WO2011148023A1 - Method and system for determining a plurality of elements in a mueller matrix - Google Patents

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WO2011148023A1 PCT/ES2011/070373 ES2011070373W WO2011148023A1 WO 2011148023 A1 WO2011148023 A1 WO 2011148023A1 ES 2011070373 W ES2011070373 W ES 2011070373W WO 2011148023 A1 WO2011148023 A1 WO 2011148023A1
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Oriol Arteaga Barriel
Adolfo Canillas Biosca
Josep Maria RIBÓ TRUJILLO
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Universitat De Barcelona
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    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties
    • G01N21/211—Ellipsometry

Abstract

The invention relates to the use of an element with rotating optic power to change the azimuth angle of the polarization state in a method or system for determining a plurality of elements in a Mueller matrix.

Description

Método y sistema para determinar una pluralidad de elementos de una matriz de Mueller  Method and system to determine a plurality of elements of a Mueller matrix
La presente invención hace referencia a un método y a un sistema para determinar una pluralidad de elementos de una matriz de Mueller. La presente invención hace referencia adicionalmente a la utilización de elementos con poder óptico rotatorio en dichos sistemas o métodos. The present invention refers to a method and a system for determining a plurality of elements of a Mueller matrix. The present invention makes further reference to the use of elements with rotary optical power in said systems or methods.
ESTADO DE LA TÉCNICA STATE OF THE TECHNIQUE
La polarimetría es la medida e interpretación de la polarización de ondas transversales, sobretodo de las ondas electromagnéticas, como ondas de radio o de luz. Típicamente, polarimetría se aplica a las ondas Polarimetry is the measurement and interpretation of the polarization of transverse waves, especially electromagnetic waves, such as radio or light waves. Typically, polarimetry is applied to waves
electromagnéticas que han viajado a través de o han sido reflejadas, transmitidas o dispersadas por una muestra con el fin de caracterizar dicha muestra. La polarimetría de reflexión de películas delgadas y superficies se conoce comúnmente como elipsometría. electromagnetic that have traveled through or have been reflected, transmitted or dispersed by a sample in order to characterize said sample. The polarimetry of reflection of thin films and surfaces is commonly known as ellipsometry.
Los polarímetros, elipsómetros y dispositivos similares por lo general comprenden una fuente de luz y un generador de estados de polarización (PSG), que polariza esta luz. La luz polarizada se dirige posteriormente a una muestra para ser investigada. La luz que es reflejada (o transmitida o dispersada) por la muestra generalmente pasa a través de un analizador de estado de polarización (PSA) y, a continuación, se recoge p. ej. por un tubo fotomultiplicador. El PSG y el PSA (cuando está presente) típicamente comprenden polarizadores lineales y también pueden incluir moduladores que pueden cambiar el estado de polarización, p. ej. láminas cuarto de onda, moduladores fotoelásticos o moduladores de cristal líquido. Determinando la intensidad (o la variación temporal de la intensidad para sistemas Polarimeters, ellipsometers and similar devices generally comprise a light source and a polarization state generator (PSG), which polarizes this light. Polarized light is then directed to a sample to be investigated. The light that is reflected (or transmitted or dispersed) by the sample generally passes through a polarization state analyzer (PSA) and then collects p. ex. by a photomultiplier tube. The PSG and PSA (when present) typically comprise linear polarizers and may also include modulators that can change the polarization state, e.g. ex. quarter wave blades, photoelastic modulators or liquid crystal modulators. Determining the intensity (or temporal variation of intensity for systems
modulados) de la luz recogida, se pueden detectar los cambios en el estado de polarización en la interacción con la muestra. Dicha influencia puede expresarse mediante los dieciséis elementos de una "matriz de Mueller" 4x4. modulated) of the collected light, changes in the polarization state in the interaction with the sample can be detected. This influence can be expressed through the sixteen elements of a "Mueller matrix" 4x4.
Los polarímetros más conocidos no miden todos los dieciséis elementos de una matriz de Mueller. Por ejemplo, los dicrógrafos (polarímetros dedicados a la medición de dicroísmo) miden sólo un elemento de la matriz, y la mayoría de los elipsómetros miden de uno a tres elementos. La patente US 6.753.961 describe un elipsómetro espectroscópico que comprende una fuente de luz policromática, un espectrómetro, un polarizador y un polarizador analizador, y uno o más objetivos en los trayectos de iluminación y recogida de luz. El elipsómetro comprende además un modulador de polarización estacionario que modula la polarización de la luz respecto a la longitud de onda. El modulador puede ser un cristal The best known polarimeters do not measure all sixteen elements of a Mueller matrix. For example, dichrographs (polarimeters dedicated to the measurement of dichroism) measure only one element of the matrix, and most ellipsometers measure one to three elements. US 6,753,961 discloses a spectroscopic ellipsometer comprising a polychromatic light source, a spectrometer, a polarizer and an analyzer polarizer, and one or more targets in the lighting and light collection paths. The ellipsometer further comprises a stationary polarization modulator that modulates the polarization of light with respect to wavelength. The modulator can be a crystal
ópticamente activo que gira el plano de polarización un ángulo diferente para cada longitud de onda o un retardador de lámina no acromático que varía periódicamente el retraso de la fase relativa de los componentes de polarización respecto a la longitud de onda. Este elipsómetro optically active that rotates the polarization plane a different angle for each wavelength or a non-achromatic sheet retarder that periodically varies the delay of the relative phase of the polarization components with respect to the wavelength. This ellipsometer
espectroscópico puede medir sólo dos parámetros relacionados con dos elementos de la matriz de Mueller. Spectroscopic can measure only two parameters related to two elements of the Mueller matrix.
Sin embargo, también es conocido el uso rotadores mecánicos para girar mecánicamente los elementos ópticos, dando lugar al PSG o al PSA, que permite la determinación de más elementos de la matriz de Mueller. However, it is also known to use mechanical rotators to mechanically rotate the optical elements, giving rise to the PSG or the PSA, which allows the determination of more elements of the Mueller matrix.
La patente US 5.956.147 describe un elipsómetro generalizado con dos moduladores que comprende dos pares polarizador-modulador fotoelástico (PEM), una fuente de luz óptica, un sistema de detección óptica, y la electrónica de procesamiento de datos y de control asociada, donde los PEMs vibran libremente. La luz incidente pasa a través del primer par polarizador-PEM, se refleja en la superficie de la muestra o pasa a través de la muestra, pasa por el segundo par PEM-polarizador y se detecta. Esta configuración permite la determinación simultánea de ocho elementos de la matriz de Mueller. Para determinar más elementos de la matriz de Mueller (hasta 16), se pueden cambiar los ángulos acimutales de los pares PEM- polarizador con respecto al plano de la incidencia utilizando un mecanismo de rotación mecánico. US Patent 5,956,147 describes a generalized ellipsometer with two modulators comprising two photoelastic polarizer-modulator (PEM) pairs, an optical light source, an optical detection system, and the associated data processing and control electronics, where PEMs vibrate freely. The incident light passes through the first polarizing-PEM pair, is reflected on the surface of the sample or passes through the sample, passes through the second PEM-polarizing pair and is detected. This configuration allows the simultaneous determination of eight elements of the Mueller matrix. To determine more elements of the Mueller matrix (up to 16), the azimuthal angles of the PEM-polarizing pairs with respect to the plane of incidence can be changed using a mechanical rotation mechanism.
Una desventaja inherente al uso de rotadores mecánicos es que deben usarse dispositivos muy precisos (y por lo tanto caros) para obtener una buena precisión en la rotación del acimut del generador de estados de polarización (PSG) y/o del analizador de estados de polarización (PSA). La rotación del PSG y/o PSA puede modificar la dirección de propagación del haz luminoso. Esto es debido principalmente a la alineación imperfecta de los componentes ópticos que forman el PSG y el PSA y debido a que el haz de luz que no incide totalmente perpendicular en sus superficies. Existirá un ángulo de incidencia pequeño, pero generalmente no insignificante, para luz dirigida hacia estos elementos ópticos (p. ej. los polarizadores y los PEMs). Si se considera, como una estimación aproximada, que el PSG es un único elemento óptico de SiO2 (cuarzo) con un espesor de 50 mm (el espesor de la barra óptica del PEM junto con la del polarizador es generalmente más alto), para una desalineación de 1 o, la ley de Snell indica que el haz a la salida del PSG estará desplazado lateralmente alrededor de 0.6 mm respecto del haz de entrada. A disadvantage inherent in the use of mechanical rotators is that very precise (and therefore expensive) devices must be used to obtain a good precision in the rotation of the azimuth of the polarization state generator (PSG) and / or of the polarization state analyzer (PSA). The rotation of the PSG and / or PSA can modify the direction of propagation of the light beam. This is mainly due to the imperfect alignment of the optical components that form the PSG and PSA and because the beam of light that does not fully impact perpendicular to its surfaces. There will be a small, but generally not insignificant, angle of incidence for light directed towards these optical elements (eg polarizers and EMPs). If it is considered, as a rough estimate, that the PSG is a single optical element of SiO 2 (quartz) with a thickness of 50 mm (the thickness of the optical bar of the EMP together with that of the polarizer is generally higher), for a misalignment of 1 o , Snell's law indicates that the beam at the exit of the PSG will be laterally shifted about 0.6 mm from the input beam.
Si se considera la rotación acimutal de todo el PSG se podría también tener en cuenta que el eje de rotación podría no estar perfectamente alineado con el haz de luz ni con la normal a la superficie. Todo esto lleva a desviaciones del haz de luz que varían según la posición acimutal del PSG. Estas desviaciones dan lugar a pequeñas, pero notables, diferencias en el área iluminada de la muestra en función de la posición angular del PSG y/o del PSA que puede llevar a errores importantes en la medición de la matriz de Mueller, si las muestras investigadas no son homogéneas en el plano. Por lo tanto, la rotación mecánica de un PSG y/o PSA (en particular, para PSG o PSA gruesos) no puede ser compatible con muestras que requieren la medida de la matriz completa de Mueller con elevada resolución lateral. If the azimuthal rotation of the entire PSG is considered, it could also be taken into account that the axis of rotation may not be perfectly aligned with the light beam or with the normal to the surface. All this leads to deviations of the light beam that vary according to the azimuthal position of the PSG. These deviations give rise to small, but notable, differences in the illuminated area of the sample depending on the angular position of the PSG and / or the PSA that can lead to significant errors in the measurement of the Mueller matrix, if the samples investigated They are not homogeneous in the plane. Therefore, the mechanical rotation of a PSG and / or PSA (in particular, for thick PSG or PSA) cannot be compatible with samples that require the measurement of the complete Mueller matrix with high lateral resolution.
