位置260和玻璃边缘表面304相交处相距焦距f2处。该第一透镜412a接收并准直经偏振 转换聚焦光束112F1以形成准直的光束112C1而无渐晕。该第二透镜元件412b被安置从 而接收准直的光束112C1并再聚焦该光束以形成第二经偏振转换聚焦光束112F2。该第二 经偏振转换聚焦光束112F2穿过共焦可变孔径420并被信号光检测器430所接收和检测。 作为响应，信号光检测器430产生经偏振转换检测信号SD。在示例中，信号光检测器430被 置于稍微超过第二透镜元件412b的焦点处。
[0061] 系统100还包括在参考块320和玻璃样品300的下游并沿着第三光轴A3的第二 扇形孔径光阑360。图2C是示例第二扇形孔径光阑360的特写、正面图。第二扇形孔径光 阑360包括从光阑的中心偏移的第二开口 362,其方位通过角范围可以被固定或可手动地 调节。示例第二扇形孔径光阑360具有弓形的形状。第四轴A4名义上穿过第二弓形开口 362的中心。
[0062] 在示例中，第二扇形孔径光阑360包括两个半圆形可移动部分364和中心圆盘 366。中心固定部件368保护半圆形部分364以使它们能够旋转以打开和关闭第二开口 362(如粗体箭头所示）同时保持开口边缘369在所有角位置上径向地导向光束的第三光轴 A3 〇
[0063] 第一扇形孔径光阑200、物镜220、可移动支撑平台230、盖片250、定位台240以及 第二扇形孔径光阑360组成了扫描光学系统270。
[0064] 在示例中，第二开口 362具有前述的弓形形状，该弓形形状具有36° (+/-18° ) 的相关联的标称方位通带角和26°的最小极通过角β副、。在示例中，第二开口 362具有 比第一扇形孔径光阑200的第一开口 202更小的面积。此配置用于阻挡从穿过第一扇形孔 径光阑200的契形开口 202的边缘的经偏振转换光束112PS的相互作用所引起的衍射光。 如此的衍射光能够不利地影响测量。离开物镜220并沿着第四光轴Α4传输的经偏振转换 聚焦光束112F1穿过可移动支撑平台230的孔径236、穿过盖片250,到达玻璃样品300的 玻璃边缘表面304。要测量的折射率分布位于沿着玻璃边缘表面304的平面。
[0065] 在焦点之后，经偏振转换聚焦光束112F1发散并继续穿过参考块320的前部表面 324,离开顶部表面322。部分经偏振转换聚焦光束112F1接着穿过第二扇形孔径光阑360 的第二开口 362。
[0066] 以小于β ^、的极角传播的部分经偏振转换聚焦光束112F1被阻挡，而以大于β 、的角度传播的部分通向信号光检测器430。因此，如果在玻璃边缘表面304的折射率减 小，那么来自经偏振转换聚焦光束112F1的光线的折射角增大并且更多的原本被阻挡的光 功率现在会超过最小极角β ^、。这导致了信号检测器430上的光功率增大。相反地，如果 在玻璃边缘表面304的折射率增加，那么来自聚焦光束112F1的光线的折射角减小并且更 少的光功率会超过最小极角β ^、而被第二孔径光阑360所阻挡。这导致了信号检测器430 上的光功率降低。
[0067] 第二扇形孔径光阑360被安置在离参考块320的顶部表面322距离DS处。在示 例中，距离DS是在8. 5毫米至37. 5毫米的范围内。然而，距离DS能够使高度H达3英寸 的样品能被安置在盖片250和第二扇形孔径光阑360之间，其中的限制由与第一透镜元件 412a相交的孔径光阑的实例所限定。
[0068] 能够是可调节可变光阑的共焦可变孔径420被放置在中继光学系统410的焦点上 (例如，第二透镜元件412b之后距离f2处）以建立共焦信号检测装置。注意，参考检测系 统160还具有共焦检测装置，但仅有一个聚焦透镜162,因为来自分束元件150的经偏振转 换反射光束部分112R已经被准直了。信号检测系统400和第四光轴A4限定了系统100的 信号臂470。
[0069] 在示例中，共焦孔径164的在轴开口 165能够被缩小到大约1毫米的直径上或甚 至更小。信号检测系统400的共焦检测装置，与来自样品测量区域的位置的信号光检测器 430的大偏移距离（例如大约200mm)相结合，用于防止来自测量区域的大多数任何不需要 的散射及反射光到达参考光检测器166和信号光检测器430。这样用于消除由于散射光和 /或反射光的测量误差。
[0070] 对于所有光检测器的共同问题是光检测器的效率随光检测器的面而变化。通常， 光检测器越大，检测均匀性跨面而变化越大。在高质量光检测器中，Icm 2上检测均匀性的变 化是大约±2%。这些均匀性变化向相对于折射角的所测光功率引入误差，并且因此造成所 测折射率的缩放中的误差
[0071] 原则上，通过校准处理，这些类型的固有检测误差能够被减少或消除。此校准步骤 可包括扫描已知折射率分布的玻璃样品，然后重新映射所测样品数据以改善准确性。然而， 最期望通过保持检测器的照明面积尽可能地小以避免这额外的步骤。
