位置260和玻璃邊緣表面304相交處相距焦距f2處。該第一透鏡412a接收并準直經(jīng)偏振 轉(zhuǎn)換聚焦光束112F1以形成準直的光束112C1而無漸暈。該第二透鏡元件412b被安置從 而接收準直的光束112C1并再聚焦該光束以形成第二經(jīng)偏振轉(zhuǎn)換聚焦光束112F2。該第二 經(jīng)偏振轉(zhuǎn)換聚焦光束112F2穿過共焦可變孔徑420并被信號光檢測器430所接收和檢測。 作為響應(yīng)，信號光檢測器430產(chǎn)生經(jīng)偏振轉(zhuǎn)換檢測信號SD。在示例中，信號光檢測器430被 置于稍微超過第二透鏡元件412b的焦點處。
[0061] 系統(tǒng)100還包括在參考塊320和玻璃樣品300的下游并沿著第三光軸A3的第二 扇形孔徑光闌360。圖2C是示例第二扇形孔徑光闌360的特寫、正面圖。第二扇形孔徑光 闌360包括從光闌的中心偏移的第二開口 362,其方位通過角范圍可以被固定或可手動地 調(diào)節(jié)。示例第二扇形孔徑光闌360具有弓形的形狀。第四軸A4名義上穿過第二弓形開口 362的中心。
[0062] 在示例中，第二扇形孔徑光闌360包括兩個半圓形可移動部分364和中心圓盤 366。中心固定部件368保護半圓形部分364以使它們能夠旋轉(zhuǎn)以打開和關(guān)閉第二開口 362(如粗體箭頭所示）同時保持開口邊緣369在所有角位置上徑向地導向光束的第三光軸 A3 〇
[0063] 第一扇形孔徑光闌200、物鏡220、可移動支撐平臺230、蓋片250、定位臺240以及 第二扇形孔徑光闌360組成了掃描光學系統(tǒng)270。
[0064] 在示例中，第二開口 362具有前述的弓形形狀，該弓形形狀具有36° (+/-18° ) 的相關(guān)聯(lián)的標稱方位通帶角和26°的最小極通過角β副、。在示例中，第二開口 362具有 比第一扇形孔徑光闌200的第一開口 202更小的面積。此配置用于阻擋從穿過第一扇形孔 徑光闌200的契形開口 202的邊緣的經(jīng)偏振轉(zhuǎn)換光束112PS的相互作用所引起的衍射光。 如此的衍射光能夠不利地影響測量。離開物鏡220并沿著第四光軸Α4傳輸?shù)慕?jīng)偏振轉(zhuǎn)換 聚焦光束112F1穿過可移動支撐平臺230的孔徑236、穿過蓋片250,到達玻璃樣品300的 玻璃邊緣表面304。要測量的折射率分布位于沿著玻璃邊緣表面304的平面。
[0065] 在焦點之后，經(jīng)偏振轉(zhuǎn)換聚焦光束112F1發(fā)散并繼續(xù)穿過參考塊320的前部表面 324,離開頂部表面322。部分經(jīng)偏振轉(zhuǎn)換聚焦光束112F1接著穿過第二扇形孔徑光闌360 的第二開口 362。
[0066] 以小于β ^、的極角傳播的部分經(jīng)偏振轉(zhuǎn)換聚焦光束112F1被阻擋，而以大于β 、的角度傳播的部分通向信號光檢測器430。因此，如果在玻璃邊緣表面304的折射率減 小，那么來自經(jīng)偏振轉(zhuǎn)換聚焦光束112F1的光線的折射角增大并且更多的原本被阻擋的光 功率現(xiàn)在會超過最小極角β ^、。這導致了信號檢測器430上的光功率增大。相反地，如果 在玻璃邊緣表面304的折射率增加，那么來自聚焦光束112F1的光線的折射角減小并且更 少的光功率會超過最小極角β ^、而被第二孔徑光闌360所阻擋。這導致了信號檢測器430 上的光功率降低。
[0067] 第二扇形孔徑光闌360被安置在離參考塊320的頂部表面322距離DS處。在示 例中，距離DS是在8. 5毫米至37. 5毫米的范圍內(nèi)。然而，距離DS能夠使高度H達3英寸 的樣品能被安置在蓋片250和第二扇形孔徑光闌360之間，其中的限制由與第一透鏡元件 412a相交的孔徑光闌的實例所限定。
