用于进行偏振分辨拉曼光谱法的设备

摘要

一种用于对样品(11)，特别是单晶或多晶样品，进行偏振分辨拉曼光谱法的设备，所述设备包括：至少一个光源(13、87、93、95、97)，特别是至少一个激光器，以用于向样品(11)的表面提供激发辐射；光学系统，所述光学系统被配置为响应于将表面暴露于激发辐射而从由样品(11)散射的拉曼光中同时收集至少一个同轴拉曼光束(21、109)和至少一个离轴拉曼光束(23、111)，所述至少一个同轴拉曼光束(21、109)在与光学系统的用于收集至少一个同轴拉曼光束(21、109)的物镜(41)的光轴对准的方向上从样品(11)散射，所述至少一个离轴拉曼光束在相对于光学系统的用于收集至少一个离轴拉曼光束(23、111)的物镜(41)的光轴倾斜的方向上从样品散射，所述光学系统包括至少一个偏振器装置(25、113)，以用于从至少一个同轴拉曼光束(21、109)产生至少一个偏振同轴拉曼光束(31、33)和从至少一个离轴拉曼光束(23、111)产生至少一个偏振离轴拉曼光束(35)，并且所述光学系统包括至少一个光谱仪(37、47、81、83、85)，以用于特别是同时从至少一个偏振同轴拉曼光束(31、33)和至少一个偏振离轴拉曼光束(35)中的每个产生光谱。

说明书

本申请要求欧洲专利申请第19213599.4号的优先权和欧洲专利申请第19213597.8号的优先权，这两个文件的公开内容都通过引证并入本文。

本发明涉及一种用于对样品，特别是单晶或多晶样品进行偏振分辨拉曼光谱法的设备和方法。

光谱法通常是指测量能量或强度根据光束波长的变化的过程。光谱法通过物理物质，特别是原子、分子或离子利用光的吸收、发射或散射来定性且定量地研究物质的物理性质和过程。

在光谱仪系统的操作期间指向样品的光或辐射可以被称为入射辐射。与样品接触后入射辐射的重定向通常被称为辐射的散射。如果样品中的原子或分子吸收全部或部分入射辐射，而不是反射入射辐射，则样品可以被激发，并且样品的能级可以增加到更高的能级。光可能被散射，但是可以继续具有与入射辐射相同的波长，这种情况通常称为瑞利或弹性散射光。在例如分子的振动状态的变化期间由样品散射的入射辐射可以以不同的能量散射，并且这种散射光可以称为拉曼散射光。这些现象已与光谱法结合使用，以定性且定量地研究物理性质和过程，包括识别样品的化学性质、成分和结构。

如果入射辐射指向样品，则入射辐射的波长可以在散射辐射中基本保持不变。可替代地，如果入射辐射指向样品，则散射辐射中的波长可以获得与入射波长不同的一个或多个波长。入射辐射和散射辐射之间的能量差可以被称为拉曼位移。拉曼散射光的光谱测量可以寻求测量这种散射光的最终波长。

拉曼散射光现象在光谱法应用中非常有用，用于研究物理性质和过程的质量和数量，包括识别样品中的化学性质、成分和结构。拉曼位移光谱分析技术用于样品的定性和定量研究。如果使用入射辐射来散射来自样品的光，并测量散射辐射数据，则散射辐射可以提供与样品相关的一个或多个频率，以及那些位移频率的强度。频率可以用于识别样品的化学成分。

拉曼光谱仪是用于测量非弹性散射光的光谱仪的示例，并且它们通常用于获得样品的拉曼光谱。当用单色光例如通过激光照射样品时，由样品散射的光将包含与入射光中存在的波长不同的波长分量。样品中存在的分子上的光的所谓拉曼散射通常会产生这种效果。在拉曼光谱仪中，收集由样品散射的光，并且(例如，以数字图像的形式)检测具有波长与光源波长不同的波长分量的光谱分布。

在拉曼光谱的一些测量中，可能需要获得关于拉曼散射光的偏振的信息。例如，拉曼散射的偏振相关特性取决于基质的单晶质量和晶体学取向，该基质由例如单晶硅(Si)晶片组成。拉马巴德兰等人在科学出版物中描述了“用于离轴单晶硅的偏振拉曼光谱的强度分析”，材料科学与工程B 230，p.31-42,2018，其中，偏振反向散射拉曼光谱可以用于识别硅截止轴的晶体学取向。

穆尼索等人在科学出版物中提出了“蓝宝石单晶的拉曼张量分析及其在多晶氧化铝中限定晶体取向的应用”，固体物理学B 246，No.8,1893-1900(2009)，其中，一种用于实际确定多晶氧化铝材料中的未知晶体结构的张量算法。

WO 03/089890 A1公开了一种成像光谱仪，其包括偏振分束器，如沃拉斯顿棱镜。

本发明的一个目的是提供一种用于对样品，特别是单晶或多晶样品进行偏振分辨光谱法的有效手段。

该目的通过根据权利要求1所描述的特征的设备实现。本发明的优选实施例在从属权利要求中进行描述。

一种用于对样品，特别是单晶或多晶样品进行偏振分辨拉曼光谱法的设备包括：至少一个光源，特别是至少一个激光器，以用于向样品的表面提供激发辐射；

光学系统，其被配置为响应于将样品的表面暴露于激发辐射而从由样品散射的拉曼光中收集至少一个离轴拉曼光束，

至少一个离轴拉曼光束在相对于物镜的光轴倾斜的方向上从样品散射，该物镜被配置为收集至少一个离轴拉曼光束，

其中，光学系统还包括至少一个偏振器装置，以用于从收集的至少一个离轴拉曼光束产生至少一个偏振离轴拉曼光束，并且

其中光学系统还包括至少一个光谱仪，以用于从至少一个偏振离轴拉曼光束产生光谱。

在一些实施例中，光学系统被配置为除了至少一个离轴拉曼光束之外同时收集至少一个同轴拉曼光束，其中至少一个同轴拉曼光束在与光学系统的物镜的光轴对准的方向上从样品散射，该物镜被配置为收集至少一个同轴拉曼光束。此外，至少一个偏振器装置被配置为从至少一个同轴拉曼光束产生至少一个偏振同轴拉曼光束。此外，至少一个光谱仪被配置为特别是同时地从至少一个偏振同轴拉曼光束和至少一个偏振离轴拉曼光束中的每个都产生光谱。

至少在一些实施例中，一种用于对样品，特别是单晶或多晶样品进行偏振分辨拉曼光谱法的设备包括：

至少一个光源，特别是至少一个激光器，以用于向样品的表面提供激发辐射；

光学系统，其被配置为响应于将表面暴露于激发辐射而从由样品散射的拉曼光中同时收集至少一个同轴拉曼光束和至少一个离轴光束；

所述至少一个同轴拉曼光束在与光学系统的用于收集至少一个同轴拉曼光束的物镜的光轴对准的方向上从样品散射，

所述至少一个离轴拉曼光束在相对于光学系统的用于收集至少一个同轴拉曼光束的物镜的光轴倾斜的方向上从样品散射，

所述光学系统包括至少一个偏振器装置，以用于从至少一个同轴拉曼光束产生至少一个偏振同轴拉曼光束和从至少一个离轴拉曼光束产生至少一个偏振离轴拉曼光束，并且

所述光学系统包括至少一个光谱仪，以用于从至少一个偏振同轴拉曼光束和至少一个偏振离轴拉曼光束中的每个产生光谱。

从可选的偏振同轴拉曼光束和离轴拉曼光束获得的光谱可以用于执行样品的表面(2D)或体积(3D)的二维(2D)或三维(3D)非破坏性取向映射。特别地，如果样品是单晶或多晶样品，则可以执行晶粒的取向映射。多晶材料由多个晶粒(也称为微晶)组成。

代替从收集的同轴拉曼光束获得一个或多个偏振同轴拉曼光束，一些实施例可以利用仅通过收集离轴拉曼光束获得的一个或多个偏振离轴拉曼光束。在一些实施例中，可以同时收集离轴拉曼光束和/或同轴拉曼光束，并且可以同时检测对应的偏振同轴和/或离轴拉曼光束中的至少一些的光谱。

