(57)【要約】【課題】単一のファイバ内で２つの光ビームの偏光を維持するシステムの提供。【解決手段】偏光制御システムは、第1の偏光と第1の周波数を有する光を包含する第1のビーム成分、及び第2の偏光と第2の周波数を有する光を包含する第2のビーム成分を生成するビーム源(12)を含む。偏光状態変調器(14)は、単一の光ファイバ(16)での伝送の前又は後でビーム成分の偏光を調節する。検出器システム(70)は、光ファイバからの出力後の成分の偏光を測定し、第1及び第2成分に所望の出力偏光状態を与えるために如何にして偏光状態変調器(14)を調整するかを判定する。ビーム源は、ゼーマン分裂レーザ(12A、12B)、複屈折要素を含むレーザ(12C、12D)、位相ロックレーザ(602、604)の対、及び／又はビーム成分間で周波数差を生成または強化するように動作する種々の電気光学結晶または音響光学結晶の構成を使用して実現され得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光制御システムであって、
第１の偏光と第１の周波数を有する第１の光ビームと、第２の偏光と第２の周波数を有する第２の光ビームとを生成するビーム源（１２）と、
前記第１のビームと前記第２のビームを受光するように配置された偏光状態変調器（１４）であって、その偏光状態変調器（１４）が、制御信号に応答して前記第１のビームと前記第２のビームの偏光を変化させるように動作可能である、偏光状態変調器（１４）と、
前記第１のビームと前記第２のビームを受光するように結合された光ファイバ（１６）と、
前記第１のビームと前記第２のビームが前記光ファイバ（１６）から出射した後に前記第１のビームの一部と前記第２のビームの一部とを受光し、前記第１のビームと前記第２のビームに応答してビート信号を生成する検出器システム（７０）と、および
前記ビート信号を受信して、前記偏光状態変調器（１４）のための制御信号を生成するコントローラ（４３）とを含む、偏光制御システム。
【請求項２】
前記検出器システム（７０）が、
前記光ファイバ（１６）を介して伝播した後の前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとを受光し、前記ビート信号を生成する第１の検出器経路（３４）と、
前記光ファイバ（１６）を介して伝播した後の前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとを受光し、前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとに応答して第２のビート信号を生成する第２の検出器経路（４８）と、
前記光ファイバ（１６）を介して伝播した後の前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとを受光し、前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとに応答して第３のビート信号を生成する第３の検出器経路（５８）と、および
前記第２のビート信号と前記第３のビート信号とに応答して位相信号を生成する位相検出器（５６）とを含み、
前記コントローラ（４３）が、前記制御信号を生成する際に前記位相信号を使用する、請求項１に記載の偏光制御システム。
【請求項３】
前記ビーム源がレーザ（５０２）を含む、請求項１または２に記載の偏光制御システム。
【請求項４】
前記レーザが、共振空洞（５５０）を含み、その共振空洞（５５０）が光の第１の偏光のために第１の光路長、および光の第２の偏光のために第２の光路長を有するように配置された複屈折要素（５６０）を含む、請求項３に記載の偏光制御システム。
【請求項５】
前記レーザが、第１の出力ビームを生成するマスタレーザ（６２２）を含み、
前記ビーム源が、
制御信号に応答して調節可能な周波数を有する第２の出力ビームを生成するスレーブレーザ（６２４）と、および
前記第１の出力ビームと前記第２の出力ビームとの間の周波数差を測定し、所望の周波数差を提供する周波数に前記第２の出力ビームを設定するための前記制御信号を生成するように動作可能なモニタシステム（６１６、６１８）とをさらに含む、請求項３に記載の偏光制御システム。
【請求項６】
前記ビーム源は、前記レーザ（６３０）からのビームが通過する回転２分の１波長板として機能する光学要素（６３２）をさらに含む、請求項３に記載の偏光制御システム。
【請求項７】
前記ビーム源が、
前記レーザ（６４０）からのビームを第１の偏光成分と第２の偏光成分に分割するように配置された偏光ビームスプリッタ（６４８）と、
前記第１の偏光成分の経路内に第１の音響光学変調器（６４２）と、および
前記第２の偏光成分の経路内に第２の音響光学変調器（６５２）とをさらに含む、請求項３に記載の偏光制御システム。
【請求項８】
前記ビーム源が、前記レーザ（６７０）からの出力ビームの経路内に少なくとも１つの音響光学結晶（６７２）をさらに含み、前記第１のビームと前記第２のビームのうち少なくとも１つが、前記音響光学結晶（６７２）を通過する音波により回折された光からなる、請求項３に記載の偏光制御システム。
【請求項９】
前記音波が、第１の音響成分と第２の音響成分からなり、
前記第１のビームの第１の周波数と前記第２のビームの第２の周波数との間の差が、前記第１の音響成分の周波数と前記第２の音響成分の周波数との間の差に依存する、請求項８に記載の偏光制御システム。
【請求項１０】
前記音波が、前記音響光学結晶（８４７）の相互作用領域を通過し、前記レーザ（７２２）からの出力ビームが前記音響光学結晶（８４７）内で内部反射されることにより、出力ビームが２回以上相互作用領域を通過する、請求項８に記載の偏光制御システム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
半導体デバイス製造機器において精度の測定に使用されるような、偏光に基づいたヘテロダイン干渉計またはマルチプレックスヘテロダイン干渉計における測定光学部品は一般に、わずかに異なる周波数を有する直交偏光成分を含む光ビームを必要とする。しかしながら、必要なビームを生成するレーザなどの光源は、熱勾配と温度勾配も生じさせ、これらは一般に干渉計測定光学部品の正確な動作に許容できない。したがって、光源は一般に測定光学部品から分離されなければならない。単一の光ファイバを用いて複数の偏光成分を伝送することは一般に行われない。なぜなら、偏波保存（ＰＭ）ファイバでも、一般に正確な測定には大きすぎるほど偏光を変えるからである。
【０００２】
ビーム伝達の一システムでは、ビームスプリッタが１つの偏光成分を第１のＰＭファイバに供給し、第２の偏光成分を第２のＰＭファイバに供給する。２つの別々のファイバは、２つの成分のビームを測定サイトの近くの干渉計光学部品に搬送する。そして、偏光子、アライメント光学部品、およびコンバイナは、ビームが共通経路に沿って伝わるように２つの成分ビームを再結合することができる。適切なアライメント光学部品には、たとえばコリメータ、平坦な透過ウィンドウ、偏光光学部品、ビームスプリッタ、並びにビームを変換して傾けるための全反射器および部分反射器が含まれる。そして、干渉計光学部品は、測定されているステージから成分ビームのうち１つを反射し、他の成分を基準反射器から反射する。それぞれの反射後における２つのビーム間の位相差は、ステージの変位または移動を示す。
【特許文献１】米国特許第５，５８６，１３３号明細書
【特許文献２】米国特許第５，０９１，９１２号明細書
【特許文献３】米国特許第６，０５２，１８６号明細書
【特許文献４】米国特許第５，４８５，２７２号明細書
【特許文献５】米国特許第４，６８４，８２８号明細書
【特許文献６】米国特許第６，４５２，６８２号明細書
【特許文献７】米国特許第４，６８７，９５８号明細書
【特許文献８】米国特許第５，８６２，１６４号明細書
【特許文献９】米国特許第５，９１７，８４４号明細書
【特許文献１０】米国特許第５，９７０，０７７号明細書
【特許文献１１】米国特許第６，１５７，６６０号明細書
【非特許文献１】Jieping Xu ＆ Robert Stround著「Acoust-Optic Devices:Principles,Design，and Application」John Wiley ＆ Sons Inc.1992年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ビーム伝達のために２つのＰＭファイバを使用する従来の干渉計システムでは、２つの成分ビームを再結合する光学部品およびコンバイナのためにデリケートなアライメントプロセスが必要とされることが多い。さらに、２つのファイバ経路を有することにより、一般に２重の機器または光学要素が必要とされ、これによりシステムのコストと大きさが増大する可能性がある。したがって、単一のファイバ内で２つの光ビームの偏光を維持するシステムは、コストと複雑性を低減することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一実施形態において、偏光制御システムは、直交偏光および異なる周波数を有する２つのビーム成分を生成するビーム源を含む。偏光状態変調器は、単一の光ファイバで伝送するために２つのビーム成分の偏光状態を調節する。ファイバからの出力において、検出器は成分の出力偏光を測定する。係る検出器の１つは、２つの光ビームから第１のビート信号、第２の信号、および第３の信号を生成する３つの検出器経路を含む。振幅検出器は、ビート周波数の第１のビート信号の振幅を求める。位相比較器は、第２の信号と第３の信号との間の位相差を求める。そして、システムは、その振幅と位相差を使用して、第１と第２の光ビームがファイバから出射する際に望ましい偏光を与えるように、偏光状態変調器を如何にして調節するかを判定する。
【０００５】
ビーム源は、ゼーマン分裂レーザ、複屈折要素を含むレーザ、位相ロックレーザの対、および／またはビーム成分の間に周波数差を生成または強化するように動作する種々の電気光学結晶または音響光学結晶の構成を使用して実現され得る。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、単一のファイバ内で２つの光ビームの偏光を維持するシステムが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の一態様によれば、ヘテロダイン干渉計のためのビーム伝達システムは、単一の光ファイバを使用して、直交直線偏光を有する周波数成分を含むヘテロダインビームを伝達する。ビーム伝達システムは、必要な向きを有する周波数成分を伝えるために、偏光成分のビート周波数の大きさと位相を測定し、ファイバに入力されるビームの偏光を能動的に調節して、ビート信号の大きさを最小限にする。
【０００８】
図１は、本発明の一実施形態による偏光制御システム１０を示す。システム１０は、遠隔動作構成で実施されており、この場合、偏光状態変調器１４は、干渉計システムに供給する光ファイバ１６から上流に配置される。
【０００９】
偏光状態変調器（Polarization state modulator：ＰＳＭ）は一般に、入力偏光状態を出力偏光状態に変換する。ＰＳＭに適用される１つまたは複数の外部入力が、偏光変換を制御し、一般に、出力偏光状態は入力偏光状態とは異なる。たとえば、ＰＳＭ１４は多数の可変リターダからなることができる。リターダ（または波長板）は、光波を２つの直交偏光成分に分解し、これらの間に位相シフト（またはリターダンス）を生じさせる光学装置である。結果として生じた光波は、一般に異なる偏光形態からなる。理想的には、リターダは、偏光したり、または光ビームの強度変化を引き起こしたりせずに、光ビームの偏光形態だけを変える。可変リターダは、外部手段により、たとえば電圧の印加により、変更され得るリターダンスを有する。
【００１０】
システム１０において、ビーム源１２は、（１）偏光状態Ｐ１と周波数ω１を有する光ビームＥ１と、（２）偏光状態Ｐ２と周波数ω２を有する光ビームＥ２とを生成する。一実施形態において、ビーム源１２は、所望の偏光と周波数を生成するために必要なヘリウムネオン（ＨｅＮｅ）レーザと電気光学コンポーネントを含む。たとえば、ビーム源１２は、アジレントテクノロジー社により製作される５５１７Ｄレーザとすることができる。ＰＳＭ１４は光ビームＥ１とＥ２を受光し、最初の偏光状態Ｐ１とＰ２をそれぞれ偏光状態Ｐ１’とＰ２’に調節してから、光ビームＥ１とＥ２をファイバ１６に送り込む。ＰＳＭ１４は、任意の入力偏光状態Ｐ１またはＰ２を、任意の所望の出力偏光状態Ｐ１’またはＰ２’に変えるように動作可能である。一実施形態において、ＰＳＭ１４は、０°に配向された（oriented）電圧制御式可変リターダ１８、４５°に配向された電圧制御式可変リターダ２０、０°に配向された電圧制御式可変リターダ２２を含む。電圧Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３はそれぞれ、リターダンスΓ１、Γ２、およびΓ３をそれぞれ生成するようにリターダ１８、２０、および２２を制御する。
