一种基于遗传算法的单弹光调制高速椭偏技术

摘要

针对单弹光椭偏测量技术需锁相多个周期信号、无法快速获得样品光学椭偏参数和薄膜厚度等问题，提出一种基于弹光调制器（PEM）偏振调制和单调制周期遗传算法参数提取的高速单弹光调制椭偏测量方法，该方法的时间分辨率可达μs量级。为保证算法的精度与稳定性，利用系统输出单个调制周期干涉信号的极值对系统PEM的相位延迟幅值(δ_peak)进行校准并且确定样品的光学椭偏参数范围。通过该校准方法可以确定待测参数范围，大幅缩短计算时间，提升计算精度。对空气以及61.4 nm和100 nm厚度的硅上镀二氧化硅样片进行测量，实验表明该系统PEM的静态相位延迟(δ_static)在测量范围内稳定波动，最大偏差为0.007 3 rad，标准差为0.003 3 rad,δ_peak与FPGA输出信号的占空比线性拟合系数R²为0.999 5；样品薄膜测量厚度与其真值的相对误差小于0.1%且偏差在1 nm以内，椭偏参量测量所需调制信号时间为8.3μs，较传统弹光锁相椭偏方法快1～2数量级。该方法实现的高速单弹光调制椭偏测量技术具有较高的精度和稳定性，为后续研究高速多弹光调制椭偏技术奠定基础。

关键词

高速椭偏测量 / 弹光调制 / 遗传算法 / 图像拟合仿真