1 椭偏光法测量薄膜的厚度和折射率 引言： 椭圆偏振测量（椭偏术）是研究两媒质界面或薄膜中发生的现象及其特性的一种光学方法，其原理是利用偏振光束在界面或薄膜上的反射或透射时出现的偏振变换。 椭圆偏振测量的应用范围很广，如半导体、光学掩膜、圆晶、金属、介电薄膜、玻璃(或镀膜)、激光反射镜、大面积光学膜、有机薄膜等，也可用于介电、非晶半导体、聚合物薄膜、用于薄膜生长过程的实时监测等测量。结合计算机后，具有可手动改变入射角度、实时测量、快速数据获取等优点。 实验目的： 1.了解椭偏光法测量原理和实验方法。 2.熟悉椭偏仪器的结构和调试方法。 3.测量介质薄膜样品的厚度和折射率。 实验原理： 在一光学材料上镀各向同性的单层介质膜后，光线的反射和折射在一般情况下会同时存在的。通常，设介质层为 n1、n2、n3，φ 1 为入射角，那么在1、2 介质交界面和2、3 介质交界面会产生反射光和折射光的多光束干涉，如图(1-1) 图(1-1) 这里我们用2δ 表示相邻两分波的相位差，其中 δ =2π dn2cosφ 2/λ ，用r1p、 r1s 表示光线的p 分量、s 分量在界面1、2 间的反射系数， 用r2p 、r2s 表示光线的p 分、s 分量在界面2、3 间的反射系数。 由多光束干涉的复振幅计算可知： 2 其中Eip 和Eis 分别代表入射光波电矢量的p 分量和s 分量，Erp 和Ers 分别代表反射光波电矢量的p 分量和s 分量。现将上述Eip、Eis 、Erp、Ers 四个量写成一个量G，即： 我们定义 G 为反射系数比，它应为一个复数，可用 tgψ 和Δ 表示它的模和幅角。上述公式的过程量转换可由菲涅耳公式和折射公式给出： G 是变量n1、n2、n3、d、λ 、φ 1 的函数(φ 2 、φ 3 可用φ 1 表示) ，即ψ =tg-1f，Δ =arg| f |， 称ψ 和Δ 为椭偏参数，上述复数方程表示两个等式方程： [tgψ e iΔ ]的实数部分 = 的实数部分 [tgψ e iΔ ]的虚数部分 = 的虚数部分 若能从实验测出ψ 和Δ 的话，原则上可以解出 n2 和d (n1、n3、λ 、φ 1 已知)，根据公式(4)~ (9)，推导出ψ 和Δ 与 r1p、r1s、r2p、r2s、和δ 的关系： 3 由上式经计算机运算，可制作数表或计算程序。 这就是椭偏仪测量薄膜的基本原理。若 d是已知，n2 为复数的话，也可求出 n2 的实部和虚部。那么，在实验中是如何测定ψ 和Δ 的呢？现用复数形式表示入射光和反射光： 由式(3)和(12)，得： 其中：...
