光谱椭偏技术之相位调制技术概述
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。
相位调制的原理
相位调制的原理
相位调制是一种广泛应用于无线通信中的调制技术，它基于调制信号的相位变化来携带信息。
相位调制的原理是通过改变调制信号的相位角来传递信息。
在相位调制中，调制信号通常是一个高频载波波形，它的相位被调整以传递信息。
相位的变化可以分为离散相位调制（PSK）和连续相位调制（CPM）两种方式。
离散相位调制（PSK）是最简单和最常见的相位调制方式之一。
在PSK中，调制信号的相位角被离散地调整成不同的角度，
每个特定的相位角对应一个特定的信息符号。
常见的PSK调
制方式有二进制相位移键控（BPSK）、四进制相位移键控（QPSK）等。
连续相位调制（CPM）是一种更复杂的相位调制方式，它的
相位角可以连续变化。
在CPM中，调制信号的相位角的变化
是基于一个预先定义的相位轨迹，通过改变相位轨迹的参数来传递信息。
常见的CPM调制方式有连续相位调制（CPM）、
高斯最小频偏调制（GMSK）等。
相位调制的原理是基于相位角的变化来传递信息，接收端通过解调过程将带有信息的相位角恢复为原始的数据信号。
在解调过程中，通常采用相干解调技术，利用参考信号与接收信号之间的相位差来恢复原始的信息。
总之，相位调制是一种通过改变信号的相位角来传递信息的调
制技术。
它广泛应用于无线通信中，可以提高信号传输的效率和可靠性。
椭偏仪原理
椭偏仪原理摘要椭偏术是一种利用线偏振光经样品反射后转变为椭圆偏振光这一性质以获得样品的光学常数的光谱测量方法。
本文主要介绍了椭偏仪的光学原理。
比较了不同类型椭偏仪的异同点，对椭偏仪的工作特点和应用进行了说明，并展望了今后的发展趋势。
对于学习和了解椭偏仪具有较好的指导效果。
关键词：光学原理、椭偏仪、推导AbstractEllipsometry is the spectral measurement that reflects the linearly polarized light by the sample in order to obtain its optical constant. This paper is to mainly introduce the optics principle of the ellipse leaning meter. Pointing out the similarities and differences among different types of ellipse leaning meter, it explains the feature and the application of the ellipse leaning meter, and has forecast its future trend of development. This paper gives principal instruction to the study and the understanding of the ellipse leaning instrument.Key words: Optics principle,Ellipsometry, Infers目录摘要 (1)Abstract (1)目录 (2)引言 (3)1绪论 (4)1.1椭偏仪发展史 (4)1.2椭偏仪的仪器构造 (7)2椭偏仪的工作原理 (8)2.1椭偏仪的数据处理模型 (8)2.2椭偏仪光学原理 (10)2.2.1 椭偏仪的测量原理 (10)2.2.2 的表达式推导过程 (13)2.2.3 多周期厚度的讨论 (15)2.2.4 关于误差的几点讨论 (16)3椭偏仪的应用 (16)3.1利用椭偏仪测量薄膜的优点和特点 (16)3.2椭偏光谱技术的应用 (17)4展望 (18)5结束语 (19)参考文献 (20)致谢 (21)引言薄膜在工农业的许多领域都有起着重要作用：一方面，薄膜本身应用广泛，例如，光存储薄膜可应用在信息技术中，生物薄膜可应用在生物医学中；另一方面通过薄膜的形成则可用于研究和分析许多重要工艺的动力学过程，例如，通过半导体表面上薄膜的形成可以了解半导体一些工艺的动力学过程。
光学相位调制的原理和应用
光学相位调制的原理和应用
光学相位调制是一种控制光波相位的技术，它可以通过调制光波的相位来实现信号的调制和传输。
