CN112304873B - 琼斯椭偏仪的标定装置及方法 - Google Patents

琼斯椭偏仪的标定装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种琼斯椭偏仪的标定装置及标定方法，包括沿光路顺次设置的第一标定汇聚镜组、标定偏振镜组和第二标定汇聚镜组，其中，所述标定偏振镜组包括多个能够绕光轴相对转动的标定偏振元件，多个所述标定偏振元件中具有一个第一标定偏振片及至少两个第一标定波片，在进行标定时，先从所述偏振态生成镜组至所述偏振态检测镜组之间的能量传递函数，然后调整多个所述标定偏振元件的方位角得到多组光强分布，根据多组光强分布求解能量传递函数得到所述琼斯椭偏仪的偏振态调制矩阵，从而实现了琼斯椭偏仪的标定，并且标定的精度较高。

Description

琼斯椭偏仪的标定装置及方法
技术领域
本发明涉及集成电路制造技术领域，尤其涉及一种琼斯椭偏仪的标定装置及方法。
背景技术
椭偏仪是一种椭偏测量领域使用广泛的测量仪器，它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(包括振幅比和相位差)，进而从中提取出待测样品的信息。
目前，为了获取更高的分辨率，光刻机的投影物镜的数值孔径不断增加，数值孔径的增加会导致偏振对成像系统的影响不可忽略，椭偏仪可以用于测量光刻机的投影物镜的偏振像差，即入射偏振态和出射偏振态之差。现有对椭偏仪的标定方法都是针对穆勒椭偏仪(利用穆勒矩阵描述)设计的，而测量光刻机投影物镜的成像效果由干涉决定，所以适用于光刻机的投影物镜的椭偏仪是琼斯椭偏仪(利用琼斯矩阵描述)，虽然琼斯矩阵可以转换为穆勒矩阵，但会产生退偏效应导致标定精度降低，从而导致偏振像差的测量精度受到影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种琼斯椭偏仪的标定装置及方法，能够对琼斯椭偏仪进行标定，并且标定精度较高。
为了达到上述目的，本发明提供了一种琼斯椭偏仪的标定装置，设置于一琼斯椭偏仪的偏振态生成镜组和偏振态检测镜组之间以对所述琼斯椭偏仪进行全局标定，其特征在于，包括沿光路顺次设置的第一标定汇聚镜组、标定偏振镜组和第二标定汇聚镜组，其中，所述标定偏振镜组包括多个能够绕光轴相对转动的标定偏振元件，多个所述标定偏振元件中具有一个第一标定偏振片及至少两个第一标定波片。
可选的，多个所述标定偏振元件中的第一标定波片产生的光程差均不相同。
可选的，所述偏振态生成镜组包括第一偏振片、第一汇聚镜组及位于所述第一偏振片和所述第一汇聚镜组之间的第一波片，所述偏振态检测镜组包括准直镜组、第二偏振片及位于所述准直镜组和所述第二偏振片之间的第二波片，所述第一波片与所述第二波片产生的光程差相同。
可选的，所述标定偏振镜组中包括至少4个标定偏振元件，所述标定偏振元件中具有一个第一标定偏振片及至少三个第一标定波片。
可选的，所述标定偏振镜组中包括3个标定偏振元件，所述标定偏振元件中具有一个第一标定偏振片及两个第一标定波片或者具有三个第一标定波片，所述琼斯椭偏仪的标定装置还包括一局部标定模块，所述局部标定模块用于对所述琼斯椭偏仪的偏振态生成镜组或偏振态检测镜组进行局部标定。
可选的，所述局部标定模块包括标定偏振态生成镜组、标定偏振态检测镜组及标定遮光镜组，所述标定遮光镜组位于所述标定偏振态生成镜组的背光侧或所述标定偏振态检测镜组的向光侧，将所述琼斯椭偏仪的偏振态生成镜组或偏振态检测镜组置于所述标定偏振态生成镜组及所述标定偏振态检测镜组之间以进行局部标定。
可选的，所述标定偏振态生成镜组包括沿着光路顺次设置的第二标定偏振片及第二标定波片，所述标定偏振态检测镜组包括沿着光路顺次设置的第三标定偏振片及第三标定波片，所述第二标定波片及所述第三标定波片产生的光程差相等，且所述第二标定偏振片及所述第二标定波片能够绕光轴相对转动，所述第三标定偏振片及所述第三标定波片能够绕光轴相对转动。
可选的，所述标定遮光镜组包括一标定遮光板，所述标定遮光板能够在垂直于光轴的平面上移动，且所述标定遮光板上具有一通孔，所述通孔的直径 D>nw，其中，w为入射光线的波长，n为大于或等于1的正数。
可选的，所述标定遮光板位于所述标定偏振态生成镜组的背光侧，对所述偏振态生成镜组进行标定时，所述标定偏振态生成镜组中心及所述标定遮光板中心的连线与所述偏振态生成镜组中心及所述标定偏振态检测镜组中心的连线构成一夹角；对所述偏振态检测镜组进行标定时，所述标定偏振态生成镜组中心及所述标定遮光板中心的连线与所述偏振态检测镜组中心及所述标定偏振态检测镜组中心的连线构成一夹角。
可选的，对所述偏振态生成镜组进行标定时，入射光线经过所述标定偏振态生成镜组后入射至所述标定遮光板上，通过所述标定遮光板的通孔后顺次经过所述第一汇聚镜组、第一波片及第一偏振片后入射至所述标定偏振态检测镜组；对所述偏振态检测镜组进行标定时，入射光线经过所述标定偏振态生成镜组后入射至所述标定遮光板上，通过所述标定遮光板的通孔后顺次经过所述准直镜组、第二波片及第二偏振片后入射至所述标定偏振态检测镜组。
可选的，所述标定遮光板位于所述标定偏振态检测镜组的向光侧，对所述偏振态生成镜组进行标定时，所述标定偏振态生成镜组中心、所述偏振态生成镜组中心及所述标定遮光板中心的连线与所述标定偏振态检测镜组的轴线构成一夹角；对所述偏振态检测镜组进行标定时，所述标定偏振态生成镜组中心、所述偏振态检测镜组中心及所述标定遮光板中心的连线与所述标定偏振态检测镜组的轴线构成一夹角。
可选的，对所述偏振态生成镜组进行标定时，入射光线经过所述标定偏振态生成镜组后顺次经过所述第一偏振片、第一波片及第一汇聚镜组后入射至所述标定遮光板上，经过所述标定遮光板的通孔后入射至所述标定偏振态检测镜组；对所述偏振态检测镜组进行标定时，入射光线经所述标定偏振态生成镜组后顺次经过所述第二偏振片、第二波片及准直镜组后入射至所述标定遮光板上，通过所述标定遮光板的通孔后入射至所述标定偏振态检测镜组。
可选的，所述标定遮光镜组还包括一标定反射镜，所述标定反射镜与所述通孔在垂直于光轴的平面上的位置相同，且所述标定反射镜能够在垂直于光轴的平面内旋转以改变反射角度，所述标定遮光镜组位于所述标定偏振态生成镜组的背光侧时，所述标定反射镜位于所述标定遮光板远离所述标定偏振态生成镜组的一侧；所述标定遮光镜组位于所述标定偏振态检测单元的向光侧时，所述标定反射镜位于所述标定遮光板靠近所述标定偏振态检测单元的一侧。
