WO2017207751A1 - Vorrichtung zur bestimmung des polarisationszustands durch messung von mindestens drei stokes-parametern - Google Patents

Vorrichtung zur bestimmung des polarisationszustands durch messung von mindestens drei stokes-parametern Download PDF

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WO2017207751A1
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beams
polarization
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Christian NEGARA
Matthias Hartrumpf
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J4/00—Measuring polarisation of light
    • G01J4/04—Polarimeters using electric detection means

Definitions

  • the invention relates to a device for determining the polarization state by measuring at least three Stokes parameters with optical elements which function either as a beam splitter or as a polarizing optical element, and at least three detectors for measuring the polarization.
  • Polarization state detectors detect the polarization of the incident radiation.
  • the 4 elements of the incident radiation With a 6-channel sensor, the 4 elements of the incident radiation.
  • Stokes vector are determined simultaneously - according to the definition of the Stokes vector.
  • DOAP Division-of-amplitude Photopolarimeter
  • a split-state polarization state detector which operates on 4 channels and at any one time monitors the state of polarization and the current state of polarization.
  • kes vector of incident radiation This detector requires a very specific beam splitter, which must be custom-made for this detector. In practice, the requirements for this device can be met only in a narrowly defined wavelength range, so that the detector can be used only in this wavelength range.
  • the optical parameters of this beam splitter are R, ⁇ ⁇ , ⁇ ⁇ for the reflected path and T, ⁇ ⁇ t for the transmitted path.
  • R is the reflectance in the reflected path of the beam splitter
  • tan ⁇ ⁇ the amplitude quotient and ⁇ ⁇ the phase difference, the reflection induced amplitude change or phase change of the s- and p-polarized radiation.
  • T transmittance, tan ⁇ ,.
  • a Wollaston prism was mounted after the beam splitter on the reflected and transmitted path, which is rotated by 45 ° relative to the plane of incidence of the beam splitter. The incident beam is thus split into four sub-beams whose intensity is measured by four photodetectors.
  • the instrument matrix AEE 4x4 is the mapping matrix of the Stokes vector to the measured intensity values.
  • the optical parameters of the beam splitter that maximize the objective function are:
  • each component can be optimized for a large wavelength range in addition to its basic function.
  • a device for determining the state of polarization by measuring at least three Stokes parameters contains the following components: ⁇ two optical elements (1, 2) which split incident light beams into two sub-beams, the polarization of the respective two sub-beams from the polarization of the incident light rays and the optical properties of the optical elements (1, 2),
  • the first optical element (1) divides the light beams incident on the detector into a transmitted and a reflected partial beam.
  • the second optical element (2) is arranged in the reflected or transmitted partial beam and in the other partial beam an optical element (3) is arranged which changes the polarization state of the light beam impinging on the optical element (3) or divides it into two partial beams,
  • the beam splitters (1), (2) or (3) may have a fixed or adjustable divider ratio.
  • steel dividers with a fixed divider ratio can be designed as a foil, beam splitter plate, beam splitter cube or as a diffractive beam splitter.
  • these embodiments are equivalent.
  • variable divisor beam splitters may be formed as components with locally variable divider ratio (rotatable or displaceable) or as electronically adjustable or modulatable components (e.g., liquid crystal or Kerr cells).
  • the delay in the individual sub-paths can be performed either by a delay element alone or in effect equivalent as a combination of a plurality of delay elements.
  • the delay elements may also be designed variably adjustable.
  • delay elements with fixed delay can be used by elements with a birefringent layer of fixed thickness.
  • elements with broadband constant delay eg Fresnel parallelepiped
  • Optimal are delay elements which have an optimum delay for each wavelength for this application, ie the difference between the total delay in the corresponding partial beam path close to a value.
  • the delay adjustable delay elements are photoelastic modulators or rotary compensators. Depending on the wavelength, the optimal delays and / or
  • beam splitters and delay elements on one or more sides can be tempered with an anti-reflection layer.
  • an anti-reflection layer With the specified means disturbing reflections are avoided in order to increase the incident on the detectors light intensity and thus the sensitivity or to reduce the measurement uncertainty.
  • the measuring device is preceded by a diffractive optics or, alternatively, several diffractive optics are arranged in the partial beam paths.
  • a diffractive optics or, alternatively, several diffractive optics are arranged in the partial beam paths.
  • the detector is preceded by an imaging optics or multiple imaging optics arranged in the partial beam paths. This allows a defined area of a sample to be examined.
  • the detectors may be designed as:
  • Single point sensor e.g., photodiode or photomultiplier
  • As line sensor (such as photodiode array, CCD or CMOS line sensor)
  • a surface sensor according to claim 13 with an upstream diffractive element according to claim 11 and additionally connected in front of the imaging optical system according to claim 12 is such a Polarisa- tion state detector, which simultaneously analyzes an entire line of the object in a whole spectral range in each measurement interval.
  • line or area light sources may be arranged in partial beam paths (one or more). Depending on the task, it may be possible to arrange it with a parallel and / or angular offset in the partial beam path in such a way that the receiver beam path is essentially not disturbed and yet effective illumination of the measured objects takes place; ie altogether a negligible or compensable error arises. Otherwise, these light sources can be coupled via the beam splitter to the optical axis of the partial beam path. Depending on the embodiment of the invention, an arrangement in one (or more), otherwise unused partial beam path is possible. As a result, the device according to the invention becomes a combined polarization state detector and polarization state generator.
  • the first optical element (1) has a divider ratio which corresponds to neither a polarizing nor a non-polarizing divider ratio. This means that the first optical element is neither polarizing nor non-polarizing.
  • the four-channel Stokes vector can be measured without loss of intensity. In this way, a lower measurement uncertainty is achieved, wherein In addition, a better structure results. If the first optical element (1) is polarizing ( ⁇ ⁇ , ⁇ ; - ⁇ ⁇ 0 °, 90 ° ⁇ ), then the Stokes vector can not be measured. On the other hand, the first optical element (1) is non-polarizing
  • the four-channel Stokes vector can only be measured if intensity losses (through polarizing filters or the like) are accepted. This causes a higher measurement uncertainty and results in a sub-optimal design.
  • the intensity of the light rays incident in the apparatus for determining the state of polarization is distributed to the at least three detectors for measuring the polarization, preferably to four detectors for measuring the polarization.
