用迈克尔逊干涉仪测量薄膜厚度
（楚雄师范学院 物电系 苏进高 20071041136）
【摘要】 随着社会经济的不断发展，有机薄膜作为一种功能材料，其应用越来越广泛，相应地薄膜的生产规模也不断扩大。在薄膜的生产过程中，厚度作为薄膜的一个重要指标，对生产生活有着很大的影响，本文采用迈克尔干涉仪测量薄膜的厚度，其原理简单，操作方便，精确度高。
【关键词】 迈克尔干涉仪；薄膜折射率，薄膜厚度，
Use Michelson interferometer by measuring film
thickness
(The Department of Electronic Information Science and Technology of ChuXiong Normal University)
Abstract: With the development of social economy, the application of organic thin films is more and more prevalent as a sort of functionality material. Accordingly, the scope of the production of the organic thin films is enlarged. thickness is one of the quality for the thin films has been a significant process in the production of the organic thin films. Production has a great impact on life, Michael interferometer using thin-film thickness measurement, the principle of a simple, convenient operation, high accuracy.
引言
塑料薄膜因为有很好的不透水性,价钱便宜、轻巧等优点，因此在生产生活中有着十分广泛的运用，而厚度作为薄膜的一个重要指标，起着非常重要的作用。下面我们介绍如何用迈克尔逊干涉仪来测量薄膜的厚度，这种方法原理简单，操作方便，精确度高
测量装置及原理
E
测量装置如图所示，其中1M 、2M 是两块互相垂直的平面反射镜，1G 为分光板，2G 是补
偿板。当光源S 发出的光以45°角进入迈克尔干涉仪，经多次的折射和反射后得到两束相干光，他们同时到达E 处，所以从E 处可观察到干涉条纹。
由于钠光源中包含有波长相近的两种波长1λ、2λ。当缓慢移动动镜1M 时，观察屏中的条纹由清晰变模糊，又由模糊变清晰，当条纹最模糊时，可见度最小，此时1λ光波生成亮环的地方，恰好是2λ光波生成暗环的地方。此时有
2dcos k θ=2d=(2K +1/2) 2λ (1)
在1M 臂中垂直插入一折射率为n ，厚度为d 的透明薄膜A ，则臂中增加的光程差△为
△=2d （n-1） (2)
插入薄膜厚度后，条纹可见度最小的现象被破坏，继续沿原方向移动1M 距离△a ，直到再次出现可见度最小的现象为止，此时有
2d(n-1)=2△a (3)
可知 d=△a/(n-1) (4)
由（4）式可知，只要测出△a ，再用阿贝折射仪测出薄膜的折射率n ，即可求出薄膜厚度。
用阿贝折射仪测得 透明薄膜折射率 n=1.4813
0a 34.01745 34.01806 34.01950 34.02035 34.02140 1a
34.03065
34.03238 34.03546 34.03345 34.03555 △a=
1a -0a
0.01320 0.01432 0.01576 0.01315 0.01415 d
0.02743
0.02975
0.03274
0.03272
0.02940
d =0.02933
【参考文献】
【1】、光学实验讲义 楚雄师范学院 物理与电子科学系 实验教研室编5、6、7 【2】、大学物理实验 机械工业出版社 王银峰，陶纯匡，汪涛等编著8-18 【3】、光学教程 高等教育出版社 姚启钧 编著 19
椭偏仪测量薄膜厚度和折射率 近代科学技术中对各种薄膜的研究和应用日益广泛。因此，能够更加迅速和精确地测量薄膜的光学参数例如厚度和折射率已变得非常迫切。 在实际工作中可以利用各种传统的方法来测定薄膜的光学参数，如布儒斯特角法测介质膜的折射率，干涉法测膜。另外，还有称重法、X 射线法、电容法、椭偏法等等。其中，椭圆偏振测量（椭偏术）是研究两媒质界面或薄膜中发生的现象及其特性的一种光学方法，其原理是利用偏振光束在界面或薄膜上的反射或透射时出现的偏振变换。因为椭偏法具有测量精度高，灵敏度高，非破坏性等优点，已广泛用于各种薄膜的光学参数测量，如半导体、光学掩膜、圆晶、金属、介电薄膜、玻璃（或镀膜）、激光反射镜、大面积光学膜、有机薄膜等，也可用于介电、非晶半导体、聚合物薄膜、用于薄膜生长过程的实时监测等测量。 实验目的 了解椭圆偏振测量的基本原理，并掌握一些偏振光学实验技术。 实验原理 光是一种电磁波，是横波。电场强度E 、磁场强度H 和光的传播方向构成一个右旋的正交三矢族。光矢量存在着各种方位值。与光的强度、频率、位相等参量一样，偏振态也是光的基本量之一。 在一光学材料上镀各向同性的单层介质膜后，光线的反射和折射在一般情况下会同时存在的。通常，设介质层为n 1、n 2、n 3，φ1为入射角，那么在1、2介质交界面和2、3介质交界面会产生反射光和折射光的多光束干涉。 这里我们用2δ表示相邻两分波的相位差，其中222cos /dn δπφλ=，用r 1p 、 r 1s 表示光线的p 分量、s 分量在界面1、2间的反射系数， 用r 2p 、r 2s 表示光线的p 分量、s 分量在界面2、3间的反射系数。 由多光束干涉的复振幅计算可知： 2122121i p p rp ip i p p r r e E E r r e ?δ --+= + (1) 2122121i s s rs is i s s r r e E E r r e ? δ --+=+ (2) 其中E ip 和E is 分别代表入射光波电矢量的p 分量和s 分量，E rp 和E rs 分别代表反射光波电矢量的p 分量和s 分量。现将上述E ip 、E is 、E rp 、E rs 四个量写成一个量G ，即：
