椭偏光谱测量及研究进展
全光谱椭偏仪作用
全光谱椭偏仪作用一、引言全光谱椭偏仪是一种高精度、高灵敏度的光学测量仪器，能够实现对光学的全面检测和分析。
它的作用和应用已经得到了广泛的认可，并在多个领域中发挥着重要的作用。
本文将介绍全光谱椭偏仪的工作原理、应用领域、优势以及结论等方面的内容。
二、全光谱椭偏仪的工作原理全光谱椭偏仪是一种基于光学椭偏技术的高精度测量仪器。
它通过测量入射光在样品表面反射后偏振状态的变化，获取样品的光学特性。
全光谱椭偏仪可以在宽波长范围内进行测量，从而实现对不同材料的光学特性的全面分析。
全光谱椭偏仪的工作原理主要涉及以下几个步骤：1.光源发出光线，经过分束器分为两束光线，一束为参考光束，另一束为探测光束。
2.探测光束经过透镜和反射镜后反射回来，经过样品表面的反射和散射，形成反射光束。
3.反射光束再经过分束器后分为两束，一束经过检偏器，另一束经过光检测器。
4.检偏器根据不同的角度可以检测出不同方向的偏振态，而光检测器则检测光强。
5.通过测量反射光束的偏振态和光强，结合已知的光源波长和角度等信息，可以计算出样品的光学特性。
三、全光谱椭偏仪的应用领域全光谱椭偏仪的应用领域非常广泛，主要包括以下几个方面：1.薄膜厚度测量：全光谱椭偏仪可以对各种薄膜进行厚度测量，包括金属膜、介质膜、半导体膜等。
这有助于了解和控制薄膜的生长和制备过程。
2.光学常数测量：全光谱椭偏仪可以测量各种材料的光学常数，包括折射率、消光系数等。
这有助于了解材料的光学性质和特性。
3.表面粗糙度测量：全光谱椭偏仪可以用于测量各种材料的表面粗糙度，包括金属、玻璃、塑料等。
这有助于了解材料的表面质量和加工工艺。
4.生物医学应用：全光谱椭偏仪在生物医学领域也有广泛的应用，例如测量生物组织的折射率和消光系数等，有助于了解生物组织的生理和病理变化。
5.光电子器件研究：全光谱椭偏仪在光电子器件研究中也有重要的应用，例如测量光电子器件的光学性能和特性等。
四、全光谱椭偏仪的优势全光谱椭偏仪相比其他光学测量仪器具有以下优势：1.高精度测量：全光谱椭偏仪可以对光学参数进行高精度测量，测量精度高达到0.01%或更高。
南京大学近代物理实验-椭偏光法测量薄膜的厚度和折射率
椭偏光法测量薄膜的厚度和折射率摘要：本实验利用椭偏光法测量介质薄膜的厚度和折射率以及硅的消光系数和复折射率，实验中借助数字化椭偏仪，使测量结果更加精确，数据处理更为简便。
关键词：椭偏光法，椭偏仪1.引言椭圆偏振测量（椭偏光法）是研究两媒质界面或薄膜中发生的现象及其特性的一种光学方法，其原理是利用偏振光束在界面或薄膜上的反射或透射时出现的偏振变换。
椭圆偏振测量的应用范围很广，如半导体、光学掩膜、圆晶、金属、介电薄膜、玻璃(或镀膜)、激光反射镜、大面积光学膜、有机薄膜等，也可用于介电、非晶半导体、聚合物薄膜、用于薄膜生长过程的实时监测等测量。
结合计算机后，具有可手动改变入射角度、实时测量、快速数据获取等优点。
2.实验原理在一光学材料上镀各向同性的单层介质膜后，光线的反射和折射在一般情况下会同时存在的。
通常，设介质层为n1、n2、n3，φ1为入射角，那么在1、2介质交界面和2、3介质交界面会产生反射光和折射光的多光束干涉，如图(1-1)图(1-1)这里我们用2δ表示相邻两分波的相位差，其中δ=2πdn2cosφ2/λ，用r1p、 r1s表示光线的p 分量、s分量在界面1、2间的反射系数，用r2p 、r2s表示光线的p分、s分量在界面2、3间的反射系数。
由多光束干涉的复振幅计算可知：其中Eip和Eis 分别代表入射光波电矢量的p分量和s分量，Erp和Ers分别代表反射光波电矢量的p分量和s分量。
现将上述Eip、Eis 、Erp、Ers四个量写成一个量G，即：我们定义G为反射系数比，它应为一个复数，可用tgψ和Δ表示它的模和幅角。
上述公式的过程量转换可由菲涅耳公式和折射公式给出：G是变量n1、n2、n3、d、λ、φ1的函数(φ2 、φ3可用φ1表示) ，即ψ=tg-1f，Δ=arg| f |，称ψ和Δ为椭偏参数，上述复数方程表示两个等式方程：[tgψe iΔ]的实数部分 =的实数部分[tgψe iΔ]的虚数部分 =的虚数部分若能从实验测出ψ和Δ的话，原则上可以解出n2和d (n1、n3、λ、φ1已知)，根据公式(4)~(9)，推导出ψ和Δ与r1p、r1s、r2p、r2s、和δ的关系：由上式经计算机运算，可制作数表或计算程序。
