一种光谱椭偏仪中氙灯光源的光强平滑处理装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种应用到光谱椭偏仪中的氙灯光线光强平滑处理装置及方法。该光强平滑处理装置包括准直透镜、汇聚透镜和光阑，准直透镜为消色差透镜，用于将待处理的氙灯光线准直为平行光束；汇聚透镜为单透镜，用于将平行光束汇聚聚焦，汇聚后的光斑大小随波长的增加而增大；光阑设置在汇聚透镜后并间隔一定波长焦距位置处，通过设定该光阑的大小使紫外波段的光斑可透过该光阑而可见到近红外波段的光斑被阻挡，从而减小可见到近红外波段的光束光强，实现平滑。本发明还公开了一种氙灯光线光强平滑处理方法。本发明没有损失任何波段的光线，探测器或者光谱仪可以正常响应全光谱范围的光线，从而可以光谱椭偏仪从紫外到近红外全光谱范围内的高精度测量。
【专利说明】一种光谱椭偏仪中氙灯光源的光强平滑处理装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光谱椭偏仪【技术领域】，具体涉及一种光谱椭偏仪中氙灯光源的光强平滑处理装置及方法。
【背景技术】
[0002]椭圆偏振仪(简称椭偏仪)是一种利用光的偏振特性获取待测样品信息的通用光学测量仪器。其基本原理是通过起偏器将特殊的椭圆偏振光投射到待测样品表面，通过测量待测样品的反射光(或者透射光)，以获得偏振光在反射(或者透射)前后的偏振态变化(包括振幅比和相位差)，进而从中提取出待测样品的信息。常用的椭偏仪分为单波长椭偏仪和光谱椭偏仪。相对于单波长椭偏仪仅能在特定波长获取待测样品信息，光谱椭偏仪可以在一段光谱范围内对样品进行测量，并提取出待测样品的信息。光谱椭偏仪在薄膜材料乃至微纳结构测量中都获得了广泛的应用，例如可用于各种信息光电子功能材料和器件的光学常数分析，测量对象包括金属、半导体、超导体、绝缘体、非晶体、磁性材料、薄膜材料、电光材料、非线性材料、各向同性和/或各向异性材料等；可用于薄膜材料的表面、界面及粗糙度分析；也可用于纳米制造中各种纳米结构的形貌参数如特征线宽、周期间距、高度、侧壁角、套刻误差、线边粗糙度及线宽粗糙度等的测量。
[0003]光谱椭偏仪中用于提供入射光线的光源一般为卤素灯，氘灯，氘卤二合一光源和氙灯等。对于很多应用领域，如几十到几百纳米线宽的光栅结构，零点几纳米到几个纳米的薄膜等，要求光谱椭偏仪可以在非常宽的光谱范围，一般从紫外波段到近红外波段，进行快速准确的测量。卤素灯仅能提供从可见到近红外波段的光线，氘灯仅能提供紫外波段的光线，因此仅有氘卤二合一光源和氙灯适应于从紫外波段到近红外波段的测量要求。需要指出的是，虽然氘卤二合一光源可以激发获得从紫外波段到近红外波段的光线，但是和氙灯相比较，同等功率下氙灯激发的光强比氘卤二合一光源强数十倍。
[0004]在光谱椭偏仪的测量应用中，样件的待测微纳结构区域很小，一般为几十到几百个微米，需要将入射光线汇聚为一个微小的光斑投射到待测样件的结构区域内。为了获得几十到几百个微米直径的光斑，一般需要采用光阑对光线进行约束，这样就会对入射光线的光强造成很大程度的削弱，进而减小椭偏仪的信噪比，降低测量精度。相较与氘卤二合一光源，氙灯光源可以提供更高强度的光线，将氙灯光源应用到光谱椭偏仪中，可以获得更小的光斑以及更高的测量精度。
[0005]虽然将氙灯光源应用到光谱椭偏仪中可以获得更小的光斑以及更高的测量精度，但是氙灯光源提供的光线在从紫外到近红外波段的强度差异很大，波长SOOnm-1OOOnm的近红外波段的光强较波长193nm-250nm的紫外波段高几十倍，较波长为250nm_800nm波段强5到10倍。而光谱椭偏仪中的光线强度测量装置，如光谱仪，探测器等在全光谱范围内的量程是有限的，当通过中性滤波片等光学元件保证近红外波段的光强在光谱仪或者探测器的量程内，紫外波段的强度将会变得很低，进而导致椭偏仪在紫外波段的信噪比低，测量精度低的问题。[0006]专利文献CN201310040729.7中公开了一种透射式全穆勒矩阵光谱椭偏仪及其测量方法，其中说明了氙灯光源可以使用到光谱椭偏仪中，但没有具体的披露如何对氙灯光源进行处理，以获得高的信噪比。目前常用的做法是为了保证紫外到可见波段的信噪比，牺牲部分红外波段的数据，即允许探测器或者光谱仪对部分红外波段的响应满量程。虽然这种方法可以保证紫外到可见波段的测量精度，但是部分红外波段由于满量程的原因，会使光谱椭偏仪无法在对应波段对样件进行测量，进而丢失测量信息，影响测量精度。
