类金刚石薄膜光学常数拟合模型的合理性研究

由于椭偏光谱测量结果不能直接反映所测量样品材料的结构和光学性质，所以需要利用最小二乘法来拟合分析椭偏光谱数据得到光学常数。而椭偏光谱分析依赖于构建的模型，且可能存在多模型解，因此考虑模型的合理性就显得十分必要。本文采用椭偏法测量了类金刚石薄膜(DLC)的光学常数，分析并拟合了脉冲真空电弧离子技术镀制的类金刚石薄膜的椭偏光谱．获得了光学常数，并对拟合模型的合理性和测量结果的可靠性进行了分析。     

利用P—偏振光双面反射法测量多层膜的光学参数

利用Ｐ－偏振光双面反射法测量了浸泡提拉法制备了“有机硅树脂－二氧化硅－有机硅树脂”三层膜样品两面Ｐ－偏振光反射强比γ与入射角θ关系曲线，经过数据拟合，确定了这三层薄膜的光学参数，同时研究了薄膜间的相互作用层的光学参数，测量结果表明此方法可能成为研究薄膜和膜层之间的相互作用的一种新手段。     

制备工艺条件对SiO2薄膜非均质特性的影响

薄膜材料的生长过程随镀膜机尺寸的增大而呈现新的规律,为制备膜层均匀性好、材料均质的大尺寸光学元件,分别在不同离子源能量、沉积压强、基板加热温度及基板转速条件下,采用离子辅助电子束蒸发方法制备了不同单层SiO2薄膜样品;利用分光光度计及椭偏仪分别对样品的透过率及椭偏参数进行测量,并对测量结果进行拟合得到不同样品的折射率及非均质特性。实验结果表明,工件架转速是使大尺寸SiO2薄膜材料产生非均质特性的主要影响因素,离子源能量、基板温度、沉积压强通过影响材料生长过程对材料的非均质特性产生调控;对于大尺寸薄膜光学元件,工件架转速存在限制的条件下,优化其他工艺参数可以获得均质SiO2薄膜材料,该结果对于制备具有优良性能的大尺寸薄膜光学元件具有借鉴意义。     

利用多个标准样品校准光谱椭圆偏振仪

光谱椭偏仪是常用的测量薄膜厚度及材料光学性质的仪器,其准确性主要由系统的校准过程确定。提出一种新的利用标准样品校准光谱椭偏仪的方法。该方法通过对多个已知厚度和已知材料特性的薄膜样品进行测量,利用测量得到的多个样品的傅里叶系数光谱与包含未知校准参数的理论光谱之间进行对比,通过最小二乘法拟合,回归求解出整个系统的未知校准参数,包括偏振器方位角,波片延迟,波片方位角和系统入射角等。将该方法的应用领域扩展到200~1000nm的宽光谱区域,并通过测量3~13nm的SiO2/Si薄膜样品,实验验证了该方法的有效性,准确性达到0.194nm。该方法相对于传统校准方法更加简单、快速。     

退火对电子束热蒸发Al2O3薄膜性能影响的实验研究

 用电子束热蒸发方法镀制了Al₂O₃材料的单层膜,对它们在空气中进行了250~400 ℃的高温退火。对样品的透射率光谱曲线进行了测量,计算了样品的消光系数、折射率和截止波长。通过X射线衍射仪（XRD）测量分析了薄膜的微观结构,采用表面轮廓仪测量了样品的表面均方根粗糙度。结果发现随着退火温度的提高光学损耗下降,薄膜结构在退火温度为400 ℃时仍然为无定形态,样品的表面粗糙度随退火温度的升高而增加。引起光学损耗下降起主导作用的是吸收而不是散射,吸收损耗的下降主要是由于退火使材料吸收空气中的氧而进一步氧化,从而使薄膜材料的非化学计量比趋于正常。     

软X射线反射法测量金属W的光学常量

在同步辐射装置3W1B光束线上测量了软X射线能区50~200 eV金属W薄膜的反射率,并采用最小二乘拟合得到其光学常量.实验采用三种样品：Si衬底单层W超薄膜，Si衬底W/C双层膜，SiO2衬底W薄膜.分别获得金属W光学常量，三种样品的结果分别代表W薄膜光学常量，WC薄膜结合中W薄膜的光学常量及体材料W的光学常量.结果表明,前两者结果与以往发表数据一致性较好，第三种样品的结果则更接近已发表的体材料的结果.通过实验结果和已发表数据的比较，发现随着薄膜厚度的降低，光学常量实部（色散因子）变化不明显，而虚部（吸收因子）随之升高.实验不确定度来源于光谱纯净度和光源稳定性.     

