椭圆偏振仪实验

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1、椭圆偏振仪实验实验十椭圆偏振仪实验课程名称开放物理实验实验项目实验4.18椭圆偏振仪实验实验内容1、测量反光板的布儒斯特角2、用消光法通过椭圆偏振仪对透明薄膜厚度与折射率进行测量的基本原理和方法实验方式学生研究式独立实验为主，教师启发式一对一指导为辅教学重点测量原理和方法教学难点将仪器将调整到最佳状态，然后进行测量教学时数4学时授课对象二、三年级本科生学时分配2学时研究实验原理、测量方法、熟悉实验仪器2学时进行实验、处理数据、完成实验报告参考资料1.《大学物理实验》，北京工商大学物理教研室，机械工业出版社20062.《大学实验物理》（下册），华南理工大学实验物理教研室，华南理工大学

2、出版社，2001-47-椭圆偏振仪实验1实验基本要求1.初步掌握椭圆偏振仪的基本结构和使用方法。2.学习测量布儒斯特角的方法。3.学习用消光法通过椭圆偏振仪对透明薄膜厚度与折射率进行测量的基本原理和方法。2仪器简介1.WJZ-Ⅱ型多功能激光椭圆偏振仪。2、JJY型分光计。3.实验原理1、测量布儒斯特角，计算不透明物质的折射率自然光在两种介质的分解面上反射和折射时，反射光和折射光都将成为部分偏振光，在特定情况下，反射光有可能成为完全偏振光，其偏振方向垂直于入射面。在分光计的载物台上安放一个不透明的物体（要有抛光面）。令从平行光管出射的激光束直接投射在物体的抛光面上进行反射，让反射光射

3、入检偏器。适当转动检偏器，使透过检偏器的光强为最小。这表明反射光是线偏振光，保持检偏器的位置不动，改变入射角，观察检偏器的光强，直到完全消光，此时，入射角为布儒斯特角。根据布儒斯特定律：（1）其中，为此不透明物体对空气的相对折射率。2、用消光法测薄膜的厚度与折射率当波长为的椭圆偏振光以一定的入射角照射到薄膜表面时，光路如图10-1所示。其中、和分别为空气、薄膜及衬底的折射率，为薄膜的厚度。图10-1光线在薄膜上下两个界面反射与折射的情况光线在薄膜的界面发生多次反射和折射，并且各反射光、折射光分别产生多光束干涉。波动光学指出，反射光束的振幅、相位与薄膜的厚度及折射率等密切相关，而反射

4、光的振幅与相位的变化又决定了反射光偏振态的变化，因此可以推算出薄膜的厚度与折射率。入射到两介质界面的光矢量可以分解为入射面内振动的分量和垂直于入射面的分量。这两个分量在每一界面上反射时其反射率与相关的折射率和相位变化有关。分量与S分量振幅的总反射系数分别记做p和s。而总反射系数比（p/s-47-椭圆偏振仪实验）可以用来表征光束在反射前后偏振状态的变化。在用椭偏法测量薄膜厚度的过程中，为了简便，通常引入两个物理量和来描述反射光偏振状态的变化，它们与总反射系数比的关系定义为：（2）此式称为椭偏方程，在、、与确定的条件下，和的变化范围为和。在实验中测量出入射光、反射光偏振状态的变化，实际

5、就是要测得和。由于、(光程差)与、之间不易得到简单的函数关系，特别是当基底为导电物质时，计算更为复杂。因此，常常先用计算机制作出、与、对应的数据表，得到对应的、值，再根据公式算出值，甚至直接在表中查出的数值。WJZ-Ⅱ型多功能激光椭圆偏振仪配备了上述数据表和计算软件。可以在测量出起偏器读数盘及检偏器读数盘这两个数据后上机通过软件计算出和。4.仪器介绍1.WJZ-Ⅱ型多功能激光椭圆偏振仪1—半导体激光器2—平行光管3—起偏器读数头4—1/4波片5—氧化锆标准样板6—检偏器读数头7—望远镜筒8—半反目镜9—光电探头10—信号线11—分光计12—数字式检流计图10-2WJZ-Ⅱ型多功能激

6、光椭圆偏振仪的结构WJZ-Ⅱ型多功能激光椭圆偏振仪的结构如图10-2所示。它的主要部件安装在分光计上，从激光器发出的光线，经过平行光管、带有读数头的一系列偏振器等，最后从望远镜出射时的光强由数字检流计显示。各主要部件的作用如下：(1)偏振器读数头3和6：一个做起偏器，一个做检偏器，读数头的下方有手动轮可用来转动偏振器以改变它们的透光轴的方向。旋转的角度可通过读数头窗口精确读出。注意：窗口内有两排刻度，上排为偏振器的角位置，下排为1/4波片的角位置，两排读数均利用中间的游标使读数更加精确。-47-椭圆偏振仪实验(2)1/4波片：1/4波片由双折射晶体制成。它的光轴与表面平行。当有线偏

7、振光垂直照射在1/4波片表面时，由于双折射的作用，光线将分解成o光和e光。它们的传播方向相同但从1/4波片出射时有相位差。因为o光光矢量的振动为快轴的方向，而e光光矢量的振动为慢轴方向。（注：1/4波片的光轴平行于其表面。用正晶体制成的1/4波片的快轴方向为垂直于光轴的方向，慢轴的方向即光轴的方向。而用负晶体制成的1/4波片则相反）。这两种光线在离开1/4波片时，根据相互垂直的简谐振动合成理论，它们必将合成为椭圆偏振光（如果适当调节1/4波片的方向使其光轴的方向与入射