CN102798984A - 一种高能量利用率的线偏振光产生装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于线偏振光源的高能量利用率的线偏振光产生装置及其应用，包括：一个线偏振光源101，四分之一波片103、四分之一波片104、安装在中空旋转器105中的线偏振器102。其中，四分之一波片103与线偏振光源101机械固定,其方位角C₁与线偏振光源11的偏振面方位角L夹角为C₁-L=[0.5*(k₂+k₁)+0.25]*π；四分之一波片104的方位角C₂与线偏振器102的方位角P的夹角为P-C₂=[0.5*(k₂-k₁)+0.25]*π，二者同步旋转,其中k₁取值为-1,0,1中任意一个整数；k₂取值为-2，-1,0,1中任意一个整数。本方法的优点是，无论线性起偏器102方位角如何设置，始终可以保持光源能量利用率接近100％。

Description

一种高能量利用率的线偏振光产生装置及其应用

技术领域

本发明涉及偏振光学领域，尤其是一种基于线偏振光源的高能量利用率的线偏振光产生装置及其应用。

背景技术

偏振是光波的基本特性之一，偏振光学系统是利用光波偏振特性及其与物质偏振调制相互作用的一类光学系统〔参考文献1：R.M.A.Azzam and N.M.Bashara,Ellipsometry and Polarized Light,1^st edition,Amsterdam:North-Holland publishing company,1977,1-486〕。典型偏振光学系统包括：透射式偏振系统、散射式偏振系统、反射式椭偏系统等。

偏振光学系统的应用非常广泛。比如，透射式偏振测量系统可以测量光波的偏振态、光学器件的二向色性、波片的位相延迟等。再比如，基于反射式偏振测量的椭偏仪是对材料表面和界面进行表征的一种重要方法，是纳米薄膜样品表征的重要手段，可同时获得纳米膜层的厚度和折射率等参数，并具有如下优点：非接触、无破坏性、可达到原子层量级的分析灵敏度、几乎可适用于任何的材料等〔参考文献2：Harland G.Tompkins and Eugene A.Irene,Handbook of ellipsometry，New York:William Andrew Inc.,2005〕。可用于人工生物膜、新型传感器、半导体集成电路、光量子器件、生物芯片、高密度存储等纳米薄膜实用化材料和表面器件。

典型的偏振光学系统（见图1）一般依次包括：偏振光产生装置1、样品2、偏振光检测装置3。其中，偏振光产生装置1用于产生偏振态已知的椭圆偏振光（如线偏振光、圆偏振光、一般的椭圆偏振光等），样品2对入射光的偏振态通过透射、反射、折射、散射等方式进行调制，偏振光检测装置3用于检测经样品2调制作用后光波的偏振态。系统的检测过程为：偏振光产生装置1产生偏振态已知的特定椭圆偏振光；经样品2调制后，偏振光的偏振态发生变化，这种变化与样品2的性质相关；利用偏振光检测装置3把调制后的光波偏振态检测出来；建立样品和偏振态变换的物理模型，采用数学方法解出样品2的相关性质（如，二向色性、折射率、消光系数等）。

在上述系统中，典型的偏振光产生装置1（如图2所示）至少包含一个线偏振光产生装置10，有些系统还包含相位延迟器11。在线偏振光产生装置10中，包括了光源101和线偏振器102，经线偏振器102出射的光是线性偏振光；如果偏振光产生装置1中还包含了相位延迟器11，那么可以根据设置在相位延迟器11出射端产生特定的椭圆偏振光。由此可见，在偏振光产生装置1中，由光源101和线偏振器102组成的线偏振光产生装置10是共同的部分，也是基础部分。

