(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの可動エレメントを有する主干渉計であって、広帯域光源スペクトラムを受信するよう光学的に結合され、且つ干渉パターンを生成するため当該広帯域光源スペクトラムを光路に沿って導くよう動作可能な主干渉計と、
前記少なくとも一つの可動エレメントに結合され、前記少なくとも一つの可動エレメントの変位を生じさせて前記光路を変化させるアクチュエータと、
前記干渉パターンと前記少なくとも一つの可動エレメントの前記変位との結果として生成される干渉図形を検出するよう光学的に結合された光検出器と、
前記広帯域光源スペクトラムを変調するための、前記主干渉計に結合された補助干渉計を有しスペクトル領域における周期的な応答を持つスペクトル領域変調器であって、前記干渉図形内において一つ又は複数のシフトされたバーストを生じさせるよう動作可能であり、シフトされたバーストの数と当該シフトされたバーストのそれぞれにおけるシフト量は当該スペクトル領域変調器の前記周期的な応答に基づいて定まるものである、スペクトル領域変調器と、
前記光検出器に結合されて前記一つ又は複数のシフトされたバーストを有する干渉図形を受信する処理回路であって、当該処理回路が、
前記干渉図形の数学的変換を用いて、測定されたスペクトラムを定め、
前記測定されたスペクトラムから補正されたスペクトラムを生成するため、前記少なくとも一つの可動エレメントの動きを校正し、
前記スペクトル領域変調器により前記補正されたスペクトラム内に生じた高調波を最小化する、
よう構成された、処理回路と、
を備えており、
前記補助干渉計及び前記主干渉計は、ファブリペロー干渉計であり、
前記補助干渉計が、前記第１の誘電体部の第１の面と当該第１の面に対向する第２の面との間の第１の誘電体部内に形成され、
前記主干渉計が、前記第１の誘電体部の前記第２の面と前記第１の誘電体部とは別の第２の誘電体部の第３の面との間の空気に形成され、
前記第１の誘電体部及び前記第２の誘電体部がそれぞれ、誘電体材料の各構成部品を有しており、前記第１の誘電体部及び前記第２の誘電体部がそれぞれ、前記光路において他の光学部品から離れている、分光計。
【請求項２】
前記広帯域光源スペクトラムは、オリジナルの帯域幅を持ち、
さらに、
前記広帯域光源スペクトラムの前記オリジナルの帯域幅をフィルタされた帯域幅に制限するよう構成されたフィルタであって、前記フィルタされた帯域幅の最小波長は前記フィルタされた帯域幅の最大波長の半分よりも大きい、という条件を満たす通過帯域を有するフィルタ、
を備え、
前記分光計のスペクトル領域が前記フィルタの前記通過帯域によって規定され、
前記分光計の分解能が前記アクチュエータの移動範囲によって決定される、請求項１の分光計。
【請求項３】
前記補助干渉計の補助光路長が、前記分光計の動作中に連続的に変化して、前記補助干渉計の周期的応答を変え、前記主干渉計の干渉図形に動的にシフトされたバーストを生成する、請求項１の分光計。
【請求項４】
前記スペクトル領域変調器が、少なくとも２つの補助干渉計を有する、請求項１の分光計。
【請求項５】
前記主干渉計及び前記補助干渉計のそれぞれが、本質的なファイバーファブリペロー干渉計又は非本質的なファイバーファブリペロー干渉計である、請求項１の分光計。
【請求項６】
前記主干渉計及び前記補助干渉計の少なくとも一方が、対応するファブリペロー干渉計が２と４の間のフィネス係数を持つように、一つ又は複数のシリコンミラーを有する、請求項１の分光計。
【請求項７】
さらに、光ファイバを具えており、
前記第１の誘電体部の前記第２の面が、前記第１の面と平行であり、
前記第１の誘電体部の前記第１の面が、前記光ファイバと光学的に結合されており、
前記第２の誘電体部が、前記第３の面に対向する第４の面を有し、前記第３の面がさらに前記第２の面と対向しており、
前記第２の誘電体部の前記第３の面及び前記第４の面が平行ではなく、
前記第１の誘電体部及び前記第２の誘電体部が前記アクチュエータに結合される、請求項１の分光計。
【請求項８】
前記スペクトル領域変調器が、少なくとも２の補助干渉計を有しており、
前記主干渉計及び前記少なくとも２の補助干渉計が、前記光路内で直列に連ねて配されている、請求項１の分光計。
【請求項９】
さらに、前記補助干渉計に結合されて前記補助干渉計の干渉経路を変化させる少なくとも１つの追加のアクチュエータを備える、請求項１の分光計。
【請求項１０】
前記アクチュエータは、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ、Micro Electro-Mechanical Systems）アクチュエータである、請求項１の分光計。
【請求項１１】
分光計であって、
少なくとも一つの可動エレメントを有する主干渉計であって、広帯域光源スペクトラムを受信するよう光学的に結合され、且つ干渉パターンを生成するため当該広帯域光源スペクトラムを光路に沿って導くよう動作可能な主干渉計と、
前記少なくとも一つの可動エレメントに結合され、前記少なくとも一つの可動エレメントの変位を生じさせて前記光路を変化させるアクチュエータと、
前記干渉パターンと前記少なくとも一つの可動エレメントの前記変位との結果として生成される干渉図形を検出するよう光学的に結合された光検出器と、
前記広帯域光源スペクトラムを変調するための、前記主干渉計に結合された補助干渉計を有しスペクトル領域における周期的な応答を持つスペクトル領域変調器であって、前記干渉図形内において一つ又は複数のシフトされたバーストを生じさせるよう動作可能であり、シフトされたバーストの数と当該シフトされたバーストのそれぞれにおけるシフト量は当該スペクトル領域変調器の前記周期的な応答に基づいて定まるものである、スペクトル領域変調器と、
前記光検出器に結合されて前記一つ又は複数のシフトされたバーストを有する干渉図形を受信する処理回路であって、当該処理回路が、
前記干渉図形の数学的変換を用いて、測定されたスペクトラムを定め、
前記測定されたスペクトラムから補正されたスペクトラムを生成するため、前記少なくとも一つの可動エレメントの動きを校正し、
前記スペクトル領域変調器により前記補正されたスペクトラム内に生じた高調波を最小化する、
よう構成された、処理回路と、
を備える、分光計。
【請求項１２】
前記処理回路は、前記干渉波形にフーリエ変換を適用する前に１又は複数の校正パラメータを校正するための変換前補正モジュールを有し、前記校正パラメータは、Io(OPD) を所定の光路差（OPD）における元の干渉波形、Im(OPD)を所定のOPDにおける測定された干渉波形、c2, c3, c4, c6をc1=1/a1, c2=a2/a1 2, c3=a3/a1 2, c4=a4/a1 2 . . . ,で与えられる校正パラメータ、a1, a2, a3, a4を前記主干渉計及び前記補助干渉計のエアリー関数のフーリエ級数展開係数とするとき、
Io(OPD)=c1 Im(OPD)+c2 Im(2OPD)+c3 Im(3OPD)+c4 Im(4OPD)+c6 Im(6OPD)+ . . . ,
の形式の式を用いて、前記補正されたスペクトラム内の高調波を無効化するために用いられるものである、請求項１１の分光計。
【請求項１３】
前記処理回路は、Io(λi)を所定の波長(λi)における元の干渉波形、Im(λi)を所定の波長における測定された干渉波形、a1, a2, a3を前記主干渉計及び前記補助干渉計のエアリー関数のフーリエ級数展開係数とするとき、
Io(λi) = 1/a1 Im (λi) - a2/a1 Io (2λi) - a3/a1 Io (3λi) - … ,
という形式を有する式を適用することによって、前記補正されたスペクトラムの補正部分を用いて、前記補正されたスペクトラム内の高調波を再帰的に無効化するための変換後補正モジュールを有する、請求項１１の分光計。
【請求項１４】
前記補助干渉計及び前記主干渉計が、それぞれ、一つ又は複数の方向性結合器又はサーキュレータを用いて透過モード又は反射モードのいずれか一方で動作するよう構成されている、請求項１１の分光計。
【請求項１５】
前記主干渉計及び前記補助干渉計のそれぞれは、マイケルソン干渉計、マッハツェンダ干渉計、又はファブリペロー干渉計の１つ又は複数を含む、請求項１１の分光計。
【請求項１６】
前記主干渉計及び前記補助干渉計の少なくとも１つは、ファブリペロー干渉計である、請求項１１の分光計。
【請求項１７】
前記主干渉計及び前記補助干渉計の両者は、ファブリペロー干渉計であって、
更に、
第１の光ファイバと、
第１の面と当該第１の面に対向する第２の面とを有する誘電体部であって、当該第１の面は前記第１の光ファイバと結合されている、誘電体部と、
第２の光ファイバであって、当該第２の光ファイバの第１の端部において前記誘電体部の前記第２の面と結合している第２の光ファイバと、
エアキャビティを介して前記第２の光ファイバの第２の端部と光学的に結合された可動ミラーであって、前記アクチュエータと結合している少なくとも１つの可動要素である可動ミラーと、
を備え、
前記補助干渉計は、前記誘電体部の第１及び第２の面の間に形成されており、
前記主干渉計は、前記可動ミラーと、前記第２の光ファイバの前記第２の端部と前記エアキャビティとの間の界面と、の間に形成されている、請求項１６の分光計。
【請求項１８】
前記主干渉計及び前記補助干渉計は、前記主干渉計と前記補助干渉計との間で兼用される一つの結合されたキャビティを有する、請求項１１の分光計。
【請求項１９】
前記光路は、前記主干渉計内の第１の光路と、前記補助干渉計内の第２の光路とを含み、前記アクチュエータは、前記第１の光路と前記第２の光路とを同時に且つ逆に変化させるよう動作可能である、請求項１１の分光計。
【請求項２０】
前記主干渉計と前記補助干渉計の両者は、ファブリペロー干渉計であって、
更に、
第１の面と、当該第１の面に対向する第２の面と、を有する第１の誘電体部と、
前記第１の誘電体部とは別の第２の誘電体部であって、第３の面と、当該第３の面に対向する第４の面と、を有し、前記第３の面は、更に前記第２の面に対向している、第２の誘電体部と、
前記第１の誘電体部及び前記第２の誘電体部とは別の第３の誘電体部であって、第５の面と、当該第５の面に対向する第６の面と、を有し、前記第５の面は、更に前記第４の面に対向している、第３の誘電体部と、
を備え、
前記補助干渉計は、前記第２の面と前記第３の面との間に形成され、
前記主干渉計は、前記第４の面と前記第５の面との間に形成され、
前記第２の誘電体部は、前記アクチュエータの動きが前記第１の光路及び前記第２の光路を同時に且つ逆に変化させるように、前記アクチュエータと結合されている、請求項１９の分光計。
【請求項２１】