  • the at least three detectors for measuring the polarization preferably to four detectors for measuring the polarization.
  • a further preferred embodiment is characterized in that at least one delay element is arranged between the first optical element and the second optical element and / or between the first optical element and the third optical element.
  • the first optical element (1) has a delay A r , A t which does not correspond to the optimum from equation 1.
  • the rotational angle of the optical (delay) can be dependent on elements ⁇ ⁇ A t is set so that the measuring uncertainty is minimized.
  • the disadvantageous effect of the deviations from ⁇ ⁇ , A t of the beam splitter (1) from the ideal for any ⁇ ⁇ A t can be compensated. If the optical elements or beam splitters are all arranged below 0 ° / 90 °, then delay elements must be arranged on both paths - usually at an angle * 0 °. As a rule, a total of at least 3 quarter-wave plates are required.
  • the second and third optical elements are arranged at 45 ° / 135 °, delay elements must be arranged on a path for this purpose-usually at an angle of 0 °. As a rule, at least 2 quarter-wave plates are required.
  • rotating the second polarizing optical element (2) or of the third polarizing optical element (3) is a function of ⁇ ⁇ A t to be selected angle, however, only a quarter-wave plate is necessary.
  • the value of the normalized determinant of the instrument matrix is greater than 0.8, preferably greater than 0.8 and less than 1.0.
  • the invention also relates to a method for determining the polarization state by measuring at least 3 Stokes parameters, in which
  • the incident light beams are split into two sub-beams, whereby the polarization of the respective two sub-beams results from the polarization of the incident light beams and the optical properties of the optical elements (1, 2),
  • the light beams incident on the detector are divided into a transmitted and a reflected partial beam
  • the second optical element (2) is arranged in the reflected or transmitted partial beam and in the other partial beam an optical element (3) is arranged which changes the polarization state of the light beam impinging on the optical element (3) or divides it into two partial beams,
  • At least three detectors (2a, 2b, 3a) are used for measuring the polarization, the detectors (2a, 2b) in the sub-beams behind the optical element (2) and the detector (3a) in the sub-beam behind the optical element (3 ) to be ordered.
  • the device described above is used.
  • Fig. 1 shows an embodiment of the invention for measuring three Stokes parameters
  • Fig. 2 shows an embodiment of the invention for measuring four Stokes parameters
  • FIG 3 shows a schematic representation of the definition of the angles of rotation in the case of the optical elements (2) and (3) using the example of the element (2) on the basis of planes (e :) and (e 2 ) 4 shows by way of a schematic representation the definition of the angles of rotation for the delay elements (t 1) and ( 2 ) or (v la , v lb , v 2a , v 2b ) on the basis of the angle between a vector parallel to the plane of incidence e : and the fast axis for delay elements with birefringent materials
  • the device for determining the polarization state consists of the following components:
  • a beam splitter (1) with special polarization properties This is designed so that the polarization state is divided on the transmitted and reflected partial path so that by means of subsequent device for determining the polarization state, a high sensitivity or a low measurement uncertainty regarding. In the task desired model parameter is achieved. In a configuration according to the invention it is in contrast to the prior art
  • Delay elements (Vi), ( 2 ) are introduced on the transmitted and reflected path.
  • the delay elements serve to change a delay ⁇ ⁇ , t caused by the beam splitter on the transmitted and reflected path in such a way that the sensitivity of the entire measuring device is increased or the measurement uncertainty of the device is reduced.
  • This can be evaluated analogously to the prior art on the basis of the absolute value of the determinant of the instrument matrix.
  • the instrument matrix assumes a different shape than in the prior art, but this can be established analogously to the Stokes-Muller formalism.
  • the freely selectable configuration parameters of the measuring device are optimal in this case, if the
  • two ⁇ / 4 delay elements (v la ), (v lb ) or ( 2a ), (v 2b ) can be used to compensate for these deviations, for example the reflected or transmitted path are arranged. In order to avoid intensity losses, these are preferably provided with antireflection coatings.
  • the polarization state measuring device thus constructed has the same sensitivity in measuring the Stokes vector as one after the other
  • beam splitters are mounted behind the delay elements, which divide the polarization state in the respective partial beam path into two further partial beam paths with orthogonal polarization states.
  • these elements are designed as polarizing beam splitters (2) and (3), which are rotated by an angle a 2 and a 3 , respectively.
  • Photodetectors The measurement of the intensities is carried out via preferably four detectors. In the illustrated embodiment, these are photomultipliers, which are very well suited for fast polarization measurements.
  • the Stokes vector is then calculated from the intensity measurement values, the optical components being arranged or selected such that a measurement error in the intensity measurements influences the result of the calculated pose vector as little as possible.
  • angles a 2 , a 3 of the beam splitters (2) and (3) can assume any desired value (see FIG.
  • the minimum configuration for the measuring device according to the preceding examples consists of a total delay element, for example, on the reflected path and of rotated beam splitters (2) and (3).
  • a measuring device with a good sensitivity can be realized in some cases without delay elements. If the values A r , A t deviate from the ideal, it is in some cases better to position the beam splitters (2) and (3) at an angle other than 45 °. However, the measuring device is then generally no longer optimal. As a rule, the negative effect of deviations from ⁇ ⁇ , t from the ideal can no longer be completely compensated.
  • the incident light is completely polarized, the measurement of all four Stokes parameters is not necessary, since one parameter is then redundant. It Therefore, under this condition, only three measurements or detectors are necessary to detect the complete polarization state (see FIG. According to claim 1, therefore, three detectors can be arranged in the measuring device.
  • the Jones vector can then be determined with a three-channel measuring device (normalized with respect to the phase). In general, however, you get two solutions for the Jones vector. A solution can either be rejected as unphysical or both solutions must be considered in the subsequent analysis.
  • the optical element (3) can be designed, for example, as a beam splitter or polarization filter which is positioned at a rotation angle a 3 .
  • the optimal rotation angles a 2 , a 3 and the optimal optical parameters of the beam splitter (1) can be determined by non-linear optimization or analytical solution as in the previous example.
  • polarization optics it is not only possible to measure the Stokes vector but also to generate different polarization states. Instead of the photodetectors, light sources are arranged for this purpose.
  • the polarization optics can thus be used not only for a polarization state detector but also for a polarization state generator.
  • A be the instrument matrix that maps the Stokes vector to the 4 measured intensities.