Existe por lo tanto la necesidad de un método y sistema para la There is therefore a need for a method and system for the
determinación parcial o total de una matriz de Mueller con mejor resolución lateral. También existe la necesidad de un método y sistema para la determinación parcial o total de una matriz de Mueller, que puede ser utilizada para muestras altamente inhomogéneas. Existe también la necesidad de un método y un sistema de determinar una matriz completa de Mueller sin necesidad de utilizar elementos de rotación mecánicos. partial or total determination of a Mueller matrix with better lateral resolution. There is also a need for a method and system for the partial or total determination of a Mueller matrix, which can be used for highly inhomogeneous samples. There is also a need for a method and system to determine a complete Mueller matrix without the need to use mechanical rotating elements.
Es objeto de la presente invención satisfacer al menos parcialmente estas necesidades. It is the object of the present invention to meet at least partially these needs.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN EXPLANATION OF THE INVENTION
En un primer aspecto, la presente invención proporciona un método para la determinación de una pluralidad de elementos de una matriz de Mueller indicativa de uno o más parámetros ópticos de una muestra a analizar, donde el método comprende generar radiación electromagnética, polarizar la radiación, dirigir la radiación hacia la muestra a analizar y permitir que la radiación interaccione con la muestra, recoger al menos una porción de la radiación reflejada transmitida o dispersada por la muestra, analizar el estado de polarización de la radiación recogida y determinar una pluralidad de elementos de la matriz de Mueller, donde la radiación electromagnética recogida es substancialmente monocromática, y donde el ángulo acimutal del estado de polarización de la radiación se modifica antes y/o después de la interacción de la radiación con la muestra haciendo pasar la radiación a través de un elemento con poder óptico rotatorio. In a first aspect, the present invention provides a method for determining a plurality of elements of a Mueller matrix indicative of one or more optical parameters of a sample to be analyzed, where the method comprises generating electromagnetic radiation, polarizing the radiation, directing the radiation towards the sample to be analyzed and allowing the radiation to interact with the sample, collecting at least a portion of the sample. reflected radiation transmitted or dispersed by the sample, analyze the polarization state of the collected radiation and determine a plurality of elements of the Mueller matrix, where the electromagnetic radiation collected is substantially monochromatic, and where the azimuth angle of the polarization state of the Radiation is modified before and / or after the interaction of the radiation with the sample by passing the radiation through an element with rotating optical power.
En este aspecto de la invención, en lugar de un sistema de rotación mecánico utilizado generalmente en el estado de la técnica, se utiliza un elemento con poder óptico rotatorio para cambiar el ángulo de acimut del estado de polarización en una cantidad determinada. El ángulo de acimut (también conocido como el "ángulo de inclinación") de un estado de polarización es el ángulo entre el semieje principal y el eje x de una elipse de polarización. El uso de dicho elemento con poder óptico rotatorio en lugar de la rotación mecánica permite mejorar la resolución espacial de las medidas. También puede reducir el tamaño y el precio de los instrumentos utilizados en la determinación parcial o determinación completa de una matriz de Mueller. En el contexto de la presente invención, se entiende como un elemento con poder óptico rotatorio cualquier elemento capaz de girar apreciablemente el plano de polarización de la radiación electromagnética respecto a la dirección del movimiento a medida que la radiación viaja a través de él. Opcionalmente, el elemento con poder óptico rotatorio es una lámina de un cristal ópticamente activo. A pesar de que se podrían utilizar varios tipos diferentes de cristales ópticamente activos, en las realizaciones preferidas, la lámina puede ser una lámina de cuarzo cortada de manera que su eje óptico es perpendicular a las caras ópticas de la lámina. El cuarzo es relativamente barato y las láminas de cuarzo pueden ser fabricadas con relativa facilidad. En realizaciones de la invención, la lámina de cuarzo puede tener un espesor sustancialmente entre 0.1 mm y 2 mm. En algunas realizaciones, la lámina de cuarzo puede tener un espesor sustancialmente entre 0.25 mm y 1 mm. El espesor de la lámina podrá determinarse de acuerdo con la longitud de onda de la radiación que se utiliza en las medidas. La medida en que un estado de polarización es girado por el cuarzo depende de la longitud de onda. Por ejemplo, para la radiación de longitud de onda de 589.4 nm, el poder rotatorio óptico del cuarzo es 21 .7 mm. Dependiendo de la longitud de onda, el espesor del cuarzo puede por tanto variar para conseguir una cierta rotación. En general, cuanto más delgada sea la lámina de cuarzo (o de otro cristal), mejor será la resolución espacial que se puede conseguir. Las láminas de cuarzo muy delgadas son normalmente adecuadas para las medidas en el rango ultravioleta, ya que el cuarzo tiene un gran poder rotatorio en este rango de longitudes de onda. El sistema puede calibrarse para la cantidad de rotación inducida por el elemento con poder rotatorio. En algunas realizaciones, la medida parcial o completa de una matriz de Mueller puede realizarse para una variedad de longitudes de onda In this aspect of the invention, instead of a mechanical rotation system generally used in the state of the art, an element with rotary optical power is used to change the azimuth angle of the polarization state by a certain amount. The azimuth angle (also known as the "tilt angle") of a polarization state is the angle between the main semi-axis and the x-axis of a polarization ellipse. The use of said element with rotating optical power instead of mechanical rotation allows to improve the spatial resolution of the measurements. It can also reduce the size and price of the instruments used in the partial determination or complete determination of a Mueller matrix. In the context of the present invention, an element with rotary optical power is understood as any element capable of appreciably rotating the plane of polarization of electromagnetic radiation with respect to the direction of movement as radiation travels through it. Optionally, the element with rotating optical power is a sheet of an optically active crystal. Although several different types of optically active crystals could be used, in preferred embodiments, the sheet can be a cut quartz sheet so that its optical axis is perpendicular to the optical faces of the sheet. Quartz is relatively cheap and quartz sheets can be manufactured with relative ease. In embodiments of the invention, the quartz sheet may have a thickness substantially between 0.1 mm and 2 mm. In some embodiments, the sheet of Quartz can have a thickness substantially between 0.25 mm and 1 mm. The thickness of the sheet can be determined according to the wavelength of the radiation used in the measurements. The extent to which a state of polarization is rotated by quartz depends on the wavelength. For example, for 589.4 nm wavelength radiation, the optical rotational power of quartz is 21.7 mm. Depending on the wavelength, the thickness of the quartz can therefore vary to achieve a certain rotation. In general, the thinner the quartz (or other crystal) sheet, the better the spatial resolution that can be achieved. Very thin quartz sheets are normally suitable for measurements in the ultraviolet range, since quartz has a great rotational power in this wavelength range. The system can be calibrated for the amount of rotation induced by the rotating power element. In some embodiments, the partial or complete measurement of a Mueller matrix can be performed for a variety of wavelengths
("espectroscópicamente"). En estas realizaciones, la calibración de la rotación proporcionada por una lámina cristalina (o de otro elemento con poder rotatorio óptico) debe realizarse también espectroscópicamente. Y en el caso de un rango espectroscópico amplio puede ser necesario o ventajoso utilizar una pluralidad de láminas de cuarzo de espesor diferente para longitudes de onda de diferentes regiones. Rotaciones ópticas entre ±15° y ±75° son generalmente deseables (siendo ±45° el valor óptimo) para la determinación de la matriz de Mueller. Dentro del ámbito de la presente invención, la longitud de onda, el tipo de cristal y el espesor de un cristal pueden variar libremente según las circunstancias. ("spectroscopically"). In these embodiments, the calibration of the rotation provided by a crystalline sheet (or other element with optical rotational power) must also be performed spectroscopically. And in the case of a wide spectroscopic range it may be necessary or advantageous to use a plurality of quartz sheets of different thickness for wavelengths of different regions. Optical rotations between ± 15 ° and ± 75 ° are generally desirable (with ± 45 ° being the optimal value) for the determination of the Mueller matrix. Within the scope of the present invention, the wavelength, the type of crystal and the thickness of a crystal may vary freely depending on the circumstances.
En otras realizaciones, el elemento con poder óptico rotatorio está hecho de un metamaterial. Los metamaterials son materiales artificiales que pueden ser diseñados para proporcionar ciertas propiedades deseadas. In other embodiments, the element with rotating optical power is made of a metamaterial. Metamaterials are artificial materials that can be designed to provide certain desired properties.
Metamateriales con un deseado poder óptico rotatorio pueden utilizarse ventajosamente en realizaciones de la invención. En realizaciones  Metamaterials with a desired rotational optical power can be advantageously used in embodiments of the invention. In realizations
adicionales el elemento con poder óptico rotatorio es una célula de cristal líquido. In addition, the element with rotating optical power is a liquid crystal cell.
Opcionalmente, polarizar la radiación comprende sustancialmente variar continuamente el estado de polarización de la radiación polarizada. La modulación de la polarización con respecto del tiempo permite determinar más elementos de la matriz de Mueller. La intensidad de la luz que es recogida después de la reflexión / transmisión / refracción en la muestra variará de acuerdo con la variación de la polarización. El análisis de esta variación temporal, puede proporcionar más elementos de la matriz de Mueller que en los sistemas sin modulación. Optionally, polarizing the radiation substantially comprises continuously varying the polarization state of the polarized radiation. The Modulation of polarization with respect to time allows to determine more elements of the Mueller matrix. The intensity of the light that is collected after reflection / transmission / refraction in the sample will vary according to the polarization variation. The analysis of this temporal variation can provide more elements of the Mueller matrix than in systems without modulation.
Opcionalmente, el método comprende adicionalmente polarizar una parte de la radiación reflejada, transmitida o dispersada por la muestra. Optionally, the method further comprises polarizing a portion of the radiation reflected, transmitted or dispersed by the sample.