可选的，所述标定遮光镜组位于所述标定偏振态生成镜组的背光侧，且对所述偏振态生成镜组进行标定时，入射光线经过所述标定偏振态生成镜组后入射至所述标定遮光板上，通过所述标定遮光板的通孔后入射至所述标定反射镜上，被所述标定反射镜反射后顺次经过所述第一汇聚镜组、第一波片及第一偏振片后入射至所述标定偏振态检测镜组；对所述偏振态检测镜组进行标定时，经过所述标定偏振态生成镜组后入射至所述标定遮光板上，通过所述标定遮光板的通孔后入射至所述标定反射镜上，被所述标定反射镜反射后顺次经过所述准直镜组、第二波片及第二偏振片后入射至所述标定偏振态检测镜组。
可选的，所述标定遮光镜组位于所述标定偏振态检测单元的向光侧，且对所述偏振态生成镜组进行标定时，入射光线经过所述标定偏振态生成镜组后顺次经过所述第一偏振片、第一波片及第一汇聚镜组后入射至所述标定遮光板上，经过所述标定遮光板的通孔后入射至所述标定反射镜上，被所述标定反射镜反射至所述标定偏振态检测镜组上；对所述偏振态检测镜组进行标定时，入射光线经所述标定偏振态生成镜组后顺次经过所述第二偏振片、第二波片及准直镜组后入射至所述标定遮光板上，通过所述标定遮光板的通孔后入射至所述标定反射镜上，被所述标定反射镜反射至所述标定偏振态检测镜组。
可选的，所述标定遮光镜组包括一标定遮光板，所述标定遮光板上具有一通孔，所述通孔的直径D≤1.22*w/NA，其中，w为入射光线的波长，对所述偏振态生成镜组进行局部标定时，NA为所述第一汇聚镜组的数值孔径，对所述偏振态检测镜组进行局部标定时，NA为所述准直镜组的数值孔径。
可选的，所述标定遮光镜组位于所述标定偏振态生成镜组的背光侧，且对所述偏振态生成镜组进行标定时，入射光线经过所述标定偏振态生成镜组后入射至所述标定遮光板上，在所述标定遮光板的通孔处产生衍射，衍射光顺次经过所述第一汇聚镜组、第一波片及第一偏振片后入射至所述标定偏振态检测镜组；对所述偏振态检测镜组进行标定时，经过所述标定偏振态生成镜组后入射至所述标定遮光板上，在所述标定遮光板的通孔处产生衍射，衍射光顺次经过所述准直镜组、第二波片及第二偏振片后入射至所述标定偏振态检测镜组。
可选的，所述标定遮光镜组位于所述标定偏振态检测单元的向光侧，且对所述偏振态生成镜组进行标定时，入射光线经过所述标定偏振态生成镜组后顺次经过所述第一偏振片、第一波片及第一汇聚镜组后入射至所述标定遮光板上，在所述标定遮光板的通孔处产生衍射，衍射光入射至所述标定偏振态检测镜组上；对所述偏振态检测镜组进行标定时，入射光线经所述标定偏振态生成镜组后顺次经过所述第二偏振片、第二波片及准直镜组后入射至所述标定遮光板上，在所述标定遮光板的通孔处产生衍射，衍射光入射至所述标定偏振态检测镜组。
可选的，所述局部标定模块还包括第一光强探测单元，用于记录局部标定时通过所述标定偏振态检测镜组的出射光线的光强分布。
可选的，所述琼斯椭偏仪的标定装置还包括第二光强探测单元，用于记录全局标定时通过所述偏振态检测镜组的出射光线的光强分布。
本发明还提供了一种琼斯椭偏仪的标定方法，包括：
将所述琼斯椭偏仪的标定装置设置于一琼斯椭偏仪的偏振态生成镜组和偏振态检测镜组之间；
构建从所述偏振态生成镜组至所述偏振态检测镜组之间的能量传递函数；
多个标定偏振元件相对转动以调整各标定偏振元件的方位角，并获取通过所述偏振态检测镜组后的出射光线的多组光强分布；
根据多组光强分布及多个所述标定偏振元件的琼斯矩阵求解所述能量传递函数，以得到所述琼斯椭偏仪的偏振态调制矩阵。
可选的，根据多个所述标定偏振元件的琼斯矩阵计算出所述琼斯椭偏仪的标定装置的琼斯矩阵为
Figure RE-GDA0002298779840000061
则所述能量传递函数为：
Figure RE-GDA0002298779840000062
其中，
Figure RE-GDA0002298779840000063
Figure RE-GDA0002298779840000064
Figure RE-GDA0002298779840000065
为多个所述标定偏振元件的方位角组合
Figure RE-GDA0002298779840000066
下通过所述偏振态检测镜组的出射光线的光强分布；
所述琼斯椭偏仪的标定装置的偏振态调制矩阵[λk]为：
Figure RE-GDA0002298779840000067
其中，[λk]的下标表示琼斯矩阵元素乘积形式，k为所述偏振态生成镜组及所述偏振态检测镜组的一种方位角组合。
可选的，所述标定偏振镜组中包括至少4个标定偏振元件，调整至少4个标定偏振元件的方位角以得到至少16组光强分布，通过至少16组光强分布求解所述能量传递函数。
可选的，所述标定偏振镜组中包括3个标定偏振元件，所述琼斯椭偏仪的标定装置还包括一局部标定模块，所述局部标定模块包括标定偏振态生成镜组、标定偏振态检测镜组及标定遮光镜组，将所述琼斯椭偏仪的偏振态生成镜组或偏振态检测镜组置于所述标定偏振态生成镜组及所述标定偏振态检测镜组之间进行局部标定，并根据如下公式得到所述偏振态生成镜组及所述偏振态检测镜组的琼斯矩阵
Figure RE-GDA0002298779840000071
Figure RE-GDA0002298779840000072
其中，I1(x,y)、I2(x,y)、…In(x,y)所述局部标定模块的标定偏振元件在不同方位角组合1、2、…n下通过所述偏振态检测镜组的出射光线的光强分布；
所述局部标定模块的偏振态调制矩阵[λn]为：
Figure RE-GDA0002298779840000073
其中，[λn]的下标表示琼斯矩阵元素乘积形式，n为所述标定偏振态生成镜组及所述标定偏振态检测镜组中偏振元件的方位角组合。
可选的，利用所述偏振态生成镜组及所述偏振态检测镜组的琼斯矩阵计算出所述琼斯椭偏仪的偏振态调制矩阵[λk]的初始值，并根据所述初始值及多组光强分布得到所述偏振态调制矩阵[λk]。
可选的，将所述琼斯椭偏仪的偏振态调制矩阵[λk]与所述琼斯椭偏仪的理想偏振态调制矩阵之差作为所述琼斯椭偏仪的标定精度。
在本发明提供的琼斯椭偏仪的标定装置及标定方法中，包括沿光路顺次设置的第一标定汇聚镜组、标定偏振镜组和第二标定汇聚镜组，其中，所述标定偏振镜组包括多个能够绕光轴相对转动的标定偏振元件，多个所述标定偏振元件中具有一个第一标定偏振片及至少两个第一标定波片，在进行标定时，先从所述偏振态生成镜组至所述偏振态检测镜组之间的能量传递函数，然后调整多个所述标定偏振元件的方位角得到多组光强分布，根据多组光强分布求解能量传递函数得到所述琼斯椭偏仪的偏振态调制矩阵，从而实现了琼斯椭偏仪的标定，并且标定的精度较高。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种琼斯椭偏仪的结构示意图；
图2为发明实施例提供的琼斯椭偏仪的标定装置设置在一琼斯椭偏仪中的结构示意图；
图3为本发明实施例一提供的琼斯椭偏仪的标定装置的结构示意图；
