專利名稱：光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀及光學測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及光學測量技術(shù)領域，尤其涉及一種光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀及光學測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著半導體行業(yè)的快速發(fā)展，利用光學測量技術(shù)來快速精確地檢測半導體薄膜的厚度、材料特性及周期性結(jié)構(gòu)的三維形貌是控制生產(chǎn)過程，提高生產(chǎn)率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要應用于集成電路、平板顯示器、硬盤、太陽能電池等包含薄膜結(jié)構(gòu)的工業(yè)中。利用不同材料、 不同結(jié)構(gòu)的的薄膜在不同波長對不同偏振態(tài)的入射光具有不同的反射率，其反射光譜具有獨特性。當今先進的薄膜及三維結(jié)構(gòu)測量設備，如橢圓偏振儀和光學臨界尺度測量儀 (Optical Critical Dimension，簡稱0CD)要求滿足盡量寬的光譜測量能力以增加測量精確度，通常為190nm至lOOOnm。在薄膜結(jié)構(gòu)參數(shù)已知的情況下，薄膜反射光譜可通過數(shù)學模型計算得出。當存在未知結(jié)構(gòu)參數(shù)時，例如薄膜厚度，薄膜光學常數(shù)，表面三維結(jié)構(gòu)等，可通過回歸分析，擬合測量與模擬計算光譜，從而得出未知結(jié)構(gòu)參數(shù)。測量設備通常分為相對于樣品表面垂直入射的光學系統(tǒng)和相對于樣品表面傾斜入射的光學系統(tǒng)。垂直入射的光學系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)更加緊湊，通常可與其他工藝設備集成，實現(xiàn)生產(chǎn)與測量的整合及實時監(jiān)測?，F(xiàn)有技術(shù)中，垂直入射光譜儀的光學系統(tǒng)主要通過分光器，將探測光束與樣品反射光束分離， 使樣品反射光束無法逆向返回光源，而獨立入射至探測器。圖1為現(xiàn)有技術(shù)利用分光器進行光束分離的光譜儀。如圖1所示，該光譜儀中，光源101出射的發(fā)散光經(jīng)透鏡102后，平行入射透射通過分光器103，經(jīng)透鏡104會聚后聚焦至樣品105表面；樣品105表面的反射光經(jīng)透鏡104反射后，垂直入射分光器103 ；經(jīng)反射后經(jīng)透鏡106會聚，入射至探測器107， 獲得樣品表面的反射光譜。采用分光器的光譜儀存在的主要問題為1)光通量低，整個測量個過程中，光束由光源需經(jīng)同一分光器透射和反射各一次，進入探測器。所能達到的最大光通量比率為 25%，即分光器為透射率和反射率各50%;2)若同時實現(xiàn)高質(zhì)量光斑及較寬的光譜范圍，則系統(tǒng)復雜度較高，且成本較高。詳細分析如下A)在分光器為分光薄片的情況下，分光薄片與光束主光需成45°使用，如美國專利US6900900B2所示。此結(jié)構(gòu)的缺點為在寬波段光束透射情況下，當光束為平行光束時， 會產(chǎn)生色差；此問題可通過另設置完全相同的分光薄片修正色差，但增加了系統(tǒng)復雜度，降低了光通量。另一種基于分光薄片的分光器為點格分光鏡(Polka-dot Beamsplitter)(如美國專利M50M0、EdmundOptics點格分光鏡)或厚度僅為100微米的點格分光鏡(如美國專利US6525884B2)，其結(jié)構(gòu)的特點為反射光束可實現(xiàn)寬光譜(包括深紫外范圍)，且自身無色散；但其表面點格的周期性結(jié)構(gòu)會造成衍射光斑，極大的影響了測量的準確度；B)在分光器為分光棱鏡的情況下(如美國專利US6181427B1)，其缺點為分光棱鏡難以同時實現(xiàn)寬光譜分光，通常分為400-700nm，700-1100nm，1100-1600nm三個區(qū)域，限制了測量的光譜范圍；
