【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于椭偏测量，更具体地，涉及一种太赫兹穆勒矩阵椭偏仪以及对薄膜样品的测量方法。
技术介绍
1、太赫兹波(terahertz wave，简称thz波)是指频率介于0.1thz～10thz(波长30μm～3mm)之间的一段电磁波，位于红外波和微波波段之间。太赫兹波在安全检查、无损检测、医疗诊断等方面具有重要的应用前景，对很多介电材料来说太赫兹波具有良好的穿透性，因此可以用于探测物体内部信息，对于安检和工程探测来说意义重大。并且，太赫兹波的低能量性使其可以做到无损检测，安全性远远高于其他波段的电磁波。因此，将太赫兹波运用于椭偏测厚系统，不会损伤测厚样品，而且它可以精密测量毫米级和百微米级厚度的薄膜，这是可见光所不能做到的。
2、椭圆偏振测量(椭偏术)是研究两媒质界面或薄膜中发生的现象及其特性的一种光学方法，其原理是利用偏振光束在界面或薄膜上的反射或投射时出现的偏振变换。椭圆偏振测量的应用范围很广，如半导体、光学薄膜、圆晶、金属、介电薄膜、玻璃(或镀膜)、激光反射镜、大面积光学膜、有机薄膜等，也可用于介电、非晶半导体、聚合物薄膜、用于薄膜生长过程的实时监测等测量。结合计算机后，具有可手动改变入射角度、实时测量、快速数据获取等优点。椭圆偏振光经薄膜系统反射后，偏振状态的变化量与薄膜的厚度和折射率有关，因此只要测量处偏振状态的变化量，就能利用计算机程序多次逼近定出膜厚和折射率。
3、目前穆勒椭偏仪研究集中在可见光波段，其测量范围在百纳米左右，无法测得百微米级厚度的样品，并且可见光无法穿透大部分的介电材料。而
4、因此，存在现有的穆勒矩阵椭偏仪无法适用太赫兹波段，样品检测范围受限的问题。
技术实现思路
1、针对相关技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种太赫兹穆勒矩阵椭偏仪以及对薄膜样品的测量方法，旨在解决现有的穆勒矩阵椭偏仪无法适用太赫兹波段，样品检测范围受限的问题。
2、为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种太赫兹穆勒矩阵椭偏仪，包括：
3、起偏支架和检偏支架；所述起偏支架和检偏支架均与竖直方向的夹角为θ0度；
4、水平放置于所述起偏支架和检偏支架之间的样品放置台；
5、沿所述起偏支架设置且逐渐靠近样品放置台的太赫兹发射源、第一准直透镜、第一中空旋转电机和第一聚焦透镜；
6、第一波片，为单频四分之一波片，且固定设置在第一中空旋转电机中；
7、沿所述检偏支架设置逐渐远离样品放置台的第二准直透镜、第二中空旋转电机、第二聚焦透镜和太赫兹探测器；
8、第二波片，为单频四分之一波片，且固定设置在第二中空旋转电机中；
9、与所述第一中空旋转电机和所述第二中空旋转电机均相连的电机控制器，用于同时控制第一中空旋转电机和第二中空旋转电机的旋转角度；
10、以及与所述太赫兹探测器相连的信号采集处理系统；
11、工作时，太赫兹发射源发射的太赫兹线偏振波束，由所述第一准直透镜准直，经过第一中空旋转电机中的第一波片后改变偏振态，经过第一聚焦透镜汇聚到样品放置台上的待测薄膜样品并被反射；反射后，太赫兹波束的偏振态发生变化；反射后的太赫兹波束经过所述第二准直透镜准直，经过第二中空旋转电机中的第二波片后再次改变偏振态，经过第二聚焦透镜汇聚后被太赫兹探测器接收；信号采集处理系统通过所述太赫兹探测器接收不同角度下的光强信号，并根据多组光强信号数据得到待测薄膜样品的穆勒矩阵，反演得到待测薄膜样品的厚度和折射率。
12、可选的，所述电机控制器采用步进电机控制器；所述电机控制器调整第一中空旋转电机中第一波片的角度与调整第二中空旋转电机中第二波片的角度之间的比值范围为1：5至1：1。
13、可选的，所述太赫兹探测器的探测频率范围为0.22thz～0.33thz；太赫兹发射源用于发射出频率为0.3thz的太赫兹线偏振波束。
14、可选的，所述第一波片和第二波片均为中心频率为0.3thz的单频四分之一波片，用于对0.3thz的线偏太赫兹波束产生四分之一波长的相位延迟量，以使得到全偏振态的太赫兹波。
15、可选的，θ0的取值范围为30度到60度。
16、可选的，所述信号采集处理系统包括锁相放大器和计算机；
17、所述锁相放大器用于接收太赫兹探测器将光强信号转换成的电压信号，并进行读取和显示；