图4a为本发明实施例一提供的利用图3所示的琼斯椭偏仪的标定装置得到的琼斯椭偏仪的偏振态调制矩阵实部的标定精度；
图4b为本发明实施例一提供的利用图3所示的琼斯椭偏仪的标定装置得到的琼斯椭偏仪的偏振态调制矩阵虚部的标定精度；
图5a为本发明实施例二提供的一种琼斯椭偏仪的标定装置的结构示意图；
图5b为本发明实施例二提供的另一种琼斯椭偏仪的标定装置的结构示意图；
图6为本发明实施例二提供的局部标定模块的结构示意图；
图7为本发明实施例二提供的第一种局部标定模块对偏振态生成镜组进行局部标定的结构示意图；
图8为本发明实施例二提供的第一种局部标定模块对偏振态检测镜组进行局部标定的结构示意图；
图9为本发明实施例二提供的第二种局部标定模块对偏振态生成镜组进行局部标定的结构示意图；
图10为本发明实施例二提供的第二种局部标定模块对偏振态检测镜组进行局部标定的结构示意图；
图11为本发明实施例二提供的第三种局部标定模块对偏振态生成镜组进行局部标定的结构示意图；
图12为本发明实施例二提供的第三种局部标定模块对偏振态检测镜组进行局部标定的结构示意图；
图13为本发明实施例二提供的第四种局部标定模块对偏振态生成镜组进行局部标定的结构示意图；
图14为本发明实施例二提供的第四种局部标定模块对偏振态检测镜组进行局部标定的结构示意图；
图15为本发明实施例二提供的第五种局部标定模块对偏振态生成镜组进行局部标定的结构示意图；
图16为本发明实施例二提供的第五种局部标定模块对偏振态检测镜组进行局部标定的结构示意图；
图17为本发明实施例二提供的第六种局部标定模块对偏振态生成镜组进行局部标定的结构示意图；
图18为本发明实施例二提供的第六种局部标定模块对偏振态检测镜组进行局部标定的结构示意图；
图19a为本发明实施例二提供的利用图5所示的琼斯椭偏仪的标定装置得到的琼斯椭偏仪的偏振态调制矩阵实部的标定精度；
图19b为本发明实施例二提供的利用图5所示的琼斯椭偏仪的标定装置得到的琼斯椭偏仪的偏振态调制矩阵虚部的标定精度；
其中，附图标记为：
PSG-偏振态生成镜组；P1-第一偏振片；Q1-第一波片；L-第一汇聚镜组；
PSA-偏振态检测镜组；CL-准直镜组；Q2-第二波片；P2-第二偏振片；
PO-光刻机投影物镜；
CSA-琼斯椭偏仪的标定装置；CL1-第一标定汇聚镜组；KS-标定偏振镜组； CL2-第二标定汇聚镜组；CQ-第一标定波片；CP-第一标定偏振片；
CPSG-标定偏振态生成镜组；CP1-第二标定偏振片；CQ1-第二标定波片；
CPSA-标定偏振态检测镜组；CP2-第三标定偏振片；CQ2-第三标定波片；
CM-标定遮光镜组；MH-标定遮光板；M-标定反射镜。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
为了便于描述，本文以光路的方向为Z向、垂直于纸面向里为X向，竖直向上为Y向建立XYZ三维坐标系。
请参阅图1，适用于光刻机投影物镜PO的琼斯椭偏仪包括偏振态生成镜组 PSG和偏振态检测镜组PSA，所述偏振态生成镜组PSG包括第一偏振片P1、第一波片Q1和第一汇聚镜组L，所述偏振态检测镜组PSA包括准直镜组CL、第二波片Q2及第二偏振片P2，所述第一波片Q1与所述第二波片Q2产生的光程差相同，本实施例中，所述第一波片Q1与所述第二波片Q2均为四分之一波片。
如图2所示，本实施例提供了一种琼斯椭偏仪的标定装置CSA，设置于所述琼斯椭偏仪的偏振态生成镜组PSG和偏振态检测镜组PSA之间以对所述琼斯椭偏仪进行全局标定，所述琼斯椭偏仪的标定装置CSA包括沿光路顺次设置的第一标定汇聚镜组CL1、标定偏振镜组KS和第二标定汇聚镜组CL2，其中，所述第一标定汇聚镜组CL1及第二标定汇聚镜组CL2可以是单片镜片也可以是镜片组合且所述第一标定汇聚镜组CL1及第二标定汇聚镜组CL2具有不同的焦距，用于模仿入射和出射均为有数值孔径的光刻机投影物镜PO，所述标定偏振镜组KS包括多个可绕光轴(即Z轴)相对转动的标定偏振元件，多个所述标定偏振元件中具有一个第一标定偏振片及至少两个第一标定波片，至少两个第一标定波片产生的光程差不同，当入射光线经过所述第一标定偏振片时形成偏振光，入射光线的振幅减小(能量产生衰减)，当偏振光进入至少两个第一标定波片后，产生相位差。当所述偏振态生成镜组PSG和所述偏振态检测镜组PSA相互对准之后，将所述琼斯椭偏仪的标定装置CSA置于所述偏振态生成镜组PSG 和所述偏振态检测镜组PSA之间，得到它们共同作用下的标定称为全局标定。
为了便于计算，认定所述琼斯椭偏仪的标定装置CSA中每个标定偏振元件都认为是理想，且所述第一汇聚镜组CL1及第二标定汇聚镜组CL2均被单独标定，而所述偏振态生成镜组PSG和偏振态检测镜组PSA则带有如下表所示的误差：
Figure RE-GDA0002298779840000111
实施例一
请参阅图3，本实施例中的琼斯椭偏仪的标定装置CSA包括至少4个标定偏振元件，例如是一个第一标定偏振片CP和三个第一标定波片CQ的组合，本实施例中，三个第一标定波片CQ分别为半波片、四分之一波片和π/3波片。如图2所示，将所述琼斯椭偏仪的标定装置CSA置于偏振态生成镜组PSG和偏振态检测镜组PSA之间进行全局标定，为了便于光强的探测，在沿着Z方向上设置第二光强探测单元(例如是CCD或CMOS等感光元件)，所述第二光强探测单元位于所述偏振态检测镜组PSA之后，用于记录全局标定时通过所述偏振态检测镜组PSA的出射光线的光强分布。可以理解的是，所述感光元件测量获得的光强分布中每一个像素点对应光瞳面的一点，而光瞳面的每一像素点均具有一个独立的琼斯矩阵，通过感光元件可以测得光瞳面中每一个像素点的一组光强值，通过对这组光强值单独计算，可以获得与之对应的像素点的琼斯矩阵，进而获得整个光瞳面的琼斯矩阵分布。
具体的，如图1所示，在未考虑所述投影物镜第一汇聚镜组L和所述准直镜组CL的琼斯矩阵时(由于汇聚透镜的琼斯矩阵较理想透镜误差很小，因此这里忽略不计)，所述第二光强探测单元测得一组光强值I采用的计算公式为：
Figure RE-GDA0002298779840000121
其中，I为光强值，Eout为出射光线的能量，根据光的传播公式可知： Eout＝JP2·JQ2·JPO·JQ1·JP1·Ein(其中，忽略了第一汇聚镜组L和所述准直镜组CL 的琼斯矩阵)；Ein为入射光线的能量；*表示共轭转置；JP1为第一偏振片P1的琼斯矩阵，JP2为第二偏振片P2的琼斯矩阵，JQ1为第一波片Q1的琼斯矩阵， JQ2为第二波片Q2的琼斯矩阵；波片和偏振片的琼斯矩阵分别为
Figure RE-GDA0002298779840000122
和
