CN110333191A - 一种旋转补偿器的光谱磁光椭偏分析装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转补偿器的光谱磁光椭偏分析装置及其应用，所述光谱磁光椭偏分析装置包括光源模块、光路模块、磁场模块、样品台、电机控制模块、探测及分析模块，所述光路模块包括准直镜、起偏器、补偿器、检偏器，所述探测及分析模块包括计算机和探测器，所述准直镜、起偏器、补偿器、样品台、检偏器和探测器沿光路方向依次设置，起偏器、补偿器位于入射光路，检偏器位于出射光路，所述入射光路和出射光路位于所述样品台的两侧，且与样品台法线的夹角均为φ。本发明可以在纵向或极向磁光克尔效应下对磁性薄膜材料的光学和磁学参数进行表征，在一次测试中可以得到磁性薄膜样品的厚度、光学参数、磁学参数，自动化程度较高。

Description

一种旋转补偿器的光谱磁光椭偏分析装置及其应用

技术领域

本发明属于磁光椭偏分析技术领域，特别涉及一种旋转补偿器的光谱磁光椭偏分析装置及其应用。

背景技术

纳米材料在通信、生物、军工等领域正在发挥着越来越重要的作用，纳米磁性薄膜材料作为一种特殊的纳米材料，因为其在磁存储、磁光传感器件、磁光开关等领域展现出的优异性能受到了越来越广泛的关注。纳米磁性薄膜材料的制备、优化等方向都需要更先进的表征技术。磁光椭偏测量技术具有测试灵敏、精度好、测量速度快、不会对样品造成物理损伤、可以实现样品生长过程的实时监测等优点，是进行磁性材料测量的理想手段。

目前磁光椭偏系统的基本仪器结构为起偏器-样品-检偏器-探测器的形式，这种结构在测量材料性质时存在如下问题：

1.未引入光谱测试数据进行厚度和光学参数拟合，所得计算结果受测试误差影响较大；

2.分析时需要已知材料厚度，或者将厚度较大的材料当做体材料处理；

3.使用测试得到的光强数据进行分析，测试结果受直流误差影响大；

4.测量速度慢，有些器件成本较高，仅适用于科学研究，在工业领域应用性不强等。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种旋转补偿器的光谱磁光椭偏分析装置及其应用，利用旋转补偿器的光谱磁光椭偏分析装置可以在纵向或极向磁光克尔效应下对磁性薄膜材料的光学和磁学参数进行表征，在一次测试中可以得到磁性薄膜样品的厚度、光学参数(复折射率)、磁学参数(磁光耦合系数和磁光克尔偏转角)；自动化程度较高，成本较低，能够求出磁性样品厚度和复折射率物理模型，能够消除直流误差影响，精确进行磁光椭偏测量。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

首先，本发明提供一种旋转补偿器的光谱磁光椭偏分析装置，包括光源模块、光路模块、磁场模块、样品台、电机控制模块、探测及分析模块。所述光路模块包括准直镜、起偏器、补偿器、检偏器，所述探测及分析模块包括计算机和探测器，所述准直镜、起偏器、补偿器、样品台、检偏器和探测器沿光路方向依次设置，起偏器、补偿器位于入射光路，检偏器位于出射光路，所述入射光路和出射光路位于所述样品台的两侧，且与样品台法线的夹角均为φ。

进一步的，所述光源模块包括氙灯光源、单色仪、光纤耦合器、光纤，所述单色仪与计算机连接；所述补偿器和检偏器分别与电机的转动轴连接，电机通过电机控制模块与计算机连接，所述补偿器由电机带动匀速旋转，所述检偏器由电机带动旋转，旋转角度可调节；所述磁场模块包括电磁铁和磁铁控制系统，电磁铁通过磁铁控制系统与计算机连接；所述样品台设置在电磁铁两个磁极的中心位置。

