CN112345460A - 穆勒矩阵椭偏仪的双旋转与高产率模式切换方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种穆勒矩阵椭偏仪的双旋转与高产率模式切换方法及系统，首先使双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪工作在双旋转模式下，计算获得系统参数；然后关停起偏臂或检偏臂端电机，重新校准部分系统参数；最后更新系统参数，双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪成功从双旋转模式切换为高产率模式。本发明通过将双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪设定为双旋转模式获得大部分系统参数后，在不对仪器本身系统结构做任何改变的情况下，停掉起偏臂或检偏臂端低速电机，更新部分系统参数即可成功切换为高产率模式，通过让穆勒矩阵椭偏仪灵活切换为双旋转模式或高产率模式，使其根据实际工业需求满足高精度或高产率的测量要求。
Description
技术领域
本发明涉及光学仪器测量技术领域，更具体地，涉及一种穆勒矩阵椭偏仪的双旋转与高产率模式切换方法及系统。
背景技术
在科学技术和日常生活中，各种薄膜的应用日益广泛，因此，针对纳米结构薄膜材料的光学参数进行准确和迅速的测量是十分有意义的。基于椭偏测量技术具有测量精度高，适用于超薄膜，与样品非接触，对样品没有破坏且不需要真空，使得椭偏仪成为一种极具吸引力的测量仪器。其基本原理是通过偏振器件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，以获得偏振光在反射前后的偏振态变化，进而来判断待测样品的光学参数。
需要说明的是，现有的单旋转补偿器型光谱椭偏仪获得的光强信息较少，不能通过一次测量得到标准样件的所有光学常数，双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪虽然克服了单旋转补偿器方式，但其检测效率受制于低速电机的旋转频率，虽然测量精度较高，但其测量时间相对耗时，若通过提升整体电机的转速提高检测效率，不仅生产成本会增加，而且由于电机转速更快，响应时间更短，对系统整体的控制方案精度要求更高，实现难度大。在实际工业生产中，尤其在半导体行业中，如果能提高检测效率，加快其生产进度，无论从科技或是经济发展的角度来看，其影响都是非常巨大的。为解决现有技术的上述问题，本发明实施例提出了双旋转模式与高产率模式自由切换的穆勒矩阵椭偏仪测量方法，在既不增加生产成本的前提下，通过控制起偏臂和检偏臂两端补偿器旋转与否，让穆勒矩阵椭偏仪灵活切换为双旋转模式或高产率模式，使其根据实际工业需求满足高精度或高产率的测量要求。
发明内容
本发明提供一种穆勒矩阵椭偏仪的双旋转与高产率模式切换方法及系统，用以解决现有技术使用双旋转补偿器型椭偏仪进行测量，虽然测量精度较高，但其检测效率受制于低速电机的旋转频率，测量时间相对耗时，检测效率低的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种穆勒矩阵椭偏仪的双旋转与高产率模式切换方法，包括：
步骤1，使双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪工作在双旋转模式下，计算获得系统参数；
步骤2，关停起偏臂或检偏臂端电机，重新校准部分系统参数；
步骤3，更新系统参数，双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪成功从双旋转模式切换为高产率模式。
进一步，步骤1具体包括：
101，获取双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪采集的第一光强谐波信号；其中，所述第一光强谐波信号是使用穆勒矩阵椭偏仪对标准样件进行测量并采集标准样件反射的光束获得的；
102，对所述第一光强谐波信号进行傅里叶分析，计算获得第一傅里叶系数，进而计算双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪工作在双旋转模式下的系统参数。
进一步，步骤102中，对所述第一光强谐波信号进行傅里叶分析，计算获得第一傅里叶系数，具体包括：
在设定积分时间
内，测量第j个采集点得到的第一光强谐波信号Sj，表示为：
双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪的反射光强计算函数为：
I(t)为第一光强谐波信号的光强，t为旋转补偿器旋转时间，α2k,β2k表示第一光强谐波信号2k倍频的傅里叶系数，k＝1,2,...,K为傅里叶系数阶数，ω为旋转补偿器的旋转基频；
