(57)【要約】  本発明は、電磁放射に対して透明な材料の電気光学特性を測定しその２次元マッピングを行うための方法において、実質的にコヒーレントで単色の電磁ビームを再生する第１のステップＡと、電界を受け、分析される透過材料上にビームを投射する後続のステップＢと、干渉測定システム５によって前記ビームを処理する後続のステップＣと、前記干渉測定システムから出るビームを検出する後続のステップＤとを含む方法であって、ステップＢの投射が、干渉測定システム５から出るビームを２次元的に検出するのに適した装置７によって実施されるものに匹敵する２次元断面を有するまでビームが拡大されるように実施されることを特徴とする方法に関する。本発明はまた、本発明による方法で使用される、電界を材料に印加するための、液体電極を使用するセル、及びそのような方法を実施する機器に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁放射線を通す透過材料の電気光学特性を測定しその２次元マッピングを行うための方法において、
実質的にコヒーレントで単色の電磁ビームを再生する第１のステップＡと、
電界を受け、分析される前記透過材料上に前記ビームを投射する後続のステップＢと、
干渉測定システム（５）によって前記ビームを処理する後続のステップＣと、
前記干渉測定システムから出る前記ビームを検出する後続のステップＤと
を含む方法であって、ステップＢの前記投射が、分析される前記材料（１０）の寸法に匹敵する２次元断面を有するまで前記ビームが拡大されるように実施され、前記検出ステップが、前記干渉測定システム（５）から出る前記ビームを２次元的に検出するのに適した装置（７）によって実施されることを特徴とする方法。
【請求項２】
Ｂ．１  ステップＢ中で、前記電磁ビームを、一方の部分（Ｏ）が前記材料を透過し、他方の部分（Ｒ）が妨げられないで進むように、２つの部分に分割するステップと、
Ｃ．１  ステップＣ中で、前記干渉測定システム（５）の再結合要素（５ａ）上で前記２つのビーム（Ｏ、Ｒ）を再構成するステップと、
Ｅ．ステップＤに続いて、２次元画像の表現である前記検出される電磁ビームから、前記妨げられない電磁ビーム（Ｒ）の位相変化に対する前記材料（１０）を透過した前記電磁ビーム（Ｏ）の位相変化を得るステップと、
Ｆ．ステップＤに続いて、いくつかのＰ時間において、前記印加される電界の値を変化させ、前記諸ステップを繰り返すステップと、
Ｇ．前記参照ビーム（Ｒ）に対する前記検出される電磁ビームの前記２次元画像の各点ごとの位相遅れに基づいて、印加される電圧の差の値から、ステップＡの前記電磁ビームの波長で分析される前記材料（１０）の屈折率の値から、検討中の前記材料（１０）の前記２次元電気光学特性を計算するステップと
をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
分析される前記透過材料（１０）が、非中心対称結晶であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記２次元電気光学特性を検出する前記材料（１０）の表面に垂直な寸法が、５ｍｍ未満の厚さを有することを特徴とする、請求項１から３までのいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記２次元電気光学特性を検出する前記材料（１０）の表面に垂直な寸法が、０．５ｍｍ未満の厚さを有することを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記検出されるビームが、ステップＥで、検討中の前記材料（１０）の平面上で物体ビーム（Ｏ）の位相プロファイルを再構築するのを可能にするデジタル・ホログラフィのアルゴリズムによって分析されることを特徴とする、請求項１から５までのいずれかに記載の方法。
【請求項７】
デジタル・ホログラフィのアルゴリズムが、
前記検出される干渉画像を、Ｎ・Ｍ値のアレイＨ（ｎ・Δｘ，ｍ・Δｙ）で記述されて信号強度のいくつかのＶｒ値から構成されるデジタル化インターフェログラムに変換するステップであって、ｎ及びｍが整数、Δｘ及びΔｙがそれぞれｘ及びｙ軸に沿ったサンプリング間隔、並びに（Ｎ・Δｘ）（Ｍ・Δｙ）が前記取得されたホログラムの面積であるステップと、
前記デジタル化ホログラムＨ（ｎ・Δｘ，ｍ・Δｙ）に前記参照ビームＲ（ｎ・Δｘ，ｍ・Δｙ）のデジタル化複製を乗算し、それによって関係
Ｈ（ｎΔｘ，ｍΔｙ）・Ｒ（ｎΔｘ，ｍΔｙ）＝Ｒ｜Ｒ｜２＋Ｒ｜Ｏ｜２＋ＲＲ＊Ｏ＋ＲＲＯ＊
を得るステップと、
それが検出される平面から分析される材料が置かれる平面までの画像を、フーリエ変換で表されるフレネル積分の離散公式化、即ち
【数１】
2007529739.tif 000011
（ただし、λは光源の波長、Ａは複素定数、ｎ、ｍ、ｌ、ｋは整数（−Ｎ／２＋１＜ｎ，ｌ＜Ｎ／２且つ−Ｍ／２＋１＜ｍ，ｋ＜Ｍ／２）、ＤＦＴは離散フーリエ変換、Δｘ及びΔｙは前記インターフェログラムのサンプリング間隔、ｄは前記検出装置の平面と前記観測平面の間の距離、そして最後に、Δξ及びΔηは前記観測平面内の空間サンプリング間隔を表し、Δξ＝λｄ／ＮΔｘ及びΔη＝λｄ／ＭΔｙで定義される）を用いた、フレネル近似における回折積分の数値計算によって、再構築するステップと、
式
【数２】
2007529739.tif 000012
に従う位相差を計算するステップと
に従って、フレネル近似における回折積分の数値計算を使用することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
電気光学パラメータｒ’１３が、式
【数３】
2007529739.tif 000013
によって、各ピクセルごとに計算されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記デジタル化ホログラム・アレイの処理ステップと、前記第１のステップで処理された前記デジタル化ホログラムに基づき複素平面内で再構築を行うステップとを含み、前記再構築ステップにおいて、Ｖｅ値のアレイに基づき、前記ホログラフィック画像の基本ピクセルと同じ数に対応する信号強度値の前記Ｖｒ値を含む離散フレネル変換が実施され、そのピクセル・サイズが前記ホログラフィック画像サンプリング間隔に等しく、且つその他のものに等しいサイズのピクセルと同じ数に対応する定数値の整数ｐ＝Ｖｅ−Ｖｒ＞０がＯＳに等しいことを特徴とする、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ｐ定数値が、ヌル値（ＯＳ＝０）であることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ｐ値が、前記Ｖｒ値のアレイに合わせて外部的に定められることを特徴とする、請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ｐ値が、対称に定められることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ｐ値が、非対称に定められることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記いくつかのＶｅ値が、前記再構築画像に関して得られる前記所望のピクセル・サイズに逆比例することを特徴とする、請求項９から１３までのいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記デジタル化ホログラムが、Ｖｒ＝Ｎｒ・Ｍｒ値の方形アレイであり、各値がサイズΔｘ、Δｙの方形ピクセルに対応することを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
前記第２のステップで再構築された前記ホログラムが、Ｖｅ＝Ｎｅ・Ｍｅ値の方形アレイによって表され、各値が、サイズΔξ＝（λｄ／ＮｅΔｘ）及びΔη＝（λｄ／ＭｅΔｙ）の方形ピクセルに対応し、λが、前記ホログラムが記録される前記物体に当たる前記波動ビームの波長であり、ｄが、前記検出装置と前記ホログラムが検出される前記物体の間の距離であり、Δξ及びΔηが、前記再構築ホログラフィック画像サンプリング間隔であることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