进一步的，所述光纤的出射端口、准直镜、起偏器和补偿器与入射光同光轴设置；所述检偏器和探测器与样品反射光同光轴设置。

进一步的，所述样品台包括调节XY轴的二维平移台，调节Z轴的一维平移台和调节俯仰的αβ轴倾斜平台。

进一步的，所述入射光路和出射光路的各个器件固定在V型支架上并且设置在所述样品台的两侧，光纤与V型支架通过光纤接口连接；夹角φ可调节。

其次，本发明提供一种对薄膜样品进行光谱磁光椭偏分析的方法，利用前述的旋转补偿器的光谱磁光椭偏分析装置进行，包括以下步骤：

1)打开磁铁控制系统进行电磁铁预热；

2)打开氙灯光源、单色仪、探测器和计算机的电源；计算机控制单色仪选择起始波长，控制电机控制模块使补偿器匀速旋转、使检偏器电机旋转选择检偏器角度A1；系统角度定义为：x轴正向在入射面内，即p光正方向，y轴正向垂直于入射面，即s光正方向，z轴正向为光的传播方向，x轴，y轴，z轴遵循右手螺旋定则；起偏器、补偿器、检偏器的光轴方位角分别为P、C、A，所有器件的方位角以顺着光传播方向看由x轴正向顺时针旋转为正；

3)选定入射光路和出射光路与样品台法线的夹角φ，入射角为入射光线与样品上表面法线的夹角；

4)将待测薄膜样品置于样品台上，调节磁铁控制系统选择电磁铁磁场，调整样品位置使样品上表面位于电磁铁两磁极的中心且与磁场方向平行或垂直，此时反射光与出射光路各个器件同光轴；调节氙灯光源的功率，避免测试过程中探测器发生饱和；

5)计算机控制单色仪选择起始测试波长400nm；

6)探测器采集系统出射光强积分在补偿器光学周期内的变化曲线所述光学周期为补偿器旋转180度对应的时间，采集过程为：在补偿器的一个光学周期内均匀设置n个采样点，探测器的积分时间设置为每个采样间隔对应的时间长度；探测器在补偿器的一个光学周期内进行光强积分的采集即可得到系统出射光强积分在补偿器光学周期内的变化曲线；为了减小测量误差，累计测量m组光强积分曲线并取平均值记为最终的

7)使用计算机控制电机控制模块将检偏器角度旋转至A2，并重复第六步，测得检偏器角度为A2时的系统出射光强积分在补偿器光学周期内的变化曲线使用计算机控制电机控制模块将检偏器角度旋转至A3，并重复第六步，测得检偏器角度为A3时的系统出射光强积分在补偿器光学周期内的变化曲线

8)使用计算机控制单色仪将测试波长增加5nm，并重复步骤6)-7)，得到在新的测试波长下的三条系统出射光强积分在补偿器光学周期内的变化曲线 按照5nm的波长间隔不断重复该步骤，得到400-700nm波长范围中每隔5nm一个波长点的三条系统出射光强积分在补偿器光学周期内的变化曲线

9)通过对所测得的曲线的傅里叶分析以及对所测量样品的建模，结合系统的已知参数起偏器角度P、入射角φ、补偿器初始方位角Ci、补偿器相位延迟函数δ(λ)，以及测量时的三个检偏器角度A1、A2、A3，通过计算机进行数据处理即可得到样品的厚度、复折射率、磁光耦合系数、磁光克尔偏转角；