取向映射可以提供关于多晶样品的每个晶粒的位置、尺寸、形态和晶体取向的空间分辨信息，并且可以获得关于晶粒之间的拓扑连通性的信息，其中衍射极限空间分辨率约为200纳米。因此，根据本发明所述的设备也可以用于获得样品的晶体学信息。在3D取向映射中，由于光进入样品的穿透深度很短，所以体积的厚度非常小。

理论上，如果晶体的对称组已知，就可以获得用于晶体模式的拉曼张量，并且可以模拟拉曼信号的强度与样品旋转角度。理论和实验角度强度依赖性之间的相关性可以用于确定局部晶体取向。到目前为止，偏振拉曼实验已经通过使样品旋转或者使一组波片在入射激光中或在拉曼设置中的散射光束上旋转进行。

然而，根据本发明所述的设备允许偏振拉曼光谱法，同时配准来自至少一个偏振同轴拉曼光束和至少一个偏振离轴拉曼光束或者仅来自偏振离轴拉曼光束的拉曼光谱，这允许在不改变样品的取向的同时避免在确定晶体取向时模糊(例如通过适当的欧拉角参数化)。因此，不需要旋转样品。

根据本发明所述的设备可以特别地用于执行在不同偏振下获得的多个拉曼散射光谱的同时配准以及允许多晶材料的2D和3D定量取向映射的无模糊取向确定数据分析。可以实现亚微米级分辨率、快速数据采集和在高角度准确度和精度下的取向确定。

光学系统可以被配置为响应于将表面暴露于激发辐射而从由样品散射的拉曼光中同时收集至少一个同轴拉曼光束和至少一个离轴拉曼光束。样品在无任何优先方向性的情况下散射光。因此，当例如通过使用设备的物镜收集拉曼光束时，同轴光束和离轴光束可能尚未彼此分离。收集的光可以通过例如，具有将至少一个离轴光束与至少一个同轴光束分开的针孔的掩模。该掩模可以例如包括具有至少两个针孔的板。一个针孔可以与光学系统的光轴对准，而另一个针孔在相对于光轴的径向方向上从光轴偏离。

至少一个光源可以向样品提供一个或多个激光束。激光束在到达样品的路径上可能会发生偏振。

在一些实施例中，至少一个离轴拉曼光束沿在径向方向上从光轴，特别是偏振器装置的中心光轴偏离的光学系统中的传播方向，在光学系统中行进至少某个行进距离。中心光轴特别是由中心偏振敏感元件限定的光轴，该中心偏振敏感元件可以是沃拉斯顿棱镜。

离轴拉曼光束可以行进通过作用在离轴拉曼光束上的光学元件使得离轴拉曼光束相对于光学系统的光轴离轴，特别是偏振器装置的中心光轴行进。例如，偏振分析器可以相对于光轴离轴放置，并且离轴拉曼光束可以通过此偏振分析器。偏振分析器可以滤除离轴拉曼光束的特定偏振的分量，同时阻挡正交偏振的分量。

对于离轴拉曼光束的行进距离的至少一部分，离轴拉曼光束的传播方向可以平行于光轴，例如偏振器装置的中心光轴。离轴拉曼光束和同轴拉曼光束可以至少彼此平行地行进一部分行进距离。对于通过偏振器装置的行进距离，这可能尤其正确。

光学系统的光轴可以对应于用于收集拉曼光的物镜的光轴。如果使用一个以上物镜来收集拉曼光，则光学系统的光轴可以由用于收集至少一个同轴拉曼光束的第一物镜的光轴限定。该光轴可以延伸通过光学系统，并且物镜的光轴可以被视为光学系统的光轴。

当物镜的光轴被认为是光学系统的光轴时，此光轴可以转弯，所以光轴不必须是贯穿光学系统的直线。此外，光轴可以被视为光学系统的光学部件沿其对准的轴线。此外，光学部件可以相对于光轴居中。

光学系统可以包括用于收集至少一个同轴拉曼光束和至少一个离轴拉曼光束二者的物镜。物镜可以相对于光轴对准。物镜还可以限定光学系统的光轴。光学系统的其他组件，特别是光学系统的用于处理拉曼光束的其他组件，可以相对于如由物镜限定的光轴对准。使用单个物镜允许设置一个紧凑的光学系统以用于收集拉曼光束。物镜优选地包括高数值孔径(NA)，以能够收集至少一个离轴拉曼光束，该光束源自相对于光轴以大角度(例如，45°)从样品散射的拉曼光。

光学系统可以包括用于收集至少一个同轴拉曼光束的第一物镜和用于收集至少一个离轴拉曼光束的第二物镜。使用用于收集至少一个离轴拉曼光束的单独的第二物镜提供的优点是离轴拉曼光束可以从以大角度从样品散射的拉曼光中获得。例如，第二物镜可以被布置成使得可以收集相对于光学系统的光轴以高达接近90°的角度离开样品的拉曼光。光学系统的光轴优选地由第一物镜限定。

光学系统和特别是偏振器装置可以包括中心偏振敏感元件，该中心偏振敏感元件包括特别是沃拉斯顿棱镜的中心偏振分束器和/或分析器。中心偏振敏感元件的光轴可以与光学系统的光轴重合。因此，中心偏振敏感元件的光轴可以与光学系统的光轴对准。中心偏振敏感元件可以因此相对于光轴居中。

中心偏振分束器可以被布置成使得至少一个同轴拉曼光束通过中心偏振分束器，该中心偏振分束器将同轴拉曼光束分成两个偏振同轴拉曼光束，每个同轴拉曼光束具有限定的偏振。因此，中心偏振敏感元件可以作用在至少一个同轴拉曼光束上。例如，中心偏振敏感元件的沃拉斯顿棱镜可以为每个收集的同轴拉曼光束产生两个正交偏振的同轴拉曼光束。

光学系统和特别地偏振器装置可以包括至少一个外围偏振敏感元件，该外围偏振敏感元件包括特别是沃拉斯顿棱镜的外围偏振分束器和/或分析器，并且外围偏振敏感元件的光轴可以在径向方向上与光学系统的光轴相距一距离且平行于光学系统的光轴布置。

在一些实施例中，外围偏振分束器可以被布置成使得至少一个离轴拉曼光束通过外围偏振分束器，该外围偏振分束器将离轴拉曼光束分成两个偏振离轴拉曼光束，每个离轴拉曼光束具有限定的偏振。

在一些实施例中，外围偏振敏感元件的偏振分析器可以为每个离轴拉曼光束产生一个偏振的、优选线性偏振离轴拉曼光束。

光学系统可以包括至少一个掩模。掩模可以包括放置在拉曼光束的路径中的板。该板可以为每个拉曼光束，特别是为同轴拉曼光束和离轴拉曼光束中的每个提供针孔。

光谱仪可以包括光学衍射光栅，以用于将每个偏振拉曼光束，特别是每个偏振同轴拉曼光束和每个偏振离轴拉曼光束，分成具有空间上分离的波长分量的光谱。光谱仪可以包括聚焦透镜系统，以用于将每个光谱的至少一部分引导至检测器，特别是二维阵列检测器，如二维CCD检测器。

光栅可以是透射光栅。

在一些实施例中，偏振器装置，特别是中心偏振敏感元件和/或外围偏振敏感元件，被布置在光学系统的光谱仪中，特别是在光谱仪的光学衍射光栅和准直透镜系统之间。准直透镜系统可以确保同轴拉曼光束和离轴拉曼光束作为准直光束分别行进通过中心偏振敏感元件和外围偏振敏感元件。

在一些实施例中，特别是中心偏振敏感元件和/或外围偏振敏感元件的偏振器装置可以被布置在光学系统的物镜与光谱仪的入口狭缝之间。因此，中心偏振敏感元件和/或外围偏振敏感元件可以被布置在光谱仪之前。