C)在分光器為偏振分光棱鏡的情況下，透射光/反射光為固定偏振方向，改變偏振態(tài)需旋轉(zhuǎn)偏振分光棱鏡、或旋轉(zhuǎn)樣品或另設起偏器，實現(xiàn)非常復雜；D)在分光器為薄膜分光器(Pellicle Beamsplitter)的情況下，其結(jié)構(gòu)的缺點為薄膜厚度僅為2微米，受環(huán)境影響大，極易破損，無法清理表面，成本高；且薄膜對紫外波段存在吸收。光譜儀對偏振的控制能力限定了光譜儀的應用范圍，尤其對于各向異性樣品，例如，三維周期性的結(jié)構(gòu)的樣品。通過測量偏振光在樣品表面的反射光譜，計算出相位特征， 擬合數(shù)值仿真結(jié)果，測量樣品表面周期性圖案的臨界尺度(CD)、三維形貌及多層材料的膜厚與光學常數(shù)。實現(xiàn)臨界尺度測量的光譜儀要求其光信號采集過程中控制光束的偏振態(tài)， 從而可以準確地測量樣品。在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人意識到現(xiàn)有技術(shù)存在如下缺陷采用傳統(tǒng)分光器的光譜儀的光通量效率低，缺乏對偏振的控制能力。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了一種光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀和光學測量系統(tǒng)，以提高光譜儀的光通量效率，提高其對偏振的控制能力。(二)技術(shù)方案本發(fā)明公開了一種光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀。該光譜儀包括光源、光纖束、偏振單元和光探測器。光纖束包括入射光纖子束、出射光纖子束，入射光纖子束和出射光纖子束均包含至少一根光纖或光纖芯；入射光纖子束具有第一端口組和第二端口組，出射光纖子束具有第三端口組和第四端口組，入射光纖子束的第二端口組和出射光纖子束的第三端口組在同一橫截面上。入射光纖子束，用于引導從第一端口組入射的光源發(fā)射的探測光，從第二端口組出射，經(jīng)偏振單元后入射樣品表面；出射光纖子束，用于引導經(jīng)偏振單元后從第三端口組入射的樣品表面的反射光，從第四端口出射，入射光探測器。偏振單元，位于同一橫截面和樣品之間，用于使從第二端口組出射的探測光形成偏振光；并檢偏從樣品表面的反射光。優(yōu)選地，本發(fā)明光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀中，入射光纖子束為反射/ 背散射光纖束的預設光纖，出射光纖子束為反射/背散射光纖束的預設光纖外的光纖。并且，光纖束由一根中心光纖和環(huán)繞中心光纖的若干根分支光纖構(gòu)成，若干根分支光纖位于同一橫截面上的圓心位于中心光纖的同心圓環(huán)上，并等分此圓環(huán)。中心光纖作為入射光纖子束，若干根分支光纖作為出射光纖子束；或中心光纖作為出射光纖子束，若干根分支光纖作為入射光纖子束。優(yōu)選地，本發(fā)明光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀還可以包括偏振單元旋轉(zhuǎn)控制裝置。該偏振單元旋轉(zhuǎn)控制裝置，用于控制偏振單元的偏振方向。優(yōu)選地，本發(fā)明光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀還可以包括光闌。該光闌，位于偏振單元和樣品之間，用于避免經(jīng)過偏振單元后產(chǎn)生的e光入射至樣品表面，和/ 或其反射光反射回偏振單元。優(yōu)選地，本發(fā)明光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀還可以包括聚光組件。該聚光組件，位于同一橫截面和樣品之間，用于會聚從第二端口組出射的探測光經(jīng)偏振單元后至樣品表面，和會聚樣品表面的反射光經(jīng)偏振單元后至第三端口組。該聚光組件包括第一聚光單元和第二聚光單元。第一聚光單元，位于同一橫截面和偏振單元之間，用于會聚從第一端口組入射的探測光形成入射近似平行光至偏振單元；并會聚經(jīng)偏振單元后的出射線性偏振光至第三端口組。偏振單元，用于起偏從第二端口組出射探測光為入射線性偏振光； 并用于檢偏從樣品表面的反射光為出射線性偏振光。第二聚光單元，位于偏振單元和樣品之間，用于會聚入射線性偏振光至樣品表面；并會聚樣品表面的反射光形成出射近似平行光至偏振單元。優(yōu)選地，第一聚光單元為第一聚焦透鏡，第二聚光單元為第二聚焦透鏡。第一聚焦透鏡和/或第二聚焦透鏡為校正三片鏡組件，三膠合透鏡或雙膠合透鏡。(三)有益效果本發(fā)明光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀通過采用光纖束分光，從而其光通量效率比現(xiàn)有技術(shù)中采用分光器的光譜儀大大提高。同時，本發(fā)明的光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀增加了偏振元件，通過測量可以得到樣品在正交兩個方向上的偏振態(tài)的參數(shù)，從而可以計算樣品材料的光學參數(shù)和分析樣品的三維形貌結(jié)構(gòu)。