椭圆偏振光法测定介质薄膜的厚度和折射率

——6系04级 李季 PB04210049

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： 了解椭偏仪测量薄膜参数的原理，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，描述椭圆偏振光相对振幅的衰减。有超越方程：

为简化方程，将线偏光通过方位角的波片后，就以等幅椭圆偏振光出射，；改变起偏器方位角就能使反射光以线偏振光出射，，公式化简为：    

实验仪器：

    分光计、He-Ne激光器及电源 、起偏器 、检偏器 、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.波片零位的调整.

 7. 将样品放在载物台,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，可将d的误差控制在1埃左右，n的误差控制在0.01左右.

实验数据：

列表：

求出与之对应的厚度d和折射率n分别为

d=117nm；n=2.33

误差分析：

实验测得的折射率理论值偏大，其可能原因有：

1.待测介质薄膜表面有手印等杂质，影响了其折射率。

2.在开始的光路调整时，没有使二者严格共轴，造成激光与偏振片、1/4波片之间不是严格的正入射，导致测量的折射率与理论值存在偏差。

3.消光点并非完全消光，所以消光位置只能由人眼估测，所以可能引入误差。

思考题：

1．波片的作用是什么？

答：波片使得入射的线偏振光出射后为等幅的椭圆偏振光，从而出射光的P分量和S分量比值为一，进而使超越方程变得简单。

2．椭偏光法测量薄膜厚度的基本原理是什么？

答：基本原理是：让一束椭圆偏振光以一定的入射角射到薄膜系统的表面，经反射后，反射光的偏振状态（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，只要能测量出偏振状态的变化量就能定出膜厚和折射率。

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，而且

当光束入射到平行平面薄膜上时，会产生多条反射光和透射光，形成的是多光束的干涉。当要利用反射光线时，应要求样品是低反射率的，从而使上下表面首次反射的光线强度基本相等。

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。