"光学ビームの偏光を測定する際に使用するためのシステムであって、入力光学ビームの横断面に沿って偏光プロファイルを決定するように構成され、動作可能であり、前記入力光学ビームを所定の偏光関係を互いに有する所定の数のビーム構成要素に分割するように構成され、動作可能な偏光ビーム分割アセンブリを備えた光学システムであって、前記偏光ビーム分割アセンブリが、前記入力光学ビームの光学経路内に、前記入力光学ビームを一定の偏光関係を互いに有する第1の複数のビーム構成要素に分割する第1の偏光ビームスプリッタ、ならびに前記第1の複数の前記ビーム構成要素の光学経路内に、前記ビーム構成要素のそれぞれを通常偏光および異常偏光を有するビームの対に分割するための複屈折素子を含み、それによって、前記所定の数の出力ビーム構成要素が生成される、光学システムと、入射するビーム内の強度分布を検出するための画素行列であって、前記出力ビーム構成要素の実質的に交差しない光学経路内に位置付けられ、前記出力ビーム構成要素内の強度分布をそれぞれ示す対応する数の出力データピースを生成し、前記出力データピースに含まれているデータが、前記入力光学ビームの前記横断面に沿って前記偏光プロファイルを示す、画素行列と、を備えることを特徴とするシステム。前記画素行列の出力に接続可能であり、前記データピースを受け取り、前記出力ビーム構成要素のそれぞれの中の強度分布を分析し、前記偏光プロファイルを示す前記入力光学ビームのストークスパラメータを決定するように構成され、動作可能な制御ユニットを備えることを特徴とする請求項1に記載のシステム。前記出力ビーム構成要素の前記所定の数が6であることを特徴とする請求項1または2に記載のシステム。前記第1の偏光ビームスプリッタが、前記入力光学ビームから、3つのビーム構成要素を含む前記第1の複数のビーム構成要素を生成するように構成され、動作可能であることを特徴とする請求項3に記載のシステム。前記偏光プロファイルが、前記入力光学ビームの前記横断面内の偏光構成要素の空間および時間変化に対応することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のシステム。前記第1の偏光ビームスプリッタが、前記システムを通って光伝播の光学軸と交差する隔置された実質的に平行な平面内に適応した第1および第2の反射面を含み、前記第1の反射面が、部分的に反射性であり、前記入力光学ビームの前記光学経路内に位置付けられたセグメントを含み、それによって、前記入力光学ビームを前記複屈折素子に向かって前記第1の偏光ビームスプリッタを通って透過される第1のビーム部分と、前記第2の反射面に向かって反射される第2のビーム部分とに分割し、前記第2の反射面が、比較的高反射性であり、前記第2のビーム部分を前記第1の反射面のセグメントに向かって反射し、それによって、前記第1および第2の反射面が、前記入力光学ビームの部分を連続的に反射し、前記複屈折素子へと空間的に分離された光学経路に沿って伝播する前記第1の複数のビーム構成要素に分割するようにともに動作する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システム。前記第1および第2の面が、前記光学軸と所定の角度を成す前記平面内に位置付けられ、それによって、前記第1および第2の面と相互作用するビーム構成要素の偏光回転が生じ、それによって前記第1の複数のビーム構成要素における前記ビーム構成要素間に前記所定の偏光関係がもたらされることを特徴とする請求項6に記載のシステム。前記反射面との相互作用が、前記複屈折素子に向かって前記第1および第2の面から伝播するビーム要素が、2つの局所的に隣接するビーム構成要素の偏光構成要素間の光学遅延λ/4を有する前記複数の前記ビーム構成要素を含むように、偏光回転を前記ビーム構成要素に与えることを特徴とする請求項6または7に記載のシステム。前記第1の偏光ビームスプリッタが、前記第1および第2の面を画定する反射コーティングを用いて少なくとも部分的にコーティングされた第1および第2の対向する平行な側面を有する光学的透明板を備えることを特徴とする請求項6から8のいずれか一項に記載のシステム。前記第1および第2の反射面が、2つの隔置された別個の要素の面であることを特徴とする請求項6から8のいずれか一項に記載のシステム。前記第1の偏光ビームスプリッタが、前記第1の反射面と前記第2の反射面との間に位置付けられた偏光回転子を備え、それによって、前記複屈折素子に向かって前記第1の偏光ビームスプリッタから生じる前記ビーム構成要素間に偏光回転がもたらされることを特徴とする請求項10に記載のシステム。前記偏光回転子が、前記光学軸に対してある角度で配向され、局所的に隣接するビーム構成要素の対ごとにλ/4に対応する位相差を与えるように構成されている4分の1波長板を備えることを特徴とする請求項11に記載のシステム。