  • W is also invertible. It should be noted that the functionality of the detector is not only given in unpolarized, but also in polarized light sources. If, for example, linearly polarized light sources are arranged so that the polarization planes corresponding to the rotation angles of Beam splitters (2,3) are aligned, we obtain a detector with minimal loss of light intensity.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Polarisationszustands durch Messung von mindestens drei Stokes-Parametern mit optischen Elementen, die entweder als Strahlteiler oder als polarisierendes optisches Element fungieren, sowie mindestens drei Detektoren zur Messung der Polarisation.

Description

Vorrichtung zur Bestimmung des Polarisationszustands durch Messung von mindestens drei Stokes-Parametern
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Polarisationszustands durch Messung von mindestens drei Stokes-Parametern mit optischen Elementen, die entweder als Strahlteiler oder als polarisierendes optisches Element fungieren, sowie mindestens drei Detektoren zur Messung der Polarisation.
Polarisationszustandsdetektoren ermitteln die Polarisation der einfallenden Strahlung. Mit einem 6-kanaligen Sensor können die 4 Elemente des
Stokesvektors gleichzeitig ermittelt werden - entsprechend der Definition des Stokesvektors. Aus R. M. A. Azzam. Division-of-amplitude Photopolarimeter (DOAP) for the Simultaneous Measurement of All Four Stokes Parameters of Light. Optica Acta: International Journal of Optics, 29(5):685-689, 1982 ist ein Polarisationszustandsdetektor mit Amplitudenteilung bekannt, der mit 4 Kanälen arbeitet und zu jedem Zeitpunkt den Polarisationszustand bzw. den Sto- kes-Vektor der einfallenden Strahlung bestimmt. Dieser Detektor erfordert einen sehr spezifischen Strahlteiler, der für diesen Detektor speziell angefertigt werden muss. In der Praxis lassen sich die Anforderungen an dieses Bauelement nur in einem eng definierten Wellenlängenbereich erfüllen, so dass der Detektor nur in diesem Wellenlängenbereich verwendbar ist. Eine breit- bandige Anwendung des Detektors z.B. in der spektroskopischen Ellipsometrie scheint daher nicht möglich. Dies zeigt beispielsweise eine veröffentlichte Realisierung in Wenjia Yuan, Weidong Shen, Yueguang Zhang, and Xu Liu. Die- lectric multilayer beam splitter with differential phase shift on transmission and reflection for division-of-amplitude photopolarimeter. Optics Express, 22(9):11011, 2014. Dort wurde ein entsprechend kompakter Strahlteiler als Interferenzfilter mit 46 dielektrischen Schichten realisiert, der alle Optimali- tätsbedingungen simultan erfüllt. Dies war allerdings nur in einem Wellenlängenbereich von 40 nm um die Design-Wellenlänge der Fall. Es ist davon auszugehen, dass nach diesem Prinzip für jeden Wellenlängenbereich ein spezifisch angepasster Strahlteiler hergestellt werden muss.
Die optischen Parameter dieses Strahlteilers sind R, ΨΓ, ΔΓ für den reflektierten Pfad und T, Ψυ t für den transmittierten Pfad. Hierbei ist R der Reflexionsgrad im reflektierten Pfad des Strahlteilers, tan ΨΓ der Amplitudenquotient und ΔΓ die Phasendifferenz, der durch die Reflexion induzierten Amplitudenänderung bzw. Phasenänderung der s- und p-polarisierten Strahlung. Diese Größen werden, entsprechend der in der Ellipsometrie üblichen Konvention, anhand der Reflexionskoeffizienten rp, rs über die fundamentale Gleichung der Ellipsometrie tan ΨΓ etAr =— definiert und gemessen. Analog dazu wird beim transmittierten Pfad T als Transmissionsgrad, tan Ψ,. als Amplitudenquotient und t als Phasendifferenz definiert. Im Stand der Technik wurde nach dem Strahlteiler auf dem reflektierten und transmittierten Pfad jeweils ein Wollaston-Prisma angebracht, das um 45° gegenüber der Einfallsebene des Strahlteilers gedreht ist. Der einfallende Strahl wird somit in vier Teilstrahlen aufgespalten, deren Intensität über vier Photodetektoren gemessen werden.
Aus der Anforderung einer hohen Sensitivität bei der Messung bzw. einer geringen Messunsicherheit folgt, dass der Strahlteiler möglichst absorptionsfrei ist und somit nahe an die Idealbedingung R + T = 1 kommt. Die optimalen optischen Parameter des Strahlteilers zur Erzielung einer hohen Sensitivität bei der Messung des Stokesvektors wurden in Azzam, R. M. A. and A. De. Optimal beam Splitters for the division-of-amplitude photopolarimeter. Journal of the Optical Society of America A, 20(5):955, 20 berechnet. Als Zielfunktion zur Bewertung der Sensitivität bzgl. des Stokesvektors wurde der
Absolutbetrag der Determinante der Instrumentenmatrix A verwendet. Die Instrumentenmatrix A E E4x4 ist die Abbildungsmatrix des Stokesvektors auf die gemessenen Intensitätswerte. Die optischen Parameter des Strahlteilers, die die Zielfunktion maximieren sind:
R = T = 0,5 ΨΓ = i arccos (± ^=) Wt = \ - ΨΓ ΔΓ - Δί = ± ^ (1)
Da diese Optimalitätsbedingungen nicht exakt erfüllt werden können, ist ein Strahlteiler zu wählen, der die folgende Zielfunktion maximiert:
I (RT)2 sin 2ΨΓ sin 2Ψ£ (cos 2ΨΓ - cos 2Ψ£) sin(Ar - At) | (2)
Im Gegensatz zu Polarisationszustandsdetektoren mit Amplitudenteilung nach dem Stand der Technik, werden die spezifischen Anforderungen für die Teilstrahlengänge in einer erfindungsgemä en Realisierung auf mehrere Bauteile verteilt. Dadurch kann jedes Bauteil zusätzlich zu seiner Basisfunktion auf ei- nen großen Wellenlängenbereich optimiert sein.