【００１１】
ファイバ１６は、光ビームＥ１とＥ２を、下流の、測定サイトにある干渉計光学部品まで搬送する。一実施形態において、ファイバ１６は偏波保存（ＰＭ）ファイバである。実験により、ファイバ１６は、一般にファイバ１６の温度と機械的な変形に依存して光ビームＥ１とＥ２の偏光状態Ｐ１’とＰ２’を、それぞれ偏光状態Ｐ１”とＰ２”に偏光することがわかっている。それにもかかわらず、ファイバ１６が、光ビームＥ１とＥ２の偏光状態間の直交関係にもたらす変化は、無視し得る。
【００１２】
測定サイトにおいて、ビームスプリッタ２４は、光ビームＥ１とＥ２を２つの経路に分割する。出力経路２６は、光ビームＥ１とＥ２を測距干渉計（以降「ＤＭＩ」と呼ぶ）システムに搬送する。モニタ経路２８は、後述のように光ビームＥ１とＥ２からのパワーの一部を、ビームＥ１とＥ２の偏光状態Ｐ１”とＰ２”をモニタリングするコンポーネントに搬送する。モニタ経路２８に沿ったコンポーネントの一部または全部は、測定サイトに配置されても、または測定サイトから離れていてもよい。たとえば、光出射コンポーネント３８、５２、および６２は、測定サイトから離れた検出器コンポーネントにつながる集束レンズと共にそれぞれマルチモードファイバに結合され得る。
【００１３】
ビームスプリッタ３０はモニタ経路２８上の光ビームＥ１とＥ２を２つの経路に分割する。経路３２は光ビームＥ１とＥ２を第１の検出器経路３４に搬送し、経路３６は光ビームＥ１とＥ２を他の検出器経路に搬送する。第１の検出器経路３４は、選択された偏光状態Ｐ３の光ビームＥ１とＥ２の成分が、光検出器４０に到達することを可能にする偏光子３８を含む。集束レンズは、偏光子３８と光検出器４０との間に挿入され、光を集束することができる。光検出器４０は受光した光強度に応答して、（ω１−ω２）のビート周波数のビート信号Ｂ１を、振幅検出装置４２に送る。ビート信号Ｂ１’は、ビート周波数（ω１−ω２）で検出された光のパワーを表す。増幅器を光検出器４０と振幅検出装置４２との間に挿入して、ビート信号Ｂ１を増幅することができる。必要に応じて、第１の検出器経路３４は偏光子３８の前に、１つまたは複数の波長板３７を含むことができる。波長板３７と偏光子３８は、光ビームＥ１とＥ２の出力偏光状態の望ましい向きにしたがって選択される。特に、偏光Ｐ１”とＰ２”が所望の向きに沿っている場合に、ビート信号Ｂ１が小さく（理想的にはゼロ）なるように、波長板３７と偏光子３８が選択され得る。
【００１４】
ビームスプリッタ４４は、光ビームＥ１とＥ２を経路３６から受光し、これらを２つの経路に分割する。経路４６は光ビームＥ１とＥ２を第２の検出器経路４８に搬送し、経路５０は光ビームＥ１とＥ２を別の検出器経路に搬送する。第２の検出器経路４８は、選択された偏光状態Ｐ４の光ビームＥ１とＥ２の成分が光検出器５４に到達することを可能にする偏光子５２を含む。集束レンズが偏光子５２と光検出器５４との間に挿入され得る。光検出器５４は、受光した光の強度に応答して、ビート信号Ｂ２を位相検出器５６に送る。増幅器が光検出器５４と位相検出器５６との間に挿入され得る。必要に応じて、第２の検出器経路４８は、偏光子５２の前に１つまたは複数の波長板５１を含む。波長板５１と偏光子５２は、光ビームＥ１とＥ２の出力偏光状態の所望の向きに依存して、大きなビート信号Ｂ２を生成するように選択される。
【００１５】
経路５０は、光ビームＥ１とＥ２を第３の検出器経路５８に搬送する。第３の検出器経路５８は、選択された偏光状態Ｐ５の光ビームＥ１とＥ２の成分が光検出器６４に到達することを可能にする偏光子６２を含む。集束レンズが偏光子６２と光検出器６４との間に挿入され得る。光検出器６４は、受光した光強度に応答して、ビート信号Ｂ３を位相検出器５６に送る。増幅器が光検出器６４と位相検出器５６との間に挿入され得る。必要に応じて、第３の検出器経路５８は偏光子６２の前に、１つまたは複数の波長板６０を含む。波長板６０と偏光子６２は、振幅検出装置４２により検出された第１の検出器経路３４の最小振幅に対応するＥ１とＥ２の２つの可能な解の各々についてビート信号Ｂ２とは異なる位相関係を有するビート信号Ｂ３を生成するように選択される。一実施形態では、ビームＥ１とＥ２が所望の偏光を有するとき、位相関係は９０°位相がずれている（すなわち、ビート信号Ｂ２とＢ３は直交位相の状態にある）。
【００１６】
位相検出器５６は、ビート信号Ｂ２とＢ３との間の位相差ΔΨを求める。振幅検出装置４２は、ビートトーン周波数（すなわちω１−ω２）のビート信号Ｂ１の振幅Ｂ１’を求める。コントローラ４３は、振幅Ｂ１’と位相差ΔΨを使用して、制御電圧、または信号Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を生成し、これらをＰＳＭ１４に供給して、光ビームＥ１とＥ２の所望の偏光状態Ｐ１”とＰ２”を達成する。増幅器をコントローラ４３とＰＳＭ１４との間に挿入して、制御信号Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を増幅してもよい。コントローラ４３は、アナログまたはデジタルのコンポーネントを使用して実施され得る。
【００１７】
具体的には、コントローラ４３は、ビートトーン振幅Ｂ１’が２つの局所極小値のうち１つに達するまでＰＳＭ１４を調節する。ビートトーン振幅Ｂ１’は、２つの局所極小値を有する。一方の極小値は、所望の向きを有する直線偏光Ｐ１”とＰ２”に対応し、他方の極小値は、９０°回転した直線偏光Ｐ１”とＰ２”に対応する。コントローラ４３は位相差ΔΨを使用して、Ｅ１とＥ２の偏光状態を一意的に判定する。これは、位相差ΔΨが、Ｅ１とＥ２の２つの向きに対応する２つの極小値で異なる値を有するためである。位相差ΔΨの値と、Ｅ１とＥ２の向きとの間の正確な対応は、従来のジョーンズ法（Jones calculus）を使用して導出され得る。
【００１８】
図２は、システム１０を使用して所望の偏光の向きにロックするための方法１００の一実施形態を示す。ステップ１０４では、コントローラ４３は、正しい偏光の向きで局所極小値を生成するリターダンスΓ１、Γ２、Γ３の初期解に対してグローバルサーチを行う。初期解におけるΓ１、Γ２、Γ３の値を最初のリターダンス値として使用する。ステップ１０４の一実施形態は、図３に関連して後述する。
【００１９】
ステップ１０６から１１４において、コントローラ４３はリターダ１８のリターダンスΓ１を調節して、リターダンスΓ１で達成され得るビートトーン振幅Ｂ１’の極小値を見つける。具体的には、ステップ１０６では、コントローラ４３はリターダ１８を選択する。ステップ１０８では、コントローラ４３は電圧Ｖ１を調節することによりリターダンスΓ１を増分する。ステップ１１０では、コントローラ４３は、ビートトーン振幅Ｂ１’が減少したかどうかを判定する。減少している場合、ステップ１１０からステップ１０８に進む。減少していない場合、ステップ１１０からステップ１１２に進む。
【００２０】
ステップ１１２では、コントローラ４３は、電圧Ｖ１を調節することによりリターダンスΓ１を減分する。ステップ１１４では、コントローラ４３はビートトーン振幅Ｂ１’が減少したかどうかを判定する。減少している場合、ステップ１１４からステップ１１２に進む。減少していない場合、ステップ１１４からステップ１１６に進む。
【００２１】
ステップ１１６から１２４において、コントローラ４３はリターダ２０のリターダンスΓ２を調節して、リターダンスΓ２で達成され得るビートトーン振幅Ｂ１’の極小値を見つける。ビートトーン振幅Ｂ１’の極小値が得られると、ステップ１２４からステップ１２６に進む。ステップ１２６から１３４において、コントローラ４３はリターダ２２のリターダンスΓ３を調節して、リターダンスΓ３で達成され得るビートトーン振幅Ｂ１’の極小値を見つける。ビートトーン振幅Ｂ１’の極小値が得られると、ステップ１３４からステップ１３６に進む。
【００２２】
ステップ１３６において、コントローラ４３は、現在の反復に関するビートトーン振幅Ｂ１’の値を記録する。ステップ１３８において、コントローラ４３は、ビート信号Ｂ２とＢ３との間の位相差ΔΨを求める。ステップ１４０において、コントローラ４３は、位相差ΔΨの値がＥ１とＥ２の所望の出力偏光状態に対応しているかどうかを判定する。ビームＥ１とＥ２の偏光状態に大きな突然の変化を引き起こす大きな突然の変化がファイバ１６の状態に存在すると、位相差ΔΨが所望の出力偏光状態に対応しないことがあり、これにより、制御ループが一時的にロックを失い、ひいては本システムがその後にその同一の初期解にロックされない場合がある。このような場合には、ステップ１４０からステップ１０４に進み、リターダンスΓ１、Γ２、Γ３の別の初期解をサーチするために方法１００を繰り返す。一方、位相差ΔΨがＥ１とＥ２の所望の出力偏光状態に対応している場合には、ステップ１４０からステップ１４２に進む。
【００２３】
ステップ１４２において、コントローラ４３は、現在のビートトーン振幅Ｂ１’が、以前の反復によって記録されたビートトーン振幅Ｂ１’と同じであるかどうかを判定する。そして、同じである場合には、ステップ１４２からステップ１３６に進み、ビートトーン振幅Ｂ１’の値が変化するまで、方法１００はループする。一方、現在のビートトーン振幅Ｂ１’が以前の反復によって記録されたビートトーン振幅Ｂ１’と同じでない場合には、ステップ１４２からステップ１０６に進み、別の最小ビートトーン振幅Ｂ１’をサーチするために方法１００が繰り返される。
【００２４】
図３は、ビームＥ１とＥ２の偏光状態の所望の向きを生じさせるリターダンスΓ１、Γ２、Γ３の初期解を得るために、コントローラ４３がＥ１とＥ２の偏光状態の一部又は全てをサーチするステップ１０４の一実施形態を示す。ステップ１７４において、コントローラ４３は、リターダンスΓ１、Γ２、Γ３を０に初期化する。ここでは、ゼロのリターダンスの極小値を仮定しているが、このサーチは、リターダによって達成可能な、又はサーチされることを所望するリターダンスΓ１、Γ２、Γ３の任意の極小値から開始してもよい。ステップ１７６において、コントローラ４３は、リターダンスΓ１、Γ２、Γ３の現在の値によって生成されたビート信号Ｂ２とＢ３との間の位相差ΔΨを記録する。ステップ１７８において、コントローラ４３は、リターダンスΓ３がその最大値より大きいかどうかを判定する。この最大値は、リターダが達成できる、又はサーチされることを所望する最大のリターダンスとすることができる。そして、リターダンスΓ３がその最大値より大きい場合には、ステップ１７８からステップ１８２に進む。一方、リターダンスΓ３がその最大値より大きくない場合には、ステップ１７８からステップ１８０に進む。ステップ１８０において、コントローラ４３は、電圧Ｖ３を調節することにより、リターダンスΓ３を増分する。ステップ１８０からステップ１７６に進み、リターダンスΓ３がその最大値より大きくなるまで、上記のステップがループする。
【００２５】
ステップ１８２において、コントローラ４３は、Γ３を０に再初期化する。ステップ１８４において、コントローラ４３は、電圧Ｖ２を調節することにより、リターダンスΓ２を増分する。ステップ１８６において、コントローラ４３は、リターダンスΓ２がその最大値より大きいかどうかを判定する。そして、大きい場合には、ステップ１８６からステップ１８８に進む。一方、リターダンスΓ２がその最大値より大きくない場合には、ステップ１８６からステップ１７６に進み、リターダンスΓ３とΓ２の両方がそれらの最大値より大きくなるまで、上記のステップがループする。
【００２６】
