CN112539696A - 自参考干涉仪棱镜的退偏补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种自参考干涉仪棱镜的退偏补偿方法，包括：自参考干涉仪棱镜中作为反射面的屋脊面一、屋脊面二、底面一、屋脊面三、屋脊面四和底面二上镀有反射面膜层；根据反射面膜层的光学参数，计算其折射率；入射光入射到自参考干涉仪棱镜和反射面膜层的分界面时，分解为P偏振分量和S偏振分量，根据反射面膜层和自参考干涉仪棱镜的折射率，计算出射光的P偏振分量和S偏振分量在自参考干涉仪棱镜内反射产生的相位差和光强；出射光的椭圆度和光强作为评价参数，评价自参考干涉仪棱镜的退偏补偿效果。本公开通过偏振光的琼斯矩阵追迹并以出射光的椭圆度和光强作为评价参数，为反射面膜层参数的优化和效果评价提供了依据和实际可操作性。
Description
技术领域
本公开涉及集成电路制造领域，尤其涉及一种自参考干涉仪棱镜的退偏补偿方法。
背景技术
采用光学方法实现位移、位置高精度测量的系统，如激光干涉仪位移测量系统、光栅干涉仪位移测量系统、相位光栅位置测量系统等，大多数是基于偏振光干涉方法来实现高测量精度，且通常需要使用大量偏振光学元件。在此类光学系统中，严格控制光路各处偏振态是十分重要的，其中往往涉及如角锥棱镜、别汉棱镜、自参考干涉仪棱镜等结构较为复杂的棱镜对偏振态的影响。
例如在基于自参考干涉原理的相位光栅位置测量系统中，光栅衍射光经自参考干涉仪棱镜分光、反射后其偏振态将发生变化，即产生退偏，导致探测器上背景光增强，干涉信号对比度下降，影响光栅衍射光相位变化的测量精度，最终降低相位光栅位置测量精度。
因此，分析相位光栅位置测量系统中自参考干涉仪棱镜的退偏效应，采取必要的调控技术补偿该退偏对光束偏振态的影响，并给出合适的补偿效果评价方法将是十分重要的。
在现有棱镜退偏补偿方法往往存在一些弊端，如引入额外的光学元件会损耗出射光强，且在一些系统中难以实现棱镜的旋转或改变入射角，而镀保偏膜方案未考虑到存在多个反射面且发生多次不同角度的反射时，各反射面间的相位延迟叠加以及出射光的光强衰减问题，具有一定的局限性。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本公开提供了一种自参考干涉仪棱镜的退偏补偿方法，以解决以上所提出的技术问题。
(二)技术方案
根据本公开的一个方面，提供了一种自参考干涉仪棱镜的退偏补偿方法，所述自参考干涉仪棱镜包括：棱镜一和棱镜二；其中，所述棱镜一包括：屋脊面一、屋脊面二、底面一、出射面和偏振分束面一；所述棱镜二包括：屋脊面三、屋脊面四、底面二、入射面、偏振分束面二；其中，偏振分束面一与偏振分束面二之间镀有偏振分束膜；
所述退偏补偿方法包括：
S1，在所述自参考干涉仪棱镜中作为反射面的屋脊面一、屋脊面二、底面一、屋脊面三、屋脊面四和底面二上镀膜，得到反射面膜层；
S2，根据所述反射面膜层的光学参数，计算其折射率；
S3，入射光入射到所述自参考干涉仪棱镜和所述反射面膜层的分界面时，分解为P偏振分量和S偏振分量，根据P偏振分量和S偏振分量的反射系数，利用所述自参考干涉仪棱镜的琼斯矩阵对入射光进行偏振追迹，计算出射光的P偏振分量和S偏振分量在自参考干涉仪棱镜内反射时产生的相位差和光强；
S4，采用所述出射光的椭圆度和光强作为评价参数，评价所述自参考干涉仪棱镜的退偏补偿效果。
在本公开的一些实施例中，所述步骤S2根据所述反射面上的所述反射面膜层的光学参数，计算所述反射面膜层的折射率包括：所述反射面膜层的折射率n′的表达式为：
n′＝n(1+iκ)
其中，n和κ为所述反射面膜层光学常数。
在本公开的一些实施例中，所述反射面膜层为金属膜，n和κ均为非零常数。
在本公开的一些实施例中，所述反射面膜层为介质膜，n为非零常数，κ为零。
在本公开的一些实施例中，所述步骤S3包括：