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)利用分光鏡進行光束分離的光譜儀；圖2為本發(fā)明實施例一光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀的示意圖；圖3為本發(fā)明實施例一光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀優(yōu)選七芯光纖束的各端口截面的示意圖；圖4為本發(fā)明實施例一光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀的光路圖；圖5為本發(fā)明實施例一光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀以單透鏡聚焦時像平面為參考移動的離焦狀態(tài)的光路圖；圖6為本發(fā)明實施例一光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀以單透鏡聚焦時物平面為參考移動的離焦狀態(tài)的光路圖；圖7以本發(fā)明實施例一光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀雙透鏡聚焦時物平面為參考移動的離焦狀態(tài)的光路圖；圖8為本發(fā)明實施例一光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀在理想透鏡情況下，離焦狀態(tài)的ZEMAX光通量的模擬圖；圖9為本發(fā)明實施例一光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀中采用 EdmundOptics光學元件時ZEMAX軟件的仿真結(jié)果；圖10為本發(fā)明實施例一光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀中根據(jù)光譜儀狹縫的形狀調(diào)整出射光纖子束光纖端口排布的示意圖；圖11為本發(fā)明實施例一洛匈棱鏡偏振器的光學示意圖；圖12為本發(fā)明實施例一晶硅前溝槽的結(jié)構(gòu)圖；圖13為本發(fā)明實施例中絕對反射率測量法中TE和TM的絕對反射率光譜圖；圖14為本發(fā)明實施例橢圓偏振測量法中TE和TM的TM/TE反射率比值和TM與TE 之間的相位差的光譜。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。在本發(fā)明的一個示例性實施例中，光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀包括 光源、光纖束、偏振單元和光探測器。光纖束包括入射光纖子束、出射光纖子束，入射光纖子束和出射光纖子束均包含至少一根光纖或光纖芯；入射光纖子束具有第一端口組和第二端口組，出射光纖子束具有第三端口組和第四端口組，入射光纖子束的第二端口組和出射光纖子束的第三端口組在同一橫截面上。入射光纖子束，用于引導從第一端口組入射的光源發(fā)射的探測光，從第二端口組出射，經(jīng)偏振單元后入射樣品表面；出射光纖子束，用于引導經(jīng)偏振單元后從第三端口組入射的樣品表面的反射光，從第四端口出射，入射光探測器。偏振單元，位于同一橫截面和樣品之間，用于使從第二端口組出射的探測光起偏；并檢偏從樣品表面的反射光。傳統(tǒng)的采用分光器的光譜儀當中，在不考慮偏振單元影響的情況下，整個測量過程中，光束由光源需經(jīng)同一分光器透射和反射各一次，進入探測器，所能達到的最大光通量比率為25 %，S卩分光器為透射率和反射率各50 % ；同時若實現(xiàn)高質(zhì)量光斑及較寬的光譜范圍，則系統(tǒng)復雜度較高，且成本較高。經(jīng)仿真計算，本發(fā)明光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀，在同樣不考慮偏振單元影響的情況下，光通量效率可達50%，遠遠高于傳統(tǒng)的采用分光器的光譜儀。同時，本發(fā)明的光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀增加了偏振元件， 通過測量可以得到樣品在正交兩個方向上的偏振態(tài)的參數(shù)，從而可以計算樣品材料的光學參數(shù)和分析樣品的三維形貌結(jié)構(gòu)，大大擴展了光譜儀的應用范圍。在本發(fā)明進一步的實施例中，光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀，包括光源、光纖束、光探測器，第一聚光單元，第二聚光單元，偏振器。