实验三干涉显微镜测量薄膜厚度 一、实验目的 1． 掌握干涉显微镜的工作原理及使用方法； 2． 用干涉显微镜测量薄膜厚度。 二、实验说明 2.1 实验原理 把显微镜和光波干涉仪结合起来设计而成的显微镜为干涉显微镜。干涉显微镜的类型很多，常用的干涉显微镜是以迈克耳逊干涉仪为原型，其原理却都是以劈尖干涉为基础的，下图1为劈尖干涉的示意图： 若在两块平面玻璃间垫一细丝，即形成一个空气劈尖（为便于说明问题图中夸大了细丝的直径）。当一束单色光射入时，则在空气劈尖（n=1）上下两表面所引起的反射光线将相互干涉。若这两束光的光程差恰为半波长的奇数倍时，则发生相消干涉而呈现暗色条纹；若光程差为半波长的偶数倍时，发生加强干涉而得到明亮条纹。一定的明暗条纹对应一定的厚度，所以这些干涉条纹也叫等厚条纹。条纹间的距离l ，随劈尖的夹角而变化，越小，l 越大。 在迈克耳逊干涉仪中，只要某一光程差发生变化，就要引起干涉场中条纹移动，光程差每改变半个波长()，则干涉条纹移动一个条纹间距。故待测样品表面若存在局部不平, 结果会导致干涉条纹发生弯曲, 条纹弯曲的程度是样品表面微观凹凸不平程度的反映, 只要测出条纹的弯曲量就可以求出样品表面的凹凸量。根据这一原理, 可借助该仪器来测量镀膜膜层的厚度. 设M 1、M 2是两个不严格垂直的理想平面，则得到等厚干涉直线条纹。若表面M 2上有沟槽，干涉条纹将发生弯曲或断折，如图2所示。沟槽的深度h 由式（4—1）决定。 （4—1） θθ2λe H h ?= 2λ 图 1 劈尖干涉的示意图图2表面沟槽及干涉条纹的形状图3薄膜与其干涉条纹的形状
式中，Ｈ为干涉条纹曲折量，e 为条纹的间距。若用白光照明，e 是指两根接近黑色的干涉条纹中心间的距离。这时λ取540nm （绿光λ=0.53μm=5300?）。若被测件的部分表面镀有厚度为h 的薄膜，则只要测量出干涉条纹间距e 和因镀膜而引起的干涉条纹位移量Ｈ，就可算出该薄膜的厚度。如图3所示。 2.26JA 型干涉显微镜的光学系统及构造 2.2.1 6JA 型干涉显微镜的光学系统 本实验用的是6JA 型干涉显微镜, 其光学系统如图1所示, 属于双光束干涉系统。光源1发出的光经聚光镜2投射到孔径光阑4平面上, 视场光阑5不在照明物镜6的前焦面上, 光经分光板7, 被分成两部分: 一部分反射, 另一部分透射. 被反射的光经物镜8射向标准反射镜M1, 再由M1 反射, 射向目镜14; 而从分光板上透射的光线通过补偿板9、物镜10射向工件表面M2, 再由M2反射, 射向目镜14. 在目镜分划板13上两束光产生干涉. 从目镜中可以观察到干涉条纹. 若样品表面平滑,则干涉条纹是平直的. 图五 6JA 型干涉显微镜构造 11a 5b 5a 105 131113 2 2a 2b 2c 14897a 44a 3 15 8 7 16 1b 1c 图4 6JA 型干涉显微镜光学系统 1-光源 2-聚光镜 3,11,15-反光镜 4-孔径光阑 5-视场光阑 6-照明物镜 7-分光板 8,10-物镜 9-补偿板 12-转向棱镜 13-分划板 14-目镜 16-摄影物镜
椭偏仪测量薄膜厚度与折射率实验报告 组别：6９组院系:０６11 姓名:林盛学号：PB06２104 ４5 实验题目：椭偏仪测量薄膜厚度与折射率 实验目得：了解椭偏仪测量薄膜参数得原理，初步掌握反射型椭偏仪得使用方法。 实验原理: 椭圆偏振光经薄膜系统反射后,偏振状态得变化量与薄膜得厚度与折射率有关,因此只要测量出偏振状态得变化量,就能利用计算机程序多次 逼近定出膜厚与折射率。参数描述椭圆偏振光得P波与S波间得相位差经薄膜系统关系后发生得变化，描述椭圆偏振光相对振幅得衰减。有超越方程: ? 为简化方程，将线偏光通过方位角得波片后，就以等幅椭圆偏振光出射，；改变起偏器方位角就能使反射光以线偏振光出射，,公式化简为: 这时需测四个量，即分别测入射光中得两分量振幅比与相位差及反射光中得两分量振幅比与相位差，如设法使入射光为等幅椭偏光,， 则;对于相位角，有: 因为入射光连续可调,调整仪器,使反射光成为线偏光，即=0或()，则或，可见只与反射光得p波与s波得相位差有关,可从起偏器得方位角算 出、对于特定得膜，就是定值,只要改变入射光两分量得相位差,肯定会 找到特定值使反射光成线偏光, =０或（）. 实验仪器:椭偏仪平台及配件、He-Nｅ激光器及电源、起偏器、检偏器、四分之一波片、待测样品、黑色反光镜等。
实验内容： 1.按调分光计得方法调整好主机. 2.水平度盘得调整。 3.光路调整。 4.检偏器读数头位置得调整与固定. 5.起偏器读数头位置得调整与固定。 6.波片零位得调整。 7.将样品放在载物台中央,旋转载物台使达到预定得入射角７0即望远镜转过 40，并使反射光在白屏上形成一亮点。 8.为了尽量减小系统误差，采用四点测量. 9.将相关数据输入“椭偏仪数据处理程序”，经过范围确定后,可以利用逐次逼 近法，求出与之对应得d与n ；由于仪器本身得精度得限制,可将d得误差 控制在１埃左右，ｎ得误差控制在0、01左右. 实验数据: 将表格中数据输入“椭偏仪数据处理程序",利用逐次逼近法,求出与之对 应得厚度d与折射率ｎ分别为: 误差分析: 实验测得得折射率比理论值偏大,厚度比理论值偏小，其可能原因有： 1.待测介质薄膜表面有手印等杂质，影响了其折射率。 2.在开始得光路调整时,没有使二者严格共轴,造成激光与偏振片、1/４波片之 间不就是严格得正入射,导致测量得折射率与理论值存在偏差。 3.消光点并非完全消光，所以消光位置只能由人眼估测,所以可能引入误差。 4.由于实验中需多次转动及调节、安装仪器,会破坏仪器得共轴特性.虽经多次 调节，但还就是会产生误差.