激光束传输光学系统可以被配置为向样品提供偏振激光束，优选地三个激光束。激光束可以通过使用至少一个激光器产生。优选地，每个激光器提供具有限定的波长的激光。

优选地，为了进行2D取向映射，采用单个激光器。激光器提供限定波长，例如785纳米的激光。优选地，激光器发射波长在蓝色、绿色或红色范围内的激光。作为示例，激光器可以发射532纳米的绿光。

激光束传输光学系统可以包括用于从由单个激光器提供的激光产生三个激光束的光学元件，每个激光束具有限定的偏振。优选地，三个激光束具有不同的偏振。激光束传输光学系统还可以包括光学元件，以将偏振激光束引导至样品。

优选地，三个激光束在样品的表面上被聚焦到空间上分离的点。优选地，采用收集至少一个同轴拉曼光束和/或至少一个离轴光束的物镜来将激光束聚焦在样品上。

随着三个激光束被聚焦在样品表面上，可以收集三个同轴拉曼光束和三个离轴拉曼光束，每个拉曼光束均源自三个入射激光束之一。例如，通过使用沃拉斯顿棱镜将三个同轴拉曼光束中的每个分成两个正交偏振的同轴拉曼光束产生六个偏振同轴拉曼光束。因此，可以检测到来自六个偏振同轴拉曼光束的六个拉曼光谱。此外，使用例如用于从三个离轴拉曼光束中的每个产生偏振离轴拉曼光束的偏振分析器产生三个偏振离轴拉曼光束。因此，可以检测到来自三个偏振离轴拉曼光束的三个拉曼光谱。因此，所描述的示例配置提供了用于检测拉曼光谱的六个同轴通道和三个离轴通道。

优选地，为了进行3D取向映射，采用三个激光器。激光器提供不同波长的激光，例如第一激光器提供781纳米的激光，第二激光器提供783纳米的激光，并且第三激光器提供785纳米的激光。

激光束传输光学系统可以包括用于从由三个激光器提供的激光产生三个激光束的光学元件，每个激光束具有限定的偏振。优选地，三个激光束具有不同的偏振。激光束传输光学系统还可以包括光学元件，以将偏振激光束引导至样品。

优选地，三个激光束在样品的表面上被聚焦到可以在空间上重叠的点。由于入射激光束的波长差异，检测到的拉曼光谱可以与检测器阵列上的每个光谱局部分离。

优选地，采用收集至少一个同轴拉曼光束和/或至少一个离轴光束的物镜，以用于将激光束聚焦在样品上。

可以采用检测到的拉曼光谱(特别是随着波长和偏振变化的强度)来用于取向映射。

该设备可以包括用于保持样品的扫描台。该台可以是可在一个可以与光学系统的光轴垂直的平面中移动的。该平面可以被视为xy平面。扫描台可以被配置为移动样品，以便避免样品的旋转。因此，样品在拉曼测量期间不旋转。扫描台允许对样品的表面进行光栅扫描。

扫描台也可以是可在平行于光学系统的光轴的方向上移动的。因此，扫描台可以是可在垂直于xy平面的z方向上移动的。这对于聚焦和体积扫描可以是有利的。

本发明还涉及装置，特别是偏振器装置，优选地用于在根据本发明所述的设备中使用，该装置包括：

中心偏振敏感元件，其包括特别是沃拉斯顿棱镜的中心偏振分束器和/或分析器；

至少一个外围偏振敏感元件，其包括特别是沃拉斯顿棱镜的外围偏振分束器和/或分析器；并且

外围偏振敏感元件的光轴在径向方向上与中心偏振敏感元件的光轴相距一距离且平行于中心偏振敏感元件的光轴布置。

特别地，在一些实施例中，中心偏振敏感元件被配置为从入射光束产生两个线性偏振的光束，这两个线性偏振的光束具有第一偏振方向和第二偏振方向，例如0°和90°，以及

至少一个外围偏振敏感元件被配置为从入射光束产生两个线性偏振的光束，这两个线性偏振的光束具有第三偏振方向和第四偏振方向，例如45°和135°。

在一些实施例中，给定数量的外围偏振敏感元件，例如四个外围偏振敏感元件被布置在围绕中心偏振敏感元件的周向方向上。外围偏振敏感元件的布置可以相对于中心偏振敏感元件的光轴居中。

检测到的拉曼光谱的强度取决于入射到样品上的光的偏振、拉曼散射光的偏振以及与所研究的晶体结构相关的拉曼张量。此外，可以采用欧拉旋转矩阵及其逆矩阵，以将晶体坐标转换为实验室坐标系的坐标。可以获得一系列用于所研究的晶体结构的方程，并且这些方程充分描述了拉曼模式强度的角度依赖性。使用如由根据本发明所述的设备提供的从同轴和离轴光束或仅从离轴光束获得的拉曼光谱避免了在确定欧拉角时的模糊性，欧拉角是用于描述晶体坐标系相对于固定坐标系(如实验室坐标系或样品坐标系)的晶体学取向，特别是晶面相对于样品表面的取向的三个角度。这些欧拉角可以通过理论计算和通过实验从上述用于已知晶体结构的一系列方程获得。使用如本文所述的根据本发明所述的设备的九个同轴和离轴检测通道允许例如大约1°的精度检测欧拉角。检测通道可以与来自于如由光谱仪的检测器提供的一个偏振同轴或离轴光束的信号相关。

在根据本发明所述的方法的一些实施例中，可以进行取向估计。因此，可以估计与样品的晶面的取向相关的欧拉角。所估计的欧拉角可以与与样品的晶体结构相关的拉曼张量一起使用，以计算预期的同轴拉曼光束和离轴拉曼光束强度，或者以仅计算离轴拉曼光束强度。所计算的强度，特别是同轴和离轴强度可以与对应测量的拉曼光束强度，特别是同轴拉曼光束和离轴拉曼光束强度进行比较，这些强度从通过使用根据本发明所述的设备而测量的拉曼光谱中获得。

至少在一些实验测量中，可能会出现绝对强度未知的情况。例如，用于同时测量拉曼光谱的检测器可能未校准，使得每个波长的绝对强度不能被确定。

在根据本发明所述的方法的一些实施例中，优选地通过使用至少一个标准化因子，对同轴和离轴光束的测量强度进行标准化。

此外，可以估计与样品的表面平面的取向相关的欧拉角。所估计的欧拉角可以与和样品的晶体结构相关的拉曼张量一起使用，以计算预期的同轴拉曼光束和离轴拉曼光束强度。优选地通过使用至少一个标准化因子，也将所计算的同轴和离轴强度标准化。

在一些实施例中，每个通道除以从所有通道强度获得的欧几里得范数。通道对应于在检测器上提供信号的一个偏振同轴或离轴拉曼光束。优选地，从每个光谱和因此对于每个通道，可以选择一个峰值强度值，并且该峰值强度值可以是针对该通道获得的“强度”。由所有测量通道的强度组成的矢量的欧几里得范数将等于一。在这种标准化之后，有效地处理每个通道的相对强度，而不是绝对强度。这种标准化是在扫描光栅的每个点中独立完成的。可以使用除欧几里得之外的其他规范。在一些实施例中，将相同的标准化应用于选定的通道组(而不是所有通道)。

计算的和之后标准化的强度(特别是同轴和离轴强度)在本文中也称为标准化计算的同轴和离轴强度并且可以与对应的标准化强度(特别是同轴拉曼光束和离轴拉曼光束强度)进行比较。计算的强度(特别是同轴和离轴强度)与测量的强度(特别是同轴和离轴强度)之间的差异可以可选地用于确定校正值，该校正值可以用于校正估计的欧拉角。可选地，可以用校正的估计的欧拉角重复所描述的过程，直到标准化的计算强度(特别是同轴和离轴强度)与标准化的测量强度(特别是同轴和离轴强度)之间的差异是零或至少接近于零，以获得描述样品的样品表面的取向的欧拉角。

在一些实施例中，检测到的同轴光束和离轴光束可以被分组为若干组，其中每组在检测到的拉曼光谱中具有相似的强度。

可以对计算的同轴和离轴强度进行对应的分组。对应的标准化可以应用于每组的强度，以便针对计算的同轴和离轴强度以及测量的同轴和离轴强度获得每组中的标准化强度。标准化计算的同轴和离轴强度与标准化测量的同轴和离轴强度之间的差异可以可选地用于确定校正值，该校正值可以用于校正估计的欧拉角。

