[发明专利]一种椭圆偏振光谱仪中单色仪的校准方法

说明书

技术领域    

本发明涉及椭圆偏振光谱仪技术领域，特别涉及一种椭圆偏振光谱仪中单色仪的校准方法。

背景技术   

椭圆偏振光谱仪通过检测线偏振光与样品作用后光的偏振态的改变，计算后给出样品厚度、折射率等信息，在薄膜、晶体检测中的应用越来越广泛，是光学检测领域中能够实现无损、在线检测的重要检测仪器，具有非常高的检测精度。椭圆偏振光谱仪中单色仪的精密校准是保证光谱仪测量精度的重要前提，对单色仪的校准通常是出厂时采用汞灯、氢灯、钠灯、氖灯以及铜、锌、铁做电极的弧光等一组光源来定标的，设备要求高，技术复杂。普通椭圆偏振光谱仪的用户在设备长期使用或重新装调后对单色仪进行校准时，很难达到以上的技术条件，即使厂家工程师现场维护也通常仅采用一种光源做校准，这使得椭圆偏振光谱仪中单色仪在长期使用或光路重新装调后很难校准到出厂时的最佳状态，这将直接的降低椭圆偏振光谱仪的测量精度。

发明内容   

为解决椭圆偏振光谱仪用户在对单色仪的精密校准过程中所遇到的设备要求高、技术复杂的困难，本发明采用常用的光学基本器件：检偏器和标准石英波片，设计了一种快速、精密的椭圆偏振光谱仪中单色仪的校准方法。

本发明是通过以下方式实现的：

一种椭圆偏振光谱仪中单色仪的校准方法，包括以下步骤：

（1）将待校准的椭圆偏振光谱仪的起偏臂和检偏臂调至水平透射模式；

（2）旋转起偏臂中的起偏器，将氙灯出射光调为P方向振动的线偏光，在起偏臂和检偏臂之间放入检偏器，旋转检偏器至消光；

（3）将标准石英波片放入起偏臂和检偏器之间，使入射光线垂直波片表面，旋转标准石英波片，使其光轴沿水平方向，这时将再次出现消光；

（4）旋转起偏臂中的起偏器，将出射线偏光振动方向调至与P方向成45度角方向；

（5）撤出检偏器，扫描需校准波段的椭偏光谱，得到标准石英波片在P、S两方向上的位相差色散曲线；

（6）将上述步骤（5）得到的P、S两方向上位相差色散曲线与所使用的标准石英波片在相同条件下的P、S两方向上位相差的理论色散曲线进行比较，将实际波长校准至理论波长，实现对椭圆偏振光谱仪中单色仪波长的校准。

所述的校准方法，步骤（6）中计算标准石英波片在P、S两方向上位相差的理论色散曲线时，取0～360度范围内的曲线作为标准石英波片在P、S两方向上位相差的理论曲线。

所述的校准方法，将实际波长校准至理论波长，具体步骤为：

（1）在步骤（5）得到的P、S两方向上位相差色散曲线与理论色散曲线图上，作等位相的水平直线与两曲线相交，两个交点间的波长差值即为该点的校准值；

（2）如果实际测量的P、S两方向上位相差色散曲线相对理论色散曲线整体向右平移，单色仪波长的准确读数应该在原读数的基础上整体减去校准值；如果实际测量的P、S两方向上位相差色散曲线相对理论色散曲线整体向左平移，单色仪波长的准确读数应该在原读数的基础上整体加上校准值。

本发明中所述的标准石英波片是光学仪器中的一种器件，可用于改变偏振光的位相差。标准石英波片几何厚度用d表示。根据椭偏光谱测量原理，上述步骤（6）测量得到波片的位相差色散曲线满足方程：

Δ（λ）=（360/λ）·Δn·d                                          方程一

其中Δ为P方向与S方向上的位相差，λ为对应波长，d为波片厚度，是温度的函数，在常温下为近似为固定的常数，Δn为石英晶体双折射率差，它是波长与温度的函数，在常温下其色散满足如下经验方程：

Δn（λ）=0.01436-2.63111·10^-5·λ+5.62427·10^-8λ²-6.73725·10^-11λ³+4.75388·10^-14λ⁴ -1.96809·10^-17λ⁵+4.41564·10^-21λ⁶-4.14135·10^-25λ⁷                    方程二

其中λ为波长，单位为纳米。

方程一即为本发明校准椭圆偏振光谱仪中单色仪的理论基础。