Figure RE-GDA0002298779840000123
JPO为投影物镜PO的琼斯矩阵；R为旋转矩阵，
Figure RE-GDA0002298779840000124
α为对应波片或偏振片的方向角，由旋转矩阵R的公式可以获知：所述第二光强探测单元测得的光强分布与所述投影物镜PO的琼斯矩阵有关，同时也与所述4个偏振元件的方向角有关。
进一步，反复改变4个偏振元件的方向角，所述第二光强探测单元测得多组光强值，构建一个偏振态调制矩阵(λ矩阵)，λ为每个琼斯矩阵中元素及其复共轭乘积的系数，λ矩阵如下：
将公式(1)简化为：
Figure RE-GDA0002298779840000131
其中，公式(2)利用线性代数关系，可以得到：
Figure RE-GDA0002298779840000132
其中，x，y＝1,2；等号左边的光强分布列I1、I2、…In代表在4个标定偏转元件不同的方向角组合下测量的光强分布，等号右边λ矩阵的行数表示测量次数，每列分别对应琼斯矩阵元素乘积的系数，下标表示的是琼斯矩阵元素乘积形式，上标表示光强组的组号。i，j，k，l表示琼斯矩阵中元素的下标，分别取值1或2。
可见，公式(3)可以改写为I＝[λ][J]，I为光强分布矩阵，[λ]为偏振态调制矩阵λ，[J]为投影物镜PO的琼斯矩阵元素及其复共轭乘积构成的矩阵。
基于此原理，如图2所示，本实施例提供了一种琼斯椭偏仪的标定方法，包括：
S1:将如图3所示的琼斯椭偏仪的标定装置CSA设置于所述琼斯椭偏仪的偏振态生成镜组PSG和偏振态检测镜组PSA之间，并使所述琼斯椭偏仪的偏振态生成镜组PSG和偏振态检测镜组PSA相互对准，所述偏振态生成镜组PSG、琼斯椭偏仪的标定装置CSA、偏振态检测镜组PSA顺次沿着Z轴设置，并且中心均位于同一高度。
S2:将4个所述标定偏振元件的琼斯矩阵相乘以计算出所述琼斯椭偏仪的标定装置的琼斯矩阵为
Figure RE-GDA0002298779840000133
(忽略第一标定汇聚镜组CL1和第二标定汇聚镜组CL2的琼斯矩阵)；
接下来，构建从所述偏振态生成镜组PSG至所述偏振态检测镜组PSA之间的能量传递函数如下所示；
Figure RE-GDA0002298779840000141
其中，[λk]为所述琼斯椭偏仪的标定装置的偏振态调制矩阵：
Figure RE-GDA0002298779840000142
[X1 X2 ... X15 X16]为所述琼斯椭偏仪的标定装置的琼斯矩阵在光瞳面上的分布，即
Figure RE-GDA0002298779840000143
Figure RE-GDA0002298779840000146
Figure RE-GDA0002298779840000144
为多个所述标定偏振元件的方位角组合
Figure RE-GDA0002298779840000145
下通过所述第二光强探测单元探测到的光强分布；[λk]的下标表示琼斯矩阵元素乘积形式，k为所述偏振态生成镜组及所述偏振态检测镜组的一种方位角组合(偏振态生成镜组PSG和偏振态检测镜组PSA中的偏振元件的方向角组合是固定的，所以[λk]中的每个k相等)。
S3:由于[X1 X2 ... X15 X16]已知，只需要通过旋转多个所述标定偏振元件的方位角组合得到多组光强分布，即可求解所述琼斯椭偏仪的标定装置的偏振态调制矩阵[λk]。接下来，使多个标定偏振元件相对转动以调整多个所述标定偏振元件的方位角，并获取所述第二光强探测单元探测到的多组光强分布。
S4:根据多组光强分布及已知的[X1 X2 ... X15 X16]求解所述能量传递函数，本实施例中，由于所述标定偏振镜组中包括至少4个标定偏振元件，调整至少4个标定偏振元件的方位角可以得到至少16组光强分布，根据16组光强分布可以求解出所述琼斯椭偏仪的偏振态调制矩阵[λk]。
进一步，将所述琼斯椭偏仪的偏振态调制矩阵[λk]与所述琼斯椭偏仪的理想偏振态调制矩阵的差值作为所述琼斯椭偏仪的标定精度，选取标定精度最差的元素绘制出如图4a和图4b所示的标定精度图，图4a为所述琼斯椭偏仪的偏振态调制矩阵[λk]实部的标定精度，图4b为所述琼斯椭偏仪的偏振态调制矩阵 [λk]虚部的标定精度，可见，本实施例提供的琼斯椭偏仪的标定精度非常高，可以达到10-15。本实施例中，所述琼斯椭偏仪的理想偏振态调制矩阵可以根据公式(2)和公式(3)计算得到，此处不再详细描述。
实施例二
与实施一不同的是，本实施例中的琼斯椭偏仪的标定装置CSA包括3个标定偏振元件，请参阅图5a，3个标定偏振元件可以是一个第一标定偏振片CP和两个第一标定波片CQ的组合，两个第一标定波片CQ分别为半波片和四分之一波片；请参阅图5b，3个标定偏振元件也可以是三个第一标定波片CQ的组合，三个第一标定波片CQ分别为半波片、四分之一波片和π/3波片，本实施例将以 3个标定偏振元件是一个第一标定偏振片CP和两个第一标定波片CQ的组合为例进行说明。利用本实施例中的琼斯椭偏仪的标定装置CSA对所述琼斯椭偏仪进行全局标定。进一步，所述琼斯椭偏仪的标定装置CSA还包括一局部标定模块，用于单独对所述琼斯椭偏仪的偏振态生成镜组PSG或偏振态检测镜组PSA 进行局部标定。如图6所示，所述局部标定模块包括标定偏振态生成镜组CPSG、标定偏振态检测镜组CPSA及标定遮光镜组CM，所述标定遮光镜组CM可以位于所述标定偏振态生成镜组CPSG的背光侧或者位于所述标定偏振态检测镜组的向光侧CPSA，将所述琼斯椭偏仪的偏振态生成镜组PSG或偏振态检测镜组 PSA置于所述标定偏振态生成镜组CPSG及所述标定偏振态检测镜组CPSA之间(图6中的DUT位置处)以进行局部标定。
可以理解的是，而局部标定是利用更高精度的椭偏仪来标定琼斯椭偏仪的偏振态生成镜组PSG及偏振态检测镜组PSA，全局标定所得到的是琼斯椭偏仪的偏振态调制矩阵[λk]。而局部标定则是得到偏振态生成镜组PSG及偏振态检测镜组PSA的琼斯矩阵在光瞳面上的分布，局部标定模块需满足被标定物具有透射特性，而且透射的一端可以接受平行光，另一端需要有一定的数值孔径入射的特点。