Ausgehend hiervon war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Polari- sationszustandsdetektor bereitzustellen, der so konzipiert ist, dass eine Optimierung der einzelnen Elemente hinsichtlich des Wellenlängenbereichs der einfallenden Strahlung ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Bestimmung des Polarisationszustands durch Messung von mindestens drei Stokes-Parametern bereitgestellt, die folgende Komponenten enthält: · zwei optische Elemente (1, 2), die einfallende Lichtstrahlen in jeweils zwei Teilstrahlen zerlegen, wobei sich die Polarisation der jeweiligen beiden Teilstrahlen aus der Polarisation der einfallenden Lichtstrahlen und den optischen Eigenschaften der optischen Elemente (1, 2) ergibt,
• das erste optische Element (1) die auf den Detektor auftreffende Lichtstrahlen in einen transmittierten und einen reflektierten Teilstrahl aufteilt. • das zweite optische Element (2) im reflektierten oder transmittierten Teilstrahl angeordnet ist und im anderen Teilstrahl ein optisches Element (3) angeordnet ist, das den Polarisationszustand des auf das optische Element (3) auftreffenden Lichtstrahls ändert oder in zwei Teilstrahlen aufteilt,
• mindestens drei Detektoren (2a, 2b, 3a) zur Messung der Polarisation, wobei die Detektoren (2a, 2b) in den Teilstrahlen hinter dem optischen Element (2) und der Detektor (3a) im Teilstrahl hinter dem optischen Element (3) angeordnet sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß Anspruch 3 können die Strahlteiler (1), (2) oder (3) ein festes oder einstellbares Teilerverhältnis aufweisen.
Gemäß Anspruch 4 können Stahlteiler mit festem Teilerverhältnis als Folie, Strahlteilerplatte, Strahlteilerwürfel oder als diffraktiver Strahlteiler ausgeführt sein. Für die erfindungsgemäße Funktion der Messvorrichtung sind diese Ausführungsformen äquivalent.
Gemäß Anspruch 5 können Strahlteiler mit variablem Teilerverhältnis als Komponenten mit örtlich variablem Teilerverhältnis (dreh- oder verschiebbar) oder als elektronisch einstellbare oder modulierbare Komponenten ausgebildet sein (z.B. Flüssigkristall- oder Kerr-Zellen).
Gemäß Anspruch 6 kann die Verzögerung in den einzelnen Teilpfaden entweder durch ein Verzögerungselement allein oder in der Wirkung äquivalent als eine Kombination aus mehreren Verzögerungselementen ausgeführt sein.
Gemäß Anspruch 7 können die Verzögerungselemente auch variabel einstellbar ausgebildet sein.
Gemäß Anspruch 8 können Verzögerungselemente mit fester Verzögerung durch Elemente mit einer doppelbrechenden Schicht fester Dicke eingesetzt werden. Alternativ dazu können Elemente mit breitbandiger konstanter Verzögerung (z.B. Fresnelsches Parallelepiped) angeordnet sein. Optimal sind Verzögerungselemente, die für jede Wellenlänge eine für diesen Anwendungsfall optimale Verzögerung aufweisen, d.h. die Differenz der Gesamtver- zögerung in dem entsprechenden Teilstrahlengang auf einen Wert nahe ^ bringen.
Gemäß Anspruch 9 sind die Verzögerungselemente mit einstellbarer Verzögerung photoelastische Modulatoren oder rotierende Kompensatoren. Abhängig von der Wellenlänge lassen sich die optimalen Verzögerungen und / oder
Drehwinkel der Verzögerungselemente über eine nichtlineare Optimierung berechnen. Für jede Wellenlänge kann dann eine optimale Winkelposition und / oder Verzögerung angegeben werden. Werden anstatt monochromatischer Messungen spektrale Messungen im Zeit-Multiplexverfahren aufge- nommen, lässt sich die Verzögerung oder Winkellage mit der Wellenlänge so modulieren, dass immer eine bestmögliche Sensitivität bzw. eine möglichst geringe Messunsicherheit erreicht wird.
Gemäß Anspruch 10 können Strahlteiler und Verzögerungselemente auf einer oder mehreren Seiten mit einer Anti-Reflexionsschicht vergütet sein. Mit den angegebenen Mitteln werden störende Reflexionen vermieden, um die auf den Detektoren auftreffende Lichtintensität und somit die Sensitivität zu erhöhen bzw. die Messunsicherheit zu verringern.
Gemäß Anspruch 11 wird der Messvorrichtung eine diffraktive Optik vorgeschaltet oder alternativ mehrere diffraktive Optiken in den Teilstrahlengän- gen angeordnet. Bei Verwendung von Flächen- oder linearen Sensoren können damit gleichzeitige Messungen in einem ganzen Spektralbereich durchgeführt werden.
Gemäß Anspruch 12 wird dem Detektor eine abbildende Optik vorgeschaltet oder mehrere abbildende Optiken in den Teilstrahlengängen angeordnet. Damit kann dann ein definierter Bereich einer Probe untersucht werden.
Gemäß Anspruch 13 können die Detektoren ausgeführt sein als:
• Einzelpunkt-Sensor (z.B. Fotodiode oder Photomultiplier)
• Als Liniensensor (wie Photodiodenarray, CCD- oder CMOS- Zeilensensor)
· Als Flächensensor (Photodiodenarray, CCD- oder CMOS-
Flächensensor, Lichtfeldsensor).
In der Kombination eines Flächensensors gemäß Anspruch 13 mit einem vorgeschalteteten diffraktiven Element gemäß Anspruch 11 und zusätzlich davor geschalteter abbildender Optik gemäß Anspruch 12 liegt so ein Polarisa- tionszustandsdetektor vor, der in jedem Messintervall gleichzeitig eine ganze Zeile des Objekts in einem ganzen Spektralbereich analysiert.