此外，可选地，可以用校正的估计的欧拉角重复所描述的过程，直到标准化计算的同轴和离轴强度与标准化测量的同轴和离轴强度之间的差异是零或至少接近于零，以便获得描述样品的样品表面的取向的欧拉角。

在根据本发明所述的方法的一些实施例中，为每组测量通道确定通道强度校正系数，其中每个通道对应于来自偏振同轴或离轴拉曼光束的检测到的光谱。然后将一组通道强度校正系数应用于该组的拉曼光谱的测量强度，以获得具有拉曼光谱的校正测量强度的组。基于这些结果，例如如上所述，进行取向拟合，从中获得样品的2D或3D取向图。

此外，根据拉曼张量理论，特别是通过考虑样品的晶体结构，可以计算每组中拉曼光谱的强度。还通过考虑为每组测量的拉曼光谱的强度，用于每组的拉曼光谱的计算强度可以用于获得标准化因子。考虑到整个扫描区域的测量和计算数据和因此在整个映射区域上，可以组合或平均标准化因子。

平均的标准化因子可以用作用于确定每组的通道强度校正系数的输入。拉曼光谱的校正测量强度可以用于获得更精确的组特定标准化因子。

本发明还涉及一种确定样品上的点的欧拉角的方法，该方法包括：

提供估计的欧拉角；

提供至少一个测量的同轴强度和至少一个测量的离轴强度，它们是从在样品的点上进行的偏振拉曼光谱获得的，特别是通过使用根据本发明所述的设备；

优选地通过使用与样品的晶体结构相关的拉曼张量计算至少一个同轴强度和至少一个离轴强度；

基于至少一个测量的同轴强度、至少一个测量的离轴强度、至少一个计算的同轴强度和至少一个计算的离轴强度，计算用于所估计的欧拉角的校正值；以及

基于所估计的欧拉角和校正值来确定校正的欧拉角。

在一些实施例中，可以重复校正直到对应的测量值和计算值之间的差异低于预定阈值或零。

在一些实施例中，该方法可以包括：

(1)将标准化应用于至少一个测量的同轴强度和至少一个测量的离轴强度，从而确定至少一个标准化测量的同轴强度和至少一个标准化测量的离轴强度；

(2)将标准化应用于至少一个计算的同轴强度和至少一个计算的离轴强度，从而确定至少一个标准化计算的同轴强度和至少一个标准化计算的离轴强度；以及

(3)基于至少一个标准化测量的同轴强度、至少一个标准化测量的离轴强度、至少一个标准化计算的同轴强度和至少一个标准化计算的离轴强度，计算用于估计的欧拉角的校正值。

优选地，可以反复地执行至少上述步骤(2)和(3)。

在一些实施例中，提供了多个测量的同轴强度和多个离轴强度，并且其中测量的同轴强度被分组成至少一个组，其中测量的离轴强度被分组成至少一个组，其中组特定标准化应用于关联组的强度。

本发明还涉及一种确定用于样品上的多个点的欧拉角的方法，该方法包括：

计算用于预定的一组检测通道的点的多个强度，其中优选地，通过使用拉曼张量计算强度；

为所述一组检测通道提供用于这些点的多个测量强度，其中优选地，通过使用根据本发明所述的设备获得测量的强度；

基于所计算的多个强度，计算用于校正测量的强度的至少一个校正系数；

将至少一个校正系数应用于测量的强度，从而为这些点，获得所述一组检测通道的校正测量的强度；以及

基于所述一组检测通道的校正测量的强度，计算这些点的欧拉角。

计算的强度可以表示用于强度的计算值，当在样品的点上进行偏振拉曼散射实验时，可以通过使用根据本发明所述的设备获得强度。对于样品上的每个点，可以通过根据本发明所述的设备获得偏振同轴拉曼光束和离轴拉曼光束或仅偏振离轴拉曼光束的拉曼光谱。每个得到的光谱可以与设备的检测通道相关联，并且从可以由该设备提供的检测通道中选择的一些检测通道可以被视为一组检测通道。

对于每个点，测量和/或计算预定的一组检测通道中的每个检测通道的至少一个强度。

预测或计算的强度和对应的测量强度可以用于计算一个或多个校正系数，这些校正系数可以用于获得校正的强度。还可以进一步采用这些强度来确定样品上的点的欧拉角。

在一些实施例中，该方法还包括以下至少一项：

基于计算的欧拉角确定点的取向图；

将标准化应用于所计算的多个强度，从而获得标准化计算的多个强度，标准化计算的多个强度用于替代计算的多个强度以用于计算至少一个校正系数；

使用多个测量强度用于确定标准化；

计算至少一个校正系数，校正系数包括为每个点确定至少一个校正系数并对所有点进行平均。

取向图可以是图形表示，其例如通过使用颜色编码示出所有点的欧拉角。测量的同轴强度可以是取自从同轴拉曼光束获得的拉曼光谱数据的强度值，特别是峰值。测量的离轴强度可以是取自从离轴拉曼光束获得的拉曼光谱数据的强度值，特别是峰值。计算的强度可以是对应的强度值。

上述方法的步骤可以反复地进行。

上述方法或至少一些步骤可以由计算机，优选地链接到如本文所述的设备的计算机进行。

本发明还涉及一种数据处理系统，其包括用于执行如本文所述的方法的至少一些步骤的器件。

本发明还涉及一种包括指令的计算机程序产品，当由计算机执行时，这些指令使计算机执行如本文所述的方法的步骤。

本发明还涉及一种包括指令的计算机可读存储介质，当由计算机执行时，这些指令使计算机执行如本文所述的方法的步骤。

下文将结合以下附图描述本发明的一个以上示例性实施例，在附图中，相同的标号表示相同的元件并且：

图1的a示出了流程图，示出了可以与用于进行偏振分辨拉曼光谱法的设备结合使用的步骤；

图1的b示意性地示出了根据本发明的用于进行偏振分辨拉曼光谱法的设备的示例性实施例的工作原理；

图2示意性地示出了根据本发明的设备的示例性实施例的光学设置；

图3示意性地示出了图2的设备的检测器的立体图；

图4示意性地示出了根据本发明的设备的示例性实施例的立体图；

图5的a-f示意性地示出了根据本发明的设备的示例性实施例的设计和工作原理；

图6示出了具有中心偏振敏感元件和四个外围偏振敏感元件的光学装置的截面图；

图7示出了表示意性地说明一种寻找取向角度的拟合方法的图示；

图8示出了示意性地说明另一种寻找可以补偿检测到的拉曼光束的未知绝对强度的取向角度的拟合方法的图示；以及

图9示出了示意性地说明校准通道强度的过程的图示。

偏振分辨拉曼光谱可以用于对样品进行光谱分析。特别是对于单晶或多晶样品，偏振分辨拉曼光谱可以用于取向映射。

多晶样品的晶粒通常具有不同的晶体取向。晶粒的完整三维(3D)取向映射可以提供关于每个晶粒的位置、大小、形态和取向的信息，以及关于晶粒之间的拓扑连通性的信息。这种映射可以有助于将结构与属性联系起来。

基于通过使用拉曼光谱对定量取向映射的实验和理论研究，已经开发了一种方法和设备，该方法和设备特别适用于对单晶或多晶样品进行偏振分辨拉曼光谱法。该方法也称为SAROM。

如图1中所示，这种开发包括在用于进行偏振分辨拉曼光谱法的设备的示例性实施例的设计和构造的步骤1001中，其中该设备也可以称为偏振(共焦)拉曼显微镜。

如将稍后解释，该设备允许从样品获得检测到的拉曼光束。从每个检测到的拉曼光谱，可以获得光谱。步骤1003涉及预处理获得的光谱和执行伪影校正的方面。伪影校正可以包括关于以下至少一项的校正：波长相关的强度衰减、拉曼强度缩放和标准化、每个光学元件的线性相位(LP)和线性幅度(LA)各向异性、以及深度相关的双折射。

