(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）放射ビームを放射し、前記放射ビームを回折マスク上のパターンにビームを通過させ、少なくとも２つの励起サブビームを形成する段階と、
（ｂ）像形成装置によってサンプルの領域に少なくとも２つの励起サブビームを重複させて、サンプルの領域にトランジェント格子を励起する空間的に変化する光領域を発生する段階と、
（ｃ）プローブビームの少なくとも一部がトランジェント格子によって回折するように向けられたプローブビームでトランジェント格子を照射する段階と、
（ｄ）光検出器でプローブビームの回折部分を検出する段階と、
（ｅ）光検出器からの前記光誘導信号を分析して前記サンプルの特性を決定する段階と、を有するサンプルの特性を決定する方法。
【請求項２】
前記回折パターンが、少なくとも１つの空間的な周波数を有する交互に配置された光変調領域を有し、励起ビームは、回折パターンの光変調領域から出る励起ビームを回折することによって少なくとも０番目、＋１及び−１番目の励起サブビームに分離される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記重複段階が、サンプル上に励起サブビームを重複させる前に、像形成装置を通る少なくとも＋１及び−１励起サブビームを通過させる段階を有する請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記像形成装置が、少なくとも１つの前記サンプル上に回折パターンの光変調領域の空間周波数の像を形成し、空間的に変化する光学領域を形成する請求項３に記載の方法。
【請求項５】
光変調領域及び空間的な変化光学領域の少なくとも１つの空間的な周波数が等価である請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記励起ビームが、段階（ａ）の前に励起ビームが回折パターンに焦点を合わせられる請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記励起ビームが、回折パターン上に焦点を合わせられる請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ビーム及び励起ビームが、段階（ａ）の前に直線化される請求項１に記載の方法。
【請求項９】
段階（ａ）は、プローブビームを第１のマスクの回折パターンを通過させることによってプローブビームを少なくとも２つのプローブビームに分離する段階を有する請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記プローブサブビームが、前記サンプルの領域に誘導された格子を照射する前に像形成装置を通過する請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記像形成装置が、1:1の像形成装置である請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
段階（ｂ）及び段階（ｃ）の間に、前記励起サブビームが第２のマスクで空間的に濾波される請求項１または９に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１及び第２のマスクが、１つのユニットにある請求項12に記載の方法。
【請求項１４】
前記空間的な濾波が、＋１及び−１の励起及びサブビームを伝達する請求項12に記載の方法。
【請求項１５】
前記分析段階が、前記サンプルの分散を決定する段階を有する請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記分散が、前記サンプルの機械的、熱的、光学的または電気的な特性を決定するために使用される請求項15に記載の方法。
【請求項１７】
前記機械的特性が、接着性、弾性係数、こわさ、残留応力及び密度である請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
前記分散が、決定され、複数の空間的な周波数を有する１つの空間的に変化する光学的な領域でサンプルで複数のトランジェント格子を誘導する請求項15に記載の方法。
【請求項１９】
前記分散が、決定され、各々が１つの空間的な周波数を有する複数の空間的に変化する光学領域でサンプルの複数のトランジェント格子を誘導する請求項15に記載の方法。
【請求項２０】
（ａ）ビームを放射し、前記放射ビームを回折マスク上のパターンにビームを通過させ、少なくとも２つの励起サブビームを形成する段階と、
（ｂ）像形成装置によってサンプルの領域に少なくとも２つの励起サブビームを重複させて、サンプルの領域にトランジェント格子を励起する空間的に変化する光領域を発生する段階と、
（ｃ）プローブビームの少なくとも一部がトランジェント格子によって回折するように向けられたプローブビームでトランジェント格子を照射する段階と、を有するサンプルの特性を決定する方法。
【請求項２１】
光軸に沿って向けられたプローブ光学ビーム及び励起光学ビームを発生する装置と、
光軸に沿って配置されると共に、励起ビームで照射されたとき励起ビームを回折して少なくとも２つの励起サブビームを発生するように構成された光回折パターンを有する第１の回折マスクと、
前記光軸に沿って配置された少なくとも１つのレンズを有する像形成装置であって、励起サブビームをサンプルの領域に焦点を合わせて前記サンプルの領域でトランジェント格子を励起する空間的に変化する光学領域を発生し、前記格子は、前記サンプルの励起領域から出るプローブビームの一部の回折を可能する像形成装置と、を有するサンプルから出るプローブビームの一部を回折する装置。
【請求項２２】
前記回折パターンが、目視可能な回折すなわち、赤外線放射を可能にする距離だけ間隔を置いた一連の透明な領域を有する請求項21に記載の装置。
【請求項２３】
前記回折パターンが、目視可能な回折すなわち、赤外線放射を可能にする距離だけの深さ及び間隔を置いてエッチング加工された一連の透明な領域を有する請求項21に記載の装置。
【請求項２４】
前記装置が、前記空間的に濾過されたマスクが前記回折された励起サブビームの空間的な濾波を可能にするように光軸に沿って配置された一対の開口部を有する第２の空間的に濾波されたマスクを有する請求項21に記載の装置。
【請求項２５】
前記回折及び空間的なフィルタマスクが、１つのユニットに形成される請求項24に記載の装置。
【請求項２６】
前記フィルタマスクが、複数対の開口部を有する請求項24に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、時間従属して空間的に変化する光学的分野を使用する材料特性の測定に関する。
背景
