橢偏儀實驗報告

實驗報告

04級6系王朝勇 pb04210066

實驗題目：橢圓偏振光法測定介質薄膜的厚度和折射率

實驗目的：1.了解橢偏儀測量薄膜引數的原理。

2.初步掌握反射型橢偏儀的使用方法。

實驗原理：

設介質層折射率分別為n1、n2、n3,φ1為入射角,在介面1和介面2處會產生反射光和折射光的多光束干涉。

用2表示相鄰兩分波的相位差,其中=,用r1p、r1s表示光線的p分量、s分量在介面1的反射係數,用r2p、r2s表示光線的p分量、s分量在介面2的反射係數。由多光束干涉的復振幅計算可知12）

其中eip和eis分別代表入射光波電向量的p分量和s分量，erp和ers分別代表反射光波電向量的p分量和s分量。現將上述eip、eis、erp、ers四個量寫成乙個量g，即：

3)定義g為反射係數比，可用和表示它的模和幅角。根據菲涅耳公式和折射公式知:

g是變數n1、n2、n3、d、、的函式(、可用表示)，即,，稱和為橢偏引數,上述方程表示兩個等式方程：

的實數部分=的實數部分

的虛數部分=的虛數部分

若能從實驗測出和,原則上可以解出n2和d(n1、n3、、已知),根據公式(4)~(9),推導出和與r1p、r1s、r2p、r2s、和δ的關係：

]1/210)

(11)

這就是橢偏儀測量薄膜的基本原理。若d已知,n2為複數,也可求出n2的實部和虛部。用複數形式表示入射光和反射光：

12)由式(3)和(12)，得： g13)

其中14)

這時需測四個量，即分別測入射光中的兩分量振幅比和相位差及反射光中的兩分量振幅比和相位差，如設法使入射光為等幅橢偏光，，則；對於相位角，有15)

因為入射光連續可調，調整儀器，使反射光成為線偏光，即=0或（），則或，可見只與反射光的p波和s波的相位差有關，可從起偏器的方位角算出.對於特定的膜,是定值,只要改變入射光兩分量的相位差,肯定會找到特定值使反射光成線偏光， =0（或）。

實驗資料：

列出下表：

將**中資料輸入「橢偏儀資料處理程式」，利用逐次逼近法，求出與之對應的厚度d和折射率n分別為

d=114nm；n=2.1。

思考題：

1．波片的作用是什麼？

答：使入射的線偏振光變成等幅橢圓偏振光，即圓偏振光。

2．橢偏光法測量薄膜厚度的基本原理是什麼？

答：讓一束橢圓偏振光以一定的入射角入射到薄膜系統的表面，經反射後，反射光束的偏振狀態（振幅和相位）會發生變化，而這種變化與薄膜的厚度和折射率有關，因此只要能測量出偏振狀態的變化量就能定出膜後和折射率。。

3．用反射型橢偏儀測量薄膜厚度時，對樣品的製備有什麼要求？

答：樣品應為均勻透明各向同性的薄膜系統。

4．為了使實驗更加便於操作及測量的準確性，你認為該實驗中哪些地方需要改進？

答：本實驗是利用傳統的消光法來測量，但在實驗中只用眼睛去判斷消光位置，這會引起較大誤差，我認為可以用精度較高的光電接收器來進行判斷。