一种椭偏仪装置和基于该装置的检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种椭偏仪装置和基于该装置的检测方法，所述装置的一实施方式包括：在该装置中，激光器发出激光，激光由声光调制器进行调制之后进入第一会聚透镜，第一会聚透镜将激光聚焦耦合到光纤，激光从光纤出射后由准直透镜进行准直并进入起偏器；起偏器出射的激光由第二会聚透镜进行聚焦，之后透过半透半反镜并经过高数值孔径透镜照射在待检测物品；待检测物品反射的激光经过高数值孔径透镜之后由半透半反镜反射到检偏器，检偏器出射的激光经过场镜之后照射到感光单元；感光单元获取激光光强以确定椭偏参数。该实施方式能够测量不同反射角、方位角、温度、波长条件下样品的偏振反射特性。

【技术实现步骤摘要】
一种椭偏仪装置和基于该装置的检测方法
本专利技术涉及光电检测
，尤其涉及一种椭偏仪装置和基于该装置的检测方法。
技术介绍
椭偏仪的原理是利用确定偏振状态的光照射样品，通过测量反射光的偏振状态来推算样品的光学特性的设备。椭偏仪是一种用于探测薄膜厚度、光学常数以及材料微结构的光学测量仪器。由于测量精度高，适用于超薄膜，与样品非接触，对样品没有破坏，且不需要真空，使椭偏仪成为一种极具吸引力的测量仪器。椭偏仪测量反射率Rp和反射率Rs的复数比率，其中Rp为P偏振光反射率，Rs为S偏振光反射率。Rp和Rs都是复数，其值的大小与材料的光学常数、波长、入射角度等有关。当前市场上的椭偏仪有很多种类，提供的椭偏仪都是由照明臂、检测臂、样品平台三者分离搭建的方式，且没有能够同时控制反射角、方位角、温度、波长的椭偏仪方法；本专利技术将提供一种多功能椭偏仪方法和装置，该装置能够测量不同反射角、方位角、温度、波长条件下样品的偏振反射特性，且能够将这些参数作为自变量进行调整，进而观察样品反射特性的变化，功能更加多样化，测量的数据更加全面。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是如何设计一种椭偏仪，能够测量不同反射角、方位角、温度、波长条件下样品的偏振反射特性，且能够将这些参数作为自变量进行调整。为了解决上述技术问题，在一个方面，本专利技术提供了一种椭偏仪装置。本专利技术实施例的椭偏仪装置包括依次设置的：激光器、声光调制器、第一会聚透镜、光纤、准直透镜、起偏器、第二会聚透镜、半透半反镜、高数值孔径透镜、检偏器、场镜和感光单元；其中，激光器发出激光，激光由声光调制器进行调制之后进入第一会聚透镜，第一会聚透镜将激光聚焦耦合到光纤，激光从光纤出射后由准直透镜进行准直并进入起偏器；起偏器出射的激光由第二会聚透镜进行聚焦，之后透过半透半反镜并经过高数值孔径透镜照射在待检测物品；待检测物品反射的激光经过高数值孔径透镜之后由半透半反镜反射到检偏器，检偏器出射的激光经过场镜之后照射到感光单元；感光单元获取激光光强以确定椭偏参数。优选地，光纤出射端口、准直透镜、起偏器、第二会聚透镜通过固定结构组装为照明组件；所述照明组件被安装在二维平台，可在垂直于激光光轴的平面移动，以调整检测的反射角和方位角。优选地，第二会聚透镜与高数值孔径透镜具有共同焦面；从第二会聚透镜出射的激光透过半透半反镜之后聚焦在高数值孔径透镜的后焦面，并经过高数值孔径透镜成为平行光照射到待检测物品。优选地，所述装置进一步包括：具有温控单元的三维平移台；其中，三维平移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。优选地，声光调制器用于调整耦合到光纤的激光的波长；待检测物品的检测面与高数值孔径透镜的前焦面重合，并位于高数值孔径透镜的光轴上。优选地，场镜与高数值孔径透镜构成4F系统，待检测物品的检测面与感光单元满足成像关系。优选地，所述检偏器可在步进电机控制下变换角度；所述声光调制器、起偏器、二维平台、温控单元、三维平移台、检偏器、感光单元都受主控计算器控制；所述激光器为连续光谱激光器；所述感光单元为面阵感光器件；所述高数值孔径透镜为高数值孔径显微物镜。在另一方面，本专利技术进一步提供一种基于上述椭偏仪装置的检测方法。该方法包括：将待检测物品固定在三维平移台，并调节三维平移台的位置，使待检测物品的检测面位于视场中央；利用温控单元设定待检测物品的温度；启动激光器，调节声光调制器以选择检测波长；利用二维平台控制照明组件进行二维移动，以实现不同入射角和方位角的检测；在照明组件的任一位置，检偏器旋转，感光单元测量待检测物品反射激光的光强，以确定激光的椭偏参数；改变检测波长、和/或待检测物品的温度，重复执行确定椭偏参数的步骤；基于确定的椭偏参数建立待检测物品随反射角、方位角、波长或温度的变化曲线。优选地，检偏器旋转，感光单元测量待检测物品反射激光的光强，具体包括：检偏器旋转到多个预设大小的检偏角度，感光单元测量此时待检测物品反射激光的光强；其中，检偏角为检偏器的透振方向与P光偏振方向的夹角；所述检偏角度由起偏器的角度确定。优选地，所述检偏角度为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，Rp为P偏振光反射率，Rs为S偏振光反射率，为椭偏参数，δp为Rp的相位，δs为Rs的相位，Ψ为偏振角，Δ为δp与δs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。本专利技术的上述技术方案具有如下优点：本专利技术提供一种多功能椭偏仪装置和相应的检测方法，能够对不同反射角、方位角、温度、波长条件下样品的偏振反射特性进行检测，且能够将这些参数作为自变量进行调整，进而观察样品反射特性的变化，功能更加多样化，测量的数据更加全面。