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椭圆偏振测量技术的本质是测量光束从被测材料反射或者透射前后偏振状态的改变。这种偏振状态的变化量通过幅值比ψ和相位差△来表示,这两个测得的椭偏参数与被测材料的光学性质和厚度有关。因此,椭偏测量技术主要用于测量薄膜的厚度与光学常数。然而这个技术也被应用于测量材料结构、晶体、表面粗糙度、掺杂浓度以及其他与椭偏参数相关的材料性质。
波片(或相位延迟器)利用晶体的双折射来改变光的偏振态,所以它是近来椭偏测量技术中最为常用的光学器件之一。无论波片在椭偏测量技术中还是其他现代光学技术的应用中,为了保证系统的运行和精度,波片的精确标定都是不可或缺的。
波片测量的基本思想是,偏振单色光通过波片后,由于相位延迟的作用,使光的偏振态发生变化,运用检偏器分析通过被测波片后的光的偏振状态,通过光电接受装置测量出光的强度,采用适当的算法,就能测量出波片的相位延迟量。测量中,作为起偏器和检偏器的偏振器件的消光系数对于测量结果有较大的影响。如何消除偏振器件不完美造成的影响是进一步提高波片标定的关键。
本论文提出了在原测量系统基础上提出一种四区域测量波片相位延迟量的方法。完全消除了起偏器和检偏器不完全消光带来的误差,结构和计算方法都较为简单。由于测量系统中不存在标准波片或其他相位调制元件,允许测量波长仅受到偏振棱镜和探测器的限制(一般可以达到300nm~1200nm),因此可以适用于很大波长范围内任意波长的波片测量。以λ/4波片为例,理论分析了该系统利_用四区域测量法后的仪器误差为σφ≤±3.49065×10-3rad(约0.2°),精度比原算法提高约1个数量级。最后,通过实验证明该方法确实能够提高系统精度。