材料の動きの光学的な励起及び検出を含む測定技術は、純粋に科学的な観点及び用途の観点から非常に重要である。特に、トランジェント格子分光学またはインパルス誘導散乱のような技術は、材料（例えば、ポリマーフィルム）を励起し、その結果の応答を測定するためにレーザ光を使用する。これらの技術において、２つの励起レーザパルスは、サンプルで空間及び時間において交差する。例示パルスの重複は、光干渉を生じ、“明るい”及び“暗い”領域が交互に配置される励起領域を生じ、分野の全体の強度は、正弦波状において変化する。重複したパルスの間の角度は、交互に配置される領域の空間周波数、すなわち、ウエーブベクトルを決定する。励起領域は、いくつかの異なる機構を通ってサンプルの一次格子を誘導する。例えば、励起領域の光吸収は、熱または光の放射を通して崩壊する電子励起状態を生じる。例えば、インパルス誘導熱散乱（ISTS）において、この帯域の光領域の光エネルギーは、サンプルによって吸収され、熱の蓄積が生じ、放射領域の熱膨張が生じる。この結果、励起領域の形状に合致する空間的な周波数及び向きを備えた波ベクトルを有する、コヒーレントな、カウンター伝達超音波音子を生じる。またサンプルは、非吸収性の処理を介して励起される。インパルス誘導ビリオン散乱（“ISBS"）またはインパルス散乱ラーマン散乱（“ISRS"）において、例えば、サンプルは、空間的に変化する光学強度パターンを使用して励起されるが、音子は、フィルムによって吸収されない波長を有する。これらの技術において、光エネルギーは、フィルムの音響領域に直接結合して音響プロセスを励起する。励起は、励起パルスのコヒーレントな分光ラインのアドバンテージをとるが、各励起パルスからの高周波の音子は、反対の励起パルスにおいて低周波数の音子をつくることが廃止される。異なる周波数及び波のベクトルのカウンタ伝達超音波音子は、中間の周波数において発生される。ISTS,ISRS,ISBSにおいて、他のトランジェント格子技術、音子伝達または電子イベントは励起パルスがサンプルを離れた後に励起領域の材料の特性において、時従属、空間周期変化を生じる。なぜならば、材料の関連する光特性は、この応答の大きさの関数であるから、励起領域の時間従属は、光学プローブビームによって検出することができる。サンプルの励起領域は、トランジェント回折格子として機能し、入射プローブビームの散乱及び変調を生じ検出及び分析することができる信号ビームを生成する。弾性係数のようなサンプルの特別の特性を決定するために、サンプルの分散（すなわち、波のベクトルの従属応答）を測定する必要がある。
従来のトランジェント格子法を使用して空間的に変化する光学的な励起領域を形成するために、励起ビームは、２つのビームに分割され、これらは、ミラー、ビームスプリッタ、レンズ及び機械的な遅延段階のような光学的な部品を使用するサンプル内で再び組み合わせられる。また、これらの部品は、励起ビームの間の角度を調整するために使用される。追加的な光学的な部品は、励起ビームに関して角度、空間的な重複及びプローブビームのタイミングを正確に調整するために使用される。しかしながら、注意深い調整の後であっても、誘導トランジェント格子によって回折された信号は弱く、整列及び検出の困難性を困難にする。
概要
１つの観点において、本発明は、（ａ）放射ビームを放射し、前記放射ビームを回折マスク上のパターンにビームを通過させ、少なくとも２つの励起サブビームを形成する段階と、（ｂ）像形成装置によってサンプルの領域に少なくとも２つの励起サブビームを重複させて、サンプルの領域にトランジェント格子を励起する空間的に変化する光領域を発生する段階と、（ｃ）プローブビームの少なくとも一部がトランジェント格子によって回折するように向けられたプローブビームでトランジェント格子を照射する段階と、（ｄ）光検出器でプローブビームの回折部分を検出する段階と、（ｅ）光検出器からの前記光誘導信号を分析して前記サンプルの特性を決定する段階と、を有するサンプルの特性を決定する方法及び装置を提供する。
この明細書で使用する“サブビーム”は、励起またはプローブビームの回折から生じる光学領域を意味する。励起及びプローブビームは、同じまたは異なる波長を有するか、双方のビームは、一部がサンプルによって吸収される。
好ましくは、回折パターンが、少なくとも１つの空間的な周波数を有する交互に配置された光変調領域を有し、励起ビームは、回折パターンの光変調領域から出る励起ビームを回折することによって少なくとも０番目、＋１及び−１番目の励起サブビームに分離される。
この場合、重複段階が、サンプル上に励起サブビームを重複させる前に、像形成装置（例えば、レンズまたは一連のレンズ）を通る少なくとも＋１及び−１励起サブビームを通過させる段階を有する。像形成装置が、少なくとも１つの前記サンプル上に回折パターンの光変調領域の空間周波数の像を形成し、空間的に変化する光学領域を形成する。好ましくは、光変調領域及び空間的な変化光学領域の少なくとも１つの空間的な周波数が等価である。
さらに他の実施例によれば、段階（ａ）の前にプローブ及び励起ビームが段階（ａ）の前に直線化される。この場合において、段階（ａ）は、プローブビームを第１のマスクの回折パターンを通過させることによってプローブビームを少なくとも２つのプローブビームに分離する段階を有する。ここで、プローブサブビームが、前記サンプルの領域に誘導された格子を照射する前に像形成装置を通過することが好ましい。
他の好ましい実施例において、励起ビームが、段階（ａ）の前に回折パターンに（例えば、円筒形に）焦点が合わせられる。さらに、像形成装置が、1:1の像形成装置である。この実施例において、プローブビームは、ブラグ角度で一時格子を照射する。
さらに好ましい実施例において、段階（ｂ）及び段階（ｃ）の間に、前記励起サブビームが空間的に第２のマスクで濾波される。
好ましくは、第１及び第２のマスクが、シングルユニットに含まれる。
空間的な濾波が、＋１及び−１の励起及びサブビームを伝達する。
他の実施例において、分析段階が、前記サンプルの分散を決定する段階を有する。
分散が、前記サンプルの機械的（例えば、接着、弾性係数、こわさ、接着性、弾性係数、こわさ、残留応力及び密度）、熱的、光学的または電気的な特性を決定するために使用される。この実施例において、分散が、決定され、複数の空間的な周波数を有する１つの空間的に変化する光学的な領域でサンプルで複数のトランジェント格子を誘導する。別の例として、分散が、決定され、各々が１つの空間的な周波数を有する複数の空間的に変化する光学領域でサンプルの複数のトランジェント格子を誘導する。
