光刻投影物镜的琼斯光瞳检测方法

提出一种基于琼斯光瞳的光刻投影物镜偏振像差检测方法。推导了基于琼斯矩阵的检测方程,建立了光强矢量与琼斯矩阵克氏积的线性关系,利用该线性关系直接检测琼斯光瞳形式的偏振像差。以一个典型的光刻投影物镜的琼斯光瞳为检测对象对所提方法进行仿真验证,仿真中考虑了偏振元件与CCD的实际参数误差,并与传统穆勒矩阵椭偏法转换得到的琼斯光瞳进行比较。对于同一种典型的偏振元件旋转角组合,与传统测量方法相比,所提方法测量的偏振衰减和偏振相位延迟误差均明显降低。仿真结果表明,所提方法在不增加现有测量装置复杂度的基础上,明显提高了琼斯光瞳形式偏振像差的测量精度。     

椭偏仪测量反射系数比的系统误差分析及修正

针对用椭偏仪测量反射系数比时测量数据中经常出现的不协调性,本文对仪器中入/4片可能引入的系统误差进行了分析,并根据分析结果提出一种简易的修正方法,介绍了这种方法在数据处理中应用的一些结果。     

基于穆勒矩阵的模拟溢油样品荧光偏振特性研究

为了对模拟溢油样品在不同偏振态激发下诱导荧光的偏振特性进行研究,借鉴了穆勒矩阵椭偏仪的原理和结构,搭建了基于旋转波片原理的模拟溢油样品激光诱导荧光椭偏实验装置。通过特征值校准方法对该装置进行校准,获得了宽波段下偏振状态调制矩阵W(λ)和偏振状态分析矩阵A(λ)的确切调制状态,并基于荧光光谱强度矩阵Flu(λ)分别建立了轻、中、重质原油样品和柴油样品的荧光穆勒矩阵。通过极化分解方法对荧光穆勒矩阵进行分解后发现,不同样品荧光光谱的退偏振性质差异十分显著。柴油样品荧光穆勒矩阵的退偏振系数Δ(λ)没有明显的波长响应性,在荧光光谱范围内始终保持较高的退偏值,而三种原油样品的退偏系数Δ(λ)则随波长增大逐渐上升,其中,中质原油样品退偏系数随波长的变化幅度小于重质样品,超过轻质样品;就不同样品的退偏值来看,轻质原油样品最高,重质样品最低,中质原油样品介于二者之间,柴油样品的荧光退偏值略低于轻质原油样品,介于轻质和中质原油样品之间。将基于荧光穆勒矩阵极化分解后的结果与线偏振激发下样品荧光光谱的正交偏振实验结果进行对比,发现两种实验方法获得的退偏系数具有较高的吻合程度。实验还发现,四种模拟溢油样品荧光穆勒矩阵所包含的双向衰减和相位延迟性质都很微弱,不具有明显的差异。     

单轴光纤陀螺寻北仪四位置寻北误差分析

基于光纤陀螺寻北仪误差模型和光纤陀螺的误差特性,从理论上对光纤陀螺寻北仪寻北误差进行了分析,提出寻北仪主要包括系统误差和器件误差两个方面的误差源,并分别对不同误差源引起的寻北误差进行推导,得到光纤陀螺寻北仪寻北精度主要受陀螺零偏漂移、安装误差和转台测角精度决定的结论。对光纤陀螺寻北仪各误差源引起的寻北误差进行仿真实验,在考虑系统误差的条件下,0.01°/h精度的光纤陀螺寻北误差最大可达0.045°,实验结果证明了理论分析的正确性。     

一种最小化薄膜光学参数表征偏差的椭偏测量系统误差处理技术

基于对椭偏测量数据中难以消除的系统误差的作用机理分析,提出了一种新型的薄膜光学参数表征误差处理技术。建议选取薄膜椭偏角关于折射率和几何厚度的一阶偏导数,对大部分测量入射角满足符号相反或只有其中一个为零的条件的波段,剔除偏导数对全部测量入射角满足符号相同或同时为零的条件的奇点波长附近波段,作为反演表征用的椭偏测量数据采集区域,以最小化椭偏测量系统误差引起的薄膜光学参数反演表征值相对真实值的偏差大小。其本质是通过一阶偏导数筛选测量数据,来最小化椭偏测量系统误差对薄膜光学参数表征的误差传递作用。通过数值模拟实验,对比研究了该技术对不同测量入射角范围的适用性及实施技巧,以可复现的数值实验数据和合理的理论解释支持和验证了这种误差处理技术的可靠性,为薄膜在线表征和镀膜监控提供了一定的参考价值。     