【发明内容】
[0007]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种应用到光谱椭偏仪中的氙灯光线光强平滑处理装置及方法，其目的在于通过对氙灯发出的光线的光强进行平滑处理，由此实现以氙灯为光源的光谱椭偏仪从紫外到近红外的光谱范围内的高信噪比高精度测量。
[0008]按照本发明的一个方面，提供一种光谱椭偏仪中氙灯光源的光强平滑处理装置，用于对氙灯光源的光线强度进行平滑处理，以适于从紫外到近红外的宽光谱范围的应用，其特征在于，该装置包括依次布置于同一光路上的准直透镜、汇聚透镜和光阑，其中，准直透镜为消色差透镜，其用于将待处理的氙灯光线准直为平行光束；汇聚透镜为单透镜，其在不同波长下具有不同的焦距，用于将所述平行光束汇聚聚焦，且汇聚后的光斑大小随波长的增加而增大；光阑设置在汇聚透镜后并间隔一定波长焦距位置处，通过设定该光阑的大小使紫外波段的光斑可透过该光阑而可见到近红外波段的光斑被阻挡，从而减小可见到近红外波段的光束光强，实现氙灯光源输出光束光强曲线的平滑。
[0009]作为本发明的进一步优选，所述的光阑与汇聚透镜的间距为波长为193nm的光线所对应的焦距。
[0010]作为本发明的进一步优选，所述氙灯的在193-250nm波长范围的光线光强与氙灯光线在其余光谱范围的光强的差异较原始的氙灯光线光强在相应波段的光强差异减小。
[0011]作为本发明的进一步优选，所述氙灯光线从所述准直透镜的焦点处入射到该准直透镜。
[0012]作为本发明的进一步优选，所述装置还可以包括分光滤波光强处理组件，用于对氙灯光线中光强从强到弱的波段范围内的光线分别进行从强到弱的滤波，从而使得全波段范围的光线光强曲线平滑。
[0013]作为本发明的进一步优选，所述分光滤波光强处理组件包括:用于将待处理光线分光为多束的多根光纤；设置在每根光纤后的带通滤波器，用于将各根光束中的光线滤波为不同波段的光线；多个中性滤波片，其分别设置在相应的带通滤波器后，用于将对应波段的光线进行光强削弱；分光合束镜，用于将经分光滤波和光强削弱处理后的光束进行合束，以形成平滑的光强用于光谱椭偏仪中。
[0014]作为本发明的进一步优选，所述各中性滤波片的透过率不同，以用于分别将不同波段的光线进行不同强度的削弱，实现各波段光线光强的平滑。
[0015]作为本发明的进一步优选，所述不同波段中包括紫外波段，所述带通滤波器为紫外波段带通滤波器，用以将其中一光束中的光线滤波为紫外波段光线。
[0016]作为本发明的进一步优选，所述不同波段中包括紫外-近红外波段，所述带通滤波器为紫外-近红外波段带通滤波器，用以将其中一光束中的光线滤波为紫外-近红外波段光线。
[0017]作为本发明的进一步优选，所述不同波段中包括近红外波段，所述带通滤波器为近红外波段带通滤波器，用以将其中一光束中的光线滤波为近红外波段光线。
[0018]作为本发明的进一步优选，所述紫外波段带通滤波器后没有中性滤波片，或者该中性滤波片的透过率与紫外-近红外波段以及近红外波段对应的中性滤波片的透过率依次减小。
[0019]作为本发明的进一步优选，所述分光滤波光强处理组件设置在光阑后，经该光阑处理后的光线进入所述分光滤波光强处理组件中进行处理。
[0020]作为本发明的进一步优选，所述分光滤波光强处理组件设置在氙灯光源后且在准直透镜之前，经该分光滤波光强处理组件处理后输出的光束入射到该准直透镜。