前記第1の偏光ビームスプリッタと前記複屈折素子との間に位置付けられ、前記入力光学ビームの異なる波長を回折して、前記入力光学ビームの異なる波長に対応する偏光測定を可能にするように構成されている回折格子を備えることを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載のシステム。前記回折格子から前記複屈折素子に伝播する前記ビーム構成要素の光学経路内に、集束レンズアセンブリを備えることを特徴とする請求項13に記載のシステム。前記入力光学ビームの光学経路内に位置付けられたスリットを備えることを特徴とする請求項13または14に記載のシステム。前記画素行列の出力に接続可能であり、前記データピースを受け取り、前記出力ビーム構成要素のそれぞれの中の強度分布を分析し、前記偏光プロファイルを示す前記入力光学ビームのストークスパラメータを決定するように構成され、動作可能な制御ユニットを備え、前記入力ビームの前記横断面内の任意の点x,yにおける前記ストークスパラメータが、以下の方程式の組、すなわちに従って、前記出力ビーム構成要素から決定され、ここで、S0x,yは、入力ビーム強度分布であり、S1x,y、S2x,y、およびS3x,yは、前記入力ビームの前記横断面内の各点における偏光状態分布を指定し、I1とI2は、前記第1の偏光ビームスプリッタから生じる第1のビーム構成要素の前記通常偏光構成要素と前記異常偏光構成要素の強度分布であり、I3とI4は、前記第1の偏光ビームスプリッタから生じる第2のビーム構成要素の前記通常偏光構成要素と前記異常偏光構成要素の強度分布であり、I5とI6は、前記第1の偏光ビームスプリッタから生じる前記第3のビーム構成要素の通常偏光構成要素と異常偏光構成要素との強度分布であり、α、β、およびγは、正規化定数である、請求項3から15のいずれか一項に記載のシステム。光学ビームの横断面に沿う偏光プロファイルの測定に使用するための光学デバイスにおいて、光学ビームを所定の偏光関係を互いに有する6つのビーム構成要素に分割するように構成され、動作可能である偏光ビーム分割アセンブリであって、前記光学ビームの光学経路内に、前記光学ビームを3つの隔置された実質的に平行な光学経路に沿って伝播する一定の偏光関係を互いに有する3つの空間的に分離されたビーム構成要素に分割するように構成された第1の偏光ビームスプリッタを備える偏光ビーム分割アセンブリと、前記3つのビーム構成要素のそれぞれを通常偏光構成要素および異常偏光構成要素の対に分割するための前記光学経路内に位置付けられた複屈折素子と、を備え、それによって、前記6つのビーム構成要素が生成され、前記光学ビームの前記6つのビーム構成要素内の強度分布が、前記光学ビームの前記横断面に沿って前記偏光プロファイルを示すことを特徴とする光学デバイス。光学ビームの偏光を測定する際に使用するための方法であって、前記光学ビームを、所定の偏光関係を互いに有する3つの対のビーム構成要素に分割するステップであって、それぞれの対が、通常偏光構成要素および異常偏光構成要素を含む、ステップと、前記6つのビーム構成要素のそれぞれの中の強度分布を測定するステップと、前記6つのビーム構成要素の前記強度分布を分析するステップと、前記光学ビームの横断面に沿って偏光プロファイルを決定するステップと、を含むことを特徴とする方法。前記6つのビーム構成要素の前記強度分布を分析する前記ステップが、前記偏光プロファイルを示す前記光学ビームのストークスパラメータを決定するステップを含み、前記光学ビームの前記横断面内の任意の点x,yにおける前記ストークスパラメータが、以下の方程式の組、すなわちに従って、出力ビーム構成要素から決定され、ここで、S0x,yは、前記光学ビームの強度分布であり、S1x,y、S2x,y、およびS3x,yは、前記光学ビームの前記横断面内の各点における偏光状態分布を指定し、I1とI2は、前記第1の偏光ビームスプリッタから生じる第1のビーム構成要素の前記通常偏光構成要素と前記異常偏光構成要素の前記強度分布であり、I3とI4は、前記第1の偏光ビームスプリッタから生じる第2のビーム構成要素の前記通常偏光構成要素と前記異常偏光構成要素の前記強度分布であり、I5とI6は、前記第1の偏光ビームスプリッタから生じる第3のビーム構成要素の前記通常偏光構成要素と前記異常偏光構成要素の前記強度分布であり、α、β、およびγは、正規化定数であることを特徴とする請求項18に記載の方法。当技術分野には、光学ビームの全偏光状態、すなわち、空間変動偏光および/または波長変動偏光についての情報をリアルタイムに提供できる新規偏光測定技法に対する必要性が存在する。本発明は、光学ビームの空間変動偏光プロファイルをリアルタイムに決定するための新規の手法、すなわち、ビームの横断面に沿って偏光分布プロファイルを測定できる技法を提供する。また、この測定は、ビームにわたって偏光状態の一時的な変動に敏感である。本発明の技法は、径方向および方位角に偏光したビームなどの不均一な偏光分布を有する光学ビームを偏光測定するためのシステムおよび方法を提供する。