中红外椭偏测试
中红外椭偏测试（原创实用版）目录1.中红外椭偏测试的概述2.中红外椭偏测试的原理3.中红外椭偏测试的应用领域4.中红外椭偏测试的优势与局限性5.我国在中红外椭偏测试领域的发展现状正文中红外椭偏测试是一种非接触式的表面光学参数测试技术，主要通过对材料在中红外波段的椭偏特性进行测量，从而获取材料的光学性能参数。
中红外波段的光具有很强的穿透性，可以穿透许多非金属材料，如玻璃、陶瓷、塑料等，因此，中红外椭偏测试技术在这些领域有着广泛的应用。
中红外椭偏测试的原理是利用椭偏仪对材料在中红外波段的反射光进行椭偏测量，根据测量出的椭偏参数，可以计算出材料的介电常数、折射率等光学性能参数。
这种测试方法具有非接触、快速、精确等优点，是现代光学材料研究和工业生产中重要的测试手段。
中红外椭偏测试的应用领域非常广泛，包括光学材料、半导体材料、光电子器件、生物医学材料等。
例如，在光学领域，中红外椭偏测试可以用于测量光学元件的表面粗糙度、表面应力等参数，从而提高光学元件的质量和性能。
在生物医学领域，中红外椭偏测试可以用于测量生物组织的光学参数，为生物医学成像和疾病诊断提供重要信息。
虽然中红外椭偏测试具有很多优势，但也存在一些局限性。
例如，对于一些具有复杂结构和形状的材料，中红外椭偏测试的测量精度可能会受到影响。
此外，中红外椭偏测试设备较为昂贵，对测试人员的技术要求较高，这些因素都限制了中红外椭偏测试技术的普及和应用。
我国在中红外椭偏测试领域的发展起步较晚，但近年来已经取得了显著的进展。
我国相关科研机构和企业已经研发出了一系列具有自主知识产权的中红外椭偏测试设备，并在多个领域得到了应用。
同时，我国还在不断加强中红外椭偏测试技术的研究和开发，以满足我国在光学材料、半导体材料等领域的发展需求。
总的来说，中红外椭偏测试技术是一种重要的表面光学参数测试技术，具有广泛的应用前景。
我国在中红外椭偏测试领域的发展虽然起步较晚，但已经取得了一定的成绩。
基于椭偏仪测量的PtSe2光学性质研究
摘要摘要PtSe2是一种新型的过渡金属硫化物，具有室温下超高的载流子迁移率，空气中较高的稳定性等优良的物理性质。
此外，其能带结构、吸收光谱、拉曼光谱都表现出明显的厚度依赖特性，当其由块状逐渐减薄至单层时，PtSe2将由半金属逐步过渡为半导体。
这些优良的性质使得PtSe2在光电器件领域具有广泛的应用前景。
在对基于PtSe2的光电器件进行设计和性能分析时，我们需要对其线性光学性质和光学常数有深度的理解和掌握。
光学常数谱能反映材料的线性光学性质。
椭偏仪可以同时对薄膜的光学常数和厚度进行测量，并且具有精确度高、无破坏性等优点，被广泛应用于光学薄膜的测量。
本文通过光谱椭偏对化学气相沉积制备的不同厚度的PtSe2薄膜的光学性质和光学常数进行了研究。
具体内容如下：首先，我们通过光学显微镜和原子力显微镜表征了样品的平整度。
接下来X射线光电子能谱确认了样品中的组分，测量结果表明我们的样品仅由Pt、Se 两种元素组成，并且样品表现为P型掺杂。
拉曼光谱表征了样品的晶格结构，结果表明所测样品是高质量的PtSe2薄膜。
吸收谱、电输运以及傅里叶变换红外透射谱测量的结果表明样品中同时存在半金属相和半导体相。
偏振光学显微测量以及偏振吸收测量结果显示样品在143×108 µm2平面范围内表现为各向同性的光学响应。
接下来，我们用椭偏仪测量了样品的椭偏参数ψ和Δ，并通过建立光学模型和数据拟合得到了样品的光学常数（n和κ）、复介电函数（ε1和ε2）以及样品的厚度。
最后，我们综合以上的实验结果进行了分析和讨论，结果表明化学气相沉积制备的10层以内的PtSe2的光学常数随厚度变化具有明显的依赖性。
研究结果为后续进行精确的光学分析和数值模拟提供了重要的参数，并且有助于PtSe2的进一步研究和在光电子器件上的应用。