在线偏振光产生装置10中，光源101用于产生具有一定能量和光谱分布的光束。按出射光偏振态光源101可分为自然光源、部分偏振光源、完全偏振光源等三种形式。其中随机偏振分布的自然光源几乎不存在，常见的是具有一定偏振优势的部分偏振光源。随着光源技术的发展、尤其是半导体技术的发展，出现了包括激光在内的具有高线性偏振度的偏振光源，特征是出射光是线性偏振光，其消光比一般大于100:1。此类光源包括偏振激光器、偏振激光二极管等，当然也包括了由非偏振光源和偏振片复合而成的线偏振光源。这类线偏振光源目前应用非常广泛,比如在椭偏仪中，采用线偏振激光器的激光椭偏仪就是一类重要仪器形式。

为了以下讨论方便，做如下约定：

●线偏振光源101的光能量为I₀，线偏振光源101的方位角定义为其出射线偏振光的偏振面相对于参考零位的逆时针方向的夹角，记为L。

●线偏振器102的方位角定义为其透光轴相对于参考零位的逆时针方向的夹角，记为P。

●线偏振光源101与线偏振器102的夹角记为θ=P-L。

●当偏振器件围绕光轴旋转时，方向的规定为：迎着光传播的方向观察，当逆时针转动是方位角为正，顺时针转动为负。

●波片的方位角定义为快轴与参考零位的夹角。

当把如上所述的线偏振光源101应用于线偏振光产生装置10时，考察一下能量利用问题。根据马吕斯定理，经线偏振器102后的光能量为I＝I₀cos²θ。根据系统工作期间线偏振光源101和线偏振器102的夹角θ是否改变，分以下情况讨论：

（1）θ保持不变。由此可见，在系统工作过程中，由线偏振器102出射的光能量保持恒定，如果θ≠0，那么I≠I₀，即线偏振光产生装置10不能充分利用线偏振光源101的能量，为了充分利用线偏振光源101的能量，使用中要调节θ=0；

（2）θ改变。常见的现象是线偏振器102要改变方位角，然而线偏振光源101由于机械结构、器件重量等原因不便与前者同步所致。此时I＝I₀cos²θ会随着θ的变化而变，这意味着在系统工作期间，由线偏振器102出射的光能量无法保持恒定，对于很多偏振系统，尤其是精密定量测量系统来说，这是要极力避免的。

为了更进一步说明上述的（2）中的情况，在此给出两种典型的系统：

(a)在起偏器-样品-补偿器-检偏器结构或起偏器-补偿器-样品-检偏器结构的椭偏仪中，采用消光法进行椭偏角ψ和Δ测量时，需要反复调节起偏器和检偏器的方位角，最终达到消光。在此系统中，线偏振光源101不能转动，在测量过程中，随着线起偏器102的方位角不断地变换，θ会发生变化，导致了进入后续探测系统的光能量不能保持恒定，这对信号的消光判断会造成一定的困难，甚至导致无法进行测量；

(b)在起偏器-样品-检偏器结构旋转起偏器的椭偏仪中，采用起偏器旋转方法测量ψ和Δ测量时。线偏振光源101不能转动，线起偏器102连续旋转，每旋转到一个方位角，系统采集数据。在此过程中，也会遇到如上相同的问题，导致无法进行高准确性的测量，因此此类椭偏仪应用极少。

由此可见，在线性偏振产生装置10中，面临的要解决的有两大问题：（1）如何最大程度地利用线偏振光源101的光能量；（2）随着线偏振器102与线偏振光源101之间方位角的相对转动，由线偏振器102出射的光的能量保持恒定。上述问题对于定量测量系统尤其是弱信号探测系统来说，尤为重要。

为了解决上述问题提高能量利用率，目前采用了如下方法：采用半波片，放置在线偏振光源101和线偏振器102之间，其快轴平分线偏振光源101偏振面和线偏振器102透光轴的夹角。如果在系统工作时，当线偏振器旋转时，此半波片需要安装在一个与线性偏振器成1:2角度比例的中空旋转器上，从而实现能量的充分利用。显然，这种结构增加了系统的结构和控制的复杂性，也影响了系统可靠性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种机构简单、易于实现，可以把线性偏振光源的光能量利用率提高到接近100％的高能量利用率的线偏振光产生装置，本发明的另一目的是提供一种上述专利的应用。

