相移影像式橢圓儀之建立

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姓名

洪青宏(Ching-hung Hung) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

相移影像式橢圓儀之建立
(Phase Shifting Imaging Ellipsometer)

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摘要(中)

本論文提出並建立一個二維量測樣本橢圓偏極參數的相移影像式橢圓儀，在相移影像式橢圓儀的光學架設中，我們使用了液晶可調相位延遲器可以達到快速相位延遲調控。
由於液晶可調相位延遲器的相位延遲取決於輸入電壓的調制訊號，所以校正液晶可調相位延遲器相位延遲在相移技術中是很重要的步驟，我們亦提出一個校準的程序，以準確地確定特定相位延遲所對應的輸入電壓值，因此橢圓偏極參數的空間分佈即可經由相移的轉換，並由CCD 照像機擷取光強度分佈影像推算出。
相移影像式橢圓儀量測系統能夠量測均向性與非均向性材料的物理特性，為我們發展之系統的一大特色，本論文提出以下兩個實驗：(1)量測矽基材上之二氧化矽薄膜分佈 (2)量測扭轉向列型液晶盒的扭轉角和單元間隙，分別做為均向性和非均向性材料的實驗驗證。最後實驗結果皆接近參考值，可以證實我們理論的正確性和實驗的量測精確度。

摘要(英)

In this thesis, a phase shifting imaging ellipsometer (PSIE) is developed and set up for two-dimensionally measuring ellipsometric parameters of a tested specimen. In the optical setup of the PSIE, a liquid crystal variable retarder (LCVR) is employed to change the phase retardation at high speed.
The phase retardation adjustment of an LCVR, plays an important role in phase-shifting technique, where the phase retardation is dependent upon the applied voltage of modulation signal. We also propose a calibration process to
accurately determine the applied voltages relative to the specific retardations. Therefore, the spatial distributions of the ellipsometric parameters can be
calculated through the intensity images of phase shifting transformation, acquired by a CCD camera.
PSIE has ability to to measure the physical properties of both isotropic and anisotropic materials. This is one of the features of our developed system. We give the experimental verifications for characterizing them, which are done by (1) measuring the thickness distribution of a SiO2 thin film on the Si substrate and (2) measuring the twisted angle and cell thickness of a twisted nematic
liquid crystal cell, as the experimental demonstration for an isotropic and an anisotropic materials. The experimental results are all close to the given values,
shown that the correctness of our theory and measurement accuracy.

關鍵字(中)

★ 液晶可調相位延遲器
★ 橢圓偏極參數
★ 影像式橢圓儀

關鍵字(英)

★ imaging ellipsometer
★ liquid crystal variable retarder
★ ellipsometric parameter

論文目次

中文摘要 ……………………………………………………………… i
英文摘要 ………………………………………………………………ii
誌謝 ……………………………………………………………… iii
目錄 ……………………………………………………………… v
圖目錄 ………………………………………………………………vii
表目錄 ………………………………………………………………viii
符號說明……………………………………………………………… ix
縮寫表……………………………………………………………… x
一、緒論………………………………………………………… 1
二、理論與工作原理
2-1 光波之電場與橢圓偏極態理論…………………………… 5
2-2 史托克參數(Stokes parameter)與穆勒矩陣(Mueller
matrix)……………………………………………………… 10
2-3相位延遲調控……………………………………………… 14
2-3-1液晶可調相位延遲器(LCVR) …………………………… 14
2-3-2液晶驅動電壓控制器……………………………………… 17
2-4橢圓偏極參數(Ψ，Δ)之定義……………………………… 18
2-5扭轉式液晶盒(TNLC cell)的穆勒矩陣…………………… 23
2-6反射光之史托克參數與穆勒矩陣………………………… 31
2-7相移影像式橢圓儀………………………………………… 33
三、實驗系統架設
3-1 偏光片和析光片之方位角校正…………………………… 36
3-2擴束系統…………………………………………………… 37
3-3電荷耦合元件(CCD)取像清晰度………………………… 38
3-4LCVR 輸入電壓變化區間值確認………………………… 39
3-5影像優化方法……………………………………………… 42
四、實驗步驟與結果分析
4-1 系統校正…………………………………………………… 43
4-2量測標準片五號區域……………………………………… 45
4-2-1實驗樣品…………………………………………………… 45
4-2-2理論橢圓偏極參數………………………………………… 45
4-2-3反射式橢圓儀實驗步驟…………………………………… 46
4-2-4電荷耦合元件(CCD)量測二維橢圓偏極參數分佈……… 48
4-2-5實驗薄膜二維厚度分佈…………………………………… 50
4-3量測扭轉向列型液晶(TNLCD)…………………………… 52
4-3-1實驗樣品備製……………………………………………… 52
4-3-2穿透式橢圓儀實驗步驟…………………………………… 54
4-3-3CCD量測二維液晶扭轉角及單元間隙分佈 …………… 56
五、結論及展望………………………………………………… 59
參考文獻 ………………………………………………………………62

參考文獻

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27. 陳奕璁、韓建遠，“影像式橢圓偏光術在表面電漿共振生物感測器之研究”，國立聯合大學光電工程學系金腦獎專題報告書 (2010).
28. G. Jin, Z. H. Wang, and Y. H. Meng, “Imaging Ellipsometry for the Visualization of Bio-Molecular Layers”, Proc. of the 20thAnnual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, Vol. 20, No 2 (1998).

指導教授

徐桂珠、周晟
(Kuei-chu Hsu、Chien Chou)

審核日期

2011-7-23

推文