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Ellipsométrie SPECTROSCOPIQUE
l’ indice de réfraction biréfringent, ce qui permet de contrôler la phase entre deux directions de polarisation. Le schéma synoptique d’ un ellipsomètre à modulation de polarisation par des cristaux liquides est donné par la figure 6. En combinant deux modulateurs LC, on peut mesurer la matrice de Mueller de l’ échantillon. La matrice de Mueller d’ un échantillon, donne une description complète de l’ interaction d’ une onde électromagnétique avec un échantillon. La matrice de Mueller est une matrice 4 × 4 réelle qui décrit comment un échantillon transforme l’ état de polarisation de la lumière, représenté par un vecteur de Stokes. La mesure de la matrice de Mueller est nécessaire pour l’ étude de matériaux anisotropes, diffusants ou biréfringents. La mesure des éléments de la matrice de Mueller, permettent d’ extraire avec une grande précision les angles Ψ et Δ. Les points forts de cette technologie est sa capacité de mesurer rapidement la matrice de Mueller sans aucune pièce mécanique en mouvement avec un système de détection multicanal ou CCD, ce qui permet de l’ utiliser en mode imageur. En revanche, en raison de la transmission des cristaux liquides, le domaine spectral de ce type d’ instruments est limité( 400nm – 1000 nm).
Figure 5. Schéma synoptique d’ un ellipsomètre à modulation de phase.
de la polarisation, y compris les états partiellement polarisés, ce que ne permet pas la représentation par vecteurs de Jones dans les cas non parfaitement cohérents. Défini pour la première fois par George Gabriel Stokes en 1852, le vecteur de Stokes est une représentation à quatre composantes qui permet de caractériser à la fois l’ intensité lumineuse et l’ état de polarisation, qu’ il soit totalement, partiellement ou non polarisé. Le vecteur de Stokes est directement mesurable expérimentalement. Les quatre composantes du vecteur, notées généralement S 0, S 1, S 2, S 3, correspondent respectivement à l’ intensité totale( S 0), à la différence d’ intensité entre les polarisations linéaires horizontale et verticale( S 1), à la différence
Figure 6. Schéma synoptique d’ un polarimètre de Mueller basé sur l’ utilisation de cristaux liquides( CLV1, CLV2, CLV3, CLV4). d’ intensité entre les polarisations à 45 0 et-45 0( S 2) et enfin à la différence d’ intensité entre les polarisations circulaires droite et gauche( S 3). La mesure des 4 composantes du vecteur de Stokes permettent d’ extraire les valeurs de Ψ et Δ avec une grande précision. Expérimentalement, le faisceau réfléchi par l’ échantillon est séparé optiquement en 4 faisceaux représentant chacun une composante du vecteur de Stokes. Habituellement, cette technique est basée sur l’ utilisation d’ une source lumineuse couplée à une série de filtres interférentiels et un système de détection basé sur des détecteurs à 4 cadrans. La complexité de la technique liée à la difficulté technique d’ obtenir des données spectroscopiques a limité son utilisation. Récemment, une nouvelle méthode de mesure des composantes du vecteur de Stokes en mode spectroscopique a été développée. Cette nouvelle méthode est basée sur la conception d’ un prisme spécifique capable de séparer le faisceau réfléchi par les échantillons en 6 faisceaux indépendants contenant les informations relatives aux composantes du vecteur de Stokes( voir Fig. 7). Ce nouveau type d’ ellipsomètre spectroscopique est capable de faire des mesures avec une grande précision et une grande vitesse d’ acquisition de quelques millisecondes.
Traitement des données ellipsométriques L’ ellipsométrie permet de mesurer les angles Ψ et Δ qui décrivent la variation de l’ état de polarisation de la lumière réfléchie par un
Ellipsomètre polarimètre de Stockes Le vecteur de Stokes est un outil mathématique utilisé pour décrire l’ état de polarisation d’ une onde électromagnétique. Il est particulièrement utile car il permet une représentation complète et mesurable( via des intensités)
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