前記主干渉計と前記補助干渉計の両者は、ファブリペロー干渉計であって、
更に、
光ファイバと、
第１の面と、当該第１の面に対向する第２の面と、を有し、前記第１の面がエアキャビティを介して前記光ファイバと光学的に結合している第１の誘電体部と、
前記第１の誘電体部とは別の第２の誘電体部であって、第３の面と、当該第３の面に対向する第４の面と、を有し、前記第３の面は、更に前記第２の面に対向している、第２の誘電体部と、
を備え、
前記補助干渉計は、前記第１の面と、前記光ファイバと前記エアキャビティとの間の界面と、の間に形成され、
前記主干渉計は、前記第２の面と前記第３の面との間に形成され、
前記第１の誘電体部は、前記アクチュエータの動きが前記第１の光路及び前記第２の光路を同時に且つ逆に変化させるように、前記アクチュエータと結合されている、請求項１９の分光計。
【請求項２２】
前記補助干渉計に結合されて前記補助干渉計を前記光路内に選択的に挿入する少なくとも１つの追加のアクチュエータを備える、請求項１１の分光計。
【請求項２３】
前記スペクトル領域変調器は、少なくとも２つの補助干渉計を含み、前記少なくとも２つの補助干渉計は、当該少なくとも２つの補助干渉計のそれぞれが前記広帯域光源スペクトラムの異なる部分を受信するように、前記光路内に平行に配されている、請求項１１の分光計。
【請求項２４】
前記アクチュエータは、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ、Micro Electro-Mechanical Systems）アクチュエータであり、
基板であって、深堀エッチング技術又は表面マイクロマシニング技術を用いて当該基板内にモノリシックに集積され且つ自己調心された、前記主干渉計、前記ＭＥＭＳアクチュエータ、光ファイバ又は前記光検出器を挿入するための一つ又は複数の溝、及びスペクトル領域変調器を有する基板、
を更に備える、請求項１１の分光計。
【請求項２５】
前記基板は、シリコン・オン・インシュレータ・ウェハである、請求項２４の分光計。
【請求項２６】
さらに、キャッピング層を有し、
前記基板は、ハンドル層、デバイス層、及び前記ハンドル層と前記デバイスとの間の犠牲層を含み、前記キャッピング層は前記デバイス層に隣接しており、
前記主干渉計及び前記スペクトル領域変調器は、デバイス層内に作製され、
前記デバイス層は、傾斜したシリコンミラーと、前記可動コンポーネントと、を含み、前記可動コンポーネントは、前記基板の平面内に少なくとも一つの表面を持つ可動のシリコン部分を含み、
前記傾斜したシリコンミラーは、前記キャッピング層を介して前記広帯域光源スペクトラムを受信して前記広帯域光源スペクトラムを前記基板の平面内で反射するよう光学的に結合されており、
前記スペクトル領域変調器は、前記可動のシリコン部分を含み、
前記光検出器は、前記キャッピング層の上面と結合され、前記デバイス層内の第２の傾斜したシリコンミラーを経由して前記キャッピング層の開口部を通る前記干渉パターンを受信するよう構成されている、請求項２５の分光計。
【請求項２７】
前記基板は、ハンドル層、デバイス層、及び前記ハンドル層と前記デバイス層との間の犠牲層を含み、
前記主干渉計及び前記スペクトル領域変調器は、前記デバイス層内に作製され、
前記スペクトル領域変調器は、前記基板の平面内で前記広帯域光源スペクトラムを受信して、変調された広帯域光源スペクトラムを前記主干渉計へ導くように光学的に結合された第１のシリコン部分を含み、
前記主干渉計は、前記第１のシリコン部分の第１の面と第２のシリコン部分の第２の面との間に形成され、前記第２のシリコン部分は、前記少なくとも一つの可動コンポーネントを形成し、
前記光検出器は、前記第２のシリコン部分から前記干渉パターンを受信するよう光学的に結合されている、請求項２５の分光計。
【請求項２８】
さらに、
前記基板上に配された屈折光学要素を有し、
前記少なくとも１つの可動要素は前記アクチュエータに結合されたシリコン部分を含み、前記アクチュエータは前記シリコン部分を前記広帯域光源スペクトラムの光路に対し垂直に変位させるよう構成されており、
前記主干渉計は、前記屈折光学要素と前記シリコン部分との間に形成されたエアキャビティを含み、
前記屈折光学要素は、前記基板の面外を伝搬する前記広帯域光源スペクトラムを受信するよう光学的に結合されており、前記屈折光学要素は更に、変調された広帯域光源スペクトラムを前記主干渉計へ導くよう光学的に結合されており、
前記干渉パターンは、前記シリコン部分を通って、前記基板の下に配された前記光検出器へ伝搬する、請求項２５に記載の分光計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の背景）
（発明の技術分野）
本発明は、概して分光計に関し、特にフーリエ変換微小分光計に関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連技術の説明）
吸収分光計は、サンプルが各波長において光を如何によく吸収するかを測定する。ほとんどの吸収分光計は「分散分光法（dispersive spectroscopy）」を利用するが、他の吸収分光計は「フーリエ変換分光法（Fourier transform spectroscopy）」を用いている。フーリエ変換（ＦＴ）分光計とその他の分散タイプの分光計（または、チューナブルの広いフリー・スペクトラル・レンジを持ち、フィネスの高いファブリペローフィルタに基づく分光計）との主たる違いは、ＦＴ分光計が全ての周波数を同時に測定するのに対し、他のタイプの分光計は一度に一つの周波数を測定することである。その結果、ＦＴ分光計は、分散分光計よりも測定速度が速く、信号対雑音比が大きい。
【０００３】
ＦＴ分光計は、通常、マイケルソン干渉計に基づいており、広帯域光源からのコリメート光を２つのビームに分け、それぞれをミラー（その一方は移動する）で反射させて干渉を生じさせ、移動ミラーによって提供される異なる光路差（ＯＰＤ、Optical Path Difference）のそれぞれにおいて、時間的にコヒーレントな光が測定されるようにしている。その結果として得られる信号、いわゆる干渉波形（又は干渉図形、interferogram）を、移動ミラーを様々な別々の位置に置いて検出器により測定する。測定されたスペクトラムは、シグナルプロセッサにより実行されるフーリエ変換を用いて抽出（取り出し、retrieve）される。
【０００４】
単一波長のコヒーレント光源の干渉波形は、周期的であり、ＯＰＤの変化に対しコサイン関数に従って変化する。理想的には、干渉波形の任意の部分を測定するとで、同じスペクトラムが得られる。しかしながら、広帯域光源を用いた場合には、干渉波形のほとんどのパワーは、ゼロＯＰＤの周囲に集中する。したがって、移動ミラーの移動範囲は、干渉波形のこの部分をカバーすべきである。これは、通常、ビームスプリッタと各ミラーとの間のそれぞれの距離を等しく（又はそれに近い状態に）し、ビームスプリッタと移動ミラーとの距離がＯＰＤ位置に関し負及び正の値となるように当該ミラーを移動させて、両側干渉波形（double-sided interferogram）が測定されるようにすることで行われる。移動ミラーによりスキャンされる最大移動範囲（すなわち、アクチュエータの移動範囲）は、ＦＴ分光計の分解能を左右する。移動範囲が大きいほど、分解能は、当該移動範囲に反比例してより良好となる。
【０００５】
マイケルソン干渉法に基づく多くの様々なＦＴ分光計が、基板に対する面内ミラー（in-plane mirror）又は面外ミラー（out-of-plane mirror）の動きに基づいて開発されている。マイケルソン干渉計に代えて、ファブリペロー（ＦＰ）干渉計に基づくＦＴ分光計も、開発されている。しかしながら、ＦＰベースのＦＴ分光計では、ゼロＯＰＤは、２つの光学面を物理的に接触させることによってのみ実現することができ、そのような物理的接触は、アクチュエーションを用いる場合には特に非実用的である。したがって、ＦＰベースのＦＴ分光計は、通常、部分反射する光学面（複数）の位置を固定したまま、それらの間のギャップが空間において変化する関数を持つように設計される。検出器は、横方向（反射光学面の光軸に対して横方向）に広がった干渉波形を、撮像と同様な方法で取得すべく、空間的に広がって配置された複数の小さな検出器（ピクセル）で構成される。
【０００６】
マイケルソン干渉法とその機械的な移動部品とを用いなくてすむように、２つのＦＰ干渉透過フィルタに基づくＦＴ分光計も開発されている。２つのＦＰフィルタ層の厚さは同じ値に設定され、それらの一方の光学層の厚さが、移動部品を用いることなく、電気光学的、音響光学的、熱光学的、又は圧電的方法により変調され得る。２つのＦＰ干渉フィルタのエアリー関数の重ね合わせから得られる透過曲線のエンベロープを用いることにより、ゼロＯＰＤから始まるより大きいＯＰＤでの輻射束（radiation flux）の検出が可能となる。
【０００７】
マッハツェンダ（ＭＺ、Mach-Zehnder）干渉計に基づくＦＴ分光計は、２つの光路（ＯＰ１とＯＰ２）に異なる材料が用いられる場合にのみ、当該２つの光路間でゼロＯＰＤを実現できる。例えば、光ビームＯＰ１がシリコンに入射し、他の光ビームＯＰ２が他の材料に入射するように、シリコン半平面ビームスプリッタを用いることができる。この場合、ゼロＯＰＤは実現できるが、デバイスのサイズに制約が生じる。必要なものは、モノリシックに集積が可能であって両側干渉波形（double-sided interferograms）を取得することのできる、よりコンパクトで、向上した分解能を持つ分光計である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（発明の概要）
本発明の実施形態は、分解能が向上された分光計を提供する。本分光計は、広帯域光源のスペクトラムを変調して干渉波形中に一つ又は複数のシフトされたバーストを生じさせるための、スペクトル領域において周期的な応答を持つスペクトル領域変調器（spectral domain modulator）を備える。本分光計は、非常にコンパクトであって、モノリシックに集積することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
（図面の簡単な説明）
本発明は、後述の詳細な説明を添付の図面と共に参照することにより、より完全に理解され得る。
【図１】本発明の実施形態に従う、分光計の例示的なコンポーネントを示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に従う、分光計のさらに例示的なコンポーネントを示すブロック図である。
