薄膜测量：
椭圆偏振光谱仪成为制作工业用薄膜的关键工具
作者：Eric Teboul
过去十年，人们对纳米薄膜属性的研究兴趣与日俱增。将薄膜的厚度减小到100纳米以内导致了材料的光学属性和物理尺寸之间强烈的相互作用。结合这种趋势，当前大部分研发活动将重点放在使用具有复杂光学属性的柔性聚合物材料。
一种薄膜测量技术——椭圆偏振光谱法（SE）
图1.利用椭圆偏振法测量在电磁场的入射面(p或TM)和垂直面(s或TE)两个方向的反射系数的比率。——成为度量一些透明薄膜最精确可靠的技术之一。
使用柔性衬底的原因
最近，研究的重点已经转向制造柔性衬底产品，从而利用半导体、导体，以及新型合成和自组织技术生成的有机物（聚合物，低聚物）和混合物（有机—无机合成物）的发光属性。柔性衬底具有很多优点，例如重量轻、厚度薄、耐用性好且可卷曲。另外，采用新型精确沉淀工艺的塑料衬底使低成本、高产量的卷到卷加工成为可能，这种技术对于包装、光学镀膜、太阳能电池组件行业来说很有吸引力，在这些行业中，低成本产品和高质量透明镀膜是行业发展的驱动力。
对于在食品、饮料或制药业中广泛应用的包装来说，要求使用柔性衬底增加阻挡层来保护或控制包装物品。这些包装材料必须尽可能薄（考虑到成本因素）而透明。用作阻挡层的材料通常有氧化硅、铝和陶瓷。
图2.卷到卷镀膜机在聚合物网状衬底上沉积一层氧化物阻挡层。
在生产过程中，必须精确控制薄膜厚度，从而在保证薄膜属性可重复的前提下，保持产品的低成本。由于原始数据由SE提供，其特点是测量速度很快，因而椭偏仪是在快速测量多层膜厚度和折射率过程中首选的非破坏性薄膜测量工具。
椭圆偏振光谱学
椭偏数据是从一种非常常见的散射测量法中导出的。这一光学方法目前用于测量临界尺寸，来补充使用临界尺寸扫描电子显微镜或原子力显微镜方法所缺失的信息。
由于具有分光能力，椭圆偏振法被应用于大量材料中，这些材料可用于半导体、光学镀膜、电讯、封装和纳米及生物技术中。除了高度灵活外，与其它光学薄膜测量技不会破坏SE还具有另外一些优势。例如，椭偏测量法不会破坏样品，具有原位和离位测量能力和映射功能。除了测量多层薄膜厚度和折射率外，椭偏数据分析还可以提供表面粗糙度、薄膜成分、结晶度、去偏振度和其他特性信息。最后，椭圆偏振法测量简单，几秒钟即可完成。
椭圆偏振法以测量从样品表面反射的光的偏振态的变化为基础。不幸的是，人眼是无法观察到这些变化的。假如我们可以看见从平板表面反射的线偏振光，反射后它将变成椭圆偏振光。事实上，在反射时，电磁场的两个分量在水平入射面(p或TM)和垂直入射面(s或TE)方向具有不同的衰减和相移(图1)。利用椭圆偏振法测量这些反射系数的比率，通常由一组两个数据描述，psi和delta，他们之间的关系由下式决定：ρ= tanΨejΔ= rp/rs
rp和rs分别是TM和TE波的复反射系数。由于rp和rs通过Fresnel法则与原材料折射率相关，所以材料的光学属性可以从被记录波长的函数中推导出来。
SE径向部分灵敏度的增强是由于即使是非常薄的膜层，在反射极限处偏振态的变化也非常显著。因而厚度在亚埃范围内的改变都可以很容易用椭圆偏振仪探测出来。
实验装置
UVISEL是一台由Horiba Jobin Yvon开发的相位调制椭偏光谱仪（PMSE）。将其集成到一个卷到卷镀膜机上用来精确监测沉积在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬底上的氧化物阻挡层的厚度和质量，其中衬底以10m/s的速度移动（图2）。
结合多波长检测系统，UVISEL可以在20ms内接收16个不同的完整波（接收16的倍数个波长则需要更长的收集时间）。这样沿着卷筒的长度方向每隔几个厘米收集一次数据，将收集到的数据反馈回去用于及时调整工艺参数。在190到830nm的波段内，沿70°角收集数据。在这种配置下，PMSE使用两个光电倍增管探测器，一个用于紫外到可见光波段(310-830nm)，另一个用于远紫外到紫外波(190-310nm)。光源是150W的在远紫外波段具有高亮度的氙灯。使用一个特别设计的单色仪收集整个光谱。UVISEL的全部光学和偏振组件都适用于远紫外波段。
我们选择相位调制椭偏光谱仪来监测阻挡层厚度有两个原因。首先，利用设备在整个光谱范围内测量暮挺罚 佣 梢跃 访枋龊穸取⒐庋СＪ 统牡椎耐该鞫取Ｆ浯危 焖俚氖占 奔涫寡刈拍こざ确较虿饬烤嗬爰涓舳讨链笤英寸。
图3. 利用SE（点状）测量薄膜的伪介电函数，并将该结果和将四层模型(air/c-PET/a-PET/air)与Tauc-Lorentz震荡器组合后测得的实验结果相比较（线状代表仪器组合后测得的结果）。从数据中可以得到晶体状和无定形PET的厚度分别是500和1000nm。
测量PET上的阻挡层
为了描述PET和阻挡层的属性，必须首先测量PET衬底的光学属性，用来计算阻挡层的厚度。通过SE可以获得PET的伪介电函数；在300到830nm波段，可以看到与PET透明属性相关的两种不同的干涉条纹（图3）。低频振荡部分归因于类晶体(c-PET)覆盖层，而高频振荡部分包含了无定形材料(a-PET)整个厚度的信息。为了拟合实验数据，将一个四层模型（空气/c-PET/a-PET/空气）与Tauc-Lorentz震荡模型相结合来描述色散关系。得到c-PET和a-PET的厚度分别为500和1000nm左右。
单层模型用于精确描述阻挡膜层。采用经典的Lorentz-oscillator公式计算阻挡层的厚度、折射率和消光系数。同设想的一致，阻挡层的作用如同一个折射率单调减小的透明氧化层，其消光系数等于零。
一旦PET衬底和顶层的光学属性确定后，就可以将它们作为初始参数来实时监测阻挡层的厚度。在开始沉积的17分钟，通过调节环境来优化沉积参数。在沉积过程中，椭偏仪每隔20ms收集一次数据监测厚度的快速改变。沉积过程中，用SE方法测量阻挡层的厚度（图4）。膜厚在30到120nm之间；这一变化即使沿着膜长度方向看也很明显，因此选择的椭偏模型应该具有很强的适应能力并可以给出精确的结果。
