ESS03波长扫描时式多入射角光谱椭偏
sect3_3_主动光学_
使用主动光学的望远镜需要在光 路中分出一束光线，将其引入沙 克-哈特曼光栏检测装置。计算 机检测出像差，计算准泽尼克多 项式的系数，利用其与预先校 正值之差来调整各促动器施力大 小，并实时反馈。有的望远镜也 备有开环改正机制，需要了解望 远镜的受力和位置，适用于引导 星亮度不足或是检测装置失灵等 情况下的使用。
控制和补偿由于大气湍流引入的像畸变的技术称为自适应光学adaptiveoptics主动光学和自适应光学合在一起简称ao主动光学是在1980年代发展起来的它是在薄型主镜后方设有上百个计算机控制的促动器随时监测并抵消重力变形风力干扰和温度波动对成像的影响调整频率约001至1赫自适应光学主要补偿的则是大气湍动调整频率可达每秒上百次调整的对象也非主镜而是光路中专门设置的一块变形辅助镜大口径主镜难以承受高频调整
昴星团望远镜的自适应光学变形镜系统， 安装在卡塞格林焦点处（图片提供：NAOJ）
激光引导星和多共轭点（ Multi-Conjugate ） 自 适 应光学系统。前者是向大 气中间层发射激光，激发 钠原子辐射出黄光，产生 人工引导星。目前凯克、 双子、昴星团、加拿大法国-夏威夷望远镜 、欧 洲南方天文台等处均配备 了激光引导星系统。至于 后者，是在光路中设置数 个变形镜来增大视场。另 外大口径变形镜也正在开 发中。
主动光学系统工作原理图 （Ed JanssenVLT主镜的促动器
Gemini N主镜(8.1m)厚仅20厘米，镜后有120个促动器，能单独上下移动万分之一到 千分之一头发丝厚度，只有咖啡杯大小。另外60个促动器压在主镜的周边。
光谱椭偏仪（MME）
光谱椭偏仪（MME）Spectroscopic Ellipsometer嘉仪通科技嘉仪通科技成立于2009年，总部位于武汉市东湖开发区未来科技城，拥有研发及办公面积1100多平方米，在北京、上海、成都建有办事处，并与当地科研院所合作建立了联合实验室。
嘉仪通科技是一家研发、生产和销售关于新材料、尤其是薄膜材料物性分析科学仪器的高新技术企业，从而为客户新材料的研发及改进提供理论依据和实验平台。
嘉仪通科技秉承技术创新、应用为上的价值理念，遵循“聚众之智，穷理致用”的原则，踏踏实实、认认真真做好每一台科学仪器。
嘉仪通科技拥有一批海归研发团队，解决了纳米级薄膜材料物性分析的国际难题，并获得多项荣誉。
作为薄膜材料物性分析领跑者，嘉仪通科技已建立完善的薄膜材料物性分析科学仪器产品线：●相变温度分析仪（PCA）●热膨胀系数分析仪（TEA）●光功率热分析仪（OPA）●热电参数测试系统（Namicro）●薄膜热电参数测试系统（MRS）●薄膜热导率测试系统（TCT）●薄膜热应力测试系统（TST）●薄膜变温电阻测试仪（TRT）●薄膜磁性测试系统（TMT）●霍尔效应测试系统（HET）●光谱椭偏仪（MME）......部分使用客户清华大学中科院金属所中科院电工所中科院上海微系统所福建省特检院华中科技大学北京科技大学武汉理工大学安徽工业大学武汉工程大学西华大学盐城工学院Queen Mary of University London,UK光谱椭偏仪（MME）光谱椭偏仪MME根据不同原理、特点以及应用，分为ME序列、MME序列和ME-L序列。
光谱椭偏仪采用光学技术，测量精度高，适合超薄膜，与样品非接触，对样品无破坏性且不需要真空，可用于检测薄膜厚度、光学常数以及材料微结构。
