由于传统的斯托克斯椭偏仪定标方法中入射光源的偏振效应、定标单元中光学元件的制造与装调误差都会降低仪器矩阵的定标精度, 从而影响偏振态的测量精度, 本文提出了基于非线性最小二乘拟合算法的仪器矩阵偏振定标方法。该方法将描述定标单元的参量和仪器矩阵的所有矩阵元一起作为未知参数, 根据偏振光学传输理论建立探测光强与未知参数的函数关系式; 然后,基于非线性最小二乘拟合方法拟合实际探测光强随定标单元方位角的变化曲线, 进而得到斯托克斯椭偏仪的仪器矩阵。实验中使用该方法和传统方法在500~700 nm波段分别定标了KD*P型斯托克斯椭偏仪的仪器矩阵。结果显示, 新方法在500~600 nm波段获得的斯托克斯参数的总均方根(RMS)偏差为1.6%, 较传统定标方法提高约0.5%; 波长大于600 nm时, 由于系统信噪比降低使得新方法的测量精度降为2.4%, 但仍然远高于传统方法的测量精度。结果表明, 提出的方法简单易行, 适用于各种斯托克斯椭偏仪的仪器矩阵定标。

斯托克斯椭偏仪可以快速测量薄膜材料的光学参数，其仪器矩阵的精确度直接影响系统对薄膜反射光线斯托克斯参量的测量，间接限制了薄膜参数的测量精度。对线偏振光与标准薄膜片产生不同偏振态的机制进行理论推导，并根据四点定标法原理，利用线偏振光与标准薄膜片组合的在位定标方法实现对斯托克斯椭偏仪仪器矩阵的精确测量，有效避免了传统定标方法中光学元件方位角及其不完美产生的误差，进而提高了薄膜光学参数的测量精度。实验表明，采用在位定标方法，薄膜反射光线的斯托克斯参量的测量精度达0.6%，薄膜厚度及折射率的测量偏差分别小于0.2 nm及0.003。