[发明专利]一种角分辨式散射仪中物镜偏振效应的原位校准方法

权利要求书

1.一种角分辨式散射仪中物镜偏振效应的原位校准方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)提供角分辨式散射测量系统，并通过所述角分辨式散射测量系统对标准薄膜进行测量以得到物镜后焦面实测图像；同时，建立该角分辨式散射测量系统的、包含物镜偏振效应的系统仿真模型，并以该标准薄膜为样品，通过所述系统仿真模型生成物镜后焦面仿真图像；

(2)基于样品的椭偏参数系统方程、得到的物镜后焦面实测图像及物镜后焦面仿真图像计算得到实测多入射角椭偏参数及理论多入射角椭偏参数；

(3)基于推导得到的物镜偏振效应传递矩阵来确定物镜椭偏参数求解方程，进而利用得到的实测多入射角椭偏参数及理论多入射角椭偏参数求解得到物镜多入射角椭偏参数，以完成角分辨式散射测量系统中物镜偏振效应的原位校准。

2.如权利要求1所述的角分辨式散射仪中物镜偏振效应的原位校准方法，其特征在于：所述系统仿真模型的数学表达式为：

式中，表示方位角，θ表示入射角；表示旋转角度为的坐标旋转琼斯矩阵；P表示偏振片的琼斯矩阵；J_M表示样品反射坐标变换矩阵；J_S为待测样品琼斯矩阵；J_obj表示物镜偏振效应量化描述琼斯矩阵，简称为物镜琼斯矩阵；E_in与E_out分别表示入射光与出射光的电场强度矢量，通常E_in＝I₀·[1 1]^T。

3.如权利要求1所述的角分辨式散射仪中物镜偏振效应的原位校准方法，其特征在于：在角分辨式散射测量系统的入射光路与出射光路中分别设置一偏振片分别作为起偏器与检偏器，以角分辨式散射测量系统所在平面为参考，起偏器与检偏器的方位角分别为0°与-45°；包含物镜偏振效应的系统仿真模型的表达式为：

式中，表示入射光方位角，θ表示入射光入射角；表示旋转角度为的坐标旋转琼斯矩阵；P表示偏振片琼斯矩阵；J_M表示样品反射坐标变换矩阵；J_S为待测样品琼斯矩阵；J_obj表示物镜偏振效应量化描述琼斯矩阵，简称为物镜琼斯矩阵；E_in与E_out分别表示入射光与出射光电场强度矢量，通常E_in＝I₀·[1,1]^T。

4.如权利要求1所述的角分辨式散射仪中物镜偏振效应的原位校准方法，其特征在于：以后焦面图像中心为原点建立笛卡尔坐标系，计算各像素点对应入射角与方位角，筛选特定入射角范围内的像素点，并按方位角由小到大排序，得到一个三角周期信号，并推导该三角周期信号的理论表达式为：

式中，I表示出射光光强；α₀、α₂、α₄分别表示0、2、4倍频处的幅值系数；表示入射光方位角；θ表示入射光入射角。

5.如权利要求4所述的角分辨式散射仪中物镜偏振效应的原位校准方法，其特征在于：先通过傅里叶变化对周期信号进行频域分析或根据理论表达式进行最小二乘拟合以得到不同频率所对应的幅值系数，然后由两偏振片方位角组合确定样品椭偏参数系数方程，并计算样品在该入射角下的实测椭偏参数与理论椭偏参数，改变所选定入射角范围，则能计算多个入射角所对应的样品实测椭偏参数及理论椭偏参数。

6.如权利要求4所述的角分辨式散射仪中物镜偏振效应的原位校准方法，其特征在于：任意入射角下的椭偏参数ψ、Δ均能由各频率处的幅值系数α₀、α₂、α₄表示为以下椭偏参数系数方程：

7.如权利要求1所述的角分辨式散射仪中物镜偏振效应的原位校准方法，其特征在于：所述角分辨式散射测量系统采用同一个物镜对样品进行照明与测量，且物镜偏振效应传递矩阵不随系统配置改变而改变，根据系统中光束传播规律即可推导得到物镜偏振效应传递矩阵。