Comparison of Misalignment and Retardation Errors of Dual Rotating Quarter-Wave Plates in Muller-Matrix Ellipsometry

Using an ellipsometer with dual rotating quarter-wave plates, we have analyzed the relationship between Fourier coefficients and Mueller matrices in the cases of an error-free optical system and of five systematic errors (alignment errors and retardation errors in the quarter-wave plates, and alignment error in the analyzer). In the case with five systematic errors, simulation results show that retardation errors cause more error in the diagonal elements of the Mueller matrix than do alignment errors. We have found that errors in the Mueller matrix caused by initial misalignment of the dual quarter-wave plates were the same. We have chosen the rotation rates of two quarter-wave plates such that the rotational frequencies ${\omega}_1$ and ${\omega}_2$ differ by a factor of 5, i.e. ${\omega}_2=5{\omega}_1$. The simulation results show 0.18% relative error in the diagonal elements ($m_{22}$ and $m_{33}$) and 200% relative error in the off-diagonal elements ($m_{23}$ and $m_{32}$), when we compare errors caused by misalignment of the analyzer to those caused by initial misalignment of the quarter-wave plates. We can use these results in measuring accurate Mueller matrices of optical materials.

타원편광 분석기에서 정렬오차와 사분파장판의 지연오차로 인한 뮬러 매트릭스 오차 분석

두 개의 회전하는 사분파장판을 가진 타원편광분석기에서 광학계가 오차를 포함하지 않는 경우와 5가지의 체계적 오차(두 개의 사분파장판의 정렬오차와 지연오차, 검광판의 정렬오차)를 포함하는 경우에 측정신호를 핏팅하여 구한 퓨리어 계수와 뮬러매트릭스와의 관계를 분석하였다. 5가지 체계적 오차를 포함하는 경우 전산모사를 이용해 비교 분석한 결과 사분파장판의 지연 오차가 정렬오차보다 뮬러매트릭스 대각선 요소에 야기하는 오차가 더 크다는 것을 찾아내었다. 각속도의 회전비를 1:5로 선택시 첫 번째 사분파장판의 초기 정렬오차와 두 번째 사분 파장판의 초기 정렬오차가 뮬러 매트릭스에 야기하는 오차가 같다는 것을 전모사를 통해 찾아 내었다. 5가지 체계적인 오차를 전산모사를 통해 분석한 결과 검광판의 정렬오차(${\epsilon}_5$)가 야기하는 뮬러 매트릭스 오차와 사분파장판의 정렬오차(${\epsilon}_3$, ${\epsilon}_4$)가 야기하는 뮬러 매트릭스 오차를 비교하면 대각선 요소($m_{22}$와 $m_{33}$)의 상대 오차는 0.18%이며 비 대각선요소($m_{23}$와 $m_{32}$)는 2배 차이가 남을 찾아내었다. 이 결과들을 활용하여 측정대상 물질의 보다 정확한 뮬러매트릭스를 얻을 수 있다.