为实现上述目的，本发明一种高能量利用率的线偏振光产生装置，包括：

一个线偏振光源（101）,用于产生线性偏振光波；

一个线偏振器（102），用于把任意光波变换成线性偏振光波;

在二者之间，还包括：

一个四分之一波片（103），紧随线偏振光源（101）设置，并与线偏振光源（101）机械固定，其方位角C₁与线偏振光源（101）出射的偏振光偏振面方位角L的夹角设置为：

$C_1-L=(\frac{k_2+k_1}{2}+\frac{1}{4})\mathrm{\π}---\left(1\right)$

一个四分之一波片（104），位于四分之一波片103和线偏振器102之间，并与线偏振器（102）机械固定，其快轴的方位角为C₂与线偏振器（102）的方位角P的夹角设置为:

$P-C_2=(\frac{k_2-k_1}{2}+\frac{1}{4})\mathrm{\π}---\left(2\right)$

在以上式（1）和式（2）中，k₁取值为-1、0、1中任意一个整数；k₂取值为-2、-1、0、1中任意一个整数。

进一步，所述线偏振器（102）安装在中空旋转台（105）内，通过中空旋转台（105）的旋转改变所述线偏振器（102）的方位角。

进一步，所述四分之一波片（103）和四分之一波片（104）为云母波片、石英波片、液晶波片、全反射式位相延迟器或其它可以在两个互相垂直的方向上产生一定位相延迟差为90°±10°的光学各向异性器件。

进一步，所述线偏振光源（101）的输出线偏振光的长轴和短轴之比大于10，或其消光比大于100；所述线偏振光源（101）为偏振激光器或偏振激光二极管，或者是普通的光源与线性偏振器组合而成的线偏振光源。

进一步，所述线偏振器（102）为二向色性线性偏振器、Glan-Taylor、Glan-Thompson线性偏振器，或者其它可以将任意光波变换成线偏振光的偏振器件；所述中空旋转台（105）为电动旋转台，采用旋转电磁铁、步进电机、伺服电机或直流电机来驱动。

一种利用上述线偏振光产生装置制成的PCSA椭偏仪，包括偏振光产生装置（1）和偏振光检测装置（3），样品（2）设置在两者中间，其中，偏振光产生装置（1）包括所述线偏振光产生装置和相位延迟器（11）。

进一步，所述偏振光检测装置（3）包括线偏振器（31）和光电探测器（32），线偏振器（31）和光电探测器（32）共轴安装，所述偏振光产生装置（1）和偏振光检测装置（3）的光轴相交于待测样品（2）上的表面上，样品（2）的表面法线平分二光轴的夹角。

进一步，所述光电探测器（32）为Si探测器、PbS探测器、电荷耦合器件、互补金属氧化物半导体图像传感器或阵列式光电转换图像传感器。

一种利用上述线偏振光产生装置制成的PSCA椭偏仪，包括偏振光产生装置（1）和偏振光检测装置（3），样品（2）设置在两者中间，其中，偏振光产生装置（1）由所述线偏振光产生装置构成，偏振光检测装置（3）包括依次共轴安装的相位延迟器（11）、线偏振器（31）和光电探测器（32），所述偏振光产生装置（1）和偏振光检测装置（3）的光轴相交于待测样品（2）上的表面上，样品（2）的表面法线平分二光轴的夹角。

一种利用上述线偏振光产生装置制成的PSA椭偏仪，包括偏振光产生装置（1）和偏振光检测装置（3），样品（2）设置在两者中间，其中，偏振光产生装置（1）由所述线偏振光产生装置构成，偏振光检测装置（3）包括依次共轴安装的线偏振器（31）和光电探测器（32），所述偏振光产生装置（1）和偏振光检测装置（3）的光轴相交于待测样品（2）上的表面上，样品（2）的表面法线平分二光轴的夹角。