图4. 使用SE测量的PET膜层上的阻挡层厚度（橘黄色线）是时间的函数（也是沿膜长度方向的位置的函数）。首先调节环境优化参数，然后在三个区域镀不同厚度的膜层。同时也使用EDX测量膜层厚度，这种方法依赖于SiOx膜层的化学计量比。化学计量比为1.4（蓝色点）的匹配程度优于化学计量比为2（红色点）的匹配程度，它证实了独立实验中测得的膜层上的氧浓度。
在同一个样品的同一个位置，比较SE和另一种名为电子离散X射线光谱学的方法测得的膜厚结果。两者显示了同样的趋势，从而验证了SE得到的结果是可靠的。
SE非破坏性、快速和易于使用的特点使其成为薄膜测量方法中极佳的候选方案。与其他偏振方法相比，使用相位调制可以快速监测在柔性（或透明）衬底上的透明薄膜的厚度。在封装工业和一些微电子应用领域（如光伏电池和有机LED包装）中，要求控制膜层厚度以减少原料成本和能量消耗。椭圆偏振法适合用于实时监控薄膜厚度并能够满足这些要求。
实验原理 使一束自然光经起偏器变成线偏振光。再经1/4波片，使它变成 椭圆偏振光入射在待测的膜面上。反射时，光的偏振状态将发生变化。 通过检测这种变化，便可以推算出待测膜面的某些光学参数。 1、椭偏方程与薄膜折射率和厚度的测量 如右图所示为一光学均匀和Array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，均匀地附在折射率为n3 的衬底上。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= n3sinφ 3 (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Eip和Eis分别代表入射光的p和s分量，用 Erp及Ers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Rp 和Rs定义为 Rp=Erp/Eip 和Rs=Ers/Eis (2) 经计算可得 Erp=(r1p＋r2p e-i2δ) (1+ r1p r2p e-i2δ)Eip和 Ers=(r1s＋r2s e-i2δ)/(1+ r1s r2s e-i2δ)Eis (3) 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差。 根据电磁场的麦克斯韦方程和边界条件可以证明 r1p=tan(φ1－φ2)/ tan(φ1+φ2), r1s= －sin(φ1－φ2)/sin(φ1+ φ2) r2p=tan(φ2－φ3)/ tan(φ2+φ3) ,r2s= －sin(φ2－φ3)/sin(φ2+ φ3)(4) 式（4）即有名的菲涅尔反射系数公式。由相邻两反射光束间的程 差，不难算出 2δ=4πd/λn2cosφ2=4πd/λ(n22－n12sin2φ1)1/2 (5) 式中λ为真空中的波长，d和n2为介质膜的厚度和折射率，各φ 角的意义同前。 在椭圆偏振法测量中，为了简便，通常引入另外两个物理量ψ和 Δ来描述反射光偏振态的变化。它们与总反射系数的关系定义如下：
实验27 光的偏振 一、实验目的 1、观察光的偏振现象，加深对光的偏振的理解。 2、了解偏振光的产生及其检验方法。 3、观测布儒斯特角，测定玻璃折射率。 4、观测椭圆偏振光与圆偏振光。 5、了解1/2波片和1/4波片的用途。 二、实验原理 1、光的偏振状态 光是电磁波，它是横波。通常用电矢量E表示光波的振动矢量。 (1)自然光其电矢量在垂直于传播方向的平面内任意取向，各个方向的取向概率相等，所以在相当长的时间里（10-5秒已足够了），各取向上电矢量的时间平均值是相等的，这样的光称为自然光，如图27-l所示。 (2)平面偏振光电矢量只限于某一确定方向的光，因其电矢量和光线构成一个平面而称其为平面偏振光。如果迎着光线看，电矢量末端的轨迹为一直线，所以平面偏振光也称为线偏振光，如图27-2所示。 (3)部分偏振光电矢量在某一确定方向上较强，而在和它正交的方向上较弱，这种光称为部分偏振光，如图27-3所示。部分偏振光可以看成是线偏振光和自然光的混合。 (4)椭圆偏振光迎着光线看，如果电矢量末端的轨迹为一椭圆，这样的光称为椭圆偏振光。椭圆偏振光可以由两个电矢量互相垂直的、有恒定相位差的线偏振光合成得到。 (5)圆偏振光迎着光线看，如果电矢量末端的轨迹为一个圆，则这样的光称为圆偏振光。圆偏振光可视为长、短轴相等的椭圆偏振光。 图27-4 椭圆偏振光
2、布儒斯特定律 反射光的偏振与布儒斯特定律 如图27-5所示，光在两介质（如空气和玻璃片等）界面上，反射光和折射光（透射光）都是部分偏振光。当反射光线与折射光线的夹角恰为90°时，反射光为线偏振光，其电矢量振动方向垂直于入射光线与界面法线所决定的平面（入射面）。此时的透射光中包含平行于入射面的偏振光的全部以及垂直于入射面的偏振光的其余部分，所以透射光仍为部分偏振光。由折射定律很容易导出此时的入射角 α 满足关系 1 2 tan n n = α (27-1) (27-1)式称为布儒斯特定律，入射角 α 称为布儒斯特角，或称为起偏角。若光从空气入射到玻璃（n 2约为1.5），起偏角约56°。 3、偏振片、起偏和检偏、马吕斯定律 (1)由二向色性晶体的选择吸收所产生的偏振 自然光 偏振光 1I 0 起偏器 检偏器 自然光 I ' 图a 偏振片起偏 图b 起偏和检偏 图27-6 偏振片 有些晶体（如电气石）、长链分子晶体（如高碘硫酸奎宁），对两个相互垂直振动的电矢量具有不同的吸收本领，这种选择吸收性称为二向色性。在两平板玻璃间，夹一层二向色性很强的物质就制成了偏振片。