CN113654995B - 一种封装条件下测量椭圆偏振光谱的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种封装条件下测量椭圆偏振光谱的方法，测量探测器宽度δ、光束直径d、封装层的非精确折射率n、入射角α，取δ和d的较大值max{d,δ}＝w，计算封装层厚度的最小值；测量封装层上表面椭圆偏振光谱，从椭圆偏振仪采集反射光的p偏振分量与s偏振分量的比值ρ，计算封装层的介电函数εs；测量封装衬底的折射角β，计算封装衬底与所测材料之间的空气层参数T和封装条件下单层体相材料的介电函数εm。本发明不需要预先获知封装层的介电性质，避免了对封装层的介电性质进行多参数拟合的困难，完全排除封装层引入的误差，适用于不同基片封装、真空盒封装、液相封装等各类封装条件下的椭圆偏振光谱测试，具有一定的普适性。

Description

一种封装条件下测量椭圆偏振光谱的方法
技术领域
本发明属于光学测量技术领域，具体涉及一种椭圆偏振光谱测量技术。
背景技术
光与物质的相互作用，特别是光子与电子的作用机制与相关测量，是物理光学长期以来关注的科学问题。材料界面处的光子与电子相互作用所产生的表面等离激元，其亚波长特性和能量高局域性，受到关注。
近年来，随着材料微纳加工与表征能力的提高，金属表面等离激元学在光谱测量、超构表面、光催化等领域展现出了广阔的应用前景。由于电磁场的高局域性，金属表面等离激元又呈现出高欧姆损耗的特性，使其在光电探测、光互连、集成光学等要求实现高效能量转化或高效信息传递的领域难以真正应用。如何降低表面等离激元的欧姆损耗，是等离激元学研究最重要的课题之一。
基于碱金属钠的等离激元微纳激光器和光波导器件，与以往研究常用的贵金属，如金、银相比，采用了钠基器件，在近红外波段的欧姆损耗可降低至50％以下。在低损耗与封装条件下，常规的介电常数测试手段在碱金属体系中仍然表现乏力，如何科学准确地测定其光学常数十分重要。
在高真空腔室内原位测量碱金属的介电函数，一方面对腔室真空度要求很高，另一方面将镀膜腔室与椭圆偏振仪集成化十分复杂，又难以避免镀膜过程中碱金属的氧化。在空气氛围下，对经过封装的碱金属体系进行介电函数表征，由于封装层的介电性质拟合存在误差，影响材料的介电性质测量，对于高精度测量是不允许的。
探索封装条件下测试介电函数的方法，不仅适用于碱金属体系，还适用于各种封装条件下的体系，如低温真空盒中介电函数的表征、液相条件下介电函数的表征等，具有一定的普适价值。
发明内容
本发明为了解决现有技术存在的问题，提出了一种封装条件下测量椭圆偏振光谱的方法，为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案。
在所测材料的外部，为了隔绝空气或均匀加热制冷，包裹一层各向同性介电材料，如石英玻璃等，椭圆偏振光谱透过该介电材料，该介电材料的厚度使其上下表面的反射光分离。
测量探测器宽度δ、光束直径d、封装层的非精确折射率n、入射角α，取δ和d的较大值max{d,δ}＝w，由公式一
Figure BDA0003153717750000011
计算封装层厚度的最小值。
测量封装层上表面椭圆偏振光谱，从椭圆偏振仪采集反射光的p偏振分量与s偏振分量的比值ρ，由公式二
Figure BDA0003153717750000021
计算封装层的介电函数εs。
由入射角α根据折射定律计算封装衬底的折射角β，由公式三
Figure BDA0003153717750000022
算封装衬底的参数T。
由公式四
Figure BDA0003153717750000023
计算封装条件下单层体相材料的介电函数εm。
不进行多参数拟合，采用解析表达式计算所测量碱金属层的介电函数；采用模拟退火算法进行多参数拟合，计算单层或多层各向同性薄膜材料的介电函数。
本发明的有益效果：采用菲涅尔方程，根据解析表达式与模拟退火算法，推导封装条件下不同类型样品的折射率或厚度与椭圆偏振光谱直接测量数据的关系，通过多参数拟合完成椭偏多数分析，不需要预先获知封装层的介电性质，避免了对封装层的介电性质进行多参数拟合的困难，由椭偏的直接测量数据得到需测量材料的介电性质，完全排除封装层引入的误差，适用于不同基片封装、真空盒封装、液相封装等各类封装条件下的椭圆偏振光谱测试，对封装条件下的单层体相材料做单独处理，在不拟合的情况下，精确测量材料的介电函数，具有一定的普适性。
附图说明
图1是反射轨迹示意图，图2是单层体相材料的介电函数实验数据图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案做具体的说明。
测试光经过封装层的轨迹如图1所示，测量探测器宽度δ、光束直径d、封装层的非精确折射率n、入射角α，取δ和d的较大值max{d,δ}＝w，由公式一
Figure BDA0003153717750000024
计算封装层厚度的最小值。
测量封装层上表面椭圆偏振光谱，从椭圆偏振仪采集反射光的p偏振分量与s偏振分量的比值ρ，由公式二
Figure BDA0003153717750000025
计算封装层的介电函数εs。
计算封装衬底的折射角β，由公式三
Figure BDA0003153717750000026
计算封装衬底的参数T。
由公式四
Figure BDA0003153717750000031
计算封装条件下单层体相材料的介电函数εm，拟合结果如图2所示，左图和右图分别是介电函数的实部和虚部。
上述作为本发明的实施例，并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种封装条件下测量椭圆偏振光谱的方法，其特征在于，包括：测量探测器宽度δ、光束直径d、封装层的非精确折射率n、入射角α，取δ和d的较大值max{d,δ}＝w，由公式一
Figure FDA0003153717740000011
计算封装层厚度的最小值；测量封装层上表面椭圆偏振光谱，从椭圆偏振仪采集反射光的p偏振分量与s偏振分量的比值ρ，由公式二
Figure FDA0003153717740000012
计算封装层的介电函数εs；由入射角α根据折射定律计算封装衬底的折射角β，由公式三
Figure FDA0003153717740000013
算封装衬底的参数T；由公式四
Figure FDA0003153717740000014
计算封装条件下单层体相材料的介电函数εm。
2.根据权利要求1所述的封装条件下测量椭圆偏振光谱的方法，还包括：在所测材料的外部，包裹一层各向同性介电材料，椭圆偏振光谱透过该介电材料，该介电材料的厚度使其上下表面的反射光分离。
3.根据权利要求1所述的封装条件下测量椭圆偏振光谱的方法，其特征在于，还包括：不进行多参数拟合，采用解析表达式计算单层体相材料的介电函数。
4.根据权利要求1所述的封装条件下测量椭圆偏振光谱的方法，其特征在于，还包括：采用模拟退火算法进行多参数拟合，计算单层或多层各向同性薄膜材料的介电函数。
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毫米波椭偏法测量介质的复介电常数;李素萍 等;《上海大学学报（自然科学版）》;20100830;全文 *

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