10)改变角度φ，重复步骤4)-9)，得到不同角度φ下，样品的厚度、复折射率、磁光耦合系数、磁光克尔偏转角。

进一步的，所述步骤9)中，计算样品的厚度、复折射率、磁光耦合系数、磁光克尔偏转角具体方法如下：

系统出射光强积分在补偿器光学周期内的变化曲线形式如下：

K表示cos2P，E表示cosδ，S表示sin2P，F表示sinδ，其中，

Y₁＝m₁₁+m₂₁cos2A+m₃₁sin2A

Y₂＝m₁₂+m₂₂cos2A+m₃₂sin2A

Y₃＝m₁₃+m₂₃cos2A+m₃₃sin2A

Y₄＝m₁₄+m₂₄cos2A+m₃₄sin2A

A为检偏器角度，对于不同的检偏器角度，A分别为A1、A2、A3，对应着三条光强积分曲线I1、I2、I3，m为根据样品建模得到的样品穆勒矩阵元素；

对I1，I2，I3分别进行傅里叶分析并由上述公式进行计算，即可得到样品穆勒矩阵前三行元素；

对于不同种类的样品，采用不同的建模方式，根据具体材料的建模结果，可以分别由其穆勒矩阵前三行元素求得其全部穆勒矩阵M；

由样品的穆勒矩阵可以求出其椭偏参量，如下所示

由各个波长的椭偏参量拟合分析可以得到样品的厚度和复折射率；

定义中间矩阵

MJ＝U^-1MU

其副对角元素可以表示为

磁光耦合系数和磁光克尔偏转角可以由MJ以及材料的建模计算求出。

进一步的，所述步骤4)中，磁场方向为与样品表面平行或垂直，其中，磁场方向与样品表面平行时，对应纵向磁光克尔效应测量；磁场方向与样品表面垂直时，对应极向磁光克尔效应测量，对于两种测量方式，其他测量步骤一致，在测量时可以灵活选择。

本发明的旋转补偿器的光谱磁光椭偏分析装置的应用，是用于对薄膜样品进行光谱磁光椭偏分析，计算样品的厚度、复折射率、磁光耦合系数、磁光克尔偏转角。

与现有技术相比，本发明优点在于：

1.本发明提供了一种旋转补偿器的光谱磁光椭偏分析装置和测量方法，实现磁性薄膜光学、磁学性质的快速、宽光谱范围、非破坏性分析。

2.与已有的磁光椭偏装置相比，本发明的旋转补偿器的光谱磁光椭偏分析装置可以在一次测量中可以求出样品的厚度，复折射率色散模型，磁光耦合系数和磁光克尔偏转角，得到的参数更多，受测试误差影响较小且参数的物理意义更明确。

3.本发明的补偿器匀速旋转，可以实现对光偏振态的快速调制，检偏器的旋转采用电机控制，旋转精度达到1°，避免了手动旋转检偏器的繁琐操作，测量精度和速度都得到提高；本装置使用光强曲线的交流项系数进行分析，避免了已有的磁光椭偏系统直接对光强值的分析，可以有效消除直流误差影响，精度和自动化程度都更高。

4.本发明的光源模块采用由氙灯、单色仪、光纤组成的光源模块，使用氙灯加单色仪的组合实现光源模块波长调节，光谱测量范围达到400nm-700nm，准确度达到0.2nm，重复性达到0.1nm，波长选择范围和精度都得到极大提高，与已有的磁光椭偏系统相比，可以使用椭偏参数光谱数据拟合的方法求出磁性材料的厚度和复折射率色散模型，通过计算还可以得到磁光耦合系数和磁光克尔偏转角光谱曲线。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明旋转补偿器的光谱磁光椭偏分析装置的系统组成图；

图2为本发明旋转补偿器的光谱磁光椭偏分析装置的结构示意图(磁场方向与样品上表面平行)；

图3为本发明旋转补偿器的光谱磁光椭偏分析装置的结构示意图(磁场方向与样品上表面垂直)。

其中，1氙灯光源、2单色仪、3光纤耦合器、4光纤、5光纤接口、6准直镜、7起偏器、8补偿器、9样品台、10角度计、11电磁铁、12检偏器、13探测器、14V型支架、15电机控制模块、16磁铁控制系统、17计算机。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

如图1和图2所示，一种旋转补偿器的光谱磁光椭偏分析装置，包括光源模块、光路模块、磁场模块、样品台、电机控制模块、探测及分析模块。设计思路是：通过使用氙灯光源加单色仪的组合来实现光谱磁光椭偏分析，使用旋转的补偿器实现对入射光偏振态的调制，使用电磁铁对磁性样品表面施加测试所需的磁场，使用探测器接收出射光强，通过对探测器接收到的光强信号进行分析求出样品厚度、复折射率、磁光耦合系数和磁光克尔偏转角。

其中，探测及分析模块包括计算机17和探测器13。

光源模块包括氙灯光源1、单色仪2、光纤耦合器3、光纤4，单色仪2与计算机17连接。

光路模块包括准直镜6、起偏器7、补偿器8、检偏器12。补偿器利用晶体o光和e光折射率的差别，使光穿透时，o光和e光产生相位延迟的偏振器件，通常由石英、方解石等晶体制成。