本発明は、任意の一般的なまたはランダムに偏光した光学ビームの時間変動偏光プロファイルをもたらすことができる。空間変動および時間変動の偏光状態を有する光学ビームは、顕微鏡法、材料処理、粒子のトラッピングおよび加速、レーザ光増幅、および偏光暗号化用途などの様々な用途に非常に有益である。本発明の偏光測定技法は、入力光学ビームを所定の数の実質的に平行なビーム構成要素に分割することに基づき、それぞれのビーム構成要素は、他のビーム構成要素に対する偏光状態において所定のシフトを有する。ビーム構成要素をCCDカメラなど、画素行列を使用して同時に検出して、ビーム構成要素のそれぞれの中の強度分布を決定する。入力光学ビームの横断面に沿う偏光状態分布は、ストークスパラメータの決定を用いながらビーム構成要素の検出済み強度分布に従ってリアルタイムに決定される。入力光学ビームの偏光状態は、ビームの横断面に沿うストークスパラメータの分布によって説明され得る。ストークスパラメータは、ベクトルS0,S1,S2,S3としばしば表される電磁放射の偏光状態を説明する4つの値の組である。本発明によれば、ストークスパラメータベクトルは、画素行列によって検出されるように、所定の数のスプリットビームの構成要素のそれぞれにわたる強度分布により、入力ビームの横断面に沿うそれぞれの点画像画素に関して決定される。入力光学ビームは、分割しながら、スプリットビーム構成要素のそれぞれに異なる偏光回転を与えるように構成された第1の偏光ビームスプリッタによって一定の数好ましくは3つのビーム構成要素に分けられる。複屈折素子、例えば方解石結晶が、3つのスプリットビーム構成要素の光学経路内に位置付けられ、これらのビーム構成要素のそれぞれを、複屈折素子の軸に対して、通常偏光および異常偏光の空間的に分離された出力ビーム構成要素の対にさらに分割するように構成されている。出力ビーム構成要素のそれぞれの中の強度分布は、前記ビーム構成要素の光学経路内に位置付けられた画素行列によって検出される。入力光学ビームの偏光分布を表すストークスパラメータの分布は、画素行列によって検出された出力ビーム構成要素の強度分布に従って決定され得る。入力ビームの時間依存性偏光状態は、前記画素行列のフレームレートで検出される出力ビーム構成要素の強度分布に従って決定され得る。本発明はまた、波長の関数として偏光測定を行うことが可能である。このことは、第1の偏光ビームスプリッタと複屈折素子との間に回折格子を用いて、入力光学ビームの異なる波長構成要素を空間的に分離することによって達成され得る。細長いスリットが、入力ビームの波長依存性偏光分布および一次元変動偏光分布の両方を得るために、第1の偏光ビームスプリッタの上流に位置付けられて使用可能である。本発明の1つの広範な態様によれば、光学ビームの偏光を測定する際に使用するためのシステムが提供され、本システムは、入力光学ビームの横断面に沿って偏光プロファイルを決定するように構成され、動作可能である。本システムは、偏光ビーム分割アセンブリを備える光学システムと、画素行列とを含む。偏光ビーム分割アセンブリは、入力光学ビームを所定の偏光関係を互いに有する所定の数のビーム構成要素に分割するように構成され、動作可能である。偏光ビーム分割アセンブリは、入力光学ビームの光学経路内に、入力光学ビームを一定の偏光関係を互いに有する第1の複数のビーム構成要素に分割する第1の偏光ビームスプリッタと、第1の複数のビーム構成要素の光学経路内に、ビーム構成要素のそれぞれを通常偏光構成要素および異常偏光構成要素の対に分割するための複屈折素子とを備え、それによって、前記所定の数の出力ビーム構成要素が生成される。画素行列は、入射するビーム内の強度分布を検出する。画素行列は、出力ビーム構成要素の実質的に交差しない光学経路内に位置付けられ、検出済み出力ビーム構成要素内の強度分布をそれぞれ示す対応する数の出力データピースを生成する。これらのデータピースに含まれているデータは、入力光学ビームの横断面に沿って偏光プロファイルを示す。本システムは、画素行列の出力に接続可能であり、測定済みデータ複数のデータピースを受け取り、出力ビーム構成要素のそれぞれの中の強度分布を分析し、ビームの偏光プロファイルを示す入力光学ビームのストークスパラメータを決定するように構成され、動作可能な制御ユニットと関連付けられる。好ましくは、本システムは、6つの出力ビーム構成要素を生成する。第1の偏光ビームスプリッタは、入力光学ビームから、異なる偏光の3つの空間的に分離されたビーム構成要素を生成するように構成され、動作可能である。決定済み偏光プロファイルは、入力光学ビームの横断面内の偏光構成要素の空間的および時間的変化に対応することが可能である。本発明のいくつかの実施形態において、第1の偏光ビームスプリッタは、システムを通って光伝播の光学軸と交差する隔置された実質的に平行な平面内に適応した第1および第2の反射面を含む。