臺灣博碩士論文加值系統

利用光彈調變式橢圓儀量測具有複合式結構的材料。在本論文中選用了商業圓偏光片為樣品，圓偏光片是由具雙折射的1/4λ補波片及線性偏極片兩種材料組成。 本研究將以 Kr-Ar可調波長雷射為量測光源，建立一複合式結構材料在各波長的特性的量測技術。
首先建立數學理論式並與實驗圖形做比對，藉以粗略判斷材料的吸收軸和快軸的軸向。接著再將不同析光片方位角下的一倍頻和二倍頻訊號，藉由數值擬合的方法，進一步求得圓偏片參數: 線性偏振二向性(Linear Dichroism, LD)、雙折射(Linear Birefringence, LB)及LD的穿透軸與LB的快軸之間的夾角(γ)。雖然量測到的γ為一定值，但並非理論上的45∘，而LD和LB在不同波長下也幾乎維持定值。
最後，我們移除架構中起偏片和光彈調變器，並旋轉析光片量測樣品的出射光強度，驗証實驗所得結果的可靠度。

The Photoelastic Modulation Ellipsometer is used to measure an artificial circular polarizer (CP), which is a combination of a linear polarizer and a retarder. The multi-wavelength measurement technique is built up by using the Kr-Ar tunable laser.
In the beginning, the azimuth direction of optical axis of this CP is roughly determined by comparing the theoretical model with its measurement for a single wavelength. The parameters: linear dichroism (LD), phase retardation and the azimuth angle between the linear polarizer and retarder (γ) are measured by fitting its 1st and 2nd harmonics signals of various azimuth positions of analyzer for the Kr-Ar tunable laser. Although the measured �� is independent of wavelength but it is not at 45o, and its phase retardation and LD are almost the same for every wavelength. Finally by comparing the theoretical transmission, which is derived by substituting its measured parameters, to its measured transmission under various azimuth positions of analyzer, we observed a well fitted result for every wavelength.

目錄
第一章 序論 ......................................................1

第二章 原理 ......................................................4
2.1 光的偏振態與表示法 .......................................4
2.2 史脫克參數(Stokes Parameter)與穆勒矩陣(Mueller Matrix)....8
2.3 光彈調變式橢圓儀 ........................................10
2.4 圓偏振片參數 ............................................13
2.5 圓偏振片量測 ............................................16
2.6 驗証量測參數 ......................................17
2.7 圓偏振率.................................................18
2.8 消光率(extinction ratio)與光學密度(optical density).......20

第三章 實驗步驟 .................................................24
3.1 穿透式橢圓儀實驗架構 ....................................24
3.2 圓偏振片方位角校正 ......................................26
3.3 多波長測量圓偏振片參數 ..................................26
3.4 多波長驗証圓偏振率 ......................................27

第四章 實驗結果 .................................................28
4.1 倍頻訊號量測結果 ........................................28
4.1.1 多波長橢圓儀(P-PEM-S-A)量測圓偏振片結果 .................28
4.1.2 多波長驗証圓偏振率 ......................................29
4.2 圓偏振片理論圖形模擬 ....................................30
4.3 以曲線擬合法求圓偏振片參數 ..............................35
4.3.1 倍頻訊號相位判斷 ........................................35
4.3.2 擬合結果 ................................................38
4.4 圓偏振率.................................................44
4.5 消光率(extinction ratio)、光學密度(optical density)...............45

第五章 結論 ....................................................48

未來展望 .........................................................50
參考文獻 .........................................................52
附錄 .........................................................53

表目錄
表4-1 倍頻訊號對參數的敏感度 ......................................35
表4-2 圖偏振片擬合結果 ............................................40
表5-1各析光片方位角量測標準差.....................................49