他の観点において、（ａ）ビームを放射し、前記放射ビームを回折マスク上のパターンにビームを通過させ、少なくとも２つの励起サブビームを形成する段階と、（ｂ）像形成装置によってサンプルの領域に少なくとも２つの励起サブビームを重複させて、サンプルの領域にトランジェント格子を励起する空間的に変化する光領域を発生する段階と、（ｃ）プローブビームの少なくとも一部がトランジェント格子によって回折するように向けられたプローブビームでトランジェント格子を照射する段階と、を有するサンプルの特性を決定する方法。
他の観点において、本発明は、サンプルから出るプローブビームの一部を回折する装置を提供する。装置は、光軸に沿って向けられたプローブ光学ビーム及び励起光学ビームを発生する装置と、光軸に沿って配置されると共に、光回折パターンを有する第１の回折マスクとを有する。回折パターンは、光軸に沿って配置され、励起ビームで照射されたとき励起ビームを回折して、少なくとも２つの励起サブビームを発生するように構成されている。装置は、光軸に沿って配置された少なくとも１つのレンズを有する像形成装置を有する。像形成装置は、励起サブビームをサンプルの領域に焦点を合わせて前記サンプルの領域でトランジェント格子を励起する空間的に変化する光学領域を発生し、前記格子は、前記サンプルの励起領域から出るプローブビームの一部の回折を可能するように構成されている。好ましい実施例において、回折パターンが、目視可能な回折すなわち、赤外線放射を可能にする距離だけ間隔を置いた一連の透明な領域を有する。
他の実施例として、回折パターンが、目視可能な回折すなわち、赤外線放射を可能にする距離だけの深さ及び間隔を置いてエッチング加工された一連の領域を有する。好ましくは、回折マスクは、複数の回折パターンを有する。
他の好ましい実施例において、装置が、一対の開口部を有する第２の空間的に濾波されたマスクを有する。その開口部は、前記空間的に濾過されたマスクが前記回折された励起サブビームの空間的な濾波を可能にするように光軸に沿って配置されている。好ましくは、空間的なフィルタマスクが、複数対の開口部を有し、回折及び空間的なフィルタマスクが、１つのユニットに形成される。
実施例は次の１つの利点を有する。例えば、フィルタマスクでシングルビームを変調してサンプルの一時格子を誘導するために使用することができる空間的、周期的時間従属励起領域を形成する簡単なリニア構成の光学装置が設けられる。この装置は、簡単な光学的な装置を使用してブラッグ（または位相合致）角度でプローブビームの向きを決定するように追加的に構成することができる。これによって誘導格子の回折性能及び回折プローブビームの強度を最大源にすることができる。
装置の光学的な整列は、簡単で迅速である。ユーザは、マスクとの相互作用の前にプローブ及び励起ビームを同一線上に配置することのみが必要である。サンプルで励起パターン（すなわち、波ベクトル）を画定し、タイミングを設定するようにマスク及び画像光学装置を使用し、その結果、励起パルスがサンプルに到達すると同時に、プローブの入射角度をブラッグ角度に設定し、ビームが容易な信号設定及び増幅を行うことができるようにする。動作の間に、励起された音子の波ベクトルが、マスクを移動することによって簡単に調整することができる。これらのマスクは、装置の中で移動する部品であり、光学的な変調装置に必要な光学装置の数を低減しながら、測定技術を容易に自動化することができる。
サンプル内に厚い格子が形成されるとき、ブラッグ角度の自動設定によって格子の回折能率を最大限にすることができる。これは、特に重要である。これらの格子の回折能率は、材料の応答の大きさとは無関係にある程度のブラッグ角度の一部内の角度でも迅速に低下する。一旦放射されると、光学的な変調装置は、サンプルに向けて複数のプローブビームを発生する。１つのプローブビームは一時格子を検査するために使用することができるが、他のプローブビームは、信号ビームの場所を決定するためにファインダビームとして作用する。これによって弱い信号を検出器に整列することを簡単にする。なぜならば、ファインダビームは大きな光強度を有し、場所の決定が容易であるからである。またこの同じファインダビームは、弱い信号ビームのヘテロダイン増幅のために使用される。
さらに、本発明によって、励起領域は、単に正弦波のパターンには正弦されない。例えば、いくつかの場合において、さらに複雑な形で材料の動きを誘導し、同時に、複雑なマスクパターンを使用して複数の波のベクトルで材料の動きを励起することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明によるサンプルの測定装置の光部品の概略図である。
第２図は、サンプル測定装置の光学的な変調装置の概略図である。
第３図は、光学的な変調装置のマスク及び像形成装置の拡大図である。
第４図Ａ及び第４図Ｂは、光学変調装置の回折マスクを使用して発生するマスクの変調領域の空間依存及び光学変調装置の回折マスクを使用して発生した励起領域の空間依存を示すグラフである。
第５図Ａ及び第５図Ｃは、第１のマスクで回折された後、第２のマスクによって濾過される前、及び第１のマスクによって回折され第２のマスクによって濾過された後の励起及びプローブ領域の空間依存性を示す図である。
第５図Ｂは、空間的なフィルタマスクの空間的な伝達作用を示す図である。
第６図Ａ及び第６図Ｂは、光変調装置を使用したフィルムサンプルで発生する薄い格子からの回折信号の時間従属性を示す各プロット点である。
第７図Ａ及び第７図Ｂは、光学変調装置を使用してザロール内で発生する厚い格子からの回折信号の時間従属性を示す図面である。
詳細な説明
第１図を参照すると、サンプルを励起し、その結果生じる動きを検査するために使用する光学測定装置10は、励起光ビーム16及びプローブ光学ビーム20をそれぞれ形成する励起レーザ14及びプローブレーザ18を含む。励起ビームは連続したパルスを含むか、または、比較的に長いトランジェント間隔を有する光学的な波の形を含む。励起ビーム16は、一対の光学装置22,24によって反射され、この光学装置22,24は、励起ビーム波長で高度に反射し、ビームが光学変調装置26に向かうような向きを有する。第２の高度に反射した光学装置24は、例示ビームを有効に反射することが好ましく、一部がプローブビームに透過する。例えば、この光学装置は、ビームスプリッタ、二色性のミラーまたは薄いフィルムポラライザである。この光学装置24は、光学変調装置26に入る前にプローブビーム20を励起ビーム16と同一線上を向くことができるようにする。光学変調装置26は、１つの励起ビームを変調してサンプルの表面内またはその表面上で再び組み合わされる、空間的に変調され励起された一対のサブビーム25,25′を生成する。光変調装置は、励起サブビーム25,25′のパルスのタイミング及び空間的な部分が重複し、その結果、サンプルを励起するために使用される空間的に変化する光領域を生じるために２つのサブビームの間に光干渉が生じるように構成される。また信号プローブビーム20は、光学変調装置26によって空間的に変調され、一対のプローブサブビーム27,27′が発生し、プローブサブビームは、プローブの波長が励起サブビーム25,25′とは異なり、励起サブビームとは空間的に離れている。測定中に、サブビーム27,27′の双方は、サンプル内に励起されるトランジェント格子とは異なり、一対の信号ビームの発生を生じる。例えば、トランジェント記録装置に電気的に接続された光検出器を含む光学検出装置によって測定される。回折信号の測定は、コンピュータによって処理されサンプル12の材料特性を評価するために使用される状態信号32を発生する。