[0068] 能夠是可調(diào)節(jié)可變光闌的共焦可變孔徑420被放置在中繼光學系統(tǒng)410的焦點上 (例如，第二透鏡元件412b之后距離f2處）以建立共焦信號檢測裝置。注意，參考檢測系 統(tǒng)160還具有共焦檢測裝置，但僅有一個聚焦透鏡162,因為來自分束元件150的經(jīng)偏振轉(zhuǎn) 換反射光束部分112R已經(jīng)被準直了。信號檢測系統(tǒng)400和第四光軸A4限定了系統(tǒng)100的 信號臂470。
[0069] 在示例中，共焦孔徑164的在軸開口 165能夠被縮小到大約1毫米的直徑上或甚 至更小。信號檢測系統(tǒng)400的共焦檢測裝置，與來自樣品測量區(qū)域的位置的信號光檢測器 430的大偏移距離（例如大約200mm)相結(jié)合，用于防止來自測量區(qū)域的大多數(shù)任何不需要 的散射及反射光到達參考光檢測器166和信號光檢測器430。這樣用于消除由于散射光和 /或反射光的測量誤差。
[0070] 對于所有光檢測器的共同問題是光檢測器的效率隨光檢測器的面而變化。通常， 光檢測器越大，檢測均勻性跨面而變化越大。在高質(zhì)量光檢測器中，Icm 2上檢測均勻性的變 化是大約±2%。這些均勻性變化向相對于折射角的所測光功率引入誤差，并且因此造成所 測折射率的縮放中的誤差
[0071] 原則上，通過校準處理，這些類型的固有檢測誤差能夠被減少或消除。此校準步驟 可包括掃描已知折射率分布的玻璃樣品，然后重新映射所測樣品數(shù)據(jù)以改善準確性。然而， 最期望通過保持檢測器的照明面積盡可能地小以避免這額外的步驟。
[0072] 圖4A是對于硅基光檢測器上存在的空氣與硅之間的界面，左側(cè)軸上的反射率R和 右側(cè)軸上的AR = Rte - 1?"相關(guān)于入射角的標繪圖。圖4B是相同類型的標繪圖，但是對于 硅與具有1.5的折射率的介質(zhì)（例如，折射率匹配油或玻璃）之間的界面。TE反射率R te由 虛線所示，TM反射率Rtm由點劃線所示以及TE和TM反射率之差A(yù)R由實線所示。能夠從 圖4A和4B看出，低入射角具有低的Λ R值，所以對于入射在硅基光檢測器上的光，這樣是 優(yōu)選的。為了此目的，并且參考圖2D，信號光檢測器430沿著第四光軸Α4被安置從而對于 在聚焦光束的范圍Δ Θ內(nèi)的所有入射角Θ，聚焦光束112F2的中心光線112C幾乎垂直地 入射到信號光檢測器。
[0073] 此外，入射在信號光檢測器430上的入射角β的極角范圍Λ β從通常與現(xiàn)有技 術(shù)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的12°被減半到大約6°，因為入射角關(guān)于表面法線被分為正角與負角。這樣 降低了所測TE和TM功率之間的最大差，從超過3. 1 %降到大約0. 25 %，這是大約12倍的 改進。在方位范圍Δ n中，入射角n從通常與現(xiàn)有技術(shù)關(guān)聯(lián)的±45°降低至±18°。
[0074] 圖5Α是對于用未充滿光檢測器430的窄準直光光束照射的高質(zhì)量功率計，TE偏 振（如+所示）和TM偏振（如〇所示）的功率Ρ(μπι)相對于入射角Θ (度）的標繪圖。 計算機控制的液晶可變延遲器用于在TE和TM偏振態(tài)之間在每個角度多次調(diào)制入射光。因 為角被手動旋轉(zhuǎn)，入射角Θ在圖上被示出在功率電平之上和之下。