自然光通过偏振片时，一个方向的电矢量几乎完全通过（该方向称为偏振片的偏振化方向），而与偏振化方向垂直的电矢量则几乎被完全吸收，因此透射光就成为线偏振光。根据这一特性，偏振片既可用来产生偏振光（起偏），也可用于检验光的偏振状态（检偏）。 (2)马吕斯定律 用强度为I 0的线偏振光入射，透过偏振片的光强为I ，则有如下关系 θ 20cos I I = (27-2) (27-2)式称为马吕斯定律。θ 是入射光的E 矢量振动方向和检偏器偏振化方向之间的夹角。以入射光线为轴转动偏振片，如果透射光强 I 有变化，且转动到某位置时I ＝0，则表明入射 光为线偏振光，此时 θ ＝90°。 4、波片 (1)两个互相垂直的、同频率的简谐振动的合成 设有两各互相垂直且同频率的简谐振动，它们的运动方程分别为 )cos() cos(2211?ω?ω+=+=t A y t A x (27-3) 合运动是这两个分运动之和，消去参数t ，得到合运动矢量末端运动轨迹方程为 )(sin )cos(2122 12212 2 2212????-=--+A A xy A y A x (27-4) 上式表明，一般情况下，合振动矢量末端运动轨迹是椭圆，该椭圆在2122A A ?的矩形范围内。如果(27-3)式表示的是两线偏振光，则叠加后一般成为椭圆偏振光。下面讨论相位 差 12???-=?为几种特殊值的情况。 ①当π?k 2=?（ k =0, ±1, ±2, …）时，(27-4)式变为
椭圆偏振法测量薄膜厚度实验的小结和心得 摘要：椭圆偏振测量是一种通过分析偏振光在待测薄膜样品表面反射前后偏振状态的改变来获得薄膜材料的光学性质和厚度的一种光学方法。由于椭圆偏振测量术测量精度高，具有非破坏性和非扰动性，该方法被广泛应用于物理学、化学、材料学、摄影学，生物学以及生物工程等领域。 关键词：误差、改进、小结、实验感受 引言：椭圆偏振法是根据测量其反射光的偏振来确定薄膜厚度及各种光学参数。这种方法已成功应用于测量介质膜、金属膜、有机膜和半导体膜的厚度、折射率、消光系数和色散等。本实验是采用消光型的椭圆偏振测厚仪，具有简单、精度高、慢等特点。 正文： 1、实验目的和原理 通过实验，了解椭偏法的基本原理，学会用椭偏法测量纳米级薄膜的厚度和折射率，以及金属的复折射率。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。 2、实验的误差来源 通过实验，我们发现本实验最大的误差是来源于对消光位置的判定。实验中，由于仪器不能完全被消光，所以消光位置的确定就显得有些困难。虽然经过多次调节光路，到最后确定位置的时候也不能确定完全消光，这会直接影响实验的精度，给实验带来较大误差。除此之外，由于本实验中，各种状态的判定均靠人眼判断，例如：样品台是否水平、消光状态、起偏器和检偏器的位置
读数等，使实验存在较多的人为误差，这些都是不可避免的。 3、实验的改进 由上述的误差分析，我们可以知道实验的主要误差来源。对于最主要的误差“消光位置的确定”,是由于靠人眼来判断消光位置的所致的。因此，我们在实验中应该尽量避免更多的不确定因素，我们可以使光学量通过电学量来表示，即可以在仪器的末端安装一个光电接收电流表，通过电流表的读数可以直观地反映出仪器的消光状况，使得测量更加精确。虽然电流表的读数也是靠人眼来读取，但是通过这种方式会减少误差。还有一些关于次要误差的减少，例如：我们在调节载物台水平时，可以用精度高一些的水平仪，以确保我们实验的条件更加好。而且，我们应该尽量多地读取更多组数据，以便求平均值来减少误差。 4、实验小结 本实验是光学实验。对于光学实验，最为重要的是光路的调节，光路的调节准确与否，直接影响了实验的精度。因此，在实验前要准确调节光路，使起偏器和检偏器保持光线同轴。 学习本实验中简化问题的方法。从实验原理看，本实验中，实际计算的量很多，而且需要求解很烦的超越方程。但通过适当的变换以及光学仪器的运用可使问题简化。如通过1/4波片之后，光变成等幅椭圆偏振光，使得 1/=E E is ip ，使得||||E E E E is ip rs rp tg --=ψ变为||E E rs rp tg -=ψ，计算可以大大简化。通过调整仪器，使反射光成为线偏光，即0=-ββrs rp 或（π），则)ββ is ip --=?（或）（ββπis ip --=?，可使问题简化。 5、近代物理实验课的感受 上完这个学期的近代物理实验课，我们大学阶段的物理实验课就结束了。这个学期的实验课，和以往一样都是那么的生动有趣。一方面是，这学期的物理实验课教学方法与上一个学期一样。在做实验之前，老师不仅要求我们课前
编号 偏振成像与偏振图像融合技术与方法 Technology and Method of Polarization Imaging and Polarization Image Fusion 学生姓名 专业 学号 学院 2014年06月
摘要：偏振成像技术能在杂乱背景下提高目标的识别率，对于人造假目标和伪装具有独特的辨别能力，同时能提高图像的对比度和清晰度。在过去的十几年中，成像偏振技术获得了迅速的发展，应用的范围也在不断地扩大，己经成为信息获取领域中的一个研究热点。本文主要论述了偏振成像技术的发展现状及应用前景，对偏振光的基本理论进行了研究。通过用数学表达式和矩阵对多源图像融合技术进行了详细的理论描述。 关键词：偏振成像图像融合斯托克斯参量琼斯矩阵