Preferiblemente, polarizar una parte de la radiación reflejada, transmitida o dispersada por la muestra comprende variar continuamente el estado de polarización de la radiación polarizada. Mediante el uso de dos sistemas de polarización modulada con frecuencias de modulación temporal diferentes, se podrán determinar más elementos de la matriz de Mueller con las medidas. En estas realizaciones, se cambia el estado de polarización de la radiación al menos una vez más (por medios adecuados como un modulador o un segundo polarizador con o sin modulador) antes y/o después de la interacción de la radiación con la muestra. Opcionalmente, la radiación electromagnética generada es monocromática. Dicha radiación monocromática se puede generar utilizando p. ej. un láser. Alternativamente, la radiación electromagnética generada no es Preferably, polarizing a part of the radiation reflected, transmitted or dispersed by the sample comprises continuously varying the polarization state of the polarized radiation. By using two modulated polarization systems with different temporal modulation frequencies, more elements of the Mueller matrix can be determined with the measurements. In these embodiments, the radiation polarization state is changed at least once more (by suitable means such as a modulator or a second polarizer with or without a modulator) before and / or after the interaction of the radiation with the sample. Optionally, the electromagnetic radiation generated is monochromatic. Said monochromatic radiation can be generated using p. ex. a laser Alternatively, the electromagnetic radiation generated is not
monocromática, y en su lugar se utiliza un monocromador para seleccionar una banda estrecha de longitudes de onda de la radiación emitida por la fuente, reflejada, transmitida o dispersada por la muestra o recogida por el detector. monochromatic, and instead a monochromator is used to select a narrow band of wavelengths of the radiation emitted by the source, reflected, transmitted or dispersed by the sample or collected by the detector.
En algunas realizaciones, un método para determinar una pluralidad de elementos de una matriz de Mueller puede comprender sustancialmente realizar el método descrito anteriormente, donde el estado de polarización sólo se gira antes de la interacción de la radiación con la muestra dirigiendo la radiación a través de un elemento con poder óptico rotatorio, y repetir el método, donde ahora el estado de polarización sólo se gira después de la interacción de la radiación con la muestra dirigiendo la radiación a través de un elemento con poder óptico rotatorio, repitiendo otra vez el método, donde ahora el estado de polarización se gira antes y después de la interacción de la radiación con la muestra dirigiendo la radiación a través de un elemento con poder óptico rotatorio, y finalmente repitiendo el método, en el que ahora no se rota el estado de polarización ni antes ni después de la interacción de la radiación con la muestra. En estas realizaciones, se podrán determinar todos los elementos de la matriz de Mueller (dependiendo de si están presentes uno o dos sistemas polarizadores y dependiendo de si presentan una dependencia temporal o no). In some embodiments, a method for determining a plurality of elements of a Mueller matrix may substantially comprise performing the method described above, where the polarization state is only rotated before the interaction of the radiation with the sample by directing the radiation through an element with rotating optical power, and repeating the method, where now the state of polarization is only rotated after the interaction of the radiation with the sample directing the radiation through an element with rotating optical power, repeating the method again, where the polarization state is now rotated before and after the interaction of the radiation with the sample directing the radiation through an element with rotating optical power, and finally repeating the method, in which the polarization state is now not rotated either before or after the interaction of the radiation with the sample. In these embodiments, all the elements of the Mueller matrix can be determined (depending on whether one or two polarizing systems are present and depending on whether they have a temporary dependence or not).
En algunas realizaciones, puede repetirse para diferentes longitudes de onda sustancialmente un método como el descrito anteriormente. También, puede repetirse para diferentes partes de la muestra sustancialmente un método como el descrito anteriormente. Esto puede ser especialmente útil para las muestras no homogéneas. In some embodiments, a method such as that described above can be repeated for substantially different wavelengths. Also, a method like the one described above can be repeated substantially for different parts of the sample. This can be especially useful for non-homogeneous samples.
En otro aspecto, la invención proporciona un sistema para determinar una pluralidad de elementos de una matriz de Mueller indicativa de uno o más parámetros ópticos de una muestra a analizar, que comprende una fuente para generar radiación electromagnética, un primer sistema polarizador para polarizar la radiación y un detector para recoger al menos una parte de la radiación reflejada, transmitida o dispersada por la muestra y para detectar la intensidad de la radiación recogida, y que además comprende un primer elemento con poder óptico rotatorio para girar el estado de polarización y unos primeros medios para posicionar de forma selectiva y quitar dicho primer elemento con poder óptico poder rotatorio en un trayecto recorrido por la radiación electromagnética entre el primer sistema de polarización y el detector. In another aspect, the invention provides a system for determining a plurality of elements of a Mueller matrix indicative of one or more optical parameters of a sample to be analyzed, comprising a source for generating electromagnetic radiation, a first polarizing system for polarizing radiation. and a detector to collect at least a part of the radiation reflected, transmitted or dispersed by the sample and to detect the intensity of the radiation collected, and which also comprises a first element with rotating optical power to rotate the polarization state and first means for selectively positioning and removing said first element with optical power rotating power in a path traveled by electromagnetic radiation between the first polarization system and the detector.
En este aspecto, se proporciona un sistema que permite múltiples medidas en el que el estado de polarización puede o no puede ser rotado, similar a los sistemas existentes que utilizan rotadores mecánicos para girar los sistemas polarizadores. Sin embargo, los elementos de poder óptico rotatorio permiten una resolución más alta en las medidas y pueden hacer que un sistema de este tipo sea más barato que un sistema equivalente que utilize la rotación mecánica. Opcionalmente, el sistema puede comprender adicionalmente un segundo elemento con poder óptico rotatorio y unos segundos medios para posicionar de forma selectiva y quitar el segundo elemento con poder óptico rotatorio en un trayecto recorrido por la radiación electromagnética entre el polarizador y el detector. En una realización preferida, el primer elemento con poder óptico rotatorio se puede posicionar selectivamente y quitar en un trayecto de iluminación que se extiende entre el sistema polarizador y la muestra a analizar, y el segundo elemento con poder óptico rotatorio se puede posicionar y quitar en el trayecto de recogida entre la muestra a analizar y el detector. En estas realizaciones, el sistema permite realizar medidas donde se gira el estado de polarización con un elemento con poder óptico rotatorio antes de la interacción con la muestra, o después de la interacción con la muestra, o en ambos casos. También permite una medida donde el estado de polarización no se gira con los elementos de poder óptico rotatorio. Estas medidas pueden combinarse para determinar más o incluso todos los elementos de la matriz de Mueller. En algunas realizaciones, el sistema puede incluir un segundo sistema de polarización para polarizar al menos una parte de la radiación que es reflejada, y/o transmitida y/o dispersada por la muestra a analizar. In this aspect, a system is provided that allows multiple measurements in which the polarization state may or may not be rotated, similar to existing systems that use mechanical rotators to rotate polarizing systems. However, the rotating optical power elements allow a higher resolution in the measurements and can make such a system cheaper than an equivalent system that uses mechanical rotation. Optionally, the system may additionally comprise a second element with rotating optical power and a few second means for selectively positioning and removing the second element with rotating optical power in a path traveled by the electromagnetic radiation between the polarizer and the detector. In a preferred embodiment, the first element with rotating optical power can be selectively positioned and removed in a lighting path that extends between the polarizing system and the sample to be analyzed, and the second element with rotating optical power can be positioned and removed in the collection path between the sample to be analyzed and the detector. In these embodiments, the system allows measurements where the polarization state is rotated with an element with rotating optical power before the interaction with the sample, or after the interaction with the sample, or in both cases. It also allows a measurement where the polarization state is not rotated with the rotating optical power elements. These measures can be combined to determine more or even all the elements of the Mueller matrix. In some embodiments, the system may include a second polarization system to polarize at least a portion of the radiation that is reflected, and / or transmitted and / or dispersed by the sample to be analyzed.
Opcionalmente, el primer sistema polarizador comprende un primer polarizador lineal y un primer modulador. Opcionalmente, el segundo sistema polarizador comprende también un segundo polarizador lineal y un segundo modulador. El primer y/o el segundo modulador pueden ser moduladores fotoelásticos. Alternativamente, se pueden utilizar compensadores rotatorios o cristales líquidos con retardación variable. Los moduladores fotoelásticos presentan generalmente la ventaja de una frecuencia de funcionamiento muy constante y una alta calidad óptica. Optionally, the first polarizing system comprises a first linear polarizer and a first modulator. Optionally, the second polarizing system also comprises a second linear polarizer and a second modulator. The first and / or the second modulator may be photoelastic modulators. Alternatively, rotary compensators or liquid crystals with variable retardation can be used. Photoelastic modulators generally have the advantage of a very constant operating frequency and high optical quality.
En algunas realizaciones, el detector comprende un tubo fotomultiplicador. En otras realizaciones, el detector puede comprender un fotodiodo. En otras realizaciones adicionales, el detector puede comprender un sensor CCD. La elección entre estos diferentes tipos de detectores puede depender, p. ej., de la sensibilidad necesaria, velocidad de modulación, circuitos de control que se utilizan y coste. In some embodiments, the detector comprises a photomultiplier tube. In other embodiments, the detector may comprise a photodiode. In other additional embodiments, the detector may comprise a CCD sensor. The choice between these different types of detectors may depend, e.g. eg, of the necessary sensitivity, modulation speed, control circuits that are used and cost.
En algunas realizaciones, los primeros medios para posicionar de forma selectiva y quitar el primer elemento con poder óptico rotatorio y/o los segundos medios para posicionar de forma selectiva y quitar el segundo elemento con poder óptico rotatorio comprenden una rueda de filtros. Las ruedas de filtros generalmente comprenden un disco con una pluralidad de aberturas que pueden contener (en el caso de la presente invención) elementos de poder óptico rotatorio, como p. ej., una lámina de un cristal ópticamente activo. Las ruedas de filtros pueden utilizarse ventajosamente en la presente invención ya que por simple rotación de la rueda, el elemento de poder óptico rotatorio se puede colocar en la trayecto recorrido por la luz y mediante una rotación adicional de la rueda, el mismo elemento se puede quitar del trayecto recorrido por la luz (la apertura de la rueda de filtros que está en este caso en el trayecto recorrido por la luz puede estar vacía). Las ruedas de filtros tienen la ventaja adicional de que en la misma rueda se pueden colocar diferentes elementos con poder óptico rotatorio. Así, el sistema puede adaptarse a la operación en, p. ej., diferentes longitudes de onda. Las ruedas de filtros pueden acoplarse fácilmente a un motor dotado de un circuito de control. Sin embargo, también puede utilizarse cualquier otro medio para posicionar de forma selectiva un elemento con poder óptico rotatorio, como p. ej., los sistemas basados en la translación en lugar de la rotación. In some embodiments, the first means for selectively positioning and removing the first element with rotating optical power and / or the second means for selectively positioning and removing the second element with rotating optical power comprise a filter wheel. The Filter wheels generally comprise a disk with a plurality of openings that may contain (in the case of the present invention) rotating optical power elements, such as e.g. eg, a sheet of an optically active crystal. The filter wheels can be advantageously used in the present invention since by simple rotation of the wheel, the rotating optical power element can be placed in the path traveled by the light and by an additional rotation of the wheel, the same element can be remove from the path traveled by the light (the opening of the filter wheel that is in this case in the path traveled by the light may be empty). The filter wheels have the additional advantage that different elements with rotating optical power can be placed on the same wheel. Thus, the system can be adapted to the operation in, e.g. eg, different wavelengths. The filter wheels can be easily coupled to an engine equipped with a control circuit. However, any other means can also be used to selectively position an element with rotary optical power, such as e.g. eg, systems based on translation rather than rotation.
