本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種用于橢偏測(cè)量系統(tǒng)中光路通斷自動(dòng)控制的裝置和方法，包括用于產(chǎn)生偏振態(tài)探測(cè)光波、并將其入射到樣品上的起偏臂，及用于對(duì)經(jīng)樣品反射后光波進(jìn)行偏振態(tài)再調(diào)制和光能量檢測(cè)的檢偏臂，起偏臂包括線偏振光源和線性起偏器，其中線性起偏器固定在起偏器旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸上，該旋轉(zhuǎn)軸的軸線與起偏臂的光軸相重合，控制旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)來帶動(dòng)線性起偏器旋轉(zhuǎn)，以改變線性起偏器方位角與線偏振光源產(chǎn)生的線偏振光的方位角的差角θ。本發(fā)明專利技術(shù)提供的裝置和方法簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，而且不需要在現(xiàn)有橢偏測(cè)量系統(tǒng)的主光路中添加任何的光學(xué)器件或機(jī)械裝置，僅利用改變線性起偏器的方位角與線偏振光源輸出的線偏振光的方位角之差θ來達(dá)到對(duì)光路進(jìn)行通斷控制。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及光學(xué)測(cè)量領(lǐng)域，尤其是一種。
技術(shù)介紹
橢偏測(cè)量技術(shù)是表征納米薄膜的重要手段之一，它利用探測(cè)光波經(jīng)表面反射時(shí)偏 振態(tài)的變化來探測(cè)樣品的信息(如，折射率n、消光系數(shù)k、納米薄膜的厚度、表面粗糙度、材 料電子振動(dòng)信息等)。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于(1)測(cè)量時(shí)對(duì)樣品無擾動(dòng)、無破壞性，因此可進(jìn)行 實(shí)時(shí)測(cè)量、離體乃至在體測(cè)量；(2)靈敏度可達(dá)到原子層量級(jí)的分析水平，因此可對(duì)納米薄 膜進(jìn)行高靈敏度的探測(cè)；(3)對(duì)樣品材料幾乎無限制，可適合于絕緣體、導(dǎo)體、半導(dǎo)體；(4) 對(duì)環(huán)境要求低，無需真空等特殊條件，在普通實(shí)驗(yàn)環(huán)境中就可進(jìn)行。基于其優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)已 廣泛應(yīng)用于微電子工業(yè)、表面材料和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。 利用橢偏測(cè)量技術(shù)獲得樣品的參數(shù)(如，折射率、消光系數(shù)、薄膜厚度等)的一般 步驟是(l)利用橢偏測(cè)量系統(tǒng)得到樣品的橢偏角(V和A) ;(2)對(duì)樣品進(jìn)行模型化，即建 立橢偏角與樣品參數(shù)的關(guān)系；(3)利用數(shù)據(jù)擬合的方法獲得樣品的參數(shù)。因此，在利用橢偏 測(cè)量技術(shù)對(duì)樣品進(jìn)行分析時(shí)，最基本的任務(wù)是利用橢偏測(cè)量系統(tǒng)獲得樣品的橢偏角(V和 A)。 橢偏測(cè)量系統(tǒng)最基本的結(jié)構(gòu)為光源_起偏器_樣品_檢偏器_光電傳感器。在 此基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的應(yīng)用需求，發(fā)展了多種不同的結(jié)構(gòu)，如光源-起偏器-補(bǔ)償器-樣 品_檢偏器_光電傳感器、光源_起偏器_樣品_補(bǔ)償器_檢偏器_光電傳感器等。在橢 偏測(cè)量系統(tǒng)中，光束的傳播一般是光源發(fā)出的探測(cè)光波經(jīng)起偏器、補(bǔ)償器等偏振器件后成 為偏振態(tài)已知的偏振光，然后入射到樣品表面上，樣品對(duì)入射光波的幅值和相位進(jìn)行調(diào)制， 從而使得反射光波的偏振態(tài)發(fā)生變化，再經(jīng)過補(bǔ)償器、檢偏器等偏振器件后探測(cè)光波進(jìn)入 光電傳感器，從而獲得探測(cè)光波的強(qiáng)度。可以看出，橢偏測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中光源和起偏器是 必備的。 為了定量測(cè)量橢偏參數(shù)(V和A)，對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)展了不同的采樣方法，包 括零橢偏法、旋轉(zhuǎn)起偏器法、旋轉(zhuǎn)檢偏器法、旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器法，以及相位調(diào)制法等。 