关键词：PtSe2；过渡金属硫化物；光学常数；椭偏仪；傅里叶变换红外光谱IAbstractAbstractPtSe2, an emerging 2D group-10 transition metal dichalcogenide (TMD), shows high carrier mobility at room temperature and high stability in the air. Besides, the band structure, absorption spectrum and raman spectrum of PtSe2 films show strong dependence on the thickness. When it going from bulk to few-layer, PtSe2 undergoes a semimetal-to-semiconductor transition. These excellent properties make PtSe2 show a wide application prospect in the field of photoelectric devices. The design and performance analysis of photoelectric devices based on PtSe2require depth understanding on its linear optical properties and optical constant. The optical constant spectrum can reflect the linear optical properties of PtSe2. Spectroscopic ellipsometry is a sensitive (~0.1 Å) and nondestructive technique to measure the optical constant and thickness of 2D materials. Benefitting by the properties of high accuracy and nondestructive, spectroscopic ellipsometry is widely used in the measurement of optical thin films. The following works were done to measure the optical properties and optical constant of chemical vapor deposition-grown PtSe2 with different thickness.Firstly, the flatness of the samples were measured by optical microscope and atomic force microscope. Then, the x-ray photoemission spectroscopy confirmed the composition of the sample, which showed that our samples are composed of only Pt and Se elements. Besides, the Se:Pt stoichiometric ratios indicated the p-type doping in these films. The lattice structure of the samples were characterized by raman spectrum, which evinced the high quality of samples. The measured absorption spectra, Fourier transform infrared spectroscopy and electrical transport characterization reveal the coexistence of both semiconducting and metallic contents in these PtSe2films. Polarized optical microscopy and polarization absorption measurements reveal the isotropic in-plane optical response of these continuous PtSe2 films in a scale size of at least as small