En algunas realizaciones, el sistema puede incluir además un soporte móvil para apoyar la muestra a analizar. En este aspecto de la invención, la porción de la muestra que se analiza se puede variar fácilmente. Por lo tanto, estos sistemas pueden ser especialmente útiles para muestras In some embodiments, the system may also include a mobile support to support the sample to be analyzed. In this aspect of the invention, the portion of the sample to be analyzed can be easily varied. Therefore, these systems can be especially useful for samples
heterogéneas. En algunas realizaciones, el sistema puede además constar de una lente y/o un espejo para enfocar la radiación electromagnética en la muestra y volver a colimar posiblemente la radiación reflejada, transmitida o dispersada después de la muestra. En todavía otro aspecto, la invención proporciona el uso de un elemento con poder óptico rotatorio para cambiar el ángulo de acimut del estado de polarización en un método o sistema para determinar una pluralidad de elementos de una matriz de Mueller. En algunas realizaciones, el elemento con poder óptico rotatorio se puede utilizar en un polarímetro o elipsómetro, pero también en un microscopio o p. ej., un polarímetro confocal. heterogeneous In some embodiments, the system may also consist of a lens and / or a mirror to focus the electromagnetic radiation on the sample and possibly re-collimate the radiation reflected, transmitted or dispersed after the sample. In still another aspect, the invention provides the use of an element with rotating optical power to change the azimuth angle of the polarization state in a method or system to determine a plurality of elements of a Mueller matrix. In some embodiments, the element with rotating optical power can be used in a polarimeter or ellipsometer, but also in a microscope or p. eg, a confocal polarimeter.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS A continuación se describirán realizaciones particulares de la presente invención, sólo a modo de ejemplos no restrictivos, con referencia a los dibujos anexados, en los que: BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Particular embodiments of the present invention will now be described, only by way of non-restrictive examples, with reference to the attached drawings, in which:
Las fig. 1 a - 1 c ilustran una pluralidad de realizaciones de sistemas para determinar uno o más elementos de una matriz de Mueller, de acuerdo con la presente invención; La fig. 2a ilustra esquemáticamente otra realización de un sistema para determinar uno o más elementos de una matriz de Mueller, de acuerdo con la presente invención; y Fig. 1 a - 1 c illustrate a plurality of system embodiments for determining one or more elements of a Mueller matrix, in accordance with the present invention; Fig. 2a schematically illustrates another embodiment of a system for determining one or more elements of a Mueller matrix, in accordance with the present invention; Y
La fig. 2b ilustra los circuitos de control que pueden ser utilizados en la realización de la fig. 2a. Fig. 2b illustrates the control circuits that can be used in the embodiment of fig. 2nd.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE REALIZACIONES DE LA INVENCIÓN DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF THE INVENTION
La fig. 1 a ilustra una primera realización de un sistema para determinar uno o más elementos de una matriz de Mueller, de acuerdo con la presente invención. Esta realización comprende un láser 10 que emite radiación electromagnética monocromática. Un polarizador 20 se utiliza para polarizar la radiación electromagnética. El polarizador 20 puede estar formado p. ej., por una lámina cuarto de onda, un polarizador en lámina delgada, cristales ópticamente activos o cualquier otro polarizador. Un polarizador 20 está acoplado con un modulador de 25. Una opción es que el polarizador 20 polarice linealmente la radiación y el modulador 25 sustancialmente varíe continuamente el estado de polarización en el tiempo, desde un estado de polarización lineal a un estado circular y todos los estados de polarización entre ellos. El modulador puede estar formado p. ej. por un modulador fotoelástico (PEM). Fig. 1 a illustrates a first embodiment of a system for determining one or more elements of a Mueller matrix, in accordance with the present invention. This embodiment comprises a laser 10 that emits monochromatic electromagnetic radiation. A polarizer 20 is used to polarize electromagnetic radiation. The polarizer 20 may be formed p. eg, by a quarter wave sheet, a thin sheet polarizer, optically active crystals or any other polarizer. A polarizer 20 is coupled with a modulator of 25. One option is that the polarizer 20 linearly polarizes the radiation and the modulator 25 substantially continuously varies the polarization state over time, from a linear polarization state to a circular state and all polarization states between them. The modulator may be formed p. ex. by a photoelastic modulator (PEM).
El elemento 30 con poder óptico rotatorio puede colocarse selectivamente en una trayecto recorrido por la radiación para girar de forma selectiva el estado de polarización. Así, el ángulo de acimut del estado de polarización se cambia en una cantidad predeterminada. La radiación electromagnética polarizada se dirige sobre la muestra 40. La radiación reflejada es recogida por un detector 50 que puede ser p. ej. un tubo fotomultiplicador (PMT). The element 30 with rotating optical power can be selectively placed in a path traveled by the radiation to selectively rotate the polarization state. Thus, the azimuth angle of the polarization state is changed by a predetermined amount. The polarized electromagnetic radiation is directed on the sample 40. The reflected radiation is collected by a detector 50 which can be p. ex. a photomultiplier tube (PMT).
La intensidad de la luz detectada por el detector 50 variará con el tiempo debido a que el estado de polarización de la radiación electromagnética varía con el tiempo bajo la influencia del modulador. Analizando el cambio de la intensidad con el tiempo, puede determinarse una pluralidad de elementos de la matriz de Mueller relativos a un área específica de la muestra. Además, en esta realización, el elemento 30 con poder óptico rotatorio puede colocarse selectivamente en un trayecto recorrido por la radiación. De esta forma, se pueden hacer medidas con o sin el elemento 30 en dicho trayecto. Esto aumenta el número de elementos de la matriz de Mueller que pueden ser determinados. The intensity of the light detected by the detector 50 will vary with time because the polarization state of the electromagnetic radiation varies with the time under the influence of the modulator. By analyzing the change in intensity over time, a plurality of Mueller's matrix elements relative to a specific area of the sample can be determined. Furthermore, in this embodiment, the element 30 with rotating optical power can be selectively placed in a path traveled by the radiation. In this way, measurements can be made with or without the element 30 in said path. This increases the number of Mueller matrix elements that can be determined.
La fig. 1 b muestra una realización más de la presente invención. Se han usado los mismos signos de referencia para denotar los mismos Fig. 1b shows a further embodiment of the present invention. The same reference signs have been used to denote the same
componentes. Una diferencia con respecto a la realización de la fig. 1 a es que la radiación recogida por el detector 50 no se refleja en la muestra, sino que más bien se transmite a través de la muestra. Una diferencia más con respecto a la realización anterior es que se utiliza un segundo polarizador 60 con modulador 65 y el elemento 35 con poder óptico rotatorio se coloca detrás de la muestra. En esta realización, el polarizador 20 no tiene un modulador. El elemento 35 puede colocarse de forma selectiva en o fuera del trayecto recorrido por la radiación. Utilizando el elemento 35 y un segundo polarizador 60, podrá determinarse la influencia de la muestra 40 en una gran variedad de estados de polarización components. A difference with respect to the embodiment of fig. 1 a is that the radiation collected by the detector 50 is not reflected in the sample, but rather is transmitted through the sample. A further difference with respect to the previous embodiment is that a second polarizer 60 with modulator 65 is used and the element 35 with rotating optical power is placed behind the sample. In this embodiment, polarizer 20 does not have a modulator. Element 35 can be selectively placed on or off the path traveled by radiation. Using the element 35 and a second polarizer 60, the influence of the sample 40 on a wide variety of polarization states can be determined
La fig. 1 c ilustra todavía una realización adicional de la presente invención. El signo de referencia 10 se utiliza otra vez para indicar un láser emisor de radiación electromagnética. Un primer polarizador 20 está acoplado a un modulador 25, formando un primer generador de estados de polarización (PSG). También se proporciona un segundo polarizador 60 colocado "más abajo" de la muestra. Un primer elemento 30 y un segundo elemento 35 con poder óptico rotatorio se utilizan para girar de forma selectiva el estado de polarización antes y/o después de la interacción de la radiación con la muestra. En el ámbito de la presente invención, son posibles muchas variaciones de las realizaciones de las figs. 1 a - 1 c, por ejemplo: en lugar de una fuente monocromática, como un láser, puede utilizarse cualquier otra fuente de luz en combinación con un monocromador. En lugar de un PMT, podrán utilizarse otros detectores como un fotodiodo o un sensor CCD. Además, queda claro que de conformidad con las circunstancias, podrá utilizarse cualquier medio adecuado para dirigir la luz hacia una muestra, como p. ej., fibras ópticas, lentes, máscaras de agujero de alfiler ("pinholes") etc. Por lo tanto, no es necesario en absoluto que la fuente de luz esté dirigida hacia la muestra. Fig. 1 c still illustrates a further embodiment of the present invention. The reference sign 10 is used again to indicate a laser emitting electromagnetic radiation. A first polarizer 20 is coupled to a modulator 25, forming a first polarization state generator (PSG). A second polarizer 60 placed "lower" of the sample is also provided. A first element 30 and a second element 35 with rotating optical power are used to selectively rotate the polarization state before and / or after the interaction of the radiation with the sample. Within the scope of the present invention, many variations of the embodiments of figs. 1 a - 1 c, for example: instead of a monochromatic source, such as a laser, any other light source can be used in combination with a monochromator. Instead of a PMT, other detectors such as a photodiode or a CCD sensor may be used. Furthermore, it is clear that in accordance with the circumstances, any suitable means may be used to direct the light towards a sample, such as p. eg, optical fibers, lenses, pinhole masks ("pinholes") etc. Therefore, it is not necessary at all for the light source to be directed towards the sample.