[0075] 圖5B是基于圖5A，TE和TM偏振的所測功率的差ΔP(%)相對于角的標繪圖。 Λ P在+/ - 24°的范圍上從最小到最大的差大約在3. 1 %。發(fā)生在零度的從液晶偏振旋轉(zhuǎn) 元件背向反射出的偽像由圖5Α中的箭頭ARl所示。此偽像改變了功率電平，但對如預(yù)期的 正入射光，它沒有影響功率差ΔΡ。
[0076] 在降低TM和TE功率偏差中計算出的改進能被從圖4Α、4Β、5Α和5Β的標繪圖中估 算出。例如，相對于圖4Α，AR從45°的25.0%下降至18°的3.6%，這是6.9倍的改進。
[0077] 可調(diào)節(jié)方位帶通△ η允許使用者降低角的方位通帶范圍以便減小檢測效率中的 偏振差別。在實例中，聚焦透鏡162的焦距Π 和中繼光學系統(tǒng)410的焦距f2相對較長（例 如，75毫米到80毫米）從而聚焦弓形光112A在信號光檢測器430的入射角是相對較小的。 這用于最小化檢測臂和參考臂中的偏振及角相關(guān)效率誤差。
[0078] 可調(diào)節(jié)第二孔徑光闌360的另一優(yōu)點是弓形開口 362能夠在方位角方向Λ η上 被關(guān)閉以確保折射光沒有超過中繼光學系統(tǒng)410的通光孔徑。
[0079] 在示例中，中繼光學系統(tǒng)410具有IX放大率。然而，可使用其他放大率以進一步降 低在信號光檢測器430上的入射角，并且因此進一步降低角測量誤差及偏振測量誤差。參 考檢測系統(tǒng)160的共焦裝置和信號檢測器系統(tǒng)400有助于限制到達參考光檢測器166及信 號光檢測器430的雜散光的量。在替代實施例中，信號光檢測器430和/或參考光檢測器 166是小面積檢測器（例如，Imm X 1mm)，并且沒有使用共焦孔徑。
[0080] 由上所述，AR涂層326可被施加在參考塊320的頂部表面322上。圖6A標繪了 對于具有1.51折射率的參考塊320與空氣間的界面，反射率R相對于入射角Θ (度）的變 化。圖6B是與圖6A相同的標繪圖，但是AR涂層326由對波長λ為633納米的光優(yōu)化的 915納米厚的單層MgF 2制成（即1. 45 λ )。TE反射率由虛線所示，而TM反射率被測量為點 劃線。TE - TM反射率差A(yù)R由實線所示，AR軸示在標繪圖的右側(cè)。箭頭AR2示出在16° 至24°之間的入射角范圍Λ Θ，這對于光束從參考塊320內(nèi)部折射進入空氣時是典型的。
[0081] 在參考塊320的頂部表面322上的標準四分之一波長、MgF2AR涂層326能減小在 角跨度上內(nèi)部偏振反射差。然而，雙折射性測量的目標是最終在整個角范圍上盡可能減小 角反射差及偏振反射差。圖6Α中，反射率R在角范圍Λ Θ上變化了 3. 5%。然而，通過 對1.45 λ厚度的MgF2AR涂層326的使用，Λ R在角范圍Λ Θ上的變化被降低超過4Χ，至 0. 8%。通過對比，標準四分之一波長AR涂層326在相同的角范圍上可實現(xiàn)僅2Χ降低，至 1. 6%〇
[0082] 再參考圖1，系統(tǒng)100包括與信號光檢測器430及參考光檢測器166電連接的雙信 道功率計500。雙信道功率計500還與主觸發(fā)控制器510電連接，該主觸發(fā)控制器還與偏振 轉(zhuǎn)換控制器146電連接。系統(tǒng)100還包括主計算機控制器550,該主計算機控制器可操作地 連接至定位臺控制器244、雙信道功率計500和主觸發(fā)控制器510。
[0083] 在示例中，主計算機控制器550包括處理器552和存儲器單元（"存儲器"）554， 被配置為執(zhí)行存儲在固件和/或軟件中的指令，包括信號處理指令以執(zhí)行本文所公開的測 量。在示例中，術(shù)語"控制器"和"計算機"是可以互換的。
[0084] 主計算機控制器550是可編程的以執(zhí)行本文所述的