磁场模块包括电磁铁11和磁铁控制系统16，电磁铁11通过磁铁控制系统16与计算机17连接，样品台9设置在电磁铁11两个磁极的中心位置。

作为一个优选的实施方式，准直镜6、起偏器7、补偿器8、样品台9、检偏器12和探测器13沿光路方向依次设置，起偏器7、补偿器8位于入射光路，检偏器12位于出射光路，入射光路和出射光路位于样品台9的两侧，且与样品台9法线的夹角均为φ。起偏器7可以是固定不旋转，也可以通过手动旋转方式调节角度。补偿器8和检偏器12分别与电机的转动轴连接，电机通过电机控制模块15与计算机17连接，补偿器8由电机带动匀速旋转，检偏器12由电机带动旋转，可以旋转任意角度，旋转角度可调节。

氙灯光源1和单色仪2用于产生可调单色光束；氙灯光源1发出的光由氙灯光源内部汇聚透镜汇聚到单色仪2入射焦点处，单色仪2与光纤采用光纤耦合器3耦合；光纤4出射光作为光路模块入射光。准直镜6对入射光进行准直，准直产生的平行光束由起偏器7进行偏振态调试；入射光经过起偏器7起偏为线偏振光，再经过匀速旋转的补偿器8变为随时间变化的椭圆偏振光后入射到样品台上被置于均匀磁场中的待测样品表面并反射；反射光束经过成像单元后由检偏器12调制为线偏振光。所述补偿器8和检偏器12可以由电机带动旋转，沿光轴方向旋转调节角度。所述探测器13用于探测光强信号。

计算机功能为：通过单色仪配套软件控制单色仪选择波长；通过与电机配套的电机控制模块控制电机；通过与电磁铁配套的磁铁控制系统控制电磁铁；通过与探测器配套的信号采集软件系统采集并通过公式计算处理所得的光强信号，得到样品的穆勒矩阵；通过处理样品的穆勒矩阵得到样品的复折射率、厚度、磁光耦合系数、磁光克尔偏转角。

本实施例使用的电磁铁为上海复旦天欣科教仪器有限公司生产的，产品型号为FD-VSMG-A；光纤接口为SMA905光纤接口；电机控制模块为西格玛光机株式会社的，型号为OSMS-40YAW，但本发明使用的仪器设备器件不局限于此。

作为一个优选的实施方式，光纤4的出射端口、准直镜6、起偏器7和补偿器8与入射光同光轴设置；所述检偏器12和探测器13与样品反射光同光轴设置。

作为一个优选的实施方式，样品台9包括调节XY轴的二维平移台，调节Z轴的一维平移台和调节俯仰的αβ轴倾斜平台；样品台可通过调节旋钮调节高低与俯仰。二维平移台、一维平移台和倾斜平台为根据电磁铁间隙和磁极高度设计定制的平移台。

作为一个优选的实施方式，入射光路和出射光路的各个器件固定在V型支架14上并且设置在所述样品台9的两侧，光纤4与V型支架14通过光纤接口5连接；与样品台9法线夹角相同均为φ，φ的大小可调节，夹角可通过角度计10测量。

实施例2

本实施例介绍一种对薄膜样品进行光谱磁光椭偏分析的方法。

可以利用实施例1的旋转补偿器的光谱磁光椭偏分析装置进行，包括以下步骤：

1)打开磁铁控制系统进行电磁铁预热。

2)打开氙灯光源、单色仪、探测器和计算机的电源；计算机控制单色仪选择起始波长，控制电机控制模块使补偿器匀速旋转、使检偏器电机旋转选择检偏器角度A1；系统角度定义为：x轴正向在入射面内，即p光正方向，y轴正向垂直于入射面，即s光正方向，z轴正向为光的传播方向，x轴，y轴，z轴遵循右手螺旋定则；起偏器、补偿器、检偏器的光轴方位角分别为P、C、A，起偏器角度P为固定值，为已知参数；所有器件的方位角以顺着光传播方向看由x轴正向顺时针旋转为正。

