CN109883553B - 一种偏振测量装置及偏振测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种偏振测量装置及偏振测量方法，所述偏振测量装置包括沿光路依次设置的光束出射单元、测量镜组和光束测量单元；所述光束出射单元用于出射偏振入射光束；所述测量镜组包括相对设置的管镜和物镜，所述偏振入射光束依次经过所述管镜和所述物镜投射到被测量面上，且所述被测量面反射的偏振反射光束依次经过所述物镜和所述管镜传播；所述光束测量单元用于接收由所述管镜出射的所述偏振反射光束。采用上述技术方案，可以对被测量面的特性进行检测；同时偏振测量装置结构简单，横向尺寸小，利于集成调校。

Description

一种偏振测量装置及偏振测量方法

技术领域

本发明实施例涉及偏振测量技术领域，尤其涉及一种偏振测量装置及偏振测量方法。

背景技术

偏振测量技术是一种测量纳米级薄膜厚度和薄膜折射率的先进技术，同时也是研究固体表面特性的重要工具，其基本原理是将偏振光投射到被测表面，通过测量被测表面的反射光(或透射光)，以获得偏振光在反射(或透射)前后的偏振状态变化(包括振幅和相位差)，进而从中提取出被测表面的信息。

现有技术中的偏振测量装置一般由一对呈一定角度的入射臂和出射臂构成，一路为入射光，一路为出射光，入射光经被测表面后发生反射，反射光中携带被测表面信息，对入射光和出射光的偏振状态变化提取出被测表面的信息。但是现有技术中的偏振测量装置横向尺寸较大，不易集成调校。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种偏振测量装置及偏振测量方法，以解决现有技术中偏振测量装置横向尺寸较大，不易集成调校的技术问题。

本发明实施例提供了一种偏振测量装置，包括沿光路依次设置的光束出射单元、测量镜组和光束测量单元；

所述光束出射单元用于出射偏振入射光束；

所述测量镜组包括相对设置的管镜和物镜，所述偏振入射光束依次经过所述管镜和所述物镜投射到被测量面上，且所述被测量面反射的偏振反射光束依次经过所述物镜和所述管镜传播；

所述光束测量单元用于接收由所述管镜出射的所述偏振反射光束。

可选的，所述偏振入射光束包括平行偏振入射光束；

所述管镜和所述物镜之间的距离为所述管镜的焦距和所述物镜的焦距之和，所述平行偏振入射光束依次经过所述管镜和所述物镜投射到所述被测量面上，且所述被测量面反射的平行偏振反射光束依次经过所述物镜和所述管镜传播；