ステップ１８８において、コントローラ４３は、Γ２を０に再初期化する。ステップ１９０において、コントローラ４３は、電圧Ｖ１を調節することによって、リターダンスΓ１を増分する。ステップ１９２において、コントローラ４３は、リターダンスΓ１がその最大値より大きいかどうかを判定する。そして、大きい場合には、ステップ１９２からステップ１９４に進む。一方、リターダンスΓ１がその最大値より大きくない場合には、ステップ１９２からステップ１７６に進み、リターダンスΓ３、Γ２、Γ１がそれらの最大値より大きくなるまで、上記のステップがループする。ステップ１９４において、コントローラ４３は、方法１００の初期解として、成分ビームＥ１とＥ２の所望の出力偏光状態に対応した所望の位相差ΔΨ０を生じさせるリターダンスΓ３、Γ２、Γ１の値を選択する。
【００２７】
図４は、図１におけるシステム１０の一実施例（以降、これをシステム１０Ａと呼ぶ）を示しており、これは、本発明の一実施形態において、特定の向きの偏光状態に適用することができる。システム１０Ａにおいて、ビーム源１２からの光ビームＥ１は最初は、垂直直線偏光（ＶＬＰ）Ｐ１を有し、光ビームＥ２は最初は、水平直線偏光（ＨＬＰ）Ｐ２を有する。システム１０Ａにおいて、ファイバ１６の出力における光ビームＥ１とＥ２の偏光状態Ｐ１”とＰ２”はそれぞれ、偏光状態Ｐ１とＰ２と同じでなければならない。この実施形態では、偏光子３８は９０°に配向され、偏光子５２は４５°に配向され、波長板６０は４５°に配向された４分の１波長板であり、偏光子６２は９０°に配向される。
【００２８】
図５は、システム１０Ａ（図４）における成分ビームＥ１とＥ２の偏光状態を調節するために使用されるＰＳＭ１４Ａの一実施形態を示す。ＰＳＭ１４Ａは、ニオブ酸リチウム結晶（ＬｉＮｂＯ３）などの電気光学結晶から作成された回転可能な可変リターダであり、光はｚ方向に伝播し、電圧はｘ方向とｙ方向に印加される。ＬｉＮｂＯ３の偏光軸とリターダンスは、電圧ＶｘとＶｙを変化させることによって制御され、この結果、ＶｘとＶｙの両方を範囲〔−Ｖπ、Ｖπ〕にわたって操作する場合に、任意の入力偏光状態を任意の出力偏光状態に変換することができる。この場合、半波長電圧Ｖπ＝λｄ／（２ｎ０３ｒ２２Ｌ）であり、λは光ビームの波長であり、ｄはＬｉＮｂＯ３のブロックの幅と高さであり、ｎ０はＬｉＮｂＯ３の通常の屈折率であり、ｒ２２はＬｉＮｂＯ３の電気光学係数である。
【００２９】
一実施形態において、システム１０Ａは、方法１００（図２と図３）と類似した方法を使用して、成分ビームＥ１とＥ２の所望の偏光状態を維持することができる。コントローラ４３は、まず、グローバルサーチを実行して、所望の位相差ΔΨ０を生じさせる電圧ＶｘとＶｙの初期値を見つける。次いで、コントローラ４３は、最小限のサーチを連続的に実行し、所望の位相差ΔΨ０に対応する極小値にロックする。
【００３０】
前述のシステムにおいて、ＰＭファイバを使用する場合、成分ビームＥ１とＥ２は一般に小さい偏光の変化を受ける（たとえば、偏光子による２０％未満のパワーの変化）。したがって、所望の出力偏光状態を見つけてロックするために、可能な入力偏光状態をすべて生成できるＰＳＭが必要とされない場合がある。実際には、適切な設計によれば、サーチされる必要のある偏光状態の範囲を低減することができ、これにより、いくつかの可変リターダ、および場合によっては、直交の検出を取り除くことが可能になる。たとえば、サーチされる必要があるのは、ポアンカレ球（すべての偏光状態を表す数学的構造）の半分をカバーする偏光状態だけである。
【００３１】
図６Ａは、図１のシステム１０の一実施例（以降、システム１０Ｂと呼ぶ）を示し、これは、本発明の一実施形態において、偏光状態の小さな変化に適用することができる。システム１０Ｂにおいて、光源１２はＶＬＰビームＥ１とＨＬＰビームＥ２を生成する。このシステム１０Ｂは、ファイバ１６の出力において成分ビームＥ１とＥ２の偏光状態を維持する。
【００３２】
リターダ２５２およびＰＳＭ  １４Ｂを使用して、成分ビームＥ１とＥ２の可能な偏光状態のサブセットを生成する。リターダ２５２は、２２．５°に配向された２分の１波長板である。ＰＳＭ  １４Ｂは、（１）０°に配向され、０〜λ／２の範囲の可変リターダンスを有する可変リターダ２５４と、（２）４５°に配向され、０〜λ／２の範囲の可変リターダンスを有する可変リターダ２５６とを含む。リターダ２５２とＰＳＭ  １４Ｂは、ポアンカレ球の約半分のサーチを可能にしており、この結果、他の解が設計によって排除されているので、システム１０Ｂは、ビートトーン振幅Ｂ１’の２つの極小値のうち１つのみにロックすることになる。さらに、リターダ２５２とＰＳＭ  １４Ｂは、対象となる領域（たとえば、ポアンカレ球の半分）内で途切れることなしに、偏光状態を連続的に走査することを可能にしており、もしそうでなければ、エンドレスな（即ち、リセットの無い）偏光制御を行うために１つ又は複数の追加の可変リターダが必要とされる。
【００３３】
システム１０Ｂには、１つの検出器経路、即ちビート信号Ｂ１を生じさせる第１の検出器経路３４のみが含まれる。コントローラ４３は、ビート信号Ｂ１のみを使用して、ＰＳＭ  １４Ｂにより生成され得る入力偏光状態内の唯一の極小値にロックする。リターダプレート２５２およびＰＳＭ  １４Ｂにより生成され得る入力偏光状態内においては、１つの極小値のみがアクセス可能であるため、初期解のグローバルサーチは不要である。ポアンカレ球の半分における初期解のサーチは、依然として必要とされる。
【００３４】
図６Ｂは、異なるリターダと異なるＰＳＭを用いる点を除いて、システム１０Ｂに類似したシステム１０Ｃを示す。特に、システム１０Ｃは、−４５°に配向された４分の１波長板２６２とＰＳＭ  １４Ａ（図５）を使用する。前述のように、ＰＳＭ  １４Ａは、電圧ＶｘとＶｙによって制御される回転可能な可変リターダであり、この場合、電圧Ｖｘは、範囲［０，Ｖπ］にわたって操作され、電圧Ｖｙは、範囲［−Ｖπ，Ｖπ］にわたって操作される。リターダ２６２およびＰＳＭ  １４Ａは、偏光状態において、途切れることなしにポアンカレ球の約半分を連続的にサーチすることを可能にしており、もしそうでなければ、エンドレスな偏光制御を行うために、１つ又は複数の追加の回転可能な可変リターダが必要とされる。
【００３５】
ヘテロダイン干渉計に望ましい偏光状態は、一般にＶＬＰビームＥ１とＨＬＰビームＥ２に対応するが、成分ビームＥ１とＥ２をＶＬＰとＨＬＰ以外の偏光状態にロックし、Ｅ１とＥ２が干渉計に入射する前にＶＬＰとＨＬＰ状態を取得するシステムを設計することも可能である。図６Ｃは、本発明の一実施形態におけるこのようなシステム１０Ｄを示す。システム１０Ｄは、後述する変更点を除いて、システム１０Ｂと１０Ｃに類似している。入力偏光状態は、ＶＬＰビームＥ１とＨＬＰビームＥ２である。システム１０Ｄにおいては、リターダ２５２（図６Ａ）およびリターダ２６２（図６Ｂ）は使用されない。ＰＳＭ  １４Ｄは、（１）４５°に配向され、０〜λ／２のリターダンス範囲にわたって動作する可変リターダ２５４Ｄと、（２）０°に配向され、λ／２〜３λ／２のリターダンス範囲にわたって動作する可変リターダ２５６Ｄとを含む。検出器経路３４内には、最小ビート振幅が左円偏光（ＬＣＰ）状態のビームＥ１と右円偏光（ＲＣＰ）状態のビームＥ２に対応するように、偏光子３８の前に、４５°に配向された４分の１波長板６００が含まれる。干渉計に入射する前に、ＬＣＰビームＥ１とＲＣＰビームＥ２をＶＬＰビームＥ１とＨＬＰビームＥ２に変換するために、経路２６内には、４５°に配向された第２の４分の１波長板６０２が含まれる。
【００３６】
図６Ｄは、本発明の一実施形態におけるシステム１０Ｂとシステム１０Ｄの要素を組み合わせたシステム１０Ｅを示す。システム１０Ｅにおいて、光源１２は、用途に応じた偏光状態を有する成分ビームＥ１とＥ２を生成する。システム１０Ｂと同様に、リターダ２５２ＥとＰＳＭ  １４Ｅは、成分ビームＥ１とＥ２の可能な偏光状態のサブセットを生成することができる。リターダ２５２Ｅのリターダンスと向きは、Ｅ１とＥ２の入力偏光状態と所望の出力偏光状態に依存する。システム１０Ｄと同様に、検出器経路３４内には、最小ビート振幅がＥ１とＥ２の所望の偏光状態に対応するように、偏光子３８の前に、リターダ６００Ｅが含まれる。成分ビームＥ１とＥ２が干渉計に入射する前に、成分ビームＥ１とＥ２を所望の偏光状態に変換するために、経路２６内には、リターダ６０２Ｅが含まれる。やはり、リターダ６０２Ｅのリターダンスと向きは、ビームＥ１とＥ２の所望の偏光状態に依存する。
【００３７】
上述した偏光制御システムの様々な実施形態はすべて、遠隔動作構成で示されており、この場合、ＰＳＭがファイバおよび測定サイトの上流に配置される。図７は、非遠隔偏光制御システム３００の一実施形態を示し、この場合、ＰＳＭ  ３１４は、ファイバ３１６から下流に測定サイトの近くに配置される。図面から明らかなように、光源３１２は、直交偏光状態を有し周波数が異なる２つの光ビームをファイバ３１６内に出射する。次いで、ファイバ３１６がこれら２つの光ビームをＰＳＭ３１４に搬送する。ＰＳＭ３１４は、出力経路およびモニタ経路に送出する前に、これら２つの光ビームの偏光状態を調節する。ＰＳＭ３１４は、図１、図４、図５、図６Ａ、および図６Ｂに関連して説明したような類似の原理を用いて実施され得る。出力経路は、干渉計光学部品につながる。モニタ経路は、２つの光ビームの所望の出力偏光状態を維持するためにＰＳＭ３１４へのフィードバック制御をもたらす検出および制御ブロック３３４につながる。ブロック３３４は、図１、図４、図６Ａ、および図６Ｂに関連して上述されたような類似の態様で実施され得る。
【００３８】
図８は、ディザリングを使用して所望のビートトーン振幅Ｂ１’にロックする図１のシステム１０の別の実施例（以降、システム１０Ｆと呼ぶ）を示す。ディザリングの技術によれば、検出された信号の導関数（符号を含む）の検出を支援するために、それぞれの制御信号に小さな変調項が生成される。また、この技術によれば、機械的な振動や温度の変動などの他の要因に起因して、振幅検出装置４２によって検出される振幅の変化が、フィルタリングによって除去される。システム１０Ｆは、信号生成器４０２、４０４、および４０６、並びに加算器４０８、４１０、および４１２が追加されていることを除いて、システム１０と類似する。信号生成器４０２、４０４、および４０６は、小さな直交変調信号ｓ１、ｓ２、ｓ３（これらは、周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３の正弦波とすることができる）を生成する。コントローラ４３は、信号ｓ１、ｓ２、ｓ３を検出し、相関技術を用いて３つの信号４１４、４１６、および４１８を生成し、これら３つの信号は対応する制御ディザリング信号ｓ１、ｓ２、ｓ３に加算され、可変リターダ１８、２０、および２２に対する制御信号Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３がそれぞれ生成される。
【００３９】
開示された実施形態の要素の様々な他の適合および組み合わせも、本発明の範囲内にある。たとえば、所望の出力偏光状態は、光源から出射する入力偏光状態と同じである必要はない。図６Ａのシステム１０Ｂの一実施形態は、レーザーからの左円偏光ビームＥ１および右円偏光ビームＥ２に対応する入力偏光状態を受光し、ＶＬＰビームＥ１およびＨＬＰビームＥ２に対応する所望の出力偏光状態を生成するために使用され得る。このような実施形態において、リターダ２５２は、９０°に配向された４分の１波長板である。同様に、図６Ｂのシステム１０Ｃの一実施形態は、レーザーからの左円偏光ビームＥ１および右円偏光ビームＥ２に対応する入力偏光状態を受光し、ＶＬＰ  Ｅ１およびＨＬＰ  Ｅ２に対応する所望の出力偏光状態を生成するために使用され得る。このような実施形態において、リターダ２６２は不要である。
【００４０】
ＰＳＭの種々の代替の実施形態を上述の実施形態に使用することができる。ＰＳＭの一実施形態は、複屈折特性が機械的応力の印加によって変化する２つまたはそれより多いファイバスクイーザを含む。機械的応力は、コントローラ４３からの制御信号に応答してファイバスクイーザに加えられる。ＰＳＭの別の実施形態は、リターダンスおよび／または偏光軸が、コントローラ４３からの制御信号に応答して変わる２つまたはそれより多い液晶セルを含む。ＰＳＭのさらに別の実施形態は、固定されたリターダンスを有する２つまたはそれより多い機械的に回転可能な波長板を含む。波長板はコントローラ４３からの制御信号に応答して回転する。ＰＳＭのさらに別の実施形態は、機械的応力の印加によって線形複屈折が誘起される２つまたはそれより多い光弾性変調器を含む。機械的応力はコントローラ４３からの制御信号に応答してこれらの光弾性変調器に加えられる。
【００４１】
