椭偏仪测 量薄膜厚度和折射率实验报告.doc

椭偏仪测量薄膜厚度与折射率实验报告 组别:69组 院系:0６１1 　姓名:林盛 　 学号:Ｐ实验题目:椭偏仪测量薄膜厚度与折射率 实验目得:了解椭偏仪测量薄膜参数得原理,初步掌握反射型椭偏仪得使用方法。 实验原理: 椭圆偏振光经薄膜系统反射后,偏振状态得变化量与薄膜得厚度与折射率有关,因此只要测量出偏振状态得变化量,就能利用计算机程序多次逼近定出膜厚与折射率。参数描述椭圆偏振光得Ｐ波与S波间得相位差经薄膜系统关系后发生得变化,描述椭圆偏振光相对振幅得衰减。有超越方程: ? 为简化方程,将线偏光通过方位角得波片后,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:? 　 　 　 这时需测四个量,即分别测入射光中得两分量振幅比与相位差及反射光中得两分量振幅比与相位差,如设法使入射光为等幅椭偏光,,则;对于相位角,有: 　　 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,可见只与反射光得p波与ｓ波得相位差有关,可从起偏器得方位角算出、对于特定得膜, 就是定值,只要改变入射光两分量得相位差,肯定会找到特定值使反射光成线偏光, =0或()。 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。 实验内容: 按调分光计得方法调整好主机。 水平度盘得调整。 光路调整。 检偏器读数头位置得调整与固定。 起偏器读数头位置得调整与固定。 波片零位得调整。 将样品放在载物台中央,旋转载物台使达到预定得入射角70即望远镜转过４０,并使反射光在白屏上形成一亮点。 为了尽量减小系统误差,采用四点测量。 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,求出与之对应得d与n ;由于仪器本身得精度得限制,可将d得误差控制在1埃左右,ｎ得误差控制在0、01左右。 实验数据: 实验测得数据如下: 波片放置角度 — ｎ 1 2 ３ 4 A() 9６.５ ８6、0 ８７。９ 98、8 P() １70、7 8４。7 １90。８ 1０1。５ (注:试验中,对于角度大于180度,计算时减去１８０度、) 将表格中数据输入“椭偏仪数据处理程序,利用逐次逼近法,求出与之对应得厚度d与折射率n分别为: 误差分析: 实验测得得折射率比理论值偏大,厚度比理论值偏小,其可能原因有: 待测介质薄膜表面有手印等杂质,影响了其折射率、 在开始得光路调整时,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得正入射,导致测量得折射率与理论值存在偏差。 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。 由于实验中需多次转动及调节、安装仪器,会破坏仪器得共轴特性。虽经多次调节,但还就是会产生误差、 思考题: 波片得作用就是什么? 波片使得入射得线偏振光出射后为等幅得椭圆偏振光,从而出射光得P分量与S分量比值为一,进而使超越方程变得简单。 椭偏光法测量薄膜厚度得基本原理就是什么? 让一束椭圆偏振光以一定得入射角入射到薄膜系统得表面,经反射后,反射光束得偏振状态(振幅与相位)会发生变化,而这种变化与薄膜得厚度与折射率有关,因此只要能测量出偏振状态得变化量就能定出膜后与折射率。具体关系反应在下面两个方程中: ］１/2 所以若能利用消光法从实验测出椭偏系数与,原则上就可以解出薄膜得厚度与折射率。 用反射型椭偏仪测量薄膜厚度时,对样品得制备有什么要求？ 样品应为均匀透明各向同性得薄膜系统,反射率较高一点,以便于增强反射光得强度,而且薄厚均匀透明,从而利于实验得进行与精度要求、如本实验就就是采用硅衬底得均匀透明各向同性得薄膜系统。 为了使实验更加便于操作及测量得准确性,您认为该实验中哪些地方需要改进? 在判断消光时,由于每个人得判断标准不同,所以容易产生误差、而且长时间得观察时眼睛观察能力下降,不易判断消光现象、这些会引起较大误差,我认为可以用精度较高得光电接收器来进行判断、 实验总结: 本实验就是光学实验。对于光学试验,最为重要得就是光路得调节,光路得调节准确与否,直接影响了试验得精度。因此,要准确调节光路、在安装起偏器与检偏器以后,都要瞧一瞧就是否依旧保持光线同轴。同时,由于光学仪器本身得精密性,严禁用手触摸、还要轻拿轻放。 本实验巧妙得设计,使光通过1/4波片之后,光变成等幅椭圆偏振光,使得,,使得变为,计算可以大大得简化。通过调整仪器,使反射光成为线偏光,即或(),则或,可使问题简化。