其原理基于光波的干涉现象，通过改变光的相位，可以改变光的干涉图样，进而实现信号的编码和解码。
光学相位调制的原理可以简述如下：当光波通过被调制的光栅、液晶、或者光电效应材料等介质时，介质中的折射率、吸收系数或者透明度会发生变化，从而改变了光波的相位。
通过对这些介质施加不同的电压或者传递不同的电流，可以精确地控制光波的相位调制。
光学相位调制在光通信、光存储和光计算等领域有着重要的应用。
它可以用于调制和解调光信号，实现高速光通信和高容量光存储。
此外，光学相位调制还可以用于光学成像和光学测量，例如在显微镜和干涉仪中的应用，可以实现高分辨率的图像获取和精确的测量结果。
光学相位调制还被广泛应用于激光器技术中。
通过调制光波的相位，可以实现激光器的频率调制、激光束的调制和激光脉冲的调制等功能。
这些应用对于光学通信、雷达、激光雷达、光学光谱、激光打印、光学标记和生物医学影像等领域具有重要意义。
总之，光学相位调制是一种重要的光学技术，它可以实现光信号的调制和传输，具有广泛的应用前景。
通过精细的相位调制，
可以实现高速、高容量的光通信和光存储系统，并在光学成像、光学测量和激光器技术等方面发挥重要作用。
全息术中的相位调制技术
全息术中的相位调制技术全息术是一种非常神奇的光学显微技术，在不同的领域都有广泛的应用，比如医学、材料科学、地球科学等等。
全息术通过记录光的干涉模式来重建三维物体的图像，而相位调制技术则是其中的一项关键技术，被广泛应用于全息术系统中的相干光源、数字全息术、全息存储和光学计算等多个方面。
一、相位调制技术的基本原理相位调制技术是指通过改变光波的相位分布来实现光波的编码和解码。
在全息术中，相位调制技术的基本原理是将物体的相位信息转化为光波的振幅或相位信息，通过控制光波的振幅或相位信息来记录物体的相位信息。
在数字全息术中，相位调制技术可以将空间频率信息转换为光强信息，并记录在数字图像中。
这种技术可以有效地提高数字全息术的分辨率和信息容量，使其在光学显微镜、医学影像、遥感图像等多个领域得到广泛应用。
二、相位调制技术的发展历程相位调制技术的发展历程可以追溯到上世纪50年代。
当时，相位调制技术主要应用于全息术中的相干光源，以提高图像的对比度和分辨率。
上世纪70年代，随着数字计算机的出现，相位调制技术开始应用于数字全息术中，使数字全息术的分辨率和信息容量比传统的全息术得到了显著的提高。
21世纪以来，随着纳米技术、信息技术和光学技术的不断发展，相位调制技术在全息术、光计算和量子计算等领域的应用越来越广泛。
相位调制技术的应用范围也不断扩大，如光学存储、光通信、光学传感、光学加密等等。
三、相位调制技术的主要方法相位调制技术的主要方法包括电光调制、声光调制、压电效应和液晶调制等。
1. 电光调制电光调制是一种利用电场对液体晶体分子极化程度的变化来调制相位的技术。
该技术主要应用于光学调制器和光学开关等设备中。
2. 声光调制声光调制是一种利用超声波在晶体中传播时对晶体的光学特性产生影响来改变相位的技术。
该技术主要应用于全息术、激光干涉、光学计算等领域。
3. 压电效应压电效应是指某些晶体在受到压力或拉力作用时会产生极化，从而改变光波的相位。
相位调制的定义
相位调制的定义
相位调制是指在调制中采用信号的相位进行调制的一种调制方法。
相位是指信号与某个时基相比的相对位置，它与电压、电流等信号特征是有关的。
相位调制涉及到频谱、信号波形等方面的变化。
相位调制有两种类型：二进制相移键控调制（BPSK）和四进制相移键控调制（QPSK）。
二进制相移键控调制仅有两种可能的相位差，即0度或180度；而四进制相移键控调制需要调制参考信号，可以分为四种不同的相位状态。
这两种调制方法不仅在数字通信中被广泛应用，而且在模拟调制中也具有广泛的应用。
相位调制和其他调制方法相比，具有多种优势。
首先，它是一种很高效的、可靠的频谱利用技术。
其次，相位调制对于高信噪比情况下的信道比其他调制方法具有更好的灵敏度和鲁棒性。
第三，相位调制具有适应性好的特点，可以根据不同的信道条件和系统要求进行优化调整。
在现代通信中，相位调制是一种非常重要的调制方式。
通过相位调制技术，可以提高信号的传输距离和带宽利用率，从而更好地满足人们日益增长的通信需求。
总之，相位调制是一种重要的信号调制技术，具有多种优势，不仅在数字通信中被广泛应用，而且在模拟调制中也具有广泛的应用。
随着通信技术的发展，相位调制将会在通信系统中扮演更加重要的角色。
相位调制原理