光学変調装置26の部品は、１つの信号励起ビームから空間的に変化する光学励起領域を発生し、ブローブビームの入射のブラッグ角度を自動的に設定する。これは、最小限の整列で種々の励起波ベクトルでデータを収集することができるようにし、それによって、サンプルの散乱特性を容易に測定できるようにする。例えば、散乱特性の測定は、弾性係数、熱拡散、接着、電気搬送及び応力のような材料特性をバルク及び薄いフィルムの双方のサンプルで決定することができる。さらに、光学的な変調装置26は、最小限の数の光学的な部品及び１つのみの可動部品のみで簡単でコンパクトな構成を有する。これによって、サンプル測定処理を容易に自動化し、迅速な形態で実行することができる。
好ましい実施例を参照すると、光学的な変調装置26の部品は、（ｘ軸によって図面に指示するように）軸に沿った直線構成に配置され、同一直線状の励起16及びプローブ20のビームの空間的な変調を行うことができる。光学装置24を通過する前に、プローブビーム20は（“Fc11"によって指示される第１の焦点距離を有する）第１の円筒形レンズ42を通って伝達され、このレンズ42は、ビームがｚ軸に沿って細長くなるようにビームを収束する。一旦重複すると、励起16及びプローブビーム20は、“Fc12"によって指示される焦点距離を有する）第２の円筒形レンズ44によって双方のビームを空間的に濾過する第１のマスク46のパターン化された領域45に集約される。マスク46は、第２の円筒形レンズ44の焦点（Fc12）に配置され、励起ビームはパターン45に沿って延びる細長い円筒形スポットに焦点が合い、第１の円筒形レンズ42によって焦点が合わせられたプローブビームは、細長い励起スポットの中心で小さい円形のスポットに焦点が合わせられる。
マスク46上にパターン化された領域45は、例えば、円筒形に焦点が合わせられる励起ビームの強度を濾過する、伝達及び不透明領域の交互に配置された周期的なパターンを含む。別の例として、入射励起領域の位相を濾波する変化する深さ（例えば、λ/4）にエッチング加工された透明ガラスの周期的な領域を含む。双方の場合において、パターン化された領域45を有する励起ビーム16及びプローブ20ビームの相互作用は、これらのビームの回折によって、異なる回折順に対応する一連のサブビームを形成する。
第１のマスク46から回折し、分散及び分離した後、分岐した励起及びプローブサブビームは、第２のマスク48によって空間的に濾過され、第２のマスク48は、励起とプローブ回折の順序のはっきりした空間的な分離を可能にする距離だけ第１のマスクからｘ軸に沿って移動する。これは、励起及びプローブビームの波長が異なる場合であり、波長が同じである場合には、励起及びプローブのサブビームは分離されない。第２のマスク48は、複数の対の開口部49,49′を有し、この開口部49,49′は、ポンプ及びプローブビームの双方からの回折順の伝達を可能にする。好ましくは、第２のマスクは、開口部の各対が第１のマスクの分離したパターン化された領域に対応するように形成される。開口部の対は、第２のマスクを垂直方向に移動することによってビームの経路に移動される。
各回折順は第１のマスク46の空間的に変化するパターン領域の異なるフーリエ成分を表す。例えば、励起及びプローブ領域の＋１及び−１台は第１のオーダーのフーリエ成分であるが、高い（例えば、＋／−2,＋／−３）及び低い（例えば、ゼロのオーダーの）回折オーダーは、高周波及びDCフーリエ成分を表す。第１のマスク28による空間的な濾波は、回折分野の選択されたフーリエ成分が通過することができるようにし、これらの成分は、サンプルで再び組み合わされて、所望の励起パターンを形成する。
励起25,25′及びプローブ27,27′サブビームは、マスク40を通って伝達される。回折サブビームは、θ（プローブサブビーム）及びφ（励起サブビーム）の角度で分岐し、各サブビームは、回折の正（例えば、＋1,＋２）または負（例えば、−1,−２）のオーダーである。回折方法は、パターン領域の光変調領域の空間分離ｄ（すなわち、波長）及び入射励起及びプローブフィールドに依存する：
2dsin（θ）＝ｎλprobe
2dsin（φ）＝ｎλexcitation               （１）
ここで、ｎは回折オーダーである。よって、サブビームの分岐は、励起及びプローブの波長及びパターン化された領域の形状によってのみ決定される。
励起及びプローブビームの伝達回折オーダーの際組み合わせは、画像形成装置を使用して達成される。これは、１）サンプルの表面で空間的に変化する光学分野の発生を生じる選択された励起サブビームの空間的な再組み合わせ可能にし、２）ビームがブラッグ（すなわち、位相合致）角度でサンプルに到達するようにプローブサブビームの向きを自動的に向けるようにすることができる。像形成光学装置は、１つのレンズ（第３図）または、それぞれFs11及びFs12（第２図参照）の焦点の長さを有する２つの分離したレンズ50,50′からなる。
２つの分離したレンズを使用する場合において、図面でＳによって指示されたレンズの間の分離によって、像装置を望遠鏡として使用することができ、サンプル上に像が形成される領域を拡大縮小することができる。これによって、２つの像形成レンズの間の間隔を変化させることによってサンプルの干渉パターンの空間的なスケールまたは寸法を調整することができる。例えば、もし、干渉パターンがサンプル上で縮小されるならば、明るい領域と暗い領域の間の間隔が減少し、励起波ベクトルの増加を生じる。逆に、パターンが増大する場合には、明るい及び暗い領域の間の間隔及び励起波ベクトルの空間的な周波数は減少する。
実際の像形成処理は、像形成平面として画定された平面で生じ、これは、１つのレンズの焦点距離または複数のレンズ（例えば、２つのレンズ）の像形成装置の等価焦点距離によって決定される。２つのレンズ装置において、像形成装置の有効焦点距離Ｆは、Fs11及びFs12の関数であり、及びＳは、
Ｆ＝（Fs11＋Fs12−Ｓ）/Fs11Fs12           （２）
ｘ軸に沿った像形成装置の有効位置ｘは、F,Sに関する距離及び第１のレンズ50の焦点距離Fs11第２のレンズ50′から変位する。
Ｘ＝FS/Fs11                               （３）