如图6所示，本实施例中，所述标定偏振态生成镜组CPSG包括沿着光路顺次设置的第二标定偏振片CP1及第二标定波片CQ1，所述标定偏振态检测镜组CPSA包括沿着光路顺次设置的第三标定偏振片CP2及第三标定波片CQ2，所述第二标定波片CQ2及所述第三标定波片CQ1产生的光程差相等(例如都是四分之一波片)，且所述第二标定偏振片CP1及所述第二标定波片CQ1能够绕光轴(Z轴)相对转动，所述第三标定偏振片CP2及所述第三标定波片CQ2能够绕光轴(Z轴)相对转动。所述局部标定模块还具有一第一光强探测单元，用于记录局部标定时通过所述标定偏振态检测镜组CPSA的出射光线的光强分布，所述第一光强探测单元通常可以是一感光元件，如CCD或CMOS。可以理解的是，所述第二标定偏振片CP1、第二标定波片CQ1、第三标定偏振片CP2及第三标定波片CQ2的光学特性及机械对准程度需要事先被精确地知晓，所述光学特性可以包括二向幅值衰减(diattenuation)、相对相位延迟(retardance)、标量透过率(apodization)、波前、标定波片(第二标定波片CQ1和第三标定波片 CQ2)及标定偏振片(第二标定偏振片CP1和第三标定偏振片CP2)在绕Z轴旋转时以上各种光学特性在标定偏振元件转动时光瞳面上的分布等，所述机械对准程度可以包括标定波片和标定偏振片的主光轴与Z轴的夹角，标定波片和标定偏振片在绕Z轴旋转时的方位角的精度等。
由于所述偏振态生成镜组PSG及偏振态检测镜组PSA均具有入射和出射数值孔径，所述局部标定模块还包括所述标定遮光镜组CM，根据所述标定遮光镜组CM结构的不同，所述局部标定模块可以包括三种结构，以下将详细说明。
(一)如图7-图10所示，所述标定遮光镜组CM包括一标定遮光板MH，所述标定遮光板MH能够沿X方向或Y方向移动，且所述标定遮光板MH上具有一通孔，所述通孔的直径D>nw(保证入射光能够通过所述通孔而不发生衍射，保证入射光线的偏振态不被改变)，其中，w为入射光线的波长，n为大于或等于1的正数。
i)如图7所示，所述标定遮光板MH可以位于所述标定偏振态生成镜组 CPSG的背光侧，对所述偏振态生成镜组PSG进行标定时，所述标定偏振态生成镜组PSG中心及所述标定遮光板MH中心的连线，与所述偏振态生成镜组PSG 中心及所述标定偏振态检测镜组CPSA中心的连线构成一夹角；如图8所示，对所述偏振态检测镜组PSA进行标定时，所述标定偏振态生成镜组CPSG中心及所述标定遮光板MH中心的连线，与所述偏振态检测镜组PSA中心及所述标定偏振态检测镜组CPSA中心的连线构成一夹角。也就是说，在对所述偏振态生成镜组PSG或所述偏振态检测镜组PSA进行局部标定时，所述偏振态生成镜组PSG(或所述偏振态检测镜组PSA)与所述标定偏振态检测镜组CPSA整体在XY平面上旋转了一个角度，使得通过所述标定遮光板MH上通孔的光线能垂直射入至所述标定偏振态检测镜组CPSA进行偏振检测。
进一步，对所述偏振态生成镜组PSG进行标定时，入射光线经过所述标定偏振态生成镜组CPSG后入射至所述标定遮光板MH上，通过所述标定遮光板 MH的通孔后顺次经过所述第一汇聚镜组L、第一波片Q1及第一偏振片P1后入射至所述标定偏振态检测镜组CPSA；对所述偏振态检测镜组PSA进行标定时，入射光线经过所述标定偏振态生成镜组CPSG后入射至所述标定遮光板MH 上，通过所述标定遮光板MH的通孔后顺次经过所述准直镜组CL、第二波片 Q2及第二偏振片P2后入射至所述标定偏振态检测镜组CPSA。
ii)如图9所示，所述标定遮光板MH位于所述标定偏振态检测镜组CPSG 的向光侧，对所述偏振态生成镜组PSG进行标定时，所述标定偏振态生成镜组 CPSG中心、所述偏振态生成镜组PSG中心及所述标定遮光板MH中心的连线与所述标定偏振态检测镜组CPSA的轴线构成一夹角；如图9所示，对所述偏振态检测镜组PSA进行标定时，所述标定偏振态生成镜组CPSG中心、所述偏振态生成镜组PSG中心及所述标定遮光板MH中心的连线与所述标定偏振态检测镜组CPSA的轴线构成一夹角。也就是说，在对所述偏振态生成镜组PSG或所述偏振态检测镜组PSA进行局部标定时，所述标定偏振态检测镜组CPSA整体在XY平面上旋转了一个角度，使得通过所述标定遮光板MH上通孔的光线能垂直射入至所述标定偏振态检测镜组CPSA进行偏振检测。
进一步，对所述偏振态生成镜组PSG进行标定时，入射光线经过所述标定偏振态生成镜组CPSG后顺次经过所述第一偏振片P1、第一波片Q1及第一汇聚镜组L后入射至所述标定遮光板MH上，经过所述标定遮光板MH的通孔后入射至所述标定偏振态检测镜组CPSA；对所述偏振态检测镜组PSA进行标定时，入射光线经所述标定偏振态生成镜组CPSG后顺次经过所述第二偏振片P2、第二波片Q2及准直镜组CL后入射至所述标定遮光板MH上，通过所述标定遮光板MH的通孔后入射至所述标定偏振态检测镜组CPSA。
(二)如图11-图14所示，所述标定遮光镜组CM包括一标定遮光板MH，所述标定遮光板MH上具有一通孔，所述通孔的直径D>nw(保证入射光能够通过所述通孔而不发生衍射，保证入射光线的偏振态不被改变)，其中，w为入射光线的波长，n为大于或等于1的正数，并且，所述标定遮光镜组还包括一标定反射镜M，所述标定反射镜M的偏振特性事先需要被精确地获知。为了使标定所述偏振态生成镜组PSG(或所述偏振态检测镜组PSA)的整个光瞳面，所述标定反射镜M能够在XY平面上移动，且与所述通孔在XY平面上的位置相同，且所述标定反射镜M能够绕X轴或Y轴旋转以改变反射角度，使得入射光线能够垂直入射到所述标定偏振态检测镜组CPSA中进行检偏，并在感光元件上得到光强图。
i)如图11及图12所示，所述标定遮光镜组CM位于所述标定偏振态生成镜组CPSG的背光侧时，所述标定反射镜M位于所述标定遮光板MH远离所述标定偏振态生成镜组CPSG的一侧；如图11所示，当对所述偏振态生成镜组PSG 进行标定时，入射光线经过所述标定偏振态生成镜组CPSG后入射至所述标定遮光板MH上，通过所述标定遮光板MH的通孔后入射至所述标定反射镜M上，被所述标定反射镜M反射后顺次经过所述第一汇聚镜组L、第一波片Q1及第一偏振片P1后入射至所述标定偏振态检测镜组CPSA；如图12所示，对所述偏振态检测镜组PSA进行标定时，经过所述标定偏振态生成镜组CPSG后入射至所述标定遮光板MH上，通过所述标定遮光板MH的通孔后入射至所述标定反射镜M上，被所述标定反射镜M反射后顺次经过所述准直镜组CL、第二波片 Q2及第二偏振片P2后入射至所述标定偏振态检测镜组CPSA。
ii)如图13及图14所示，所述标定遮光镜组CM位于所述标定偏振态检测单元CPSA的向光侧时，所述标定反射镜M位于所述标定遮光板MH靠近所述标定偏振态检测单元CPSA的一侧。如图13所示，当对所述偏振态生成镜组PSG 进行标定时，入射光线经过所述标定偏振态生成镜组CPSG后顺次经过所述第一偏振片P1、第一波片Q1及第一汇聚镜组L后入射至所述标定遮光板MH上，经过所述标定遮光板MH的通孔后入射至所述标定反射镜M上，被所述标定反射镜M反射至所述标定偏振态检测镜组上CPSA；如图14所示，对所述偏振态检测镜组PSA进行标定时，入射光线经所述标定偏振态生成镜组CPSG后顺次经过所述第二偏振片P2、第二波片Q2及准直镜组CL后入射至所述标定遮光板 MH上，通过所述标定遮光板MH的通孔后入射至所述标定反射镜M上，被所述标定反射镜M反射至所述标定偏振态检测镜组CPSA。
