椭圆偏振光谱法

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深 圳 大 学 实 验 报 告

课程名称： 近代物理实验

实验名称： 椭圆偏振法测量薄膜厚度及折射率

学院： 物理科学与技术学院

组号 指导教师：

报告人： 学号：

实验地点 实验时间：

实验报告提交时间：

一、 实验目的

1、利用椭偏仪测量硅衬底薄膜的折射率和厚度；提高物理推理与判别处理能力。

2、用自动椭偏仪再测量，进行比对；分析不同实验仪器两种方式的测量。提高误差分析与分配能力。

二、实验原理

椭偏法测量的基本思路是，起偏器产生的线偏振光经取向一定的1/4波片后成为特殊的椭圆偏振光，把它投射到待测样品表面时，只要起偏器取适当的透光方向，被待测样品表面反射出来的将是线偏振光。根据偏振光在反射前后的偏振状态变化（包括振幅和相位的变化），便可以确定样品表面的许多光学特性。

椭圆偏振光法测定介质薄膜的厚度和折射率

Pb04210109 仲海兵 0406

实验目的：1.了解椭偏仪测量薄膜参数的原理。

2.初步掌握反射型椭偏仪的使用方法。

实验原理：

设介质层折射率分别为n1、n2、n3,φ1为入射角,在界面1和界面2处会产生反射光和折射光的多光束干涉,如图(1-1)：

?1 介质n1 界面1

薄膜n2 ?2 衬底n3 界面2

?3 图 1-1 用2?表示相邻两分波的相位差,其中?=2?dn2cos?2/?,用r1p、r1s表示光线的p分量、s分量在界面1的反射系数,用r2p、r2s表示光线的p分量、s分量在界面2的反射系数。由多光束干涉的复振幅计算可知：

Erp?r1p?r2pe?i2?1?r1pr2pe?i2?r1s?r2se?i2?Eip (1) Ers?Eis （2） ?i2?1?r1sr2se 其中Eip和

椭圆偏振法测量薄膜厚度及折射率

实验目的：

1、利用椭偏仪测量硅衬底薄膜的折射率和厚度；提高物理推理与判别处理能力。

2、用自动椭偏仪再测量进行对比；分析不同实验仪器两种方式的测量。提高误差分析与分配能力。

教学安排

手动测量记录P、A 2学时 自动测量并计算n、d 1学时 对比研究 1学时

原理综述：

椭圆偏振法简称椭偏法，是一种先进的测量薄膜纳米级厚度的方法，椭偏法的基本原理由于数学处理上的困难，直到上世纪40年代计算机出现以后才发展起来，椭偏法的测量经过几十年来的不断改进，已从手动进入到全自动、变入射角、变波长和实时监测，极大地促进了纳米技术的发展，椭偏法的测量精度很高（比一般的干涉法高一至二个数量级），测量灵敏度也很高（可探测生长中的薄膜小于0.1nm的厚度变化）。利用椭偏法可以测量薄膜的厚度和折射率，也可以测定材料的吸收系数或金属的复折射率等光学参数。因此，椭偏法在半导体材料、光学、化学、生物学和医学等领域有着广泛的应用。

通过实验，读者应了解椭偏法的基本原理，学会用椭偏法测量纳米级薄膜的厚度和折射率，以及金属的复折射率。

一、 实验原理

椭偏法测量的基本思路是，起偏器产生的线偏

第十章第一节

紫外-可见 分光光度法

光学分析概论

光学分析法是基于能量作用于物质后产生电磁辐射信号或电 磁辐射与物质相互作用后产生辐射信号的变化而建立起来的 一类分析方法。

一、电磁辐射和电磁波谱 二、光学分析法的分类 三、光谱法仪器——分光光度计

一、电磁辐射和电磁波谱1.电磁辐射(电磁波，光) :以巨大速度通过空间、 不需要任何物质作为传播媒介的一种能量2.电磁辐射的性质：具有波、粒二向性 波动性：

c

,

1

粒子性：光可以被看作具有一定能量的粒子流 , 这种粒子 称为光子或光量子

E h h

c

λ 越大,波动性越明显; E越大, 粒子性越明显

续前

3.电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列，称~。γ射线→ X 射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波10-4 ~0.001 10nm 400nm 780nm 0.1cm 10cm 104cm

