LabVIEW驱动椭圆偏振仪的光学探测和数据采集系统

摘要

椭圆偏振技术是一种先进的测量材料各种光学参数的方法，是一种高精度、非接触、无破坏性的光学分析技术。其主要应用有测量透明介质薄膜的厚度、折射率;材料的介电常数、吸收系数、复折射率等。椭偏法的本质是将材料的光学参数表示成椭偏参数的函数，通过探测分析反射光光强变化得到椭偏参数进而计算其他光学参数。由于数学处理的困难，椭偏法的基本原理及应用直到20世纪40年代计算机出现以后才发展起来。椭偏技术与仪器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、变波长的发展，在半导体材料、光学、化学、生物学和医学领域得到了广泛应用。 LabVIEW是由NI公司开发一套系统设计平台和图形化的编程语言的开发环境，它通过高级的可视化框图语言调用丰富的函数和硬件驱动程序控制数据采集设备进行高效率的数据采集、信号控制、过程同步、数据处理。利用它可以实现设备电气化自动控制和设备间的同步信息采集、交换和处理，因而广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。 本文利用LabVIEW和NI公司的PCI-6221数据采集卡通过编程实现对RPA型光度式椭圆偏振仪的全自动控制，并利用He-Ne激光器做光源，借助自制的基于光电池和精密仪表放大器AD620的光强探测器实现了椭偏光谱的自动探测以及数据采集并使用LabVIEW来处理数据。利用光度法测量了镀金反射镜对632.8nm红光的椭偏光谱，在LabVIEW中计算出了该波长下的对应入射角的椭偏参数。计算出了金的红光下的一些光学参数。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1椭圆偏振术的初步介绍

1．2椭偏术的产生、发展和现状

1．3LabVIEW简介

1．4本文结构

2椭偏技术的原理

2．1椭圆偏振光的界面反射

2．1．1光的偏振和椭圆偏振光

2．1．2 Fresnel公式和椭偏参数

2．2椭偏参数和材料光学参数的关系

2．2．1体型材料的光学参数

2．2．2透明介质薄膜的折射率和厚度

2．2．3金膜复折射率的另一种算法

2．3椭偏仪原理

2．3．1线性偏振光学系统的的琼斯表示

2．3．2光度式椭偏仪原理

2．3．3消光式椭偏仪原理

3实验平台

3．1实验用椭偏仪

3．1．1实验光路

3．1．2数据采集卡

3．2LabVIEW借助DAQmx编程

3．2．1仪器控制和数据采集要求

3．2．2实验过程和LabVIEW程序框图

3．3精密光电探测器

3．3．1硅光电池工作原理

3．3．2仪表放大器介绍

3．3．3由AD620构成的放大电路

4数据处理及结果分析

4．1镀金镜80°入射角测量数据和修正

4．1．1Re低通滤波误差的修正

4．1．2数字低通滤波相位修正

4．2椭偏参数和相关光学计算结果

4．3实验总结和展望

参考文献

致谢