本发明的线偏振产生装置10的优点在于:把线偏振光源101的能量利用率达到接近100％；线性偏振器102与线偏振光源101的方位角夹角发生相对变化时，线偏振器出射的光能量始终保持恒定。另外，本方法结构非常简单、易于实现。

附图说明

图1为典型的偏振光学系统示意图；

图2为典型的偏振光产生装置示意图；

图3为采用本发明的线偏振光产生装置的结构示意图；

图4为采用本发明的线偏振光产生装置的PCSA（起偏器-补偿器-样品-检偏器）椭偏仪；

图5为采用本发明的线偏振光产生装置的PSCA（起偏器-样品-补偿器-检偏器）椭偏仪；

图6为采用本发明的偏振光产生装置的PSA（起偏器-样品-检偏器）结构的椭偏仪。

其中，1为偏振光产生装置、2为样品、3为偏振光检测装置、31为相位延迟器、31为线偏振器、32为光电探测器、10为线偏振光产生装置、101为偏振光源、102为线偏振器、103为四分之一波片、104为四分之一波片、105为中空旋转台、11为相位延迟器。

具体实施方式

下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位（旋转90度或位于其他方位），这里所用的空间相对说明可相应地解释。

本发明一种基于线偏振光源的高能量利用率的线偏振光产生装置，解决了偏振光学系统中线偏振光产生装置10对线偏振光源101的能量利用率问题，并且解决在线偏振器102旋转过程中始终保持出射能量不变。具体地说，即在线偏振光产生装置10中，包含了一线偏振光源101和线偏振器102，由于结构重量等原因，使得在系统工作过程中，线偏振光源101和线偏振器102的方位角夹角发生改变，在这种情况下，依然要求线偏振器102出射的偏振光的能量能接近线偏振光源101的能量，并且在二者夹角发生变化时，能量保持不变。

本发明采用的方法是：在线偏振光源101和线偏振器102之间增加两个四分之一波片103和104，四分之一波片103紧随线偏振光源101，并保持二者方位角夹角固定；四分之一波片104位于线性偏振器102前，并保持二者方位角夹角固定。采用一定的设置，可以把线性偏振光源的光能量利用率提高到接近100％。

为了以下叙述方便，定义：

●四分之一波片103的方位角记为C₁；

●四分之一波片103的方位角记为C₂；

本发明的目的是这样实现的：

线偏振光产生装置10的基本组成为：

（1）一线偏振光源101，具有线性偏振光输出;

（2）一线起偏器102，用于把入射的任何光波变换为线性偏振光波，线偏振器102安装在中空旋转台105上，通过中空旋转台105可以改变线偏振器102的方位角；

（3）一四分子一波片103，紧跟线偏振光源11，并与线偏振光源101机械固定，二者方位角的夹角为式（1）：

$C_1-L=(\frac{k_2+k_1}{2}+\frac{1}{4})\mathrm{\π}---\left(1\right)$

（4）一四分之一波片104，位于103和线性偏振器102之间，并与线偏振器102机械固定，二者方位角的夹角为式（2）：

$P-C_2=(\frac{k_2-k_1}{2}+\frac{1}{4})\mathrm{\π}---\left(2\right)$

在以上式（1）和式（2）中，k₁取值为-1、0、1中任意一个整数；k₂取值为-2、-1、0、1中任意一个整数。

考察在线偏振器102旋转时，其出射光能量的情况。设四分之一波片103和104的透光率分别为τ₁₀₃（τ₁₀₃≈1），τ₁₀₄（τ₁₀₄≈1），线起偏器102的线偏振透过率为τ₁₀₂（τ₁₀₂≈1）。经理论分析可得，当线偏振器102的方位角P改变时，经线偏振器102出射的光强为I＝I₀τ₁₀₃τ₁₀₄τ₁₀₂≈I₀。即，经过此系统后，线偏振光的能量得到了最大程度的利用，接近100％，其它的能量损失主要是器件的散射、反射、吸收等，但损失能量很低。

