(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210242500.0 (22)申请日 2022.03.11 (71)申请人 中北大学 地址 030051 山西省太原市尖草 坪区学院 路3号 (72)发明人 张瑞　齐姣　薛鹏　易进　王志斌　 李孟委　 (74)专利代理 机构 太原荣信德知识产权代理事 务所(特殊普通 合伙) 14119 专利代理师 连慧敏 (51)Int.Cl. G01N 21/21(2006.01) G01N 21/01(2006.01) G01B 11/06(2006.01) (54)发明名称 一种微秒级快轴可调弹光调制超高速广义 椭偏测量装置 (57)摘要 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。 权利要求书1页 说明书6页 附图2页 CN 114609049 A 2022.06.10 CN 114609049 A 1.一种微秒级快轴可调弹光调制超高速广义椭偏测量装置， 其特征在于： 包括起偏臂 (1)、 检偏臂(2)和样本台(3)， 所述起偏臂(1)的光路方 向上依次设置有检偏臂(2)、 样本台 (3)； 所述起偏臂(1)包括光源(1 ‑1)、 起偏器(1 ‑2)和第一快轴可调圆形弹光调制器(1 ‑3)， 所述光源(1 ‑1)的光路方向上依次设置有起偏器(1 ‑2)、 第一快轴可调圆形弹光调制器(1 ‑ 3)， 所述第一快轴可调圆形弹光调制器(1 ‑3)的光路方向上设置有样本台(3)。 2.根据权利要求1所述的一种微秒级快轴可调弹光调制超高速广义椭偏测量装置， 其 特征在于： 所述检偏臂(2)包括探测器(2 ‑1)、 检偏器(2‑2)和第二快轴可调圆形弹光调制器 (2‑3)， 所述第二快轴可调圆形弹光调制器(2 ‑3)的光路方向上依次设置有检偏器(2 ‑2)、 探 测器(2‑1)， 所述第二快轴可调圆形弹光调制器(2 ‑3)设置在样本台(3)的光路方向上。 3.根据权利要求2所述的一种微秒级快轴可调弹光调制超高速广义椭偏测量装置， 其 特征在于： 所述第一快轴可调圆形弹光调制器(1 ‑3)和第二快轴可调圆形弹光调制器(2 ‑3) 均包括通光晶体(4)、 第一压电驱动器(5 ‑1)和第二压电驱动器(5 ‑2)， 所述通光晶体(4)分 别与第一压电驱动器(5 ‑1)和第二压电驱动器(5 ‑2)连接。 4.根据权利要求3所述的一种微秒级快轴可调弹光调制超高速广义椭偏测量装置， 其 特征在于： 所述通光晶体(4)采用圆形结构， 所述通光晶体(4)采用熔融石英， 所述通光晶体 (4)的通光范围为185nm ‑3500nm。 5.根据权利要求3所述的一种微秒级快轴可调弹光调制超高速广义椭偏测量装置， 其 特征在于： 所述第一压电驱动器(5 ‑1)与第二压电驱动器(5 ‑2)之间的夹角为 45°。 6.根据权利要求1所述的一种微秒级快轴可调弹光调制超高速广义椭偏测量装置， 其 特征在于： 所述 光源(1‑1)采用光谱范围宽193nm ‑3200nm的复色光源及单色仪 。 7.根据权利要求3所述的一种微秒级快轴可调弹光调制超高速广义椭偏测量装置， 其 特征在于： 所述第一压电驱动器(5 ‑1)和第二压电驱动器(5 ‑2)均采用压电α ‑石英晶体。 8.根据权利要求2所述的一种微秒级快轴可调弹光调制超高速广义椭偏测量装置， 其 特征在于： 所述探测器(2 ‑1)包括紫外高速光电倍增管、 硅基高速光电探测器和InAsSb光电 探测器， 所述紫外高速光电倍增管探测 紫外波段， 所述硅基高速光电探测器探测可见近红 外波段， 所述 InAsSb光电探测器探测近红外短波红外波段。 9.根据权利要求3所述的一种微秒级快轴可调弹光调制超高速广义椭偏测量装置， 其 特征在于： 所述第一压电驱动器(5 ‑1)与第二压电驱动器(5 ‑2)均设置在通光晶体(4)形成 应力驻波的波节位置， 所述第一压电驱动器(5 ‑1)与第二压电驱动器(5 ‑2)的工作频率一 致。 10.根据权利要求1所述的一种微秒级快轴可调弹光调制超高速广义椭偏测量装置， 其 特征在于： 所述检偏臂(2)和样本台(3)的底部均固定有旋转台， 每个所述旋转台均连接有 步进电机 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114609049 A 2一种微秒级快轴可调弹光调制超高 速广义椭偏测量装 置 技术领域 [0001]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 [0002]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。 [0003]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。 [0004]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 [0005]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。 [0006]为了解决上述 技术问题， 本发明采用的技 术方案为： [0007]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、 起偏说　明　书 1/6 页 3 CN 114609049 A 3