一种基于双弹光级联差频调制的全范围椭偏测量装置

1.本发明属于全范围椭偏测量装置技术领域，具体涉及一种基于双弹光级联差频调制的全范围椭偏测量装置。


背景技术：

2.入射光经过薄膜膜层反射或透射的出射光偏振态会发生改变，具体表现为经膜层出射光的平行和垂直于入射面的两个偏振分量(p分量和s分量)幅值和相位发生变化，采用p分量和s分量的幅值比和相位差δ两个椭偏参量进行定量描述结合菲尼尔薄膜理论能够根据测量获得的椭偏参量进一步分析薄膜的厚度、折射率和消光系数等物理参数。因此，椭偏参量测量在光学镀膜、新材料物理常数测定、生物膜测定、分子自组装膜层研究等方面具有重要应用，对信息技术、新材料开发、生物医学、集成电路等领域的发展具有十分重要的意义。
3.目前，按工作原理分已经研制出旋转偏振元件、相位调制的两大类型椭偏测量方法及仪器。旋转偏振元件型椭偏测量技术主要通过旋转偏振器或补偿器实现，具有测量系统仪器结构简单、成本低和数据处理简便等优势，从椭偏技术发展以来就被大量研究，并很快被成功商业化，目前市场销售的椭偏仪仍旧是旋转偏振元件型椭偏仪为主。但这类椭偏仪仅能实现出射光的前3个stokes矢量的测量，使旋转偏振器类型椭偏仪对于椭偏参量δ测量范围仅局限在-180
°‑0°
或0
°‑
180
°
范围，不能完成椭偏参量δ的全范围测量，并且在0
°
或180
°
附近的δ测量精度较低。相比旋转偏振器的椭偏仪，旋转补偿器型椭偏仪在仪器结构中引入1/4波片或补偿器，起偏器和检偏器透光轴方位角固定不变，通过旋转补偿器实现全部stokes矢量的测量，进而实现了幅值比ψ和相位差δ两个椭偏参量的全范围测量。但旋转偏振元件类型的椭偏仪采用步进电机实现元件的机械旋转，椭偏测量的时间分辨率始终没有突破ms量级，进而限制了该类椭偏测量技术及仪器在分子自组装、膜层在线监测、化学过程监控和材料相变等快速物理膜层检测中的应用，此外，机械旋转偏振元件会造成检测光束在样品上的平移，无法保证椭偏测量的精度和重复性。
4.相位调制型椭偏仪，采用液晶可变相位延迟器、电光调制器、法拉第旋光器和弹光调制器等电控相位调制元件，实现了原位、在线椭偏测量，但是相比其他相位调制元件，弹光调制器具有更高的调制频率、更宽的光谱范围、更大的调制纯度和更大的视场角，为us量级时间分辨的超高速椭偏测量提供了可能。然而，目前基于弹光调制技术的相位调制型椭偏测量技术，多采用单个弹光调制器件，数据处理采用锁相放大器。椭偏测量范围有限，数据处理成本高昂，与此同时，弹光调制器是一类高品质热耗散性谐振光机电器件，本身谐振发热以及环境温度的变化均会对弹光调制器谐振工作状态产生影响，该问题成为严重制约弹光调制的相位调制型椭偏测量技术发展和工程化应用推广亟待解决的难题。


技术实现要素：

5.针对上述的技术问题，本发明提供了一种基于双弹光级联差频调制的全范围椭偏测量装置，采用双弹光级联差频调制技术获得全范围椭偏参量测量，结合多通道数字信号处理技术同时实现弹光调制器相位调制幅值实时定标和稳定控制，完成us量级时间分辨超高速、在线、原位、高精度、全范围椭偏参量测量。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
7.一种基于双弹光级联差频调制的全范围椭偏测量装置，包括检测光源、起偏器、第一弹光调制器、样品、第二弹光调制器、检偏器、光电探测器，所述检测光源的光路方向上依次设置有起偏器、第一弹光调制器、样品，所述样品的反射光路上依次设置有第二弹光调制器、检偏器、光电探测器。
8.所述第一弹光调制器电性连接有第一弹光调制器的驱动电路，所述第二弹光调制器电性连接有第二弹光调制器的驱动电路，所述光电探测器电性连接有控制电脑，所述第一弹光调制器的驱动电路、第二弹光调制器的驱动电路均电性连接在数据处理及控制模块，所述数据处理及控制模块与控制电脑电性连接。
