红外材料折射率
为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划红外材料折射率红外透射材料能透过红外辐射的材料，用于制造红外仪器的部件，如红外探测器的窗口、红外仪器光学系统的透镜和棱镜等。对这些材料的要求是：能透过所需波段的红外辐射；有尽可能高的透射比；机械强度高；化学稳定性好。若红外透射材料是平板型，当红外辐射投射到它的表面上时，部分被反射，其余进入体内。进入体内的有一部分被吸收,剩余部分透射过去。若吸收比为，反射比为，透射比为(都是对入射辐射功率之比而言)，则1。红外透射材料要求有尽可能大的，、应尽可能小。后两者皆取决于物质的微观结构。决定于物质内部的辐射吸收过程，如晶格振动吸收所引起的基本吸收，分子晶体中的分子振动和转动所引起的特征吸收，以及半导体中电子从价带跃迁到导带的本征吸收。这些都是材料所固有的辐射吸收过程。此外,尚有杂质吸收、自由载流子吸收,多晶体中晶粒间界的散射所引起的辐射衰减也相当于吸收。固体材料中任一个固有的辐射吸收过程，都会在某一波段引起相当大的吸收。因而必然很小。因此,红外透射材料的透射波段只能选择在没有这类固有吸收过程的波段内，而且其他吸收也必须降低到可以忽略的程度,即0。这样,就只有反射的损失。反射有漫反射和镜面反射两种。漫反射与表面光洁度有关，越光洁漫反射率就越低。必须设法将这部分反射损失降低到可忽略不计的程度。镜面反射与材料的折射率有关。在没有吸收的波段,对于垂直投射的辐射,其反射率为式中n为材料的折射率。反射率是指一个面上反射辐射功率与入射辐(转载于:写论文网:红外材料折射率)射功率之比。通常在测量时，把红外透射材料做成有两个平行表面的薄板。当进入材料的辐射碰到第二个表面时，也有部分被反射,回到第一个表面,而且又有部分辐射透出表面，与第一次反射辐射叠加。因而实际测量的反射比是多次反射的叠加，其结果为折射率越大，反射率和反射比就越大。有些半导体材料的折射率大致为4。因此，在透明区反射损失约为53。这一反射损失，可用增透膜的办法予以减小。红外透射材料材料的机械强度和化学稳定性也是由材料的本质决定的。因此，有用的红外透射材料是在研究大量固体材料的基础上选择出来的。图中为常用的几种红外透射材料的透射光谱。请将电子版打印出来，仔细阅读，不懂之处用笔标记上，这样才算写了预习报告。老师将根据认真程度给预习分红外激光测量硅片的折射率和厚度实验类型：近代光学设计性实验实验地点：实训中心2号楼1楼2123教室实验日期：第9-12周，每周节次学生姓名：学号：手机号：Email:一.目的要求用光波导法测量硅片的折射率和厚度。实验要求达到：1、了解Au-Si-Au三层平板波导结构，理解导模的激发原理2、掌握导模测量的衰减全反射实验方法3、计算硅片的折射率和厚度二.仪器设备光纤激光器、小孔、Au-Si-Au波导、-2转台、红外光电探测器、红外激光显示卡、电脑、电路控制箱。三.原理本实验采用光波导法测量硅片的折射率和厚度。将硅片的两个表面分别镀上20纳米与200纳米厚的金膜，制作成Au-Si-Au双面金属包覆波导。实验装置如图1所示，波长1550nm的红外激光经小孔被卡成口径1mm的光束，以小角度入射到Au-Si-Au双面金属包覆波导片的20纳米薄金膜上。Au-Si-Au双面金属包覆波导片置于-2转台的中心转盘上，红外光电探测器固定在-2转台的外圈上。-2转台的外圈与中心转盘严格同心。计算机控制中心转台带动Au-Si-Au片以角速度?转动。由反射定律可知，被Au-Si-Au片反射的光线以角速度2?转动。为了保证红外光电探测器跟上反射光的角度变化，-2转台的外圈以角速度2?绕转台中心转动。-2转台由计算机控制，它转过的角度经计算机处理后显示在测量软件的工作界面上。红外光纤激光器图1实验装置1当激光的入射角为某些特定的角度时，激光在水平方向的波矢与导模的传播常数相匹配，激光的能量便会耦合进硅片，在硅片中激发出一系列导模，反射光的强度骤然减弱。