[发明专利]一种双旋转补偿器穆勒矩阵椭偏仪系统控制方法

说明书

本发明涉及一种双旋转补偿器穆勒矩阵椭偏仪系统控制方法，包括：步骤1、控制器同时输出驱动脉冲至第一电机与第二电机，将第一电机的编码器脉冲作为光谱仪的触发脉冲，并采集第一电机运转周期T、第二电机与第一电机的转速比m₂；步骤2、采集校准时刻第一电机的编码器脉冲与第二电机的编码器脉冲的时间差t₁，获取第一电机角速度ω、校准时刻第二补偿器的初始方位角C_S2；步骤3、采集重启后第一电机的编码器脉冲与第二电机的编码器脉冲的时间差t₂；计算出第一补偿器与第二补偿器的角度偏差Δα；步骤4、计算出重启后第二补偿器的初始方位角C′_S2；步骤5、采集测量的当前时刻t，计算出第二补偿器方位角C'₂。本发明不用在每次开机后均做校准，且降低了设备成本。

技术领域

本发明涉及检测与测量领域，具体涉及一种双旋转补偿器穆勒矩阵椭偏仪系统控制方法。

背景技术

传统光谱椭偏仪单次测量条件下只能获得较少的测量参数，所以在一些特殊应用场景，诸如退偏材料，各向异性材料等，都表现出一定的技术局限性。

全穆勒矩阵椭偏仪(也称广义椭偏仪)可获得待测样件的归一化的4×4阶穆勒矩阵共15个参数(相对于M11)，可以比传统光谱椭偏仪获得更加丰富的测量信息。而基于双旋转补偿器的全穆勒矩阵椭偏仪可以在一次测量中获得待测样件的归一化的全部的15个穆勒矩阵元素，测量速度快，可应对于要求更高的薄膜量测场景。

基于双旋转补偿器的穆勒矩阵椭偏仪在结构上采用了两个旋转电机。主要包括三个部分：偏振产生臂；反射或传输样本，它改变了初始的偏振；偏振检测臂。偏振产生臂主要包括一个起偏器，一个补偿器。起偏器用于产生线偏振光，补偿器产生相位延迟。检偏臂包括的光学元器件与偏振产生臂的相同，只是排列顺序相反。检偏臂的补偿器与起偏臂中的补偿器固定在两个中空轴的电机轴上。两者按照一定的旋转速度比周期性旋转。

目前常见的双旋转补偿器穆勒矩阵椭偏仪的控制方案中，采用两电机进行同步，即每次测量时候，需保证两电机相对位置与校准时一致。一般选用高精度的电机控制器，通过设置加速阶段的启动偏置，两电机在启动完成进入平稳运转后，保持电机编码器Z相脉冲在时间序列上的重合。

该控制方案对控制器、电机、编码器的要求较高，且控制方案的整体成本价格昂贵，性能稳定性得不到保证，很容易受到外界因素的干扰。当外界环境变化，所设置的启动偏置也就不适用了。仪器的系统参数无法校准，必须需要专业人员进行重新调试。

综上所述，目前的双旋转补偿器穆勒矩阵椭偏仪的控制方案还存在价格昂贵，稳定性差的缺点，可维护性无法得到保证。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供双旋转补偿器穆勒矩阵椭偏仪系统控制方法，捕捉两个补偿器旋转电机位置状态，代入系统模型中进行计算，最终实现精确测量的目的。该方案不再依赖昂贵的机电硬件，而且稳定性更好，不易受外界因素影响。设备在每次断电重启运行后，只需要将捕捉到两个补偿器电机的相对位置变化值通过算法补偿到系统模型中，就可以在无需重新校准的情况下，直接测量。即使系统参数出现了微小变化，也可以由使用者重新进行系统参数校准，即可继续使用。不会出现无法进行系统参数校准的情况。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种双旋转补偿器穆勒矩阵椭偏仪系统控制方法，所述椭偏仪包括起偏臂与检偏臂，所述起偏臂上沿光路依次设有光源、起偏器、第一电机与第一补偿器，所述第一电机驱动所述第一补偿器旋转，所述检偏臂上沿光路依次设有第二补偿器、第二电机、检偏器、光谱仪，所述第二电机驱动所述第二补偿器旋转，所述控制方法包括以下步骤：

步骤1、控制器同时输出驱动脉冲至所述第一电机与所述第二电机，将所述第一电机的编码器脉冲作为所述光谱仪的触发脉冲，并采集所述第一电机运转周期T、所述第二电机与所述第一电机的转速比m₂；