所述光束测量单元用于接收由所述管镜出射的所述平行偏振反射光束。

可选的，所述偏振入射光束包括发散偏振入射光束；

所述发散偏振入射光束在会聚点会聚后发散进入所述管镜，所述会聚点位于所述管镜的焦平面位置；所述被测表面位于所述物镜的焦平面位置；

所述发散偏振入射光束依次经过所述管镜和所述物镜投射到所述被测量面上，且所述被测量面反射的发散偏振反射光束依次经过所述物镜和所述管镜传播；

所述光束测量单元用于接收由所述管镜出射的所述偏振反射光束。

可选的，所述物镜的数值孔径值为NA₁，其中0.6＜NA₁＜1。

可选的，所述偏振入射光束的中心轴线与所述管镜的光轴之间的夹角

经所述管镜和所述物镜后所述偏振入射光束的中心轴线与所述物镜的光轴之间的夹角θ、所述管镜的焦距f_管以及所述物镜的焦距f_物满足

可选的，所述物镜的焦距为f_物，所述管镜的焦距为f_管，其中，f_物≤f_管。

可选的，所述物镜的数值孔径值为NA₁，所述管镜的数值孔径值为NA₂，其中，NA₁≥NA₂。

可选的，所述物镜包括沿所述物镜的光轴方向排列的一个或者多个镜片；

所述管镜包括沿所述管镜的光轴方向排列的一个或者多个镜片。

可选的，所述物镜的光轴和所述管镜的光轴位于同一直线上。

可选的，所述物镜和所述管镜设置于同一镜筒中。

可选的，其特征在于，所述物镜包括无穷远平场消色差物镜。

可选的，还包括光路调整单元；

所述光路调整单元位于所述光束出射单元与所述测量镜组之间，和/或，所述测量镜组与所述光束测量单元之间，用于调整所述偏振入射光束和偏振反射光束的传播路径。

可选的，所述光路调整单元包括棱镜和/或反射镜组；

所述棱镜位于所述光束出射单元与所述测量镜组之间以及所述测量镜组与所述光束测量单元之间，用于分别调整所述偏振入射光束和偏振反射光束的传播路径；

所述反射镜组包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜位于所述光束出射单元与所述测量镜组之间，用于调整所述偏振入射光束的传播路径；

所述第二反射镜位于所述测量镜组与所述光束测量单元之间，用于调整所述偏振反射光束的传播路径。

可选的，所述第一反射镜包括可旋转反射镜；

所述第二反射镜包括可旋转反射镜。

本发明实施例还提供了一种偏振测量方法，采用以上所述的偏振测量装置，包括：

开启所述光束出射单元，形成偏振入射光束，并入射至所述第一反射镜；

旋转所述第一反射镜一定角度，以使依次通过所述管镜和物镜的所述偏振入射光束入射至所述被测量面的入射角对应变化一定的角度，实现所述入射角在一定范围内变化的扫描测量；

沿所述管镜的光轴或者所述物镜的光轴方向，调整所述被测量面；

所述被测量面反射的所述偏振反射光束的依次经过所述物镜、所述管镜和所述第二反射镜传播；

旋转所述第二反射镜一定角度，以使偏振反射光路与入射光路对称，使得所述偏振反射光束可以进入所述光束测量单元。

本发明实施例提供的偏振测量装置及偏振测量方法，在光束出射单元和光束测量单元之间设置测量镜组，测量镜组包括相对设置的管镜和物镜，保证光束出射单元出射的偏振入射光束依次经管镜和物镜投射到被测量面上，被测量面反射的偏振反射光束依次经过物镜和管镜传播至光束测量单元，实现对被测量面的特性进行检测；同时设置包括棱镜和/或反射镜组的光路调整单元，以调整偏振入射光束和偏振反射光束的传播路径，使得整个偏振测量装置结构紧凑，减小其横向尺寸，利于集成调校。通过旋转反射镜组，可以实现被测量面的入射角度在一定范围内的变化的扫描测量。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是光线入射至被测表面后的光路示意图；

图2是现有技术中一种偏振测量装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种偏振测量装置的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种偏振测量装置的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种偏振测量装置的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的另一种偏振测量装置的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的另一种偏振测量装置的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的另一种偏振测量装置的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的一种起偏单元的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

在详细介绍本发明实施例的技术方案之前，先对偏振测量技术进行简单介绍。

图1是光线入射至被测表面后的光路示意图，设被测表面是均匀涂镀在衬底上的厚度为d、折射率为n2的透明各向同性的薄膜。光的电矢量分解为两个分量，即在入射面内的p分量及垂直于入射面的s分量。入射光在被测表面两个界面上会有多次的反射和折射，如图1所示，总反射光束将是许多反射光束干涉的结果。利用多光束干涉的理论，得p分量和s分量的总反射系数Rp和Rs：