利用式(1)和式(2)，求解出第一傅里叶系数α2k,β2k，以及第一光强谐波信号的直流分量I0。
进一步，步骤102中所述计算双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪工作在双旋转模式下的系统参数具体包括：
根据所述第一傅里叶系数，以及双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪的系统参数与第一傅里叶系数之间的数学关系，计算双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪全光谱范围所有波长点的系统参数；其中，系统参数包括起偏臂的初始方位角P，检偏臂的初始方位角A，起偏臂端补偿器初始方位角和相位延迟量C1,δ1，检偏臂端补偿器初始方位角和相位延迟量C2,δ2；
进一步，步骤2具体包括：
在双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪工作在双旋转模式时，关停起偏臂端电机或检偏臂端电机，并重新校准两个补偿器系统参数。
进一步，所述重新校准两个补偿器系统参数，具体包括：
201，在关停起偏臂端电机或检偏臂端电机后，重新测量标准样件获得第二光强谐波信号；
202，对所述第二光强谐波信号进行傅里叶分析，计算获得第二傅里叶系数；
203，基于所述第二傅里叶系数，计算起偏臂端补偿器方位角参数校准值和检偏臂端补偿器方位角参数校准值。
进一步，步骤202中，对所述第二光强谐波信号进行傅里叶分析，计算获得第二傅里叶系数，具体包括：
在设定积分时间
内，测量第j个采集点得到的第二光强谐波信号Sj'，表示为：
在切断所述起偏臂端电机或检偏臂端电机供电后，穆勒矩阵椭偏仪采集的第二光强谐波信号包含0倍频，2倍频和4倍频的谐波分量，则有：
I(t)'为第二光强谐波信号的光强，t为旋转补偿器旋转时间，α2n,β2n表示第二光强谐波信号2n倍频的傅里叶系数，n＝1,2为傅里叶系数阶数，ω为旋转补偿器的旋转基频；
利用式(9)和式(10)，求解出4个第二傅里叶系数α2n,β2n，以及第二光强谐波信号的直流分量I0'。
进一步，步骤203具体包括：
1)以步骤1计算获得的补偿器系统参数为初值，建立理论模型，计算理论傅里叶系数；
2)计算理论傅里叶系数与通过第二光强谐波信号进行傅里叶分析获得的实际第二傅里叶系数之差，若小于设定阈值，则输出两个补偿器系统参数校准值，进入步骤4)；若大于设定阈值，则进入步骤3)；
3)采用非线性回归算法拟合所述理论模型，获得穆勒矩阵椭偏仪第1个波长点的起偏臂端补偿器参数校准值C1'和检偏臂端补偿器参数校准值C2'；基于两个补偿器系统参数校准值获得新的理论傅里叶系数，返回步骤2)；
4)以校准获得的第i个波长点的起偏臂端补偿器参数校准值C1'和检偏臂端补偿器参数校准值C2'为初值，建立理论模型，计算理论傅里叶系数重复步骤2)～步骤3)，获得穆勒矩阵椭偏仪第i+1个波长点的起偏臂端补偿器参数校准值和检偏臂端补偿器参数校准值；
5)重复步骤4)，对全光谱范围内所有波长点的起偏臂端补偿器参数和检偏臂端补偿器参数进行校准。
第二方面，本发明实施例提供一种穆勒矩阵椭偏仪的双旋转与高产率模式切换系统，包括：
系统参数计算模块，用于使双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪工作在双旋转模式下，计算获得系统参数；
参数校准模块，用于关停起偏臂或检偏臂端电机，重新校准部分系统参数；
高产率模式切换模块，用于更新系统参数，双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪成功从双旋转模式切换为高产率模式。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述第一方面所提供的一种穆勒矩阵椭偏仪的双旋转与高产率模式切换方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面所提供的一种穆勒矩阵椭偏仪的双旋转与高产率模式切换方法的步骤。
本发明实施例提供的穆勒矩阵椭偏仪的双旋转与高产率模式切换方法及系统，通过将双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪设定为双旋转模式获得大部分系统参数后，在不对仪器本身系统结构做任何改变的情况下，停掉起偏臂或检偏臂端低速电机，更新部分系统参数即可成功切换为高产率模式，通过让穆勒矩阵椭偏仪灵活切换为双旋转模式或高产率模式，使其根据实际工业需求满足高精度或高产率的测量要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的穆勒矩阵椭偏仪的双旋转与高产率模式切换方法流程示意图；