用双缝干涉实验测光的波长教学设计 一、设计思想 本堂课主要利用光的干涉现象测量光的波长。通过本实验，我们可以更进一步地了解光波产生稳定的干涉现象的条件，观察白光及单色光的干涉图样，并测定单色光的波长。学生在实验中，通过了解每个实验元件的作用，学会科学设计实验仪器和实验方案的思维方法；同时培养学生的实践能力、自学能力，培养学生的科学态度，让学生体验探究科学的艰辛与喜悦。 二、教学目标 1．知识目标： ⑴知道波长是光的重要参数 ⑵通过实验，学会运用光的干涉测定光的波长 ⑶更进一步理解光产生干涉的条件及探究干涉条纹的间距与哪些因素有关 ⑷认识物理实验和数学工具在物理学发展过程中的作用，掌握物理实验的一些基本技能，会使用基本的实验仪器，培养学生独立完成实验的能力。 2．能力目标： 学会为达到实验目的而设计各种实验元件，培养学生的创造性思维和实践能力；学习科学探究方法，发展自主学习能力，养成良好的思维习惯，能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题。 3．情感目标： 通过本节课，培养学生的科学研究态度，体验探索科学的艰辛与喜悦。 三、重点与难点 经历科学探究过程，自己设计实验、完成实验并测定光的波长。 第 1 页共6 页
四、教学过程 1．实验装置的介绍——双缝干涉仪。 它由各部分光学元件在光具座上组成。如图—1所示。 光源滤光片单缝双缝遮光筒屏 图—1 双缝干涉仪 2．观察双缝干涉图样——探究干涉条纹的间距与哪些因素有关 光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光通过单缝后，相当于线光源，经双缝产生稳定的干涉图样，干涉条纹可从屏上观察到。 把直径约10cm、长约1m的遮光筒水平放在光具座上，筒的一端装有双缝，另一端装有毛玻璃屏，在筒的观察端装上测量头。取下双缝，打开光源，调节光源的高度，使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮，然后放好单缝和双缝。单缝和双缝间的距离约为5cm~10cm，使缝相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上。这时在屏上就会看到白光的双缝干涉图样（如图—2）。 图—2 白光的双缝干涉图样 在单缝和光源间放上滤光片就可见到单色光的双缝干涉图样（如图—3）。 第 2 页共6 页 图—3 单色光的双缝干涉图样
椭偏法测薄膜厚度和折射率 摘要 本实验通过椭圆偏振光法测量了氟化镁(MgF2)、氧化锆(ZrO2)及二氧化钛(TiO2)等介质薄膜的厚度和折射率，以及Cu和Al金属薄膜的厚度和消光系数。 关键词 椭圆偏振光法介质薄膜金属薄膜椭偏参数复折射率消光系数 一、引言 椭圆偏振测量（椭偏术）是研究两媒质界面或薄膜中发生的现象及其特性的一种光学方法，其原理是利用偏振光束在界面或薄膜上的反射或透射时出现的偏振变换。椭圆偏振测量的应用范围很广，如半导体、光学掩膜、圆晶、金属、介电薄膜、玻璃(或镀膜)、激光反射镜、大面积光学膜、有机薄膜等，也可用于介电、非晶半导体、聚合物薄膜、用于薄膜生长过程的实时监测等测量。结合计算机后，具有可手动改变入射角度、实时测量、快速数据获取等优点。 二、实验原理 在一光学材料上镀各向同性的单层介质膜后，光线的反射和折射在一般情况下会同时存在的。通常，设介质层为n1、n2、n3，φ1为入射角，那么在1、2介质交界面和2、3介质交界面会产生反射光和折射光的多光束干涉，如图(1-1) 图(1-1)
这里我们用2δ表示相邻两分波的相位差，其中δ=2πdn2cosφ2/λ，用r1p、r1s表示光线的p分量、s分量在界面1、2间的反射系数，用r2p 、r2s表示光线的p分、s分量在界面2、3间的反射系数。由多光束干涉的复振幅计算可知： 其中Eip和Eis 分别代表入射光波电矢量的p分量和s分量，Erp和Ers分别代表反射光波电矢量的p分量和s分量。现将上述Eip、Eis 、Erp、Ers四个量写成一个量G，即： 我们定义G为反射系数比，它应为一个复数，可用tgψ和Δ表示它的模和幅角。上述公式的过程量转换可由菲涅耳公式和折射公式给出： G是变量n1、n2、n3、d、λ、φ1的函数(φ2 、φ3可用φ1表示) ，即ψ=tg-1f，Δ=arg| f |，称ψ和Δ为椭偏参数，上述复数方程表示两个等式方程： [tgψe iΔ]的实数部分= 的实数部分 [tgψe iΔ]的虚数部分= 的虚数部分 若能从实验测出ψ和Δ的话，原则上可以解出n2和d (n1、n3、λ、φ1已知)，根据公式(4)~(9)，推导出ψ和Δ与r1p、r1s、r2p、r2s、和δ的关系：
103 实验十二 用椭偏仪测薄膜厚度与折射率 随着半导体和大规模集成电路工艺的飞速发展，薄膜技术的应用也越加广泛。因此，精确地测量薄膜厚度与其光学常数就是一种重要的物理测量技术。 目前测量薄膜厚度的方法很多。如称重法、比色法、干涉法、椭圆偏振法等。其中，椭圆偏振法成为主要的测试手段，广泛地应用在光学、材料、生物、医学等各个领域。而测量薄膜材料的厚度、折射率和消光系数是椭圆偏振法最基本，也是非常重要的应用之一。 实验原理 由于薄膜的光学参量强烈地依赖于制备方法的工艺条件，并表现出明显的离散性，因此，如何准确、快速测量给定样品的光学参量一直是薄膜研究中一个重要的问题。椭圆偏振法由于无须测定光强的绝对值，因而具有较高的精度和灵敏度，而且测试方便，对样品无损伤，所以在光学薄膜和薄膜材料研究中受到极大的关注。 椭圆偏振法是利用椭圆偏振光入射到样品表面，观察反射光的偏振状态（振幅和位相）的变化，进而得出样品表面膜的厚度及折射率。 氦氖激光器发出激光束波长为632.8nm 的单色自然光，经平行光管变成单色平行光束，再经起偏器P 变成线偏振光，其振动方向由起偏器方位角决定，转动起偏器，可以改变线偏振光的振动方向，线偏振光经1/4波片后，由于双折射现象，寻常光和非寻常光产生π/2的位相差，两者的振动方向相互垂直，变为椭圆偏振光，其长、短轴沿着1/4波片的快、慢轴。椭圆的形状由起偏器的方位角来决定。椭圆偏振光以一定的角度入射到样品的表面，反射后偏振状态发生改变，一般仍为椭圆偏振光，但椭圆的方位和形状改变了。从物理光学原理可 以知道，这种改变 与样品表面膜层厚 度及其光学常数有 关。因而可以根据 反射光的特性来确 定膜层的厚度和折 射率。图1为基本 原理光路。 图2为入射光 由环境媒质入射到单层薄膜上，并在环境媒质——薄膜——衬底的两个界面上发生多次折射和反射。此时，折射角满足菲涅尔折射定律 332211sin sin sin ???N N N == (1)