Gemäß Anspruch 14 können in Teilstrahlengängen zusätzliche Punkt-, Linienoder Flächen-Lichtquellen angeordnet sein (eine oder mehrere). Je nach Aufgabenstellung kann es möglich sein sie mit einem Parallel- und oder Winkelversatz im Teilstrahlengang so anzuordnen, dass der Empfängerstrahlengang im Wesentlichen nicht gestört wird und dennoch eine effektive Beleuchtung der Messobjekte erfolgt; d.h. insgesamt ein vernachlässigbarer oder kompensierbarer Fehler entsteht. Andernfalls können diese Lichtquellen über Strahlteiler auf die optische Achse des Teilstrahlengangs eingekoppelt werden. Je nach Ausführungsform der Erfindung ist auch eine Anordnung in einem (oder mehreren), ansonsten ungenutzten Teilstrahlengang möglich. Dadurch wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zu einem kombinierten Polari- sationszustandsdetektor und Polarisationszustandsgenerator. Dies ermöglicht nicht nur die Messung der vier Stokes-Parameter des einfallenden Lichts, sondern die Messung der vollständigen Müller-Matrix M E KL4X4 bestehend aus 16 Parametern. Dabei wird dieselbe Polarisationsoptik sowohl für die Generierung als auch für die Detektion des Polarisationszustands verwendet. Durch entsprechende Steuerung und Abstimmung von Beleuchtung und Detektion ist es damit prinzipiell möglich mit einer minimalen Anzahl von Messungen komplette Polarisationsinformation über ein Objekt zu erhalten, an dem das Licht der zusätzlichen Lichtquellen :
• direkt gespiegelt wird oder
• zweifach gespiegelt wird unter Verwendung eines Spiegels
• zweifach gespiegelt wird in einem Retroreflexionsaufbau
• zweifach die Probe durchdringt (in einer Transmissionsanordnung mit Spiegel)
• oder zweifach die Probe durchdringt (in einer Transmissionsanordnung mit Retroreflektor)
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat das erste optische Element (1) ein Teilerverhältnis, das weder einem polarisierenden noch einem nicht-polarisierenden Teilerverhältnis entspricht. Dies bedeutet, dass das erste optische Element weder polarisierend noch nicht- polarisierend ist. Durch diese spezielle Ausführungsform kann der Stokes- Vektor mit vier Kanälen gemessen werden, ohne dass I ntensitätsverluste auftreten. Auf diese Weise wird eine geringere Messunsicherheit erreicht, wobei zudem ein besserer Aufbau resultiert. Ist das erste optische Element (1) polarisierend (ΨΓ, Ψ;- ε {0°, 90°}), so kann der Stokes-Vektor nicht gemessen werden. Ist das erste optische Element (1) hingegen nicht-polarisierend
(ΨΓ = Ψ,- = 45°), so kann der Stokes-Vektor mit vier Kanälen nur dann gemessen werden, wenn Intensitätsverluste (durch Polfilter oder Ähnliches) in Kauf genommen werden. Dies bewirkt eine höhere Messunsicherheit und ergibt einen suboptimalen Aufbau.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Intensität der in die Vorrichtung zur Bestimmung des Polarisationszustands einfallenden Lichtstrahlen auf die mindestens drei Detektoren zur Messung der Polarisation, vorzugsweise auf vier Detektoren zur Messung der Polarisation, aufgeteilt. Bei Verwendung von vier Detektoren sind keine Polfilter erforderlich und es geht somit keine Lichtintensität verloren.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten optischen Element und dem zweiten optischen Element und/oder zwischen dem ersten optischen Element und dem dritten optischen Element mindestens ein Verzögerungselement angeordnet ist.
Im Regelfall hat das erste optischen Element (1) eine Verzögerung Ar, At die nicht dem Optimum aus Gleichung 1 entspricht. In weiteren Ausführungsformen werden daher die Drehwinkel der optischen (Verzögerungs-)Elemente abhängig von Δπ At so eingestellt, dass die Messunsicherheit minimiert wird. Dadurch lässt sich der nachteilige Effekt der Abweichungen von ΔΓ, At des Strahlteilers (1) vom Ideal für beliebige Δπ At ausgleichen. Sind die optischen Elemente bzw. Strahlteiler alle unter 0°/90° angeordnet, müssen hierfür auf beiden Pfaden Verzögerungselemente angeordnet werden - üblicherweise unter einem Winkel * 0°. Im Regelfall sind insgesamt mindestens 3 Viertelwellenplättchen erforderlich. Sind das zweite und dritte optische Elemente unter 45°/135° angeordnet, müssen hierfür auf einem Pfad Verzögerungselemente angeordnet werden - üblicherweise unter einem Winkel * 0°. Im Regelfall sind mindestens 2 Viertelwellenplättchen erforderlich. Durch Drehung des zweiten polarisierenden optischen Elements (2) oder des dritten polarisierenden optischen Elements (3) um einen abhängig von Δπ At zu wählenden Winkel ist hingegen nur ein Viertelwellenplättchen erforderlich.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Wert der normalisierten Determinante der Instrumentenmatrix größer als 0,8 ist, vorzugsweise größer als 0,8 und kleiner gleich 1,0 ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Bestimmung des Pola risationszustands durch Messung von mindestens 3 Stokes-Parametern, bei dem
• mittels zwei optischen Elementen (1, 2), die einfallende Lichtstrahlen in jeweils zwei Teilstrahlen zerlegt werden, wobei sich die Polarisation der jeweiligen beiden Teilstrahlen aus der Polarisation der einfallenden Lichtstrahlen und den optischen Eigenschaften der optischen Elemente (1, 2) ergibt,
• mittels dem ersten optischen Element (1) die auf den Detektor auftreffende Lichtstrahlen in einen transmittierten und einen reflektierten Teilstrahl aufgeteilt werden,
• das zweite optische Element (2) im reflektierten oder transmittierten Teilstrahl angeordnet wird und im anderen Teilstrahl ein optisches Element (3) angeordnet wird, das den Polarisationszustand des auf das optische Element (3) auftreffenden Lichtstrahls ändert oder in zwei Teilstrahlen aufteilt,
• mindestens drei Detektoren (2a, 2b, 3a) zur Messung der Polarisation eingesetzt werden, wobei die Detektoren (2a, 2b) in den Teilstrahlen hinter dem optischen Element (2) und der Detektor (3a) im Teilstrahl hinter dem optischen Element (3) angeordnet werden.
Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die zuvor beschriebene Vorrichtung eingesetzt.