[0021]按照本发明的另一方面，提供一种光谱椭偏仪中氙灯光源的光强平滑处理方法，用于对氙灯光源的光线强度进行平滑处理，以适于从紫外到近红外的宽光谱范围的应用，其特征在于，包括如下步骤:将氙灯光线通过一消色差透镜光线准直为平行光束；利用在不同波长下具有不同的焦距的单透镜将所述平行光束汇聚聚焦，其汇聚后的光斑大小随波长的增加而增大；将所述汇聚后的光线入射到距所述单透镜后一定位置处的光阑，通过设定该光阑的大小使紫外波段的光斑可透过该光阑而波长大于紫外波段的光线光斑被阻挡，从而减小可见到近红外波段的光束光强，实现氙灯光源输出光束光强曲线的平滑。
[0022]作为本发明的进一步优选，所述的光阑与汇聚透镜的间距为波长为193nm的光线所对应的焦距。
[0023]作为本发明的进一步优选，该方法还包括:将待处理光线分光为多束的步骤；将各根光束中的光线通过设置在每根光纤后的带通滤波器滤波为不同波段的光线的步骤；将对应波段的光线利用分别设置在相应的带通滤波器后的中性滤波片进行光强削弱的步骤；以及将经分光滤波和光强削弱处理后的光束进行合束以形成平滑的光强用于光谱椭偏仪中的步骤。
[0024]作为本发明的进一步优选，所述各中性滤波片的透过率不同，以用于分别将不同波段的光线进行不同强度的削弱，实现各波段光线光强的平滑。
[0025]作为本发明的进一步优选，所述用于分光的待处理光线为经所述光阑处理后的光线。
[0026]作为本发明的进一步优选，所述用于分光的待处理光线为氙灯光源直接出射的光线，所述准直为平行光束的光线为经上述合束后的光线。
[0027]本发明的装置包含至少一个准直透镜，至少一个汇聚透镜和至少一个光阑；所述准直透镜为消色差透镜，氙灯光源的输出光线被准直透镜准直为平行光束后被汇聚透镜聚焦。所述汇聚透镜为单透镜，其焦距与波长成正比，氙灯的输出光束被汇聚透镜聚焦时，其在焦平面上会形成随波长变化的大小不同的光斑，并被放置于焦平面上的光阑进行滤波后输出为一束光线。
[0028]本发明的装置还可以包含至少两条光路和至少一个分光镜，每条光路包含至少一个准直镜，至少一个带通滤波片和至少一个中性滤波片:氙灯光源的输出光线被多根光纤导出为多束光线并分别入射到各自的光路中，每束光线依次通过对应光路中的准直镜，带通滤波片和中性滤波片后，得到光谱范围为带通滤波片对应带宽的平行光线，通过不同透过率的中性滤波片分别调整各波段光线的强度后，通过分光镜合为一束输出光线。
[0029]总体而言，本发明相对于现有技术，具有如下技术效果:
[0030](I)利用单透镜中波长增大其聚焦形成的光斑直径增大的特点，采用光阑进行滤波，从而对波长较长的波段范围内的光束进行强度减弱，可以显著地实现宽光谱范围内的光强曲线平滑。
[0031](2)利用带通滤波器先将光束进行分束，再分别采用对应波段的带通滤波片进行滤波，得到不同波段的光束，然后对应地利用相应波段的具有不同透过率的中性滤波器进行滤波，从而可以将不同波段的光线进行相应幅度的强度削弱，使得实现宽光谱范围内的光强曲线平滑。
[0032](3)本发明没有损失任何波段的光线，探测器或者光谱仪可以正常响应全光谱范围的光线，从而可以光谱椭偏仪从紫外到近红外全光谱范围内的高精度测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1是本发明实施例的一种双旋转补偿器型光谱椭偏仪的结构示意图；
[0034]图2是本发明实施例中氙灯的输出光谱示意图；
[0035]图3是本发明实施例的一种氙灯光线光强平滑处理装置结构示意图；
[0036]图4是本发明实施例中图3所示装置输出的氙灯光谱示意图；
[0037]图5是本发明实施例的另一种氙灯光线光强平滑处理装置结构示意图；
[0038]图6a是本发明实施例中图5所示装置使用两个分光镜时的输出光谱示意图；
[0039]图6b是本发明实施例中图5所不装置仅使用一个分光镜时的输出光谱不意图。
【具体实施方式】
