CN103134592A - 一种透射式全穆勒矩阵光谱椭偏仪及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透射式全穆勒矩阵光谱椭偏仪及其测量方法，方法是将起偏臂产生的调制光线投射到待测样件表面，检偏臂将待测样件反射(或透射)的光线解调并接收，通过对测量光谱进行谐波分析，计算获得待测样件的全穆勒矩阵信息，并通过非线性回归，库匹配等算法拟合提取待测样件的光学常数，特征形貌尺寸等信息。椭偏仪包括起偏臂(包括光源，透镜组，起偏器和伺服电机驱动的补偿器)，待测样件和检偏臂(包括伺服电机驱动的补偿器，检偏器，透镜组和光谱仪)。本发明可实现各种信息光电子功能材料和器件，以及纳米制造中各种纳米结构的在线测量，具有非破坏性，快速和低成本的特点。

Description

一种透射式全穆勒矩阵光谱椭偏仪及其测量方法

技术领域

本发明属于检测与测量领域，具体涉及一种透射式全穆勒矩阵光谱椭偏仪及其测量方法。椭偏仪可用于各种信息光电子功能材料和器件的光学常数分析，测量对象包括金属、半导体、超导体、绝缘体、非晶体、磁性材料、薄膜材料、电光材料、非线性材料、各向同性和/或各向异性材料等；可用于薄膜材料的表面、界面及粗糙度分析；也可用于纳米制造中各种纳米结构的形貌参数如特征线宽、周期间距、高度、侧壁角、套刻误差、线边粗糙度及线宽粗糙度等的测量。 

背景技术

椭圆偏振仪(简称椭偏仪)是一种利用光的偏振特性获取待测样品信息的通用光学测量仪器。其基本原理是通过起偏器将特殊的椭圆偏振光投射到待测样品表面，通过测量待测样品的反射光(或者透射光)，以获得偏振光在反射(或者透射)前后的偏振态变化(包括振幅比和相位差)，进而从中提取出待测样品的信息。尽管传统光谱椭偏仪在薄膜材料乃至微纳结构测量中都获得了广泛的应用，但传统光谱椭偏仪每次测量条件下只能获得2个测量参数(振幅比和相位差)，使得传统光谱椭偏仪对于超薄纳米材料的膜厚测量、各向异性材料的光学常数测量、纳米结构关键尺寸及形貌参数测量等新挑战，都表现出一定的技术局限性。 

全穆勒矩阵椭偏仪(也称广义椭偏仪)可获得待测样件的归一化的4×4阶穆勒矩阵共15个参数(相对于M₁₁)，因此可以比传统光谱椭偏仪获得更加丰富的测量信息。而基于双旋转补偿器的全穆勒矩阵椭偏仪可以在一次测量中获得待测样件的归一化的全部的15个穆勒矩阵元素，而不需要再重 新配置测量系统，因而测量速度会快得多，适应于需要实时测量的应用领域。 

对于很多应用领域，要求广义椭偏仪可以在非常宽的光谱范围，特别是紫外波段，进行快速准确的测量。虽然反射式的光学系统可以很好的解决全光谱范围内的色散问题，但是反射式的光学系统中的核心部件反射镜的金属镀膜会改变光束的偏振状态，这相当于在光学系统中增加了其他的未知样件，进而影响到最终的测量精度。而将全光谱范围内的消色差组合透镜应用到透射式的光学系统中，可以很好的解决色散问题，而不会改变光束的偏振状态，进而保证测量精度。因此，基于双旋转补偿器的透射式宽光谱全穆勒矩阵椭偏仪能突破传统椭偏仪的技术局限性，实现包括薄膜厚度、光学常数、纳米结构关键尺寸及三维形貌参数等在内的全光谱范围的快速，非破坏性的精确测量。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种透射式全穆勒矩阵光谱椭偏仪，该椭偏仪可以实现全光谱范围的快速准确测量，可以很好的实现全光谱范围内的消色差而不改变光束的偏振状态；本发明还提供了使用该椭偏仪进行测量的方法。 