Anhand der nachfolgenden Figuren und des Beispiels soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier gezeigten spezifischen Ausführungsformen einzuschränken.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform zur Messung von drei Stokes-Parametern
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform zur Messung von vier Stokes-Parametern
Fig. 3 zeigt anhand einer schematischen Darstellung die Definition der Drehwinkel bei den optischen Elementen (2) und (3) am Beispiel des Elementes (2) anhand der Ebenen (e:) und (e2) Fig. 4 zeigt anhand einer schematischen Darstellung die Definition der Drehwinkel für die Verzögerungselemente (t^) und ( 2) bzw. (vla , vlb , v2a , v2b) anhand des Winkels zwischen einem Vektor parallel zur Einfallsebene e: und der schnellen Achse bei Verzögerungselementen mit doppelbrechenden Ma- terialien
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels (s. Figur 2) dargestellt. In der beispielhaften Ausführung besteht die Vorrichtung zur Bestimmung des Polarisationszustands aus folgenden Komponenten:
1. Ein Strahlteiler (1) mit speziellen Polarisationseigenschaften Dieser ist so ausgelegt, dass der Polarisationszustand auf den transmittierten und reflektierten Teilpfad so aufgeteilt wird, dass mittels nachfolgender Vorrichtung zur Bestimmung des Polarisationszustands eine hohe Sensitivität bzw. eine geringe Messunsicherheit bzgl. der in der Aufgabenstellung gesuchten Modellparameter erzielt wird. In einer erfindungsgemäßen Konfiguration ist es im Gegensatz zum Stand der
Technik nur notwendig, dass der Strahlteiler so ausgewählt wird, dass die Parameter R, ΨΓ bzw. T, t optimal sind. An ΔΓ, t sind keine spezifischen Anforderungen geknüpft. Δπ At sind bei handelsüblichen Strahlteilern nur in Ausnahmefällen spezifiziert. Spezifische Anforderungen an die Größen Δπ t füh- ren dann dazu, dass - oft komplizierte - Spezialanfertigungen des Strahlteilers erforderlich sind. Da die Anforderungen hier entfallen, können zumeist handelsübliche Strahlteiler eingesetzt werden. Ist zudem ein breitbandiger Einsatz der Vorrichtung zur Bestimmung des Polarisationszustands vorgesehen, so müssen nur die Parameter R, ΨΓ bzw. T, t im angestrebten Wellenlängenbe- reich günstige Werte (entsprechend Gleichung 1) annehmen.
2. Verzögerungselemente auf dem transmittierten und reflektierten Teilstrahlengang
Auf dem transmittierten und reflektierten Pfad werden Verzögerungselemente (Vi), ( 2) eingebracht. Die Verzögerungselemente dienen dazu, eine durch den Strahlteiler hervorgerufene Verzögerung ΔΓ, t auf dem transmittierten und reflektierten Pfad so zu verändern, dass die Sensitivität der gesamten Messvorrichtung erhöht wird bzw. die Messunsicherheit der Vorrichtung verringert wird. Diese lässt sich analog zum Stand der Technik anhand des Absolutbetrags der Determinante der Instrumentenmatrix bewerten. Durch die in der Erfindung zusätzlich angebrachten oder dreh- bzw. justierbaren op- tischen Elemente nimmt die Instrumentenmatrix allerdings eine andere Form als im Stand der Technik an, die sich jedoch analog dazu über den Stokes- Müller-Formalismus aufstellen lässt. Die frei wählbaren Konfigurationsparameter der Messvorrichtung sind in diesem Fall optimal, wenn der
Absolutbetrag der Determinante der Instrumentenmatrix maximal wird.
Weist der Strahlteiler (1) eine vom Ideal abweichende Verzögerung Δπ t auf, können zum Ausgleich dieser Abweichungen bspw. jeweils zwei λ/4- Verzögerungselemente (vla), (vlb) bzw. ( 2a), (v2b) auf dem reflektierten bzw. transmittierten Pfad angeordnet werden. Um Intensitätsverluste zu ver- meiden, sind diese vorzugsweise mit Antireflexbeschichtungen zu versehen.
Durch Wahl oder Justage der Winkelstellungen at, at' für (vla), (vlb) bzw. ar, r' für ( 2a), (v2b) dieser Elemente zueinander wird der nachteilige Effekt der Abweichungen von ΔΓ, t des Strahlteilers (1) vom Ideal ausgeglichen. Die so aufgebaute Vorrichtung zur Messung des Polarisationszustands weist die gleiche Sensitivität bei der Messung des Stokesvektors auf wie eine nach dem
Stand der Technik.
3. Optische Elemente zur Zerlegung des Polarisationszustands
Auf dem transmittierten und reflektierten Teilstrahlengang sind hinter den Verzögerungselementen Strahlteiler angebracht, die den Polarisationszustand im jeweiligen Teilstrahlengang in zwei weitere Teilstrahlengänge mit orthogonalen Polarisationszuständen zerlegen. In Figur 2 sind diese Elemente als polarisierende Strahlteiler (2) und (3) ausgeführt, die um einen Winkel a2 bzw. a3 gedreht sind.
4. Photodetektoren Die Messung der Intensitäten wird über vorzugsweise vier Detektoren durchgeführt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind dies Photomultiplier, die für schnelle Polarisationsmessungen sehr gut geeignet sind.
Aus den Intensitätsmesswerten wird dann der Stokesvektor berechnet, wobei die optischen Komponenten so angeordnet bzw. ausgewählt werden, dass ein Messfehler bei den Intensitätsmessungen das Ergebnis des berechneten Sto- kes-Vektors möglichst wenig beeinglusst. Wird für das optische Element 1 bspw. ein Strahlteiler verwendet, bei dem ΔΓ = 180° und t = 0 ist, sind die Winkeleinstellungen der A/4-Verzögerungselemente bzgl. der Einfallsebene des Strahlteilers (1) und den optischen Achsen folgendermaßen zu wählen: ar = 135°, ar' = 0°, at = 90°, at' = 135 Die Strahlteiler (2) und (3) sind hierbei unter dem Winkel a2 = a3 = 0° gedreht. Diese Winkelstellungen sind wie in der Ellipsometrie üblich definiert (s. Figur 3 und Figur 4. Erfüllt der Strahlteiler (1) ansonsten die Optimalitätsbe- dingungen aus Gleichung 1 für R, ΨΓ, T, Ψί so ist die gesamte Messvorrichtung optimal, d.h. der Absolutbetrag der Determinante der Instrumentenmatrix ist identisch mit der einer Messvorrichtung mit einem speziellen Strahlteiler gemäß dem Stand der Technik.
Hat der Strahlteiler anstatt ΔΓ = 180° und At = 0 bspw. die Werte ΔΓ = 170° und t = 7°, so ergeben sich die Drehwinkel für die Verzögerungselemente zu ar = 89°, r' = 40°, t = 50°, t' = 1°. Man erhält diese als Ergebnis einer nichtlinearen numerischen Optimierung.
