Máy elliptical phổ của ma trận Muller dựa trên hình thức Muller-Stokes phổ quát hơn. Nó xây dựng một ma trận Muller M 4x4 bằng cách thay đổi một cách có hệ thống trạng thái phân cực của ánh sáng tới (đạt được bởi bộ khởi động và bộ tạo trạng thái phân cực có thể điều chỉnh) và đo chính xác trạng thái phân cực ánh sáng phản xạ hoặc truyền qua (đạt được bởi bộ kiểm tra và bộ phân cực) được xây dựng bởi tất cả bốn tham số Stokes. Ma trận này mô tả đầy đủ tất cả các thay đổi của mẫu đối với ánh sáng phân cực tới (cường độ, độ phân cực, hướng phân cực, độ elip, v.v.), chứa nhiều thông tin vượt xa Ψ và Δ, đặc biệt thích hợp để phân tích các phức tạp với dị hướng đẳng hướng, độ nhám, cấu trúc được vẽ hoặc tồn tại trong hiệu ứng khử phân cực.Mẫu.
Một bộ ellipticometer phổ điển hình của ma trận Muller chủ yếu bao gồm một số hệ thống con quan trọng sau đây hoạt động cùng nhau để tạo thành một chuỗi đo quang học chính xác:
1. Nguồn sáng và hệ thống phát quang phổ
Đây là điểm bắt đầu của phép đo, cung cấp một dải bước sóng rộng của ánh sáng tới cho toàn bộ hệ thống.
Nguồn sáng: Đèn halogen vonfram hoặc đèn xenon thường có độ sáng cao, phổ rộng. Đối với các ứng dụng cụ thể, mảng laser hoặc LED cũng có thể được sử dụng. Sự ổn định của nguồn sáng và tính liên tục của quang phổ là rất quan trọng.
Máy đơn sắc/quang phổ: Trong các hệ thống phân tích/bù hoặc hình ảnh quay, máy đơn sắc thường được sử dụng để phân tán quang phổ rộng, chọn bước sóng cụ thể để đo. Trong các hệ thống biến đổi Fourier hoặc dựa trên máy dò mảng, máy quang phổ được sử dụng để phát hiện nhiều bước sóng cùng một lúc. Hiện đại áp dụng cái sau, sử dụng nguồn ánh sáng băng thông rộng phối hợp với máy dò mảng có độ nhạy cảm cao để thực hiện quét quang phổ nhanh.
Chuẩn trực và quang học tập trung: bao gồm ống kính, gương, vv, được sử dụng để chuẩn trực ánh sáng phát ra từ nguồn sáng thành chùm tia song song và tập trung chính xác vào điểm đo trên bề mặt mẫu để đảm bảo khả năng kiểm soát kích thước điểm và góc tới.
2. Máy phát điện trạng thái phân cực
Chịu trách nhiệm tạo ra một loạt các trạng thái phân cực tới đã biết và được kiểm soát chính xác.
Bộ nâng: Thường là một tấm phân cực tuyến tính cố định chuyển đổi ánh sáng không phân cực phát ra từ nguồn sáng thành ánh sáng phân cực tuyến tính theo một hướng cụ thể làm cơ sở cho các điều chế tiếp theo.
Yếu tố tạo trạng thái phân cực có thể điều chỉnh: Đây là cốt lõi của PSG được sử dụng để tạo ra các trạng thái phân cực mong muốn (đường, tròn, elip) bằng cách thay đổi góc định hướng và/hoặc độ trễ pha, dựa trên ánh sáng phân cực tuyến tính được tạo ra bởi bộ khởi động. Các kỹ thuật phổ biến bao gồm:
Bộ bù quay: Sử dụng một tấm sóng cố định (thường là một phần tư) và một bộ bù quay tốc độ cao (một tấm sóng khác).
Rotary Starter/Analyzer: Thay đổi hướng phân cực bằng cách xoay bộ khởi động và/hoặc bộ phát hiện. Cấu trúc tương đối đơn giản, nhưng đo chậm hơn.