Abstract Polarization imaging has the ability to identify false targets and enhance images taken in poor visibility and even restore clear-day visibility of scene. In the past several years, polarization imaging has been developed rapidly, the scope of application in continually expanding, already became in the field of information for a research hotspot. This article mainly discusses the technology development status and the application prospect of polarized light and studies the basic theory of polarized light technology. By using mathematical expression and the matrix of the source image fusion technology detailed description of the theory. Keywords：Polarization Imaging; Polarization Image Fusion; Stokes parameter; Jones matrix
关于椭圆偏振光测不准的分析 西南交通大学土木09詹班 20090023 陈曦 摘要:在光学实验中,用GSZF-3实验系统检测椭圆偏振光时,测得的振幅与角度在极坐标 中划出的并不是椭圆,而是一个类肾脏线.本文分析了产生的原因. 关键词: 椭圆偏振光;类肾脏线;波的独立性原理. 椭圆偏振光可用两列频率相同，振动方向互相垂直，且沿同一方向传播的平面偏振光 的叠加得到。在光波沿:方向传播的情况下，便有: )c o s (kz t A E x x -=ω ) cos(?ω?+-=kz t A E y y 由此可得合成波的表达式为 y kz t A x kz t A y E x E E y x y x ?)cos(?)cos(???ωω?+-+-=+= ……（a ） 上式表明，任意一个场点电矢量端点的轨迹是一个椭圆，椭圆的方程为: ???=?-+ 2 22 22 sin cos ))( ( 2y y x x y y x x A E A E A E A E 由于x E 和y E 的总值是在Ax ±和Ay ±之间变化。电矢量端点的轨迹是与以 x x A E ±=，y y A E ±=为界的矩形框相内切，如图1所示。一般来说，它的主轴(长轴或短 轴)与x 轴构成α角。 α值可以由下式求出: ?α?-= cos 2tan 22y x y x A A A A 图1
显然椭圆主轴的大小和取向与两列光波的振幅x A 、y A ，及它们的位相差??都有关。 如图2可知，一块表面平行的单轴晶体，其光轴与晶体表面平行时o 光和e 光沿同一方向传播，我们把这样的晶体叫做波晶片。当一束振幅为o A 的平行光垂直地人射到波晶片上时，在人射点分解成o 光和e 光的位相是相等的。但光一进人晶体，由于o 光和e 光的传播速度不同，所以二者的波长也不同，就逐渐形成位相不同的两束光。 当晶片的厚度d 满足 2 )12()(λ +±=-k d n n e o k=0,1,2…… 说明波长为λ的光通过该晶片后o 光和e 光的位相差 2 )12(π ?+±=?k 即晶片的厚度使两束光引人的光程差为 4 )12(λ +±k 这种波片称为四分之一波片，线偏振光通过它以后会变成椭圆偏振光。 图2 光程原理图 晶轴方向 P1 P2 1/4波片 硅光电池接收器 图3 实验装置及各方向之间的关系 偏振化方向
深圳大学实验报告课程名称：近代物理实验 实验名称：椭圆偏振法测量薄膜厚度及折射率学院：物理科学与技术学院 组号指导教师： 报告人：学号： 实验地点实验时间： 实验报告提交时间：
一、实验目的 1、利用椭偏仪测量硅衬底薄膜的折射率和厚度；提高物理推理与判别处理能力。 2、用自动椭偏仪再测量，进行比对；分析不同实验仪器两种方式的测量。提高误差分析与分配能力。 二、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。 设待测样品是均匀涂镀在衬底上的透明同性膜层。如图3.5.1 所示，n1，n2和n3分别为环境介质、薄膜和衬底的折射率， d是薄膜的厚度，入射光束在膜层上的入射角为φ1，在薄膜 及衬底中的折射角分别为φ2和φ3。按照折射定律有 (3.5.1) 光的电矢量分解为两个分量，即在入射面内的P分量及垂直 于入射面的S分量。根据折射定律及菲涅尔反射公式，可求 得P分量和S分量在第一界面上的复振幅反射率分别为 而在第二个界面处则有 从图3.5.1可以看出，入射光在两个界面上会有很多次的反射和折射，总反射光束将是许多反射光束干涉的结果，利用多光束干涉的理论，得p分量和s分量的总反射系数 其中 是相邻反射光束之间的相位差，而λ为光在真空中的波长。 光束在反射前后的偏振状态的变化可以用总反射系数比（Rp/Rs）来表征。在椭偏法中，用椭偏参量ψ和Δ来描述反 射系数比，其定义为 分析上述格式可知，在λ，φ1，n1，n3确定的条件下，ψ和Δ只是薄膜厚度d和折射率n2的函数，只要测量出ψ和Δ，原则上应能解出d和n2。然而，从上述格式却无法解析出d=（ψ，Δ）和n2=（ψ，Δ）的具体形式。因此，只能先按以上各式用电子计算机算出在λ，φ1，n1和n3一定的条件下（ψ，Δ）~（d，n）的关系图表，待测出某一薄膜的ψ和Δ后再从图表上查出相应的d和n（即n2）的值。 测量样品的ψ和Δ的方法主要有光度法和消光法。下面介绍用椭偏消光法确定ψ和Δ的基本原理。设入射光束和反射光束电矢量的p分量和s分量分别为 Eip，Eis，Erp，Ers，则有 于是 为了使ψ和Δ成为比较容易测量的物理量，应该设法满足下面的两个条件： 1.使入射光束满足