有机电致发光器件材料的椭偏研究

本文报道了用可变入射角椭圆偏振仪（Variable angle incidence Spectroscopic Ellipsometer）测量Alq3,NPB,CuPc,Rubrene薄膜的光学常数，我们采用真空蒸镀法在硅衬底上分别制备了以上四种薄膜，然后我们用可变入射角椭圆偏振仪对四种薄膜进行了测量，测量在大气中进行，光谱范围从200到1000nm（或1.24到5cV），测量角度为65℃、70℃、75℃、80℃，接着，用Wvase32软件对四种薄膜的光学常数随波长（光子能量）的变化函数进行拟合，通过拟合我们得到了真空蒸镀的Alq3,NPB,CuPc,薄膜的光学常数随波长的变化函数及曲线，并且从材料吸收谱的吸收边，我们还得到了这些材料的光学禁带宽度。     

透射光谱法测试双面薄膜的光学参数

由于普通的化学气相沉积法制作高掺Sn的二氧化硅薄膜比较容易产生结晶,而溶胶-凝胶法制备薄膜化学组成比较容易控制,可以制作出掺Sn浓度较大的材料。文章采用了溶胶-凝胶的方法制备出了66 mol%和75 mol%两种不同浓度的掺Sn的SiO₂薄膜,用浸渍法多次提拉薄膜以增加薄膜的厚度,之后用紫外-可见分光光度计测量了薄膜的透射光谱。之前基于透射光谱的方法计算玻璃基底上薄膜的光学参数都是针对单面薄膜,该文针对浸渍法产生的双面薄膜,建立了相对应的薄膜模型,并分别用包络线法计算出了两种不同薄膜样品的光学参数。计算结果表明两种不同薄膜样品的折射率随着波长的增加而增加,薄膜的厚度都为900 nm左右。     

教学型椭偏仪测量各向异性单轴晶体光学参数的方法研究

椭偏仪是一种常用的现代光学测量仪器,在物理实验教学中常用于测量各向同性材料的折射率、表面薄膜厚度等光学参数。本文提出一种利用教学型椭偏仪测量各向异性单轴晶体折射率等光学参数的方法。采用多入射角的方法增加系统自由度,建立数值反演模型,获得各向异性单轴晶体光学参数,并实验测量了钒酸钇晶体的折射率等光学参数。使用教学型椭偏仪测量各向异性单轴晶体光学参数,拓展了原有教学仪器的实验范围,有助于激发学生对实验的兴趣。     

光谱型椭偏仪精确表征非晶吸收薄膜的光学常数

采用光谱型椭偏仪(SE)和分光光度计分别测量了超薄类金刚石(DLC)薄膜和非晶硅(a-Si)薄膜的椭偏参数(y和D)和透射率T。由于薄膜的厚度与折射率、消光系数之间存在强烈的相关性,仅采用椭偏参数拟合,难以准确得到薄膜的光学常数。如果加入透射率同时进行拟合(以下简称SE+T法),可简单、快速得到薄膜的厚度和光学常数。但随机噪声、样品表面的轻微污染或衬底上任何小的吸收都可能影响SE+T法拟合的光学常数的准确性。因此将SE+T法和光学常数参数化法联用,实现DLC、a-Si薄膜光学常数的参数化,以消除测量数据中的噪声对光学常数的影响。结果显示,联用时的拟合结果具有更好的唯一性,而且拟合得到的光学常数变得平滑、连续且符合Kramers-Kronig(K-K)关系。这种方法特别适合于精确表征厚度仅为几十纳米的非晶吸收薄膜的光学常数。     

Development and construction of rotating polarizer analyzer ellipsometer

A detailed mathematical derivation and an experimental characterization of one to two ratio rotating polarizer analyzer ellipsometer (RPAE) are presented. The alignment, calibration, and testing of reference samples are also discussed. The optical properties of some known materials obtained by the proposed ellipsometer will be shown and compared to accepted values. Moreover, the constructed ellipsometer will be tested using two ellipsometry standards with different thicknesses.     

偶氮染料掺杂高分子PMMA薄膜的光学参数

在单晶硅片上,利用旋涂法,制备了偶氮染料掺杂高分子（ＰＭＭＡ）薄膜,可变入射角、波长扫描的全自动椭圆偏振光谱仪,研究了薄膜的复折射率、吸收系数和厚度,分析了影响薄膜电子光谱的因素。研究结果表明,该薄膜在４００～６００ｎｍ波长范围内,存在强而宽的吸收,并且发现分子聚集状态对该染料的吸收光谱有较大的影响。     

A modulated ellipsometer for studying thin film optical properties and surface dynamics

A modulated ellipsometer has been constructed for the study of the optical properties of thin films deposited and maintained in a variety of controlled environments. The ellipsometric technique involves a photoelastic device which modulates the state of polarization of the light beam. Quantities related to the ellipsometric parameters ψ and Δ are extracted simultaneously by synchronous detection of reflected light intensities in two different frequency channels. Signal processing is completed by an on-line computer which samples data at a repetition rate of approximately one data set per second. Once the optical system is aligned, all elements remain rigidly in place; hence, the precision and stability are high. In terms of ψ and Δ, the precision is of the order of 0.001° and stability over one hour is of the order of 0.01°. Various systematic uncertainties limit the absolute accuracy of the measured optical constants to a few percent for high reflectivity materials. Because of its speed, precision, and stability, this ellipsometer is suited both to comparison measurements of samples prepared under different conditions and to time-lapse measurements of a single film in order to observe annealing, gas adsorption, or surface corrosion in process. Preliminary experimental results are presented.     