as 143×108 µm2. Finally, parameters ψand Δof the samples were obtained by spectroscopic ellipsometry. The opticalIIAbstractconstant, including refractive index n, extinction coefficient κ, complex dielectric constant (ε1and ε2) as well as thickness of the samples were extracted by data fitting. The values of n and κof PtSe2 were found to have a strong dependence on the thickness and they decrease as the reduction of the thickness. The tunable optical constants are conducive to provide vital parameters for precise optical analysis and analog simulation, promoting future developments and applications of PtSe2.Key Words: transition metal dichalcogenides; PtSe2; optical constants; spectroscopic ellipsometry; Fourier transform infrared spectraIII目录目录摘要 (I)Abstract..................................................................................................... I I 目录 (IV)第一章绪论 (1)第一节二维材料简介 (1)第二节二维材料光学性质的研究 (3)1.2.1 石墨烯光学性质的研究 (3)1.2.2 二维过渡金属硫化物光学性质的研究 (5)1.2.3 PtSe2的基本性质 (8)第三节本论文的研究内容及意义 (15)第二章椭偏仪测量原理及其应用 (16)第一节光学常数 (16)2.1.1 光学常数简介 (16)2.1.2 光学常数的测量方法 (18)第二节椭偏仪测量原理―菲涅尔反射公式 (19)2.2.1 菲涅尔反射公式 (19)2.2.2 椭偏仪测量原理 (21)第三节椭偏仪的发展和应用 (21)2.3.1 椭偏技术的诞生和发展 (21)2.3.2 椭偏仪的应用 (22)第四节本章小结 (23)目录第三章椭偏仪测量不同厚度PtSe2的光学性质 (24)第一节PtSe2薄膜的制备和光学表征 (24)3.1.1 样品制备 (24)3.1.2 光学表征 (25)第二节椭偏仪测量PtSe2薄膜的光学常数 (31)第三节实验结果的讨论 (40)第四节本章小结 (40)第四章总结与展望 (42)第一节总结 (42)第二节展望 (42)参考文献 (44)致谢 (50)个人简历 (52)在学期间发表的学术论文及研究成果 (52)第一章绪论第一章绪论自2004年石墨烯被成功制备以来，二维材料开始踏进人们的视野。
椭偏光谱原理和技术
椭偏光谱原理和技术椭偏光谱原理和技术是一种分析物质光学性质的方法，通过测量物质对椭偏光的旋光、吸收、偏振反射等现象，得到物质的光谱信息，以研究物质的结构、组成、性质等。
椭偏光谱在化学、物理、生物、医学等领域有着广泛的应用。
椭偏光谱的原理基于椭偏振光和物质相互作用的光学响应。
当线偏振光入射到物质上时，物质对光的旋光、吸收、偏振反射等会导致入射光的偏振状态发生改变。
椭偏光谱采用旋光仪或椭偏光镜等设备产生偏振光，然后通过光源透射或反射到样品上，再经过旋光仪或光谱仪等设备测量样品上的偏振状态的变化，进而获得椭偏光谱。
椭偏光谱技术包括旋光谱、吸收谱、偏振反射光谱等。
旋光谱是指测量物质对旋光的响应，通过测量旋转的角度可以得到物质的旋光力学参数。
吸收谱是指测量物质对吸光度的响应，通过测量波长范围内的吸光度变化可以得到物质的吸收光谱。