圖目錄
圖2-1 橫向傳播光場 .................................................4
圖2-2 旋轉的橢圓偏振 ...............................................5
圖2-3 線性偏振光 ...................................................6
圖2-4 圓偏振光 .....................................................7
圖2-5 橢圓偏振光 ...................................................7
圖2.6 PEM外觀及功能介紹 ..........................................11
圖2-7 PEM調變振幅為 ..........................................11
圖2-8 穿透式光彈調變式橢圓儀 ......................................12
圖2-9 驗証圓偏振率 ................................................17
圖2-10 以布魯斯特角反射的光線具有線偏振態 .........................19
圖2-11 Optical density示意圖.........................................22
圖3-1 穿透式光彈調變式橢圓儀 ......................................25
圖3-2 校正圓偏振片方位角 ..........................................26
圖4-1 波長488nm的各倍頻訊號 ......................................28
圖4-2 波長514.5nm的各倍頻訊號 ....................................28
圖4-3 波長520.8nm的各倍頻訊號 ....................................29
圖4-4 波長568.2nm的各倍頻訊號 ....................................29
圖4-5 波長632.8nm的各倍頻訊號 ....................................29
圖4-6 波長647.1nm的各倍頻訊號 ....................................29
圖4-7 多波長光強度極座標分布圖 ....................................30
圖4-8 觀察不同的LD對 的影響 ....................................31
圖4-9 觀察不同的LB對 的影響 ....................................31
圖4-10 觀察不同的 對 的影響 ....................................31
圖4-11 觀察不同的LD對 的影響 ....................................32
圖4-12 觀察不同的LB對 的影響 ....................................32
圖4-13 觀察不同的 對 的影響 .....................................32
圖4-14 觀察不同的LD對 的影響 ...................................33
圖4-15 觀察不同的LB對 的影響 ...................................33
圖4-16 觀察不同的 對 的影響 ....................................33
圖4-17 時觀察不同的LD對 的影響 ...........................34
圖4-18 時觀察不同的LB對 的影響 ...........................34
圖4-19 波長488nm的一倍頻訊號 .....................................36
圖4-20 波長488nm的二倍頻訊號 .....................................36
圖4-21 波長488nm的一倍頻訊號 .....................................36
圖4-22 波長488nm的二倍頻訊號 .....................................36
圖4-23代入 = ，LD= 10，LB= ...............................37
圖4-24代入 = ，LD= 10，LB= ...............................37
圖4-25 代 = ，LD= 10，LB= ................................38
圖4-26 代 = ，LD= 10，LB= ................................38
圖4-27 LB= ， = ，LD=2.54理論與實驗比較圖 ..............39
圖4-28 各波長下所量出的 ， = .........................40
圖4-29各波長下所量出的LB ........................................40
圖4-30各波長下所量出的LD.........................................41
圖4-31 多波長驗証圓偏振率 .........................................42
圖4-32極坐標分布圖: LB與γ對光強度分布的影響.....................43
圖4-33 圓偏振片幾何結構 ...........................................43
圖4-34 圓偏極率與入射線偏振光方位角的關係圖 .......................44
圖4-35 圓偏極率對應入射光波長的關係圖 .............................45
圖4-36 Extinction ratio of circular polarizer versus wavelength ..............45
圖4-37 Optical density for pair of 03 FPG dichroic sheet polarizers of MELLES
GRIOT ............................................................46
圖4-38 extinction ratio of dichroic sheet polarizer of MELLES GRIOT ; (-) 利用二項方程式擬合法.....................................................46
圖5-1 欲擬合點取捨示意圖...........................................49

[1] R. M A. Azzam, N. M. Bashara, Ellipsometry and Polarized light (North- Holland, Amsterdam, 1997)
[2] 寇人傑, ”預測單軸異向性介質之橢圓偏極參數,” 國立交通大學光電工程研究所八十五年碩士論文, 1996
[3] E. Collet: Polarized Light (Marcel Dekker, New York, 1992)
[4] M. I. Alonso, M. Garriga, F. Alsina, S. Pinol, “Determination of the Dielectric Tensor in Anisotropic Materials, “Appl. Phys. Lett. 67 (5) 31 July 1995 p596-598
[5] Y. F. Chao, W. C. Lee, C. S. Hung and J. J. Lin, “A three-intensity technique for polarizer-sample-analyzer photometric ellipsometry and polarimetry”, J. Phys. D: Appl. Phys. 31 (1998) 1968.
[6] 林士強, “補波片在各波長下之相位”, 國立交通大學電子物理研究所碩士論文, 1993
[7] 王夢偉, “單軸各向異性晶體之橢圓偏光參數量測”, 國立交通大學光電工程研究所碩士論文, 1997
[8] Eugene Hecht, Optics (Addison Wesley Longman, 1998)