(三)如图15-图18所示，所述标定遮光镜组包括一标定遮光板MH，所述标定遮光板上具有一通孔，所述通孔的直径D≤1.22*w/NA，其中，w为入射光线的波长，对所述偏振态生成镜组PSG进行局部标定时，NA为所述第一汇聚镜组L的数值孔径，对所述偏振态检测镜组PSA进行局部标定时，NA为所述准直镜组的数值孔径。即所述通孔是能够发生衍射效应的通孔，使得衍射光产生的第一级次能充满第一汇聚镜组L或准直镜组CL的数值孔径。
i)请参阅图15及图16，所述标定遮光镜组位于所述标定偏振态生成镜组的背光侧，如图15所示，对所述偏振态生成镜组PSG进行标定时，入射光线经过所述标定偏振态生成镜组CPSG后入射至所述标定遮光板MH上，在所述标定遮光板MH的通孔处产生衍射，衍射光顺次经过所述第一汇聚镜组L、第一波片Q1及第一偏振片P1后入射至所述标定偏振态检测镜组CPSA；如图16所示，对所述偏振态检测镜组PSA进行标定时，经过所述标定偏振态生成镜组 CPSG后入射至所述标定遮光板MH上，在所述标定遮光板MH的通孔处产生衍射，衍射光顺次经过所述准直镜组CL、第二波片Q2及第二偏振片P2后入射至所述标定偏振态检测镜组CPSA。
i)请参阅图17及图18，所述标定遮光镜组位于所述标定偏振态检测单元的向光侧，如图17所示，对所述偏振态生成镜组PSG进行标定时，入射光线经过所述标定偏振态生成镜组CPSG后顺次经过所述第一偏振片P1、第一波片Q1 及第一汇聚镜组L后入射至所述标定遮光板MH上，在所述标定遮光板MH的通孔处产生衍射，衍射光入射至所述标定偏振态检测镜组CPSG上；如图18所示，对所述偏振态检测镜组PSA进行标定时，入射光线经所述标定偏振态生成镜组CPSG后顺次经过所述第二偏振片P2、第二波片Q2及准直镜组CL后入射至所述标定遮光板MH上，在所述标定遮光板MH的通孔处产生衍射，衍射光入射至所述标定偏振态检测镜组CPSA。
基于此，如图2所示，本实施例还提供了一种琼斯椭偏仪的标定方法，包括：
S1:将如图5a或图5b所示的琼斯椭偏仪的标定装置CSA设置于所述琼斯椭偏仪的偏振态生成镜组PSG和偏振态检测镜组PSA之间(本实施例中以图5a 中的琼斯椭偏仪的标定装置CSA为例)，并使所述琼斯椭偏仪的偏振态生成镜组PSG和偏振态检测镜组PSA相互对准，所述偏振态生成镜组PSG、琼斯椭偏仪的标定装置CSA、偏振态检测镜组PSA顺次沿着Z轴设置，并且中心均位于同一高度。
S2:将4个所述标定偏振元件的琼斯矩阵相乘以计算出所述琼斯椭偏仪的标定装置的琼斯矩阵为
Figure RE-GDA0002298779840000211
(忽略第一标定汇聚镜组CL1和第二标定汇聚镜组CL2的琼斯矩阵)；
接下来，构建从所述偏振态生成镜组PSG至所述偏振态检测镜组PSA之间的能量传递函数如下所示；
Figure RE-GDA0002298779840000212
其中，[λk]为所述琼斯椭偏仪的标定装置的偏振态调制矩阵：
Figure RE-GDA0002298779840000213
[X1 X2 ... X15 X16]为所述琼斯椭偏仪的标定装置的琼斯矩阵在光瞳面上的分布，即
Figure RE-GDA0002298779840000214
Figure RE-GDA0002298779840000215
Figure RE-GDA0002298779840000216
为多个所述标定偏振元件的方位角组合
Figure RE-GDA0002298779840000217
下通过所述第二光强探测单元探测到的光强分布；[λk]的下标表示琼斯矩阵元素乘积形式，k为所述偏振态生成镜组及所述偏振态检测镜组的一种方位角组合(偏振态生成镜组PSG和偏振态检测镜组PSA中的偏振元件的方向角组合是固定的，所以[λk]中的每个k相等)。
S3:由于[X1 X2 ... X15 X16]已知，只需要通过旋转多个所述标定偏振元件的方位角组合得到多组光强分布，即可求解所述琼斯椭偏仪的标定装置的偏振态调制矩阵[λk]。接下来，使多个标定偏振元件相对转动以调整多个所述标定偏振元件的方位角，并获取所述第二光强探测单元探测到的多组光强分布。
S4:根据多组光强分布及已知的[X1 X2 ... X15 X16]求解所述能量传递函数，本实施例中，由于所述标定偏振镜组中包括3个标定偏振元件，调整至少3 个标定偏振元件的方位角只能求解出所述琼斯椭偏仪的偏振态调制矩阵[λk]的通解而无法得到的所述琼斯椭偏仪的偏振态调制矩阵[λk]的特解。
为了求解出所述琼斯椭偏仪的偏振态调制矩阵[λk]的特解，利用本实施例提供的局部标定模块对所述偏振态生成镜组PSG或偏振态检测镜组PSA进行局部标定，这里以对所述偏振态生成镜组PSG进行局部标定为例进行详细说明。
将所述偏振态生成镜组PSG放置于所述标定偏振态生成镜组CPSG及所述标定偏振态检测镜组CPSA之间进行局部标定，令所述偏振态生成镜组PSG在一个像素点上的琼斯矩阵为
Figure RE-GDA0002298779840000221
构建从所述标定偏振态生成镜组CPSG至所述标定偏振态检测镜组CPSA的能量传递函数：
Figure RE-GDA0002298779840000222
其中，[λn]为所述局部标定模块的偏振态调制矩阵，且
Figure RE-GDA0002298779840000223
I1(x,y)、I2(x,y)、…In(x,y)为在所述标定偏振态生成镜组CPSG及所述标定偏振态检测镜组CPSA中的偏振元件的在不同方位角组合1、2、…n的情况下所述第一光强探测单元探测到的光强分布，
由于所述局部标定模块中各标定偏振元件的偏振特性事先已经被精确地获知，也就是说，所述局部标定模块的偏振态调制矩阵[λn]是已知的，只需要通过改变所述标定偏振态检测镜组CPSA中的偏振元件的方位角组合即可得到多组光强分布，并根据多组光强分布求解出所述偏振态生成镜组PSG一个像素点上的琼斯矩阵
Figure RE-GDA0002298779840000231
对每个像素点均进行如上所示的操作，即可得到所述偏振态生成镜组PSG在整个光瞳面上的琼斯矩阵。
通过局部标定得到所述偏振态生成镜组PSG和所述偏振态检测镜组PSA的在整个光瞳面上的琼斯矩阵之后，可以根据公式(8)和(9)计算出所述琼斯椭偏仪的标定装置的偏振态调制矩阵[λk]的初始值。接下来结合全局标定时所述第一光强探测器探测到的多组光强分布及所述初始值可以求解出琼斯椭偏仪的标定装置的偏振态调制矩阵[λk]。