[0040]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0041]如图1所示，为本实施例的一种双旋转补偿器型光谱椭偏仪的结构示意图。为了将该光谱椭偏仪应用到从紫外到近红外的宽光谱范围，光源I的输出光谱2必须覆盖全光谱范围。当使用氙灯作为光源I使用时，如图2所示，其输出光谱2在从紫外到近红外波段的强度差异很大，近红外波段的光强较紫外波段高十倍以上。由于光谱椭偏仪中的探测器或者光谱仪在全波段的量程是相同的，当探测器或者光谱仪在近红外波段接受的光线不超过量程范围时，其在紫外到可见波段接受的光线将会非常弱。为了在全光谱范围获得更高的信噪比和测量精度，输出光谱2必须更加平滑。
[0042]如图3所示为本实施例的一种光谱椭偏仪中氙灯光源光强的平滑处理装置，该装置可以将氙灯光线从紫外到近红外光谱范围(193-1000nm)内的输出光谱进行平滑处理，进而使光谱椭偏仪在全光谱范围内获得高的信噪比和测量精度。本实施例中的平滑处理装置包含一个氙灯光源Xe，一个准直透镜12，一个汇聚透镜13和一个光阑14。准直透镜12优选为消色差透镜，即保证透镜在宽光谱范围内保持一定的焦距，汇聚透镜13优选为普通单透镜，即该透镜在不同波长下具有不同的焦距。氙灯光源Xe，准直透镜12，汇聚透镜13和光阑14依次布置于同一光路上，且氙灯光源位于消色差准直透镜12的焦点上。
[0043]氙灯光源产生的宽光谱光线由消色差准直透镜12准直为平行光束后，经汇聚透镜13汇聚。由于单透镜的焦距随波长变化，即λ，f为透镜焦距，λ为波长，平行光束经该汇聚透镜13汇聚后，不同波长的光线在某一波长对应的焦平面上形成的光斑大小都不相同。由几何光学可知，单透镜的焦距随波长的增加而增加，例如，当将对应波长为193nm的焦距位置设定为焦平面时，不同波长的平行光束由单透镜汇聚形成的光斑大小也将随波长的增加而变大。
[0044]对于氙灯产生的均匀光束，其通过消色差透镜12准直形成的平行光束中各个波长的光束也是均匀的，进而对于各个波长的平行光束由单透镜13汇聚到设定焦平面，即单透镜对应波长为193nm的焦距位置，所形成的光斑也是均匀的。焦距设定在哪，对应波长的光斑就越小，越远离设定波长，其光斑就越大，通过光阑的光线就越少，从而起到平滑作用。如果关注波长从193nm-1000nm,自然设定为193nm最佳，当然如果只是关注210-1000nm,设定为210nm以下都可以达到目的，210nm最佳。如图所示，本实施例中当将光阑放置于透镜对应波长为193nm的焦距位置时，由于平行光束由单透镜汇聚的光斑大小随波长的增加而增大，通过设定光阑14的大小可以使紫外波段的光束更多的通过光阑，而可见到近红外波段的光束将会被光阑14遮挡一部分光线，并且随着波长的增加，通过光阑14的对应波长的光线将会减少，进而达到对氙灯输出光束进行平滑处理的作用。
[0045]如图4所不的实施例中优选300微米直径的光阑时,氣灯的输出光谱15的光强曲线。明显地，与图2中所示的氙灯原始的输出光强曲线相比，本发明实例中获得的氙灯的输出光谱曲线更加平滑，特别是减小了 193-250nm波段与其他波段的光强曲线的差异。
[0046]本发明中的光强光谱平滑装置的关键在于消色差透镜和单透镜的性能。目前包括爱特蒙特(Edmund)光学有限公司，索雷勃(Thorlab)光电有限公司在内的很多公司都提供各种高性能的消色差透镜和单透镜。所以本发明的氙灯光谱平滑装置理论上可以使氙灯输出光谱的光强曲线更平滑，从而实现光谱椭偏仪在从紫外到近红外的光谱范围内高信噪比高精度测量。
[0047]氙灯在193_250nm波长范围的光强曲线与其他光谱范围的差异减小了，即对氙灯在193-800nm波长范围内的光强曲线进行了有效的平滑处理，并且虽然在800-1000nm波长范围的光强曲线与其他光谱范围的差异也缩小了，但仍然比其他波段，即193-800nm波段的光强强近10倍。
[0048]为了获得更加平滑的氙灯输出光强曲线，还可以进一步将氙灯在从紫外到近红外光谱范围内的输出光谱进行进一步的平滑处理，进而使光谱椭偏仪在全光谱范围内获得高的信噪比和测量精度。