最初のヘテロダイン光ビームを提供するビーム源の種々の代替の実施形態も使用できる。図９は、ビーム源１２Ａが前述の５５１７Ｄレーザ内にあるようなゼーマン分裂レーザ５０２を含む、本発明の例示的な実施形態を示す。ゼーマン分裂レーザ５０２において、レーザ内の共振空洞に加えられた軸方向の磁界により、異なる周波数を有する２つの直交円偏光された成分を有するビームが生成される。光学システム５０４は好適には、４分の１波長板を含み、直交円偏光された成分を、上述のように偏光制御に適した直交直線偏光された成分ビームＥ１とＥ２に変換する。
【００４２】
１つまたは複数の波長板を含む光学システム５０５は、ビーム源１２Ａからの２つの直交偏光を２つの適切な直交偏光状態に変換する。図６Ａから図６Ｄに示されるように、選択される直交偏光状態は、ＰＳＭの正確な構成に依存する。システム５０５の波長板は、ビーム源１２Ａの構成に依存して波長板５０４と組み合わせられる。後述される他の実施形態も、ここで説明されたような機能を有する類似した光学システム５０５を含んでもよい。しかしながら、この説明は、以下の実施形態のそれぞれにおいて繰り返されない。
【００４３】
ビーム源１２Ａは、二重周波数またはヘテロダインビームを、ＰＳＭ１４と偏波保存光ファイバ１６を介してビームスプリッタ２４に放射し、ビームスプリッタ２４を介して経路２６に放射して、さらに干渉計光学部品に放射する。上述のように、ＰＳＭは図９に示すようにファイバの前にあってもよいし、または図７に示すようにファイバの後にあってもよい。また、ビームスプリッタ２４は、ヘテロダインビームの一部を偏光モニタリングシステム７０に向ける。モニタリングシステム７０は一般に、光ファイバ１６とＰＳＭ１４を含む伝達システムからの出力ビームが、所望の偏光成分を有するかどうかを判定し、ビート信号振幅検出器を用いて実施されることができる。ビート信号振幅検出器は上述の位相検出装置を有しても有さなくてもよい。モニタリングシステム７０の測定に基づき、コントローラ４３は、最終的には所望の偏光Ｐ１”とＰ２”を有する出力ビーム成分Ｅ１”とＥ２”を結果として生じるように、必要に応じてＰＳＭ１４の制御信号を設定する。
【００４４】
ＰＳＭ１４の構成に依存して、必要に応じてスプリッタ２４の後に複屈折波長板が含まれ、ビーム２６の２つの直交偏光成分を、垂直直線偏光成分と水平直線偏光成分に変換することができる。より一般的には、直交偏光の固定された変化を提供する類似した要素が、本発明に開示された任意の実施形態に提供され得る。しかしながら、このような要素についての説明は繰り返されない。
【００４５】
図１０は、特許文献１に開示されたレーザと類似した、能動的に安定化されたゼーマン分裂レーザ１２Ｂの特定の実施形態を示し、この特許文献１は参照によりそっくりそのまま本明細書に組み込まれる。ゼーマン分裂レーザ１２Ｂは、電極５２０と５２２を含むチューブ５１０を含み、電極５２０と５２２は、（たとえばＲＦ信号で）駆動されて、レーザゲイン媒体５２４内で分布の反転を引き起こすことができる。出力カプラミラー５２８と反射器５１８は、チューブ５１０の端にあり、共振空洞の長さを画定する。
【００４６】
永久磁石５２６は、出力カプラミラー５２８と反射器５１８との間で振動する光ビーム５３０の方向に沿って軸方向の磁界を生成する。軸方向の磁界は、レーザゲイン媒体５２４に対して２つの作用を有する。磁界が加えられたことによりゼーマン効果が生じ、媒体５２４のゲインカーブが２つのゲインカーブに分割される。一方のカーブは左円偏光された光のものであり、他方のカーブは右円偏光された光のものである。さらに、ファラディ効果により、屈折率カーブの実部が２つのカーブに分割され、一方は左円偏光された光のものであり、他方は右円偏光された光のものである。結果として、出力カプラミラー５２８を介して放射される出力ビーム５３０は、光ビーム５３０の右円偏光された成分の波長とは異なる波長を有する左円偏光された成分を有する。４分の１波長板などの光学部品５３４により、ビーム５３０の直交円偏光された成分を直交直線成分に変換することができる。
【００４７】
ゼーマン分裂レーザ１２Ｂは、チューブ５１０の中およびチューブ５１０の周りで調節可能な磁気光学装置をさらに使用して、２つの偏光間の分割周波数の差を増大させる。磁気光学装置は、チューブ５１０内にビーム５３０の経路に光透過性媒体５１２、エンクロージャ５１０の外側にあり光透過性媒体５１２を囲む永久磁石５１４、永久磁石５１４を囲む電磁石５１６を含む。永久磁石５１４と電磁石５１６は、レーザビーム５３０の方向に沿って調節可能な大きさの磁界を生成する。ファラディ効果がレーザゲイン媒体５２４内よりも光透過性媒体５１２内で数桁も強いので、光透過性媒体により導入される周波数分割の大きさは、レーザゲイン媒体よりもはるかに大きくなることができる。周波数分割を増加させることに加えて、光透過性媒体は、偏光成分間の周波数差の能動的安定化も可能にする。
【００４８】
ビーム５３０の偏光成分の絶対周波数と差分周波数を安定させるために、ビームスプリッタ５３２はビーム５３０の一部を検出器５４０に反射する。図示された実施形態において、検出器５４０は、ビーム５３０の２つの直交偏光成分間の周波数差を検出し、成分周波数のうち少なくとも１つを検出する。検出された周波数が所望の周波数と異なる場合、駆動回路５４２は、必要に応じてチューブ５１０の空洞の長さを調節し（たとえば、加熱要素５３６への電力を設定して、チューブ５１０を膨張または収縮させることにより）、出力周波数を調節する。また、検出器５４０は、ビーム５３０の偏光成分に関して差分周波数またはビート周波数を有する電気信号を生成する。フィードバック制御回路５４６は、検出器５４０からの信号を電子発振器５４４の周波数と比較し、電磁石５１６を流れる電流を能動的に調節して、媒体５１２内の磁界を、所望の周波数差を提供する強度に設定する。
【００４９】
特許文献２に説明されるように、レーザ共振器内に複屈折材料を含めることは、ヘテロダインビームを生成するための別の方法であり、特許文献２は、参照によりそっくりそのまま本明細書に組み込まれる。図１１Ａには、ミラー５５２と５５４の分離によって画定された長さを有する共振空洞５５０内に複屈折ブロック５５８と他のレーザゲイン媒体５６０を含むレーザ１２Ｃが概略的に示される。よく知られた構成において、一方のミラー５５４は平坦とすることができ、他方のミラー５５２はミラー５５４の中心に合わせた球面状の凹面とすることができる。また、レーザ１２Ｃは、レーザ発光のために、たとえばＲＦ電流を使用してガス放電を生じさせるための電極または他の手段（図示せず）も含む。凹面ミラー５５２に接近して配置されたアパーチャ５５６は、共振空洞５５０内のビーム５７０の基本的な横モードを選択することができる。
【００５０】
図１１Ａに示されるように、レーザ１２Ｃのアパーチャ５５６、複屈折ブロック５５８、および他のコンポーネントの配置は、複屈折ブロック５５８の光軸により画定される２つの直交直線偏光成分が異なる光路長の別個の経路５７２と５７４を有し、共振空洞５５０が２つの共振モードを有するようにされる。２つのモードの中間周波数に対して４分の１波である第１の波長板５６２は、複屈折ブロック５５８に非常に接近し、通常のビームと異常なビームが同じ経路をたどるブロック５５８の側にある。４分の１波長板５６２の中性線は、複屈折ブロック５５８の偏光軸から４５°の位置にあり、レイジング空洞５１０内で励起される２つのモードの光強度のバランスをとる。同様に２つのビームの共通経路に配置される第２の４分の１波長板５６４は、波長板５６２よりもブロック５５８から離れている。光ビームの方向に関する波長板５６４の角度調節により、２つの共振モードの周波数間の差を調節することができる。
【００５１】
周波数の差は、波長板５６４の角度調節により変更され得る。したがって、図１０に関する段落で考察されたシステムと類似したフィードバック制御システムにより、レーザ１２Ｃからの２つの偏光成分間の周波数差を安定化することができる。この場合、フィードバックコントローラは、波長板５６４の角度を調節して、周波数差を変える。
【００５２】
図１１Ａは、ミラー５５２を通過した出力が、２つの周波数／偏光成分のコリニヤ出力を提供するレーザ１２Ｃの一実施形態を示す。代案として、ミラー５５４を通過した出力が、異なる周波数と偏光を有する別個のビームを提供する。
【００５３】
図１１Ｂは、２つの複屈折ブロック５５８と５６８を用いた構成を有するレーザ１２Ｄを示す。レーザ１２Ｄのコンポーネントは、固有の振動状態が空間的に分離されている空洞５５０のゾーンが、両方のミラー５５２と５６６から離れるように構成され、したがってミラー５５２と５６６は凹面ミラーとすることができる。特に、実質的に同一であってもよい複屈折ブロック５５８と５６８が、空洞５５０内に配置され、そのため２つの偏光状態の伝播経路が、能動的なレイジング媒体５６０をまたがるゾーンの外側で融合する。このように形成されたレーザ１２Ｄは、空洞５５０の変形に対してよりよい耐性を有することができる。
【００５４】
異なる周波数を有する偏光成分を含むヘテロダインビームを生成するための別の技術は、位相ロックレーザの対を使用する。図１２Ａは、２つのレーザ６０２と６０４を含むビーム源１２Ｅを含むシステムを示す。周波数の安定したレーザとすることができるレーザ６０２は、第１の周波数ｆ１を有するビームを、反射器または偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）６０６に向ける。ＰＢＳまたは反射器６０６は、入力ビームの偏光成分を、その偏光成分に対して透過的である第２のＰＢＳ６０８に反射する。また、ＰＢＳ６０８は、周波数ｆ２を有するビームをレーザ６０４から受光し、透過される偏光成分に対して直交するＰＢＳ６０６からの偏光成分を反射する。結果として生じるＰＢＳ６０８からの合成されたビーム６１０は、周波数ｆ１とｆ２をそれぞれ有する直交偏光成分を含む。
【００５５】
周波数差ｆ２−ｆ１の正確な制御は、能動的なフィードバックを用いて維持され得る。特に、ビーム源１２Ｅは、ビーム６１０の一部を偏光子６１４を介して検出器６１６に反射するビームスプリッタ６１２を含む。偏光子６１４がビーム６１０の周波数成分の偏光に関して４５°である軸を有する状態で、検出器６１６は、２つの周波数成分のビート周波数ｆ２−ｆ１を有する電気信号を生成することができる。位相ロック回路６１８は、検出器６１６からの信号の周波数を、発振器６２０からの電子基準周波数と比較し、レーザ６０４の出力周波数ｆ２を設定する制御信号を生成する。たとえば、位相ロック回路６１８は、レーザ６０４の共振空洞の長さを制御する加熱要素または他の装置に提供される電力を制御することができる。このようにして、周波数差ｆ２−ｆ１は、必要に応じて精密な干渉計測定のために厳密に制御され得る。
【００５６】
図１２Ｂは、結合されたゼーマン分裂レーザ６２２と６２４を使用して、所望の特性を有するヘテロダインビームを生成するための実施形態によるビーム源１２Ｆを示す。レーザ６２２は、周波数ｆ１とｆ２’を有する左円偏光された成分と右円偏光された成分を有するビームを生成する。レーザ６２２とＰＢＳ６０６との間の４分の１波長板６２６は、直交円偏光された成分を、垂直直線偏光された成分と水平直線偏光された成分に変換するので、ＰＢＳ６０６は周波数ｆ１を有する光しか反射しない。同様に、レーザ６２４は、周波数ｆ１’とｆ２を有する左円偏光された成分と右円偏光された成分を有するビームを生成する。レーザ６２４とＰＢＳ６０８との間の４分の１波長板６２８は、直交円偏光された成分を、垂直直線偏光された成分と水平直線偏光された成分に変換するので、ＰＢＳ６０８は周波数ｆ２を有する光しか反射しない。ＰＢＳ６０６と６０８が同一である実施形態において、ＰＢＳ６０６で反射された偏光成分がＰＢＳ６０８を透過するように、２分の１波長板６０７がＰＢＳ６０６と６０８との間に含まれ得る。上述のように検出器６１６は、ＰＢＳ６０８からの合成された出力ビームの一部を測定し、必要に応じて位相ロック回路６１８にレーザ６２４を制御させて所望の周波数差ｆ２−ｆ１を維持することができる。
【００５７】
このように、ビーム源１２Ｅまたは１２Ｆからの出力ビームは、ＰＳＭ１４、光ファイバ１６、ビームモニタ７０、および上述の機能を有するコントローラ４３を含む偏光制御システムと共に使用され得る。代案として、ビームモニタ７０と検出器６１６の機能は、出力ビームの特性を測定して、ＰＳＭ１４および結合された光源の両方を能動的に制御する単一のシステムに一体化され、干渉計測定に使用されるヘテロダインビームが確実に所望の周波数と偏光を有するようにしてもよい。特許文献３はさらに、二重レーザシステムを含むビーム源を説明しており、特許文献３は参照によりそっくりそのまま本明細書に組み込まれる。