ME序列快速摄谱型光谱椭偏仪ME序列光谱椭偏仪是针对工业和科研环境推出的高精度快速摄谱型光谱椭偏仪，光谱范围覆盖紫外、可见到红外，适合于进行实时和非实时检测，包括：●单层纳米薄膜样品的膜厚、折射率n（λ）、消光系数k（λ）、介电函数ε（λ）●多层纳米薄膜样品的膜厚、折射率n（λ）、消光系数k（λ）、介电函数ε（λ）●块状材料的折射率n（λ）和消光系数k（λ）●材料带隙●纳米样品表面纳米级的微粗糙度●纳米薄膜样品交界面形成的混合膜层的膜厚、各组分比例●纳米薄膜的结晶度●纳米薄膜的物性不均一分布（如，折射率梯度分布等）●各向异性的纳米薄膜●波片的位相延迟差技术参数型号ME01ME03ME05产品外观光谱范围193-1700nm其它光谱范围可定制光谱分辨率 1.5nm膜厚测量重复性0.05nm折射率测量重复性0.001典型单次测量时间10s入射角度范围40°-90°40°-80°入射角度调节方式自动调节手动调节，步进5°固定角度可测量的样品尺寸200mmx200mm400mmx400mm样品方位调整Z轴高度调节：0-10mm；二维俯仰调节：±4°样品对准光学自准直和显微对准系统软件多语言界面切换；预设项目供快捷操作使用；安全的权限管理模式（管理员、操作员）；方便的材料数据库；多种色散模型库；丰富的模型数据库，具有一键操作功能测量重复性：是指对标准样品（平面硅基底上100nm的SiO2膜层样品）上同一点连续测量30次所计算的标准差。
椭偏仪样册
样品对准
软件
技术指标 ESS03VI: 370-1700 ESS03UI: 245-1700 可设置 40-90 手动调节，步距 5，重复性 0.02 PSCA（Δ在 0°或 180°附近时也具有极高的准确度） 典型 0.6s / Wavelength / Point（取决于测量模式） 0.05nm (对于平面 Si 基底上 100nm 的 SiO2 膜层) 0.001 (对于平面 Si 基底上 100nm 的 SiO2 膜层) 直径 200 高度调节范围：10mm 二维俯仰调节：±4° 光学自准直显微&望远对准系统 •多语言界面切换 •预设项目供快捷操作使用 •安全的权限管理模式（管理员、操作员）
3、 应用领域
ESS03 系列多入射角光谱椭偏仪尤其适合科研中的新品研发。
北京量拓科技有限公司（Ellitop Scientifc Co.,Ltd）
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文件编号：ESS03-JS-01-2012 / A / 0
ESS03 适合于很大范围的材料种类，包括对介质材料、聚合物、半导体、金属等的实 时和非实时检测，光谱范围覆盖半导体的临界点，这对于测量和控制合成的半导体合金成 分非常有用。并且适合于较大的膜厚范围（从次纳米量级到 10 微米左右）。
性能保证
• 高稳定性的He-Ne激光光源、先进的采样方法以及低噪声探测技术，保证了高稳定性和高准确度 • 高精度的光学自准直系统，保证了快速、高精度的样品方位对准 • 稳定的结构设计、可靠的样品方位对准，结合先进的采样技术，保证了快速、稳定测量 • 分立式的多入射角选择，可应用于复杂样品的折射率和绝对厚度的测量 • 一体化集成式的仪器结构设计，使得系统操作简单、整体稳定性提高，并节省空间 • 一键式软件设计以及丰富的物理模型库和材料数据库，方便用户使用
超薄Ag膜的椭偏光谱建模及解谱