如步骤1005中所示，可以相对于激光束传输系统(LBDS)和相对于拉曼光束传输系统(RBDS)执行线性相位和线性幅度补偿。激光束传输系统可以是用于向样品提供一个或多个激光束的光学系统，每个激光束优选地具有限定的偏振。拉曼光束传输系统可以被视为被配置为处理由样品散射的拉曼光的光学装置。

如步骤1007和1009中所示，可以相对于用于从样品上的LBDS聚焦激光束和/或收集从样品散射的拉曼光的物镜的数值孔径(NA)应用校正或补偿。

如步骤1009中所示，伪影校正还可以包括光谱BG模式的校正和合并。

根据步骤1011，流程图包括样品晶体结构的拉曼张量分析。如果晶体的对称性已知，则可以获得用于晶体模式的拉曼张量，并且可以模拟拉曼强度与样品位置角度的关系。理论和实验角度强度相关性之间的校正可以用于确定局部晶体取向。

可选地，拉曼强度与样品旋转角度的关系可以如步骤1013中所示通过实验确定，根据该步骤对单晶样品执行一次或多次旋转测量。这可以用于验证根据本发明的设备或方法的功能，其中不需要样品的旋转。

可选地，在步骤1015中，进行模拟或实验数据的拟合，以便验证拉曼张量模型。如果样品的对称性未知，则可以使用此步骤。

在步骤1017中，通过使用用于进行偏振分辨拉曼光谱法的设备，扫描多晶样品，同时收集拉曼信号。

基于收集到的拉曼信号，扫描的样品的表面的2D或3D映射可以根据步骤1019以颜色代码表示生成。

下面将更详细地描述根据本发明的用于进行偏振分辨拉曼光谱法的设备的实施例。

图1的b示意性地示出了根据本发明的用于对样品11进行偏振分辨拉曼光谱法的设备的示例性实施例的工作原理。样品11特别是单晶或多晶样品。

该设备包括至少一个光源13，该光源被配置为提供具有不同偏振态取向的三个激光束15、17和19。例如，激光束15具有0°的偏振，激光束17具有45°的偏振，激光束19具有90°的偏振。三个激光束15、17和19聚焦在样品11上，优选地在空间上分离的点上。此配置在2D映射配置中特别有用。

该设备还包括具有光轴(A)的光学系统。光轴A可以由用于收集从样品11散射的拉曼光的光学系统的物镜限定。光学系统的光学部件可以相对于光轴A居中并沿光轴A布置(例如参见图2)。

光学系统特别被配置为响应于将样品11暴露于由三个激光束15至19提供的激发辐射，从样品散射的拉曼光收集至少一个同轴拉曼光束21和至少一个离轴拉曼光束23。该设备的光学系统还包括沃拉斯顿分析器单元(WAU)25，其包括中心偏振分束器27和分析器29。中心偏振分束器27的光轴与光学系统的光轴A一致。三个同轴拉曼光束中的每个被分成例如具有0°和90°偏振的两个垂直偏振光束31、33。

分析器29位于在径向方向上与相对于光轴A相距一距离处。分析器29的光轴可以对准使得其平行于光学系统的光轴A。

此外，分析器29定位给使得三个离轴拉曼光束23通过分析器29，该分析器被配置为过滤例如来自三个离轴拉曼光束23中的每个的90°偏振分量，从而产生三个偏振离轴拉曼光束35。总共六个偏振离轴拉曼光束31、33和三个偏振离轴拉曼光束35被进一步通过光谱仪发送，该光谱仪包括将每个偏振拉曼光束31至35分成其光谱分量的透射光栅。这产生具有空间上分离的波长分量的九种不同光谱，这些光谱通过在二维CCD阵列检测器39(用于电荷耦合器件的CCD)上的不同区域上使用聚焦透镜系统(图1的b中未示出)来进行聚焦。检测器39也可以是CMOS检测器或任何其他合适类型的检测器。CMOS是互补金属氧化物半导体的首字母缩写。图1的b的设备允许同时配准从收集的同轴拉曼光束和离轴拉曼光束获得的九个拉曼光谱，其中每个拉曼光谱具有特定的偏振。

该设备可以以栅格扫描模式进行使用。特别地，该设备可以用于对样品11的表面点进行测量。之后，移动样品11和/或样品11的表面上的激光束15至19的点，以对其他表面点进行测量。由此，可以扫描样品11的表面，并且可以从多个表面点获得测量值。测量的数据可以用于执行对样品的表面的映射。

图1的b的设置对于2D取向映射特别有用，并且可以因此用于获得关于样品11的一个或多个表面平面的位置、大小、形态和取向的信息。

根据图1的b的设备是特别有利的，这是因为它允许从由样品11散射的拉曼光的同时收集同轴拉曼光束31、33和离轴拉曼光束23，并在光学系统中彼此独立地处理同轴拉曼光束21和离轴拉曼光束23。

特别地，为了彼此独立地处理同轴拉曼光束和离轴拉曼光束，光学系统包括至少一个光学装置，这里是沃拉斯顿分析器单元WAU 25，其被配置为从同轴拉曼光束21和离轴拉曼光束23中的每个产生至少一个偏振同轴拉曼光束31、33和至少一个偏振离轴拉曼光束35。从这些偏振拉曼光束的至少一个选择中，光谱可以通过使用检测器39获得。

图2示意性地示出了根据本发明的设备的示例性实施例的光学设置。图2未示出激光束传输光学系统，在此也称为激光束传输系统(LBDS)，其被配置为向样品11提供偏振激光束(例如，参见图1的b中的激光束15至19)。当样品11由偏振拉曼激光束照射时，拉曼光可以被样品散射。

光学系统包括物镜41，该物镜与光学系统的光轴A对准并且用于响应于将样品11暴露于激光束从由样品散射的拉曼光同时收集可以由物镜41接受的拉曼光的一部分。物镜41可以是定制的物镜，并且物镜41可以具有大直径和/或高数值孔径。物镜41可以是浸没式物镜，其允许在相对于光轴A的45°处执行离轴测量。由于物镜41和带有针孔的可选掩模，可以获得至少一个同轴拉曼光束和至少一个离轴拉曼光束，其中，一个针孔与光轴A对准，另一个针孔位于光轴A的径向外部。在一些实施例中，仅收集一个或多个离轴拉曼光束。于是，不需要与光轴A对准的针孔。

聚焦透镜41通过狭缝45将至少一个同轴拉曼光束和至少一个离轴拉曼光束聚焦到光谱仪47中，该光谱仪包括用于准直至少一个同轴拉曼光束和至少一个离轴拉曼光束的准直透镜49。

光谱仪47在沃拉斯顿分析器单元25之后还包括一个、两个或甚至更多个滤光器(filter)51。该单元25可以包括具有与光学系统的光轴A对准的光轴的中心偏振分束器(未示出)。偏振分束器可以从同轴拉曼光束产生两个正交偏振的同轴拉曼光束。这些偏振拉曼光束中的每个都具有特定的偏振，并且这些光束彼此局部分离并在不同方向上行进。

该单元25还包括外围分析器(未示出)，其用作滤除通过分析器的在离轴拉曼光束之外的偏振的偏振滤光器。在分析仪之后，离轴拉曼光束以由分析器设置的偏振进行偏振。

偏振同轴拉曼光束和偏振离轴拉曼光束通过将每个光束分成其光谱分量的透射衍射光栅53。通过使用聚焦透镜系统55将光谱分量聚焦在检测器39上，该检测器可以在检测器39的不同区域中同时检测来自偏振同轴拉曼光束和偏振离轴拉曼光束的光谱。

图3示出了关于检测器39的立体图，该检测器可以是CCD阵列检测器。图3表示在检测器39的不同区域上检测从不同偏振的同轴或离轴光束获得的不同光谱57。取向模糊度和误差的理论研究表明，对于四个或更多通道而言，基本取向确定变得可能，其中每个通道与一个检测到的光谱相关联。对于某些特定取向，强度数据仍然不明确，并且无法恢复样品表面的旋转角度。例如，二氧化硅晶片的(111)晶面就是这种情况，对于对应于62.8度的立方对称结构，取向差角可以从零变化到最大可能。然而，即使对于这种模糊的数据，也可以恢复一些取向数据，并且即使有四个测量通道，也可以清楚地区分二氧化硅晶片晶面(100)、(111)。确定完整的晶片取向通常需要确定九个或更多个通道。