9.所述数据处理及控制模块包括核心fpga单元、第一数据采集单元、第二数据采集单元和第三数据采集单元，所述第一数据采集单元、第二数据采集单元和第三数据采集单元均电性连接在核心fpga单元上，所述第一弹光调制器的驱动电路分别与核心fpga单元、第一数据采集单元电性连接，所述第二弹光调制器的驱动电路分别与核心fpga单元、第二数据采集单元电性连接，所述光电探测器电性连接有第三数据采集单元，所述控制电脑电性连接在核心fpga单元上。
10.所述检测光源采用激光器或单色仪准单色光源，所述起偏器和检偏器在可见光测量波段均采用二向色薄膜偏振片，所述起偏器和检偏器在近红外测量波段均采用格兰泰勒方解石偏振器，所述起偏器和检偏器在短波红外测量波段均采用氟化镁洛匈棱镜，所述起偏器和检偏器在中红外测量波段均采用金属线栅偏振器。
11.所述第一弹光调制器和第二弹光调制器均采用通光孔径大、视场角大的二维八角对称结构弹光调制器，所述第一弹光调制器和第二弹光调制器的通光晶体采用熔融石英、氟化钙或硒化锌。
12.所述起偏器、第一弹光调制器和第二弹光调制器的轴方向依次相差45
°
，所述第一弹光调制器和第二弹光调制器级联，所述第一弹光调制器和第二弹光调制器调制频率设置不相等，所述第一弹光调制器的频率设置为47khz，所述第二弹光调制器的频率设置为54khz。
13.所述光电探测器在可见光测量波段采用硅光电探测器，所述光电探测器在近红外测量波段采用碲镉汞光电探测器，所述光电探测器在短波红外测量波段采用碲化铟光电探测器，所述光电探测器在中红外测量波段采用铟镓砷光电探测器。
14.一种基于双弹光级联差频调制的全范围椭偏测量装置的数据解调方法，包括下列步骤：
15.s1、采用stokes矢量描述光信号，采用muller矩阵描述装置中元器件和待测样品的偏振传输特性，描述为：
16.s
out
＝mam
pem2msmpem1mpsin
17.其中，s
in
表示入射光的stokes矢量，描述为s
in
＝i0[1 0 0 0]
t
，其中i0为入射光的总光强，第一弹光调制器和第二弹光调制器的muller矩阵分别采用m
pem1
和m
pem2
表示；
[0018]
s2、根据偏振传输特性分析计算出出射光的stokes矢量，并且出射光的stokes矢量的第一个分量表示出射光光强，即光电探测器能够测试获得的光强，描述为：
[0019][0020]
其中，δ1和δ2是第一弹光调制器和第二弹光调制器的相位调制，δ
10
和δ
20
分别表示第一弹光调制器和第二弹光调制器的相位调制幅值，δ1＝δ
10
sinω1t和δ2＝δ
20
sinω2t，其中ω1和ω2分别表示第一弹光调制器和第二弹光调制器的频率，为经样品反射或透射后检测光的p和s偏振光分量的幅值比，取值范围为(0-90
°
)；δ为p和s偏振光的相位差，取值范围为(-180
°‑
180
°
)；
[0021]
s3、两个级联的弹光调制器的调制项sinδi＝sin(δ
i0
sinωit)和cosδi＝cos(δ
i0
sinωit)采用第一类贝塞尔函数展开：
[0022][0023]
其中，j0、j
2k-1
和j
2k
分别代表第0阶、第2k-1阶、第2k阶贝塞尔级数，第一弹光调制器和第二弹光调制器分别对应i＝1和2；
[0024]
s4、经第一弹光调制器和第二弹光调制器级联差频调制的分析装置出射光强，样品椭偏参量被加载到差频调制光信号中，调制光信号被光电探测器探测，经第三数据采集单元转换输入核心fpga单元中，采用数字锁相数据处理，同步完成多个通道信号的幅值提取：
[0025][0026]
s5、通过差频信号和和频信号的比值，结合贝塞尔级数实时完成第一弹光调制器和第二弹光调制器相位幅值定标：
[0027][0028]
s6、利用薄膜样品椭偏参量相关项加载的频率信号幅值，定义比值ri和r
ii
为
[0029][0030]
利用样品椭偏参量相关项加载的频率信号幅值求解获得比值ri和r
ii
，能够完成椭偏参量ψ和δ求解，
[0031][0032]
利用sin(2ψ)sinδ、sin(2ψ)cosδ和cos(2ψ)三个椭偏参量相关项的同时测量，从而实现椭偏参量ψ在0-90
°
，椭偏参量δ在-180
°‑
180
°
的全范围测量。