第28卷,第5期 光谱学与光谱分析Vol 128,No 15,pp 995-9982008年5月 Spectro sco py and Spectr al AnalysisM ay ,2008超薄Ag 膜的椭偏光谱建模及解谱曹春斌1,蔡 琪2,宋学萍2,孙兆奇2*11安徽农业大学理学院,安徽合肥 230036 21安徽大学物理与材料学院,安徽合肥 230039摘 要 用直流溅射法制备了6个不同厚度的超薄A g 膜。
结合超薄A g 膜的结构特点,采用了D rude 模型联合L or entz Oscillato r 模型的解谱方法,得到1~6号样品的厚度分别为410,612,1215,2612,3010和4016nm 。
从拟合结果的消光系数k 图谱中发现,在1号到4号样品中分别于430,450,560和570nm 处出现了表面等离子体共振峰(SP R),随膜厚的增加共振峰宽化且峰位红移。
最后,利用SPR 理论计算出不同厚度A g 薄膜等离子体共振峰出现的位置,并和实验结果进行了比较。
关键词 超薄A g 膜;椭偏数据解谱;表面等离子体共振吸收中图分类号:O 484 文献标识码:A 文章编号:1000-0593(2008)05-0995-04收稿日期:2006-12-08,修订日期:2007-03-23基金项目:国家自然科学基金项目(59972001),教育部博士点专项基金项目(20060357003),安徽省高校省级自然科学基金项目(JK2008B015),安徽省人才专项基金项目(2004Z029)和安徽大学人才队伍建设基金项目资助作者简介:曹春斌,1971年生,安徽农业大学理学院讲师 e -mail:caochun bin@ahau 1edu 1cn*通讯联系人 e -mail:s zq@ah u 1edu 1cn引 言现代椭圆偏振光谱方法被广泛应用于各种材料的光学性质研究和分析,作为一种非破坏、非接触性的光学测量方法,样品无需特殊处理,并且测量时间短,精度高[1,2]。
碳纳米管折射率的测量
碳纳米管折射率的测量电子科学与技术学院(光信息科学与技术)周航学号:2003111193【摘要】纳米材料是一类具有重要理论价值和广阔应用前景的新型功能材料,被誉为21世纪最有前途的材料.碳纳米管在纳米材料中最富有代表性,并且是性能最为优异。
研究人员必须对碳纳米管的结构及其性能进行全面研究，在此基础上展望纳米材料的潜在应用。
本文用椭圆偏振法测量碳纳米管（以CVD化学气相沉积法合成）的折射率。
首先用EP3椭偏仪对标准SiO2薄膜的厚度和折射率进行了测量,而后用同样方法测量了碳纳米管薄膜的厚度和折射率,并对其表面性质进行了简要的分析.测得碳纳米管的厚度为4.7±0.73nm,折射率为1.29。
【关键词】碳纳米管；折射率；椭偏仪1.前言1.1 背景知识纳米材料是一类具有重要理论价值和广阔应用前景的新型功能材料,被誉为21世纪最有前途的材料.碳纳米管在纳米材料中最富有代表性,并且性能最为优异。
美国、日本、德国、法国和瑞典等国家对纳米科学技术非常重视并投入大量资金，制定了庞大的国家计划，在纳米技术领域处于领先地位。
我国在纳米科学技术的研究已取得了一定的成绩，尤其是在以碳纳米管为代表的研究方面已取得了重要进展。
但同其他国家一样，至今在工程应用方面尚未取得突破性进展。
为此，研究人员必须对碳纳米管的结构及其性能进行全面研究，在此基础上展望纳米材料的潜在应用。
