1 上海市计量测试技术研究院，上海 201203
2 上海市在线检测与控制技术重点实验室，上海 2012032
3 同济大学 物理科学与工程学院，上海 200082
依据穆勒椭偏测量方法中偏振光的传输方式，文中提出了一种基于自适应差分进化算法（SADE）的各向同性纳米薄膜厚度与光学常数的表征方法。通过建立出射光强关于待测标准样片穆勒矩阵的最小二乘模型，用SADE算法对穆勒矩阵元素进行求解，并将拟合得到的穆勒光谱曲线与用双旋转补偿器穆勒矩阵椭偏仪(DRC-MME)测量得到的穆勒光谱图进行了比较，利用传输矩阵求解薄膜厚度。对标定值分别为(104.2±0.4) nm和(398.4±0.4) nm的SiO2/Si标准样片进行仿真计算，实验表明：当分别迭代到80次和87次时，目标函数光强的残差平方和收敛到最小值0.97和1.01，得到的膜厚计算值分别是(103.8±0.6) nm和(397.8±0.6) nm，相对误差均小于1%。同时用计量型椭偏仪根据得到的折射率进行计算，得到膜厚的计算值分别为(104.1±0.6) nm和(398.2±0.6) nm，验证了SADE在相近收敛速度下对各向同性纳米薄膜参数求解过程中具有计算简单和可以准确的找到全局最优解的特点。
穆勒矩阵 椭偏测量 自适应差分进化算法 适应度 标准样片 Mueller matrix ellipsometry measurement self-adaptive differential evolution algorithm fitness standard sample 红外与激光工程
2022, 51(1): 20210976
1 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
在椭偏测量中,采用直通式标定方法准确标定出系统模型参数对于样品的精确测量至关重要。由于双旋转补偿器式Mueller矩阵椭偏仪(DRC-MME)高级参数模型复杂,参数数量较多,且部分高级参数之间存在相互级联和耦合,为保证标定结果的准确性,实验中各个参数之间的独立性关系需要被检验。针对这一问题,使用奇异值分解、泡利矩阵和其他数学工具,从理论上对DRC-MME直通标定实验的自由度进行研究分析,明确在数据拟合过程中的“无用”参数,并通过仿真实验验证研究分析结果的正确性。最后搭建实验平台,开展了直通标定实验,得到了符合实际物理意义的高级参数标定结果,并使用标定好的高级参数模型对硅衬底上二氧化硅薄膜厚度进行了测量,测量结果与标称值相差1.9 nm,重复测量精度为5.31 pm。所提对直通标定实验自由度的研究分析方法不仅适用于椭偏仪,也可为其他的多参数优化过程提供一个分析思路。
测量 椭偏测量 自由度 奇异值分解 泡利矩阵 参数标定 光学学报
2021, 41(20): 2012003
1 上海市计量测试技术研究院, 上海 201203
2 中国计量大学 计量测试工程学院, 浙江 杭州 310018
3 中国航空工业集团公司 北京长城计量测试技术研究所 计量与校准技术重点实验室, 北京 100095
为了在椭圆偏振测量过程中得到精确的纳米薄膜参数, 提出了一种求解纳米薄膜参数的混合优化算法。结合人工神经网络算法反向传播和粒子群算法快速寻优的特点, 建立了改进粒子群-神经网络(Improved Particle Swarm Optimization-Neural Network, IPSO-NN)混合优化算法。该算法在较少的迭代次数下具有快速跳出局部最优解的能力, 从而快速寻找椭偏方程最优解。文中使用该算法对标称值为(26.7±0.4 )nm的硅上二氧化硅纳米薄膜厚度标准样片进行薄膜参数计算。结果表明: 采用IPSO-NN混合优化算法计算薄膜厚度时相对误差小于2%, 折射率误差小于0.1。同时, 文中通过实验对比了传统粒子群算法与IPSO-NN算法, 验证了IPSO-NN算法计算薄膜参数时能有效优化迭代次数和寻找最优解的过程, 实现快速收敛, 提高计算效率。
椭圆偏振测量 纳米薄膜参数 数据处理 混合优化算法 ellipsometry measurement nano-film parameters data processing hybrid optimization algorithm 红外与激光工程
2020, 49(2): 0213002