近代物理实验 椭圆偏振仪—薄膜厚度测量 椭圆偏振测量是一种通过分析偏振光在待测薄膜样品表面反射前后偏振状态的改变来获得薄膜材料的光学性质和厚度的一种光学方法。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λ4 1 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。 由于椭圆偏振测量术测量精度高，具有非破坏性和非扰动性，该方法被广泛应用于物理学、化学、材料学、摄影学，生物学以及生物工程等领域。 本实验所用的反射式椭偏仪为通常的PCSA 结构，即偏振光学系统的顺序为起偏器（Polarizer ）→补偿器（Compensator ）→样品（Sample ）→检偏器（Analyzer ），然后对其输出进行光电探测。 一．实验原理 1． 反射的偏振光学理论 图1 光在界面上的反射， 假定21n n <，B ??<1（布儒斯特角），则rs E 有π的相位跃变，光在两种均匀、各向同性介质分界面上的反射如图1所示，单色平面波以入射角1?，自折射率为1n 的介质1射到两种介质的分界面上，介质2的折射率为2n ，折射角2?。
用（is ip E E ,），（rs rp E E ,），（ts tp E E ,）分别表示入射、反射、透射光电矢量的复振幅，p 表示平行入射面即纸面的偏振分量、s 表示垂直入射面即垂直纸面的偏振分量，每个分量均可以表示为模和幅角的形式 )ex p(||ip ip ip i E E β=，)ex p(||is is is i E E β= （1a ） )ex p(||rp rp rp i E E β=，)ex p(||rs rs rs i E E β= （1b ） )ex p(||tp tp tp i E E β=，)ex p(||ts ts ts i E E β= （1c ） 定义下列各自p ，s 分量的反射和透射系数： ip rp p E E r /=，is rs s E E r /= （2a ） ip tp p E E t /=，is ts s E E t /= （2b ） 根据光波在界面上反射和折射的菲涅耳公式： 2 1122 112cos cos cos cos ????n n n n r p +-= （3a ） 2 2112 211cos cos cos cos ????n n n n r s +-= （3b ） 2 1121 1cos cos cos 2???n n n t p += （3c ） 2 2111 1cos cos cos 2???n n n t s += （3d ） 利用折射定律： 2211sin sin ??n n = （4） 可以把式（3a ）-（3d ）写成另一种形式 ) () (2121????+-= tg tg r p (5a) ) sin() sin(2121????+-- =s r （5b ） ) cos()sin(sin cos 221212 1??????-+= p t （5c ）
椭圆偏振光法测定介质薄膜的厚度和折射率 5- 姓名:陈正 学号：PB05210465 系别：6系 实验目的： 本实验的目的有以下两个： 1.了解椭偏仪测量薄膜参数的原理. 2.初步掌握反射型椭偏仪的使用方法. 实验原理： 椭圆偏振光经薄膜系统反射后，偏振状态的变化量与薄膜的厚度和折射率有 关，因此只要测量出偏振状态的变化量，就能利用计算机程序多次逼近定出膜厚 和折射率。参数?描述椭圆偏振光的P 波和S 波间的相位差经薄膜系统关系后发 生的变化，ψ描述椭圆偏振光相对振幅的衰减。有超越方程： tan pr pi sr si E E E E ψ????= ? ????? ()()pr sr pi si ββββ?=--- 为简化方程，将线偏光通过方位角±45?的14 波片后，就以等幅椭圆偏振光出射，pi si E E =；改变起偏器方位角?就能使反射光以线偏振光出射， ()0pr sr ββπ??=-=或，公式化简为： tan pr sr E E ψ= ()pi si ββ?=-- 实验仪器：
分光计、He-Ne 激光器及电源 、起偏器 、检偏器 、14 波片，待测样品、黑 色反光镜、放大镜等； 实验内容： 1. 按调分光计的方法调整好主机. 2. 水平度盘的调整. 3. 光路调整. 4. 检偏器读数头位置的调整和固定. 5. 起偏器读数头位置的调整与固定. 6. 4/1波片零位的调整. 7. 将样品放在载物台中央,旋转载物台使达到预定的入射角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，求出与之对应的d 和n ;由于仪器本身的精度的限制，可将d 的误差 控制在1埃左右，n 的误差控制在0.01左右. 数据处理： 原始数据列表： 由分析知A,P 应满足以下条件： ???????==?=+?=+423 14321180180A A A A A A A A ????????=+?=+?=-?=-270270909042 314321P P P P P P P P 所以测量数据基本满足以上的条件。 将表格中数据输入“椭偏仪数据处理程序”，利用逐次逼近法，
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
得分教师签 批改日期 名 深 圳 大 学 实 验 报 告 课程名称：近代物理实验 实验名称：椭圆偏振法测量薄膜厚 度及折射率 学院：物理科学与技术学院 组号指导教师： 报告人：学号：