【００５８】
干渉計用のヘテロダインビームを生成するための別の態様は、レーザからの出力ビームについて電気光学変調器を使用することである。図１３は、電気光学変調器６３２を使用してレーザ６３０から出力される、直交円偏光された成分の周波数を分割するビーム源１２Ｇの例を示す。レーザ６３０は、単色レーザまたはゼーマン分裂レーザとすることができ、電気光学変調器６３２は、ニオブ酸リチウムなどの材料で作成され得る。変調器は、左円偏光成分と右円偏光成分との間に周波数シフトを生じさせる、回転２分の１波長板として機能するように構成され得る。変調器が左円偏光成分と右円偏光成分との間に周波数シフトを生じさせるので、レーザ６３０は好適には、同様な光パワーで左円偏光成分と右円偏光成分の両方を（同じ周波数または異なる周波数で）生成しなければならない。１つまたは複数の波長板をレーザ６３０と変調器６３２との間に含めて、レーザ６３０からのビームの偏光状態を左円偏光と右円偏光に変換してもよい。以下の説明では、ニオブ酸リチウム結晶で作成された変調器を想定しているが、他の材料も使用され得る。変調器が回転２分の１波長板として機能するためには、電気増幅発振器６３４は、Ｖπｓｉｎ（２πｆａｔ）という形態の第１のＡＣ電圧を電気光学変調器６３２に印加し、ビームの伝播に対して垂直なＸ方向で対応する電界成分を生成し、別の増幅発振器６３６は、Ｖπｃｏｓ（２πｆａｔ）という形態の第２のＡＣ電圧を印加して、ビームの伝播に対して垂直なＹ方向で対応する電界成分を生成する。ここで、Ｖπは半波長電圧であり、ｆａは駆動周波数である。位相のずれた電圧Ｖπｓｉｎ（２πｆａｔ）とＶπｃｏｓ（２πｆａｔ）を印加することにより、電気光学変調器６３２は１秒当たりπｆａラジアンの角速度で回転する軸を有する２分の１波長板として機能する。結果として、変調器６３２は、変調器６３２を横切るビームの左円偏光された成分と右円偏光された成分との間に２ｆａの周波数差を生じさせる。４分の１波長板６３８などの光学部品は、ＰＳＭ１４、光ファイバ１６、モニタ７０、およびコントローラ４３を含む偏光制御システムに適した直交直線偏光に直交円偏光を変換することができる。
【００５９】
また、音響光学変調器（ＡＯＭ）も、偏光成分間に周波数差を生成または増加させるために使用され得る。たとえば、特許文献４は、ＡＯＭを使用したいくつかのヘテロダインビーム源を説明しており、参照によりそっくりそのまま本明細書に組み込まれる。ＡＯＭの例は、付着された電気音響変換器を有する音響光学ブラッグセル（たとえば、一軸複屈折結晶）である。電気音響変換器は、電気信号を音波に変換し、複屈折結晶を介して放出する。一実施形態において、複屈折結晶は、音波が結晶の光軸に沿って伝播するように配向され得る。材料内で形成される音波は、材料内で屈折率の変動を生じ、ブラッグ格子として知られる３次元の回折格子という結果になる。この格子により、変調器を横切るビームが、複数の回折次数に回折する。
【００６０】
できる限り多くの放射を１つの回折次数に集中させるために、その特定の次数についてブラッグ条件が一致しなければならない。たとえば、回折したパワーを第１の次数に最大化する場合、ｓｉｎθｄ＝λｆａ／（２Ｖａ）という条件を満たさなければならない。ここで、θｄは、入力ビームがブラッグ回折線と形成する角度、ｆａは音響周波数、λは入力ビームの光波長、およびＶａは音速である。ブラッグ回折の結果として、複屈折結晶からの出力光波は、回折だけでなく周波数シフトも受ける。回折されない次数だけが、伝播角度と光周波数に変化なしに結晶を通過して伝播し、すべての他の回折される次数は、伝播角度の変化と光周波数のシフトを受け、係る変化とシフトは、回折される次数、入力ビームの伝播方向に対する音波の伝播方向、駆動周波数などのいくつかのパラメータに依存する。非特許文献１に、ＡＯＭの動作がさらに説明されている。
【００６１】
図１４Ａから図１４Ｃは、１つまたは複数のＡＯＭを使用したヘテロダインビーム源に関するいくつかの代替の実施形態を示す。
【００６２】
図１４Ａは、ゼーマンレーザ６４０と１対のＡＯＭ６４２と６５２を使用したビーム源１２Ｉを示す。偏光ビームスプリッタ６４８は、第１の（たとえば垂直直線）偏光成分と第２の（たとえば水平直線）偏光成分を２つの別々の経路に向ける。次いで、入力ビームは第１の回折される次数についてブラッグ角度でＡＯＭ６４２と６５２の結晶に入るこができる。増幅器６５６を有する発振器６５４は、ＡＯＭ６５２を駆動し、回折された第２の偏光成分の周波数をシフトする進行音波を生成する。この実施形態において、ＡＯＭ６４２とＡＯＭ６５２の両方とも第１の偏光成分と第２の偏光成分の周波数を増加させるので、偏光成分間の追加された周波数差はそれぞれ、ＡＯＭ６４２とＡＯＭ６５２への駆動周波数の差に等しく、ゼロ以外の値に選択される。この構成により、ＡＯＭ６４２または６５２への各駆動周波数より実質的に小さい周波数差を有する偏光成分が生成されることが可能になる。
【００６３】
一般に回折されたビームの伝播方向は入力ビームの伝播方向とは異なるので、アライメント光学部品６４３と６５３を使用して、それぞれＡＯＭ６４２と６５２から出力される別々の偏光成分の伝播角度を調節し、これらが必要な経路を移動してビームコンバイナ６５０に入るようにする。ビームコンバイナ６５０は、ＰＳＭ１４、ビームモニタ７０、およびコントローラ４３を含む偏光モニタリングシステム内の単一のファイバ１６で伝達するのに適したコリニヤビームに偏光成分を再結合する。
【００６４】
図１４Ｂは、ＡＯＭへの各駆動周波数より実質的に小さい周波数差を有する偏光成分を備えるビームを生成できる別の構成を示す。図１４Ｂにおいて、ビーム源１２Ｊは、複屈折材料を用いて実施される偏光ビームスプリッタ６５８とビームコンバイナ６６０とを含む。各要素６５８または６６０は、ウォラストンプリズム、フレネルプリズム、ケスター（Koester）プリズム、またはロションプリズムなどの複屈折システムとすることができる。このような複屈折システムは、別々の光学要素であってもよいし、またはＡＯＭ６４２または６５２の材料内に一体化されてもよい。代案として、複屈折要素の代わりに、回折格子または位相格子などの他のシステムがビームの分割および／または合成に使用され得る。
【００６５】
必要に応じて偏光光学部品６６２をゼーマン分裂レーザ６４０の直後に含めて、ＰＢＳ６５８の入射光がＰＢＳ６５８の偏光軸に対して４５°で直線偏光されるようにしてもよい。結果として、ＰＢＳ６５８を出射する２つの偏光成分は、一般にヘテロダイン干渉計用途に好適な同様な光パワーを伝送し、図１４Ｂに示されるようにそれぞれ偏光の向き６４３と６５３を有する。また、２つのビームについて異なる光パワーが望ましい場合、４５°の直線偏光以外の任意の偏光状態を生成するように偏光光学部品６６２を選択することができる。ＰＢＳ６５８からの分離したビーム成分はそれぞれ、それぞれ光軸６４１と６５１を有するＡＯＭ６４２と６５２を横切る。ＰＢＳ６５８は、２つの出力ビームがそれぞれ所望の回折される次数のブラッグ角度でＡＯＭ６４２と６５２のそれぞれに入るように設計される。
【００６６】
ＡＯＭ６４２と６５２は、それぞれの横断ビームに周波数シフトを生じさせる。図１４Ｂで、ＡＯＭ６４２とＡＯＭ６５２に対向する駆動方向により、２つの偏光成分を有するビームが結果として生成され、これらの周波数差は２つの駆動周波数の周波数差によって与えられる。代案として、２つの偏光の間の周波数差は、ＡＯＭ６４２とＡＯＭ６５２に対する駆動方向が同じである場合、駆動周波数の合計に等しくしてもよい。しかしながら、この構成は一般にヘテロダイン干渉計にはあまり役にたたない。
【００６７】
図１４Ｃは、ビームスプリッタ６５８が偏光成分を分離するが、両方の偏光成分を、それぞれ光軸６６３と６６５を有するＡＯＭ６６４と６６６を介して連続的に向ける別のビーム源１２Ｋを示す。分離した偏光成分はＡＯＭ６６４を介して反対方向に移動する。したがって、ＡＯＭ６６４が導入する周波数シフトの符号は、２つの偏光成分に関して反対である。ＡＯＭ６６４の分離した偏光成分の回折は、偏光成分をＡＯＭ６６６に向け、ＡＯＭ６６６が再び、対向する周波数シフトを導入してから、ビームコンバイナ６６０が偏光成分をコリニヤビームに再合成する。３つまたはそれより多い一連のＡＯＭを含むシステムも同様に構成され得る。ビーム源１２Ｋからの結果としての出力ビームは、それぞれＡＯＭ６６４と６６６に加えられる駆動周波数間の差の２倍だけ異なる周波数を有する２つの偏光成分を備えるビームを含む。結果として、音響周波数の２倍より実質的に小さい周波数差を有する２つの直交偏光された成分を有するビームが生成され得る。
【００６８】
ビーム源１２Ｋの別の実施形態において、レーザ６４０はゼーマン分裂レーザとすることができる。レーザの直後の偏光光学部品６４１は、ゼーマン分裂レーザ６４０からの左円偏光と右円偏光を、偏光ビームスプリッタ６５８の偏光軸とそろえられた偏光方向を有する直交直線偏光を有する２つの出力ビームに変換する。結果として、ＰＢＳ６５８は、それぞれが異なる周波数を有する２つのビームを、２つの直交偏光されたビームに分割し、これらのビームはそれぞれＡＯＭ６６４と６６６を介して伝播する。この実施形態において、２つのＡＯＭを使用して、ゼーマン分裂レーザ６４０から出てくる際に最初にゼロ以外の周波数差を有していた２つの直交成分間の周波数分割を増大させる。次いで、偏光ビームスプリッタ６６０は２つのビームを再合成して、２つの直交直線偏光と増大した周波数分割を有する単一の出力ビームを形成する。
【００６９】
図１５は、ヘテロダインビームを生成するため代替の技術を使用した、単色ビームの光源６７０と音響光学ブラッグセル６７２とを含むビーム源１２Ｌを示す。ビーム源１２Ｌにおいて、音響光学ブラッグセル６７２に入射する単一の光ビーム６７１は好適には、図の平面に対して４５°に配向された直線偏光を有する。増幅発振器６７４はブラッグセル６７２を駆動し、２つの周波数ｆａとｆｂの進行音波を生成する。音響光学ブラッグセル６７２は、光源６７０からの光ビームを回折して、周波数ｆａの進行音波と関連づけられた光ビーム６８２と、周波数ｆｂの進行音波と関連づけられた光ビーム６８４を生成する。一般に入力ビーム６７１と同じ偏光を有する光ビーム６８２と６８４は、約｜ｆａ−ｆｂ｜の周波数差だけ周波数が異なり、回折の最高点間の分離に対応する小さな角度で発散する。電力増幅器６７４の電気出力は、ビーム６８４と６８２が、ほぼ同じ光パワーを伝送するように調節され得る。こうして光源６７０、音響光学ブラッグセル６７２、および発振器６７４は、発散するヘテロダインビーム源６８０を形成することができる。
【００７０】
別の光学システム６７６は、同じ偏光を有するが、異なる伝播方向を有する２つの周波数成分を、直交直線偏光を有する２つの平行なビームに変換する。例示的な実施形態において、ビーム６８４と６８２は、ブラッグセル６７２を出た後、頂点のエッジに平行な光軸を有する結晶（たとえば、水晶）で作成された複屈折プリズム６７６に入射する。複屈折プリズム６７６の頂角αは、式１を満たす。式１において、δ’はビーム６８４と６８２との間の分離角であり、ｎｏとｎｅはそれぞれ通常の屈折率と異常な屈折率であり、θはプリズム６７６の出射面からの垂線に対する出射ビーム６７８の出射角である。複屈折プリズム６７６は、中間ビーム６８４と６８２に作用し、各々を２つの直交偏光されたビームに分割し、一方は図面の平面に対して平行であり他方は直角であり、２つの出力ビーム６８２Ａと６８４Ａと、２つのスプリアスビーム６８２Ｂと６８４Ｂとを生成する。スプリアスビーム６８２Ｂと６８４Ｂは、出力ビーム６８２Ａと６８４Ａとは異なる伝播方向を有し、アパーチャ６７８によって、または従来のピンホール空間フィルタ構成によって除去され得る。ビーム源１２Ｌと同様な光源については、特許文献５にさらに説明されており、この特許文献５は、参照によりそっくりそのまま本明細書に組み込まれる。
【００７１】
【数１】
2004341534.tif 000003
【００７２】
