(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビーム（ＦＬ）の特性評価のための方法（２０）であって、
−  光ビーム（ＦＬ）を分離器光学部品（Ｏｓ、ＳＲ）によって第１のサブビーム（Ｆ１）と第２のサブビーム（Ｆ２）とに分離するステップであり、第１のサブビーム（Ｆ１）が第１の光路（Ｃ１）を取り、第２のサブビーム（Ｆ２）が第２の光路（Ｃ２）を取る、分離するステップと、
−  第１の光学部品（Ｏ１）を介して第１のサブビーム（Ｆ１）を、および第２の光学部品（Ｏ２）を介して第２のサブビーム（Ｆ２）を伝搬させるステップであり、第１のサブビーム（Ｆ１）が第１の光学部品（Ｏ１）の表面全体にわたって不均質電磁場を有し、前記第１および第２の光学部品（Ｏ１、Ｏ２）は、制御手段（Ｐｚ）のおかげで、それぞれ、「参照ビーム（Ｆｒｅｆ）」と呼ばれる第１の光学部品を出た後の第１のサブビームおよび「被特性評価ビーム（Ｆｃａｒ）」と呼ばれる第２の光学部品を出た後の第２のサブビームが時間遅延τだけ分離されるように第１および第２の光路（Ｃ１、Ｃ２）に配列される、伝搬させるステップと、
−  ビームが、空間的に干渉し、第１の面（ｚ１）に沿って延びる２次元干渉パターン（Ｍ１）を形成するように、再結合器光学部品（Ｏｒ、ＳＲ）によって参照ビーム（Ｆｒｅｆ）と被特性評価ビーム（Ｆｃａｒ）とを再結合させるステップと、
−  測定システム（ＳＭ３、ＳＭ４）によって２次元干渉パターン（Ｍ１）の少なくとも１つの部分の周波数スペクトル（Ｓｐｅ）を測定するステップであり、測定システム（ＳＭ３、ＳＭ４）が、第１の面（ｚ１）の第１の空間方向（ｘ）に沿って延びる入口スリット（Ｆｅ）を有する分光器（ＳＰ）を含む、測定するステップと、
−  周波数スペクトル（Ｓｐｅ）の少なくとも１つの空間点の時間ドメインのフーリエ変換（ＴＦＴ）を計算するステップであり、時間ドメインの前記フーリエ変換（ＴＦＴ）が、時間中心ピーク（ｔｃ）と第１および第２の時間サイドピーク（ｔｌ１、ｔｌ２）とを有する、計算するステップと、
−  前記第１および第２の時間サイドピーク（ｔｌ１、ｔｌ２）のうちの１つに対して計算機（Ｋ）によって周波数ドメインのフーリエ変換（ＴＦＴ’）を計算するステップと、
−  計算機（Ｋ）によって、周波数ドメインの前記フーリエ変換（ＴＦＴ’）に関して「相対スペクトル振幅」と呼ばれるスペクトル振幅ＡＲ（ω）と「相対空間スペクトル位相」と呼ばれる空間スペクトル位相φＲ（ｘ，ｙ，ω）とを計算するステップと
を含む、方法（２０）。
【請求項２】
−  第１のサブビーム（Ｆ１）が反射される、第１の光学部品（Ｏ１）の第２の面（ｚ２）の一部が、第１の測定面（ｚ１）における被特性評価ビーム（Ｆｃａｒ）よりも小さいという事実に基づき、第１のサブビーム（Ｆ１）の電磁場が第１の光学部品（Ｏ１）の第２の面（ｚ２）の前記一部において均質であると仮定する間に、第１の測定面（ｚ１）の参照ビーム（Ｆｒｅｆ）の電磁場が計算されるステップｉ）と、
−  第１の光学部品（Ｏ１）に反射された後の、第１の光学部品（Ｏ１）の第２の面（ｚ２）の前記一部における第１のサブビーム（Ｆ１）の電磁場の再構築が、前に計算された第１の測定面（ｚ１）における参照ビーム（Ｆｒｅｆ）の電磁場と周波数インターフェログラムとから計算されるステップｉｉ）と、
−  第１の測定面（ｚ１）の参照ビーム（Ｆｒｅｆ）の電磁場が、前に計算された第１の光学部品（Ｏ１）の第２の面（ｚ２）の前記一部における第１のサブビーム（Ｆ１）の電磁場の再構築を使用して計算されるステップｉｉｉ）と
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法（２０）。
【請求項３】
ステップｉｉ）およびステップｉｉｉ）が、
−  被特性評価ビーム（Ｆｃａｒ）の電磁場が再構築され、
−  第１の測定面（ｚ１）の参照ビーム（Ｆｒｅｆ）の電磁場が、第１の光学部品（Ｏ１）による参照ビーム（Ｆｒｅｆ）の前記電磁場の拡大の結果である
ように自己矛盾のない解に向かって収束するまで繰り返される
ことを特徴とする、請求項２に記載の方法（２０）。
【請求項４】
２次元干渉パターン（Ｍ１）の少なくとも１つの部分の周波数スペクトル（Ｓｐｅ）を測定するステップが、
−  分光器（ＳＰ）の入口スリット（Ｆｅ）が、２次元干渉パターン（Ｍ１）の前記少なくとも１つの部分を受け取るように構成されるように測定システム（ＳＭ３）の分光器（ＳＰ）を配列するサブステップであり、前記少なくとも１つの部分が第１の面（ｚ１）の第１の空間次元（ｘ）に沿って延びる、配列するサブステップと、
−  分光器（ＳＰ）のおかげで、第１の面（ｚ１）の第１の空間次元（ｘ）に沿って延びる２次元干渉パターン（Ｍ１）の前記少なくとも１つの部分の周波数スペクトル（Ｓｐｅ）を測定するサブステップと
を含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法（２０）。
【請求項５】
２次元干渉パターン（Ｍ１）の少なくとも１つの部分の周波数スペクトル（Ｓｐｅ）を測定するステップが、
−  複数の光ファイバ（ｆｏ＿１、ｆｏ＿２、ｆｏ＿ｎ）を含む測定システム（ＳＭ４）が、第１の面（ｚ１）の第１の空間方向（ｘ）に沿っておよび第１の面（ｚ１）の第２の空間方向（ｙ）に沿って２次元干渉パターン（Ｍ１）をサンプリングすることができるように２次元マトリクスに従って第１の面（ｚ１）に前記複数の光ファイバ（ｆｏ＿１、ｆｏ＿２、ｆｏ＿ｎ）の入力端部を配列するサブステップと、
−  前記複数の光ファイバ（ｆｏ＿１、ｆｏ＿２、ｆｏ＿ｎ）の出力端部を測定システム（ＳＭ４）の分光器（ＳＰ）の入口スリット（Ｆｅ）に配列するサブステップと、
−  測定システム（ＳＭ３）の分光器（ＳＰ）のおかげで、第１の面（ｚ１）の第１および第２の空間方向（ｘ、ｙ）に沿って２次元干渉パターン（Ｍ１）のサンプリングの周波数スペクトル（Ｓｐｅ）を測定するサブステップと
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法（２０）。
【請求項６】
−  参照ビームの周波数ω０での空間位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω０）を測定するステップであり、前記空間位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω０）が、第１の光学部品（Ｏ１）によって導入された参照ビーム（Ｆｒｅｆ）の波面の曲率の特徴を示す、測定するステップと、
−  次いで、被特性評価ビームの修正された相対空間スペクトル位相を得るために、相対空間スペクトル位相φＲ（ｘ，ｙ，ω）から空間スペクトル位相（ω／ω０）φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω０）を減じるステップとを含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法（２０）。
【請求項７】
−  「参照空間スペクトル位相」と呼ばれる第１のサブビームの空間スペクトル位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω）を測定するステップと、
−  次いで、被特性評価ビームの絶対空間スペクトル位相φａｂｓ（ｘ，ｙ，ω）を得るために、相対空間スペクトル位相φＲ（ｘ，ｙ，ω）から前記参照空間スペクトル位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω）を減じるステップと
を含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法（２０）。
【請求項８】
−  参照ビームの周波数ω０での空間位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω０）を測定するステップであり、前記空間位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω０）が、第１の光学部品Ｏ１によって導入された参照ビーム（Ｆｒｅｆ）の波面の曲率の特徴を示す、測定するステップと、
−  「参照空間スペクトル位相」と呼ばれる第１のサブビームの空間スペクトル位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω）を測定するステップと、
−  次いで、被特性評価ビームの修正された絶対空間スペクトル位相を得るために、相対空間スペクトル位相φＲ（ｘ，ｙ，ω）から前記参照空間スペクトル位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω）および空間スペクトル位相（ω／ω０）φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω０）を減じるステップと
を含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法（２０）。
【請求項９】
−  光ビーム（ＦＬ）を第１のサブビーム（Ｆ１）と第２のサブビーム（Ｆ２）とに分離するための分離器光学部品（Ｏｓ、ＳＲ）であり、第１のサブビーム（Ｆ１）のための第１の光路（Ｃ１）と第２のサブビーム（Ｆ２）のための第２の光路（Ｃ２）とを規定する、分離器光学部品（Ｏｓ、ＳＲ）と、
−  第１の光路（Ｃ１）に配列された第１の光学部品（Ｏ１）であり、「参照ビーム（Ｆｒｅｆ）」と呼ばれる第１の光学部品を出た後の第１のサブビームが第１のタイプの波面を有するように第１の曲率半径を有する、第１の光学部品（Ｏ１）と、
−  第２の光路（Ｃ２）に配列された第２の光学部品（Ｏ２）であり、「被特性評価ビーム（Ｆｃａｒ）」と呼ばれる第２の光学部品を出た後の第２のサブビームが、第１のタイプと異なる第２のタイプの波面を有するように第１の曲率半径と異なる第２の曲率半径を有する、第２の光学部品（Ｏ２）と、
−  参照ビーム（Ｆｒｅｆ）と被特性評価ビーム（Ｆｃａｒ）との間の遅延時間τを制御する手段（Ｐｚ）と、
−  参照ビーム（Ｆｒｅｆ）と被特性評価ビーム（Ｆｃａｒ）とが空間的に干渉し、２次元干渉パターン（Ｍ１）を形成するように、参照ビーム（Ｆｒｅｆ）と被特性評価ビーム（Ｆｃａｒ）とを再結合させるための再結合器光学部品（Ｏｒ、ＳＲ）と、
−  少なくとも２次元干渉パターン（Ｍ１）から時間情報または周波数情報を得ることを可能にする測定システム（ＳＭ３、ＳＭ４）であって、第１の面（ｚ１）の第１の空間方向（ｘ）に沿って延びる入口スリット（Ｆｅ）を有する分光器（ＳＰ）を含む、測定システム（ＳＭ３、ＳＭ４）と、
−  周波数ドメインのフーリエ変換（ＴＦＦ）の時間情報からの計算、または時間ドメインのフーリエ変換（ＴＦＴ）の周波数情報からの計算を可能にする計算機（Ｋ）と
を含むことを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法（２０）の実施のための光ビーム（ＦＬ）の特性評価のためのデバイス（３、４）。
【請求項１０】
分離器光学部品（Ｏｓ）と再結合器光学部品（Ｏｒ）とが、一方では、光ビーム（ＦＬ）の分離を、他方では、参照ビーム（Ｆｒｅｆ）と被特性評価ビーム（Ｆｃａｒ）との再結合を保証する単一で同じ光学部品（ＳＲ）を形成することを特徴とする、請求項９に記載のデバイス（３、４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の技術分野は、光学測定の技術分野である。したがって、本発明の１つの態様は、光ビーム、特に、多色光ビーム、とりわけ多色レーザビームの特性評価のためのデバイスおよび方法に関する。本発明の１つの態様によるデバイスおよび方法は、特に、光ビーム、とりわけ、一般にフェムト秒持続時間の１つまたは複数のレーザパルスを含むパルスレーザビームの時空間的特性を決定することを可能にする。より一般的には、本発明の１つの態様によるデバイスおよび方法は、参照点として適格な光ビームの１つの点の電磁場と、光ビームのすべての他の点の電磁場との間の相互相関関数を測定するために使用することができる。
【背景技術】
【０００２】
本発明は時空間的結合を有する超短レーザパルスの特性評価への適用に関連してより詳細に説明されるが、この使用は排他的ではない。「超短レーザパルス」は、ピコ秒パルス、すなわち、約０．１ｐｓと１００ｐｓとの間に含まれる持続時間のパルス、またはフェムト秒パルス、すなわち、１００ｆｓ＝０．１ｐｓ以下の持続時間のパルスを意味するものとする。持続時間は、強度プロファイルの中間の高さに適用される。これらのパルスは、相対的に広いスペクトルバンド、すなわち、一般に、数十ナノメートルの程度のバンド、またはさらに数百ナノメートルの程度のバンドを有する。
【０００３】
超短レーザパルスは、非常に多くの科学的用途および技術的用途を有し、超短レーザパルスは、数ジュールのエネルギーまで増幅され、「パルスビーム」と呼ばれるビームを形成することができ、ビームの直径は、とりわけビームパワーに応じて数ミリメートルから数センチメートルまで達する。
【０００４】
一般的に言えば、パルスビームの電磁場の時間特性は空間的に変化することがあり、または、等価的に、パルスビームの電磁場の空間特性は時間依存となることがある。例えば、パルス持続時間は、ビームの位置（ｘ，ｙ）に依存することがある。本説明では、特に別途述べない限り、方向「ｚ」に伝搬するビームが考慮され、「ｘ」軸、「ｙ」軸、および「ｚ」軸は、正規直交座標系を形成する。
【０００５】
そのような依存性が存在する場合、場Ｅ（ｘ，ｙ，ｔ）は、
Ｅ（ｘ，ｙ，ｔ）＝Ｅ１（ｔ）×Ｅ２（ｘ，ｙ）
の形で表すことができない。ここで、Ｅ１（ｔ）は時間の関数であり、Ｅ２（ｘ，ｙ）は空間の関数である。そのとき、ビームは時空間的結合（ＳＴＣ）を有すると言われる。
【０００６】
時空間的結合は、とりわけ、図１ａおよび図１ｂによって示されるパルスビームの強度面の歪みをもたらすことがある。図１ａは理想的な場合を示し、それによれば、方向ｚに伝搬する超短パルスビームの電磁エネルギーは、直径Ｄおよび厚さｃＴの非常に薄い円盤に広げられ、ここで、ｃは光速であり、Ｔはパルスの持続時間である。図１ａの例では、Ｄ＝８ｃｍおよびｃＴ＝１０μｍであり、ｃＴ＝１０μｍは約３３ｆｓのパルス持続時間に対応する。焦点で得られる光強度を最大化する（それが一般に要望される）ために、前記円盤はできるだけ「平坦」でなければならない。エネルギーのこの空間分布を特性評価するために、レーザの「強度面」という表現が使われる。強度面の概念は「波面」の概念と混同されてはならない。