[0049]相应地，本平滑处理装置的另一个实施例中进一步包括三根光纤16，17和18，三个准直镜19，23和27，三个带通滤波片20，24和28，三个中性滤波片21，25和29，两个分光合束镜31和33。其中，三根光纤16，17和18分别将经氙灯的输出光线导出为三条光路，每条光路依次包含准直镜，带通滤波片和中性滤波片，两个分光合束镜依次将三条光路的输出光线合并为一束光线。
[0050]光纤16将氙灯的输出光线导出后经准直镜19准直为平行光线，并由紫外波段(193-250nm)带通滤波片20和中性滤波片21滤波，获得紫外光线22 (193_250nm)。[0051]光纤17将氙灯的输出光线导出后经准直镜23准直为平行光线，并由紫外-近红外波段(250-800nm)带通滤波片24和中性滤波片25滤波，获得紫外-近红外光线26(250_800nm)。
[0052]光纤18将氙灯的输出光线导出后经准直镜27准直为平行光线，并由近红外波段(800-1000nm)带通滤波片28和中性滤波片29滤波，获得近红外光线30 (800-1000nm)。
[0053]分光镜31将紫外光线22 (193-250nm)和紫外-近红外光线26 (250_800nm)合并为紫外-近红外光线32 (193-800nm)。
[0054]分光镜33将紫外-近红外光线32 (193-800nm)和近红外光线30 (800-1000nm)合并为紫外-近红外光线34 (193-1000nm)。
[0055]带通滤波片在带通波段范围内保持高的透过率，一般高达80%以上，而在带通波段范围外的透过率很低，一般低于10%。而中性滤波片可以在全波段范围内保持基本相同的透过率，并且不同中性滤波片的透过率可以在0.1%到100%范围内选择使用，100%表示不使用中性滤波片。
[0056]从图2可以看出，氙灯的输出光谱中，波长300nm-800nm波段的光线强度较193nm-250nm波段强近10倍，波长800nm-1000nm波段的强度较193nm_250nm波段强几十倍。在本实施例中，将中性滤波片21的透过率选择为100%，即不使用中性滤波片，从而不对紫外光线22进行削弱；将中性滤波片25的透过率选择为30%，即紫外-近红外光线26的强度将降低到30% ;将中性滤波片29的透过率选择为5%，即近红外光线30的强度将降低到5%。从而使得氙灯的输出光谱在紫外到红外波段都保持较一致的光强，进而实现光谱椭偏仪在从紫外到近红外的光谱范围内高信噪比高精度测量。如图6a所示，为本发明的一个实施例中氣灯的输出光线34的光强曲线。
[0057]在本发明的再一个实施例中，光谱椭偏仪应用需求的光谱范围在193nm-800nm范围内，即只需对紫外波段和近紫外-近红外波段进行处理时，可进一步仅使用两根光纤16和17，两个准直镜19和23，两个带通滤波片20和24，两个中性滤波片21和25，一个分光镜31，其输出光线32 (193-800nm)的光强曲线如图6b所示。
[0058]无论是输出光线32，还是输出光线34，与图2所示的氙灯原始输出光谱相比，使用本发明中的装置，氙灯的输出曲线十分平滑。
[0059]实际上，本发明中的第一实施例中的通过光阑进行光强处理的装置和后续实施例中的通过分光过滤再合束的处理组件的相互位置可任意互换，与氙灯光源在光路上的位置不存在先后次序关系。也就是说，本发明的光强处理装置即可以是单独采用第一实施例的光强处理装置，也可以是单独采用后续实施例中的分光滤波光强处理组件。当然，为了获得更优的技术效果，可以将两者结合使用。在包括这两种装置的光强平滑处理装置中，如果光阑光强处理装置沿光路设置在氙灯光源后，分光滤波光强处理组件设置在光阑光强处理装置后，则先通过光阑光强处理装置对氙灯光源的光强进行第一次平滑处理，经该光阑光强处理装置处理后输出的光束再输入分光滤波光强处理组件进行进一步的光强处理。如果分光滤波光强处理组件沿光路设置在氙灯光源后，光阑光强处理装置设置在分光滤波光强处理组件后，则先通过分光滤波光强处理组件对氙灯光源的光强进行第一次平滑处理，经该分光滤波光强处理组件合束后输出的光束再输入光阑光强处理装置进行进一步的光强处理。需要指出的是，由于氙灯光源的输出光束经分光滤波光强处理组件合束后输出的光束已经是平行光束，此时输入到光阑光强处理装置中时，可以无需使用准直镜对光束进行准直。