光纖束包括入射光纖子束、出射光纖子束。入射光纖子束和出射光纖子束均包含至少一根光纖或光纖芯。第一聚光單元和第二聚光單元位于光纖束與樣品之間，光束在第一聚光單元與第二聚光單元之間為近似平行光傳播。偏振器位于第一聚光單元與第二聚光單元之間，入射光纖子束具有第一端口組和第二端口組，出射光纖子束具有第三端口組和第四端口組，入射光纖子束的第二端口組和出射光纖子束的第三端口組在同一橫截面上。入射光纖子束，用于引導從第一端口組入射的光源發(fā)射的探測光，從第二端口組出射，經(jīng)第一聚光單元、偏振器、第二聚光單元垂直入射樣品表面；出射光纖子束，用于引導從第三端口組入射的探測光經(jīng)過樣品表面反射后，經(jīng)第二聚光單元、偏振器、第一聚光單元后的反射光，從第四端口出射，入射光探測器。 優(yōu)選地，第一聚光單元和第二聚光單元均為聚焦透鏡。在本發(fā)明優(yōu)選的實施例中，反射/背散射光纖束的預設光纖作為入射光纖子束， 反射/背散射光纖束的預設光纖外的光纖作為出射光纖子束。最優(yōu)地，光纖束由一根中心光纖和環(huán)繞中心光纖的若干根分支光纖構(gòu)成，若干根分支光纖位于所述同一橫截面上的圓心位于中心光纖的同心圓環(huán)上，并等分此圓環(huán)，中心光纖作為入射光纖子束，若干根分支光纖作為出射光纖子束；或中心光纖作為出射光纖子束，若干根分支光纖作為入射光纖子束。本發(fā)明中，所述光源可以為包含多重波長的光源。具體地說，所述光源的光譜可以在真空紫外至近紅外光范圍內(nèi)，即，在190nm至IlOOnm波長范圍內(nèi)。光源可以是氙燈、氘燈、鎢燈、鹵素燈、汞燈、包含氘燈和鎢燈的復合寬帶光源、包含鎢燈和鹵素燈的復合寬帶光源、包含汞燈和氙燈的復合寬帶光源、或者包含氘鎢鹵素的復合寬帶光源，通常此類光源的光束為自然光。此類光源的例子包括Oceanoptics公司產(chǎn)品HPX-2000、HL_2000和DH2000， 以及Hamamtsu公司產(chǎn)品L11034、L8706、L9841和Ll(^90。光源也可為利用消偏振器將部分偏振光或偏振光轉(zhuǎn)化后形成的自然光。例如，消偏振器可以是Lyot消偏振器(美國專利 No. 6667805)。所述探測器可以是光譜計，具體地說，可以是包含光柵，反射鏡，和電荷耦合器件(CCD)或光電二極管陣列(PDA)的光譜計，例如，Ocean Optics QE65000光譜計或B&W Teck Cypher H光譜計。本發(fā)明中，所述偏振器可以是薄膜偏振器、格蘭湯普森棱鏡偏振器、 洛匈棱鏡偏振器、格蘭泰勒棱鏡偏振器、格蘭激光偏振器。尤其，所述偏振器優(yōu)選為洛匈棱鏡偏振器，并且，其材料優(yōu)選為氟化鎂(MgF2)。優(yōu)選地，該光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀還可以包括偏振器旋轉(zhuǎn)控制裝置。該偏振器旋轉(zhuǎn)控制裝置，用于控制所述偏振器的偏振方向。優(yōu)選地，該光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀還可以包括光闌。該光闌， 位于所述偏振單元和所述樣品之間，用于避免經(jīng)過所述偏振單元后產(chǎn)生的e光入射至樣品表面，和/或其反射光反射回偏振單元。以下以具體的實施方式為例，對本發(fā)明進行詳細說明。實施例一圖2為本發(fā)明實施例一光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀的示意圖。如圖2 所示，光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀包括光源202，探測器203，光纖束204，樣品 205，聚焦透鏡206，偏振器207，聚焦透鏡208。其關(guān)鍵步驟的具體技術(shù)方案如下光纖束204分為三個端點，端點A包含光纖束204全部通路，即包含入射光纖子束的第二端口組和出射光纖子束的第三端口組，端點B包含入射光纖子束的第一端口組和端點C包含出射光纖子束的第四端口組，光源202與光纖束端點B連接，發(fā)出的探測光束經(jīng)端點B入射光纖子束的第一端口組在A端入射光纖子束的第二端口組發(fā)散入射至聚焦透鏡 206，經(jīng)聚焦透鏡206會聚后形成平行光束；平行光束經(jīng)偏振器207后形成線性偏振光；線性偏振光經(jīng)聚焦透鏡208會聚，垂直入射至樣品205表面。其反射光束經(jīng)聚焦透鏡208，偏振器207，聚焦透鏡206會聚后入射至光纖束204端點A ；部分樣品反射光經(jīng)端點A的出射光纖子束的第三端口組和端點C出射光纖子束的第四端口組最終入射至探測器203。