实验十五用双缝干涉测量光的波长 一、实验目的 １．理解双缝干涉的原理,能安装和调试仪器． ２.观察入射光分别为白光和单色光时双缝干涉的图样. 3.掌握利用公式Δx=l d λ测波长的方法. 二、实验原理 单色光通过单缝后,经双缝产生稳定的干涉图样,图样中相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx与双缝间的距离d、双缝到屏的距离ｌ、单色光的波长λ之间满足λ＝d·Δx/l． 三、实验器材 双缝干涉仪，即:光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头，另外还有学生电源、导线、刻度尺． 附:测量头的构造及使用 如图1甲所示,测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，分划板会向左右移动,测量时,应使分划板的中心刻度对齐条纹的中心,如图乙，记下此时手轮上的读数．然后转动测量头，使分划板中心刻线与另一条纹的中心对齐,再次记下手轮上的刻度.两次读数之差就表示这两个亮条纹间的距离． 图1 实际测量时,要测出n条亮条纹(暗条纹)的宽度,设为a,那么Δx= a n－1 ． 四、实验步骤 1.安装仪器 (1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图2所示. 图2 (2)接好光源,打开开关，使白炽灯正常发光.调节各部件的高度,使光源灯丝发出的光能沿 轴线到达光屏.
（３)安装单缝和双缝,中心位于遮光筒的轴线上,使双缝和单缝相互平行. ２.观察与记录 (１）调整单缝与双缝间距为几厘米时，观察白光的干涉条纹. （2）在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹. (３)调节测量头，使分划板中心刻度线对齐第１条亮条纹的中心,记下手轮上的读数a１； 转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻度线与第n条相邻的亮条纹中心对齐时,记下手轮上的刻度数a２，则相邻两条纹间的距离Δｘ＝＼f（｜a１-a2|,n－1). （４）换用不同的滤光片，测量其他色光的波长. 3.数据处理 用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l,由公式λ=错误!Δx计算波长．重复测量、计算,求出波长的平均值． 五、误差分析 测定单色光的波长,其误差主要由测量引起,条纹间距Δx测量不准,或双缝到屏的距离测不准都会引起误差,但都属于偶然误差,可采用多次测量取平均值的方法来减小误差． 六、注意事项 1．调节双缝干涉仪时,要注意调整光源的高度,使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮. 2．放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上． 3.调节测量头时，应使分划板中心刻线和条纹的中心对齐，记清此时手轮上的读数,转动手轮, 使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数,两次读数之差就表示这两条纹间的距离. ４.不要直接测Δｘ,要测多个亮条纹的间距再计算得Δx，这样可以减小误差. ５．白光的干涉观察到的是彩色条纹,其中白色在中央,红色在最外层． 记忆口诀 亮光源、滤光片,单缝双缝成一线; 遮光筒、测量头，中间有屏把像留； 单缝双缝平行放,共轴调整不能忘； 分划线、亮条纹,对齐平行测得准； n条亮纹读尺数，相除可得邻间距; 缝距筒长记分明，波长公式要记清. 例１在“用双缝干涉测光的波长”实验中：
东南大学材料科学与工程 实验报告 学生姓名班级学号实验日期2014.9.5 批改教师 课程名称电子信息材料专业方向大型实验批改日期 实验名称台阶仪测试薄膜厚度实验报告成绩 一、实验目的： 掌握测试薄膜厚度原理和方法，了解台阶仪操作技术。 二、实验原理： LVDT是线性差动变压器的缩写，为机电转换器的一种。利用细探针扫描样品表面，当检测到一个高度差别则探针做上下起伏之变化，此变化在仪器内部的螺旋管先圈内造成磁通量的变化，再有内部电子电路转换成电压讯号，进而求出膜厚。LVDT线性位置感应器，可测量的位移量小到几万分之一英寸至几英寸。 LVDT的工作原理是由振荡器产生一高频的参考电磁场，并内建一支可动的铁磁主轴以及两组感应线圈，当主轴移动造成强度改变由感应线圈感应出两电压值，相比较后即可推算出移动量。三、实验步骤： （1）开机准备 （2）放置样品 （3）参数设置 （4）扫描结果分析 （5）数据保存 四、实验内容： Si基底上沉积金属Cr薄膜的厚度的测量 五、实验结果与分析： 样品：硅片上镀铬薄膜； 实验参数：长度1000μm；持续时间40s；针压力3mg；表面轮廓是Hills and Valleys.
