[发明专利]用于样品光学检查的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过光谱干涉测量对样品进行光学检查的方法以及用于执行这种方法的装置。

背景技术

光谱干涉测量法是用于光学和激光技术的非常重要的测量方法。这种方法特别用来确定在光谱学中用于色散测量的光学器件的表面质量(V.N.Kumar和D.N.Rao,Using interference in the frequency domain for precise determination of thickness and refractive indices of normal dispersive materials美国光学会志B 12,1559-1563<1995>)，但是在非线性效应方面也用于表征脉冲时长(C.Iaconis和I.A.Walmsley,Spectral Phase Interferometry for Direct Electric-field Reconstruction of Ultrashort Optical Pulses,光学快报23,792-794<1998>)。

相对于彼此在时间上延迟的两个光束在空间上被叠加，并且以光谱分辨的方式测量被叠加的光束。测量到的光谱具有调制(光谱干涉图案)。两个光信号之间的延迟以及两个光信号的光谱相位之间的差能够根据该光谱干涉图案来确定。该信息通过本身已知并基于快速傅立叶变换(FFT)的数值方法从光谱干涉图确定(“干涉图分析”，D.W.Robinson和G.T.Reid,Eds.,物理出版协会，布里斯托尔<1993>,第141-193页)。

然而，对于一些应用(例如色散测量)，必须确定的不仅仅是光谱相位，而且还有群延迟色散(GDD，根据角频率的相位的二阶导数)。显然，该GDD可以通过所测量的光谱相位的二次数值求导来确定。然而，已知数值求导是不稳定的数值方法，并且误差传播分析表明，光谱相位中的小的测量误差都会导致GDD中的不可靠的高误差率(A.N.Tikhonov和V.Y.Arsenin,Solutions of Ill-Posed Problems,Wiley<1977>)。

发明内容

因此，有利的是，从测量值直接确定GDD或至少GD(根据角频率的光谱相位的一阶导数)，并且本发明的目的是以简单方式实现这一点。

为了实现该目的，本发明提供了像开头规定的方法，该方法的特征在于，从辐射源发射的光束被引导到样品上，而参考光束被引导到参考样品上，这两个光束在所述样品处反射或经过所述样品之后的光谱干涉通过光谱仪记录，并且其特征还在于，根据角频率ω对如此获得的干涉图I(ω)进行数值求导，由此针对如此获得的函数I'(ω)将零点ω_i数值计算为等式I'(ω)＝0的解，然后根据等式τ(ω_n)＝π/(ω_i+1-ω_i)从零点ω_i计算依赖于频率的群延迟τ(ω)，其中i＝1,2…,并且ω_n＝(ω_i+1+ω_i)/2。

这里，此外还可能的是，通过根据所述角频率ω对所述群延迟τ(ω)进行数值求导来计算依赖于频率的群延迟色散。

如果通过在所述角频率上对所述群延迟τ(ω)进行数值积分来确定光谱相位，则也是有益的。在这种情况下，如果通过预定光谱的傅立叶变换并考虑到所确定的光谱相位来确定依赖于时间的相位；或者如果通过预定光谱的傅立叶变换并考虑到所确定的光谱相位来确定光束脉冲的依赖于时间的强度，则是进一步有利的。

例如使用激光(脉冲)源或灯泡否则使用发光二极管作为辐射源或光源。

本发明的一个有利应用的特征在于，作为样品来研究基板上的薄层涂层，通过被参考反射器反射的光束来记录被基板上的薄层反射的光束的光谱干涉。