図１６Ａは、同じ偏光を有するが異なる周波数と異なる伝播方向を有するビーム６８２と６８４を平行なビーム６９２と６９４に変換するための代替の光学システムを含むビーム源１２Ｍを示す。この実施形態において、ビーム６８２と６８４は、典型的には複屈折結晶で作成された位相リターディション板６８６に入射する。入力ビーム６８２と６８４の偏光の向きは、図面の平面に対して実質的に４５°であり、位相リターディション板６８６の光軸６８７は、位相リターディション板６８６の入射面の垂線に対して角度βである。ビーム６８４は板６８６に入射すると、内部ビーム成分６８４Ｙと６８４Ｘに分割され、この場合、内部ビーム成分６８４Ｙと６８４Ｘはそれぞれ、通常に偏光され、異常に偏光される。同様に、ビーム６８２は、内部ビーム成分６８２Ｙと６８２Ｘを形成し、この場合、内部ビーム成分６８２Ｙと６８２Ｘはそれぞれ、通常に偏光され、異常に偏光される。ビーム成分６８４と６８２は、光軸６８７に対して異なる角度でリターディション板に入射するので、異常に偏光されたビーム成分６８４Ｘと６８２Ｘは、異なる屈折率に対応する位相速度でリターディション板６８６内を伝播する。
【００７３】
一般に、式２は、複屈折結晶の光軸に対して角度θで伝播する異常に偏光されたビームに関する屈折率を示す。式２では、ｎｏとｎｅは複屈折結晶の通常の主な屈折率と異常な主な屈折率である。ビーム成分６８２Ｘと６８４Ｘの異なる屈折率は、式２から求められ得る。通常に偏光されたビーム成分６８２Ｙと６８４Ｙの屈折率はｎｏである。これらの屈折率にしたがって光軸６８７の向きとリターディション板６８６の厚さは、リターディション板６８６が、ビーム６８２Ｘではビーム６８２Ｙに対してｐπラジアンの位相シフトを導入し、ビーム６８４Ｘではビーム６８４Ｙに対して（ｐ＋１）πラジアンの位相シフトを導入するように選択され、ｐは整数である。典型的には角度βは実質的に４５°に等しい値に設定される。
【００７４】
【数２】
2004341534.tif 000004
【００７５】
ビーム６８２Ｘ、６８２Ｙ、６８４Ｘ、および６８４Ｙはそれぞれ、ビーム６８２Ａ、６８２Ｂ、６８４Ａ、および６８４Ｂとして位相リターディション板６８６から出射する。ビーム６８２Ｘ、６８２Ｙ、６８４Ｘ、および６８４Ｙに導入された位相シフトの結果として、ビーム６８２Ａと６８２Ｂの互いに重なる部分の偏光は、図１６Ａの平面に対して実質的に４５°であり、ビーム６８４Ａと６８４Ｂの互いに重なる部分の偏光に対して実質的に直行し、これは図１６Ａの平面に対して実質的に１３５°である。リターディション板６８６の入射面と出射面が実質的に平行であるため、ビーム６８２Ａと６８２Ｂの伝播方向は平行であり、ビーム６８４Ａと６８４Ｂの伝播方向も平行である。
【００７６】
図１６Ａのビーム６８２Ａと６８２Ｂとの間、およびビーム６８４Ａと６８４Ｂとの間にはわずかな横方向の変位Ｓｂがあり、２つの横方向の変位は実質的に同じである。横方向の変位は主に、位相リターディション板６８６において異常に偏光されたビーム６８２Ｘと６８４Ｘのエネルギー束ベクトルと波面ベクトルのそれぞれの方向が違う結果である。図１６Ａに示されたビーム６８２Ａと６８２Ｂとの間の横方向の変位、およびビーム６８４Ａと６８４Ｂとの間の横方向の変位は、効果を明確に示すために誇張されている。一般に、横方向の変位Ｓｂは、ビーム成分６８２Ａ、６８２Ｂ、６８４Ａ、および６８４Ｂのスポットサイズより実質的に小さい。
【００７７】
図１６Ａを再び参照すると、ビーム６８２Ａ、６８２Ｂ、６８４Ａ、および６８４Ｂは好適には、たとえばＬｉＮｂＯ３またはＫＤＰなどの負の一軸結晶で作成された複屈折プリズム６８８に入射する。複屈折プリズム６８８の光軸は、図１６Ａの平面に対して４５°の角度である。代案として、たとえば水晶またはＴｅＯ２など正の一軸結晶で作成された複屈折プリズム６８８の場合、複屈折プリズム６８８の光軸は図１６Ａの平面に対して１３５°の角度に向けられる。
【００７８】
ビーム６８２Ａ、６８２Ｂ、６８４Ａ、および６８４Ｂはそれぞれ、複屈折プリズム６８８に入射すると、通常に偏光されたビーム（約１３５°で偏光される）と異常に偏光されたビーム（約４５°で偏光される）に分かれる。ビーム６８２Ａと６８２Ｂは実質的に互いに重なっており、リターディション板６８６がこれら２つのビーム間に位相差を導入するので、ビーム６８２Ａと６８２Ｂからの通常に偏光されたビームは互いに破壊的に干渉し、互いに実質的に相殺する。したがって、６８２Ａと６８２Ｂからの通常に偏光されたビームは、図１６Ａに示されない。逆に、ビーム６８２Ａと６８２Ｂからの異常に偏光されたビームは互いに建設的に干渉し、それぞれプリズム６８８からビーム６８２Ｃと６８２Ｄとして現れ、これらのビームは実質的に重なり、４５°の偏光を有する。同様に、ビーム６８４Ａと６８４Ｂからの異常に偏光されたビームは互いに破壊的に干渉し、互いに実質的に相殺する。したがって、ビーム６８４Ａと６８４Ｂからの異常に偏光されたビームは、図１６Ａに示されない。ビーム６８４Ａと６８４Ｂからの通常に偏光されたビームは互いに建設的に干渉し、それぞれプリズム６８８からビーム６８４Ｃと６８４Ｄとして現れ、これらのビームは実質的に重なり、−４５°の偏光を有する。
【００７９】
複屈折プリズム６８８の頂角α２は、ビーム６８２Ｃと６８２Ｄがビーム６８４Ｃと６８４Ｄに対して平行に複屈折プリズム６８８から出射するように選択される。これは、ビーム６８２Ｃと６８２Ｄがプリズム６８８で異常に偏光されたビームとして伝播するビームから現われ、ビーム６８４Ｃと６８４Ｄがプリズム６８８で通常に偏光されたビームとして伝播するビームから現れるという理由から可能になる。結果として、ビーム６８２と６８４が実質的に等しい強度を有する場合、システムは、ビーム６９２（ビーム６８２Ｃと６８２Ｄの重ね合わせから形成される）とビーム６９４（互いに平行に伝播し直交する偏光（それぞれ４５°と−４５°）を有するビーム６８４Ｃと６８４Ｄの重ね合わせから形成される）という実質的に強度の等しい１対の出力ビームを生成する。ビーム６８２Ｄと６８４Ｄとの間には小さな非ゼロの横方向の変位、Ｓａがある。一般に、この変位は約１００μｍより小さい。たとえば、ビーム６８２と６８４が光源６８０内の音響光学変調器から出る場合、ビーム６８２Ｃと６８２Ｄは、第１の入力ビーム成分６８２と同じ周波数プロファイルを有し、ビーム６８４Ｃと６８４Ｄは、第２の入力ビーム成分６８４と同じ周波数プロファイルを有する。ビーム６８４Ｃと６８４Ｄの周波数プロファイルはビーム６８２Ｃと６８２Ｄの周波数プロファイルとは異なる。
【００８０】
横方向の変位Ｓｂが無視できないような何らかの場合において、プリズム６８８内で通常に偏光されたビームとして伝播するビーム６８２Ａと６８２Ｂの部分間の破壊的な干渉は完全ではない。同様に、プリズム６８８内で異常に偏光されたビームとして伝播するビーム６８４Ａと６８４Ｂの部分間の破壊的な干渉も不完全である可能性がある。しかしながら、これらの場合でさえも、複屈折プリズム６８８により、ビーム６９２（異常に偏光されたビームから生じる）が、ビーム６９４（通常に偏光されたビームから生じる）の偏光に対して直交する偏光を有する。プリズム６８６内で通常に偏光されたビームとして伝播し、破壊的な干渉の故に完全に相殺しないビーム６８２Ａと６８２Ｂの部分は、スプリアスビームとして現れ、これはビーム６９２と６９４から離れるように発散する。同様に、プリズム６８８内で異常に偏光されたビームとして伝播し、破壊的な干渉の故に完全に相殺しないビーム６８４Ａと６８４Ｂの一部は、スプリアスビームとして現れ、これもビーム６９２と６９４から離れるように発散する。この発散により、空間フィルタを使用してスプリアスビームを出力ビーム６９２と６９４から分離することができる。
【００８１】
図１６Ａに示された装置の多くの変形態様が可能である。たとえば、上述の実施形態において４５°と−４５°以外の方向で出力ビーム６９４と６９２を直線的に直交偏光するように、位相リターダ６８６と複屈折プリズム６８８との間に２分の１波長板または４分の１波長板を配置することができる。プリズムが負の一軸結晶で作成されている場合、複屈折プリズム６８８の光軸は、図１６Ａの平面に対して９０°の角度に向けられ、あるいはプリズムが正の一軸結晶で作成されている場合、その光軸は０°の角度に向けられる。別の実施形態において、複屈折プリズム６８８をウォラストンプリズムに取り替えて、実質的に同じ機能を行ってもよい。
【００８２】
図１６Ａの別の実施形態において、第２の複屈折プリズム（図示せず）は、ビーム６８２Ｄと６８４Ｄとの間の横方向の変位を低減するか、または実質的に除去することができる。特に、第２の複屈折プリズムは、第２の複屈折プリズムの頂角に依存する補償的な横方向の変位をもたらし、第２の複屈折プリズムの頂角は、元の変位を除去するように選択され得る。
【００８３】
図１６Ｂは、特許文献６に説明されたようなビーム源１２Ｒを利用する、図１６Ａの実施形態の別の変形態様を示す。ビーム源１２Ｒは、一般に同じ複屈折材料から作成された２つの位相リターディション板７５４と７５８を含む。位相リターディション板７５４の光軸７５５は、位相リターディション板７５４の入射面の垂線に対して一定の角度に向けられ、図１６Ｂの平面の垂線に対して直交し、位相リターディション板７５４の光軸７５５と位相リターディション板７５８の光軸７５９との間の角度は、一般に公称で９０°である。ビーム源１２Ｒでは、レーザシステム７５２は、リターディション板７５４の光軸に対して４５°の直線偏光を有する入力ビーム７６０を生成する。リターディション板７５４を介して伝播する際、入力ビーム７６０は異常に偏光されたビーム７６０ａと通常に偏光されたビーム７６０ｂに分かれる。これにより、リターディション板７５４は、異常に偏光されたビームのエネルギー束ベクトルと波面ベクトルの方向間の差の結果として、ビーム７６０ａと７６０ｂとの間に横方向の変位またはシフトを導入する。
【００８４】
次いで、ビーム７６０ａと７６０ｂは、音響光学ブラッグセル７５６を介して伝播する。音響光学ブラッグセル７５６は、ビーム７６０ａと７６０ｂの半分を、周波数シフトしたビーム７６０ａ２と７６０ｂ２に回折する。ビーム７６０ａと７６０ｂの回折されない半分は、ブラッグセル７５６からビーム７６０ａ１と７６０ｂ１として出る。ビーム７６０ａ１、７６０ａ２、７６０ｂ１、および７６０ｂ２は、リターディション板７５８に入射する。位相リターディション板７５８の厚さは、位相リターディション板７５４により導入された横方向の変位を正確に補償するように選択される。したがって、ビーム７６０ａ１と７６０ｂ１は互いに完全に重なってビーム７６０−１を形成し、ビーム７６０ａ２と７６０ｂ２は互いに完全に重なってビーム７６０−２を形成する。ビーム７６０−２の周波数と偏光はビーム７６０−１とは異なる。
【００８５】
横方向の変位を補償するための同様な方法が図１６Ｃに示され、これは特許文献６に説明された別のビーム源１２Ｓを利用する。ビーム源１２Ｓはビーム源１２Ｒと同様であるが、リターディション板７５４の代わりに、一般に複屈折でないプリズム７６２と７６４を使用する。プリズム７６２と７６４は、図１６Ｃの平面内でブラッグセル７５６の前のビームエキスパンダとしてはたらく。同様に、プリズム７７２と７７４は、図１６Ｃの平面内で位相リターディション板７５８の後のビーム収縮器としてはたらく。この正味の結果により、プリズム７７２と７７４により生じたビーム収縮の低減係数に等しい係数だけ横方向の変位Ｓｂが低減され、プリズム７６２と７６４により生じたビーム拡大のビーム拡大係数は、プリズム７７２と７７４により生じたビーム収縮の低減係数の逆数である。
【００８６】
参照によりそっくりそのまま本明細書に組み込まれる特許文献６は、適切なヘテロダインビームを生成するための同様な技術を使用した光源をさらに説明している。
【００８７】
ＡＯＭを含む別のタイプのビーム源は、回折ビームと非回折ビームの両方を使用する。たとえば、図１７Ａは、レーザまたは他の光源７０２、音響光学ブラッグセル７０４、および発振器７０６を含むビーム源１２Ｎを示す。ビーム源１２Ｎは、ビーム源７０２からの単一の安定化した周波数の直線偏光されたレーザ入力ビームを出力ビームに変換し、この出力ビームは、電子発振器７０６からの周波数の安定した電気信号の周波数だけ互いに異なる２つのコリニヤな直交偏光成分を有する。動作中、発振器７０６は、音響光学ブラッグセル７０４に付着された圧電トランスデューサを駆動する電力増幅器を制御する。ブラッグセル７０４は好適には、圧電トランスデューサにより生成される音波７０７の伝播方向とある角度を作る光軸７０５を有する一軸結晶（たとえば、水晶）で作成される。レーザ７０２からの入力ビームは、ブラッグセル７０４に入り、ブラッグセル７０４内の結晶の光軸７０５に対してある角度で移動する異常に偏光されたビーム７１０になる。さらに、特許文献７に記載された条件下で音波との光弾性相互作用により、シフトされた周波数を有する通常に偏光されたビーム７０８を生成するブラッグ回折が生じる。特許文献７は、参照によりそっくりそのまま本明細書に組み込まれる。