The effect of metal dispersion on the resonance of antennas at infrared frequencies

In this paper the optical parameters at infrared frequencies of metallic thin films were obtained experimentally using a variable angle spectroscopic ellipsometer and used to simulate numerically the frequency response of antennas and antenna-coupled detectors at infrared frequencies (5–15 μm). The simulation results agree with previously published data and practical guidelines are presented for the design and fabrication of dipole and bowtie antennas at infrared frequencies.     

Determination of optical properties of tissues

Recent results and used way of tissue optical properties measurements in vitro with laser goniophotometer are presented. The optical properties were obtained on the basis of an indirect technique using solution of the radiative transfer equation, which relate the optical parameters of tissue with the measured parameters of reflected and transmitted radiation. The angular patterns of reflected and transmitted radiation by optically thick saline-soaked samples of tumor tissue, namely, mammary fibroadenoma, were measured at the wavelength of 0.63 μm, and the measurement data were inverted to find the absorption and extinction coefficients and the parameters of the phase function of these tumor samples. Obtained values of the optical parameters have been found to be of the same order of magnitude as the earlier reported data for similar tumor samples.     

用分光光度法研究非晶硅薄膜的光学性质

提出了一种测量薄膜透射光谱的方法.该方法用自制的夹具改进了分光光度计,保证了在测量大小不同的样品时参考光的强度和入射到待测样品上光的强度相同.利用改进后的分光光度计测量了沉积在玻璃衬底上非晶硅薄膜的透射光谱,并对透射光谱进行了拟合和计算,确定出非晶硅薄膜的光学常量和厚度.     

粗糙目标样片光谱双向反射分布函数的实验测量及其建模

实验测量了紫红色和白色涂漆板在400～780 nm内的光谱双向反射分布函数(光谱BRDF),分析了光谱双向反射分布函数随波长及散射角的变化趋势与目标样片光学特性的关系.应用改进的粒子群算法,结合双向反射分布函数五参量模型,获得了测量光谱范围内各波长(间隔1 nm)对应的共381组五参量值.利用五参量模型计算了目标样片的光谱双向反射分布函数及其方向半球反射率(DHR),并与实验测量数据相比较,两者吻合良好,表明目标光谱双向反射分布函数建模方法与结果的可行性和可靠性.目标样片的光谱双向反射分布函数可以用来研究目标的光谱散射特性,对目标的探测、跟踪、识别和特征提取等具有重要的应用价值.     

Ellipsometry with fourier transform spectrometer: An application to TaSi2 films

Summary Ellipsometric measurements on TaSi₂ polycrystalline films are presented in this paper. The optical functions are directly obtained in the wavenumber range from 400 to 3000 cm⁻¹ using an infrared ellipsometer coupled with a Fourier transform spectrometer. The analysis of the results provides the spectral range where the infrared response has a Drude-like behaviour. Finally, the optical resistivity at zero frequency is evaluated from the Drude parameters.     

基于Kramers-Kronig关系建立金属太赫兹色散模型

提出了一种基于测量反射率谱、使用Kramers-Kronig(KK)关系建立金属太赫兹色散模型的方法.结合合金铝和合金铜4—40 THz的测量反射率谱,通过反射系数振幅和相位的KK关系,采用高频端指数外推,低频端常数外推的方法,反演金属复折射率.以KK反演的复折射率作为实验值,以拟合复折射率和实验值误差最小为准则,使用遗传优化算法,拟合了合金铝和合金铜的Drude色散参数(等离子频率和碰撞频率).基于优化的Drude模型计算了0.1—40 THz材料的复折射率,与椭偏仪的实测结果符合,验证了模型的准确性.该方法理论与实验相互验证,以测量的复折射率作为实验定标,将远红外频段的色散信息拓展到太赫兹频域,确定了太赫兹频段金属的微观物理参数,提供了太赫兹频段色散和散射机理的研究依据.     

基于Mueller矩阵成像椭偏仪的纳米结构几何参数大面积测量

为了实现有效的工艺监控, 在批量化纳米制造中对纳米结构的关键尺寸等几何参数进行快速、低成本、非破坏性的精确测量具有十分重要的意义. 光学散射仪目前已经发展成为批量化纳米制造中纳米结构几何参数在线测量的一种重要手段. 传统光学散射测量技术只能获得光斑照射区内待测参数的平均值, 而对小于光斑照射区内样品的微小变化难以准确分析. 此外, 由于其只能进行单点测试, 必须要移动样品台进行扫描才能获得大面积区域内待测参数的分布信息, 从而严重影响测试效率. 为此, 本文将传统光学散射测量技术与显微成像技术相结合, 提出利用Mueller矩阵成像椭偏仪实现纳米结构几何参数的大面积快速准确测量. Mueller矩阵成像椭偏仪具有传统Mueller矩阵椭偏仪测量信息全、光谱灵敏度高的优势, 同时又有显微成像技术高空间分辨率的优点, 有望为批量化纳米制造中纳米结构几何参数提供一种大面积、快速、低成本、非破坏性的精确测量新途径.