第1の反射面は、部分的に反射性であり、入力光学ビームの光学経路内に位置付けられたそのセグメントを含み、それによって、前記入力光学ビームを複屈折素子に向かって前記第1の偏光ビームスプリッタを通って透過される第1のビーム部分と、第2の反射面に向かって反射される第2のビーム部分とに分割する。第2の反射面は、比較的に高反射性であり、前記第2のビーム部分を第1の反射面のセグメントに向かって反射する。それによって、第1および第2の反射面は、前記入力光学ビームの部分を連続的に反射し、複屈折素子へと空間的に分離された光学経路に沿って伝播する前記第1の複数のビーム構成要素に分割するようにともに動作する。本発明のいくつかの実施形態において、第1の偏光ビームスプリッタは、前記第1および第2の反射面を画定する、反射コーティングで少なくとも部分的にコーティングされた第1および第2の平行側面を有する光学的透明板を備える。光学的透明板の第1の側面は、部分的に反射面を形成するようにコーティングされ、入力光学ビームの光学経路内に位置付けられたそのセグメントを含み、それによって、前記入力光学ビームを複屈折素子に向かって前記第1の偏光ビームスプリッタを通って透過される第1のビーム部分と、第2の反射面に向かって反射される第2のビーム部分とに分割する。光学的透明板の第2の対向する側面は、高反射面を形成するようにコーティングされたセグメントを備える。それによって、前記光学的透明板の第1および第2のコーティングされた面は、連続的に反射し、前記入力光学ビームの部分を複屈折素子へと空間的に分離された光学経路に沿って伝播する前記第1の複数のビーム構成要素に分割するように動作する。いくつかの他の実施形態において、第1および第2の反射面は、個別の隔置された素子ミラーによって構成される。いくつかの実施形態において、第1および第2の面は、光学軸と所定の角度を成す平面内に位置付けられ、それによって、前記第1および第2の面と相互作用するビーム構成要素の偏光回転が生じ、それによって、前記第1の複数のビーム構成要素におけるビーム構成要素間の前記所定の偏光関係がもたらされる。これは、88度の角度であっても、または33度の角度であってもよい。いくつかの他の実施形態において、第1の偏光ビームスプリッタは、前記第1の反射面と前記第2の反射面との間に位置付けられた偏光回転子例えば、光学軸に対してある角度で配向された4分の1波長板を備え、それによって、複屈折素子に向かって第1の偏光ビームスプリッタから生じるビーム構成要素間の前記偏光関係がもたらされる。これらの実施形態のいずれかにおいて、第1の偏光ビームスプリッタとのビーム相互作用は、結果的に、相互作用するビーム構成要素それぞれの偏光構成要素間の光学遅延を招き、したがって、実際には、第1の偏光ビームスプリッタから生じるそれぞれ2つの局所的に隣接するビーム構成要素間の偏光回転、したがって偏光差を引き起こす。例えば、光学遅延λ/4は、ビームの偏光構成要素間の位相差π/2に対応する。いくつかの実施形態において、本システムは、第1の偏光ビームスプリッタと複屈折素子との間に位置付けられた回折格子を備え、入力光学ビームの異なる波長を回折するように構成されている。好ましくは、集束レンズアセンブリが、回折格子から複屈折素子に伝播するビーム構成要素の光学経路内に位置付けられる。また、本システムは、入力光学ビームの光学経路内に位置付けられたスリット開口を含んでもよい。本発明の別の広範な態様によれば、光学ビームの横断面に沿う偏光プロファイルの測定に使用するための光学デバイスが提供され、本光学デバイスは、光学ビームを所定の偏光関係を互いに有する6つのビーム構成要素に分割するように構成され、動作可能である偏光ビーム分割アセンブリであって、前記光学ビームの光学経路内に、前記光学ビームを3つの隔置された実質的に平行な光学経路に沿って伝播する一定の偏光関係を互いに有する3つの空間的に分離されたビーム構成要素に分割するように構成された第1の偏光ビームスプリッタを備える、偏光ビーム分割アセンブリと、前記3つのビーム構成要素のそれぞれを通常偏光構成要素および異常偏光構成要素の対に分割するための前記光学経路内に位置付けられた複屈折素子とを備え、それによって、前記6つのビーム構成要素が生成され、光学ビームの前記6つのビーム構成要素内の強度分布は、前記光学ビームの横断面に沿って偏光プロファイルを示す。本発明のさらに別の態様によれば、光学ビームの偏光を測定する際に使用するための方法が提供され、本方法は、光学ビームを所定の偏光関係を互いに有する3つの対のビーム構成要素に分割するステップであって、それぞれの対が、通常偏光構成要素および異常偏光構成要素を含む、ステップと、前記6つのビーム構成要素のそれぞれの中の強度分布を測定するステップと、6つのビーム構成要素の強度分布を分析するステップと、光学ビームの横断面に沿って偏光プロファイルを決定するステップとを含む。