偏振反射光谱是指测量物质对偏振反射的响应，通过测量偏振反射光的偏振状态的变化可以得到物质的偏振反射光谱。
椭偏光谱技术有着许多优点。
首先，它可以获取物质的结构和组成信息，对于研究物质的性质非常有意义。
其次，椭偏光谱对于无机物、有机物、生物分子等各种物质都适用。
此外，椭偏光谱具有高灵敏度、高分辨率等优点，可以测量微量物质和复杂体系。
最后，椭偏光谱技术简便易行，不需要特殊的样品处理和准备，适用于现场分析和在线监测。
随着科学技术的不断发展，椭偏光谱技术也得到了广泛的应用。
在化学中，椭偏光谱可以用于溶液、固体和气体等的结构和反应动力学研究。
在物理中，椭偏光谱被用于研究光学材料、天体物理和凝聚态物理等领域。
在生物和医学中，椭偏光谱技术可以用于蛋白质结构研究、分子诊断和药物分析等。
总而言之，椭偏光谱原理和技术是一种通过测量物质对椭偏光的旋光、吸收、偏振反射等现象，获取物质的光谱信息以研究物质的结构、组成、性质等的方法。
它在化学、物理、生物、医学等领域有着广泛的应用前景。
随着技术的不断进步和创新，椭偏光谱技术将发挥更加重要的作用，为科学研究和实际应用提供更加准确和可靠的光谱分析手段。
新型分析仪器：光谱椭偏成像系统研制成功
1
在中国科学院重大科研装备研制项的资助下， 力学所国家微重力实验室靳刚课题组成功研制出“光 谱椭偏成像系统”及其实用化样机。
2
该研究是利用高灵敏的光学椭偏测量术，同时结合光谱性 能及数字成像技术，具有对复杂二维分布的纳米层构薄膜样品 的快速光谱成像定量测量能力。在中科院专家组对仪器性能和 各项技术指标进行现场测试的基础上，4月1日，验收专家组一 致认为：系统为复杂横向结构的大面积多层纳米薄膜样品的快 速表征和物性分析提供了有效手段，是一种纳米薄膜三维结构 表征的新方法。
4
该系统既可应用于单光束光谱椭偏仪所覆盖的领域，也 可应用于单波长或分立波长的椭偏成像仪所涉及的领域，适 合同时需要高空间分辨和光谱分辨测量的纳米薄膜器件测量 的场合，这将为椭偏测量开拓新的应用方向。已成功应用于 “863”项目“针对肿瘤标志谱无标记检测蛋白质微阵列生物 传感器的研制”等研究工作中，并将在微/纳制造、生物膜构 造、新型电子器件、生物芯片及高密度存储器件等领域中发 挥重要作用。
5
促进专业化协作，建立以大带小、以小保大的“哑铃 型”产业结构，集中必要财力发展重点、关键领域和高新 技术产业，实现仪器仪表工业技术进步和产业升级。 —— 不断扩大仪器仪表行业的高新技术企业，积极发展一批有 技术创新能力、有特色专业产品的高新技术企业、自动化 软件公司和自动化系统集成服务公司。
谢谢观看
7
3
光谱椭偏成像系统的特点在于：信息量大，可同时测量 大面积样品上各微区的连续光谱椭偏参数，从而可以获得相 关材料物理参数(如厚度、介电函数、表面微粗糙度、合成材 料中的组分比例等)及其空间分布;空间分辨率高，对纳米薄 膜的纵向分辨和重复性均达到0.1nm、横向分辨达到微米量 级;检测速度快，单波长下获得图像视场内各微区(42万像素 以上)的椭偏参量(ψ和Δ)的采样时间达到7秒，比机械扫描式 光谱椭偏仪提高2-3个量级;结果直观，形成视场内对比测量 ，可准确定位和排除伪信号，这是单光束光谱椭偏仪所不具 备的;并且系统自动化程度高，操作简便。
椭偏光谱测量及研究进展
椭偏光谱测量及研究进展椭偏光谱测量是一种重要的物理化学技术，用于研究和分析材料的光学性质。
它结合了光的偏振和光谱学的原理，可以提供关于样品偏振性质的详细信息。
随着技术的进步，椭偏光谱测量已经成为材料科学和化学研究领域中的重要工具。
椭偏光谱测量技术通过测量样品对偏振光的旋转和吸收来提供精确的光学信息。
这种测量可以在大范围内实现，包括可见光、近红外光和紫外光。
通过改变入射光的偏振态和波长，可以获得样品的偏振度、折射率、吸收系数等重要物理参数。
椭偏光谱测量常用于表征材料的性质，例如对溶液中化学物质的结构和浓度进行分析，研究材料的光学活性、磁光性质和超材料等。
1.多参量测量技术的发展：传统的椭偏光谱测量主要关注样品的旋光度和偏振度。
现在，人们已经开始开发多参量测量技术，包括椭圆偏振度、相移、传输矩阵等。
这些技术可以提供更全面的光学信息，进一步深入研究材料的光学性质。
2.纳米结构和纳米粒子的研究：椭偏光谱测量在纳米科学和纳米技术领域中有着重要应用。
由于纳米结构和纳米粒子的尺度效应，它们的光学性质与宏观材料有很大的差异。
