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科普：橢偏儀如何工作？

來源：時間：2024-06-27 09:47:53 瀏覽：4466次

科普：橢偏儀如何工作？

橢偏儀（Ellipsometer）是一種光學(xué)測量儀器，主要用于測量材料的光學(xué)參數(shù)，如折射率、厚度、粗糙度等。

工作原理：

它的工作原理基于光的橢偏效應(yīng)，即當(dāng)光線通過介質(zhì)時，由于介質(zhì)對不同偏振方向的折射率不同，導(dǎo)致光線的偏振狀態(tài)發(fā)生改變；橢偏儀通過測量入射光和透射光的偏振狀態(tài)，從而得到有關(guān)材料性質(zhì)的信息。

組成：

橢偏儀的基本構(gòu)成部分包括光源、樣品室、光學(xué)系統(tǒng)、檢測器等。

光源通常采用激光器，因?yàn)榧す饩哂袉紊院?、相干性高等特點(diǎn)，有利于提高測量精度；樣品室用于放置待測樣品；光學(xué)系統(tǒng)包括分束器、偏振片、補(bǔ)償器等，用于控制和調(diào)整光路；檢測器則用于檢測透射光的偏振狀態(tài)，常用的有光電探測器、硅光電池等。

工作過程：

橢偏儀的工作過程如下：

1. 光源發(fā)出的激光經(jīng)過分束器分為兩束，一束作為入射光，另一束作為參考光；入射光穿過樣品，參考光則直接透過參考片。

2. 入射光和參考光分別經(jīng)過偏振片，只有與偏振片方向一致的光才能通過；這樣，入射光和參考光的偏振狀態(tài)就得到了限制。

3. 經(jīng)過偏振片后的入射光和參考光分別到達(dá)補(bǔ)償器；補(bǔ)償器的目的是消除光源自身的偏振效應(yīng)，確保入射光和參考光的偏振狀態(tài)一致。

4. 補(bǔ)償后的入射光和參考光分別穿過樣品和參考片，此時，兩束光分別發(fā)生橢偏效應(yīng)。

5. 穿過樣品和參考片后的兩束光再次經(jīng)過偏振片，此時，偏振片對兩束光的偏振狀態(tài)進(jìn)行了篩選，只有滿足偏振片方向的透射光才能通過。

6. 最后，透射光分別到達(dá)檢測器，檢測器將透射光的強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)處理后得到橢偏角等參數(shù)。

通過上述過程，橢偏儀可以得到樣品的光學(xué)參數(shù)；具體而言，橢偏角與樣品的折射率、厚度等因素有關(guān)；通過分析橢偏角，可以得到樣品的折射率、厚度、粗糙度等參數(shù)；此外，橢偏儀還可以用于測量樣品的相位、雙折射等光學(xué)性質(zhì)。

應(yīng)用領(lǐng)域：

橢偏儀在科研、工業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

在材料科學(xué)研究中，橢偏儀可以用于研究新型材料的光學(xué)性質(zhì)，為材料設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供依據(jù)。

在半導(dǎo)體制造過程中，橢偏儀可用于監(jiān)測薄膜厚度，確保生產(chǎn)過程的精度。

在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，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。

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