3)转动V型支架两臂选定入射角φ，入射角为入射光线与样品上表面法线的夹角。

4)将待测薄膜样品置于样品台上，调节磁铁控制系统选择电磁铁磁场，调整样品位置使样品上表面位于电磁铁两磁极的中心且与磁场方向平行(参考图2所示的结构)(平行时，对应纵向磁光克尔效应测量)，此时反射光由V型支架中心射入且与出射光路各个器件同光轴；调节氙灯光源的功率，避免测试过程中探测器发生饱和。

5)计算机控制单色仪选择起始测试波长400nm。

6)探测器采集系统出射光强积分在补偿器光学周期内的变化曲线所述光学周期为补偿器旋转180度对应的时间，采集过程为：在补偿器的一个光学周期内均匀设置n个采样点，探测器的积分时间设置为每个采样间隔对应的时间长度；探测器在补偿器的一个光学周期内进行光强积分的采集即可得到系统出射光强积分在补偿器光学周期内的变化曲线；为了减小测量误差，累计测量m组光强积分曲线并取平均值记为最终的

7)使用计算机控制电机控制模块将检偏器角度旋转至A2，并重复第六步，测得检偏器角度为A2时的系统出射光强积分在补偿器光学周期内的变化曲线使用计算机控制电机控制模块将检偏器角度旋转至A3，并重复第六步，测得检偏器角度为A3时的系统出射光强积分在补偿器光学周期内的变化曲线

8)使用计算机控制单色仪将测试波长增加5nm，并重复步骤6)-7)，得到在新的测试波长下的三条系统出射光强积分在补偿器光学周期内的变化曲线 按照5nm的波长间隔不断重复该步骤，得到400-700nm波长范围中每隔5nm一个波长点的三条系统出射光强积分在补偿器光学周期内的变化曲线

9)通过对所测得的曲线的傅里叶分析以及对所测量样品的建模，结合系统的已知参数起偏器角度P、入射角φ、补偿器初始方位角Ci、补偿器相位延迟函数δ(λ)，以及测量时的三个检偏器角度A1、A2、A3，通过计算机进行数据处理即可得到样品的厚度、复折射率、磁光耦合系数、磁光克尔偏转角。

作为一个优选的实施方式，还包括步骤10)：转动V型支架的两臂，改变角度φ，重复步骤4)-9)，得到不同角度φ下，样品的厚度、复折射率、磁光耦合系数、磁光克尔偏转角。

作为一个优选的实施方式，步骤9)中，计算样品的厚度、复折射率、磁光耦合系数、磁光克尔偏转角具体方法如下：

系统出射光强积分在补偿器光学周期内的变化曲线形式如下：

K表示cos2P，E表示cosδ，S表示sin2P，F表示sinδ，其中，

Y₁＝m₁₁+m₂₁cos2A+m₃₁sin2A

Y₂＝m₁₂+m₂₂cos2A+m₃₂sin2A

Y₃＝m₁₃+m₂₃cos2A+m₃₃sin2A

Y₄＝m₁₄+m₂₄cos2A+m₃₄sin2A

A为检偏器角度，对于不同的检偏器角度，A分别为A1、A2、A3，对应着三条光强积分曲线I1、I2、I3，m为根据样品建模得到的样品穆勒矩阵元素。

对I1，I2，I3分别进行傅里叶分析并由上述公式进行计算，即可得到样品穆勒矩阵前三行元素。

对于不同种类的样品，采用不同的建模方式，根据具体材料的建模结果，可以分别由其穆勒矩阵前三行元素求得其全部穆勒矩阵M。

由样品的穆勒矩阵可以求出其椭偏参量，如下所示

由各个波长的椭偏参量拟合分析可以得到样品的厚度和复折射率。

定义中间矩阵

MJ＝U^-1MU

其副对角元素可以表示为

磁光耦合系数和磁光克尔偏转角可以由MJ以及材料的建模计算求出。

作为一个优选的实施方式，步骤4)中，磁场方向为与样品表面平行或垂直，其中，磁场方向与样品表面平行时，对应纵向磁光克尔效应测量；磁场方向与样品表面垂直时，对应极向磁光克尔效应测量，对于两种测量方式，其他测量步骤一致，在测量时可以灵活选择。