本實施例中，光纖束204可選用反射/背散射光纖束。圖3為本發(fā)明實施例一光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀優(yōu)選七芯光纖束的各端口截面的示意圖。如圖3所示，光纖由三個光纖端口構(gòu)成。光纖束光路分為兩組；一組為包含六個光纖芯的虛線光纖芯，和一組包含一個光纖芯的實線光纖芯；分別形成兩個單獨的光通路，在本實施例中形成入射通路和反射通路。在光纖束A端，兩路光通路共用一個光纖接口 ；在光纖B端和C端， 兩光通路分別為獨立光纖接口。本實施中端口 B與光源連接，端口 C與探測器連接。此類光纖，如Oceanoptics QR230-7-XSR/BX,光纖芯直徑230 μ m,光譜范圍可達180_900nm。本實施例中，聚光單元也可以集成至入射子光纖和/或出射子光纖中。圖4為本發(fā)明實施例一光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀的光路圖。端口 A 位于聚焦透鏡206的焦點處，端口 A中的中心光纖，即與B端連接的光纖可視為點光源，發(fā)散光經(jīng)聚焦透鏡206會聚后形成平行光束；平行光束經(jīng)偏振器207形成線性偏振光；經(jīng)聚焦透鏡208會聚垂直入射至樣品205表面。如圖4所示，如果樣品所處位置為端口 A所對應的像平面205’，樣品表面的反射光束經(jīng)聚焦透鏡208，偏振器207，聚焦透鏡206后絕大部分返回光纖束中心光纖端口，無法入射至與圍繞中心光纖分布的六個光纖芯中。在此情況下，通過微調(diào)樣品平面與聚焦透鏡208之間的距離，至離焦位置205時，樣品表面的部分反射光將耦合進入端口 A中的圍繞中心光纖分布的六個光纖芯中，最終入射至探測器。以下給出離焦狀態(tài)的光傳播關(guān)系。推導過程中，先以單聚焦透鏡情況為基礎，拓展至雙聚焦透鏡或多聚焦透鏡情況。在單聚焦透鏡情況下。對離焦狀態(tài)的光傳播關(guān)系，按調(diào)節(jié)方法分為兩種情況(1)樣品平面以聚焦時像平面為參考移動，( 光纖平面以聚焦時物平面為參考移動。圖5為單聚焦透鏡情況下，樣品平面以聚焦時像平面為參考移動的離焦狀態(tài)的光路圖。如圖5所示，若將光纖中心出射角θ的光線經(jīng)光學系統(tǒng)反射到距出射點水平距離為 d的點，在情況1)樣品平面以聚焦時像平面為參考移動距離h，可由以下步驟得出
權(quán)利要求
1.一種光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀，其特征在于，包括光源、光纖束、偏振單元和光探測器，所述光纖束包括入射光纖子束、出射光纖子束，所述入射光纖子束和所述出射光纖子束均包含至少一根光纖或光纖芯；所述入射光纖子束具有第一端口組和第二端口組，所述出射光纖子束具有第三端口組和第四端口組，所述入射光纖子束的第二端口組和所述出射光纖子束的第三端口組在同一橫截面上；所述入射光纖子束，用于引導從所述第一端口組入射的所述光源發(fā)射的探測光，從所述第二端口組出射，經(jīng)所述偏振單元后入射樣品表面；所述出射光纖子束，用于引導經(jīng)所述偏振單元后從所述第三端口組入射的所述樣品表面的反射光，從所述第四端口出射，入射所述光探測器；所述偏振單元，位于所述同一橫截面和所述樣品之間，用于使從所述第二端口組出射的探測光形成偏振光；并檢偏從所述樣品表面的反射光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀，其特征在于所述入射光纖子束為反射/背散射光纖束的預設光纖，所述出射光纖子束為反射/背散射光纖束的預設光纖外的光纖。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀，其特征在于所述光纖束由一根中心光纖和環(huán)繞所述中心光纖的若干根分支光纖構(gòu)成，所述若干根分支光纖位于所述同一橫截面上的圓心位于所述中心光纖的同心圓環(huán)上，并等分此圓環(huán)；所述中心光纖作為入射光纖子束，所述若干根分支光纖作為出射光纖子束；或所述中心光纖作為出射光纖子束，所述若干根分支光纖作為入射光纖子束。