椭偏光谱测量可以非常精确地研究这些差异，为纳米材料的设计和合成提供理论指导。
3.生物医学应用：椭偏光谱测量在生物医学领域中具有良好的应用前景。
通过研究生物样品的光学旋光度和偏振度，可以获得重要的生理和病理信息。
例如，可以通过椭偏光谱测量来检测肿瘤、糖尿病和其他疾病的早期诊断。
此外，椭偏光谱测量还可以用于研究生物分子的结构和动力学。
4.数据处理和分析方法的发展：椭偏光谱测量产生的数据往往非常复杂，需要复杂的数据处理和分析方法来解读。
近年来，数据处理和分析方法得到了快速发展，例如谱拟合、数据挖掘和机器学习等。
这些方法可以从庞杂的数据中提取有效的信息，加快数据分析的速度和准确性。
总的来说，椭偏光谱测量是一种重要的光学技术，具有广泛的应用前景。
通过不断地研究和改进，我们可以更好地理解材料的光学性质，探索新的物理现象和应用。
椭圆偏振光谱技术及其对功能薄膜材料的性能表征 (2)
第五章椭偏测量术的应用
长Ａ的函数关系
Ｆ（妒，Ａ）＝Ｆ（ｎ。
，ｎ，，ｎ，，ｉ０Ａ，ｄ）（５－１）
ｖ。
＼／／
Ｎ
ｄ埘
ｃ
Ｆｉｇ．５．１．１Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌｏｆｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｓｔｙｌｅｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｙ
图５．１．１反射式椭偏术单层膜系统模型
测出三个不同入射角ｆｎ所对应的椭偏参数妒、△随波长Ａ的变化数据，即可通过计算机编程由（１）式算出薄膜的光学常数ｎ（Ａ）、ｋ（Ａ）和膜厚ｄ。
本实验采用ＲＡＰ．Ｉ型入射角和波长可变的反射式全自动椭圆偏振光谱仪，入射角准确度优于０．０１。
实验中测量了所制备Ａｇ膜的椭偏参数妒、Ａ在２５０～７７５ｎｍ光频范围内随波长Ａ的变化。
测量条件：光子能量范围为１．５。
＿４．９ｅＶ，能量扫描间隔为０．１ｅＶ，入射角分别为６５０、７０。
、７５。
建立模型：结合ＴＥＭ照片发现，本实验制备的几个样品６ＰＡｇ膜还没有完全覆盖基体表面，如图５．１．２，并且考虑到硅基表面通常有几纳米厚的Ｓｉ０２覆盖层，所以椭偏数据反映的应该是Ａｇ和Ｓｉ０２共同的信息。
因此，用有效介质Ｊ丘似（ＥＭＡ）中的Ｍａｘｗｅｌｌ．Ｇａｒｎｅｔｔ模型，如图５．１．３。
其中石为Ａｇ的体积分数。
（ａ）（ｂ）（ｃ）Ｆｉ庐．１．２ＡｐｐｅａｒａｎｃｅｏｆｓａｍｐｌｅｓｏｆＴｒａｎｓｆｉｔｉｓｓｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅｂｒｉｇｉｌｔｆｉｅｌｄ
图５．１．２Ａｇｌ（ａ），Ａ９３（ｂ）录ｑＡ９５（ｃ）的透射电镜明场形貌。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
椭偏测量物理依据II
r
Rr P rp ei(p s )
RS rs
tan ei
p s
tan rp rs
Δ和Ψ分别反映了光与物质相互作用后，P和S振动分量的
材料的宏观光学性质：折射率n和消光系数k ñ(λ) = n(λ) + ik(λ)
对于吸收介质，光的强度I(x)在固体中随距离x和 时间t传播时按以下形式衰减： I(x)=|E(x,t)|2=I(0)e-ax 上式中，a为吸收系数，它的物理意义为：当光 波的透入距离x=d1=1/a=λ0/4kπ,光的强度衰减到 原来的1/e，通常d1称为透入深度。 a=4kπ/λ0 (材料吸收特性与消光系数关系)
研究进展III：椭偏和光度法联用
吸收薄膜椭偏法拟合出现光学常数关联性的根本原 因，在于未知参数的数量大于方程数，椭偏方程无 惟一解，这直接导致了一定范围内不同的 d，n，k 组合都可产生较好的拟合结果，从而使结果离散性 大. 要解决这一问题，可以从两方面入手:第一，减 少未知数.第二，增加方程的数量，提供更多的限定 条件. 采用多入射角虽然得到了更多数据，但往往 不能提供新的限定条件，它所起的作用通常是减小 实验误差，验证拟合结果的正确性。
拟合具体过程如下:首先将分光光度计测得的透射 率T转换成 WVASE32 软件的数据格式，将其与ψ和 Δ同时设为拟合参数. 称之为SE + T 方法。
THANKS FOR ALL!!!