S31，入射光入射到所述自参考干涉仪棱镜和所述反射面膜层的分界面时，折射角θt为
其中，θi为入射角；n1为玻璃折射率；n和κ为所述反射面膜层光学常数；
S32，在分界面处，入射光分解为P偏振分量和S偏振分量，P偏振分量的反射系数rp和S偏振分量的反射系数rs分别为：
根据P偏振分量的反射系数rp和S偏振分量的反射系数rs，利用所述自参考干涉仪棱镜的琼斯矩阵对入射光进行偏振追迹；
S33，计算P偏振分量和S偏振分量在分界面反射时产生的相位差。
在本公开的一些实施例中，所述步骤S32包括：
所述自参考干涉仪棱镜中偏振光零从入射面入射，经所述偏振分束膜分为透射部分的偏振光一和反射部分的偏振光二并分别入射棱镜一和棱镜二；所述偏振光零的P偏振分量和S偏振分量表示为：
其中，Ap0为偏振光零的P偏振分量的振幅，φp0为偏振光零的P偏振分量的辐角，As0为偏振光零的S偏振分量的振幅，φs0为偏振光零的S偏振分量的辅角；
所述偏振光零的光强为：
I0＝Ap0 2+As0 2
所述偏振光一的P偏振分量和S偏振分量表示为：
其中，Ap1为偏振光一的P偏振分量的振幅，φp1为偏振光一的P偏振分量的辐角，As1为偏振光一的S偏振分量的振幅，φs1为偏振光一的S偏振分量的辅角；
且所述偏振光一与所述偏振光零的关系为：
其中，tp为偏振分束膜的P偏振分量的透射系数；ts为偏振分束膜的S 偏振分量的透射系数；
所述偏振光一经所述屋脊面一、所述底面一、所述屋脊面二反射后得到所述偏振光三，所述偏振光三的P偏振分量和S偏振分量表示为：
其中，Ap3为偏振光三的P偏振分量的振幅，φp3为偏振光三的P偏振分量的辐角，As3为偏振光三的S偏振分量的振幅，φs3为偏振光三的S偏振分量的辅角；
且所述偏振光三与所述偏振光一的关系可表示为：
其中，Hi、Ii、Ji、Ki为所述偏振光一入射到所述屋脊面一、所述底面一、所述屋脊面二、所述偏振分束面一的坐标旋转矩阵的参数，其中， i＝1，2，3，4；rp1、rp2、rp3分别为P偏振分量在所述屋脊面一、所述底面一和所述屋脊面二的反射系数；rs1、rs2、rs3分别为S偏振分量在所述屋脊面一、所述底面一和所述屋脊面二的反射系数；
所述偏振光三再次入射到所述偏振分束面一，经偏振分束膜反射后从出射面射出，得到偏振光五，所述偏振光五的P偏振分量和S偏振分量表示为：通过振幅为Ap5、辐角为φp5的P偏振分量，以及振幅为As5、辐角为φs5的S偏振分量表示为：
其中，Ap5为偏振光五的P偏振分量的振幅，φp5为偏振光五的P偏振分量的辐角，As5为偏振光五的S偏振分量的振幅，φs5为偏振光五的S偏振分量的辅角；
且所述偏振光五与所述偏振光三的关系可表示为：
其中，rp4为P偏振分量在偏振分束膜的反射系数，rs4为S偏振分量在偏振分束膜的反射系数；
所述偏振光二的P偏振分量和S偏振分量表示为：
其中，Ap2为偏振光二的P偏振分量的振幅，φp2为偏振光二的P偏振分量的辐角，As2为偏振光二的S偏振分量的振幅，φs2为偏振光二的S偏振分量的辅角；
且所述偏振光二与所述偏振光零的关系为：
所述偏振光二依次经屋脊面三、底面二、屋脊面四反射后，得到偏振光四，所述偏振光四的P偏振分量和S偏振分量表示为：
其中，Ap4为偏振光四的P偏振分量的振幅，φp4为偏振光四的P偏振分量的辐角，As4为偏振光四的S偏振分量的振幅，φs4为偏振光四的S偏振分量的辅角；
且所述偏振光四与所述偏振光二的关系可表示为：
其中，Hj、Ij、Jj、Kj(j＝5，6，7，8)为所述偏振光二入射到所述屋脊面三、底面二、屋脊面四、所述偏振分束面二的坐标旋转矩阵的参数，rp5、rp6、 rp7为P偏振分量在屋脊面三、底面二、屋脊面四的反射系数；rs5、rs6、rs7为S偏振分量在屋脊面三、底面二、屋脊面四的反射系数；
所述偏振光四入射到偏振分束面二，经偏振分束膜透射后从出射面射出，得到偏振光六，所述偏振光六的P偏振分量和S偏振分量表示为：