像が形成されるべき物体を表すマスク上のパターン化された領域は、距離ＯだけＸから変位する。Ｘからのサンプルの変位Ｉは、像形成平面の変位を表し、次の公式によってＦ及びＯに関連する。
1/F＝1/O＋1/I                             （４）
これは次のように変形することができる。
Ｉ＝OF/（Ｏ−Ｆ）                         （５）
よって、像形成の間にＭ＝I/Oとして画定される物体の拡大または縮小の度合いは、Ｆの所望の値を与えるレンズの組み合わせを選択することによって、適当な距離ＸからＩにサンプルを配置することによって調整することができる。
パターン化された領域の特定のフーリエ成分の像を形成することに加えて、像形成光学装置は、誘導格子へのブラッグ角度で伝達プローブビームの焦点を合わせるように構成される。第３図を参照すると、プローブビーム16がブラッグ位相合致基準を満足するために、波長λex及びλprを有する励起20及びプローブ16のビームは、第１のマスク46上のパターン化された領域を照射する前に変調装置の光軸に沿って空間的に重複する。（この実施例において、１つの像形成レンズが使用されるが、第２図に示すように、複数の像形成レンズ装置を使用することができることは理解できよう。）回折は、少なくともゼロが65,＋147,及び−１  51の回折オーダーを発生し、各オーダーは、励起25,25′及びプローブ27,27′を含む。励起及びプローブビームは、装置の光軸から角度φ及びθによって分離される。第２のマスク48は、ゼロ番目のオーダー65を空間的に濾過し、第１のマスク46から距離Ｄだけ間隔を置く像形成レンズ50に＋１  47及び−１  51のオーダーを伝達するように使用される。回折励起及びプローブビームは、光軸から距離Z1,Z2でそれぞれレンズを照射する。ビームは、レンズ50から距離Ｄ間隔を置いているサンプル上に像が形成される。この構成において、距離Ｄ及びＤ′は、次の公式
1/D′＝1/f−1/D                           （６）
これは次のように変形される。
Ｄ′＝DF/（Ｄ−ｆ）                       （７）
レンズ50の焦点を合わせた後、プローブ及び励起サブビームを含む回折オーダー47,51は、角度θ及びφ′でサンプル上に集まり、Z1,Z2,D及びＤ′に関連させることができる。
tanφ′＝z1/D′＝Dtanφ/D′               （８）
tanθ′＝z2/D′＝Dtanθ/D′               （９）
次のように示すことができる。
0003581369.tif 000002
位相合致基準を満足させるために、次の条件が求められる。
sinθ′/sinφ′＝λe/λｐ                 （11）
従って、２つの条件は、マスクアングルとは独立して設定すべきブラッグ位相角度に合致しなければならない。
これらの条件は、Ｍ＝１（すなわち、1:1像形成装置）または
0003581369.tif 000003
及び
0003581369.tif 000004
が像形成装置について保持される場合である。さらに、励起及びプローブ波長が等価である場合には、装置のブラグ角度は、光学変調装置を使用して自動的に設定される。
よって、光学変調装置に入る前に励起及びプローブビームの同一直線化を行うことによって、プローブビームは第１のマスクによって回折され、一対のプローブのサブビームを生じ、このビームは、条件（１）または（２）を満足するとき、このブラッグ角度は自動的に向きを決定される。
トランジェント格子と相互作用した後に、サンプルへのサブビーム入射は、回折されて一対の信号ビーム54,54′を発生し、一対の信号ビーム54,54′は、対向するプローブのサブビームの残留部分（すなわち、非回折成分）と空間的に重複する。回折（すなわち信号）及び反射（すなわち、残留プローブ）ビームの双方の存在は、２つの主な理由によって有利である。第１に、残留ビームは、レファレンスまたは“ファインダ”ビームとして使用することができ、このビームは、（弱く目で見ることは困難である）信号の空間的な場所を決定し、それによって散乱ビームの検出装置への整列を簡単にする。第２に、信号及び基準ビームの双方の存在は、信号ビームのヘテロダイン増幅を可能にし、弱い回折信号ビームに対して光学的に干渉し、“ビート”するように使用され、信号の増幅を生じる。第２図及び第３図は、入射プローブビームを反射するサンプルを示し、伝達サンプルを監視することを示すが、励起、プローブ及び信号ビームの相対形状は、このようなサンプルと同様である。
第４図Ａ及び第４図Ｂを参照すると、光学変調装置の第１のマスクのパターン化された領域68は、入射励起領域とき相互作用し、励起サブビームの複数オーダーを生じ、この励起サブビームの複数オーダーは、サンプルに空間的に変化する光学領域を発生する。好ましい実施例において、パターン化された領域68は、各々が、隣接する透明な領域72によって互いに分離されている幅76を有する等間隔で交互に配置された不透明領域70からなる。例えば、マスクの変調領域70は、励起及びプローブレーザ波長に対して透明であるガラス基板に薄い金属フィルムのような吸収材料を溶着することによって形成された一連の不透明なラインから成る。この“矩形波”伝達輪郭を有するマスクは、理論では空間的な周波数成分の無限数を含み、無限数のオーダーを生じ、各オーダーの強度は次のように表され、
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ここで、λは光の波長、ｐ＝sinθであり、ここでθは、回折角度であり、ｎは回折オーダー、ｄは、不透明な領域の幅、ｓは、これらの領域を分離する距離である。複数のオーダーが現れる。なぜならば、マスクの矩形波のパターンのフーリエ分解は、正弦波高調波の無限の加法連続を生じ、スペース74の逆に等しいシリーズの基本周波数を有する。
別の案として、マスクの変調領域70は、励起領域の位相を空間的に変調するように透明領域72に関して異なる厚さを有するように製造される。例えば、もし、パターン68の領域70がその厚さが隣接領域72の厚さ未満のλ/2であるようにエッチング処理される場合には、領域70を通って進む円筒形に焦点が合わせられた励起スポットの部分は、マスクを通って次に伝搬する励起領域の隣接部分に関して位相πだけずれる。領域の強度がマスクによって減衰されないから、励起領域を変調することが望ましい。
振幅及び位相変調マスクは、励起領域を複数のサブビームに回折する。一旦サンプルに再び組み込まれるとき、励起サブビームは、光学干渉パターンを生じ、このパターンにおいて、光学的な強度パターン80の光領域82（または別の例では暗い領域84）の空隙的な距離86は、パターン化された領域68の空隙74、及び上述したように像形成装置の焦点及び形状特性の関数である。