【図３Ａ】例示的な広帯域光源のスペクトラムと、変調する場合及びしない場合の対応する干渉波形と、を例示する図である。
【図３Ｂ】例示的な広帯域光源のスペクトラムと、変調する場合及びしない場合の対応する干渉波形と、を例示する図である。
【図４Ａ】補助干渉波形を様々な位置に置いたときの例示的な干渉波形を示す図である。
【図４Ｂ】補助干渉波形を様々な位置に置いたときの例示的な干渉波形を示す図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態に従う、本分光計の主干渉計及び補助干渉計の例示的な配置を示すブロック図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態に従う、本分光計の主干渉計及び補助干渉計の例示的な配置を示すブロック図である。
【図５Ｃ】本発明の実施形態に従う、本分光計の主干渉計及び補助干渉計の例示的な配置を示すブロック図である。
【図５Ｄ】本発明の実施形態に従う、本分光計の主干渉計及び補助干渉計の例示的な配置を示すブロック図である。
【図６Ａ】本発明の実施形態に従う、マイケルソン干渉計とファブリペロー干渉計とを組み合わせた例示的な分光計を示す図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態に従う、マイケルソン干渉計とファブリペロー干渉計とを組み合わせた例示的な分光計を示す図である。
【図６Ｃ】本発明の実施形態に従う、マイケルソン干渉計とファブリペロー干渉計とを組み合わせた例示的な分光計を示す図である。
【図７Ａ】本発明の実施形態に従う、マッハツェンダ干渉計とファブリペロー干渉計とを組み合わせた例示的な分光計を示す図である。
【図７Ｂ】本発明の実施形態に従う、マッハツェンダ干渉計とファブリペロー干渉計とを組み合わせた例示的な分光計を示す図である。
【図８Ａ】本発明の実施形態に従う、光ファイバ及び又は誘電体ミラーを用いて形成されたファブリペロー干渉計を備える例示的な分光計を示す図である。
【図８Ｂ】本発明の実施形態に従う、光ファイバ及び又は誘電体ミラーを用いて形成されたファブリペロー干渉計を備える例示的な分光計を示す図である。
【図８Ｃ】本発明の実施形態に従う、光ファイバ及び又は誘電体ミラーを用いて形成されたファブリペロー干渉計を備える例示的な分光計を示す図である。
【図８Ｄ】本発明の実施形態に従う、光ファイバ及び又は誘電体ミラーを用いて形成されたファブリペロー干渉計を備える例示的な分光計を示す図である。
【図８Ｅ】本発明の実施形態に従う、光ファイバ及び又は誘電体ミラーを用いて形成されたファブリペロー干渉計を備える例示的な分光計を示す図である。
【図８Ｆ】本発明の実施形態に従う、光ファイバ及び又は誘電体ミラーを用いて形成されたファブリペロー干渉計を備える例示的な分光計を示す図である。
【図８Ｇ】本発明の実施形態に従う、光ファイバ及び又は誘電体ミラーを用いて形成されたファブリペロー干渉計を備える例示的な分光計を示す図である。
【図９Ａ】本発明の実施形態に従う、誘電体ミラーから形成されたファブリペロー干渉計を備える例示的な分光計を示す図である。
【図９Ｂ】本発明の実施形態に従う、誘電体ミラーから形成されたファブリペロー干渉計を備える例示的な分光計を示す図である。
【図９Ｃ】本発明の実施形態に従う、誘電体ミラーから形成されたファブリペロー干渉計を備える例示的な分光計を示す図である。
【図９Ｄ】本発明の実施形態に従う、誘電体ミラーから形成されたファブリペロー干渉計を備える例示的な分光計を示す図である。
【図１０Ａ】本発明の実施形態に従う、複数の補助干渉計を備える例示的な分光計を示す図である。
【図１０Ｂ】本発明の実施形態に従う、複数の補助干渉計を備える例示的な分光計を示す図である。
【図１０Ｃ】本発明の実施形態に従う、複数の補助干渉計を備える例示的な分光計を示す図である。
【図１１Ａ】本発明の実施形態に従う、複数の補助干渉計を備える他の例示的な分光計を示す図である。
【図１１Ｂ】本発明の実施形態に従う、複数の補助干渉計を備える他の例示的な分光計を示す図である。
【図１１Ｃ】本発明の実施形態に従う、複数の補助干渉計を備える他の例示的な分光計を示す図である。
【図１１Ｄ】本発明の実施形態に従う、複数の補助干渉計を備える他の例示的な分光計を示す図である。
【図１２Ａ】本発明の実施形態に従う、複数の補助干渉計を備える他の例示的な分光計を示す図である。
【図１２Ｂ】本発明の実施形態に従う、複数の補助干渉計を備える他の例示的な分光計を示す図である。
【図１２Ｃ】本発明の実施形態に従う、複数の補助干渉計を備える他の例示的な分光計を示す図である。
【図１２Ｄ】本発明の実施形態に従う、複数の補助干渉計を備える他の例示的な分光計を示す図である。
【図１２Ｅ】本発明の実施形態に従う、複数の補助干渉計を備える他の例示的な分光計を示す図である。
【図１３Ａ】本発明の実施形態に従う、高められた分解能を持つ例示的な分光計を示す図である。
【図１３Ｂ】本発明の実施形態に従う、高められた分解能を持つ例示的な分光計を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態に従う、高められた分解能を持つ他の例示的な分光計を示す図である。
【図１５Ａ】オーバラップいている場合としていない場合の、スペクトラムとその高調波とを示す図である。
【図１５Ｂ】オーバラップいている場合としていない場合の、スペクトラムとその高調波とを示す図である。
【図１６】本発明の実施形態に従う、帯域外の高調波を生ずる分光計の例示的なコンポーネントを示すブロック図である。
【図１７】干渉波形における複数の異なるシフトされたバーストを示す図である。
【図１８Ａ】基本波と高調波のフィネス係数（coefficient of finesse）に対する依存性を例示する図である。
【図１８Ｂ】基本波と高調波のフィネス係数に対する依存性を例示する図である。
【図１８Ｃ】基本波と高調波のフィネス係数に対する依存性を例示する図である。
【図１９Ａ】本発明の実施形態に従う、例示的な分光計の断面図である。
【図１９Ｂ】本発明の実施形態に従う、例示的な分光計の断面図である。
【図２０Ａ】本発明の実施形態に従う、他の例示的な分光計の断面図である。
【図２０Ｂ】本発明の実施形態に従う、他の例示的な分光計の断面図である。
【図２０Ｃ】本発明の実施形態に従う、他の例示的な分光計の断面図である。
【図２１Ａ】記録された干渉波形と、そのフーリエ変換から得られるスペクトラムと、を例示する図である。
【図２１Ｂ】記録された干渉波形と、そのフーリエ変換から得られるスペクトラムと、を例示する図である。
【図２１Ｃ】記録された干渉波形と、そのフーリエ変換から得られるスペクトラムと、を例示する図である。
【図２２】本発明の実施形態に従う、分光計を校正するための例示的な処理を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（図面の詳細な説明）
本発明の実施形態に従い、分光計は、干渉波形（又は干渉図形、interferogram）の生成前に広帯域光源のスペクトラム（以下、広帯域光源スペクトラム）をスペクトル領域で変調するスペクトル領域変調器を備える。干渉波形の生成は、主干渉計を用いて実行される。この干渉波形の生成では、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ、Micro Electro-Mechanical Systems）アクチュエータなどのアクチュエータを用いて干渉経路に変化が与えられる。一の例示的な実施形態では、スペクトル領域変調器は、一つ又は複数の“二次的な”（補助的な）干渉計を備える。これらの補助的な干渉計は、ＭＥＭＳアクチュエータを用いてそれぞれの干渉経路を変化させるものであってもよいし、変化させないものであってもよい。
【００１１】
スペクトル領域変調器を用いることにより、主干渉計が生成する干渉波形バーストをシフトさせる。このシフトは、ＭＥＭＳアクチュエータの限られた可動範囲を克服し、干渉計の分解能を拡大し、干渉計バーストにおいてゼロＯＰＤ情報を抽出し、及び両側干渉波形を取得するために開発されたものである。後者は、干渉計における材料分散の補償を可能とし、スペクトル領域変調器の周期性の完全形式に依存せずに高速フーリエ変換（ＦＦＴ、Fast Fourier Transform）を行えるようにすることができる。また、本方法によれば、分光計の分解能を犠牲にすることなく、長距離移動範囲についての厳しい仕様を持たない小面積のＭＥＭＳアクチュエータを用いることができる。モノリシックに集積され、ＭＥＭＳアクチュエータに対しリソグラフィにより位置調整され取り付けられた、マイケルソン、マッハツェンダ、及び又はファブリペロー（ＦＰ、Fabry Perot）を用いることができる。一の例示的な実施形態では、フーリエ変換の前又は後に補正アルゴリズムが適用され、多光線束干渉などの、干渉計の理想状態からのずれに起因する高調波成分が除去される。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態に従う、フーリエ変換微小分光計などの、分光計１００の例示的なコンポーネントを示すブロック図である。分光計１００は、スペクトル領域変調器２０と、主干渉計４０と、アクチュエータ５０と、光検出器７０と、シグナルプロセッサ９０と、を有し、全体としてフーリエ変換（ＦＴ）微小分光計の機能を実行することができる。「微小分光計」という用語は、ここでは一般に、極小さなサンプルの、又はより大きなサンプルの極小さなエリアの、スペクトラムを測定することのできる、小さな形状（small form-factor）の分光計をいう。
【００１３】
広帯域光源のスペクトラム（広帯域光源スペクトラム）１０は、分光計１００の入力部で受信される。スペクトル領域変調器２０は、スペクトル領域（spectral domain）において周期的な応答を持ち、広帯域光源スペクトラム１０を変調して、変調された広帯域光源スペクトラム（変調広帯域光源スペクトラム）３０を生成する。主干渉計４０は、変調広帯域光源スペクトラム３０を受信するよう光学的に結合されており、主干渉計４０の出力において干渉パターン６０を生成するように、変調広帯域光源スペクトラム３０を光路に沿って導くように動作し得る。主干渉計４０は、さらに、アクチュエータ（例えば、ＭＥＭＳアクチュエータ）に結合された少なくとも一つの可動エレメント（ミラー等）を有する。当該アクチュエータは、上記少なくとも一つの可動エレメントの変位を発生させて、光路を変化させる。一の例示的な実施形態では、ＭＥＭＳアクチュエータは、櫛形駆動アクチュエータ（comb drive actuator）、平行平板アクチュエータ（parallel plate actuator）、又はその他のタイプのアクチュエータなどの、静電アクチュエータであり得る。