进一步，将所述琼斯椭偏仪的偏振态调制矩阵[λk]与所述琼斯椭偏仪的理想偏振态调制矩阵的差值作为所述琼斯椭偏仪的标定精度，选取标定精度最差的元素绘制出如图19a和图19b所示的标定精度图，图19a为所述琼斯椭偏仪的偏振态调制矩阵[λk]实部的标定精度，图19b为所述琼斯椭偏仪的偏振态调制矩阵[λk]虚部的标定精度，可见，本实施例提供的琼斯椭偏仪的标定精度非常高，其中实部的标定精度可以达到10-16。
与实施例一相比，本实施例虽然增加了局部标定模块及局部标定步骤，但是本实施例中的标定偏振镜组只有三个标定偏振元件，相较于实施例一中的至少4个标定偏振元件来说，制备的工艺较为简单，标定精度也比较高。
综上，在本发明实施例提供的琼斯椭偏仪的标定装置及标定方法中，包括沿光路顺次设置的第一标定汇聚镜组、标定偏振镜组和第二标定汇聚镜组，其中，所述标定偏振镜组包括多个能够绕光轴相对转动的标定偏振元件，多个所述标定偏振元件中具有一个第一标定偏振片及至少两个第一标定波片，在进行标定时，先从所述偏振态生成镜组至所述偏振态检测镜组之间的能量传递函数，然后调整多个所述标定偏振元件的方位角得到多组光强分布，根据多组光强分布求解能量传递函数得到所述琼斯椭偏仪的偏振态调制矩阵，从而实现了琼斯椭偏仪的标定，并且标定的精度较高。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (26)

1.一种琼斯椭偏仪的标定装置，设置于一琼斯椭偏仪的偏振态生成镜组和偏振态检测镜组之间以对所述琼斯椭偏仪进行全局标定，其特征在于，包括沿光路顺次设置的第一标定汇聚镜组、标定偏振镜组和第二标定汇聚镜组，其中，所述标定偏振镜组包括多个能够绕光轴相对转动的标定偏振元件，多个所述标定偏振元件中具有一个第一标定偏振片及至少两个第一标定波片。
2.如权利要求1所述的琼斯椭偏仪的标定装置，其特征在于，多个所述标定偏振元件中的第一标定波片产生的光程差均不相同。
3.如权利要求1或2所述的琼斯椭偏仪的标定装置，其特征在于，所述偏振态生成镜组包括第一偏振片、第一汇聚镜组及位于所述第一偏振片和所述第一汇聚镜组之间的第一波片，所述偏振态检测镜组包括准直镜组、第二偏振片及位于所述准直镜组和所述第二偏振片之间的第二波片，所述第一波片与所述第二波片产生的光程差相同。
4.如权利要求3所述的琼斯椭偏仪的标定装置，其特征在于，所述标定偏振镜组中包括至少4个标定偏振元件，所述标定偏振元件中具有一个第一标定偏振片及至少三个第一标定波片。
5.如权利要求3所述的琼斯椭偏仪的标定装置，其特征在于，所述标定偏振镜组中包括3个标定偏振元件，所述标定偏振元件中具有一个第一标定偏振片及两个第一标定波片或者具有三个第一标定波片，所述琼斯椭偏仪的标定装置还包括一局部标定模块，所述局部标定模块用于对所述琼斯椭偏仪的偏振态生成镜组或偏振态检测镜组进行局部标定。
6.如权利要求5所述的琼斯椭偏仪的标定装置，其特征在于，所述局部标定模块包括标定偏振态生成镜组、标定偏振态检测镜组及标定遮光镜组，所述标定遮光镜组位于所述标定偏振态生成镜组的背光侧或所述标定偏振态检测镜组的向光侧，将所述琼斯椭偏仪的偏振态生成镜组或偏振态检测镜组置于所述标定偏振态生成镜组及所述标定偏振态检测镜组之间以进行局部标定。
7.如权利要求6所述的琼斯椭偏仪的标定装置，其特征在于，所述标定偏振态生成镜组包括沿着光路顺次设置的第二标定偏振片及第二标定波片，所述标定偏振态检测镜组包括沿着光路顺次设置的第三标定偏振片及第三标定波片，所述第二标定波片及所述第三标定波片产生的光程差相等，且所述第二标定偏振片及所述第二标定波片能够绕光轴相对转动，所述第三标定偏振片及所述第三标定波片能够绕光轴相对转动。
8.如权利要求7所述的琼斯椭偏仪的标定装置，其特征在于，所述标定遮光镜组包括一标定遮光板，所述标定遮光板能够在垂直于光轴的平面上移动，且所述标定遮光板上具有一通孔，所述通孔的直径D>nw，其中，w为入射光线的波长，n为大于或等于1的正数。
9.如权利要求8所述的琼斯椭偏仪的标定装置，其特征在于，所述标定遮光板位于所述标定偏振态生成镜组的背光侧，对所述偏振态生成镜组进行标定时，所述标定偏振态生成镜组中心及所述标定遮光板中心的连线与所述偏振态生成镜组中心及所述标定偏振态检测镜组中心的连线构成一夹角；对所述偏振态检测镜组进行标定时，所述标定偏振态生成镜组中心及所述标定遮光板中心的连线与所述偏振态检测镜组中心及所述标定偏振态检测镜组中心的连线构成一夹角。
10.如权利要求9所述的琼斯椭偏仪的标定装置，其特征在于，对所述偏振态生成镜组进行标定时，入射光线经过所述标定偏振态生成镜组后入射至所述标定遮光板上，通过所述标定遮光板的通孔后顺次经过所述第一汇聚镜组、第一波片及第一偏振片后入射至所述标定偏振态检测镜组；对所述偏振态检测镜组进行标定时，入射光线经过所述标定偏振态生成镜组后入射至所述标定遮光板上，通过所述标定遮光板的通孔后顺次经过所述准直镜组、第二波片及第二偏振片后入射至所述标定偏振态检测镜组。
11.如权利要求8所述的琼斯椭偏仪的标定装置，其特征在于，所述标定遮光板位于所述标定偏振态检测镜组的向光侧，对所述偏振态生成镜组进行标定时，所述标定偏振态生成镜组中心、所述偏振态生成镜组中心及所述标定遮光板中心的连线与所述标定偏振态检测镜组的轴线构成一夹角；对所述偏振态检测镜组进行标定时，所述标定偏振态生成镜组中心、所述偏振态检测镜组中心及所述标定遮光板中心的连线与所述标定偏振态检测镜组的轴线构成一夹角。
12.如权利要求11所述的琼斯椭偏仪的标定装置，其特征在于，对所述偏振态生成镜组进行标定时，入射光线经过所述标定偏振态生成镜组后顺次经过所述第一偏振片、第一波片及第一汇聚镜组后入射至所述标定遮光板上，经过所述标定遮光板的通孔后入射至所述标定偏振态检测镜组；对所述偏振态检测镜组进行标定时，入射光线经所述标定偏振态生成镜组后顺次经过所述第二偏振片、第二波片及准直镜组后入射至所述标定遮光板上，通过所述标定遮光板的通孔后入射至所述标定偏振态检测镜组。
13.如权利要求8所述的琼斯椭偏仪的标定装置，其特征在于，所述标定遮光镜组还包括一标定反射镜，所述标定反射镜与所述通孔在垂直于光轴的平面上的位置相同，且所述标定反射镜能够在垂直于光轴的平面内旋转以改变反射角度，所述标定遮光镜组位于所述标定偏振态生成镜组的背光侧时，所述标定反射镜位于所述标定遮光板远离所述标定偏振态生成镜组的一侧；所述标定遮光镜组位于所述标定偏振态检测单元的向光侧时，所述标定反射镜位于所述标定遮光板靠近所述标定偏振态检测单元的一侧。