波长 高能辐射区 γ射线 能量最高，来源于核能级跃迁 χ射线 来自原子或分子内层电子能级的跃迁 光学光谱区 紫外光 来自原子或分子外层电子能级的跃迁 可见光 红外光 来自分子振动和转动能级的跃迁 波谱区 微波 来自分子转动能级及电子自旋能级跃迁 无线电波 来自原子核自旋能级的跃迁 长

二、光学分

第3章原子发射光谱法

【3-1】 原子光谱是如何产生的？

答：原子的外层电子由高能级向低能级跃迁，能量以电磁辐射的形式发射出去， 【3-2】 什么叫激发能和电离能？

答：原子从基态跃迁到发射该谱线的激发态所需要的能量，称为该谱线的激发能。电离能是基态的气态原子失去电子变为气态阳离子（即电离），必须克服核电荷对电子的引力而所需要的能量。 【3-3】 什么是共振线？

答：原子受到外界能量激发时,其外层电子从基态跃迁到激发态所产生的吸收线称为共振吸收线,简称共振线。外层电子由激发态直接跃迁到基态时所辐射的谱线称为共振发射线,也简称为共振线。 【3-4】 描述一个电子能态的4个量子数是哪些？ 【3-5】 电子数为33的As，其电子组态是什么？

【3-6】 在高能态40000cm-1与低能态15000cm-1间跃迁的相应波长为多少？高能态6eV与低能态3eV间跃迁的波长为多少？ 答：400.3nm；413.6nm。

【3-7】 光谱项的含义是什么？什么是能级图？ 【3-8】 由J=0到J=0的跃迁是允许跃迁还是禁阻跃迁？ 答：禁阻跃迁。

【3-9】 原子发射光谱谱线强度与哪些因素有关？

答：原子光谱的谱线强度与激发能、温度和试样元素的

光学分析法及其特点：是建立在电磁辐射与待测物质相互作用基础上，利用电磁辐射为“探针”来探测物质性质、组成、含量及结构的一种分析方法。它是分析化学的重要组成，特别在物质组成和结构的研究、基因识别和表面分析等方面，更具优越性，并越来越广泛地应用于各基础学科研究，以及生命、环境、材料等新兴学科领域。

三个基本过程：(1)光源提供能量（2）能量与被测物之间的相互作用（3）产生信号。

光谱法分类，本质(1) 原子光谱 特征是线状光谱(2)分子光谱 特征是带状光谱； 作用机理(1) 发射光谱(2)吸收光谱(3) 拉曼光谱

原子光谱法：原子发射，原子吸收，原子荧光，X射线荧光。

分子光谱法：紫外可见，红外可见，分子荧光，分子磷光，核磁共振，化学发光。

吸收光谱法：原子吸收，紫外可见，红外吸收，核磁共振。

发射光谱法：原子发射，原子荧光，分子荧光，分子磷光，X射线荧光，化学发光。

原子发射光谱分析法（AES）：是利用元素的原子或离子在热或电能的激发下，其外层电子在不同能级之间的跃迁，发射不同的特征谱线，根据发射的谱线波长进行定性分析，测量谱线的强度进行定量分析的方法。

根据待测原子的结构和浓度不同，引起发射普线特征和发射强度的不同，分为定性分析与定量

习题

1、下列两个化合物，C＝O的伸缩振动吸收带出现在较高的波数区的是哪个？为什么？

答案: a（共轭效应）>b（空间位阻效应让共轭效应减小）。 2、下图为不同条件下，丁二烯（1，3）均聚物的红外光谱图， 试指出它们的键结构。

3、有一化合物C7H8O,它出现以下位置的吸收峰:3040；3380；2940；1460；690；740;不出现以下位置吸收峰：1736；2720；1380；1182.试推断其结构式？ 作 业