在2D映射配置中，样品11优选地用单个激光源照射。具有不同偏振态取向的三个激光束在样品11上和在光谱CCD焦平面上在空间上分离。具有三个不同偏振取向的三个激光束产生六个偏振同轴拉曼光束和三个偏振离轴拉曼光束。

在3D映射配置中，样品11优选地通过使用三个不同激光源进行照明。所产生的三个激光束具有不同的波长和不同的偏振取向。它们的点可以在样品11的表面上完全或部分地重叠。由于激发波长略有不同，它们在检测器39的平面上变得分开。

图4示意性地示出了根据本发明的设备的又一示例性实施例的立体图。在此实施例中，样品11被放置在扫描台57上。扫描台57可以在垂直于设备的光学系统的光轴的平面中移动。

该设备包括两个激光器59、61。可以例如可选地使用激光器59、61。第一激光器59可以提供波长为532纳米的激光。第二激光器可以提供波长为785纳米的激光。偏振器63用于偏振由第一激光器59提供的激光束，从而偏振激光束67可以由第一激光器59向样品11提供。偏振激光束67从镜子69和从分色镜71反射，该分色镜反射激光束67使其沿光轴A行进。此外，光束67由物镜41聚焦，该物镜也用于收集来自样品11的拉曼散射光。

类似地，偏振器65用于偏振由第二激光器61提供的激光，从而可以向样品11提供偏振激光束73。激光束73被从镜75和分色镜71反射，使得激光束73也沿光轴A并通过物镜41行进到样品。

激光束67、73可以通过分色镜77。分色镜77用于反射由显微镜79提供的激光束，使得来自显微镜的激光束也沿光轴A朝向样品11行进。

用于处理从样品11散射的拉曼光的光学系统的设置可以类似于如相对于图1的b和图2描述的光学系统。

作为特定示例，如图4中所示的设备包括第一光谱仪81，以用于检测从使用第二激光器61提供的785纳米的激光束中获得的偏振同轴拉曼光束和偏振离轴拉曼光束的光谱。

第二光谱仪83是低分辨率光谱仪，以用于分辨从使用第一激光器59提供的532纳米的激光中获得的偏振同轴和离轴光束的拉曼光谱。第三光谱仪85是高分辨率光谱仪，该高分辨率光谱仪也可以与第一激光器59结合使用。

图5的a示出了根据本发明的设备的光学设置。该设备的功能类似于关于从样品11检测拉曼光的如相对于图1的b、图2和图3描述的功能。然而，与图2的实施例相比，在如图5中所示的设备中，沃拉斯顿分析器单元25位于物镜41与光谱仪47的入口狭缝45之间。

如前所述，为了相对于样品进行2D定量取向映射，优选地仅采用一个激光器87。作为示例，激光器87可以提供波长为785纳米的激光。由激光器87提供的激光束89被分成三个部分，并且因此分成激光束89a、89b和89c。激光束89a、89b和89c中的每个都用不同的偏振(例如，0°、45°和90°)进行偏振。因此，光束之一具有0°的偏振，光束之一具有45°的偏振，并且光束之一具有90°的偏振。激光束89a、89b和89c被再次叠加并从分色镜91反射，使得激光束89a、89b和89c沿光轴A朝向样品11行进。它们由物镜41优选地聚焦在样品上的在空间上分离的点上。图5的e的左图中示出了样品11上的三个激光点的显微镜图像。

为了执行3D取向映射，优选地使用三个激光器93、95和97。例如，激光器93可以提供波长为781纳米的激光束，并且可以以0°的偏振角进行线性偏振。激光器95可以提供波长为783纳米的激光束，并且可以以45°的偏振角进行线性偏振。激光器97可以提供波长为785纳米的激光束，并且可以以90°的偏振角进行线性偏振。激光束99a、99b和99c可以叠加并传递到样品11。优选地，具有不同偏振态取向的三个激光束在样品11上重叠。对应地，图5的e在右侧仅示出了在显微镜图像中的一个激光点101。

在检测器39上检测到的拉曼光束由于激发波长略有不同而变得分离。图5的f示出了在2D配置(左手侧图像)和3D配置(右手侧图像)中的检测器上获得的来自卡马西平药物的得到的拉曼光谱的图像。

此外，图5的b在上部部分示出了偏振拉曼光谱通过用于2D配置的光谱仪47的狭缝45的图像。图5的b的底部图像示出了通过用于3D配置的光谱狭缝焦平面的偏振拉曼光束。

图5的c示出了通过布置在单元25中的沃拉斯顿棱镜103的同轴拉曼光束109。由此，产生了两个垂直偏振的同轴拉曼光束。两个偏振同轴光束中的每个在检测器39的不同区域中产生拉曼光谱。

此外，图5的c示出了通过布置在单元25中的分析器105的一个离轴拉曼光束111。由此，产生了线性偏振离轴拉曼光束。该光束的光谱也通过使用检测器39进行检测。

如图5的c中所示，单元25可以包括掩模107。掩模107可以例如具有带有针孔(未示出)的板的形式，其中同轴拉曼光束和离轴拉曼光束可以通过针孔。这些针孔有助于塑造同轴拉曼光束和离轴拉曼光束。

图5的d示意性地示出了通过入射激光束照射样品11和在同轴(0°)和离轴(45°)散射路径中的拉曼信号收集几何结构。如图5的d中所示，离轴拉曼光束可以是由于拉曼散射光，所述拉曼散射光以相对于物镜41的光轴A的高达45°的角度倾斜。

光谱在检测器39上检测到的每个偏振同轴或离轴拉曼光束可以被视为由如上所述的示例性设备提供的检测通道。

图6示出了光学装置113的截面图，该光学装置具有中心偏振敏感元件(这里是中心沃拉斯顿棱镜115)和四个外围偏振敏感元件(这里是围绕中心沃拉斯顿棱镜115周向布置的四个外围沃拉斯顿棱镜117)。

中心沃拉斯顿棱镜115被配置为每个入射的同轴拉曼光束产生两个偏振同轴拉曼光束(具有0°和90°偏振)。每个外围沃拉斯顿棱镜117还被配置为每个入射的离轴拉曼光束产生两个偏振离轴拉曼光束(具有45°和135°偏振)。

在如例如相对于图5描述的光学设置中，光学装置113可以用作WAU25的替换物，其中中心沃拉斯顿棱镜115的光轴与光轴A对准。

从入射到样品11上(参见图5)的三个光束89a、89b、89c或99a、99b或99c中的每个可以收集一个同轴拉曼光束，从而产生从中心沃拉斯顿棱镜115射出的6个偏振同轴拉曼光束。此外，从入射到样品11上的三个光束中的每个，离轴拉曼光束可以通过每个外围沃拉斯顿棱镜117。因此，可以从每个外围沃拉斯顿棱镜117射出六个偏振离轴拉曼光束。这会产生30个偏振同轴拉曼光束和离轴拉曼光束，并且因此产生30个检测通道。

优选地，不使用三个激光束来同时入射到样品11上。相反，它们被顺序地用于照射样品11。因此，通过在如图5中所示的设置中使用光学装置113，可以同时检测10个通道。

光学装置113可以在该设置中被布置在与WAU 25的位置不同的位置处。例如，光学装置可以定位在准直透镜46和光栅53之间。

物镜41(参见图5)和所具有的光轴从光学系统的光轴A偏离的外围沃拉斯顿棱镜117也可以用于将离轴拉曼光束从由物镜41向装置113提供的拉曼信号中分离出来。类似地，沃拉斯顿棱镜115可以用于将同轴拉曼信号从拉曼信号中分离出来。掩模107(参见图5的c)可以可选地用于在空间上将同轴拉曼光束和离轴拉曼光束彼此分离。

