椭偏仪测折射率和薄膜厚度.docx

1、椭偏仪测折射率和薄膜厚度物理实验报告实验名称： 椭偏仪测折射率和薄膜厚度学院： xx 学院 专业班级： xxx学号： xxx 学生姓名： xxx实验成绩预习题（ 一空一分，共 10 分）1.（单选题 ） 起偏器和检偏器的刻度范围为多少？（ B）A.0 180B.0 3602.（单选题 ） 黑色反光镜在仪器调整中起什么作用？（ B）A. 确定起偏器的方位B. 确定检偏器的方位C.确定波片的方位3.（单选题 ） 在椭偏仪实验中坐标系是选在待测薄膜的 （B）上。A 入射面B 表面4.（单选题 ） 椭偏仪的数据处理方法有三种，即查图法、查表法、 迭代法解非线性超越方程，本实验中使用 （B）A 查图法B

2、 查表法5.（填空题） ）调整椭偏仪光路的步骤是，首先使激光光线与分 光计仪器主轴垂直，并通过载物台中心，然后确定（ C）的 0 刻度位置，这要利用（ A）的布鲁斯特角特性，然后再确定（ B） 0 刻度位置，最后调整 1/4 波片，使其快轴与 （C）成 45 选择答案： A 黑色反光镜 B 检偏器 C 起偏器6.（填空题 ） 将起偏器套在平行光管上，使 0位置朝上，从 载物台上取下黑色反射镜， 将检偏器管转到共轴位置， 整体调节 起偏器使检流计（ A），固定起偏器螺钉。此时起偏器与检偏器 通光方向（ C）。选择答案： A 光强最小 B 光强最大 C 平行 D 垂直1/4 玻片起偏器角度检偏器角

3、度+45（ 90）103.491.7+45（ 90）21.251.6-45 （ 90）106.598.6-45 （ 90）21.251.6薄膜厚度： 110.0000折射率： 1.4800一、实验名称椭偏仪测折射率和薄膜厚度二、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。三、实验仪器椭偏仪平台及配件、 He-Ne激光器及电源、起偏器、检偏器、 四分之一波片、待测样品、黑色反光镜等。四、实验原理1.椭圆偏振光：椭圆偏振光可以看成是由两个互相垂直振动 (x 和 y分量)具有固定位相差的偏振光迭加而成的。用矢量公式表示为：即：其中 A1、 A2为 x 和 y 分量的

4、振幅， 1和2为 x 和 y 分量的初位相，为光的频率。利用(2) 的两个公式消去时间 t 就可以得到光矢量运动的轨迹方程式，如图 1 示。当 =0或时， 合成为线偏振光， 当 = /2 时，合成 为正椭圆偏振光，（A1=A2时为圆偏振光），当在（ - ，+） 之间时合成为任意方位的椭圆偏振光， 方位角 （见图示） 满足 以下公式：可见当 A1=A2，但不等于 /2 时方位角总等于 /4 ， 此时椭圆偏振光的长短轴比与并仅与有关。 此时椭圆偏振光叫 做等幅椭圆偏振光。2.菲涅尔公式：在光传播的过程中如果遇到两种介质界面时就会 发生反射和折射，反射光和折射光的振幅和位相就会发生变化， 这些变化可

5、以用菲涅尔公式进行计算。3.斯托克斯倒逆关系：利用斯托克斯倒逆关系可以得到反射率和 折射率的简洁关系，所以在这里列出其公式：4.光在双层界面薄膜系统上的反射规律： 当一束任意偏振态的单色光 射入薄膜系统， 在两个界面上发生多重反射和折射。 利用菲涅尔公式 以及斯托克斯倒逆关系可以求得 0 、1、2、3、4、 . 各光束的复振 幅如下表所列 （ 设入射光的复振幅为 Ei） ：5.椭偏仪结构图及测量原理6.数据处理方法：绘图法：1）根据理论公式计算 （n2，d c，c） 制成等折射率和等厚 度表文件。2） 根据输入的制图条件， 绘出等厚度和等折射率曲线， 通过设置 作图的坐标实现局部放大和缩小。利