DRC-MME高级参数模型直通标定实验的自由度分析

在椭偏测量中,采用直通式标定方法准确标定出系统模型参数对于样品的精确测量至关重要.由于双旋转补偿器式Mueller矩阵椭偏仪(DRC-MME)高级参数模型复杂,参数数量较多,且部分高级参数之间存在相互级联和耦合,为保证标定结果的准确性,实验中各个参数之间的独立性关系需要被检验.针对这一问题,使用奇异值分解、泡利矩阵和其他数学工具,从理论上对DRC-MME直通标定实验的自由度进行研究分析,明确在数据拟合过程中的"无用"参数,并通过仿真实验验证研究分析结果的正确性.最后搭建实验平台,开展了直通标定实验,得到了符合实际物理意义的高级参数标定结果,并使用标定好的高级参数模型对硅衬底上二氧化硅薄膜厚度进行了测量,测量结果与标称值相差1.9 nm,重复测量精度为5.31 pm.所提对直通标定实验自由度的研究分析方法不仅适用于椭偏仪,也可为其他的多参数优化过程提供一个分析思路.     

基于Mueller矩阵成像椭偏仪的纳米结构几何参数大面积测量

为了实现有效的工艺监控, 在批量化纳米制造中对纳米结构的关键尺寸等几何参数进行快速、低成本、非破坏性的精确测量具有十分重要的意义. 光学散射仪目前已经发展成为批量化纳米制造中纳米结构几何参数在线测量的一种重要手段. 传统光学散射测量技术只能获得光斑照射区内待测参数的平均值, 而对小于光斑照射区内样品的微小变化难以准确分析. 此外, 由于其只能进行单点测试, 必须要移动样品台进行扫描才能获得大面积区域内待测参数的分布信息, 从而严重影响测试效率. 为此, 本文将传统光学散射测量技术与显微成像技术相结合, 提出利用Mueller矩阵成像椭偏仪实现纳米结构几何参数的大面积快速准确测量. Mueller矩阵成像椭偏仪具有传统Mueller矩阵椭偏仪测量信息全、光谱灵敏度高的优势, 同时又有显微成像技术高空间分辨率的优点, 有望为批量化纳米制造中纳米结构几何参数提供一种大面积、快速、低成本、非破坏性的精确测量新途径.     

偏振二向反射分布函数测量误差分析

针对遥感偏振探测过程中获取的偏振信息与目标真实偏振信息存在差异的问题,探讨了遥感偏振成像系统的3类系统误差源对偏振二向反射分布函数、偏振度和偏振相角测量精度的影响,建立了遥感偏振探测误差分析模型。分析了起偏器角度定位误差对斯托克斯参量测量的影响,通过数值模拟研究了起偏器角度定位对偏振探测精度的影响;依据遥感偏振探测的地物空间间隔和成像CCD分辨率分析了空间视场重合误差对偏振二向分布函数分量的影响;分析了成像系统的光子噪声等固有系统误差对偏振探测结果的影响;根据误差的传递原则对3类误差源导致的测量误差进行了合成,进一步推导出线偏振度和偏振相角总误差模型。实验分析表明,该遥感偏振探测误差模型能真实反映偏振探测系统误差源对偏振二向反射分布函数测量精度的影响。     

样品校准法在单波长椭偏仪中的应用

椭偏仪是薄膜测量的重要工具。从模拟和实验两方面,描述一种新颖的单波长椭偏仪的校准方法。该方法的基本思路是:如果被测样品的相关信息(折射率n,吸收系数k,厚度d)已知,则可以通过测量光强变化的傅里叶系数,采用最小二乘法原理反演出此时椭偏系统的信息(即校准参数,包括起偏器方位角P,检偏器方位角A,波片起始旋转角Cs,波片位相延迟δ,系统入射角θ0)。利用校准得到的系统参数和测量未知样品得到的光强傅里叶系数,求得未知样品的厚度。该方法具有操作简单、节约成本等优点。分别针对2～6个样品尝试了校准,对该校准方法做了模拟分析。将该方法用于实际测量,考证校准后的测量效果,并做了误差分析,最大误差为0.26nm。     