[0072] 图4A是对于硅基光检测器上存在的空气与硅之间的界面，左侧轴上的反射率R和 右侧轴上的AR = Rte - 1?"相关于入射角的标绘图。图4B是相同类型的标绘图，但是对于 硅与具有1.5的折射率的介质（例如，折射率匹配油或玻璃）之间的界面。TE反射率R te由 虚线所示，TM反射率Rtm由点划线所示以及TE和TM反射率之差AR由实线所示。能够从 图4A和4B看出，低入射角具有低的Λ R值，所以对于入射在硅基光检测器上的光，这样是 优选的。为了此目的，并且参考图2D，信号光检测器430沿着第四光轴Α4被安置从而对于 在聚焦光束的范围Δ Θ内的所有入射角Θ，聚焦光束112F2的中心光线112C几乎垂直地 入射到信号光检测器。
[0073] 此外，入射在信号光检测器430上的入射角β的极角范围Λ β从通常与现有技 术系统关联的12°被减半到大约6°，因为入射角关于表面法线被分为正角与负角。这样 降低了所测TE和TM功率之间的最大差，从超过3. 1 %降到大约0. 25 %，这是大约12倍的 改进。在方位范围Δ n中，入射角n从通常与现有技术关联的±45°降低至±18°。
[0074] 图5Α是对于用未充满光检测器430的窄准直光光束照射的高质量功率计，TE偏 振（如+所示）和TM偏振（如〇所示）的功率Ρ(μπι)相对于入射角Θ (度）的标绘图。 计算机控制的液晶可变延迟器用于在TE和TM偏振态之间在每个角度多次调制入射光。因 为角被手动旋转，入射角Θ在图上被示出在功率电平之上和之下。
[0075] 图5B是基于图5A，TE和TM偏振的所测功率的差ΔP(%)相对于角的标绘图。 Λ P在+/ - 24°的范围上从最小到最大的差大约在3. 1 %。发生在零度的从液晶偏振旋转 元件背向反射出的伪像由图5Α中的箭头ARl所示。此伪像改变了功率电平，但对如预期的 正入射光，它没有影响功率差ΔΡ。
[0076] 在降低TM和TE功率偏差中计算出的改进能被从图4Α、4Β、5Α和5Β的标绘图中估 算出。例如，相对于图4Α，AR从45°的25.0%下降至18°的3.6%，这是6.9倍的改进。
[0077] 可调节方位带通△ η允许使用者降低角的方位通带范围以便减小检测效率中的 偏振差别。在实例中，聚焦透镜162的焦距Π 和中继光学系统410的焦距f2相对较长（例 如，75毫米到80毫米）从而聚焦弓形光112A在信号光检测器430的入射角是相对较小的。 这用于最小化检测臂和参考臂中的偏振及角相关效率误差。
[0078] 可调节第二孔径光阑360的另一优点是弓形开口 362能够在方位角方向Λ η上 被关闭以确保折射光没有超过中继光学系统410的通光孔径。
[0079] 在示例中，中继光学系统410具有IX放大率。然而，可使用其他放大率以进一步降 低在信号光检测器430上的入射角，并且因此进一步降低角测量误差及偏振测量误差。参 考检测系统160的共焦装置和信号检测器系统400有助于限制到达参考光检测器166及信 号光检测器430的杂散光的量。在替代实施例中，信号光检测器430和/或参考光检测器 166是小面积检测器（例如，Imm X 1mm)，并且没有使用共焦孔径。
[0080] 由上所述，AR涂层326可被施加在参考块320的顶部表面322上。图6A标绘了 对于具有1.51折射率的参考块320与空气间的界面，反射率R相对于入射角Θ (度）的变 化。图6B是与图6A相同的标绘图，但是AR涂层326由对波长λ为633纳米的光优化的 915纳米厚的单层MgF 2制成（即1. 45 λ )。TE反射率由虚线所示，而TM反射率被测量为点 划线。TE - TM反射率差AR由实线所示，AR轴示在标绘图的右侧。箭头AR2示出在16° 至24°之间的入射角范围Λ Θ，这对于光束从参考块320内部折射进入空气时是典型的。
[0081] 在参考块320的顶部表面322上的标准四分之一波长、MgF2AR涂层326能减小在 角跨度上内部偏振反射差。然而，双折射性测量的目标是最终在整个角范围上尽可能减小 角反射差及偏振反射差。图6Α中，反射率R在角范围Λ Θ上变化了 3. 5%。然而，通过 对1.45 λ厚度的MgF2AR涂层326的使用，Λ R在角范围Λ Θ上的变化被降低超过4Χ，至 0. 8%。通过对比，标准四分之一波长AR涂层326在相同的角范围上可实现仅2Χ降低，至 1. 6%〇
[0082] 再参考图1，系统100包括与信号光检测器430及参考光检测器166电连接的双信 道功率计500。双信道功率计500还与主触发控制器510电连接，该主触发控制器还与偏振 转换控制器146电连接。系统100还包括主计算机控制器550,该主计算机控制器可操作地 连接至定位台控制器244、双信道功率计500和主触发控制器510。
[0083] 在示例中，主计算机控制器550包括处理器552和存储器单元（"存储器"）554， 被配置为执行存储在固件和/或软件中的指令，包括信号处理指令以执行本文所公开的测 量。在示例中，术语"控制器"和"计算机"是可以互换的。
[0084] 主计算机控制器550是可编程的以执行本文所述的