本发明专利技术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：将检偏器和标准石英波片放入光路中，确定好位置；撤出检偏器，设定起偏方向，扫描需校准波段的椭偏光谱，得到标准石英波片在P、S两方向上位相差色散曲线，与在相同条件下的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。本发明专利技术的校准方法，利用的是标准石英波片透射光谱的位相差色散原理，该校准方法理论简洁、清晰，设备要求简单、容易实现，校准速度快、精度高，与采用特定谱线的灯组光源校准方法相比，该校准方法降低了校准的操作难度，并实现了连续波长的校准。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及椭圆偏振光谱仪
，特别涉及。
技术介绍
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。
技术实现思路
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，本专利技术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。本专利技术是通过以下方式实现的 ，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 (I)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。本专利技术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 A (入)=(360/ 入) An d方程一 其中A为P方向与S方向上的位相差，入为对应波长，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，An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An(入)=0. 01436-2. 63111 *10_5 入 +5. 62427 *10_8 入 2_6. 73725 *10-11 入 3+4. 75388 *10_14 入 4 -I. 96809 IO-17 A 5+4. 41564 IO-21 A 6-4. 14135 IO-25 A 7方程 其中、为波长，单位为纳米。方程一即为本专利技术校准椭圆偏振光谱仪中单色仪的理论基础。根据方程一和方程二，可计算出标准石英波片的理论位相差色散曲线，然后与实验实际测量得到的色散曲线进行比较，可对光谱仪波长进行快速校准。本专利技术中所述的P方向为垂直水平面的竖直方向，S方向为水平方向。本专利技术中所述的检偏器是光学仪器中的一种器件，可用于鉴别光的偏振状态。关于波长校准精度的理论分析 根据理论公式A (A) = (360/入) An (!，An=O. 01436-2. 63111 1(T5 入+5. 62427 KT8 入 2-6. 73725 l(Tn 入 3+4. 75388 1(T14 入 4 -I. 96809 1(T17 入 5+4. 41564 1(T21 入 6_4. 14135 IO-25 入 7则A (入)=(0. 01436-2. 63111 .1(T5 入+5. 62427 .1(T8 入 2_6. 73725 .KT11 入 3+4. 75388 10_14 入 4 -I. 96809 10_17 入 5+4. 41564 10_21 入 6-4. 14135 10_25 入 7/ 入) 360 d =(0. 01436 入 _1-2. 63111 KT5 +5. 62427 KT8 入-6. 73725 l(Tn 入 2+4. 75388 1(T14 入 3-I. 96809 1(T17 A 4+4. 41564 1(T21 A 5-4. 14135 1(T25 A6) 360 d, 将其对、求一阶导数，则有 A '( A ) = (-0. 01436 A _2+5. 62427 10_8 -2 6. 73725 10_n A +3 4. 75388 10_14 入 2-4 I. 96809 10_17 A 3+5 4. 41564 10_21 A 4-6 4. 14135 10_25 入 5) 360 d利用Mathematica绘图软件对其做三维图，如图6。可见A ‘(入)在短波长方向绝对值较大,在长波长方向绝对值较小。A ‘‘(入)绝对值大表明△随X的变化速率快，反之则慢，对长波长处进行放大如图7。可以看到，采用较厚的标准波片，可以提高A ‘U )的绝对值，若采用Imm厚度的标准波片，则可以实现A ‘( X )在190 1700nm的波段内最小绝对值大于I. 0，因实际校准过程中，位相差测量精度为0. I度，所以对应的波长精度优于0. lnm，适用于一般的光谱仪日常维护对波长精度的检查。若需进一步的提高校准精度，则需要选用厚度更大的波片，若选用Icm厚标准波片，则可在上述紫外至红外的宽波段内实现0. Olnm的测量精度，达到专业光谱校准精度水平。在具体校准过程中需要对波片进行恒温控制，厚度较大的波片容易在波片内部出现温度起伏，产生大的误差，所以实际校准过程中应根据检测或校准精度的需要和校准波段的范围，选择厚度合适的标准波片。 本专利技术的有益效果本专利技术的椭圆偏振光谱仪中单色仪的校准方法，利用的是标准石英波片透射光谱的位相差色散原理，该校准方法理论简洁、清晰，设备要求简单、容易实现，校准速度快、精度高，与采用特定谱线的灯组光源校准方法相比，该校准方法降低了校准的操作难度，并实现了连续波长的校准。附图说明 图I是本专利技术的测量装置光路示意图，其中 I-氙灯光源，2-起本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种椭圆偏振光谱仪中单色仪的校准方法，其特征是包括以下步骤：（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光轴沿水平方向，再次消光；（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。
【技术特征摘要】
1.一种椭圆偏振光谱仪中单色仪的校准方法，其特征是包括以下步骤 (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光轴沿水平方向，再次消光； (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単色仪波长的校准。2.根据权利要求I所述的校准方法，其特征在于步骤(6)中计算标准石英波片在P、S两方向上位...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩培高，宋连科，夏云杰，闫珂柱，郝殿中，魏丽梅，
申请(专利权)人：曲阜师范大学，
类型：发明
国别省市：
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