Ｎｅ＝（λｄ／Δｘ２）、Ｍｅ＝（λｄ／Δｙ２）、Δξ＝Δｘ、Δη＝Δｙであることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２のステップの後、各ホログラフィック画像サンプリング間隔が等しくない場合又はあるしきい値未満の場合、前記デジタル化ホログラム・アレイに追加された値ｐの数が増加され、前記第２のステップが再度実行されることを特徴とする、請求項９から１７までのいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記しきい値が、前記ホログラフィック画像の信号対雑音比の関数であることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
電界を材料（１０）に印加するためのセル（６）において、請求項１から１９までのいずれかに記載の方法で使用されるべきであり、供給手段（８）に接続可能な２つの液体電極を備えるセルであって、
少なくとも２つの別々のアクセス（１５’、１５”）から液体電極を受け入れるのに適したチャンバと、前記材料を固定するためのシステムとを備え、前記チャンバ及び前記材料を固定するための前記システムが、前記材料（１０）を固定することにより、第１及び第２の分離された電極チャンバ（１４’、１４”）が作成されるようになっており、それぞれが、液体電極用に前記少なくとも２つのアクセス（１５’、１５”）のうちの少なくとも１つを備えており、前記第１及び前記第２の電極チャンバ内の前記液体電極が、それぞれ前記第１及び第２の電極チャンバを区切る両側の表面で前記材料に接触することを特徴とするセル。
【請求項２１】
前記材料を固定するための前記システムが、電気的に中性であることを特徴とする、請求項２０に記載のセル。
【請求項２２】
前記固定システムが、絶縁材料でのシール手段（１２）を備えることを特徴とする、請求項２１に記載のセル。
【請求項２３】
前記材料がゴムであることを特徴とする、請求項２２に記載のセル。
【請求項２４】
前記固定システムが、前記第１電極チャンバ（１４’）の一部分及び前記第２電極チャンバ（１４”）の一部分を区切ることを特徴とする、請求項２１から２３までのいずれかに記載のセル。
【請求項２５】
前記電磁放射の少なくとも一部分がその通過において前記セル（１００）及び前記材料（１０）を横切ることができるように、前記材料（１０）に対する電磁放射のための少なくとも２つのアクセス（１１’、１１”）を備えることを特徴とする、請求項２０から２４までのいずれかに記載のセル。
【請求項２６】
前記電磁放射が、光領域内であることを特徴とする、請求項２５に記載のセル。
【請求項２７】
電磁放射のための前記アクセス（１１’、１１”）が、石英製であることを特徴とする、請求項２５及び２６に記載のセル。
【請求項２８】
前記液体電極が、水及びイオンの溶液を備えることを特徴とする、請求項２０から２７までのいずれかに記載のセル。
【請求項２９】
前記供給手段（８）が、高圧供給器を備えることを特徴とする、請求項２０から２８までのいずれかに記載のセル。
【請求項３０】
透過材料の電気光学特性を測定し２次元マッピングを行うための機器において、
コヒーレント及びシングルモード電磁ビームの光源（１）と、
前記ビームを伝達し投射するシステム（２、３、４）と、
前記投射された電磁ビームを処理する干渉測定システム（５）と、
前記干渉測定システムから出る前記電磁ビームを検出するための装置（７）と、
前記検出される電磁ビームに関連する情報を処理するための処理ユニット（９）と
を備える機器であって、分析される前記材料（１０）を配置する必要のあるセル（６）をさらに備え、前記セル（６）及び前記材料（１０）が前記投射された電磁ビームの少なくとも一部分を透過可能であり、前記セル（６）が前記材料（１０）中で電界を作成するのに適していることを特徴とする機器。
【請求項３１】
請求項１から１９までのいずれかに記載の方法中のステップＡからＧまでを実施することを特徴とする、請求項３０に記載の機器。
【請求項３２】
前記電界が均一であることを特徴とする、請求項３０又は３１に記載の機器。
【請求項３３】
前記セル（６）が、請求項２０から２９までのいずれかに記載のセルであることを特徴とする、請求項３０から３２までのいずれかに記載の機器。
【請求項３４】
前記電磁ビームが、前記光源（１）から前記ファイバ結合システム（２）を介してシングルモード偏光維持ファイバ（３）中を導かれることを特徴とする、請求項３２又は３３に記載の機器。
【請求項３５】
前記電磁ビームが、その少なくとも一部分が前記セル（６）を透過するように、前記干渉測定システム（５）に向けられていることを特徴とする、請求項３２から３４までのいずれかに記載の機器。
【請求項３６】
前記電磁ビームが、前記シングルモード偏光維持ファイバ（３）の端部から、前記ビームの一方の部分（Ｏ）が前記セル（６）中の前記材料（１０）を透過し、もう一方の部分（Ｒ）が妨げられずに前記干渉測定システム（５）に到着するように、前記電磁ビームを前記干渉測定システム（５）に向ける放物面鏡（４）に向かって放射されることを特徴とする、請求項３５に記載の機器。
【請求項３７】
前記放物面鏡（４）が、前記電磁ビームを平行にし、前記材料（１０）の寸法に匹敵する寸法まで拡大するように、前記シングルモード偏光維持ファイバ（３）の前記端部（３’）から距離をおいたところに配置されることを特徴とする、請求項３６に記載の機器。
【請求項３８】
前記干渉測定システム（５）が、波面分割干渉計を備えることを特徴とする、請求項３０から３７までのいずれかに記載の機器。
【請求項３９】
前記電磁ビームのうちの前記材料（１０）を透過した前記部分（Ｏ）が当たる前記干渉測定システム（５）が、回折格子（５ａ）を備えることを特徴とする、請求項３５から３８までのいずれかに記載の機器。
【請求項４０】
前記干渉測定システム（５）が、前記電磁ビームのうちの前記材料（１０）を透過しなかった前記部分（Ｒ）が当たる調整可能支持体の上に装着された平面鏡（５ｂ）を備えることを特徴とする、請求項３５から３９までのいずれかに記載の機器。
【請求項４１】
請求項３９に従属する場合には、前記ミラー（５ｂ）が、前記電磁ビームが前記回折格子（５ａ）に向け直されるように制御されることを特徴とする、請求項４０に記載の機器。
【請求項４２】
前記処理電子ユニット（９）が、前記調整可能支持体を制御するのに適した信号を生成することを特徴とする、請求項４０又は４１に記載の機器。
【請求項４３】
前記処理電子ユニット（９）が、前記光源（１）及び／又は前記材料（１０）に印加される電界によって前記コヒーレント光の放出を制御するのに適した信号を生成することを特徴とする、請求項３０から４２までのいずれかに記載の機器。
【請求項４４】
前記電磁ビームの前記検出装置（７）が、電磁放射の検出器の２次元アレイであることを特徴とする、請求項３０から４３までのいずれかに記載の機器。
【請求項４５】
前記検出装置（７）が、ＣＣＤカメラであることを特徴とする、請求項４４に記載の機器。
【請求項４６】
前記処理ユニット（９）が、請求項１から１９までのいずれかに記載の方法のステップＥ及び／又はＧによるデータを処理することを特徴とする、請求項３０から４５までのいずれかに記載の機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明物体の電気光学特性の２次元マッピングのための方法、そのような方法で使用される、電界を物体に印加するためのセル、及び関連する機器に関する。
【０００２】
より詳細には、本発明は、透明物体の電気光学特性を判定するための、またその２次元マッピングのための方法に関する。この方法は、特に、電界に対するそれらの応答の均一性を知りたい物体及びデバイス、並びに、異なる電気光学構造をもつ構造を有しており、その２次元マッピングを知りたい物体に適用される。本発明は、さらに、そのような透過材料を入れることができ、本発明の方法の必要性に即した電界をその中で生成するのに適しているセルに関する。最後に述べるが重要さはこれまで述べたことに劣ることなく、本発明は、特に本発明によるセルを使用して、本発明による方法を実施する機器に関する。
【背景技術】
【０００３】
例えば、対称の中心のない結晶といった材料が存在し、その中では、１次電気光学効果又はポッケルス効果と呼ばれる、直線電界によって誘導される複屈折が存在する。これは、電界に比例し、したがって、印加される電圧に比例する。
【０００４】