同时，本专利技术提供的椭偏仪装置能够对反射角度-70～70°范围内、方位角360°范围内的反射特性进行测量，对具有二向色性材料的偏振特性进行测量。此外，本专利技术实施例的椭偏仪装置同时又是一套显微成像系统，能够进行材料测量时同时观察其表面形貌，并能够对微米量级的材料测量偏振反射特性。附图说明图1是本专利技术实施例的椭偏仪装置的组成部分示意图；图2是本专利技术实施例的高数值孔径透镜与第二会聚透镜的共同焦面示意图；图3是本专利技术实施例的待检测物品反射面示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1是本专利技术实施例的椭偏仪装置的组成部分示意图。如图1所示，本专利技术实施例的椭偏仪装置可包括依次设置以下器件：激光器1、声光调制器2、第一会聚透镜3、光纤4、准直透镜5、起偏器6、第二会聚透镜7、半透半反镜9、高数值孔径透镜10、检偏器14、场镜15和感光单元16。可以理解，高数值孔径透镜指的是数值孔径大于阈值的透镜。实际应用中，上述激光器优选为连续光谱激光器，感光单元优选为面阵感光器件，上述高数值孔径透镜优选为高数值孔径显微物镜。较佳地，上述器件的工作流程可如下所示：连续光谱激光器1发出激光，被声光调制器2调制产生光散射，第一会聚透镜3将光聚焦耦合到光纤4中。可以理解，通过改变声光调制器2的超声波频率可以改变耦合到光纤中激光的波长，由此实现激光波长可控。光纤4的出射端口固定在准直透镜5的后焦点上，后焦点出射的激光经准直透镜5准直后照射到起偏器6上，透过起偏器6的激光经第二聚焦透镜7聚焦。其中，起偏器6的角度受步进电机控制而改变。光纤4的出射端口、准直透镜5、起偏器6和第二聚焦透镜7通过固定结构组装在一起，构成照明组件，照明组件被安装在二维平台8上。可以理解，照明组件可以在二维平台的控制下在垂直于z轴的二维平面移动，并改变后续即将介绍的方位角和反射角。照明组件中的起偏器可以旋转以调整激光偏振角度。在一些实施例中，空间直角坐标系的x轴为水平方向，y轴为垂直水平面的方向，z轴与xoy平面垂直。作为一个优选方案，第二会聚透镜7与高数值孔径透镜10具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种椭偏仪装置，其特征在于，包括依次设置的：激光器、声光调制器、第一会聚透镜、光纤、准直透镜、起偏器、第二会聚透镜、半透半反镜、高数值孔径透镜、检偏器、场镜和感光单元；其中，激光器发出激光，激光由声光调制器进行调制之后进入第一会聚透镜，第一会聚透镜将激光聚焦耦合到光纤，激光从光纤出射后由准直透镜进行准直并进入起偏器；起偏器出射的激光由第二会聚透镜进行聚焦，之后透过半透半反镜并经过高数值孔径透镜照射在待检测物品；待检测物品反射的激光经过高数值孔径透镜之后由半透半反镜反射到检偏器，检偏器出射的激光经过场镜之后照射到感光单元；感光单元获取激光光强以确定椭偏参数。

【技术特征摘要】
1.一种椭偏仪装置，其特征在于，包括依次设置的：激光器、声光调制器、第一会聚透镜、光纤、准直透镜、起偏器、第二会聚透镜、半透半反镜、高数值孔径透镜、检偏器、场镜和感光单元；其中，激光器发出激光，激光由声光调制器进行调制之后进入第一会聚透镜，第一会聚透镜将激光聚焦耦合到光纤，激光从光纤出射后由准直透镜进行准直并进入起偏器；起偏器出射的激光由第二会聚透镜进行聚焦，之后透过半透半反镜并经过高数值孔径透镜照射在待检测物品；待检测物品反射的激光经过高数值孔径透镜之后由半透半反镜反射到检偏器，检偏器出射的激光经过场镜之后照射到感光单元；感光单元获取激光光强以确定椭偏参数。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，光纤出射端口、准直透镜、起偏器、第二会聚透镜通过固定结构组装为照明组件；所述照明组件被安装在二维平台，可在垂直于激光光轴的平面移动，以调整检测的反射角和方位角。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，第二会聚透镜与高数值孔径透镜具有共同焦面；从第二会聚透镜出射的激光透过半透半反镜之后聚焦在高数值孔径透镜的后焦面，并经过高数值孔径透镜成为平行光照射到待检测物品。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括：具有温控单元的三维平移台；其中，三维平移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。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，声光调制器用于调整耦合到光纤的激光的波长；待检测物品的检测面与高数值孔径透镜的前焦面重合，并位于高数值孔径透镜的光轴上。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，场镜与高数值孔径透镜构成4F系统，待检测物品的检测面与感光单元满足成像关系。7.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：修鹏，郑崇，吴志宏，徐文斌，李军伟，
申请(专利权)人：北京环境特性研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11