[发明专利]相位延迟量分布和快轴方位角分布实时测量装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及偏振测量，特别是一种用于双折射器件的相位延迟量分布和快轴方位角分布实时测量装置和测量方法。

技术背景

双折射器件在浸液光刻偏振照明、移相干涉测量和生物光学等领域中具有广泛的应用，双折射器件的两个重要光学参数是相位延迟量和快轴方位角。在浸液光刻偏振照明和移相干涉测量中使用双折射器件的过程中要求知道双折射器件的相位延迟量分布和快轴方位角分布，故需要精密地测量双折射器件的相位延迟量分布和快轴方位角分布。

在先技术[1](参见宋菲君，范玲，俞蕾等.一种光学相位延迟精密测量方法及其系统.专利申请号200710178950.3)描述了一种相位延迟量精密测量方法及其系统。在测量光路中加入光调制器，对检测光进行调制产生调制偏振光，测量信号进行滤波处理后将直流零点的测量转换为交流零点的测量，准确判断极值点的位置，实现对相位延迟量的测量。但是该方法不能测量样品的快轴方位角，且该方法使用调制偏振光判断极值点，不能实现相位延迟量分布的实时测量。

在先技术[2](参见Tsung-Chih Yu,Hsu Shan,et al.Full-field and full-range sequential measurement of the slow axis angle and phase retardation of linear birefringent materials.Applied Optics,48,4568-4576,2009)描述了一种使用外差干涉法和三步时域移相法测量双折射材料的相位延迟量分布和快轴方位角分布的方法，但是这种方法是在改变部分光路的前后分步测量相位延迟量分布和快轴方位角分布，且这种方法采用时域移相技术，故不能实时测量相位延迟量分布和快轴方位角分布。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种用于双折射器件的实时测量相位延迟量分布和快轴方位角分布的装置和方法，测量结果不受光源光强波动的影响且具有较大的测量范围。

本发明的技术解决方案：

一种相位延迟量分布和快轴方位角分布实时测量装置，其特点在于该装置由准直光源、圆起偏器、衍射分束元件、四分之一波片、检偏器阵列、CCD图像传感器和具有图像采集卡的计算机组成，上述元部件的位置关系如下：

所述的检偏器阵列由四个透振方向依次相差45°的第一检偏器、第二检偏器、第三检偏器、第四检偏器组成，与所述的四分之一波片处于同一个子光路中的检偏器为第一检偏器，所述的第一检偏器的透振方向与所述的四分之一波片的快轴方向分别成45°或135°，沿所述的准直光源的光束前进方向上，依次是所述的圆起偏器和衍射分束元件，该衍射分束元件将入射光束分成四个子光束，其中一个子光束经四分之一波片后被第一检偏器进行检偏，另外三个子光束直接被第二检偏器、第三检偏器和第四检偏器检偏，所述的图像传感器的输出端与所述的计算机的输入端连接，在所述的圆起偏器和偏振分束元件之间设置待测样品的插口。

所述的准直光源为He-Ne激光器。

所述的圆起偏器为利用方解石晶体和石英晶体制作成的消光比优于10^-3的圆起偏器。

所述的衍射分束元件为正交振幅光栅、正交相位光栅或达曼光栅，利用衍射效应将入射光进行分束并获得四个光强度相等子光束。

所述的四分之一波片为零级石英标准四分之一波片。

所述的第一检偏器、第二检偏器、第三检偏器和第四检偏器均为消光比优于10^-3的偏振片。

利用上述测量装置进行相位延迟量分布和快轴方位角分布的测量方法，其特点在于该方法包括下列步骤：

①将待测样品插入所述的圆起偏器和衍射分束元件之间的插口并调整光路，使光束垂直通过待测样品；

②启动所述的准直光源、CCD图像传感器和计算机，所述的CCD图像传感器接收四个子光束产生的图像并输入所述的计算机，该计算机将图像分割为四个子图像，并将四个子图像以同样的方法像素化并建立相同的坐标系，将待测样品的矩阵化并建立与子图像相同的坐标系，待测样品上一个矩阵单元(x,y)在四个子图像中对应的光强分别为I₁(x,y)、I₂(x,y)、I₃(x,y)和I₄(x,y)，对所述的图像进行数据处理，输出待测样品的相位延迟量分布和快轴方位角分布；

所述的计算机对所述的图像进行数据处理的具体方法如下；