其中，r为相应界面p光和s光的反射系数，2δ为相邻两反射光相位差，n2为薄膜折射率，λ为光在真空中波长，d为膜厚。

光束在反射前后的偏振状态的变化可以用总反射系数比Rp/Rs来表征；在偏振法中，用偏振参量Ψ和Δ来描述反射系数比，其定义为：

tanΨexp(iΔ)＝Rp/Rs

在入射波波长，入射角，环境介质和衬底的折射率确定的条件下，Ψ和Δ只是薄膜厚度和折射率的函数，只要测量出Ψ和Δ，原则上就能解除d和n2。通过电子计算机理论计算特定已知入射光波长，入射角，环境介质和衬底折射率时，得到(Ψ，Δ)和(d，n)的函数关系图表，待测出某一薄膜的Ψ和Δ后，再从图表上查询相应的d和n值。

以上即为偏振测量的基本原理。

根据偏振测量的基本原理，为使探测被测表面属性时达到最佳灵敏度，通常偏振光的入射角在40°～90°范围，因此现有技术中偏振测量装置的入射臂和出射壁之间的夹角为80°～180°，偏振测量的横向尺寸比较大。具体的，图2是现有技术中的一种偏振测量的结构示意图，如图2所示，偏振测量由一对呈一定角度的入射臂和出射臂构成，一路为入射光，一路为出射光，入射光经被测表面后发生反射，反射光中携带被测表面信息，对入射光和出射光的偏振状态变化提取出被测表面的信息。

但是现有技术中的偏振测量装置横向尺寸较大，不易集成调校。

基于上述技术问题，本发明实施例提供一种偏振测量装置，包括沿光路依次设置的光束出射单元、测量镜组和光束测量单元；光束出射单元用于出射偏振入射光束；测量镜组包括相对设置的管镜和物镜，偏振入射光束依次经过管镜和物镜投射到被测量面上，且被测量面反射的偏振反射光束依次经过物镜和管镜传播；光束测量单元用于接收由管镜出射的偏振反射光束。采用上述技术方案，不仅可以实现对被测量面的特性进行检测，同时偏振测量装置结构简单，横向尺寸小，利于集成调校。

以上是本发明的核心思想，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图3是本发明实施例提供的一种偏振测量装置的结构示意图，如图3所示，本发明实施例提供的偏振测量装置包括沿光路依次设置的光束出射单元10、测量镜组20和光束测量单元30；

光束出射单元10用于出射偏振入射光束；

测量镜组20包括相对设置的管镜21和物镜22，偏振入射光束依次经过管镜21和物镜22投射到被测量面40上，且被测量面40反射的偏振反射光束依次经过物镜22和管镜21传播；

光束测量单元30用于接收由管镜21出射的偏振反射光束。

具体的，光束出射单元10出射的偏振入射光束可以包括线偏振入射光束、椭圆偏振入射光束或者圆偏振入射光束，本发明实施例对偏振入射光束具体的偏振状态不进行限定。偏振入射光束依次经过管镜21和物镜22后，以入射角θ入射到被测表面40。偏振入射光束经被测表面40反射，携带被测表面40信息的偏振反射光束依次经过物镜22和管镜21后进入光束测量单元30。

光束测量单元30接收由管镜21出射的偏振反射光束，并对偏振反射光束进行测量计算，最终得到被测表面40的膜厚以及折射率等相关参数。

综上，本发明实施例提供的偏振测量装置，通过增设测量镜组，不仅可以测量被测表面的相关参数；同时，区别于现有技术中入射臂和出射臂较大夹角造成偏振测量装置横向尺寸大的弊端，本发明实施例提供的偏振测量装置保证在较小的横向尺寸下实现较大的入射角度，偏振测量装置横向尺寸小，结构简单，集成调试容易。

需要说明的是，偏振入射光束可以包括平行偏振入射光束或者发散偏振入射光束，图3仅以平行偏振入射光束为例进行说明。下面分别平对行平行偏振入射光束和发散偏振入射光束进行详细说明。

图4是本发明实施例提供的另一种偏振测量装置的结构示意图，如图4所示，偏振入射光束包括平行偏振入射光束；管镜21和物镜22之间的距离为管镜的焦距f_管和物镜22的焦距f_物之和，平行偏振入射光束依次经过管镜21和物镜22投射到被测量面40上，且被测量面40反射的平行偏振反射光束依次经过物镜22和管镜21传播；光束测量单元30用于接收由管镜21出射的平行偏振反射光束。

