測量了石英和藍寶石板在632.8 nm處的雙折射。觀察到的雙折射被認為(wei) 是由光軸相對於(yu) 平板幾何結構的傾(qing) 斜引起的。用兩(liang) 種儀(yi) 器方法進行了測量。空軍(jun) 研究實驗室使用了穆勒矩陣激光旋光計，Hinds使用了exicor係統。介紹了測量技術，並給出了測量結果。
藍寶石和石英石板小雙折射的測量
摘要：測量了石英和藍寶石板在632.8 nm處的雙折射。觀察到的雙折射被認為(wei) 是由光軸相對於(yu) 平板幾何結構的傾(qing) 斜引起的。用兩(liang) 種儀(yi) 器方法進行了測量。空軍(jun) 研究實驗室使用了穆勒矩陣激光旋光計，Hinds使用了exicor係統。介紹了測量技術，並給出了測量結果。
簡介及背景
石英和藍寶石是單軸晶體(ti) ，當晶體(ti) 定向時，使光束經曆非凡和普通的指數，就可以很容易地觀察到這些材料的雙折射。如果晶體(ti) 的光軸與(yu) 光學係統的軸對齊，則不會(hui) 觀察到本征雙折射。然而，如果這兩(liang) 個(ge) 軸沒有對齊，一個(ge) 起源於(yu) 這兩(liang) 個(ge) 軸之間的角度的雙折射將被觀察到。
得到了石英和藍寶石的平板，經過切割和拋光，使晶體(ti) 光軸從(cong) 平板的法線向表麵傾(qing) 斜。由X射線衍射測量建立的傾(qing) 斜角度很小，從(cong) 表1可以明顯看出。
表1石英和藍寶石樣品軸傾(qing) 斜和雙折射
通常入射到板上的光所經曆的雙折射為(wei)
其中（ne-n0）為(wei) 本征雙折射，θ為(wei) 傾(qing) 斜角。表1顯示了石英和藍寶石每個(ge) 傾(qing) 斜角度的淨雙折射。在λ = 632.8 nm處，石英的本征雙折射值為(wei) 0.0091，藍寶石為(wei) -0.0081。
用穆勒矩陣激光旋光計測量了平板，用Hinds Exicor係統測量了平板。Exicor係統設計用於(yu) 測量較小的雙折射(0.005 nm)。激光旋光計是為(wei) 進行穆勒矩陣測量而設計的。測量這些傾(qing) 斜軸板的目的有四個(ge) 方麵:1)確定是否從(cong) 測量中發現標稱傾(qing) 斜角度，2)確定樣品是否為(wei) 有用的低雙折射標準，3)比較激光偏振計的測量結果與(yu) Exicor的測量結果，4)確定激光偏振計對低雙折射測量的能力。以下部分將描述測量技術。
2. 激光偏振測定
2.1儀(yi) 器
用穆勒矩陣激光(穩定CW hee @ 6328 Å)偏振計測量平板，采用雙旋轉緩速器配置。探測器連接到一個(ge) 數字萬(wan) 用表，沒有調製信號，也沒有使用鎖相放大。第①減速器在5°增量中旋轉72次，而第②減速器在25°增量中旋轉。本旋光計被設計並用於(yu) 在施加或不施加電場和/或磁場的情況下測量塊狀材料的電光特性。得到了樣品的完整穆勒矩陣。
該方法的一個(ge) 優(you) 點是測量不依賴於(yu) 樣品繞係統光軸的旋轉方向。
該係統不適合測量小雙折射。事實上，這些測量是第①次使用該係統的小雙折射樣品，並且在藍寶石板的數據還原中使用了之前測量中沒有使用的穆勒矩陣元素。
保守估計，垂直於(yu) 光軸(激光束)的平板方向的誤差是15í(或25°)，但它可能比這個(ge) 小得多。當藍寶石板垂直於(yu) (穩定的)激光源放置時，反向反射使激光器不穩定ñ當這種情況發生時，光束非常接近正常。為(wei) 了解決(jue) 這個(ge) 問題，使用中性密度濾波器(大概沒有雙折射)來降低激光強度。這有降低信號為(wei) 噪聲的效果。為(wei) 了確保定位誤差更小，樣本和光源之間的距離必須更大。如果不將激光從(cong) 光學台移開，這目前是不實際的。
光學裝置的示意圖如圖1所示。所述雙旋轉緩速器結構在對稱地圍繞樣品布置的兩(liang) 個(ge) 極化器內(nei) 具有兩(liang) 個(ge) 緩速器。在我們(men) 的設置中，使用的兩(liang) 個(ge) 激光源都是高偏振的，初始偏振器的雙旋轉緩速器配置是不必要的。所有的旋光計元件以及樣品都被放置在旋轉台中。使用了矽探測器。在每種情況下，係統中使用高質量的格蘭(lan) -湯普森偏振器作為(wei) 偏振器，並假定其具有理想的減衰減。采用名義(yi) 四分之一波長的零級波片作為(wei) 雙旋轉緩速器。探測器和相關(guan) 電子設備的較大動態範圍約為(wei) 103，因此無法測量比這更大的消光比。