本发明提供的一种透射式全穆勒矩阵光谱椭偏仪，其特征在于，它包括起偏臂和检偏臂； 

所述起偏臂包括光源、第一透镜组、起偏器和第一旋转补偿器；光源、第一透镜组、起偏器和第一旋转补偿器依次位于同一光路上，且光源位于第一透镜组的焦点上； 

所述检偏臂包括检偏器、第二透镜组、光谱仪和第二旋转补偿器；第二旋转补偿器、检偏器和第二透镜组和光谱仪依次位于同一光路上，且光谱仪位于第二消色差透镜组的焦点处；第一旋转补偿器和第二旋转补偿器 的相位延迟量均在60°-140°范围内； 

所述起偏臂与所述检偏臂工作时沿样品台的轴线方向对称放置。 

上述透射式全穆勒矩阵光谱椭偏仪的测量方法，其特征在于， 

第1步将光源进行预热，以获得稳定的全光谱范围的光线； 

第2步两个伺服电机驱动安装于其上的补偿器以恒定的转速比p∶q同步旋转； 

第3步伺服电机转动平稳后，在伺服电机转动到设定位置时，光谱仪同步开始进行光谱信号采集； 

第4步对光谱仪采集的光强信号进行傅里叶分析获取频率在0倍到2*(p+q)倍范围内的傅里叶系数； 

第5步通过光强信号0倍频到2*(p+q)倍频范围内的傅里叶系数，计算获得待测样件的穆勒矩阵； 

第6步通过测量获得的待测样件全光谱范围内的穆勒矩阵信息，提取待测样件的光学常数，特征形貌尺寸信息。 

本发明提供的椭偏仪可以在一次测量中获得待测样件的归一化的4×4阶穆勒矩阵，共15个参数，而不需要改变测量系统配置，进而拟合提取待测样件的信息。本发明可以在一次测量中获得待测样件的归一化的4×4阶穆勒矩阵共15个参数，而不需要改变测量系统配置，进而拟合提取待测样件的信息，该椭偏仪可以实现宽光谱范围的快速准确测量，很好的实现全光谱范围内的消色差而不改变光束的偏振状态。 

附图说明

图1是本发明实例提出的透射式全穆勒矩阵光谱椭偏仪的结构示意图； 

图2是本发明实例中适用的一种双波片补偿器的相位延迟曲线图； 

图3是本发明实例中适用的一种多片复合超级消色差波片的相位延迟曲线图； 

图4是本发明实例中适用的一种菲涅尔相位延迟器的相位延迟曲线图； 

图5是本发明实例中一个设计实例对硅基底二氧化硅薄膜的测量结果图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。 

如图1所示，本实例提供的透射式全穆勒矩阵光谱椭偏仪包括起偏臂和检偏臂。其中，起偏臂包括光源1，第一透镜组2，起偏器3，由第一伺服电机4驱动的第一旋转补偿器5；样品台6用于盛放待测样件；检偏臂包括由第二伺服电机8驱动的第二旋转补偿器7，检偏器9，第二透镜组10和光谱仪11。样品台6水平放置，起偏臂与检偏臂沿样品台6轴线方向对称放置，起偏臂与轴线方向夹角即为入射角。光源1放置在起偏臂中，并使产生的光束投射到样品台6盛放的待测样件上；起偏臂中，沿着光束方向，光源1、第一透镜组2、起偏器3和第一旋转补偿器5依次位于同一光路上，且光源1位于第一透镜组2的焦点上；检偏器中，沿着待测样件反射的光束，第二旋转补偿器7、检偏器9和第二透镜组10和光谱仪11依次位于同一光路上，且光谱仪11位于第二透镜组10的焦点处；。本实例中起偏器3和检偏器9实质上就是偏振片。 

光源1产生的光束经过第一透镜组2准直后通过起偏器3变为线偏振光，再经由第一伺服电机4带动的第一旋转补偿器5对偏振光束调制后入射到待测样件；经过待测样件反射后，光束的偏振状态会发生改变，光束将被同步控制的另一个第二伺服电机8带动的第二旋转补偿器7进行解调，并通过检偏器9再次变为线偏振光，该线偏振光经过第二透镜组10聚焦后 由光谱仪11测量接收。 

