring the transmittance of a reference

sample (standard) using the method given in 8.2.1. Refractive index data for undoped float-zone

Si over the spectral range from 1,2 µm to 5,5 µm, and high purity Ge from 1,7 µm to 23 µm can be

used as reference standards. The expanded uncertainty, including repeatability, of the transmittance

of these reference samples is from 0,3 % to 1 % including photometric noise. For longer wavelengths,

few standards are available, other than reference samples, which have been calibrated at an accredited

laboratory, such as a National Metrology Institute.
© ISO 2021 – All rights reserved 7
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ISO 15368:2021(E)
8 Test procedure
8.1 Measurement of reflectance
8.1.1 General

One of two types of measurement of reflectance, a direct method, or a relative method, shall be chosen.

When the relative method is used, either the regular reflectance or the relative regular reflectance is

obtained, depending on knowledge of the reference reflectance.

The incident angle shall be selected according to the manufacturer's instructions. Reflectance at normal

incidence cannot usually be measured and an incident angle between 5° and 15° instead of 0°, which

shall be documented, is typically used. In the case of an incident angle other than 0°, the reflectance

depends on the state of polarization of the incident optical radiation, so that in the case of an angle

larger than 10°, the state (p or s) shall also be selected and documented.
8.1.2 Direct measurement of regular reflectance

Figure 3 shows three methods used for the direct measurement of reflectance. In Figure 3 a) the

reflected flux Φ without a sample is measured, and then in Figure 3 b) and c), the reflected flux Φ with

1 2

the sample is measured after changing the optical arrangement as shown. In Figure 3 d) the reflected

flux Φ with the sample is measured in the configuration shown on the left side of the figure, followed

by the incident flux measurement in the configuration shown on the right side of the figure. The regular

reflectance of the sample is given by Formula (3):
ρ = (3)

in the case of the arrangements shown in Figure 3 b). The regular reflectance is given by Formula (4):

ρ = (4)

in the case of the arrangements shown in Figure 3 c), irrespective of the magnitudes of the reflectance

of the reference mirror and other optics.
a) Reference measurement
8 © ISO 2021 – All rights reserved
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ISO 15368:2021(E)
b) Measurement of the sample (V-N method)
c) Measurement of the sample (V-W method)
d) Measurement of the sample (goniometer method)
Key
M1 mirror 1 S sample
M2 mirror 2 D detector
R reference mirror
Figure 3 — Direct measurement of reflectance
8.1.3 Relative measurement of regular reflectance

The relative measurement is easier than the direct measurement. An example of a reference sample

for the reflectance is an aluminium or gold mirror or a fused silica plate with a wedge angle, polished

smoothly and kept clean. Successive measurements of the reflected flux of the reference sample Φ

© ISO 2021 – All rights reserved 9
---------------------- Page: 14 ----------------------
ISO 15368:2021(E)

and that of a sample Φ , where the sample is substituted for the reference sample are made using the

arrangement of Figure 3 a). Then the regular reflectance of the sample is given by Formula (5):

...

NORME ISO
INTERNATIONALE 15368
Deuxième édition
2021-03
Optique et photonique — Mesurage
du facteur de réflexion des surfaces
planes et du facteur de transmission
des éléments à plan parallèle
Optics and photonics — Measurement of reflectance of plane surfaces
and transmittance of plane parallel elements
Numéro de référence
ISO 15368:2021(F)
ISO 2021
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 15368:2021(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
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Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette

publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,

y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut

être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.

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Publié en Suisse
ii © ISO 2021 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 15368:2021(F)
Sommaire Page

Avant-propos ..............................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Domaine d’application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 1

4 Symboles et unités .............................................................................................................................................................................................. 2

5 Échantillon d’essai .............................................................................................................................................................................................. 3

6 Appareillage de mesure ................................................................................................................................................................................ 3

7 Conditions d’essai ................................................................................................................................................................................................ 5

7.1 Spectrophotomètre de type dispersif .................................................................................................................................. 5

7.1.1 Généralités ............................................................................................................................................................................ 5

7.1.2 Source de rayonnement optique ........................................................................................................................ 5

7.1.3 Monochromateur ............................................................................................................................................................. 6

7.1.4 Système de détection ................................................................................................................................................... 6

7.1.5 Correction numérique ................................................................................................................................................. 6

7.2 Spectrophotomètre à transformée de Fourier ............................................................................................................. 6

7.2.1 Généralités ............................................................................................................................................................................ 6

7.2.2 Source de rayonnement optique ........................................................................................................................ 7

7.2.3 Interféromètre ................................................................................................................................................................... 7

7.2.4 Système de détection ................................................................................................................................................... 7

7.2.5 Correction numérique ................................................................................................................................................. 7

8 Procédure d’essai ................................................................................................................................................................................................. 8

8.1 Mesurage du facteur de réflexion ........................................................................................................................................... 8

8.1.1 Généralités ............................................................................................................................................................................ 8

8.1.2 Mesurage direct du facteur de réflexion régulière ............................................................................. 8

8.1.3 Mesurage relatif du facteur de réflexion régulière ............................................................................. 9

8.1.4 Mesurage du facteur de réflexion relative ..............................................................................................10

8.2 Mesurage du facteur de transmission ..............................................................................................................................11

8.2.1 Facteur de transmission régulière .................................................................................................................11

8.2.2 Facteur de transmission interne de la plaque optique ................................................................11

9 Principales sources d’erreur ................................................................................................................................................................11

9.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................11

9.2 Incertitude sur la longueur d'onde du monochromateur, sur la reproductibilité et

sur la résolution spectrale ..........................................................................................................................................................12

9.3 Incertitude sur le nombre d'ondes de l'interféromètre, sur la reproductibilité et

sur la résolution spectrale ..........................................................................................................................................................12

9.4 Fluctuation du flux incident ......................................................................................................................................................12

9.5 Parallélisme de l’échantillon ....................................................................................................................................................13

9.6 Rayonnement optique parasite des monochromateurs ..................................................................................13

9.7 Linéarité du système de détection ......................................................................................................................................13

9.8 Inter-réflexions ....................................................................................................................................................................................13

9.9 Désalignement de l’échantillon .............................................................................................................................................14

9.10 Reproductibilité de la ligne de base du monochromateur .............................................................................14

9.11 Divergence du faisceau .................................................................................................................................................................14

10 Rapport d’essai ....................................................................................................................................................................................................14

Annexe A (informative) Spectrophotomètres ..........................................................................................................................................16

Annexe B (informative) Indice de réfraction de la silice fondue synthétique ........................................................21

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................22

© ISO 2021 – Tous droits réservés iii
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ISO 15368:2021(F)
Avant-propos

L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude

a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.

L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents

critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www

.iso .org/ directives).

L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable

de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/ brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions

spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion

de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles

techniques au commerce (OTC), voir www .iso .org/ avant -propos.

Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 172, Optique et photonique, sous-

comité SC 1, Normes fondamentales.

Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 15368:2001), qui a fait l’objet d’une

révision technique.

Les principales modifications par rapport à l’édition précédente sont les suivantes:

— Tout au long du document, les descriptions de l'utilisation des instruments du spectromètre à

transformée de Fourier ont été développées et ajoutées, le cas échéant, à un niveau équivalent à

celui des instruments du monochromateur.

— Dans l'ensemble du document, le terme “lumière” a été remplacé par “rayonnement optique” pour

indiquer que le champ spectral de cette norme s'étend au-delà du visible

Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent

document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes

se trouve à l’adresse www .iso .org/ members .html.
iv © ISO 2021 – Tous droits réservés
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ISO 15368:2021(F)
Introduction

Les mesurages du facteur de réflexion et du facteur de transmission au moyen de spectrophotomètres

représentent les méthodes les plus fondamentales de caractérisation des composants optiques. Étant

donné que les méthodes spectrophotométriques sont élémentaires et courantes, elles sont largement

utilisées et fournissent des données de mesure sur une large gamme de longueurs d'onde.