通常、パターン68の領域70の空隙74は、光領域80の波長の１乃至1000の間の値であり、通常その空隙は、１と100ミクロンの間である。１つのマスクは、複数のパターンを有し、各パターンは、光変調領域70の間に異なる空隙74を有し、異なる波ベクトルを有する励起領域に対応する。好ましくは複数のパターンはできるだけ接近して配置されることが好ましく、典型的なビーム形状において、個々のパターンは、約300乃至700ミクロンの間の距離によって分離されることが好ましい。変調領域の幅76は、通常、分離距離74の約0.2乃至1.5倍の間である。
サンプル内の複数の音響モードを励起することが望ましい場合において、各モードが分離したよく定義された波ベクトルを有することによって、マスク上のパターン化された領域は、複数の低周波の空間的な周波数成分（すなわち、矩形波の縁部を構成するために使用されるものとは別の周波数）を含むように製造される。例えば、マスクは、複数の矩形または正弦波を有し、各々は、異なる周期性を有する。このパターンを有する励起領域は、複数モードを励起して、１つの励起パルスを使用してサンプルの散乱（すなわち、波ベクトル従属）特性を決定することができる。
パターン68の変調領域70の形状は、矩形波の輪郭を有する必要はない。例えば、パターンはｚ方向に沿って正弦波状に変化する。波の形状の鋭い縁部を構成するために無限の数の空隙周波数を必要とする矩形波パターンに対して、この形状は、正弦波の空間周波数に等しい１つの周波数成分のみを含む。正弦波のパターンによって回折される領域の強度は、DC成分（すなわち、ゼロ番目）と＋１及び−１回折オーダーとの間で主に配分される。従って、この実施例において、入射励起領域の大きな部分は、第１のオーダーの励起サブビームに集中される。
他の実施例において、各々が異なる空間周波数を有する複数のマスクは、ｚ軸に沿って順に積み重ねられ、複数の励起波ベクトルを含む光学領域を発生するように使用される。さらに、一連の同心円のリングのような他のパターンもマスク上に含まれ、サンプル上に像が形成される。
振幅及び位相マスクのパターンの領域は、化学蒸気溶着、FR及びマグネトロンスパッタリング技術及び標準のマイクロリトグラフ（すなわち、フォトーリトグラフ）のような当業者によく知られた溶着技術を使用して製造される。これらの方法は、例えば、1988年、WayneM.Moreuによる半導体リトグラフ：原理：実施：及び材料及びMarkD.Levinson,によるフォトリトグラフ用のウエーブフロントエンジニアリングにおいて述べられており、この内容は参照によりここに組み込まれている。また矩形及び正弦波のパターンのマスクは、例えばサインパターンまたはアプライドイメージ社から市販されている。例えば、位相変調マスクは、上述した参考例に説明したようにこの技術分野で知られたガラスエッチング技術を使用して形成される。
励起及びプローブビームが第１のマスクのパターン化された領域から回折されると、第２のマスクは、回折領域を空間的に濾波し、サンプル上に像が形成される回折オーダーの選択を可能にするように使用される。第５図Ａ及び第５図Ｃを参照すると、図面の座標軸によって指示される分岐サブビームの光学強度は、ｚ軸に沿った分岐の関数として変化する。この図面は、第１のマスクから適当に離れた平面に沿って測定された回折励起及びプローブのサブビームの空間的な強度輪郭を表し、それによって、回折オーダー及び各回折オーダー内のサブビームとの完全な分離を可能にする。回折領域の空間的なDC成分を表す励起及びプローブサブビームの双方のゼロ番目の回折したオーダー100,102は、回折マスクとの相互作用の後に分岐せず空間的に重複したままである。ブラケット104及び104′によってそれぞれ指示された＋１及び−１のオーダーは、＋１及び−１プローブ106,106′及び励起サブビーム108,108′とを含む。DC成分100,102と矢印103,105によって指示された＋１及び−１のオーダーのプローブサブビームとの間の分離は、マスクのパターンの形状、励起及びプローブ領域の波長及び回折領域とマスクとの平面の間の関数である。回折マスクのパターンが複数の回折オーダーを発生するように構成されている場合（すなわち、矩形波回折パターン）、プローブ110,110′及び励起112,112′のサブビームは、ブラケット114及び114′によってそれぞれ指示される＋２及び−２の回折オーダー内に存在する。大きな回折オーダーであるが、可能なオーダーは図面には示さない。回折パターンを空間的に濾波し、例えば、一対の回折オーダーを選択する伝達機能を有するように選択される。第５図Ｂ及び第５図Ｃを参照すると、＋１及び−１の回折オーダーの選択を可能にするマスクは、非伝達性領域120,122,122′を有し、この領域は、DC及び高いオーダーの回折成分を阻止して、これらのサブビームがサンプルに伝わることを防止する。伝達領域124,124′は、各々が励起108,108′及びプローブ106,106′サブビームを含む４つのビーム、すなわち、＋１及び−１オーダー104,104′がサンプル上に伝達することができるように配置される。実施例において、第２のマスクの非伝達領域は、金属またはプラスティックプレートのような吸収または反射基板から成り、伝達領域は、基板が除去される開口部から成る。
矢印126によって指示される第２のマスクの伝達領域の幅は、選択された回折オーダーの励起及びプローブサブビームの双方を通過することができるように選択される。この幅は、回折励起及びプローブサブビームの累積的な空間的な延びに依存し、前述したように、励起及びプローブ領域の波長、回折パターンの変調領域の空隙、及び分散領域と第１のマスクとの間の分離によって決定される。通常、伝達領域は、0.5と2.0cmとの間の幅を有する。
動作中に、第１のマスクの回折パターン領域は、第２のマスクの空間的な濾過パターンに関して整列し、２つのマスクは、垂直方向に協働して移動することが好ましく、異なる励起領域の迅速な自動調整を可能にする。マスクは、回折及び濾波パターンが同じ高さに整列し、装置の光学軸線に沿って対照的に配置される。例えば、２つのマスクは、機械的な移動段階に取り付けられ、この位置は、手動によりまたはモーターによる駆動体及びコンピュータを使用することによって制御することができる。このようにデータは、バルク及び薄いフィルムのサンプルの散乱曲線に沿った種々の点を決定するように多数の波ベクトルでとられる。別の案として、光学変調装置の部品の数を低減するために、双方のマスクは、１つの基板の上に形成することができる。例えば、回折する、空間的に周期的なパターンが１つのガラスプレートの表面に形成され、空間的な濾波パターンを反対面に形成することができる。この場合において、回折及び濾波パターンが上述したように互いに関して配置され、基板は、空間的な濾波表面に当たる前に回折されたサブビームを適当に分散することができるように十分に厚くなければならない。