【０００７】
実際には、とりわけ、大きいビーム直径をもつハイパワーレーザの場合には、図１ｂに示されるように、強度面は平坦ではなく歪んでいることがある。その結果、パルスピークは、面（ｘ，ｙ）のビームの断面の異なる点では異なる時点に到達することがあり、パルス持続時間も点によって変わることがある。他のタイプの時空間的結合、例えば、ある期間にわたる波面の回転なども起こり得る。
【０００８】
これら結合を測定する技法が提案されているが、その技法は、性能が制限されたままであり、実施するのに複雑であり、一般にはハイパワー光源から来る大きいサイズのビームには不適当である。その結果、これらの技法は普及していない。実際、光ビームが大きければ大きいほど、時空間的結合を有する可能性が高くなる。したがって、特にそのような光ビームにとっては、時空間的結合の測定を実行できることが重要である。これらの技法が以下に列記される。
【０００９】
−  高価で複雑な「ＳＰＩＤＥＲ−２Ｄ」技法は、被特性評価ビームのサイズに制限を課する。ＳＰＩＤＥＲ−２Ｄは、時間ｔおよび横断方向ｘまたはｙに応じて被特性評価ビームの再構築を可能にする。
【００１０】
−  「ＳＴＲＩＰＥＤ  ＦＩＳＨ」技法は、ＳＰＩＤＥＲ−２Ｄよりも実装することが簡単であり、安価である。その上、ＳＴＲＩＰＥＤ  ＦＩＳＨは、時間ｔおよび２つの横断方向ｘおよびｙに応じての被特性評価ビームの再構築を可能にする。しかしながら、ＳＴＲＩＰＥＤ  ＦＩＳＨは、やはり、被特性評価ビームのサイズに制限を課し、得ることが非常に困難であるとわかりうる参照ビームの使用を必要とし、小さいスペクトルサンプリングしか可能でない。
【００１１】
−  「ＨＡＭＳＴＥＲ」技法が、Ｃｏｕｓｉｎ等、「Ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｓｐａｔｉｏｔｅｍｐｏｒａｌ  ｐｕｌｓｅ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  ａｎ  ａｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔｉｃ  ｐｕｌｓｅ  ｓｈａｐｅｒ  ａｎｄ  ａ  Ｈａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋ  ｗａｖｅｆｒｏｎｔ  ｓｅｎｓｏｒ」、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ３７、３２９１（２０１２）の論文に記載されている。ＨＡＭＳＴＥＲは、被特性評価ビームのある点において時間測定を実行し、次いで、被特性評価ビームの異なるスペクトルセクションの空間波面を測定するために、音響光学変調器とＳｈａｃｋ−Ｈａｒｔｍａｎｎタイプの２Ｄ波面センサとを使用する。２つの一連の測定の終りに、ＨＡＭＳＴＥＲは、被特性評価ビームの完全な時空間的再構築に、すなわち、時間ｔならびに２つの横断方向ｘおよびｙに応じての時空間的再構築に達する。しかしながら、ＨＡＭＳＴＥＲ技法は、とりわけ音響光学変調器を使用するという理由で、ある複雑さと高いコストとを必要とする。他方では、ＨＡＭＳＴＥＲ技法は大直径ビームに適さない。
【００１２】
−  「ＳＥＡ  ＴＡＤＰＯＬＥ」技法は、第１の光ファイバをビームの異なる点に移動させながら被特性評価ビームの異なる点の光を前記第１の光ファイバで収集することにある。補助ビームが第２の光ファイバに注入される。第１および第２の光ファイバの出力端部は、発散するときに、前記第１および第２の光ファイバを出るビームが空間的に重なり、空間干渉を引き起こすように互いに近くに置かれる。これらの空間干渉は、インターフェログラムを得るために分光器を使用してスペクトル的に分解される。このインターフェログラムにより、第１のファイバに注入されたビームと、第２のファイバに注入されたビームとの間のスペクトル位相を決定することができる。このようにして、被特性評価ビームのある点で収集された光のスペクトル特性が、補助ビームのものと比較される。被特性評価ビームの複数の点に第１のファイバを移動させることによって、これらの点の各々が補助ビームと比較され、それにより、被特性評価ビームのスペクトル位相を再構築することが可能になる。ＳＰＩＤＥＲ−２Ｄ技法およびＳＴＲＩＰＥＤ  ＦＩＳＨ技法と異なり、ＳＥＡ  ＴＡＤＰＯＬＥ技法は、被特性評価ビームのサイズを制限しないという利点を有する。ＳＴＲＩＰＥＤ  ＦＩＳＨと同じように、実装具が比較的簡単で安価であり、被特性評価ビームの再構築が３次元（ｘ，ｙ，ｔ）によって実行される。しかしながら、ＳＥＡ  ＴＡＤＰＯＬＥによるビームの特性評価は、多くのレーザショットを必要とし、スペクトル位相は、一点ごとに決定される。いくつかのレーザショットを実行する必要性は、特性評価すべきレーザビームがショットごとに安定であり再現可能であることを課し、フェムト秒レーザ、特に、ハイパワーフェムト秒レーザでは必ずしもそうならない。ＳＥＡ  ＴＡＤＰＯＬＥ技法の別の制限は、ランダム位相揺らぎをもたらす光ファイバの使用によって引き起こされる。
【００１３】
−  最新技術が、特許ＦＲ２９７６６６３（Ａ１）に記載されている「ＭＵＦＦＩＮ」と呼ばれる技法によって与えられる。前に引合いに出したＳＰＩＤＥＲ−２Ｄ技法、ＳＴＲＩＰＥＤ  ＦＩＳＨ技法、およびＳＥＡ  ＴＡＤＰＯＬＥ技法は、特許ＦＲ２９７６６６３（Ａ１）のプリアンブルにも詳細に記載されている。ＭＵＦＦＩＮ技法は、ＳＥＡ  ＴＡＤＰＯＬＥ技法への改善の代表例である。２つの光ファイバ、すなわち、被特性評価ビームのＮ個の点へと連続的に移動される第１の光ファイバと、参照として役立つ第２の光ファイバとを使用する代わりに、ＭＵＦＦＩＮは、１組のＮ個の光ファイバを直接使用することを提案している。これらのＮ個のファイバの入力端部は、被特性評価ビームのＮ個の異なる点で光を収集する。これらのＮ個のファイバの出力端部は、１列に互いに隣接して置かれ、その結果、前記ファイバを出た後のビームは互いに重なり空間的に干渉する。したがって、ＭＵＦＦＩＮ技法は、シングルショットで、および必ずしも補助ビームを利用することなしに、ＳＥＡ  ＴＡＤＰＯＬＥの結果に達する。ＭＵＦＦＩＮは、ＳＥＡ  ＴＡＤＰＯＬＥで既に確認された光ファイバの位相揺らぎの問題を直ちには除去しない。そのような位相揺らぎは、被特性評価ビームの完全な再構築を妨げることがある。この問題の解決策が上述で引用した特許に提案されているが、それは、ＭＵＦＦＩＮ技法の使用をより複雑にしている。さらに、多数の光ファイバを使用することはＭＵＦＦＩＮ技法では困難である。実際には、光ファイバの最大数は、数十の程度である。その結果、ＭＵＦＦＩＮ技法は、被特性評価ビームの限定的な空間サンプリングしか可能ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】仏国特許出願公開第２９７６６６３号明細書
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Ｃｏｕｓｉｎ等、「Ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｓｐａｔｉｏｔｅｍｐｏｒａｌ  ｐｕｌｓｅ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  ａｎ  ａｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔｉｃ  ｐｕｌｓｅ  ｓｈａｐｅｒ  ａｎｄ  ａ  Ｈａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋ  ｗａｖｅｆｒｏｎｔ  ｓｅｎｓｏｒ」、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ３７、３２９１（２０１２）
【非特許文献２】Ｔ．  Ｏｋｓｅｎｈｅｎｄｌｅｒ等「Ｓｅｌｆ−ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ」、  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｂ  （９９）、７−１２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
したがって、本発明は、大きいサイズの光ビームに適した光ビームの特性評価のためのデバイスおよび方法を提案し、実施することが比較的簡単で安価なままであるのに良好な空間サンプリングおよび良好なスペクトルサンプリングにより前記光ビームの完全な再構築を可能にすることによって前述の問題への解決策を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
したがって、本発明の１つの態様は：
−  光ビームを第１のサブビームと第２のサブビームとに分離するための分離器光学部品であり、第１のサブビームのための第１の光路と第２のサブビームのための第２の光路とを規定する、分離器光学部品と、
−  第１の光路に配列された第１の光学部品であり、「参照ビーム」と呼ばれる第１の光学部品を出た後の第１のサブビームが第１のタイプの波面を有するように第１の曲率半径を有する、第１の光学部品と、
−  第２の光路に配列された第２の光学部品であり、「被特性評価ビーム」と呼ばれる第２の光学部品を出た後の第２のサブビームが第１のタイプと異なる第２のタイプの波面を有するように第１の曲率半径と異なる第２の曲率半径を有する、第２の光学部品と、
−  参照ビームと被特性評価ビームとの間の遅延時間τを制御する手段と、
−  ビームが、空間的に干渉し、２次元干渉パターンを形成するように、参照ビームと被特性評価ビームとを再結合させるための再結合器光学部品と、
−  少なくとも２次元干渉パターンから時間情報または周波数情報を得ることを可能にする測定システムと、
−  周波数ドメインのフーリエ変換の時間情報からの計算、または時間ドメインのフーリエ変換の周波数情報からの計算を可能にする計算機と
を含む光ビームの特性評価のためのデバイスに関する。
【００１８】
本発明のおかげで、有利には、第１のサブビームの、点光源であると見なされる一部が、被特性評価ビームの全体を特性評価できるようにする大きいサイズの参照ビームを発生するために使用される。「大きいサイズの参照ビーム」は、所望の測定面において、参照ビームのサイズが被特性評価ビームのサイズ以上あることを意味するものとする。第１の光学部品と第２の光学部品との間の曲率半径の差のおかげで、参照ビームの波面は第１のタイプのものであり、被特性評価ビームの波面は第２のタイプのものであり、第２のタイプは第１のタイプと異なる。波面のタイプは、とりわけ、前記波面の曲率半径に応じて決定される。したがって、所望の測定面において、点光源から来ると見なされる参照ビームは、被特性評価ビームの各点と空間的に干渉する。したがって、被特性評価ビームの特性評価が、参照ビームと比較して得られ、前記参照ビームは、簡単で効率的で安価な方法で得られる。
【００１９】
前節で述べた特徴とは別に、本発明の１つの態様による光ビームの特性評価のためのデバイスは、個別に考えられる、またはそれらの任意の技術的に可能な組合せにより考えられる以下のものの中の１つまたは複数の補完的な特徴を有することができる。
【００２０】
−  分離器光学部品と再結合器光学部品とは、一方では、光ビームの分離を、他方では、参照ビームと被特性評価ビームとの再結合を保証する単一で同じ光学部品を形成する。
【００２１】
−  計算機は、時間タイプ情報と周波数タイプ情報との間のフーリエ変換の計算機であり、それは、これらのタイプのうちの１つの情報から他のタイプのフーリエ変換を計算する。
【００２２】
本発明の別の態様は、本発明の１つの態様による光ビームの特性評価のためのデバイスを使用する光ビームの特性評価のための第１の方法に関し、第１の方法は：
−  光ビームを分離器光学部品によって第１のサブビームと第２のサブビームとに分離するステップであり、第１のサブビームが第１の光路を取り、第２のサブビームが第２の光路を取る、分離するステップと、
−  第１の光学部品を介して第１のサブビームを、および第２の光学部品を介して第２のサブビームを伝搬させるステップであり、前記第１および第２の光学部品は、制御手段のおかげで、それぞれ、「参照ビーム」と呼ばれる第１の光学部品を出た後の第１のサブビームおよび「被特性評価ビーム」と呼ばれる第２の光学部品を出た後の第２のサブビームがステップＰ１で時間間隔Ｔ１を掃引する時間遅延τだけ分離されるように、第１および第２の光路に配列される、伝搬させるステップと、
−  ビームが、空間的に干渉し、２次元干渉パターンを形成するように、再結合器光学部品によって参照ビームと被特性評価ビームとを再結合させるステップと、
−  時間インターフェログラムを得るために、参照ビームと被特性評価ビームとの間の、ステップＰ１で時間間隔Ｔ１を掃引する時間遅延τに応じて、前記２次元干渉パターンを測定システムによって測定するステップと、
−  計算機によって、時間インターフェログラムの少なくとも１つの空間点の周波数ドメインのフーリエ変換を計算するステップであり、周波数ドメインの前記フーリエ変換が、中心周波数ピークと第１および第２の周波数サイドピークとを有する、計算するステップと、
−  計算機によって、周波数ドメインの前記フーリエ変換の前記第１および第２の周波数サイドピークのうちの１つに対して「相対スペクトル振幅」と呼ばれるスペクトル振幅ＡＲ（ω）と「相対空間スペクトル位相」と呼ばれる空間スペクトル位相φＲ（ｘ，ｙ，ω）とを計算するステップと
を含む。
【００２３】
本明細書では、「時間インターフェログラム」は、ステップＰ１で時間間隔Ｔ１を掃引する遅延時間τごとの２次元干渉パターンのすべてを意味するものとする。したがって、時間インターフェログラムは、２つの空間次元および１つの時間次元に沿った３次元情報を含む。本発明の１つの態様による光ビームの特性評価のための第１の方法は、被特性評価ビームの優れた空間サンプリングを可能にする。ステップＰ１での時間間隔Ｔ１の遅延時間τによる掃引のおかげで、本発明の１つの態様による光ビームの特性評価のための第１の方法は、被特性評価ビームの優れたスペクトルのサンプリングを可能にする。スペクトルサンプリングの品質は、実際、遅延時間τを走査する時間間隔Ｔ１の長さに関連する。
【００２４】
前節で述べた特徴とは別に、本発明の１つの態様による光ビームの特性評価のための第１の方法は、個別に考えられる、またはそれらの任意の技術的に可能な組合せにより考えられる以下のものの中の１つまたは複数の追加の特徴を有することができる。