Le présent document décrit le mesurage du facteur de réflexion et du facteur de transmission au moyen

de spectrophotomètres, qui fournit des données présentant une reproductibilité et une répétabilité

élevées.
© ISO 2021 – Tous droits réservés v
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NORME INTERNATIONALE ISO 15368:2021(F)
Optique et photonique — Mesurage du facteur de réflexion
des surfaces planes et du facteur de transmission des
éléments à plan parallèle
1 Domaine d’application

Le présent document fournit des règles pour le mesurage du facteur de réflexion spectrale de

surfaces planes et du facteur de transmission spectrale d'éléments à faces planes au moyen de

spectrophotomètres.

Le présent document s'applique uniquement aux mesurages du facteur de transmission et du facteur

de réflexion régulières; il ne s'applique pas aux mesurages du facteur de transmission et du facteur de

réflexion diffuses.

Le présent document s'applique aux échantillons qui sont des composants optiques traités ou non sans

puissance optique.
2 Références normatives

Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur

contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.

Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les

éventuels amendements).
ISO 9211-1, Optique et photonique — Traitements optiques — Partie 1: Vocabulaire

ISO 10110-8, Optique et photonique — Indications sur les dessins pour éléments et systèmes optiques —

Partie 8: État de surface
ISO 80000-7, Grandeurs et unités — Partie 7: Lumière et rayonnements

Guide ISO/IEC 98-3, Incertitude de mesure — Partie 3: Guide pour l’expression de l’incertitude de mesure

(GUM: 1995)

IEC 60050-845, Vocabulaire électrotechnique international — Chapitre 845: Éclairage

3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 9211-1, l’ISO 80000-7,

l’IEC 60050-845 et le Guide ISO/IEC 98-3et les suivants s'appliquent.

L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en

normalisation, consultables aux adresses suivantes:

— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https:// www .iso .org/ obp

— IEC Electropedia: disponible à l'adresse http:// www .electropedia .org/
3.1
facteur de transmission

données> rapport du flux énergétique ou lumineux transmis au flux incident dans les conditions données

[SOURCE: IEC 60050-845:1987, 845-04-59]
© ISO 2021 – Tous droits réservés 1
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ISO 15368:2021(F)
3.2
facteur de transmission régulière
rapport de la partie régulièrement transmise du flux (total) au flux incident
[SOURCE: IEC 60050-845:1987, 845-04-61]
3.3
facteur de transmission diffuse

rapport de la partie transmise par diffusion du flux (total) transmis, au flux incident

Note 1 à l'article: τ = τ + τ (voir également l'Article 4).
r d

Note 2 à l'article: Les résultats des mesures de τ et τ dépendent des instruments et des techniques de mesure

r d
utilisés.
[SOURCE: IEC 60050-845:1987, 845-04-63]
3.4
facteur de transmission interne

rapport entre le flux radiant ou lumineux qui atteint la face de sortie interne de l'échantillon et le flux

en entrée après avoir traversé la face d'entrée
3.5
facteur de réflexion

données> rapport du flux énergétique ou lumineux réfléchi au flux incident dans les conditions données

[SOURCE: IEC 60050-845, 845-04-58]
3.6
facteur de réflexion régulière

rapport de la partie régulièrement réfléchie du flux (total) réfléchi, au flux incident

[SOURCE: IEC 60050-845, 845-04-60]
3.7
facteur de réflexion diffuse

rapport de la partie réfléchie par diffusion du flux (total) réfléchi au flux incident

Note 1 à l'article: ρ = ρ + ρ (voir également l'Article 4).
r d

Note 2 à l'article: Les résultats des mesures de ρ et ρ dépendent des instruments et des techniques de mesure

r d
utilisés.
3.8
facteur de réflexion relative
rapport entre le flux réfléchi par un échantillon et celui d’une référence
4 Symboles et unités

Pour les besoins du présent document, les symboles et les unités suivants s’appliquent.

λ longueur d’onde, exprimée en nanomètres
p, s état de polarisation
τ facteur de transmission
τ facteur de transmission régulière
τ facteur de transmission diffuse
2 © ISO 2021 – Tous droits réservés
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ISO 15368:2021(F)
τ facteur de transmission interne
ρ facteur de réflexion
ρ facteur de réflexion régulière
ρ facteur de réflexion diffuse
ρ facteur de réflexion relative régulière
r-rel

NOTE Partout où les lettres grecques, ρ et τ, peuvent être source de confusion, les lettres T et R peuvent être

utilisées
5 Échantillon d’essai

Le stockage, le nettoyage et la préparation d'un échantillon d’essai doivent être effectués conformément

aux instructions du fabricant relatives à l’échantillon d’essai pour une utilisation normale.

La longueur d'onde, l'angle d'incidence et l'état de polarisation doivent correspondre à ceux spécifiés

par le fabricant pour l'utilisation de l’échantillon d’essai.
6 Appareillage de mesure

Pour procéder au mesurage spécifié dans le présent document, un spectrophotomètre est requis.

La Figure 1 présente un exemple de spectrophotomètre de type dispersif, bi-faisceau. La Figure 2

présente un exemple de spectrophotomètre à transformée de Fourier (FTS) à un seul faisceau, de

type interféromètre. Les deux types se composent d'une source de rayonnement optique, d’une unité

spectrale, d'un compartiment pour échantillon, d'une unité de détection et d'une unité de commande.

Les détails de l’appareillage sont décrits à l’Annexe A.
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ISO 15368:2021(F)
Légende
OS source de rayonnement optique B déflecteur
LE lentille PF filtre de polarisation
F boîte à filtre CM miroir chopper
S fente TB faisceau et échantillon d’essai
D élément dispersif RB faisceau et échantillon de référence
M monochromateur DU unité de détection
SC compartiment à échantillon CU unité de commande
CO optique collectrice
Figure 1 — Disposition typique d’un spectrophotomètre dispersif
4 © ISO 2021 – Tous droits réservés
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ISO 15368:2021(F)
Légende
E enceinte MM miroir mobile
S source T, R échantillon pour facteur de transmission et réflexion
A ouverture LA laser
BS séparateur de faisceau LD détecteur laser
C plaque de compensation CU unité de commande
AM miroir d’alignement D unité de détection
FM miroir de focalisation
Figure 2 — Disposition typique d'un spectrophotomètre à transformée de Fourier
7 Conditions d’essai
7.1 Spectrophotomètre de type dispersif
7.1.1 Généralités

La source de rayonnement optique, la divergence du faisceau, le diamètre du faisceau sur le spécimen, la

longueur d'onde, la résolution spectrale, l'intervalle de mesure, l'angle d'incidence, le détecteur et toute

correction numérique requise doivent être sélectionnés et documentés.
7.1.2 Source de rayonnement optique

La variation temporelle de l'intensité de la source de rayonnement optique doit être mesurée et

documentée. L'état de polarisation (p ou s) du faisceau doit être sélectionné et documenté

L’état de polarisation du rayonnement atteignant le détecteur peut être affecté par la réflexion sur les

composants dans les trajets référence/échantillon. Il est suggéré d'incliner l'échantillon en transmission

d'une même valeur dans des directions orthogonales pour vérifier les effets de polarisation. Le diamètre

du faisceau sur l’échantillon doit être supérieur à 1 mm. Sur la surface de l’échantillon, le profil du

faisceau doit être régulier afin que la densité de puissance de crête locale n'excède pas la densité de

puissance moyenne d'un facteur supérieur ou égal à deux. Le diamètre et le nombre d’ouverture ou

ouverture numérique (voir aussi 9.11) doivent être documentés.
© ISO 2021 – Tous droits réservés 5
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ISO 15368:2021(F)
7.1.3 Monochromateur
Le type d'élément dispersif et ses caractéristiques doivent être documentés.