图2为本发明实施例提供的双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的系统参数校准流程图；
图4.1是本发明实施例提供的穆勒矩阵椭偏仪在双旋转模式下和高产率模式下起偏臂端补偿器初始方位角在全光谱范围的校准曲线图；
图4.2是本发明实施例提供的穆勒矩阵椭偏仪在双旋转模式下和高产率模式下检偏臂端补偿器初始方位角在全光谱范围的校准曲线图；
图5.1是本发明实施例提供的穆勒矩阵椭偏仪在双旋转模式下和高产率模式下穆勒矩阵椭偏仪测量标准样件的振幅比ψ在全光谱范围内的测量误差；
图5.2是本发明实施例提供的穆勒矩阵椭偏仪在双旋转模式下和高产率模式下穆勒矩阵椭偏仪测量标准样件的相位差Δ在全光谱范围内的测量误差；
图6是本发明实施例提供的穆勒矩阵椭偏仪的双旋转与高产率模式切换系统的结构框图；
图7是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
需要说明的是，在本申请中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
目前，现有技术在使用双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪进行测量时，虽然测量精度较高，但其测量时间相对耗时，对薄膜材料的光学参数的检测效率低。
因此，本发明实施例提供一种穆勒矩阵椭偏仪的双旋转与高产率模式切换方法及系统，通过将双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪设定为双旋转模式获得大部分系统参数后，在不对仪器本身系统结构做任何改变的情况下，停掉起偏臂或检偏臂端低速电机，更新部分系统参数即可成功切换为高产率模式，通过让穆勒矩阵椭偏仪灵活切换为双旋转模式或高产率模式，使其根据实际工业需求满足高精度或高产率的测量要求。以下将结合附图通过多个实施例进行展开说明和介绍。
图1是本发明实施例提供的一种穆勒矩阵椭偏仪的双旋转与高产率模式切换方法流程示意图，首先结合图1对本发明实施例提供的方法的整体原理进行简要说明，其具体可包括如下步骤：
步骤1，使双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪工作在双旋转模式下，计算获得系统参数。
步骤1可以具体包括以下步骤：
101，获取双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪采集的第一光强谐波信号；其中，所述第一光强谐波信号是使用光谱椭偏仪对标准样件进行测量并采集标准样件反射的光束获得的。
其中，图2为本发明实施例提供的双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪的结构示意图，本申请中，为描述简洁，将图2所示的双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪也简称为“穆勒矩阵椭偏仪”。参照图2，第一伺服电机3和第二伺服电机7分别驱动起偏臂端补偿器4和检偏臂端补偿器6以恒定转速比1ω:5ω同步旋转，穆勒矩阵椭偏仪还包括激发光源1、起偏臂2、样品检测台5、检偏臂8和光谱仪9。穆勒矩阵椭偏仪的波长范围为380nm—900nm。
在执行步骤101之前，首先，将双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪设定为双旋转工作模式，并调整起偏臂和检偏臂至设定的入射角度。其中，入射角范围在0—90°均可，优选的，本实例中设定的入射角度为65°
然后，将标准样件放置于样品检测台5上。需要说明的是，标准样件可以是任何光学常数稳定并且已知厚度的薄膜。优选的，本实例中使用的标准样件为薄膜厚度为25nm的硅基底二氧化硅薄膜。
接着，在将标准样件放置于样品检测台5上之后，执行步骤101，使用双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪以设定的入射角对标准样件进行测量，经光谱仪探测器采集标准样件反射出的光束，得到不同偏振状态下的第一光强谐波信号。
在本实例中，使用工作在双旋转模式下的穆勒矩阵椭偏仪对标准样件，即薄膜厚度为25nm的硅基底二氧化硅薄膜进行测量，基于起偏臂端补偿器4的旋转，将光源发出的光束经过调制入射到标准样件上，基于检偏臂端补偿器6的旋转，将标准样件反射后的光束解调，此时穆勒矩阵椭偏仪采集到的光强信号为谐波信号。因此，本发明通过测量多个光学周期的第一光强谐波信号进行平均处理，获得更加准确的第一光强谐波信号。