【００１４】
光検出器７０は、干渉パターン６０と、主干渉計４０の上記少なくとも一つの可動エレメントの変位と、の結果として生成される干渉波形８０を検出するよう光学的に結合されている。スペクトル領域変調器２０は、主干渉計４０により生成された干渉波形８０のバーストを静的に又は動的にシフトさせる。すなわち、スペクトル領域変調器２０により生成された変調の結果として、干渉波形８０は、一つ又は複数のシフトされたバーストを含む。干渉波形におけるシフトされたバーストの数と、当該シフトされたバーストのそれぞれにおけるシフト量は、スペクトル領域変調器２０の周期的応答に基づいて定まる。シグナルプロセッサ９０は、干渉波形８０にフーリエ変換を適用して、測定されたスペクトラム９５を抽出（retrieve）する。
【００１５】
シグナルプロセッサ９０は、単一の処理装置（processing device）又は複数の処理装置とすることができる。そのような処理装置は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル・シグナル・プロセッサ、マイクロコンピュータ、中央処理装置（central processing unit）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ、プログラマブル・ロジック・デバイス、論理回路、アナログ回路、デジタル回路、及び又は、回路及び又は演算命令のハードコーディングに基づいて信号（アナログ及び又はデジタル）を操作する任意のデバイスであり得る。シグナルプロセッサ９０は、関連付けられたメモリ及び又はメモリエレメントを有し得る。これらは、単一のメモリデバイス、複数のメモリデバイス、及び又はプロセッサの埋め込み回路であり得る。そのようなメモリデバイスは、リードオンリーメモリ、ランダムアクセスメモリ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、スタティックメモリ、ダイナミックメモリ、フラッシュメモリ、キャッシュメモリ、及び又はデジタル情報を記憶する任意のデバイスであり得る。
【００１６】
スペクトル領域変調器２０は、広帯域光源スペクトラムの光路内において主干渉計４０の前に図示されているが、他の実施形態では、スペクトル領域変調器２０は、当該光路内において主干渉計４０の後に配置することもできる。一の例示的な実施形態では、スペクトル領域変調器２０は、一つ又は複数の補助干渉計を有する。しかしながら、他の実施形態では、スペクトル領域変調器２０は、他のコンポーネントを含み得る。
【００１７】
図２は、本発明の実施形態に従う、分光計２００の更に例示的なコンポーネントを示すブロック図である。分光計２００は、光源２１０、スペクトル領域変調器２２０、ＭＥＭＳアクチュエータ２４０に結合された主干渉計２３０、光検出器２５０、及びシグナルプロセッサ２６０を有する。光源２１０は、例えば、レーザ光源、コリメートＬＥＤ（collimated LED）、光ファイバ、又は赤外線（ＩＲ）放射を生成する他の任意のタイプの光源とすることができる。試料（不図示）は、光源２１０と検出器２５０との間の任意の場所に挿入することができる。
【００１８】
また、図２に示すように、スペクトル領域変調器２２０は、一つ又は複数の補助干渉計２２２及び２２４を有する。一つ又は複数の補助干渉計２２２及び２２４の干渉経路（干渉光路）は、さらに、オプションのＭＥＭＳアクチュエータ２２６及び２２８を用いて機械的に変化され得る。ＭＥＭＳアクチュエータ２２６、２２８、及び２４０の全てについての位置に関する情報２４５が、シグナルプロセッサ２６０に与えられる。
【００１９】
一の実施形態では、主及び補助干渉計２２２、２２４、及び２３０は、同じタイプの干渉計であり、同じ材料で作製されている。他の実施形態では、主及び補助干渉計２２２、２２４、及び２３０は、異なるタイプであり、及び又は異なる材料で作製されている。例えば、一つ又は複数の主及び補助干渉計２２２、２２４、及び２３０は、マイケルソンタイプ、マハツェンダ（ＭＺ）タイプ、若しくはファブリペロー（ＦＰ）タイプ、又はこれらの組み合わせであるものとすることができる。他の例として、干渉計２２２、２２４、及び２３０のそれぞれは、空気若しくはシリコン、又はその両者から作製されるものとすることができる。ＭＥＭＳアクチュエータ２２６、２２８、及び２４０に取り付けられた干渉計２２２、２２４、及び２３０を用いることにより、高分解能で、小型で、安価な微小分光計２００の作製が可能となる。例えば深堀エッチング技術や表面マイクロマシニング技術を用いることにより、モノリシックに集積すること、及び微小分光計２００内でのリソグラフィ技術によるコンポーネントの位置合わせも可能となる。
【００２０】
一の例示的な動作では、光源２１０は、広帯域光源スペクトラム２１５をスペクトル領域変調器２２０に出力し、スペクトル領域変調器２２０は、広帯域光源スペクトラム２１５を変調して変調広帯域光源スペクトラム２２５を出力する。主干渉計２３０は、変調広帯域光源スペクトラム２２５を受信するよう光学的に結合され、主干渉計２３０の出力において干渉パターン２３５を生成すべく、変調広帯域光源スペクトラム２２５を光路に沿って導くよう動作し得る。主干渉計２３０は、さらに、ＭＥＭＳアクチュエータ２４０に結合された少なくとも一つの可動エレメント（ミラーなど）を有し、当該ＭＥＭＳアクチュエータは、上記少なくとも一つの可動エレメントに変位を生じさせて上記光路を変化させる。光検出器２５０は、干渉パターン２３５と主干渉計２３０内の上記少なくとも一つの可動エレメントの変位との結果として生成された干渉波形２５５を検出するよう光学的に結合されている。
【００２１】
一つ又は複数の補助干渉計２２２及び２２４を用いることにより、主干渉計２３０により生成された干渉波形バーストにシフトを生じさせる。このシフトにより、分光計２００の分解能を拡大させつつ、ＭＥＭＳアクチュエータ２２６、２２８、２４０の限られた移動範囲を克服することができる。また、このシフトにより、両側干渉波形（すなわち、干渉波形の中央バーストを含む-veから+veまでのＯＰＤに広がる干渉波形）を取得することができる。両側干渉波形の検出も、材料分散効果の補償を可能とする。
【００２２】
シグナルプロセッサ２６０は、フーリエ変換モジュール２６４を有する。モジュール２６４は、干渉波形２５５にフーリエ変換を適用して、測定されたスペクトラム２６５を抽出する。いくつかの実施形態では、シグナルプロセッサ２６０は、さらに、フーリエ変換の前又は後のいずれかに、補正アルゴリズムを適用して、例えば多光線束干渉に起因する干渉計の非理想性（理想状態からのずれ）についての補正を行う。例えば、シグナルプロセッサ２６０は、変換前補正アルゴリズムモジュール２６２又は変換後補正アルゴリズムモジュール２６６の一つを備え得る。フーリエ変換モジュール２６４との組み合わせにより、変換前補正アルゴリズムモジュール２６２又は変換後補正アルゴリズムモジュール２６６は、ツーフェーズ（２フェーズ）校正スキームを実現する。第１のフェーズは、フーリエ変換モジュール２６４により実行され、フーリエ変換後に正しい波長が得られるように、ＭＥＭＳアクチュエータ２２６、２２８、及び２４０の位置情報２４５に基づいてＭＥＭＳアクチュエータの動きを校正する。第２のフェーズは、変換前又は変換後補正アルゴリズム２６２又は２６６により実行され、作製プロセスの許容誤差に依存した非理想性補正パラメータを校正する。第２のフェーズの結果として、非理想的な（純粋なコサイン関数でない）干渉計応答に起因して出力スペクトラム２６５において生成される高調波が最小化され又は無効化される。
【００２３】
上述したように、補助干渉計２２２及び２２４は、周期関数により広帯域光源スペクトラム２１５の変調を実行する。この関数は、定数（ＤＣ）項に重畳された周期的なＡＣ項で構成される。フーリエ変換理論より、周波数領域における変調は、時間領域又は空間領域におけるシフトを生じさせる。変調関数はＤＣ項を有するので、その結果得られる空間領域におけるフーリエ変換は、オリジナルの形式（original form）とシフトされた形式（shifted form）とを含んでいる。その一例を、図３Ａ及び３Ｂに示す。
【００２４】
図３Ａ及び３Ｂは、例示的な広帯域光源スペクトラムと、変調をかけた場合とかけない場合の、対応する干渉波形と、を示している。例えば、元々の（オリジナルの）広帯域光源スペクトラムと、それに対応する干渉波形と、が図３Ａに示されており、変調された光源スペクトラムとそれに対応する干渉波形とが図３Ｂに示されている。数学的には、オリジナルの広帯域光源スペクトラムを
【数１】
0006325551.tif 000002
で示すものとし、それに対応するフーリエ変換（又は、干渉波形）を、
【数２】
0006325551.tif 000003
で示すものとする。
【数３】
0006325551.tif 000004
にコサイン関数
【数４】
0006325551.tif 000005
を乗ずると、次の形式の干渉波形が得られる。
【数５】
0006325551.tif 000006
ここで、ｘは、補助干渉計アクチュエータの位置である。
【００２５】
補助干渉計がその光路を変化させる２つのアクチュエータを備えている実施形態では、
【数６】
0006325551.tif 000007
に２つのコサイン関数
【数７】
0006325551.tif 000008
が乗じられて、次の形式の干渉波形が得られる。
【数８】
0006325551.tif 000009
ここで、
【数９】
0006325551.tif 000010
であれば、干渉波形は次の形式となる。
【数１０】
0006325551.tif 000011
【００２６】
スペクトル領域の変調を用いることにより、ゼロＯＰＤでの干渉波形を取得することについて主干渉計に課される制約が除かれる。例えば、図３Ｂから判るように、オリジナルの光源スペクトラムを変調することにより、注目すべきシフトしたバースト（a shifted burst of interest）３００が現れる。このシフトしたバースト３００は、通常はゼロＯＰＤにおいて得られる情報に相当する。これにより、マイケルソン干渉計、マハツェンダ干渉計、及びＦＰ干渉計を含む種々のタイプの干渉計を主干渉計として用いることが可能となり、ＯＰＤの制約を緩和して干渉計の幾何学デザインを単純化し且つよりコンパクトにすることが可能となる。
【００２７】