18、所述计算机分别连接所述锁相放大器和电机控制器，所述计算机用于通过所述电机控制器同步控制第一中空旋转电机和第二中空旋转电机，所述计算机还用于从锁相放大器中读取电压数据，并将其与第一中空旋转电机和第二中空旋转电机的角度信息一一对应记录，得到不同角度下的光强信号，将得到的不同角度下的光强信号导入到穆勒矩阵算法中，利用全偏振入射穆勒矩阵算法得到样品穆勒矩阵的16个元素，再反演得到待测薄膜样品的厚度和折射率。
19、可选的，所述太赫兹发射源包括发射源、第一喇叭天线、电源和电调制器，所述电源用于为发射源供电，所述发射源用于发射太赫兹线偏振波束，所述第一喇叭天线用于提高太赫兹线偏振波束的输出功率，所述电调制器用于调制太赫兹线偏振波束的波形；
20、所述太赫兹探测器包含第二喇叭天线和肖特基二极管，所述第二喇叭天线用于放大接收的光强信号的功率，所述肖特基二极管用于将入射光子转变为光电子，并产生电流，检测光强度的变化。
21、第二方面，本专利技术还提供了一种薄膜样品的测量方法，应用于如第一方面任一项所述的太赫兹穆勒矩阵椭偏仪，包括：
22、启动所述太赫兹穆勒矩阵椭偏仪；
23、通过电机控制器将第一中空旋转电机和第二中空旋转电机归零，并同步控制第一中空旋转电机和第二中空旋转电机的旋转角度；
24、从信号采集处理系统获取计算得到的待测薄膜样品的厚度和折射率。
25、通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
26、1、本专利技术提供了一种太赫兹穆勒矩阵椭偏仪，利用单频波片产生单频的全偏振太赫兹波段入射太赫兹穆勒矩阵椭偏仪中，采用了自主设计的光路结构，用“准直-聚焦-准直-聚焦”的光路结构，使得测量装置的波段适用范围扩大至太赫兹波段；采用了两个单频四分之一波片，利用双折射现象对偏振光进行1/4波长的相位延迟，比可见光穆勒矩阵椭偏仪的“起偏器-补偿器-补偿器-检偏器”结构更简单；通过旋转两个四分之一波片改变角度配置，测得两个波片在不同角度配置下的测量光强，利用全偏振入射穆勒矩阵算法得到样品穆勒矩阵的16个元素，将采集到的出射光强值代入构建的系统传递函数中，通系统传递函数拟合得到样品的穆勒矩阵，再从样品的穆勒矩阵中反演得到其厚度和光学特性。相比于现有仅能采用可见光的复频本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种太赫兹穆勒矩阵椭偏仪，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的太赫兹穆勒矩阵椭偏仪，其特征在于，所述电机控制器采用步进电机控制器；所述电机控制器调整第一中空旋转电机中第一波片的角度与调整第二中空旋转电机中第二波片的角度之间的比值范围为1：5至1：1。
3.如权利要求1所述的太赫兹穆勒矩阵椭偏仪，其特征在于，所述太赫兹探测器的探测频率范围为0.22THz～0.33THz；太赫兹发射源用于发射出频率为0.3THz的太赫兹线偏振波束。
4.如权利要求3所述的太赫兹穆勒矩阵椭偏仪，其特征在于，所述第一波片和第二波片均为中心频率为0.3THz的单频四分之一波片，用于对0.3THz的线偏太赫兹波束产生四分之一波长的相位延迟量，以得到全偏振态的太赫兹波。
5.如权利要求1所述的太赫兹穆勒矩阵椭偏仪，其特征在于，θ0的取值范围为30度到60度。
6.如权利要求1所述的太赫兹穆勒矩阵椭偏仪，其特征在于，所述信号采集处理系统包括锁相放大器和计算机；
7.如权利要求1所述的太赫兹穆勒矩阵椭偏仪，其特征在于，所述太赫兹发射
8.一种薄膜样品的测量方法，应用于如权利要求1-7任一项所述的太赫兹穆勒矩阵椭偏仪，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种太赫兹穆勒矩阵椭偏仪，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的太赫兹穆勒矩阵椭偏仪，其特征在于，所述电机控制器采用步进电机控制器；所述电机控制器调整第一中空旋转电机中第一波片的角度与调整第二中空旋转电机中第二波片的角度之间的比值范围为1：5至1：1。
3.如权利要求1所述的太赫兹穆勒矩阵椭偏仪，其特征在于，所述太赫兹探测器的探测频率范围为0.22thz～0.33thz；太赫兹发射源用于发射出频率为0.3thz的太赫兹线偏振波束。
4.如权利要求3所述的太赫兹穆勒矩阵椭偏仪，其特征在于，所述第一波片和第二波片均为中心频率为0.3thz的单频四分之一波片，用于对0.3thz的线偏太赫兹波束产生四分之一波长的...
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