1、实 验 报 告04级6系 王朝勇 PB04210066 实验题目： 椭圆偏振光法测定介质薄膜的厚度和折射率实验目的：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：设介质层折射率分别为n1、n2、n3,1为入射角,在界面1和界面2处会产生反射光和折射光的多光束干涉。 用2表示相邻两分波的相位差,其中=,用r1p、r1s表示光线的p分量、s分量在界面1的反射系数,用r2p、r2s表示光线的p分量、s分量在界面2的反射系数。由多光束干涉的复振幅计算可知： (1) （2） 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
2、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： = (3)定义G为反射系数比，可用和表示它的模和幅角。根据菲涅耳公式和折射公式知:G是变量n1、n2、n3、d、的函数(、可用表示)，即,，称和为椭偏参数,上述方程表示两个等式方程：的实数部分=的实数部分的虚数部分=的虚数部分若能从实验测出和,原则上可以解出n2和d(n1、n3、已知),根据公式(4)(9),推导出和与r1p、r1s、r2p、r2s、和的关系：1/2 (10) (11)这就是椭偏仪测量薄膜的基本原理。若d已知,n2为复数,也可求出n2的实部和虚部。用复数形式表示入射光和反射光： ， ， ， (12
3、)由式(3)和(12)，得： G= (13)其中 , = (14) 这时需测四个量，即分别测入射光中的两分量振幅比和相位差及反射光中的两分量振幅比和相位差，如设法使入射光为等幅椭偏光，则；对于相位角，有： (15)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，可见只与反射光的p波和s波的相位差有关，可从起偏器的方位角算出.对于特定的膜, 是定值,只要改变入射光两分量的相位差,肯定会找到特定值使反射光成线偏光，=0（或）。实验数据：列出下表：A1：89.7oP1：20.1oA2：106.9 oP2：114.9oA3：98.8oP3：173.0oA4：82.5oP4：86.
4、6o将表格中数据输入“椭偏仪数据处理程序”，利用逐次逼近法，求出与之对应的厚度d和折射率n分别为d=114nm；n=2.1。思考题：1波片的作用是什么？答：使入射的线偏振光变成等幅椭圆偏振光，即圆偏振光。2椭偏光法测量薄膜厚度的基本原理是什么？答：让一束椭圆偏振光以一定的入射角入射到薄膜系统的表面，经反射后，反射光束的偏振状态（振幅和相位）会发生变化，而这种变化与薄膜的厚度和折射率有关，因此只要能测量出偏振状态的变化量就能定出膜后和折射率。3用反射型椭偏仪测量薄膜厚度时，对样品的制备有什么要求？答：样品应为均匀透明各向同性的薄膜系统。4为了使实验更加便于操作及测量的准确性，你认为该实验中哪些地方需要改进？答：本实验是利用传统的消光法来测量，但在实验中只用眼睛去判断消光位置，这会引起较大误差，我认为可以用精度较高的光电接收器来进行判断。