當(dāng)利用橢偏測(cè)量系統(tǒng)對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)量時(shí)，很多情況下會(huì)要求把探測(cè)光波在入射到 樣品之前切斷，如(l)測(cè)量完成后，為了避免探測(cè)光波長(zhǎng)時(shí)間照射樣品導(dǎo)致樣品受到破壞 (如，導(dǎo)致生物樣品失水)；(2)在放置或調(diào)整樣品時(shí)，為了避免操作人員的皮膚或眼睛受到 探測(cè)光波的照射而灼燒；(3)在進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量時(shí)，為了防止反應(yīng)液長(zhǎng)時(shí)間受到探測(cè)光波照 射而導(dǎo)致溫度升高，所以要求在每次采樣點(diǎn)之間切斷照射到樣品上的探測(cè)光波。因此，在實(shí) 際的橢偏測(cè)量系統(tǒng)中，對(duì)入射到樣品上的探測(cè)光波進(jìn)行通斷控制是一個(gè)重要的基本問題。 解決上述問題的現(xiàn)有方法有(1)直接切斷光源的電源供給這種方法非常簡(jiǎn)單， 但由于再次打開時(shí)光源需要經(jīng)過一段時(shí)間(通常為數(shù)分鐘)預(yù)熱才能達(dá)到光能量的穩(wěn)定輸 出，而且頻繁的開啟會(huì)降低光源的有效使用壽命，因此這種方法應(yīng)用不多；(2)在光源和樣品之間插入一個(gè)可控的機(jī)械遮光光闌其原理是通過對(duì)光闌的機(jī)械或電子控制來達(dá)到對(duì)探 測(cè)光波的遮擋或通過，這種方法應(yīng)用較普遍，但其不足在于增加了測(cè)量裝置中器件的數(shù)目、 控制裝置的數(shù)目、電源的能量供給、以及在動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的較高強(qiáng)度的瞬間電磁干擾，同時(shí)使 得系統(tǒng)的重量和體積變大；(3)加入其它的輔助光學(xué)衰減器件(如，中性濾光片等)其不 足之處與(2)類似。由此可見，在橢偏測(cè)量系統(tǒng)中，現(xiàn)有的對(duì)入射到樣品上的探測(cè)光波進(jìn)行 通斷控制的方法難以同時(shí)滿足反應(yīng)快速、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高等要求的應(yīng)用場(chǎng)合。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本專利技術(shù)的目的在于提供一種快速、無需額外附加器件、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠的。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)用于橢偏測(cè)量系統(tǒng)中光路通斷自動(dòng)控制的裝置，包括用于產(chǎn)生具有偏振態(tài)的探測(cè)光波、并將其入射到樣品上的起偏臂，及用于對(duì)經(jīng)樣品反射后光波進(jìn)行偏振態(tài)再調(diào)制和光能量檢測(cè)的檢偏臂，起偏臂包括線偏振光源和線性起偏器，其中線性起偏器固定在起偏器旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸上，該旋轉(zhuǎn)軸的軸線與起偏臂的光軸相重合，控制旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)來帶動(dòng)線性起偏器旋轉(zhuǎn)，以改變線性起偏器方位角與線偏振光源產(chǎn)生的線偏振光的方位角的差角e 。 進(jìn)一步，所述檢偏臂包括線性檢偏器和光電傳感器，其中線性檢偏器的表面垂直 于所述檢偏臂的光軸，該線性檢偏器用于對(duì)所述樣品的反射光偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)制；光電傳感 器位于線性檢偏器之后，用于接收通過線性檢偏器的探測(cè)光波的光能量，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。 