实验地点实验时间： 实验报告提交时间： 1、 实验目的 1、利用椭偏仪测量硅衬底薄膜的折射率和厚度；提高物理推理与判别处理能力。 2、用自动椭偏仪再测量，进行比对；分析不同实验仪器两种方式的测量。提高误差分析与分配能力。 二、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。 设待测样品是均匀涂镀在衬底上的透明同性膜层。如图3.5.1所示， n1，n2和n3分别为环境介质、薄膜和衬底的折射率，d是薄膜的厚度，入射光束在膜层上的入射角为φ1，在薄膜及衬底中的折射角分别为φ2和φ3。按照折射定律有 (3.5.1) 光的电矢量分解为两个分量，即在入射面内的P分量及垂直于入射面的S 分量。根据折射定律及菲涅尔反射公式，可求得P分量和S分量在第一界面上的复振幅反射率分别为 而在第二个界面处则有 从图3.5.1可以看出，入射光在两个界面上会有很多次的反射和折射，总反射光束将是许多反射光束干涉的结果，利用多光束干涉的理论，得p分量和s分量的总反射系数 其中 是相邻反射光束之间的相位差，而λ为光在真空中的波长。 光束在反射前后的偏振状态的变化可以用总反射系数比（Rp/Rs）来表征。在椭偏法中，用椭偏参量ψ和Δ来描述反射系数比，其定义为 分析上述格式可知，在 λ，φ1，n1，n3确定的条件下，ψ和Δ只是薄膜厚度d和折射率n2的函数，只要测量出ψ和Δ，原则上应能解出d和n2。然而，从上述格式却无法解析出d=（ψ，Δ）和n2=（ψ，Δ）的具体形式。因此，只能先按以上各式用电子计算机算出在λ，φ1，n1
圆偏振光的生成原理 光是电磁波，与声波不同光波是横波；偏振光是光矢量相对于传播方向以一固定方式振动的波。按传播轨迹，可以分为线偏振光和椭圆偏振光两种。圆偏振光是属于椭圆偏振光的一种特殊情况。 将两个频率相同，沿相同方向传播并且其振动面相互垂直的线偏振光叠加时，情况将如何变化呢？ 图A 如图A ，波长为λ的一束光通过线偏振片后形成线偏振光；令光束垂直于波片的表面（沿z 轴方向）入射，该波片是厚度为d ，从具有双折射特性的单轴晶体上切下的薄片，且其表面平行于该晶体自身的光轴方向。入射到波片的线偏振光的光轴矢量的振幅OM=A 且与波片的光轴方向（xx 线）成夹角α。通过波片后形成两条振动面相互垂直的线偏振光：e 光（非常光）和o 光（寻常光）;e 光的振动矢量与波片的光轴方向（xx 线）一致；o 的振动矢量则和波片的光轴方向垂直（yy 线）。他们的传播方向一致，但传播速度不同，一个滞后，一个超前。通常将传播速度快，相位超前的光称作“快光”。称其振动方向为快轴，而传播速度慢，相位滞后的光称为“慢光”并称其振动方向为慢轴。 这样波片内形成了光程差：( )o e n n d δ=-（其中o n 和e n 是o 光和e 光在波片内 的折射率）。两光的相位差()22o e d n n πδ φπλ λ==-（1） 由图可见，e 光和o 光的振幅分别为： a=A cos α，b=A sin α （2） 通过波片的振动可表示为 cos cos cos x A t a t αωω== （3） sin cos()cos()y A t b t αωφωφ=+=+ （4） 其中ω——光波的时间圆周率，=2ωπγ，其中γ为时间频率；相位差y x φφφ=-；其中y φ x φ为y 和x 两个方向振动的初相。 求出合成振动轨迹，消去时间t ：
椭圆偏振法测量薄膜厚度及折射率 实验目的： 1、利用椭偏仪测量硅衬底薄膜的折射率和厚度；提高物理推理与判别处理能力。 2、用自动椭偏仪再测量进行对比；分析不同实验仪器两种方式的测量。提高误差分析与分配能力。 教学安排 手动测量记录P、A 2学时 自动测量并计算n、d 1学时 对比研究1学时 原理综述： 椭圆偏振法简称椭偏法，是一种先进的测量薄膜纳米级厚度的方法，椭偏法的基本原理由于数学处理上的困难，直到上世纪40年代计算机出现以后才发展起来，椭偏法的测量经过几十年来的不断改进，已从手动进入到全自动、变入射角、变波长和实时监测，极大地促进了纳米技术的发展，椭偏法的测量精度很高（比一般的干涉法高一至二个数量级），测量灵敏度也很高（可探测生长中的薄膜小于0.1nm的厚度变化）。利用椭偏法可以测量薄膜的厚度和折射率，也可以测定材料的吸收系数或金属的复折射率等光学参数。因此，椭偏法在半导体材料、光学、化学、生物学和医学等领域有着广泛的应用。 通过实验，读者应了解椭偏法的基本原理，学会用椭偏法测量纳米级薄膜的厚度和折射率，以及金属的复折射率。 一、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。 设待测样品是均匀涂镀在衬底上的透明同性膜层。如图，n1，n2和n3分别为环境介质、薄膜和衬底的折射率，d是薄膜的厚度，入射光束在膜层上的入射角为φ1，在薄膜及衬底中的折射角分别为φ2和φ3。按照折射定律有 ( 光的电矢量分解为两个分量，即在入射面内的P分量及垂直于入射面的S 分量。根据折射定律及菲涅尔反射公式，可求得P分量和S分量在第一界面上的复振幅反射率分别为 而在第二个界面处则有 从图，入射光在两个界面上会有很多次的反射和折射，总反射光束将是许多反射光束干涉的结果，利用多光束干涉的理论，得p分量和s分量的总反射系数其中 是相邻反射光束之间的相位差，而λ为光在真空中的波长。 光束在反射前后的偏振状态的变化可以用总反射系数比（R p/R s）来表征。在椭偏法中，用椭偏参量ψ和Δ来描述反射系数比，其定义为 分析上述格式可知，在λ，φ1，n1，n3确定的条件下，ψ和Δ只是薄膜厚度d 和折射率n2的函数，只要测量出ψ和Δ，原则上应能解出d和n2。然而，从上