102，对所述第一光强谐波信号进行傅里叶分析，计算获得第一傅里叶系数，进而计算双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪工作在双旋转模式下的系统参数。
步骤102中，对所述第一光强谐波信号进行傅里叶分析，计算获得第一傅里叶系数，具体包括：
在本实施例中，穆勒矩阵椭偏仪工作在双旋转模式下，起偏臂端补偿器4和检偏臂端补偿器6以恒定转速比1ω:5ω同步旋转，依据频率和周期的数学关系，可得光学周期为T＝π/ω：
在设定积分时间
内，测量第j个采集点得到的第一光强谐波信号Sj，表示为：
基于起偏臂端补偿器与检偏臂端补偿器旋转频率的比值m1:m2＝1:5，则穆勒矩阵椭偏仪测量系统的反射光强计算函数为：
I(t)为第一光强谐波信号的光强，t为旋转补偿器旋转时间，α2k,β2k表示第一光强谐波信号2k倍频的傅里叶系数，k＝1,2,...,12为傅里叶系数阶数，ω为旋转补偿器的旋转基频；依据方程个数与未知数的关系，要求解出所有24个第一傅里叶系数，方程个数必须大于等于25，即双旋转模式下采样点数N1必须大于等于25，本实施例中，取N1＝40。
利用式(1)和式(2)，求解出第一傅里叶系数α2k,β2k，以及第一光强谐波信号的直流分量I0。
进一步地，步骤102中，计算双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪工作在双旋转模式下的系统参数，具体包括：
对于双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪，以斯托克斯向量描述光束，获得各个光学元件的穆勒矩阵，反射光束和入射光束对应的斯托克斯向量Sout和Sin之间的关系式为：
Sout＝MAR(A′)R(-C′2)ΜC2(δ2)R(C′2)×MS×R(-C′1)MC1(δ1)R(-P′)MPR(P′)Sin(11)
其中，MA、ΜC2(δ2)、MC1(δ1)、MP和MS分别是检偏臂、检偏臂端补偿器、起偏臂端补偿器、起偏臂和标准样件的穆勒矩阵。R(A′)、R(-C′2)、R(C′2)、R(-C′1)、R(-P′)和R(P′)是对应光学元件的旋转矩阵。R(x)确定了旋转角度x的穆勒旋转变换矩阵。A′＝A-As,P'＝P-Ps是检偏臂和起偏臂传输轴的绝对角度，其中A和P是测量读数，As和Ps是读数的修正。δ1和δ2分别是起偏臂端补偿器4和检偏臂端补偿器6的相位延迟量。
本实施例中，系统参数包括起偏臂的初始方位角P，检偏臂的初始方位角A，起偏臂端补偿器初始方位角和相位延迟量C1,δ1，检偏臂端补偿器初始方位角和相位延迟量C2,δ2；本实例中，第一傅里叶系数α2k,β2k与系统参数P,A,C1,C2,δ1,δ2满足如下关系：
在上述实施例已经求得第一傅里叶系数α2k,β2k(k＝1,2,...,12)的基础上，根据式(3)～式(8)获得双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪工作在双旋转模式下的系统初值。进一步地，本发明实施例引用申请号为CN201310040730.X的中国发明专利中提出的系统参数校准方法，对系统初值进行校准，以获得双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪工作在双旋转模式下的系统参数。
步骤2，关停起偏臂或检偏臂端电机，重新校准部分系统参数。
本实施例中，在双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪工作在双旋转模式时，关停起偏臂端电机或检偏臂端电机，以使起偏臂端补偿器4或检偏臂端补偿器6停止旋转，并重新校准两个补偿器系统参数。其中，两个补偿器系统参数包括起偏臂端补偿器方位角参数和检偏臂端补偿器方位角参数。
步骤3，更新系统参数，双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪成功从双旋转模式切换为高产率模式。
具体地，根据重新校准的两个补偿器系统参数，更新两个补偿器系统参数，此时穆勒矩阵椭偏仪成功切换为高产率模式，对薄膜材料光学参数的检测效率是双旋转模式下的5倍。
本发明提出了一种基于双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪中双旋转模式和高产率模式可自由切换的测量方法。在将穆勒矩阵椭偏仪切换为高产率模式时，能够提高对薄膜材料光学参数的检测效率。
本发明实施例提供的穆勒矩阵椭偏仪的双旋转与高产率模式切换方法，通过将双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪设定为双旋转模式获得大部分系统参数后，在不对仪器本身系统结构做任何改变的情况下，停掉起偏臂或检偏臂端低速电机，更新部分系统参数即可成功切换为高产率模式，通过让穆勒矩阵椭偏仪灵活切换为双旋转模式或高产率模式，使其根据实际工业需求满足高精度或高产率的测量要求。