用红外光电探测器测量反射光的强度，探测到的信号电压一般为几个毫伏，将这个信号经模拟放大电路放大，再通过A/D转换成数字信号传送给电脑处理。以入射光的角度为横坐标，反射光的强度为纵坐标，电脑自动在屏幕上描绘出曲线，即衰减全反射吸收峰。测量软件的界面如图2所示。图2导波的衰减全反射吸收峰m阶导模的色散方程可写为：2?h?2?1?sin?m?m?2?2?1(1)式中h为硅片的厚度；1为硅片的相对介电常数；m为m阶导模的模角，即图1激光的某些特定的入射角，图2衰减全反射吸收峰所对应的横坐标角度。m为模阶数。2为金膜的相对复介电常数。对=1550nm的激光，2的实部相对于虚部是个比较大的数值，因此可以忽略掉虚部，2=-90。如果测量出了模序数为m-1、m、m+1连续三个导模的模角m-1、m、m+1，便可联立超越方程：?2?h?22?sin?m?1?2?1m?1?1?2?h?2?1?sin?m?m?2?2?1?2?h?2?1?sin?m?2?2?1?m?1?1?解出硅片的厚度h、相对介电常数1再计算硅片的折射率n1?12四.实验步骤、测量内容、数据记录设备开机：依次打开-2转台控制箱的电源、电脑电源、光纤激光器电源。光路调整：红外激光器发出的波长为1550nm的不可见光，需要用红外激光显示卡观察激光的位置。红外激光显示卡片由红外磷材料做成，当红外光激发磷材料，储存的能量就以可以光的形式释放出来，将不可见的红外光上转换为人眼可见的光。将红外激光显示卡放到红外光电探测器之前，检查激光是否照射到红外光电探测器的中心。如果激光没有照射到红外光电探测器的中心，可将固定红外光电探测器的转台外圈抬起，转个角度让激光照射到红外光电探测器的中心，再将转台外圈底部的三个小轮放入沟槽中。零度入射角位置的校准：在电脑上运行驱动转台的软件“StepperDAQ”，控制转台的转动。按“反向”，转台逆时针转动。按“正向”，转台顺时针转动。将反射光向靠近小孔方向转动。当反射光回穿过小孔时，激光垂直入射到Au-Si-Au片的表面，反射光沿着入射光路返回，此时的入射角为零度。按“反向”，使转台逆时针转动，扫描出导波的衰减全反射吸收峰。读出三个连续阶数导模的角度：在电脑屏幕显示的曲线上，将鼠标移到衰减全反射吸收峰的最低点，按鼠标右键，出现十字叉丝，读出当前显示的角度，再减去60度，即为某阶导模的模角。读出三个连续的导模角，例如：m-1=、m=、m+1=。请注意模角越小，模阶数m越大。将三个导模角输入Maple程序，可解出硅片的1=,厚度h=微米,模阶数m=1264。硅片的折射率n1?1?五.软硬件的具体使用请阅读厂家提供的使用说明书，看不懂的地方问老师。六.注意事项1、近代光学实验教室内的仪器贵重，做实验时禁止喝饮料、吃零食；2、禁止触摸Au-Si-Au双面金属包覆波导片的表面；3、红外光不可见，危险！眼睛不要停留在光路上。光路末端用毛玻璃漫反射衰减激光，避免伤害到其他同学。激光功率不要调太高，会造成光电探测器饱和。4、使用红外激光显示卡时，不要让激光在一个位置照射过长时间，要时不时晃动卡片，避免损伤卡片；5、如果-2转台转动的声音异常，请检查转台外圈底部三个小轮的皮箍圈是否脱落；6、不要用自带的U盘拷贝数据，避免教室电脑染上病毒。七.观察与思考1、为什么测量硅片要用红外光？2、可否不转角度，而用波长可调谐激光扫描出导波的衰减全反射吸收峰？八.参考文献J.H.Gu,G.Chen,Z.Q.CaoandQ.S.Shen,“Anintensitymeasurementrefractometerbasedonasymmetricmetal-cladwaveguidestructure”,JournalofPhysicsD:AppliedPhysics,Vol.41,(XX)九.实验报告报告开头请填入姓名、学号、手机号、实验日期。请将报告电子版发到zpf十.指导教师：朱老师手机3目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。