本选题便是通过测量单壁碳纳米管的折射率，研究其光学性能，以期对物理性质进行深入的了解.本实验使用德国nanofilm公司的EP3反射型椭偏仪进行测量,测量数据通过EP3所附带的EP3viewv233软件处理. 首先用EP3椭偏仪对标准SiO2薄膜的厚度和折射率进行了测量,而后用同样方法测量了单壁碳纳米管的厚度和折射率,并对其表面性质进行了定性的分析.1.2碳纳米管的产生及其应用碳纳米管是纳米材料中的宠儿，它的一经发现就激起了人们的极大兴趣，经过短短的几年的发展，碳纳米管已成为纳米材料研究领域的重要组成部分。
荧光光谱仪鉴定规程
出和记录。根据各待测元素的特征X射线波长进行定性分析，根据谱线的强度进行定量分析。 2.2 构成 2.2.1 顺序式谱仪结构
顺序式谱线仪又称单通道X射线荧光光谱仪。它的分光晶体为平面晶体。这类仪器一般 由四部分组成：X射线发生、X射线分光、检测和记录系统以及操作和控制系统。各系统均 由专用计算机控制和操作。 2.2.1.1 X射线发生系统是由X射线管及其控制部分、高压油箱、高压电缆和X射线管冷却 单元等组成。这些组成部分保证了激发源(X射线管)发射出稳定的、有一定强度的一次X射 线。 2.2.1.2 X射线分光系统是由X射线分光晶体、样品室、真空抽气系统和气路系统组成。X 射线光谱仪包括SC闪烁计数器、第一狭缝、分光晶体、晶体转换器、第二狭缝和FPC流气正 比计数器等。真空抽气系统包括真空泵、真空管道和真空探头。气路系统包括氩和甲烷气瓶、 减压阀、流量计和自动气体调压器等。 2.2.1.3 检测和记录系统是由放大器印刷电路板、PHA的印刷电路板、探测器高压电源的 印刷电路板、接口印刷电路板、防护板、插件板和电源等组成。 2.2.1.4 操作控制系统包括专用于操作系统的微处理机、定标器/定时器、记录仪接口以及 光谱仪各个接口。经脉冲高度选择器分离出来的分析线脉冲高度分布，由计数率计——记录 仪、定标器——定时器读出和显示。 2.2.1.5 专用计算机
首先确定每一块晶体高、低2θ角度处的测量谱线和检定样品，并调节X射线管的电流 和电压，使每一谱线的测量强度值≤5kcps。闪烁计数器(SC)的连锁检定，是将CuKα线(2 θ，LiF200，黄铜)的脉冲高度分布(PHA)曲线的峰值调到2.0V(或调到仪器某一固定值)，并 以此值作为标准。流气正比计数器(FPC)的连锁检定是将SiKα线(2θ，PET，玻璃)的脉冲高 度分布曲线的峰值调到2.0V(或调到仪器某一固定值)，并以此值作为标准。然后测量各晶体 高、低2θ两个角度处的谱线脉冲高度值(PHA 峰值)，用记录仪画图。测量完毕，按公式(1) 计算漂移值。把测量条件和每一谱线的脉冲高度测量值以及计算得到的漂移值，填入附录
利用消光椭偏仪精确测量波片相位延迟量
利用消光椭偏仪精确测量波片相位延迟量1.引言波片是基于晶体双折射性质的偏振器件，在光纤技术、光学测量以及各种偏振光技术等领域具有广泛的应用[1~3]。
其中1/4波片及1/2波片在偏振器件中应用尤其广泛。
测量波片相位延迟量的方法主要有：光强探测法[4]、旋光调制法[5]、半阴法[6]、光学补偿法[7]等。
这些方法主要基于对光强的测量，容易受光源的不稳定及杂散光的干扰，精度受到一定的限制，测量误差一般在0.5°。
我们从理论上分析了利用椭偏仪测量波片相位延迟量的可能性，讨论了其测量精度及误差来源，并利用HST-3型消光式椭偏仪[8]测量了1/4波片以及1/2波片相位延迟量。
实验表明：测量过程不受光强波动的影响，方法简单，操作方便，精确度高，测量波片相位延迟量精度达0.005°，是测量任意波片相位延迟量的有效及实用的方法。