【００８８】
ビーム７０８と７１０は、圧電トランスデューサが固定されている結晶面を介して音響光学ブラッグセル７０４から出射する。この出射の条件下で、出力ビーム７０８と７１０は実質的に平行であり、一般にビーム直径のわずかな量だけ空間的にずれている。好適には、電力増幅器の電気出力は、出力ビーム７０８と７１０がそれぞれ、入力ビームの約半分であるほぼ同じ強度を有するように調節される。この結果、出力ビームは、コリニヤであり、直交偏光された、周波数の異なる２つの成分７０８と７１０を含む。
【００８９】
図１７Ｂは、音響光学ブラッグセル７１４を含むビーム源１２０の例を示す。ブラッグセル７１４は好適には、図１７Ｂの平面内に光軸を有する一軸結晶で作成され、その光軸は、圧電トランスデューサ７１８により生成される音波７１６の伝播方向に対して第１の角度を形成する。入力ビームはブラッグセル７１４に入射し、面７１４から反射された通常に偏光されたビームになり、音波７１６の伝播方向に対して第２の角度の通常に偏光されたビームになる。このビームと音波７１６の光弾性相互作用により、式３と式４の関係を満たす場合、ブラッグ回折は異常に偏光されたビームを生成する。式３と式４において、ｎｉとｎｄはそれぞれ入射ビームと回折されたビームの屈折率であり、λ０は真空内での光波長であり、ｖは音速であり、およびｆ０は発振器７０６の駆動周波数である。角度θｉとθｄはそれぞれ、入射光ビームと音響Ｋベクトルの垂線との間の角度、および回折された光ビームと音響Ｋベクトルの垂線との間の角度である。図１７Ｃは正の角度θｉとθｄを示す。
【００９０】
【数３】
2004341534.tif 000005
【００９１】
上記の式２は、異常に偏光されたビームに関する屈折率ｎを定義する。異常に偏光されたビームは、通常に偏光されたビームに対してわずかな角度で伝播し、通常に偏光されたビームの偏光に対して直交する偏光を有し、音波７１６から回折によってシフトした周波数を有する。結晶面７１４Ｂは、２つの直交偏光されたビームを反射する。結晶面７１４Ａと７１４Ｂにおけるビームの入射と反射または屈折のそれぞれの角度は、音響光学ブラッグセル７１４から出射するビームが平行であり、かつビームの直径のわずかな量だけしか空間的にずれないように選択され得る。例示のために、図１７Ｂはこの変位を誇張している。ブラッグセルからの入力ビームと出力ビームの間に異なる公称の角度（たとえば、１８０°または３６０°）を生じるように、図１７Ｂには種々の変形を行うことができる。同じ結果を達成するように実質的に同じ態様で実質的に同じ機能を行う要素とステップのすべての組み合わせは、この実施形態の一部として包含されることが意図されている。ブラッグセル７１４の先端面７１４Ａと７１４Ｂの他のビーム経路と角度については、特許文献８と特許文献９にさらに説明されており、これらの特許文献は参照によりそっくりそのまま本明細書に組み込まれる。
【００９２】
図１７Ｄは、特許文献１０に説明されたようなビーム源１２Ｐを示し、この特許文献は参照によりそっくりそのまま本明細書に組み込まれる。ビーム源１２Ｐにおいて、レーザまたは他の光源７２２が入力ビームを音響光学結晶装置８４０内に向ける。レーザ７２２からのビームの偏光面は、たとえば位相リターディション板など当業者に知られた技術を用いてビーム軸を中心として回転させ、直交直線偏光を有する入力ビーム成分８１８と８１９を含むビームを形成することができる。入力ビーム８１８は、図１７Ｄの平面に対して垂直に直線偏光されており、入力ビーム８１９は図１７Ｄの平面内で直線偏光されている。ビーム８１８と８１９は両方とも同じ周波数ｆＬを有する。ビーム８１８と８１９の相対的な強度は、レーザ７２２からのビームの偏光に適用される回転の度合いを制御することにより調整され得る。
【００９３】
電気発振器８４１は好適には、周波数ｆ０の安定した周波数の電気信号８４２を従来の電力増幅器８４３に提供する。電力増幅器８４３の電気出力信号８４４は好適には、結晶８４７に取り付けられた従来の圧電トランスデューサ８４６を駆動し、この圧電トランスデューサは好適には、せん断波タイプの音響ビームを生成するために使用される。音響光学結晶８４７内の温度勾配を実質的に低減するために音響光学結晶８４７の壁に向かって通過する音響ビームを好ましい分布で吸収するために、音響光学変調の当業者に知られた従来の技術を使用する。特に、吸収材８４８は、音響光学結晶８４７の壁において音響ビームを吸収することができる。音響光学結晶８４７の表面（単数または複数）上の吸収材８４８の分布は、音響光学結晶８４７の壁における音響ビームのエネルギ損失の分布を音響ビームの吸収の好ましい分布に対応させるように設計され得る。
【００９４】
現在の好適な音響光学結晶８４７は、図１７Ｄの平面内にあり、かつ圧電トランスデューサ８４６により生成された音波８５２の伝播方向と角度φを形成する光軸８５０を有する一軸結晶で作成される。図１７Ｄは、音響光学結晶８４７が負の一軸結晶を含む構成を示す。
【００９５】
入力ビーム８１８は好適には、入射角φ１（図１７Ｅに示す）で面８５４において音響光学結晶８４７に入り、通常に偏光されたビーム８２０になる。ビーム８２０は面８５５から反射し、通常に偏光されたビーム８２２になる。ビーム８２２は面８５６から反射し、通常に偏光された入射ビーム８２４Ａになる。入射ビーム８２４Ａと音波８５２の光弾性相互作用から生じる小さな角度のブラッグ回折により、上記の式３と式４が満たされる場合には、異常に偏光されたビームである回折されたビーム８２４Ｂが生成される。再度、角度の定義を図１７Ｃに示し、式２により、複屈折結晶内の異常に偏光されたビームの屈折率ｎが与えられる。
【００９６】
回折されたビーム８２４Ｂは、回折されない入射ビーム８２４Ａに対して小さな角度で伝播し、回折されたビーム８２４Ｂの偏光は、入射ビーム８２４Ａの偏光に対して直交する。さらに、ビーム８２４Ｂの周波数はｆＬ−ｆ０であり、ビーム８２４Ａの周波数はｆＬである。ビーム８２４Ａと８２４Ｂは結晶面８５７から反射して、それぞれビーム８２６Ａと８２６Ｂになる。ビーム８２６Ａと８２６Ｂは結晶面８５８から反射して、それぞれビーム８２８Ａと８２８Ｂになり、ビーム８２８Ａと８２８Ｂは、結晶面８５９においてそれぞれビーム８３０Ａと８３０Ｂとして音響光学結晶８４７から出る。
【００９７】
入力ビーム８１９は好適には、入射角φ１で面８５４において音響光学結晶８４７に入り、異常に偏光されたビーム８２１になる。ビーム８２１は面８５５から反射して、異常に偏光されたビーム８２３になる。ビーム８２３は面８５６から反射して、異常に偏光された入射ビーム８２５Ａになる。入射ビーム８２５Ａと音波８５２との光弾性相互作用により、式３と式４により与えられる関係が満たされる場合、小さな角度のブラッグ回折によって通常に偏光された回折されたビーム８２５Ｂが生成される。
【００９８】
回折されたビーム８２５Ｂは、回折されない入射ビーム８２５Ａに対して小さな角度で伝播し、回折されたビーム８２５Ｂの偏光は入射ビーム８２５Ａの偏光に対して直交している。さらに、ビーム８２５Ｂの周波数はｆＬ＋ｆ０であり、ビーム８２５Ａの周波数はｆＬである。ビーム８２５Ａと８２５Ｂは結晶面８５７から、ビーム８２７Ａと８２７Ｂとしてそれぞれ反射する。ビーム８２７Ａと８２７Ｂは結晶面８５８からビーム８２９Ａと８２９Ｂとしてそれぞれ反射し、ビーム８２９Ａと８２９Ｂは面８５９においてビーム８３１Ａと８３１Ｂとして音響光学結晶８４７からそれぞれ出る。
【００９９】
ビーム８１８、８１９、８２０、および８２１の面８５４におけるそれぞれの入射角と屈折角、ビーム８２０、８２１、８２２、および８２３の面８５５におけるそれぞれの入射角と反射角、並びにビーム８２２、８２３、８２４Ａ、および８２５Ａの面８５６におけるそれぞれの入射角と反射角は、ビーム８２４Ｂと８２５Ｂとの間の偏向角がε−δになるように選択される。この場合、εは、好ましくは０≦ε≦δの小さい角度であり、ビーム８２４Ａと８２４Ｂとの間の偏向角はδであり、ビーム８２５Ａと８２５Ｂとの間の偏向角は−δであり、およびビーム８２４Ａと８２５Ａとの間の偏向角はδ＋εである。ここで、δは式５によって指定される。式５において、Λは音響光学結晶８４７内の音響ビームの波長である。
【０１００】
【数４】
2004341534.tif 000006
【０１０１】
ビーム８２４Ａ、８２４Ｂ、８２５Ａ、および８２５Ｂの伝播の相対的な方向に関する上記の条件は、図１７Ｅに示された頂角α１とα２が式６を満たすように選択されることによって取得され得る。式６において、ｎ’１ｅ＝ｎ２ｅはそれぞれ、面８５４と８５５におけるビーム８２１の屈折率であり、ｎ’２ｅ＝ｎ３ｅはそれぞれ、面８５５と８５６におけるビーム８２３の屈折率であり、ｎ’３ｅは、面８５６におけるビーム８２５Ａの屈折率である。
【０１０２】
【数５】
2004341534.tif 000007
【０１０３】
面８５７におけるビーム８２４Ａ、８２４Ｂ、８２５Ａ、８２５Ｂ、８２６Ａ、８２６Ｂ、８２７Ａ、および８２７Ｂのそれぞれの入射角と反射角、面８５８におけるビーム８２６Ａ、８２６Ｂ、８２７Ａ、８２７Ｂ、８２８Ａ、８２８Ｂ、８２９Ａ、および８２９Ｂのそれぞれの入射角と反射角、並びに面８５９におけるビーム８２８Ａ、８２８Ｂ、８２９Ａ、８２９Ｂ、８３０Ａ、８３０Ｂ、８３１Ａ、および８３１Ｂのそれぞれの入射角と屈折角は、ビーム８３０Ｂと８３１Ｂが好ましくは平行になるように選択される。ビーム８３０Ｂと８３１Ｂは好適には、空間的に微小な量だけ、すなわちビーム直径のわずかな量だけずれており、内部は実質的に同一の広がりである。ビーム８３１Ｂと８３０Ｂの伝播の相対的な方向に関する条件は、式７を満たす頂角を選択することによって得られる。式７において、α３とα４は、図１７Ｅで示された角度であり、ｎ’４ｅ＝ｎ５ｅはそれぞれ、面８５９と８５８におけるビーム８２８Ｂの屈折率であり、ｎ’５ｅ＝ｎ６ｅはそれぞれ、面８５８と８５７におけるビーム８２６Ｂの屈折率であり、ｎ’６ｅは面８５７におけるビーム８２４Ｂの屈折率である。
【０１０４】
【数６】
2004341534.tif 000008
【０１０５】
ビーム８３０Ｂと８３１Ｂが平行でない、すなわちビーム８３０Ｂのφ２がビーム８３１Ｂのφ２と同じでないことが望ましい場合には、式５と式６のパラメータの値は、ビーム８３０Ｂと８３１Ｂがこれらの間に所定の発散角または集束角を有するように選択され得る。さらに、ビーム８１８と８１９が平行でない、すなわちビーム８１８のφ１がビーム８１９のφ２と同じでないことが望ましい場合には、式５と式６のパラメータの値は、ビーム８１８と８１９がこれらの間に所定の発散角または集束角を有するように選択され得る。
【０１０６】
好適には、電力増幅器８４３の電気出力８４４は、入力ビーム８１８の強度に対する主な出力ビーム８３０Ｂの強度が、０％から１００％の間の、好適には１００％のある選択された公称値になるように調節される。ビーム８１９の強度に対する主な出力ビーム８３１Ｂの強度の比は、ビーム８１８の強度に対するビーム８３０Ｂの強度の比と実質的に同じである。さらに、ビーム８３０Ｂと８３１Ｂは、直交偏光されており実質的に同一の広がりである。主な出力ビーム８３１Ｂと８３０Ｂの周波数はそれぞれ、２ｆ０だけ異なり、ビーム１０１６の周波数とは±ｆ０だけ異なる。
【０１０７】
スプリアス二次出力ビーム８３０Ａと８３１Ａは、直交偏光されたビームであり、周波数はビーム８１６の周波数と同じである。二次出力ビーム８３０Ａと８３１Ａの伝播方向はそれぞれ、約−ｎ０εとｎ０εだけ、主な出力ビーム８３０Ｂと８３１Ｂの伝播方向から逸脱する。二次出力ビーム８３０Ａと８３１Ａの強度は好適にはそれぞれ、電力増幅器８４３の電気出力８４４の調節の結果として、主な出力ビーム８３０Ｂと８３１Ｂの強度の０％の公称値を有するので、入力ビーム８１８の強度に対する主な出力ビーム８３０Ｂの強度、または入力ビーム８１９の強度に対する主な出力ビーム８３１Ｂの強度は好適には、１００％の公称値である。
【０１０８】