由实验曲线及数据，可得薄膜厚度约为（868.8-617.0）=251.8μm。 六、思考题： 1、对于用台阶仪对非完美薄膜的厚度测量，Step Hight的M和R Cursor点 的选择？ 两个点分别选在图线中的拐点处，这样倾斜的曲线会水平，比较容易得到薄膜的厚度 2、怎么样才能得到一个比较shape的台阶？ 在制备时在衬底上覆盖一个形状规则比如长方形的陪片，且覆盖片要尽量薄，边缘应整齐，这样产生的台阶才会陡峭，方便测量
物理实验报告 实验名称：椭偏仪测折射率和薄膜厚度 学院：xx 学院专业班级：xxx 学号：xxx 学生姓名：xxx 实验成绩 预习题（一空一分，共10 分） 1.（单选题）起偏器和检偏器的刻度范围为多少？（B） A.0 ° ~180° B.0 ° ~360° 2.（单选题）黑色反光镜在仪器调整中起什么作用？
实验预习题成绩： （B） A. 确定起偏器的方位 B. 确定检偏器的方位 C.确定波片的方位 3.（单选题）在椭偏仪实验中坐标系是选在待测薄膜的（B）上。 A 入射面 B 表面 4.（单选题）椭偏仪的数据处理方法有三种，即查图法、查表 法、迭代法解非线性超越方程，本实验中使用（B） A 查图法 B 查表法 5.（填空题））调整椭偏仪光路的步骤是，首先使激光光线与分光计仪器主轴垂直，并通过载物台中心，然后确定（C）的0 刻度位置，这要利用（A）的布鲁斯特角特性，然后再确定（B）0 刻度位置，最后调整1/4 波片，使其快轴与（C）成± 45° 选择答案： A 黑色反光镜 B 检偏器 C 起偏器
6.（填空题）将起偏器套在平行光管上，使0°位置朝上，从载物台上取下黑色反射镜，将检偏器管转到共轴位置，整体调节起偏器使检流计（A），固定起偏器螺钉。此时起偏器与检偏器通光方向（C）。选择答案： A 光强最小 B 光强最大 C 平行 D 垂直
原始数据记录 成绩： 1/4 玻片起偏器角度检偏器角度+45°（＞ 90°）103.4 91.7 +45°（＜ 90°）21.2 51.6 -45 °（＞ 90°）106.5 98.6 -45 °（＜ 90°）21.2 51.6 薄膜厚度： 110.0000 折射率： 1.4800
十八 用双缝干涉测光的波长 (一)目的 了解光波产生稳定的干涉现象的条件；观察双缝干涉图样；测定单色光的波长。 (二)原理 据双缝干涉条纹间距λd L x =?得，波长x L d ??=λ。已知双缝间距d ，再测出双缝到屏的距离L 和条纹间距Δx ，就可以求得光波的波长。 (三)器材 实验装置采用双缝干涉仪，它由各部分光学元件在光具座上组成，如图实18-1所示，各部分元件包括光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏。 (四)步骤 1.将光源和遮光筒安装在光具座上,调整光源的位置,使光源发出的光能平行地进入遮光筒并照亮光屏. 2.放置单缝和双缝,使缝相互平行,调整各部件的间距,观察白光的双缝干涉图样. 3.在光源和单缝间放置滤光片,使单一颜色的光通过后观察单色光的双缝干涉图样. 4.用米尺测出双缝到光屏的距离L,用测量头测出相邻的两条亮(或暗)条纹间的距离Δx. 5.利用表达式x L d ??= λ,求单色光的波长. 6.换用不同颜色的滤光片,观察干涉图样的异同,并求出相应的波长. (五)注意事项 1.放置单缝和双缝时,必须使缝平行,并且双缝和单缝间的距离约为5~10cm. 2.要保证光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒和光屏的中心在同一条轴线上。 3.测量头的中心刻线要对应着亮(或暗)条纹的中心. 4.为减小实验误差,先测出n 条亮(或暗)条纹中心间的距离a,则相邻两条亮(或暗)条纹间的距离1 -=?n a x . (六)例题 例1.（1）如图实18-2所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上放 光源 滤光片 单缝 双缝 遮光筒 屏 图实18-1 图实18-2
“椭偏测厚仪”有关情况介绍 一、引言： 1、椭偏法是一种测量光在样品表面反射后偏振状态改变的广西方 法，它可以同时测得样品薄膜的厚度和折射率。由于此法具有非接触性、非破坏性以及高灵敏度、高精度等优点，鼓广泛用于薄膜厚度及材料的光学常数的测定。 2、椭偏法测量数据可在短时间快速采集，可对各类薄膜的生长和工 艺过程进行实时监测，故已成为半导体行业重要的在线监测设备之一。 3、纳米技术是当今科技的发展热点，能精确测得纳米级薄膜厚度和 折射率的椭偏测量技术受到人们的高度重视和关注。 二、椭偏测厚仪发展概况： 1、椭偏测厚仪在我国起步较晚，70年代我国自行设计生产的椭偏 测厚仪只有“TP-77型椭偏测厚仪”和“WJZ型椭偏测厚仪”。基本上是手动测量，仅配一种入射角和衬底材料的薄膜（n，d）~（Ψ，Δ）函数表（如SiO2，70°入射角，波长632.8nm）。 2、 90年代末，华东师大学研制并生产了“HST-1型”和“HST-2型” 多功能智能椭偏测厚仪。该仪器使用计算机技术，利用消光法自动完成，测量薄膜的厚度和折射率。 3、进入二十一世纪，国生产自动椭偏测厚仪的厂家逐渐多起来。如： 天津港东科技发展生产的“SGC-1型椭圆偏振测厚仪”、“SGC-2型自动椭圆偏振测厚仪”。天津拓普仪器生产的“TPY-1型椭圆偏振测厚
仪”和“TPY-2型自动椭圆偏振测厚仪”等。 现将目前国生产的几种自动椭圆偏振测厚仪，其性能指标等参数列表如下，供参考： 国几种“椭圆偏振测厚仪”的性能参数 三、消光法测量薄膜和折射率的计算公式：
1． 在椭偏法测量中，为了简便，通常引入两个物理量——Ψ，Δ来 描述反射光偏振态的变化，它们与总反射系数p R （p 分量，在入射面），s R （s 分量，在垂直于入射面）之间的关系，定义如下： tan Ψi e ?=p R /s R ————————— 偏振方程 ○ 1 式中：Ψ，Δ —— 椭偏参数（均为角度度量） Ψ —— 相对振幅衰减 Δ —— 相位移动之差 在固定实验条件下：~ 1n 和~ 3n 为已知，则Ψ=Ψ（d ，~ 2n ）， Δ=Δ（d ，~ 2n ） 2122121i p p p i p p r r e R r r e δδ--+?= +??，2122121i s s s i s s r r e R r r e δ δ --+?=+?? 式中：2δ——相邻两光束的相位差，设膜厚为d ，光波长为λ， 则有： 122~~~22221122()d n Cos d n n Sin ππ δ??λλ =???=??-?——— ○2 若：P-起偏角，A-检偏角 则：Ψ=A ，Δ=k ×180°+90°-2p （当0°≤p ≤135°时，k=1；当 135°≤p ≤180°时，k=3） 综上：通过测得起偏角P 和检偏角A ，即可求得Ψ，Δ，还可反求 d ，~ 2n 。 1） 对于透明膜，~ 2n 只有实部，上述椭偏方程（复数方程）只有d ， ~ 2n 两个未知数，由两个已知实测的Ψ，Δ原则上可解出d ， ~ 2n ，