实施例1：

参考附图3给出了本发明制作的较佳的实施例，是一个高能量利用率的线偏振光产生装置。

本实施例装置中包含的基本器件包括：线偏振器光源101，四分之一波片103，四分之一波片104，以及线偏振器102。

本实施例所用的线偏振光源101是一个偏振激光器；

本实施例所用四分之一波片103和104是云母四分之一波片，即在线偏振光源101的波长下，快慢轴产生的相位延迟差为90°。

本实施例所用的线偏振器102是二向色性线性偏振器，线偏振器102安装在一个中空旋转台105中，可通过手动或电动设置或改变其方位角。

线偏振光源101和线偏振器102同轴安装。四分之一波片103与线偏振光源101机械固定，二者的方位角夹角见式（1）。

四分之一波片104与线偏振器102机械固定，并位于四分之一103和线偏振器102之间，二者方位角夹角见式（2）。

线性偏振光源101还可以使用：偏振激光二极管。

线性偏振光源101还可以使用：由非线性偏振光源（如，氙灯、发光二极管等）和偏振器件组合而成的具有线性偏振输出的复合线性偏振光源。

本实施例所述的四分之一波片103和104还可以使用液晶位相延迟片，对于液晶位相延迟片，通过配套的驱动器可把位相延迟差设置到90°。

中空旋转台105为电动旋转台，可采用旋转电磁铁、步进电机、伺服电机或直流电机来驱动。

本实施例所述的线性偏振器102还可以使用Glan-Thompson偏振棱镜。

本实施例所述的线性偏振器102还可以使用Glan-Taylor偏振棱镜、Rochon线性偏振器。

线偏振光产生装置10工作时，按照对线偏振光方位角的设置要求，通过中空旋转台105改变线性偏振器102的方位角。在此装置中，无论线性偏振器102方位角设置在哪个位置，输出光的能量始终保持不变，使得对线偏振光源101的能量利用率接近100％。

可见，采用本发明的结构，简单、易于实现。

实施例2：

该实施例为本发明线偏振光产生装置的应用之一，参考附图4给出了利用本发明线偏振光产生装置制作的一个较佳的椭偏仪实施例。此椭偏仪的基本结构是PCSA，即起偏器-补偿器-样品-检偏器，并采用消光法进行椭偏角ψ和Δ测量。

本实施例中包含了偏振光产生装置1，样品2，偏振光检测装置3。在偏振光产生装置1中包含了线偏振光产生装置10和相位延迟器11。偏振光检测装置3中包含了线偏振器31和光电探测器32。系统工作原理是：偏振光产生装置1产生偏振态已知的椭圆偏振光，经样品2反射后，探测光波的偏振态发生变化，偏振光检测装置3把反射后的偏振态检测出来。为了得到样品的参数，采用消光法进行测量，即反复调节线偏振器102和线偏振器31，最终使得光电探测器32上得到的光能量达到零。

