反射式RAP型椭圆偏振光谱仪及其应用

光强变化形式并验证马吕斯定律。

根据马吕斯定律，如果线偏振光的振动面与起偏器(或检偏器)的方位角(即透光方向)的夹角为θ时，其强度为 I0的线偏振光通过起偏器(或检偏器)后光强为:I = I0cos2θ。由实验控制程序发出命令，控制起偏器 P 与检偏器 A 分别单独旋转，收集探测器接收到的光电压，记录光强随探测光振动面与偏振片方位角夹角的变化。实验结果如图 3 所示。

以上实验数据表明，实验过程中马吕斯定律 I =I0cos2θ 成立，实验系统对于起偏器与检偏器的转动控制良好。

(2) 样品参数测量实验。作为椭偏仪的另一应用实例，在室温下，使用该系统对一标准硅片样品进行测量，探测并计算其主要光学参数:复折射率的实部 n、虚部 k、复介电常数的实部 ε1、虚部 ε2、反射率 R 及吸收系数 α。控制起偏器与检偏器以 A = 2P 的速度转动，并探测光强。由式(22)、(23)(或(24))计算椭偏参数，利用式(17)、(18)等计算样品的其他光学参数。实验中λ = 650 nm，入射角?分别取 55°，60°，65°，70°，75°作 5 组测量，得到硅片各光学性质结果平均值为:ε～1= 12. 212 11，ε～2= 3. 535 10，n－= 3. 529 97，k－=0. 501 73，R－= 0. 320 34，α－= 12. 415 78。 考虑到样品表面的氧化层、沾污等误差因素，该测试结果与文献［1］等报道的结果相一致。

从上述马吕斯定律验证实验、硅片光学常数测试实验等结果表明，该反射式 RAP 型椭偏仪具有全自动、多功能、高精度、易操作等优点。由于考虑成本因素等，该教学型椭偏仪仅使用 650 nm 的单波长，实际上该型号椭偏仪已扩展到较宽的测试波长范围，并且在多方面的研究中发挥较大作用［11-12］。

5 结 语

我校自 2004 年以来开设“光信息科学与技术”专业实验，“椭圆偏振光谱学与偏振光分析实验”即为其中之一，为此，我们研制成功一种反射式 RAP 型动态光度式全自动椭偏仪，并用于实验应用。实验系统结构简单、集成度高、成本低、精度高、易于操作。通过本实验内容的学习，将使学生对有关偏振物理光学的基础知识有更深刻的理解，这主要包括:光的偏振特性;偏振光的产生、控制和应用;固体材料的光学性质及其与光学常数的关系;固体光学常数的椭偏光学测量和分析;以及椭圆偏振光谱在科学研究和高科技领域的应用。也有利于学生在其他相关课程(如我校精品课程“光子学器件与工艺”中有关“光子学薄膜”等相关内容)的动手实践与学习理解。实验开设近 6 年来，取得良好教学效果，受到学生欢迎。

参考文献(References):

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