一の例示的な実施形態では、周波数領域における変調ピークの正確な位置と周期性とを要することなく、オリジナルのスペクトラムを抽出することができる。複素フーリエ変換を適用してその振幅を得ることにより、干渉波形において導入されるシフトの量にかかわらず、同じ測定されたスペクトラムを抽出することができる。これは、実数部（即ち、コサイン変換）を用いる場合には当てはまらない。実数部を用いる場合には、その結果として取得されるスペクトラムは変調されたものであり、オリジナルのスペクトルを得るには、変調関数による除算が必要となる。
【００２８】
ゼロＯＰＤ干渉波形の取得を要することなくゼロＯＰＤ情報の取得が可能となることに加えて、スペクトル領域変調により、ＭＥＭＳアクチュエータの移動範囲限界を超えて分光計の分解能を拡大することが可能となる。例えば、図４Ａ及び４Ｂに示すように、補助干渉計が他のＭＥＭＳアクチュエータに取り付けられた場合、補助干渉計の光路には、アクチュエーションに起因する２つの値が割り当てられる。すなわち、フェーズワン（phase one）においては
【数１１】
0006325551.tif 000012
が割り当てられ、フェーズツー（phase two）においては
【数１２】
0006325551.tif 000013
が割り当てられる、ここで、アクチュエータの移動範囲は、
【数１３】
0006325551.tif 000014
（ＯＰ＝２＊機械的変位）である。主干渉計の実際の移動範囲を
【数１４】
0006325551.tif 000015
から
【数１５】
0006325551.tif 000016
とすると、フェーズワン４００では、バースト中心４１０に対する相対的なＯＰＤの範囲として
【数１６】
0006325551.tif 000017
から
【数１７】
0006325551.tif 000018
までの範囲に干渉波形が記録され得る。フェーズツー４２０では、バースト中心４３０に対する相対的なＯＰＤの範囲として
【数１８】
0006325551.tif 000019
から
【数１９】
0006325551.tif 000020
までの範囲に干渉波形が記録され得る。このように、補助干渉計の光学距離を所与の値（即ち、
【数２０】
0006325551.tif 000021
または
【数２１】
0006325551.tif 000022
）に固定した場合、干渉波形は、
【数２２】
0006325551.tif 000023
から
【数２３】
0006325551.tif 000024
までの範囲でカバーされ得る（すなわち、カバーされる距離が２倍となる）。上述したように、測定されたスペクトラムを算出するには、シグナルプロセッサにおいて、主干渉計の情報に加えて補助干渉計の光学距離についての情報が必要とされる。
【００２９】
図５Ａ−５Ｄは、本発明の実施形態に従う、分光計の主干渉計及び補助干渉計の例示的な配置を示すブロック図である。図５Ａ−５Ｄに示すように、主干渉計及び補助干渉計は、透過モード又は反射モードのいずれかで用いられ得る。例えば、図５Ａでは、補助干渉計５１０は光源５００及び光検出器５４０に対して透過モードで構成され、主干渉計５３０は反射モードで構成されている。方向性結合器５２０は、補助干渉計５２０の出力を、主干渉計５３０へ導く。主干渉計５３０は、次に、自身の出力を方向性結合器５２０へ向かって反射して戻し、方向性結合器５２０は、主干渉計出力（干渉波形）を光検出器５４０へ導く。
【００３０】
図５Ｂでは、補助干渉計５１０は、その出力を方向性結合器５２０へ反射して戻すように反射モードで構成され、主干渉計５３０は、光検出器５４０に対し透過モードで構成されている。図５Ｃでは、補助干渉計５１０と主干渉計５３０の双方が反射モードで構成され、それらの対応する出力を方向性結合器５２０へ反射して戻している。図５Ｄでは、サーキュレータ５５０を用いて、補助干渉計５１０と主干渉計５３０の双方についての反射モード動作を容易にしている。一の例示的な実施形態では、サーキュレータ５５０を用いることにより、方向性結合器における分岐に起因する信号損失が回避される。なお、結合器、サーキュレータ、又は検出器の波長依存性は、シグナルプロセッサにより考慮されるものとすることができる。
【００３１】
補助干渉計５１０及び主干渉計５３０は、マイケルソン、ファブリペロー（ＦＰ）、マッハツェンダ（ＭＺ）などの、任意のタイプとすることができるものと理解すべきである。また、さらに、補助干渉計５１０及び主干渉計５３０は、結合されるものとしてもよいし、結合されないものとしてもよいものと理解すべきである。
【００３２】
図６Ａ−６Ｃは、それぞれ、本発明の実施形態に従う、マイケルソン干渉計６１０及びファブリペロー干渉計６２０を組み合わせた例示的な分光計６００を示している。図６Ａ−６Ｃのそれぞれにおいて、干渉計６１０及び６２０のいずれか一方がスペクトル領域変調器（補助干渉計）として動作し、他方の干渉計が主干渉計として動作し得る。
【００３３】
図６Ａでは、ＦＰ干渉計６２０が、マイケルソン干渉計６１０の後に配されている。ただし、他の実施形態では、ＦＰ干渉計は、マイケルソン干渉計の入力部に配され得る。マイケルソン干渉計６１０の単純化された構成を、図６Ａに示す。マイケルソン干渉計６１０は、ビームスプリッタ６１２、固定ミラー６１４、及び可動ミラー６１６（不図示のアクチュエータに結合されている）を備える。広帯域光源からのコリメート光が、ビームスプリッタ６１２により２つのビームに分離される。一方のビームは、固定ミラー６１４に反射され、他方のビームは、可動ミラー６１６により反射される。これらの反射されたビームは、ビームスプリッタ６１２において再結合され、その結果得られる干渉パターンが、ＦＰ干渉計６２０へ入力として与えられる。
【００３４】
図示されていないが、ＦＰ干渉計６２０は、例えば、２つの平行な対向する反射面を備え、これらの反射面の間にＦＰキャビティを形成する。マイケルソン干渉計６１０の出力は、ＦＰキャビティに入り、反射面のそれぞれにおいて複数回反射される。反射された光の一部は、一方の反射面に到達する毎に当該一方の反射面を透過する。これにより、互いに干渉して第２の干渉パターン（変調された干渉パターン）を生成する複数のオフセットビームが生成され、当該干渉パターンは検出器６３０により検出され得る。
【００３５】
図６Ｂ及び６Ｃは、マイケルソン干渉計の中にシリコン半平面（シリコン−空気界面）のビームスプリッタ６１２とメタライズされたミラー６１４及び６１６を用いた分光計６００の実施例を示す図である。半平面ビームスプリッタ（half-plane beam splitter）６１２は、シリコンブロック６４０の一の表面に形成されており、当該シリコンブロック６４０の対向する表面には固定ミラー６１４が形成されていて、ビームの一方がシリコンウェッジ６４０を通過して固定ミラー６１４へ伝搬する。図６Ｂでは、ＦＰ干渉計６２０用にシリコンミラー６２２及び６２４が用いられており、一方のシリコンミラー６２４は、マイケルソン干渉計の出力が伝搬するシリコンブロック６４０の他の表面にある。図示していないが、可動マイケルソンミラー６１６と、ＦＰシリコンミラー６２２の一方と、を変位させるため、ＭＥＭＳアクチュエータが用いられている。図６Ｃでは、ＦＰ干渉計６２０は、マイケルソン干渉計の出力がシリコンブロックを通って検出器６３０へ伝搬するように、当該マイケルソン干渉計の前に配されている。図６Ａ―６Ｃに示す構成は、スキャンニング機構の範囲にゼロＯＰＤポイントを持つ必要性を克服することで、干渉計の設計を単純化している。しかしながら、マイケルソン干渉計６１０及びＦＰ干渉計６２０の他の構成も可能であるものと理解すべきであり、本開示はいずれか特定の構成に限定されるものではない。
【００３６】
図７Ａ及び７Ｂは、それぞれ、本発明の実施形態に従う、ファブリペロー干渉計７１０及びマッハツェンダ干渉計７２０を組み合わせる例示的な分光計７００を示している。図７Ａ及び７Ｂのそれぞれにおいて、ＦＰ干渉計７１０は、マッハツェンダ干渉計７２０の入力部に配されている。ただし、他の実施形態においては、ＦＰ干渉計７１０は、マッハツェンダ干渉計７２０の出力部の一つに配されるものとすることができる。
【００３７】
図７Ａでは、マッハツェンダ（ＭＺ）干渉計７２０は、一対の第１及び第２のビームスプリッタ７２２及び７２４と、一対の第１及び第２の可動ミラー７２６及び７２８と、を備える。ＦＰ干渉計７１０の出力は、ＭＺ干渉計７２２の第１のビームスプリッタ７２２に入力され、そこで２つのビームに分離される。一方のビームは、第１の光路（ＯＰ１）に沿って第２のビームスプリッタ７２４へ向かって進み、他方のビームは、第２の光路（ＯＰ２）に沿って伝搬して、可動ミラー７２６と７２８とにより第２のビームスプリッタ７２８に向かって反射される。図７ＡのＭＺ干渉計の構成では、２つのビームは空中を通るのでＯＰ２＞ＯＰ１となり、２つの光路ＯＰ１とＯＰ２との間のゼロＯＰＤは実現されない。しかしながら、ＭＺ干渉計７２０にＦＰ干渉計７１０のようなスペクトル領域変調器を加えることにより、ゼロＯＰＤを要することなく、（シフトされたバーストにより）測定されたスペクトラムを抽出することができる。
【００３８】
図７Ｂでは、ＭＺ干渉計の第１及び第２のビームスプリッタ７２２及び７２４は、シリコンブロック７３０のそれぞれ対向する面に形成されたシリコン半平面ビームスプリッタである。ＯＰ１光ビームは、シリコンブロック７４０を通って進み、ＯＰ２光ビームは空中を伝搬するので、ゼロＯＰＤを実現することができる。しかしながら、このような構成は、分光計７００のサイズに制約を課すものである。この制約は、ＦＰ干渉計７１０のようなスペクトル領域変調器を、マッハツェンダ干渉計７２０の入力部又は出力部（単数又は複数）に配してＭＺ干渉計に加えることで克服することができる。
【００３９】
図８Ａ―８Ｇを参照すると、光ファイバをエアキャビティ及び誘電体（例えば、シリコン）キャビティと組み合わせて用いることで、分光計８００の主／補助ＦＰ干渉計とＭＥＭＳアクチュエータとを、一つのチップに集積することができる。図８Ａでは、平行な部分反射面８１２及び８１３を持つ誘電体材料８１４を用いて、補助ＦＰ干渉計８１０が形成されている。主ＦＰ干渉計８０４、光ファイバ８０２の端部８０６上のファイバ-空気界面と誘電体材料８１４の誘電体界面８１２との間にエアキャビティ８０８を有する。一の実施形態では、ファイバ端８０６は、誘電体材料又は金属薄膜をコートすることで、その反射率を所与の値まで増加させるものとすることができる。他の実施形態では、コートしていないファイバ端８０６を用いて、低フィネスのＦＰ干渉計が作製される。
【００４０】
図８Ｂでは、補助ＦＰ干渉計８１０を形成する誘電体材料８１４が、光ファイバ８０２の後に配され、追加の光ファイバ８１６が、補助ＦＰ干渉計と主ＦＰ干渉計８０４との間の光路に挿入されている。主ＦＰ干渉計８０４は、追加の光ファイバ８１６の端部８１８上のファイバ-空気界面と可動誘電体ミラー８２０との間にエアキャビティ８２２を有する。誘電体ミラー８２０は、部分反射又は完全反射を行うものとすることができる。他の実施形態では、追加の光ファイバ８１６は削除され得る（即ち、自由空間に置き換えられる）。