【００２５】
−  第１の方法は、ステップＰ１で時間間隔Ｔ１を掃引する少なくとも１つの時間遅延τに関して、計算機によって、被特性評価ビームの強度および強度の空間的分布を計算するステップを含む。前記ステップは、有利には、ある期間にわたる、すなわち、一般に、パルス光源の場合におけるあるパルスから次のパルスまでの光源の特性の潜在的な揺らぎを考慮に入れることを可能にする。掃引時間間隔Ｔ１の間の光源の強度および強度の空間的分布の潜在的な揺らぎは、実際、測定された２次元干渉パターン、したがって、そこから推定される複素スペクトルを劣化させる可能性がある。
【００２６】
−  優先的に、第１の方法は、ステップＰ１で時間間隔Ｔ１を掃引する時間遅延τごとに、計算機によって、被特性評価ビームの強度および強度の空間的分布を計算する前記ステップを含む。
【００２７】
−  第１の方法は、有利には：
○  参照ビームの周波数ω０での空間位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω０）を測定するステップであり、前記空間位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω０）が、第１の光学部品によって導入された参照ビームの波面の曲率の特徴を示す、測定するステップと、
○  次いで、被特性評価ビームの修正された相対空間スペクトル位相を得るために、相対空間スペクトル位相φＲ（ｘ，ｙ，ω）から空間スペクトル位相（ω／ω０）φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω０）を減じるステップと
を含む。
それにより、第１の光学部品によって導入される参照ビームの波面の曲率が考慮に入れられる。
【００２８】
−  第１の代替によれば、第１の方法は、有利には：
○  「参照空間スペクトル位相」と呼ばれる第１のサブビームの空間スペクトル位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω）を測定するステップと、
○  次いで、被特性評価ビームの絶対空間スペクトル位相φａｂｓ（ｘ，ｙ，ω）を得るために、相対空間スペクトル位相φＲ（ｘ，ｙ，ω）から前記参照空間スペクトル位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω）を減じるステップと
を含む。
それにより、被特性評価ビームの絶対特性評価が、参照ビームと無関係に得られる。
【００２９】
−  第２の代替によれば、第１の方法は、有利には：
○  参照ビームの周波数ω０での空間位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω０）を測定するステップであり、前記空間位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω０）が、第１の光学部品によって導入された参照ビームの波面の曲率の特徴を示す、測定するステップと、
○  「参照空間スペクトル位相」と呼ばれる第１のサブビームの空間スペクトル位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω）を測定するステップと、
○  次いで、被特性評価ビームの修正された絶対空間スペクトル位相を得るために、相対空間スペクトル位相φＲ（ｘ，ｙ，ω）から前記参照空間スペクトル位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω）および空間スペクトル位相（ω／ω０）φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω０）を減じるステップと
を含む。
それにより、被特性評価ビームの絶対特性評価が、第１の光学部品によって導入される参照ビームの波面の曲率を修正しながら得られる。
【００３０】
−  第１の方法は、有利には、前記第１のサブビームの品質を向上させることを可能にする第１のサブビームをフィルタ処理するステップを含む。それにより、これは、第１のサブビームの、点光源に同化している部分から導き出される参照ビームの品質を向上させるのに寄与する。フィルタ処理ステップは、線形フィルタ処理のステップとすることができる。それにより、第１のサブビームの空間特性は、有利には、改善される。代替として、フィルタ処理ステップは、非線形フィルタ処理のステップとすることができる。それにより、第１のサブビームのスペクトルは、有利には、広げられ、それにより、第１の光学部品を出た後の第１のサブビームである参照ビームである。参照ビームのスペクトルを広げることによって、これは、有利には、前記フィルタ処理ステップの前に、被特性評価ビームのいくつかのゾーンが参照ビームのスペクトルに存在しない周波数を含む場合を少なくとも部分的に除去する。フィルタ処理ステップは、線形フィルタ処理の第１のサブステップと、非線形フィルタ処理の第２のサブステップとをさらに含むことができる。
【００３１】
本発明の別の態様は、本発明の１つの態様による光ビームの特性評価のためのデバイスを使用する光ビームの特性評価のための第２の方法に関し、第２の方法は：
−  光ビームを分離器光学部品によって第１のサブビームと第２のサブビームとに分離するステップであり、第１のサブビームが第１の光路を取り、第２のサブビームが第２の光路を取る、分離するステップと、
−  第１の光学部品を介して第１のサブビームを、および第２の光学部品を介して第２のサブビームを伝搬させるステップであり、前記第１および第２の光学部品は、制御手段のおかげで、それぞれ、「参照ビーム」と呼ばれる第１の光学部品を出た後の第１のサブビームおよび「被特性評価ビーム」と呼ばれる第２の光学部品を出た後の第２のサブビームが時間遅延τだけ分離されるように第１および第２の光路に配列される、伝搬させるステップと、
−  ビームが、空間的に干渉し、第１の面に沿って延びる２次元干渉パターンを形成するように、再結合器光学部品によって参照ビームと被特性評価ビームとを再結合させるステップと、
−  ２次元干渉パターンの少なくとも１つの部分の周波数スペクトルを測定システムによって測定するステップであり、測定システムが、第１の面の第１の空間方向に沿って延びる入口スリットを有する分光器を含む、測定するステップと、
−  周波数スペクトルの少なくとも１つの空間点の時間ドメインのフーリエ変換を計算するステップであり、時間ドメインの前記フーリエ変換が、時間中心ピークと第１および第２の時間サイドピークとを有する、計算するステップと、
−  計算機によって、前記第１および第２の時間サイドピークのうちの１つに対して周波数ドメインのフーリエ変換を計算するステップと、
−  計算機によって、周波数ドメインの前記フーリエ変換に関して「相対スペクトル振幅」と呼ばれるスペクトル振幅ＡＲ（ω）と「相対空間スペクトル位相」と呼ばれる空間スペクトル位相φＲ（ｘ，ｙ，ω）とを計算するステップと
を含む。
【００３２】
本発明の１つの態様による光ビームの特性評価のための第２の方法は、有利には、ある期間にわたる光源の特性の潜在的な揺らぎを除去することを可能にする。実際、前記第２の方法は、「シングルショット」と呼ばれる測定、すなわち、パルス光源の場合には単一の光パルスのみを使用する測定、または、代わりに、連続スペクトル光源の場合には、光源の特性が変動しないと考えることができる非常に短い持続時間のみ光源を使用する測定を可能にする。
【００３３】
前節で述べた特徴とは別に、本発明の１つの態様による光ビームの特性評価のための第２の方法は、個別に考えられる、またはそれらの任意の技術的に可能な組合せにより考えられる以下のものの中の１つまたは複数の追加の特徴を有することができる。
【００３４】
−  ２次元干渉パターンの少なくとも１つの部分の周波数スペクトルを測定するステップは：
○  分光器の入口スリットが、２次元干渉パターンの前記少なくとも１つの部分を受け取るように構成されるように測定システムの分光器を配列するサブステップであり、前記少なくとも１つの部分が第１の面の第１の空間次元に沿って延びる、配列するサブステップと、
○  分光器のおかげで、第１の面の第１の空間次元に沿って延びる２次元干渉パターンの前記少なくとも１つの部分の周波数スペクトルを測定するサブステップと
を含む。
【００３５】
−  代替として、２次元干渉パターンの少なくとも１つの部分の周波数スペクトルを測定するステップは：
○  複数の光ファイバを含む測定システムが、第１の面の第１の空間方向に沿っておよび第１の面の第２の空間方向に沿って２次元干渉パターンをサンプリングすることができるように２次元マトリクスに従って第１の面に前記複数の光ファイバの入力端部を配列するサブステップと、
○  前記複数の光ファイバの出力端部を測定システムの分光器の入口スリットに配列するサブステップと、
○  測定システムの分光器のおかげで、第１の面の第１および第２の空間方向に沿って２次元干渉パターンのサンプリングの周波数スペクトルを測定するサブステップと
を含む。
【００３６】
−  第２の方法は、有利には：
○  参照ビームの周波数ω０での空間位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω０）を測定するステップであり、前記空間位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω０）が、第１の光学部品によって導入された参照ビームの波面の曲率の特徴を示す、測定するステップと、
○  次いで、被特性評価ビームの修正された相対空間スペクトル位相を得るために、相対空間スペクトル位相φＲ（ｘ，ｙ，ω）から空間スペクトル位相（ω／ω０）φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω０）を減じるステップと
を含む。
それにより、第１の光学部品によって導入される参照ビームの波面の曲率が考慮に入れられる。
【００３７】
−  第１の代替によれば、第２の方法は、有利には：
○  「参照空間スペクトル位相」と呼ばれる第１のサブビームの空間スペクトル位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω）を測定するステップと、
○  次いで、被特性評価ビームの絶対空間スペクトル位相φａｂｓ（ｘ，ｙ，ω）を得るために、相対空間スペクトル位相φＲ（ｘ，ｙ，ω）から前記参照空間スペクトル位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω）を減じるステップと
を含む。
それにより、被特性評価ビームの絶対特性評価が、参照ビームと無関係に得られる。
【００３８】
−  第２の代替によれば、第２の方法は、有利には：
○  参照ビームの周波数ω０での空間位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω０）を測定するステップであり、前記空間位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω０）が、第１の光学部品によって導入された参照ビームの波面の曲率の特徴を示す、測定するステップと、
○  「参照空間スペクトル位相」と呼ばれる第１のサブビームの空間スペクトル位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω）を測定するステップと、
○  次いで、被特性評価ビームの修正された絶対空間スペクトル位相を得るために、相対空間スペクトル位相φＲ（ｘ，ｙ，ω）から前記参照空間スペクトル位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω）および空間スペクトル位相（ω／ω０）φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω０）を減じるステップと
を含む。
それにより、被特性評価ビームの絶対特性評価が、第１の光学部品によって導入される参照ビームの波面の曲率を修正しながら得られる。
【００３９】
−  第２の方法は、有利には、前記第１のサブビームの品質を向上させることを可能にする第１のサブビームをフィルタ処理するステップを含む。それにより、これは、第１のサブビームの、点光源に同化している部分から導き出される参照ビームの品質を向上させるのに寄与する。フィルタ処理ステップは、線形フィルタ処理のステップとすることができる。それにより、第１のサブビームの空間特性は、有利には、改善される。代替として、フィルタ処理ステップは、非線形フィルタ処理のステップとすることができる。それにより、第１のサブビームのスペクトルは、有利には、広げられ、それにより、第１の光学部品を出た後の第１のサブビームである参照ビームである。したがって、参照ビームのスペクトルを広げることによって、これは、有利には、前記フィルタ処理ステップの前に、被特性評価ビームのいくつかのゾーンが参照ビームのスペクトルに存在しない周波数を含む場合を少なくとも部分的に除去する。フィルタ処理ステップは、線形フィルタ処理の第１のサブステップと、非線形フィルタ処理の第２のサブステップとをさらに含むことができる。
【００４０】
本発明およびその異なる適用は、以下の説明を読み、添付の図を検討することによって一層よく理解されるであろう。
【００４１】
図は、表示するために提示され、本発明を全く限定しない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１ａ】時空間的結合がない理想的な場合の超短パルスレーザビームの電磁エネルギーの分布の一例を示す図である。
【図１ｂ】時空間的結合がある非理想の場合の超短パルスレーザビームの電磁エネルギーの分布の一例を示す図である。
【図２ａ】光ビームの特性評価のための第１のデバイスを使用する、本発明の第１の実施形態による光ビームの特性評価のための方法の第１のステップを示す図である。
【図２ｂ】光ビームの特性評価のための第１のデバイスを使用する、本発明の第１の実施形態による光ビームの特性評価のための方法の第２のステップを示す図である。
【図２ｃ】光ビームの特性評価のための第１のデバイスを使用する、本発明の第１の実施形態による光ビームの特性評価のための方法の第３のステップを示す図である。
