[發(fā)明專利]一種Mueller矩陣型橢偏儀橢偏參數(shù)測(cè)量的優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710618190.7
• 申請(qǐng)日: 2017-07-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107490547B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡浩豐;劉鐵根;李校博
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/21
• 分類號(hào): G01N21/21
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李素蘭

本發(fā)明公開(kāi)了一種Mueller矩陣型橢偏儀橢偏參數(shù)測(cè)量的優(yōu)化方法，步驟(1)、根據(jù)光強(qiáng)測(cè)量的方差、PSG和PSA儀器矩陣，推導(dǎo)出待測(cè)樣本Mueller矩陣16元素的測(cè)量方差，合理調(diào)整Mueller矩陣16個(gè)元素的估算方差，得到僅與橢偏參數(shù)估算直接相關(guān)的Mueller矩陣元素方差和的解析表達(dá)式；步驟(2)、在PSG和PSA矩陣相同的假設(shè)下，利用全局優(yōu)化算法搜索出最優(yōu)化儀器矩陣；步驟(3)、根據(jù)最優(yōu)化儀器矩陣，進(jìn)行光強(qiáng)采集，并計(jì)算得到對(duì)應(yīng)Mueller矩陣各個(gè)元素的測(cè)量方差。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以明顯降低橢偏參數(shù)測(cè)量的方差，提升參數(shù)估算的精度和穩(wěn)定性；操作簡(jiǎn)單、效果明顯；與待測(cè)樣品的具體Mueller矩陣無(wú)關(guān)，具有較好的普適性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)偏振測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種Mueller矩陣橢偏儀橢偏參數(shù)測(cè)量的優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

偏振信息的測(cè)量在許多領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用。橢偏儀是一種通過(guò)測(cè)量和分析樣品反射光的偏振特性獲取樣品參數(shù)(包括復(fù)折射率，消光系數(shù)，厚度等)的光學(xué)技術(shù)，是偏振測(cè)量領(lǐng)域最重要的應(yīng)用之一。因此提高橢偏參數(shù)的測(cè)量精度對(duì)于提高偏振測(cè)量技術(shù)的水平具有重要意義，測(cè)量數(shù)據(jù)的方差是影響測(cè)量精度的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)的基于Mueller矩陣測(cè)量的橢偏儀參數(shù)測(cè)量方法，偏振態(tài)生成器(PSG)和偏振態(tài)分析器(PSA)對(duì)應(yīng)的儀器矩陣與待測(cè)樣品的Mueller矩陣元素的測(cè)量方差相關(guān)，通過(guò)優(yōu)化儀器矩陣，可以降低Mueller矩陣的各個(gè)元素對(duì)應(yīng)的估算方差，從而實(shí)現(xiàn)Mueller矩陣的測(cè)量估算精度的提高，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)橢偏參數(shù)的估算方差。目前最優(yōu)的PSG和PSA雖然可以保證測(cè)量得到的Mueller矩陣的所有元素的方差和最小。但是對(duì)于通常所測(cè)量的各向同性的樣品，只有部分非零元素和橢偏參數(shù)的估算直接相關(guān)，傳統(tǒng)的儀器矩陣并不能保證此部分Mueller矩陣元素的測(cè)量方差和最小。在實(shí)際的優(yōu)化中，可以只針對(duì)這部分Mueller矩陣元素進(jìn)行優(yōu)化，得到最優(yōu)化的儀器矩陣，從而達(dá)到進(jìn)一步提高橢偏儀橢偏參數(shù)測(cè)量精度的目的。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提出了一種Mueller矩陣橢偏儀橢偏參數(shù)測(cè)量?jī)?yōu)化的方法，針對(duì)各向同性的樣品，只針對(duì)這部分Mueller矩陣元素進(jìn)行優(yōu)化，得到最優(yōu)化的儀器矩陣，通過(guò)優(yōu)化儀器矩陣，有效降低測(cè)量的方差，從而提高測(cè)量的精度。

本發(fā)明提出了一種Mueller矩陣型橢偏儀橢偏參數(shù)測(cè)量的優(yōu)化方法，包括以下步驟：

步驟1、根據(jù)光強(qiáng)測(cè)量的方差、偏振態(tài)生成器和偏振態(tài)分析器的儀器矩陣A、B，推導(dǎo)出待測(cè)樣本Mueller矩陣16個(gè)元素的測(cè)量方差，調(diào)整Mueller矩陣中16個(gè)元素的估算方差即優(yōu)化Mueller矩陣非零元素對(duì)應(yīng)的方差，得到僅與橢偏參數(shù)估算直接相關(guān)的Mueller矩陣元素方差和的解析表達(dá)式：

其中，表示Mueller矩陣中與橢偏參數(shù)估算直接相關(guān)元素的估算方差，且表示為：

其中，σ²表示高斯噪聲下的噪聲方差；

步驟2、在偏振態(tài)生成器和偏振態(tài)分析器的儀器矩陣相同的假設(shè)下，利用全局優(yōu)化算法搜索出最優(yōu)化儀器矩陣，即搜索最優(yōu)化的儀器矩陣A，使得方差V₁最小；得到Mueller矩陣中與橢偏參數(shù)估算直接相關(guān)的四個(gè)元素m₁₁,m₁₂,m₃₃,m₃₄對(duì)應(yīng)的方差和的最小值為16.5，對(duì)應(yīng)的儀器矩陣為：

步驟3、根據(jù)步驟2優(yōu)化計(jì)算得到的最優(yōu)化儀器矩陣，進(jìn)行光強(qiáng)采集，并計(jì)算得到對(duì)應(yīng)Mueller矩陣各個(gè)元素的測(cè)量方差：

與傳統(tǒng)的基于Mueller矩陣的橢偏參數(shù)測(cè)量方法相比，本發(fā)明的有益效果及優(yōu)點(diǎn)在于：