Aunque en la fig.s 1 a - 1 c, la radiación electromagnética (luz) ha sido representada como un solo rayo (usando una sola línea recta), debe tenerse en cuenta que en realidad la radiación puede formar un haz de luz. Although in figs 1 a - 1 c, electromagnetic radiation (light) has been represented as a single ray (using a single straight line), it should be borne in mind that radiation can actually form a beam of light.
La fig. 2a ilustra esquemáticamente un montaje experimental de una realización de la presente invención. Una fuente 1 1 emite luz no Fig. 2a schematically illustrates an experimental setup of an embodiment of the present invention. A 1 1 source emits light not
monocromática. En un montaje experimental, se utilizó una lámpara de arco de xenón de 75 vatios. La luz emitida es dirigida hacia una fibra óptica 13. El otro extremo de la fibra óptica 13 está conectado a la entrada de un módulo de óptica de enfoque 15 que focaliza la luz en un punto a cierta distancia del módulo 15. La muestra 40 se coloca en este punto. En un experimento, esta distancia se fijó en 50 cm. El diámetro del haz (diámetro del haz de luz que incide en la muestra 40) puede ser afinado cambiando el diámetro de una máscara de agujero de alfiler (pinhole) 14 al final de la fibra 13. monochromatic In an experimental setup, a 75-watt xenon arc lamp was used. The emitted light is directed towards an optical fiber 13. The other end of the optical fiber 13 is connected to the input of a focusing optical module 15 that focuses the light at a point at a certain distance from the module 15. Sample 40 is place at this point. In one experiment, this distance was set at 50 cm. The diameter of the beam (diameter of the beam of light that affects the sample 40) can be refined by changing the diameter of a pinhole mask 14 at the end of the fiber 13.
La luz emergente del módulo de enfoque 15 pasa a través del generador de estados de polarización (PSG) 21 , que podrá incluir una pareja polarizador- modulador fotoelástico (PEM). El polarizador 22 puede acoplarse al PEM 24 mediante un rotador manual de precisión y puede estar orientado a +/-45 0 con respecto al eje del modulación del PEM 24. El PEM 24 pueden tener una frecuencia resonante de aproximadamente 50 kHz. The emerging light of the focus module 15 passes through the polarization state generator (PSG) 21, which may include a photoelastic polarizer-modulator (PEM) pair. The polarizer 22 can be coupled to the PEM 24 by a precision manual rotator and can be oriented at +/- 45 0 with respect to the modulation axis of the PEM 24. The PEM 24 can have a resonant frequency of approximately 50 kHz.
La muestra 40 está situada en el punto de focal ización entre el PSG y el analizador de estados de polarización (PSA) 26. El PSA 26 comprende un segundo PEM 27 y un segundo polarizador 28. La frecuencia nominal de operación del PEM 27 puede ser escogida con un valor diferente del de la frecuencia de operación del PEM 24 y puede ser p. ej. 60 kHz. Como en el caso del PSG 21 , el polarizador 28 puede también estar montado utilizando un rotador manual de precisión y puede estar orientado a +/- 45° con respecto al eje de modulación del PEM 27. Sample 40 is located at the focal point between the PSG and the polarization state analyzer (PSA) 26. The PSA 26 comprises a second PEM 27 and a second polarizer 28. The nominal operating frequency of the PEM 27 can be chosen with a value different from that of the operating frequency of the PEM 24 and can be p. ex. 60 kHz As in the case of PSG 21, polarizer 28 can also be mounted using a precision manual rotator and can be oriented at +/- 45 ° with respect to the modulation axis of PEM 27.
En esta realización, un primer elemento con poder óptico rotatorio 30 puede ser selectivamente colocado en el trayecto entre el PSG 21 y la muestra 40. Un segundo elemento con poder óptico rotatorio 35 puede ser selectivamente colocado en el trayecto entre la muestra 40 y el PSA 26. Los elementos 30 y 35 podrían p. ej. estar montados en ruedas de filtros que comprendan uno o más elementos con poder óptico rotatorio. La rotación de la rueda de filtros puede colocar o quitar los elementos del trayecto recorrido por la luz. In this embodiment, a first element with rotary optical power 30 can be selectively placed in the path between PSG 21 and sample 40. A second element with rotary optical power 35 can be selectively placed in the path between sample 40 and PSA 26. Elements 30 and 35 could p. ex. be mounted on filter wheels that comprise one or more elements with rotating optical power. The rotation of the filter wheel can place or remove the elements of the path traveled by the light.
Al final del PSA 26, una lente 71 focaliza la luz en el núcleo de una fibra óptica 56. La luz proveniente de la fibra óptica puede pasar a través de un filtro óptico (para eliminar efectos de segundo orden) antes de entrar en el accesorio de acoplamiento 53 del monocromador 52. En esta realización, este accesorio de acoplamiento utiliza un par de espejos para situar la imagen de luz proveniente de la fibra en una rendija de entrada del monocromador. La intensidad de luz puede ser detectada en la rendija de salida mediante un tubo fotomultiplicador (PMT) 54. La fig. 2b ilustra esquemáticamente la circuitería electrónica de control y detección que puede ser utilizada en combinación con la realización de la fig. 2a. El sistema de control comprende una unidad de control 1 10 para controlar las ruedas de filtros en las cuales están montados el primer y el segundo elemento con poder óptico rotatorio (30 and 35). At the end of PSA 26, a lens 71 focuses the light on the core of an optical fiber 56. Light from the optical fiber can pass through an optical filter (to eliminate second order effects) before entering the accessory coupling 53 of the monochromator 52. In this embodiment, this coupling accessory uses a pair of mirrors to position the image of light from the fiber in an input slit of the monochromator. The light intensity can be detected in the output slit by means of a photomultiplier tube (PMT) 54. Fig. 2b schematically illustrates the electronic control and detection circuitry that can be used in combination with the embodiment of fig. 2nd. The control system comprises a control unit 1 10 for controlling the filter wheels on which the first and second elements with rotating optical power are mounted (30 and 35).
La circuitería de control puede comprender adicionalmente un módulo de posicionamiento 120 que controlaría un soporte movible 42 sobre el cual estaría situada la muestra 40. Preferentemente, la posición de la muestra puede estar controlada en las direcciones vertical y horizontal. De esta manera, se puede determinar una área precisa de la muestra a investigar. El módulo de posicionamiento 120 podría p. ej. controlar dos motores paso a paso conectados al soporte móvil 42. La señal del PMT 54 es en forma de fotocorriente, que en primer lugar puede convertirse en tensión mediante un preamplificador conversor de corriente a voltaje 57. La señal proveniente del preamplificador 57 puede ser introducida en un circuito de control realimentado 59 para el PMT 54. Este circuito de realimentación 59 sirve para regular dinámicamente la alta tensión The control circuitry may additionally comprise a positioning module 120 that would control a movable support 42 on which the sample 40 would be located. Preferably, the position of the sample may be controlled in the vertical and horizontal directions. In this way, a precise area of the sample to be investigated can be determined. The positioning module 120 could p. ex. control two stepper motors connected to the mobile support 42. The signal of the PMT 54 is in the form of a photocurrent, which can first be converted into voltage by a current-to-voltage converter preamplifier 57. The signal from the preamplifier 57 can be introduced into a feedback circuit 59 for the PMT 54. This feedback circuit 59 serves to dynamically regulate the high voltage
proporcionada a la cadena de dínodos del PMT 54. El circuito puede estar diseñado de manera que la parte DC de la señal proviniente del provided to the PMT 54 chain of nodes. The circuit may be designed so that the DC part of the signal from the
preamplificador 57 se mantenga en un valor constante, que puede escogerse por el usuario (p. ej. a 0.5 V). Esta alta tensión proporcionada por el circuito de realimentación del PMT cambiará automáticamente aumentando (o disminuyendo) dependiendo de si el número de fotones que llegan al PMT 54 disminuye (o aumenta). El voltaje aplicado al PMT 54 puede visualizarse p.ej. mediante un monitor LCD (no mostrado en la figura) instalado en la misma carta del circuito. Esta función puede ser útil para un usuario durante la alineación (usualmente la mejor alineación se logra cuando este valor es minimizado) o con el fin de reconocer situaciones cuando la luz no llega al detector. Preamp 57 is kept at a constant value, which can be chosen by the user (eg at 0.5 V). This high voltage provided by the PMT feedback circuit will automatically change increasing (or decreasing) depending on whether the number of photons that reach PMT 54 decreases (or increases). The voltage applied to the PMT 54 can be displayed, for example, by means of an LCD monitor (not shown in the figure) installed on the same circuit board. This function can be useful for a user during alignment (usually the best alignment is achieved when this value is minimized) or in order to recognize situations when the light does not reach the detector.
La forma de onda de voltaje del preamplificador es digitalizado por un digitalizador 140 instalado como una carta suplementaria en el ordenador de control. Varios de los parámetros de la digitalización pueden ser controlados, entre los cuales el tiempo de adquisición, que generalmente se mantiene en 0.5 ÍS (corresponde a una velocidad de muestreo de 2000000 muestras por segundo) y la longitud de la forma de onda capturada que se mantiene en 16384 puntos. La captura de la forma de onda se inicializa mediante un pulso de disparo que proviene de un circuito disparador 135 que genera un evento de disparo cada vez que las salidas de referencia monitorizadas de los PEMs están en fase. Un segundo canal del digitalizador 140 se utiliza para medir la tensión aplicada al PMT 54. Esta medida puede ser útil para distinguir las áreas de la muestra con diferente transmitancia. The voltage waveform of the preamplifier is digitized by a digitizer 140 installed as a supplementary card in the control computer. Several of the scanning parameters can be controlled, among which the acquisition time, which is generally maintained at 0.5 ÍS (corresponds to a sampling rate of 20,000 samples per second) and the length of the captured waveform that is maintains in 16384 points. The capture of the waveform is initialized by a trigger pulse that comes from a trigger circuit 135 that generates a trigger event each time the monitored reference outputs of the PEMs are in phase. A second channel of digitizer 140 is used to measure the voltage applied to PMT 54. This measurement can be useful for distinguishing areas of the sample with different transmittance.
