[发明专利]一种Mueller矩阵型椭偏仪椭偏参数测量的优化方法

说明书

本发明公开了一种Mueller矩阵型椭偏仪椭偏参数测量的优化方法，步骤(1)、根据光强测量的方差、PSG和PSA仪器矩阵，推导出待测样本Mueller矩阵16元素的测量方差，合理调整Mueller矩阵16个元素的估算方差，得到仅与椭偏参数估算直接相关的Mueller矩阵元素方差和的解析表达式；步骤(2)、在PSG和PSA矩阵相同的假设下，利用全局优化算法搜索出最优化仪器矩阵；步骤(3)、根据最优化仪器矩阵，进行光强采集，并计算得到对应Mueller矩阵各个元素的测量方差。与现有技术相比，本发明可以明显降低椭偏参数测量的方差，提升参数估算的精度和稳定性；操作简单、效果明显；与待测样品的具体Mueller矩阵无关，具有较好的普适性。

技术领域

本发明属于光学偏振测量技术领域，特别是涉及一种Mueller矩阵椭偏仪椭偏参数测量的优化方法。

背景技术

偏振信息的测量在许多领域有着十分广泛的应用。椭偏仪是一种通过测量和分析样品反射光的偏振特性获取样品参数(包括复折射率，消光系数，厚度等)的光学技术，是偏振测量领域最重要的应用之一。因此提高椭偏参数的测量精度对于提高偏振测量技术的水平具有重要意义，测量数据的方差是影响测量精度的关键因素。传统的基于Mueller矩阵测量的椭偏仪参数测量方法，偏振态生成器(PSG)和偏振态分析器(PSA)对应的仪器矩阵与待测样品的Mueller矩阵元素的测量方差相关，通过优化仪器矩阵，可以降低Mueller矩阵的各个元素对应的估算方差，从而实现Mueller矩阵的测量估算精度的提高，进而实现椭偏参数的估算方差。目前最优的PSG和PSA虽然可以保证测量得到的Mueller矩阵的所有元素的方差和最小。但是对于通常所测量的各向同性的样品，只有部分非零元素和椭偏参数的估算直接相关，传统的仪器矩阵并不能保证此部分Mueller矩阵元素的测量方差和最小。在实际的优化中，可以只针对这部分Mueller矩阵元素进行优化，得到最优化的仪器矩阵，从而达到进一步提高椭偏仪椭偏参数测量精度的目的。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺陷，本发明提出了一种Mueller矩阵椭偏仪椭偏参数测量优化的方法，针对各向同性的样品，只针对这部分Mueller矩阵元素进行优化，得到最优化的仪器矩阵，通过优化仪器矩阵，有效降低测量的方差，从而提高测量的精度。

本发明提出了一种Mueller矩阵型椭偏仪椭偏参数测量的优化方法，包括以下步骤：

步骤1、根据光强测量的方差、偏振态生成器和偏振态分析器的仪器矩阵A、B，推导出待测样本Mueller矩阵16个元素的测量方差，调整Mueller矩阵中16个元素的估算方差即优化Mueller矩阵非零元素对应的方差，得到仅与椭偏参数估算直接相关的Mueller矩阵元素方差和的解析表达式：

其中，表示Mueller矩阵中与椭偏参数估算直接相关元素的估算方差，且表示为：

其中，σ²表示高斯噪声下的噪声方差；

步骤2、在偏振态生成器和偏振态分析器的仪器矩阵相同的假设下，利用全局优化算法搜索出最优化仪器矩阵，即搜索最优化的仪器矩阵A，使得方差V₁最小；得到Mueller矩阵中与椭偏参数估算直接相关的四个元素m₁₁,m₁₂,m₃₃,m₃₄对应的方差和的最小值为16.5，对应的仪器矩阵为：

步骤3、根据步骤2优化计算得到的最优化仪器矩阵，进行光强采集，并计算得到对应Mueller矩阵各个元素的测量方差：

与传统的基于Mueller矩阵的椭偏参数测量方法相比，本发明的有益效果及优点在于：