在一个实施例中，步骤2具体包括：
在双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪工作在双旋转模式时，关停起偏臂端电机或检偏臂端电机，并重新校准两个补偿器系统参数。
其中，所述重新校准两个补偿器系统参数，具体包括：
201，在关停起偏臂端电机或检偏臂端电机后，重新测量标准样件获得第二光强谐波信号。
202，对所述第二光强谐波信号进行傅里叶分析，计算获得第二傅里叶系数；
在设定积分时间
内，测量第j个采集点得到的第二光强谐波信号Sj'，表示为：
其中，N2为单旋转模式下的采样点数，N2＝8。
基于起偏臂端补偿器与检偏臂端补偿器旋转频率的比值m1:m2＝0:5，在切断所述起偏臂端电机或检偏臂端电机供电后，穆勒矩阵椭偏仪采集的第二光强谐波信号包含0倍频，2倍频和4倍频的谐波分量，则有：
I(t)'为第二光强谐波信号的光强，t为旋转补偿器旋转时间，α2n,β2n表示第二光强谐波信号2n倍频的傅里叶系数，n＝1,2为傅里叶系数阶数，ω为旋转补偿器的旋转基频；
利用式(9)和式(10)，求解出4个第二傅里叶系数α2n,β2n，以及第二光强谐波信号的直流分量I0'。
203，基于所述第二傅里叶系数，计算起偏臂端补偿器方位角参数校准值和检偏臂端补偿器方位角参数校准值。
具体地，图3为本发明实施例提供的系统参数校准流程图。参照图3，系统参数校准过程具体可以包括：
1)以步骤1计算获得的补偿器系统参数为初值，建立理论模型，计算理论傅里叶系数；其中，理论模型是通过薄膜传输矩阵以及薄膜材料的光学常数建立的，即对应薄膜材料在各个厚度各个波长下对应的穆勒矩阵。
2)计算理论傅里叶系数与通过第二光强谐波信号进行傅里叶分析获得的实际第二傅里叶系数之差，若小于设定阈值，则输出两个补偿器系统参数校准值，进入步骤4)；若大于设定阈值，则进入步骤3)；其中，图3中的实际傅里叶系数即是本发明步骤202计算获得的第二傅里叶系数。
3)采用非线性回归算法拟合所述理论模型，获得穆勒矩阵椭偏仪第1个波长点的起偏臂端补偿器参数校准值C1'和检偏臂端补偿器参数校准值C2'；基于两个补偿器系统参数校准值获得新的理论傅里叶系数，返回步骤2)；
4)以校准获得的第i个波长点的起偏臂端补偿器参数校准值C1'和检偏臂端补偿器参数校准值C2'为初值，建立理论模型，计算理论傅里叶系数重复步骤2)～步骤3)，获得穆勒矩阵椭偏仪第i+1个波长点的起偏臂端补偿器参数校准值和检偏臂端补偿器参数校准值；
5)重复步骤4)，对全光谱范围内所有波长点的起偏臂端补偿器参数和检偏臂端补偿器参数进行校准。
图4.1是本发明实施例提供的穆勒矩阵椭偏仪在双旋转模式下和高产率模式下起偏臂端补偿器初始方位角在全光谱范围的校准曲线图；图4.2是本发明实施例提供的穆勒矩阵椭偏仪在双旋转模式下和高产率模式下检偏臂端补偿器初始方位角在全光谱范围的校准曲线图。图5.1是本发明实施例提供的穆勒矩阵椭偏仪在双旋转模式下和高产率模式下穆勒矩阵椭偏仪测量标准样件的振幅比ψ在全光谱范围内的测量误差；图5.2是本发明实施例提供的穆勒矩阵椭偏仪在双旋转模式下和高产率模式下穆勒矩阵椭偏仪测量标准样件的相位差Δ在全光谱范围内的测量误差。
本发明实施例仅以光谱范围为380nm—900nm，起偏臂与检偏臂端补偿器转速比为1:5的双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪，选择停掉起偏臂端电机为例进行说明。对于其他光谱范围，或者停掉检偏臂端电机、不同的旋转器件、不同的转速比等等，本发明实施例提供的方法同样适用。
在一个实施例中，图6是本发明实施例提供的一种穆勒矩阵椭偏仪的双旋转与高产率模式切换系统结构框图，参照图6，该系统包括：
系统参数计算模块601，用于使双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪工作在双旋转模式下，计算获得系统参数；
参数校准模块602，用于关停起偏臂或检偏臂端电机，重新校准部分系统参数；
高产率模式切换模块603，用于更新系统参数，双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪成功从双旋转模式切换为高产率模式。
具体的如何通过上述各模块进行穆勒矩阵椭偏仪的双旋转与高产率模式切换，可参见上述的方法实施例，本发明实施例在此不再赘述。
本发明实施例提供的穆勒矩阵椭偏仪的双旋转与高产率模式切换系统，通过将双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪设定为双旋转模式获得大部分系统参数后，在不对仪器本身系统结构做任何改变的情况下，停掉起偏臂或检偏臂端低速电机，切换为高产率模式，不仅能达到双旋转模式下的检测精度，还大大提高了检测效率，而且不附加生产成本，实现高产率模式测量。