光的偏振及其应用
红外偏振光治疗仪将0.6μm1.6μm特定波长的光波（医学上 称为人体投射窗口），经过偏振 系统处理后产生红外偏振光（偏 振度达91%），通过不同功能的 治疗头（透镜组）和电脑控制， 将红外偏振光渗透于神经根、神 经干、神经节、经络穴位和痛点， 显著改善血液循环，使人体的亚 健康状态调整到健康水平。
0 2 2
P means “principal part “
nk
Frequency (energy)
n()
1 2
p
0
k
(
) 2
k( 2
)
d
k()
2
p
0
n() 2
2
d
正常 色散
反常 正常 色散 色散
色散曲线——Lorentz近似
光的偏振及其应用
在光波里，可引起人的视觉的是 E 矢量（光矢
量）。
光矢量
E
振动面
0
v
H
通常看到的绝大多数光-----偏振光
光的偏振及其应用
偏光镜头 汽车车灯
立体电影
光的偏振及其应用
液晶显示(LCD)是一个由上下两片导电玻制成的液晶 盒，盒内充有液晶，四周用密封材料——胶框密封， 盒的两个外侧贴有偏光片。在上下两片栅栏相互垂直 的偏光板之间充满液晶，利用电场控制液晶的转 动．不同的电场大小就会形成不同的灰阶亮度．
学术沙龙系列之：
椭偏光谱测量及研究进展
周明
目录
光的偏振及其应用 椭偏光谱学简介 固体材料光学性质与光学常数关系 可见-近红外偏振手段应用以及数据处理 椭偏光谱研究进展
光的偏振及其应用
太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在 垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而 且沿着各个方向振动的光波的强度都相 同．这种光叫做自然光 .
研究进展I：多层介质膜椭偏研究
研究进展II: 蒸发速率对ITO光学常数影响
ITO 具有复杂的吸收机制和微观结构,制备工艺和退火条件 也会对它的光学性质造成影响。因此长期以来都无法准确测 量ITO 薄膜的光学常数。
随着蒸发速率的提高, ITO 薄膜的载流子浓 度随之减小,而折射率 随之增大,符合折射率 随载流子浓度的变化 关系。
圆偏振光
X
wave1
相位相差 90°Y
振幅相同.
椭圆偏振光
wave2
相位、振幅都不同
Z
椭偏测量物理依据I
入射光在界面发生反射或者折射时，其反射波和 透射波偏振态会改变。这种变化的原因在于:P光 和Rr sS线EErr偏riss 振r光sei有不Rr 同p 的EErr菲ripp 涅 r尔pei反 射或透射系数。
cos
P
0
E0
椭偏仪实际测量的是什么呢？ 光强
椭偏设备和光谱仪原理是一样的，通过光强转化为偏振数据
椭偏测量特点
测量偏振光经表面反射后偏振 E p-plane 态的变化。 ( and Δ) .
s-plane
非破坏性测量技术
plane of incidence
ρ
tan()ei
椭偏测量的发展
1823年，菲涅尔推导出著名的菲涅尔公式 1863-1906年，Drude教授最先开展椭偏光谱研
究，推导出测量计算基本公式 1945年，消光式椭偏测量方法 动态光度式椭偏测量方法 旋转检偏器
旋转起偏器 相位调制型 RPSE实时在线椭偏光谱仪
电磁光波 – 电场和磁场混合组成
典型的椭圆偏振光仅考虑电场（ E-
fields）.