Les optiques destinées à empêcher un rayonnement optique de diffraction d'ordre supérieur de passer

doivent être documentées.

Le domaine et la résolution spectraux doivent être sélectionnés de façon à satisfaire à la spécification

du mesurage, et doivent être documentés.
Le type de spectrophotomètre (monofaisceau ou bi-faisceau) doit être documenté.
7.1.4 Système de détection

Un détecteur adapté à la région spectrale mesurée doit être sélectionné et documenté. Une technique

de détection par blocage est fréquemment utilisée et un chopper optique ou un miroir chopper est

installé dans le faisceau pour moduler le signal de sortie. Le système de détection doit présenter une

4 −2

gamme dynamique supérieure à 10 et un écart par rapport à la linéarité inférieur à 10 . La linéarité

photométrique doit être étalonnée par une méthode à double ouverture qui utilise des ouvertures

[4]
doubles et des filtres à densité neutre .
L'utilisation d'une sphère intégrante ou d'un diffuseur doit être documentée.
7.1.5 Correction numérique

La correction numérique peut inclure la correction spectrale, le moyennage, le lissage, l'étalonnage de

la linéarité photométrique et d’autres facteurs.

La correction spectrale peut être réalisée en utilisant un étalon de longueur d'onde approprié (voir 9.2).

Le bruit aléatoire peut être réduit par le moyennage ou le lissage. Le moyennage peut être effectué

par un mesurage répété ou une durée d'échantillonnage accrue. Le lissage peut être effectué par le

moyennage des données sur la largeur de bande spectrale finie après le mesurage, bien qu'il réduise la

résolution spectrale. La durée d'échantillonnage et les facteurs de lissage doivent être documentés.

Pour plus de détails sur l'étalonnage de la linéarité photométrique, voir 7.1.4.

L'étalonnage du spectrophotomètre peut être effectué en mesurant la facteur de transmission d'un

échantillon de référence (étalon) au moyen de la méthode donnée en 8.2.1. Un échantillon de référence

pour le facteur de transmission de l’ultraviolet au proche infrarouge doit être une plaque parallèle

en silice fondue avec une surface de catégorie P2 telle que spécifiée dans l'ISO 10110-8. Les données

d'indice de réfraction du silicium non dopé pour la zone flottante sur la bande spectrale de 1,2 µm à

5,5 µm, et du germanium pure sur la bande spectrale de 1,7 µm à 23 µm peuvent être utilisées comme

étalons de référence. L'incertitude élargie de mesure du facteur de transmission de l'échantillon de

référence doit être comprise entre 0,02 % et 1 %. Cela inclut la répétabilité et le bruit photométrique,

pour k = 2 (95 % de confiance). D'autres matériaux de référence vérifiés dans un laboratoire accrédité,

peuvent être utilisés.
7.2 Spectrophotomètre à transformée de Fourier
7.2.1 Généralités

La source de rayonnement optique, la géométrie du faisceau incident de l'échantillon (angle d'incidence

central, nombre d’ouverture ou demi-angle et taille du spot sur l'échantillon), la gamme du nombre

d'ondes (ou longueur d'onde), la résolution spectrale, l'intervalle d'échantillonnage, le détecteur et la

correction numérique doivent être sélectionnés et documentés.
6 © ISO 2021 – Tous droits réservés
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ISO 15368:2021(F)
7.2.2 Source de rayonnement optique

Le type de source de rayonnement optique doit être documenté. La variation temporelle de l'intensité

de la source de rayonnement optique, indiquée par le niveau du signal de l'interférogramme, doit être

mesurée et documentée. Si l'état de polarisation (p ou s) du faisceau est important, alors la polarisation

doit être contrôlée et documentée.

NOTE L’état de polarisation du rayonnement atteignant le détecteur peut être affecté par la réflexion sur les

composants dans les trajets du faisceau.

La taille de l'ouverture doit être choisie de manière à être compatible avec le réglage de la résolution

spectrale déterminé par la différence de trajet du faisceau optique dans l'interféromètre.

La taille de l'échantillon doit être supérieure au diamètre du faisceau.
7.2.3 Interféromètre

Le type de séparateur de faisceau/compensateur et ses caractéristiques doivent être documentés.

Le mode de balayage de l'interféromètre (balayage continu ou pas à pas), ainsi que la plage de balayage

de l'interférogramme (ou la résolution spectrale correspondante) et l'intervalle d'échantillonnage (ou

la plage spectrale correspondante), doivent être documentés. La gamme spectrale et la résolution

spectrale doivent être choisies de manière à satisfaire aux spécifications de mesure.

7.2.4 Système de détection

Un détecteur approprié pour la région spectrale mesurée doit être sélectionné et documenté. Le

système de détection doit présenter une gamme dynamique supérieure à 10 et un écart par rapport

à la linéarité inférieur à 10 . Contrairement à un spectrophotomètre dispersif, la linéarité ne peut

pas être étalonnée par une méthode à double ouverture, et une autre méthode telle que l'utilisation de

filtres d'atténuation ou d'étalons multiples doit être choisie.
L'utilisation d'une sphère intégrante ou d'un diffuseur doit être documentée.

Dans le cadre de l'acquisition des données, les interférogrammes directement mesurés sont traités par

un logiciel pour obtenir les spectres résultants. Pour plus de détails, voir également la norme ISO 19702

et la Référence [6].
7.2.5 Correction numérique

La correction numérique peut inclure la correction spectrale, le moyennage, le lissage, l'étalonnage de

la linéarité photométrique et d’autres facteurs.

La manière et les paramètres de la correction de phase (auto-phase ou phase de référence, et nombre de

points de données de l'interférogramme), de l'apodisation et du garnissage de zéro de l'interférogramme,

et des corrections de décalage spectral doivent être documentés.

La correction spectrale peut être réalisée en utilisant un étalon de longueur d'onde approprié (voir 9.3).

La correction typique est directement proportionnelle au nombre d'ondes. Le bruit aléatoire peut être

réduit par le moyennage ou le lissage. Le moyennage peut être effectué par un mesurage répété ou

une durée d'échantillonnage accrue, qui est déterminé par une combinaison de la vitesse de balayage

du miroir, de la résolution spectrale et du nombre de balayages par mesurage. Le lissage peut être

effectué par le moyennage des données sur la largeur de bande spectrale finie après le mesurage, bien

qu'il réduise la résolution spectrale. La durée d'échantillonnage et les facteurs de lissage doivent être

documentés.

L'étalonnage du spectrophotomètre peut être effectué en mesurant le facteur de transmission d'un

échantillon de référence (étalon) au moyen de la méthode donnée en 8.2.1. Les données d'indice de

réfraction du silicium non dopé pour la zone flottante sur la bande spectrale de 1,2 µm à 5,5 µm, et

du germanium pur sur la bande spectrale de 1,7 µm à 23 µm peuvent être utilisées comme étalons de

© ISO 2021 – Tous droits réservés 7
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ISO 15368:2021(F)

référence. L'incertitude étendue, y compris la répétabilité, de la transmission de ces échantillons de

référence est de 0,3 % à 1 %, y compris le bruit photométrique. Pour les longueurs d'onde plus grandes,

peu d'étalons sont disponibles, autres que les échantillons de référence étalonnés dans un laboratoire

accrédité, tel qu'un institut national de métrologie.
8 Procédure d’essai
8.1 Mesurage du facteur de réflexion
8.1.1 Généralités

Un des deux types de mesurage du facteur de réflexion, une méthode directe ou une méthode relative,

doit être choisi. Lorsque la méthode relative est utilisée, soit le f
...