Hat der Strahlteiler die Verzögerungen ΔΓ = 170° und t = 7° und sind die Strahlteiler (2,3) unter dem Winkel a2 = a3 = 45° gedreht, so sind nur zwei Verzögerungselemente nötig um die normalisierte Determinante zu maximie- ren. Diese können z.B. auf dem reflektierenden Pfad angeordnet werden. Die Drehwinkel ergeben sich dann zu ar = 79°, ar' = 37°.
In einer weiteren Ausführungsform können die Winkel a2, a3 der Strahlteiler (2) und (3) einen beliebigen Wert annehmen (s. Figur 3). Die Minimalkonfiguration für die Messvorrichtung entsprechend den vorhergehenden Beispielen besteht aus insgesamt einem Verzögerungselement bspw. auf dem reflektierten Pfad und aus gedrehten Strahlteilern (2) und (3). Somit lässt sich der nachteilige Effekt der Abweichungen von Δπ t des Strahlteilers (1) vom Ideal für beliebige Ar, At ausgleichen, durch entsprechende Wahl von ar, a2, a3. Falls ΔΓ = 170° und t = 7°, dann müssen die Winkel folgendermaßen eingestellt werden: ar = 45°, a2 = 45° und a3 = 95,5°.
Eine Messvorrichtung mit einer guten Sensitivität lässt sich in manchen Fällen auch ohne Verzögerungselemente realisieren. Wenn die Werte Ar, At vom Ideal abweichen, ist es in manchen Fällen günstiger die Strahlteiler (2) und (3) unter einem Winkel ungleich 45° zu positionieren. Die Messvorrichtung ist dann aber im Allgemeinen nicht mehr optimal. Der negative Effekt der Abweichungen von ΔΓ, t vom Ideal lässt sich dann im Regelfall nicht mehr vollständig ausgleichen.
Ist das einfallende Licht vollständig polarisiert, so ist die Messung aller vier Stokes-Parameter nicht notwendig, da ein Parameter dann redundant ist. Es sind daher unter dieser Voraussetzung auch nur drei Messungen bzw. Detektoren notwendig um den kompletten Polarisationszustand zu detektieren (s. Figur 1). Gemäß Anspruch 1 können in der Messvorrichtung daher auch drei Detektoren angeordnet werden. I m Fall von vollständiger Polarisation kann dann mit einer drei-kanaligen Messvorrichtung der Jones-Vektor bestimmt werden (normalisiert bzgl. der Phase). Im Allgemeinen erhält man allerdings zwei Lösungen für den Jones-Vektor. Eine Lösung kann entweder als unphysikalisch verworfen werden oder beide Lösungen müssen in der nachfolgenden Analyse berücksichtigt werden.
Das optische Element (3) kann bei der drei-kanaligen Variante z.B. als Strahlteiler oder Polarisationsfilter ausgeführt sein, das unter einem Drehwinkel a3 positioniert wird. Die optimalen Drehwinkel a2, a3 bzw. die optimalen optischen Parameter des Strahlteilers (1) können wie im vorhergehenden Beispiel durch nichtlineare Optimierung oder analytischer Lösung bestimmt werden.
Mithilfe der Polarisationsoptik ist es zudem nicht nur möglich den Stokes- Vektor zu messen sondern auch verschiedene Polarisationszustände zu generieren. Anstatt den Photodetektoren werden hierzu Lichtquellen angeordnet. Die Polarisationsoptiken können somit nicht nur für einen Polarisationszu- standsdetektor sondern auch für einen Polarisationszustandsgenerator verwendet werden. Sei A die Instrumentenmatrix die den Stokes-Vektor auf die 4 gemessenen Intensitäten abbildet. Werden nun die Detektoren durch unpolarisierte Lichtquellen mit Intensitäten ! = (L-L, L2, L3, L^)7" ersetzt, dann bildet die Modulationsmatrix W = diag(l,l,—1,1) · Ar die Lichtintensitäten L auf den ausgesendeten Stokes-Vektor S ab: S = W · L. Werden die Lichtquellen und Photodetektoren axial angeordnet - entweder über Strahlteiler oder indem diese dicht nebeneinander positioniert werden - so ergibt sich der folgende gemessene I ntensitätsvektor / = A · M · W · L, wobei M die gesuchte Müller-Matrix ist, die den ausgesendeten Stokes-Vektor auf den einfa llenden Stokes-Vektor abbildet. Indem die vier Lichtquellen in schneller Folge nacheinander geblitzt werden, erhält man nun eine Messmatrix I E KL4X4 gegeben durch I = A · M · W · L, wobei L die Einheitsmatrix darstellt. Die gesuchte Müller-Matrix M erhält man durch M = A_1 · I · W_1. Da A
invertierbar ist, ist auch W invertierbar. Es sei angemerkt, dass die Funktionalität des Detektors nicht nur bei unpolarisierten, sondern auch bei polarisierten Lichtquellen gegeben ist. Werden bspw. linear polarisierte Lichtquellen so angeordnet, dass die Polarisationsebenen entsprechend der Drehwinkeln der Strahlteiler (2,3) ausgerichtet sind, so erhält man einen Detektor mit minimalem Verlust an Lichtintensität.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Bestimmung des Polarisationszustands durch Messung von mindestens drei Stokes-Parametern enthaltend
• zwei optische Elemente (1, 2), die einfallende Lichtstrahlen in jeweils zwei Teilstrahlen zerlegen, wobei sich die Polarisation der jeweiligen beiden Teilstrahlen aus der Polarisation der einfallenden Lichtstrahlen und den optischen Eigenschaften der optischen Elemente (1, 2) ergibt,
• das erste optische Element (1) die auf den Detektor auftreffende Lichtstrahlen in einen transmittierten und einen reflektierten Teilstrahl aufteilt,
• das zweite optische Element (2) im reflektierten oder transmittierten Teilstrahl angeordnet ist und im anderen Teilstrahl ein optisches Element (3) angeordnet ist, das den Polarisationszustand des auf das optische Element (3) auftreffenden Lichtstrahls ändert oder in zwei Teilstrahlen aufteilt,
• mindestens drei Detektoren (2a, 2b, 3a) zur Messung der Polarisation, wobei die Detektoren (2a, 2b) in den Teilstrahlen hinter dem optischen Element (2) und der Detektor (3a) im Teilstrahl hinter dem optischen Element (3) angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch einen hinter dem optischen Element (3) angeordneten vierten Detektor (3b) und die Detektoren (3a, 3b) in jeweils einem Teilstrahl hinter dem optischen Element (3) angeordnet sind, wobei