其中，Ap6为偏振光六的P偏振分量的振幅，φp6为偏振光六的P偏振分量的辐角，As6为偏振光六的S偏振分量的振幅，φs6为偏振光六的S偏振分量的辅角；
且所述偏振光六与所述偏振光四的关系可表示为：
在本公开的一些实施例中，所述步骤S33包括：
将所述偏振光五和所述偏振光六合成为偏振光七：
所述偏振光七的P偏振分量和S偏振分量表示为：
其中，Ap7为偏振光七的P偏振分量的振幅，φp7为偏振光七的P偏振分量的辐角，As7为偏振光七的S偏振分量的振幅，φs7为偏振光七的S偏振分量的辅角；
所述偏振光七的P偏振分量和S偏振分量的相位差为：
δ＝|φp7-φs7|；
所述偏振光七的光强为：
I7＝Ap7 2+As7 2。
在本公开的一些实施例中，所述步骤S4包括：以所述偏振光七的椭圆度tanμ和出射光强I7作为退偏效应补偿效果的评价参数，分别为：
tanμ＝tan[(sin 2α)sinδ/2]；
I7＝Ap7 2+As7 2；
其中，α为一辅助角，满足tanα＝Ap7/As7，δ为偏振光七的P偏振分量和S偏振分量的相位差；
所述偏振光七的椭圆度与所述偏振光零的椭圆度的差值与退偏补偿效果正相关。
在本公开的一些实施例中，所述步骤S4还包括：
所述偏振光七与偏振光零的光强比与退偏补偿效果正相关。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开自参考干涉仪棱镜的退偏补偿方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
(1)本公开不需调整自参考干涉棱镜的结构，不需在相位光栅位置测量系统中添加额外的偏振光学器件，并且可以有效处理多个反射面的相位延迟叠加问题并提高出射光的光强大小。
(2)本公开通过在自参考干涉仪棱镜反射面上镀制优化后的反射面膜层，可有效减小入射偏振光在自参考干涉仪棱镜中传输时产生的退偏效应，使出射偏振光更接近入射偏振光。
(3)本公开通过在自参考干涉仪棱镜反射面上镀膜，可提高出射偏振分量幅值，得到更强的出射光强度，有利于提高探测器上的干涉信号的信噪比，有利于保证系统的测量精度。
(4)本公开通过偏振光的琼斯矩阵追迹并采用出射光的椭圆度和光强作为评价参数，为反射面膜层参数的优化和效果评价提供了依据和实际可操作性。
附图说明
图1为本公开实施例自参考干涉仪棱镜的退偏补偿方法的示意图。
图2为本公开实施例自参考干涉仪棱镜的示意图。
图3为本公开实施例自参考干涉仪棱镜中棱镜一的右视示意图。
图4为本公开实施例自参考干涉仪棱镜中棱镜二的俯视示意图。
图5a为不镀膜时最后一次入射到偏振分光膜前偏振光一的偏振椭圆。
图5b为不镀膜时最后一次入射到偏振分光膜线偏振光二的偏振椭圆。
图6a为镀铬膜时最后一次入射到偏振分光膜前偏振光一的偏振椭圆。
图6b为镀铬膜时最后一次入射到偏振分光膜前偏振光二的偏振椭圆。
具体实施方式
作为本公开自参考干涉仪棱镜的退偏补偿方法实施的载体，自参考干涉棱镜的结构如图1所示，自参考干涉仪棱镜由棱镜一100和棱镜二200 组成。其中棱镜一100包括屋脊面一101、屋脊面二102、底面一103a、出射面103b、偏振分束面一104。棱镜二200包括屋脊面三201、屋脊面四202、底面二203、入射面205、偏振分束面二204。其中偏振分束面一 104与偏振分束面二204之间镀有偏振分束膜。
如图2所示，偏振光一依次经屋脊面一101、底面一103a、屋脊面二 102发生反射，以竖直向下的方向再次入射到偏振分束面一104，经偏振分束膜反射后以垂直于出射面103b的方向出射；
如图3所示，偏振光二依次经屋脊面三201、底面二203、屋脊面三 201发生反射，以水平向左的方向再次入射到偏振分束面二204，经偏振分束膜透射后以垂直于出射面的方向出射。