本発明を理解し、いかに実際に行うことが可能であるかを知るために、次に実施形態を非限定的な例のみによって添付の図面を参照して説明することとする。入力光学ビーム10の空間変動偏光測定および時間変動偏光測定のための本発明のシステム100のブロック図を示す図1を参照する。システム100は、入力光学ビーム10の横断面に沿って偏光プロファイルを決定するように構成され、動作可能である。システム100は、偏光ビーム分割アセンブリ50と、画素行列60とを含む。偏光ビーム分割アセンブリ50は、入力光学ビーム10を、所定の偏光関係を互いに有する所定の数のビーム構成要素に分割するように構成され、動作可能である。画素行列60は、出力ビーム構成要素の実質的に交差しない光学経路内に位置付けられ、スプリットビーム構成要素を受け取り、そのそれぞれの中の強度分布を検出する。画素行列60は、出力ビーム構成要素の中の強度分布をそれぞれ示す対応する数の出力データピースを生成する。これらのデータピースに含まれているデータは、入力光学ビームの横断面に沿って偏光プロファイルを示す。図に示すように、偏光ビーム分割アセンブリ50は、入力光学ビーム10を、線形偏光を画定する所定の軸垂直軸および水平軸に対して、所定の偏光関係を互いに有する所定の数のビーム構成要素I1乃至Inに分ける。スプリットビーム構成要素I1乃至Inは、出力ビーム構成要素の光学経路内に位置決めされた1つまたは複数の画素行列60によって検出される。入力ビーム10の偏光状態は、複数のビーム構成要素I1乃至Inのそれぞれの検出済み強度分布に対応するデータピースを分析することによって決定される。そのために、システム100は、制御ユニット80と関連付けられる例えば、その構成部分として制御ユニットを含む、あるいは有線または無線信号伝送によって、外部制御ユニットに接続するための通信ポートを有する。典型的には、制御ユニット80はとりわけ、光学ビームの中の強度分布にそれぞれ対応する複数のデータピースを受け取り、これらのデータピースを処理し、これらのビーム構成要素が生じる入力ビームのストークスパラメータを決定し、それを示す出力データを生成するように予めプログラミングされたデータ処理および分析ユーティリティを含むコンピュータシステムである。出力データは、ビームにわたるストークスのパラメータ分布の形態であっても、またはビームにわたる偏光プロファイルの形態であってもよい。本発明のいくつかの実施形態よれば、偏光ビーム分割アセンブリ50は、第1の偏光ビームスプリッタ、および複屈折素子を含む。そのような偏光ビーム分割アセンブリ50が、第1の偏光ビームスプリッタ52、および複屈折素子54、例えば方解石結晶を含んでいる偏光測定システム100をそれぞれ例示する図2Aおよび図2Bを参照する。偏光ビームスプリッタ52は、システムを通る光伝播の光学軸と交差する隔置された実質的に平行な平面内に適応した2つの反射面を画定する。図2Aの例において、そのような隔置された反射面は、共通の透明素子の両側面に反射コーティングによって構成されている。より具体的には、偏光ビームスプリッタ52は、部分反射面52aおよび高反射面52bを形成するために、反射コーティングが両側にコーティングされた透明板である。図2Bの例において、隔置された反射面は、個別の素子によって構成されている。より具体的には、偏光ビームスプリッタ52は、システムを通る光伝播の方向に沿って隔置された関係で配置されている実質的に平行な平面内に位置付けられた隔置された反射素子の対を含む。両方の例において、第1の反射面52aは、部分的に反射性であり光学ビームの約80~98が反射される、第2の面52bは、高反射性であるほとんど100反射性である。2つの隔置された実質的に平行な反射面は、入力光学ビーム10の光学経路内に位置決めされ、入力ビーム伝播軸によって画定される光伝播の光学軸に対して一定の角度だけ傾斜している。異なる反射率の反射面のこのような構成との光学ビーム相互作用は、結果的に、部分反射面とのビーム相互作用中のビーム分割と、反射面のいずれかの反射面とのそのそれぞれの相互作用におけるビームの偏光回転を招く。より具体的には、傾斜した反射面とのビームの相互作用は、分割されているビームの横方向電気TE偏光構成要素と横方向電磁TM偏光構成要素との間、または水平偏光構成要素と垂直偏光構成要素との間の光学遅延を与えるこれは位相差を与える。偏光回転は、光学ビームの互いに異なる偏光構成要素間の光学遅延の結果であることに留意されたい。λ/4の光学遅延は、互いに異なる構成要素間の位相差π/2によって示される。明瞭性を高めるために、本明細書では用語、位相差例えば、位相差λ/4は、光学遅延を明確にするために使用される。この例に示すように、光学軸に沿って伝播する入力光学ビームは、部分反射面52a上に衝突し、複屈折素子54に向かって面52aを通って透過され、かつ入力光学ビーム10と同じ偏光を有する第1のビーム構成要素12と、第2の反射面52bに向かって面52aから反射される第2のビーム構成要素14とに分割されることになり、第2の反射面52bは、ビーム構成要素14を面52aに反射し戻す。