분광 타원편측법은 다음과 같은 분야에서 널리 채택됩니다. 반도체 집적회로, 평면 디스플레이 패널, 태양전지 제조 등의 공정에 사용됩니다. 그러나 그림 1a에 표시된 것처럼 기존의 분광 타원계는 일반적으로 보상기 또는 분석기의 기계적 회전을 통해 편광 상태를 변조합니다. 스펙트럼 검출을 위해서는 파장 스캐닝이나 다중 채널 분광계를 사용해야 합니다. 결과 시스템은 부피가 크고 복잡하며 여러 측정이 필요한 경우가 많습니다.
에 게시 된 새로운 종이 있음 빛 : 과학 및 응용중국 청화대학교 Yuanmu Yang 교수와 동료들이 이끄는 과학자 팀은 그림 1b와 같이 단일 샷 분광 타원 측정법 측정을 위한 소형 메타표면 배열 기반 시스템을 제안하고 실험적으로 시연했습니다.
제안된 시스템은 실리콘 기반 메타표면 배열을 활용하여 박막에서 반사된 빛의 전체 스톡스 편광 스펙트럼을 인코딩합니다. 이어서 볼록 최적화 알고리즘을 사용하여 CMOS 센서에서 수집한 강도 신호를 기반으로 편광 및 스펙트럼 정보가 디코딩됩니다.
이는 박막의 전체 스토크스 편광 스펙트럼을 재구성할 수 있으며, 이를 통해 추가로 필름 두께와 굴절률을 결정할 수 있습니다. 이 접근 방식은 기존의 분광 타원편측법 시스템을 크게 단순화하고 단발성 박막 매개변수 측정을 가능하게 합니다.
메타표면 어레이 기반 분광 타원계의 개략도는 그림 2a에 나와 있습니다. 타원계의 분광편광 검출 부분은 상업용 CMOS 센서에 통합된 메타표면 어레이로 구성되어 있어 시스템이 매우 컴팩트합니다. 메타표면 어레이는 이방성 및 스펙트럼적으로 다양한 응답을 지원하도록 설계된 20 × 20 최적화 요소로 구성되어 전체 스톡스 편광 스펙트럼의 정확한 재구성을 보장합니다.
이 연구에서는 5개의 SiO2 실리콘 기판 위에 증착된 100 nm ~ 1000 nm 범위의 두께를 갖는 박막을 테스트용 샘플로 선택했습니다. 테스트된 박막의 맞춤 두께와 굴절률 분산은 상업용 분광 타원계에서 얻은 실제 정보와 거의 일치했으며 두께 및 굴절률 측정에 대한 오류는 각각 2.16% 및 0.84%에 불과했습니다.
연구팀은 단발 통합 분광 타원편측법 시스템을 위한 메타표면 배열을 제안하고 실험적으로 시연했습니다. 이 시스템을 사용하면 기계적 이동 부품이나 동적 위상 변조 요소 없이 단일 측정을 통해 박막 두께와 굴절률을 정확하게 측정할 수 있습니다.
메타표면 배열은 또한 공간적으로 불균일한 박막의 비파괴적 특성화를 허용할 수 있는 분광편광 이미징에 대한 가능성을 보유하고 있습니다.