本实施例所用的线偏振光源101是一个偏振激光器He-Ne激光器；

本实施例所用四分之一波片103和104是云母四分之一波片，即在线偏振光源101的波长下，快慢轴产生的相位延迟差为90°；

本实施例所用的线偏振器102是Glan-Tomphson偏振棱镜，线偏振器102安装在一个中空旋转台105中，可通过手动或电动设置或改变其方位角；

线偏振光源101和线偏振器102同轴安装。四分之一波片103与线偏振光源101机械固定，并保持二者方位角的夹角为见式（1）。

四分之一波片104与线偏振器102机械固定，并位于四分之一波片103和线偏振器102之间，二者方位角夹角见式（2）。

线性偏振光源11还可以使用：偏振激光二极管。

本实施例所述的四分之一波片103和104还可以使用液晶位相延迟片，对于液晶位相延迟片，通过配套的驱动器可把位相延迟差设置到90°。

中空旋转台105为电动旋转台，可采用步进电机或伺服电机来驱动。

本实施例所述的线偏振器102还可以使用二向色性偏振片。

本实施例所述的线偏振器102还可以使用Glan-Taylor偏振棱镜。

本实施例所述的线偏振器102还可以使用洛匈偏振棱镜。

线偏振器31和光电探测器32共轴安装在偏振光检测装置3上。偏振光产生装置1和偏振光检测装置3的光轴相交于待测样品2上的表面上，同时垂直于该样品，样品2的表面法线平分二光轴夹角，从而满足入射角等于反射角。

光电探测器32可以使用:Si探测器、PbS探测器、电荷耦合器件、互补金属氧化物半导体图像传感器或阵列式光电转换图像传感器。

为了定量测量一个样品，比如，样品为固体基底上制备的纳米量级厚度的薄膜，为了获得上述样品的椭偏角ψ和Δ，采用如下的步骤：反复调节线偏振器102和31，直至光电探测器32达到消光状态。

在系统工作时，通过中空旋转台105改变线偏振器102的方位角，无论线偏振器102方位角设置在哪个位置，输出光的能量始终保持不变，把线偏振光源101的能量利用率接近100％。由此，可以看出，此方法可以充分利用光源的输出光能量。

实施例3：

该实施例为本发明线偏振光产生装置的应用之二，参考附图5给出了利用本发明装置制作的较佳的一个椭偏仪实施例。此系统基于PSCA结构，即起偏器-样品-补偿器-检偏器，并采用消光法进行椭偏角ψ和Δ测量的椭偏仪中。

其装置与附图4基本相同，区别仅在于相位延迟器11位于偏振光检测装置3中。

其工作原理与实施例2相同。

实施例4：

该实施例为本发明线偏振光产生装置的应用之三，参考附图5给出了利用本发明装置制作的较佳的一个椭偏测量系统的实施例。此系统是基于PSCA结构（即起偏器-样品-补偿器-检偏器）的椭偏仪。

与实施例4的基本结构相同，但其控制方式和测量方式不同，主要差异在于，采用旋转补偿器法进行椭偏角ψ和Δ测量的椭偏仪中。

系统进行测量时，首先线偏振器102设置在45°，相位延迟器11旋转一周，在每个指定的采样点采集一次数据，然后计算得到一组样品的椭偏角ψ和Δ值；然后线偏振器102设置在-45°，相位延迟器11旋转一周，在每个指定的采样点采集一次数据，计算得到另一组ψ和Δ；两次测量结果进行平均。

采用本发明的线偏振光产生装置10，可以看出，在线偏振器102设置在+45°和-45°两个角度下进行测量时，均可以把线偏振光源101的能量利用率达到100％。

实施例5：

该实施例为本发明线偏振光产生装置的应用之四，参考附图6给出了利用本发明装置制作的较佳的一个椭偏仪实施例。此系统基于PSA（即起偏器-样品-检偏器）结构。

为了进行定量测量，采用旋转起偏器法进行椭偏角ψ和Δ测量。在测量时，线偏振器102连续旋转，在给定的方位角下，进行数据采集。由分析可见，线性偏振器102在不同的方位角设置时，均可以获得100％的能量利用率。保证了该系统的测量准确性。

Claims (10)

1.一种高能量利用率的线偏振光产生装置，其特征在于，该线偏振光产生装置包括：

一个线偏振光源（101），用于产生线性偏振光波；

一个线偏振器（102），用于把任意光波变换成线性偏振光波;

在二者之间，还包括：

一个四分之一波片（103），紧随线偏振光源（101）设置，并与线偏振光源（101）机械固定，其方位角C₁与线偏振光源（101）出射的偏振光偏振面方位角L的夹角设置为：