图7至图9涉及可以应用于基于从监测通道测量的拉曼强度执行用于样品的2D和3D取向映射的示例性方法。

图7示出了示意性地示出根据本发明的方法的第一示例性实施例的图示。该方法涉及一种找到与欧拉角对应的取向角的拟合方法，所述欧拉角与样品的表面平面的取向相关。

在步骤601中，提供估计的欧拉角。

在步骤603中，估计的欧拉角可以与从理论上已知的拉曼张量一起用于样品的晶体结构。

在步骤605中，计算预期的同轴拉曼光束和离轴拉曼光束强度。

在步骤607中，提供测量的同轴拉曼光束和离轴拉曼光束强度。

在步骤609中，计算的同轴和离轴强度以及对应的测量的同轴拉曼光束和离轴拉曼光束强度可以用于确定校正值。校正值可以用于校正估计的欧拉角。

该过程可以使用校正的欧拉角作为新的估计的欧拉角再次从步骤601重新开始。

该过程可以继续，直到计算的同轴和离轴强度与测量的同轴和离轴强度之间的校正值或差为零或低于预定阈值。然后，假设获得的欧拉角描述样品表面在已获得测量强度的样品上的位置处的取向。

仍然参考图7，在一些实施例中，一种确定用于样品上的点的欧拉角的方法包括：

在步骤601中提供估计的欧拉角；

在步骤607中，提供从在样品的点上执行的偏振拉曼光谱法获得的至少一个测量的同轴强度和至少一个测量的离轴强度，特别是通过使用如本文所述的设备；

(a)在步骤603和605中，计算至少一个同轴强度和至少一个离轴强度，优选地通过使用与样品的晶体结构相关的拉曼张量，

(b)在步骤609中，基于至少一个测量的同轴强度、至少一个测量的离轴强度、至少一个计算的同轴强度和至少一个计算的离轴强度，计算用于估计的欧拉角的校正值，以及

(c)基于估计的欧拉角和校正值，确定校正的欧拉角。

可以反复地重复步骤(a)至(c)，直到校正的欧拉角和先前的欧拉角之间的校正值和差低于阈值或零。

图8示出了示意性地说明了根据本发明的方法的第二示例性实施例的图示。该方法涉及另一种寻找对应于与样品的表面平面的取向相关的欧拉角的取向角的拟合方法。

在步骤701中，为同轴光束和离轴光束测量的强度被分组成若干组，其中每组在检测到的拉曼光谱中具有类似的强度。例如，如图8中所示，根据步骤701a，为同轴拉曼光束测量的强度被分组成一个组，例如组1。根据步骤701b，为离轴拉曼光束中的一些测量的强度被分组成另一组，例如组2。根据步骤701c，为其余的离轴拉曼光束测量的强度被分组成又一组，例如组3。

在步骤703a中，组1的强度被标准化，以便为组1获得标准化的强度。在步骤703b中，组2的强度被标准化，以便为组2获得标准化的强度。在步骤703c中，组3的强度被标准化，以便为组3获得标准化的强度。

在步骤705中，估计与样品的表面平面的取向相关的欧拉角。

在步骤707中，估计的欧拉角和与样品的晶体结构相关的拉曼张量一起使用，以在步骤709a、709b、709c中为组1、2和3计算预期的同轴拉曼光束和离轴拉曼光束强度。

在步骤711a中，标准化为组1计算的同轴强度。在步骤711b中，标准化为组2计算的离轴强度。在步骤711c中，标准化为组3计算的离轴强度。

在步骤713中，对于每组1至3，使用计算和测量的标准化强度计算校正值。

在步骤713中获得的校正值用于确定校正的欧拉角，这种校正的欧拉角在新步骤705中使用。可以再次重复如上面描述的过程例如直到在步骤713中确定的校正值低于预定阈值。

在一些实施例中，并使用图7的方法作为起点，图8的方法包括根据步骤703a、703b、703c将标准化应用于至少一个测量的同轴强度和至少一个测量的离轴强度，从而确定至少一个标准化测量的同轴强度和至少一个标准化测量的离轴强度，

根据步骤709a、709b、709c将标准化应用于至少一个计算的同轴强度和至少一个计算的离轴强度，从而确定至少一个标准化计算的同轴强度和至少一个标准化计算的离轴强度，并且根据步骤713基于至少一个标准化测量的同轴强度、至少一个标准化测量的离轴强度、至少一个标准化计算的同轴强度和至少一个标准化计算的离轴强度，计算用于估计的欧拉角的校正值。

此外，在一些实施例中，根据步骤701a、701b、701c，提供了多个测量的同轴强度和多个测量的离轴强度，并且测量的同轴强度被分组成至少一组，以及测量的离轴强度被分组成至少一组，并且根据步骤703a、703b、703c，将组特定标准化应用于关联组的强度。

图9示出了示意性地说明了校正通道强度的过程的图示。

在步骤801中，为每组测量的通道A、B确定通道强度校正系数A1、A2、A3、B1、B2、B3。每个通道A、B对应于偏振的同轴或离轴拉曼光束。

在步骤803中，将通道强度校正系数A1、A2、A3、B1、B2、B3应用于关联组的拉曼光谱的测量强度。

在步骤805中，执行取向拟合，在步骤807中从中获得样品的2D或3D取向图。

在步骤809中，从拉曼张量理论，特别是通过考虑样品的晶体结构，可以计算拉曼光谱的强度，这是因为它们预计会出现在每个组中。

在步骤811中，使用为每组计算的拉曼光谱的强度，以通过考虑根据步骤803为每组测量的拉曼光谱的强度在步骤813中获得标准化因子。

在步骤815中，考虑到为整个扫描区域和因此为整个映射区域获得的测量和计算的数据，可以组合或平均标准化因子。

在步骤815中获得的平均的标准化因子可以用作用于为每组确定通道强度校正系数的输入。拉曼光谱的校正测量的强度可以用于在步骤801中获得更精确的组特定标准化因子。

在一些实施例中，一种确定样品上的多个点的欧拉角的方法包括：

为预定的一组检测通道的点计算多个强度(步骤809和811)，其中优选地，通过使用拉曼张量计算强度；

为所述一组检测通道提供点的多个测量强度(步骤803)；

基于计算的多个强度计算用于校正测量的强度的至少一个校正系数(步骤801)；

将至少一个校正系数应用于测量强度，从而对于这些点而言，获得所述一组检测通道的校正测量的强度(步骤801和803)；

基于所述一组检测通道的校正测量的强度，计算这些点的欧拉角(步骤805)。

此外，该方法可以包括以下项中的至少一项：

基于计算的欧拉角，确定用于点的取向图(步骤807)；

将标准化应用于计算的多个强度，从而获得标准化计算的多个强度，标准化计算的多个强度用于代替计算的多个强度来计算至少一个校正系数(步骤813)；

使用多个测量强度用于确定标准化(步骤803和813)；

计算至少一个校正系数包括对于每个点确定至少一个校正系数并且对所有点进行平均(步骤815)。

在相对于图1至图9描述的示例中，假设收集了同轴拉曼光束和离轴拉曼光束。然而，在一些实施例中，收集了仅一个或多个离轴拉曼光束，从而仅具有偏振离轴拉曼光束。也可以在表面映射过程中采用从离轴拉曼光束获得的光谱的强度。