進(jìn)一步，所述用于橢偏測(cè)量系統(tǒng)中光路通斷自動(dòng)控制的裝置還包括依次電連接在 所述光電傳感器和起偏器旋轉(zhuǎn)臺(tái)之間的數(shù)據(jù)采集器、電子計(jì)算機(jī)和控制箱，數(shù)據(jù)采集器用 于接收所述光電傳感器傳來的電信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成電子計(jì)算機(jī)能夠處理的數(shù)字信號(hào)；電 子計(jì)算機(jī)用于接收數(shù)據(jù)采集器傳來的數(shù)字信號(hào)；控制箱用于接收電子計(jì)算機(jī)發(fā)出的運(yùn)動(dòng)指 令、接收各器件的反饋信號(hào)并傳回給電子計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理，以驅(qū)動(dòng)起偏器旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的運(yùn) 動(dòng)部件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 進(jìn)一步，所述用于橢偏測(cè)量系統(tǒng)中光路通斷自動(dòng)控制的裝置上還設(shè)置有相位補(bǔ)償 器，該相位補(bǔ)償器設(shè)置在所述起偏臂上的所述線性起偏器和樣品之間的光路上，或設(shè)置在 所述檢偏臂上的所述線性檢偏器和樣品之間的光路上。 進(jìn)一步，所述線偏振光源輸出的是線偏振光，包括線偏振輸出的激光器、激光二極 管，也包括由非線性偏振光輸出的氙燈、鹵素?zé)簟l(fā)光二極管、激光二極管、激光器、鹵鎢燈 與一線性偏振器件組合而成的具有線性偏振光輸出的復(fù)合線偏振光源。 進(jìn)一步，所述的線性起偏器為將任意光波變換成線偏振光的線性偏振器件，包括二向色性線性偏振器、Nicol偏振棱鏡、格蘭_湯姆森偏振器或格蘭_泰勒偏振器。 進(jìn)一步，所述起偏器旋轉(zhuǎn)臺(tái)為由電機(jī)帶動(dòng)的中空傳動(dòng)裝置，其上的電機(jī)與所述控制箱中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電連接，電機(jī)帶動(dòng)所述線性起偏器圍繞所述起偏臂的光軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，所述偏振器旋轉(zhuǎn)臺(tái)為中空的步進(jìn)電機(jī)、中空的伺服電機(jī)、中空的蝸輪-蝸桿結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)或中空的皮帶帶動(dòng)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)。 進(jìn)一步，所述樣品為平的鏡面反射式塊狀或薄膜層構(gòu)材料，所述樣品接收來自所5述起偏臂產(chǎn)生的偏振光波的照明，并對(duì)該光波的偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)制，由所述樣品反射的光波 進(jìn)入所述檢偏臂，所述檢偏臂的光軸與所述起偏臂的光軸在所述樣品上交于一點(diǎn)，所述樣 品表面法線和所述起偏臂的光軸之間的夾角為入射角，所述檢偏臂的光軸和樣品表面法線 所夾的角為反射角，并且滿足入射角等于反射角。 —種應(yīng)用權(quán)利要求1所述的裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)光路通斷控制的方法，具體為 1)在電子計(jì)算機(jī)中輸入或由電子計(jì)算機(jī)讀取線偏振光源輸出的線性偏振光的方位角9p。以及當(dāng)前線性起偏器的方位角9pp，并計(jì)算二者的差e = ePP-ea; 2)當(dāng)需要切斷入射到樣品上的探測(cè)光波時(shí)，由電子計(jì)算機(jī)發(fā)出指令給控制箱，控 制箱驅(qū)動(dòng)起偏器旋轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)線性起偏器旋轉(zhuǎn)，直至e = (2k+l)*90° (k為整數(shù))為止； 3)當(dāng)需要把入射到樣品上的探測(cè)光從切斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換為正常照射狀態(tài)時(shí)，由電子計(jì)算機(jī)發(fā)出指令給控制箱，控制箱驅(qū)動(dòng)起偏器旋轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)線性起偏器旋轉(zhuǎn)，直至線性起偏器的方位角等于ePP。 本專利技術(shù)提供的用于橢偏測(cè)量系統(tǒng)中對(duì)入射到樣品上的探測(cè)光束的通斷進(jìn)行控制的裝置和方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，而且不需要在現(xiàn)有橢偏測(cè)量系統(tǒng)的主光路中添加任何的 光學(xué)器件或機(jī)械裝置，僅利用改變線性起偏器的方位角與線偏振光源輸出的線偏振光的方位角之差e來達(dá)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