实施例3

本实施例对薄膜样品进行光谱磁光椭偏分析的方法，与实施例2的方法不同的是，步骤4)中，磁场方向为与样品表面垂直(参考图3所示结构)，对应极向磁光克尔效应测量。对于两种测量方式，其他测量步骤一致，可以与实施例2的方法步骤相同，在测量时可以灵活选择，此处不再赘述。

实施例4

本实施例介绍旋转补偿器的光谱磁光椭偏分析装置的应用，主要是用于对薄膜样品进行光谱磁光椭偏分析，计算样品的厚度、复折射率、磁光耦合系数、磁光克尔偏转角。

所采用的旋转补偿器的光谱磁光椭偏分析装置可以与实施例1所示的结构相同，此处不再赘述。

所采用的方法步骤，可以与实施例2或实施例3相同，此处不再赘述。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种旋转补偿器的光谱磁光椭偏分析装置，包括光源模块、光路模块、磁场模块、样品台、电机控制模块、探测及分析模块，其特征在于，所述光路模块包括准直镜、起偏器、补偿器、检偏器，所述探测及分析模块包括计算机和探测器，所述准直镜、起偏器、补偿器、样品台、检偏器和探测器沿光路方向依次设置，起偏器、补偿器位于入射光路，检偏器位于出射光路，所述入射光路和出射光路位于所述样品台的两侧，且与样品台法线的夹角均为φ。

2.根据权利要求1所述的旋转补偿器的光谱磁光椭偏分析装置，其特征在于，所述光源模块包括氙灯光源、单色仪、光纤耦合器、光纤，所述单色仪与计算机连接；所述补偿器和检偏器分别与电机的转动轴连接，电机通过电机控制模块与计算机连接，所述补偿器由电机带动匀速旋转，所述检偏器由电机带动旋转，旋转角度可调节；所述磁场模块包括电磁铁和磁铁控制系统，电磁铁通过磁铁控制系统与计算机连接；所述样品台设置在电磁铁两个磁极的中心位置。

3.根据权利要求2所述的旋转补偿器的光谱磁光椭偏分析装置，其特征在于，所述光纤的出射端口、准直镜、起偏器和补偿器与入射光同光轴设置；所述检偏器和探测器与样品反射光同光轴设置。

4.根据权利要求1所述的旋转补偿器的光谱磁光椭偏分析装置，其特征在于，所述样品台包括调节XY轴的二维平移台，调节Z轴的一维平移台和调节俯仰的αβ轴倾斜平台。

5.根据权利要求2所述的旋转补偿器的光谱磁光椭偏分析装置，其特征在于，所述入射光路和出射光路的各个器件固定在V型支架上并且设置在所述样品台的两侧，光纤与V型支架通过光纤接口连接；夹角φ可调节。

6.一种对薄膜样品进行光谱磁光椭偏分析的方法，其特征在于，利用权利要求2-5任一项所述的旋转补偿器的光谱磁光椭偏分析装置进行，包括以下步骤：

1)打开磁铁控制系统进行电磁铁预热；

2)打开氙灯光源、单色仪、探测器和计算机的电源；计算机控制单色仪选择起始波长，控制电机控制模块使补偿器匀速旋转、使检偏器电机旋转选择检偏器角度A1；系统角度定义为：x轴正向在入射面内，即p光正方向，y轴正向垂直于入射面，即s光正方向，z轴正向为光的传播方向，x轴，y轴，z轴遵循右手螺旋定则；起偏器、补偿器、检偏器的光轴方位角分别为P、C、A，所有器件的方位角以顺着光传播方向看由x轴正向顺时针旋转为正；

3)选定入射光路和出射光路与样品台法线的夹角φ，入射角为入射光线与样品上表面法线的夹角；

4)将待测薄膜样品置于样品台上，调节磁铁控制系统选择电磁铁磁场，调整样品位置使样品上表面位于电磁铁两磁极的中心且与磁场方向平行或垂直，此时反射光与出射光路各个器件同光轴；调节氙灯光源的功率，避免测试过程中探测器发生饱和；