Bộ điều chế quang điện: Sử dụng hiệu ứng áp điện để nhanh chóng điều chế độ trễ pha của tấm sóng, để đạt được tốc độ cao, điều chế trạng thái phân cực không có bộ phận chuyển động, nhưng chi phí cao hơn và phạm vi phổ có thể bị hạn chế.
LCD Variable Delayer: Thay đổi độ trễ pha bằng cách kiểm soát định hướng của các phân tử tinh thể lỏng bằng điện áp, có thể đạt được điều khiển trạng thái phân cực tĩnh, không có bộ phận chuyển động, linh hoạt cao, nhưng tốc độ phản ứng và phạm vi phổ cần được tối ưu hóa.
3. Bảng mẫu và điều khiển góc
Bàn mẫu là nơi ánh sáng tương tác với mẫu và độ chính xác của nó ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả đo.
Bàn mẫu chính xác: Cung cấp mẫu đặt nền tảng ổn định, thường có điều chỉnh dịch chuyển ba chiều XYZ để đảm bảo độ chính xác của điểm đo được xác định ở một khu vực cụ thể của mẫu.
Cơ chế điều khiển góc: Điều quan trọng là điều chỉnh góc tới. Các phép đo thường được thực hiện ở nhiều góc tới để tăng lượng thông tin và cải thiện độ chính xác phù hợp.
Kiểm soát môi trường (tùy chọn): Có thể tích hợp buồng điều khiển nhiệt độ, chân không hoặc khí quyển để nghiên cứu sự thay đổi động lực của mẫu trong các môi trường khác nhau.
4. Phân tích trạng thái phân cực
Chịu trách nhiệm đo chính xác trạng thái phân cực hoàn chỉnh của ánh sáng phản xạ (hoặc truyền) trở lại từ mẫu.
Bộ kiểm tra độ lệch: Tương tự như bộ khởi động, thường là một tấm phân cực tuyến tính.
Yếu tố phân cực có thể điều chỉnh: được sử dụng để phân tích các thành phần phân cực khác nhau. Với tốc độ quay cao và phát hiện đồng bộ, bốn tham số Stokes của ánh sáng phản xạ có thể được giải quyết.
Hệ thống hình ảnh: Thông tin phân cực từ bề mặt mẫu được chiếu lên đầu dò mảng hai chiều để thực hiện phép đo ma trận Muller cho độ phân giải không gian.
5. Hệ thống phát hiện
Chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện có thể xử lý được.
Máy dò: Chọn theo phạm vi phổ. Yêu cầu độ nhạy cao, tiếng ồn thấp, dải động rộng và phản ứng tuyến tính tốt.
Xử lý và thu thập tín hiệu: bao gồm bộ khuếch đại, bộ chuyển đổi analog-digital (ADC) và thẻ thu thập dữ liệu tốc độ cao. Đối với các hệ thống phần tử quay, một tín hiệu đồng bộ chính xác, chẳng hạn như tín hiệu bộ mã hóa, là cần thiết để kích hoạt thu thập dữ liệu, đảm bảo rằng cường độ ánh sáng được ghi lại chính xác ở mọi vị trí góc của chu kỳ quay.
6. Hệ thống điều khiển và xử lý dữ liệu
Máy tính và phần mềm điều khiển: điều khiển nguồn sáng, cơ chế xoay (tốc độ, vị trí), thu thập máy dò, chuyển động bàn mẫu và tất cả các phần cứng khác. Thực hiện một chuỗi các phép đo, theo dõi dữ liệu trong thời gian thực.
Phần mềm xử lý và mô hình hóa dữ liệu: Dữ liệu cường độ ánh sáng thô được thu thập thông qua các thuật toán phức tạp chống lại các yếu tố của ma trận Muller. Sau đó, người dùng thiết lập mô hình quang học vật lý của mẫu, phần mềm thông qua việc phù hợp với ma trận Muller được tính toán và ma trận Muller được đo lường, các thông số mô hình phản chiếu (độ dày, n, k, độ nhám, định hướng trục tinh thể, v.v.) và đánh giá độ phù hợp.