橢偏成像技術(shù)（四）光譜橢偏成像的發(fā)展（第二部分）

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橢偏成像技術(shù)（四）光譜橢偏成像的發(fā)展（第二部分）

相比傳統(tǒng)光譜橢偏儀，Muller矩陣橢偏儀可以獲得更豐富的信息黄娘，提供更高的靈敏度并且可以改變方位角以實(shí)現(xiàn)錐型衍射峭状，可以實(shí)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)的大面積快速準(zhǔn)確測(cè)量。該系統(tǒng)采用雙旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器逼争，具有寬波段測(cè)量能力优床，系統(tǒng)校準(zhǔn)和數(shù)據(jù)處理都更加簡(jiǎn)便。該方法不僅具有傳統(tǒng)Muller矩陣橢偏儀的優(yōu)勢(shì)誓焦，還擁有了顯微成像技術(shù)高分辨率的優(yōu)點(diǎn)胆敞，光譜范圍達(dá)到190~1000 nm。在2016 年杂伟，華中科技大學(xué)劉世元課題組完成了國內(nèi)首臺(tái)高精度寬光譜Muller矩陣橢偏儀設(shè)備移层，其橢偏成像結(jié)構(gòu)如下圖所示。

雙旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器型 Mueller矩陣成像橢偏儀示意圖

光源發(fā)出的光經(jīng)過消色差透鏡和單色儀會(huì)聚至光纖赫粥，通過光纖的光經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡變?yōu)橐皇叫泄夤刍埃摴馐?jīng)過起偏器和旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器后入射樣品，樣品的反射光經(jīng)過旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器傅是、檢偏器和成像透鏡后進(jìn)入cmos相機(jī)。相機(jī)上各像素接收的光束對(duì)應(yīng)的Stokes向量可以表示為

式中： M_p 蕾羊、M_A喧笔、、 和M_S分別為起偏器龟再、檢偏器书闸、旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器和樣品的Muller矩陣；和表示旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器1和2的相位延遲量利凑；R(ε)為各光學(xué)元件的旋轉(zhuǎn)矩陣浆劲，其中ε可以表示入射面與雙旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器的快軸方向的夾角 C₁嫌术、C₂，也可以表示入射面和起偏器牌借、檢偏器的透光軸方向的夾角P和A度气；S_in為入射光束的Stokes向量，為[1000]^T膨报。將上式展開磷籍，可得對(duì)應(yīng)像素采集的光強(qiáng)信號(hào)表達(dá)式，利用Hadamard分析现柠，可以從諧波系數(shù)中求出待測(cè)樣品對(duì)應(yīng)像素處的Muller矩陣元素院领。

2018年，韓國漢陽大學(xué)應(yīng)用物理系研究出一種雙反射橢偏成像系統(tǒng)够吩，對(duì)兩個(gè)樣品的偏振態(tài)變化進(jìn)行比較比然，提供兩個(gè)樣品差異的非零圖像。該系統(tǒng)以一種樣品為基準(zhǔn)周循，另一個(gè)為測(cè)試樣品强法，去除了調(diào)零過程，圖像獲取速率可以達(dá)到攝像機(jī)的zui高幀率鱼鼓，提高了測(cè)量速度拟烫，也減小了人為誤差；而且對(duì)光束強(qiáng)度的均勻性沒有要求迄本，測(cè)量性能大大提高硕淑，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)樣品表面缺陷和污染。2019 年日本東北大學(xué)采用三步相移橢偏成像技術(shù)嘉赎，以橢偏測(cè)量術(shù)結(jié)合時(shí)間相移圖像處理單元進(jìn)行相移成像橢偏測(cè)量置媳。與光度法相比，該技術(shù)通過四分之一波片（QWP）和旋轉(zhuǎn)線性偏振片（RLP）插入相移公条，根據(jù)旋轉(zhuǎn)線性偏振片的方位角進(jìn)行連續(xù)采集拇囊，在恒定旋轉(zhuǎn)速度下，選擇具有相等角度間隔的三個(gè)角度靶橱，在恒定時(shí)間內(nèi)得到三幅圖寥袭，用于測(cè)量納米材料厚度，結(jié)構(gòu)如下圖所示关霸。

三步相移成像橢偏儀結(jié)構(gòu)示意圖

其中传黄，使用QWP和RLP插入相移。由于相移圖像是根據(jù)RLP的方位角連續(xù)采集的队寇，所以這種方法屬于時(shí)間相移技術(shù)膘掰。由于具有公共光路，時(shí)間相移技術(shù)相比空間相移技術(shù)具有更高的精度佳遣。

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