椭偏法测介质膜厚度和折射率实验报告.doc

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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：综合楼408实验条件：室内温度℃，相对湿度%，室内气压实验题目：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面的电场分量（简称P分量）和

2、垂直与入射面的电场分量（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来说要发生变化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，要发生反射和折射，如图（5-3-1）。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：或另外，根据麦克斯韦方程组和界面条件，可以得到菲涅耳公式：1.反射系数比G定义反射系数比而通常G往往被写成如下形式：其中根据前式，可以得到从式中可以看出，如果n1是已知的，那么在一个固定的入射角φ1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

3、——椭圆偏振光测量单层薄膜光学系统如图（5-3-2）所示为“三介质二界面”模型，我们假定：3.1薄膜两侧的介质是半无解大的，折射率分别为和3.2薄膜折射率为，它与两侧介质之间的界面1和界面2平行，并且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根据以上条件假设和图中的几何关系，可以得到：其中1.光在金属表面反射的电磁理论——金属复折射率的测量金属对光具有吸收性，因此金属的折射率为复数，可以分解为实部和虚部，即经过近似计算，可以得出2.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、的测量。反射式椭偏仪有如下关系式：为了测量和，需要测量四个量，分别测量入射光中两分量的

4、振幅比和相位差以及反射光中两分量的振幅比和相位差。3.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别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）内并且分别垂直于入射光和反射光的传播方向，y轴和y·轴均垂直于入射面：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（）连续可调，从而可以得到相位差连续可调的等幅椭圆偏振光。1.反射的线偏正光的检测对于等相位差连续可调的等幅椭偏入射光来说，有结合图（5-3-5）（a）和（b）分别讨论反射线偏振光的两种不同状态：7.1；；7.2；；实验步骤简述

5、：测量透明介质薄膜（氧化锆标准样板）厚度和折射率1.分光计的调整：用自准法直法调整好分光计2.光路调整2.1卸下物镜、狭缝、物镜和目镜2.2将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度盘，转动使角游标的“0”与刻度盘的“0”对准2.6换下两只校光片，测光电流值3.检偏器读数头位置的调节与固定3.1检偏器读数头套在望远镜筒上，90°读数朝上，位置基本居中3.2附件黑色反光镜置于载物台中央，将望远镜转过66°，使激光束以布儒斯特角入射到黑

6、色反光镜表面，锁定望远镜3.3转动检偏头，使半反目镜内光点达到最暗。固定检偏器读数头3.4适当转动激光器在平行管中的位置，是目镜中光点最暗，固定激光器4.起偏器读数头的调节与固定4.1将起偏器读数头套在平行光管镜筒上4.2取下黑色反光镜，将望远镜系统转会原来位置，使起偏、检偏器读数头共轴，并令激光束通过中心4.3调节起偏器读数头与目镜相对位置，找出最暗位置5.1/4波片零点位置的调整5.1起偏器读数保持为0°，检偏器90°，此时白屏上的光点应最暗5.2将1/4波片读数头对准零位5.3将1/4波片框的白点向上，套在内刻度圈上，并微微转动。使半反目镜内的反光点最暗。固定1/4波片6.被测

7、样品薄膜光学参数6.1被测样品，放在载物台中间，旋转望远镜达到预定的入射角70°6.2为了减少误差，尽量使用四点测量原始数据、数据处理及误差计算：试验中测量得到的原始数据为1/4玻片角度=+45°A1108.1°P1324.5°(144.5°)A270.3°P2224.5°(44.5°)1/4玻片角度=-45°A3114.1°P3326.7°(146.5°)A469.5°P4227.6°(47.6°)将上述结果进行转换：1/4玻片角度=+45°A1’18.