偏振光零的偏振方向与偏振分束膜的P偏振方向成45°角，偏振光一、偏振光二的偏振方向分别为平行(P)、垂直(S)于偏振光零与偏振分束膜形成的入射面。偏振光一、偏振光二经棱镜一100、棱镜二200反射后，偏振方向均发生90°旋转，以偏振光五、偏振光六同轴出射，并合成光矢量为偏振光七。
屋脊面一101、底面一103a、屋脊面二102、屋脊面三201、底面二203、屋脊面四202发生全反射时，对于P偏振方向、S偏振方向的偏振光产生不同的相位延迟，由于相位延迟的程度不同，导致出射光变为椭圆偏振光。对于P偏振方向、S偏振方向的相位延迟满足：
其中，n21＝n2/n1为实数，n1、n2分别为棱镜的折射率和空气折射率，θi为入射角。全反射下，屋脊面一、底面一、屋脊面二、屋脊面三、底面二、屋脊面三的反射系数满足：
为了减弱上述的发生全反射时偏振光因相位延迟变为椭圆偏振光的退偏效应，在自参考干涉仪棱镜的屋脊面一、屋脊面二、底面一、屋脊面三、屋脊面四和底面二镀制反射面膜层，使得偏振光三的P偏振分量的振幅为Ap3，，S偏振分量的振幅为As3；偏振光四的P偏振分量的振幅为Ap4，S偏振分量的振幅为As4；通过控制屋脊面一、屋脊面二、底面一、屋脊面三、屋脊面四和底面二上的反射面膜层参数，|As3/Ap3|、|Ap4/As4| 大于某一要求的量值σ。
为解决上述问题，本公开实施例提供的一种自参考干涉仪棱镜的退偏补偿方法，包括：
步骤S1，所述自参考干涉仪棱镜中作为反射面的屋脊面一(101)、屋脊面二(102)、底面一(103a)、屋脊面三(201)、屋脊面四(202)和底面二(203)上镀有反射面膜层，有利于提高探测器上的干涉信号的信噪比，有利于保证系统的测量精度。本公开通过在自参考干涉仪棱镜反射面上镀制优化后的反射面膜层，可有效减小入射偏振光在自参考干涉仪棱镜中传输时产生的退偏效应，使出射偏振光更接近入射偏振光。
步骤S2，根据所述反射面膜层的光学参数，计算所述反射面膜层的折射率。具体包括：
根据所述反射面上的所述反射面膜层的光学参数，计算所述反射面膜层的折射率包括：所述反射面膜层的折射率n′的表达式为：
n′＝n(1+iκ)
其中，n和κ为所述反射面膜层光学常数。
以下提供两种具体的实施例，但并不仅限于以下两种，其他本领域技术人员能够获知的实施例不再一一例举。
实施例一
反射面膜层为金属膜时，n和κ均为非零常数。
实施例二
反射面膜层为介质膜时，n为非零常数，κ为零。
步骤S3，入射光入射到所述自参考干涉仪棱镜和所述反射面膜层的分界面时，分解为P偏振分量和S偏振分量，根据P偏振分量和S偏振分量的反射系数，利用所述自参考干涉仪棱镜的琼斯矩阵对入射光进行偏振追迹，计算出射光的P偏振分量和S偏振分量在分界面反射时产生的相位差和光强。具体包括：
步骤S31，入射光入射到所述自参考干涉仪棱镜和所述反射面膜层分界面时，折射角θt为
其中，θi为入射角；n1为玻璃折射率；n和κ为所述反射面膜层光学常数。
步骤S32中在分界面处，入射光分解为P偏振分量和S偏振分量，P 偏振分量的反射系数rp和S偏振分量的反射系数rs分别为：
反射系数rp和rs的幅值|rp|和|rs|表示P偏振分量和S偏振分量在分界面上的振幅反射率，辐角φp＝arg{rp}和φs＝arg{rs}分别表示P偏振分量和S 偏振分量在分界面反射时产生的相位差，利用所述自参考干涉仪棱镜的琼斯矩阵对入射光进行偏振追迹。具体包括：
自参考干涉仪棱镜中偏振光零300从入射面205入射，经所述偏振分束膜分为透射部分的偏振光一301和反射部分的偏振光二302并分别入射棱镜一100和棱镜二200；所述偏振光零的P偏振分量和S偏振分量表示为：
其中，Ap0为偏振光零的P偏振分量的振幅，φp0为偏振光零的P偏振分量的辐角，As0为偏振光零的S偏振分量的振幅，φs0为偏振光零的S偏振分量的辅角；
所述偏振光零的光强为：
I0＝Ap0 2+As0 2
所述偏振光一(301)的P偏振分量和S偏振分量表示为：
