[其他]消光-光度兼容的椭圆偏振仪

说明书

本发明涉及一种带有旋转元件的椭圆偏振仪。

椭圆偏振仪是一种测量固体表面和薄膜参数的精密仪器，广泛应用于电子工业、光学薄膜、电化学和生物等技术领域。

常用的椭圆偏振仪为单制式的椭圆偏振仪，即消光式椭圆偏振仪和光度式椭圆偏振仪。

消光式椭圆偏振仪主要采用PQSA结构，测量偏振参数△、ψ值的准确度高，误差可小于0.005°，但测量速度慢，一般为数分钟至10多分钟。

光度式椭圆偏振仪，如比利时BE280475专利所报导的偏振仪，常含有旋转元件，具有测量速度快的优点，测量时间为1秒以下，其缺点是测量的准确度低，偏振参数△、ψ测量误差为0.05°或更低。

1985年 Rev.Sci Instru.v56（11）PP1995报导了一种采用旋转偏振器的消光-光度兼容的椭圆偏振仪，该仪器的结构是：以样品表面为反射面，入射光的一侧布置一个起偏器，一个 1/4 波片和一个法拉弟调制器Ⅰ，反射光的一侧布置一个检偏器，一个光电倍增管和一个法拉弟调制器Ⅱ。其起偏器和 1/4 波片安装在一个可调方位的度盘上，检偏器安装一个带有编码器的度盘上，该度盘的方位调节采用伺服电机驱动，同时还可用手动。测定偏振参数△和ψ时，光束依次通过起偏器、1/4波片、法拉弟调制器Ⅰ，经待测样品表面反射，通过法拉弟调制器Ⅱ、检偏器后到达光电倍增管，并由电子计算机作数据处理。

当1/4波片方位固定于45°，起偏器和检偏器的方位由手动调节达到消光时，该仪器便成为PQSA结构，可作为消光式椭圆偏振仪使用。

若将法拉弟调制器Ⅰ、Ⅱ退出光路，1/4波片固定在0°或90°，用伺服电机驱动的检偏器以0.75转/秒转速转动，由电子计算机分析数据测定偏振参数△、ψ值，则该仪器具有光度式椭圆偏振仪的功能。

这种旋转检偏器的消光-光度兼容的椭圆偏振仪的缺点是：

1、利用检偏器处于旋转状态下测定偏振参数△值在△＝0附近测量△值时，其误差比单制式的光度式椭圆偏振仪增大10～20倍，且一次测量无法确定△值的正负号。原因是偏振参数△的正负取决于偏振光是右旋还是左旋，利用偏振器旋转时，实际上是观察椭圆偏振光在各个偏振方向的光强，所以无法分辨其旋转方向。在△＝0（线偏光）附近，△值的增加将使椭圆偏振光短轴光矢量增加，但当旋转偏振器转至短轴方向附近时，光信号极易受到光强度大几十倍的长轴分量在该检偏器方向上投影的干扰，故此时测量△的精度很差。

2、测量偏振参数△值时，须将法拉弟调制器Ⅰ、Ⅱ退出光路，给操作造成不便。

本发明的任务在于设计一种能精确测定偏振参数△值，且操作方便的消光-光度兼容式的椭圆偏振仪。

图面说明：

图1为本发明的消光-光度兼容式的椭圆偏振仪的结构示意图。图中P-起偏器，Q-1/4波片，A-检偏器，D-光电倍增管，S-待测样品，J-电子计算机处理器。

以下结合附图说明本发明的具体内容，但发明的内容不限于附图说明。

如图1所示，以样品〔S〕的表面为反射面，入射光束和反射光束构成V字型光路，入射角为60°或70°，在入射光的一侧布置一个带方位度盘的起偏器〔P〕、一个可由伺服电机带动连续转动或以手动调整至某一固定方位的1/4波片〔Q〕，反射光的一侧布置一个带有相位度盘的检偏器〔A〕和一个光电倍增管〔D〕以及一个同光电倍增管〔D〕相连接的微型电子计算机数据处理器〔J〕。光束通过起偏器〔P〕、1/4波片〔Q〕，经待测样品〔S〕表面反射后，通过检偏器到达光电倍增管〔D〕。

当1/4波片〔Q〕定位于±45°，以手动调节起偏器〔P〕和检偏器〔A〕的方位消光，作偏振测量时本仪器具有同单制式的消光式椭圆偏振仪相同的功能。

当起偏器〔P〕和检偏器〔A〕在±（10°～80°）范围内定位，其最佳位置为±45°，令1/4波片〔Q〕快速旋转，此时仪器具有同单制式的光度式椭圆偏振仪相同的功能。由光电倍增管〔D〕输出的信号随1/4波片〔Q〕的转动呈周期性变化，对该信号进行付里叶分析求出各次谐波分量的大小，从中求出斯托克斯参量S₁、S₂、S₃，即可换算成为偏振参数△和ψ，整个演算过程由微型电子计算机处理器〔J〕执行并作快速数字显示。