(57)【要約】      （修正有）【課題】サンプルの色分散を改善された方法で決定する。【解決手段】この目的のために、同調可能レーザを含む放射源１の光により、基準アーム１２および測定アーム１３を備えた干渉計１０内でサンプル４を放射測定する。下流の偏光計５０で干渉放射のパワー変化および偏光変化の両方を測定する。下流の評価装置７で、波長依存性ストークスパラメータの評価によって、色分散を決定することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
様々な波長の放射を放出するための放射源（１）と、
基準アーム（１２）および測定アーム（１３）を備えており、サンプル固有の干渉放射を発生するために前記放射源（１）によって照射される干渉計装置（１０）と、
前記干渉放射のパワー変化および偏光変化を測定可能な測定装置と、
前記パワー変化および前記偏光変化に基づいてサンプル（４）の色分散を決定可能な評価装置（７）と、
を備えた、サンプル（４）の色分散を決定するための装置であって、
前記測定装置が偏光計（５０）を備えている、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記干渉計装置（１０）の前記基準アーム（１２）からのパワーが同一大きさの二つの部分パワーに分割されるように、二つの直交偏光が前記偏光計（５０）により評価可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記放射源（１）が同調可能レーザを含む、請求項１および２の一項に記載の装置。
【請求項４】
前記色分散が前記評価装置（７）で波長依存性ストークスパラメータの評価によって決定可能である、請求項１から３の一項に記載の装置。
【請求項５】
様々な波長の放射の電磁ビームを発生させるステップと、
前記ビームを基準ビーム（１２）とサンプル（４）を放射測定する測定ビーム（１３）とに分割するステップと、
干渉ビームを維持しながら前記基準ビームと前記測定ビームを重畳させるステップと、
前記放射の波長の関数としての前記干渉ビームのパワー変化および偏光変化を測定するステップと、
前記波長依存性パワー変化および偏光変化に基づいて前記サンプル（４）の色分散を決定するステップと、
を含む、サンプル（４）の色分散を決定する方法であって、
前記測定ステップが偏光計（５０）により行なわれる、
ことを特徴とする方法。
【請求項６】
干渉計装置（１０）の基準アーム（１２）からのパワーが同一大きさの仮想的部分パワーに分解されるように、前記パワー変化を決定するための偏光の二つの直交状態が前記偏光計（５０）により選択される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
電磁放射が同調可能レーザ（１）によって発生する、請求項５および６の一項に記載の方法。
【請求項８】
波長依存性ストークスパラメータからの色分散の決定が基準走査および測定走査から行なわれる、請求項５から７の一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、様々な波長の放射の放射発散用の放射源と、サンプル固有の干渉放射を発生するための、放射源によって放射可能な干渉計装置と、干渉放射のパワー変化および偏光変化を測定可能な測定装置と、パワー変化および／または偏光変化に基づいてサンプルの色分散を決定可能な評価装置とを備えた、サンプルまたは光学部品の色分散を決定するための装置に関する。さらに本発明はサンプルの色分散を決定するための対応する方法に関する。
【０００２】
光学部品の特性評価のための試験および測定装置に関し、測定技術の開発では測定時間を短縮するための２つの傾向を観察することができる。
【０００３】
１．「掃引波長」システムに向かう傾向
これらのシステムでは、波長を段階的に変更しながら測定パラメータをポイント的に測定するのではなく、解析対象の波長範囲全体にわたって同調可能レーザを連続的に同調させがら測定データを記録する。
【０００４】
２．全パラメータアナライザに向かう傾向
この種の測定システムは可能な限り全ての関連パラメータを短時間に、かつ、適切な場合にはスペクトル測定範囲全体を1回だけレーザ走査するのと同時に、獲得することが可能である。光学部品の場合、関連測定パラメータはなかんずく次のものを含む。
