Матричный спектральный эллипсоид Мюллера основан на более универсальном формализме Мюллера - Стокса. Он строит матрицу Мюллера 4x4, систематически изменяя поляризованное состояние падающего света (достигаемое дефлектором и генератором регулируемого поляризованного состояния) и точно измеряя отраженное или пропускающее поляризованное состояние света, состоящее из всех четырех параметров Стокса (реализуемое дефлектором и анализатором поляризованного состояния). Матрица полностью описывает все изменения падающего поляризованного света (интенсивность, полярность, направление поляризации, эллиптическая скорость и т. Д. Сложные образцы.
Типичный спектральный эллипсоид матрицы Мюллера состоит в основном из следующих ключевых подсистем, которые работают вместе, чтобы сформировать сложную оптическую измерительную цепь:
Источники света и спектрогенетические системы
Это отправная точка измерения, которая обеспечивает падающий свет в широком диапазоне длин волн для всей системы.
Источники света: как правило, используются гало - вольфрамовые или ксеноновые лампы высокой яркости и широкого спектра. Для конкретных применений также могут использоваться лазерные или светодиодные массивы. Стабильность источника света и спектральная непрерывность имеют решающее значение.
Монохрометр / спектрометр: В системах типа вращающегося анализатора / компенсатора или типа изображения монохроматор часто используется для рассеивания широкого спектра света, выбирая определенную длину волны для измерения. В преобразователях Фурье или системах, основанных на массивных детекторах, спектрометр используется для одновременного обнаружения нескольких длин волн. В настоящее время в основном используются последние, используя широкополосные источники света в сочетании с высокочувствительными детекторами решетки для достижения быстрого спектрального сканирования.
Прямая и сфокусированная оптика: включает в себя линзы, зеркала и т. Д. Используется для выравнивания света, излучаемого источником света, в параллельный луч и точной фокусировки на точке измерения поверхности образца, чтобы обеспечить управляемость размера пятна и угла падения.
2. Генераторы поляризованного состояния
Он отвечает за создание ряда известных и точно контролируемых поляризованных состояний падения.
Отклонитель: обычно это фиксированная линейная поляризационная пластина, которая преобразует неполяризованный свет, излучаемый источником света, в линейно поляризованный свет в определенном направлении в качестве эталона для последующей модуляции.
Регулируемый генератор поляризованного состояния: это ядро PSG, используемое для создания требуемого произвольного поляризованного состояния (линейное отклонение, круговое отклонение, эллиптическое отклонение) путем изменения угла ориентации и / или фазовой задержки на основе линейно - поляризованного света, генерируемого дефлектором. Часто используемые технологии включают:
Компенсатор вращения: Используйте фиксированный волновой чип (обычно четверть волны) и высокоскоростной вращающийся компенсатор (другой волновой чип).
Вращающийся дефлектор / анализатор: изменение направления поляризации с помощью вращающегося дефлектора и / или дефлектора отклонения. Структура относительно проста, но скорость измерения медленнее.
Фотоэлектрический модулятор: использование пьезоэлектрического эффекта для быстрой модуляции фазовой задержки волнового чипа для достижения высокоскоростной, без движущихся компонентов поляризованной модуляции состояния, но с более высокой стоимостью, спектральный диапазон может быть ограничен.
Жидкокристаллический переменный замедлитель: изменение фазовой задержки путем управления ориентацией жидкокристаллических молекул с помощью напряжения может обеспечить управление поляризацией статических и неподвижных компонентов с высокой гибкостью, но скорость реакции и спектральный диапазон должны быть оптимизированы.
3. Станция для отбора проб и угловой контроль
Станция для образцов - это место, где свет взаимодействует с образцом, точность которого напрямую влияет на результаты измерений.
Стенд прецизионных образцов: обеспечивает стабильную платформу для размещения образцов, обычно с трехмерной регулировкой сдвига XYZ, чтобы гарантировать точное позиционирование измеренных пятен в определенной области образца.
Механизм управления углом: ключевым является регулирование угла падения. Измерения обычно проводятся под несколькими углами падения, чтобы увеличить объем информации и повысить точность соответствия.
Экологический контроль (необязательно): Может быть интегрирована камера управления температурой, вакуумом или атмосферой для изучения динамических изменений образца в различных средах.
4. Анализатор поляризованного состояния
Отвечает за точное измерение полного поляризованного состояния света, отраженного (или пропускаемого) от образца.
дефлектор: Как дефлектор, обычно это линейная поляризационная пластина.
Элементы анализа настраиваемого поляризованного состояния: используются для анализа различных компонентов поляризации. Благодаря высокоскоростному вращению и синхронному обнаружению можно демодулировать четыре параметра Стокса отраженного света.
Система визуализации: поляризованная информация на поверхности образца проецируется на детектор двумерной решетки для достижения измерения матрицы Мюллера с пространственным разрешением.
5. Система обнаружения
Преобразование световых сигналов в обработанные электрические сигналы.
Детектор: выбран в соответствии с спектральным диапазоном. Требуется высокая чувствительность, низкий уровень шума, широкий динамический диапазон и хорошая линейная реакция.
Обработка и сбор сигналов: Включая усилители, модульные преобразователи (ADC) и высокоскоростные карты сбора данных. Для систем с вращающимися элементами требуется точный синхронный сигнал (например, сигнал кодера) для запуска сбора данных и обеспечения точной записи интенсивности света в каждом угловом положении цикла вращения.
6. Системы контроля и обработки данных
Компьютер и программное обеспечение управления: управление источником света, вращающийся механизм (скорость, местоположение), сбор детектора, перемещение стенда образца и все другое оборудование. Выполнение последовательности измерений, мониторинг данных в реальном времени.
Программное обеспечение для обработки данных и моделирования: собранные исходные данные о интенсивности света через сложные алгоритмы воспроизводят элементы матрицы Мюллера. Затем пользователь создает физико - оптическую модель образца, программное обеспечение, которое соответствует вычисленной матрице Мюллера и измеренной матрице Мюллера, параметры модели обратного исполнения (толщина, n, k, шероховатость, ориентация кристаллической оси и т. Д.) и оценивает преимущества соответствия.