本发明的优选实施例也在下列各项列表中进行描述。为一个实施例提及的特征也可以出现在另一个实施例中，即使这不是明确提到的。

第1项：一种用于对样品，特别是单晶或多晶样品进行偏振分辨拉曼光谱法的设备，该设备包括：

至少一个光源，特别是至少一个激光器，以用于向样品的表面提供激发辐射；

光学系统，其被配置为响应于将表面暴露于激发辐射而从由样品散射的拉曼光中同时收集至少一个同轴拉曼光束和至少一个离轴拉曼光束；

至少一个同轴拉曼光束在与光学系统的光轴对准的方向上从样品散射，

至少一个离轴拉曼光束在相对于光学系统的光轴倾斜的方向上从样品散射，

光学系统被配置为从至少一个同轴拉曼光束产生至少一个偏振同轴拉曼光束并从至少一个离轴拉曼光束产生至少一个偏振离轴拉曼光束，并且

光学系统还被配置为从至少一个偏振同轴拉曼光束和至少一个离轴拉曼光束中的每个产生光谱。

第2项：根据第1项所述的设备，

其特征在于

至少一个离轴拉曼光束沿在光学系统中的从光轴偏移的传播方向行进。

第3项：根据第1项或第2项所述的设备，

其特征在于

光学系统包括用于收集至少一个同轴拉曼光束和至少一个离轴拉曼光束二者的物镜，该物镜相对于光轴对准。

第4项：根据第1项或第2项所述的设备，

其特征在于

光学系统包括用于收集至少一个同轴拉曼光束的第一物镜和用于收集至少一个离轴拉曼光束的第二物镜。

第5项：根据前述项中的任一项所述的设备，

其特征在于

光学系统包括包括中心偏振敏感元件，该中心偏振敏感元件包括特别是沃拉斯顿棱镜的中心偏振分束器和/或分析器，并且

中心偏振敏感元件的光轴与光学系统的光轴重合。

第6项：根据前述项中的任一项所述的设备，

其特征在于

光学系统包括至少一个外围偏振敏感元件，该外围偏振敏感元件包括特别是沃拉斯顿棱镜的外围偏振分束器和/或分析器，并且

外围偏振敏感元件的光轴在径向方向上与光学系统的光轴相距一距离且平行于光学系统的光轴布置。

第7项：根据第5项或第6项中的任一项所述的设备，

其特征在于

中心偏振分束器被布置成使得至少一个同轴拉曼光束通过中心偏振分束器，该中心偏振分束器将离轴拉曼光束分成两个偏振离轴拉曼光束，其中每个偏振离轴拉曼光束都具有限定的偏振，并且/或者

外围偏振分束器被布置成使得至少一个离轴拉曼光束通过外围偏振分束器，该外围偏振分束器将离轴拉曼光束分成两个偏振离轴拉曼光束，其中每个偏振离轴拉曼光束都具有限定的偏振。

第8项：根据第5项或第7项中的任一项所述的设备，

其特征在于

中心偏振敏感元件的分析器或外围偏振敏感元件的分析器被配置为从相应的同轴光束或离轴光束产生偏振同轴拉曼光束或偏振离轴拉曼光束。

第9项：根据前述项中的任一项所述的设备，

其特征在于

光学系统包括至少一个掩模，该至少一个掩模为同轴拉曼光束和离轴拉曼光束中的每个提供针孔。

第10项：根据前述项中的任一项所述的设备，

其特征在于

光学系统包括光谱仪，该光谱仪包括光学衍射光栅，以用于将至少一个偏振同轴拉曼光束和至少一个偏振离轴拉曼光束分成具有空间上分离的波长分量的光谱，并且

该光谱仪还包括聚焦透镜系统，以用于将每个光谱的至少一部分引导至检测器，特别是二维阵列检测器，如二维CCD检测器。

第11项：根据第5至10项中的任一项所述的设备，

其特征在于

中心偏振敏感元件和/或外围偏振敏感元件被布置在光学系统的光谱仪中，特别是在光谱仪的光学衍射光栅和准直透镜系统之间，或者

中心偏振敏感元件和/或外围偏振敏感元件被布置在光学系统的物镜和光谱仪的入口狭缝之间。

第12项：根据前述项中的任一项所述的设备，

其特征在于

激光束传输光学系统被配置为向样品提供偏振激光束，优选地三个激光束，

其中这些激光束由一个或多个激光器产生，

其中优选地，每个激光器提供具有限定的波长的激光。

第13项：一种装置，特别是在前述项中的任一项所述的设备中使用，该装置包括：

中心偏振敏感元件，该中心偏振敏感元件包括特别是沃拉斯顿棱镜的中心偏振分束器和/或分析器；

至少一个外围偏振敏感元件，该至少一个外围偏振敏感元件包括特别是沃拉斯顿棱镜的外围偏振分束器和/或分析器，并且

外围偏振敏感元件的光轴在径向方向上与中心偏振敏感元件的光轴相距一距离且平行于中心偏振敏感元件的光轴布置。

第14项：一种确定样品上的点的欧拉角的方法，该方法包括：

提供估计的欧拉角，

(a)提供从对样品的点进行偏振拉曼光谱法获得的至少一个测量的同轴强度和至少一个测量的离轴强度，特别是通过使用根据第1至12项中的任一项所述的设备，

(b)计算至少一个同轴强度和至少一个离轴强度，优选地通过使用与样品的晶体结构相关的拉曼张量，

(c)基于至少一个测量的同轴强度、至少一个测量的离轴强度、至少一个计算的同轴强度和至少一个计算的离轴强度，计算用于所估计的欧拉角的校正值，以及

(d)基于所估计的欧拉角和校正值，确定校正的欧拉角，

(e)其中，反复地进行步骤(b)至(d)。

第15项：根据第14项所述的方法，该方法还包括

将标准化应用于至少一个测量的同轴强度和至少一个测量的离轴强度，从而确定至少一个标准化测量的同轴强度和至少一个标准化测量的离轴强度；

将标准化应用于至少一个计算的同轴强度和所述至少一个计算的离轴强度，从而确定至少一个标准化计算的同轴强度和至少一个标准化计算的离轴强度；以及

基于至少一个标准化测量的同轴强度、至少一个标准化测量的离轴强度、至少一个标准化计算的同轴强度和至少一个标准化计算的离轴强度，计算用于所估计的欧拉角的校正值。

第16项：根据第14或15项所述的方法，

其中提供了多个测量的同轴强度和多个测量的离轴强度，并且其中测量的同轴强度被分组为至少一个组，其中测量的离轴强度被分组为至少一个组，其中组特定标准化被应用于关联组的强度。

第17项：一种确定样品上的多个点的欧拉角的方法，该方法包括：

为预定的一组检测通道的点计算多个计算强度，其中优选地通过使用拉曼张量和优选地基于所估计的取向图来计算强度；

为所述一组检测通道提供多个点的测量强度；

基于所计算的多个强度，计算用于校正测量的强度的至少一个校正系数；

将至少一个校正系数应用于测量的强度，从而为这些点获得所述一组检测通道的校正测量的强度；

基于所述一组检测通道的校正测量的强度，计算用于这些点的欧拉角。

第18项：根据第17项所述的方法，该方法还包括以下项中的至少一项：

基于所计算的欧拉角，确定点的取向图；

将标准化应用于计算的多个强度，从而获得标准化计算的多个强度，标准化计算的多个强度用于代替多个计算强度来用于计算至少一个校正系数；

使用多个测量的强度用于确定标准化；

计算至少一个校正系数包括为每个点确定至少一个校正系数并对所有点进行平均。

参考标号列表

11 样品

13 光源

15 激光束

17 激光束

19 激光束

21 同轴拉曼光束

23 离轴拉曼光束

25 沃拉斯顿分析器单元

27 中心偏振分束器

29 分析器

31 偏振同轴拉曼光束

33 偏振同轴拉曼光束

35 偏振离轴拉曼光束

37 光谱仪

39 CCD阵列检测器

41 物镜

43 聚焦透镜

45 狭缝

47 光谱仪

49 准直透镜

51 滤光器

53 衍射光栅

55 聚焦透镜系统

57 扫描台

59 激光器

61 激光器

63 偏振器

65 偏振器

67 激光束

69 镜子

71 分色镜

73 激光束

75 镜子

77 分色镜

79 显微镜

81 第一光谱仪

83 第二光谱仪

85 第三光谱仪

87 激光器

89 激光束

89a 激光束

89b 激光束

89c 激光束

91 分色镜

93 激光器

95 激光器

97 激光器

99a 激光束

99b 激光束

99c 激光束

101 点

103 沃拉斯顿棱镜

105 分析器

107 掩模

109 同轴拉曼光束

111 离轴拉曼光束

113 光学装置

115 沃拉斯顿棱镜

117 沃拉斯顿棱镜