其中，Ap1为偏振光一的P偏振分量的振幅，φp1为偏振光一的P偏振分量的辐角，As1为偏振光一的S偏振分量的振幅，φs1为偏振光一的S偏振分量的辅角；
且所述偏振光一与所述偏振光零的关系为：
其中，tp为偏振分束膜的P偏振分量的透射系数；ts为偏振分束膜的S 偏振分量的透射系数；
所述偏振光一经所述屋脊面一101、所述底面一103a、所述屋脊面二 102反射后得到所述偏振光三303，所述偏振光三303的P偏振分量和S 偏振分量表示为：
其中，Ap3为偏振光三的P偏振分量的振幅，φp3为偏振光三的P偏振分量的辐角，As3为偏振光三的S偏振分量的振幅，φs3为偏振光三的S偏振分量的辅角；
且所述偏振光三与所述偏振光一的关系可表示为：
其中，Hi、Ii、Ji、Ki(i＝1，2，3，4)为所述偏振光一入射到所述屋脊面一 101、所述底面一103a、所述屋脊面二102、所述偏振分束面一104的坐标旋转矩阵的参数；rp1、rp2、rp3分别为P偏振分量在所述屋脊面一101、所述底面一103a和所述屋脊面二102的反射系数；rs1、rs2、rs3分别为S 偏振分量在所述屋脊面一101、所述底面一103a和所述屋脊面二102的反射系数；
所述偏振光三303再次入射到所述偏振分束面一104，经偏振分束膜反射后从出射面103b射出，得到偏振光五305，所述偏振光五305的P 偏振分量和S偏振分量表示为：通过振幅为Ap5、辐角为φp5的P偏振分量，以及振幅为As5、辐角为φs5的S偏振分量表示为：
其中，Ap5为偏振光五的P偏振分量的振幅，φp5为偏振光五的P偏振分量的辐角，As5为偏振光五的S偏振分量的振幅，φs5为偏振光五的S偏振分量的辅角；
且所述偏振光五与所述偏振光三的关系可表示为：
其中，rp4为P偏振分量在偏振分束膜的反射系数，rs4为S偏振分量在偏振分束膜的反射系数；
所述偏振光二的P偏振分量和S偏振分量表示为：
其中，Ap2为偏振光二的P偏振分量的振幅，φp2为偏振光二的P偏振分量的辐角，As2为偏振光二的S偏振分量的振幅，φs2为偏振光二的S偏振分量的辅角；
且所述偏振光二与所述偏振光零的关系为：
所述偏振光二302依次经屋脊面三201、底面二203、屋脊面四202 反射后，得到偏振光四304，所述偏振光四304的P偏振分量和S偏振分量表示为：
其中，Ap4为偏振光四的P偏振分量的振幅，φp4为偏振光四的P偏振分量的辐角，As4为偏振光四的S偏振分量的振幅，φs4为偏振光四的S偏振分量的辅角；
且所述偏振光四与所述偏振光二的关系可表示为：
其中，Hj、Ij、Jj、Kj(j＝5，6，7，8)为所述偏振光二入射到所述屋脊面三 (201)、底面二(203)、屋脊面四(202)、所述偏振分束面二(204)的坐标旋转矩阵的参数，rp5、rp6、rp7为P偏振分量在屋脊面三201、底面二 203、屋脊面四202的反射系数；rs5、rs6、rs7为S偏振分量在屋脊面三201、底面二203、屋脊面四202的反射系数；
所述偏振光四304入射到偏振分束面二204，经偏振分束面二204透射后从出射面103b射出，得到偏振光六306，所述偏振光六的P偏振分量和S偏振分量表示为：
其中，Ap6为偏振光六的P偏振分量的振幅，φp6为偏振光六的P偏振分量的辐角，As6为偏振光六的S偏振分量的振幅，φs6为偏振光六的S偏振分量的辅角；
且所述偏振光六与所述偏振光四的关系可表示为：
S33，计算P偏振分量和S偏振分量在分界面反射时产生的相位差。具体包括：
将所述偏振光五和所述偏振光六合成为偏振光七：
所述偏振光七的P偏振分量和S偏振分量表示为：
其中，Ap7为偏振光七的P偏振分量的振幅，φp7为偏振光七的P偏振分量的辐角，As7为偏振光七的S偏振分量的振幅，φs7为偏振光七的S偏振分量的辅角；
所述偏振光七的P偏振分量和S偏振分量的相位差为：
δ＝|φp7-φs7|；
所述偏振光七的光强为：
I7＝Ap7 2+As7 2。