相位调制原理相位调制是一种常见的调制方式，它是指通过改变载波信号的相位来传输信息的一种调制技术。
在通信领域中，相位调制被广泛应用于数字通信、无线通信、光通信等各个方面。
本文将对相位调制的原理进行详细介绍，以帮助读者更好地理解这一调制方式。
首先，我们来了解一下相位调制的基本原理。
相位调制是通过改变载波信号的相位来传输信息的一种调制方式。
在相位调制中，载波信号的频率和幅度保持不变，只有相位发生改变。
这种相位的改变可以被解调器恢复，从而实现信息的传输。
相位调制的主要优点是抗干扰能力强，能够有效地提高信号的传输质量。
接下来，我们将详细介绍相位调制的原理。
在相位调制中，我们通常使用正弦波载波信号来传输信息。
通过改变正弦波的相位，我们可以实现信息的传输。
在相位调制中，我们通常使用相位变化的幅度来表示信息，比如0和180度的相位差代表不同的二进制数据。
通过这种方式，我们可以将数字信号转换为模拟信号，从而实现信息的传输。
在实际应用中，相位调制有多种不同的方式，比如二进制相移键控（BPSK）、四相相移键控（QPSK）、八相相移键控（8PSK）等。
这些不同的相位调制方式可以根据具体的应用场景来选择，以实现不同的传输要求。
此外，相位调制还可以与其他调制方式结合使用，比如与频率调制（FM）结合使用，从而实现更高效的信号传输。
通过合理地选择调制方式，我们可以在不同的通信环境中实现更好的信号传输效果。
总之，相位调制是一种重要的调制方式，它通过改变载波信号的相位来传输信息。
相位调制具有抗干扰能力强、传输效率高等优点，因此在数字通信、无线通信、光通信等领域中得到广泛应用。
通过本文的介绍，相信读者对相位调制的原理有了更深入的理解，希望本文能对读者有所帮助。
相位调制原理
相位调制原理
相位调制是一种数字通信技术，用于在传输信号中通过改变信号的相位来传递信息。
相位调制是一种广泛应用的调制技术，可以用于无线通信、光纤通信、卫星通信等各种通信系统中。
在相位调制中，信号的相位被调制成离散的状态，通常用不同的相位表示不同的数字或符号。
最常见的相位调制方法有二进制相移键控（BPSK）、四进制相移键控（QPSK）和八进制
相移键控（8PSK）等。
这些调制方法根据每个符号所代表的
相位数目来区分。
相位调制的原理是通过改变信号的相位来传递信息。
在发射端，通过将要传输的数字或符号转换成对应的相位，在每个符号间切换相位，将数字信息转换成模拟信号。
在接收端，通过解调器将接收到的信号转换成对应的数字或符号，从而还原出原始的信息。
相位调制的优点之一是它对噪声的抗干扰能力较强。
由于相位调制中每个符号对应的相位之间的差距较大，因此在接收端可以通过判断信号的相位来较容易地区分不同的符号，即使在存在噪声的情况下也能进行准确的译码。
在使用相位调制技术时，需要考虑到传输信号的带宽和功率的限制。
较高的调制阶数可以提高传输速率，但同时也会增加信号的带宽需求和功率消耗。
因此，在实际应用中需要根据具体的需求和资源限制来选择最适合的相位调制方案。
总的来说，相位调制是一种通过改变信号的相位来传递信息的调制技术。
它在数字通信领域具有重要的应用价值，可以实现高速、可靠的数据传输。
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• 先进的测量能力 退偏效应 退偏可能发生在非相干反射、粗糙表面、散射、光
谱分辨率不足、材料不均匀等情况下。 通过测量Is,Ic,Ic'，UVISEL 软件可以计算偏振度，偏振
• 高灵敏度 椭偏仪的灵敏度由使用的特殊元件决定。当采用
PEM 作为关键元件时，50kHz 的调制频率提供了一个 无噪声的宽动态范围。与强大的数字信号平均法结合， UVISEL 相位调制型椭偏仪从远紫外到近红外都具有优异 的信噪比。
• 高速数据采集 在 50kHz 的调制频率下，相位调制型椭偏仪能以
UVISEL 相位调制椭偏仪的结构如下图所示：
什么是光弹调制器？
光弹调制器采用的石英块在无应力时表现为各向同 性，是一种用于双折射调制光学元件。
如果在石英块上施加机械应力，例如通过安装在石 英块两端的压电传感器施加应力，调制器就会产生双折射 性(no≠ne)。这意味着当光通过调制器时，两个偏振方向振 动的光的相速度不同，从而引入调制的相位偏移。
样。 NIST 100nm 标样给出以下认证值（单层模型）： 厚度: 973.00 Å 折射率: 1.465