OU3500 涂层厚度测量仪 使用说明书
附表一： 功能OU3500F OU3500N OU3500FN 测量原理磁性涡流磁性/涡流测量范围标准配置探头（F1/N1)：0 1250μm 测量精度±（3%H+1）μm（零点校准）±（1%H+1）μm（二点校准） 统计量平均值(MEAN)、最大值(MAX)、最小值(MIN)、测试次数(NO)、标准偏差(S.DEV) 存贮和统计500个测量值 零点校准√√√二点校准√√√删除功能√√√自动关机√√√蜂鸣声提示√√√错误提示√√√ 标准配置主机、F1探头、基 体、校准片、说明 书、包装箱 主机、N1探头、 基体、校准片、说 明书、包装箱 F1(N1)探头、基 体、校准片、说明 书、包装箱 选配件F400、N400、 F1/90、F10、 CN02 F400、N400、 F1/90、F10、 CN02 F400、N400、 F1/90、F10、 CN02、打印机、 通讯软件
一、概述 本仪器根据探头类型的不同，分别运用磁感应和涡流原理测量覆层厚度，并符合以下工业标准： JB/T 8393-1996 磁性和涡流式覆层厚度测量仪 1.1 应用 本仪器是便携式、快速、无损、精密地进行涂、镀层厚度的测量。既可用于实验室，也可用于工程现场。本仪器能广泛地应用在电镀、防腐、航天航空、化工、汽车、造船、轻工、商检等检测领域。 配置不同的探头，适用于不同场合。 1.2 测量原理 本仪器根据探头类型的不同，采用了磁性法和涡流法两种测厚方法。 F型探头采用磁性法，可测量磁性金属基体(如钢、铁、合金和硬磁性钢等)上非磁性覆盖层的厚度(如锌、铝、铬、铜、橡胶、油漆等)。 N型探头采用涡流法，可测量非铁磁性金属基体(如铜、铝、锌、锡等)和奥氏体不锈钢上非导电覆盖层的厚度(如:橡胶、油漆、塑料、阳极氧化膜等)。 1.3 仪器配置 1.3.1 标准配置 主机 ---------------------------------------1台 探头（F1或N1） -----------------------1支 基体 ---------------------------------------1块 标准片 ------------------------------------5片 9V碱性电池------------------------------1节 使用说明书 ------------------------------1本 1.3.2 可选件 其他型号探头 ---------------------------（适用于OU3500） 打印机 ------------------------------------1台(适用于OU3500B) 通讯电缆 ---------------------------------1条(适用于OU3500B) - 1 -
路面标线厚度测定仪 产品名称：OU3300标线测厚仪 ?产地：中国销售：沧州欧谱 ?OU3300标线厚度测定仪是专为生产、质量监督、工程施工和 监理等单位测量标线厚度而设计和生产的。标线厚度测定仪 符合我国标线技术标准GB/T16311-2005的要求 ? 一、产品特点： OU3300标线厚度测定仪是专为生产、质量监督、工程施工和监理等单位测量标线厚度而设计和生产的。具有结构合理、操作简单、适用性广、测量精度高、数字保持功能、测量安全及可靠性好等特点。 OU3300标线厚度测定仪符合我国标线技术标准GB/T16311-2005的要求。 二、技术指标 测量范围：0~12mm 测量精度：0.01mm 三、结构组成 OU3300标线厚度测定仪主要由数字式高精度百分表头、测厚度机构和百分表锁止螺钉组成。 四、操作步骤 1. 准备：将测量底座和移动平块（测厚度机构）处于同一水平上，再将数字式高精度百分表头置入测厚度机构的安装座内，然后调紧螺钉。 2. 显示屏读数清零：将数字式高精度百分表头显示屏清零。 3. 测量：将测量底座置于待测标线上面，使其与移动块的接合处的边缘与标线边缘平行，移动块能够自由落下或下移即可测量标线的厚度。为便于读数可按数字式高精度百分表头的保持按钮，提起标线厚度测定仪读取并记录数值。
五、注意事项 1. 为了保障测量结果的准确度，在测量前应尽量调整好标线厚度测量仪的零值。 2. 为了确保移动块的移动应在试验前应注意调整好其与标线的相对位置。 3. 测量时应注意解除数字式高精度百分表头的保持功能，一般连续按保持按钮3次即可，让标线厚度测定仪处于测量状态。 4. 注意防止仪器在测量过程的跌落，以免仪器的损坏。长时间没有测量任务时应取出数字式高精度百分表的电池，以延长其使用寿命。 5. 本仪器知识产权归本公司所有，严禁仿制；否则，本公司将终止履行相关维修义务，并保留法律的权利。 6. 对本使用说明书如有疑惑欢迎赐教。 七、贮存条件 测定器及其附件应存放在干燥、清洁、无振动、无易燃、易腐蚀物品的环境条件下。 资料来源： 测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 超声波测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 钢板测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 金属测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 管道测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 钢管测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 厚度测量仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 超声测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 高温测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 壁厚测量仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 超声波测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 铸铁测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 