FINAL
INTERNATIONAL ISO/FDIS
DRAFT
STANDARD 15368
ISO/TC 172/SC 1
Optics and photonics — Measurement
Secretariat: DIN
of reflectance of plane surfaces
Voting begins on:
2020­12­30 and transmittance of plane parallel
elements
Voting terminates on:
2021­02­24
Optique et photonique — Mesurage de la réflectance des surfaces
planes et de la transmittance des éléments à plan parallèle
RECIPIENTS OF THIS DRAFT ARE INVITED TO
SUBMIT, WITH THEIR COMMENTS, NOTIFICATION
OF ANY RELEVANT PATENT RIGHTS OF WHICH
THEY ARE AWARE AND TO PROVIDE SUPPOR TING
DOCUMENTATION.
IN ADDITION TO THEIR EVALUATION AS
Reference number
BEING ACCEPTABLE FOR INDUSTRIAL, TECHNO­
ISO/FDIS 15368:2020(E)
LOGICAL, COMMERCIAL AND USER PURPOSES,
DRAFT INTERNATIONAL STANDARDS MAY ON
OCCASION HAVE TO BE CONSIDERED IN THE
LIGHT OF THEIR POTENTIAL TO BECOME STAN­
DARDS TO WHICH REFERENCE MAY BE MADE IN
NATIONAL REGULATIONS. ISO 2020
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ISO/FDIS 15368:2020(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2020

All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may

be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting

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Published in Switzerland
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ISO/FDIS 15368:2020(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Symbols and units ............................................................................................................................................................................................... 2

5 Test sample ................................................................................................................................................................................................................. 3

6 Measuring apparatus ....................................................................................................................................................................................... 3

7 Test conditions ....................................................................................................................................................................................................... 5

7.1 Dispersive type spectrophotometer ..................................................................................................................................... 5

7.1.1 General...................................................................................................................................................................................... 5

7.1.2 Optical radiation source ............................................................................................................................................ 5

7.1.3 Monochromator ................................................................................................................................................................ 6

7.1.4 Detection system.............................................................................................................................................................. 6

7.1.5 Numerical correction ................................................................................................................................................... 6

7.2 Fourier-transform type spectrophotometer ................................................................................................................. 6

7.2.1 General...................................................................................................................................................................................... 6

7.2.2 Optical radiation source ............................................................................................................................................ 6

7.2.3 Interferometer ................................................................................................................................................................... 7

7.2.4 Detection system.............................................................................................................................................................. 7

7.2.5 Numerical correction ................................................................................................................................................... 7

8 Test procedure ........................................................................................................................................................................................................ 8

8.1 Measurement of reflectance ........................................................................................................................................................ 8

8.1.1 General...................................................................................................................................................................................... 8

8.1.2 Direct measurement of regular reflectance .............................................................................................. 8

8.1.3 Relative measurement of regular reflectance ......................................................................................... 9

8.1.4 Measurement of relative reflectance ...........................................................................................................10

8.2 Measurement of transmittance .............................................................................................................................................10

8.2.1 Regular transmittance .................. ......................................................................................................................... ...10

8.2.2 Internal transmittance of an optical plate ..............................................................................................11

9 Common sources of error .........................................................................................................................................................................11

9.1 General ........................................................................................................................................................................................................11

9.2 Monochromator wavelength uncertainty, reproducibility and spectral resolution .................11

9.3 Interferometer wavenumber uncertainty, reproducibility and spectral resolution ................12

9.4 Fluctuation of the incident flux ..............................................................................................................................................12

9.5 Parallelism of the sample ............................................................................................................................................................12

9.6 Monochromator stray optical radiation .........................................................................................................................13

9.7 Linearity of the detection system ........................................................................................................................................13

9.8 Inter-reflections ..................................................................................................................................................................................13

9.9 Misalignment of the sample ......................................................................................................................................................13

9.10 Monochromator baseline reproducibility ....................................................................................................................13

9.11 Beam divergence ................................................................................................................................................................................13

10 Test report ................................................................................................................................................................................................................14

Annex A (informative) Spectrophotometers .............................................................................................................................................15

Annex B (informative) Refractive index of synthetic fused silica ........................................................................................20

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................21

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ISO/FDIS 15368:2020(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non­governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the

World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www .iso .org/

iso/ foreword .html.

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 172, Optics and photonics, Subcommittee

SC 1, Fundamental standards.

This second edition cancels and replaces the first edition ISO 15368:2001 which has been technically

revised. The main changes compared to the previous edition are as follows:

— Throughout the document, descriptions of the use of Fourier transform spectrometer instruments

have been expanded and added where appropriate to an equivalent level as those of monochromator

instruments.

— Throughout the document, the term “light” has been replaced with “optical radiation” to reflect that

this standard’s spectral range extends beyond the visible.

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A

complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
iv © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO/FDIS 15368:2020(E)
Introduction

Measurements of reflectance and transmittance using spectrophotometers are the most fundamental

methods for the characterization of optical components. Since the spectrophotometric methods are

basic and normal, they are extensively used and provide measurement data over a wide range of

wavelengths.

This document describes the measurement of reflectance and transmittance using spectrophotometers

which provides data with high reproducibility and repeatability.
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FINAL DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/FDIS 15368:2020(E)
Optics and photonics — Measurement of reflectance
of plane surfaces and transmittance of plane parallel
elements
1 Scope

This document provides rules for the measurement of the spectral reflectance of plane surfaces and the

spectral transmittance of plane parallel elements using spectrophotometers.

This document only applies to measurements of the regular transmittance and the regular reflectance;

it does not apply to those of the diffuse transmittance and the diffuse reflectance.

This document is applicable to test samples, which are coated or uncoated optical components without

optical power.
2 Normative references

The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content

constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For

undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

ISO 9211­1, Optics and photonics — Optical coatings — Part 1: Vocabulary

ISO 10110­8, Optics and photonics — Preparation of drawings for optical elements and systems — Part 8:

Surface texture
ISO 80000­7, Quantities and units — Part 7: Light and radiation

ISO/IEC Guide 98­3, Uncertainty of measurement — Part 3: Guide to the expression of uncertainty in

measurement (GUM: 1995)
IEC 60050­845, International Electrotechnical Vocabulary — Chapter 845: Lighting
3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 9211-1, ISO 80000-7,

IEC 60050-845 and ISO/IEC Guide 98-3, and the following apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
3.1
transmittance

ratio

of the transmitted radiant or luminous flux to the incident flux in the given conditions

[SOURCE: IEC 60050­845:1987, 845­04­59]
© ISO 2020 – All rights reserved 1
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ISO/FDIS 15368:2020(E)
3.2
regular transmittance

ratio of the regularly transmitted part of the (whole) transmitted flux, to the incident flux

[SOURCE: IEC 60050­845:1987, 845­04­61]
3.3
diffuse transmittance

ratio of the diffusely transmitted part of the (whole) transmitted flux, to the incident flux

Note 1 to entry: τ = τ + τ (see also Clause 4).
r d

Note 2 to entry: The results of the measurements of τ and τ depend on the instruments and the measuring

r d
techniques used.
[SOURCE: IEC 60050­845:1987, 845­04­63]
3.4
internal transmittance

ratio of the radiant or luminous flux reaching the internal exit surface of the layer to the flux that enters

into the layer after crossing the entry surface
3.5
reflectance

ratio

of the reflected radiant or luminous flux to the incident flux under the given conditions

[SOURCE: IEC 60050­845:1987, 845­04­58]
3.6
regular reflectance

ratio of the regularly reflected part of the (whole) reflected flux, to the incident flux

[SOURCE: IEC 60050­845:1987, 845­04­60]
3.7
diffuse reflectance

ratio of the diffusely reflected part of the (whole) reflected flux, to the incident flux

Note 1 to entry: ρ = ρ + ρ (see also Clause 4).
r d

Note 2 to entry: The results of the measurements of ρ and ρ depend on the instruments and the measuring

r d
techniques used.
[SOURCE: IEC 60050­845:1987, 845­04­62]
3.8
relative reflectance
ratio of the reflected flux from a sample to that from a reference.
4 Symbols and units
For the purposes of this document, the following symbols and units apply.
λ wavelength, expressed in nanometres
p, s state of polarization
τ transmittance
τ regular transmittance
2 © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO/FDIS 15368:2020(E)
τ diffuse transmittance
τ internal transmittance
ρ reflectance
ρ regular reflectance
ρ diffuse reflectance
Ρ relative regular reflectance
r,rel
NOTE Wherever the Greek letters, ρ and τ, are mistakable, T and R can be used.
5 Test sample

The storage, cleaning and preparation of a test sample shall be carried out in accordance with the

instructions of the manufacturer on the test sample for normal use.