• 定义 重复性定义为同一点上 10 次静态测量的标准差。 精确度为 10 次测量的样品特性（厚度和折射率）平
均值与 NIST 标称值之差。
在整个光谱范围内，测量结果显示出非常好的可重 复性：
厚度的平均值：973.23 ± 0.11 Å, 折射率的平均值：1.4627 ±0.00006. 根据以上定义，UVISEL 的精确度为： 厚度：0.23 Å 折射率：0.002
光子能量（eV） 以2000ms积分时间在1.5-5eV范围内进行透射空气椭偏测量。
光谱椭偏技术
UVISEL相位调制型椭偏仪性能说明
Δ接近0°时,椭偏测量精确性： 透射空气测量
空气是椭偏参数确定的材料：透射空气的椭偏测量 应得到 Ψ=45°, Δ=0°。
• 性能： 以 70°入射角，积分时间为 200ms /单点，光谱范
围 190-2100nm 测量 10 次 100nm NIST 标样。使用 c-Si上 单层 SiO2 模型。 SiO2 的光学常数由经典洛伦兹谐振子 （classical Lorentz oscillator）色散公式描述。
• 全范围内 Ψ 和 Δ 的高精度测量 相位调制型椭偏仪通过测量以下参数在全范围内获
取样品 Ψ 和 Δ 的最优化值：
Is=sin2ψsinΔ Ic=sin2ψcosΔ
和： Is=sin2ψsinΔ Ic'=cos2ψ
在 0°— 360° 全范围内 实现 Δ 参数的精确测量
在 0°— 90° 全范围内 实现 Ψ 参数的精确测量
Ψ 平均值：44.98°--45.02°。 Δ 平均值：-0.02°--0.02°。 标准差：Ψ为0.0035，Δ为0.0057，均在 ±0.01º 以内。
椭偏仪的精确性和可重复性
• 标准参考材料 UVISEL椭偏仪精确度和可重复性测试采用美国国家
标准技术研究所（NIST）提供的标准参考材料（SRM）。 标样包括硅片上热氧化物，并使用 NIST 100nm 标
采用光栅单色仪分析光信号，按顺序将各波长导入 探测器。使用的探测器分为两类：一种是应用于远紫外— 可见光的光电倍增管，另一种是应用于近红外的 InGaAs 光电二极管。
扫描单色仪系统具有以下优点: 带宽可控实现精确 的实验光谱，高分辨率适用于测量厚薄膜，并具有优异的 测量重复性。HORIBA Jobin Yvon 的新型单色仪能在短时 间内进行从远紫外到近红外的测量。
度定义如下：p=(Is)2 + (Ic)2+ (Ic')2 --当 P=1 时，样品无退偏。 --当 P<1 时，样品有退偏。
光子能量（eV）
光子能量（eV） 5um 有机层产生退偏，偏振度 <1。
硅基底
硅基底上 的超薄层
□ 米勒 (Mueller) 矩阵
UVISEL 相位调制型椭偏仪能测量多达 11 个米勒矩 阵元。米勒矩阵对研究样品退偏和各相异性非常有用。
相位调制椭圆偏振仪是如何工作的？
光学装置
相位调制技术介绍
光源采用光谱范围从 190nm 到 2100nm 的氙灯。通过 起偏器产生线偏振光，光以某一倾角（一般为 70°）在研 究的样品表面反射。输出装置由一个光弹调制器和一个分 析反射光束偏振态的检偏器组成。
光弹性调制器使反射光产生相位偏移，同时两个偏 振片保持固定。
光源 起偏器
探测器 检偏器 光弹调制器
样品 UVISEL 的光学装置
光弹调制器工作示意图
光谱椭偏技术
光弹调制相比于其它偏振调制具有哪些优点?
• 宽光谱覆盖 能够覆盖远紫外到近红外光谱范围，无需多个硬
件装置，无需旋转任何光学元件，UVISEL 即可实现从 190nm 到 2100nm 的连续、精确测量。
• 大接收角范围 光弹调制器的光学元件具有很大的入射角容限，系
统对准非常简单。由于光束不沿着旋转元件的主轴前进， 在液体池和沉积/刻蚀反应器里在线测量时是一个很大的 优点。
• 微光斑功能 UVISEL 集成了用于光学耦合的反射镜，在整个光谱
范围内可以提供小至 50 微米的微光斑。微光斑测量对于 表征半导体晶圆上的图案、显示器材料和生物传感器是十 分有用的，还具有可分析粗糙层和透明基底样品的优点。
Technical Note
光谱椭偏技术 HSC-TH00AN01-V1
相位调制技术概述
HORIBA Jobin Yvon 的 UVISEL 系列椭圆偏振光谱仪使用光弹调制器进行无机械运动的高频 (50kHz)偏振调制。应用这项技术使系统具有诸多优点：快速，无运动部件，无需额外光学元件即可 在宽光谱范围内进行精确测量。和传统椭偏仪相比，相位调制技术在表征薄膜厚度和光学常数时具 有更高的灵敏度。