データが特定の波ベクトルについて収集され、マスクは、新しい回折濾波パターンを新しい波ベクトルで励起領域を発生するために使用され、データ収集方法が繰り返されるように移動する。別の例として、いくつかの明確な空隙周波数を含む１つのパターンは、入射励起ビームを変調するために使用され、領域の所望のフーリエ成分をサンプルに像の形成をするように選択するように第２のマスクが使用される。この実施例において、各々が異なる励起波ベクトルに対応する複数の励起及びプローブビームは、第１のマスクによって回折され、サンプル上で再び組み合わせられ、検出及び分析される複数の信号ビームを発生するように使用される。これは、１つの励起プローブイベントの間、サンプルの全体の分散が決定することができるようにする。光変調装置と共に使用される光学源及び検出電子装置は、J.A.Rogers等,J.Appl.phys.75:1（1994）及びA.RDuggal等,U.S.S.N07/910,762に示されており、その内容は参照によりここに組み込まれている。要するに、（例えば、ISTSまたはISBSを使用して）サンプル内での材料の動きを瞬間的に発生するために、励起ビームがパルス状に発生され、Ｑスイッチ、モードロックまたはその双方である光源を使用して発生される。励起領域のパルス間隔は、フィルム内の材料の動きを瞬間的に刺激するのに十分に短くなければならない。例えば、音響的なプロセスを励起するために、出力パルスは、100ピコセコンドと５ナノセコンドとの間の間隔を有することが好ましい。出力パルスのエネルギーは、0.1と５ミリジュールとの間が好ましい。さらに、パルスの繰り返し速度は、（必要なとき）適当なデータの平均が可能になるように十分に早くなければならないが、レーザショットの間のサンプルの熱特性が回復することができるように十分に小さくなければならない。好ましくは、繰り返し速度は、１と2000Hzとの間であり、速度は、異なるタイプのサンプルのために調節される。薄いポリマーフィルムのような容易に損傷を受けるサンプルにおいて、励起レーザの繰り返し速度を減少することが好ましい。
励起状態のトランジェント格子（例えば、エレクトロンホールの対、または他の励起子スペシズ）をつくるために、励起ビームの搬送周波数は、サンプルによって吸収されるようなものである。もし励起波長がサンプルの吸収エネルギー以下である場合には、ビームは、基本周波数の高いオーダーの高調波（例えば、二次または三次のオーダーを発生するために使用することができる周波数−ダブルまたはトリプルクリスタルのような１つまたはそれ以上の非リニヤ光学装置を通過する。別の案として、もしサンプルが光吸収に依存しない機構（例えばISRSまたはISBS）を使用して励起されるならば、励起光はサンプルによっては吸収されない。
一旦励起されると、サンプルの時間従属特性は、プローブビームの時間従属回折を監視することによって記録され、この時間従属特性は、平坦な強度の輪郭で目視可能な周波数領域（例えば、514nm）で0.1と１ワットの間を生じる連続的な波（cw）のシングルモードレーザから引き出されることが好ましい。ある実施例において、数百マイクロ秒にわたって生じる）サンプル内で誘導されるトランジェント格子の全体時間の従属性を測定するために、良好に画定されたプローブの波形は、プローブの波形の存続期間及び形状の双方を制御する光変調器でcwプローブを電気光学的に変調することによって発生される。好ましくは、この場合において、矩形波を有するプローブパルスが発生される。波の形状は、フィルム内での時間従属的な動きよりもわずかに長い時間間隔を有する。好ましくは、パルスは、１乃至100マイクロ秒のオーダーのトランジェント存続期間を有する。別の例として、約100nsより大きいパルス存続期間を生じるレーザは、プローブレーザとして使用される。この場合において、パルスはサンプルと相互作用する前に、二重または三重にされる。他の実施例において、回折信号は、DuggalらのU.S.S.N.07/910,710号に示されているようにパルスプローブビームを使用して一点毎のベースでマップアウトされる。
サンプル内でのトランジェント格子から回折されたプローブフォームは、時間分解光検出器で検出することが好ましい。これは、１つのプローブの波の形でフィルムの励起領域の時間従属全体を測定することができる。特に弱い信号の場合、検出器の光作動領域に回折ビームの焦点を合わせるためにレンズが使用され、それによって信号の強度が増大する。特にノイズがあって弱い信号の場合、高速増幅器のような信号改善電子装置が光検出器と組み合わせて使用される。一点毎のベースで検出された信号において、長い時間の定数を有する光検出器は、光誘導信号を発生するために使用される。
Nd:YAGレーザ以外の光源は、フイルムを光学的に励起するために使用される。適当なレーザは、Nd:YLF,イオン（例えば、アルゴン及びクリプトン）、Ti:サファイア、ダイオード、CO2、ホルミウム、エキアイマ、ダイ、及び金属蒸着レーザを含む。同様にcwアルゴンイオンレーザはプローブレーザとして使用される。他のレーザーは、ダイオード及びクリプトンイオンレーザを含む。プローブビームを発生するために使用されるパルス光源は、ＱスイッチNd:YAG,Nd:YFL,Ti:サファイヤ、ダイオード、CO2、ホルミウム、エキサイマ（excimer）、ダイ、及び金属蒸気レーザを含む。
ここに説明された方法及び装置で監視されたサンプルは、金属または半導体のような固体、薄いフィルム（例えば、ポリイミド、半導体または金属フィルム）、液体、時間従属性の材料の動きを示す表面または他のサンプルである。これらのサンプル内で決定することができる材料の特性は、機械的、弾性（深さー従属及び／または異方性の）回折、接着ベース、熱（例えば、熱回折）及び音響波の干渉に関連して粘性特性を含む。さらに、電子リラクセーション寿命、電子ホールリコンビメーション時間、励起子寿命、及びバイ励起子寿命は、例えば、金属及び半導体のサンプルで決定される。
バルク装置において、音響特性の散乱によって、決定すべき機械的（例えば、バルクまたはシェア）な周波数依存性を決定することができる。さらに、熱拡散動力学の測定によってバルク装置の熱拡散を決定することができる。薄いフィルム装置において、音響情報は、接着の度合いの決定、剥離特性、及び弾性、シェア、及び長手方向の単位、並びにこれらの特性の異方性を得ることができる。薄いフィルムの深さ従属特性及び残留応力を決定することができる。
次の例はバルク及び薄いフィルムサンプルのトランジェント動きを生じ及び測定するために光学変調装置の使用の例である。
例