The wavelength, angle of incidence and state of polarization shall correspond to those specified by the

manufacturer for the use of the test sample.
6 Measuring apparatus

For the measurements specified in this document, a spectrophotometer is required. Figure 1 shows

an example of a double beam, dispersive type spectrophotometer. Figure 2 shows an example of a

single beam, interferometer type Fourier-transform spectrophotometer (FTS). Both types consist of an

optical radiation source, a spectral unit, a sample compartment, a detector unit and a control unit.

Details of the apparatus are described in Annex A.
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ISO/FDIS 15368:2020(E)
Key
OS optical radiation source B baffle
LE lens PF polarization filter
F filter box CM chopper mirror
S slit TB test beam and test sample
D dispersive element RB reference beam and reference sample
M monochromator DU detector unit
SC sample compartment CU control unit
CO collecting optics
Figure 1 — Standard arrangement of a dispersive spectrophotometer
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ISO/FDIS 15368:2020(E)
Key
E enclosure MM moving mirror
S source T, R sample or reference for transmittance and reflectance
A aperture LA laser
BS beam splitter LD laser detector
C compensator plate CU control unit
AM alignment mirror D detector unit
FM focusing mirror
Figure 2 — Typical arrangement of a Fourier-transform spectrophotometer
7 Test conditions
7.1 Dispersive type spectrophotometer
7.1.1 General

The optical radiation source, the divergence of beam, the beam diameter on the sample, the wavelength,

spectral resolution, the stepping interval, the incident angle, the detector and any required numerical

correction shall be selected and documented.
7.1.2 Optical radiation source

The temporal variation of the intensity of the optical radiation source shall be measured and

documented. The state of polarization (p or s) of the beam shall be selected and documented.

The state of polarization of the radiation reaching the detector can be affected by reflection on

components in the reference/sample paths. It is suggested to tilt a transmitting sample by equal

amounts in orthogonal directions to check for polarization effects. The beam diameter on the sample

shall be larger than 1 mm. On the surface of the sample the beam profile shall be smooth so that the

local peak power density does not exceed the average power density by a factor of greater than or equal

to two. The beam diameter and f–number or numerical aperture (see also 9.11) shall be documented.

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ISO/FDIS 15368:2020(E)
7.1.3 Monochromator
The type of dispersive element and its characteristics shall be documented.

Optics for blocking out higher order diffracted optical radiation shall be documented.

The spectral range and spectral resolution shall be selected in order to satisfy the specification of the

measurement and documented.
The type of spectrophotometer (single or double beam) shall be documented.
7.1.4 Detection system

An appropriate detector for the measured spectral region shall be selected and documented. A lock­in

detection technique is frequently used and an optical radiation chopper or a chopper mirror is installed

in the beam to modulate the output signal. The detection system shall have a dynamic range greater

4 ­2

than 10 and a deviation from linearity less than 10 . Photometric linearity shall be calibrated by a

[4]
double aperture method that uses double apertures and neutral density filters .
When an integrating sphere or a diffuser is used, it shall be documented.
7.1.5 Numerical correction

Numerical correction can include spectral correction, averaging, smoothing, calibration of the

photometric linearity and other factors.

A spectral correction can be made using an appropriate wavelength standard (see 9.2). Random noise

can be reduced by averaging or smoothing. Averaging can be performed by repeating measurements or

increasing sampling time. Smoothing can be made by averaging data over a finite spectral bandwidth

after measurement, although it will reduce the spectral resolution. The sampling time and smoothing

factors shall be documented.
For details on the calibration of photometric linearity, see 7.1.4.

Calibration of the spectrophotometer can be performed by measuring the transmittance of a reference

sample (standard) using the method provided in 8.2.1. A reference sample for transmittance from the

ultraviolet to the near infrared region shall be a parallel plate of fused silica with a P2 grade surface as

specified in ISO 10110­8. Refractive index data for undoped float-zone Si over the spectral range from

1,2 µm to 5,5 µm, and high purity Ge from 1,7 µm to 23 µm can be used as reference standards. The

expanded uncertainty of the measurement of the transmittance of the reference sample shall be between

0,02 % and 1 %. This shall include repeatability and photometric noise, for k = 2 (95 % confidence). Other

standard reference materials, which are checked at an accredited laboratory may be used.

7.2 Fourier-transform type spectrophotometer
7.2.1 General

The optical radiation source, sample incident beam geometry (central angle of incidence, f-number or

half­angle and spot size on the sample), the wavenumber (or wavelength) range, spectral resolution,

sampling interval, detector and numerical correction shall be selected and documented.

7.2.2 Optical radiation source

The type of optical radiation source shall be documented. The temporal variation of the intensity

of the optical radiation source, indicated by the interferogram signal level, shall be measured and

documented. If the state of polarization (p or s) of the beam is important, then the polarization shall be

controlled and documented.

NOTE The state of polarization of the radiation reaching the detector can be affected by reflection on

components in the beam path.
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ISO/FDIS 15368:2020(E)

The aperture size shall be selected to be consistent with the spectral resolution setting determined by

the optical beam path difference in the interferometer.
The sample size shall be larger than the beam diameter.
7.2.3 Interferometer

The type of beam splitter/compensator plate and its characteristics shall be documented.

The type of interferometer scanning mode (continuous scan or step scan), and interferogram scanning

range (or corresponding spectral resolution) and sampling interval (or corresponding spectral range),

shall be documented. The spectral range and spectral resolution shall be selected in order to satisfy the

specification of the measurement.
7.2.4 Detection system

An appropriate detector for the measured spectral region shall be selected and documented. The

detection system shall have a dynamic range greater than 10 and a deviation from linearity less than

10 . In contrast to a dispersive spectrophotometer, linearity cannot be calibrated by a double aperture

method, and another method such as use of attenuating filters or multiple standards shall be selected.

When an integrating sphere or a diffuser is used, this shall be documented.

As part of the data acquisition, directly measured interferograms are processed through software to

obtain resulting spectra. For details see also ISO 19702 and Reference [6].
7.2.5 Numerical correction

Numerical correction can include spectral correction, averaging, smoothing, calibration of the

photometric linearity and other factors.

The manner and parameters of phase correction (self­ or reference­phase, and number of interferogram

data points), interferogram apodization and zero-filling, and spectral shift corrections shall be

documented.

A spectral correction can be made using an appropriate wavelength standard (see 9.3). The typical

correction is directly proportional to wavenumber. Random noise can be reduced by averaging or

smoothing. Averaging can be performed by repeating measurements or increasing sampling time,

which is determined by a combination of the mirror scanning speed, spectral resolution, and the

number of scans per measurement. Smoothing can be performed by averaging data over a finite spectral

bandwidth after measurement, although it will reduce the effective spectral resolution. The sampling

time and smoothing factors shall be documented.