具体的，光束出射单元10出射的平行偏振入射光束进入管镜21后汇聚，形成第一中间像，平行偏振入射光束转变为汇聚偏振入射光束。由于管镜21和物镜22之间的距离为管镜21的焦距f_管和物镜22的焦距f_物之和，因此第一中间像位于物镜22的焦平面上，因此汇聚偏振入射光束经过物镜22后再次转变成平行偏振入射光束，以入射角θ入射到被测表面40。平行偏振入射光束经被测表面40反射，携带被测表面40信息的平行偏振反射光束进入物镜22后发生汇聚，形成第二中间像，平行偏振反射光束转变为汇聚偏振反射光束。由于管镜21和物镜22之间的距离为管镜21的焦距f_管和物镜22的焦距f_物之和，因此第二中间像位于管镜21的焦平面上，因此汇聚偏振反射光束经过管镜21后再次转变成平行偏振反射光束传播。

光束测量单元30接收由管镜21出射的平行偏振反射光束，并对平行偏振反射光束进行测量计算，最终得到被测表面40的膜厚以及折射率等相关参数。

综上，在偏振入射光束为平行偏振入射光束时，合理设置管镜和物镜之间的距离为管镜的焦距f_管和物镜的焦距f_物之和，保证平行入射至测量镜组的偏振入射光束从测量镜组平行出射，平行入射至测量镜组的偏振反射光束从测量镜组平行出射，不改变光束的平行状态，不仅保证在较小的横向尺寸下实现较大的入射角度，偏振测量装置横向尺寸小，结构简单，集成调试容易；同时由于不改变光束的平行状态，保证被测表面的相关参数测量精确度高。

图5是本发明实施例提供的另一种偏振测量装置的结构示意图，如图5所示，偏振入射光束包括发散偏振入射光束；发散入射光束在会聚点会聚后发散进入管镜21，会聚点位于管镜21的焦平面位置；被测表面40位于物镜22的焦平面位置；发散偏振入射光束依次经过管镜21和物镜22投射到被测量面40上，且被测量面40反射的发散偏振反射光束依次经过物镜22和管镜21传播；光束测量单元30用于接收由管镜21出射的偏振反射光束。

具体的，偏振入射光束包括发散偏振入射光束，这里的发散偏振入射光束可以理解为进入管镜的光束为发散状态，即光源发出的光经过起偏后会聚得到会聚光。会聚光的会聚点位于管镜21的焦平面位置，因此经过管镜21后转变为平行偏振光束入射至物镜22。由于被测表面40位于物镜22的焦平面位置，因此平行偏振入射光束进入物镜22后转变为会聚偏振入射光束，以入射角θ入射到被测表面40，经被测表面40反射，携带被测表面40信息的发散偏振反射光束进入物镜22，由于被测表面40位于物镜22的焦平面位置，因此发散偏振反射光束进入物镜22后转变为平行偏振反射光束入射至管镜21，之后经管镜21后先会聚后发散进入光束测量单元30。光束测量单元30接收并测量由管镜21出射的偏振反射光束，最终得到被测表面40的膜厚以及折射率等相关参数。

综上，偏振入射光束为发散偏振光束时，发散入射光束在会聚点会聚后发散进入管镜，会聚点位于管镜的焦平面位置，被测表面位于物镜的焦平面，从而测量光束经管镜、物镜，被测样品表面反射后，沿与入射光路对称的反射光路返回至发散点，不改变光束的发散状态，不仅保证在较小的横向尺寸下实现较大的入射角度，偏振测量装置横向尺寸小，结构简单，集成调试容易；同时由于不改变光束的发散状态，保证被测表面的相关参数测量精确度高。