そのような結晶を透過する光ビームの遅延は、印加される電界によって自由に変化させることができる。これが、そのような結晶が、しばしば位相変調器、偏光変調器として、振幅変調器内で、光スイッチとして、また一般に光及びフォトニック装置（Ａ．Ｙａｒｉｖ、「Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ」、Ｗｉｌｅｙ  Ｅｄ．、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ  １９８８、を参照のこと）として使用される理由である。
【０００５】
この数年間、研究において、良好な電気光学効果を示すのに適した新しい結晶を生み出すために、多大な努力がなされてきた。そのような材料の開発により、既存の結晶のリストに新しい結晶が継続的に加えられている。したがって、結晶の電気光学特性を調べるために、信頼性が高く使いやすい、自由に使える高分解能技法を有することは、極めて興味深い。
【０００６】
科学及び産業の両分野における多数の用途では、十分な精度で、不均一な構造の電気光学特性、特にいわゆる電気光学係数を計測する必要があり、したがって、検討中の構造の多次元マップを有する必要がある。
【０００７】
例えば、フォトニックに関する結晶においては、結晶の強誘電偏光が、外部電界によって誘導される、強誘電分域のアラインメント又は「ポーリング」と呼ばれるプロセスによって反転される。そのようなプロセスは、結晶内部に、１次元、２次元、又は３次元に従って配置されるマイクロメータ又はサブマイクロメータの構造を生成する。この構造は、光放射とは異なるように相互作用する。このタイプの構造では、静止状態でも、例えば電界といった外部的に誘導された応力の状況下でも、入射光に対して結晶によって誘導される位相変化の知識がきわめて重要である。この構造は、１次元、２次元、又は３次元のいずれでもあり得るので、強磁性磁区の工学技術プロセスを経た結晶の位相応答の２次元又は多次元マッピングのための、自由に使える測定技法を有する必要が、現在ますます認識されている。同じ理由で、強誘電構造の形成を現場でモニタリングすることを可能にする技法が、現在必要とされている。
【０００８】
以下では、本発明者らは、１次電気光学効果又はポッケルス効果に焦点を当てることにする。しかし、本発明者らの述べることは、その他の電気光学特性（例えば、カー効果又は２次電気光学効果、圧電効果或いは、より適切には、反転圧電効果（電界中に置かれたときに、試料の形状及び／又は寸法の変化を扱う））にも有効であることが、明らかであるはずである。
【０００９】
電気光学特性を測定するために現在使用されている方法は局所タイプであり、試料の小さな区域だけを対象としており、分析された区域内の平均情報を提供する。
【００１０】
これまで、複屈折結晶中の電気光学係数を測定するために、いくつかの技法が提案されてきた。セナルモンタイプ（これに関しては、Ｐ．Ｃ．Ｌｅｍａｉｒｅ及びＭ．Ｐ．Ｇｅｏｒｇｅｓ、Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  ４、（１９９５）１８２〜１８７、Ｋ．Ｃｈａｈ、Ｍ．Ａｉｌｌｅｒｉｅ、Ｍ．Ｄ．Ｆｏｎｔａｎａ、及びＧ．Ｍａｌｏｖｉｃｈｋｏ、「Ｏｐｔｉｃｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  １７６」、（２０００）２６１〜２６５、を参照のこと）といった偏光測定もあれば、マイケルソン又はマッハ・ツェンダータイプの干渉計を使用することによる干渉測定もある。前者は単純な実験機器であるが、後者はより複雑な機器を使用する必要があり、振動に非常に敏感である。
【００１１】
この数年間、干渉測定タイプの技法では、多くの改良が行われてきており、測定における高感度を達成している。例えば、干渉計の分岐のうちの１つに電気光学変調器を含んでいるマイケルソン干渉計（Ｐ．Ｎｅｙ、Ａ．Ｍａｉｌｌａｒｄ、Ｍ．Ｄ．Ｆｏｎｔａｎａ、及びＫ．Ｐｏｌｇａｒ、「Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ｂ  １７」、（２０００）１１５８〜１１６５）が使用されてきた。この機器を用いると、参照変調器の位相偏移を測定することによって、結晶の静的電界の印加によって生じる位相偏移を補償する必要のある、光路の非常に小さな差を判定することが可能である。
【００１２】
最近提案されたのが、マッハ・ツェンダー干渉計に基づく技法であり（Ｐ．Ｄｅｌａｙｅ及びＧ．Ｒｏｏｓｅｎ、「Ｏｐｔｉｃｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ２１４」、（２００２）１９９〜２０６）、この技法は、新規のデータ処理システムのおかげで、機器を安定させることなく、良好な感度を有する測定を可能にする。
【００１３】
電気光学係数の精密測定のために、信号変調を伴う別の干渉測定方法が存在する（Ｊ．Ａ．ｄｅ  Ｔｏｒｏ、Ｍ．Ｄ．Ｓｅｒｒａｎｏ、Ａ．Ｇａｒｃｉａ  Ｃａｂａｎｅｓ、及びＪ．Ｍ．Ｃａｂｒｅｒａ、「Ｏｐｔｉｃｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  １５４」（１９９８）２３〜２７）。２つの干渉順序に従って位相が電子的に変化しながら、周波数変調の１次及び２次高調波の信号を得ることによって、良好な精度が達成される。
【００１４】
さらに、トワイマン・グリーン干渉計に基づく方法が開発されており（Ｘ．Ｙｉｎ、Ｑ．Ｐａｎ、Ｗ．Ｓｈｉ、及びＣ．Ｆａｎｇ、「Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  ４１」（２００２）５９２９〜５９３２）、この方法では、試料の電気光学効果によって生じる光路変化を補償するために、水晶の圧電効果を使用する。
【００１５】
別の手法（Ｊ．Ｋｏｏ、Ｃ．Ｌｅｅ、Ｊ．Ｈ．Ｊａｎｇ、Ｋ．Ｎｏ、及びＢ．Ｂａｅ、「Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ７６」（２０００）２６７１〜２６７３）によれば、垂直な直線偏光を備える２つのビームを用いる干渉計を使用することによって、電気光学係数が測定される。その場合、分析される試料に印加される電界が、干渉ビームの間の互いに異なる位相偏移を誘導する。
【００１６】
上記の測定は点測定であり、試料の厚さに基づいて統合される。その結果、そのような技法を２次元マッピングに拡張するには長い測定期間を要し、これは、異なる時間に実施される測定間の相関性に悪影響を及ぼす。これらの原因により、実施される測定動作は、遅く、高価で、あまり信頼性の高くないものとなる。
【００１７】
さらに、分析される試料に電界を印加するために、侵襲性であり、特定の高価な装置がないと実現が容易ではないことがわかっている透過性固体電極を堆積させることが一般的に行なわれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の目的は、上記の欠点を解決する、透過材料の電気光学係数を測定するための方法を提供することである。
【００１９】
また、本発明の目的は、本発明の目的である方法で使用するのに適している、材料に電界を印加するためのセルを提供することでもある。
【００２０】
本発明のさらに具体的な目的は、上記の欠点を解決する透過材料の電気光学特性を測定するための機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の具体的な主題は、
電磁放射を通す透過材料の電気光学特性を測定しその２次元マッピングを行うための方法において、
実質的にコヒーレントで単色の電磁ビームを再生する第１のステップＡと、
電界を受け、分析される透過材料上にビームを投射する後続のステップＢと、
干渉測定システムによって前記ビームを処理する後続のステップＣと、
前記干渉測定システムから出るビームを検出する後続のステップＤと
を含む方法であって、ステップＢの投射が、分析される材料の寸法に匹敵する２次元断面を有するまでビームが拡大されるように実施され、検出ステップが、干渉測定システムから出るビームを２次元的に検出するのに適した装置によって実施されることを特徴とする方法である。
【００２２】
本発明によれば好ましくは、この方法は、
Ｂ．１  ステップＢ中で、前記電磁ビームを、一方の部分が材料を透過し、他方の部分が妨げられないで進むように、２つの部分に分割するステップと、
