椭偏仪的原理说明

　　椭偏仪是一种用于探测薄膜厚度、光学常数以及材料微结构的光学测量仪器。
　　椭圆偏振测量技术（椭偏测量技术）通过测量光在介质表面反射前后偏振态变化，获得材料的光学常数和结构信息，具有测量精度高、非接触、无破坏且不需要真空等优点。自从1887年，德鲁德提出椭偏理论，建立了世界上套实验装置并成功地测量了18种金属的光学常数起，1945年，Rothen次提出了椭偏仪一词。之后，椭偏仪有了很大的发展，被广泛应用于薄膜测量这一领域。

　　椭偏光在样品表面上的反射、折射、多光束干涉过程，介质表面作用会引起前后偏振态（椭偏参数 ψ振幅比和 Δ相位差）变化，通过获得材料的光学常数和结构信息。
　　偏振光波通过介质时与介质发生相互作用，这种相互作用将改变光波的偏振态，测出这种偏振态的变化，进而进行分析拟合，得出我们想要的信息。
　　用薄膜的椭圆函数ρ表示薄膜反射线形成椭圆偏振光的特性，即
　　式中:tanψ表示反射光的两个偏振分量的振幅系数之比，ψ称偏振角;rp表示反射光在P平面的偏振分量;rs表示反射光在S平面的偏振分量。
　　rp和rs的数学表达式可以用Maxwell方程在不同材料边界上的电磁辐射推到得到。
　　其中?0是入射角，?1是折射角。入射角为入射光束和待研究表面法线的夹角。通常椭偏仪的入射角范围是45°到90°。这样在探测材料属性时可以提供的灵敏度。每层介质的折射率可以用下面的复函数表示：
　　通常n称为折射率，k称为消光系数。这两个系数用来描述入射光如何与材料相互作用。它们被称为光学常数。实际上，尽管这个值是随着波长、温度等参数变化而变化的。当待测样品周围介质是空气或真空的时候，N0的值通常取1.000。
　　通常椭偏仪测量作为波长和入射角函数的ρ的值（经常以ψ和?或相关的量表示）。一次测量完成以后，所得的数据用来分析得到光学常数，膜层厚度，以及其他感兴趣的参数值。如下图所示，分析的过程包含很多步骤。
　　可以用一个模型（model）来描述测量的样品，这个模型包含了每个材料的多个平面，包括基底。在测量的光谱范围内，用厚度和光学常数（n和k）来描述每一个层，对未知的参数先做一个初始假定。椭偏仪数据处理模型的建立是至关重要的一步 ,如果不能建立一个与参数匹配良好的模型，前面的测试就毫无意义，甚至如果建立一个错误的模型 ,其结果将与真实值南辕北辙。