本发明实例提供的椭偏仪主要光学元件包括光源，透镜组，偏振片，旋转补偿器，光谱仪等。 

本发明实例中，光源用于产生覆盖一定光谱范围的光线。常用的光源有卤素灯光源，氘灯光源，氙灯光源以及氘卤二合一复合光源等，不同类型的光源激发产生的光线具有不同的光谱范围。因此，能激发产生稳定的满足光谱范围要求的光源系统都适用于本发明实例中。需要强调的是，为了保证输出光线的平稳性，测量前要对光源进行预热处理。 

透镜组的作用是准直和汇聚光束，需要在要求光谱范围内消色差，即保证透镜组在全光谱范围内有一致的焦距。透镜组中的各透镜元件均不能镀膜，以保证透镜组不会改变通过它的光束的偏振状态。 

偏振片的作用是将任意光束变为线偏振光，目前常用的偏振片有格兰泰勒棱镜，格兰激光棱镜，格兰汤姆森棱镜和洛匈棱镜等，常用的偏振片材料有冰洲石，石英，氟化镁，YVO4，α-BBO等。不同材料不同类型的偏振片都有其适用的光谱范围，因此符合光谱范围的偏振片都能应用于本发明实例的装置中。 

相位延迟量是补偿器的重要参数，Smith等人2002年在Apply Optics(应用光学)杂志中指出，双旋转补偿器型广义椭偏仪中，补偿器的最佳相位延迟量为127°，并且相位延迟量偏离最佳值越远，测量精度越差。但是由于色差的存在，不可能在全光谱范围内保证补偿器的相位延迟量都是127°。实际上，补偿器的相位延迟量在60°-140°范围内，对测量结果的精度影响很小。因此在要求光谱范围内保证相位延迟量在60°-140°范围内的补偿器都适用于本发明实例中。 

本发明实例中适用的一种补偿器为双波片，由两片中心波长分别为233nm和633nm的1/4波片胶合组成，两片波片的快轴夹角为45°。在 200-900nm光谱范围内，补偿器的相位延迟量与波长的关系曲线如图2所示。 

本发明实例中适用的另一种补偿器为λ/4超级消色差石英和氟化镁相位延迟器(Superachromatic Quartz and MgF₂ Retarders)，每个相位延迟器由三对石英和氟化镁波片胶合而成。在300～1000nm光谱范围内，补偿器的相位延迟量与波长的关系曲线如图3所示；德国B-halle公司生产这种延迟器。 

本发明实例中适用的再一种补偿器为菲涅尔相位延迟器，偏振光在组成菲涅尔相位延迟器的菲涅尔棱体内部进行多次反射后，由于菲涅尔棱体对两个偏振方向的光折射率不同，进而改变两个偏振方向的光的相位，达到相位延迟的目的。如图4所示，为本发明实例中的一种菲涅尔相位延迟器的相位延迟量与波长的关系曲线。 

光谱仪用于接收和测量光强信号。根据色散元件的不同，常用的光谱仪有棱镜光谱仪，光栅光谱仪，干涉光谱仪等。符合光谱范围要求的各类光谱仪都适用于本发明实例中。 

本发明实例中，透射式全穆勒矩阵光谱椭偏仪的测量与计算步骤为： 

1)将光源1进行预热，以获得稳定的全光谱范围的光线； 

当光源开始工作时，由于光源的温度由常温逐渐提升到工作温度的过程中，激发的光线是不稳定的，因此我们必须对光源进行预热，使温度稳定在工作温度，才能获得稳定的全光谱范围的光线。一般的，氘灯光源预热时间为30min，卤素灯光源为20min，氙灯预热时间为35min。 

2)两个伺服电机4，8驱动安装于其上的补偿器以恒定的转速比(p∶q)同步旋转； 

由于伺服电机夹持补偿器旋转时，为了防止电机对光路的影响，本发明实例中要求使用旁轴电机或者同轴的中空电机。p和q为正整数，且互质，并满足p+q≥4。二个补偿器常用的转速比(p∶q)为5∶1，5∶2，5∶3，5∶4等。 