E ( z, t)
E0
sin
2
(z
vt)
Y
Electric field, E(z,t)
Magnetic field, B(z,t)
Z
椭圆偏振光
用垂直座标中的2束分量光的重叠状态来 表述。
线偏振光
两束光相位相同.
始偏振方向沿S方 向。A的转速是P的 两倍，光入射面与
S方向垂直
Ef 1
0
cos A sin A
sin A rs
cos
A
0
0 cos P
rp
sin
P
sin P 1
cos P
0
0 cos P 0 sin P
sin P 1
1]1/ 2
表征了固体宏观光学性质的不同光学常数之间的关系
Kramers-Kronig 关系
实部和虚部互相关联, 实
部K-εK1和关虚系部。ε2之间存在下述
12
1
1
2
P
2
0 2 2
d
2
2
P
11 d
振幅和相位发生的变化，ρ不仅依赖于被研究材料的光学
性质，还依赖于实验条件，如入射光的波长和入射角、样
品表面的粗糙度等条件。最后椭偏参数与所需确定的光学
常数之间的联系还依赖于材料的结构和所采用的反射式光
学系统的模型。
椭偏测量：测量光强转化为偏振
P0为固定起偏器， P和A为可旋转的起 偏器和检偏器，初
▪ 反常色散, < 0, n0, R1,
金属反射区
反射率R
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0
300
Ag
400
金属的反射率
Au Cu
金属银呈现白色 铜和金呈现黄色
Ge
Si
500
600
700
800
900
波长(nm)
光的偏振及其应用 椭偏光谱学简介 固体材料光学性质与光学常数关系 可见-近红外偏振手段应用以及数据处理 椭偏光谱研究进展
VASE-32椭偏仪及其数据处理
光的偏振及其应用 椭偏光谱学简介 固体材料光学性质与光学常数关系 可见-近红外偏振手段应用以及数据处理 椭偏光谱研究进展
研究进展I：多层介质膜椭偏研究
基底光学常数确定。
多层膜光学常数确定。首先假定其为单层膜，根据 这一物理结构，拟和得到的结果如下图 所示。拟和 与实测值偏差很大，趋势也不相同，在400～650 nm 范围内，两者比较吻合，而在紫外及红外区， 拟和与测试相差很大，如在波长1 650nm 处，Ψ 和 Δ 的拟和与实测值分别达到了18°和60°的偏差。这 可能是由于色散关系不正确，也可能是物理结构不 合理造成的。通过反复尝试色散关系以及薄膜的厚 度、折射率初值，始终无法得到理想的结果，由此 断定该未知薄膜不是单层结构。
R~p R~s
E p-plane
s-plane
可以测量薄膜的折射率等光学 常数和膜厚。
光强 椭偏参数 复介电常数 其他光学常数
16
光的偏振及其应用 椭偏光谱学简介 固体材料光学性质与光学常数关系 可见-近红外偏振手段应用以及数据处理 椭偏光谱研究进展
固体材料光学性质与光学常数关系
光学常数之间关系
材料复折射率：
%=n%2 =(n2 -k2 )+i2nk=(n2 -k2 )+i 4
上式中复介电常数%定义为： %
1 n2 k2
2
4 1源自i2n
1 2
[(12
2 2
)1/ 2
1]1/ 2
k
1 2
[(12
2 2
)1/
2
光的偏振及其应用 椭偏光谱学简介 固体材料光学性质与光学常数关系 可见-近红外偏振手段应用以及数据处理 椭偏光谱研究进展
椭偏光谱学简介
椭圆偏振光谱学（Spectroscopic Ellipsometry）。是利用光的偏振特性，在光的
反射和折射定律基础上对光学固体材料的光学结构和性 质进行测量、分析、研究的一门科学。其特点是通过测 量偏振光与固体材料相互作用后的振幅和相位变化，可 以得到有关材料光学常数等各种信息，如吸收系数、反 射率、复折射率和复介电常数等。