[發明專利]一種旋轉補償器的光譜磁光橢偏分析裝置及其應用

有效

• 申請號: 201910596122.4
• 申請日: 2019-07-03
• 公開（公告）號: CN110333191B
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 連潔;宋浩男;石玉君;戴凱;姜清芬;魏銘洋
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N21/21
• 分類號: G01N21/21;G01N21/01;G01N21/25;G01B11/06
• 代理公司: 青島華慧澤專利代理事務所(普通合伙) 37247
• 代理人: 張慧芳

1.一種旋轉補償器的光譜磁光橢偏分析裝置，包括光源模塊、光路模塊、磁場模塊、樣品臺、電機控制模塊、探測及分析模塊，其特征在于，所述光路模塊包括準直鏡、起偏器、補償器、檢偏器，所述探測及分析模塊包括計算機和探測器，所述準直鏡、起偏器、補償器、樣品臺、檢偏器和探測器沿光路方向依次設置，起偏器、補償器位于入射光路，檢偏器位于出射光路，所述入射光路和出射光路位于所述樣品臺的兩側，且與樣品臺法線的夾角均為

所述光源模塊包括氙燈光源、單色儀、光纖耦合器、光纖，所述單色儀與計算機連接；所述補償器和檢偏器分別與電機的轉動軸連接，電機通過電機控制模塊與計算機連接，所述補償器由電機帶動勻速旋轉，所述檢偏器由電機帶動旋轉，旋轉角度可調節；所述磁場模塊包括電磁鐵和磁鐵控制系統，電磁鐵通過磁鐵控制系統與計算機連接；所述樣品臺設置在電磁鐵兩個磁極的中心位置；

所述光纖的出射端口、準直鏡、起偏器和補償器與入射光同光軸設置；所述檢偏器和探測器與樣品反射光同光軸設置。

2.根據權利要求1所述的旋轉補償器的光譜磁光橢偏分析裝置，其特征在于，所述樣品臺包括調節XY軸的二維平移臺，調節Z軸的一維平移臺和調節俯仰的αβ軸傾斜平臺。

3.根據權利要求1所述的旋轉補償器的光譜磁光橢偏分析裝置，其特征在于，所述入射光路和出射光路的各個器件固定在V型支架上并且設置在所述樣品臺的兩側，光纖與V型支架通過光纖接口連接；夾角可調節。

4.一種對薄膜樣品進行光譜磁光橢偏分析的方法，其特征在于，利用權利要求1-3任一項所述的旋轉補償器的光譜磁光橢偏分析裝置進行，包括以下步驟：

1)打開磁鐵控制系統進行電磁鐵預熱；

2)打開氙燈光源、單色儀、探測器和計算機的電源；計算機控制單色儀選擇起始波長，控制電機控制模塊使補償器勻速旋轉、使檢偏器電機旋轉選擇檢偏器角度A1；系統角度定義為：x軸正向在入射面內，即p光正方向，y軸正向垂直于入射面，即s光正方向，z軸正向為光的傳播方向，x軸，y軸，z軸遵循右手螺旋定則；起偏器、補償器、檢偏器的光軸方位角分別為P、C、A，所有器件的方位角以順著光傳播方向看由x軸正向順時針旋轉為正；

3)選定入射光路和出射光路與樣品臺法線的夾角入射角為入射光線與樣品上表面法線的夾角；

4)將待測薄膜樣品置于樣品臺上，調節磁鐵控制系統選擇電磁鐵磁場，調整樣品位置使樣品上表面位于電磁鐵兩磁極的中心且與磁場方向平行或垂直，此時反射光與出射光路各個器件同光軸；調節氙燈光源的功率，避免測試過程中探測器發生飽和；

5)計算機控制單色儀選擇起始測試波長400nm；

6)探測器采集系統出射光強積分在補償器光學周期內的變化曲線所述光學周期為補償器旋轉180度對應的時間，采集過程為：在補償器的一個光學周期內均勻設置n個采樣點，探測器的積分時間設置為每個采樣間隔對應的時間長度；探測器在補償器的一個光學周期內進行光強積分的采集即可得到系統出射光強積分在補償器光學周期內的變化曲線；為了減小測量誤差，累計測量m組光強積分曲線并取平均值記為最終的

7)使用計算機控制電機控制模塊將檢偏器角度旋轉至A2，并重復第六步，測得檢偏器角度為A2時的系統出射光強積分在補償器光學周期內的變化曲線使用計算機控制電機控制模塊將檢偏器角度旋轉至A3，并重復第六步，測得檢偏器角度為A3時的系統出射光強積分在補償器光學周期內的變化曲線

8)使用計算機控制單色儀將測試波長增加5nm，并重復步驟6)-7)，得到在新的測試波長下的三條系統出射光強積分在補償器光學周期內的變化曲線按照5nm的波長間隔不斷重復該步驟，得到400-700nm波長范圍中每隔5nm一個波長點的三條系統出射光強積分在補償器光學周期內的變化曲線

9)通過對所測得的曲線的傅里葉分析以及對所測量樣品的建模，結合系統的已知參數起偏器角度P、入射角補償器初始方位角Ci、補償器相位延遲函數δ(λ)，以及測量時的三個檢偏器角度A1、A2、A3，通過計算機進行數據處理即可得到樣品的厚度、復折射率、磁光耦合系數、磁光克爾偏轉角；

10)改變角度重復步驟4)-9)，得到不同角度下，樣品的厚度、復折射率、磁光耦合系數、磁光克爾偏轉角。