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上海斯邁歐分析儀器有限公司
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使用兩種方法測(cè)量單晶光學(xué)材料的折射率-分光光度法
2025-3-12 閱讀(35)
前言在先進(jìn)材料的生產(chǎn)中，需要對(duì)材料參數(shù)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確且節(jié)省人力的測(cè)定。光學(xué)材料(特別是晶體)應(yīng)用所需的主要參數(shù)之一是折射率 (n)。常用的折射率測(cè)定方法有三種[1-3]：
1) 測(cè)角法利用測(cè)角儀-光譜儀測(cè)量一定角度下的透射(包括光的最小偏向角)，并根據(jù)斯涅爾定律計(jì)算 n。該方法需要呈大三棱鏡形式的透明樣品，且在底平面與拋光工作平面之間具有精確的角度。
2) 橢圓偏振測(cè)量法利用橢圓偏振計(jì)直接測(cè)量反射光的振幅比和相移。該方法需要針對(duì)每種材料的特定光學(xué)模型。商業(yè)軟件包中包含標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)模型，但是如果需要測(cè)量未知材料或新材料，這些軟件包中可能不包含相應(yīng)的光學(xué)模型。
3) 分光光度法配備采樣附件的分光光度計(jì)可用于將樣品和檢測(cè)器旋轉(zhuǎn)到能夠收集絕對(duì)鏡面反射數(shù)據(jù)(或角度透射數(shù)據(jù))的角度。分光光度法可進(jìn)一步細(xì)分為 3 種常用的方法：3.1) 菲涅耳公式測(cè)量 p 偏振和 s 偏振的入射光反射率和透射率，并根據(jù)菲涅耳公式計(jì)算 n。該方法不僅需要較大的拋光樣品表面，還需要軟件支持來求解菲涅耳公式。3.2) 布儒斯特定律法測(cè)量布儒斯特角下的 p 偏振入射光的反射率(根據(jù)布儒斯特定律)。必須使用具有大表面積的樣品，以實(shí)現(xiàn)對(duì)大角度的高準(zhǔn)確度測(cè)量。3.3) 接近垂直入射時(shí)的反射法該方法基于在接近垂直角度的低入射角(0 度至約 10 度)下測(cè)量一個(gè)表面的反射光譜。該方法能夠在單次測(cè)量中從樣品的單個(gè)拋光平面確定折射率的色散分量。方法 3.2 和 3.3 無需進(jìn)行大量的數(shù)學(xué)后期數(shù)據(jù)處理，并可引入任何配備 Cary 紫外-可見-近紅外分光光度計(jì)和全能型測(cè)量附件(UMA)(圖 1)的實(shí)驗(yàn)室中。
配備 UMA 的 Cary 5000 無需使用多個(gè)控制臺(tái)、更換樣品和重新配置附件。因此，可以在不移動(dòng)樣品的情況下獲得完整的樣品信息。UMA 方案由一個(gè)固定光源、能夠 360° 旋轉(zhuǎn)的樣品支架和一個(gè)獨(dú)立檢測(cè)器組成，該檢測(cè)器可以在 10°–350° 的角度范圍內(nèi)在水平面上圍繞樣品支架移動(dòng)。UMA 可提供高質(zhì)量數(shù)據(jù)，從樣品的單個(gè)一致區(qū)域測(cè)量所有特性。該附件的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是能夠根據(jù)圖 2 所示的方案，在一個(gè)工作序列內(nèi)測(cè)量樣品同一區(qū)域內(nèi)不同入射光偏振和不同入射光角度下的光學(xué)特性(絕對(duì)反射率和透射率)。
如果需要測(cè)量樣品和材料(包括難以成形的樣品，或者無法得到三棱鏡形式的樣品)的折射率，配備 UMA 的 Cary 5000是一種合適且解決方案。本研究介紹了使用配備 UMA 的 Cary 5000 通過兩種分光光度法測(cè)量新晶體 Gd3Al2Ga3O12:Ce (GGAG)[4] 的折射率的結(jié)果：1. 根據(jù)布儒斯特定律(方法 3.2)2. 根據(jù)來自一個(gè)表面的接近垂直的低入射角的反射光譜(方法 3.3)
……
結(jié)論1. 對(duì)使用配備全能型測(cè)量附件的 Cary 5000 分光光度計(jì)通過兩種分光光度法測(cè)定不同類型材料(尤其是單晶光學(xué)材料)的折射率進(jìn)行了研究 - 布儒斯特定律法 - 來自一個(gè)表面的接近垂直低入射角的反射2. 通過這兩種方法獲得的折射率非常接近。配備 Cary 5000 和UMA 的實(shí)驗(yàn)室可以選擇任何一種方法。取決于樣品的形式3. 分光光度法的準(zhǔn)確度為偏差小于 0.4%
