固体光学-晶体光学

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1、晶体性质的测量与研究方法1一.光学性质测量1.折射率2.光学透过性3.电光性能4.光折变性质、5.介电参数的测量二.铁电性质－电滞回线测量三.介电性质四.压电性质测量1.准静态法2.光学相干法3.谐振－反谐振法五.热释电性质晶体性质的测量与研究方法2折射率(最小偏向角法)光学性质测量此方法采用的设备为分光计。如右图所示，AB和AC是透光的光学表面，又称折射面。三棱镜的顶角a可采用反射法测量。一束平行光入射于三棱镜，经过AB面和AC面反射的光线分别沿T3和T4方位射出，T3和T4方向的夹角记为q。由几何学关系可

2、知，a＝q/2＝(T4-T3)/2。3折射率(最小偏向角法)光学性质测量一束单色平行光入射到棱镜上，经两次折射后射出，入射光与出射光间的夹角d称为偏向角。 转动三棱镜，固定入射光，则偏向角d发生变化。沿偏向角减小的方向继续转动三棱镜，使偏向角逐渐减小。当转到某个位置时，若再继续沿此方向转动，偏向角又将逐渐增大，此位置对应的偏向角便是最小偏向角dmin。4棱镜材料的折射率n与顶角a及最小偏向角dmin的关系式折射率(最小偏向角法)光学性质测量对于单轴晶体，切割棱镜时使厚度沿着光轴方向。两个不同主折射率的测量，可

3、通过入射光的偏振方向来实现。入射光的偏振方向与光轴方向平行，则测得的折射率为非寻常光的折射率ne；入射光的偏振方向与光轴方向垂直，则测得的折射率为寻常光的折射率no。5椭圆偏振仪根据偏振光束在介面表面反射时出现的偏振态变化来研究材料光学性质。椭偏仪对样品要求不高，测量薄膜和块材样品的折射率n，消光系数（extinctioncoefficient）k、厚度d（主要指薄膜样品）等有关参数，具有较灵敏、精度较高、使用方便等优点，而且是非破坏性测量。椭偏法测量的基本思路是：起偏器产生的线偏振光经取向一定的1/4波片后

4、成为椭圆偏振光，把它投射到待测样品表面时，只要起偏器取适当的透光方向，被样品表面反射出来的将是线偏振光。根据偏振光在反射前后的振幅和相位变化，便可以确定样品表面的光学特性。折射率(椭圆偏振仪)光学性质测量6椭偏仪组成部分：(1)光源。大多选用Xe或Hg-Xe灯，其强度从紫外(～190nm)到近红外近似为常数；(2)偏振器。能将任何偏振态的光变成线偏振光。目前常用格兰－泰勒（方解石）偏振器；(3)1/4波片。可将线偏振光变为椭圆偏振光；(4)光束调制器。为方便探测，用于光强调制；(5)探测器。主要有光电倍增管、

5、硅光电池和InGaAs等。折射率(椭圆偏振仪)光学性质测量法国Jobin-Yvon公司生产的UVISEL/460型光谱椭偏仪7折射率(棱镜耦合器)光学性质测量棱镜耦合器是基于全反射原理进行工作的。如图所示，把样品的一个抛光面紧贴在棱镜面上。入射光进入样品时，以不同的入射角q连续扫描，测量反射光线的强度。当到达全反射角qc时，入射光线在全反射和折射间发生转化，此时，反射光线的强度发生剧烈变化。棱镜的折射率np已知，只要测量出qc的值，根据n=npsinqc，就可以很容易地得到待测样品的折射率n的结果。8折射率(

6、棱镜耦合器)光学性质测量棱镜耦合器可以提供TE（S偏振光，电场振动方向垂直于入射平面）和TM（P偏振光，磁场振动方向垂直于入射平面，电场振动方向平行于入射平面）两种测量模式，很容易表征光学性能的各向异性，即可以测量样品的双折射。美国的Metricon公司生产的2010型棱镜耦合器9折射率(测量方法比较)光学性质测量最小偏向角法优点：可测量晶体双折射（即no和ne），测量设备简单；缺点：棱镜样品加工麻烦。椭圆偏振仪优点：波长可从紫外到近红外连续变化，测量速度快；缺点：只能测量单一折射率，适用于各向同性材料。棱镜

7、耦合器优点：可测量晶体双折射，测量速度快；缺点：光源只能采用激光，波长有限。10Sellmeier方程M.DiDomenicoetal,J.Appl.Phys.40(1)(1969)720折射率(研究方法)光学性质测量此方程中的Ai、Bi、Ci、Di没有物理意义。单项Sellmeier关系S0为平均振子强度，l0为平均振子位置，Ed为色散能量，E0为单个阵子能量。Wemple和Didomenico研究了大量氧八面体结构的铁电体，定义出折射率色散参量E0/S0，发现具有氧八面体的铁电体折射率色散参量值很相近，即

8、E0/S0=6±0.5×10-14eVm2。11光学性质测量紫外/可见/近红外分光光度计(UV-Visible-NIRSpectrophotometer)光学透过性(测量设备)如日本JASCO公司生产的V-570型光度计，测量波长范围为190～2500nm如美国热电（ThermoElectron）公司的Nexus870型红外光谱仪，测量范围为2.5~25μm。傅立叶变换红外光谱仪(FT-IRspec