根据上述可知，本公开利用自参考干涉仪棱镜的琼斯矩阵对入射光进行偏振追迹，从而对自参考干涉仪棱镜的退偏效应进行分析。自参考干涉仪棱镜的琼斯矩阵仅与其结构、反射系数有关。退偏效应受屋脊面一、底面一、屋脊面二、屋脊面三、底面二、屋脊面三对P偏振方向、S偏振方向的反射系数影响。各反射面的反射系数与镀膜类型有关，并可以利用琼斯矩阵进行计算评估。
步骤S4，采用所述出射光的椭圆度和光强作为评价参数，评价所述自参考干涉仪棱镜的退偏补偿效果。以下提供两种评价方式：
方式一：
以所述偏振光七的椭圆度tanμ和出射光强I7作为退偏效应补偿效果的评价参数，分别为：
tanμ＝tan[(sin 2α)sinδ/2]；
I7＝Ap7 2+As7 2；
其中，α为一辅助角，满足tanα＝Ap7/As7，δ为偏振光七的P偏振分量和S偏振分量的相位差；
所述偏振光七的椭圆度与所述偏振光零的椭圆度的差值与退偏补偿效果正相关。即，所述偏振光七的椭圆度越接近所述偏振光零的椭圆度，则退偏补偿效果越好；所述偏振光七的椭圆度越远离所述偏振光零的椭圆度，则退偏补偿效果越差。
方式二：
所述偏振光七与偏振光零的光强比与退偏补偿效果正相关。即，所述偏振光七的光强I7越大，|I7/I0|越大，退偏补偿效果越好；所述偏振光七的光强I7越小，|I7/I0|越小，退偏补偿效果越差；其中，I0为偏振光零的光强。
以下提供一个具体实施方式，仅以自参考干涉仪棱镜(采用K9玻璃材料)作为例进行说明，本申请提供的退偏补偿方法及其评价方法也适用于其他棱镜。
设入射自参考干涉棱镜的偏振光零为：
在屋脊面一101、底面一103a、屋脊面二102、屋脊面三201、底面二203、屋脊面三201未镀膜时，偏振光三、偏振光四的偏振态琼斯矩阵为：
在在屋脊面一101、底面一103a、屋脊面二102、屋脊面三201、底面二203、屋脊面三201镀铬(Cr)膜时，偏振光三、偏振光四的偏振态琼斯矩阵为：
由以上分析可知，偏振光零入射自参考干涉棱镜后，在最后经偏振分束面一、偏振分束面二出射前，变为椭圆偏振光。以图1中坐标系为参考得到椭圆偏振光如图5a、图5b、图6a、图6b所示。根据上述琼斯矩阵可以计算出椭圆偏振光的椭圆度tanε和椭偏角θ为：
①不镀膜时：
基于偏振光三的偏振态琼斯矩阵，计算偏振光三的椭圆度＝tanε＝0.3607，ε＝19.8348°；θ＝0；
基于偏振光四的偏振态琼斯矩阵，计算偏振光四的椭圆度＝tanε＝2.7723，ε＝70.1652°；θ＝90°；
②镀铬膜后：
基于偏振光三的偏振态琼斯矩阵，计算偏振光三的椭圆度＝tanε＝10.3199，ε＝84.4653°；θ＝88.333°；
基于偏振光四的偏振态琼斯矩阵，计算偏振光四的椭圆度＝tanε＝0.0969，ε＝5.5347°；θ＝-1.667°；
在偏振光三、偏振光四经偏振分光膜反射、透射后，可以得到偏振光五、偏振光六的琼斯矩阵：
①不镀膜时：
②镀铬膜后：
因此可以得到由偏振光五、偏振光六合成偏振光七在不镀膜与镀铬膜时的光强和相位差分别为：
①不镀膜时：
②镀铬膜后：
由以上数据和图5a、图5b、图6a、图6b可以看出，在不镀膜时，棱镜一100与棱镜二200均存在较为严重的漏光。镀膜后，漏光的程度明显减弱，而且偏振光七的椭圆度变大，即更接近偏振光零的椭圆度。
由上述实例证实，在自参考干涉仪棱镜的屋脊面一101、底面一103a、屋脊面二102、屋脊面三201、底面二203、屋脊面三201上镀膜后可以使偏振光七的椭圆度更接近偏振光零，漏光减少，出射光的光强有很大的提高，可以有效的减弱退偏效应。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种自参考干涉仪棱镜的退偏补偿方法，所述自参考干涉仪棱镜包括：棱镜一(100)和棱镜二(200)；其中，所述棱镜一(100)包括：屋脊面一(101)、屋脊面二(102)、底面一(103a)、出射面(103b)和偏振分束面一(104)；所述棱镜二(200)包括：屋脊面三(201)、屋脊面四(202)、底面二(203)、入射面(205)、偏振分束面二(204)；其中，偏振分束面一(104)与偏振分束面二(204)之间镀有偏振分束膜；
