K9玻璃基底的宽光谱特性椭偏法研究

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摘要：为了获得K9玻璃基底的光学常数，采用德国SENTECH生产的SE850宽光谱反射式光谱型椭偏仪，测量和分析了K9玻璃基底，得到了K9玻璃在380nm～2300nm宽光谱上的光学常数曲线。分别测量了在入射角为60o、65o和70o下的椭偏曲线，采用最简单的“基底/空气”模型进行拟合，选用最适合描述非晶半导体的Tauc-Lorentz色散公式对于K9玻璃进行模型拟合，在入射角为70o时得到最小的均方差（MSE），同时获得K9玻璃在380nm～2400nm光谱范围内的折射率曲线。

关键词：K9玻璃;椭偏仪;折射率

K9玻璃是用K9料制成的玻璃制品，主要用于光学镀膜等领域，其中K9的化学组分为：SiO2=69.13%，B2O3=10.75%，BaO=3.07%，Na2O=10.40%，K2O=6.29%，As2O3=0.36%。K9玻璃在可见光到近红外光谱范围内具有较高的透过率，被广泛用作各类光学仪器的基底材料[1]。关于K9玻璃各方面性质的研究大部分集中在激光对K9薄膜的抗激光损伤阈值上，包括采用连续激光对K9玻璃进行损伤研究[2] [3]，以及采用脉冲激光进行损伤研究[4]。椭偏法测量优点众多，采用椭偏仪分析K9玻璃光学特性的研究比较少，对于材料的基本光学特性的研究对后续各方面特性的研究有着很好的促进作用。本文使用德国SENTECH生产的SE850反射式光谱型椭偏仪得了K9玻璃样品在380nm～2300nm宽光谱范围内的椭偏曲线，同时得到K9玻璃的光学常数曲线，为后续使用K9玻璃作为基底材料的研究提供参考。

一、测量原理

在研究低折射率材料的适用模型中，基于Tauc联合态密度和Lorentz振子模型的关系，Jellison和Modine于1996年用创造性的思维提出了Tauc-Lorentz模型[7]（简写为TL模型）。TL模型中薄膜的介电常数实部e1和虚部e2可表示为：

二、测量与分析

从图1、2、3可以看出，三个角度的椭偏参数D的椭偏曲线有少量的脉冲，是由于信号源的不稳定而造成的，而椭偏参数Y 的差别不大。最后得到对应角度的均方差（MSE）及反演计算出的K9玻璃的折射率和消光系数列于表1。

由表1可知，在入射角为70o时的MSE及消光系数都比其他两个入射角要小，且在入射角为70o时所求得的在550nm处的折射率为1.51368、消光系数为0.01115，与光学手册中[9]所查的值一致。然后把入射角为70o时建立的K9玻璃基底测量模型保存为模型文件，以备后面其他薄膜材料建模时调用。还得到了在入射角为70o时的K9玻璃的380nm～2400nm的折射率曲线，如图4所示。

三、结论

本文采用反射式光谱型椭偏仪对K9玻璃样品从三个不同的入射角进行了测量，对测量得到的数据采用Tauc-Lorentz色散公式建立的“基底/空气”模型进行拟合，分析得到在入射角为70 °时的均方差（MSE）最小，同时获得K9玻璃在380nm～2400nm光谱范围内的折射率曲线，对后续在K9玻璃基底上进行镀膜做了前期的研究工作。

基金项目：南宁学院校级科研项目（2017XJ09）。

作者简介：唐帆斌（1989-），男，广西全州，硕士研究生，助教，研究方向：大学物理及实验教学、材料的基础特性研究。

参考文献：

[1]罗福，杜祥琬，孙承纬.光斑尺寸对K9玻璃近红外激光损伤阈值的影响[J].爆炸与冲击，2002，22（1）：62-65.

[2]Xia Jinjun， Gong Hui， Cheng Lei， et al. CW laser induced thermal and mechanical damage in optical window materi

als [J]. Acta Optica Sinica， 1997， 17（1）： 20-23.

[3]郭少锋，陆启生，程湘爱等.光学材料的激光损伤形态研究[J].强激光与粒子束，2002，14（2）：238-242.

[4]王玺，李化，聂劲松.脉冲CO2激光对K9玻璃损伤机理的仿真计算与研究[J].电光与控制，2008，15（12）：78-81.

[5]R.M.A.阿查姆， N.M.巴夏拉. 椭圆偏振测量术和偏振光[M].梁民基译.科学出版社，1986：103-113.

[6]唐帆斌.椭偏法研究ZrO2薄膜的宽光谱特性[J].西南民族大学学报（自然科学版），2015，41（02）：192-196.

[7]JELLISION G E JR， MODINE F A. Parameterization of the optical functions of amorphous materials in the inter

band region [J]. Appl. Phys.Lett， 1996， 69（3）：371-373.

[8]唐帆斌.TiO2薄膜的寬光谱特性椭偏法研究[J].激光技术，2015，39（06）：776-779.

[9]李景镇.光学手册[M].陕西科学出版社，1986.