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折射率测量三大仪器:光谱仪、干涉仪、椭偏仪
来源: 时间:2024-12-09 10:19:14 浏览:3319次

折射率测量三大仪器:光谱仪、干涉仪、椭偏仪

 

折射率是材料的一个重要光学参数,反映了光在材料中的传播速度相对于真空中的传播速度的比值,测量材料的折射率对于材料科学、光学工程、生物医学等领域具有重要意义;目前,常用的折射率测量仪器包括光谱仪、干涉仪和椭偏仪。

一、光谱仪

1. 工作原理:光谱仪通过测量材料对不同波长光的吸收或散射特性来间接推断其折射率,常见的光谱仪类型包括紫外-可见-近红外光谱仪(UV-Vis-NIR傅里叶变换红外光谱仪(FTIR

UV-Vis-NIR光谱仪:通过测量材料在紫外、可见和近红外波段的吸收光谱,可以推断材料的折射率光谱仪记录不同波长下的吸光度,通过Kramers-Kronig关系可以计算出折射率。

FTIR光谱仪:通过测量材料在红外波段的吸收光谱,可以推断材料的折射率FTIR光谱仪记录材料在不同频率下的吸收强度,通过Kramers-Kronig关系可以计算出折射率。

2. 特点

高分辨率:光谱仪具有很高的光谱分辨率,可以精确测量材料在不同波长下的光学特性。

广泛适用:适用于各种固体、液体和气体材料,尤其是对透明材料的折射率测量非常有效。

多功能:除了测量折射率,还可以进行吸收光谱、透射光谱和反射光谱的测量。

二、干涉仪

1. 工作原理:干涉仪通过测量光在材料中的干涉条纹来推断其折射率;常见的干涉仪类型包括迈克尔逊干涉仪和马赫-泽恩德干涉仪。

迈克尔逊干涉仪:通过测量光在材料中的干涉条纹,可以推断材料的折射率;光经过分束器分成两束,一束通过待测材料,另一束通过参考路径,然后两束光在检测器处重新汇合形成干涉条纹;通过分析干涉条纹的变化,可以计算出材料的折射率。

马赫-泽恩德干涉仪:通过测量光在材料中的干涉条纹,可以推断材料的折射率;光经过分束器分成两束,一束通过待测材料,另一束通过参考路径,然后两束光在检测器处重新汇合形成干涉条纹;通过分析干涉条纹的变化,可以计算出材料的折射率。

2. 特点

高精度:干涉仪具有很高的测量精度,可以达到亚纳米级别的分辨率。

无损测量:干涉仪是一种无损测量方法,不会对样品造成损害。

实时监测:可以实时监测材料的折射率变化,适用于动态过程的测量。

三、椭偏仪

1. 工作原理椭偏仪通过测量光在材料表面的偏振态变化来推断其折射率,椭偏仪利用偏振光的特性,通过分析反射光的偏振态变化,可以推断材料的折射率和厚度。

偏振态变化:入射光束(线偏振光)的电场可以在两个垂直平面上分解为矢量元,P平面包含入射光和出射光,s平面则是与这个平面垂直;反射光或透射光是典型的椭圆偏振光,因此仪器被称为椭偏仪;偏振态的变化可以用复数ρ来表示,其中ψ和Δ分别描述反射光p波与s波振幅衰减比和相位差。

数学模型:通过Fresnel反射系数rprs的数学表达式,结合Maxwell方程在不同材料边界上的电磁辐射推导,可以计算出材料的折射率和厚度。

2. 特点

高精度:椭偏仪具有很高的测量精度,可以测量非常薄的膜(1nm)。

无损测量:椭偏仪是一种无损测量方法,不会对样品造成损害。

多参数测量:可以同时测量膜的厚度、折射率和吸收率。

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全部 3小时前 四川
文字是人类用符号记录表达信息以传之久远的方式和工具。现代文字大多是记录语言的工具。人类往往先有口头的语言后产生书面文字,很多小语种,有语言但没有文字。文字的不同体现了国家和民族的书面表达的方式和思维不同。文字使人类进入有历史记录的文明社会。
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