3)伺服电机转动平稳后，在伺服电机转动到设定位置时，光谱仪同步开始进行光谱信号采集； 

本发明实例中，伺服电机转动的设定位置一般为伺服电机的零位。光谱仪与伺服电机之间的同步由脉冲触发实现。 

由于伺服电机驱动的第一旋转补偿器和第二旋转补偿器以p*ω：q*ω的角速度同步旋转，其中ω为基频。光谱仪17采集接收的光强信号为包含频域范围0倍频(也称直流分量)，2倍频，4倍频，……，最高为2*(p+q)倍频的谐波分量的谐波信号。通过傅里叶分析，光强谐波信号可以表示为： 

$I\left(t\right)=I_{00}\{1+\underset{n=1}{\overset{p+q}{\mathrm{\Σ}}}[{\mathrm{\α}}_{2n}\cos \left(2\mathrm{n\ωt}\right)+{\mathrm{\β}}_{2n}\sin \left(2\mathrm{n\ωt}\right)\left]\right\}---\left(1\right)$

其中t表示光谱仪开始采集后补偿器旋转的时间，I(t)为谐波信号的光强，I₀₀为光强谐波信号0倍频的傅里叶系数(也称直流分量)，α_2n，β_2n为光强谐波信号2n倍频的傅里叶系数，2n对应光强谐波信号2n倍频的谐波分量。并且，光强谐波信号的光学周期T为： 

$T=\frac{\mathrm{\π}}{\mathrm{\ω}}---\left(2\right)$

光谱仪对光谱信号进行采集时，在设定的积分时间π/Nω内，N表示一个光学周期内的采样点数，步骤(3)中，第j个采集点得到的光强谐波信号S_j可有如下表达式： 

$S_j={\∫}_{(j-1)\mathrm{\π}/\mathrm{N\ω}}^{\mathrm{j\π}/\mathrm{N\ω}}I\left(t\right)\mathrm{dt}(j=1,...N)---\left(3\right)$

4)对光谱仪采集的光强信号进行傅里叶分析获取频率在0倍到2*(p+q)倍范围内的傅里叶系数； 

通过将式(1)与式(3)联立，显然，要解出全部的傅里叶系数I₀₀，α_2n和β_2n共计4*(p+q)+1个参数，必须采集获得超过4*(p+q)+1个光强谐波信号，即一个光学周期内的采样点数N≥4*(p+q)+1。 

5)通过光强信号0倍频到2*(p+q)倍频范围内的傅里叶系数，计算 获得待测样件的穆勒矩阵。 

按照图1中基于双旋转补偿器的透射式宽光谱广义椭偏仪的光路结构，我们以斯托克斯向量描述光束，并写出各个光学元件的穆勒矩阵，可以得到如下等式： 

S_out＝M_AR(A′)R(-C₂′)M_C2(δ₂)R(C₂′)×M_SR(-C₁′)M_C1(δ₁)R(C₁′)R(-P′)M_PR(P′)S_in(4)其中M_P，M_C1(δ₁)，M_C2(δ₂)，和M_A分别是起偏器，第一和第二旋转补偿器以及检偏器的穆勒矩阵。R(A′)，R(-C₂)，R(C₂)，R(-C₁)，R(C₁)，R(-P′)，和R(P′)是对应光学元件的旋转矩阵。δ₁和δ₂是第一和第二补偿器的相位延迟，并可以通过校准得到准确值。A′，C₁′，C₂′，P′分别是检偏器，第一和第二补偿器以及起偏器的方位角，同样可以通过校准得到准确值。所有光学元件的方位角(起偏器，补偿器和检偏器)是指光学元件快光轴面对光源从入射平面按逆时针旋转为正向的值。最后，S_in和S_out分别为光线入射起偏器和出射检偏器的斯托克斯向量。入射光S_in为完全非偏振光，S_in＝(I_0，0，0，0)^T，其中I₀为入射光强，T是表示转置阵。M_S是待测样品的穆勒矩阵，其形式为： 

$M_S=\left[\begin{array}{cccc}{M}_{11}& M_{12}& M_{13}& M_{14}\\ M_{21}& M_{22}& M_{23}& M_{24}\\ M_{31}& M_{32}& M_{33}& M_{34}\\ M_{41}& M_{42}& M_{43}& M_{44}\end{array}\right]---\left(5\right)$