椭圆偏振法简称椭偏法，是一种先进的测量薄膜纳米级厚度的方法。椭偏法的基本原理由于数学处理上的困难，直到本世纪40年代计算机出现以后才发展起来。椭偏法的测量经过几十年来的不断改进，已从手动进入到全自动、变入射角、变波长和实时监测，极大地促进了纳米技术的发展。椭偏法的测量精度很高（比一般的干涉法高一至二个数量级），测量灵敏度也很高(可探测生长中的薄膜小于0.1nm的厚度变化)。利用椭偏法可以测量薄膜的厚度和折射率，也可以测定材料的吸收系数或金属的复折射率等光学参数。因此，椭偏法在半导体材料、光学、化学、生物学和医学等领域有着广泛的应用。 通过实验，读者应了解椭偏法的基本原理，学会用椭偏法测量纳米级薄膜的厚度和折射率，以及金属的复折射率。 一、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。 设待测样品是均匀涂镀在衬底上的透明同性膜层。如图3.5.1所示,n1,n2和n3分别为环境介 质、薄膜和衬底的折射率，d是薄膜的厚度，入射光束在膜层上的入射角为，在薄膜及衬底 中的折射角分别为和。按照折射定律有 (1)
光的电矢量分解为两个分量，即在入射面内的P分量及垂直于入射面的S分量．根据折射定律及菲涅尔反射公式，可求得p分量和s分量在第一界面上的复振幅反射率分别为 , 而在第二界面处则有 , 从图3.5.1可以看出，入射光在两个界面上会有多次的反射和折射，总反射光束将是许多反射光束干涉的结果。利用多光束干涉的理论，得p分量和s分量的总反射系数 , 其中 (2) 是相邻反射光束之间的相位差，而为光在真空中的波长。 光束在反射前后的偏振状态的变化可以用总反射系数比(R P/R S）来表征。在椭偏法中，用椭 偏参量和来描述反射系数比，其定义为 (3) 分析上述各式可知，在，，n1和n3确定的条件下,和只是薄膜厚度d和折射率n2的函 数，只要测量出和，原则上应能解出d和n2。然而，从上述各式却无法解析出 和的具体形式。因此，只能先按以上各式用电子计算机算出在，，n1和n3一 定的条件下与的关系图表，待测出某一薄膜的和后再从图表上查出相应的d 和n(n2)的值。 测量样品的和的方法土要有光度法和消光法．下面介绍用椭偏消光法确定和的基本原理．设入射光束和反射光束电矢量的p分量和s分量分别为E ip，E is，E rp和E rs，则有
椭圆偏振技术 目录[隐藏] 1、基本原理 5、优势 椭圆偏振技术是一种多功能和强大的光学技术，可用以取得薄膜的介电性质（复数折射率或介电常数）。它已被应用在许多不同的领域，从基础研究到工业应用，如半导体物理研究、微电子学和生物学。椭圆偏振是一个很敏感的薄膜性质测量技术，且具有非破坏性和非接触之优点。 分析自样品反射之极化光的改变，椭圆偏振技术可得到膜厚比探测光本身波长更短的薄膜资讯，小至一个单原子层，甚至更小。椭圆仪可测得复数折射率或介电函数张量，可以此获得基本的物理参数，并且这与各种样品的性质，包括形态、晶体质量、化学成分或导电性，有所关联。它常被用来鉴定单层或多层堆叠的薄膜厚度，可量测厚度由数埃（Angstrom）或数奈米到几微米皆有极佳的准确性。 之所以命名为椭圆偏振，是因为一般大部分的极化多是椭圆的。此技术已发展近百年，现在已有许多标准化的应用。然而，椭圆偏振技术对于在其他学科如生物学和医学领域引起研究人员的兴趣，并带来新的挑战。例如以此测量不稳定的液体表面和显微成像。 1 基本原理 2 实验细节 2.1 实验装置 2.2 数据蒐集 2. 3 数据分析 3 定义 3.1 单波长与光谱椭圆偏振技术 3.2 标准与广义椭圆偏振理论(非等向性) 3.3 琼斯矩阵与穆勒矩阵型式（去偏极化） 4 进阶实验方法 4.1 椭圆偏振成像 4. 2 原位椭圆偏振 4. 3 椭圆偏振孔隙测定 4. 4 磁光广义椭圆偏振 5 优势 [编辑本段] 1、基本原理 此技术系在测量光在反射或穿透样品时，其偏振性质的改变。通常，椭圆偏振多在反射模式下进行。偏振性质的改变主要是由样品的性质，如厚度、复折射率或介电性质（参见英文版Dielectric function），来决定。虽然光学技术受制于先天绕射极限的限制，椭圆偏振却可借由相位资讯及光偏振之状态的改变，来取得埃等级的解析度。在最简单的形式，此技术可适用于厚度小于一奈米到数微米之薄膜。样品必须是由少数几个不连续而有明确介面、光学均匀且具等向性且非吸收光的膜层构成。逾越上述的假设，则会不符标准椭圆偏振之处理程序，因而将需要对此技术更进阶的一些改变以符合其应用. 2、实验细节 2.1实验装置 光源(Light Source)所放射出之电磁波(Electromagnetic radiation)经过偏光镜(Polarizer)後，极化为线性偏振光，可选择是否通过补偿镜片(Compensator,延相器或四分之一波片)，之後打在薄膜样品上。电磁波被反射後同样可选择是否再通过补偿镜片，然後穿过第二片通常称为分析镜的偏光镜，进入侦检器。有些椭圆仪不使用补偿片，而在入射光束的路径采用相位调变器。椭圆偏振是一种光学镜面反射技术(入射角等於反射角)，入射光与反射光路径在同一平面上(称为入射平面)，而被偏振为与此平面平行及垂直的光，则分别称之为「p」或「s」偏振光。 2.2数据蒐集
椭圆偏振光法测量薄膜的厚度和折射率 摘要： 本实验中，我们用椭圆偏振光法测量了MgF 2,ZrO 2,TiO 2三种介质膜的厚度和折射率，取MgF 2作为代表，测量薄膜折射率和厚度沿径向分布的不均匀性，此外还测量了Au 和Cr 两种金属厚膜的折射率和消光系数。掌握了椭圆偏振光法的基本原理和技术方法。 关键词： 椭偏法，折射率，厚度，消光系数 引言： 薄膜的厚度和折射率是薄膜光电子器件设计和制备中不可缺少的两个参数。因此，精确而迅速地测定这两个参数非常重要。椭圆偏振光法就是一个非常重要的方法。将一束单色椭圆偏振光投射到薄膜表面，根据电动力学原理，反射光的椭偏状态与薄膜厚度和折射率有关，通过测出椭偏状态的变化，就可以推算出薄膜的厚度和折射率。椭圆偏振光法是目前测量透明薄膜厚度和折射率时的常用方法，其测量精度高，特别是在测量超薄薄膜的厚度时其灵敏度很高，因此常用于研究薄膜生长的初始阶段，而且由于这种方法时非接触性的，测量过程中不破坏样品表面，因而可用于薄膜生长过程的实时监控。 本实验的目的是掌握椭偏法测量薄膜的厚度和折射率的原理和技术方法。测量几种常用介质膜的折射率和厚度，以及金属厚膜的复折射率。 原理： 1. 单层介质膜的厚度和折射率的测量原理 （1）光波在两种介质分界面上的反射和折射，有菲涅耳公式： 121122112 112211122322323223223322233cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos cos p s p s n n r n n n n r n n n n r n n n n r n n ???? ????????????-? =?+? -?=?+?? -?=?+? -?=?+? （tp-1）; （2）单层膜的反射系数