2. 测量的原理利用消光式椭偏仪测量波片相位延迟量时，光路要调整成直通的状态。
如图1所示，其中P 为起偏器，Q 为标准1/4波片，C 为待测波片，A 为检偏器。
图1 椭偏仪测量波片相位延迟量光路图由透射式椭偏方程为[9]：tan ψ⋅e ∆i =ps T T = 2121P p s s E E E E = 1221s P s pE E E E ⋅ （1） 其中ψ和∆为椭偏参数，可由椭偏仪测量。
T p ，T s 分别是样品的p 分量和s 分量的透射系数，透射波的复振幅为（2P E ，2s E ），入射波的复振幅为（1p E ，1s E ）。
设θ为波片快轴与入射面的夹角，δ为其快慢轴之间的相位延迟量，则波片的通用矩阵为[10]： G=222cos sin cos 2sin sin 2i i δδδθθ-⎛ -⎝ 222sin sin 2cos sin cos 2i i δδδθθ-⎫⎪+⎭ (2) 取入射光1E =11p s E E ⎛⎫ ⎪⎝⎭，经过一个波片后，出射光2E 为：22p s E E ⎛⎫ ⎪⎝⎭=222cos sin cos 2sin sin 2i i δδδθθ-⎛ -⎝ 222sin sin 2cos sin cos 2i i δδδθθ-⎫⎪+⎭⋅11p s E E ⎛⎫ ⎪⎝⎭=111222111222cos sin cos 2sin sin 2cos sin sin 2sin cos 2p p s s p s E iE iE E iE iE δδδδδδθθθθ--⎛⎫ ⎪ ⎪-+⎝⎭⑶ 令11s pE E E =，（3）式代入（1）得 tan ψ⋅e ∆i = 222222cos sin cos 2sin sin 21cos sin cos 2sin sin 2i iE i i E δδδδδδθθθθ--+- ⑷ 所以（4）式就是测量样品的相位延迟量的椭偏方程，只要测量椭偏参数（ψ，∆）值就能通过椭偏方程求出波片相位延迟量δ。
空间调制傅里叶变换红外光谱仪多级微反射镜倾斜误差分析
中 图分 类 号 ： ３． ０４ ３ １
光程差排布示意 图。图 １ ｃ为 由面阵探测器 接收的两束光干叶变换红外光谱 仪 中，动镜的移
动情况直接影响着光谱仪 的性能 。为了控 制调制度误 差和位 相误差 ， 要求动镜保持 高精度匀 速直线 运动 ， 与定镜保 持 并 严格垂直 。目前 ， 人们在动镜倾斜误差 容限分析 方面 已进 行 了较多 的研究＿６， １＿ 而对 空 间调 制傅 里叶 变换红 外光谱 仪 中 ＿ 代替动镜 的关键器件倾斜误差 的分析则鲜有 报道 。 文基于 本 空 间调制傅里叶变换红外光谱仪结构模 型［ ，对 干涉 系统 的 ７ ３ 核心器件——多级微反射镜的倾斜误差进行 了理论计算 ， 并
利用光学软件对其引起的干涉 图和光谱 图变化进行 了模拟分 析 ，为后期 多级微反 射镜 的工艺制作 以及整个干涉 系统的公 差分析和装调提供 了理论依据 。
１ 光谱仪工作原理
图１ 是基于多级微反射镜 的空 间调制傅里叶变换红外光 谱仪原理 图。图 １ ａ是该光谱仪 的干涉 系统 结构模型 ，光源 （） 发 出的光经过准直透镜后变为平行光束 ，由分束器分 为强度 相等 的两束光 ， 分别投射 到两个 多级微反射 镜的每个 子反射 面上 。 反射后 的两束光再 次经 过分束器 ，由多级 微反射 镜 的 结构决定光程差 的空 间分布 ，在探 测器 阵列上形成 干涉图 的 空 间采样 。图 １ ｂ 为两个 多级微 反射 镜级次 Ｉ 均为 ４时 的 （） Ｔ Ｉ