[0060]另外，本发明中的光阑光强处理装置中的准直透镜、汇聚透镜和光阑可以为多组，以进行多次连续的光阑处理，甚至各组光阑处理装置可以与分光滤波光强处理组件在光路中任意调换位置，以获得需要的光强处理曲线。
[0061]本发明中所提出的将氙灯应用到光谱椭偏仪的装置的关键在于带通滤波片和中性滤波片的性能。目前包括爱特蒙特(Edmund)光学有限公司，索雷勃(Thorlab)光电有限公司，在内的很多公司都提供各种带宽的高性能带通滤波片和不同透过率的高性能中性滤波片。所以本发明所提出的将氙灯应用到光谱椭偏仪的装置理论上可以使氙灯输出光谱的光强曲线更平滑，从而实现光谱椭偏仪在从紫外到近红外的光谱范围内高信噪比高精度测量。
[0062]本发明不仅局限于上述【具体实施方式】，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种【具体实施方式】实施本发明，例如采用不同带宽的带通滤波片或不同透过率的中性滤波片组合使用，或者将本发明中第一个实施例和第二个实施例组合使用等。因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。
【权利要求】
1.一种光谱椭偏仪中氙灯光源的光强平滑处理装置，用于对氙灯光源的光线强度进行平滑处理，以适于从紫外到近红外的宽光谱范围的应用，其特征在于，该装置包括依次布置于同一光路上的准直透镜(12)、汇聚透镜(13)和光阑(14)，其中， 所述准直透镜(12)为消色差透镜，其用于将待处理的氙灯光线准直为平行光束； 所述汇聚透镜(13)为单透镜，其在不同波长下具有不同的焦距，用于将所述平行光束汇聚聚焦，且汇聚后的光斑大小随波长的增加而增大； 所述光阑(14)设置在汇聚透镜后并间隔一定波长焦距位置处，通过设定该光阑(14)的大小使紫外波段的光斑可透过该光阑(14)而可见到近红外波段的光斑被阻挡，从而减小可见到近红外波段的光束光强，实现氙灯光源输出光束光强曲线的平滑。
2.根据权利要求1所述的一种光谱椭偏仪中氙灯光源的光强平滑处理装置，其特征在于，所述的光阑(14)与汇聚透镜(13)的间距为波长为193nm的光线所对应的焦距。
3.根据权利要求2所述的一种光谱椭偏仪中氙灯光源的光强平滑处理装置，其特征在于，所述氣灯的在193-250nm波长范围的光线光强与氣灯光线在其余光谱范围的光强的差异较原始的氙灯光线光强在相应波段的光强差异减小。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种光谱椭偏仪中氙灯光源的光强平滑处理装置，其特征在于，所述氙灯光线从所述准直透镜(12)的焦点处入射到该准直透镜(12)。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种光谱椭偏仪中氙灯光源的光强平滑处理装置，其特征在于，所述装置还可以包括分光滤波光强处理组件，用于对氙灯光线中光强从强到弱的波段范围内的光线分别进行从强到弱的滤波，从而使得全波段范围的光线光强曲线平滑。
6.根据权利要求5所述的.一种光谱椭偏仪中氙灯光源的光强平滑处理装置，其特征在于，所述分光滤波光强处理组件包括: 用于将待处理光线分光为多束的多根光纤； 设置在每根光纤后的带通滤波器，用于将各根光束中的光线滤波为不同波段的光线； 多个中性滤波片，其分别设置在相应的带通滤波器后，用于将对应波段的光线进行光强削弱; 分光合束镜，用于将经分光滤波和光强削弱处理后的光束进行合束，以形成平滑的光强用于光谱椭偏仪中。
7.根据权利要求6所述的一种光谱椭偏仪中氙灯光源的光强平滑处理装置，其特征在于，所述各中性滤波片的透过率不同，以用于分别将不同波段的光线进行不同强度的削弱，实现各波段光线光强的平滑。