可选的，物镜22的数值孔径值为NA₁，其中NA₁可以满足0.6＜NA₁＜1。具体的，NA₁＝n*sinθ，n为环境折射率，当被测表面40放置在真空中时，n＝1；θ为偏振光束入射至被测表面40时偏振入射光束的中心轴线的入射角。基于上述数值孔径值NA₁与入射角θ之间的关系可知，合理设置物镜22的数值孔径值，可以保证较大的入射角，保证在探测被测表面40属性时偏振测量装置可以达到最佳灵敏度。示例性的，可以设置物镜22的数值孔径值NA₁满足0.6＜NA₁＜1，保证较大的入射角θ。

可选的，继续参考图3-图5所示，偏振入射光束的轴线与管镜光轴aa’之间的夹角经管镜21和物镜22后偏振入射光束的中心轴线与物镜光轴bb’之间的夹角θ、管镜21的焦距f_管以及物镜22的焦距f_物可以满足

具体的，根据公式

可知

因此，合理设置管镜21的焦距f_管、物镜22的焦距f_物以及偏振入射光束的中心轴线与管镜光轴aa’之间的夹角

可以保证较大的入射角，保证在探测被测表面40属性时偏振测量装置可以达到最佳灵敏度。

可选的，物镜22的焦距f_物可以小于或者等于管镜21的焦距f_管，即f_物≤f_管，保证管镜21具有较大的焦距，保证可以降低管镜21的设计装配难度。进一步的，当物镜22的焦距f_物与管镜21的焦距f_管相等时，即f_物＝f_管，物镜22和管镜21可以共轭设置，管镜21和物镜22位置关系设置简单。

可选的，管镜21可以包括沿管镜光轴aa’方向排列的一个或者多个镜片(图中未示出)，在需要对管镜21相关参数(例如焦距、数值孔径值)进行调节时，可以通过调节多个镜片中的某一个或者某几个，保证管镜21相关参数调节方便可行。同样的，物镜2可以包括沿物镜光轴bb’方向排列的一个或者多个镜片(图中未示出)，在需要对物镜22相关参数(例如焦距、数值孔径值)进行调节时，可以通过调节多个镜片中的某一个或者某几个，保证物镜22相关参数调节方便可行。

可选的，管镜21的数值孔径值NA₂与物镜的数值孔径值NA₁可以满足NA₁≥NA₂，保证偏振入射光束经偏振测量装置后可以具备较大的入射角。进一步的，管镜21的数值孔径值NA₂可以与物镜的数值孔径值NA₁相等，即NA₁＝NA₂，例如管镜21和物镜22可以为相同的透镜，保证测量镜组结构简单。

可选的，物镜22的光轴bb’和管镜21的光轴aa’可以位于同一直线上，即物镜22和管镜21同轴设置，保证测量镜组结构简单，对光线的调制效果好。

可选的，物镜22和管镜21可以设置于同一镜筒中，即整个测量镜组20集成于同一个镜筒中，保证在实现较大的入射角θ的前提下，物镜22和管镜21位置紧凑，横向尺寸小，并且测量镜组20集成调试方便容易。

可选的，物镜22可以为无穷远平场消色差物镜，可以消除多波长偏振入射光束之间的色差，保证被测表面40的测量效果准确。

可选的，本发明实施例提供的偏振测量装置还可以包括光路调整单元50，光路调整单元50可以位于光束出射单元10与测量镜组20之间，和/或，测量镜组20与光束测量单元30之间，用于调整偏振入射光束和偏振反射光束的传播路径，保证整个偏振测量装置结构紧凑，进一步减小偏振测量装置的横向尺寸，有利于实现偏振测量装置小型化的发展趋势。

下面将对光路调整单元50的不同组成形式进行说明。具体的，光路调整单元50可以包括棱镜51和/或反射镜组52，图6以光路调整单元50包括棱镜51为例进行说明，图7以光路调整单元50包括反射镜组52进行说明，图8以光路调整单元50包括棱镜51和反射镜组52进行说明。