膜厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 涂层测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 涂层测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 镀层测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 油漆测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 油漆测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 漆膜测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 薄膜测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 锌层测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 防腐层测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 磁感应测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 涡流测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 膜厚测试仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 覆层测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 电镀层测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 涂镀层测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 镀锌层测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 电解测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 氧化膜测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 磁性测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 干膜测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 湿膜测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 镀铬测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 标线测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 磷化膜测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 湿膜厚度规https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 钢结构测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 镀铬测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 涂层厚度仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 涂料测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 镀镍测厚仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 管道探伤仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 超声探伤仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 磁粉探伤机https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 焊缝探伤仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 超声波探伤仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 超声波探伤仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 钢轨探伤仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 金属探伤仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 便携式探伤仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 钢结构探伤仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 磁粉探伤仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 超声波探伤仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 超声波检测仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 铸件探伤仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html, 容器探伤仪https://www.doczj.com/doc/8e10661131.html,
用双缝干涉实验测光的波长 ㈠设计思想 本堂课主要利用光的干涉现象测量光的波长。通过本实验，我们可以更进一步地了解光波产生稳定的干涉现象的条件，观察白光及单色光的干涉图样，并测定单色光的波长。学生在实验中，通过了解每个实验元件的作用，学会科学设计实验仪器和实验方案的思维方法；同时培养学生的实践能力、自学能力，培养学生的科学态度，让学生体验探究科学的艰辛与喜悦。 ㈡教学目标 1．知识目标： ⑴知道波长是光的重要参数 ⑵通过实验，学会运用光的干涉测定光的波长 ⑶更进一步理解光产生干涉的条件及探究干涉条纹的间距与哪些因素有关 ⑷认识物理实验和数学工具在物理学发展过程中的作用，掌握物理实验的一些基本技能，会使用基本的实验仪器，培养学生独立完成实验的能力。 2．能力目标： 学会为达到实验目的而设计各种实验元件，培养学生的创造性思维和实践能力；学习科学探究方法，发展自主学习能力，养成良好的思维习惯，能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题。 3．情感目标： 通过本节课，培养学生的科学研究态度，体验探索科学的艰辛与喜悦。 ㈢重点与难点 经历科学探究过程，自己设计实验、完成实验并测定光的波长。 ㈣教学过程 1．实验装置的介绍——双缝干涉仪。 它由各部分光学元件在光具座上组成。如图—1所示。 图—1 双缝干涉仪
2．观察双缝干涉图样——探究干涉条纹的间距与哪些因素有关 光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光通过单缝后，相当于线光源，经双缝产生稳定的干涉图样，干涉条纹可从屏上观察到。 把直径约10cm 、长约1m 的遮光筒水平放在光具座上，筒的一端装有双缝，另一端装有毛玻璃屏，在筒的观察端装上测量头。取下双缝，打开光源，调节光源的高度，使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮，然后放好单缝和双缝。单缝和双缝间的距离约为5cm~10cm ，使缝相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上。这时在屏上就会看到白光的双缝干涉图样（如图—2）。 在单缝和光源间放上滤光片就可见到单色光的双缝干涉图样（如图—3）。 单色光的双缝干涉图样：明暗相间、等距分布。 3． 猜测： 相邻的两条明（暗）条纹的间距△x 与哪些因素有关? 图—3 单色光的双缝干涉图样 图—2 白光的双缝干涉图样 S 1S 2图—4 实验示意图
椭偏仪测量薄膜厚度和折射率 □实验背景介绍 椭圆偏振测量（椭偏术）是研究两媒质界面或薄膜中发生的现象及其特性的一种光学方法，其原理是利用偏振光束在界面或薄膜上的反射或透射时出现的偏振变换。椭圆偏振测量的应用范围很广，如半导体、光学掩膜、圆晶、金属、介电薄膜、玻璃(或镀膜)、激光反射镜、大面积光学膜、有机薄膜等，也可用于介电、非晶半导体、聚合物薄膜、用于薄膜生长过程的实时监测等测量。结合计算机后，具有可手动改变入射角度、实时测量、快速数据获取等优点。 □实验原理 在一光学材料上镀各向同性的单层介质膜后，光线的反射和折射在一般情况下会同时存在的。通常，设介质层为n1、n2、n3，φ1为入射角，那么在1、2介质交界面和2、3介质交界面会产生反射光和折射光的多光束干涉，如图(1-1) 图(1-1) 这里我们用2δ表示相邻两分波的相位差，其中δ=2πdn2cosφ2/λ ，用r1p、r1s 表示光线的p分量、s分量在界面1、2间的反射系数，用r2p 、r2s表示光线的p分、s分量在界面2、3间的反射系数。由多光束干涉的复振幅计算可知：其中Eip和Eis 分别代表入射光波电矢量的p分量和s分量，Erp和Ers分别代表反射光波电矢量的p分量和s分量。现将上述Eip、Eis 、Erp、Ers四个量写成一个量G，即： 我们定义G为反射系数比，它应为一个复数，可用tgψ和Δ表示它的模和幅角。上述公式的过程量转换可由菲涅耳公式和折射公式给出： G是变量n1、n2、n3、d、λ、φ1的函数(φ2 、φ3可用φ1表示) ，即ψ=tg-1f，Δ=arg| f |，称ψ和Δ为椭偏参数，上述复数方程表示两个等式方程： [tgψe iΔ]的实数部分= 的实数部分 [tgψe iΔ]的虚数部分= 的虚数部分 若能从实验测出ψ和Δ的话，原则上可以解出n2和d (n1、n3、λ、φ1已知)，根据公式(4)~(9)，推导出ψ和Δ与r1p、r1s、r2p、r2s、和δ的关系： 由上式经计算机运算，可制作数表或计算程序。这就是椭偏仪测量薄膜的基本原理。若d是已知，n2为复数的话，也可求出n2的实部和虚部。那么，在实验中是如何测定ψ和Δ的呢？现用复数形式表示入射光和反射光：
实验15 椭圆偏振仪测量薄膜厚度和折射率 在近代科学技术的许多部门中对各种薄膜的研究和应用日益广泛．因此，更加精确和迅速地测定一给定薄膜的光学参数已变得更加迫切和重要．在实际工作中虽然可以利用各种传统的方法测定光学参数（如布儒斯特角法测介质膜的折射率、干涉法测膜厚等），但椭圆偏振法（简称椭偏法）具有独特的优点，是一种较灵敏（可探测生长中的薄膜小于0.1nm的厚度变化）、精度较高（比一般的干涉法高一至二个数量级）、并且是非破坏性测量．是一种先进的测量薄膜纳米级厚度的方法．它能同时测定膜的厚度和折射率（以及吸收系数）．因而，目前椭圆偏振法测量已在光学、半导体、生物、医学等诸方面得到较为广泛的应用．这个方法的原理几十年前就已被提出，但由于计算过程太复杂，一般很难直接从测量值求得方程的解析解．直到广泛应用计算机以后，才使该方法具有了新的活力．目前，该方法的应用仍处在不断的发展中． 实验目的 (1)(1)了解椭圆偏振法测量薄膜参数的基本原理； (2)(2)初步掌握椭圆偏振仪的使用方法，并对薄膜厚 度和折射率进行测量． 实验原理 椭偏法测量的基本思路是，起偏器产生的线偏振光经取向一定的１/４波片后成为特殊的椭圆偏振光，把它投射到待测样品表面时，只要起偏器取适当的透光方向，被待测样品表面反射出来的将是线偏振光．根据偏振光在反射前后的偏振状态变化，包括振幅和相位的变化，便可以确定样品表面的许多光学特性． 1 椭偏方程与薄膜折射率和厚度的测量
图15.1 图15.1所示为一光学均匀和各向同性的单层介质膜．它有 两个平行的界面，通常，上部是折射率为n1的空气(或真空)．中 间是一层厚度为d折射率为n2的介质薄膜，下层是折射率为n3 的衬底，介质薄膜均匀地附在衬底上，当一束光射到膜面上时， 在界面1和界面2上形成多次反射和折射，并且各反射光和折射 光分别产生多光束干涉．其干涉结果反映了膜的光学特性． 设φ1表示光的入射角，φ2和φ3分别为在界面1和2上的折 射角．根据折射定律有 n1sinφ1=n2sinφ2＝n3sinφ3 （15.1） 光波的电矢量可以分解成在入射面内振动的P分量和垂直 于入射面振动的s分量．若用E ip和E is分别代表入射光的p和s 分量，用E rp及E rs分别代表各束反射光K0，K1，K2，…中电矢量 的p分量之和及s分量之和，则膜对两个分量的总反射系数R p 和R s定义为 R P＝E rp/E ip , R s=E rs/E is （15.2） 经计算可得 式中，r1p或r1s和r2p或r2s分别为p或s分量在界面1和界面2 上一次反射的反射系数．2δ为任意相邻两束反射光之间的位相