椭偏法测介质膜厚度和折射率实验报告

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1、近代物理实验报告指导教师：得分：实验时间：2009年11月02日,第十周,周一，第5・8节实验者：班级材料0705学号200767025姓名童凌炜同组者：班级材料0705学号200767007姓名车宏龙实验地点实验条件：室内温度，相对湿度,室内气圧实验题目:椭偏法测介质膜的厚度与折射率实验仪器：（注明规格和型号）WJZ-II型椭偏仪实验目的：1•掌握椭偏法测量薄膜和折射率的基本原理2.学会使用椭偏仪测量固体表面上介质薄膜的折射率和厚度实验原理简述：反射型椭偏仪的原理是：用一束椭圆偏振光作为探针照射到被测样品上，由于样品对入射光中平行于入射

2、而的电场分量（简称P分量）和垂直与入射而的电场分量（简称S分量）有不同的反射系数、透射系数,因此从样品上出射的光，其偏振状态相对于入射光來说要发生变化1.光波在介质分界面反射和透射的电磁波理论光入射到两种均匀、各向同性的介质分界面上时，耍发工反射和折射，如图（5-34）。反射角与入射角相等，折射角与入射角以及折射率的关系是：77]sin%=n2sin02或n2cos輕=Jnl_nsin（p、另外，根据麦克斯韦方程组和界面条件，可以得到菲涅耳公式：tan@-02)tan(^+02)sin@—%)sin(®+02)2sin©cos(p、si

3、n@+°2)cos(®一輕)2sin(p2cos(p、sin(®+®)1.反射系数比G定义反射系数比G=工=U』exp[Z（叭-①）]匚I厂」而通常G往往被写成如下形式：G=tan^•exp（込）其屮tani//=—\=8-5s◎]—「丄根据前式,可以得到n2=n{•sin®•[1+（―^）2-tan2^]21+G从式中可以看岀，如果nl是已知的，那么在一个固定的入射角（H下测定反射系数比G,则可以去顶介质2的折射率n2.2.光波在介质薄膜上反射和透射的电磁波理论一一椭圆偏振光测量单层薄膜光V系统如图（5-3-2）所示为"三介质二界面

4、〃模型，我们假定：3.1薄膜两侧的介质是半无解人的，折射率分别为®和®3.2薄膜折射率为®,它与两侧介质Z间的界面1和界面2平行，并R都是理想的光滑斜面3.3三种介质都是均匀的各向同性的图5-3-2光在介质膜上的反射根据以上条件假设和图中的儿何关系，可以得到:仏+也工其中1+"$宀r]2p=(“2cos(p、一n}cos(p2)/(n2cos(px+®cos(p2)厂23“=(®COS©-niCOS%)/(®COS0+n2C0S0)rI2y=(®cos(p、一n2cos(p2)/(nicos(p、+n2cos(p2)r23s=(n2cos

5、(p2一n3cos(p.)l{n2cos®®cos(pj28=4创scos0/2sin(p、=n2sin(p2=n3sin(p31.光在金属表面反射的电磁理论一一金属复折射率的测量金属対光具有吸收性，因此金属的折射率为复数，可以分解为实部和虚部，即n2=N-iNKN_舁1•sin(p、・tan(p}•cos2#经过近似计算，可以得出(——l+sin2{/cosA—K=tan2y/•sinA6.等幅椭偏光的获得如图(5-3-3)所示的基本光路，对于入射和反射光分別设立两个直角坐标系x・y和x・y其中x和x轴均在入射面(纸面)内并仇分别垂直于

6、入射光和反射光的传播方向，y轴和y轴均垂直于入射而：图5-3-3反射椭偏仪的垠本光路图5.用椭偏法测量反射系数比反射系数比G的测量归结为两个椭偏角修、△的测最。反射式椭偏仪仃如下关系式:G二tan0•产-_Erp/Ersexp[i(firp-/3rs)]"l^/EJexpU(^-AJ]为了测量和，需要测量四个量，分别测量入射光中两分量的振幅比和相位差以及反射光中两分量的振幅比和相位差。起偏器的透光方向t与x轴的夹角为P.图(5-3-4)调节P的数值便可以使入射等幅椭偏光两分量的相位差(0〃,-几$)连续可调，从而可以得到相位差连续可调

7、的等幅椭圆偏振光。7.反射的线偏正光的检测'.Erp,tan屮=1—-1对于等相位差连续可调的等幅椭偏入射光來说，有｛E“△+2P—彳也—0结合图(5-3-5)(a)和(b)分别讨论反射线偏振光的两种不同状态:图5-3-5反射的线偏振光的检验(a)Ap—=(b)爲—幷=07T九九-伏严兀；0

8、半导体激光器装在平行光管外端，在平行光管另一端旋上校光片A2.3点亮激光器，观察2.4取下校光片A,将校光片B置于望远镜目镜处，同理，光斑也应同时在校光片A、B的圆框内2.5锁定分光计的角度刻