Ｃ．１  ステップＣ中で、干渉測定システムの再結合要素上で２つのビームを再構成するステップと、
Ｅ．ステップＤに続いて、２次元画像の表現である検出される電磁ビームから、妨げられない電磁ビームの位相変化に対する材料を透過した電磁ビームの位相変化を得るステップと、
Ｆ．ステップＤに続いて、いくつかのＰ時間において、印加される電界の値を変化させ、諸ステップを繰り返すステップと、
Ｇ．参照ビームに対する検出される電磁ビームの２次元画像の各点ごとの位相遅れに基づいて、印加される電圧の差の値から、ステップＡの電磁ビームの波長で分析される材料の屈折率の値から、検討中の材料の２次元電気光学特性を計算するステップと
をさらに含む。
【００２３】
本発明によれば好ましくは、分析される前記透過材料が、非中心対称結晶である。
【００２４】
本発明によれば好ましくは、２次元電気光学特性を検出する材料の表面に垂直な寸法が、５ｍｍ未満の厚さを有する。
【００２５】
本発明によれば好ましくは、２次元電気光学特性を検出する材料の表面に垂直な寸法が、０．５ｍｍ未満の厚さを有する。
【００２６】
本発明によれば有利には、前記検出されるビームが、ステップＥで、検討中の材料の平面上で物体ビーム（物体波）の位相プロファイルを再構築するのを可能にするデジタル・ホログラフィのアルゴリズムによって分析される。
【００２７】
本発明によれば好ましくは、デジタル・ホログラフィのアルゴリズムが、
検出される干渉画像を、Ｎ・Ｍ値のアレイＨ（ｎ・Δｘ，ｍ・Δｙ）で記述されて信号強度のいくつかのＶｒ値から構成されるデジタル化インターフェログラムに変換するステップであって、ｎ及びｍが整数、Δｘ及びΔｙがそれぞれｘ及びｙ軸に沿ったサンプリング間隔、並びに（Ｎ・Δｘ）（Ｍ・Δｙ）が取得されたホログラムの面積であるステップと、
デジタル化ホログラムＨ（ｎ・Δｘ，ｍ・Δｙ）に参照ビームＲ（ｎ・Δｘ，ｍ・Δｙ）のデジタル化複製を乗算し、それによって関係
Ｈ（ｎΔｘ，ｍΔｙ）・Ｒ（ｎΔｘ，ｍΔｙ）＝Ｒ｜Ｒ｜２＋Ｒ｜Ｏ｜２＋ＲＲ＊Ｏ＋ＲＲＯ＊
を得るステップと、
それが検出される平面から分析される材料が置かれる平面までの画像を、フーリエ変換で表されるフレネル積分の離散公式化、即ち
【数１】
2007529739.tif 000003
（ただし、λは光源の波長、Ａは複素定数、ｎ、ｍ、ｌ、ｋは整数（−Ｎ／２＋１＜ｎ，ｌ＜Ｎ／２且つ−Ｍ／２＋１＜ｍ，ｋ＜Ｍ／２）、ＤＦＴは離散フーリエ変換、Δｘ及びΔｙはインターフェログラムのサンプリング間隔、ｄは検出装置の平面と観測平面の間の距離、そして最後に、Δξ及びΔηは観測平面内の空間サンプリング間隔を表し、Δξ＝λｄ／ＮΔｘ及びΔη＝λｄ／ＭΔｙで定義される）を用いた、フレネル近似における回折積分の数値計算によって、再構築するステップと、
式
【数２】
2007529739.tif 000004
に従う位相差を計算するステップと
に従って、フレネル近似における回折積分の数値計算を使用する。
本発明によれば好ましくは、電気光学パラメータｒ’１３が、式
【数３】
2007529739.tif 000005
によって、各ピクセルごとに計算される。
【００２８】
本発明によれば有利には、この方法は、デジタル化ホログラム・アレイの処理ステップと、第１のステップで処理されたデジタル化ホログラムに基づき複素平面内で再構築を行うステップとを含み、再構築ステップにおいて、Ｖｅ値のアレイに基づき、ホログラフィック画像の基本ピクセルと同じ数に対応する信号強度値の前記Ｖｒ値を含む離散フレネル変換が実施され、そのピクセル・サイズがホログラフィック画像サンプリング間隔に等しく、且つその他のものに等しいサイズのピクセルと同じ数に対応する定数値の整数ｐ＝Ｖｅ−Ｖｒ＞０がＯＳに等しい。
【００２９】
本発明によれば好ましくは、前記ｐ定数値が、ヌル値（ＯＳ＝０）である。
【００３０】
本発明によれば好ましくは、前記ｐ値が、前記Ｖｒ値のアレイに合わせて外部的に定められる。
【００３１】
本発明によれば、前記ｐ値は、対称に定めることができる。
【００３２】
本発明によれば、前記ｐ値は、非対称に定めることができる。
【００３３】
本発明によれば好ましくは、前記いくつかのＶｅ値が、再構築画像に関して得られる所望のピクセル・サイズに逆比例する。
【００３４】
本発明によれば好ましくは、デジタル化ホログラムが、Ｖｒ＝Ｎｒ・Ｍｒ値の方形アレイであり、各値がサイズΔｘ、Δｙの方形ピクセルに対応する。
【００３５】
本発明によれば好ましくは、第２のステップで再構築されたホログラムが、Ｖｅ＝Ｎｅ・Ｍｅ値の方形アレイによって表され、各値が、サイズΔξ＝（λｄ／ＮｅΔｘ）及びΔη＝（λｄ／ＭｅΔｙ）の方形ピクセルに対応し、λが、ホログラムが記録される物体に当たる波動ビームの波長であり、ｄが、検出装置とホログラムが検出される物体の間の距離であり、Δξ及びΔηが、再構築ホログラフィック画像サンプリング間隔である。
【００３６】
本発明によれば好ましくは、Ｎｅ＝（λｄ／Δｘ２）、Ｍｅ＝（λｄ／Δｙ２）、Δξ＝Δｘ、Δη＝Δｙである。
【００３７】
本発明によれば有利には、第２のステップの後、各ホログラフィック画像サンプリング間隔が等しくない場合又はあるしきい値未満の場合、デジタル化ホログラム・アレイに追加された値ｐの数が増加され、第２のステップが再度実行される。
【００３８】
本発明によれば有利には、前記しきい値が、ホログラフィック画像の信号対雑音比の関数である。
【００３９】
本発明のさらに具体的な主題は、
電界を材料に印加するためのセルにおいて、本発明による方法で使用されるべきであり、供給手段に接続可能な２つの液体電極を備えるセルであって、
少なくとも２つの別々のアクセスから液体電極を受け入れるのに適したチャンバと、材料を固定するためのシステムとを備え、チャンバ及び材料を固定するためのシステムが、材料を固定することにより、第１及び第２の分離された電極チャンバが作成されるようになっており、それぞれが、液体電極用に前記少なくとも２つのアクセスのうちの少なくとも１つを備えており、第１及び第２の電極チャンバ内の液体電極が、それぞれ第１及び第２の電極チャンバを区切る両側の表面で材料に接触することを特徴とするセルである。
【００４０】
本発明によれば好ましくは、材料を固定するためのシステムが、電気的に中性である。
【００４１】
本発明によれば、固定システムが、絶縁材料での、好ましくはゴムでのシール手段を備えることが可能である。
【００４２】
本発明によれば有利には、前記固定システムが、第１電極チャンバの一部分及び第２電極チャンバの一部分を区切る。
【００４３】
本発明によれば好ましくは、電磁放射の少なくとも一部分がその通過においてセル及び材料を透過することができるように、セルが、材料に対する電磁放射のための少なくとも２つのアクセスを備える。
【００４４】
本発明によれば好ましくは、前記電磁放射が、光領域内である。
【００４５】
本発明によれば好ましくは、電磁放射のための前記アクセスが、石英製である。
【００４６】
本発明によれば好ましくは、液体電極が、水及びイオンの溶液を備える。
【００４７】
本発明によれば有利には、前記供給手段が、高圧供給器を備える。
【００４８】
本発明のさらに具体的な主題は、
透過材料の電気光学特性を測定し２次元マッピングを行うための機器において、
コヒーレント及びシングルモード電磁ビームの光源と、
前記ビームを伝達し投射するシステムと、
投射された電磁ビームを処理する干渉測定システムと、
干渉測定システムから出る電磁ビームを検出するための装置と、
検出される電磁ビームに関連する情報を処理するための処理ユニットと
を備える機器であって、分析される前記材料を配置する必要のあるセルをさらに備え、セル及び材料が投射された電磁ビームの少なくとも一部分を透過可能であり、セルが材料中で電界を作成するのに適している機器である。
【００４９】
本発明によれば好ましくは、この機器が、本発明による方法中のステップＡからＧまでを実施する。
【００５０】
本発明によれば好ましくは、前記電界が均一である。
【００５１】
本発明によれば好ましくは、セルが、本発明によるセルである。
【００５２】
本発明によれば好ましくは、電磁ビームが、光源からファイバ結合システムを介してシングルモード偏光維持ファイバ中を導かれる。
【００５３】
本発明によれば好ましくは、電磁ビームが、その少なくとも一部分がセルを透過するように、干渉測定システムに向けられている。
【００５４】