【００４１】
図８Ｃでは、誘電体材料８１４の第１及び第２の平行面８２４及び８２５が、補助ＦＰ干渉計８１０のミラーとして用いられており、第１の面８２４は、光ファイバ８０２と光学的に結合している。誘電体材料８２５の第２の面８２５は、誘電体ミラー８２０と共に、主ＦＰ干渉計８０４のミラーとして用いられている。誘電体ミラー８２０をＭＥＭＳアクチュエータに取り付けることに加えて、誘電体材料８１４も、ＭＥＭＳアクチュエータに取り付けて、主ＦＰ干渉計８０４のエアキャビティ８２６を更に変調することができる。図８Ｂ及び８Ｃの一の実施形態では、端にある誘電体ミラー８２０は、誘電体材料で構成され、メタライズされていないものとすることができる。この実施形態では、ミラー８２０の面（複数）が平行であれば、ミラー８２０は、第２の補助ＦＰ干渉計として作用し得る。
【００４２】
図８Ｄに示す分光計構成は、図８Ｃに示すものと同様であるが、第１及び第２の面８３０及び８３２を有する誘電体材料８２８の追加のピースが分光計８００に含まれている点が異なる。追加の誘電体材料８２８の一の面８３０は、主ＦＰ干渉計８０４の誘電体ミラーとして作用する。ただし、第３の干渉計（すなわち、追加の補助ＦＰ干渉計又は追加の主ＦＰ干渉計）が構成されないように、第１及び第２の面８３０及び８３２は平行にはなっていない。
【００４３】
図８Ｅでは、面８３６及び８３８の一方又は双方を有する誘電体材料８３４の他のピースを備え、面８３６及び８３８の一方又は双方は、曲面に加工されて、補助ＦＰ干渉計８１０として作用するほか、光のコリメーションも行う。主ＦＰ干渉計８０４は、誘電体材料８３４の一方の曲面８３６と誘電体ミラー８２０との間にエアキャビティ８４０を有する。
【００４４】
図８Ｆでは、補助ＦＰ干渉計８１０が、誘電体材料８１４の平行面８４２と８４３との間に形成されており、主ＦＰ干渉計８０４は、誘電体材料８１４の一の平行面８４２とエンドミラー８４４との間にエアキャビティ８４６を有している。エンドミラー８４４は、その端面の一方又は双方が曲面に加工されており、エアキャビティ８４６内の光を分散損失を伴うことなく効率的にトラップし、又は光を検出器に集束させる。ミラー８４４は、２次元又は３次元の曲面に加工されるものとすることができる。
【００４５】
図８Ｇでは、補助ＦＰ干渉計８１０と主ＦＰ干渉計８０４の双方が、非分散媒質から形成されている。補助ＦＰ干渉計８１０は、光ファイバ８０２の端部８０６のファイバ-空気界面と誘電体材料８５０の誘電体ミラー面８５２との間に形成されたエアキャビティ８４８を有しているので、光は、回折が最小化された状態で誘電体媒質の中を進む。主ＦＰ干渉計８０４は、誘電体材料８５０及び８５８のそれぞれ対応するピースの面８５４と８６０との間に形成されたエアキャビティ８５６を有している。
【００４６】
他の実施形態では、図９Ａ−９Ｄに示すように、分光計９００の主ＦＰ干渉計及び補助ＦＰ干渉計は、共に、誘電体ピースで形成され得る。例えば、図９Ａに示すように、補助ＦＰ干渉計９０６は、それぞれ対応する誘電体ピース９０２及び９０４の２つの平行面の間に形成され、主ＦＰ干渉計９１２は、追加の誘電体ピース９０８及び９１０の２つの平行面の間に形成され得る。また、図９Ａに示すように、一つ又は複数の誘電体ピース（例えば、誘電体ピース９１０）の対向する面を９１４及び９１６を、互いに対して傾けて、寄生的なＦＰが形成されるのを防止することができる。
【００４７】
他の実施形態では、図９Ｂに示すように、誘電体ピース９０２、９０４、９０８、及び９１０の外面に無反射コーティング９１８、９２０、９２２、及び９２４を付加して、これらの面からの反射を防止することができる。さらに他の実施形態では、図９Ｃに示すように、一つ又は複数の誘電体ピース９０２の誘電体面の一つ（例えば、面９２６）が曲面に加工され、且つ当該誘電体ピースが不安定なキャビティとなるように誘電体厚さ（ｔ）が制御され得る。更に他の実施形態では、図９Ｄに示すように、補助ＦＰ干渉計９０６は、一つより多い数の補助ＦＰ干渉計９３０及び９３２を備え得る。図９Ｄに示すように、補助／主干渉計の空間は空気であり、誘電体ピース９３４、９３６、９３８、９４０、及び９４２の空気-誘電体界面にミラーが形成される。補助誘電体ミラーの少なくとも一つは、移動可能であって、アクチュエータに取り付けられるものとすることができる。他の実施形態では、分解能を拡大すべく、複数の誘電体ミラーが同じアクチュエータか又は異なるアクチュエータに取り付けられる。
【００４８】
図１０Ａ―１０Ｃに示すように、一つより多い数の補助干渉計１０１０及び１０２０がスペクトル領域変調器に追加されるか、又は２つより多い数の個別の光学距離を設定することができれば、分光計１０００の分解能は更に向上され得る。例えば、図１０Ａに示すように、最初は、光路内には補助干渉計１０１０も１０２０もない。そして、主干渉計１０９０のみによって干渉波形が記録される。図１０Ｂに示すように、ＭＥＭＳアクチュエータ１０１５が用いられ、例えば平行面を持つ誘電体材料（即ち、シリコン）を光路内でシフトさせることにより、補助干渉計１０１０の一つが光路内に挿入され得る。図１０Ｃに示すように、他のＭＥＭＳアクチュエータ１０３０を用いて、他の補助干渉計１０２０が光路内に挿入され得る。したがって、一つより多い数の補助干渉計１０１０及び１０２０が、光路内に一度に挿入され得る。
【００４９】
図１１Ａ−１１Ｄを参照すると、他の実施形態では、スペクトル領域においてバーストシフトが雑多に生ずるのを避けるため、一度に一つの補助干渉計のみが分光計１１００の光路１１０５内に挿入される。図１１Ａ―１１Ｄに示す実施形態では、補助干渉計１１１０、１１１５、及び１１２０が配置されて、一つのＭＥＭＳアクチュエータ１１２５に取り付けられている。図１１Ａでは、補助干渉計１１１０、１１１５、及び１１２０のいずれも、光路１１０５内に挿入されず、従って、主干渉計１１３０により記録される干渉波形ではシフトは生じない。図１１Ｂでは、補助干渉計１１１０の光路に従って干渉波形がシフトする。同様に、図１１Ｃでは、補助干渉計１１１５の光路に従って干渉波形がシフトし、図１１Ｄでは補助干渉計１１２０の光路に従って干渉波形がシフトする。
【００５０】
図１２Ａ―１２Ｅを参照すると、他の実施形態では、分光計１２００の補助干渉計１２１０、１２１５、及び１２２０は、全て、光路内に平行に配されるものとすることができ、これにより、各補助干渉計１２１０、１２１５、及び１２２０は、入力されたコリメート光１２０５の異なる空間部分に対して作用する。一の例示的な実施形態では、図１２Ａ及び１２Ｂに示すように、ＭＥＭＳアクチュエータ１２４０に取り付けられたアパーチャ１２３５又はミラー１２５０を用いて、補助干渉計１２１０、１２１５、及び１２２０のそれぞれからの異なる寄与を選択して検出器１２４５へ入力することができる。他の例示的な実施形態では、図１２Ｃに示すように、補助干渉計１２１０、１２１５、及び１２２０のそれぞれからの異なる寄与が、スプリッタ１２５５により分岐されて、それぞれ異なる対応する検出器１２６０、１２６５、及び１２７０へ入射される。さらに他の例示的な実施形態では、図１２Ｄに示すように、スプリッタの代わりに検出器アレイ１２７５が用いられて、複数の補助干渉計のそれぞれからの異なる寄与が測定されるものとすることができる。補助干渉計１２１０、１２１５、及び１２２０からの寄与は、図１２Ｃ及び１２Ｄに示すように主干渉計１２３０の後で分岐されるか、又は、図１２Ｅに示すように、ファイバアレイ１２８０を用いることにより補助干渉計１２１０、１２１５、及び１２２０の前で分岐されるものとすることができる。
【００５１】
図１３Ａ及び１３Ｂは、変調を行う（補助）干渉計（単数又は複数）１３１０の光路を主干渉計１３２０の光路と動的に接続することにより向上された分解能を提供する他の例示的な分光計１３００を示している。例えば、同じＭＥＭＳアクチュエータ１３３０を用いて補助干渉計と主干渉計の双方の光路を同時に逆方向へ変化させることにより、分光計１３００の分解能を２倍にすることができる。図１３Ａに示すように、補助ＦＰ干渉計１３１０と主ＦＰ干渉計１３２０は、誘電体ピース１３１２、１３１４、及び１３１６の表面上の誘電体-空気界面ミラーにより形成される。補助干渉計１３１０を形成する誘電体ピース１３１２及び１３１４上の誘電体面は平行であり、主干渉計１３２０を形成する誘電体ピース１３１４及び１３１６上の誘電体面は平行である。
【００５２】
真中の誘電体ピース１３１４は、ＭＥＭＳアクチュエータ１３３０に取り付けられており、ＦＰ干渉計１３１０及び１３２０双方のエアキャビティ幅が逆方向に変化するように変位が与えられ得る。例えば、ＭＥＭＳアクチュエータ１３３０が誘電体ピース１３１４を第１の方向（矢印で示されている）へ距離ｘだけ移動させるにつれて、補助干渉計１３１０のエアキャビティ幅はｄ−ｘだけ変化し、主干渉計１３２０のエアキャビティ幅はｄ＋ｘだけ変化する。なお、干渉計１３２０は主干渉計として示されているが、干渉計１３１０及び１３２０は共にスキャンを行う干渉計であるので、干渉計１３１０及び１３２０のいずれか一方を主干渉計と考え、他方を補助干渉計と考えることができる。
【００５３】
他の実施形態では、図１３Ｂに示すように、光ファイバ１３４０のファイバ-空気界面を、補助干渉計１３１０の誘電体ミラーの一つとして用いることができる。この実施形態では、光ファイバの端部を、例えば多層膜をコートしたり、又は薄膜でメタライズすることができる。すなわち、図１３Ｂに示すように、補助ＦＰ干渉計１３１０は、光ファイバ１３４０とこれに対向する誘電体ピース１３１４上の誘電体界面から形成され、主ＦＰ干渉計は、誘電体ピース１３１４と１３１６の互いに対向する誘電体界面から形成される。
【００５４】
図１４は、協働して主干渉計１４２０として機能する２つの同じ干渉計１４２５及び１４３０を備え、且つ主干渉計１４２５と１４３０の双方を実質的に同時にスキャンさせることにより、向上した解像度を実現する分光計１４００の他の例示的な実施形態を示している。図１４に示す実施形態では、主ＦＰ干渉計１４２５と１４３０のそれぞれは、対応する光ファイバ１４１０及び１４１５の対応するファイバ-空気界面と、誘電体材料１４４５の同じ一つの面の誘電体-空気界面とで形成されている。補助ＦＰ干渉計１４４０は、誘電体材料１４４５内に形成されている。誘電体材料１４４５は、さらに、ＭＥＭＳアクチュエータ１４５０に結合されて、主干渉計１４２５及び１４３０のそれぞれのエアキャビティを同時に広く又は狭くすることができる。すなわち、図１４に示すように、ＭＥＭＳアクチュエータ１４５０が動く結果として、主干渉計１４２０の光路差の変化は２倍となる。
