[发明专利]透镜系统

说明书

本发明提供一种透镜系统，涉及光学测量仪器技术领域。该透镜系统设置于椭偏仪上，包括：会聚镜组和恢复镜组，其中，椭偏仪具有发射测量臂和接收测量臂，会聚镜组设置于发射测量臂的输出光路上，恢复镜组设置于接收测量臂的输入光路上；发射测量臂用于产生入射平行光束，会聚镜组用于将入射平行光束会聚，会聚后的光束经过被测样品反射后形成发散光束，恢复镜组用于将发散光束恢复为出射平行光束，接收测量臂用于接收出射平行光束。本发明可在300nm～700nm光谱范围内、在±1.8度视场范围内，将椭偏仪测量光束的直径减小到0.015mm～0.05mm，从而提高测量分辨率。

技术领域

本发明涉及光学测量仪器技术领域，尤其涉及一种透镜系统。

背景技术

椭偏仪是一种用于测量薄膜的厚度、折射率、消光系数等参数的光学测量设备。椭偏仪的一个重要参数是测量光束的直径，测量光束的直径决定了椭偏仪的测量分辨率。测量光束的直径越小，测量分辨率就越高；测量光束的直径越大，测量分辨率就越低。当椭偏仪的测量光束照射在薄膜样品上时，会在样品上形成一个光斑，测量光束直径越大，光斑就越大，测量光束直径越小，光斑就越小。椭偏仪不能对光斑区域进行细分测量，只能对光斑区域进行整体上的测量，椭偏仪的测量结果是整个光斑区域的平均值。也即，椭偏仪不能测量比光斑更小的区域。

因此，如果想要提高椭偏仪的测量分辨率，通过测量薄膜样品上更小的区域来反映薄膜样品上更细微的变化，就需要减小薄膜样品上光斑的尺寸，从而也就需要减小测量光束的直径。

目前，椭偏仪的标准测量光束的直径为4mm左右，椭偏仪生产厂家一般可以提供用于减小测量光束直径的聚光透镜，但即使使用了这种聚光透镜，测量光束的直径也只能缩小到0.2mm(也即被测样品处的光束直径)而无法进一步缩小。

发明内容

为进一步缩小椭偏仪的测量光束直径以提高测量薄膜的分辨率，本发明提供了一种透镜系统。

本发明提供了一种透镜系统，设置于椭偏仪上，包括：会聚镜组和恢复镜组，其中，椭偏仪具有发射测量臂和接收测量臂，会聚镜组设置于发射测量臂的输出光路上，恢复镜组设置于接收测量臂的输入光路上；发射测量臂用于产生入射平行光束，会聚镜组用于将入射平行光束会聚，会聚后的光束经过被测样品反射后形成发散光束，恢复镜组用于将发散光束恢复为出射平行光束，接收测量臂用于接收出射平行光束。

进一步地，被测样品的待测表面布置于透镜系统的光束会聚点所在的水平面上，会聚镜组和恢复镜组关于透镜系统的光束会聚点所在的垂直平面对称设置。

进一步地，光束会聚点处会聚后的光束直径为0.015mm～0.05mm，会聚镜组和恢复镜组的焦距均为25mm～40mm。

进一步地，会聚镜组和恢复镜组均包括2～3片透镜。

进一步地，会聚镜组沿光束传播方向依次包括正透镜和负透镜，恢复镜组沿光束传播方向依次包括负透镜和正透镜；或者，会聚镜组沿光束传播方向包括依次设置的正透镜、负透镜和正透镜，恢复镜组沿光束传播方向包括依次设置的正透镜、负透镜和正透镜。

进一步地，正透镜的厚度为1.5mm～3mm，负透镜的厚度为1mm～2.5mm，会聚镜组和恢复镜组中相邻透镜之间的间距为0.2mm～0.6mm。

进一步地，会聚镜组和恢复镜组的镜片材料均包括氟化钙、氟化镁、熔石英和蓝宝石。

进一步地，正透镜的材料为氟化钙或氟化镁，负透镜的材料为熔石英或蓝宝石。

进一步地，透镜系统的孔径光阑设置在沿光束传播方向的第1片透镜的前表面，入瞳直径为5mm～7mm。

进一步地，发射测量臂沿光束传播方向依次包括光源、起偏器和相位调节器，接收测量臂沿光束传播方向依次包括检偏器和光电探测器。

本发明的另一方面提供了一种椭偏仪，其被配置为包括上述透镜系统。