【図３】光ビームの特性評価のための第２のデバイスを使用する、本発明の第１の実施形態による光ビームの特性評価のための方法の代替構成を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による光ビームの特性評価のための方法のステップの間に実験的に測定された所与の時間遅延での２次元干渉パターンの一例を示す図である。
【図５ａ】参照ビームと被特性評価ビームとの間の第１の時間遅延での前記被特性評価ビームと前記参照ビームとの時空間的プロファイルの第１のシミュレーションを示す図である。
【図５ｂ】参照ビームと被特性評価ビームとの間の第２の時間遅延での前記被特性評価ビームと前記参照ビームとの時空間的プロファイルの第２のシミュレーションを示す図である。
【図５ｃ】参照ビームと被特性評価ビームとの間の第３の時間遅延での前記被特性評価ビームと参照ビームとの前記時空間的プロファイルの第３のシミュレーションを示す図である。
【図６ａ】図５ａの配置に対応する第１の２次元干渉パターンを示す図である。
【図６ｂ】図５ｂの配置に対応する第２の２次元干渉パターンを示す図である。
【図６ｃ】図５ｃの配置に対応する第３の２次元干渉パターンを示す図である。
【図７ａ】所与の点（ｘ，ｙ）で測定された部分的時間インターフェログラムの外観を示す図である。
【図７ｂ】図７ａの部分的時間インターフェログラムのフーリエ変換の外観を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態による光ビームの特性評価のための方法の第１の変形を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態による光ビームの特性評価のための方法の第２の変形を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態による光ビームの特性評価のための方法の第５の変形を示す図である。
【図１１ａ】光ビームの特性評価のための第３のデバイスを使用する、本発明の第２の実施形態による光ビームの特性評価のための方法を示す図である。
【図１１ｂ】光ビームの特性評価のための第３のデバイスの部分的斜視図である。
【図１１ｃ】本発明の第２の実施形態による光ビームの特性評価のための方法のステップの間に実験的に測定された所与の時間遅延での２次元干渉パターンの周波数スペクトルの一例を示す図である。
【図１２ａ】光ビームの特性評価のための第４のデバイスを使用する、本発明の第２の実施形態による光ビームの特性評価のための方法の代替構成を示す図である。
【図１２ｂ】光ビームの特性評価のための第４のデバイスの部分的斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
特に別途述べられない限り、異なる図に現れる同じ要素は単一の参照を有する。
【００４４】
図１ａおよび図１ｂは前に説明された。
【００４５】
図２ａ、図２ｂ、および図２ｃは、それぞれ、本発明の第１の実施形態による光ビームの特性評価のための方法１０の第１のステップａ）、第２のステップｂ）、および第３のステップｃ）を示す。第１の実施形態は、「マルチショットモード」とも呼ばれる。「ワンショットモード」と呼ばれる第２の実施形態は、後で説明される。
【００４６】
本発明の第１の実施形態によれば、方法１０は、図２ａから図２ｃに示される光ビームの特性評価のための第１のデバイス１を使用する。デバイス１は：
−  光学部品ＳＲと、
−  第１の光学部品Ｏ１と、
−  第２の光学部品Ｏ２と、
−  時間遅延τを制御する手段Ｐｚと、
−  測定システムＳＭ１と、
−  計算機Ｋと
を含む。
【００４７】
図２ａから図２ｃに詳細に示されている実施形態の例では、第１の光学部品Ｏ１および第２の光学部品Ｏ２は、ミラーなどの反射光学部品である。図示されていない代替によれば、第１の光学部品Ｏ１および／または第２の光学部品Ｏ２は、光学レンズとすることもできる。いずれかの場合において、第１の光学部品Ｏ１および第２の光学部品Ｏ２は、異なる曲率半径を有する。図２ａから図２ｃに詳細に示されている実施形態の例では、第１の光学部品Ｏ１は、発散光学部品、より正確には発散ミラーであり、一方、第２の光学部品Ｏ２は、平面光学部品、より正確には平面ミラーである。図示されていない代替によれば、第１の光学部品Ｏ１は収束光学部品とすることができ、および／または第２の光学部品Ｏ２は発散または収束光学部品とすることができる。したがって、第１の光学部品Ｏ１の曲率半径が第２の光学部品Ｏ２の曲率半径と異なる限り、複数の組合せが第１の光学部品Ｏ１および第２の光学部品Ｏ２に関して想定され得る。
【００４８】
本説明の残りの部分では、面Ｏｘｚ、Ｏｘｙ、およびＯｙｚを画定する中心Ｏならびに軸ｘ、ｙ、およびｚの正規直交系が参照される。
【００４９】
図２ａに示された前記第１のステップａ）の間、光源ＳＬによって発生された光ビームＦＬは、光学部品ＳＲに送られる。本明細書で説明する実施形態の特定の例では、光源ＳＬは、１０Ｈｚの周波数で２５フェムト秒の程度のパルスを発生することができて各パルスが２．５Ｊの程度のエネルギーを有するパルスフェムト秒レーザである。このパルスレーザのピークパワーは１００ＴＷの程度であり、一方、その平均パワーは約２５Ｗに達する。したがって、光源ＳＬの出力部の光ビームＦＬは、考察している例では、一連の光パルスによって形成される。光ビームＦＬは、考察している例では、８０ｍｍの程度の直径を有する。一般的に言えば、ビームの直径は、前記ビームの伝搬の方向に対して垂直な面で測定される。したがって、光ビームＦＬの直径は、面Ｏｘｚに平行な面で測定される。光学部品ＳＲは、例えば自己反射ミラーであり、自己反射ミラーは、光ビームを受け取ると、光ビームの一部を反射し、光ビームの別の一部を透過する。
【００５０】
次いで、光ビームＦＬは、光学部品ＳＲによって第１のサブビームＦ１と第２のサブビームＦ２とに分離される。光学部品ＳＲは、第１のサブビームＦ１のための第１の光路Ｃ１と、第２のサブビームＦ２のための第２の光路Ｃ２とを規定する。第１および第２のサブビームは、最初の光ビームＦＬと実質的に同じ直径を有する。第１のサブビームの直径は、面Ｏｘｙに平行な面で測定され、一方、第２のサブビームの直径は、面Ｏｘｚに平行な面で測定される。ここで説明する実施形態の例では、光ビームＦＬは、４５°の程度の入射αの下で光学部品ＳＲに達する。光ビームＦＬは、さらに、等価的に、１３５°の程度の入射の下で光学部品ＳＲに達することができる。ここで説明する実施形態の例では、第１のサブビームＦ１は光学部品ＳＲによって透過され、一方、第２のサブビームＦ２は光学部品ＳＲによって反射される。優先の代替によれば、第１のサブビームＦ１は光学部品ＳＲによって反射され、一方、第２のサブビームＦ２は光学部品ＳＲによって透過される。
【００５１】
図２ｂに示された第２のステップｂ）の間、第１のサブビームＦ１は、伝搬し、第１の光路Ｃ１に配列された第１の光学部品Ｏ１に少なくとも部分的に達し、一方、第２のサブビームＦ２は、伝搬し、第２の光路Ｃ２に配列された第２の光学部品Ｏ２に少なくとも部分的に達する。第１の光路Ｃ１の第１の光学部品Ｏ１および第２の光路Ｃ２の第２の光学部品Ｏ２の位置付けは、「参照ビームＦｒｅｆ」と呼ばれる第１の光学部品を出た後の第１のサブビームおよび「被特性評価ビームＦｃａｒ」と呼ばれる第２の光学部品を出た後の第２のサブビームが時間遅延τだけ分離されるように選ばれる。
【００５２】
第１の光学部品Ｏ１は、第１のサブビームＦ１が垂直入射の下で第１の光学部品Ｏ１に達するように優先的に配列される。第２の光学部品Ｏ２は、第２のサブビームＦ２が垂直入射の下で第２の光学部品Ｏ２に達するように優先的に配列される。言い換えれば、考察している例では、第１の光学部品Ｏ１は面Ｏｘｙと平行に配列され、一方、第２の光学部品Ｏ２は面Ｏｘｚと平行に配列される。
【００５３】
図２ａから図２ｃに詳細に示されている実施形態の例では、第１のサブビームＦ１および第２のサブビームＦ２は、平坦なまたは事実上平坦な波面を有する。発散ミラーである第１の光学部品Ｏ１の下流で、参照ビームＦｒｅｆは球状波面を有する。したがって、参照ビームＦｒｅｆの波面は、第１の光学部品Ｏ１の第１の曲率のために、第１のサブビームＦ１の波面に関して変更される。平面ミラーである第２の光学部品Ｏ２の下流で、被特性評価ビームＦｃａｒは、第２のサブビームＦ２の波面と実質的に同様である平坦なまたは事実上平坦な波面を有する。図示されていない代替によれば、第１の光学部品Ｏ１の曲率半径が第２の光学部品Ｏ２の曲率半径と異なる限り、第１の光学部品Ｏ１は、第１のサブビームＦ１に対して参照ビームＦｒｅｆの曲率半径を変更しなくてもよく、および／または第２の光学部品Ｏ２は、第２のサブビームＦ２に対して被特性評価ビームＦｃａｒの曲率半径を変更してもよい。
【００５４】
第２の光学部品Ｏ２は、優先的に、光ビームＦＬの直径以上の直径（ここで、面Ｏｘｚと平行な面で測定されている）を有し、その結果、被特性評価ビームＦｃａｒの直径は、第２の光学部品Ｏ２の下流および上流で実質的に同じままである。一般的に言えば、第２の光学部品Ｏ２の直径ｄＯ２は、有利には、
【数１】
0006585093.tif 000002
であるように選ばれ、ここで、ＤＦＬは光ビームＦＬの直径である。ここで説明する実施形態の例では、光ビームＦＬの直径ＤＦＬは８ｃｍの程度であり、直径ｄＯ２は、有利には、
【数２】
0006585093.tif 000003
であるように選ばれる。したがって、第２の光学部品Ｏ２が１５ｃｍの程度の直径ｄＯ２を有するように選ぶことが可能である。
【００５５】
本発明の第１の実施形態による特性評価のための方法１０では、参照ビームＦｒｅｆと被特性評価ビームＦｃａｒとの間の時間遅延τを制御して、前記時間遅延τがステップＰ１で時間間隔Ｔ１を走査できることが望まれる。時間間隔Ｔ１およびステップＰ１の選択肢は後で詳述される。制御手段Ｐｚが、参照ビームＦｒｅｆと被特性評価ビームＦｃａｒとの間の時間遅延τを制御するために使用される。制御手段Ｐｚは、一般に、２５０μｍの移動距離を有し、数オングストロームÅの程度の精度で移動を実行できるようにする圧電ステージである。制御手段Ｐｚにより、優先的に、第１の光学部品Ｏ１のｚ軸に沿った位置付けを調節することが可能になる。前記第１の光学部品Ｏ１をｚ軸に沿って平行移動させることによって、すなわち、第１の光路Ｃ１と第２の光路Ｃ２との間の光路の差を変化させることによって、参照ビームＦｒｅｆと被特性評価ビームＦｃａｒとの間の時間遅延τが制御される。代替によれば、制御手段Ｐｚにより、第２の光学部品Ｏ２のｙ軸に沿った位置付けを調節することが可能になる。別の代替によれば、制御手段Ｐｚにより、第１の光学部品Ｏ１のｚ軸に沿った位置付けを調節すること、および第２の光学部品Ｏ２のｙ軸に沿った位置付けを調節することの両方が可能になる。この後者の代替によれば、そのとき、制御手段Ｐｚは、一般に、第２の圧電ステージを含む。本説明の残りの部分では、「制御手段」および「圧電ステージ」という用語は、無差別に利用される。
【００５６】
次いで、参照ビームＦｒｅｆおよび被特性評価ビームＦｃａｒは、それぞれ、参照ビームＦｒｅｆと被特性評価ビームＦｃａｒとの再結合のために第１の光路Ｃ１および第２の光路Ｃ２に沿って光学部品ＳＲに伝搬する。ここで考察している構成の例では、光学部品ＳＲは、第１に、光ビームＦＬの分離の機能を、第２に、参照ビームＦｒｅｆと被特性評価ビームＦｃａｒとの再結合の機能を保証する。とはいえ、単一の光学部品ＳＲの代わりに、光ビームＦＬの分離の機能を保証する第１の光学部品と、参照ビームＦｒｅｆと被特性評価ビームＦｃａｒとの再結合機能を保証する、第１の光学部品と別の第２の光学部品とを代替として使用することができる。この代替の構成は、後で説明する図３に詳細に示される。
【００５７】
図２ｃに示された第３のステップｃ）の間、参照ビームＦｒｅｆと被特性評価ビームＦｃａｒとは、光学部品ＳＲによって再結合される。次いで、参照ビームＦｒｅｆおよび被特性評価ビームＦｃａｒは、測定システムＳＭ１に伝搬する。測定システムＳＭ１は、被特性評価ビームＦｃａｒが実質的に垂直な入射の下で測定システムＳＭ１に達するように配列される。面Ｏｘｙと平行な２つの面がこの後考察される：
−  時間遅延τごとに２次元干渉パターンＭ１の測定が実行される第１の面ｚ１と、
−  第１の光学部品Ｏ１の面である第２の面ｚ２。
【００５８】
第１の面ｚ１および第２の面ｚ２は、図２ｂと図２ｃとに示されている。第１の光学部品Ｏ１を基準にした測定システムＳＭ１の引き離し（ここで、ｚ軸に沿って測定される）は、参照ビームＦｒｅｆと被特性評価ビームＦｃａｒとが第１の測定面ｚ１に達するとき、参照ビームＦｒｅｆの直径が被特性評価ビームＦｃａｒの直径以上となる、優先的には、被特性評価ビームＦｃａｒの直径よりも大きくなるように選ばれる。したがって、これにより、参照ビームＦｒｅｆは被特性評価ビームＦｃａｒの全体と空間的に干渉することができる。参照ビームＦｒｅｆの直径が被特性評価ビームＦｃａｒの直径と等しい場合、参照ビームＦｒｅｆの全体は被特性評価ビームＦｃａｒの全体と干渉する。参照ビームＦｒｅｆの直径が被特性評価ビームＦｃａｒの直径よりも大きい優先の場合には、参照ビームＦｒｅｆの一部のみが被特性評価ビームＦｃａｒと干渉する。測定システムＳＭ１が光学部品ＳＲからｚ軸に沿って遠ければ遠いほど、参照ビームＦｒｅｆの直径は大きくなり、被特性評価ビームＦｃａｒと干渉する参照ビームＦｒｅｆの部分は小さくなる。それにより、被特性評価ビームＦｃａｒと干渉する参照ビームＦｒｅｆの部分が小さければ小さいほど、参照ビームＦｒｅｆの前記部分が欠陥を有す可能性が小さくなり、したがって、本発明の第１の実施形態による特性評価のための方法１０によって得ることができる結果の品質が良くなる。参照ビームＦｒｅｆは、さらに、２次元干渉パターンＭ１のコントラストに、したがって、測定の品質に影響を及ぼす。２次元干渉パターンＭ１のコントラストは、実際、被特性評価ビームＦｃａｒの強度と参照ビームＦｒｅｆの強度との間の比、すなわち、第１の測定面ｚ１における被特性評価ビームＦｃａｒのサイズと参照ビームＦｒｅｆのサイズとの間の比によって影響される。２次元干渉パターンＭ１のコントラストは、被特性評価ビームＦｃａｒの強度と参照ビームＦｒｅｆの強度とが第１の測定面ｚ１において等しい（これは参照ビームＦｒｅｆがあまり小さくないことを意味する）ときに最適である。したがって、それは、参照ビームＦｒｅｆのサイズに対する妥協を見いだすことを必要とする。
【００５９】
