椭偏仪

注意事项
1.在实验之前，先检查各元器件是否齐全完好，并且区分 望远镜、平行光管、起偏器和检偏器； 2.在分光计的调节过程中，在望远系统的调节前注意在内 侧装上会聚透镜； 3.在测量之前应保证起偏器的内外盘读数头均处于零度， 检偏器的外盘读数头处于90°。在读数头的调节中应轻 轻转动整个读数头而保持盘上的读数不变，注意1/4波片 的放置及调整； 4.刚开始测量时检流计应打到最大档，在测量过程中根据 实际情况从大到小调节量程。衰减旋钮顺时针旋转至不 可再旋时，检流计上的示数为标准电流； 5.分别使检偏器外盘读数大于和小于90°，在此基础上分 别转动起偏器的外盘到检流计示数最小；
（3）将校光片A和B分别置于望远镜光管内 外两端（A和B因架子不同，只可分别装 于光管两端），同理，光斑也应同时在校 光片A和B的圆框内，如不在，说明平行 光管与望远镜的共轴未调整好，应重新调 整，使共轴。 （4）换下两只校光片，换上半反目镜，并在 半反目镜上套上光电探头，通过信号线连 接数字式检流计，因目镜内装有45°半反 镜片，既可从目镜中观察光斑，也可通过 检流计（使用方法详见其说明书）确定光 电流值。
式中tg Φ的物理意义是P波和S波的振幅之 比在反射前后的变化，称为椭偏法的振幅 参量。Δ 的物理意义是P波和S波的相位差 在反射前后的变化，称为椭偏法的相位参 量。RP和RS 分别为 P波初量和S波分量 的总反射系数。椭偏仪的结构图如图27.1 所示。
在波长、入射角、衬底等参数一定时，Φ和 Δ是膜厚 d 和折射率 n 的函数。对一定厚 度 的某种膜，旋转起偏器总可以找到某一 方位角，使反射光变为线偏振光。这时再 转动检偏器，当检偏器的方位角与样品上 的反射光的偏振方向垂直时，光束不能通 过，出现消光现象。消 光时，Δ和Φ分别由 起偏器的方位角 P 和检偏器的方位角 A 决 定。把 P 值和 A 值分别换算 成Δ和Φ后， 再利用公式和图表就可得到透明膜的折射 率n 和膜厚度d。
4、检偏器读数头位置的调整与固定。 （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。 （2）将黑色反光镜置于载物台中央，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并 反射入望远镜到达半反目镜上成为一个圆点。 （3）转动整个检偏器读数头使调整与望远镜筒的相 对位置（此时检偏器读数应保持90°不变），使 半反目镜内的光点达到最暗，将此时检偏器读数 头的位置固定下来（拧紧三颗平头螺钉）。 （4）适当旋转激光器在平行光管中的位置（旋转角 度为±90°），使目镜中光点最暗（或检流计值 最小），然后固定激光器。
实验步骤
1、用自准直法调整好分光计（请参照JJY1’ 分光计说明书，或本实验后的附录），使 望远镜和平行光管共轴并与载物台平行。 2、分光计度盘的调整：使游标与刻度盘零 线置适当位置，当望远镜转过一定角度时 不致无法读数。
3、光路调整。 （1）卸下望远镜和平行光管的物镜，在平行 光管物镜的位置旋上校光片A。 （2）椭偏仪标配半导体激光器，装在平行光 管外端，在平行光管另一端旋上校光片A， 此时如旋转激光器（1） 起偏器读数保持0°，检偏器读数保持 90°，此时白屏上的光点应最暗（或检流 计值最小）。 （2）1/4波片读数头（即内刻度圈）对准零 位。 1/4波片框的红点（即快轴方向记号）向上， 套在内刻圈上，并微微转动（注意不要带 动刻度圈）。使半反目镜内的光点达到最 暗（或检流计值最小），固紧1/4波片框上 的柱头螺钉，定此位置为1/4波片的零位。
思考题
1. 1/4波片的作用是什么？ 2. 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？
椭偏仪测量薄膜厚度和折 射率
实验目的
掌握椭偏仪的原理与操作方法； 学会利用椭偏仪进行相关物理量的测量。
实验仪器
1、半导体激光器 2、平行光管 3、起偏器读数头（与6可换用） 4、1/4波片读数头 5、氧化锆标准样板 6、检偏器读数头 7、望远镜筒 8、半反目镜 9、光电探头 10、信号线 11、分光计 12、数字式检流计
5、起偏器读数头位置的调整与固定。 （1） 将起偏器读数头套在平行光管镜筒上， 先不要装上1/4波片，0°读数朝上，位置基 本居中。 （2）取下黑色反光镜，将望远镜系统转回原 来位置，使起、检偏器读数头共轴，并令 激光束通过中心。 （3） 调整起偏器读数头与镜筒的相对位置 （此时起偏器读数应保持0°不变，即转动 整个读书头），找出最暗位置。此位置为 起偏器读数头位置，并将三颗平头螺钉拧 紧。
实验原理
由激光器发出一定波长的激光束，经过起 偏器后变为线偏振光，并确定其偏 振方向。 再经过 1/4 波长片，由于双折射现象，使 其分解成互相垂直的 P 波和 S 波，成为 椭圆偏振光，椭圆的形状由起偏器的方位 角决定。椭圆偏振光以一定角度入射到样 品上，经过
图 27.1 椭偏仪的结构图
样品表面和多层介质（包括衬底－介质膜 －空气）的来回反射与折射，总的反射光 束一般仍为椭圆偏振光，但椭圆的形状和 方位改变了。一般用Φ和Δ来描述反射时偏 振状态的变化，其定义为
7、将仪器按照椭偏仪的调整中所述的方法调 整好。 （1）将被测样品，放在载物台的中央，旋 转载物台使达到预定的入射角 70°，即望 远镜转过40°，并使反射光在目镜上形成 一亮点。 （2）为了尽量减少系统误差，采用四点测 量。
先置1/4波片快轴于+45°，仔细调节检偏器A 和起偏器P，使目镜内的亮点最暗（或检流计 值最小），记下A值和P值，这样可以测得两 组消光位置数值。其中A值分别大于90°和小 于90°，分别定为A1（>90°）和A2 （<90°），所对应的P值为P1 和P2。 然后将1/4波片快轴转到-45°，也可找到两组 消光位置数值，A值分别记为A3（>90°）和 A4（<90°），所对应的P值为P3 和P4。 上述公式公适用于A和P值在0-180°范围的数 值，若出现大于180°的数值时应减去180° 后再换算