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如何精確測量半透明材料的透過率
透明材料的透過率測量時，測試光沒有明顯的衰減或吸收；半透明材料通常具有某些特性和物理結(jié)構(gòu)，導致入射光在穿過樣品時形成散射效應。當測量這些材料的透過率時，發(fā)生的散射會帶來一些挑戰(zhàn)。
在某些情況下，需要通過散射提高光源的均勻性和朗伯特性。例如有些擴散片中加入了含銀的膠體顆粒，在這種情況，常規(guī)測試透過率的方法就無法使用。
當光照射到物體時，有三個基本現(xiàn)象發(fā)生：反射、透射或吸收。其他現(xiàn)象，如熒光，不在本文討論范圍。在透明材料的正常透射測量中，如果入射角已知，則可以使用Snell定律計算透射光束的角度，
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??n1Sinθ1 =?n2sinθ2
因此透明材料通常采用直射光路進行測量，如圖1. 采用一個穩(wěn)定的光源照射樣品，同時使用光譜輻射度計，或依據(jù)需要選擇光度計、輻射度計作為檢測裝置，處理光信號。?
首先不放置樣品，探測器直接測試光信號，測試到的入射光信號記錄為φi。然后將樣品放在光源和檢測器之間，再進行一次測量，并記錄為?φt。這兩個信號的比率就是樣品的透射率，可以報告為輻射度、光度或光譜透射率。
在此情況下，入射光束直徑與透射光束直徑大致相同，因此探測器接收到所有透射光。
?Fig. 1. Regular Transmission Measuremet Setup
對于半透明材質(zhì)，情況并非如此。當入射光經(jīng)過半透明材料時，會產(chǎn)生散射和擴散，因此透射光的角度不再遵循Snell定律（圖2）。這會導致大部分透射光無法被探測器所檢測到。正是這種光的漫透射現(xiàn)象，需要特別注意，必須選擇適當?shù)臋z測光學接受裝置，以確保收集和探測到所有透射光。?
Fig. 2. Regular Transmission Measurement Setup
為了有效地收集所有漫反射和非漫反射的光信號，必須選擇大角度收集光的裝置。良好設計的積分球可以完美完成這種類型的測量。將樣品放置在積分球入口處，可以收集不同角度的光線（圖3）。然而，這樣直接測量，仍然無法獲得準確的測量結(jié)果。
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Fig. 3. Diffuse Transmission Measurement Setup?
乍一看，似乎我們可以簡單地把沒有樣品與有樣品兩次測量結(jié)果計算光譜透射率，至少從邏輯上，這是合理、正確的。但我們沒有考慮到這樣一個事實：當樣品放在積分球入口處時，我們改變了積分球的響應。
在沒有樣品的情況下，很明顯一部分入射光可以通過積分球入口逸出。將樣品放在積分球入口處，也會有一些透射光通過入口逸出，但是會小于沒有樣品時的情況。此外，還有一部分光從樣品的球體側(cè)表面反射回球體中，并且，不同波長的反射比例與樣品的光譜反射率有關(guān)。（圖4）。
Fig. 4 Light path with and without sample in place
為了定量分析樣品引起的積分球響應的變化，有必要使用兩個光源，一個用于照射樣品，另一個用于確定積分球光譜響應的變化。當使用“雙光路”方法進行透射測量時，必須注意兩個光源的光譜分布必須相同。圖5所示為測量總透射率的典型裝置，
總透射率=透明透射率+漫透射率
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Fig. 5 Typical setup for measuring diffuse transmission using “double beam” method
雙光路法測量半透明材料透過率包括4個獨立步驟：
- 在沒有樣品的情況下，關(guān)閉校正光源，測量入射光源信號
- 在沒有樣品的情況下，關(guān)閉入射光源，校正光源打開，測量光信號
- 入射光源保持關(guān)閉，將樣品安裝在入口處，校正光源打開，測量光信號
- 關(guān)閉校正源，打開入射光源，測量光信號
第1步和第2步結(jié)合起來，將校正光源的信號φCS ?與入射光源的信號φi相除，得到系統(tǒng)的修正系數(shù)，第3步用于修正樣品本身對積分球響應造成的影響，包含光譜的影響和強度的影響。這一步非常重要，通常用 ?φcal 表示，不同的樣品，該值是不同的。該修正系數(shù)為 1/φcal?。當樣品光譜特性、漫射特性、透射特性等發(fā)生變化時，要重新測定該修正系數(shù)。
最后一步測定的光信號為?φS，那么光譜透過率就可以計算出來：
為了分析兩種測試方法的差異，我們分別使用單光路發(fā)和雙光路法測試兩個樣品，結(jié)果顯示出兩種方法有明顯的差異。圖6顯示了兩種方法的測試結(jié)果。特別注意，兩種測試結(jié)果并不是一個恒定的比例差異，而是在不同波段，比例是不同的，這會影響到顏色的測試。
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