涉得到 的干涉图 。 后 ， 放大器 、Ａ／ 最 经 Ｄ转换 器 等，由计 算 机处理得到相应 的归一化光谱图 ， 图 １ｄ 所示 。 如 （）
２ 多级微反射镜倾斜误差分析
２ １ 多级微反射镜倾斜误差理论计算 ． 图 ２是干涉 系统坐标示 意图 ，以分 束器 中心 ０为原点 ，
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ESS03 波长扫描时式多入射角光谱椭偏
ES0S3是针对科研和工业环境中薄膜测量领域推
出的波长扫描式高精度多入射角光谱椭偏仪，此系列
仪器的波长范围覆盖紫外、可见、近红外、到远红外。
ESS03采用宽光谱光源结合扫描单色仪的方式实
现高光谱分辨的椭偏测量。
ESS03系列多入射角光谱椭偏仪用于测量单层和
多层纳米薄膜的层构参数（如，膜层厚度、表面微粗
糙度等）和光学参数（如，折射率n、消光系数k、复
介电常数ε等），也可用于测量块状材料的光学参数。
ESS03系列多入射角光谱椭偏仪尤其适合科研中
的新品研发。
技术特点：
∙极宽的光谱范围
采用宽光谱光源、宽光谱扫描德系统光学设计，保证了仪器在极宽的光谱范围下都具有高准确度，非常适合于对光谱范围要求极其严格的场合。
∙灵活的测量设置
仪器的多个关键参数可根据要求而设定（包括：波长范围、扫描步距、入射角度等），极大地提高了测量的灵活性，可以胜任要求苛刻的样品。
∙原子层量级的检测灵敏度
国际先进的采样方法、高稳定的核心器件、高质量的设计和制造工艺实现并保证了能够测量原子层量级地纳米薄膜，膜厚精度达到0.05nm。
∙非常经济的技术方案
采用较经济的宽光谱光源结合扫描单色仪的方式实现高光谱分辨的椭偏测量，仪器整体成本得到有效降低。
应用领域：
ESS03系列多入射角光谱椭偏仪尤其适合科研中的新品研发。
ESS03适合很大范围的材料种类，包括对介质材料、聚合物、半导体、金属等的实时和非实时检测，光谱范围覆盖半导体地临界点，这对于测量和控制合成的半导体合金成分非常有用。
并且适合于较大的膜厚范围（从次纳米量级到10微米左右）。
ESS03可用于测量光面基底上的单层和多层纳米薄膜的厚度、折射率n及消光系数k。
应用领域包括：微电子、半导体、集成电路、显示技术、太阳电池、光学薄膜、生命科学、化学、电化学、磁介质存储、平板显示、聚合物及金属表面处理等。
薄膜相关应用涉及物理、化学、信息、环保等，典型应用如：
∙半导体：如：介电薄膜、金属薄膜、高分子、光刻胶、硅、PZT膜，激光二极管GaN和AlGaN、透明的电子器件等）；
∙平板显示：TFT、OLED、等离子显示板、柔性显示板等；
∙功能性涂料：增透型、自清洁型、电致变色型、镜面性光学涂层，以及高分子、油类、Al2O3表面镀层和处理等；
∙生物和化学工程：有机薄膜、LB膜、SAM膜、蛋白子分子层、薄膜吸附、表面改性处理、液体等。
∙节能环保领域：LOW-E玻璃等。
ESS03系列也可用于测量块状材料的折射率n和消光系数k。
应用领域包括：固体（金属、半导体、介质等），或液体（纯净物或混合物）。
典型应用包括：
∙玻璃新品研发和质量控制等。
注：(1)测量重复性：是指对标准样品上同一点、同一条件下连续测量30次所计算的标准差。
可选配件：
∙NFS-SiO2/Si二氧化硅纳米薄膜标片
∙NFS-Si3N4/Si氮化硅纳米薄膜标片
∙VP01真空吸附泵
∙VP02真空吸附泵
∙样品池。