Cada PEM puede ser un dispositivo resonante, en el que sólo la amplitud de la modulación puede ser controlada electrónicamente. El control del PEM 23 puede controlar la amplitud de la modulación del PSG 21 . El control del PEM 29 puede controlar la amplitud de la modulación del PSA 26. La frecuencia y fase son características propias del PEM y no se pueden ajustar Each PEM can be a resonant device, in which only the amplitude of the modulation can be electronically controlled. The control of the PEM 23 can control the amplitude of the modulation of the PSG 21. The control of the PEM 29 can control the amplitude of the modulation of the PSA 26. The frequency and phase are characteristics of the PEM and cannot be adjusted
externamente. Mediante un convertidor A D 130, se pueden obtener las señales de control para el control del PEM 29 y el control del PEM 23. El circuito de coincidencia 135 permite tratar este problema buscando las coincidencias de fase entre las señales de referencia procedentes de los PEMs. Como el período de los dos moduladores son 20 s y 16.67 s respectivamente, después de cinco ciclos completos del PEM 22 y después de seis ciclos completos del PEM 27, las fases de los dos moduladores son muy similares. externally. By means of a converter A D 130, the control signals for the control of the PEM 29 and the control of the PEM 23 can be obtained. The coincidence circuit 135 allows this problem to be treated by looking for the phase matches between the reference signals from the PEMs. Since the period of the two modulators is 20 s and 16.67 s respectively, after five complete cycles of the PEM 22 and after six complete cycles of the PEM 27, the phases of the two modulators are very similar.
El circuito de coincidencia 135 puede tener un tiempo de puerta ajustable, que determina la precisión de la coincidencia de fase: cuanto menor sea el tiempo de la puerta, menor será el número de eventos de disparo, pero más precisa será la fase. Para las mediciones estándar, el momento de la puerta de nuestro circuito de coincidencia se ajusta para que las salidas de referencia monitorizadas estén entre 0o ± 0.5°. The matching circuit 135 may have an adjustable gate time, which determines the accuracy of the phase matching: the shorter the gate time, the smaller the number of trigger events, but the more precise the phase will be. For standard measurements, the door moment of our matching circuit is adjusted so that the monitored reference outputs are between 0 or ± 0.5 °.
El instrumento completo puede ser controlado a través de un ordenador personal, que interactúa con cada uno de los componentes de hardware de electrónica a través de un bus de ordenador 150. Un osciloscopio de 4 canales externo 145 puede utilizarse para permitir que un usuario visualice la forma de onda del voltaje y las señales de referencia que provienen de los PEMs 22 y 27. Sin embargo dicho osciloscopio no tiene ninguna contribución más en la medida. The complete instrument can be controlled through a personal computer, which interacts with each of the electronic hardware components through a computer bus 150. An external 4-channel oscilloscope 145 can be used to allow a user to visualize the voltage waveform and reference signals that come from PEMs 22 and 27. However, said oscilloscope has no further contribution to the extent.
Determinación de los elementos de la matriz de Mueller Determination of the elements of the Mueller matrix
A continuación, seguirá una descripción explicativa de las ecuaciones matemáticas que intervienen en los métodos y sistemas en que se basa la presente invención. Se pondrá de manifiesto que las ecuaciones exactas para solucionar la determinación de una pluralidad de elementos de una matriz de Mueller dependerá de los componentes específicos del sistema (p. ej., lámina de cuarzo u otro elemento con poder óptico rotatorio, uno o más polarizadores con o sin modulador etc.) Next, an explanatory description of the mathematical equations that intervene in the methods and systems on which the present invention is based will follow. It will be apparent that the exact equations to solve the determination of a plurality of elements of a Mueller matrix will depend on the specific components of the system (e.g., quartz sheet or other element with rotating optical power, one or more polarizers with or without modulator etc.)
El estado de polarización de cualquier haz luminoso puede ser descrito mediante el vector de Stokes. The polarization state of any light beam can be described by the Stokes vector.
La matriz de Mueller de un rotador óptico ideal de ángulo Θ puede ser descrita por: Mueller's matrix of an ideal optical angle rotator Θ can be described by:
Figure imgf000017_0001
Figure imgf000017_0001
Dicho elemento transforma cualquier vector de Stokes S incidente en un vector emergente de Stokes rotado Se según: Said element transforms any incident Stokes S vector into an emerging Stokes vector rotated S e according to:
Eq. (2) Eq. (2)
Si se asume que el rotador óptico es una lámina de cristal alfa-cuarzo con poder óptico rotatorio p que está cortado de manera que el eje óptico es paralelo a la dirección de propagación de la luz, la matriz de Mueller de dicha lámina puede ser descrita por:  If it is assumed that the optical rotator is an alpha-quartz crystal sheet with rotary optical power p that is cut so that the optical axis is parallel to the direction of light propagation, the Mueller matrix of said sheet can be described by:
1 o o o 1 o o o
0 eos 2p sin 2p a  0 eos 2p without 2p a
M Q  M q
0 sin 2p cos 2 β  0 without 2p cos 2 β
o 7 ¿ I Eq. (3),  or 7 ¿I Eq. (3),
donde α, β, γ, y δ son debidos a la pequeña birrefringencia lineal que las láminas de cristal de cuarzo pueden presentar debido a un corte imperfecto o a un posible desalineamiento del eje óptico respecto del haz de luz. Para elementos de cuarzo de alta calidad y bien alineados α, β, γ, and δ pueden generalmente estar muy cercanos a cero. where α, β, γ, and δ are due to the small linear birefringence that the quartz crystal sheets may present due to an imperfect cut or possible misalignment of the optical axis with respect to the light beam. For high quality, well-aligned quartz elements α, β, γ, and δ can generally be very close to zero.
La rotación óptica p puede expresarse como [Arteaga et al, 2009]: π The optical rotation p can be expressed as [Arteaga et al, 2009]: π
X Á Eq. (4), X Á Eq. (4),
donde λ es la longitud de onda, d es el espesor del element de cuarzo y n- y n+ son, respectivamente, los índices de refracción para la luz polarizada levógira y dextrógira. where λ is the wavelength, d is the thickness of the quartz element and n- and n + are, respectively, the refractive indices for polarized light levógira and dextrógira.
Si dos láminas de cuarzo con matrices de Mueller MQ0 y MQ pueden ser situadas selectivamente y quitadas en un polarímetro, estando MQ0 situada entre el PSG y la muestra y MQ entre la muestra y el PSA, la intensidad de luz que se registra en el detector de luz viene dada por una de estas cuatro posibles configuraciones. If two quartz sheets with Mueller matrices M Q0 and M Q can be selectively placed and removed on a polarimeter, where M Q0 is located between the PSG and the sample and M Q between the sample and the PSA, the light intensity that is Registration in the light detector is given by one of these four possible configurations.
Ambos elementos de cuarzo: = SPSAMQ1 MMQOSPSG Eq. (5a) Solo el primer elemento de cuarzo: = SPSAMMQ0SPSG Eq. (5b) Solo el segundo elemento de cuarzo: = S£SAMQI MSPSGJ Eq. (5c) Sin elementos de cuarzo: = S£SAMSp SG> Eq. (5d), donde SPSG es el vector de Stokes que representa la luz incidente después de pasar por el PSG, °PS es la traspuesta del vector de Stokes asociado al PSA, y M es la matriz de Mueller de la muestra a estudiar. Both quartz elements: = S PSA M Q1 MMQOSPSG Eq. (5a) Only the first quartz element: = S PSA MM Q0 SPSG Eq. (5b) Only the second quartz element: = S £ SA MQI MSP SGJ Eq. (5c) Without quartz elements: = S £ SA MS p SG> Eq. (5d), where S PSG is the Stokes vector that represents the incident light after passing through the PSG, ° PS is the transposition of the Stokes vector associated with the PSA, and M is Mueller's matrix of the sample to be studied.
En cuanto las matrices MQ0 y MQ sean conocidas (mediante una calibración apropiada del elemento con poder óptico rotatorio), la combinación de las medidas de intensidad tomadas en dos o más de las cuatro posibles configuraciones descritas por las Ec. (5) proporcionarán claramente más información sobre la matriz de Mueller de la muestra que una única medida en la configuración estándar sin rotación óptica representada por la Ec. (5d). El conjunto de ecuaciones que deben solucionarse para encontrar una pluralidad de elementos de una matriz de Mueller para una muestra investigada variará dependiendo de si sólo se utiliza un PSG, o si se utilizan los dos PSG y PSA, y de si el PSG y PSA están modulados o no, y de la manera en que uno o más elementos con poder óptico rotatorio sean usados. También la cantidad de elementos de una matriz de Mueller que puedan determinarse puede depender de los mismos factores. Con la configuración mostrada en la fig. 2a, pueden determinarse todos los dieciseis elementos de la matriz de Mueller. El procedimiento matemático para incluir el efecto de las láminas de cuarzo en la medida puede ser análogo al procedimiento utilizado para las ventanas en las medidas de elipsometría, como se muestra en [Jellison, 1999], pero considerando que la matriz de Mueller del elemento de cuarzo que actúa como ventana viene dada por la Ec. (3) mencionada anteriormente. As soon as the matrices M Q0 and M Q are known (by an appropriate calibration of the element with rotating optical power), the combination of the intensity measurements taken in two or more of the four possible configurations described by Eq. (5) will provide clearly more information about the Mueller matrix of the sample than a single measurement in the standard configuration without optical rotation represented by Eq. (5d). The set of equations that must be solved to find a plurality of elements of a Mueller matrix for a investigated sample will vary depending on whether only one PSG is used, or if both PSG and PSA are used, and if the PSG and PSA are modulated or not, and in the way that one or more elements with rotary optical power are used. Also the amount of elements of a Mueller matrix that can be determined may depend on the same factors. With the configuration shown in fig. 2a, all sixteen elements of Mueller's matrix can be determined. The mathematical procedure to include the effect of quartz sheets in the measurement may be analogous to the procedure used for windows in ellipsometry measurements, as shown in [Jellison, 1999], but considering that Mueller's matrix of the quartz element that acts as a window is given by Eq. (3) mentioned above.
Para conocer el efecto que pueda tener una lamina de cuarzo (u otros elementos con poder óptico rotatorio) en una medida polarimétrica, deberá realizarse una calibración. La calibración deberá repetirse de manera adecuada para un segundo elemento de cuarzo (si este está presente en el instrumento). El propósito de la calibración es determinar la matriz de Mueller de la lámina de cuarzo (u otro elemento con poder óptico rotatorio). Más en particular, la calibración pretende determinar los parámetros presentes en la Ec. (3): p, a, β, Y, y δ antes de realizar cualquier medida elipsométrica o polarimétrica. Todos estos parámetros podrán variar con la longitud de onda, por lo tanto será necesario realizar una calibración espectroscópica en el caso de instrumentos espectroscópicos. To know the effect that a quartz sheet (or other elements with rotary optical power) can have on a polarimetric measurement, a calibration must be performed. The calibration should be repeated appropriately for a second quartz element (if this is present in the instrument). The purpose of calibration is to determine the Mueller matrix of the quartz sheet (or other element with rotating optical power). More particularly, the calibration aims to determine the parameters present in Eq. (3): p, a, β, Y, and δ before performing any ellipsometric or polarimetric measurement. All these parameters may vary with the wavelength, therefore it will be necessary to perform a spectroscopic calibration in the case of spectroscopic instruments.