6、用将测量的 （ m，m）值与图中 （c，c）（理论曲线与实验 值相交或很接近）逐步逼近的方法得到 （ c， c）所对应的 n2 ，d五、实验步骤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与固定。5、起偏器读数头位置的调整与固定。6、1/4 波片零位的调整7、将样品放在载物台中央，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与 n;由于仪器本 身的精度的限制 , 可

7、将 d的误差控制在 1埃左右 ,n 的误差控 制在 0.01 左右。六、实验内容1.熟悉并掌握椭偏仪的调整2.调整光路，并使入射到样品的光为等幅椭圆偏振光3.测量样品的折射率和厚度 ：(1) 选择测试样品最佳入射角 (2) 测量角度。4.计算样品的折射率和厚度的数据处理方法七、数据处理1/4 玻片起偏器角度检偏器角度+45（ 90）103.491.7+45（ 90）21.251.6-45 （ 90）106.598.6-45 （ 90）21.251.6薄膜厚度： 110.0000折射率： 1.4800八、误差分析实验测得的折射率比理论值偏大，厚度比理论值偏小，其可能原因有：1、待测介质薄膜表面有

8、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 波片之间不就是严格的正入射，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。4、由于实验中需多次转动及调节、安装仪器，会破坏仪器的共 轴特性。虽经多次调节，但还就是会产生误差。5、实验中肉眼观察导致误差，在系统拟合中出现误差。九、注意事项1、在实验之前 , 先检查各元器件是否齐全完好，并且区分望远 镜、平行光管、起偏器和检偏器 ;2、在分光计的调节过程中， 在望远系统的调节前注意在内侧 装上会聚透镜 ;3、在测量之前应保证起偏器的

9、内外盘读数头均处于零度 , 检偏 器的外盘读数头处于 90。在读数头的调节中应轻轻转动 整个读数头而保持盘上的读数不变， 注意 1/4 波片的放置及 调整;4、刚开始测量时检流计应打到最大档 , 在测量过程中根据实际 情况从大到小调节量程。 衰减旋钮顺时针旋转至不可再旋时 检流计上的示数为标准电流 ;5、分别使检偏器外盘读数大于和小于 90，在此基础上分别转 动起偏器的外盘到检流计示数最小。十、思考题1. 检偏器，起偏器透光方向的零刻度是如何定位的？答：检偏器的零刻度定位 : 将检偏器（检偏器的透光为 0方向） 套在望远镜筒上， 90读数朝上，将黑色反光镜置于载物台中 央，使激光束按照布儒斯特

10、角入射到黑色反光镜的表面。根据 布儒斯特定律，当入射角是布儒斯特角时，反射光将是垂直于 入射面的完全线偏光，反射至望远镜筒内到达观察窗口白屏上 成为- 一个亮点，转动整个检偏器，调整与望远镜的相对位置， 使观察窗口白屏上的光点达到最暗后固定检偏器，此位置即为 检偏器的零刻度 ; 起偏器的零刻度定位 : 将起偏器套在平行光管 镜筒上 , 0读数朝上。取下黑色反光镜，将望远镜系统转回原 来位置 , 使起偏器， 检偏器共轴， 并使激光束通过中心， 调整起 偏器与镜筒的相对位置 , 找出最暗位置即为起偏器的零刻度位 置。2. /4 波片的作用是什么？答：1/4 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 分量与 s 分量比值为一，进而使超越方程变得 简单。3.等幅椭圆偏振光是如何获得的，简述其原因。 答：激光先经过竖直向上的偏振片，产生偏振方向为竖直方向 的线偏振光，然后经 1/4 波片作用，射出时变为等幅椭圆偏振 光。