椭圆偏振测厚

用椭圆偏振仪测量透明薄膜厚度和折射率
一、实验目的
1．了解偏振法测量薄膜参数的基本原理。

2．了解激光椭圆偏振仪的结构，学会正确的调节和使用。

3．用椭圆偏振仪测量透明薄膜的厚度和折射率。

二、实验原理
起偏器产生的线偏振光经四分之一波片后成为特殊的椭圆偏振光，把它投射到待测样品的表面上，只要起偏器取适当的方向，被测薄膜样品上反射出来的将是线偏振光，然后通过检偏器消光检测。

由于样品对于入射光中平行于入射面的电场分量和垂直于入射面的电场分量有不同的反射、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。

因此根据偏振光在反射前后偏振状态的变化，可以确定样品的薄膜厚度和折射率等光学参量。

实验中为简化计算，将四分之一波片的主方向定为45度，即出射的椭圆偏振光变为圆偏振光。

三、实验仪器
分光计、四分之一波片、激光器、偏振片。

四、实验步骤
1、水平度盘的调整：
（1）调整望远镜与平行光管同轴。

（2）将水平度盘对准零位。

2、调整栽物台与游标盘的旋转轴，使之垂直望远镜的光轴。

3、检偏器读数头位置的调整与固定
（1）打开氦氖激光器开关，使激光束通过小孔光栏和检偏器中心（此时起偏器不要装上），将检偏器读数头90°读数朝上，位置居中。

（2）将黑色反光镜置于装物台中央，将望远镜转过66°（与平行光管成114°夹角），使激光束按布儒斯特角（约57°）入射到黑色反光镜表面，使反射光在白屏上成为一个圆点。

（3）调整检偏器读数头与望远镜筒的相对位置（此时检偏器读数保持不变，即90°位置），使白屏上光点最暗，这时检偏器的透光轴一定平行于入射面，将此时检偏器读数头位置固定下来（拧紧三颗平头螺丝）。

4、起偏器读数头的调整：
（1）取下黑色反光镜，将起偏器读数头套在平行光管镜筒上（此时1/4波片不要装上），使其读数0°朝上，位置居中。

（2）将望远镜转回原来位置，使检偏器和起偏器共轴，使激光束通过中心。

（3）调整起偏器读数头与本行光管的相对位置（此时起偏器读数应保持不变，即0°位置），找出最暗位置。

定此值为起偏器读数头零点位置，并将其位置固定（拧紧三颗平行头螺丝）。

1波片零位的调整：
5、
4
（1）起偏器读数保持0°，检偏器读数保持90°，此时白屏上光点最暗。

1波片读数头（即内刻度圈对准零位）。

（2）将
4
1波片框的红点（即快轴方向记号）向上，套在内刻度圈上，并（3）将
4
1波片的微微转动（注意不要带动刻度圈），使白屏上的光点最暗，定此位置为
4
1波片框上的柱头螺丝）。

零位，并将其位置固定（拧紧
4
经过上面的调整，将起偏器筒（亦即平行光管）和检偏器筒（亦即望远镜筒）放置成140°夹角，即将入射角定为70°，则就可进行样品的测量了。

五、注意事项
1.测量前先需要用布儒斯特角保证反射光为线偏振光，并安装好起偏器和检偏器并使之达到消光状态，从而定出起偏器的初始状态记为0度和检偏器的初始状态记为90度，放上四分之一波片，并使之处于仍然消光的位置。

2.在测量样品时，入射光从样品中反射会出现三个光点（其中两个较为明显），选择其中合适的光点进行测量，否则难以达到良好的消光效果。

3.为保证良好的测量效果，可以通过调焦使入射光束较细，便于较为精确测量度数。

参考数据：n=2.0 d=740埃
用实验室中的软件对第一组进行绘图估算测得的数据较不理想，大多数线条都经过初始作出的点，放大后观察，约在d=30nm处线就过了点的中心，误差很大。

对实验仪器经从头调试，然后再进行测量，得到的第二组数据在绘图计算中结果
与第一组数据相似，仍在d=30nm处就穿过中心，仍有较大误差。

七、分析实验结果和不确定度的来源及谈谈心得和改进方法
实验结果误差较大其原因主要来自于实验仪器本身和本人的操作上，由于仪器是通过分光计改装而成，原分光计可能存在一些问题，导致难以望远镜转动时会容易带动读数盘内圈也跟着转动，通过用手扶住内盘来进行转动，尽管小心，仍会在角度把握上产生较大的误差，首先在布儒斯特角的把握上就会产生偏差，虽然在该角度附近反复观察，仍然不能做到完全消光，消光程度最好时还留有微弱的光，在具体测量样品时也出现了这样的情况，这可能是引起较大误差的重要原因。

其次，用肉眼观察光的强度来判别消光与否，本身也会带来一定的误差。

再次，由绘图的方法得到实验结果相比于精确计算也显得要粗略些。

改进建议：第一步调整初始位置也是误差的重要来源之一，是否可以通过更精确的办法将其确定后固定下来，以避免每次调试在那里产生的随机误差。