参照ビームＦｒｅｆおよび被特性評価ビームＦｃａｒは、それらの再結合の後、空間的に干渉する。所与の時間遅延τだけ分離されている参照ビームＦｒｅｆおよび被特性評価ビームＦｃａｒが測定システムＳＭ１に達すると、それらは２次元干渉パターンＭ１を形成する。２次元干渉パターンＭ１は２つの横断方向ｘおよびｙに依存し、所与の時間遅延τに対して測定される。したがって、２次元干渉パターンＭ１は、Ｍ１τ（ｘ，ｙ）で示すことができる。所与の時間遅延τに対して実験的に測定された２次元干渉パターンＭ１の一例が、図４に示される。２次元干渉パターンＭ１は、一般に、１組の同心リングであり、リングの太さは、リングがパターンの中心から遠ざかるにつれて減少する。
【００６０】
次いで、２次元干渉パターンＭ１は、測定システムＳＭ１によって測定される。少なくとも２つのタイプの測定システムが、被特性評価ビームＦｃａｒのサイズ、すなわち直径に応じて提案される。
【００６１】
−  カメラに属する１つのセンサＣＣＤ（電荷結合素子）のみを含む第１のタイプの測定システムは、被特性評価ビームＦｃａｒが前記センサＣＣＤの直径以下の直径である場合に使用することができる。実際には、この第１のタイプの測定システムは、一般に、１ｃｍ未満の直径の被特性評価ビームＦｃａｒの場合に使用することができる。
【００６２】
−  被特性評価ビームＦｃａｒが前記センサＣＣＤの直径よりも大きい直径である場合には、第２のタイプの測定システムを使用することができる。この第２のタイプの測定システムは、センサＣＣＤから離れたところに、拡散スクリーンＥと、対物レンズＯｂｊとを含む。図２ａから図２ｃにおいてより詳細に示されているのがこの第２のタイプの測定システムである。例えば面Ｏｘｙと実質的に平行に配列された拡散スクリーンＥは、２次元干渉パターンＭ１の信号ｓ１を拡散させる。対物レンズＯｂｊは、信号ｓ１を捕捉し、センサＣＣＤ上に２次元干渉パターンＭ１の縮小した画像を形成する。
【００６３】
次いで、第２のタイプと同様に第１のタイプの測定システムＳＭ１を用いて、センサＣＣＤは、２次元干渉パターンＭ１の画像を記録する。次いで、前記画像は計算機Ｋに送出され得る。２次元干渉パターンＭ１の前記画像で必要とされる空間分解能は、後で論じる。
【００６４】
図２ａ、図２ｂ、および図２ｃを参照しながらちょうど説明した３つのステップは、ステップＰ１で時間間隔Ｔ１を掃引する時間遅延τごとに繰り返される。２次元干渉パターンＭ１を測定するのに望ましい時間遅延τの数Ｎに対応するステップａ）、ｂ）、およびｃ）の反復の総数Ｎは、Ｎ＝Ｅ（Ｔ１／Ｐ１）＋１に等しく、ここで、Ｅは整関数部分を示す。
【００６５】
次に、時間遅延τの掃引または走査のための時間間隔Ｔ１およびステップＰ１の選択肢が再検討される。２つの主要な条件が満たされる：
【００６６】
−  第１の条件はステップＰ１に関係する。シャノン基準によれば、ステップＰ１は、被特性評価ビームＦｃａｒの光学周期を適切にサンプリングする、とりわけエイリアシング効果を避けるのに十分な小ささである。したがって、シャノン基準は、光学周期当たり点の測定が少なくとも２回実行されることを示している。したがって、スペクトルの中心が８００ｎｍである被特性評価ビームＦｃａｒでは、２．６ｆｓの程度の光学周期の場合、ステップＰ１は約１．３ｆｓ未満である、すなわち、第１の光学部品Ｏ１または第２の光学部品Ｏ２の移動はｃ×Ｐ１／２＝２００ｎｍ未満であり、ｃは光速を示す。したがって、十分な精度で、すなわち、一般に、ｎｍの程度の精度で、第１の光学部品Ｏ１または第２の光学部品Ｏ２の移動を制御できることが望ましい。したがって、前に述べたような圧電ステージＰｚは、第１の光学部品Ｏ１または第２の光学部品Ｏ２の移動を保証するために優先的に使用される。そのような圧電ステージＰｚは、実際、１ｎｍ未満の精度を保証する。実際には、被特性評価ビームＦｃａｒのスペクトルは、ある一定の幅を有しており、前記スペクトルの最高周波数でのエイリアシングを避けるために、ステップＰ１は、優先的に、シャノン基準から導き出される一般に最小値の１／２よりも小さく選ばれる、すなわち、この特定の例では、Ｐ１≒０．７ｆｓである。
【００６７】
−  第２の条件は時間間隔Ｔ１に関係する。それは、参照ビームＦｒｅｆと被特性評価ビームＦｃａｒのすべての点との干渉を観察するために十分に大きい時間間隔Ｔ１の掃引を必要とする。実際、光ビームＦＬのパルスの性質のために、参照ビームＦｒｅｆと被特性評価ビームＦｃａｒとの間の干渉は、所与の時間遅延τに対して、被特性評価ビームＦｃａｒの一部のみをカバーする頭部においてのみ観察される。したがって、被特性評価ビームＦｃａｒの全体を再構築するには、この頭部が被特性評価ビームＦｃａｒのすべての点を連続的に通り過ぎるように十分に大きい時間間隔Ｔ１を走査することが必要である。この概念が、図５ａから図５ｃおよび図６ａから図６ｃに示される。
【００６８】
○  図５ａは、被特性評価ビームＦｃａｒと参照ビームＦｒｅｆとの間のゼロ時間遅延τでの前記被特性評価ビームＦｃａｒおよび前記参照ビームＦｒｅｆの時空間的プロファイルの第１のシミュレーションを示す。この第１のシミュレーションでは、参照ビームＦｒｅｆは、被特性評価ビームＦｃａｒの中心に位置する第１のゾーンＩｎｔ１において被特性評価ビームＦｃａｒと干渉する。この第１のゾーンＩｎｔ１のどちらの側でも、被特性評価ビームＦｃａｒのサイドゾーンは参照ビームＦｒｅｆと干渉しない。図６ａは、図５ａの配置に対応する、すなわち、参照ビームＦｒｅｆと被特性評価ビームＦｃａｒとの間のゼロ時間遅延τの場合の第１の２次元干渉パターンを示す。
【００６９】
○  図５ｂは、被特性評価ビームＦｃａｒと参照ビームＦｒｅｆとの間の１３ｆｓの時間遅延τでの前記被特性評価ビームＦｃａｒおよび前記参照ビームＦｒｅｆの時空間的プロファイルの第２のシミュレーションを示す。この第２のシミュレーションでは、参照ビームＦｒｅｆは、第２のゾーンＩｎｔ２および第３のゾーンＩｎｔ３において被特性評価ビームＦｃａｒと干渉する。前記第２のゾーンＩｎｔ２と前記第３のゾーンＩｎｔ３との間で、被特性評価ビームの中央ゾーンは、参照ビームＦｒｅｆと干渉しない。図６ｂは、図５ｂの配置に対応する、すなわち、参照ビームＦｒｅｆと被特性評価ビームＦｃａｒとの間の１３ｆｓの時間遅延τの場合の第２の２次元干渉パターンを示す。
【００７０】
○  図５ｃは、被特性評価ビームＦｃａｒと参照ビームＦｒｅｆとを分離する２７ｆｓの時間遅延τでの前記被特性評価ビームＦｃａｒおよび前記参照ビームＦｒｅｆの時空間的プロファイルの第３のシミュレーションを示す。この第３のシミュレーションでは、参照ビームＦｒｅｆは、事実上、もはや被特性評価ビームＦｃａｒと干渉しない。図６ｃは、図５ｃの配置に対応する、すなわち、参照ビームＦｒｅｆと被特性評価ビームＦｃａｒとの間の２７ｆｓの時間遅延τの場合の第３の２次元干渉パターンを示す。次いで、カバーすべき時間間隔Ｔ１、または、等価的に、カバーすべき距離間隔Δｚは、当業者によく知られている方法で容易に計算することができる。したがって、距離間隔Δｚは、
【数３】
0006585093.tif 000004
で表すことができ、ここで、Δｘ＝Δｙは被特性評価ビームＦｃａｒの半径であり、Ｌは第１の光学部品Ｏ１と測定面との間の距離である。λを被特性評価ビームの波長として、距離のステップはせいぜいλ／２にあることが分かっているので、完全な走査のために達成すべきステップの最小総数Ｎは、
Ｎ＝Δｘ２／Ｌ×λ
である。
【００７１】
２５ｆｓのパルスを発生し、１００ＴＷのピークパワーに達するレーザ源ＳＬについての前に説明した特定の例では、被特性評価ビームは、半径Δｘ＝４０ｍｍおよび波長λ＝８００ｎｍを有する。
【００７２】
したがって、特定のこの場合には、結果は、Ｎ＝２×１０６／Ｌであり、第１の光学部品Ｏ１と測定面との間の距離Ｌはｍｍ単位で表されている。したがって、完全な走査のために実行すべきステップの最小数Ｎがあまり重要でないように、有利には、第１の光学部品Ｏ１と測定面との間の距離Ｌに対して大きい値が使用されることになる。例えば、Ｌ＝１０００ｍｍでは、実行すべきステップの最小数Ｎは、Ｎ＝２×１０３に等しい。検討中のレーザ源ＳＬの反復率は１０Ｈｚであることが分かっているので、そのとき、測定点当たり単一レーザショットのみを実行することによる完全な走査は約３分を必要とする。
【００７３】
測定点の数が重大になる、すなわち、測定点の数が、レーザ源ＳＬの速度を考慮すると長すぎる測定時間をもたらすという前提では、１つの可能性は、いくつかの「精細」走査を実行することである、すなわち、上述で説明したようなシャノン基準を重んずるステップで実行することであり、それらのステップの間では、走査が、シャノン基準を重んじない非常に大きいステップで実行されることであることに留意すべきである。それにより、一連の連続しない同心リングにわたる被特性評価ビームＦｃａｒの特性評価が得られ、これは、多くの場合、被特性評価ビームに存在する時空間的歪みを評価するのに十分であり得る。
【００７４】
次に、本発明の第１の実施形態による光ビームの特性評価のための方法１０のステップの説明が続く。図２ａ、図２ｂ、および図２ｃを参照しながら前に説明した３つのステップが、ステップＰ１で時間間隔Ｔ１を掃引する時間遅延τごとに繰り返されることを思い起こすことができる。したがって、これらのＮ反復の終りに、センサＣＣＤは、ステップＰ１で時間間隔Ｔ１を掃引する時間遅延τごとに、対応する２次元干渉パターンＭ１の画像、すなわち、Ｎ個の画像を記録している。
【００７５】
次いで、第４のステップｄ）の間に、計算機Ｋは、Ｎ個の２次元干渉パターンＭ１の前記Ｎ個の画像から、時間インターフェログラムＳ１を構築することができる。時間インターフェログラムＳ１は、２つの横断方向ｘおよびｙと、時間遅延τとに依存し、時間遅延τはステップＰ１で時間間隔Ｔ１を掃引する。したがって、時間インターフェログラムＳ１は、Ｓ１（ｘ，ｙ，τ）と表すことができる。図７ａは、所与の点（ｘ，ｙ）で測定された部分的時間インターフェログラムｐ１の典型的な外観を示す。したがって、部分的時間インターフェログラムｐ１は、ｐ１ｘ，ｙ（τ）と表すことができる。時間インターフェログラムＳ１は、部分的時間インターフェログラムｐ１の、すべての点（ｘ，ｙ）についての組として見ることができる。
【００７６】
次いで、計算機Ｋは、後続の第５のステップｅ）および第６のステップｆ）を実行する：
ｅ）点（ｘ，ｙ）ごとに、変数τに関して時間インターフェログラムＳ１のフーリエ変換Ｓ１’を計算して、周波数ωの空間に渡す。したがって、フーリエ変換Ｓ１’は、Ｓ１’（ｘ，ｙ，ω）と表すことができる。フーリエ変換Ｓ１’は、周波数中心ピークｆｃと、第１の周波数サイドピークｆｌ１および第２の周波数サイドピークｆｌ２とを有する。図７ｂは、図７ａの部分的時間インターフェログラムｐ１の部分フーリエ変換ｐ１’の典型的な外観を示す。したがって、部分フーリエ変換Ｐ１’は、ｐ１’ｘ，ｙ（ω）と表すことができる。したがって、部分フーリエ変換ｐ１’は、所与の点（ｘ，ｙ）における、フーリエ変換Ｓ１’の周波数中心ピークｆｃと第１の周波数サイドピークｆｌ１および第２の周波数サイドピークｆｌ２とを部分的に表す。フーリエ変換Ｓ１’は、部分フーリエ変換ｐ１’の、すべての点（ｘ，ｙ）についての組として見ることができる。
【００７７】
ｆ）フーリエ変換Ｓ１’の第１の周波数サイドピークｆｌ１または第２の周波数サイドピークｆｌ２を選択し、選択された周波数サイドピークに対して、「相対スペクトル振幅」と呼ばれるスペクトル振幅ＡＲ（ω）と、「相対空間スペクトル位相」と呼ばれる空間スペクトル位相φＲ（ｘ，ｙ，ω）とを計算する。選択される周波数サイドピークの選択肢は、その後得られる結果に適用するための符号規約を決定する。
【００７８】
選択された周波数サイドピークの空間スペクトル位相φＲ（ｘ，ｙ，ω）は、被特性評価ビームＦｃａｒの空間スペクトル位相および参照ビームＦｒｅｆの空間スペクトル位相の差である。選択された周波数サイドピークのスペクトル振幅ＡＲ（ω）は、被特性評価ビームＦｃａｒのスペクトル振幅と参照ビームＦｒｅｆのスペクトル振幅との積である。したがって、説明したステップにより：
−  参照ビームの空間スペクトル位相に対する被特性評価ビームＦｃａｒの空間スペクトル位相、このゆえに、名称「相対空間スペクトル位相」と、
−  参照ビームのスペクトル振幅に対する被特性評価ビームＦｃａｒのスペクトル振幅、このゆえに、名称「相対スペクトル振幅」と
を得ることが可能になる。
【００７９】
したがって、被特性評価ビームＦｃａｒのすべての点（ｘ，ｙ）は、潜在的に未決定のままであり得る同じ参照と比較することができる。参照に対するビームのこのタイプの特性評価により、一般に、横断方向ｘおよびｙならびに時間ｔに応じての電磁場Ｅ（ｘ，ｙ，ｔ）の形状の変動を取得することが可能になる。
【００８０】
次に、測定システムＳＭ１のセンサＣＣＤによって２次元干渉パターンＭ１の画像を遅延時間τごとに取得する間に必要とされる空間分解能に戻る。例えば、図４に示すように、本発明の第１の実施形態による光ビームの特性評価のための方法１０は、非常に密に詰まった干渉縞を測定することを意味する。これは、事実上平坦な波面、すなわち、被特性評価ビームＦｃａｒの波面が、球状波面、すなわち、参照ビームＦｒｅｆの波面と干渉させられることから生じる。したがって、再結合されたビームの中心から離れると、これらの２つの前面の間の角度は、例えば、図５ａから図５ｃに示されるようにますます大きくなり、その結果、干渉縞は、ますます密に詰まるようになる。例えば、８０ｍｍの直径の光ビームＦＬを放出する上述の光源ＳＬの特定の場合のような大きい直径の光源ＳＬの場合には、これは、２次元干渉パターンＭ１の測定、したがって、時間インターフェログラムＳ１にとって利用可能な良好な空間分解能を有することを意味する。実際には、これは、画素の数が干渉縞の分解を可能にするのに十分であるカメラを使用することを課する。したがって、本明細書で説明する構成の例では、２９Ｍｐｘカメラが使用される。他方では、これらの画素の組で被特性評価ビームの電磁場を再構築しようと努めることは必要でなく、その理由は、大多数の既存の光源では前記電磁場の構造がそのような高い周波数によって空間的に変化することがあまり起こりそうもないからである。ｘ軸およびｙの軸に沿った１００×１００メッシングは、実際には、レーザビームを再構築してＦｃａｒを特性評価するのに全く十分である。したがって、処理すべきデータの量および処理時間を制限するために、有利には、２次元干渉パターンの画像が取得された後、２次元干渉パターンの画像をサブサンプリングすることと、データを初期画像のサブメッシングで単に保持することとが可能である。
【００８１】
