1、甄聰棉甄聰棉橢偏法測薄厚度和折射率橢偏法測薄厚度和折射率 基本思想基本思想 橢偏法測量薄膜厚度和折射率的橢偏法測量薄膜厚度和折射率的基本思想基本思想：用一束單色橢圓偏振光投射到薄膜表面，用一束單色橢圓偏振光投射到薄膜表面，反射光的橢偏狀態與薄膜厚度和折射率有反射光的橢偏狀態與薄膜厚度和折射率有關。設法測出反射前后橢偏光狀態的變化，關。設法測出反射前后橢偏光狀態的變化，就可以求出就可以求出薄膜的厚度和折射率薄膜的厚度和折射率。 原原 理理n n1 1n n2 2ppps 光在兩種介質面上的反射和折射光在兩種介質面上的反射和折射 光在不同介質的光在不同介質的分界面上所發生分界面上所發生的現象的現象

2、, , 可借助可借助于兩個特定的線于兩個特定的線偏振光（偏振光（ p p波和波和s s波）進行分析波）進行分析iraar itaat r和t分別表示反射系數和透射系數，用 分別表示入射光、反射光和透射光的振幅,依透射系數的定義則有反射系數和： triaaa、（1）將（1）式分解到p與s兩分量上 )sin(/sincos2)cos()sin(/sincos2)sin(/ )sin()(/ )(212121212121212121spspttrtgtgr（2） 當光線 由 進入時，入射角為 ，則折射角為 ， 2n1n21)sin(/sincos2)cos()sin(/sincos2)sin(/ )

3、sin()(/ )(1212*121212*1212*1212*spspttrtgtgr*r*t反射系數與透射系數分別用 和 表示*r*t（3）（2）式與（3）式相比：2*2*11ssspppsspprttrttrrrr（4）1n從空氣（折射率為）入射到單層膜系（由折射率為的襯底和折射率為、厚度為的薄膜構成的系統）的情況 1n3n2nd光波在單層介膜中傳播 1a1r*121trt1*122trrtt入射光的振幅為1a，設它為1。 1am1*)2(*1)1(21)(trrtmm條光的振幅為 每相鄰兩條光之間的位相差為： 122122sin42nndram為總的反射光的振幅，它應是（1）、（2）、

4、（3）條光疊加的結果，即： 4*11*22122*111iiretrrtert tra=2*1222*1112*10222*1111iiilierrerttrerrerttr 22122122122212222112212221111)(1)1 (iiiiiiirerrerrerrerrrerrrerrerrra總的反射系數為r，根據反射系數的定義： 2sin2cos12sin2cos2121221rirrrirrraarir221221122122212212212121221)2sin()2cos1 (2sin)1 (2cos)1 ()1 ()2sin()2cos1 ()2sin2cos1

5、)(2sin2cos(rrrrrirrrrrrrrrrirrrirrr（5）由此看來，光在單層膜上的總反射系數可視為光在一等效界面上的反射系數，如果把它沿p和s分量分解（6）式便可寫成2212211ippippperrerrr2212211ississserrerrr本實驗是通過反射系數比(g)來測出反射前后光的偏振狀態的變化，這里 ispetgrr g= prsr與是復數，所以可用它的模數和一個相因子表示出來，即（6）spspissipprrtgerrerrsp（7）2cos)1 ()1 (2sin)1 (2cos)1 ()1 (2sin)1 ()2cos22cos21*2cos212cos2(2122212121212221212121212221212221212221212221ssssssppppppsssssssspppppppprrrrrrtgrrrrrrtgrrrrrrrrrrrrrrrrtg（8）不難看出，反射系數比中的參量 、與和1321nnn有關。如果 1n3n1、和都是已知的 2n2n，此時給一個值便對應一組確定的的值，當確定后，又每一個，便 pr1pr2sr1sr2、和可得到一組相應的和的值，可分別作