所述退偏补偿方法包括：
S1，在所述自参考干涉仪棱镜中作为反射面的屋脊面一(101)、屋脊面二(102)、底面一(103a)、屋脊面三(201)、屋脊面四(202)和底面二(203)上镀膜，得到反射面膜层；
S2，根据所述反射面膜层的光学参数，计算其折射率；
S3，入射光入射到所述自参考干涉仪棱镜和所述反射面膜层的分界面时，分解为P偏振分量和S偏振分量，根据P偏振分量和S偏振分量的反射系数，利用所述自参考干涉仪棱镜的琼斯矩阵对入射光进行偏振追迹，计算出射光的P偏振分量和S偏振分量在自参考干涉仪棱镜内反射时产生的相位差和光强；
S4，采用所述出射光的椭圆度和光强作为评价参数，评价所述自参考干涉仪棱镜的退偏补偿效果。
2.根据权利要求1所述的退偏补偿方法，其中，所述步骤S2根据所述反射面上的所述反射面膜层的光学参数，计算所述反射面膜层的折射率包括：所述反射面膜层的折射率n′的表达式为：
n′＝n(1+iκ)
其中，n和κ为所述反射面膜层光学常数。
3.根据权利要求2所述的退偏补偿方法，其中，所述反射面膜层为金属膜，n和κ均为非零常数。
4.根据权利要求2所述的退偏补偿方法，其中，所述反射面膜层为介质膜，n为非零常数，κ为零。
5.根据权利要求1所述的退偏补偿方法，其中，所述步骤S3包括：
S31，入射光入射到所述自参考干涉仪棱镜和所述反射面膜层的分界面时，折射角θt为
其中，θi为入射角；n1为玻璃折射率；n和κ为所述反射面膜层光学常数；
S32，在分界面处，入射光分解为P偏振分量和S偏振分量，P偏振分量的反射系数rp和S偏振分量的反射系数rs分别为：
根据P偏振分量的反射系数rp和S偏振分量的反射系数rs，利用所述自参考干涉仪棱镜的琼斯矩阵对入射光进行偏振追迹；
S33，计算P偏振分量和S偏振分量在分界面反射时产生的相位差。
6.根据权利要求5所述的退偏补偿方法，其中，所述步骤S32包括：
所述自参考干涉仪棱镜中偏振光零(300)从入射面(205)入射，经所述偏振分束膜分为透射部分的偏振光一(301)和反射部分的偏振光二(302)并分别入射棱镜一(100)和棱镜二(200)；所述偏振光零的P偏振分量和S偏振分量表示为：
其中，Ap0为偏振光零的P偏振分量的振幅，φp0为偏振光零的P偏振分量的辐角，As0为偏振光零的S偏振分量的振幅，φs0为偏振光零的S偏振分量的辅角；
所述偏振光零的光强为：
I0＝Ap0 2+As0 2
所述偏振光一(301)的P偏振分量和S偏振分量表示为：
其中，Ap1为偏振光一的P偏振分量的振幅，φp1为偏振光一的P偏振分量的辐角，As1为偏振光一的S偏振分量的振幅，φs1为偏振光一的S偏振分量的辅角；
且所述偏振光一与所述偏振光零的关系为：
其中，tp为偏振分束膜的P偏振分量的透射系数；ts为偏振分束膜的S偏振分量的透射系数；
所述偏振光一经所述屋脊面一(101)、所述底面一(103a)、所述屋脊面二(102)反射后得到所述偏振光三(303)，所述偏振光三(303)的P偏振分量和S偏振分量表示为：
其中，Ap3为偏振光三的P偏振分量的振幅，φp3为偏振光三的P偏振分量的辐角，As3为偏振光三的S偏振分量的振幅，φs3为偏振光三的S偏振分量的辅角；
且所述偏振光三与所述偏振光一的关系可表示为：
其中，Hi、Ii、Ji、Ki为所述偏振光一入射到所述屋脊面一(101)、所述底面一(103a)、所述屋脊面二(102)、所述偏振分束面一(104)的坐标旋转矩阵的参数，其中，i＝1，2，3，4；rp1、rp2、rp3分别为P偏振分量在所述屋脊面一(101)、所述底面一(103a)和所述屋脊面二(102)的反射系数；rs1、rs2、rs3分别为S偏振分量在所述屋脊面一(101)、所述底面一(103a)和所述屋脊面二(102)的反射系数；