シリコンの基板に接着された薄いポリイミドフィルムの材料の動きは、ここに述べた光学変調装置を励起ビームを通すことによって測定される。励起の後、格子のトランジェント動力学は、分離した光装置を使用してサンプルに送られたプローブビームを使用して監視される。
報告されたデータにおいて、フィルム内の波案内ガイドは、Ｑスイッチ、モードロック及び空洞干渉、Nd:YAGレーザを使用して励起される。出力パルスは、１ミリジュールのエネルギー、1064nmの波長、100psのパルス持続時間及び1kHzまでの繰り返し速度を有する。このレーザからの光は、まず減衰され、次に、リチウムトレボレート（LBO）結晶を通されて532nmの光を生成し、これは、βバリウムボレイト（BBO）結晶内でレムナント1064nmの放射と混合され、355nmでほぼ20マイクロジュールの励起パルスを生じる。この光は、フィルムの励起について使用される−１マイクロジュールのパルスまで減衰される。
励起パルスは、15cmの焦点距離を有する円筒形レンズを使用してマスクのパターン化された領域に焦点が合わせられ、約1cm（ｚ方向）×300ミクロン（ｘ方向）のビーム寸法を生成する。励起ビームの振幅のパターン化された領域の許容変調は、透明領域によって間隔が空いた交互に配置された光吸収領域から成り、矩形波の空間的な輪郭を有するパターンを生じる。パターン化された領域において、光吸収領域は、６ミクロンの距離だけ間隔を置き、各領域は６ミクロンの幅を有する。この同じマスクの第２のパターン化された領域の光吸収領域は、12ミクロンの距離間隔を置いており、各領域は12ミクロンの幅を有する。第２のマスクは、第１のマスクから2cmの距離だけ間隔を置いており、回折された励起サブビームを空間的に濾波するように連続した２つの矩形を含む。第１の連続した開口部において、伝達領域は、1cm2の面積を有し、4cmの距離離れている。第２の連続した伝達領域において、1cm2の面積を有し、2cmの距離だけ間隔を置いている。
サンプル上にマスクの空間的なパターンの像を形成するために使用される像形成装置は、20cmの焦点距離を有する１つのレンズから成る。このレンズは、40cmの距離だけ第１のマスクから離れている。画像形成装置は、サンプルから40cmだけ移動される。この画像形成装置及び２つのマスクを使用する励起サブビームの再組み合わせは、マスクのパターン領域の空間周波数に等しい波ベクトルを有するサンプルで光学的な励起パターンを空間的に変化させる。
フィルム内の動きは、誘導トランジェント格子と空間的に重複するプローブパルスの時間従属回折を監視することによってリアルタイムで記録される。プローブパルスは、約150nsの持続時間を有し、ＱスイッチNd:YAGレーザから誘導される。サンプルを照射する前に、532nmの波長に対して周波数が２倍にされる。プローブビームは、トランジェント格子上に15゜の角度で100ミクロンの直径を形成する。プローブビームの回折成分は、迅速増幅型光ダイオード（アンテル;2GHzのバンド幅）で測定される。次に光誘導信号は、トランジェントディジタイザ（Tectronics  DSA  602A;1GHz  バンド幅）に送られ、分析用のディジタル信号の発生を生じる。フォトダイオード及びトランジェントディジタイザの組み合わせは、フィルムの振動及び緩和運動を監視する1GHの帯域幅のウインドウを形成する。
データは、２つのマスク、20のレーザショット上の信号平均、第１の組のパターンを通って励起ビームを通過させ、励起ビームが、第２の組のパターンによって変調されるように機械的にマスクを調節することによって発生される。
第６図A,第６図Ｂを参照すると、上述した光学装置を使用してシリコンバウンドポリイミドフィルムから取られる典型的なデータは、測定信号の時間従属的な性質を表す。データの振動性成分は、励起波のガイドモードのコヒーレントな周期的な動きによる。２つのデータ走査の間の周波数の差は、異なる波ベクトルを有するフィルムの励起による。次の振動の振幅の減少として（数百ナノ秒の後）データに示すこれらのモードの減衰は、粘性の喪失による。丁度19秒の時間間隔の間に調整された異なる励起波ベクトルでとられる２つのデータ走査は、光学的な変調装置が非常に迅速に励起パターンの波ベクトルを変化させるように光学変調装置を使用することができ、大きな信号対ノイズ比を有するデータを発生するために追加して使用することができる。
別の実験において、上述した第１及び第２のマスクは、室温で液体ザロールの応答を監視するために励起及びプローブビームを連続的に変調するために使用される。この場合において、上述したNd:YAGレーザからの基本的な周波数を使用してバルク（すなわち、厚い格子レジメにおいて）を通って光学的に励起される。トランジェント格子は、シングルモードのアルゴンイオンレーザ（Lexel  3500）からの出力を使用して調べ、平坦な強度輪郭で514nmで１ワットを生じる。この出力は、電気光学変調（Conopyics380）であり、100マイクロ秒のトランジェント幅を有する矩形パルスを生じる。信号ビームは、光検出器及びトランジェントデジタイザを使用して検出される。この実施例において励起及びプローブビームは、回折及び空間的なフィルタマスクで変調する前に、同一直線上に配置され、1:1の像形成光学装置（すなわち、Ｍ＝１）が使用され、それによって、位相合致基準がプローブビームによって満足されることを保証する。
第７図Ａ及び第7B図を参照すると、６ミクロンの幅、及び６ミクロン離れた増幅変調領域６を有する第１のマスクを使用して２組のデータが発生される。回折ビームを濾波するために使用される第２のマスクは、２つの開口部を有し、各々は、1cm2の面積を有し、4cmの距離だけ離れている。第１のマスクのパターンの第１のオーダーの回折成分は、サンプル上に像が形成され、６ミクロンの空間的な周期性を有する正弦的に変化する励起領域分野を形成する。回折信号は短い（すなわち、600ns;第７図Ａ）及び長い（すなわち、110ミリ秒；第７図Ｂ）の間に測定される。
データ走査の大きな信号対ノイズ比は、マスクを使用してブラグ角度を正確に設定することを示す。（もし、プローブがブラグ角度で入射しなければ、回折信号は測定するためには弱くなる。）この実験において、信号ビームに重複される残留プローブサブビームは、信号が光検出器に容易に整列することができるようにファインダビームとして使用される。前述したようにデータのコヒーレントな振動は、サンプルの誘導音響プロセスによるものであり、長時間のエクスポテンシャルな遅れは、熱拡散によるものである。他の実施例は本発明の次の請求の範囲内にある。
【図５Ｂ】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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