【０００５】
−  ＩＬ  挿入損失
−  ＲＬ  反射減衰量
−  ＰＤＬ  偏光依存性損失
−  ＰＭＤ  ＤＧＤ（微分群遅延）およびＰＳＰ（偏光の主状態）を含む偏光モード分散
−  ＣＤ  色分散または郡遅延
以下に記載する測定方法または測定装置は、これらの傾向を反映している。
【０００６】
ＣＤ（色分散）測定に関しては、原則的に二つの異なる測定方法が公知である。一つは電気測定に基づき、もう一つは位相遅延時間の光学的測定に基づく。
【０００７】
位相遅延時間の電気的決定のための装置を図１に示す。同調可能レーザ１の放射は変調器で、例えば０．１から５ＧＨｚの周波数範囲で正弦変調される。この目的のために、変調器２は高周波発生器３によって制御される。変調光はサンプル４（ＤＵＴ、被試験装置）を通して送られる。光検出器５は、サンプル４によって影響を受けた変調光を検出し、対応する電気信号を比較器６に送る。前記比較器は、光検出器５の電気信号の位相を、高周波発生器３から受け取った位相信号と比較する。この電気的位相比較および同調可能レーザ１の波長情報から、評価装置７は色分散を決定する。
【０００８】
サンプルを通り抜けるときに、光または測定対象物ＤＵＴ４は遅延を経験し、それは群遅延で示される。前記群遅延は位相速度の導出から計算され、波長に依存する。波長依存性群遅延の導出から、測定対象物４の波長依存性色分散が次元ｐｓ／ｎｍで求められる。
【０００９】
位相遅延時間の光学的決定のための装置を図２に、再びブロック図で示す。ここでは、測定対象物４は干渉計１０で解析される。そこで、同調可能レーザ１からの光が第１カプラ１１で分割される。これにより、基準アーム１２および測定対象物４が位置する測定アーム１３の二つの光路が形成される。第２カプラ１４は、基準アーム１２および測定アーム１３からの二つのビームの干渉を引き起こす。この結合により、二つの信号電界強度が加算される。後続する光検出器５で、電気重畳信号への変換が行なわれ、それは位相位置、両方の干渉計アームにおける減衰および偏光変換、および波長に依存する。次に重畳信号は同調可能レーザ１の波長情報と一緒に、色分散を決定するための評価装置７に送られる。波長が同調されたときに、結果的に周期的検出器信号が得られ、その周期は両方の干渉計アームの群遅延差に関連付けられる。
【００１０】
この方法で不利なことは、両方の干渉計アームからの総パワーしか光検出器５で測定されないことである。しかし、このために、両方のアームにおける偏光の相対位置が決定的な役割を果たす。偏光が同一の状態では、可変波長で最大のパワー変動が生じる。そうすると、位相決定が容易に可能になる。これに反して、直交偏光の場合には、可変波長でいかなるパワー変動も発生せず、偏光変動だけが発生する。この場合、位相決定は不可能である。
【００１１】
したがって、位相遅延差または色分散を決定するためのこの測定装置の改良バージョンは、光検出器５を偏光に依存するように設計することが考えられる。このための一つの可能性は、図３に示すように、二つの光検出器２１および２２を含む偏光ビーム（ＰＢＳ）２０を使用することにある。偏光ビームスプリッタ２０を通して重畳光ビームは二つの直交偏光ビーム部分に分解される。光検出器２１および２２で検出されるこれらの二つの部分ビームのパワーは各々、評価装置７に送られる。
【００１２】
この測定構成により、変化する偏光を検出することができる。しかし、このための前提条件は、干渉計アーム１２、１３における二つの偏光が偶然にＰＢＳ２０の自己偏光に一致しないことである。この場合、各検出器２１、２２は両干渉計アーム１２、１３のパワーを測定し、周期的重畳結果を生じる両パワーの重畳が発生しないためである。この理由から、従来、この測定構成では、例えば偏光制御装置３０による偏光調整を提供しなければならず、それにより、基準アーム１２からのパワーがそれ自体をほぼ均等に両検出器２１、２２に分割することが確実になる。そうして初めて、測定ブランチ１３におけるどんな偏光に対しても、両ブランチ間の位相の比較が可能になる。測定対象物の光学特性を測定するためのこの種の装置は、文書ＥＰ１２０７３７７Ａ２から公知である。
【００１３】