傾斜面52aおよび52bによるビームの連続的反射は、結果的に、垂直偏光構成要素と水平偏光構成要素との間にλ/4の位相差を招く。λ/4の光学遅延偏光構成要素間の位相差は、本発明の技法により測定済みストークスパラメータに対して最適な信号対雑音をもたらす。しかし、偏光構成要素間の位相差光学遅延は、λ/3またはλ/5など、約λ/4である場合があり、しかし、これらの構成には、ストークスパラメータ決定プロセスに対するいくつかの修正が必要である。面52aと相互作用するとき、ビーム構成要素14は、複屈折素子54に向かって部分的に透過されるビーム構成要素14と、面52bに向かって部分的に反射されるビーム構成要素16とに分割され、面52bは、このビーム構成要素を面52aに反射し戻し、面52aはそれを複屈折素子54に部分的に透過する。いくつかの構成において、反射面第1の偏光ビームスプリッタ52の傾斜角度は、2つの反射後、各反射、すなわちλ/4位相差において、横方向電気TE偏光構成要素と横方向電磁TM偏光構成要素との間にλ/8位相差を与えるものとなっている。他の構成は、異なる傾斜角度で配置され、それにより、各反射は、偏光構成要素間にλ/16位相差を与えることになる。これらの構成において、奇数の透過構成要素が使用されるだけであり、マスク56が、偶数の透過ビーム構成要素をブロックするために使用され得る。面52aおよび52bとのこれらのビームの連続的相互作用は、結果的に、第3のビーム構成要素16が、2つの偏光構成要素間のλ/2位相差を累積するということを招く。異なる偏光状態を有するこのように生成される3つの実質的に平行なビーム構成要素12、14、および16は、複屈折素子54を通って伝播し、複屈折素子54は、これらのビーム構成要素のそれぞれを通常偏光構成要素と異常偏光構成要素とに分割する。したがって、複屈折素子54は、3つの入射ビーム構成要素を6つの出力ビームI1乃至I6に分割し、ただし、ビームI1とI2は、ビーム12の通常偏光構成要素と異常偏光構成要素であり、ビームI3とI4は、ビーム14の通常偏光構成要素と異常偏光構成要素であり、ビームI5とI6は、ビーム16の通常偏光構成要素と異常偏光構成要素である。したがって、この例において、偏光ビームスプリッタ52は、2つの隔置された反射面52aおよび52bを画定する。これは、光学的透明板52の両側の壁に適切な反射コーティング例えば、銀コーティングを施すことによって実装され得る。コーティング52aは、反射率約80~98、例えば90の反射率により部分的に反射性であるように構成されている。対向壁のコーティング52bは、前記壁の一部のみをカバーし、それにより、入力光学ビーム10は、前記壁を通って伝播することが可能になり、ほとんど100反射しているように構成されている。したがって、入力ビーム10は、透明壁のコーティングされていない領域を通って伝播し、部分反射コーティング52aとの相互作用が透明板の内部で前後に行き来すると、結果的に、部分反射コーティング52aを通って複屈折素子に透過される複数の平行なスプリットビーム構成要素の形成につながる。前述のように、光学軸に対する反射面52aおよび52bの傾斜角度は、偏光ビームスプリッタ52から生じる光学入力ビーム10の偏光構成要素間に適切な位相差を与えるように選択される。例えば、結合波分析に基づいて、本発明者らは、図2Aの構成において、金をコーティングされた反射面が使用される場合、光学軸に対して33°の傾斜角度を反射面52aおよび52bに適応させると、結果的に、偏光ビームスプリッタ52から生じる出力ビームのそれぞれのTE偏光構成要素とTM偏光構成要素との間にλ/16位相差が生じるということが分かった。この構成において、偏光測定に使用される3つのスプリットビーム構成要素は、複屈折素子54に向かって第1の反射面52aを通って透過される奇数のビーム構成要素のみであり、マスク56が、望ましくない偶数の透過ビーム構成要素をブロックするために使用される。光学軸に対して88°の傾斜角度を用いる同様の構成を使用すると、結果的に、TE偏光構成要素とTM偏光構成要素との間にλ/8の位相差が生じることになり、したがって、偏光ビームスプリッタ52の内部のより少数の反射が、ビーム構成要素12と14と16との間に適切な偏光差を与えるためには必要である。同様の効果は、図2Bの構成を使用すると、すなわち68°の傾斜角度を使用して、部分的に分離された反射面52aおよび52bの対を用いると達成され得る。正確な傾斜角度が、面52aおよび52bの反射コーティングにより、および図2Aの構成を用いて使用される透明板の反射インデックスにより、異なる場合があることに留意されたい。さらに、入力光学ビームのTE偏光モードおよびTM偏光モードにおけるそれぞれの反射に与えられる位相差は、入力ビームの波長に弱いながらも左右されることになる。