1、试述分子产生红外吸收的条件。

2、何谓基团频率？影响基团频率位移的因素有哪些？

3、仅考虑C＝O受到的电子效应，在酸、醛、酯、酰卤和酰胺类化合物中，出现C＝O伸缩振动频率的大小顺序应是怎样？

4、从以下红外特征数据鉴别特定的苯取代衍生物C8H10： ①化合物A：吸收带在约790和695cm－1处。 ②化合物B：吸收带在约795cm－1处。

③化合物C：吸收带在约740和690cm－1处。 ④化合物D：吸收带在约750cm－1处。

5、分别在95％乙醇和正已烷中测定2－戊酮的红外光谱，试预测C＝O的伸缩振动吸收峰在哪种溶剂中出现的较高？为什么？

8. 某化合物的化学式为C6H10O，红外光谱如下图所示，

试推断其结构式

习题

1、下列两个化合物，C＝O的伸缩振动吸收带出现在较高的波数区的是哪个？为什么？

答案: a（共轭效应）>b（空间位阻效应让共轭效应减小）。 2、下图为不同条件下，丁二烯（1，3）均聚物的红外光谱图， 试指出它们的键结构。

3、有一化合物C7H8O,它出现以下位置的吸收峰:3040；3380；2940；1460；690；740;不出现以下位置吸收峰：1736；2720；1380；1182.试推断其结构式？ 作 业

1、试述分子产生红外吸收的条件。

2、何谓基团频率？影响基团频率位移的因素有哪些？

3、仅考虑C＝O受到的电子效应，在酸、醛、酯、酰卤和酰胺类化合物中，出现C＝O伸缩振动频率的大小顺序应是怎样？

4、从以下红外特征数据鉴别特定的苯取代衍生物C8H10： ①化合物A：吸收带在约790和695cm－1处。 ②化合物B：吸收带在约795cm－1处。

③化合物C：吸收带在约740和690cm－1处。 ④化合物D：吸收带在约750cm－1处。

5、分别在95％乙醇和正已烷中测定2－戊酮的红外光谱，试预测C＝O的伸缩振动吸收峰在哪种溶剂中出现的较高？为什么？

8. 某化合物的化学式为C6H10O，红外光谱如下图所示，

试推断其结构式

偏振光实验报告

实验题目：偏振光的研究

实验者：PB08210426 李亚韬

实验目的：掌握分光计的工作原理，熟悉偏振光的原理和性质。验证马吕斯定律，并根据

布儒斯特定律测定介质的折射率。

实验原理：

为了研究光的偏振态和利用光的偏振特性进行各种分析和测量工作，需要各种偏振元件：产生偏振光的元件、改变光的偏振态的元件等，下面分类介绍。 1

产生偏振光的元件

在激光器发明之前，一般的自然光源产生的光都是非偏振光，因此要产生偏振光都要使用产生偏振光的元件。根据这些元件在实验中的作用，分为起偏器和检偏器。起偏器是将自然光变成线偏振光的元件，检偏器是用于鉴别光的偏振态的元件。在激光器谐振腔中可以利用布儒斯特角使输出的激光束是线偏振光。

将自然光变成偏振光的方法有很多，一个方法是利用光在界面反射和透射时光的偏振现象。我们的先人在很早就已经对水平面的反射光有所研究，但定量的研究最早在1815年由布儒斯特完成。反射光中的垂直于入射面的光振动（称s分量）多于平行于入射面的光振动（称p 分量）；而透射光则正好相反。在改变入射角的时候，出现了一个特殊的现象，即入射角为一特定值时，反射光成为完全线偏振光（s分量）。折射光为部分偏振光，而且此时的反射光线和折射光线垂直，这种现象称之为

第3章

红外吸收光谱法

§ 3-1概述§ 3-2基本原理§ 3-3红外光谱仪§ 3-4试样的制备§ 3-5红外吸收光谱法的应用§ 3-6激光拉曼光谱基本原理

§ 3-1概述1.定义

红外光谱又称分子振动-转动光谱，属分子吸收光谱。样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，分子振动或转动引起偶极矩的净变化，使振-转能级从基态跃迁到激发态，相应于这些区域的透射光强减弱，记录百分透过率T%对波数或波长的曲线，即红外光谱。

Δ E分子=Δ E振动+Δ E转动= h (Δν振动+Δν转动 )= hc/ (λ振动+λ转动 )

E1

υ2υ1υ0E0分子振动吸收光谱

3 2 1 0 3 2 1 0 3 2 1 0 3 2 1 0

J J J

Δ E振动≈ 0.05~ 1ev,λ振动≈ 25~ 1.25μmΔ E转动≈ 0.005~ 0.05ev,λ转动≈ 250~ 25μm

J

分子转动吸收光谱

分子中基团的振动和转动能级跃迁产生的吸收光谱。红外光谱也称分子的振、转动光谱。作用：有机化合物的结构解析的重要工具，根据有机化合物红外特征吸收频率，确定化合物结构中基团；也可依据特征峰的强度变化进行