椭圆偏振测量实验 一、实验背景 在近代科学技术的许多门类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已变得非常迫切。 在实际工作中可以利用各种传统的方法，测定薄膜光学参数，如：布儒斯特角法测介质膜的折射率，干涉法测膜厚。另外，还有称重法、X射线法、电容法、椭偏法等等。其中，因为椭圆偏振法具有测量精度高，灵敏度高，非破坏性等优点，故已在光学、半导体学、生物学、医学等诸多领域得到广泛的应用。 椭圆偏振测厚技术是一种测量纳米级薄膜厚度和薄膜折射率的先进技术，同时也是研究固体表面特性的重要工具。椭圆偏振测量实验已成为高校近代物理实验中最重要的一项内容。 二、实验目的 1、学习椭偏法的测量原理与方法； 2、测量透明介质薄膜厚度和折射率。 三、实验仪器 TPY-2型自动椭圆偏振测厚仪 四、实验原理 光是一种电磁波，且是横波。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。 偏振态可以作为一种光学探针。如果已知入射光束的偏振态，一旦测得通过光学系统后出射光的偏振态，就可确定薄膜的特性参数（n,d,k），式中：n,d,k分别为薄膜的折射率、厚
度及吸收系数。 使一束自然光（非偏振激光）经起偏器变成线偏振光，再经1/4波片，使它变成椭圆偏振光，入射到待测的膜面上。反射时光的偏振态将发生变化。通过检测这种变化，便可计算出待测膜面的光学参数。对于一定的样品，总可以找到一个起偏方位角P ，使反射光由椭圆偏振光变成线偏振光。这时，转动检偏器，在某个检偏器的方位角A 下得到消光状态，即没有光到达光电倍增管。以上方法被称为消光测量法。 现以普通玻璃表面镀以透明单层介质膜为例作一说明。 图一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n 1的空气（或真空）。中间是一层厚度为d 折射率为n 2的介质薄膜，均匀地附在折射率为n 3的衬底上。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。 设薄膜表面的复振幅反射率分别为p s r r 和： s j s s e r r ?= ，p j p p e r r ?=。 其中复反射率的模表示反射光振幅大小的改变，s p ??和表示反射光相位的改变，又设： 而两分量的相位变化差之差s p s ??δ-=则：s j s s p e t r r δ=/ s p s r r t = 2 自然光
SGC-2型 自动椭圆偏振测厚仪 使用说明书 (津天津市港东科技发展有限公司
一、规格与主要技术指标 1、测量范围：1nm～4000nm； 2、测量最小值：≤1nm； 3、镀膜折射率范围：1.3 ~ 2.49 4、入射角：40°～ 90° 误差≤0.05°； 5、偏振器方位角范围：0°～180°； 6、偏振器步进角：0.0375°/步； 7、仪器测量精度：在10nm处误差为±0.5nm； 8、光学中心高度：75㎜； 9、允许样品尺寸直径：Φ10~Φ120㎜，厚度≤10㎜； 10、外形尺寸：730 x230X 290； 11、主机重量：30kg； 二、仪器的原理和结构 2.1仪器的原理 使一束自然光经起偏器变成线偏振光。再经1/4波长片，使它变成椭圆偏振光入射在待测的膜面上。反射时，光的偏振状态将发生变化。通过检测这种变化，便可以推算出待测膜面的某些光学参数。 2.2 仪器的结构 本仪器分为光源、接收器、主机、电子及通讯四部分，外观参看下图。 1、光源：采用波长为632.8nm的氦氖激光光源①其特点是：光强大、光谱纯、 波长稳定性好。 2、接收器：采用光电倍增管⑤，把光讯号变为电讯号，经放大后输出至微机， 由微机选择出消光位置的角度值。 3、 主机部分：除以上两项外，还有起偏组件②，样品台③，检偏组件④。 4、电子及通讯部分⑥：采集光强及对应的角度值并传输到计算机，再接收由计算机发出的指令逐步靠近消光点。
三、仪器的安装（在安装和校正之前首先要看明白注意事项） 1、首先将仪器安放在仪器室的工作台上，用软毛刷或绸布清理仪器表面的尘 土。 2、将主机上的各条导线插到下方的电源箱上，可根据针数的不同判断插孔位 置，再将红、黑两个插头插入相应颜色的插孔内（此两个插座带有高压， 插入时必须先断电再操作，并且不要触摸金属部分），再将仪器用电源线 接入220V，50Hz交流电，最后用USB线连接好主机与计算机。 3、所有连线连接好之后，打开主机电源开关，将仪器的配套光盘放入光驱， 计算机上会检测到USB设备，然后点击“下一步”使用默认设置，直到 USB设备安装完成；之后，在“我的电脑”中双击“光盘”图标打开光 盘，双击光盘根目录下的“Setup” 安装仪器的配套软件，具体操作见第5页的“软件的使用方法”。 四、仪器的校正 仪器出厂前均已调好，满足设计要求，但由于长期使用或运输中的振动可能造成仪器上的各部分位置关系稍有变动。为保证仪器精度需重新调整，步骤如下： 注意：在以下所提到的光路调整中不要用眼睛直接观察激光束，需要观察光强