Calibration of the spectrophotometer can be performed by measuring the transmittance of a reference

sample (standard) using the method given in 8.2.1. Refractive index data for undoped float-zone Si over

the spectral range from 1,2 µm to 5,5 µm, and high purity Ge from 1,7 µm to 23 µm can be used as

reference standards. The expanded uncertainty, including repeatability, of the transmittance of this

reference sample is from 0,3 % to 0,6 % including photometric noise. For longer wavelengths, few

standards are available, other than reference samples, which have been calibrated at an accredited

laboratory, such as a National Metrology Institute.
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ISO/FDIS 15368:2020(E)
8 Test procedure
8.1 Measurement of reflectance
8.1.1 General

One of two types of measurement of reflectance, a direct method, or a relative method, shall be chosen.

When the relative method is used, either the regular reflectance or the relative regular reflectance is

obtained, depending on knowledge of the reference reflectance.

The incident angle shall be selected according to the manufacturer's instruction. Reflectance at normal

incidence cannot usually be measured and an incident angle between 5° and 15° instead of 0°, which

shall be documented, is typically used. In the case of an incident angle other than 0°, the reflectance

depends on the state of polarization of the incident optical radiation, so that in the case of an angle

larger than 10°, the state (p or s) shall also be selected and documented.
8.1.2 Direct measurement of regular reflectance

Figure 3 shows three methods used for the direct measurement of reflectance. In Figure 3 a) the

reflected flux Φ without a sample is measured, and then in Figure 3 b) and c), the reflected flux Φ with

1 2

the sample is measured after changing the optical arrangement as shown. In Figure 3 d) the reflected

flux Φ with the sample is measured in (d on the left side), followed by the incident flux measurement in

(d on the right side). The regular reflectance of the sample is given by Formula (3):

ρ = (3)

in the case of the arrangements shown in Figure 3 b). The regular reflectance is given by Formula (4):

ρ = (4)

in the case of the arrangements shown in Figure 3 c), irrespective of the magnitudes of the reflectance

of the reference mirror and other optics.
a) Reference measurement
8 © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO/FDIS 15368:2020(E)
b) Measurement of the sample (V-N method)
c) Measurement of the sample (V-W method)
d) Measurement of the sample (goniometer method)
Key
M1 mirror 1 S sample
M2 mirror 2 D detector
R reference mirror
Figure 3 — Direct measurement of reflectance
8.1.3 Relative measurement of regular reflectance
The relative measurement is easier than the direct measurement. An ex
...

PROJET
NORME ISO/FDIS
FINAL
INTERNATIONALE 15368
ISO/TC 172/SC 1
Optique et photonique — Mesurage
Secrétariat: DIN
de la réflectance des surfaces planes
Début de vote:
2020-12-30 et de la transmittance des éléments à
plan parallèle
Vote clos le:
2021-02-24
Optics and photonics — Measurement of reflectance of plane surfaces
and transmittance of plane parallel elements
LES DESTINATAIRES DU PRÉSENT PROJET SONT
INVITÉS À PRÉSENTER, AVEC LEURS OBSER-
VATIONS, NOTIFICATION DES DROITS DE PRO-
PRIÉTÉ DONT ILS AURAIENT ÉVENTUELLEMENT
CONNAISSANCE ET À FOURNIR UNE DOCUMEN-
TATION EXPLICATIVE.
OUTRE LE FAIT D’ÊTRE EXAMINÉS POUR
ÉTABLIR S’ILS SONT ACCEPTABLES À DES FINS
INDUSTRIELLES, TECHNOLOGIQUES ET COM-
Numéro de référence
MERCIALES, AINSI QUE DU POINT DE VUE
ISO/FDIS 15368:2020(F)
DES UTILISATEURS, LES PROJETS DE NORMES
INTERNATIONALES DOIVENT PARFOIS ÊTRE
CONSIDÉRÉS DU POINT DE VUE DE LEUR POSSI-
BILITÉ DE DEVENIR DES NORMES POUVANT
SERVIR DE RÉFÉRENCE DANS LA RÉGLEMENTA-
TION NATIONALE. ISO 2020
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ISO/FDIS 15368:2020(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
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Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette

publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,

y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut

être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.

ISO copyright office
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Publié en Suisse
ii © ISO 2020 – Tous droits réservés
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ISO/FDIS 15368:2020(F)
Sommaire Page

Avant-propos ..............................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Domaine d’application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 1

4 Symboles et unités .............................................................................................................................................................................................. 2

5 Échantillon d’essai .............................................................................................................................................................................................. 3

6 Appareillage de mesure ................................................................................................................................................................................ 3

7 Conditions d’essai ................................................................................................................................................................................................ 5

7.1 Spectrophotomètre de type dispersif .................................................................................................................................. 5

7.1.1 Généralités ............................................................................................................................................................................ 5

7.1.2 Source de rayonnement optique ........................................................................................................................ 5

7.1.3 Monochromateur ............................................................................................................................................................. 6

7.1.4 Système de détection ................................................................................................................................................... 6

7.1.5 Correction numérique ................................................................................................................................................. 6

7.2 Spectrophotomètre à transformée de Fourier ............................................................................................................. 6

7.2.1 Généralités ............................................................................................................................................................................ 6

7.2.2 Source de rayonnement optique ........................................................................................................................ 7

7.2.3 Interféromètre ................................................................................................................................................................... 7

7.2.4 Système de détection ................................................................................................................................................... 7

7.2.5 Correction numérique ................................................................................................................................................. 7

8 Procédure d’essai ................................................................................................................................................................................................. 8

8.1 Mesurage du facteur de réflexion ........................................................................................................................................... 8

8.1.1 Généralités ............................................................................................................................................................................ 8

8.1.2 Mesurage direct du facteur de réflexion régulière ............................................................................. 8

8.1.3 Mesurage relatif du facteur de réflexion régulière ............................................................................. 9

8.1.4 Mesurage du facteur de réflexion relative ..............................................................................................10

8.2 Mesurage du facteur de transmission ..............................................................................................................................11

8.2.1 Facteur de transmission régulière .................................................................................................................11

8.2.2 Facteur de transmission interne de la plaque optique ................................................................11

9 Principales sources d’erreur ................................................................................................................................................................11

9.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................11

9.2 Incertitude sur la longueur d'onde du monochromateur, sur la reproductibilité et

sur la résolution spectrale ..........................................................................................................................................................12

9.3 Incertitude sur le nombre d'ondes de l'interféromètre, sur la reproductibilité et

sur la résolution spectrale ..........................................................................................................................................................12

9.4 Fluctuation du flux incident ......................................................................................................................................................12

9.5 Parallélisme de l’échantillon ....................................................................................................................................................13

9.6 Rayonnement optique parasite des monochromateurs ..................................................................................13

9.7 Linéarité du système de détection ......................................................................................................................................13

9.8 Inter-réflexions ....................................................................................................................................................................................13

9.9 Désalignement de l’échantillon .............................................................................................................................................14

9.10 Reproductibilité de la ligne de base du monochromateur .............................................................................14

9.11 Divergence du faisceau .................................................................................................................................................................14

10 Rapport d’essai ....................................................................................................................................................................................................14

Annexe A (informative) Spectrophotomètres ..........................................................................................................................................16

Annexe B (informative) Indice de réfraction de la silice fondue synthétique ........................................................21

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................22

© ISO 2020 – Tous droits réservés iii
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ISO/FDIS 15368:2020(F)
Avant-propos

L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude

a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.

L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents

critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www

.iso .org/ directives).

L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable

de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/ brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions

spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion

de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles

techniques au commerce (OTC), voir www .iso .org/ avant -propos.

Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 172, Optique et photonique, sous-

comité SC 1, Normes fondamentales.

Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 15368:2001), qui a fait l’objet d’une

révision technique.

Les principales modifications par rapport à l’édition précédente sont les suivantes:

— Tout au long du document, les descriptions de l'utilisation des instruments du spectromètre à

transformée de Fourier ont été développées et ajoutées, le cas échéant, à un niveau équivalent à

celui des instruments du monochromateur.

— Dans l'ensemble du document, le terme “lumière” a été remplacé par “rayonnement optique” pour

indiquer que le champ spectral de cette norme s'étend au-delà du visible

Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent

document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes

se trouve à l’adresse www .iso .org/ members .html.
iv © ISO 2020 – Tous droits réservés
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ISO/FDIS 15368:2020(F)
Introduction

Les mesurages du facteur de réflexion et du facteur de transmission au moyen de spectrophotomètres

représentent les méthodes les plus fondamentales de caractérisation des composants optiques. Étant

donné que les méthodes spectrophotométriques sont élémentaires et courantes, elles sont largement

utilisées et fournissent des données de mesurage sur une large gamme de longueurs d'onde.

Le présent document décrit le mesurage du facteur de réflexion et du facteur de transmission au moyen

de spectrophotomètres, qui fournit des données présentant une reproductibilité et une répétabilité

élevées.
© ISO 2020 – Tous droits réservés v
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PROJET FINAL DE NORME INTERNATIONALE ISO/FDIS 15368:2020(F)
Optique et photonique — Mesurage de la réflectance des
surfaces planes et de la transmittance des éléments à plan
parallèle
1 Domaine d’application

Le présent document fournit des règles pour le mesurage du facteur de réflexion spectrale de

surfaces planes et du facteur de transmission spectrale d'éléments à faces planes au moyen de

spectrophotomètres.

Le présent document s'applique uniquement aux mesurages du facteur de transmission et du facteur

de réflexion régulières; il ne s'applique pas aux mesurages du facteur de transmission et du facteur de

réflexion diffuses.

Le présent document s'applique aux échantillons qui sont des composants optiques traités ou non sans

puissance optique.
2 Références normatives

Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur

contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.

Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les

éventuels amendements).

ISO 9211-1:2018, Optique et photonique — Traitements optiques — Partie 1: Vocabulaire

ISO 10110-8, Optique et photonique — Indications sur les dessins pour éléments et systèmes optiques —

Partie 8: État de surface
ISO 80000-7:2019, Grandeurs et unités — Partie 7: Lumière et rayonnements

Guide ISO/IEC 98-3:2008, Incertitude de mesure — Partie 3: Guide pour l’expression de l’incertitude de

me s ur e (GUM: 1995)

IEC 60050-845, Vocabulaire électrotechnique international — Chapitre 845: Éclairage

3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 9211-1, l’ISO 80000-7,

l’IEC 60050-845 et le Guide ISO/IEC 98-3et les suivants s'appliquent.

L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en

normalisation, consultables aux adresses suivantes:

— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https:// www .iso .org/ obp

— IEC Electropedia: disponible à l'adresse http:// www .electropedia .org/
3.1
facteur de transmission

données> rapport du flux énergétique ou lumineux transmis au flux incident dans les conditions données

[SOURCE: IEC 60050-845:1987, 845-04-59]
© ISO 2020 – Tous droits réservés 1
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ISO/FDIS 15368:2020(F)
3.2
facteur de transmission régulière
rapport de la partie régulièrement transmise du flux (total) au flux incident
[SOURCE: IEC 60050-845:1987, 845-04-61]
3.3
facteur de transmission diffuse

rapport de la partie transmise par diffusion du flux (total) transmis, au flux incident

Note 1 à l'article: τ = τ + τ (voir également l'Article 4).
r d

Note 2 à l'article: Les résultats des mesures de τ et τ dépendent des instruments et des techniques de mesure

r d
utilisés.
[SOURCE: IEC 60050-845:1987, 845-04-63]
3.4
facteur de transmission interne

rapport entre le flux radiant ou lumineux qui atteint la face de sortie interne de l'échantillon et le flux

en entrée après avoir traversé la face d'entrée
3.5
facteur de réflexion

données> rapport du flux énergétique ou lumineux réfléchi au flux incident dans les conditions données

[SOURCE: IEC 60050-845, 845-04-58]
3.6
facteur de réflexion régulière

rapport de la partie régulièrement réfléchie du flux (total) réfléchi, au flux incident

[SOURCE: IEC 60050-845, 845-04-60]
3.7
facteur de réflexion diffuse

rapport de la partie réfléchie par diffusion du flux (total) réfléchi au flux incident

Note 1 à l'article: ρ = ρ + ρ (voir également l'Article 4).
r d

Note 2 à l'article: Les résultats des mesures de ρ et ρ dépendent des instruments et des techniques de mesure

r d
utilisés.
3.8
facteur de réflexion relative
rapport entre le flux réfléchi par un échantillon et celui d’une référence
4 Symboles et unités

Pour les besoins du présent document, les symboles et les unités suivants s’appliquent.

λ longueur d’onde, exprimée en nanomètres
p, s état de polarisation
τ facteur de transmission
τ facteur de transmission régulière
τ facteur de transmission diffuse
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ISO/FDIS 15368:2020(F)
τ facteur de transmission interne
ρ facteur de réflexion
ρ facteur de réflexion régulière
ρ facteur de réflexion diffuse
ρ facteur de réflexion relative régulière
r-rel

NOTE Partout où les lettres grecques, ρ et τ, peuvent être source de confusion, les lettres T et R peuvent être

utilisées
5 Échantillon d’essai

Le stockage, le nettoyage et la préparation d'un échantillon d’essai doivent être effectués conformément

aux instructions du fabricant relatives à l’échantillon d’essai pour une utilisation normale.

La longueur d'onde, l'angle d'incidence et l'état de polarisation doivent correspondre à ceux spécifiés

par le fabricant pour l'utilisation de l’échantillon d’essai.
6 Appareillage de mesure

Pour procéder au mesurage spécifié dans le présent document, un spectrophotomètre est requis.

La Figure 1 présente un exemple de spectrophotomètre de type dispersif, bi-faisceau. La Figure 2

présente un exemple de spectrophotomètre à transformée de Fourier (FTS) à un seul faisceau, de

type interféromètre. Les deux types se composent d'une source de rayonnement optique, d’une unité

spectrale, d'un compartiment pour échantillon, d'une unité de détection et d'une unité de commande.

Les détails de l’appareillage sont décrits à l’Annexe A.
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Légende
OS source de rayonnement optique B déflecteur
LE lentille PF filtre de polarisation
F boîte à filtre CM miroir chopper
S fente TB faisceau et échantillon d’essai
D élément dispersif RB faisceau et échantillon de référence
M monochromateur DU unité de détection
SC compartiment à échantillon CU unité de commande
CO optique collectrice
Figure 1 — Disposition normalisée d’un spectrophotomètre dispersif
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ISO/FDIS 15368:2020(F)
Légende
E enceinte MM miroir mobile
S source T, R échantillon pour facteur de transmission et réflexion
A ouverture LA laser
BS séparateur de faisceau LD détecteur laser
C plaque de compensation CU unité de commande
AM miroir d’alignement D unité de détection
FM miroir de focalisation
Figure 2 — Disposition typique d'un spectrophotomètre à transformée de Fourier
7 Conditions d’essai
7.1 Spectrophotomètre de type dispersif
7.1.1 Généralités

La source de rayonnement optique, la divergence du faisceau, le diamètre du faisceau sur le spécimen, la

longueur d'onde, la résolution spectrale, l'intervalle de mesure, l'angle d'incidence, le détecteur et toute

correction numérique requise doivent être sélectionnés et documentés.
7.1.2 Source de rayonnement optique

La variation temporelle de l'intensité de la source de rayonnement optique doit être mesurée et

documentée. L'état de polarisation (p ou s) du faisceau doit être sélectionné et documenté

L’état de polarisation du rayonnement atteignant le détecteur peut être affecté par la réflexion sur les

composants dans les trajets référence/échantillon. Il est suggéré d'incliner l'échantillon en transmission

d'une même valeur dans des directions orthogonales pour vérifier les effets de polarisation. Le diamètre

du faisceau sur l’échantillon doit être supérieur à 1 mm. Sur la surface de l’échantillon, le profil du

faisceau doit être régulier afin que la densité de puissance de crête locale n'excède pas la densité de

puissance moyenne d'un facteur supérieur ou égal à deux. Le diamètre et le nombre d’ouverture ou

ouverture numérique (voir aussi 9.11) doivent être documentés.
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ISO/FDIS 15368:2020(F)
7.1.3 Monochromateur
Le type d'élément dispersif et ses caractéristiques doivent être documentés.