本発明によれば好ましくは、電磁ビームが、シングルモード偏光維持ファイバの端部から、ビームの一方の部分がセル中の材料を透過し、もう一方の部分が妨げられないで干渉測定システムに到着するように、前記電磁ビームを干渉測定システムに向ける放物面鏡に向かって放射される。
【００５５】
本発明によれば好ましくは、放物面鏡が、電磁ビームを平行にし、材料の寸法に匹敵する寸法まで拡大するように、シングルモード偏光維持ファイバの端部から距離をおいたところに配置される。
【００５６】
本発明によれば好ましくは、干渉測定システムが、波面分割干渉計を備える
【００５７】
本発明によれば好ましくは、電磁ビームのうちの材料を透過した部分が当たる干渉測定システムが、回折格子を備える。
【００５８】
本発明によれば好ましくは、干渉測定システムが、電磁ビームのうちの材料を透過しなかった部分が当たる調整可能支持体の上に装着された平面鏡を備える。
【００５９】
本発明によれば好ましくは、ミラーが、電磁ビームが回折格子に向け直されるように制御される。
【００６０】
本発明によれば有利には、処理電子ユニットが、前記調整可能支持体を制御するのに適した信号を生成する。
【００６１】
本発明によれば有利には、処理電子ユニットが、前記光源及び／又は材料に印加される電界によってコヒーレント光の放出を制御するのに適した信号を生成する。
【００６２】
本発明によれば好ましくは、電磁ビームの検出装置が、電磁放射の検出器の２次元アレイ、より好ましくはＣＣＤカメラである。
【００６３】
本発明によれば有利には、処理ユニットが、本発明による方法のステップＥ及び／又はＧによるデータを処理する。
【００６４】
次に、本発明について、限定ではなく例を挙げて、特に添付の図面を参照して説明する。
【実施例】
【００６５】
好ましい一実施例によれば、本発明による方法は、簡潔には次の段階を含んでいる。
２つの部分に分かれている単色コヒーレント光ビームが生成される。一方の部分は、電気光学係数が測定される試料を透過し（物体ビーム（物体波）Ｏ）、その位相が試料の電気光学係数の関数として変化する。もう一方の部分は、妨げられないで進み（参照ビームＲ）、光放射の参照位相を提供する。
２つのビームは、使用される干渉測定システムの再結合要素を表す回折格子上で再構成される。
干渉信号を観測することにより、妨げられない放射の位相変化に対する、試料を透過した放射ビームの位相変化、したがってその波面変化を推定する。そのような信号は、放射検出器の統合２次元アレイによって記録される。
そのような位相変化は、試料に印加される電界の様々な値について推定され、その後、電界値が試料に印加されるのと同じ数だけ測定を実施する。
印加される電圧差及び入射光の波長における試料の屈折率を知り、２次元マッピングによって、検討中の材料の電気光学効果の寄与を推定する。
【００６６】
説明をわかりやすくするために、２次元電気光学特性の計算につながる分析の内容に深く入る前に、本発明による方法を実施する機器を実現する一実施例について説明する。
【００６７】
図１に関して、好ましい一実施例による機器を構成するすべての部分が、以下に列挙されている。
１  レーザ光源
２  ファイバ結合システム
３  シングルモード偏光維持ファイバ
４  放物面鏡
５ａ  回折格子
５ｂ  安定した調整可能支持体（傾斜計）上の平面鏡
６  分析される試料のためのセル
７  画像を取得するためのＣＣＤカメラ
８  信号発生器及び高電圧増幅器
９  電子処理ユニット
【００６８】
コヒーレントレーザ光源１はレーザ・ビームを生成し、そのレーザ・ビームは、結合手段２によって、偏光を維持するのに適したシングルモード光ファイバ３中に放射される。
【００６９】
ビームは、高度に発散した球面波面で光ファイバ３から出て、（例えば、約１５ｃｍの直径の）放物面鏡４によって平行になる。
【００７０】
ビームの一方は試料を透過し、他方は妨げられないで進む。試料を含むセル６は、２つの石英光ウィンドウのおかげで、高品質光アクセスを提供するのに適している。さらに、２つのシール・チャンバのおかげで、液体電極を注入することが可能となり、したがって、その液体電極は、試料の両側と接触し、試料に対する均一な電界を確保する。
【００７１】
液体電極は一般に、任意の導電性溶液、例えば、平均水路濃度（約１８０ｍｇ／ｌ）から塩化リチウム水溶液の濃度（約２１２００ｍｇ／ｌ）の範囲のイオン濃度である水から構成される。
【００７２】
試料に電界が印加されると、物体ビーム（物体波）Ｏは位相変化を受ける。
【００７３】
試料に印加される電界は、関数発生器によって電力供給される増幅器８によって生み出された高電圧信号に対応する。
【００７４】
発生器及び増幅器を備えるシステムは、電子処理ユニット９によって、試料を特徴づけるために使用したい電界のタイプを事前定義し（一定、又は直線「ランプ」信号、或いはその他のタイプの信号）、このようにして、光源１の放出を調整するように制御される。
【００７５】
試料を透過する光ビームの部分Ｏは、回折格子５ａ上に直接到着し、ＣＣＤカメラ７に向かって回折し、妨げられないで進む光ビームの部分Ｒは、まず平面鏡５ｂ上で反射し、続いてＣＣＤカメラ上で回折格子５ａによって回折する。このＣＣＤカメラは一般に、放射検出器の２次元統合アレイから構成される。
【００７６】
入射角度を適切に選ぶことで、妨げられないビームＲの波面に対する、試料１０を透過する光ビームＯの波面によって起こる位相変化の変形の情報を運ぶ干渉画像を生成するために、両ビームが回折格子５ａ上で重ね合わさる。
【００７７】
図からわかるように、波面の分析は、波面分割干渉計５を使用して行い、その場合、再結合要素５ａは回折格子である（例えば、１９９６年３月１９日に提出された特許申請第ＲＭ９６Ａ０００１７８号、及びＭ．ｄｅ  Ａｎｇｅｌｉｓらの論文「Ｐｕｒｅ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ」、ｖｏ１．２４（１９９５）７６１〜７６５も参照のこと）。
【００７８】
次に、装置７によって検出されたデジタル化画像は、処理電子ユニット９に記憶される。
【００７９】
記録された干渉画像は、以下に記載されているデジタル・ホログラフィのアルゴリズムによって分析される。このアルゴリズムは、変化を受けた物体ビームの位相プロファイルの２次元再構築を可能にする（例えば、Ｓ．Ｄｅ  Ｎｉｃｏｌａらの論文「Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ」２６（１３）２００１、９７４〜８７６、及び２００３年８月１３日に提出された特許申請第ＲＭ２００３Ａ０００３９８号も参照のこと）。
【００８０】
図２では、分析される材料試料に均一な電界を印加し、それに対する光アクセスを確保することを可能にするセルを表す概略図が示されている。
【００８１】
セル６の構成は、「縦」タイプ、即ち、電界が、電界の効果を受けた結晶１０中で誘導される位相変化を測定する必要のある光と同じ伝播方向を向いている。
【００８２】
本発明による機器の動作を検証するために使用される試料の１つは、互いに異なる電気光学挙動によって特徴づけられる２つの境界領域が存在する、厚さ約０．５ｍｍのニオブ酸リチウムの結晶から構成される。
【００８３】
電界が印加されるこの試料のケースでは、位相変化は主に、１次電気光学効果及び圧電効果によって決定される。
【００８４】
本発明による機器は、光路上での位相変化を認識することができるので、試料は上記で使用されるものより薄くてもよく、１ミクロン未満でもよい。
【００８５】
試料は、ゴム又はシールを確保するその他あらゆるタイプの材料で作られた２つのリング１２によって固定される。ゴム・リング１２は、２つの水封チャンバ１４’、１４”を形成することを可能にし、その中に、液体電極（一般に、高イオンの水溶液）を導入することができる。このようにして、均一の電界を試料に印加することが可能である。
【００８６】
２つの石英ウィンドウ１１’、１１”は、試料１０を透過する放射の波面に無視できる大きさの変形しか生じさせないという点で、高品質の光アクセスを可能にする。
【００８７】
高電圧増幅器８の出力ケーブルは、試料に必要な電圧を提供するために、シール・チャンバ内の液体に直接接続される。
【００８８】
したがって、本発明によるセルは、高品質の光アクセスを確保し、同時に、液体電極１５’、１５”によって必要な電界を印加するように考案されている。このやり方により、高価でさらに侵襲性の透過固体電極の堆積を回避することが可能になる。これは、酸に基づく化学プロセスによってのみそれらを除去することが可能である。