Sin embargo, el parámetro más importante que debe determinarse es p, ya que define la rotación óptica introducida por un elemento rotador de cuarzo dado para una longitud de onda dada. La determinación de los otros cuatro parámetros (α, β, γ, y δ) puede no ser siempre necesaria, y en algunas ocasiones puede ser suficiente determinar uno o dos de ellos. Esto puede depender de las características del PSG y PSA utilizados por el instrumento y de los elementos de la matriz de Mueller de la muestra que han de ser medidos. También, en algunos casos, la suposición inicial que α, β, γ, y δ son cero puede ser aceptable. p puede ser determinado tomando los valores publicados [Arteaga et al, 2009] del poder óptico rotatorio del cuarzo y ajustados para el espesor d de los elementos de cuarzo utilizados según la Ec. (4). Sin embargo, para medidas más precisas, es generalmente preferible determinar p utilizando el elemento rotador de cuarzo con matriz de Mueller MQ¡ como muestra en transmisión en el mismo instrumento en que el elemento de cuarzo será utilizado como rotador de polarización. En la configuración de calibración de transmisión directa la intensidad detectada corresponderá a However, the most important parameter to be determined is p, since it defines the optical rotation introduced by a given quartz rotating element for a given wavelength. The determination of the other four parameters (α, β, γ, and δ) may not always be necessary, and sometimes it may be sufficient to determine one or two of them. This may depend on the characteristics of the PSG and PSA used by the instrument and on the elements of the Mueller matrix of the sample to be measured. Also, in some cases, the initial assumption that α, β, γ, and δ are zero may be acceptable. p can be determined by taking the published values [Arteaga et al, 2009] of the rotating optical power of quartz and adjusted for the thickness d of the quartz elements used according to Eq. (4). However, for more precise measurements, it is generally preferable to determine p using the quartz rotator element with Mueller matrix M Q ¡as shown in transmission in the same instrument in which the quartz element will be used as a polarization rotator. In the direct transmission calibration configuration the detected intensity will correspond to
1 = Sps.4MQ' SPSG Eq. (6), donde MQ¡ es considerada durante la calibración como muestra en estudio. Según la Ec. (3) la determinación de cualquiera de los elementos Mu, M 2, M2i o M22 de MQ¡ es suficiente para obtener p. La determinación de α, β, γ, y δ, si es necesaria, puede realizarse respectivamente mediante los elementos M13, M23, M31 y M32 de MQ¡. 1 = Sps. 4 M Q ' S PSG Eq. (6), where M Q¡ is considered during calibration as a sample under study. According to Eq. (3) the determination of any of the elements Mu, M 2 , M 2 or M 22 of M Q ¡is sufficient to obtain p. The determination of α, β, γ, and δ, if necessary, can be carried out respectively using elements M13, M 23 , M31 and M 32 of M Q¡ .
Aunque esta invención ha sido descrita en el contexo de algunas Although this invention has been described in the context of some
realizaciones y ejemplos preferidos, debe entenderse por aquellos expertos en la materia que la presente invención se extiende más allá de las realizaciones específicas descritas hacia otras realizaciones alternativas y/o utilizaciones de la invención y modificaciones obvias y equivalentes a lo mismo. Así, se pretende que el alcance de la presente invención aquí descrita no deberá verse limitada por las realizaciones preferidas descritas anteriormente, sino que estará determinada únicamente por una adecuada lectura de las reivindicaciones que siguen. Preferred embodiments and examples should be understood by those skilled in the art that the present invention extends beyond the specific embodiments described to other alternative embodiments and / or uses of the invention and obvious and equivalent modifications thereto. Thus, it is intended that the scope of the present invention described herein should not be limited by the preferred embodiments described above, but will be determined solely by an adequate reading of the claims that follow.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1 ] O. Arteaga, A. Canillas, and G. E. Jellison, Jr., "Determination of the components of the gyration tensor of quartz by oblique incidence BIBLIOGRAPHIC REFERENCES [1] O. Arteaga, A. Canillas, and G. E. Jellison, Jr., "Determination of the components of the gyration tensor of quartz by oblique incidence
transmission two-modulator generalized ellipsometry," Appl. Opt. 48, 5307- 5317 (2009) [2] G. E. Jellison Jr, "Windows in Ellipsometry Measurements," Appl. Opt. 38, 4784-4789 (1999) transmission two-modulator generalized ellipsometry, "Appl. Opt. 48, 5307-5317 (2009) [2] G. E. Jellison Jr," Windows in Ellipsometry Measurements, "Appl. Opt. 38, 4784-4789 (1999)

Claims

REIVINDICACIONES
1 . Método para determinar una pluralidad de elementos de una matriz de Mueller indicativa de uno o más parámetros ópticos de una muestra a analizar, que comprende one . Method for determining a plurality of elements of a Mueller matrix indicative of one or more optical parameters of a sample to be analyzed, comprising
generar radiación electromagnética,  generate electromagnetic radiation,
polarizar la radiación,  polarize radiation,
dirigir la radiación polarizada hacia la muestra a analizar y permitir que la radiación interaccione con la muestra,  direct the polarized radiation towards the sample to be analyzed and allow the radiation to interact with the sample,
recoger al menos una porción de la radiación reflejada y/o transmitida y/o dispersada por la muestra,  collect at least a portion of the radiation reflected and / or transmitted and / or dispersed by the sample,
detectar la intensidad de la radiación recogida, y  detect the intensity of the radiation collected, and
determinar una pluralidad de elementos de la matriz de Mueller, donde la radiación electromagnética recogida es substancialmente  determine a plurality of elements of the Mueller matrix, where the electromagnetic radiation collected is substantially
monocromática, y donde monochromatic, and where
el ángulo acimutal del estado de polarización de la radiación se modifica antes y/o después de la interacción de la radiación con la muestra haciendo pasar la radiación a través de un elemento con poder óptico rotatorio. The azimuthal angle of the state of polarization of the radiation is modified before and / or after the interaction of the radiation with the sample by passing the radiation through an element with rotating optical power.
2. Método según la reivindicación 1 , donde el elemento con poder óptico rotatorio es una lámina de un cristal ópticamente activo. 2. Method according to claim 1, wherein the element with rotating optical power is a sheet of an optically active crystal.
3. Método según la reivindicación 2, donde la lámina está fabricada con cuarzo y tiene su eje óptico perpendicular a las caras de la lámina. 3. Method according to claim 2, wherein the sheet is made of quartz and has its optical axis perpendicular to the faces of the sheet.
4. Método según la reivindicación 3, donde la lámina de cuarzo tiene un espesor substancialmente entre 0.1 mm y 2 mm. 4. Method according to claim 3, wherein the quartz sheet has a thickness substantially between 0.1 mm and 2 mm.
5. Método según la reivindicación 1 , donde el elemento con poder óptico rotatorio está fabricado con un metamaterial. 5. Method according to claim 1, wherein the element with rotary optical power is manufactured with a metamaterial.
6. Método según la reivindicación 1 , donde el elemento con poder óptico rotatorio es una célula de cristal líquido. 6. Method according to claim 1, wherein the element with rotating optical power is a liquid crystal cell.
7. Método según cualquier reivindicación anterior, donde polarizar la radiación comprende substancialmente variar continuamente el estado de polarización de la radiación polarizada. 7. Method according to any preceding claim, wherein polarizing the radiation substantially comprises continuously varying the polarization state of the polarized radiation.
8. Método según cualquier reivindicación anterior, que además comprende polarizar una porción de la radiación reflejada y/o transmitida y/o dispersada por la muestra. Method according to any preceding claim, which further comprises polarizing a portion of the radiation reflected and / or transmitted and / or dispersed by the sample.
9. Método según la reivindicación 8, donde polarizar la porción de la radiación reflejada y/o transmitida y/o dispersada por la muestra comprende variar continuamente el estado de polarización de la radiación polarizada. 9. Method according to claim 8, wherein polarizing the portion of the radiation reflected and / or transmitted and / or dispersed by the sample comprises continuously varying the polarization state of the polarized radiation.
10. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 9, donde la radiación electromagnética es monocromática. 10. Method according to any of claims 1-9, wherein the electromagnetic radiation is monochromatic.
1 1 . Método para determinar una pluralidad de elementos de una matriz de Mueller indicativa de parámetros ópticos de una muestra a analizar que comprende eleven . Method for determining a plurality of elements of a Mueller matrix indicative of optical parameters of a sample to be analyzed comprising
llevar a cabo un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 - carrying out a method according to any one of claims 1 -
9, donde el estado de polarización es rotado antes de interaccionar la radiación con la muestra haciendo pasar la radiación a través de un elemento con poder óptico rotatorio, y 9, where the polarization state is rotated before the radiation interacts with the sample by passing the radiation through an element with rotating optical power, and
llevar a cabo un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 9, donde el estado de polarización es rotado después de interaccionar la radiación con la muestra haciendo pasar la radiación a través de un elemento con poder óptico rotatorio, y  carrying out a method according to any one of claims 1-9, wherein the state of polarization is rotated after the radiation interacts with the sample by passing the radiation through an element with rotary optical power, and
llevar a cabo un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 9, donde el estado de polarización es rotado antes y después de  carrying out a method according to any of claims 1-9, wherein the polarization state is rotated before and after
interaccionar la radiación con la muestra haciendo pasar la radiación a través de un elemento con poder óptico rotatorio, y interact the radiation with the sample by passing the radiation through an element with rotating optical power, and
llevar a cabo un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 9, donde sin embargo, el estado de polarización no es rotado por un elemento con poder óptico rotatorio ni antes ni después de interaccionar la radiación con la muestra.  carrying out a method according to any one of claims 1-9, wherein, however, the polarization state is not rotated by an element with rotary optical power either before or after the radiation interacts with the sample.
