El elipsometro espectral de la matriz Mueller se basa en el formalismo Mueller - Stokes más universal. Construye una matriz Müller 4x4 cambiando sistemáticamente el Estado de polarización de la luz incidente (realizado por un polarizador y un generador de Estado de polarización ajustable) y midiendo con precisión el Estado de polarización de la luz reflejada o transmitida compuesto por los cuatro parámetros de Stokes (realizado por un detector y un analizador de Estado de polarización). esta matriz describe completamente todos Los cambios de la muestra en la luz polarizada incidente (intensidad, polarización, dirección de polarización, ellipticidad, etc.), contiene información abundante que supera con creces la de y, especialmente para el análisis de muestras complejas con efectos de despolarización, rugosidad, estructura de patrón o presencia.
Un conjunto típico de elipsometros espectrales de matriz Mueller se compone principalmente de los siguientes subsistemas clave, que trabajan juntos para formar una cadena de medición óptica de precisión:
1. fuentes de luz y sistemas de generación espectral
Este es el punto de partida de la medición, proporcionando un amplio rango de longitud de onda de luz incidente para todo el sistema.
Fuente de luz: generalmente se utilizan lámparas de halógeno de tungsteno o xenón de alto brillo y amplio espectro. Para aplicaciones específicas, también se pueden usar conjuntos láser o led. La estabilidad y la continuidad espectral de las fuentes de luz son esenciales.
Monocromador / espectrómetro: en los sistemas de analizador / compensator giratorio o de imagen, a menudo se utiliza un monocromador para dispersar el color de la luz de amplio espectro y seleccionar una longitud de onda específica para la medición. Por su parte, en los sistemas basados en detectores de matriz o de transformación de ft, se utilizan espectrómetros para detectar simultáneamente múltiples longitudes de onda. La mayoría de los tiempos modernos utilizan este último, utilizando fuentes de luz de banda ancha con detectores de matriz de alta sensibilidad para lograr un escaneo espectral rápido.
Óptica de colimación y enfoque: incluye lentes, espejos, etc., para colimar la luz emitida por la fuente de luz en un haz paralelo y centrarse con precisión en los puntos de medición de la superficie de la muestra para garantizar la controlabilidad del tamaño del punto y el ángulo de incidencia.
2. generador de Estado de polarización
Responsable de generar una serie de Estados de polarización de incidencia conocidos y precisos y controlables.
Polarizador: generalmente un polarizador lineal fijo que convierte la luz no polarizada emitida por la fuente de luz en luz polarizada lineal en una dirección específica como referencia para la modulación posterior.
Elemento generador de Estado de polarización ajustable: este es el núcleo del PSG para generar el Estado de polarización arbitrario necesario (sesgo lineal, sesgo circular, sesgo elíptico) cambiando su ángulo de orientación y / o retraso de fase sobre la base de la luz polarizada lineal generada por el polarizador. Las tecnologías comunes incluyen:
Compensación de rotación: utilizar una placa de onda fija (generalmente una placa de onda de cuatro partes) y una compensación de rotación de alta velocidad (otra placa de onda).
Bobinador / analizador de rotación: cambiar la dirección de polarización girando el polarizador y / o el detector de polarización. La estructura es relativamente simple, pero la velocidad de medición es lenta.
Modulación fotoeléctrica: modulación rápida del retraso de fase de la placa de onda utilizando el efecto piezoeléctrico para lograr la modulación del Estado de polarización de alta velocidad y sin componentes móviles, pero el costo es alto y el rango espectral puede ser limitado.
Retraso variable de cristal líquido: cambiar el retraso de fase controlando la orientación de las moléculas de cristal líquido a través de voltaje puede lograr el control del Estado de polarización de los componentes estáticos y sin movimiento, con alta flexibilidad, pero la velocidad de respuesta y el rango espectral deben optimizarse.
3. Mesa de muestras y control de ángulo
La Mesa de muestras es un lugar donde la luz interactúa con la muestra, y su precisión afecta directamente los resultados de la medición.
Mesa de muestras de precisión: proporciona una plataforma estable para colocar muestras, generalmente con ajuste de traducción tridimensional xyz, para garantizar que el punto de medición se localice con precisión en una zona específica de la muestra.
Mecanismo de control de ángulo: la clave es el ajuste del ángulo de incidencia. Por lo general, las mediciones se realizan bajo varios ángulos de incidencia para aumentar la cantidad de información y mejorar la precisión de la instalación.
Control ambiental (opcional): puede integrar cámaras de control de temperatura, vacío o control de atmósfera para estudiar los cambios dinámicos de las muestras en diferentes entornos.
4. analizador de Estado de polarización
Responsable de medir con precisión el Estado de polarización completo de la luz reflejada (o transmitida) de la muestra.
Detector de polarización: similar al polarizador, generalmente un polarizador lineal.
Elemento de análisis de Estado de polarización ajustable: utilizado para analizar diferentes componentes de polarización. A través de la rotación de alta velocidad y la detección síncrona, se pueden demoler los cuatro parámetros de Stokes de la luz reflejada.
Sistema de imágenes: la información de polarización de la superficie de la muestra se proyecta sobre un detector de matriz bidimensional para realizar la medición de la matriz Mueller resuelta espacialmente.
5. sistemas de detección
Convertir la señal óptica en una señal eléctrica procesable.
Detector: seleccionado en función del rango espectral. Se requiere alta sensibilidad, bajo ruido, amplio rango dinámico y buena respuesta lineal.
Procesamiento y adquisición de señales: incluye amplificador, convertidor analógico - digital (adc) y tarjeta de adquisición de datos de alta velocidad. Para el sistema de componentes giratorios, se necesitan señales de sincronización precisas (como señales de codificación) para activar la adquisición de datos, asegurando que la intensidad de la luz se puede registrar con precisión en cada posición angular del ciclo de rotación.
6. sistemas de control y procesamiento de datos
Computadora y software de control: controlar la fuente de luz, el mecanismo de rotación (velocidad, posición), la adquisición del detector, el Movimiento de la Mesa de muestras y todo el hardware. Realizar la secuencia de medición y monitorear los datos en tiempo real.
Software de procesamiento y modelado de datos: los datos de intensidad de luz originales recogidos reflejan los elementos de la matriz Mueller a través de algoritmos complejos. A continuación, el usuario establece el modelo de óptica física de la muestra, y el software invierte los parámetros del modelo (espesor, n, k, rugosidad, orientación del eje cristalino, etc.) ajustando la matriz Mueller calculada y la matriz Mueller medida, y evalúa la excelencia del ajuste.