[0033]
所述s1中第一弹光调制器和第二弹光调制器的muller矩阵分别为：
[0034]
和
[0035]
所述s1中待测样品采用muller矩阵，将其偏振特性描述为：
[0036][0037]
所述s3中和样品椭偏参量相关项sin(2ψ)sinδ包含在ω2、3ω2、2ω1+ω2、2ω
1-ω2、2ω1+3ω2、2ω
1-3ω2等频率信号中，相关项sin(2ψ)cosδ包含在ω1+ω2、ω
2-ω1、ω1+3ω2、ω
2-3ω1、3ω1+ω2和3ω
2-ω1等频率信号中，相关项cos(2ψ)包含在2ω2等频率信号中。
[0038]
本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：
[0039]
1、本发明利用弹光调制器的调制频率高、调制纯度大、通光光谱范围宽和视场角大等优势，选用两个调制频率不一致的弹光调制器联合使用，构建双弹光级联差频调制，基于该调制技术能够实现出射光全部4个stokes矢量测量，进而能够实现椭偏参量全范围测量。
[0040]
2、本发明所述椭偏参量测量数据处理方法在于经系统出射调制光信号经模数转换后输入fpga控制模块中，在fpga控制模块中利用数字锁相技术完成多个频率信号幅值提
取，既能够保证数据处理的实时性，又能降低数据处理成本。
[0041]
3、本发明所述数据处理采用数字锁相技术同时完成多个频率信号幅值提取，所述发明专利采用弹光调制器的相位调制幅值关联的频率信号，求比值，结合贝塞尔级数，实现弹光调制器的相位幅值实时定标，然后再应用于椭偏参量求解，保证了数据测量的精度。
附图说明
[0042]
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
[0043]
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
[0044]
图1为本发明的结构示意图。
[0045]
其中：1为检测光源，2为起偏器，3为第一弹光调制器，4为样品，5为第二弹光调制器，6为检偏器，7为光电探测器，8为第一弹光调制器的驱动电路，9为第二弹光调制器的驱动电路，10为数据处理及控制模块，101为核心fpga单元，102为第一数据采集单元，103为第二数据采集单元，104为第三数据采集单元，11为控制电脑。
具体实施方式
[0046]
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，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制；基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0047]
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式做进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0048]
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0049]
在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0050]
如图1所示，本实施例的装置包括检测光源1、起偏器2、第一弹光调制器3、样品4、第二弹光调制器5、检偏器6、光电探测器7、第一弹光调制器的驱动电路8、第二弹光调制器
和δ2是第一弹光调制器3和第二弹光调制器5的相位调制，δ
10
和δ
20
分别表示第一弹光调制器3和第二弹光调制器5的相位调制幅值，δ1＝δ
10
sinω1t和δ2＝δ
20
sinω2t，其中ω1和ω2分别表示第一弹光调制器3和第二弹光调制器5的频率，本实施例装置的关键在于两个弹光调制器，调制频率设置不相等(ω1≠ω2)，构成双弹光级联差频调制，第一弹光调制器3的频率典型值一般设置为47khz，第二弹光调制器5的频率一般设置为54khz,构成频率不重频的差频调制。