14.如权利要求13所述的琼斯椭偏仪的标定装置，其特征在于，所述标定遮光镜组位于所述标定偏振态生成镜组的背光侧，且对所述偏振态生成镜组进行标定时，入射光线经过所述标定偏振态生成镜组后入射至所述标定遮光板上，通过所述标定遮光板的通孔后入射至所述标定反射镜上，被所述标定反射镜反射后顺次经过所述第一汇聚镜组、第一波片及第一偏振片后入射至所述标定偏振态检测镜组；对所述偏振态检测镜组进行标定时，经过所述标定偏振态生成镜组后入射至所述标定遮光板上，通过所述标定遮光板的通孔后入射至所述标定反射镜上，被所述标定反射镜反射后顺次经过所述准直镜组、第二波片及第二偏振片后入射至所述标定偏振态检测镜组。
15.如权利要求13所述的琼斯椭偏仪的标定装置，其特征在于，所述标定遮光镜组位于所述标定偏振态检测单元的向光侧，且对所述偏振态生成镜组进行标定时，入射光线经过所述标定偏振态生成镜组后顺次经过所述第一偏振片、第一波片及第一汇聚镜组后入射至所述标定遮光板上，经过所述标定遮光板的通孔后入射至所述标定反射镜上，被所述标定反射镜反射至所述标定偏振态检测镜组上；对所述偏振态检测镜组进行标定时，入射光线经所述标定偏振态生成镜组后顺次经过所述第二偏振片、第二波片及准直镜组后入射至所述标定遮光板上，通过所述标定遮光板的通孔后入射至所述标定反射镜上，被所述标定反射镜反射至所述标定偏振态检测镜组。
16.如权利要求7所述的琼斯椭偏仪的标定装置，其特征在于，所述标定遮光镜组包括一标定遮光板，所述标定遮光板上具有一通孔，所述通孔的直径D≤1.22*w/NA，其中，w为入射光线的波长，对所述偏振态生成镜组进行局部标定时，NA为所述第一汇聚镜组的数值孔径，对所述偏振态检测镜组进行局部标定时，NA为所述准直镜组的数值孔径。
17.如权利要求16所述的琼斯椭偏仪的标定装置，其特征在于，所述标定遮光镜组位于所述标定偏振态生成镜组的背光侧，且对所述偏振态生成镜组进行标定时，入射光线经过所述标定偏振态生成镜组后入射至所述标定遮光板上，在所述标定遮光板的通孔处产生衍射，衍射光顺次经过所述第一汇聚镜组、第一波片及第一偏振片后入射至所述标定偏振态检测镜组；对所述偏振态检测镜组进行标定时，经过所述标定偏振态生成镜组后入射至所述标定遮光板上，在所述标定遮光板的通孔处产生衍射，衍射光顺次经过所述准直镜组、第二波片及第二偏振片后入射至所述标定偏振态检测镜组。
18.如权利要求16所述的琼斯椭偏仪的标定装置，其特征在于，所述标定遮光镜组位于所述标定偏振态检测单元的向光侧，且对所述偏振态生成镜组进行标定时，入射光线经过所述标定偏振态生成镜组后顺次经过所述第一偏振片、第一波片及第一汇聚镜组后入射至所述标定遮光板上，在所述标定遮光板的通孔处产生衍射，衍射光入射至所述标定偏振态检测镜组上；对所述偏振态检测镜组进行标定时，入射光线经所述标定偏振态生成镜组后顺次经过所述第二偏振片、第二波片及准直镜组后入射至所述标定遮光板上，在所述标定遮光板的通孔处产生衍射，衍射光入射至所述标定偏振态检测镜组。
19.如权利要求6所述的琼斯椭偏仪的标定装置，其特征在于，所述局部标定模块还包括第一光强探测单元，用于记录局部标定时通过所述标定偏振态检测镜组的出射光线的光强分布。
20.如权利要求1所述的琼斯椭偏仪的标定装置，其特征在于，所述琼斯椭偏仪的标定装置还包括第二光强探测单元，用于记录全局标定时通过所述偏振态检测镜组的出射光线的光强分布。
21.一种琼斯椭偏仪的标定方法，其特征在于，包括：
将如权利要求1-20中任一项所述的琼斯椭偏仪的标定装置设置于一琼斯椭偏仪的偏振态生成镜组和偏振态检测镜组之间；
构建从所述偏振态生成镜组至所述偏振态检测镜组之间的能量传递函数；
多个标定偏振元件相对转动以调整各标定偏振元件的方位角，并获取通过所述偏振态检测镜组后的出射光线的多组光强分布；
根据多组光强分布及多个所述标定偏振元件的琼斯矩阵求解所述能量传递函数，以得到所述琼斯椭偏仪的偏振态调制矩阵。
22.如权利要求21所述的琼斯椭偏仪的标定方法，其特征在于，根据多个所述标定偏振元件的琼斯矩阵计算出所述琼斯椭偏仪的标定装置的琼斯矩阵为
Figure FDA0002151492440000051
则所述能量传递函数为：
Figure FDA0002151492440000061
其中，
Figure FDA0002151492440000062
Figure FDA0002151492440000063
Figure FDA0002151492440000064
为多个所述标定偏振元件的方位角组合
Figure FDA0002151492440000065
下通过所述偏振态检测镜组的出射光线的光强分布；
所述琼斯椭偏仪的标定装置的偏振态调制矩阵[λk]为：
Figure FDA0002151492440000066
其中，[λk]的下标表示琼斯矩阵元素乘积形式，k为所述偏振态生成镜组及所述偏振态检测镜组的一种方位角组合。
23.如权利要求22所述的琼斯椭偏仪的标定方法，其特征在于，所述标定偏振镜组中包括至少4个标定偏振元件，调整至少4个标定偏振元件的方位角以得到至少16组光强分布，通过至少16组光强分布求解所述能量传递函数。
24.如权利要求22所述的琼斯椭偏仪的标定方法，其特征在于，所述标定偏振镜组中包括3个标定偏振元件，所述琼斯椭偏仪的标定装置还包括一局部标定模块，所述局部标定模块包括标定偏振态生成镜组、标定偏振态检测镜组及标定遮光镜组，将所述琼斯椭偏仪的偏振态生成镜组或偏振态检测镜组置于所述标定偏振态生成镜组及所述标定偏振态检测镜组之间进行局部标定，并根据如下公式得到所述偏振态生成镜组及所述偏振态检测镜组的琼斯矩阵
Figure FDA0002151492440000067
Figure FDA0002151492440000071
其中，I1(x,y)、I2(x,y)、…In(x,y)所述局部标定模块的标定偏振元件在不同方位角组合1、2、…n下通过所述偏振态检测镜组的出射光线的光强分布；
所述局部标定模块的偏振态调制矩阵[λn]为：
Figure FDA0002151492440000072
其中，[λn]的下标表示琼斯矩阵元素乘积形式，n为所述标定偏振态生成镜组及所述标定偏振态检测镜组中偏振元件的方位角组合。
25.如权利要求24所述的琼斯椭偏仪的标定方法，其特征在于，利用所述偏振态生成镜组及所述偏振态检测镜组的琼斯矩阵计算出所述琼斯椭偏仪的偏振态调制矩阵[λk]的初始值，并根据所述初始值及多组光强分布得到所述偏振态调制矩阵[λk]。
26.如权利要求21所述的琼斯椭偏仪的标定方法，其特征在于，将所述琼斯椭偏仪的偏振态调制矩阵[λk]与所述琼斯椭偏仪的理想偏振态调制矩阵之差作为所述琼斯椭偏仪的标定精度。
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