【００５５】
図１５Ａ及び１５Ｂを参照すると、理解されるように、（ＦＰ干渉計のような）マルチビーム干渉計の伝達関数は、純粋なコサイン関数ではなく、次の形式の透過関数を持つ。
【数２４】
0006325551.tif 000025
ここで、
【数２５】
0006325551.tif 000026
は、次式で与えられるフィネス係数（coefficient of finesse）である。
【数２６】
0006325551.tif 000027
【００５６】
マルチビーム干渉計が主干渉計として用いられる場合、この違いは、オリジナルのスペクトラムには存在しなかった、抽出されたスペクトラムにおける高調波の出現となって表れる。ただし、これらは、抽出されたスペクトラムが正しいと考えられる場合の話である。例えば、一の実施形態では、ミラーの反射率が低いために又はエタロンミラー間を伝搬する際の損失のためにフィネスが低い場合には、抽出／測定されたスペクトラムは、正しいと考えることができる。この場合、式（４）に示す透過関数は、次のように簡単な式となる。
【数２７】
0006325551.tif 000028
そのような低フィネス干渉計の例を、図８Ａに示す。この例では、主干渉計が、ファイバ-空気界面と微小な誘電体ミラーとで形成されている。
【００５７】
他の実施形態では、システムの帯域が限られている場合、主ＦＰ干渉計のフィネスにかかわらず高調波は帯域外の信号となり、取得されたスペクトラムは正しいものと考えることができる。例えば、検出器の帯域幅を乗じた広帯域光源の帯域幅が、λmin: λmaxの波長内に広がっている場合、そのような波長範囲に対する高調波は、図１５Ａ及び１５Ｂに示すように、(1/2) (λmin: λmax)、(1/3) (λmin: λmax)、(1/4) (λmin: λmax)などの、より狭い波長範囲に入ることとなる。帯域がλmin > λmax/2のように限られていれば、図１５Ａに示すように、高調波は帯域外となる。そうでない場合には、図１５Ｂに示すように、対象となる波長範囲（the range of interest）にオーバラップが発生し、高調波が十分大きい場合には補正が必要となる。すなわち、スペクトル領域におけるシステムの帯域幅を制限することで、高調波を抑制して、補正アルゴリズムが必要となる事態を回避することができる。
【００５８】
図１６は、本発明の実施形態に従う、帯域外の高調波を生ずる分光計１６００の例示的なコンポーネントを示すブロック図である。分光計１６００は、フィルタ１６１０、スペクトル領域変調器１６２０、主干渉計１６３０、及び光検出器１６４０を備える。フィルタ１６１０は、入力された広帯域光源スペクトラム１６０５を受信するよう光学的に結合されており、その広帯域光源スペクトラムをフィルタして、フィルタ済みスペクトラム１６１５を生成するよう動作し得る。一の例示的な実施形態では、フィルタ１６１０は、任意の高調波が帯域外となるように広帯域光源スペクトラム１６０５の帯域幅を制限するよう動作する。例えば、一の実施形態では、フィルタ１６１０は、フィルタ済みスペクトラム１６１５の最小波長が当該フィルタ済みスペクトラム１６１５の最大波長の半分より大きい、という条件を満たす通過帯域を有している。フィルタ済みスペクトラム１６１５は、当該フィルタ済みスペクトラム１６１５を変調するため、スペクトル領域変調器１６２０に入力される。変調されたフィルタ済みスペクトラムは、次に、主干渉計１６３０に入力され、その結果として得られる干渉波形が検出器１６４０により検出される。一の例示的な実施形態では、（フーリエ変換後に）干渉波形から抽出される測定されたスペクトラムは、フィルタ１６１０によるシステム帯域制限のため、高調波を含まないものとなる。
【００５９】
図１７を参照すると、フィネス係数（coefficient of finesse）が５の場合、マルチビーム干渉計（即ち、ＦＰ干渉計）を補助干渉計として用いることにより、干渉波形の中に一つ以上の数のシフトされたバースト１７００、１７１０、及び１７２０が現れることとなり得る。一の例示的な実施形態では、図１７に示すように、バースト１７００、１７１０、及び１７２０が広く離れている場合や、光源スぺクトラムが十分広い場合には、シフトされたバースト１７００、１７１０、及び１７２０の間の相互作用は無視し得るものとなる。
【００６０】
また、上述したように、マルチビーム干渉計を用いた場合、当該干渉計のフィネスは、基本トーン信号（fundamental tone signal）のパワーを最大化するように最適化され得る。これにより、分光計の信号対雑音比を著しく増加させることができる。図１８Ａ−１８Ｂを参照すると、式（４）を用いて、基本トーンの係数と、高調波の和とがフィネス係数に対してプロットされている。図１８Ｂに示すように、高調波は、フィネス係数の増加と共に単調に増加し、基本トーンは、図１８Ａに示すように、２から１３の範囲のフィネス係数に対し０．３１〜０．３の範囲で最大化された値を持つ。
【００６１】
図１８Ａ−１８Ｂより、フィネスが小さすぎると基本信号が小さくなり、フィネスが高いと大きな高調波信号が生じて、いずれも望ましくない。すなわち、２−４の範囲の適度なフィネス係数値を用いれば、高調波を最小化しつつ基本トーンが最大化する。フィネスのこの範囲は、図１８Ｃに示すように、０．２５−０．４の範囲の対応するミラー反射率を持つ。一の例示的な実施形態では、このような反射率を実現すべく、シリコン-空気界面ミラー（誘電体ミラー）がマルチビーム補助干渉計（単数又は複数）内に用いられ得る。
【００６２】
図１９Ａ及び１９Ｂは、本発明の実施形態に従う、例えばシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ、silicon-on-insulator）光ベンチ技術を用いて作製される例示的な分光計の断面図である。図１９Ａ及び１９Ｂでは、主スキャンニング干渉計１９５０と、スペクトル領域変調器１９６０と、を備える分光計１９００が、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ウェハ又はその他のタイプのウェハ（例えば、プラスチック、ガラス等）のような基板又はウェハ１９０５上に作製され得る。基板１９０５は、例えば、ハンドル層１９２０、デバイス層１９１０、及びエッチストップ層又は犠牲層（例えば、埋め込み酸化物（ＢＯＸ）層）１９１５を含み得る。キャッピング層１９３０は、基板１９０５のデバイス層１９１０を覆っている。
【００６３】
一の例示的な実施形態では、主スキャンニング干渉計１９５０及びスペクトル領域変調器１９６０が、デバイス層１９１０内に形成される。すなわち、主スキャンニング干渉計１９５０及びスペクトル領域変調器１９６０の光路は、基板１９０５の面と平行に当該基板１９０５内に存在する。また、主スキャンニング干渉計１９５０及びスペクトル領域変調器１９６０内の可動コンポーネントに面内又は面外の変位を生じさせるべく、一つ又は複数のＭＥＭＳアクチュエータ（不図示）が、デバイス層１９１０内及び又はハンドル層１９２０内に形成され得る。
【００６４】
図１９Ａに示す実施形態では、キャッピング層１９３０は、その上部表面に無反射（ＡＲ、anti-reflection）コーティング１９３５が施されている。光１９４０（即ち、広帯域光源スペクトラム）は、ＡＲコーティング１９３５とキャッピング層１９３０とを通ってデバイス層１９１０に入射される。当該デバイス層では、当該入射した光は、キャッピング層１９３０の底部層と、可動誘電体ミラー１９６２（スペクトル領域変調器１９６０の表面のシリコン-空気界面）と、それらの間にある傾斜した誘電体ミラー１９５５とから形成された主スキャンニング干渉計１９５０の作用を受ける。上記光は、主スキャンニング干渉計１９５０から出ると、デバイス層１９１０のシリコン部分１９６８の平行面１９６２及び１９６４により形成されたスペクトル領域変調器１９６０の作用を受ける。当該光は、次に、もう一つの傾斜した誘電体ミラー１９６５によりキャッピング層１９３０の上面へ向かって反射され、キャッピング層１９３０の開口部１９３２を通って検出器１９７０に至る。
【００６５】
図１９Ｂに示す実施形態では、光１９４０は、基板１９０５の一の側面から入射し、スペクトル領域変調器１９６０を通って、当該スペクトル領域変調器１９６０の対向する平行な誘電体ミラー面１９５２及び１９５４の間に形成された主スキャンニング干渉計１９５０と誘電体層１９１０の可動シリコン部１９８０とを伝搬する。次に、主スキャンニング干渉計１９５０の出力は、主スキャンニング干渉計１９５０の光路内に入るようにデバイス層１９１０に挿入された検出器１９７０へ、入力される。この実施形態では、可動シリコン部１９８０の面１９５４及び１９７５は、主スキャンニング干渉計１９５０の後で付加的な変調が発生しないように完全に平行なものにしておく、という必要はない。面１９７５のそのような構成は、最適化されていないエッチングプロセスを用いた深堀シリコンエッチングからの自然な結果であり得る。
【００６６】
図１９Ａ及び１９Ｂに示す実施形態のいずれかにおいては、主スキャンニング干渉計１９５０、スペクトル領域変調器１９６０、一つ又は複数のＭＥＭＳアクチュエータ、及び、光ファイバ及び又は光検出器１９７０を挿入するための一つ又は複数の溝が、例えば深堀シリコンエッチング技術（すなわち、深堀反応性イオンエッチング（DRIE、Deep Reactive Ion Etching））や表面マイクロマシニング技術を用いてモノリシックに集積され、且つ基板１９０５内で自己調心（self-aligned）される。また、エッチングの後に、表面に対して、スムージングやアニーリング等の種々のポストプロセス処理を実行することができる。
【００６７】
なお、図１９Ａ及び１９Ｂに示すＳＯＩの実施形態は、単に例示であって、本開示は、分光計１９００のコンポーネントについてのいずれか特定の配置や構成に限定されるものではない。例えば、ＳＯＩベンチ技術を用いて、図５−１４に示した上述の分光計の配置及び又は構成のいずれか、又は、スペクトル領域変調器と主干渉計の双方を含む他の任意の分光計の配置及び又は構成を作製することができる。
【００６８】
図２０Ａ−２０Ｃは、本発明の実施形態に従う、標準的な検出器２０３５と共に集積された、シリコンから作製される他の例示的な分光計２０００の断面図である。図２０Ａ及び２０Ｂに示すとおり、分光計１０００は、スペクトル領域変調器２０１５、主干渉計２０２５、及び検出器２０３５をパッケージ２００５内に備える。パッケージ２００５は、光２０５０（すなわち、広帯域光源スペクトラム）が入射することのできる透明ウィンドウ２０１０を有する。
