[发明专利]石英玻璃窗偏振效应原位校准的光学常数测量方法及装置

说明书

本发明公开了石英玻璃窗偏振效应原位校准的光学常数测量方法及装置，属于偏振光学测量领域，包括：建立变温椭偏测量装置中石英玻璃窗在斜入射情况下的穆勒矩阵W和变温椭偏测量装置中高温加热腔内样品的理论穆勒矩阵M_S；穆勒矩阵W中包括椭偏参数Ψ₂和Δ₂以及参数m₁₃，穆勒矩阵M_S中包括椭偏参数Ψ₁和Δ₁；根据W和M_S建立变温椭偏测量装置的整体穆勒矩阵为M＝WM_SW，并归一化为矩阵M_n，由此得到Ψ₂、Δ₂、m₁₃、Ψ₁、Δ₁以及M_n中各元素之间的关系；将样品加热至不同的温度，并测量各温度下的光谱穆勒矩阵，以计算各温度下Ψ₁和Δ₁的光谱，并反演拟合得到样品的高温光学常数。本发明能够对石英玻璃窗的偏振效应进行原位校准，保证了样品高温光学常数的测量精度。

技术领域

本发明属于偏振光学测量领域，更具体地，涉及一种石英玻璃窗偏振效应原位校准的光学常数测量方法及装置。

背景技术

当存在外界温度加载条件时，材料的光学常数会呈现出随温度变化而变化的特性，对材料光学常数的温度依赖性进行准确表征是开展诸多材料热物性与热辐射特性的必要前提。然而，温度加载条件下材料光学常数测量实验研究通常需要将待测样品放置于密闭腔体内，密闭腔体上的观察窗会影响各种光学测量方法的实施，从而干扰材料光学常数的表征。与此同时，当采用光学方法对磁控溅射镀膜过程、电子束蒸发镀膜过程、原子层沉积镀膜过程或脉冲激光镀膜过程进行原位监控时，这些镀膜设备腔体壁上的观察窗也会影响光学方法的有效实施。因此，为了满足诸多应用领域内温度依赖性光学常数的测量需求，也为了确保纳米薄膜制备工艺中光学监控方法的有效实施需求，对处于高温密闭有窗氛围下材料光学常数的精确表征、“观察窗”材料偏振效应的原位校准均具有十分重要的研究意义。

光谱椭偏仪是一种无损、非接触、快速的表征固体材料光学常数的标准测量仪器，常被用于金属、半导体等材料的表征。在光谱椭偏仪的基础上集成高压或高温模块，可以满足材料在各种极端条件下的光学表征。基于变温椭偏测量装置能够有效实现材料高温加载条件下光学常数的表征。该方法能够利用高温加热台将待测样品加热到预期温度，然后对所测椭偏参数进行拟合分析以得到待测样品的光学常数。

要实现对材料光学常数的精确表征就需要校准石英玻璃窗在高温加载下所引入的椭偏参数偏差。现在已有的窗校准方法主要有两种：一种方法是利用在空气下受热时物理属性也十分稳定的标准样品来标定，分别测量各温度节点下标准样品在加窗和未加窗时的椭偏参数，通过对比计算来解耦出在不同温度下石英玻璃窗的椭偏参数，从而将其作为已知量用于其它材料测量时的校准基准；另一种方法是将窗材料视为相位延迟器，构建入射窗-样品-出射窗的整体穆勒矩阵，利用所推导模型将所测穆勒矩阵进行解耦，从而同时获取石英玻璃窗的穆勒矩阵和样品的椭偏参数。上述两种方法均将石英玻璃窗视为理想的延迟器，然而，在探测光束斜入射玻璃窗的情况下，玻璃窗存在各向异性。因此，这两种方法均存在一定的局限性。另外，第二种方法没有考虑温度对相位延迟量的影响。总体而言，由于存在石英玻璃窗的偏振效应的影响，现有的基于椭偏仪表征样品的光学常数的方法，所测量得到的样品高温光学常数往往存在较大误差。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种石英玻璃窗偏振效应原位校准的光学常数测量方法及装置，其目的在于，在测量样品的高温光学常数的过程中，对石英玻璃窗的偏振效应进行原位校准，以解决现有测量方法的测量结果存在较大误差的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种石英玻璃窗偏振效应原位校准的光学常数测量方法，包括：