【００８９】
次に、本発明による電気光学特性の計算の方法について見てみると、伝播に対する電界の効果は、ｉ＝１、．．．、６であり且つ任意の電界Ｅによって生じる成分ｘ、ｙ、ｚ、ｘｙ、ｘｚ、ｙｚに対応する屈折率１／ｎｉ２の変化によって適切に表現され、次式（１）で定義される。
【数４】
2007529739.tif 000006
ただし、その合計は、電界Ｅｊの３つの成分に基づいて構成され、ｒｉｊは、１８個の独立の要素を有し、６×３のアレイとして書くことのできる電気光学テンソルである。
【００９０】
テンソルは、中心対称ではない結晶についてのみヌルではない。
【００９１】
テンソルｒｉｊの形態は、テンソルのどの要素がヌルで、残りの要素の間にどの関係が存在するかを決める、結晶の対称性から推定することができる。例えば、ニオブ酸リチウムのケースでは、テンソルは、次の表現（２）で与えられるタイプである。
【数５】
2007529739.tif 000007
ここで、電界の効果を説明するためには、４個の独立の要素だけが必要とされることが理解される。
【００９２】
例えば、項ｒ１３を測定するためには、「縦」構成を使用する。即ち、印加される電界のない単軸結晶が、光軸が光伝播の方向に沿って、したがって印加される電界の方向にも沿って配置される。そのようなタイプのアラインメントでは、電界の印加は、光の偏光状態を変化させず、むしろ、試料を透過する光放射の位相を変える。
【００９３】
１次電気光学効果による屈折率の変化に加えて、圧電効果によって生じる結晶の厚さの変化が存在する。この圧電効果は、屈折率が電気光学テンソルに対して依存することに類似して、いわゆる「圧電歪み」テンソルｄ３３の成分に依存する。最後に、光放射位相の変化は、次の式（３）で表現することができる。
【数６】
2007529739.tif 000008
ここで、１次電気光学効果及び圧電効果の全体的な寄与に対応する、いわゆる電気光学パラメータがｒ’１３で示されており、ｒ１３はｍ／Ｖで表される電気光学係数、ｎ０は通常の屈折率、Ｖはボルトでの電圧差、λはメートルでの波長である。
【００９４】
項ｒ３３を測定するために、いわゆる「横」構成が使用される。その場合、印加される電界が光伝播方向に垂直であり、後者は結晶の光軸に垂直である。電気光学テンソルの残りの要素を測定するには、類似のその他の構成を用いることが可能である。
【００９５】
電気光学効果により試料によって変形された波面の位相プロファイルを抽出するために、デジタル・ホログラフィと呼ばれるアルゴリズム及び干渉信号が分析され、以下でそれに関して説明する。
【００９６】
干渉画像は、次の式（４）に従う、強度の２次元分布で記述することができる。
Ｈ（ｘ，ｙ）＝｜Ｒ（ｘ，ｙ）｜２＋｜Ｏ（ｘ，ｙ）｜２＋Ｒ＊（ｘ，ｙ）Ｏ（ｘ，ｙ）＋Ｒ（ｘ，ｙ）Ｏ＊（ｘ，ｙ）
ここで、Ｒ、Ｏ、Ｒ＊、及びＯ＊は、それぞれ参照ビーム、物体ビーム、及びそれらの複素共役である。
【００９７】
画像検出デバイス（ＣＣＤカメラ）によって検出されると、干渉画像は、信号強度値のいくつかのＶｒから構成されるデジタル化インターフェログラムに変換される。
【００９８】
画像は、取得され、デジタル化され、電子処理装置に記憶される。デジタル化画像は、「デジタル・ホログラム」と呼ばれ、インターフェログラムＨ（ｘ，ｙ）の２次元空間サンプリングによって得られる、Ｎ・Ｍ値のアレイＨ（ｎ・Δｘ，ｍ・Δｙ）で記述される。ただし、ｎ及びｍは整数であり、Δｘ及びΔｙはそれぞれｘ及びｙ軸に沿ったサンプリング間隔であり、（Ｎ・Δｘ）（Ｍ・Δｙ）は得られたホログラム画像の面積である。
【００９９】
物体ビームの波面の数値的再構築のプロセスは、次の２段階に基づいている。
【０１００】
第１のステップでは、デジタル化ホログラムＨ（ｎ，ｍ）を、参照ビームＲ（ｘ，ｙ）のデジタル化複製で乗算する必要があり、次の関係（５）が得られる。
Ｆ（ｎΔｘ，ｍΔｙ）＝Ｈ（ｎΔｘ，ｍΔｙ）・Ｒ（ｎΔｘ，ｍΔｙ）＝Ｒ｜Ｒ｜２＋Ｒ｜Ｏ｜２＋ＲＲ＊Ｏ＋ＲＲＯ＊
ここで、最初の２つの項は、回折のゼロ次に対応し、第３及び／又は第４の項から、観測される物体の画像を推定することが可能である。
【０１０１】
伝播プロセスの第２のステップは、放射検出器のアレイが配置される平面から物体が置かれる平面までの画像の再構築にある。そのような再構築は、フレネル近似における回折積分の数値計算によって行うことができる。
【０１０２】
そのような近似の利点は、その計算が単純で、非常に高速に実行することができるということに基づいている。フレネル近似のケースでは、数値再構築は、フーリエ変換で表されるフレネル積分の離散公式化によって、即ち、次式（６）によって、実施される。
【数７】
2007529739.tif 000009
ただし、λは光源の波長であり、Ａは複素定数、ｎ、ｍ、ｌ、ｋは整数（−Ｎ／２＋１＜ｎ、ｌ＜Ｎ／２且つ−Ｍ／２＋１＜ｍ、ｋ＜Ｍ／２）、ＤＦＴは文献に報告されている高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の様々なアルゴリズムを駆使する高速な方法で計算できる離散フーリエ変換、Δｘ及びΔｙはインターフェログラムの（したがってカメラ平面内の）サンプリング間隔、ｄはカメラ平面と再構築平面の間の距離、そして最後に、Δξ及びΔηは再構築平面内のサンプリング空間間隔を表し、Δξ＝λｄ／ＮΔｘ及びΔη＝λｄ／ＭΔｙで定義される。
【０１０３】
Ψ（ｌΔｘ，ｋΔｙ）が計算されると、画像の強度及び複素振幅をどちらも得ることが可能となる。本発明者らの目的のために、位相は、次の表現（７）で与えられる。
【数８】
2007529739.tif 000010
【０１０４】
上記のニオブ酸リチウム試料に対する、デジタル・ホログラフィの分析プロセスによって得られる位相プロファイルが、図３に示されている。その場合、フレネル積分の２次の回折が認識可能である。
【０１０５】
干渉画像の今述べた分析プロセスは、結晶面上の画像の数値的再構築、及び位相マップと試料の座標の間の直接対応を有する物体の焦点合わせを可能にする。
【０１０６】
干渉画像の分析のその他のアルゴリズムは、実験機器中のレンズの追加及び関連する光焦点合わせを必要とするが、試料及び画像の寸法における直接対応は確保しない。
【０１０７】
図４では、ニオブ酸リチウム試料を透過する光放射に対して誘導される位相変化の図が報告されている。そのケースでは、試料に印加される電圧の関数として、試料が名目上均一である。
【０１０８】
式（３）に従って、実験データを最も良く近似する直線がプロットされている。そのような直線は、この具体的な例においては、直線傾きの最も良い推定値を提供する最小２乗法を使用して推定されている。後者、並びに検討中の通常の屈折率の知識及び光波長の知識から、電気光学パラメータｒ’１３の値を推定する。
【０１０９】
電気光学係数の推定につながる今述べたプロセスは、図４に示されている、座標（ｘ，ｙ）又は位相マップの領域によって個別化される任意の点に適用することができる。そのように、検討中の試料の平面ｘｙ内の各点には、電気光学係数の値が関連している。かかる関連は、すべての点に対して文脈的に作られ、したがって、ただ１回の測定で、試料の電気光学パラメータが得られる。
【０１１０】
そのような結果が、図５に示されている。図５では、平面ＸＹ上の名目上均一な試料の電気光学パラメータｒ’１３の２次元マッピングが報告されている。平面ＸＹ上には、この測定手順により、ｐｍ／Ｖ（ピコメートル／ボルト）で表される電気光学パラメータ自体の様々な値が強調表示されている。
【０１１１】
図５の右手の列は、所与の試料について得られた値の分布を示している。この試料について得られた電気光学パラメータの平均値は、１０ｐｍ／Ｖである。
【０１１２】
同じ手順が、意図的に不均一な試料に適用されている。その試料中には、異なる挙動を伴う領域をもつ構造が存在する。
【０１１３】
その結果が、図６で認識可能である。図６では、２つの反対の強磁性磁区がそれにより生成される、アラインメント又は「ポーリング」技法によって２つの部分に対して異なるように処理されたニオブ酸リチウム試料の、電気光学パラメータの２次元マッピングが示されている。その結果は、試料中に、反対の方向に沿って配向し、電界の作用中に異なる挙動を有する、２つの強磁性磁区が存在することを示している。