【００６９】
図２０Ａに示す実施形態では、光２０６０は、次に、シリコン基板２０４０上に作製されたシリコンマイクロレンズ２０２０によりコリメートされて集められる。基板２０４０は、スペクトル領域変調器２０１５として用いられている。一の実施形態では、基板２０４０は、両面が滑らかで、その厚さ（d1）が制御されている。光は、スペクトル領域変調器２０１５内で変調され、次に主スキャンニング干渉計２０２５へ伝搬する。主干渉計２０２５は、スペーサ２０４５により隔てられた基板２０４０の底部とシリコンマイクロミラー２０３０とにより形成されたエアキャビティを有する。ミラー２０３０は、ＭＥＭＳアクチュエータ（不図示）に取り付けられており、光路に対し垂直方向に変位してエアキャビティの幅（d2）を変化させる。光は、ミラー２０３０を通って検出器２０３５に伝搬する。他の実施形態では、ミラー２０３０は、第２の補助干渉計として動作するものとすることができ、ミラー２０３０が２つの平行な光学面を持つ場合には、当該ミラー２０３０が更に光スペクトラムを変調し得る。ミラー２０３０の底面が当該ミラー２０３０の上面と平行でない場合、又は当該底面が無反射コートされている場合には、光は、更に変調されることなく、当該ミラーを通過していく。
【００７０】
図２０Ｂに示す実施形態では、レンズが基板２０４０上の無反射コートされた面２０６０に置き代わり、ミラー２０３０は、当該ミラー２０３０がスペクトル領域変調器２０１５として作用するように、制御された厚さ（d3）を持つ。図２０Ａ及び２０Ｂでは、スペクトル領域変調器２０１５と主干渉計２０２５とは、追加のスペーサ２０５５を用いて標準的な検出器２０３５の上方に一体に取り付けられている。この配置は、非常にコンパクトであり、図２０Ｃに示すように、プリント配線板（ＰＣＢ）上に取り付けられ得る。ＭＥＭＳアクチュエータを動作させると共に検出器の出力信号を処理するための電子装置２０９０も、シグナルプロセッサ２０８５と共にＰＣＢ２０９０上に取り付けられ得る。他の実施形態では、シグナル処理ブロックが、ＰＣＢ２０９０に接続されるパーソナルコンピュータ（不図示）に置き代わり得る。分析される光は、パッケージ２００５に固定された光ファイバ２０７０を通り、コネクタ２０７５を介して与えられ得る。
【００７１】
図２１Ａ−２１Ｃを参照すると、種々の記録された干渉波形と、その結果得られたスペクトラムと、が示されている。図２１Ａには、補助干渉計（スペクトル領域変調器）が挿入されていない分光計の記録された干渉波形が示されており、図２１Ｂには、補助干渉計（スペクトル領域変調器）が挿入されている場合の干渉波形が示されている。図２１Ａに示すように、２次的な干渉計を用いないオリジナルの干渉波形は、片側のみ（one-sided）である。図２１Ｂから更に解るように、補助ＦＰ干渉計を挿入することにより得られる変調された干渉波形は、両側形のシフトされたバースト２１００を有する。このバーストにＦＦＴを適用することにより、図２１Ｃに示すスペクトラム２１０５が得られる。
【００７２】
図２２は、本発明の実施形態に従う、分光計を校正するための例示的な方法２２００を示している。図２２に示す方法２２００は、例えば、図２に示す変換前補正アルゴリズムモジュール２６２、フーリエ変換モジュール２６４、及び又は変換後補正アルゴリズムモジュール２６６により実施され得る。方法２２００は、ブロック２２１０において、λLの近くに既知のスペクトラム中心ピークを持つ光源スペクトラム（すなわち、レーザ）を測定することから始まる。ブロック２２２０において、基本中心ピークが正しい位置（(λL）に来るように、ＭＥＭＳアクチュエータのx-v（又はその他の）相関を校正する。最後に、ブロック２２３０において、高調波を無効化又は最小化するように、一つ又は複数の補正パラメータの校正が行われる。
【００７３】
一の例示的な実施形態では、例えばマルチビーム干渉計を主干渉計として用いた場合に、干渉波形を高調波に関して補正する必要が有り得る。上述した式（４）を再び参照すると、式（４）の中の透過関数を、次のようにテーラー展開（又はフーリエ級数）形式で表現することができる。
【数２８】
0006325551.tif 000029
【００７４】
この場合における測定された干渉波形
【数２９】
0006325551.tif 000030
は、純粋なコサイン関数から得られるであろうオリジナルの干渉波形
【数３０】
0006325551.tif 000031
と、次のように関連付けられる。
【数３１】
0006325551.tif 000032
【００７５】
オリジナルの干渉波形と測定された干渉波形との間の関係は、次に示す一組の式により表現され得る。
【数３２】
0006325551.tif 000033
【００７６】
式（１０）を式（９）に代入して次式を得る。
【数３３】
0006325551.tif 000034
【００７７】
すなわち、所与の光路差（ＯＰＤ）におけるオリジナルの干渉波形は、それと同じＯＰＤで測定された干渉波形によって与えられるが、２倍のＯＰＤで測定された干渉波形を用いて補正される。ここに示した補正アルゴリズムは、二次エラーに関して例示したものである。この方程式において三次及びより高次のエラーについての項を考慮することで、同じアルゴリズムをそれら高次のエラーについても適用することができるものと理解すべきである。例えば、この式は、次のような一般形式を持ち得る。
【数３４】
0006325551.tif 000035
ここに、
【数３５】
0006325551.tif 000036
は、高調波をキャンセルするために用いられる補正パラメータである。ブロック２２３０において校正される（すなわち、決定される）のは、これらの補正パラメータである。
【００７８】
上述したように、高調波の補正も、フーリエ変換後に（即ち、変換後補正アルゴリズムモジュールにおいて）、スペクトル領域において行うことができる。これは、Ｎを整数として、たとえλmin < λmax/Nであったとしても、高調波と共に抽出されるスペクトラムは、少なくともλmax近傍の微小部分においては正しい（高調波の無い）部分を含んでいる、という事実に基づいている。そして、この部分を再帰的に用いて、次の関係式に従ってより小さい波長における正しいスペクトラムを得る。
【数３６】
0006325551.tif 000037
ここに、
【数３７】
0006325551.tif 000038
であり、
【数３８】
0006325551.tif 000039
は、スペクトル領域における点の総数である。なお、再帰計算の最初については、
【数３９】
0006325551.tif 000040
はゼロであるので、より大きな波長についてのスペクトラムの部分は既に正しい。このようにして、フーリエ変換後に補正ブロックを配置する。これを変換後補正と呼ぶ。
【００７９】
当業者により理解されるように、本出願に記載した発明概念は、広範囲の用途に亘り修正し及び変更することが可能である。したがって、発明の主題の範囲は、上述した特定の例示的教示に限定すべきではなく、後述する請求項によって規定される。
【図１】
0006325551.tif 000041
【図２】
0006325551.tif 000042
【図３Ａ】
0006325551.tif 000043
【図３Ｂ】
0006325551.tif 000044
【図４Ａ】
0006325551.tif 000045
【図４Ｂ】
0006325551.tif 000046
【図５Ａ】
0006325551.tif 000047
【図５Ｂ】
0006325551.tif 000048
【図５Ｃ】
0006325551.tif 000049
【図５Ｄ】
0006325551.tif 000050
【図６Ａ】
0006325551.tif 000051
【図６Ｂ】
0006325551.tif 000052
【図６Ｃ】
0006325551.tif 000053
【図７Ａ】
0006325551.tif 000054
【図７Ｂ】
0006325551.tif 000055
【図８Ａ】
0006325551.tif 000056
【図８Ｂ】
0006325551.tif 000057
【図８Ｃ】
0006325551.tif 000058
【図８Ｄ】
0006325551.tif 000059
【図８Ｅ】
0006325551.tif 000060
【図８Ｆ】
0006325551.tif 000061
【図８Ｇ】
0006325551.tif 000062
【図９Ａ】
0006325551.tif 000063
【図９Ｂ】
0006325551.tif 000064
【図９Ｃ】
0006325551.tif 000065
【図９Ｄ】
0006325551.tif 000066
【図１０Ａ】
0006325551.tif 000067
【図１０Ｂ】
0006325551.tif 000068
【図１０Ｃ】
0006325551.tif 000069
【図１１Ａ】
0006325551.tif 000070
【図１１Ｂ】
0006325551.tif 000071
【図１１Ｃ】
0006325551.tif 000072
【図１１Ｄ】
0006325551.tif 000073
【図１２Ａ】
0006325551.tif 000074
【図１２Ｂ】
0006325551.tif 000075
【図１２Ｃ】
0006325551.tif 000076
【図１２Ｄ】
0006325551.tif 000077
【図１２Ｅ】
0006325551.tif 000078
【図１３Ａ】
0006325551.tif 000079
【図１３Ｂ】
0006325551.tif 000080
【図１４】
0006325551.tif 000081
【図１５Ａ】
0006325551.tif 000082
【図１５Ｂ】
0006325551.tif 000083
【図１６】
0006325551.tif 000084
【図１７】
0006325551.tif 000085
【図１８Ａ】
0006325551.tif 000086
【図１８Ｂ】
0006325551.tif 000087
【図１８Ｃ】
0006325551.tif 000088
【図１９Ａ】
0006325551.tif 000089
【図１９Ｂ】
0006325551.tif 000090
【図２０Ａ】
0006325551.tif 000091
【図２０Ｂ】
0006325551.tif 000092
【図２０Ｃ】
0006325551.tif 000093
【図２１Ａ】
0006325551.tif 000094
【図２１Ｂ】
0006325551.tif 000095
【図２１Ｃ】
0006325551.tif 000096
【図２２】
0006325551.tif 000097