| LA 激光器 | C 電腦 |
| D 探測器 | RSC 旋轉舞台控製器 |
| P2 偏振器 | DM 數字萬用表 |
| R1,R2 延遲器 | S 樣品 |
圖1：穆勒矩陣激光旋光計示意圖
2.2實驗過程
測量進行了三次校準測量(沒有樣品的測量)，並使用這些數據來確定緩速器和偏光器的旋轉不對中。利用Goldstein3和chenaul4建立的方程，這些誤差被用於(yu) 測量，以糾正不對中。
我們(men) 假設樣本是純線性緩速器，因此數據簡化是基於(yu) 我們(men) 對具有旋轉快軸的線性緩速器形式的知識。分別在繞光軸旋轉0、22.5、45、67.5和90度處測量三次樣品穆勒矩陣。利用該方程計算了測量穆勒矩陣δ的延遲值
其中下標ij是穆勒矩陣元素24、34、42和43。
測量的傾(qing) 斜角度然後從(cong)
其中t是厚度，石英樣品測量為(wei) 0.003581米，藍寶石樣品測量為(wei) 0.003556米，λ是HeNe激光器6328 Å的波長，.0091是石英的已公布雙折射((ne - no) =0.0081藍寶石)。
3.雙折射測量與(yu) 顯色器
3.1儀(yi) 器
Exicor係統5,6由三個(ge) 主要部分組成:一個(ge) 光學工作台，一個(ge) 電子隔間和一個(ge) 計算機。該儀(yi) 器的光學工作台框圖如圖2所示。光學工作台有三個(ge) 模塊。上層模塊包含一個(ge) 偏振氦氖激光器、一個(ge) 格蘭(lan) -湯普森偏振器和一個(ge) 光彈性調製器(PEM)。中間模塊是安裝在計算機控製的X-Y台上的樣品支架。這裏使用的Exicor儀(yi) 器有一個(ge) 6in x 6in X-Y級，允許在不同空間分辨率的樣品中同時映射二維圖像的大小和雙折射角度。光室的下模塊包括部分反射鏡和兩(liang) 個(ge) 檢測組件。部分反射鏡將樣品後大約一半的光束傳(chuan) 輸到分析儀(yi) 1和探測器1(通道1)，並以小角度(2 - 5°)反射另一半光束到分析儀(yi) 2和探測器2(通道2)。在這種配置中使用的小反射角對減少反射引起的偏振偽(wei) 象至關(guan) 重要。探測器產(chan) 生的電子信號使用單個(ge) 鎖相放大器(EG&G型號7265)處理，具有兩(liang) 個(ge) 輸入，用於(yu) 兩(liang) 個(ge) 通道的順序數據處理。原則上，雙鎖放大器可以用於(yu) 同步測量，以加快性能。該儀(yi) 器將鎖相放大器的輸出輸入計算機，顯示線性雙折射的幅值和角度。
圖2。Exicor雙折射測量係統的光學布局。
Exicor雙折射測量係統是專(zhuan) 門為(wei) 測量樣品中較小的線性延遲而設計的。Exicor係統常見的国产成人在线观看免费网站是測量在光刻係統中使用的高質量光學元件的殘留線性雙折射。7,8用於(yu) 光刻步進器的典型光學元件，如掩模坯料或透鏡坯料，由熔融二氧化矽(非晶態)或氟化鈣(立方晶體(ti) )製成。這些材料隻在可見光譜區域顯示殘餘(yu) 雙折射。當采用精密退火工藝生產(chan) 時，高質量的光學元件的殘餘(yu) 遲滯值僅(jin) 為(wei) 0.1納米量級。
Exicor雙折射係統的發展主要是受高質量熔融矽和氟化鈣材料的供應商推動，以光刻工業(ye) 。Exicor雙折射測量係統提供了0.005 nm (＜1/ 100000波長在632.8 nm)的靈敏度用於(yu) 線性延遲測量。該儀(yi) 器本質上是一個(ge) 不完全的旋光計，適用於(yu) 特定的工業(ye) 国产成人在线观看免费网站。用於(yu) 光刻的氟化鈣和熔融二氧化矽樣品具有行業(ye) 內(nei) 較高的光學質量。它們(men) 純度高，幾乎沒有顏色中心，表麵拋光良好。因此，這些樣品應具有可忽略的圓雙折射、二次衰減和去極化。殘留的線性雙折射是這些樣品的主要問題。
