椭偏仪的工作原理是什么?

椭偏仪的结构及光路，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ϕ0是入射角，ϕ1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最佳的灵敏度。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。

椭偏仪在各工业的应用有哪些?

1、可用于实验室研究，教学，在线制程监控，工业品质控制等应用。

2、半导体行业：硅的氧化物和氮化物，高和低k介质、多晶和非晶硅薄膜，光刻胶。

3、光学涂覆工业：高、低折射率薄膜如SiO2，TiO2，Ta2O5，MgF2，等。4、显示行业：导电层(如ITO)，非晶硅薄膜、有机薄膜(OLED技术)。5、数据存储产业：类金刚石薄膜。6、R&D工序：薄膜沉积的原位表征(速率和光学常数)对应工艺条件的变化值，适用于MBE、MOCVD、ALD、溅射等。7、化学和生物：亚-单层材料吸附液体中的细胞实验检测。8、工业：在线监测和控制薄膜的厚度。