如图6所示，本发明实施例提供的偏振测量装置还可以包括光路调整单元50，光路调整单元50可以包括棱镜51，棱镜51可以同时位于光束出射单元10与测量镜组20之间以及测量镜组20与光束测量单元30之间，用于分别调整偏振入射光束和偏振反射光束的传播路径。通过增设棱镜51，可以保证整个偏振测量装置结构紧凑，横向尺寸小。

需要说明的是，对于多波长偏振入射光束来说，应用棱镜51可能会对不同波长的偏振入射光束产生色差现象，因此，图6所示的偏振测量装置可以使用单波长偏振入射光束对被测表面40的特性进行测量；或者对应多波长偏振入射光束的情况，可以设置物镜22包括无穷远平场消色差物镜，棱镜51与无穷远平场消色差物镜配合使用，消除色差，避免色差影响测量结果。

如图7所示，本发明实施例提供的偏振测量装置还可以包括光路调整单元50，光路调整单元50可以包括反射镜组52，反射镜组52可以包括第一反射镜521和第二反射镜522，第一反射镜521位于光束出射单元10与测量镜组20之间，用于调整偏振入射光束的传播路径；第二反射镜522位于测量镜组20与光束测量单元30之间，用于调整偏振反射光束的传播路径。通过增设第一反射镜521和第二反射镜522，可以保证整个偏振测量装置结构紧凑。

可选的，第一反射镜521可以包括可旋转反射镜，第二反射镜522可以包括可旋转反射镜522。具体的，第一反射镜521旋转一定角度，入射至被测表面40的入射角θ会相应变化一定角度，被测表面40在管镜21的光轴aa’或者物镜22的光轴bb方向上做适当的位移调整(如图中t所示)，第二反射镜522也相应旋转一定角度，保证入射光路与反射光路对称，偏振反射光束可以进入光束测量单元30，如此可以实现入射角度θ在一定范围内的变化的扫描测量。同时，由于图7所示的偏振测量装置使用反射镜组52对光路进行调节，使用反射镜组52不会对不同波长的偏振入射光束产生色差，因此图7所示的偏振测量装置可以使用多波长偏振入射光束对被测表面40的特性进行测量。

如图8所示，本发明实施例提供的偏振测量装置还可以包括光路调整单元50，光路调整单元50可以包括棱镜51和反射镜组52，反射镜组52包括第一反射镜521和第二反射镜522。棱镜51同时位于光束出射单元10与测量镜组20之间以及测量镜组20与光束测量单元30之间，第一反射镜521位于光束出射单元10与测量镜组20之间，第二反射镜522位于测量镜组20与光束测量单元30之间。通过棱镜51和反射镜组52同时对偏振入射光束和偏振反射光束进行调节，保证整个偏振测量装置结构紧凑，进一步减小偏振测量装置的横向尺寸。同时，第一反射镜521可以包括可旋转反射镜，第二反射镜522可以包括可旋转反射镜522，实现入射角度θ在一定范围内的变化的扫描测量。

继续参考图3-图8所示，本发明实施例提供的光束出射单元10可以包括光源11和起偏单元12；光源11用于产生入射光束；起偏单元12位于入射光束的传播路径上，用于调制入射光束的起偏状态。

可选的，光源11用于产生并出射入射光束，光源11可以为光强稳定的理想光源，例如从紫外(-190nm)到近红外整个波长范围内输出近似为常数，目前大多选用xe灯或Hg-xe灯；或者也可以采用激光(He-Ne激光器)作为光源11。