6つの出力ビームI1乃至I6は、画素行列60、例えば、CCDカメラの感光面のそれぞれの隔置された領域上に入射される。画素行列の電気出力測定済みデータMDは、それぞれの出力ビーム構成要素の横断面に沿って強度分布をそれぞれ示す6つのデータピースを含んでいる。出力ビーム構成要素の強度分布の測定済みデータMDは、さらに後述するように、このデータを処理して、入力光学ビーム10の偏光状態を決定する制御ユニット図1の80に伝えられる。図3Aから図3Cは、水平線形偏光の6つの出力ビームI1~I6の3つの画像図3A、入力ドーナツ形状の光学ビームの45°線形偏光図3B、および入力ドーナツ形状の光学ビームの円形偏光図3Cを示している。図4Aから図4Cは、対応するストークスパラメータ分布を示している。制御ユニット図1の80は、図3A~図3Cの画像を示す測定済みデータを受け取り、このデータを処理して、ストークスパラメータを決定するように動作する。入力ビームの横断面内の任意の点x,yにおけるストークスパラメータは、以下の方程式の組、すなわちに従って、出力ビーム構成要素から決定され得る。ここで、S0x,yは、入力ビーム強度分布であり、S1x,y、S2x,y、およびS3x,yは、入力ビームの横断面内の各点における偏光状態分布を指定し、I1とI2は、第1のビーム構成要素12の通常偏光構成要素と異常偏光構成要素の強度分布であり、I3とI4は、ビーム構成要素14の通常偏光構成要素と異常偏光構成要素の強度分布であり、I5とI6は、ビーム構成要素16の通常偏光構成要素と異常偏光構成要素の強度分布であり、α、β、およびγは、ならびにによって得られる正規化定数である。正規化パラメータα、β、およびγはまた、空間的依存性があって、より複雑なもしくは不均一な光学ビームおよび/または光学機構setupもしくは画素行列における不均一性の原因になり得る。図4A~図4Cは、決定されたストークスパラメータを示している。予想されるように、水平線形偏光図4Aでは、光学強度のほとんどがストークスパラメータS1に見られる。45°線形偏光を有する入力ビームの測定では図4B、光学強度のほとんどが、ストークスパラメータS2に凝縮されていることが示され、円形偏光した入力ビームの場合図4Cは、強度のほとんどがS3に見られる。デバイスは、他のストークスパラメータに1未満の望ましくない残存強度をもたらし、それは、較正済み光学ビームの知られている偏光に対応せず、1未満の推定誤差がもたらされる。次に、本発明による偏光測定システム100の別の例を示す図5を参照する。理解し易くするために、同じ参照符号を、すべての例において共通である構成要素を識別するために使用する。この例において、偏光ビームスプリッタ52は、隔置された実質的に平行な平面内に配置された第1の部分反射素子ミラー52aおよび第2の高反射素子ミラー52bと、2つのミラー間に位置付けられ、実質的にそれに平行な4分の1波長板53とを含む。入力光学ビーム10は、偏光ビームスプリッタ52ミラー52aおよび52bと、偏光回転子53と相互作用しながら、異なる偏光の3つの平行なビーム構成要素12、14、および16に分割され、複屈折素子54に伝播する。偏光ビームスプリッタ52は、入力光学ビーム伝播によって画定される光学軸に対して、小さい角度典型的には10度未満で配向される。この角度は、反射ミラーにより、ビーム偏光の変動を最小限にするために比較的小さく、それにより、所望の偏光差は主に、偏光回転子53をビーム構成要素が通過することによって生じることになる。3つのスプリットビーム構成要素12、14、および16の光学経路内に位置付けられた複屈折素子54は、その主軸が4分の1波長板53の軸に対して22.5°の角度で傾斜しているように配置される。複屈折素子54は、ビーム構成要素12、14、および16のそれぞれを通常偏光構成要素および異常偏光構成要素の対に分割し、したがって、画素行列60によって検出される異なる偏光の6つの出力ビーム構成要素I1乃至I6が生成される。径方向および方位角に偏光した光学ビームの偏光測定を、図6A~図6Cおよび図7A~図7Cに示す。これらの図は、ストークスパラメータのシミュレーションされた分布図6Aおよび図7Aと、本発明による測定されたストークスパラメータ図6Bおよび図7Bと、径方向に偏光した光学ビーム図6A~図6Cの偏光分布のシミュレーションされたベクトルマップ図6Cおよび方位角に偏光した光学ビーム図7A~図7Cの偏光分布のシミュレーションされたベクトルマップ図7Cとを示している。シミュレーションされたストークスパラメータと実験的ストークスパラメータと差は、任意の実際的光学システムにおいて生じる不完全性の結果になり得る。上述のように、偏光測定のための本発明の技法はまた、入力光学ビームの時間変動偏光プロファイルをもたらすことが可能である。画素行列60を構成する単純なCCDカメラは、10msまでの測定間の測定レートを可能にすることができる。