しかし、二つの干渉計ブランチの偏光の調整は、比較的多大な努力を伴う。開始波長で最適に調整された偏光が、検討される波長範囲内の他の波長で基準アーム１２の最後に維持されているとみなすことはできない。一般的に、基準アーム１２に存在する何らかの微小なＰＭＤの結果、偏光はその理想的な状態から離れる。
【００１４】
したがって、本発明の目的は、色分散をより容易に決定することができ、かつ偏光調整の波長依存性の結果としての不利益を回避することができる方法および装置を提案することである。さらに、目的は、偏光ビームスプリッタ２０の限られた光学的品質（消光比、ＥＲ）の結果発生しうる不利益を排除することである。
【００１５】
本発明によると、この目的は、様々な波長の放射を放出するための放射源と、サンプル固有の干渉放射を発生するために放射源によって照射される干渉計装置と、干渉放射のパワー変化および偏光変化を測定可能な測定装置と、パワー変化および／または偏光変化に基づいてサンプルの色分散を決定可能な評価装置とを備えており、測定装置が偏光計（polarimeter：偏光計、旋光計、偏光アナライザ）を含んで成る、サンプルの色分散を決定するための装置によって達成される。
【００１６】
さらに、本発明では、様々な波長の放射の電磁ビームを発生させ、ビームを基準ビームとサンプルを放射測定（radiograph）する測定ビームとに分割し、干渉ビームを維持しながら基準ビームと測定ビームを重畳させ、放射の波長の関数としての干渉ビームのパワー変化および偏光変化を測定し、該測定が偏光計を使用して実行され、パワー変化および／または偏光変化に基づいてサンプルの色分散を決定することによって、サンプルの色分散を決定する方法が構想される。
【００１７】
偏光計は、干渉計の干渉によって生じる波長依存性変動を、二つの干渉計ブランチの偏光とは関係なく決定できることを確実にする。変動は、干渉計アームからの二つの偏光の相対位置に応じてパワー変動および／または偏光変動を含む。偏光が同一である場合、パワー変動だけが発生し、直交偏光の場合には、偏光変動だけが測定可能である。ランダム状態の偏光の一般的な場合、パワーおよび偏光変動が同時に発生し、その両方が偏光計によって正確に捕捉される。検出器ユニットの特定の偏光を確実にする偏光制御装置を干渉計の前に設ける必要は無い。
【００１８】
好ましくは、偏光計は、四つのストークスパラメータ全部の測定値を提供する、完全な偏光計とすることができる。前記四つのストークスパラメータにより、測定対象物の多数の光学特性が計算可能である。
【００１９】
偏光計によって得られた測定データは、理想的なパワー配分を持つ仮想偏光ビームスプリッタが提供する測定データとして、容易に再計算することができる。基準アームからのパワーを均等な大きさの二つの（部分）パワーに分解し、かつ、こうして最大（仮想）パワー変動が検出できるように、どの波長に対しても仮想偏光ビームスプリッタの二つの直交偏光を定義することができる。このようにして、基準アームにおける偏光モード分散の影響を低減することができる。光源は同調可能レーザで構成されることが好ましい。前記同調可能レーザは、定義された偏光光を放出するという利点を有する。
【００２０】
測定結果の解析は、偏光計によって得られた波長依存性ストークスパラメータ（Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）（λ）に基づいて行なわれる。各パラメータは基準走査および測定走査自体で決定されたものである。前記測定データは例えば、理想的偏光ビームスプリッタで決定されるデータにさかのぼることができるので、先行技術に係る同じ数学的計算方法を適用することもできる。
【００２１】
添付の図面を用いて、本発明をさらに詳しく説明する。
【００２２】
以下に記載する実施形態は、本発明の好適な実施形態である。
【００２３】
