椭偏实验报告.doc

《先进材料表征技术》课程学生实验报告实验名称:椭圆偏振光谱表征及光学薄膜分析姓名:孙四五实验时间:2012年11月19日哈尔滨工业大学深圳研究生院一、实验目的(1)了解椭圆偏振法的基本原理;(2)学会用椭圆偏振法测量薄膜的厚度和折射率。二、。对各种矢量波来说,偏振是指用一个常矢量来描述空间某一个固定点所观测到的矢量波(电场、应变、自旋)随时间变化的特性。光波是一种电磁波,电磁场中的电矢量就是光波的振动矢量,其振动方向与传播方向相垂直。电矢量在与光传播方向垂直的平面内按一定的规律呈现非对称的择优振动取向,这种偏于某一方向电场振动较强的现象,被称为光偏振。正对着光的传播方向观察,电矢量的方向不随时间变化,其大小随着相位有规律地变化的光为线偏振光或者称为平面偏振光,在与光的传播方向相垂直的平面上,其轨迹为一条直线;若电矢量的大小始终不变,方向随时间规则变化,其端点轨迹为圆形,则为圆偏振光;若电矢量的大小和方向都随时间规则变化,其端点轨迹呈椭圆形,则为椭圆偏振光。如果光呈现出各方向振福相等的特征,并不在某一方向的择优振动,将这种光称为自然光;将自然光与线偏振光混合时,呈现沿某一方向电场振幅较大,而与其正交的方向电场振幅较弱但不为零的特性,这种光为部分偏振光。。用于检验和分析光的偏振状态的元件叫检偏器。虽然两者的名称不同,但起偏器和检偏器大都具有相同的物理结构和光学特性,在使用中可互换,仅根据其在光学系统中所扮演的角色而被赋予了不同的名称。(线偏振光)的电场可以在两个平面上分解为矢量元,。P平面包含入射光和出射光,S平面则是与这个平面垂直。类似的,反射光或透射光也可以分解为P平面和S平面两个矢量。反射光或透射光是典型的椭圆偏振光,因此此仪器被称为椭偏仪。,偏振态的变化可以用复数ρ来表示。其中ψ和Δ分别表示振幅和相位。p平面和s平面上的Fresnel反射系数分别用复函数rp和rs来表示。rp和rs的数学表达式可以用Maxwell方程在不同材料边界上的电磁辐射推导得到。其中φ0是入射角,φ1是折射角。入射角为入射光束和待研究的表面的夹角。通常椭偏仪的斜角范围是55度到80度。这样在探测材料属性时可以提供最好的灵敏度。每层介质的折射率可以用下面的复函数表示N=n+jk通常n称为折射率,k称为消光系数。这两个系数用来描述入射光如何与材料相互作用。它们被称为光学常数。尽管实际上,这个值是随波长、温度等参数变化而变化的。当待测样品周围介质是空气或真空的时候,。通常椭偏仪测量作为波长和入射角函数的ρ的值(经常以ψ和Δ或相关的量表示)。一次测量完成以后,所得数据用来分析以得到光学常数,膜层厚度,以及其他感兴趣的参数值。三、.,Inc公司生产的M-2000UI型变角度多光谱椭偏仪。光源所放射出之电磁波经过偏光镜后,极化为线性偏振光,可选择是否通过补偿镜片,之后打在薄膜样品上。电磁波被反射后同样可选择是否再通过补偿镜片,然后穿过第二片通常称为分析镜的偏光镜,进入侦检器。。