本発明の第１の実施形態の提供した説明の補足として、前記方法１０の数学的解析が以下に提示される。Ｅｃａｒ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を被特性評価ビームＦｃａｒの電磁場とする。Ｅｒｅｆ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を参照ビームＦｒｅｆの電磁場とし、その正確な表現は、可能性として決定されないままとすることができ、または、その代わりに、後で説明する変形によって正確に決定することができる。前に説明したように、参照ビームＦｒｅｆの電磁場Ｅｒｅｆ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）は、遅延時間τすなわち遅れ（リターデーション）によってシフトされることができ、被特性評価ビームＦｃａｒの電磁場Ｅｃａｒ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を基準にして可変である。
【００８２】
被特性評価ビームＦｃａｒの電磁場Ｅｃａｒ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）および参照ビームＦｒｅｆの電磁場Ｅｒｅｆ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）は、複素数的に定義することができ、すなわち、一般形では、
【数４】
0006585093.tif 000005
であり、ここで、
【数５】
0006585093.tif 000006
は複素包絡線であり、ωＬは搬送周波数である。
【００８３】
第１の面ｚ１の１つの点（ｘ，ｙ，ｚ１）において、被特性評価ビームＦｃａｒの場Ｅｃａｒ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）および参照ビームＦｒｅｆの場Ｅｒｅｆ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）の重畳に由来する全場Ｅｔｏｔ（ｘ，ｙ，ｚ１，ｔ）は、
Ｅｔｏｔ（ｘ，ｙ，ｚ１，ｔ）＝Ｅｃａｒ（ｘ，ｙ，ｚ１，ｔ）＋Ｅｒｅｆ（ｘ，ｙ，ｚ１，ｔ−τ）
に等しい。
【００８４】
時間インターフェログラムＳ１が測定され、すなわち、第１の面ｚ１の各点の入射光の量が時間積分され、したがって、それは、
Ｓ１（ｘ，ｙ，τ）＝∫｜Ｅｃａｒ（ｘ，ｙ，ｚ１，ｔ）＋Ｅｒｅｆ（ｘ，ｙ，ｚ１，ｔ−τ）｜２ｄｔ
に比例する。それゆえに、これは、
【数６】
0006585093.tif 000007
になり、ここで、ε１およびε２は、測定面ｚ１の点（ｘ，ｙ）においてそれぞれ被特性評価ビームＦｃａｒのみおよび参照ビームＦｒｅｆのみで得られる信号である。
【００８５】
時間インターフェログラムＳ１（ｘ，ｙ，τ）がτに応じて測定される場合、したがって、３つの項が得られる。
【００８６】
τと無関係の第１の項ε１＋ε２は、被特性評価ビームＦｃａｒおよび参照ビームＦｒｅｆのインコヒーレントな和である。
【００８７】
Ｊ（ｘ，ｙ，τ）＝∫Ｅｃａｒ（ｘ，ｙ，ｚ１，ｔ）×Ｅｒｅｆ＊（ｘ，ｙ，ｚ１，ｔ−τ）ｄｔで示された第２の項は、被特性評価ビームの電磁場Ｅｃａｒ（ｘ，ｙ，ｚ１，ｔ）と参照ビームの電磁場Ｅｒｅｆ（ｘ，ｙ，ｚ１、ｔ）との間の相互相関関数である。
【００８８】
Ｊ＊（ｘ，ｙ，τ）＝∫Ｅｃａｒ＊（ｘ，ｙ，ｚ１，ｔ）Ｅｒｅｆ（ｘ，ｙ，ｚ１，ｔ−τ）ｄｔで示された第３の項は、第２の項の共役であり、すなわち、参照ビームの電磁場Ｅｒｅｆ（ｘ，ｙ，ｚ１，ｔ）と被特性評価ビームの電磁場Ｅｃａｒ（ｘ，ｙ，ｚ１，ｔ）との間の相互相関関数である。
【００８９】
複素数および搬送包絡線への分解を使用することによって、第２の項Ｊ（ｘ，ｙ，τ）の結果は、
【数７】
0006585093.tif 000008
となる。したがって、関数Ｊ（ｘ，ｙ，τ）は、τに応じて周波数ωＬで振動し、一方、その共役は、τに応じて周波数−ωＬで振動する。τに関してＳ１（ｘ，ｙ，τ）のフーリエ変換を実行することによって、それにより、上述の和の３つの項に対応して３つのピークが得られ、それぞれ、０、ωＬ、および−ωＬの周波数に中心がある。この点は、前に説明した図７ｂに特に示されている。
【００９０】
次いで、Ｊ（ｘ，ｙ，τ）のフーリエ変換に対応するピークを選択することが可能である。
【００９１】
Ｊ（ｘ，ｙ，τ）の前の式および相互相関定理によれば、関数Ｊ（ｘ，ｙ，τ）の変数τに関するフーリエ変換Ｊ’（ｘ，ｙ，ω）は、関係式
【数８】
0006585093.tif 000009
で与えられ、ここで、≪’≫で示された関数は、τに関するフーリエ変換に対応する。言い換えれば、τに関してＳ１（ｘ，ｙ，τ）のフーリエ変換を実行することによって、およびこのフーリエ変換のωＬに中心がある周波数サイドピークを選択することによって、被特性評価ビームの電磁場のスペクトル
【数９】
0006585093.tif 000010
と参照ビームの電磁場の共役スペクトル
【数１０】
0006585093.tif 000011
との積が得られる。−ωＬに中心がある周波数サイドピークを選ぶこともできることが観察され得る。それにより、被特性評価ビームの電磁場の共役スペクトルと参照ビームの電磁場のスペクトルとの積が得られる。選択される周波数サイドピークの選択肢は、その後得られる結果に適用するための符号規約を簡単に決定する。
【００９２】
それにより、上述のように、したがって、この測定は、スペクトル振幅および空間スペクトル位相の定義を使用して：
−  被特性評価ビームの電磁場のスペクトル振幅と参照ビームの電磁場のスペクトル振幅との積を、
−  ならびに被特性評価ビームの電磁場の空間スペクトル位相および参照ビームの電磁場の空間スペクトル位相の差を
取得する。
【００９３】
次に、本発明の第１の実施形態の第１の変形が説明される。前記第１の変形は、有利には、ある期間にわたる、すなわち、一般に、パルス光源ＳＬの場合におけるあるパルスから次のパルスまでの光源ＳＬの強度および／または強度の空間的分布などの特性の潜在的な揺らぎを考慮に入れることを可能にする。掃引する時間間隔Ｔ１の間の光源ＳＬの強度および／または強度の空間的分布の潜在的な揺らぎは、実際、測定された２次元干渉パターンＭ１、したがって、そこから推定される複素スペクトルを劣化させる可能性がある。
【００９４】
この第１の変形では、本発明の第１の実施形態による光ビームの特性評価のための方法１０は、ある期間にわたる光源ＳＬの強度および／または強度の空間的分布などの少なくとも１つの特性を計算する、図８に示したステップｇ）を含む。次いで、強度の空間的分布を計算する場合には、前記計算は、実行された干渉測定での光源ＳＬの強度の空間的分布の潜在的な揺らぎの影響を少なくとも部分的に修正するために使用することができる。光源ＳＬの少なくとも１つの特性を計算するために、光ビームＦＬに単純なサンプル取得を実行することおよび前記サンプル取得を画像化することが可能である。これは、例えば、光学部品ＳＲの上流で光ビームＦＬの経路に分離器光学部品を置くことによって実行される。しかしながら、この解決策は、大きい直径の超短ビームでは前記分離器光学部品が光ビームＦＬの時空間的特性に著しく影響する可能性があるので理想的ではない。優先の解決策は、部分的にのみ反射する第２の光学部品Ｏ２、すなわち、例えば、ベアガラススライドを使用することにある。次いで、被特性評価ビームＦｃａｒの空間的強度プロファイルを第２の光学部品Ｏ２を透過した部分で測定することが可能であり、前記透過部分はその後干渉目的に使用されない。その上、部分反射光学部品の使用は、被特性評価ビームＦｃａｒおよび参照ビームＦｒｅｆのエネルギーのより良好なバランス化に寄与し、それにより、２次元干渉パターンＭ１のより良好なコントラストを得ることを可能にする。
【００９５】
図８に示された特定の例では、ステップｇ）は、光ビームＦＬの分離の第１のステップａ）の後に、かつ参照ビームＦｒｅｆと被特性評価ビームＦｃａｒとの再結合の第３のステップｃ）の前に実行される。図８の光学実装具は、図２ａから図２ｃに関連して前に説明した光学実装具と比較して：
−  被特性評価ビームＦｃａｒの一部を透過させることをさらに可能にする第２の光学部品Ｏ２、例えば、ベアガラススライドと、
−  第２の測定システムＳＭ２と、オプションとして、第２の計算機Ｋ２と
を含む。
【００９６】
第１の変形によれば、前記第１のステップａ）の終りに、第２のサブビームＦ２は、第２の光学部品Ｏ２に伝搬する。第２の光学部品Ｏ２は、第２のサブビームＦ２の第１の部分を反射し、第２のサブビームＦ２の第２の部分を透過する。反射された第２のサブビームＦ２の第１の部分は、被特性評価ビームＦｃａｒの第１の部分であり、光学部品ＳＲに伝搬し、前に説明したように参照ビームＦｒｅｆと再結合される。透過された被特性評価ビームＦｃａｒの第２の部分は、被特性評価ビームＦｃａｒの第２の部分であり、第２の測定システムＳＭ２に伝搬する。
【００９７】
第２の測定システムＳＭ２は、被特性評価ビームＦｃａｒの第２の部分が実質的に垂直な入射の下で前記第２の測定システムＳＭ２に達するように配列される。さらに、第２の測定システムＳＭ２は、図２ａから図２ｃに関連して前に説明した第１の測定システムＳＭ１と類似している。したがって、第２の測定システムは、被特性評価ビームＦｃａｒの第２の部分のサイズに応じて：
−  ただ一つのものとして、「ＣＣＤ２」で参照される１つの第２のセンサＣＣＤを、
−  または第２のセンサＣＣＤ２に加えて第２の拡散スクリーンＥ２および第２の対物レンズＯｂｊ２
を含む。これは、図８に、より詳細に示されている事例である。
【００９８】
第２の拡散スクリーンＥ２は、ここで、面Ｏｘｚに平行に配列されており、被特性評価ビームＦｃａｒの第２の部分の信号ｓ２を拡散させる。第２の対物レンズＯｂｊ２は、前記信号ｓ２を捕捉し、被特性評価ビームＦｃａｒの第２の部分の縮小した画像を第２のセンサＣＣＤ２に形成する。次いで、第２のセンサＣＣＤ２は、被特性評価ビームＦｃａｒの第２の部分の画像を記録する。次いで、前記画像は、被特性評価ビームＦｃａｒの第２の部分の特性の分析のために、前に説明した計算機Ｋにまたは代替として第２の計算機Ｋ２に送出することができる。被特性評価ビームＦｃａｒの前記第２の部分の特性は、光束ＦＬの特性の特性値である。
【００９９】
ちょうど説明したステップｇ）は、ステップＰ１で時間間隔Ｔ１を掃引する時間遅延τごとに少なくとも１回、すなわち、少なくともＮ回実行することができる。特に、パルス光源ＳＬの場合には、説明したステップｇ）は、パルスごとに実行することができる。掃引持続時間を最小にするために、優先的に、遅延時間τ当たり単一パルスが使用される。しかしながら、時間間隔Ｔ１の所与の遅延時間τでは、いくつかのパルスが代替として使用されてもよい。
【０１００】
次に、本発明の第１の実施形態の第２の変形が、図９に関連して説明される。前記第２の変形は、有利には、参照ビームＦｒｅｆと無関係に被特性評価ビームＦｃａｒの絶対特性評価を得ることを可能にする。第１の変形および第２の変形は、組み合わせるか、互いに無関係に使用することができることに留意すべきである。
【０１０１】
これは、被特性評価ビームＦｃａｒの絶対特性評価を達成するために：
−  参照ビームＦｒｅｆの空間スペクトル位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω）および
−  参照ビームＦｒｅｆのスペクトル振幅Ａｒｅｆ（ω）
を測定することを必要とする。
【０１０２】
参照ビームＦｒｅｆの前記空間スペクトル位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω）およびスペクトル振幅Ａｒｅｆ（ω）が分かると、実際、被特性評価ビームＦｒｅｆの絶対空間スペクトル位相および絶対スペクトル振幅を決定すること、および時間インターフェログラムＳ１の測定が実行された任意の点（ｘ，ｙ）でそうすることが可能である。
【０１０３】
したがって、この第２の変形では、本発明の第１の実施形態による光ビームの特性評価のための方法１０は：
−  第１のサブビームＦ１の空間スペクトル位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω）を測定する図９に示されたステップｉ）と、
−  第１のサブビームＦ１のスペクトル振幅Ａｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω）を測定するステップと
を含む。
【０１０４】
ちょうど説明した２つのステップは、一般に、同じデバイスによって同時に実行することができる。
【０１０５】
図９に示された特定の例では、ステップｉ）は、光ビームＦＬが第１のサブビームＦ１と第２のサブビームＦ２とに分離される第１のステップａ）の後で、かつ第１のサブビームＦ１が第１の光学部品Ｏ１によって反射される第２のステップｂ）の前に実行される。図９の光学実装具は、図２ａから図２ｃに関連して前に説明した光学実装具と比較して：
−  時間測定システムＭＴと、
−  着脱可能ミラーＭａであり、それが所定に位置にあるとき、参照ビームの少なくとも１つの部分を時間測定システムＭＴに導くことを可能にする、着脱可能ミラーＭａと
を含む。
【０１０６】
第２の変形によれば、着脱可能ミラーＭａは、第１のステップａ）の終りに、前記第１のサブビームＦ１の少なくとも１つの部分が時間測定システムＭＴに伝搬するように第１のサブビームＦ１の第１の光路Ｃ１に配列される。着脱可能ミラーＭａの代替として、第１のサブビームＦ１の第１の部分を透過し、第１のサブビームＦ１の第２の部分を反射できるようにする非着脱可能半反射光学部品の使用を想定することができる。しかしながら、光学部品を通るビームのいかなる透過も一般に前記ビームの特性に影響を及ぼすので、着脱可能ミラーＭａを使用することが好ましい。時間の測定システムＭＴは、例えば：
−  ＦＲＯＧ（周波数分解光ゲート法）デバイス、
−  ＳＰＩＤＥＲ（直接電場再構築のためのスペクトル位相干渉法）デバイス、または
−  ＳＲＳＩ（自己参照スペクトル干渉法）デバイス
を使用することができる。
【０１０７】
したがって、これが、ちょうど説明したステップｉ）の終りに、第１のサブビームＦ１の空間スペクトル位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω）の測定結果をもたらす。次いで、例えば計算機Ｋによって相対空間スペクトル位相φＲ（ｘ，ｙ，ω）から前記空間スペクトル位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω）を減じることによって、「絶対空間スペクトル位相」と呼ばれる被特性評価ビームＦｃａｒの空間スペクトル位相を取得することが可能である。