[0058]
待测薄膜样品4采用muller矩阵将其偏振特性描述为
[0059][0060]
其中，ψ为经样品4反射或透射后检测光的p和s偏振光分量的幅值比，取值范围为(0-90
°
)；δ为p和s偏振光的相位差，取值范围为(-180
°‑
180
°
)。将式(2)和(3)描述的偏振元件和样品的偏振传输特性muller矩阵，结合入射光的stokes矢量带入式(1)，完成偏振传输特性分析计算出出射光的stokes矢量，并且出射光的stokes矢量的第一个分量表示出射光的总光强，即光电探测器7能够测试获得的光强，可以描述为
[0061][0062]
上式中，第一弹光调制器3和第二弹光调制器5的调制项sinδi＝sin(δ
i0 sinωit)和cosδi＝cos(δ
i0 sinωit)可以采用第一类贝塞尔函数展开得：
[0063]
和为正整数，j0、j
2k-1
和j
2k
分别代表第0阶，第2k-1阶，第2k阶贝塞尔级数，第一弹光调制器3和第二弹光调制器5分别对应i＝1和2。弹光调制器的延迟量一般不超过一个调制波长，相位调制幅值一般不超过2π，贝塞尔级数可以对应取低阶值，本发明专利所述值取j0，j1，j2和j3，因此式(4)可以改写为
[0064][0065]
由式(5)分析可知，和样品4椭偏参量相关项sin(2ψ)sinδ包含在ω2、3ω2、2ω1+ω2、2ω
1-ω2、2ω1+3ω2、2ω
1-3ω2等频率信号中，相关项sin(2ψ)cosδ包含在ω1+ω2、ω
2-ω1、ω1+3ω2、ω
2-3ω1、3ω1+ω2和3ω
2-ω1等频率信号中，相关项cos(2ψ)包含在2ω2等频率信号中。由上述分析能够看出，本实施例采用双弹光级联差频调制的方式来实现sin(2ψ)sinδ、sin(2ψ)cosδ和cos(2ψ)三个椭偏参量相关项的同时测量，便能够实现椭偏参量ψ在0-90
°
，椭偏参量δ在-180
°‑
180
°
的全范围测量。
[0066]
在本专利所述装置中，经双弹光级联差频调制的分析装置出射光强，薄膜样品椭偏参量被加载到差频调制光信号中，调制光信号被光电探测器7探测，经第三数据采集单元
104转换输入核心fpga单元101中，采用数字锁相数据处理，同步完成多个通道信号的幅值提取
[0067][0068]
与此同时，为了能够快速精确的求解和实时定标出弹光调制器的相位调制幅值，两个弹光调制器的驱动电路的电感配备有副线圈，第一采集单元102将第一弹光调制器的驱动电路8的副线圈电压信号采集进入核心fpga单元101，同时完成反馈电压信号的数字锁相处理，完成弹光调制器和驱动电路网络的谐振匹配，当弹光调制器随着自身热耗散升温时，反馈电压信号相位减小时，核心fpga单元101增加给第一弹光调制器的驱动电路8的驱动信号源信号频率，反之减小频率，始终维持第一弹光调制器工作在谐振工作状态，并且使相位调制幅值控制在可控范围。对于第二采集单元103同理实现第二弹光调制器5的谐振驱动控制。从提取的信号中选用和频信号ω1+ω2、差频信号ω
2-3ω1和3ω
2-ω1三个频率成份，结合贝塞尔级数完成两个弹光调制器的实时定标。为了同时实现多个频率成份信号具有较大信号幅值，提高信号处理的信号比，本实施例装置两个弹光调制的相位幅值典型值设置在延迟量幅值半波长λ/2附近，相位调制幅值设置在π附近。通过差频信号和和频信号的比值，实现两个弹光调制器的相位调制幅值的实时定标。
[0069][0070]
根据式(7)差频信号和和频信号的比值，结合贝塞尔级数实时完成两个弹光调制器相位幅值定标。利用薄膜样品椭偏参量相关项加载的频率信号幅值，定义比值ri和r
ii
为
[0071][0072]
利用薄膜样品椭偏参量相关项加载的频率信号幅值求解获得比值ri和r
ii
，能够完成椭偏参量ψ和δ求解，
[0073][0074]
利用sin(2ψ)sinδ、sin(2ψ)cosδ和cos(2ψ)三个椭偏参量相关项的同时测量，便能够实现椭偏参量ψ在0-90
°
，椭偏参量δ在-180
