椭圆偏振技术在材料科学和医学中的广泛应用

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：椭圆偏振技术具有抗干扰性强、高灵敏度、对样品无特殊要求等优点，因而在材料科学、微电子技术、薄膜技术、物理学、化学、生物学和医学等领域有着广泛的应用。通过分析自样品反射或透射的极化光的改变，椭圆偏振技术可以得到膜厚比探测光波长更短的薄膜信息，甚至可小至一个单原子层的厚度，同时可测得复数折射率或介电函数张量，并以此获得基本的物理参数。

椭圆偏振测量技术是利用偏振光束在界面或薄膜上反射或透射时出现偏振态的变化，研究界面或薄膜特性的一种光学方法。椭圆偏振技术具有抗干扰性强、高灵敏度、对样品无特殊要求等优点，因而在材料科学、微电子技术、薄膜技术、物理学、化学、生物学和医学等领域有着广泛的应用。通过分析自样品反射或透射的极化光的改变，椭圆偏振技术可以得到膜厚比探测光波长更短的薄膜信息，甚至可小至一个单原子层的厚度，同时可测得复数折射率或介电函数张量，并以此获得基本的物理参数。

追溯椭偏技术的发展，已有近百年的历史。在19世纪初，人们对光波做了大量的观察和研究，发现光波实际上存在着不同程度的偏振态。2025年，丹麦的巴塞林那斯（E.Bartholinus）发现光经过方解石晶体有双折射现象。2025年，法国的马吕斯（E.L.Malus）发现光具有偏振性。2025年，托马斯·杨（T.Young）提出了光波是横波的假设。2025年，菲涅耳（A.J.Fresnel）推导出光的反射与折射定律。2025年，麦克斯韦（J.C.Maxwell）预测光是电磁波，为光波的电磁理论奠定了基础。2025年，苏格兰的布儒斯特（D.Brewster）发现了著名的布儒斯特反射定律，即当入射角等于布儒斯特角时，反射光是线偏振光，此时反射光线和折射光线互相垂直。至此，关于椭偏技术所需要的理论框架基本形成。

2025年，德鲁德（P.K.L.Drude）建立了椭偏技术的基本方程式，并描述了以人眼作为探测器的椭偏装置。2025年，第一台椭偏测量仪问世，罗森（A.Rothen）提出“椭偏术”（Ellipsometry）一词。2025年，卡汉（B.D.Cahan）和斯宾尼尔（R.F.A.Spanier）首次报道了自动旋转检偏器式的椭偏仪。这一时期，人们基本上能较准确地获得椭偏测试数据，但受其数据处理的复杂性与繁琐性的影响，椭偏技术发展比较缓慢。(https://www.chuimin.cn)

20世纪70年代，微型计算机的蓬勃发展为椭偏技术注入了新的生机。近几年来，由于自动光谱数据采集系统和快速数字微型计算机的发展，椭偏技术已被广泛应用于常规的样品测试分析。

椭圆偏振技术在材料科学和医学中的广泛应用

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