2. Měření základních optických vlastností materiálů

• index lomu a disperze• propustnost, absorpce• kvalita optických prostředí

2.1. Měření indexu lomu a disperze

( ) ∑ −+=

i i

i

CBn 2

22 1

λλλ

( )2

2

22

12

212 1

CB

CBn

−+

−+=

λλ

λλλ

00 λλ ++=

ann

Sellmeierův vztah

Cornuův vzorec

charakteristická disperze

střední disperze

relativní disperze

Abbeovo číslo

λddn

CF nn −=Δ

1−Δ

=Dn

δ

CF

DD nn

n−−

=1υ

A, B, C, D,…, a, b, ……Fraunhoferovy čáry

např. nmD 3.589=λ

2.1.1. Vychylovací metodyFRAUNHOFEROVA METODA – metoda min. deviace

- využívá goniometru

v praxi:

• měření ind.lomu kapalin (kyveta ve tvaru hranolu)• měření disperze hranolů

• měření ind.lomu pev.látek – nevýhoda – musíme vyrobit hranol

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

=

2sin

2sin min

ϕ

ϕδ

n

δγ

2n

1n

HILGERŮV-CHANCEŮV REFRAKTOMETR

V-hranol

2.1.2. Refraktometrické metody(Totální refraktometry)

• založeny na úplném odrazu nebo na mezním úhlu lomu• 2 prostředí:

• úplný odraz

• mezní úhel lomu

21,nn

21 nn ⟩

21 nn ⟨

2

1

nn

2

1

nn

mα

mβ

mα1

2sinnn

m =α

2

1sinnn

m =β

• rozhraní světlo x tma sledujeme dalekohledem se záměrným křížem

• ostré rozhraní světlo x tma – jen pro monochromatické světlo

• bílé světlo – musíme použít filtry nebo kompenzátory

AMICIHO PŘÍMOHLEDNÝ HRANOL (kompenzátor)

polychromatickésvětlo

korunové sklo 5.1

flintové sklo

≈n

8.17.1 −≈notočný kolem horizontální osy – kompenzace disperze

ABBEŮV REFRAKTOMETR

• DVOJHRANOLOVÝ – měření ind.lomu kapalin – malá spotřeba

H – měřícíH – osvětlovací

1

2

• plochy PQ a LN – nevyleštěné, zrněné• na plochu PR nanášíme měřenou látku • měření na průchod i odraz• hranoly z flintového skla – můžeme měřit ind.lomu v rozmezí 1,3 -1,7• kalibrovaný přímo v ind.lomu pro určitou vlnovou délku

ABBEŮV REFRAKTOMETR

• POLOKULOVÝ – i pro měření pev.látek (jedna plocha vyleštěná)vhodné i pro měření anizotropních prostředí

průchod

odrazi pro málo

průhledné vzorky

imerze (vhodný ind.lomu)

mα mα

1n2n

1n2n

mβ

PULFRICHŮV REFRAKTOMETR

• lámavý úhel hranolu

měření ind.lomu pev.látek

δ

γ

ο90=ϕ

mβ

2n

1n

γ2212 cos−= nn

RUČNÍ A PONORNÉ REFRAKTOMETRY

• když není potřeba velká přesnost• lámavý hranol i dalekohled – pevnou polohu• využití: v cukrovarnictví, stanovování koncentrací, ...

2.1.3. Interferometrické metody• velká přesnost• měření ind.lomu plynů nebo velmi malých změn ind.lomu kapalin a pev.látek• využití: lékařství, průmysl plynů, továrna na žárovky, zkoumání důlních plynů,...

RAYLEIGHŮV INTERFEROMETR

– modifikace Youngova pokusu

MACHŮV-ZEHNDERŮV INTERFEROMETR

JAMINŮV INTERFEROMETR

2.1.4. Měření indexu lomu malýchkrystalů

IMERZNÍ METODA

• zrnka vzorku + dvě kapaliny – jedna s větším a jedna s menším indexem lomu než vzorek

• mícháme dokud imerze nemá stejný index lomu jako vzorek• v případě anizotropních krystalů – vhodná orientace• potom změříme index lomu imerze

Metoda srovnávání indexu lomu – METODA BECKEHO LINKY

2.1.5. Měření indexu lomu a tloušťkytenkých vrstev

• neoptické metody• optické metody

Měření tloušťky vrstvy

OPTICKÉ METODY

měření – změny absorpce během napařování (kovové t.v.)– posunutí interferenčního proužku– intenzity odraženého nebo propuštěného záření

v závislosti na vlnové délce světla nebo na úhlu dopadu– změny stavu polarizace světla po interakci s prostředím

INTERFEROMETRICKÉ METODY

TOLANSKÉHO METODA

• vryp nebo odleptání, napaření Ag nebo Al vrstvy• vícesvazková interference na klínové vrstvě

interferenční proužky stejné tloušťky

02nLLd λΔ

=

SPEKTROSKOPICKÁ REFLEKTOMETRIE

• měření indexu lomu, tloušťky, extinkčního koeficientu tenké vrstvy• měří se intenzita odraženého případně propuštěného světla v závislosti navlnové délce

• obvykle se využívá kolmého nebo téměř kolmého dopadu anepolarizovaného světla

• i vícevrstvé struktury

ELIPSOMETRIE

• měření indexu lomu, tloušťky, extinkčního koeficientu tenké vrstvy• měří se polarizační stav odraženého záření• obvykle velké úhly dopadu• vícevrstvé struktury, velmi tenké vrstvy• SPETROSKOPICKÁ ELIPSOMETRIE

2.2. Měření propustnosti (absorpce)

0

)(λ

λλτΦΦ

= t• spektrální propustnost

• propustnost(transmitance)

měření – musíme provést korekci na odraz na rozhraních– spektrofotometry (viz. jedna z dalších přednášek)

∫∫

∫≠

Φ

Φ= ∞

∞

λλ

λ

λλτλ

λλττ d

d

dt)(

)(

00

0

0λΦ tλΦ

LL ne κκ −− Φ=Φ=Φ 1000

0Φ tΦ

L

dLmonochrom.

zářenídLd ⋅Φ⋅=Φ− κ

Lambertův zákon- koeficient absorpcenκκ ,

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

ΦΦ

=τ

κ 1loglog 0

tnL

)log(τ−=Aabsorbance

absorpci obvykle měříme nepřímo pomocí měřenípropustnosti

• využití – měření koncentrací roztoků – absorbance přímo úměrnákoncentraci látky – Lambertův-Beerův zákon

cLA ⋅⋅= )(λε)(λε

c …koncentrace látky

…molární absorpční koeficient

2.3. Měření jakostních ukazatelůoptických materiálů

• stejnorodost - šlíry• bubliny• zbytkový dvojlom