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使用兩種方法測量單晶光學(xué)材料的折射率-分光光度法
閱讀：191 發(fā)布時間：2025-3-12前言在先進(jìn)材料的生產(chǎn)中，需要對材料參數(shù)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確且節(jié)省人力的測定。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)。常用的折射率測定方法有三種[1-3]：
1) 測角法利用測角儀-光譜儀測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) 橢圓偏振測量法利用橢圓偏振計直接測量反射光的振幅比和相移。該方法需要針對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可用于將樣品和檢測器旋轉(zhuǎn)到能夠收集絕對鏡面反射數(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，以實現(xiàn)對大角度的高準(zhǔn)確度測量。3.3) 接近垂直入射時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）下測量一個表面的反射光譜。該方法能夠在單次測量中從樣品的單個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-近紅外分光光度計和全能型測量附件(UMA)（圖 1）的實驗室中。
配備 UMA 的 Cary 5000 無需使用多個控制臺、更換樣品和重新配置附件。因此，可以在不移動樣品的情況下獲得完整的樣品信息。UMA 方案由一個固定光源、能夠 360° 旋轉(zhuǎn)的樣品支架和一個獨(dú)立檢測器組成，該檢測器可以在 10°–350° 的角度范圍內(nèi)在水平面上圍繞樣品支架移動。UMA 可提供高質(zhì)量數(shù)據(jù)，從樣品的單個一致區(qū)域測量所有特性。該附件的一個優(yōu)勢是能夠根據(jù)圖 2 所示的方案，在一個工作序列內(nèi)測量樣品同一區(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（絕對反射率和透射率）。
如果需要測量樣品和材料（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)來自一個表面的接近垂直的低入射角的反射光譜（方法 3.3）
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結(jié)論1. 對使用配備全能型測量附件的 Cary 5000 分光光度計通過兩種分光光度法測定不同類型材料（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 的實驗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%