【０１０８】
スペクトル振幅Ａｒｅｆ（ω）は、一般に、空間スペクトル位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω）を測定するのに使用される時間測定システムＭＴのおかげで測定することができ、または代替として分光器を使用して測定することができる。
【０１０９】
それにより、参照ビームＦｒｅｆのスペクトル振幅Ａｒｅｆ（ω）の測定値が得られる。相対スペクトル振幅ＡＲ（ω）を参照ビームＦｒｅｆのスペクトル振幅Ａｒｅｆ（ω）で割ることによって、「絶対スペクトル振幅」と呼ばれる被特性評価ビームＦｃａｒのスペクトル振幅を取得することが可能である。
【０１１０】
本発明の第１の実施形態の第１の変形についてなされた説明に加えて、前記第１の変形の数学的解析が以下に提示される。本発明の第１の実施形態による光ビームの特性評価のための方法１０は、実際、簡単な式を有する参照ビームの電磁場を得ることを可能にし、例えば、それは前記第２の変形によって実験的に決定することができる。
【０１１１】
（ｘ０，ｙ０）を第１の光学部品Ｏ１の第２の面ｚ２の参照点の座標とする、すなわち、遅延時間τごとに２次元干渉パターンＭ１の第１の測定面ｚ１において被特性評価ビームＦｃａｒと有効に干渉する参照ビームＦｒｅｆを発生する点とする。実際、第１の面ｚ１で被特性評価ビームＦｃａｒと干渉する参照ビームＦｒｅｆが第１の面ｚ１の被特性評価ビームＦｃａｒと比較して小さい第２の面ｚ２の前記参照ビームＦｒｅｆの一部から導き出される限り、前記参照点（ｘ０，ｙ０）は点光源であり、点光源の電磁場は均質であると考えることが可能である。実際には、第２の面ｚ２の参照ビームＦｒｅｆの前記部分の表面区域は、一般に、第１の面ｚ１の被特性評価ビームＦｃａｒの表面区域の１０％程度である。第２の面ｚ２における参照ビームＦｒｅｆの前記小さい部分の表面区域は、第１の光学部品Ｏ１の表面と必ずしも等しくない。
【０１１２】
参照点場は、第２の面ｚ２において、次のように記される。
Ｐｒｅｆ（ｔ）＝Ｐｒｅｆ（ｘ０，ｙ０，ｚ２，ｔ）
【０１１３】
すると、第１の測定面ｚ１における参照ビームＦｒｅｆの電磁場は、
Ｅｒｅｆ（ｘ，ｙ，ｚ１，ｔ）＝Ｐｒｅｆ（ｔ−ｒ／ｃ）
で近似することができ、ここで、ｒは、座標（ｘ０，ｙ０，ｚ２）の参照点と、座標（ｘ，ｙ，ｚ１）の第１の測定面ｚ１の各点（ｘ，ｙ）との間に距離である。したがって、距離ｒ（ｘ，ｙ）は、幾何学的に計算することができ、関係式
【数１１】
0006585093.tif 000012
で与えられ、ここで、Ｄ＝ｚ１−ｚ２は、第１の光学部品Ｏ１と第１の面ｚ１との間の距離であり、ｆは、第１の光学部品Ｏ１の焦点距離である。実際には、一般に、Ｄ≫ｆである。ここで説明する実施形態の特定の例では、Ｄ＝３ｍおよびｆ＝２５０ｍｍである。したがって、第１の面ｚ１の参照ビームの電磁場のスペクトルは、関係式
【数１２】
0006585093.tif 000013
で与えられる。振幅および位相に関する
【数１３】
0006585093.tif 000014
の特性評価は、再度振幅および位相に関して
【数１４】
0006585093.tif 000015
（したがって、
【数１５】
0006585093.tif 000016
の測定を通して）が分かることを必要とする。１つの点の複素電磁場のこの測定は、前に述べたＦＲＯＧ、ＳＰＩＤＥＲ、またはＳＲＳＩ方法を使用している、現在市販のデバイスで実施されている既存の技術を使用して完全に実行することができる。
【０１１４】
次に、本発明の第１の実施形態の第３の変形が説明される。前記第３の変形は、有利には、第１の光学部品Ｏ１によって潜在的に導入される参照ビームＦｒｅｆの波面の曲率、および／または第２の光学部品Ｏ２によって潜在的に導入される被特性評価ビームＦｃａｒの波面の曲率を考慮に入れることを可能にする。今までに説明した実施形態の例では、第１の光学部品Ｏ１に入ったときの第１のサブビームＦ１は平面であり、第１の光学部品Ｏ１を出たときの参照ビームＦｒｅｆは球状波である。したがって、第３の変形が、第１の光学部品Ｏ１によって導入される参照ビームＦｒｅｆの波面の曲率を考慮に入れている事例がより詳細に説明される。前記第３の変形は、前に説明した第１の変形および／または第２の変形と組み合わせることができ、または前記第１および第２の変形と無関係に実施することができることに留意すべきである。
【０１１５】
前記第３の変形によれば、第１の光学部品Ｏ１での第１のサブビームＦ１の反射の後で、および参照ビームＦｒｅｆの被特性評価ビームＦｃａｒとの再結合の前に、参照ビームの所与の周波数ω０での空間位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω０）の測定が実行される。Ｓｈａｃｋ−Ｈａｒｔｍａｎｎデバイスが、一般に、参照ビームの空間位相の測定を実行するために使用され得る。前記空間位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω０）は、第１の光学部品Ｏ１によって導入された参照ビームＦｒｅｆの波面の曲率の特徴を示す。
【０１１６】
したがって、例えば、計算機Ｋによって、前に得られた相対空間スペクトル位相または被特性評価ビームＦｃａｒの絶対空間スペクトル位相から空間スペクトル位相（ω／ω０）φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω０）を減じて、それぞれ修正された相対空間スペクトル位相または被特性評価ビームＦｃａｒの修正された絶対空間スペクトル位相を得ることが可能である。
【０１１７】
この第３の変形の代替を想定することができ、次に、それが、図３に関連して説明される。図３は、光ビームの特性評価のための第２のデバイス２を示し、それは、代替として、本発明の第１の実施形態による方法１０で実施することができる。デバイス２は：
−  光ビームＦＬを第１のサブビームＦ１と第２のサブビームＦ２とに分離するための分離器光学部品Ｏｓと、
−  第１の光学部品Ｏ１と、
−  波面修正器光学部品Ｃｏｒおよび第３の光学部品Ｏ３と、
−  有利には第１、第２、第３、および第４のミラーｍｉ１、ｍｉ２、ｍｉ３、およびｍｉ４を含む第２の光学部品Ｏ２と、
−  時間遅延τを制御する手段Ｐｚと、
−  参照ビームＦｒｅｆと被特性評価ビームＦｃａｒとの再結合のための再結合器光学部品Ｏｒと、
−  測定システムＳＭ１と、
−  計算機Ｋと
を含む。
【０１１８】
第１の光学部品Ｏ１は、第１のサブビームＦ１の光路において分離器光学部品Ｏｓの下流に配列される。波面修正器光学部品は、参照ビームＦｒｅｆの光路において第１の光学部品Ｏ１の下流に配列される。一般に平面ミラーである第３の光学部品Ｏ３は、参照ビームＦｒｅｆの光路において波面修正器光学部品の下流でかつ再結合器光学部品Ｏｒの上流に配列される。
【０１１９】
第２の光学部品Ｏ２を形成する第１、第２、第３、および第４のミラーｍｉ１からｍｉ４は、第２のサブビームＦ２の光路において分離器光学部品Ｏｓの下流に配列される。再結合器光学部品Ｏｒは、参照ビームＦｒｅｆの光路において第３の光学部品Ｏ３の下流だけでなく、被特性評価ビームＦｃａｒの光路において第２の光学部品Ｏ２の第４のミラーｍｉ４の下流に配列される。
【０１２０】
波面修正器光学部品Ｃｏｒは、有利には、第１の光学部品Ｏ１での前記参照ビームＦｒｅｆの反射に起因する前記参照ビームＦｒｅｆの波面の曲率を修正すること、および前記参照ビームＦｒｅｆの平坦波面を得ることを可能にする。それにより、これは、有利には、参照ビームＦｒｅｆと被特性評価ビームＦｃａｒとの間の２次元干渉パターンＭ１に対してそれほど密に詰められていない干渉縞を得ることに寄与する。前記干渉縞間の間隔を増加させると、測定システムＳＭ１への空間分解能制約を緩和することが可能になる。実際、干渉縞が密に詰められれば詰められるほど、測定システムＳＭ１の空間分解能は高くなければならない。前記干渉縞間の間隔を大きくすると、走査すべき時間間隔を減少させることも可能になる。
【０１２１】
これは、参照ビームＦｒｅｆの光路において第１の光学部品Ｏ１の下流でかつ再結合器光学部品Ｏｒの上流に波面修正器光学部品Ｃｏｒを導入することを必要とする。図３に示した代替構成のおかげで、光学実装具にそのような修正器光学部品を導入することが、被特性評価ビームＦｃａｒに影響を及ぼさない。波面修正器光学部品Ｃｏｒは、一般に、参照ビームＦｒｅｆの平坦波面を維持しながら参照ビームＦｒｅｆを広げることを可能にする：
−  第１の光学部品Ｏ１が収束レンズの主物体焦点に配置されるように配列された収束レンズ、
−  発散ミラーおよび収束ミラーを含む望遠鏡
とすることができる。
次いで、修正器光学部品Ｃｏｒを出る参照ビームＦｒｅｆは平行であり、実質的に平坦な波面を有する。
【０１２２】
デバイス２は、有利には、第２の光学部品Ｏ２を形成する第１、第２、第３、および第４のミラーｍｉ１、ｍｉ２、ｍｉ３、およびｍｉ４を含む。第１のミラーｍｉ１は、第２のサブビームＦ２の光路において分離器光学部品Ｏｓの下流に配列される。第１のミラーｍｉ１は、第２のサブビームＦ２を制御手段Ｐｚに導くことを可能にする。ここで説明する特定の構成では、制御手段Ｐｚは、ｚ軸に沿って第２のミラーｍｉ２および第３のミラーｍｉ３の位置付けを同時に調節することを可能にする。制御手段Ｐｚは、有利には、第２のミラーｍｉ２および第３のミラーｍｉ３を正確に、同時に、および同様に移動させるための単一の圧電ステージを含む。代替として、制御手段Ｐｚは、第２のミラーｍｉ２および第３のミラーｍｉ３の各々のための圧電ステージを含むことができる。第２のサブビームＦ２は、第３のミラーｍｉ３を出るとすぐに第４のミラーｍｉ４に導かれる。第４のミラーｍｉ４は、第２のサブビームＦ２を再結合器光学部品Ｏｒに導くことを可能にする。第１、第２、第３、および第４のミラーｍｉ１からｍｉ４と制御手段Ｐｚとの説明したアセンブリのおかげで、参照ビームＦｒｅｆと被特性評価ビームＦｃａｒとの間の遅延時間τは、有利には、光学実装具の位置合せを維持しながら正確に制御することができる。実際、制御手段Ｐｚによって制御された第２ミラーｍｉ２および第３のミラーｍｉ３のｚ軸に沿った平行移動は、第１のミラーｍｉ１および第４のミラーｍｉ４も他の光学部品要素も再位置合わせを必要としない。
【０１２３】
次に、本発明の第１の実施形態の第４の変形が説明される。前記第４の変形は、有利には、被特性評価ビームＦｃａｒのスペクトルと参照ビームＦｒｅｆのスペクトルとが重ならないかまたは部分的にしか重ならない第１の測定面ｚ１の被特性評価ビームＦｃａｒの潜在的な点（ｘ，ｙ）を識別することを可能にする。実際、そのような点（ｘ，ｙ）では、被特性評価ビームＦｃａｒと参照ビームＦｒｅｆとの間に干渉が生じず、本発明の第１の実施形態による光ビームの特性評価のための方法１０は、限界に直面する。しかしながら、これらのまれな場合は、ある一定のタイプの時空間的結合で、例えば、被特性評価ビームＦｃａｒが、第１の測定面ｚ１において空間「チャープ」または空間周波数ドリフトを有する場合、すなわち、被特性評価ビームＦｃａｒのスペクトル振幅が空間的に変化する場合、生じることがある。前記第４の変形は、前に説明した第１の変形および／または第２の変形および／または第３の変形と組み合わせることができ、または前記第１、第２、および第３の変形と無関係に実施することができることに留意すべきである。
【０１２４】
したがって、本発明の第１の実施形態の第４の変形では、第１の平面光学部品Ｏ１と第２の平面光学部品Ｏ２との使用が提案される。そして、参照ビームＦｒｅｆは被特性評価ビームＦｃａｒと同一であり、それにより、調達された光学実装具は、被特性評価ビームの各点をそれ自体と干渉させることを可能にする。次いで、空間分解フーリエ分光法を実行することが可能である。被特性評価ビームＦｃａｒの各点で測定された時間インターフェログラムのフーリエ変換により、その点の各々の被特性評価ビームのスペクトル強度を取得することが可能になる。次いで、ビームのある一定の点の空間チャープの潜在的な問題を検出することができ、それにより、本発明の第１の実施形態による方法１０によって実行される被特性評価ビームＦｃａｒの再構築の潜在的な限界を識別することが可能になる。
【０１２５】
次に、本発明の第１の実施形態の第５の変形が説明され、それは、有利には、被特性評価ビームＦｃａｒのスペクトルと参照ビームＦｒｅｆとのスペクトルが重ならないかまたは部分的にしか重ならない、第１の測定面ｚ１における被特性評価ビームＦｃａｒの潜在的な点（ｘ，ｙ）を少なくとも部分的に除去することを可能にする。前記第５の変形は、前に説明した第１、第２、第３、および第４の変形の１つまたは複数と組み合わせることができ、または前記第１、第２、第３、および第４の変形と無関係に実施することができることに留意すべきである。
【０１２６】
したがって、本発明の第１の実施形態の第５の変形では、第１のサブビームＦ１の品質を向上させるために前記第１のサブビームＦ１のフィルタ処理のステップを加えることが提案される。前記フィルタ処理ステップは、一般に、第１のサブビームＦ１の光路への非線形光学部品要素の導入にあり得る。図１０は、図２ａ、図２ｂ、および図２ｃに関連して前に説明した光学実装具を概略的に示し、非線形光学部品要素ＦＲＮＬが第１のサブビームＦ１の光路に配列されている。前記非線形光学部品要素は、非線形光学部品要素を出たときに、最初の第１のサブビームのすべてのスペクトル成分を含む第１のフィルタ処理されたサブビームの発生を可能にし、被特性評価ビームＦｃａｒと最適な方法で干渉できるように選ばれる。一般的に言えば、それは、第１のフィルタ処理されたサブビームのスペクトルが第１のフィルタ処理なしのサブビームのスペクトルを含むことを意味する。そのようなフィルタ処理ステップは、一般に、「ＸＰＷ」と呼ばれる３次非線形プロセスに基づく。その３次非線形性のために、ＸＰＷプロセスは、入射参照ビームＦｒｅｆのスペクトルをかなり広げる。したがって、これは、参照ビームＦｒｅｆと被特性評価ビームＦｃａｒとの間のスペクトル重なりの潜在的な問題を著しく制限することに寄与する。その上、ＸＰＷプロセスは、時間フィルタとして働き、その結果、入射参照ビームがそのフーリエ限界からあまり遠くないとき、非線形光学部品要素を出たときのフィルタ処理された参照ビームはフーリエ変換によって制限されると見なすことができることが実証されている。言い換えれば、入射参照ビームの空間スペクトル位相が比較的平坦あり、前記参照ビームがＸＰＷプロセスによって広げられる場合、フィルタ処理された参照ビームは、やはり、平坦な空間スペクトル位相を有すると考えることができる。したがって、これは、可能性として、参照の空間スペクトル位相を測定するステップを除去することを可能にすることになる。