°‑
180
°
的全范围测量，与此同时将弹光调制器驱动控制电路引入反馈副线圈，始终维持弹光调制器谐振工作，并且弹光调制
器的相位延迟幅值实时定标。采用数字锁相数字数据处理，同时同步完成多个通道数字信号解调，提高了数据处理精度，降低了信号解调成本，单数据测量时间可以设置在us量级，为全范围，高速，高精度相位调制型椭偏测量提供了先进技术手段和仪器设备。
[0075]
上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于双弹光级联差频调制的全范围椭偏测量装置，其特征在于：包括检测光源(1)、起偏器(2)、第一弹光调制器(3)、样品(4)、第二弹光调制器(5)、检偏器(6)、光电探测器(7)，所述检测光源(1)的光路方向上依次设置有起偏器(2)、第一弹光调制器(3)、样品(4)，所述样品(4)的反射光路上依次设置有第二弹光调制器(5)、检偏器(6)、光电探测器(7)。2.根据权利要求1所述的一种基于双弹光级联差频调制的全范围椭偏测量装置，其特征在于：所述第一弹光调制器(3)电性连接有第一弹光调制器的驱动电路(8)，所述第二弹光调制器(5)电性连接有第二弹光调制器的驱动电路(9)，所述光电探测器(7)电性连接有控制电脑(11)，所述第一弹光调制器的驱动电路(8)、第二弹光调制器的驱动电路(9)均电性连接在数据处理及控制模块(10)，所述数据处理及控制模块(10)与控制电脑(11)电性连接。3.根据权利要求2所述的一种基于双弹光级联差频调制的全范围椭偏测量装置，其特征在于：所述数据处理及控制模块(10)包括核心fpga单元(101)、第一数据采集单元(102)、第二数据采集单元(103)和第三数据采集单元(104)，所述第一数据采集单元(102)、第二数据采集单元(103)和第三数据采集单元(104)均电性连接在核心fpga单元(101)上，所述第一弹光调制器的驱动电路(8)分别与核心fpga单元(101)、第一数据采集单元(102)电性连接，所述第二弹光调制器的驱动电路(9)分别与核心fpga单元(101)、第二数据采集单元(103)电性连接，所述光电探测器(7)电性连接有第三数据采集单元(104)，所述控制电脑(11)电性连接在核心fpga单元(101)上。4.根据权利要求1所述的一种基于双弹光级联差频调制的全范围椭偏测量装置，其特征在于：所述检测光源(1)采用激光器或单色仪准单色光源，所述起偏器(2)和检偏器(6)在可见光测量波段均采用二向色薄膜偏振片，所述起偏器(2)和检偏器(6)在近红外测量波段均采用格兰泰勒方解石偏振器，所述起偏器(2)和检偏器(6)在短波红外测量波段均采用氟化镁洛匈棱镜，所述起偏器(2)和检偏器(6)在中红外测量波段均采用金属线栅偏振器。5.根据权利要求1所述的一种基于双弹光级联差频调制的全范围椭偏测量装置，其特征在于：所述第一弹光调制器(3)和第二弹光调制器(5)均采用通光孔径大、视场角大的二维八角对称结构弹光调制器，所述第一弹光调制器(3)和第二弹光调制器(5)的通光晶体采用熔融石英、氟化钙或硒化锌。6.根据权利要求1所述的一种基于双弹光级联差频调制的全范围椭偏测量装置，其特征在于：所述起偏器(2)、第一弹光调制器(3)和第二弹光调制器(5)的轴方向依次相差45
°
，所述第一弹光调制器(3)和第二弹光调制器(5)级联，所述第一弹光调制器(3)和第二弹光调制器(5)调制频率设置不相等，所述第一弹光调制器(3)的频率设置为47khz，所述第二弹光调制器(5)的频率设置为54khz。7.根据权利要求1所述的一种基于双弹光级联差频调制的全范围椭偏测量装置，其特征在于：所述光电探测器(7)在可见光测量波段采用硅光电探测器，所述光电探测器(7)在近红外测量波段采用碲镉汞光电探测器，所述光电探测器(7)在短波红外测量波段采用碲化铟光电探测器，所述光电探测器(7)在中红外测量波段采用铟镓砷光电探测器。8.根据权利要求1-7任一项所述的一种基于双弹光级联差频调制的全范围椭偏测量装置的数据解调方法，其特征在于：包括下列步骤：