【０１１４】
本発明による機器は、上述のものとは異なる構成を有することもでき、機器自体の性能を損なわず、又は変更せずに済む光コンポーネントを用いて実現することができる。
【０１１５】
結論として、本発明による方法及び機器により、印加される電界に対する応答を知りたい試料の、光の２次元挙動を、単一の測定動作で決定することができる。具体的には、単一の測定で、試料の電気光学挙動の２次元マッピングを抽出することができる。
【０１１６】
さらに、試料は、いかなるタイプの侵襲性処理も受けず、したがって調査の実施後も変わらない。
【０１１７】
本発明はそれ自体を、光学の技術分野、並びに材料の特徴づけ及び光及びフォトニック装置の製造の適用可能な分野に位置づけている。その主要な用途は、電気光学特性の測定、並びに光学及びフォトニクスで電気光学変調器として使用される材料の特徴づけである。
【０１１８】
本発明による方法及び機器は、印加される電界の効果を受ける試料の、電気光学特性の均一性の推定を可能にする。また、それらにより、複屈折結晶中で異なる向きをもつ強誘電分域として異なる性質の区域が存在する、複雑な構造を解析することも可能になる。
【０１１９】
さらに、本発明による機器は、特に使いやすく、多用途で、コンパクトであるという特性を提供する。
【０１２０】
好ましい実施例について上述し、本発明のいくつかの改変形態について示唆してきたが、当業者には、添付の特許請求の範囲で定義される保護の該当範囲から逸脱せずに、変形及び変更を行うことができることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】透過材料の試料の電気光学特性の２次元マッピングのための、本発明による機器を表す概略図である。
【図２】本発明によるセルの概略図である。
【図３】干渉信号を精巧に作ることによって得られる、透過材料の試料の電気光学効果によって変形される位相マップが複製された図である。
【図４】試料が、試料に印加される電圧の関数として、ＸＹ平面内の電気光学的挙動において名目上均一な場合に、試料を透過する光放射に対して誘導される位相直線変化が複製された図である。
【図５】図４に関する試料の電気光学特性の２次元マッピングが再現された図である。
【図６】事前に処理された、図４及び５に関する試料の電気光学特性の２次元マッピングがプロットされている３次元グラフである。
【図１】
2007529739.tif 000014
【図２】
2007529739.tif 000015
【図３】
2007529739.tif 000016
【図４】
2007529739.tif 000017
【図５】
2007529739.tif 000018
【図６】
2007529739.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成18年1月9日(2006.1.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁放射線を通す透過材料の電気光学特性を測定しその２次元マッピングを行うための方法であって、反射格子干渉計（５）を用い、実質的にコヒーレントで単色の電磁ビームが、分析すべき透過材料上に投射され、該ビームは分析すべき透過物質（１０）の寸法に匹敵する２次元の断面を有するまで拡大され、前記電磁ビームを、一方の部分（Ｏ）が前記材料を透過し、他方の部分（Ｒ）が妨げられないで進むように、２つの部分に分割し、前記反射格子干渉計（５）の再結合要素（５ａ）上で前記２つのビーム（Ｏ、Ｒ）を再構成し、前記反射格子干渉計（５）から出る前記ビームを２次元的に検出するのに適した装置（７）によって検出され、該方法は更に、
Ｅ．２次元画像の表現である前記検出される電磁ビームから、前記妨げられない電磁ビーム（Ｒ）の位相変化に対する前記材料（１０）を透過した前記電磁ビーム（Ｏ）の位相変化をデジタル・ホログラフィのアルゴリズムによって得るステップと、
Ｆ．いくつかのＰ時間において、前記印加される電界の値を変化させ、前記諸ステップを繰り返すステップと、
Ｇ．検討中の前記材料（１０）の前記２次元電気光学特性を次の式を用いて計算するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【数１】
2007529739.tif 000020
ここで、ΔΦは位相差、Ｖは分析すべき材料（１０）の電位差、ｒ’１３は電気光学パラメータｒ’１３、ｎ０は通常の屈折率である。
【請求項２】
分析される前記透過材料（１０）が、非中心対称結晶であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記２次元電気光学特性を検出する前記材料（１０）の表面に垂直な寸法が、５ｍｍ未満の厚さを有することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記２次元電気光学特性を検出する前記材料（１０）の表面に垂直な寸法が、０．５ｍｍ未満の厚さを有することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
デジタル・ホログラフィのアルゴリズムが、
前記検出される干渉画像を、Ｎ・Ｍ値のアレイＨ（ｎ・Δｘ，ｍ・Δｙ）で記述されて信号強度のいくつかのＶｒ値から構成されるデジタル化インターフェログラムに変換するステップであって、ｎ及びｍが整数、Δｘ及びΔｙがそれぞれｘ及びｙ軸に沿ったサンプリング間隔、並びに（Ｎ・Δｘ）（Ｍ・Δｙ）が前記取得されたホログラムの面積であるステップと、
前記デジタル化ホログラムＨ（ｎ・Δｘ，ｍ・Δｙ）に前記参照ビームＲ（ｎ・Δｘ，ｍ・Δｙ）のデジタル化複製を乗算し、それによって関係
Ｈ（ｎΔｘ，ｍΔｙ）・Ｒ（ｎΔｘ，ｍΔｙ）＝Ｒ｜Ｒ｜２＋Ｒ｜Ｏ｜２＋ＲＲ＊Ｏ＋ＲＲＯ＊
を得るステップと、
それが検出される平面から分析される材料が置かれる平面までの画像を、フーリエ変換で表されるフレネル積分の離散公式化、即ち
【数２】
2007529739.tif 000021
（ただし、λは光源の波長、Ａは複素定数、ｎ、ｍ、ｌ、ｋは整数（−Ｎ／２＋１＜ｎ，ｌ＜Ｎ／２且つ−Ｍ／２＋１＜ｍ，ｋ＜Ｍ／２）、ＤＦＴは離散フーリエ変換、Δｘ及びΔｙは前記インターフェログラムのサンプリング間隔、ｄは前記検出装置の平面と前記観測平面の間の距離、そして最後に、Δξ及びΔηは前記観測平面内の空間サンプリング間隔を表し、Δξ＝λｄ／ＮΔｘ及びΔη＝λｄ／ＭΔｙで定義される）を用いた、フレネル近似における回折積分の数値計算によって、再構築するステップと、
式
【数３】
2007529739.tif 000022
に従う位相差を計算するステップと
に従って、フレネル近似における回折積分の数値計算を使用することを特徴とする、請求項１から５までのいずれかに記載の方法。
【請求項６】
電気光学パラメータｒ’１３が、式
【数４】
2007529739.tif 000023
によって、各ピクセルごとに計算されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項７】
前記デジタル化ホログラム・アレイの処理ステップと、前記第１のステップで処理された前記デジタル化ホログラムに基づき複素平面内で再構築を行うステップとを含み、前記再構築ステップにおいて、Ｖｅ値のアレイに基づき、前記ホログラフィック画像の基本ピクセルと同じ数に対応する信号強度値の前記Ｖｒ値を含む離散フレネル変換が実施され、そのピクセル・サイズが前記ホログラフィック画像サンプリング間隔に等しく、且つその他のものに等しいサイズのピクセルと同じ数に対応する定数値の整数ｐ＝Ｖｅ−Ｖｒ＞０がＯＳに等しいことを特徴とする、請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