図１７Ｄに示された実施形態の重要な特徴は、主な出力ビーム８３０Ｂと８３１Ｂの伝播方向に対して実質的に平行である伝播方向を有するシフトしない周波数成分による、出力ビームの汚染が、本質的に低レベルであるということである。システム内の汚染レベルが低いのは、正規のブラッグ回折の代わりに正規ではないブラッグ回折、一軸結晶のブラッグ回折を使用し、出力ビーム対を平行にするために出力ビームの経路に必要とされる複屈折結晶から作成されたような追加の光学要素がないという結果である。正規ではないブラッグ回折を使用した場合の主な出力ビームの偏光状態の向きは、平面と平面に対する垂線により決定され、この平面は、音響光学結晶８４７の光軸と、音響光学結晶８４７における入射ビーム８２４Ａと８２５Ａの伝播方向によって画定される。しかしながら、正規のブラッグ回折プロセスにおいて、出力ビームの回折された成分の偏光状態の向きは、元の入射ビームの偏光状態と同じである。この正規のブラッグ回折プロセスの特徴は一般に、音響光学装置に準拠し、必要に応じて出力ビームの成分を平行にするという追加の複屈折光学要素に対する要件につながる。追加の複屈折光学要素は、出力ビーム汚染の潜在的な発生源であり、出力ビームの汚染は、音響光学装置に対する追加の複屈折光学要素のミスアライメントから生じる。
【０１０９】
図１７Ｄに示されたシステムの代替の実施形態は、特許文献１０で使用されているような直交偏光されたビームの相対的な伝播方向を変化させるために使用される複屈折プリズムを含むことができる。プリズムは独立したコンポーネントであっても、またはブラッグセルまたは他の光学コンポーネントに付着されてもよい。また、空間フィルタを出力に配置して、二次ビーム対する区別を支援することもできる。
【０１１０】
図１８は、特許文献１１に説明されたようなビーム源１２Ｑを示し、この特許文献は参照によりそっくりそのまま本明細書に組み込まれる。ビーム源１２Ｑは、図面の平面に対して垂直な、直線偏光された単色ビームを生成するレーザまたは他の光源７３２を含む。このビームは音響光学結晶７３４に向けられる。この実施形態において、結晶７３４は図１８の平面内に光軸７４６を有する光学的に活性な一軸結晶で作成され、この光軸は、圧電トランスデューサ７４８により生成される第１の音波の波面ベクトルＫ(1)の方向に対する垂線との角度を形成する。図１８に示された図は、たとえばパラテルル石などの左回りに回転する正の一軸結晶からなる音響光学変調器セルである。第１の増幅発振器７３６は、音響光学結晶７３４に付着された第１の圧電トランスデューサを駆動し、第２の増幅発振器７３８は、音響光学結晶７３４に付着された第２の圧電トランスデューサを駆動する。第１と第２の音波は好適には、せん断波タイプである。音響光学変調器セル７３４の壁における音響ビームは、吸収材７３４Ｃと７３４Ｄによって吸収される。
【０１１１】
図１８を参照すると、光ビーム源７３２は、音響光学変調器セル７３４に入って、出力ビーム７６０と７６２および一連の二次出力ビームとして音響光学装置から出る、入力ビーム７３１を生成する。出力ビーム７６０と７６２は、実質的に直線偏光される。
【０１１２】
二次出力ビームの第１のサブセットの源は、光学的に活性な異方性結晶からなる音響光学変調器セル７３４における光ビームの伝播に関して、楕円偏光された固有モードである。音響光学変調器セル７３４の固有モードの楕円偏光と、光学的に活性な異方性結晶の境界面で反射および屈折される光ビームの電界および磁界によって満たされる必要がある境界条件とにより、二次出力ビームの第１のサブセットが生成される。これらの二次出力ビームは、一般に装置において低減された強度を有する。これらの二次出力ビームの第１のサブセットは、主に複屈折切頭プリズム７４０と７４２の特性により、出力ビーム７６０と７６２の伝播方向とは異なる伝播方向を有する。
【０１１３】
入力ビーム７３１は、音響光学変調器セル７３４に入り、第１の相互作用領域７３４Ａにおいて第１の音響ビームとの音響光学相互作用によって、中間ビームに変換される。中間ビームの強度は好適には、入力ビーム７３１の強度と実質的に同じである。次いで、中間ビームは、第２の相互作用領域７３４Ｂにおいて第２の音響ビームを通過する。中間ビームと第２の音響ビームの音響光学相互作用によって、中間ビームの一部が、出力ビーム７６０と７６２のうちの一方として音響光学装置を出射するビームに変換され、中間ビームの変換されない残りの部分は、出力ビーム７６０と７６２のうちの他方のビームとして音響光学装置から出射する。
【０１１４】
入力ビーム７３２が中間ビームに不完全に変換されることによって、二次出力ビームの第２のサブセットが生成される。二次ビームの第２のサブセットは、装置において低減された強度を有し、出力ビーム７６０と７６２の伝播方向とは異なる伝播方向を有する。
【０１１５】
ビーム７６０と７６２の互いに対する相対的な横方向の正味の変位、すなわち図１８に示された音響光学装置における内部光ビームの波面ベクトルの異なる方向および複屈折媒体内を伝播する光ビームの対応する波面ベクトルからのエネルギー束ベクトルのずれに起因した変位は、図１８に示された補償切頭プリズム７４０と７４２の設計により高レベルまで補償される。プリズム７４０と７４２の光軸は、図１８の平面に対して直交している。プリズム７４０と７４２は、図示されるように音響光学結晶に付着されてもよいし、または独立した個々のコンポーネントとして使用されてもよい。
【０１１６】
本発明を特定の実施形態に関連して説明したが、この説明は本発明の用途の例にすぎず、限定として解釈されるべきではない。開示された実施形態に関する特徴の種々の適合と組み合わせは、添付の特許請求の範囲により定義されるような本発明の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】２つの直交偏光された光ビームの偏光された状態を維持するための、本発明の一実施形態の偏光制御システムを示す図である。
【図２】図１の偏光制御システムを動作させるための方法のフローチャートである。
【図３】図１の偏光制御システムを動作させるための方法のフローチャートである。
【図４】２つの直交直線偏光された光ビームの偏光状態を維持するための、本発明の一実施形態の偏光制御システムを示す図である。
【図５】図４の偏光制御システム内の偏光状態変調器を示す図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態において、２つの直交直線偏光された光ビームの偏光状態を維持するための偏光制御システムを示す図である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態において、２つの直交直線偏光された光ビームの偏光状態を維持するための偏光制御システムを示す図である。
【図６Ｃ】本発明の一実施形態において、２つの直交直線偏光された光ビームの偏光状態を維持するための偏光制御システムを示す図である。
【図６Ｄ】本発明の一実施形態において、２つの直交直線偏光された光ビームの偏光状態を維持するための偏光制御システムを示す図である。
【図７】本発明の一実施形態において、偏光制御システムの非遠隔構成を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態において、２つの直交光ビームの偏光された状態を維持するためにディザリングを使用する偏光制御システムを示す図である。
【図９】ゼーマン分裂レーザと光ファイバからの偏光出力の能動的制御を使用する本発明の一実施形態によるシステムを示す図である。
【図１０】周波数差と偏光を制御して安定化するための共振器要素を有するゼーマン分裂レーザを示す図である。
【図１１Ａ】偏光成分の間に周波数差を生じさせるために、レーザ共振器に複屈折材料を使用するレーザの代替の実施形態を示す図である。
【図１１Ｂ】偏光成分の間に周波数差を生じさせるために、レーザ共振器に複屈折材料を使用するレーザの代替の実施形態を示す図である。
【図１２Ａ】位相ロックレーザを使用する本発明の一実施形態による偏光制御システムを示す図である。
【図１２Ｂ】位相ロックレーザを使用する本発明の一実施形態による偏光制御システムを示す図である。
【図１３】ビーム源がヘテロダインビームを生成する際に電気光学変調器を使用する本発明の一実施形態による偏光制御システムを示す図である。
【図１４Ａ】分離された偏光成分について音響光学変調器を使用するために、種々の異なる構成を組み込んだビーム源を示す図である。
【図１４Ｂ】分離された偏光成分について音響光学変調器を使用するために、種々の異なる構成を組み込んだビーム源を示す図である。
【図１４Ｃ】分離された偏光成分について音響光学変調器を使用するために、種々の異なる構成を組み込んだビーム源を示す図である。
【図１５】発散回折ビームの間に周波数差を生じさせるために音響光学結晶内で二重周波数音波を使用するビーム源を示す図である。
【図１６Ａ】同じ偏光を有する発散ビームを直交偏光されたビームに変換するビーム源を示す図である。
【図１６Ｂ】同じ偏光を有する発散ビームを直交偏光されたビームに変換するビーム源を示す図である。
【図１６Ｃ】同じ偏光を有する発散ビームを直交偏光されたビームに変換するビーム源を示す図である。
【図１７Ａ】代替の構成によって音響光学結晶からの回折ビームおよび非回折ビームを使用するビーム源を示す図である。
【図１７Ｂ】代替の構成によって音響光学結晶からの回折ビームおよび非回折ビームを使用するビーム源を示す図である。
【図１７Ｃ】代替の構成によって音響光学結晶からの回折ビームおよび非回折ビームを使用するビーム源を示す図である。
【図１７Ｄ】代替の構成によって音響光学結晶からの回折ビームおよび非回折ビームを使用するビーム源を示す図である。
【図１７Ｅ】代替の構成によって音響光学結晶からの回折ビームおよび非回折ビームを使用するビーム源を示す図である。
【図１８】音波が伝播する別々の相互作用領域を有する音響光学結晶を使用したビーム源を示す図である。
【符号の説明】
【０１１８】
10  偏光制御システム
12、680  ビーム源
12A、12B、502、622、624、640  ゼーマン分裂レーザ
14  偏光状態変調器
16、316  光ファイバ
18、20、22、254、256  可変リターダ
24、30、44、532、612  ビームスプリッタ
26  出力経路
28  モニタ経路
34、48、58  検出器経路
37、51、60  波長板
38、52、62、614、616  偏光子
40、54、64  光検出器
43  コントローラ
56  位相検出器
70  モニタリングシステム
312、702、722、732  光源
550  共振空洞
602、604、630  レーザ
606  偏光スプリッタ
608、648、658  偏光ビームスプリッタ
642、652、664、666  音響光学変調器（ＡＯＭ）
847  結晶
【図１】
2004341534.tif 000009
【図２】
2004341534.tif 000010
【図３】
2004341534.tif 000011
【図４】
2004341534.tif 000012
【図５】
2004341534.tif 000013
【図６Ａ】
2004341534.tif 000014
【図６Ｂ】
2004341534.tif 000015
【図６Ｃ】
2004341534.tif 000016
【図６Ｄ】
2004341534.tif 000017
【図７】
2004341534.tif 000018
【図８】
2004341534.tif 000019
【図９】
2004341534.tif 000020
【図１０】
2004341534.tif 000021
【図１１Ａ】
2004341534.tif 000022
【図１１Ｂ】
2004341534.tif 000023
【図１２Ａ】
2004341534.tif 000024
【図１２Ｂ】
2004341534.tif 000025
【図１３】
2004341534.tif 000026
【図１４Ａ】
2004341534.tif 000027
【図１４Ｂ】
2004341534.tif 000028
【図１４Ｃ】
2004341534.tif 000029
【図１５】
2004341534.tif 000030
【図１６Ａ】
2004341534.tif 000031
【図１６Ｂ】
2004341534.tif 000032
【図１６Ｃ】
2004341534.tif 000033
【図１７Ａ】
2004341534.tif 000034
【図１７Ｂ】
2004341534.tif 000035
【図１７Ｃ】
2004341534.tif 000036
【図１７Ｄ】
2004341534.tif 000037
【図１７Ｅ】
2004341534.tif 000038
【図１８】
2004341534.tif 000039