所述偏振光三(303)再次入射到所述偏振分束面一(104)，经偏振分束膜反射后从出射面(103b)射出，得到偏振光五(305)，所述偏振光五(305)的P偏振分量和S偏振分量表示为：通过振幅为Ap5、辐角为φp5的P偏振分量，以及振幅为As5、辐角为φs5的S偏振分量表示为：
其中，Ap5为偏振光五的P偏振分量的振幅，φp5为偏振光五的P偏振分量的辐角，As5为偏振光五的S偏振分量的振幅，φs5为偏振光五的S偏振分量的辅角；
且所述偏振光五与所述偏振光三的关系可表示为：
其中，rp4为P偏振分量在偏振分束膜的反射系数，rs4为S偏振分量在偏振分束膜的反射系数；
所述偏振光二的P偏振分量和S偏振分量表示为：
其中，Ap2为偏振光二的P偏振分量的振幅，φp2为偏振光二的P偏振分量的辐角，As2为偏振光二的S偏振分量的振幅，φs2为偏振光二的S偏振分量的辅角；
且所述偏振光二与所述偏振光零的关系为：
所述偏振光二(302)依次经屋脊面三(201)、底面二(203)、屋脊面四(202)反射后，得到偏振光四(304)，所述偏振光四(304)的P偏振分量和S偏振分量表示为：
其中，Ap4为偏振光四的P偏振分量的振幅，φp4为偏振光四的P偏振分量的辐角，As4为偏振光四的S偏振分量的振幅，φs4为偏振光四的S偏振分量的辅角；
且所述偏振光四与所述偏振光二的关系可表示为：
其中，Hj、Ij、Jj、Kj为所述偏振光二入射到所述屋脊面三(201)、底面二(203)、屋脊面四(202)、所述偏振分束面二(204)的坐标旋转矩阵的参数，其中，j＝5，6，7，8；rp5、rp6、rp7为P偏振分量在屋脊面三(201)、底面二(203)、屋脊面四(202)的反射系数；rs5、rs6、rs7为S偏振分量在屋脊面三(201)、底面二(203)、屋脊面四(202)的反射系数；
所述偏振光四(304)入射到偏振分束面二(204)，经偏振分束膜透射后从出射面(103b)射出，得到偏振光六(306)，所述偏振光六的P偏振分量和S偏振分量表示为：
其中，Ap6为偏振光六的P偏振分量的振幅，φp6为偏振光六的P偏振分量的辐角，As6为偏振光六的S偏振分量的振幅，φs6为偏振光六的S偏振分量的辅角；
且所述偏振光六与所述偏振光四的关系可表示为：
7.根据权利要求6所述的退偏补偿方法，其中，所述步骤S33包括：
将所述偏振光五和所述偏振光六合成为偏振光七：
所述偏振光七的P偏振分量和S偏振分量表示为：
其中，Ap7为偏振光七的P偏振分量的振幅，φp7为偏振光七的P偏振分量的辐角，As7为偏振光七的S偏振分量的振幅，φs7为偏振光七的S偏振分量的辅角；
所述偏振光七的P偏振分量和S偏振分量的相位差为：
δ＝|φp7-φs7|；
所述偏振光七的光强为：
I7＝Ap7 2+As7 2。
8.根据权利要求7所述的退偏补偿方法，其中，所述步骤S4包括：以所述偏振光七的椭圆度tanμ和出射光强I7作为退偏效应补偿效果的评价参数，分别为：
tanμ＝tan[(sin2α)sinδ/2]；
I7＝Ap7 2+As7 2；
其中，α为一辅助角，满足tanα＝Ap7/As7，δ为偏振光七的P偏振分量和S偏振分量的相位差；
所述偏振光七的椭圆度与所述偏振光零的椭圆度的差值与退偏补偿效果正相关。
9.根据权利要求7所述的退偏补偿方法，其中，所述步骤S4还包括：
所述偏振光七与偏振光零的光强比与退偏补偿效果正相关。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 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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