基于光电准直虚拟扩展成像的姿态角测量系统的误差分析

建立了基于光电准直原理的姿态角测量系统,提出一种虚拟扩展成像面技术,应用于测量系统中,对图像传感器成像面进行复用,虚拟扩大系统的测量视场.介绍了系统的主要工作原理,在系统模型下,对可能影响系统测量精度的误差源进行了分析,建立其数学关系,对精度影响因素进行了定量仿真实验.按照仿真结果,对系统设计方案进行了分析验证.结果表...     

基于相位环空间像主成分分析的投影物镜波像差检测方法

提出一种基于阶梯相位环空间像主成分分析的光刻投影物镜波像差检测方法。通过对相位环空间像进行主成分分析和多元线性回归分析,构建了空间像光强分布与波像差之间的线性模型,并基于该模型实现了波像差检测。与使用孤立空检测标记的传统方法相比,使用新检测标记能够消除不同种类波像差之间的串扰问题,提高像差检测精度。同时,分析了空间像的离焦误差对波像差检测精度的影响,并提出了一种迭代算法用于确定实测空间像的离焦误差,其测量精度优于1nm。光刻仿真软件Dr.LiTHO的仿真结果表明,该法有能力检测12项泽尼克系数(Z5~Z16),最大系统误差约为1×10-3λ,检测速度可提高一倍以上。     

基于Mueller矩阵椭偏仪的纳米压印模板与光刻胶光栅结构准确测量

在纳米压印工艺中,对模板和压印结构的几何参数进行快速、低成本、非破坏性地准确测量具有非常重要的意义.与传统光谱椭偏仪只能改变波长和入射角2个测量条件并且在每一组测量条件下只能获得振幅比和相位差2个测量参数相比,Mueller矩阵椭偏仪可以改变波长、入射角和方位角3个测量条件,而且在每一组测量条件下都可以获得一个4×4阶Mueller矩阵共16个参数,因此可以获得更为丰富的测量信息.通过选择合适的测量条件配置,充分利用Mueller矩阵中的测量信息,有望实现更为准确的纳米结构测量.基于此,本文利用自主研制的Mueller矩阵椭偏仪对硅基光栅模板和纳米压印光刻胶光栅结构进行了测量.实验结果表明,通过对Mueller矩阵椭偏仪进行测量条件优化配置,并且在光学特性建模时考虑测量过程中出现的退偏效应,可以实现压印工艺中纳米结构线宽、线高、侧壁角以及残胶厚度等几何参数更为准确的测量,同时对于纳米压印光刻胶光栅结构还可以直接得到光斑照射区域内残胶厚度的不均匀性参数.     

教学型椭偏仪测量各向异性单轴晶体光学参数的方法研究

椭偏仪是一种常用的现代光学测量仪器,在物理实验教学中常用于测量各向同性材料的折射率、表面薄膜厚度等光学参数。本文提出一种利用教学型椭偏仪测量各向异性单轴晶体折射率等光学参数的方法。采用多入射角的方法增加系统自由度,建立数值反演模型,获得各向异性单轴晶体光学参数,并实验测量了钒酸钇晶体的折射率等光学参数。使用教学型椭偏仪测量各向异性单轴晶体光学参数,拓展了原有教学仪器的实验范围,有助于激发学生对实验的兴趣。     

与消光式兼容的光度椭偏仪的原理

在PQSA式消光型椭偏仪基础上,把原来方位固定的1/4波片改为旋转波片就可以构成与消光式兼容的新型光度椭偏仪。本文讨论了这种光度椭偏仪的工作原理和计算公式。理论分析指出,这是一种完全的椭偏仪,能唯一地确定的符号,并在测量线偏光的时精度不会下降。文中还报告了进行原理性实验的结果。     

