[发明专利]一种微秒级快轴可调弹光调制超高速广义椭偏测量装置

说明书

本发明属于椭偏测量装置技术领域，具体涉及一种微秒级快轴可调弹光调制超高速广义椭偏测量装置，包括起偏臂、检偏臂和样本台，所述起偏臂的光路方向上依次设置有检偏臂、样本台；所述起偏臂包括光源、起偏器和第一快轴可调圆形弹光调制器，所述光源的光路方向上依次设置有起偏器、第一快轴可调圆形弹光调制器，所述第一快轴可调圆形弹光调制器的光路方向上设置有样本台。本发明采用的椭偏测量方法具有单次测量、测量精度高、标定简单、光谱范围宽等优点。本发明提出的测量装置，较机械旋转速度可提高3‑4个数量级，采用的45°双驱动快轴可调圆形弹光调制器具有光谱范围宽、调制速度快、稳定性高等优质的偏振调制性能。

技术领域

本发明属于椭偏测量装置技术领域，具体涉及一种微秒级快轴可调弹光调制超高速广义椭偏测量装置。

背景技术

随着微电子、光学镀膜、平板显示，及纳米生物和新材料技术等高新技术领域的发展，高精度椭偏薄膜技术成为该领域检测的重要手段。椭偏测量技术是一种多功能光学测量技术，通过测量偏振光入射待测物前后偏振态的变化获取其光学常数(折射率n，消光系数k)、膜结构及厚度等参数。现有椭偏测量技术主要有穆勒矩阵部分元素椭偏测量和全穆勒矩阵广义椭偏测量两种方式：穆勤矩阵部分元素椭偏测量系统仅能测量部分穆勒矩阵，因不能获取完整的样品信息，可适用于非退偏或者各向同性样品的测量；全穆勒矩阵广义椭偏测量系统能测量全部的穆勒矩阵，适用于各种样品测量。

广义椭偏测量技术每次测量可获得穆勒矩阵的所有16个元素，从而能够提供更多有用的待测信息，如结构参数、各向异性和去极化。与扫描电子显微镜和透射电子显微镜技术相比，广义椭偏测量技术可无损测得物理和结构特性，因此广义椭偏已应用于微电子、光学镀膜、平板显示和光伏太阳能电池等行业，并逐渐拓展应用于生物分子互作用、原子沉积、分子自组装、材料相变等物理过程观测，在薄膜检测、材料表征、纳米结构计量、生物医学等高新技术领域也展现出巨大应用潜力。随着微电子在线原位检测、捕捉材料物理生物瞬态机制变化过程等对高速测量要求，测量的时间分辨率需要至少在亚毫秒级，甚至微秒量级；但传统广义椭偏测量技术是基于机械旋转补偿器，时间分辨率在秒级，时间分辨率相差2～3数量级。因此，发展微秒级超高速广义椭偏技术对复杂快速过程的实时原位检测具有重要意义。

现有的基于相位调制器的广义椭偏测量中，液晶相位调制器和电光相位调制器虽然相位可通过改变电压实现调节，但其快轴方向只能通过机械旋转实现，测量速度受限，且光谱适用范围很窄；由于弹光调制具有光谱范围宽(紫外到远红外)、调制速率高(数十kHz至数百kHz)、稳定性好(工作在谐振状态)等优点，使其在高精度偏振测量中广泛被应用，但现有弹光调制主要都工作在纯驻波模式下，无法实现快轴方向的高速调制。

发明内容

针对上述双旋转补偿器广义椭偏测量速度慢的技术问题，本发明提供了一种微秒级快轴可调弹光调制超高速广义椭偏测量装置，该装置采用一种45°双驱动快轴可调圆形弹光调制器，可在纯行波模式下实现超高速快轴可调弹光调制，较机械旋转速度可提高3-4个数量级，将极大提高广义椭偏测量的时间分辨率。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种微秒级快轴可调弹光调制超高速广义椭偏测量装置，包括起偏臂、检偏臂和样本台，所述起偏臂的光路方向上依次设置有检偏臂、样本台；所述起偏臂包括光源、起偏器和第一快轴可调圆形弹光调制器，所述光源的光路方向上依次设置有起偏器、第一快轴可调圆形弹光调制器，所述第一快轴可调圆形弹光调制器的光路方向上设置有样本台。

所述检偏臂包括探测器、检偏器和第二快轴可调圆形弹光调制器，所述第二快轴可调圆形弹光调制器的光路方向上依次设置有检偏器、探测器，所述第二快轴可调圆形弹光调制器设置在样本台的光路方向上。

所述第一快轴可调圆形弹光调制器和第二快轴可调圆形弹光调制器均包括通光晶体、第一压电驱动器和第二压电驱动器，所述通光晶体分别与第一压电驱动器和第二压电驱动器连接。