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀，其特征在于當所述若干根分支光纖作為出射光纖子束時，所述若干根分支光纖的所述第四端口組排列為與所述光探測器入光口形狀對應的形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀，其特征在于，該光譜儀還包括偏振單元旋轉(zhuǎn)控制裝置，該偏振單元旋轉(zhuǎn)控制裝置，用于控制所述偏振單元的偏振方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀，其特征在于，該光譜儀還包括光闌，該光闌，位于所述偏振單元和所述樣品之間，用于避免經(jīng)過所述偏振單元后產(chǎn)生的e 光入射至樣品表面，和/或其反射光反射回偏振單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀，其特征在于，所述偏振單元為薄膜偏振器、格蘭湯普森棱鏡偏振器、洛匈棱鏡偏振器、格蘭泰勒棱鏡偏振器或格蘭激光偏振器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀，其特征在于，所述偏振單元為洛匈棱鏡偏振器，其材料為以下材料中的一種MgF2、a-BBO、方解石、YVO4或石英。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀，其特征在于，還包括聚光組件，該聚光組件，位于所述同一橫截面和所述樣品之間，用于會聚從所述第二端口組出射的探測光經(jīng)所述偏振單元后至所述樣品表面，和會聚所述樣品表面的反射光經(jīng)所述偏振單元后至第三端口組。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀，其特征在于，所述聚光組件包括第一聚光單元和第二聚光單元；所述第一聚光單元，位于所述同一橫截面和所述偏振單元之間，用于會聚從所述第一端口組入射的探測光形成入射近似平行光至所述偏振單元；并會聚經(jīng)所述偏振單元后的出射線性偏振光至所述第三端口組；所述偏振單元，用于起偏所述從所述第二端口組出射探測光為所述入射線性偏振光； 并用于檢偏所述從所述樣品表面的反射光為所述出射線性偏振光；所述第二聚光單元，位于所述偏振單元和所述樣品之間，用于會聚所述入射線性偏振光至所述樣品表面；并會聚所述樣品表面的反射光形成出射近似平行光至所述偏振單元。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀，其特征在于，所述第一聚光單元為第一聚焦透鏡，所述第二聚光單元為第二聚焦透鏡。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀，其特征在于，所述第一聚焦透鏡和/或第二聚焦透鏡為校正三片鏡組件，三膠合透鏡或雙膠合透鏡。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀，其特征在于所述第二端口組位于所述第一聚焦透鏡焦點位置，當樣品平面以像平面為參考移動時，滿足關(guān)系式
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項所述的光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀，其特征在于所述光探測器為光譜計。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀，其特征在于，所述光譜儀還包括計算單元，用于根據(jù)所述光譜計測量得到的所述樣品在TE、TM方向的絕對反射率，和 /或所述樣品在ΤΕ、ΤΜ方向的振幅比及相位差，通過比較數(shù)學模型計算和曲線回歸擬合，計算樣品材料的光學常數(shù)、薄膜厚度和/或用于分析周期性結(jié)構(gòu)的樣品的臨界尺度特性或三維形貌。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項所述的光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀，其特征在于，所述光源為包含多重波長的光源。
17.一種光學測量系統(tǒng)，其特征在于，包含權(quán)利要求1-16中任一項所述的光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種光纖束分光的垂直入射寬帶偏振光譜儀及光學測量系統(tǒng)。該垂直入射寬帶光譜儀包括光源、光纖束、光探測器、偏振單元，光纖束包括入射光纖子束、出射光纖子束；入射光纖子束具有第一端口組和第二端口組，出射光纖子束具有第三端口組和第四端口組，入射光纖子束的第二端口組和出射光纖子束的第三端口組在同一橫截面上。該光譜儀通過采用光纖束分光和增加偏振元件，提高了光譜儀光通量效率，增強了其對偏振光的控制能力。
文檔編號G01J3/02GK102589692SQ20111000591
公開日2012年7月18日 申請日期2011年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月12日
發(fā)明者嚴曉浪, 劉濤, 李國光, 艾迪格·基尼歐, 馬鐵中 申請人:北京智朗芯光科技有限公司