12. Método para determinar una pluralidad de parámetros ópticos de una muestra a analizar que comprende la repetición de un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 1 1 para diferentes longitudes de onda. 12. Method for determining a plurality of optical parameters of a sample to be analyzed comprising the repetition of a method according to any of claims 1 - 1 for different wavelengths.
13. Método para determinar una pluralidad de parámetros ópticos de una muestra a analizar que comprende la repetición de un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 1 1 en diferentes partes de la muestra. 13. Method for determining a plurality of optical parameters of a sample to be analyzed comprising the repetition of a method according to any of claims 1 - 1 1 in different parts of the sample.
14. Sistema para determinar una pluralidad de elementos de una matriz de Mueller indicativa de uno o más parámetros ópticos de una muestra a analizar, que comprende 14. System for determining a plurality of elements of a Mueller matrix indicative of one or more optical parameters of a sample to be analyzed, comprising
una fuente para generar radiación electromagnética, un primer sistema polarizador para polarizar la radiación y un detector para recoger al menos una porción de la radiación reflejada y/o transmitida y/o dispersada por la muestra y para detectar la intensidad de la radiación recogida, que además comprende  a source to generate electromagnetic radiation, a first polarizing system to polarize the radiation and a detector to collect at least a portion of the radiation reflected and / or transmitted and / or dispersed by the sample and to detect the intensity of the radiation collected, which also includes
un primer elemento con poder óptico rotatorio para rotar el estado de polarización y primeros medios para posicionar selectivamente o quitar el citado elemento con poder óptico rotatorio en un trayecto recorrido por la radiación electromagnética entre el sistema polarizador y el detector. a first element with rotary optical power to rotate the polarization state and first means to selectively position or remove said element with rotary optical power in a path traveled by the electromagnetic radiation between the polarizing system and the detector.
15. Sistema según la reivindicación 14, donde la fuente está adaptada para generar substancialmente radiación monocromática. 15. System according to claim 14, wherein the source is adapted to generate substantially monochromatic radiation.
16. Sistema según la reivindicación 14, que además comprende un monocromador para seleccionar una banda estrecha de longitudes de onda de la radiación. 16. System according to claim 14, further comprising a monochromator for selecting a narrow band of radiation wavelengths.
17. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 14 - 16, que además comprende un segundo sistema polarizador para polarizar al menos una porción de la radiación que es reflejada y/o transmitida y/o dispersada por la muestra a analizar. 17. System according to any of claims 14-16, further comprising a second polarizing system for polarizing at least a portion of the radiation that is reflected and / or transmitted and / or dispersed by the sample to be analyzed.
18. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 14-17, que además comprende un segundo elemento con poder óptico rotatorio y segundos medios para posicionar selectivamente y quitar el segundo elemento con poder óptico rotatorio en un trayecto recorrido por la radiación 18. System according to any of claims 14-17, further comprising a second element with rotating optical power and second means for selectively positioning and removing the second element with rotating optical power in a path traveled by radiation
electromagnética entre el primer sistema polarizador y el detector. electromagnetic between the first polarizing system and the detector.
19. Sistema según la reivindicación 18, donde el primer elemento con poder óptico rotatorio puede ser posicionado selectivamente y quitado en un trayecto de iluminación que se extiende entre el primer sistema polarizador y la muestra a analizar, y donde el segundo elemento con poder óptico rotatorio puede ser posicionado selectivamente y quitado en el trayecto de recogida entre la muestra a analizar y el detector. 19. System according to claim 18, wherein the first element with rotary optical power can be selectively positioned and removed in a lighting path that extends between the first polarizing system and the sample to be analyzed, and where The second element with rotating optical power can be selectively positioned and removed in the collection path between the sample to be analyzed and the detector.
20. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 14 - 19, donde el primer sistema polarizador comprende un primer polarizador lineal y un primer modulador. 20. System according to any of claims 14-19, wherein the first polarizing system comprises a first linear polarizer and a first modulator.
21 . Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 17 - 20, donde el segundo sistema polarizador comprende un segundo polarizador lineal y un segundo modulador. twenty-one . System according to any of claims 17-20, wherein the second polarizing system comprises a second linear polarizer and a second modulator.
22. Sistema según las reivindicaciones 20 o 21 , donde el primer y/o segundo modulador es un modulador fotoelástico. 22. System according to claims 20 or 21, wherein the first and / or second modulator is a photoelastic modulator.
23. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 14 - 22, donde el primer elemento y/o el segundo elemento con poder óptico es una lámina de un cristal ópticamente activo, teniendo la lámina su eje óptico perpendicular a las caras de la lámina. 23. System according to any of claims 14-22, wherein the first element and / or the second element with optical power is a sheet of an optically active crystal, the sheet having its optical axis perpendicular to the faces of the sheet.
24. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 14 - 23, donde el detector comprende un tubo fotomultiplicador. 24. System according to any of claims 14-23, wherein the detector comprises a photomultiplier tube.
25. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 14 - 23, donde el detector comprende un fotodiodo. 25. System according to any of claims 14-23, wherein the detector comprises a photodiode.
26. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 14 - 23, donde el detector comprende un sensor CCD. 26. System according to any of claims 14-23, wherein the detector comprises a CCD sensor.
27. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 14 - 26, donde los primeros medios para posicionar selectivamente y quitar el primer elemento con poder óptico rotatorio y/o los segundos medios para posicionar selectivamente y quitar el segundo elemento con poder rotatorio comprende una rueda de filtros. 27. System according to any of claims 14-26, wherein the first means for selectively positioning and removing the first element with rotary optical power and / or the second means for selectively positioning and removing the second element with rotary power comprises a filter wheel .
28. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 14 - 27, que además comprende un soporte móvil para posicionar la muestra a analizar. 28. System according to any of claims 14-27, further comprising a mobile support for positioning the sample to be analyzed.
29. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 14 - 28, donde el monocromador está dispuesto con la fuente para generar radiación electromagnética. 29. System according to any of claims 14-28, wherein the monochromator is arranged with the source for generating electromagnetic radiation.
30. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 14 - 29, que además comprende una lente y/o un espejo para focalizar la radiación 30. System according to any of claims 14-29, further comprising a lens and / or a mirror to focus radiation
electromagnética en la muestra y opcionalmente volver a colimar la radiación reflejada y/o transmitida y/o dispersada después de la muestra. electromagnetic in the sample and optionally re-collimate the radiation reflected and / or transmitted and / or dispersed after the sample.
31 . Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 14 - 30, que además comprende medios para dirigir la radiación hacia la muestra. 31. System according to any of claims 14-30, further comprising means for directing the radiation towards the sample.
32. Uso de un elemento con poder óptico rotatorio para cambiar el ángulo de acimut del estado de polarización en un método o sistema para determinar una pluralidad de elementos de una matriz de Mueller. 32. Use of an element with rotary optical power to change the azimuth angle of the polarization state in a method or system to determine a plurality of elements of a Mueller matrix.
33. Uso según la reivindicación 32, donde el método o sistema para determinar una pluralidad de elementos de una matriz de Mueller está basado substancialmente en radiación monocromática. 33. Use according to claim 32, wherein the method or system for determining a plurality of elements of a Mueller matrix is based substantially on monochromatic radiation.
34. Uso según la reivindicación 32 o 33, donde el elemento con poder óptico rotatorio es una lámina de un cristal ópticamente activo. 34. Use according to claim 32 or 33, wherein the element with rotating optical power is a sheet of an optically active crystal.
35. Uso según la reivindicación 34, donde el cristal ópticamente activo es cuarzo y tiene su eje óptico perpendicular a las caras de la lámina. 35. Use according to claim 34, wherein the optically active crystal is quartz and has its optical axis perpendicular to the faces of the sheet.
36. Uso según la reivindicación 35, donde la lámina tiene un espesor substancialmente entre 0.1 mm y 2 mm. 36. Use according to claim 35, wherein the sheet has a thickness substantially between 0.1 mm and 2 mm.
37. Uso según la reivindicación 32 o 33, donde el elemento con poder óptico rotatorio está fabricado con un metamaterial. 37. Use according to claim 32 or 33, wherein the element with rotary optical power is manufactured with a metamaterial.
38. Uso según la reivindicación 32 o 33, donde el elemento con poder óptico rotatorio es una célula de cristal líquido. 38. Use according to claim 32 or 33, wherein the element with rotary optical power is a liquid crystal cell.
39. Uso según cualquiera de las reivindicaciones 32 - 38 en un polarímetro o elipsómetro. 39. Use according to any of claims 32-38 in a polarimeter or ellipsometer.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5706212A (en) * 1996-03-20 1998-01-06 Board Of Regents Of University Of Nebraska Infrared ellipsometer/polarimeter system, method of calibration, and use thereof
US5956147A (en) * 1997-06-13 1999-09-21 Lockheed Martin Energy Research Corporation Two modulator generalized ellipsometer for complete mueller matrix measurement
US6753961B1 (en) * 2000-09-18 2004-06-22 Therma-Wave, Inc. Spectroscopic ellipsometer without rotating components
WO2007071480A1 (en) * 2005-12-23 2007-06-28 Ecole Polytechnique A broadband ellipsometer/polarimeter system
US20090051916A1 (en) * 2006-01-13 2009-02-26 National University Corporation Tokyo University Of Agriculture And Technology Measuring Apparatus, Measuring Method, and Characteristic Measurement Unit
WO2010049652A1 (en) * 2008-10-29 2010-05-06 Horiba Jobin Yvon Sas Device and method for taking spectroscopic polarimetric measurements in the visible and near-infrared ranges

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5706212A (en) * 1996-03-20 1998-01-06 Board Of Regents Of University Of Nebraska Infrared ellipsometer/polarimeter system, method of calibration, and use thereof
US5956147A (en) * 1997-06-13 1999-09-21 Lockheed Martin Energy Research Corporation Two modulator generalized ellipsometer for complete mueller matrix measurement
US6753961B1 (en) * 2000-09-18 2004-06-22 Therma-Wave, Inc. Spectroscopic ellipsometer without rotating components
WO2007071480A1 (en) * 2005-12-23 2007-06-28 Ecole Polytechnique A broadband ellipsometer/polarimeter system
US20090051916A1 (en) * 2006-01-13 2009-02-26 National University Corporation Tokyo University Of Agriculture And Technology Measuring Apparatus, Measuring Method, and Characteristic Measurement Unit
WO2010049652A1 (en) * 2008-10-29 2010-05-06 Horiba Jobin Yvon Sas Device and method for taking spectroscopic polarimetric measurements in the visible and near-infrared ranges

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