在一个实施例中，基于相同的构思，本发明实施例还提供了一种电子设备，如图7所示，图7示例了一种电子设备的结构示意图，电子设备可以包括：处理器(processor)701、通信接口(Communications Interface)702、存储器(memory)703和总线704，其中，处理器701，通信接口702，存储器703通过总线704完成相互间的通信。处理器701可以调用存储器703中的逻辑指令，以执行如下穆勒矩阵椭偏仪的双旋转与高产率模式切换方法的步骤，例如包括：步骤1，使双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪工作在双旋转模式下，计算获得系统参数；步骤2，关停起偏臂或检偏臂端电机，重新校准部分系统参数；步骤3，更新系统参数，双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪成功从双旋转模式切换为高产率模式。
在一个实施例中，基于相同的构思，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被计算机执行时，使得计算机执行上述各实施例所提供的穆勒矩阵椭偏仪的双旋转与高产率模式切换方法的步骤，例如包括：步骤1，使双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪工作在双旋转模式下，计算获得系统参数；步骤2，关停起偏臂或检偏臂端电机，重新校准部分系统参数；步骤3，更新系统参数，双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪成功从双旋转模式切换为高产率模式。
综上所述，本发明实施例提供一种穆勒矩阵椭偏仪的双旋转与高产率模式切换方法及系统，首先让穆勒矩阵椭偏仪工作在双旋转模式下，测量标准样件获得第一光强谐波信号；然后对第一光强信号进行分析得到傅里叶系数，进而计算出系统参数；接着切断起偏臂端电机，重新采集获得第二光强谐波信号，其他系统参数保持不变，依据实测傅里叶系数重新校准起偏臂和检偏臂端补偿器方位角参数；最后更新系统参数，此时穆勒矩阵椭偏仪成功切换为高产率模式工作。
本发明通过将双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪设定为双旋转模式获得大部分系统参数后，在不对仪器本身系统结构做任何改变的情况下，停掉起偏臂或检偏臂端低速电机，切换为高产率模式，此时其他参数默认不变，仅需校准起偏臂和检偏臂两端补偿器的初始方位角。依据实际工业检测中的具体需求，通过让双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪的双旋转模式与高产率模式灵活切换，达到高精度或高产率的测量要求。本发明的各实施方式可以任意进行组合，以实现不同的技术效果。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种穆勒矩阵椭偏仪的双旋转与高产率模式切换方法，其特征在于，包括：
步骤1，使双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪工作在双旋转模式下，计算获得系统参数；
步骤2，关停起偏臂或检偏臂端电机，重新校准部分系统参数；
步骤3，更新系统参数，双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪成功从双旋转模式切换为高产率模式。
2.根据权利要求1所述的穆勒矩阵椭偏仪的双旋转与高产率模式切换方法，其特征在于，步骤1具体包括：
101，获取双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪采集的第一光强谐波信号；其中，所述第一光强谐波信号是使用穆勒矩阵椭偏仪对标准样件进行测量并采集标准样件反射的光束获得的；
102，对所述第一光强谐波信号进行傅里叶分析，计算获得第一傅里叶系数，进而计算双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪工作在双旋转模式下的系统参数。
3.根据权利要求2所述的穆勒矩阵椭偏仪的双旋转与高产率模式切换方法，其特征在于，步骤102中，对所述第一光强谐波信号进行傅里叶分析，计算获得第一傅里叶系数，具体包括：
在设定积分时间
内，测量第j个采集点得到的第一光强谐波信号Sj，表示为：
双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪的反射光强计算函数为：