基于双折射晶体的快拍穆勒矩阵成像测偏原理分析

针对传统穆勒矩阵成像测偏仪包含活动部件,需进行多次测量,容易产生测量误差,不能对运动目标或动态场景进行同时、实时测量等问题,提出了一种以改进型萨瓦偏光镜为核心分光器件的快拍Mueller矩阵成像测偏技术(MSP-SMMIP).它不含任何活动部件,能通过单次快拍测量获取目标强度图像和全部16个穆勒矩阵阵元图像.它主要由偏振态产生和偏振态分析两部分组成,偏振干涉条纹通过偏振态产生光路后定位于测试样品上,随后这些条纹通过空间载频将样品的Mueller矩阵分量编码,经偏振态分析光路成像于焦平面上.采用斯托克斯矢量-穆勒矩阵形式阐明了光场偏振态被MSP-SMMIP调制的过程,给出了其像面干涉图表达式,讨论了Mueller矩阵反演和系统定标的方法.基于CCD相机参数分析了系统的光学指标.通过数值模拟实验给出模拟测量结果,通过定性和定量评价测量结果表明该系统的可行性.MSP-SMMIP技术具有稳态、快拍、结构简洁、易定标、可同时实时获取目标强度图像和全部Mueller矩阵阵元图像的显著特点.     

基于SQUID梯度计的单磁源定位及磁矩反演误差分析

磁源定位及磁矩反演技术在空间探测、无损检测以及目标追踪等领域有着广泛的应用前景。利用磁场梯度张量信息进行磁源定位及磁矩反演的思想是在1975年首次提出的,2006年提出的磁性目标线性方程定位方法以其快速准确求解的特点而备受关注。但是,对于该梯度张量矩阵求逆法进行磁源定位的全方位的误差分析仍有待完善。在简要回顾梯度张量矩阵求逆法进行磁源定位的方法的基础上,提出了一种基于该方法的系统误差和随机误差分析的理论;研究结果表明定位误差是由于将差分近似为微分而引起的系统误差和传感器测量的随机误差构成。以目前具有超高精度、超高灵敏度的超导量子干涉仪作为典型磁场测量传感器,分析了梯度张量矩阵求逆法进行磁源定位及磁矩反演误差与传感器分辨率和相对误差水平之间的关系。     

一种新型椭偏测量实验 --塞曼激光外差椭偏仪

分析了大学物理实验中传统的消光式椭偏仪实验存在的问题，提出以一种新型外差式椭偏测量系统取代．结合塞曼激光外差干涉和反射式椭偏测量原理，给出了光学结构设计．系统中没有任何运动部件，也无需手动操作，实验过程自动化程度高，测量速度快．     

提高旋转检偏器式椭偏仪准确度的方法

本文分析了最常见的影响旋转检偏器式椭偏仪准确度的两个因素.提出了改进的测量方法和测量结果的修正公式,提高了测量准确度并为实验所证实.     

椭圆偏振光谱测量技术及其在薄膜材料研究中的应用

椭圆偏振光谱测量技术通过测量线偏振光经材料表面反射后光的相对振幅与相位改变量计算得到椭偏参数,再通过椭偏参数的拟合获取样品光学性质。由于其具有非接触、高灵敏度、非破坏性等优势,广泛应用于物理、化学、材料科学和微电子等方面,是一种不可或缺的光学测量手段。本文首先简要回顾了该技术的发展历程,接着阐述了传统椭偏仪的基本原理,按照测量原理的不同可将椭偏仪分为消光式和光度式。随后,本文简单介绍了一些常用椭偏仪的基本架构、测量原理和相关应用,并比较了他们的优缺点,重点展示了复旦大学研制的双重傅立叶变换红外椭偏光谱系统。然后按照椭偏参数处理的基本步骤:测量、建模与拟合3个方面,阐述了其过程,详细剖析了参数拟合所使用的各种光学色散模型,同时通过应用实例介绍了各色散模型的应用情况。最后,对未来椭偏技术的发展方向进行了展望。     

阻抗管法测量水下吸声系数的系统误差分析*

利用阻抗管法测量吸声系数是水下吸声材料研制过程中的重要环节,实验测量结果相比理论计算结果更具说服力。然而在待测样品的制备和安装过程中容易引入的系统误差往往被忽略,从而影响实测结果可信度。为了降低系统误差,本文提出缝隙宽、垂直度和光洁度三种可能引入系统误差的因素,搭建传递函数法水下吸声系数测量的有限元模拟实验环境并验证仿真计算算法的正确性,研究相关参量对橡胶吸声系数的影响规律,并给出一定误差下对相关参量的限制要求。所得结论对降低测量误差、提升实测结果可信度具有一定参考价值。