図４に示す測定構成の構造は基本的に図２のそれと一致する。同一参照番号を持つ要素は同一機能を有する。したがって、これらの構成要素に関しては、図２を参照されたい。しかし、本発明では、図２の光検出器が偏光計５０に置き換えられている。図３の実施形態を参照すると、偏光計５０は、二つの検出器２１および２２を含む偏光ビームスプリッタ２０に取って代わるものである。測定されたパラメータ（四つのストークスパラメータＳ０、Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３）はパワーおよび偏光に関する情報を提供し、直交偏光の場合、それを容易に二つのパワーに分割することができるので、偏光計５０は偏光ビームスプリッタの機能性に完全に取って代わることができる。このように偏光計は同一入力変数を持つが、二つの検出器２１および２２を持つ変更ビームスプリッタ２０より多くの出力変数を有する。偏光計５０は、以下の利点を持つ仮想偏光ビームスプリッタＰＢＳであると説明することができる。
【００２４】
−検出された光を数学的に分割することができる二つの直交偏光方向を自由に選択することができる。例えば、方向Ｈ／Ｖ（水平／垂直）、＋４５°／−４５°もしくはＲ／Ｌ（左／右）、または任意の他の方向対を選択することができる。したがって、基準アーム１２からのパワーを常に理想的に５０：５０に両方の仮想的部分パワーに分解することができるように、二つの偏光方向の光の分割を選択することができる。このようにして、たとえ干渉計の基準アームにおける偏光が波長走査中に変化しても、５０：５０の分割を維持しながら、二つの偏光方向を柔軟に設計することができる。この種の波長依存性変化は通常回避することができず、基準アーム１２におけるＰＭＤの微小な影響から発生する。しかし、基準アームにおけるＰＭＤの妨害作用は、偏光計を用いることにより排除することができる。
【００２５】
偏光計はさらに、偏光ビームスプリッタにおけるパワーの分解が両方のビームに使用可能になるように、基準アームの偏光および干渉計の入力偏光のいずれも調整する必要がないという利点を有する。したがって、偏光制御装置および偏光を最適化するプロセスは、本発明に従って偏光計を使用することにより、もはや必要でなくなる。ＤＵＴの後の偏光計は例えば、全パラメータ解析装置の場合にはすでに存在していることがあるので、ＣＤ測定を手ごろなコストで実現することができる。
【００２６】
偏光計を使用する別の利点は、ＣＤ測定がより正確に実行できることにある。偏光ビームスプリッタの２０から３０ｄＢの比較的低い消光値に限定されないように、偏光計を非常に正確に較正すると（「偏光計を高精度に較正する方法及び装置（Method and Device for the Highly Accurate Calibration of Polarimeters）」と称する出願人の並行特許出願を参照されたい）、これが達成可能である。
【００２７】
したがって、測定プロセスは、最初に、測定経路を遮断した状態で、基準走査で、同調可能レーザの波長を解析対象範囲全体にわたって変動させる。このプロセスで、偏光計は波長依存性パワーおよび偏光の波長依存状性態を両方とも測定する。この情報は波長依存性ストークスパラメータ（Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）（λ）に含まれる。その後、測定アームが起動され、対応する重畳結果が同じく波長依存性ストークスパラメータ（Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）（λ）の形で決定される。これらのデータは波長依存性群速度の数学的計算を可能にし、その導出から直接色分散が得られる
ＣＤだけでなく、測定対象物に含まれるＰＭＤも測定結果に貢献することを考慮しなければならない。波長依存性ＤＧＤ（微分群遅延）およびＰＳＰ（偏光の主状態）の形のＰＭＤは、すでに実施されている標準的測定プロセスで詳細に知られているので、ＰＭＤの分担を測定結果から除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】先行技術に従って群遅延を電気的に決定する測定構成のブロック図。
【図２】先行技術に従って群遅延を光学的に決定する測定構成のブロック図。
【図３】先行技術に従って群遅延を光学的に決定する代替的測定構成のブロック図。
【図４】本発明に従って群遅延を光学的に決定する測定構成のブロック図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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