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    橢偏儀測量：解析偏振光與樣品相互作用的原理
    來源： 時間：2025-02-13 11:19:10 瀏覽：3835次

    橢偏儀測量：解析偏振光與樣品相互作用的原理

     

    橢偏儀（Ellipsometer）作為一種高精度的光學測量儀器，在材料科學、半導體制造、生物醫學等多個領域發揮著重要作用。其工作原理基于偏振光與樣品表面的相互作用，通過測量反射光或透射光的偏振狀態變化，可以精確獲取材料的光學參數，如折射率、厚度、粗糙度等。

     

    一、基本原理

    橢偏儀的核心在于橢圓偏振光的利用。橢圓偏振光是指光波的振動方向在傳播過程中不斷變化，形成橢圓形的軌跡。當一束已知偏振狀態的激光入射到樣品表面時，由于樣品的光學特性，反射光或透射光的偏振狀態會發生變化。這種變化可以通過兩個關鍵參數來描述：相位差（Δ）和振幅比（Ψ）。

    相位差（Δ）反映了反射光中不同偏振分量之間的相位關系，而振幅比（Ψ）則描述了反射光中不同偏振分量的振幅之比。這兩個參數與樣品的光學性質密切相關，通過測量它們，可以反推出樣品的光學常數和幾何形貌等信息。

    二、偏振光與樣品的相互作用

    1. 折射與反射：當偏振光入射到樣品表面時，部分光線會被反射，部分光線會進入樣品內部發生折射。反射光和折射光的偏振狀態都會發生變化，這種變化取決于樣品的光學特性和幾何結構。

    2. 橢偏效應：由于樣品對不同偏振方向的折射率不同，導致反射光或透射光的偏振狀態發生改變。這種改變可以用橢偏角來描述，橢偏角是入射光偏振方向與反射光或透射光偏振方向之間的夾角。

    3. 菲涅爾反射系數：菲涅爾反射系數是描述光在兩種介質界面上反射特性的重要參數。它取決于入射光的波長、入射角和兩種介質的折射率。通過菲涅爾反射系數，可以計算出反射光的振幅和相位變化，進而得到橢偏參數。

    三、測量過程

    橢偏儀的測量過程通常包括以下幾個步驟：

    1. 光源發射：橢偏儀使用單色光源或可調諧光源產生偏振光。常用的光源有激光器，因為激光具有單色性好、相干性高等特點，有利于提高測量精度。

    2. 光束入射：偏振光入射到待測樣品表面，與樣品發生相互作用。

    3. 偏振態變化測量：通過檢測反射光或透射光的偏振態變化，得到橢偏參數Δ和Ψ。

    4. 數據分析：根據測量的橢偏參數，通過建立材料的光學模型進行擬合，得到材料的折射率、厚度等光學常數。

    四、應用領域

    橢偏儀因其高精度和非接觸式的測量特點，在多個領域有著廣泛的應用：

    1. 材料科學研究：橢偏儀可以用于研究新型材料的光學性質，為材料設計和應用提供依據。

    2. 半導體制造：在半導體制造過程中，橢偏儀可用于監測薄膜厚度，確保生產過程的精度。

    3. 生物醫學：橢偏儀可用于檢測生物組織的折射率，為疾病診斷提供信息。此外，由于其無損測量的特點，也可以用于生物樣品的表面檢測。

     

    評論 / 文明上網理性發言
    12條評論
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    全部 3小時前 四川
    文字是人類用符號記錄表達信息以傳之久遠的方式和工具。現代文字大多是記錄語言的工具。人類往往先有口頭的語言后產生書面文字，很多小語種，有語言但沒有文字。文字的不同體現了國家和民族的書面表達的方式和思維不同。文字使人類進入有歷史記錄的文明社會。
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