可选的，本发明实施例提供的偏振测量装置可以为单波长偏振测量装置，也可以为光谱偏振测量装置。作为单波长偏振测量装置，光源11为单波长光源，例如使用He-Ne激光器作为光源，由于激光的方向性使得激光强度高，非常适合动态过程的实时测量。作为光谱偏振测量装置，光源11为多波长光源，即光谱型光源，由于多波长光源可以出射多个波长的光束，因此应用多波长光源的偏振测量装置可以适合于下述几种情况：1)测量多层薄膜的被测表面(层数>＝3)；2)测量被测表面的基本光学常数n、k随波长的变化函数；(3)测量复杂的被测表面结构，如膜层中存在交界面的、表面上微粗糙度的、超晶格结构的、梯度折射率分布结构等；(4)测量被测表面更多参数的，如带隙、交界面混合膜层的成分、孔隙率等。本发明实施例对光源11不进行限定。

可选的，本发明实施例提供的偏振测量装置还可以为消光式偏振测量装置，偏振调制型偏振测量装置或者回转元件型偏振测量装置。作为消光式偏振测量装置或者偏振调制型偏振测量装置，起偏单元12具体可以包括起偏器121和延滞元件122，如图9所示。起偏器121用于将不同偏振态的光变成线偏振光并定向于传输轴。偏振测量装置作为偏振调制型偏振测量装置，延滞元件122可以包括光束调制器，光束调制器可以包括机械调制器、电光或磁光调制器或者光弹型调制器。机械调制器(斩波器)，可以实现光束强度简谐地调制，便于光束测量单元30对光束进行测量；电光或磁光调制器，用于光束强度(电光)或偏振态(磁光)的简谐扰动，便于光束测量单元30对光束进行测量。作为回转元件型偏振测量装置，起偏单元12可以包括连续回转起偏器，可以保证光学性能近似于理想，在宽光谱区域接近消色(1：1000000)，保证偏振测量装置比较容易安装和调整。

继续参考图3-图8所示，本发明实施例提供的光束测量单元30可以包括检偏单元31和探测器32；检偏单元31位于偏振反射光束的传播路径上，用于调制偏振反射光束的检偏状态；探测器32用于接收并测量偏振反射光束。

具体的，作为回转元件型偏振测量装置，检偏单元31可以包括回转检偏器，可以保证光学性能近似于理想，在宽光谱区域接近消色(1：1000000)，保证偏振测量装置比较容易安装和调整。

探测器32可以包括电倍增管、硅光电池、硅光二极管阵列或者InGaAs光电探测器。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (15)

1.一种偏振测量装置，其特征在于，包括沿光路依次设置的光束出射单元、测量镜组和光束测量单元；

所述光束出射单元用于出射偏振入射光束，其中，所述偏振入射光束包括发散偏振入射光束；

所述测量镜组包括相对设置的管镜和物镜，所述发散偏振入射光束在会聚点会聚后发散进入所述管镜，所述会聚点位于所述管镜的焦平面位置；被测量面位于所述物镜的焦平面位置；所述发散偏振入射光束依次经过所述管镜和所述物镜投射到所述被测量面上，且所述被测量面反射的发散偏振反射光束依次经过所述物镜和所述管镜传播；