这里，我们假设穆勒矩阵是归一化的，即M₁₁＝1。 

整理矩阵表达式可以得到探测器光强的表达式(与斯托克斯向量第一元素S_out成比例)： 

I＝I₀{K₁+[c₂cos2A′+s₂cos(4C₂′-2A′)]K₂+[c₂cos2A′+s₂sin(4C₂′-2A′)]K₃  (6a) 

-[sinδ₂sin(2C₂′-2A′)]K₄} 

式(6a)中， 

K_j＝M_j1+[c₁cos2P′+s₁cos(4C₁′-2P′)]M_j2+[c₁sin2P′+s₁sin(4C₁′-2P′)]M_j3  (6b) 

+[sinδ₁sin(2C₁′-2P′)]M_j4

式(6b)中，c₁＝cos²(δ₁/2)，c₂＝cos²(δ₂/2)，s₁＝sin²(δ₁/2)，s₂＝sin²(δ₂/2)，其 中，δ₁，δ₂分别表示第一和第二旋转补偿器的相位延迟量。M_jk是待测样件的穆勒矩阵元素，j表示矩阵的行，k表示矩阵的列，j＝1，...，4；k＝1，...，4。 

需要指出的是，第一和第二补偿器的方位角定义为补偿器快光轴的绝对角度：C₁′＝C₁±C_S1，C₂′＝C₂±C_S2，当补偿器以面对光源方向逆时针旋转时取正号，反之取负号。其中C₁＝ω₁t和C₂＝ω₂t表示补偿器快光轴的角位移，ω₁和ω₂表示两个旋转补偿器的角速度，t表示光谱仪10开始采集后补偿器旋转的时间。C_S1和C_S2是t＝0时补偿器快光轴的绝对角度。 

本发明实例中，透射式全穆勒矩阵光谱椭偏仪两个补偿器和起偏器及检偏器的初始方位角C_S1、C_S2、P′和A′，两个补偿器的相位延迟量δ₁和δ₂均由校准得到，并且在完成一次校准后，只要各光学元件的物理位置不发生变化，校准结果可以重复应用到多次测量中。其具体校准过程为： 

第1步使用本发明实例中的光谱仪以设定的入射角度对标准样件进行测量，获取经过标准样件反射后的光强谐波信号； 

入射角一般设定为60°-65°，标准样件可以是任何光学常数稳定并且已知的任意厚度的薄膜，如硅基底二氧化硅薄膜或者硅基底氮化硅薄膜。 

第2步对光谱仪采集的光强信号进行傅里叶分析获取频率在0倍到2*(p+q)倍范围内的傅里叶系数；具体过程与前文步骤3和步骤4相同。 

第3步利用傅里叶系数与待校准参数的数学关系，计算得到待校准参数参数C_S1、C_S2、P′，A′，δ₁和δ₂。 

联立式(1)与式(6)，通过待定系数法，在标准样件15个归一化的穆勒矩阵元素未知的条件下，需要解出C_S1、C_S2、P′，A′，δ₁和δ₂共6个参数，第3步中求取的傅里叶系数至少要大于等于21个，即4*(p+q)+1≥21；但实际上标准样件15个归一化的穆勒矩阵元素可以由标准样件的光学常数和薄膜厚度表示，并且由于标准样件的光学常数已知，联立式(1)与式(6)仅包含C_S1、C_S2、P′，A′，δ₁，δ₂和薄膜厚度共7个未知参数，因此 第3步中获得的傅里叶系数个数只需要大于等于7，即4*(p+q)+1≥7，即可解出待校准量C_S1、C_S2、P′，A′，δ₁，δ₂。对本发明实例中，两个旋转补偿器以任意转速比(p∶q)旋转，上式均成立。 

在完成上述校准过程的前提下，联立式(1)和式(6)，通过待定系数法，15个归一化的穆勒矩阵元素(相对于M₁₁)要想通过光强信号0倍频到2*(p+q)倍频范围内共计4*(p+q)+1个傅里叶系数求出，4*(p+q)+1必须大于等于15。由于p和q均为正整数且互质，所以p+q≥4。因此本发明实例中，两个旋转补偿器的转速比(p∶q)满足p+q≥4时，可以通过光强信号0倍频到2*(p+q)倍频范围内的傅里叶系数，计算获得待测样件的穆勒矩阵信息。由于光谱仪11可以按照特定的分辨率测量全光谱范围内的光强，我们可以获得待测样件在对应分辨率下的全光谱范围内的穆勒矩阵。 