在本文中，我們(men) 也主要關(guan) 注線性延遲。Exicor雙折射測量係統適用於(yu) 本研究。Exicor係統有能力測量更多的參數，而不僅(jin) 僅(jin) 是線性延遲。例如，圓雙折射信號出現在PEM的調製的不同諧波處。由於(yu) 這裏的目標是在一個(ge) 高靈敏度的樣本中確定低水平的線性延遲(包括幅值和快軸的角度)，作者之一(王)並沒有試圖使該儀(yi) 器成為(wei) 一個(ge) 完整的偏振計來測量所有可能的參數。如前所述，雙PEM係統能夠測量樣品的所有16穆勒矩陣元素。
3.2實驗步驟
藍寶石和石英石板的直徑約為(wei) 2.54厘米。Exicor係統的X-Y級每隔1mm改變一次位置，使用的光束尺寸約為(wei) 1mm。數據收集在板材表麵距離板材邊緣2-3毫米的範圍內(nei) 。每個(ge) 樣本實際上記錄了300多個(ge) 數據點。
4.結論
測量結果匯總見表2。該表中有兩(liang) 個(ge) Exicor結果。第①個(ge) 是在樣本表麵測量的所有數據點(＞300)的平均值。第②個(ge) 是板塊中心區域的平均值，可以是3×3或2×2數據點。繆勒矩陣旋光計的測量是在光束穿過平板的估計中心時進行的，Exicor數據的中心區域平均值應該包含並表示這個(ge) 估計中心。
以下是對該表中的信息的三點評論。首先，當我們(men) 試圖測量石英樣品時，我們(men) 發現用於(yu) 藍寶石測量的激光ìstabilizedî HeNe不穩定。另一種不穩定的HeNe激光器取代了原來的激光器，被發現要穩定得多。我們(men) 成功地用第②束激光測量了樣品的0.25°傾(qing) 角，但由於(yu) 原始激光可能產(chan) 生的噪聲，我們(men) 無法測量藍寶石樣品的傾(qing) 角。係統噪聲使激光偏振計無法測量小於(yu) 0.25°的傾(qing) 斜。
第②，可以觀察到，Exicor結果的平均值和中部地區一般是不同的。在檢查Exicor測量圖時，這一原因變得很明顯。圖3顯示了二氧化石英和2.5°藍寶石樣品的Exicor數據圖，其中延遲率在z方向繪製。遲滯表現為(wei) 具有額外對角脊的靶心圖案。靠近中心的值與(yu) 遠離中心的值明顯不同。對於(yu) 不同材料的規則波片，也觀察到類似的延遲模式這種延遲和雙折射的原因是未知的。Exicor的數據顯示，隨著板塊傾(qing) 斜角度的增加，變化的幅度增加。我們(men) 懷疑晶體(ti) 質量和製造過程可能導致了這些板的遲滯不均勻性。
*：在激光旋光計的情況下未測量或在Exicor係統的情況下未減少的數據。
表2石英和藍寶石的測量傾(qing) 斜角
圖3:石英(2.0°，左)和藍寶石板(2.5°，右)的延遲圖。
圖4:石英板的延遲圖(左圖傾(qing) 角為(wei) 0.125°;0.5 °,右)。
第三，當公稱軸傾(qing) 角低於(yu) 0.5°時，如圖4中0.25°石英板的exicorbirefring map(左)所示，板的快軸角沒有很好地定義(yi) 。這可能是由於(yu) 板中的殘餘(yu) 雙折射是主要的影響。當公稱軸傾(qing) 角為(wei) 0°時，用Exicor測量的遲滯應反映板的殘餘(yu) 雙折射水平。Exicor對標稱軸傾(qing) 角為(wei) 0°的石英石板測量了300多個(ge) 數據點，得出延遲平均值為(wei) 0.511 nm，標準差為(wei) 0.201 nm。
一旦Exicor測量完成並觀察到異常模式，激光旋光計以1mm的間隔在石英石板估計中心的±10mm的兩(liang) 側(ce) 進行測量，公稱傾(qing) 斜2°。掃描的結果如圖5所示。雖然從(cong) 激光旋光計測量到Exicor測量沒有保持絕對方向，但沿板直徑的延遲圖也顯示在圖5中。圖5中的圖雖然不一定是平板上相同的物理點，但具有相似的剖麵，而且激光旋光計發現了相同的異常模式。
圖5：比較用Exicor係統和激光旋光計測量的2度石英樣品的傾(qing) 斜角度變化。
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