Les optiques destinées à empêcher un rayonnement optique de diffraction d'ordre supérieur de passer

doivent être documentées.

Le domaine et la résolution spectraux doivent être sélectionnés de façon à satisfaire à la spécification

du mesurage, et doivent être documentés.
Le type de spectrophotomètre (monofaisceau ou bi-faisceau) doit être documenté.
7.1.4 Système de détection

Un détecteur adapté à la région spectrale mesurée doit être sélectionné et documenté. Une technique

de détection par blocage est fréquemment utilisée et un chopper optique ou un miroir chopper est

installé dans le faisceau pour moduler le signal de sortie. Le système de détection doit présenter une

4 −2

gamme dynamique supérieure à 10 et un écart par rapport à la linéarité inférieur à 10 . La linéarité

photométrique doit être étalonnée par une méthode à double ouverture qui utilise des ouvertures

[4]
doubles et des filtres à densité neutre .
L'utilisation d'une sphère intégrante ou d'un diffuseur doit être documentée.
7.1.5 Correction numérique

La correction numérique peut inclure la correction spectrale, le moyennage, le lissage, l'étalonnage de

la linéarité photométrique et d’autres facteurs.

La correction spectrale peut être réalisée en utilisant un étalon de longueur d'onde approprié (voir 9.2).

Le bruit aléatoire peut être réduit par le moyennage ou le lissage. Le moyennage peut être effectué

par un mesurage répété ou une durée d'échantillonnage accrue. Le lissage peut être effectué par le

moyennage des données sur la largeur de bande spectrale finie après le mesurage, bien qu'il réduise la

résolution spectrale. La durée d'échantillonnage et les facteurs de lissage doivent être documentés.

Pour plus de détails sur l'étalonnage de la linéarité photométrique, voir 7.1.4.

L'étalonnage du spectrophotomètre peut être effectué en mesurant la facteur de transmission d'un

échantillon de référence (étalon) au moyen de la méthode donnée en 8.2.1. Un échantillon de référence

pour le facteur de transmission de l’ultraviolet au proche infrarouge doit être une plaque parallèle

en silice fondue avec une surface de catégorie P2 telle que spécifiée dans l'ISO 10110-8. Les données

d'indice de réfraction du silicium non dopé pour la zone flottante sur la bande spectrale de 1,2 µm à

5,5 µm, et du germanium pure sur la bande spectrale de 1,7 µm à 23 µm peuvent être utilisées comme

étalons de référence. L'incertitude élargie de la mesure du facteur de transmission de l'échantillon de

référence doit être comprise entre 0,02 % et 1 %. Cela inclut la répétabilité et le bruit photométrique,

pour k = 2 (95 % de confiance). D'autres matériaux de référence vérifiés dans un laboratoire accrédité,

peuvent être utilisés.
7.2 Spectrophotomètre à transformée de Fourier
7.2.1 Généralités

La source de rayonnement optique, la géométrie du faisceau incident de l'échantillon (angle d'incidence

central, nombre d’ouverture ou demi-angle et taille du spot sur l'échantillon), la gamme du nombre

d'ondes (ou longueur d'onde), la résolution spectrale, l'intervalle d'échantillonnage, le détecteur et la

correction numérique doivent être sélectionnés et documentés.
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ISO/FDIS 15368:2020(F)
7.2.2 Source de rayonnement optique

Le type de source de rayonnement optique doit être documenté. La variation temporelle de l'intensité

de la source de rayonnement optique, indiquée par le niveau du signal de l'interférogramme, doit être

mesurée et documentée. Si l'état de polarisation (p ou s) du faisceau est important, alors la polarisation

doit être contrôlée et documentée.

NOTE L’état de polarisation du rayonnement atteignant le détecteur peut être affecté par la réflexion sur les

composants dans les trajets du faisceau.

La taille de l'ouverture doit être choisie de manière à être compatible avec le réglage de la résolution

spectrale déterminé par la différence de trajet du faisceau optique dans l'interféromètre.

La taille de l'échantillon doit être supérieure au diamètre du faisceau.
7.2.3 Interféromètre

Le type de séparateur de faisceau/compensateur et ses caractéristiques doivent être documentés.

Le mode de balayage de l'interféromètre (balayage continu ou pas à pas), ainsi que la plage de balayage

de l'interférogramme (ou la résolution spectrale correspondante) et l'intervalle d'échantillonnage (ou

la plage spectrale correspondante), doivent être documentés. La gamme spectrale et la résolution

spectrale doivent être choisies de manière à satisfaire aux spécifications de la mesure.

7.2.4 Système de détection

Un détecteur approprié pour la région spectrale mesurée doit être sélectionné et documenté. Le

système de détection doit présenter une gamme dynamique supérieure à 10 et un écart par rapport

à la linéarité inférieur à 10 . Contrairement à un spectrophotomètre dispersif, la linéarité ne peut

pas être étalonnée par une méthode à double ouverture, et une autre méthode telle que l'utilisation de

filtres d'atténuation ou d'étalons multiples doit être choisie.
L'utilisation d'une sphère intégrante ou d'un diffuseur doit être documentée.

Dans le cadre de l'acquisition des données, les interférogrammes directement mesurés sont traités par

un logiciel pour obtenir les spectres résultants. Pour plus de détails, voir également la norme ISO 19702

et la Référence [6].
7.2.5 Correction numérique

La correction numérique peut inclure la correction spectrale, le moyennage, le lissage, l'étalonnage de

la linéarité photométrique et d’autres facteurs.

La manière et les paramètres de la correction de phase (auto-phase ou phase de référence, et nombre de

points de données de l'interférogramme), de l'apodisation et du garnissage de zéro de l'interférogramme,

et des corrections de décalage spectral doivent être documentés.

La correction spectrale peut être réalisée en utilisant un étalon de longueur d'onde approprié (voir 9.3).

La correction typique est directement proportionnelle au nombre d'ondes. Le bruit aléatoire peut être

réduit par le moyennage ou le lissage. Le moyennage peut être effectué par un mesurage répété ou une

durée d'échantillonnage accrue, qui est déterminé par une combinaison de la vitesse de balayage du

miroir, de la résolution spectrale et du nombre de balayages par mesure. Le lissage peut être effectué par

le moyennage des données sur la largeur de bande spectrale finie après le mesurage, bien qu'il réduise

la résolution spectrale. La durée d'échantillonnage et les facteurs de lissage doivent être documentés.

L'étalonnage du spectrophotomètre peut être effectué en mesurant le facteur de transmission d'un

échantillon de référence (étalon) au moyen de la méthode donnée en 8.2.1. Les données d'indice de

réfraction du silicium non dopé pour la zone flottante sur la bande spectrale de 1,2 µm à 5,5 µm, et

du germanium pure sur la bande spectrale de 1,7 µm à 23 µm peuvent être utilis
...

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