固體光學-晶體光學1

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1、晶體性質(zhì)的測量與研究方法1一.光學性質(zhì)測量1.折射率2.光學透過性3.電光性能4.光折變性質(zhì)、5.介電參數(shù)的測量二.鐵電性質(zhì)－電滯回線測量三.介電性質(zhì)四.壓電性質(zhì)測量1.準靜態(tài)法2.光學相干法3.諧振－反諧振法五.熱釋電性質(zhì)晶體性質(zhì)的測量與研究方法2折射率(最小偏向角法)光學性質(zhì)測量此方法采用的設(shè)備為分光計。如右圖所示，AB和AC是透光的光學表面，又稱折射面。三棱鏡的頂角a可采用反射法測量。一束平行光入射于三棱鏡，經(jīng)過AB面和AC面反射的光線分別沿T3和T4方位射出，T3和T4方向的夾角記為q。由幾何學關(guān)系可知，a＝q/2＝(T4-T3)/2。

2、3折射率(最小偏向角法)光學性質(zhì)測量一束單色平行光入射到棱鏡上，經(jīng)兩次折射后射出，入射光與出射光間的夾角d稱為偏向角。?轉(zhuǎn)動三棱鏡，固定入射光，則偏向角d發(fā)生變化。沿偏向角減小的方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動三棱鏡，使偏向角逐漸減小。當轉(zhuǎn)到某個位置時，若再繼續(xù)沿此方向轉(zhuǎn)動，偏向角又將逐漸增大，此位置對應(yīng)的偏向角便是最小偏向角dmin。4棱鏡材料的折射率n與頂角a及最小偏向角dmin的關(guān)系式折射率(最小偏向角法)光學性質(zhì)測量對于單軸晶體，切割棱鏡時使厚度沿著光軸方向。兩個不同主折射率的測量，可通過入射光的偏振方向來實現(xiàn)。入射光的偏振方向與光軸方向平行，則測得的折射

3、率為非尋常光的折射率ne；入射光的偏振方向與光軸方向垂直，則測得的折射率為尋常光的折射率no。5橢圓偏振儀根據(jù)偏振光束在介面表面反射時出現(xiàn)的偏振態(tài)變化來研究材料光學性質(zhì)。橢偏儀對樣品要求不高，測量薄膜和塊材樣品的折射率n，消光系數(shù)（extinctioncoefficient）k、厚度d（主要指薄膜樣品）等有關(guān)參數(shù)，具有較靈敏、精度較高、使用方便等優(yōu)點，而且是非破壞性測量。橢偏法測量的基本思路是：起偏器產(chǎn)生的線偏振光經(jīng)取向一定的1/4波片后成為橢圓偏振光，把它投射到待測樣品表面時，只要起偏器取適當?shù)耐腹夥较?，被樣品表面反射出來的將是線偏振光。根據(jù)

4、偏振光在反射前后的振幅和相位變化，便可以確定樣品表面的光學特性。折射率(橢圓偏振儀)光學性質(zhì)測量6橢偏儀組成部分：(1)光源。大多選用Xe或Hg-Xe燈，其強度從紫外(～190nm)到近紅外近似為常數(shù)；(2)偏振器。能將任何偏振態(tài)的光變成線偏振光。目前常用格蘭－泰勒（方解石）偏振器；(3)1/4波片?？蓪⒕€偏振光變?yōu)闄E圓偏振光；(4)光束調(diào)制器。為方便探測，用于光強調(diào)制；(5)探測器。主要有光電倍增管、硅光電池和InGaAs等。折射率(橢圓偏振儀)光學性質(zhì)測量法國Jobin-Yvon公司生產(chǎn)的UVISEL/460型光譜橢偏儀7折射率(棱鏡耦合器

5、)光學性質(zhì)測量棱鏡耦合器是基于全反射原理進行工作的。如圖所示，把樣品的一個拋光面緊貼在棱鏡面上。入射光進入樣品時，以不同的入射角q連續(xù)掃描，測量反射光線的強度。當?shù)竭_全反射角qc時，入射光線在全反射和折射間發(fā)生轉(zhuǎn)化，此時，反射光線的強度發(fā)生劇烈變化。棱鏡的折射率np已知，只要測量出qc的值，根據(jù)n=npsinqc，就可以很容易地得到待測樣品的折射率n的結(jié)果。8折射率(棱鏡耦合器)光學性質(zhì)測量棱鏡耦合器可以提供TE（S偏振光，電場振動方向垂直于入射平面）和TM（P偏振光，磁場振動方向垂直于入射平面，電場振動方向平行于入射平面）兩種測量模式，很容易

6、表征光學性能的各向異性，即可以測量樣品的雙折射。美國的Metricon公司生產(chǎn)的2010型棱鏡耦合器9折射率(測量方法比較)光學性質(zhì)測量最小偏向角法優(yōu)點：可測量晶體雙折射（即no和ne），測量設(shè)備簡單；缺點：棱鏡樣品加工麻煩。橢圓偏振儀優(yōu)點：波長可從紫外到近紅外連續(xù)變化，測量速度快；缺點：只能測量單一折射率，適用于各向同性材料。棱鏡耦合器優(yōu)點：可測量晶體雙折射，測量速度快；缺點：光源只能采用激光，波長有限。10Sellmeier方程M.DiDomenicoetal,J.Appl.Phys.40(1)(1969)720折射率(研究方法)光學性質(zhì)測

7、量此方程中的Ai、Bi、Ci、Di沒有物理意義。單項Sellmeier關(guān)系S0為平均振子強度，l0為平均振子位置，Ed為色散能量，E0為單個陣子能量。Wemple和Didomenico研究了大量氧八面體結(jié)構(gòu)的鐵電體，定義出折射率色散參量E0/S0，發(fā)現(xiàn)具有氧八面體的鐵電體折射率色散參量值很相近，即E0/S0=6±0.5×10-14eVm2。11光學性質(zhì)測量紫外/可見/近紅外分光光度計(UV-Visible-NIRSpectrophotometer)光學透過性(測量設(shè)備)如日本JASCO公司生產(chǎn)的V-570型光度計，測量波長范圍為190～2500

8、nm如美國熱電（ThermoElectron）公司的Nexus870型紅外光譜儀，測量范圍為2.5~25μm。傅立葉變換紅外光譜儀(FT-IRspec