用于橢偏測(cè)量系統(tǒng)中光路通斷自動(dòng)控制的裝置，其特征在于，該裝置包括用于產(chǎn)生具有偏振態(tài)的探測(cè)光波、并將其入射到樣品上的起偏臂，及用于對(duì)經(jīng)樣品反射后光波進(jìn)行偏振態(tài)再調(diào)制和光能量檢測(cè)的檢偏臂，起偏臂包括線偏振光源和線性起偏器，其中線性起偏器固定在起偏器旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸上，該旋轉(zhuǎn)軸的軸線與起偏臂的光軸相重合，控制旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)來帶動(dòng)線性起偏器旋轉(zhuǎn)，以改變線性起偏器方位角與線偏振光源產(chǎn)生的線偏振光的方位角的差角θ。
【技術(shù)特征摘要】
用于橢偏測(cè)量系統(tǒng)中光路通斷自動(dòng)控制的裝置，其特征在于，該裝置包括用于產(chǎn)生具有偏振態(tài)的探測(cè)光波、并將其入射到樣品上的起偏臂，及用于對(duì)經(jīng)樣品反射后光波進(jìn)行偏振態(tài)再調(diào)制和光能量檢測(cè)的檢偏臂，起偏臂包括線偏振光源和線性起偏器，其中線性起偏器固定在起偏器旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸上，該旋轉(zhuǎn)軸的軸線與起偏臂的光軸相重合，控制旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)來帶動(dòng)線性起偏器旋轉(zhuǎn)，以改變線性起偏器方位角與線偏振光源產(chǎn)生的線偏振光的方位角的差角θ。2. 如權(quán)利要求l所述的用于橢偏測(cè)量系統(tǒng)中光路通斷自動(dòng)控制的裝置，其特征在于，所述檢偏臂包括線性檢偏器和光電傳感器，其中線性檢偏器的表面垂直于所述檢偏臂的光軸，該線性檢偏器用于對(duì)所述樣品的反射光偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)制；光電傳感器位于線性檢偏器之后，用于接收通過線性檢偏器的探測(cè)光波的光能量，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。3. 如權(quán)利要求2所述的用于橢偏測(cè)量系統(tǒng)中光路通斷自動(dòng)控制的裝置，其特征在于，所述用于橢偏測(cè)量系統(tǒng)中光路通斷自動(dòng)控制的裝置還包括依次電連接在所述光電傳感器和起偏器旋轉(zhuǎn)臺(tái)之間的數(shù)據(jù)采集器、電子計(jì)算機(jī)和控制箱，數(shù)據(jù)采集器用于接收所述光電傳感器傳來的電信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成電子計(jì)算機(jī)能夠處理的數(shù)字信號(hào)；電子計(jì)算機(jī)用于接收數(shù)據(jù)采集器傳來的數(shù)字信號(hào)；控制箱用于接收電子計(jì)算機(jī)發(fā)出的運(yùn)動(dòng)指令、接收各器件的反饋信號(hào)并傳回給電子計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理，以驅(qū)動(dòng)起偏器旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的運(yùn)動(dòng)部件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。4. 如權(quán)利要求3所述的用于橢偏測(cè)量系統(tǒng)中光路通斷自動(dòng)控制的裝置，其特征在于，所述用于橢偏測(cè)量系統(tǒng)中光路通斷自動(dòng)控制的裝置上還設(shè)置有相位補(bǔ)償器，該相位補(bǔ)償器設(shè)置在所述起偏臂上的所述線性起偏器和樣品之間的光路上，或設(shè)置在所述檢偏臂上的所述線性檢偏器和樣品之間的光路上。5. 如權(quán)利要求4所述的用于橢偏測(cè)量系統(tǒng)中光路通斷自動(dòng)控制的裝置，其特征在于，所述線偏振光源輸出的是線偏振光，包括線偏振輸出的激光器、激光二極管，也包括非線性偏振光輸出的氙燈、鹵素?zé)簟l(fā)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊良，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：楊良，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：11[中國(guó)|北京]
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