前記ｐ定数値が、ヌル値（ＯＳ＝０）であることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ｐ値が、前記Ｖｒ値のアレイに合わせて外部的に定められることを特徴とする、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ｐ値が、対称に定められることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ｐ値が、非対称に定められることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記いくつかのＶｅ値が、前記再構築画像に関して得られる前記所望のピクセル・サイズに逆比例することを特徴とする、請求項７から１１までのいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記デジタル化ホログラムが、Ｖｒ＝Ｎｒ・Ｍｒ値の方形アレイであり、各値がサイズΔｘ、Δｙの方形ピクセルに対応することを特徴とする、請求項７から１２までのいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記第２のステップで再構築された前記ホログラムが、Ｖｅ＝Ｎｅ・Ｍｅ値の方形アレイによって表され、各値が、サイズΔξ＝（λｄ／ＮｅΔｘ）及びΔη＝（λｄ／ＭｅΔｙ）の方形ピクセルに対応し、λが、前記ホログラムが記録される前記物体に当たる前記波動ビームの波長であり、ｄが、前記検出装置と前記ホログラムが検出される前記物体の間の距離であり、Δξ及びΔηが、前記再構築ホログラフィック画像サンプリング間隔であることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
Ｎｅ＝（λｄ／Δｘ２）、Ｍｅ＝（λｄ／Δｙ２）、Δξ＝Δｘ、Δη＝Δｙであることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２のステップの後、各ホログラフィック画像サンプリング間隔が等しくないか又はあるしきい値未満の場合、前記デジタル化ホログラム・アレイに追加された値ｐの数が増加され、前記第２のステップが再度実行されることを特徴とする、請求項７から１５までのいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記しきい値が、前記ホログラフィック画像の信号対雑音比の関数であることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
透過材料の電気光学特性を測定し２次元マッピングを行うための機器において、
コヒーレント及びシングルモード電磁ビームの光源（１）と、
前記ビームを伝達し投射するシステム（２、３、４）と、
前記投射された電磁ビームを処理する干渉計（５）と、
前記干渉測定システムから出る前記電磁ビームを検出するための装置（７）と、
前記検出される電磁ビームに関連する情報を処理するための処理ユニット（９）と
を備える機器であって、分析される前記材料（１０）を配置する必要のあるセル（６）をさらに備え、前記セル（６）及び前記材料（１０）が前記投射された電磁ビームの少なくとも一部分を透過可能であり、前記セル（６）が前記材料（１０）中で電界を作成するのに適していることを特徴とする機器。
【請求項１９】
請求項７から１５までのいずれかに記載の方法を実施することを特徴とする請求項１８に記載の機器。
【請求項２０】
前記電磁ビームが、前記光源（１）から前記ファイバ結合システム（２）を介してシングルモード偏光維持ファイバ（３）中を導かれることを特徴とする、請求項１８又は１９に記載の機器。
【請求項２１】
前記電磁ビームが、その少なくとも一部分が前記セル（６）を透過するように、前記干渉測定システム（５）に向けられていることを特徴とする、請求項１８から２０までのいずれかに記載の機器。
【請求項２２】
前記電磁ビームが、前記シングルモード偏光維持ファイバ（３）の端部から、前記ビームの一方の部分（Ｏ）が前記セル（６）中の前記材料（１０）を透過し、もう一方の部分（Ｒ）が妨げられないで前記干渉測定システム（５）に到着するように、前記電磁ビームを前記干渉測定システム（５）に向ける放物面鏡（４）に向かって放射されることを特徴とする、請求項２１に記載の機器。
【請求項２３】
前記放物面鏡（４）が、前記電磁ビームを平行にし、前記材料（１０）の寸法に匹敵する寸法まで拡大するように、前記シングルモード偏光維持ファイバ（３）の前記端部（３’）から距離をおいたところに配置されることを特徴とする、請求項２２に記載の機器。
【請求項２４】
前記干渉測定システム（５）が、波面分割干渉計を備えることを特徴とする、請求項１８から２３までのいずれかに記載の機器。
【請求項２５】
前記電磁ビームのうちの前記材料（１０）を透過した前記部分（Ｏ）が当たる前記干渉測定システム（５）が、回折格子（５ａ）を備えることを特徴とする、請求項２１から２４までのいずれかに記載の機器。
【請求項２６】
前記干渉測定システム（５）が、前記電磁ビームのうちの前記材料（１０）を透過しなかった前記部分（Ｒ）が当たる調整可能支持体の上に装着された平面鏡（５ｂ）を備えることを特徴とする、請求項２１から２５までのいずれかに記載の機器。
【請求項２７】
請求項２６に従属する場合には、前記ミラー（５ｂ）が、前記電磁ビームが前記回折格子（５ａ）に向け直されるように制御されることを特徴とする、請求項２６に記載の機器。
【請求項２８】
前記処理電子ユニット（９）が、前記調整可能支持体を制御するのに適した信号を生成することを特徴とする、請求項２６又は２７に記載の機器。
【請求項２９】
前記処理電子ユニット（９）が、前記光源（１）及び／又は前記材料（１０）に印加される電界によって前記コヒーレント光の放出を制御するのに適した信号を生成することを特徴とする、請求項１８から２８までのいずれかに記載の機器。
【請求項３０】
前記電磁ビームの前記検出装置（７）が、電磁放射の検出器の２次元アレイであることを特徴とする、請求項１８から２９までのいずれかに記載の機器。
【請求項３１】
前記検出装置（７）が、ＣＣＤカメラであることを特徴とする、請求項３０に記載の機器。
【請求項３２】
前記処理ユニット（９）が、請求項１から１７までのいずれかに記載の方法のステップＥ及び／又はＧによるデータを処理することを特徴とする、請求項１８から３１までのいずれかに記載の機器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
さらに、分析される試料に電界を印加するために、一般的慣行として、侵襲性であり、特定の高価な装置がないと実現が容易ではないことがわかっている透過固体電極を堆積させる。
Ｓｔｏｒｒｏｗ  Ｇ．Ｍ．その他による論文“Ａｎ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ａ  ｓｉｎｇｌｅ−ｅｌｅｍｅｎｔ  ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｄｅｖｉｃｅ”，Ｐｕｒｅ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  ＩＯＰ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  ＵＫ，ｖｏｌ．７，ｎｏ．６  Ｎｏｖｅｍｂｅｒ  １９９８（１９９８−１１）の１４１１〜１４２３頁に、電極端、すなわちフリンジ電界にさらされる材料部分において、電気により制御される複屈折液晶の光学的特性を測定するための位相画像化方法が開示されている。この方法はマイケルソン干渉計を用い、ビームを試料に２回透過させる。これは、位相ステッピング干渉技術を用いており、この場合、外部電圧の特定値のそれぞれにおいて、試料から送られたビームと参照ビームの間の位相を検出するために３個の像を検出する必要がある。
Ｄｅ  Ａｎｇｅｌｌｓその他による論文“Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ａ  ｌｉｔｈｉｕｍ  ｎｉｏｂａｔｅ  ｗｉｔｈ  ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ｎｅｖｅｒｓｅｄ  ｄｏｍａｉｎｓ”，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＳＰＩＥ  ＳＰＩＥ−Ｉｎｔ．Ｓｏｃ．Ｏｐｔ．Ｅｎｇ．ＵＳＡ，ｖｏｌ．５１４４，２００３の７４５〜７５２頁に、反射格子干渉計を用いて、電磁放射線を透過する透過材料の電気光学特性を測定する方法が開示されている。この方法は、電界にさらされない試料の２つの像を取得するもので、１つの像は実験装置内の試料のもので、他の像は実験装置外の試料のものである。
【国際調査報告】
2007529739.tif 000024
2007529739.tif 000025
2007529739.tif 000026