【０１２７】
次に、本発明の第１の実施形態の第６の変形が説明され、それは、有利には、参照ビームＦｒｅｆにわたる潜在的な残留時空間的結合を考慮に入れることを可能にする。前記第６の変形は、前に説明した第１、第２、第３、第４、および第５の変形の１つまたは複数と組み合わせることができ、または前記第１、第２、第３、第４、および第５の変形と無関係に実施することができることに留意すべきである。
【０１２８】
本発明の第１の実施形態では、第１の光学部品Ｏ１の表面の上流の第１のサブビームＦ１の電磁場は一様であるという仮定がなされている。しかしながら、第１の光学部品Ｏ１は有限の表面を有し、その直径はあまり小さくなるように選ばれ得ず、そうでなければ、第１の光学部品Ｏ１の下流の参照ビームと被特性評価ビームとの間の信号比は、１からあまりにも異なることになり、良好なコントラストで２次元干渉パターンを観察できなくなる。これらの条件では、第１の光学部品Ｏ１の上流の第１のサブビームＦ１の時空間的結合は、前記第１のサブビームＦ１の電磁場が第１の光学部品Ｏ１の表面全体にわたって均質であると見なすには系統的に十分に弱くない。それにより、この近似は、最終的に再構築された被特性評価ビームＦｃａｒの電磁場に誤差を誘起することがある。
【０１２９】
したがって、本発明の第１の実施形態の第６の変形では、以下の反復アルゴリズムを使用することが提案される：
ｉ．第１のサブビームＦ１の電磁場が第１の光学部品Ｏ１にわたり事実上均質であることが仮定され、前に説明したように、測定面ｚ１の参照ビームＦｒｅｆの電磁場がそれから推定される、
ｉｉ．測定面ｚ１の参照ビームＦｒｅｆの前記場が分かり、本発明の第１の実施形態による方法１０を使用して測定された時間インターフェログラムＳ１を使用することにより、第１のサブビームＦ１の場の再構築が、空間においておよび時間において、または空間においておよび周波数において推定される、
ｉｉｉ．第１のサブビームＦ１の場のこの再構築は、第１の光学部品Ｏ１で反射されて、測定面ｚ１の参照ビームＦｒｅｆの場を生成する第１のサブビームＦ１の場の一部を含み、それはこのスケールでは必ずしも空間的に均質でない。この再構築は、測定面ｚ１の参照ビームの新しい場を決定するのに使用され、このときそれは、第１のサブビームＦ１の場が第１の光学部品Ｏ１の表面全体にわたって均質であるという前提にもはや基づいていない。
【０１３０】
次いで、参照ビームＦｒｅｆのこの新しい場は、ステップｉｉにおいて再導入され、ステップｉｉおよびステップｉｉｉは：
−  被特性評価ビームＦｃａｒの電磁場が再構築され、
−  第１の測定面ｚ１の参照ビームの電磁場が、制限された表面でさえ潜在的に非均質であるこの場の第１の光学部品Ｏ１による拡大の結果である
ように自己矛盾のない解に向かって収束するまで反復して繰り返される。
【０１３１】
説明したこのタイプの反復アルゴリズムは、Ｔ．  Ｏｋｓｅｎｈｅｎｄｌｅｒ等「Ｓｅｌｆ−ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ」、  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｂ  （９９）、７−１２の論文に、より詳細に記載されている。
【０１３２】
次に、「ワンショットモード」と呼ばれる本発明の第２の実施形態が説明される。
【０１３３】
図１１ａは、光ビームの特性評価のための第３のデバイス３を使用する、本発明の第２の実施形態による光ビームの特性評価のための方法２０を示す。
【０１３４】
第３のデバイス３は、第２のタイプの測定システムＳＭ３を含み、第２のタイプの測定システムＳＭ３は：
−  入口スリットＦｅを有する分光器ＳＰと、
−  第１の測定システムＳＭ１および第２の測定システムＳＭ２に関して前に説明したようなカメラのセンサＣＣＤと
を含む。
【０１３５】
図１１ｂは、光ビームの特性評価のための第３のデバイス３の部分的斜視図を示す。このように、図１１ｂは、方向ｘに沿って向きを定められた入口スリットＦｅを有する分光器ＳＰを示す。
【０１３６】
図１１ｃは、本発明の第２の実施形態による光ビームの特性評価のための方法２０のステップの間に分光器ＳＰによって実験的に測定された所与の遅延時間τの２次元干渉パターンＭ１の周波数スペクトルＳｐｅの一例を示す。このように、図１１ｃの周波数スペクトルＳｐｅは、２次元干渉パターンＭ１が分光器ＳＰのスリットＦｅによって捕捉された方向ｘの周波数情報を含む。
【０１３７】
図１２ａは、光ビームの特性評価のための第４のデバイス４を使用する、本発明の第２の実施形態による光ビームの特性評価のための方法２０の代替構成を示す。第４のデバイス４は、第２のタイプの測定システムＳＭ４を含み、第２のタイプの測定システムＳＭ４は：
−  入口スリットＦｅを有する分光器ＳＰと、
−  第１の測定システムＳＭ１および第２の測定システムＳＭ２に関して前に説明したものなどのカメラのセンサＣＣＤと、
−  複数の光ファイバｆｏ＿１、ｆｏ＿２、…、ｆｏ＿ｎとを含む。前記複数光ファイバは、少なくとも２つの光ファイバを含む。複数の光ファイバの光ファイバの数は、センサＣＣＤの垂直画素の数以下である。垂直画素のこの数は、５００を超えることがある。  優先的に、前記複数の光ファイバは、４と１００との間に含まれる光ファイバの数を含む。
【０１３８】
複数の光ファイバｆｏ＿１、ｆｏ＿２、…、ｆｏ＿ｎの入力端部は、第１の面ｚ１に、優先的に、２次元マトリクスで、すなわち、少なくとも２つのラインおよび２つの列を含んで、代替として、マトリクス−ラインで、すなわち、単一のラインおよびいくつかの列を含んで、またはマトリクス−列で、すなわち、単一の列およびいくつかのラインを含んで配列される。マトリクスが２次元である場合、２次元干渉パターンＭ１の信号は、有利には、第１の面ｚ１の２つの空間次元に沿ってサンプリングされ得る。
【０１３９】
図１２ｂの例では、２次元マトリクスは、数Ｌ＞１のラインと、数Ｃ＞１の列とを有し、各ラインはｙ軸と平行に延び、各列はｘ軸と平行に延び、ｘ軸とｙ軸とは直交する。より一般的には、各ラインは第１の軸と平行に延びることができ、各列は第１の軸と別の第２の軸と平行に延びることができ、第１の軸と第２の軸とは、それらの間に非ゼロの角かつ非平角を形成する。２次元マトリクスは、優先的には、正方形であり、すなわち、列と同数のラインを有し、または代替として長方形であり、すなわち、数Ｃの列と異なる数Ｌのラインを有する。
【０１４０】
次いで、複数の光ファイバｆｏ＿１、ｆｏ＿２、…、ｆｏ＿ｎの出力端部が、分光器ＳＰの入口スリットＦｅに、有利には、光ファイバの各々から来る信号を空間的に分離するように注意して配列される。
【０１４１】
図１２ｂは、光ビームの特性評価のための第４のデバイス４の部分的斜視図を示す。したがって、図１２ｂは、複数の光ファイバｆｏ＿１、ｆｏ＿２、…、ｆｏ＿ｎの出力端部が２次元マトリクスに配列されている第１の面ｚ１と、前記複数の光ファイバの出力端部が整列されている分光器ＳＰの入口スリットＦｅとを示す。
【０１４２】
図９に関連して前に説明した、および、有利には、参照ビームＦｒｅｆと無関係に被特性評価ビームＦｃａｒの絶対特性評価を得ることを可能にする第１の実施形態による方法１０の第２の変形は、さらに、本発明の第２の実施形態による方法２０と両立する。したがって、この第２の変形では、本発明の第２の方式による光ビームの特性評価のための方法２０は：
−  第１のサブビームＦ１の空間スペクトル位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω）を測定する図９に示されたステップｉ）と、
−  第１のサブビームＦ１のスペクトル振幅Ａｒｅｆ（ω）を測定するステップと
を含む。
【０１４３】
前に説明した、および第１の光学部品Ｏ１によって導入された参照ビームＦｒｅｆの波面の曲率を考慮に入れることを有利には可能にする第１の実施形態による方法１０の第３の変形は、やはり、本発明の第２の実施形態による方法２０と両立する。次いで、第３の変形は、当然、第２の変形と組み合わせることができ、または前記第２の変形と無関係に実施することができる。
【０１４４】
したがって、本発明の第２の方式による光ビームの特性評価のための方法２０の第３の変形では、第１の光学部品Ｏ１での第１のサブビームＦ１の反射の後で、かつ参照ビームＦｒｅｆの被特性評価ビームＦｃａｒとの再結合の前に、参照ビームの周波数ω０での空間位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω０）の測定が実行される。前記空間位相φｒｅｆ（ｘ，ｙ，ω０）は、第１の光学部品Ｏ１によって導入された参照ビームＦｒｅｆの波面の曲率の特徴を示す。
【０１４５】
前に説明した第３の変形の代替は、やはり、本発明の第２の実施形態と両立する。
【０１４６】
前に説明した、および被特性評価ビームＦｃａｒのスペクトルと参照ビームＦｒｅｆのスペクトルとが重ならないかまたは部分的にしか重ならない第１の測定面ｚ１における被特性評価ビームＦｃａｒの潜在的な点（ｘ，ｙ）を識別することを有利には可能にする第１の実施形態による方法１０の第４の変形は、やはり、本発明の第２の実施形態と両立する。次いで、第４の変形は、当然、第２の変形および／または第３の変形と組み合わせることができ、または前記第２の変形および前記第３の変形と無関係に実施することができる。
【０１４７】
図１０に関連して前に説明した、および被特性評価ビームＦｃａｒのスペクトルと参照ビームＦｒｅｆのスペクトルとが重ならないかまたは部分的にしか重ならない第１の測定面ｚ１における被特性評価ビームＦｃａｒの前記潜在的な点（ｘ，ｙ）を少なくとも部分的に除去することを有利には可能にする本発明の第１の実施形態による方法１０の第５の変形は、やはり、本発明の第２の実施形態による方法２０と両立する。次いで、前記第５の変形は、当然、前に説明した第２、第３、および第４の変形のうちの１つまたは複数と組み合わせることができ、または前記第２、第３、および第４の変形と無関係に実施することができることに留意すべきである。
【０１４８】
本発明の第１の実施形態による方法１０の第６の変形は、やはり、第２の実施形態による方法２０と両立する。第２の実施形態による方法２０に適用される、第６の変形による反復アルゴリズムは、以下の通りである：
ｉ．第１のサブビームＦ１の電磁場が第１の光学部品Ｏ１にわたり事実上均質であることが仮定され、前に説明したように、測定面ｚ１の参照ビームＦｒｅｆの電磁場がそれから推定される、
ｉｉ．測定面ｚ１の参照ビームＦｒｅｆの前記場が分かり、本発明の第２の実施形態による方法２０のおかげで測定された少なくとも１つの周波数インターフェログラムを使用することにより、第１のサブビームＦ１の場の再構築が、空間においておよび時間において、または空間においておよび周波数において推定される、
ｉｉｉ．第１のサブビームＦ１の場のこの再構築は、第１の光学部品Ｏ１で反射されて、測定面ｚ１の参照ビームＦｒｅｆの場を生成する第１のサブビームＦ１の場の一部を含み、それはこのスケールでは必ずしも空間的に均質でない。この再構築は、測定面ｚ１の参照ビームの新しい場を決定するのに使用され、このときそれは、第１のサブビームＦ１の場が第１の光学部品Ｏ１の表面全体にわたって均質であるという前提にもはや基づいていない。
【０１４９】
本明細書において、「周波数インターフェログラム」は、参照ビームＦｒｅｆと被特性評価ビームＦｃａｒとの間の、固定した時間遅延τ０で周波数ωに応じて測定された空間干渉パターンを意味するものとする。測定された空間干渉パターンは１次元または２次元とすることができる。
【０１５０】
−  測定された空間干渉パターンが１次元である場合、周波数インターフェログラムは、１つの空間次元に沿ったおよび１つの周波数次元に沿った情報、したがって、２次元情報を含む。
【０１５１】
−  測定された空間干渉パターンが２次元である場合、周波数インターフェログラムは、２つの空間次元に沿ったおよび１つの周波数次元に沿った情報、したがって、３次元情報を含む。
【０１５２】
２次元周波数インターフェログラムは、単一のレーザショットで得られ、イメージング分光器の入口スリットに沿った空間分解能を利用することができる。他方、３次元周波数インターフェログラムを得るには、分光計の入口スリットにわたるレーザビームを、２つの空間次元のうちの１つに沿って掃引することが必要とされる。
【０１５３】
次いで、参照ビームＦｒｅｆのこの新しい場は、ステップｉｉにおいて再導入され、ステップｉｉおよびステップｉｉｉは：
−  被特性評価ビームＦｃａｒの電磁場が再構築され、
−  第１の測定面ｚ１の参照ビームの電磁場が、制限された表面でさえ潜在的に非均質であるこの場の第１の光学部品Ｏ１による拡大の結果である
ように自己矛盾のない解に向かって収束するまで反復して繰り返される。
【図１ａ】
0006585093.tif 000017
【図１ｂ】
0006585093.tif 000018
【図２ａ】
0006585093.tif 000019
【図２ｂ】
0006585093.tif 000020
【図２ｃ】
0006585093.tif 000021
【図３】
0006585093.tif 000022
【図４】
0006585093.tif 000023
【図５ａ】
0006585093.tif 000024
【図５ｂ】
0006585093.tif 000025
【図５ｃ】
0006585093.tif 000026
【図６ａ】
0006585093.tif 000027
【図６ｂ】
0006585093.tif 000028
【図６ｃ】
0006585093.tif 000029
【図７ａ】
0006585093.tif 000030
【図７ｂ】
0006585093.tif 000031
【図８】
0006585093.tif 000032
【図９】
0006585093.tif 000033
【図１０】
0006585093.tif 000034
【図１１ａ】
0006585093.tif 000035
【図１１ｂ】
0006585093.tif 000036
【図１１ｃ】
0006585093.tif 000037
【図１２ａ】
0006585093.tif 000038
【図１２ｂ】
0006585093.tif 000039