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(zhì)薄膜的厚度和折射率實驗?zāi)康模?.了解橢偏儀測量薄膜參數(shù)的原理。2.初步掌握反射型橢偏儀的使用方法。實驗原理：設(shè)介質(zhì)層折射率分別為n1、n2、n3,φ1為入射角,在界面1和界面2處會產(chǎn)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分量在界面1的反射系數(shù),用r2p、r2s表示光線的p分量、s分量在界面2的反射系數(shù)。由多光束干涉的復(fù)振幅計算可知：(1)（2）其中Eip和Eis分別代表入射光波電矢量的p分量和s分量，Erp和Ers分別代表反射光波電矢量的p分量和s分量?，F(xiàn)將上述Eip、Eis、Erp、Ers四個量寫成一個量G，即：=·(3)定義G為反射系數(shù)比，可用和表示它的模和幅角。根據(jù)菲涅耳公式和折射公式知:G是變量n1、n2、n3、d、、的函數(shù)(、可用表示)，即,，稱和為橢偏參數(shù),上述方程表示兩個等式方程：[]的實數(shù)部分=[]的實數(shù)部分[]的虛數(shù)部分=[]的虛數(shù)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(jù)公式(4)~(9),推導(dǎo)出和與r1p、r1s、r2p、r2s、和δ的關(guān)系：]1/2(10)(11)這就是橢偏儀測量薄膜的基本原理。若d已知,n2為復(fù)數(shù),也可求出n2的實部和虛部。用復(fù)數(shù)形式表示入射光和反射光：，，，…(12)由式(3)和(12)，得：G==(13)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(shè)法使入射光為等幅橢偏光，，則；對于相位角，有：(15)因為入射光連續(xù)可調(diào)，調(diào)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(guān)，可從起偏器的方位角算出.對于特定的膜,是定值,只要改變?nèi)肷涔鈨煞至康南辔徊?肯定會找到特定值使反射光成線偏光，=0（或）。實驗數(shù)據(jù)：列出下表：A1：89.7oP1：20.1oA2：106.9oP2：114.9oA3：98.8oP3：173.0oA4：82.5oP4：86.6o將表格中數(shù)據(jù)輸入“橢偏儀數(shù)據(jù)處理程序”，利用逐次逼近法，求出與之對應(yīng)的厚度d和折射率n分別為d=114nm；n=2.1。思考題：1．波片的作用是什么？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么？答：讓一束橢圓偏振光以一定的入射角入射到薄膜系統(tǒng)的表面，經(jīng)反射后，反射光束的偏振狀態(tài)（振幅和相位）會發(fā)生變化，而這種變化與薄膜的厚度和折射率有關(guān)，因此只要能測量出偏振狀態(tài)的變化量就能定出膜后和折射率。。3．用反射型橢偏儀測量薄膜厚度時，對樣品的制備有什么要求？答：樣品應(yīng)為均勻透明各向同性的薄膜系統(tǒng)。4．為了使實驗更加便于操作及測量的準確性，你認為該實驗中哪些地方