所述光束测量单元用于接收由所述管镜出射的所述偏振反射光束。

2.根据权利要求1所述的偏振测量装置，其特征在于，所述物镜的数值孔径值为NA₁，其中0.6＜NA₁＜1。

3.根据权利要求1所述的偏振测量装置，其特征在于，所述偏振入射光束的中心轴线与所述管镜的光轴之间的夹角

经所述管镜和所述物镜后所述偏振入射光束的中心轴线与所述物镜的光轴之间的夹角θ、所述管镜的焦距f_管以及所述物镜的焦距f_物满足

4.根据权利要求1所述的偏振测量装置，其特征在于，所述物镜的焦距为f_物，所述管镜的焦距为f_管，其中，f_物≤f_管。

5.根据权利要求1所述的偏振测量装置，其特征在于，所述物镜的数值孔径值为NA₁，所述管镜的数值孔径值为NA₂，其中，NA₁≥NA₂。

6.根据权利要求1所述的偏振测量装置，其特征在于，所述物镜包括沿所述物镜的光轴方向排列的一个或者多个镜片；

所述管镜包括沿所述管镜的光轴方向排列的一个或者多个镜片。

7.根据权利要求1-所述的偏振测量装置，其特征在于，所述物镜的光轴和所述管镜的光轴位于同一直线上。

8.根据权利要求1所述的偏振测量装置，其特征在于，所述物镜和所述管镜设置于同一镜筒中。

9.根据权利要求1所述的偏振测量装置，其特征在于，其特征在于，所述物镜包括无穷远平场消色差物镜。

10.根据权利要求1所述的偏振测量装置，其特征在于，还包括光路调整单元；

所述光路调整单元位于所述光束出射单元与所述测量镜组之间，和/或，所述测量镜组与所述光束测量单元之间，用于调整所述偏振入射光束和偏振反射光束的传播路径。

11.根据权利要求10所述的偏振测量装置，其特征在于，所述光路调整单元包括棱镜和/或反射镜组；

所述棱镜位于所述光束出射单元与所述测量镜组之间以及所述测量镜组与所述光束测量单元之间，用于分别调整所述偏振入射光束和偏振反射光束的传播路径；

所述反射镜组包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜位于所述光束出射单元与所述测量镜组之间，用于调整所述偏振入射光束的传播路径；

所述第二反射镜位于所述测量镜组与所述光束测量单元之间，用于调整所述偏振反射光束的传播路径。

12.根据权利要求11所述的偏振测量装置，其特征在于，当所述光路调整单元包括反射镜组时，所述第一反射镜包括可旋转反射镜；

所述第二反射镜包括可旋转反射镜。

13.一种偏振测量方法，采用权利要求11所述的偏振测量装置，其特征在于，当所述光路调整单元包括棱镜时，包括：

开启所述光束出射单元，形成偏振入射光束，并入射至所述棱镜，以使所述偏振入射光束依次通过所述棱镜、所述管镜和物镜后入射至所述被测量面；

所述被测量面反射的所述偏振反射光束的依次经过所述物镜、所述管镜和所述棱镜进入所述光束测量单元，其中，进入所述光束测量单元的所述偏振反射光束的偏振反射光路与进入所述棱镜的入射光路对称。

14.一种偏振测量方法，采用权利要求12所述的偏振测量装置，其特征在于，当所述光路调整单元包括反射镜组时，包括：

开启所述光束出射单元，形成偏振入射光束，并入射至所述第一反射镜；

旋转所述第一反射镜一定角度，以使依次通过所述管镜和物镜的所述偏振入射光束入射至所述被测量面的入射角对应变化一定的角度，实现所述入射角在一定范围内变化的扫描测量；

沿所述管镜的光轴或者所述物镜的光轴方向，调整所述被测量面；

所述被测量面反射的所述偏振反射光束的依次经过所述物镜、所述管镜和所述第二反射镜传播；

旋转所述第二反射镜一定角度，以使偏振反射光路与入射光路对称，使得所述偏振反射光束进入所述光束测量单元。

15.一种偏振测量方法，采用权利要求12所述的偏振测量装置，其特征在于，当所述光路调整单元包括棱镜和反射镜组时，包括：

开启所述光束出射单元，形成偏振入射光束，并入射至所述第一反射镜；

旋转所述第一反射镜一定角度，以使依次通过所述棱镜、所述管镜和所述物镜的所述偏振入射光束入射至所述被测量面的入射角对应变化一定的角度，实现所述入射角在一定范围内变化的扫描测量；

沿所述管镜的光轴或者所述物镜的光轴方向，调整所述被测量面；

所述被测量面反射的所述偏振反射光束的依次经过所述物镜、所述管镜和所述棱镜到达所述第二反射镜；

旋转所述第二反射镜一定角度，以使偏振反射光路与入射光路对称，使得所述偏振反射光束进入所述光束测量单元。

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