5)计算机控制单色仪选择起始测试波长400nm；

6)探测器采集系统出射光强积分在补偿器光学周期内的变化曲线所述光学周期为补偿器旋转180度对应的时间，采集过程为：在补偿器的一个光学周期内均匀设置n个采样点，探测器的积分时间设置为每个采样间隔对应的时间长度；探测器在补偿器的一个光学周期内进行光强积分的采集即可得到系统出射光强积分在补偿器光学周期内的变化曲线；为了减小测量误差，累计测量m组光强积分曲线并取平均值记为最终的

7)使用计算机控制电机控制模块将检偏器角度旋转至A2，并重复第六步，测得检偏器角度为A2时的系统出射光强积分在补偿器光学周期内的变化曲线使用计算机控制电机控制模块将检偏器角度旋转至A3，并重复第六步，测得检偏器角度为A3时的系统出射光强积分在补偿器光学周期内的变化曲线

8)使用计算机控制单色仪将测试波长增加5nm，并重复步骤6)-7)，得到在新的测试波长下的三条系统出射光强积分在补偿器光学周期内的变化曲线 按照5nm的波长间隔不断重复该步骤，得到400-700nm波长范围中每隔5nm一个波长点的三条系统出射光强积分在补偿器光学周期内的变化曲线

9)通过对所测得的曲线的傅里叶分析以及对所测量样品的建模，结合系统的已知参数起偏器角度P、入射角φ、补偿器初始方位角Ci、补偿器相位延迟函数δ(λ)，以及测量时的三个检偏器角度A1、A2、A3，通过计算机进行数据处理即可得到样品的厚度、复折射率、磁光耦合系数、磁光克尔偏转角；

10)改变角度φ，重复步骤4)-9)，得到不同角度φ下，样品的厚度、复折射率、磁光耦合系数、磁光克尔偏转角。

7.根据权利要求6所述的对薄膜样品进行光谱磁光椭偏分析的方法，其特征在于，所述步骤9)中，计算样品的厚度、复折射率、磁光耦合系数、磁光克尔偏转角具体方法如下：

系统出射光强积分在补偿器光学周期内的变化曲线形式如下：

K表示cos2P，E表示cosδ，S表示sin2P，F表示sinδ，其中，

Y₁＝m₁₁+m₂₁ cos2A+m₃₁ sin2A

Y₂＝m₁₂+m₂₂ cos2A+m₃₂ sin2A

Y₃＝m₁₃+m₂₃ cos2A+m₃₃ sin2A

Y₄＝m₁₄+m₂₄ cos2A+m₃₄ sin2A

A为检偏器角度，对于不同的检偏器角度，A分别为A1、A2、A3，对应着三条光强积分曲线I1、I2、I3，m为根据样品建模得到的样品穆勒矩阵元素；

对I1，I2，I3分别进行傅里叶分析并由上述公式进行计算，即可得到样品穆勒矩阵前三行元素；

对于不同种类的样品，采用不同的建模方式，根据具体材料的建模结果，可以分别由其穆勒矩阵前三行元素求得其全部穆勒矩阵M；

由样品的穆勒矩阵可以求出其椭偏参量，如下所示

由各个波长的椭偏参量拟合分析可以得到样品的厚度和复折射率；

定义中间矩阵

MJ＝U^-1MU

其副对角元素可以表示为

磁光耦合系数和磁光克尔偏转角可以由MJ以及材料的建模计算求出。

8.根据权利要求6所述的对薄膜样品进行光谱磁光椭偏分析的方法，其特征在于，所述步骤4)中，磁场方向为与样品表面平行或垂直，其中，磁场方向与样品表面平行时，对应纵向磁光克尔效应测量；磁场方向与样品表面垂直时，对应极向磁光克尔效应测量，对于两种测量方式，其他测量步骤一致，在测量时可以灵活选择。

9.旋转补偿器的光谱磁光椭偏分析装置的应用，其特征在于，用于对薄膜样品进行光谱磁光椭偏分析，计算样品的厚度、复折射率、磁光耦合系数、磁光克尔偏转角。