8.根据权利要求6所述的一种光谱椭偏仪中氙灯光源的光强平滑处理装置，其特征在于，所述不同波段中包括紫外波段，所述带通滤波器为紫外波段带通滤波器，用以将其中一光束中的光线滤波为紫外波段光线。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的一种光谱椭偏仪中氙灯光源的光强平滑处理装置，其特征在于，所述不同波段中包括紫外-近红外波段，所述带通滤波器为紫外-近红外波段带通滤波器，用以将其中一光束中的光线滤波为紫外-近红外波段光线。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的一种光谱椭偏仪中氙灯光源的光强平滑处理装置，其特征在于，所述不同波段中包括近红外波段，所述带通滤波器为近红外波段带通滤波器，用以将其中一光束中的光线滤波为近红外波段光线。
11.根据权利要求6-10中任一项所述的一种光谱椭偏仪中氙灯光源的光强平滑处理装置，其特征在于，所述紫外波段带通滤波器后没有中性滤波片，或者该中性滤波片的透过率与紫外-近红外波段以及近红外波段对应的中性滤波片的透过率依次减小。
12.根据权利要求6-11中任一项所述的一种光谱椭偏仪中氙灯光源的光强平滑处理装置，其特征在于，所述分光滤波光强处理组件设置在光阑(14)后，经该光阑(14)处理后的光线进入所述分光滤波光强处理组件中进行处理。
13.根据权利要求6-11中任一项所述的一种光谱椭偏仪中氙灯光源的光强平滑处理装置，其特征在于，所述分光滤波光强处理组件设置在氙灯光源后且在所述汇聚透镜(13)之前，经该分光滤波光强处理组件处理后输出的光束入射到该汇聚透镜(13)。
14.一种光谱椭偏仪中氙灯光源的光强平滑处理方法，用于对氙灯光源的光线强度进行平滑处理，以适于从紫外到近红外的宽光谱范围的应用，其特征在于，包括如下步骤: 将氙灯光线通过一消色差透镜光线准直为平行光束； 利用在不同波长下具有不同的焦距的单透镜将所述平行光束汇聚聚焦，其汇聚后的光斑大小随波长的增加而增大； 将所述汇聚后的光线入射到距所述单透镜后一定位置处的光阑(14)，通过设定该光阑(14)的大小使紫外波段的光斑可透过该光阑(14)而波长大于紫外波段的光线光斑被阻挡，从而减小可见到近红外波段的光束光强，实现氙灯光源输出光束光强曲线的平滑。
15.根据权利要求14所述的一种光谱椭偏仪中氙灯光源的光强平滑处理方法，其特征在于，所述的光阑(14)与汇聚透镜(13)的间距为波长为193nm的光线所对应的焦距。
16.根据权利要求14或15所述的一种光谱椭偏仪中氙灯光源的光强平滑处理方法，其特征在于，该方法还包括: 将待处理光线分光为多束的步骤； 将各根光束中的光线通过设置在每根光纤后的带通滤波器滤波为不同波段的光线的步骤； 将对应波段的光线利用分别设置在相应的带通滤波器后的中性滤波片进行光强削弱的步骤；以及 将经分光滤波和光强削弱处理后的光束进行合束以形成平滑的光强用于光谱椭偏仪中的步骤。
17.根据权利要求14-16中任一项所述的一种光谱椭偏仪中氙灯光源的光强平滑处理方法，其特征在于，所述各中性滤波片的透过率不同，以用于分别将不同波段的光线进行不同强度的削弱，实现各波段光线光强的平滑。
18.根据权利要求16或17中任一项所述的一种光谱椭偏仪中氙灯光源的光强平滑处理方法，其特征在于，所述用于分光的待处理光线为经所述光阑处理后的光线。
19. 根据权利要求16或17中任一项所述的一种光谱椭偏仪中氙灯光源的光强平滑处理方法，其特征在于，所述用于分光的待处理光线为氙灯光源直接出射的光线，所述准直为平行光束的光线为经上述合束后的光线。
【文档编号】G01N21/01GK103471992SQ201310396574
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月3日 优先权日:2013年9月3日
【发明者】刘世元, 李伟奇, 张传维, 陈修国 申请人:华中科技大学