金属陶瓷薄膜光学常数的尺度效应

【摘要】： 复折射率是物质固有的一种光学性质,被称为光学常数(包括折射率n和消光系数k ),它决定着物质对光的反射、折射和吸收等性能。光学常数是表征金属陶瓷薄膜光学性能的重要参数之一,而金属陶瓷薄膜与其大块材料之间的光学常数有很大的差异,因此,研究和分析金属陶瓷薄膜光学常数的尺度效应,实现材料特定的光学性能(如共振吸收、光学双稳态和拉曼散射)具有重要的实际意义。 纳米金属微粒镶嵌于陶瓷基体中所构成的金属陶瓷薄膜,由于薄膜的组成与结构的微小变化都将导致薄膜的光学常数(n、k )的改变,因此,金属微粒的体积百分比、尺寸、形状及空间分布和振子强度、散射因子,都对薄膜的光电性质有重要的影响,特别是薄膜与大块材料之间光学常数的差异,即薄膜光学常数的尺度效应,正在引起材料学界的极大关注。 本文对Ag和Cu金属颗粒镶嵌在MgF_2和SiO_x陶瓷基体中形成的金属陶瓷薄膜光学常数的尺度效应进行了研究。用修正的M-G (Maxwell-Gannett)理论对Ag-MgF_2、Cu-MgF_2和Ag-SiOx金属陶瓷薄膜,在金属微粒体积百分比不同情况下光学常数的尺度效应进行了理论计算,并将理论计算结果与文献[17,33]的实验数据进行了比较。结果表明:金属微粒在低体积百分比( f_1≤25%)情况下,本文所用修正M-G理论计算金属陶瓷薄膜所得的光学常数要比文献[33]所用的修正方法更符合实验数据。但同时我们又发现对于纳米金属陶瓷薄膜光学常数的计算,考虑尺度效应、极化因子、振子强度和散射因子修正后的理论值与实验数据之间仍存在一定的差异,本文详细分析讨论了产生这些差异的原因。 综合分析Ag-MgF_2、Cu-MgF_2和Ag-SiO_x金属陶瓷薄膜光学常数的尺度效应得到了最佳修正因子,为新型薄膜材料的研制开发提供一定的科学依据。