より高速なカメラ高フレームレートを使用すると、より高速な時間分解能測定を行うことができる。図8は、本発明のシステムを使用して測定された正規化ポアンカレ球体上に示された時間の関数として入力ビームの横断面内の3つの点P1~P3におけるストークスパラメータの軌跡を例示している。この例において、入力光学ビームは、開口数0.07、コア径22μm、およびクラッド径125μmである大きいモードエリアファイバ増幅器を通って透過される径方向に偏光したビームである。増幅器がオンされると、ファイバ増幅器の熱変化および応力変化が、光学ビームの偏光変動を誘起する。入力ビームの偏光状態は、10msフレームレートを有するCCDカメラを用いて、本発明のシステムによって測定された。次に、ビームにわたる空間座標ではなく、波長の関数としてリアルタイムの偏光状態を得るための本発明のさらに別の実施形態により構成された偏光測定デバイス110を示す図9を参照する。上述の例と同様のシステム110は、図2を参照して上述したものと同様に構成された第1の偏光ビームスプリッタ52、複屈折素子54、および画素行列60を含む。また、システム110には、偏光ビームスプリッタ52から伝播するスプリットビーム構成要素12、14、および16の光学経路内に位置付けられた回折格子70と、複屈折素子54に向かって回折格子70から伝播する光の光学経路内に集束レンズアレイ75とが設けられる。複屈折素子上に入射するビーム構成要素は、入力ビームのスペクトルに対応する。複屈折素子54は、入射ビーム構成要素のそれぞれを通常偏光構成要素および異常偏光構成要素に分割し、したがって、画素行列60によって検出される6つの出力ビーム構成要素I1~I6が生成される。画素行列の出力は、6つの異なる偏光構成要素のスペクトルを示す6つのデータピースを含んでいる測定済みデータを示す。入力光学ビームにおける波長ごとの偏光状態は、上述の方程式1~4に従って、6つの検出されたスペクトルから決定され得る。図9に示す実施形態はまた、一次元に沿って空間変動偏光測定および波長変動偏光測定のために構成され得る。これは、入力光学ビーム10の光学経路内にスリット58を設けることによってなされ得る。この構成において、スリット58は、光学入力ビームの細長い横断面のみがシステムに入ることを可能にし、このことは、結果的に、入力ビーム10のスペクトル変動と空間変動の両方に対応する出力強度分布をもたらすことになる。空間変化偏光測定における本発明の能力を提示するために、本発明者らは、入力時に粉砕され、圧力を加えられたガラス板を通って透過される線形に偏光した光を使用して実験の組を行った。ガラスの粉砕および応力により、TE偏光とTM偏光の間に位相シフトが与えられ、したがって、入力光の偏光状態に影響がもたらされる。ビームにわたる各点における全偏光状態は、本発明により構成されたシステムによって測定された。図10A乃至図10Dは、粉砕されたガラス板にわたる3つのストークスパラメータに従って画像化されたこの板を画像化することによる実験結果を示している。図10Aは、粉砕されたガラス板の画像を示し、図10B乃至図10Dは、ストークスパラメータS1乃至S3をそれぞれ計算することによって受け取ったガラス板の画像を示している。これらの図は、S3ストークスパラメータに対応する円形偏光した照明においてより高いコントラストを有する応力線を示し、入力線形偏光した光が、ガラス板を通って透過されるとき、円形偏光した光に変換されたことを示している。波長変化偏光測定を図11A~図11Bに示す。これらの図は、2つのレージング波長を有するファイバレーザからの光のスペクトル図11A、および正規化ポアンカレ球体上に、対応する偏光状態図11Bを示している。測定システムは、第1の偏光ビームスプリッタ52と複屈折素子54の間に挿入される回折格子70を用いる図9に説明したものと同様にして構成された。回折格子70は、出力ビーム構成要素に広がる波長を誘起し、CCDにおいてスペクトル画像をもたらし、したがって、それぞれの特定の波長における偏光が同時に決定され得る。この修正された構成により、時間の関数として2つの波長を有するファイバレーザから生じる光の偏光状態の測定が可能になる。図11Aおよび図11Bは、特定の時間における結果を示し、図11Aは、ファイバレーザからの光のスペクトルを示しており、ただし、2つのレージング波長は、λ1およびλ2として示され、図11Bは、正規化ポアンカレ球体上に、対応する偏光状態を示している。2つのレージング波長は、ポアンカレ球体上の対蹠点にあることが分かり、それらの偏光状態が直交することを示している。したがって、本発明は、単色である光ビーム、多色または無彩色の光ビームの空間変化偏光をリアルタイムに測定するための小型システム構成を提供する。本発明の技法は、入力ビームの各点または各波長のいずれかにおいて、98.5の精度で全偏光状態を得ることを実現する。この構成はまた、付随して、空間変化および波長変化の偏光状態を測定することが可能である。"