椭圆偏振技术

椭圆偏振技术是一种研究薄膜介电特性（复折射率或介电函数）的光学技术。 椭圆偏振技术测量偏振在反射或透射时的变化，并将其与模型进行比较。

可用于表征成分、粗糙度、厚度（深度）、结晶性质、掺杂浓度、导电率等材料特性。 它对与被研究材料相互作用的入射辐射的光学响应变化非常敏感。

大多数薄膜分析实验室都可以找到光谱椭偏仪。 椭圆偏振技术也越来越引起生物学和医学等其他学科研究人员的兴趣。 这些领域对该技术提出了新的挑战，例如不稳定液体表面的测量和显微成像。

椭圆偏振法的名称源于使用椭圆偏振光的事实。 术语光谱涉及这样一个事实，即获得的信息是光的波长或能量（光谱）的函数。

测得的信号是入射辐射（处于已知状态）与感兴趣的材料结构（反射、吸收、散射或透射）相互作用时的偏振变化。 极化变化由振幅比 Ψ 和相位差 Δ（定义如下）量化。 由于信号取决于厚度和材料特性，因此椭圆光度法可以成为一种通用工具，用于非接触式测定各种薄膜的厚度和光学常数。

通过分析光的偏振变化，椭圆光度法可以得出比探测光本身波长更薄的层的信息，甚至可以薄到单个原子层。 椭圆偏振技术可以探测复杂的折射率或介电函数张量，从而可以访问上面列出的基本物理参数。 它通常用于表征单层或复杂多层堆叠的薄膜厚度，范围从几埃或十分之一纳米到几微米，精度极佳。

通常，椭圆测量仅在反射设置中完成。 偏振变化的确切性质由样品的特性（厚度、复折射率或介电函数张量）决定。 尽管光学技术本质上是受衍射限制的，但椭圆偏光法利用相位信息（偏振态），并且可以实现亚纳米分辨率。 在其最简单的形式中，该技术适用于厚度小于一纳米到几微米的薄膜。 大多数模型都假设样本由少量离散的、定义明确的层组成，这些层在光学上是均匀且各向同性的。 违反这些假设需要更高级的技术变体。

应用浸入法或多角椭圆偏光法来确定具有粗糙样品表面或存在不均匀介质的材料的光学常数。 新的方法允许使用反射椭圆光度法来测量梯度元素的物理和技术特性，以防光学细节的表面层不均匀。

电磁辐射由光源发射并由偏振器线性偏振。 它可以通过一个可选的补偿器（延迟器、四分之一波片）并落到样品上。 反射后，辐射通过补偿器（可选）和第二个偏振器（称为分析器）并落入检测器。 一些椭圆计在入射光束的路径中使用相位调制器而不是补偿器。 椭圆偏振技术是一种镜面光学技术（入射角等于反射角）。 入射光束和反射光束跨越入射平面。 平行于该平面偏振的光称为 p 偏振光。 垂直的偏振方向被称为s偏振，相应地。