s1、采用stokes矢量描述光信号，采用muller矩阵描述装置中元器件和待测样品的偏振传输特性，描述为：s
out
＝m
a
m
pem2
m
s
m
pem1
m
p
s
in
其中，s
in
表示入射光的stokes矢量，描述为s
in
＝i0[1 0 0 0]
t
，其中i0为入射光的总光强，第一弹光调制器和第二弹光调制器的muller矩阵分别采用m
pem1
和m
pem2
表示；s2、根据偏振传输特性分析计算出出射光的stokes矢量，并且出射光的stokes矢量的第一个分量表示出射光光强，即光电探测器能够测试获得的光强，描述为：其中，δ1和δ2是第一弹光调制器和第二弹光调制器的相位调制，δ
10
和δ
20
分别表示第一弹光调制器和第二弹光调制器的相位调制幅值，δ1＝δ
10
sinω1t和δ2＝δ
20
sinω2t，其中ω1和ω2分别表示第一弹光调制器和第二弹光调制器的频率，为经样品反射或透射后检测光的p和s偏振光分量的幅值比，取值范围为(0-90
°
)；δ为p和s偏振光的相位差，取值范围为(-180
°‑
180
°
)；s3、两个级联的弹光调制器的调制项sinδ
i
＝sin(δ
i0
sinω
i
t)和cosδ
i
＝cos(δ
i0
sinω
i
t)采用第一类贝塞尔函数展开：其中，j0、j
2k-1
和j
2k
分别代表第0阶、第2k-1阶、第2k阶贝塞尔级数，第一弹光调制器和第二弹光调制器分别对应i＝1和2；s4、经第一弹光调制器和第二弹光调制器级联差频调制的分析装置出射光强，样品椭偏参量被加载到差频调制光信号中，调制光信号被光电探测器探测，经第三数据采集单元转换输入核心fpga单元中，采用数字锁相数据处理，同步完成多个通道信号的幅值提取：s5、通过差频信号和和频信号的比值，结合贝塞尔级数实时完成第一弹光调制器和第二弹光调制器相位幅值定标：s6、利用薄膜样品椭偏参量相关项加载的频率信号幅值，定义比值r
i
和r
ii
为
利用样品椭偏参量相关项加载的频率信号幅值求解获得比值r
i
和r
ii
，能够完成椭偏参量ψ和δ求解，利用sin(2ψ)sinδ、sin(2ψ)cosδ和cos(2ψ)三个椭偏参量相关项的同时测量，从而实现椭偏参量ψ在0-90
°
，椭偏参量δ在-180
°‑
180
°
的全范围测量。9.根据权利要求8任一项所述的一种基于双弹光级联差频调制的全范围椭偏测量装置的数据解调方法，其特征在于：所述s1中第一弹光调制器和第二弹光调制器的muller矩阵分别为：所述s1中待测样品采用muller矩阵，将其偏振特性描述为：10.根据权利要求8任一项所述的一种基于双弹光级联差频调制的全范围椭偏测量装置的数据解调方法，其特征在于：所述s3中和样品椭偏参量相关项sin(2ψ)sinδ包含在ω2、3ω2、2ω1+ω2、2ω
1-ω2、2ω1+3ω2、2ω
1-3ω2等频率信号中，相关项sin(2ψ)cosδ包含在ω1+ω2、ω
2-ω1、ω1+3ω2、ω
2-3ω1、3ω1+ω2和3ω
2-ω1等频率信号中，相关项cos(2ψ)包含在2ω2等频率信号中。

技术总结
本发明属于全范围椭偏测量装置技术领域，具体涉及一种基于双弹光级联差频调制的全范围椭偏测量装置，包括检测光源、起偏器、第一弹光调制器、样品、第二弹光调制器、检偏器、光电探测器，所述检测光源的光路方向上依次设置有起偏器、第一弹光调制器、样品，所述样品的反射光路上依次设置有第二弹光调制器、检偏器、光电探测器。本发明利用弹光调制器的调制频率高、调制纯度大、通光光谱范围宽和视场角大等优势，选用两个调制频率不一致的弹光调制器联合使用，构建双弹光级联差频调制，基于该调制技术能够实现出射光全部4个Stokes矢量测量，进而能够实现椭偏参量全范围测量。进而能够实现椭偏参量全范围测量。进而能够实现椭偏参量全范围测量。


技术研发人员：李克武 王志斌 王爽 张敏娟 张瑞 景宁 薛鹏 薛锐
受保护的技术使用者：中北大学
技术研发日：2022.09.27
技术公布日：2023/1/6