[发明专利]旋转器件型穆勒矩阵椭偏仪系统参数的校准方法

说明书

本发明属于精密光学测量仪器系统校准相关技术领域，其公开了一种旋转器件型穆勒矩阵椭偏仪系统参数的校准方法，该方法包括：将旋转器件型穆勒矩阵椭偏仪的成像透镜和物镜分别更换为1/4标准波片和反射镜；多次旋转所述1/4标准波片的方位角，并从旋转器件型穆勒矩阵椭偏仪的探测器处分别获取多个方位角下的光强信息；对光强信息进行傅里叶分析获得光强信息的傅里叶系数；建立光强信息的傅里叶系数与待校准系统参数的关系模型；不断调整关系模型中待校准系统参数的取值，直至关系模型中的傅里叶系数与上述傅里叶系数的误差在预设范围内则此时待校准系统参数对应的取值即为校准值。该方法通过两步校准即可实现对多个校准值的校准，简单方便。

技术领域

本发明属于精密光学测量仪器系统校准相关技术领域，更具体地，涉及一种旋转器件型穆勒矩阵椭偏仪系统参数的校准方法。

背景技术

旋转器件型椭偏仪是一种常用类型的椭偏仪，具有调制简单、测量精度高、无损测量等优点。旋转器件型高分辨率成像穆勒矩阵椭偏仪是以双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪为基础，结合显微成像技术，利用包含更多偏振信息的穆勒矩阵，可以完整表征样品的偏振特性，如退偏等，同时具有很高的空间分辨率，可以实现微区材料的分布测量，因而比传统旋转器件式椭偏仪具有更大的优势。旋转器件型高分辨成像穆勒矩阵椭偏仪为了实现较高的分辨率，通常采用垂直物镜式的配置方案，其中，会使用分束装置和物镜组成光路复用系统。

为了保证测量的准确度，在使用旋转器件型高分辨成像穆勒矩阵椭偏仪对材料进行测量表征之前，需要对仪器的系统参数进行校准，待校准的参数包括：1，起偏器、检偏器和第一、第二旋转补偿器的初始方位角；2，第一、第二旋转补偿器的相位延迟量；3，分束装置的残余偏振效应，分束装置中的分光束膜系一般都会对偏振光的振幅比和相位差产生影响；4，物镜的偏振像差，通常对于数值孔径(Numerical Aperture，NA)大于0.6的物镜就必须考虑偏振像差的影响；5，旋转器件型高分辨成像穆勒矩阵椭偏仪的入射角与平面反射镜电动旋转角的关系。

现有的校准方法在校准时较少考虑物镜的偏振像差，或使用离线校准的形式对分束装置及物镜进行校准，校正过程繁琐、校正误差大、校准速度慢、普适性差，无法满足旋转器件型高分辨成像穆勒矩阵椭偏仪的精密测量需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种旋转器件型穆勒矩阵椭偏仪系统参数的校准方法，首先，通过将旋转器件型穆勒矩阵椭偏仪的成像透镜和物镜分别更换为1/4标准波片和反射镜，获取此时光强信息的傅里叶系数，将该傅里叶系数对关系模型中的傅里叶系数进行标定，由于该关系模型为光强信息的傅里叶系数与待校准系统参数的函数，因此可获得对应的起偏器、检偏器、第一旋转补偿器以及第二旋转补偿器的方位角，第一旋转补偿器以及第二旋转补偿器的相位延迟量，以及分束装置的残余偏振效应；其次，对上述待校准系统参数校准后，将1/4标准波片和反射镜分别更换回所述成像透镜和物镜，在所述样品台上设置各向同性的均匀薄膜，将所述物镜和薄膜作为一个整体看作是待测样品，获得待测样品的穆勒矩阵，并建立待测样品穆勒矩阵的计算模型，根据该穆勒矩阵和计算模型获得求解物镜的偏振像差校准值以及旋转器件型穆勒矩阵椭偏仪的入射角与反射镜转角的关系的关键参数。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种旋转器件型高分辨成像穆勒矩阵椭偏仪系统参数的校准方法，所述方法包括：S1，将所述旋转器件型穆勒高分辨成像矩阵椭偏仪的成像透镜和物镜分别更换为 1/4标准波片和反射镜；S2，多次旋转所述1/4标准波片的方位角，并从所述旋转器件型穆勒矩阵椭偏仪的探测器处分别获取多个所述方位角下的光强信息；S3，对所述光强信息进行傅里叶分析获得所述光强信息的傅里叶系数；S4，建立光强信息的傅里叶系数与待校准系统参数的关系模型，其中，所述待校准系统参数包括起偏器、检偏器、第一旋转补偿器以及第二旋转补偿器的方位角，第一旋转补偿器以及第二旋转补偿器的相位延迟量，以及分束装置的残余偏振效应；S5，不断调整所述关系模型中待校准系统参数的取值，直至所述关系模型中的傅里叶系数与步骤S3中傅里叶系数的误差在预设范围内则此时待校准系统参数对应的取值即为校准值。