6)通过测量获得的待测样件全光谱范围内的穆勒矩阵信息，提取待测样件的光学常数，特征形貌尺寸等信息； 

通过待测样件的部分先验信息，建立待测样件的理论穆勒矩阵曲线，采用非线性回归算法或者库匹配算法，以测量获得的穆勒矩阵曲线拟合提取，获得待测样件的信息，比如薄膜样件的厚度和光学常数，光栅结构的周期，占空比，深度等。 

在本发明的一个实例中，光源1我们选用氘卤二合一复合光源，起偏器3和检偏器9均选用氟化镁洛匈棱镜，两个补偿器4和7均选用德国B-halle公司提供的λ/4超级消色差石英和氟化镁相位延迟器(Superachromatic Quartz and MgF₂ Retarders)，光谱仪11选用光栅光谱仪。有效光谱范围为300-900nm，伺服电机5和7驱动两个补偿器以5∶3的转速比(10HZ∶6HZ)同步旋转。 

如图5所示，为本实例对硅基底二氧化硅薄膜厚度的测量拟合结果， 对设计厚度名义值为10.39nm的硅基底二氧化硅薄膜，使用本发明实例中的椭偏仪的测量结果为10.52nm。 

本发明实例所提椭偏仪的关键在于两个补偿器以恒定转速比同步旋转的精度，而这很大程度上取决于控制其旋转的伺服电机的精度。目前伺服电机可以通过反馈调节达到很高的精度，所以本发明实例所提椭偏仪理论上可以对待测样件的穆勒矩阵进行宽光谱范围的高精度快速测量。 

本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。 

Claims (9)

1.一种透射式全穆勒矩阵光谱椭偏仪，其特征在于，它包括起偏臂和检偏臂；

所述起偏臂包括光源、第一透镜组、起偏器和第一旋转补偿器；光源、第一透镜组、起偏器和第一旋转补偿器依次位于同一光路上，且光源位于第一透镜组的焦点上；

所述检偏臂包括检偏器、第二透镜组、光谱仪和第二旋转补偿器；第二旋转补偿器、检偏器和第二透镜组和光谱仪依次位于同一光路上，且光谱仪位于第二消色差透镜组的焦点处；第一旋转补偿器和第二旋转补偿器的相位延迟量均在60°-140°范围内；

所述起偏臂与所述检偏臂工作时沿样品台的轴线方向对称放置。

2.根据权利要求1所述透射式全穆勒矩阵光谱椭偏仪，其特征在于，第一透镜组和第二透镜组中的各透镜元件均无镀膜层。

3.根据权利要求1所述透射式全穆勒矩阵光谱椭偏仪，其特征在于，第一旋转补偿器和第二旋转补偿器均为双波片。

4.根据权利要求1所述透射式全穆勒矩阵光谱椭偏仪，其特征在于，起偏器和检偏器为偏振片。

5.根据权利要求1所述透射式全穆勒矩阵光谱椭偏仪，其特征在于，用于驱动第一旋转补偿器的第一伺服电机和驱动第二旋转补偿器的第二伺服电机为旁轴电机或者同轴的中空电机。

6.根据权利要求1至5中任一所述透射式全穆勒矩阵光谱椭偏仪，其特征在于，第一旋转补偿器和第二旋转补偿器由两片中心波长分别为233nm和633nm的1/4波片胶合组成，两片波片的快轴夹角为45°，或者第一旋转补偿器和第二旋转补偿器均为λ/4超级消色差石英和氟化镁相位延迟器，每个相位延迟器由三对石英和氟化镁波片胶合而成，或者第一旋转补偿器和第二旋转补偿器均为菲涅尔相位延迟器。