• die optischen Elemente (1, 2, 3) die einfallenden Lichtstrahlen in jeweils zwei Teilstrahlen zerlegen, wobei diese Teilstrahlen dann jeweils eine Ebene (el, e2, e3) aufspannen und sich die Polarisation der jeweiligen beiden Teilstrahlen aus der Polarisation des einfallenden Lichtstrahls und den optischen Eigenschaften der optischen Elemente (1, 2) ergibt,
• das optische Element (2) im reflektierten und das optische Element (3) im transmittierten Teilstrahl angeordnet sind,
• das optische Element (2) um einen Winkel a2 um eine Achse gedreht ist, die der Schnittgeraden der Ebenen (el) und (e2) entspricht, wobei der Winkel kleiner als 180° ist und Ebene (el) auf Ebene (e2) abbildet,
• das optische Element (3) um einen Winkel a3 um eine Achse gedreht ist, die der Schnittgeraden der Ebenen (el) und (e2) entspricht, wobei der Winkel kleiner als 180° ist und Ebene (el) auf Ebene (e3) abbildet,
• entweder beide Drehwinkel a2 und a3 einen Wert annehmen, der einem Vielfachen von 45° entspricht und im optischen Strahlengang mindestens ein zusätzliches optisches Verzögerungselement angebracht ist oder mindestens einer der beiden Drehwinkel a2 und a3 einen Wert annimmt der nicht einem Vielfachen von 45° entspricht wobei alle vier Detektoren (2a), (2b), (3a), (3b) zur Messung der Polarisation verwendet werden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Elemente (1, 2, 3) entweder ein festes oder ein einstellbares Teilungsverhältnis von zwei orthogonalen Polarisationszuständen aufweisen deren Intensitäten auf die beiden Pfade des ausfallenden Lichts aufgeteilt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 3
dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (1, 2, 3) mit festem Teilungsverhältnis eine Folie, Strahlteilerplatte, Prisma, Strahlteilerwürfel oder ein diffraktiver Strahlteiler ist. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Elemente (1, 2, 3) mit einstellbarem Teilungsverhältnis als verdreh- oder verschiebbare Elemente mit örtlich variierendem Teilungsverhältnis, oder als elektronisch modulierbare Komponenten wie Flüssigkristall- oder Kerr-Zellen ausgeführt sind, die zusätzlich mit anderen optischen Elementen gekoppelt sein können.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass in den transmittierten oder reflektierten Teilstrahlen Verzögerungselemente (vi, v2) angeordnet sind, wobei die gewünschte Verzögerung ggf. aus mehreren einzelnen Verzögerungselementen erzielt wird, insbesondere aus zwei, gegeneinander verdrehbaren doppelbrechende Verzögerungplatten oder -folien.
Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungselemente (vi, v2) entweder eine feste Verzögerung oder eine einstellbare Verzögerung aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass als Verzögerungselemente (vi, v2) mit fester Verzögerung entweder
• doppelbrechende Materialien mit fester Dicke verwendet werden
• Verzögerungselemente mit einer breitbandig konstanten Verzögerung wie das Fresnelsche Parallelepiped verwendet werden
• spezielle Verzögerungselemente mit einer wellenlängenabhängigen Verzögerung verwendet werden, welche die Differenz der Gesamtverzögerung auf dem reflektierten und transmittierten Pfad, die sich aus der des Strahlteiler (1) und den Ver- zögerungselementen (vi, v2) ergibt, wellenlängenunabhängig über ein breites Spektrum auf einen Wert von ^ bringt.
Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungselemente (vi, v2) mit einstellbarer Verzögerung photoelastische Modulatoren oder rotierende Kompensatoren sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Elemente (1, 2, 3, vi, v2) ein- oder beidseitig mit Antireflexbeschichtungen beschichtet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorrichtung eine diffraktive Optik vorgeschaltet und/oder mehrere diffraktive Optiken in den Teilstrahlengängen angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorrichtung eine abbildende Optik vorgeschaltet und/oder mehrere abbildende Optiken in den Teilstrahlengängen angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoren (2a, 2b, 3a, 3b) ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus
• Einzelpunkt-Sensoren, insbesondere Fotodioden oder Photo- multiplier,
• Liniensensoren, insbesondere Photodiodenarrays, CCD- oder CMOS-Zeilensensoren,
• Flächensensoren, insbesondere Photodiodenarrays, CCD- oder CMOS-Flächensensor, Lichtfeldsensor und
• Kombinationen hiervon. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass in Teilstrahlengängen der Vorrichtung zusätzliche Punkt, Linien oder Flächen Lichtquellen in folgender Weise angeordnet sind:
• über Strahlteiler virtuell auf der optischen Achse der Teilstrahlengangs
• mit einem Parallel- und / oder Winkelversatz so, dass für die Gesamtvorrichtung ein vernachlässigbarer oder
kompensierbarer Fehler entsteht.
Verfahren zur Bestimmung des Polarisationszustands durch Messung von mindestens 3 Stokes-Parametern, bei dem
• mittels zwei optischen Elementen (1, 2), die einfallende Lichtstrahlen in jeweils zwei Teilstrahlen zerlegt werden, wobei sich die Polarisation der jeweiligen beiden Teilstrahlen aus der Polarisation der einfallenden Lichtstrahlen und den optischen Eigenschaften der optischen Elemente (1, 2) ergibt,
• mittels dem ersten optischen Element (1) die auf den Detektor auftreffende Lichtstrahlen in einen transmittierten und einen reflektierten Teilstrahl aufgeteilt werden,
• das zweite optische Element (2) im reflektierten oder transmittierten Teilstrahl angeordnet wird und im anderen Teilstrahl ein optisches Element (3) angeordnet wird, das den Polarisationszustand des auf das optische Element (3) auftreffenden Lichtstrahls ändert oder in zwei Teilstrahlen aufteilt,
• mindestens drei Detektoren (2a, 2b, 3a) zur Messung der Polarisation eingesetzt werden, wobei die Detektoren (2a, 2b) in den Teilstrahlen hinter dem optischen Element (2) und der Detektor (3a) im Teilstrahl hinter dem optischen Element (3) angeordnet werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 durchgeführt wird.
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