$C_1-L=(\frac{k_2+k_1}{2}+\frac{1}{4})\mathrm{\π}---\left(1\right)$

一个四分之一波片（104），位于四分之一波片103和线偏振器102之间，并与线偏振器（102）机械固定，其快轴的方位角为C₂与线偏振器（102）的方位角P的夹角设置为:

$P-C_2=(\frac{k_2-k_1}{2}+\frac{1}{4})\mathrm{\π}---\left(2\right)$

在以上式（1）和式（2）中，k₁取值为-1、0、1中任意一个整数；k₂取值为-2、-1、0、1中任意一个整数。

2.如权利要求1所述的线偏振光产生装置，其特征在于，所述线偏振器（102）安装在中空旋转台（105）内，通过中空旋转台（105）的旋转改变所述线偏振器（102）的方位角。

3.如权利要求1所述的线偏振光产生装置，其特征在于，所述四分之一波片（103）和四分之一波片（104）为云母波片、石英波片、液晶波片、全反射式位相延迟器或其它可以在两个互相垂直的方向上产生一定位相延迟差为90°±10°的光学各向异性器件。

4.如权利要求1所述的线偏振光产生装置，其特征在于，所述线偏振光源（101）的输出线偏振光的长轴和短轴之比大于10，或其消光比大于100；所述线偏振光源（101）为偏振激光器或偏振激光二极管，或者是普通的光源与线性偏振器组合而成的线偏振光源。

5.如权利要求1所述的线偏振光产生装置，其特征在于，所述线偏振器（102）为二向色性线性偏振器、Glan-Taylor线性偏振器、Glan-Thompson线性偏振器、Rochon线性偏振器，或者其它可以将任意光波变换成线偏振光的偏振器件；所述中空旋转台（105）为电动旋转台，采用旋转电磁铁、步进电机、伺服电机或直流电机来驱动。

6.一种利用如权利要求1所述线偏振光产生装置制成的PCSA椭偏仪，其特征在于，该PCSA椭偏仪包括偏振光产生装置（1）和偏振光检测装置（3），样品（2）设置在两者中间，其中，偏振光产生装置（1）包括所述线偏振光产生装置和相位延迟器（11）。

7.如权利要求6所述的PCSA椭偏仪，其特征在于，所述偏振光检测装置（3）包括线偏振器（31）和光电探测器（32），线偏振器（31）和光电探测器（32）共轴安装，所述偏振光产生装置（1）和偏振光检测装置（3）的光轴相交于待测样品（2）上的表面上，样品（2）的表面法线平分二光轴的夹角。

8.如权利要求7所述的PCSA椭偏仪，其特征在于，所述光电探测器（32）为Si探测器、PbS探测器、电荷耦合器件、互补金属氧化物半导体图像传感器或阵列式光电转换图像传感器。

9.一种利用如权利要求1所述线偏振光产生装置制成的PSCA椭偏仪，其特征在于，该PSCA椭偏仪包括偏振光产生装置（1）和偏振光检测装置（3），样品（2）设置在两者中间，其中，偏振光产生装置（1）由所述线偏振光产生装置构成，偏振光检测装置（3）包括依次共轴安装的相位延迟器（11）、线偏振器（31）和光电探测器（32），所述偏振光产生装置（1）和偏振光检测装置（3）的光轴相交于待测样品（2）上的表面上，样品（2）的表面法线平分二光轴的夹角。

10.一种利用如权利要求1所述线偏振光产生装置制成的PSA椭偏仪，其特征在于，该PSA椭偏仪包括偏振光产生装置（1）和偏振光检测装置（3），样品（2）设置在两者中间，其中，偏振光产生装置（1）由所述线偏振光产生装置构成，偏振光检测装置（3）包括依次共轴安装的线偏振器（31）和光电探测器（32），所述偏振光产生装置（1）和偏振光检测装置（3）的光轴相交于待测样品（2）上的表面上，样品（2）的表面法线平分二光轴的夹角。

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