[发明专利]硫化锌材料短波长散射消光系数的表征方法

说明书

本发明涉及一种硫化锌材料短波长散射消光系数的表征方法，属于光学材料技术领域。本发明从介电常数方程上建立了散射消光模型，重新构建了硫化锌材料的可见光到红外的介电常数模型，基于介电常数与透过率光谱的关系，在实验上通过测试出光谱透过率，从光谱透过率反向计算出散射消光系数。本发明可应用于不同制备工艺方法的多晶硫化锌材料散射消光系数的测试。

技术领域

本发明涉及光学材料技术领域，具体涉及一种硫化锌材料短波长散射消光系数的表征方法。

背景技术

硫化锌(ZnS)是一种宽带宽II-VI族半导体材料，可在中波3-5μm和长波8-10μm波段范围内具有良好的透过性能，同时拥有较好的机械稳定性和热稳定性。根据制备工艺技术特点，ZnS材料被分为热压ZnS、标准ZnS和多光谱ZnS，散射与吸收是硫化锌材料的重要的特性，在不同方法制备下，两类损耗的物理机制不同。硫化锌的晶体结构主要有立方相结构和六方相结构两种，为了在红外波段使用，人们常通过控制ZnS为立方相结构进而抑制散射，而对散射损耗和吸收损耗的分离表征测试是提高硫化锌光学透过率的关键。

目前人们采用光谱透过率的方法表征材料性能，但是由于散射和吸收的同时存在，无法从光谱透过率上直接分离散射和吸收的影响。无论是材料的散射还是吸收的测试，需要研制专门的测试仪器。Hahn和Thomas等人通过双向散射分布函数的测试(632.8nm、3.39μm和10.6μm)，得到了硫化锌材料的散射损耗经验公式。另外，在散射损耗控制上，研究人员通过扫描电子显微镜的方法测试材料内部的显微结构，间接通过对晶粒大小和孔隙的控制进而降低散射损耗，表现为材料的透过率提高。如何快速实现散射损耗与吸收损耗的分离，对于硫化锌材料光学特性的评价具有重要意义。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明针对硫化锌光学窗口材料短波长散射消光系数的测试问题，提供一种短波长散射消光系数的测试方法。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种硫化锌材料短波长散射消光系数的表征方法，包括以下步骤：

步骤1、定义硫化锌的短波吸收区的介电常数为：

其中，E为光子能量，A₁为短波极子的振幅，E₁为短波极子的中心频率，ε_∞为短波的高频介电常数；

步骤2、将硫化锌的长波吸收区的每个晶格振动频率等效为一个振子，在有x个振子的情况下，长波吸收区的介电常数ε_vabrition和介电常数虚部ε_i表示如下：

其中，ω为波长对应的角频率，A_j为振子的振幅、ω_j为振子的宽度、γ_j为振子的宽度，P表示主值积分；

步骤3、使用Cauchy模型表征多晶的内散射损耗，得到散射源的等效介电常数ε_scanttering；

步骤4、将硫化锌材料的介电常数表征为：

步骤5、根据介电常数与折射率和消光系数的关系，用介电常数实部ε_r和虚部ε_i表示折射率n与消光系数k；

步骤6、对硫化锌样品进行双面抛光，使得表面粗糙度达到1nm以下；