I(t)为第一光强谐波信号的光强，t为旋转补偿器旋转时间，α2k,β2k表示第一光强谐波信号2k倍频的傅里叶系数，k＝1,2,...,K为傅里叶系数阶数，ω为旋转补偿器的旋转基频；
利用式(1)和式(2)，求解出第一傅里叶系数α2k,β2k，以及第一光强谐波信号的直流分量I0。
4.根据权利要求2所述的穆勒矩阵椭偏仪的双旋转与高产率模式切换方法，其特征在于，步骤102中所述计算双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪工作在双旋转模式下的系统参数具体包括：
根据所述第一傅里叶系数，以及双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪的系统参数与第一傅里叶系数之间的数学关系，计算双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪全光谱范围所有波长点的系统参数；其中，系统参数包括起偏臂的初始方位角P，检偏臂的初始方位角A，起偏臂端补偿器初始方位角和相位延迟量C1,δ1，检偏臂端补偿器初始方位角和相位延迟量C2,δ2；
5.根据权利要求1所述的穆勒矩阵椭偏仪的双旋转与高产率模式切换方法，其特征在于，步骤2具体包括：
在双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪工作在双旋转模式时，关停起偏臂端电机或检偏臂端电机，并重新校准两个补偿器系统参数。
6.根据权利要求5所述的穆勒矩阵椭偏仪的双旋转与高产率模式切换方法，其特征在于，所述重新校准两个补偿器系统参数，具体包括：
201，在关停起偏臂端电机或检偏臂端电机后，重新测量标准样件获得第二光强谐波信号；
202，对所述第二光强谐波信号进行傅里叶分析，计算获得第二傅里叶系数；
203，基于所述第二傅里叶系数，计算起偏臂端补偿器方位角参数校准值和检偏臂端补偿器方位角参数校准值。
7.根据权利要求6所述的穆勒矩阵椭偏仪的双旋转与高产率模式切换方法，其特征在于，步骤202中，对所述第二光强谐波信号进行傅里叶分析，计算获得第二傅里叶系数，具体包括：
在设定积分时间
内，测量第j个采集点得到的第二光强谐波信号Sj'，表示为：
在切断所述起偏臂端电机或检偏臂端电机供电后，穆勒矩阵椭偏仪采集的第二光强谐波信号包含0倍频，2倍频和4倍频的谐波分量，则有：
I(t)'为第二光强谐波信号的光强，t为旋转补偿器旋转时间，α2n,β2n表示第二光强谐波信号2n倍频的傅里叶系数，n＝1,2为傅里叶系数阶数，ω为旋转补偿器的旋转基频；
利用式(9)和式(10)，求解出4个第二傅里叶系数α2n,β2n，以及第二光强谐波信号的直流分量I0'。
8.根据权利要求6所述的穆勒矩阵椭偏仪的双旋转与高产率模式切换方法，其特征在于，步骤203具体包括：
1)以步骤1计算获得的补偿器在双旋转模式下的参数为初值，建立理论模型，计算理论傅里叶系数；
2)计算理论傅里叶系数与通过第二光强谐波信号进行傅里叶分析获得的实际第二傅里叶系数之差，若小于设定阈值，则输出两个补偿器系统参数校准值，进入步骤4)；若大于设定阈值，则进入步骤3)；
3)采用非线性回归算法拟合所述理论模型，获得穆勒矩阵椭偏仪第1个波长点的起偏臂端补偿器参数校准值C1'和检偏臂端补偿器参数校准值C2'；基于两个补偿器系统参数校准值获得新的理论傅里叶系数，返回步骤2)；
4)以校准获得的第i个波长点的起偏臂端补偿器参数校准值C1'和检偏臂端补偿器参数校准值C2'为初值，建立理论模型，计算理论傅里叶系数重复步骤2)～步骤3)，获得穆勒矩阵椭偏仪第i+1个波长点的起偏臂端补偿器参数校准值和检偏臂端补偿器参数校准值；
5)重复步骤4)，对全光谱范围内所有波长点的起偏臂端补偿器参数和检偏臂端补偿器参数进行校准。
9.一种穆勒矩阵椭偏仪的双旋转与高产率模式切换系统，其特征在于，包括：
系统参数计算模块，用于使双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪工作在双旋转模式下，计算获得系统参数；
参数校准模块，用于关停起偏臂或检偏臂端电机，重新校准部分系统参数；
高产率模式切换模块，用于更新系统参数，双补偿器型穆勒矩阵椭偏仪成功从双旋转模式切换为高产率模式。
10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至8任一项所述穆勒矩阵椭偏仪的双旋转与高产率模式切换方法的步骤。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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