[发明专利]一种椭偏仪装置及其检测方法

权利要求书

1.一种椭偏仪装置，其特征在于，包括依次设置的：飞秒激光器、第一聚焦透镜、光纤、准直透镜、起偏器、第一半透半反镜、二维扫描振镜机构、扫描透镜和高数值孔径物镜；所述椭偏仪装置还包括测量单元；其中，

所述飞秒激光器产生激光经第一聚焦透镜耦合到光纤中；激光从光纤出射后由准直透镜进行准直并进入起偏器；

起偏器出射的激光透过第一半透半反镜进入二维扫描振镜机构，改变传播方向后依次经过扫描透镜和高数值孔径物镜照射在待检测物品；

待检测物品反射的激光依次经过高数值孔径物镜、扫描透镜和二维扫描振镜机构之后由第一半透半反镜反射到测量单元，所述测量单元获取激光光强以确定椭偏参数；

所述装置进一步包括：具有温控单元的三维平台；其中，

三维平台用于固定待检测物品，并实现检测区域的对焦；

温控单元用于调整待检测物品的温度；

所述装置还包括对准光路组件和可移动反射镜，所述对准光路组件包括照明光源、带标记匀光板、照明透镜、第二半透半反镜、第三聚焦透镜和感光单元；

所述可移动反射镜在测量状态时位于激光光轴之外，在位置校正状态时位于所述扫描透镜和高数值孔径物镜之间，由所述对准光路组件与高数值孔径物镜构成照明成像光路；照明光源发出照明光先经带标记匀光板匀光，再经过所述照明透镜准直，准直后的照明光经第二半透半反镜照射到可移动反射镜上，所述照明光经所述可移动反射镜反射进入高数值孔径物镜照射在待检测物品；其中，所述高数值孔径物镜与照明透镜构成4F系统，所述带标记匀光板位于照明透镜的前焦面上；高数值孔径物镜经可移动反射镜、第二半透半反镜与第三聚焦透镜构成4F系统，其中感光单元位于所述第三聚焦透镜的前焦面上；

所述二维扫描振镜机构包括：第一曲面反射镜、第一扫描振镜、第二曲面反射镜和第二扫描振镜；所述第一扫描振镜和第二扫描振镜为一维扫描振镜；所述第一扫描振镜和第二扫描振镜两面的角度通过电压控制实现偏转，使得激光以第二扫描振镜的中心为顶点进行偏折，偏折方向为其中，θ₁为偏折角，代表光束离开光路主轴的角度大小，为方向角，代表光束偏离主轴的方向；且所述第二扫描振镜位于所述扫描透镜的前焦面上。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测量单元包括依次设置的：光学衰减片、检偏器、第二聚焦透镜和单光子探测器。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述扫描透镜与高数值孔径物镜构成4F系统。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括计算机，与所述飞秒激光器、起偏器、二维扫描振镜机构、检偏器、单光子探测器、三维平台连接，分别控制飞秒激光器的脉冲发射、起偏器的偏正片方向、二维扫描振镜机构转向、检偏器角度、单光子探测器信号检测、三维平台的位置和温度。

5.一种基于如权利要求1-4任一所述的椭偏仪装置的检测方法，其特征在于，包括：

将待检测物品固定在三维平台，并调节三维平台的位置，使待检测物品位于高数值孔径物镜的后焦面；

利用温控单元设定待检测物品的温度；

调节起偏器和二维扫描振镜机构，以调节测量的入射角和方位角；其中通过电压控制二维扫描振镜机构中第一扫描振镜和第二扫描振镜的角度，使得激光光束以第二扫描振镜中心为顶点进行偏折，偏折方向为其中，θ₁为偏折角，代表光束离开光路主轴的角度大小，为方向角，代表光束偏离主轴的方向；

启动飞秒激光器发出单脉冲，改变检偏器角度，通过单光子探测器记录不同检偏器角度条件下的脉冲序列，以确定待检测物品在该温度、入射角、方位角下激光的椭偏参数；

所述调节三维平台的位置，使待检测物品位于高数值孔径物镜的后焦面具体包括：

控制可移动反射镜位于所述扫描透镜和高数值孔径物镜之间，启动照明光源和感光单元；

调节三维平台的位置，直至感光单元拍摄的图像中标记清晰成像；

控制可移动反射镜移动至激光光轴之外。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述检偏器角度为0°、45°、90°和135°，所述方法进一步包括：通过以下公式计算激光的椭偏参数：

其中，R_p为P偏振光反射率，R_s为S偏振光反射率，为椭偏参数，δ_p为R_p的相位，δ_s为R_s的相位，Ψ为偏振角，Δ为δ_p与δ_s之差，I₀、I₉₀、I₄₅、I₁₃₅分别为检偏角度在0°、45°、90°、135°时测量到的光强。