椭圆偏振光法测定介质薄膜的厚度和折射率-(2)

椭圆偏振光法测定介质薄膜的厚度和折射率5-姓名:陈正学号：PB05210465系别：6系实验目的：本实验的目的有以下两个：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.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：tanprpisrsiEEEEprsrpisi为简化方程，将线偏光通过方位角45的14波片后，就以等幅椭圆偏振光出射，pisiEE；改变起偏器方位角就能使反射光以线偏振光出射，0prsr或，公式化简为：tanprsrEEpisi实验仪器：分光计、He-Ne激光器及电源、起偏器、检偏器、14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.6.4/1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和n;由于仪器本身的精度的限制，可将d的误差控制在1埃左右，n的误差控制在0.01左右.数据处理：原始数据列表：14波片放置角度45—45n1234A（）101.576.4106.378.5P（）153.063.8119.928.0由分析知A,P应满足以下条件：42314321180180AAAAAAAA270270909042314321PPPPPPPP所以测量数据基本满足以上的条件。将表格中数据输入“椭偏仪数据处理程序”，利用逐次逼近法，求出与之对应的厚度d和折射率n分别为d=419.4nm；n=1.94样品标注的参数为：d=400.0nm；n=1.98所以测量值与理论值之间存在一定的误差误差分析：实验测得的折射率理论值偏小，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。4.调整水平度盘时采用的是目测也给实验带来一定的误差。5.仪器的精度也限制了实验的准确性。思考题：（网上下载资料上的思考题）1．4/1波片的作用是什么？答：4/1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1，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。（新教材上的思考题）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。2，4/1波片的作用是什么？答：同上13，等幅椭圆偏振光是如何获得的，简述其原因？答：置4/1波片快轴于内刻度圈的示数45（-45），此时无论起偏器转动在何位置，经4/1波片出射的光均为等幅椭圆偏振光。因为加入了4/1波片后，振幅满足下式：)4/(2/0224/sin4/cosPiisfxeeEEEE)4/(2/0224/cos4/sinPiisfyeeEEEE由上式知x轴、y轴上的振幅分量都为2/20E，所以得到的是等幅椭圆偏振光。实验总结：本次实验的目的基本达到，了解了椭偏仪测量薄膜参数的基本原理.也初步了解了反射型椭偏仪的使用方法，而且对实验中的可能带来误差的因素有了一定的把握。