随着纳米结构特征尺寸的不断减小，传统光谱椭偏测量技术正在逐渐接近其光谱灵敏度极限，无法为纳米制造提供有效的工艺监控。2015年华中科技大学刘世元课题组将Muller矩阵椭偏仪与显微成像技术相结合，提出了Muller矩阵成像椭偏仪。
椭偏成像技术（四）光谱椭偏成像的发展（第二部分）
相比传统光谱椭偏仪，Muller矩阵椭偏仪可以获得更丰富的信息，提供更高的灵敏度并且可以改变方位角以实现锥型衍射，可以实现纳米结构几何参数的大面积快速准确测量。该系统采用双旋转补偿器，具有宽波段测量能力，系统校准和数据处理都更加简便。该方法不仅具有传统Muller矩阵椭偏仪的优势，还拥有了显微成像技术高分辨率的优点，光谱范围达到190~1000 nm。在2016 年，华中科技大学刘世元课题组完成了国内首台高精度宽光谱Muller矩阵椭偏仪设备，其椭偏成像结构如下图所示。
双旋转补偿器型 Mueller矩阵成像椭偏仪示意图
光源发出的光经过消色差透镜和单色仪会聚至光纤，通过光纤的光经过准直透镜变为一束平行光，该光束经过起偏器和旋转补偿器后入射样品，样品的反射光经过旋转补偿器、检偏器和成像透镜后进入cmos相机。相机上各像素接收的光束对应的Stokes向量可以表示为
式中： Mp 、MA、
、
和MS分别为起偏器、检偏器、旋转补偿器和样品的Muller矩阵；
和
表示旋转补偿器1和2的相位延迟量；R(ε)为各光学元件的旋转矩阵，其中ε可以表示入射面与双旋转补偿器的快轴方向的夹角 C1、C2，也可以表示入射面和起偏器、检偏器的透光轴方向的夹角P和A；Sin为入射光束的Stokes向量，为[1000]T。将上式展开，可得对应像素采集的光强信号表达式，利用Hadamard分析，可以从谐波系数中求出待测样品对应像素处的Muller矩阵元素。
2018年，韩国汉阳大学应用物理系研究出一种双反射椭偏成像系统，对两个样品的偏振态变化进行比较，提供两个样品差异的非零图像。该系统以一种样品为基准，另一个为测试样品，去除了调零过程，图像获取速率可以达到摄像机的zui高帧率，提高了测量速度，也减小了人为误差；而且对光束强度的均匀性没有要求，测量性能大大提高，可以实时检测样品表面缺陷和污染。2019 年日本东北大学采用三步相移椭偏成像技术，以椭偏测量术结合时间相移图像处理单元进行相移成像椭偏测量。与光度法相比，该技术通过四分之一波片（QWP）和旋转线性偏振片（RLP）插入相移，根据旋转线性偏振片的方位角进行连续采集，在恒定旋转速度下，选择具有相等角度间隔的三个角度，在恒定时间内得到三幅图，用于测量纳米材料厚度，结构如下图所示。
三步相移成像椭偏仪结构示意图
其中，使用QWP和RLP插入相移。由于相移图像是根据RLP的方位角连续采集的，所以这种方法属于时间相移技术。由于具有公共光路，时间相移技术相比空间相移技术具有更高的精度。
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