布儒斯特角法测量金属薄膜折射率

实验光路图
样品制备
采用磁控溅射的方法制 备铜膜样品
样品的制备条件：功率 8W，电流0.2A，工作气 压1Pa
控制溅射时间制备不同 厚度的样品
样品编号
0 1 2
溅射时间 /min
5 4 3
3
2
测量得各实验样品的折射率
样品 溅射
编号 时间
（min）
0
5
折射率
n n1
tanB
2.14
1
4
2.47
谢谢！
18
以上有不当之处，请大家给与批评指正，谢 谢大家！
2
3
3.30
3
2
3.45
介质基底
反射光强的极小值降到0 完全消光
铜膜
反射光强的极小值没有降到 0
不完全消光
不完全消光现象
不完全消光现象分析
实验检测最小时反射光的偏振性质，确定为P 偏振光
影响反射率最小值的两个因素
金属薄膜折射率的虚部 薄膜的两个界面多次反射
因素一：金属薄膜折射率的虚部
tan B
n2 n1
若已知背景折射率n1，只要测得 B，就能算得
样品折射率n2
对金属薄膜n 为复数，用布儒斯特角法测
量的是 n实部
来自百度文库
实验方法
改变入射角度，用光强 度计器寻找反射光的位 置，并记录对应入射角 的反射光强数据
寻找反射光光强最小时 对应的入射角即是布儒 斯特角
利用布儒斯特角计算样 品的折射率
布儒斯特角法测量 金属薄膜折射率
——并解释不消光现象
布儒斯特角法
P偏振光入射到介质1、 2的界面，其反射光遵 循如下公式：
E// ' tan( ")
E// tan( ")
当入射角和折射角满足
"=90o 时，E// ' 此0
B
时入射角称为布儒斯特
角 B
布儒斯特角法
利用折射定律，可知布儒斯特角满足下式
2 1.5 3.3
3 1.4 3.4
因素二：薄膜上下表面多次反射
计算结果表明，总反射光强最小值不为零 衰减系数相关的参量2 d随膜的厚度增加而
增大 计算结果与实验曲线符合
实验分析及结论
铜膜经过热处理以后，样品的折射率远大于基 底的折射率.其数值大约为2.5~3.5
因为样品的Cu/Cu2O比例不一样，相同基片上 的铜膜，厚度不同，折射率也不同
因素一：金属薄膜折射率的虚部
因素二：薄膜上下表面多次反射
金属薄膜样品在界面1、2上都有反射效应 可只考虑界面1、2各反射一次
同时，计及界面2反射光的衰减因子e2d cos ''
因素二：薄膜上下表面多次反射
则反射率的表达式为：
R rp2 rp22 e-2d cos''
n2cos
n2cos
n2
sin2
2
n '2
n2 sin2
n '2
1
sin2
n2
1
sin2
n2
2
n
'2
sin2
n2
e-2d cos ''
n '2
sin2
n2
用参数2 d和 n描述薄膜的厚度和折射率
因素二：薄膜上下表面多次反射
1、2、3号样品模拟与实验结果对比
参数表：
样品 编号
2 d
n
1 1.7 2.5
衰减随薄膜厚度增加而增加 上下表面多次反射及光吸收模型能成功解释在
布儒斯特角处反射光强不为零的现象
实验分析及结论
随后的工作
可以通过构建支架，搭建稳定性高的光路，来提 高测量精度
建立样品厚度的测量方案，讨论样品厚度与折射 率的关系
定标厚度与折射率的关系后可通过测量折射率来 方便的确定铜膜厚度。
考虑到金属薄膜具有复折射率：
薄膜介电常数：2 =n2 i
空气介电常数：1 n1 1
反射光强公式变为：
E ' sin cos sin "cos " i sin "cos / n1 E sin cos sin "cos " i sin "cos / n1
分别取参数 3 和 0，做反 射率随入射角 的变化曲线， 反射率的极小 值不为零。