7.一种权利要求1中所述透射式全穆勒矩阵光谱椭偏仪的测量方法，其特征在于，

第1步将光源进行预热，以获得稳定的全光谱范围的光线；

第2步两个伺服电机驱动安装于其上的补偿器以恒定的转速比p:q同步旋转；

第3步伺服电机转动平稳后，在伺服电机转动到设定位置时，光谱仪同步开始进行光谱信号采集；

第4步对光谱仪采集的光强信号进行傅里叶分析获取频率在0倍到2*（p+q）倍范围内的傅里叶系数；

第5步通过光强信号0倍频到2*（p+q）倍频范围内的傅里叶系数，计算获得待测样件的穆勒矩阵；

第6步通过测量获得的待测样件全光谱范围内的穆勒矩阵信息，提取待测样件的光学常数，特征形貌尺寸信息。

8.一种权利要求7中所述透射式全穆勒矩阵光谱椭偏仪的测量方法，其特征在于，第4步中，设一个光学周期内的采样点数N≥2（p+q）+1，通过下式联立，得到傅里叶系数I₀₀，α_2n和β_2n共计2（p+q）+1个参数，

$I\left(t\right)=I_{00}\{1+\underset{n=1}{\overset{p+q}{\mathrm{\Σ}}}[{\mathrm{\α}}_{2n}\cos \left(2\mathrm{n\ωt}\right)+{\mathrm{\β}}_{2n}\sin \left(2\mathrm{n\ωt}\right)\left]\right\}$

$S_j={\∫}_{(j-1)\mathrm{\π}/\mathrm{N\ω}}^{\mathrm{j\π}/\mathrm{N\ω}}I\left(t\right)\mathrm{dt},j=1,...N$

其中，t表示光谱仪开始采集后补偿器旋转的时间，I(t)为谐波信号的光强，I₀₀为光强谐波信号0倍频的傅里叶系数，α_2n，β_2n为光强谐波信号2n倍频的傅里叶系数。

9.一种权利要求7中所述透射式全穆勒矩阵光谱椭偏仪的测量方法，其特征在于，第5步中，设M_P，M_C1(δ₁)，M_C2(δ₂)，和M_A分别是起偏器，第一和第二旋转补偿器以及检偏器的穆勒矩阵，S_in和S_out分别为光线入射起偏器和出射检偏器的斯托克斯向量，则S_out=M_AR(A′)R(-C′₂)Μ_C2(δ₂)R(C′₂)×M_SR(-C′₁)M_C1(δ₁)R(C′₁)R(-P′)M_PR(P′)S_in其中，R(A′)，R(-C₂)，R(C₂)，R(-C₁)，R(C₁)，R(-P′)，和R(P′)是对应光学元件的旋转矩阵，δ₁和δ₂是第一和第二旋转补偿器的相位延迟，A'，C₁'，C₂'，P'分别是检偏器，第一和第二旋转补偿器以及起偏器的方位角；起偏器，补偿器和检偏器的方位角是指面对光源从入射平面按逆时针旋转为正向的值，S_in为完全非偏振光，S_in=(I₀,0,0,0)^T，其中I₀为入射光强，T是表示转置阵；M_S是待测样品的穆勒矩阵，其形式为：

$M_S=\left[\begin{array}{cccc}{M}_{11}& M_{12}& M_{13}& M_{14}\\ M_{21}& M_{22}& M_{23}& M_{24}\\ M_{31}& M_{32}& M_{33}& M_{34}\\ M_{41}& M_{42}& M_{43}& M_{44}\end{array}\right]$

假设穆勒矩阵是归一化的，即M₁₁=1；

整理矩阵表达式得到探测器光强I的表达式：

I=I₀{K₁+[c₂cos2A′+s₂cos(4C′₂-2A′)]K₂+[c₂cos2A′+s₂sin(4C′₂-2A′)]K₃-[sinδ₂sin(2C′₂-2A′)]K₄}

K_j=M_j1+[c₁cos2P′+s₁cos(4C′₁-2P′)]M_j2+[c₁sin2P′+s₁sin(4C′₁-2P′)]M_j3+[sinδ₁ sin(2C′₁-2P′)]M_j4

c₁=cos²(δ₁/2)，c₂=cos²(δ₂/2)，s₁=sin²(δ₁/2)，s₂=sin²(δ₂/2)，其中，δ₁,δ₂分别表示第一和第二旋转补偿器的相位延迟量，M_jk是待测样件的穆勒矩阵元素，j表示矩阵的行，k表示矩阵的列，j=1，...,4;k=1，...,4。

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