專利名稱：改進(jìn)的波長(zhǎng)檢測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)設(shè)備，尤其涉及用于測(cè)量和輻射源的波長(zhǎng)與/或頻率相關(guān)的值的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
某些測(cè)量應(yīng)用要求在相對(duì)小的波長(zhǎng)范圍內(nèi)以非常高的分辨率測(cè)量輻射源的波長(zhǎng)或頻率或相關(guān)的改變。其中的例子包括高分辨率的干涉測(cè)量型的編碼器，各種非接觸的表面光度儀傳感器，在電信工業(yè)中的應(yīng)用以及光譜學(xué)和一般的實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用。此外，對(duì)于許多應(yīng)用，測(cè)量必須在小的空間內(nèi)并且以低的成本進(jìn)行。具有幾種通常使用的波長(zhǎng)測(cè)量的方法，包括光譜儀、干涉儀，以及通過(guò)光纖的傳輸。
圖1A表示使用光學(xué)帶通濾光器測(cè)量波長(zhǎng)改變的一種簡(jiǎn)單的已知的測(cè)量系統(tǒng)10。測(cè)量系統(tǒng)10包括輸入的入射束12，帶通濾光器14，過(guò)濾束16，和功率檢測(cè)器18。輸入的入射束12由濾光器14過(guò)濾，從而產(chǎn)生過(guò)濾束16。在這種應(yīng)用中，并不一定需要帶通濾光器14，因?yàn)榭梢允褂镁哂胁豢珊雎缘牟ㄩL(zhǎng)傳輸相關(guān)性(即其中輻射的行為按照其波長(zhǎng)而不同)的任何光學(xué)元件。過(guò)濾束16的功率由功率檢測(cè)器18檢測(cè)。
圖1B表示帶通濾光器14的傳輸頻譜。濾光器14由中心波長(zhǎng)λ0以及其半最大值全帶寬(FWHM)Δλ，在濾光器曲線20上示出了波長(zhǎng)為X1傳輸級(jí)為Y1的點(diǎn)P。可以看出，點(diǎn)P位于濾光器曲線20的陡的部分上，因而通過(guò)測(cè)量傳輸功率的改變便可檢測(cè)波長(zhǎng)的微小變化，例如利用圖1A所示的功率檢測(cè)器18進(jìn)行檢測(cè)。用這種方式，一旦建立濾光器曲線20，圖1A和圖1B所示的測(cè)量系統(tǒng)10便提供一種簡(jiǎn)單的配置用于根據(jù)傳輸?shù)墓β驶驈?qiáng)度確定波長(zhǎng)的改變。
圖2表示一種已知的測(cè)量系統(tǒng)30，其對(duì)圖1A所示的測(cè)量系統(tǒng)10提供某些改進(jìn)。如圖2所示，測(cè)量系統(tǒng)30包括分光器34，濾光器38，以及功率檢測(cè)器42和46。輸入的入射束32被分光器34分裂成兩個(gè)束36和44。第一束36由濾光器38過(guò)濾，從而產(chǎn)生過(guò)濾束40。和以前一樣，在這種應(yīng)用中，并不一定需要濾光器38，因?yàn)榭梢允褂镁哂胁豢珊雎缘牟ㄩL(zhǎng)傳輸相關(guān)性的任何光學(xué)元件。過(guò)濾束40的功率由功率檢測(cè)器42檢測(cè)。第二束44的功率由功率檢測(cè)器46檢測(cè)。借助于利用功率檢測(cè)器42和46的輸出計(jì)算過(guò)濾束和未過(guò)濾束功率的比，一般可以消除作為誤差源的入射束32中的功率的改變。換句話說(shuō)，和圖1A的測(cè)量系統(tǒng)10對(duì)照，圖1A的系統(tǒng)不能區(qū)分波長(zhǎng)改變和電源波動(dòng)，圖2的測(cè)量系統(tǒng)30使用對(duì)入射功率的改變是敏感的功率比信號(hào)，因而更可靠地區(qū)分波長(zhǎng)的改變。
圖3A表示已知的測(cè)量系統(tǒng)50，其提供用于測(cè)量波長(zhǎng)改變的另一種配置。和圖2的測(cè)量系統(tǒng)20類似，測(cè)量系統(tǒng)50利用兩個(gè)功率檢測(cè)器之間的比來(lái)消除入射功率依賴性。測(cè)量系統(tǒng)50包括分光器54，濾光器58和66，以及功率檢測(cè)器62和70。入射的輸入束52由分光器54分裂成束56和64。第一束56由濾光器58過(guò)濾，從而產(chǎn)生過(guò)濾束60。過(guò)濾束60的功率由功率檢測(cè)器62檢測(cè)。第二束64由濾光器66過(guò)濾，從而產(chǎn)生過(guò)濾束68。過(guò)濾束68的功率由功率檢測(cè)器70檢測(cè)。
圖3B表示分別和濾光器58和66相應(yīng)的兩個(gè)濾光器曲線80和82。如圖3B所示，濾光器曲線80和濾光器曲線82重疊。換句話說(shuō)，濾光器58的傳輸頻譜和濾光器66的傳輸頻譜重疊。示出了在濾光器曲線80上的波長(zhǎng)為X1傳輸功率為Y2的點(diǎn)P2，并示出了在濾光器曲線82上的波長(zhǎng)為X1傳輸功率為Y1的點(diǎn)P1。應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)于從波長(zhǎng)X1增加的波長(zhǎng)，在濾光器曲線80上的傳輸功率減小，而在濾光器曲線82上的傳輸功率增加。因而在對(duì)應(yīng)于濾光器66的傳輸功率Y1和對(duì)應(yīng)于濾光器58的傳輸功率Y2之間的比在由兩個(gè)濾光器58和66共有的波長(zhǎng)傳輸頻譜內(nèi)對(duì)于一個(gè)特定的波長(zhǎng)是唯一的。通過(guò)利用功率檢測(cè)器62和70的輸出計(jì)算過(guò)濾束的功率的比，可以大大地消除入射功率中的偏差。此外，這種配置對(duì)于波長(zhǎng)變化提供了改進(jìn)的靈敏度。
不過(guò)，由于上述技術(shù)的固有的缺點(diǎn)，或者由于它們對(duì)于下述的某些其它的誤差的易感性，上述的系統(tǒng)都不適合于以非常高的精度檢測(cè)波長(zhǎng)，除非對(duì)其使用強(qiáng)加不希望的設(shè)置和操作的限制。因而，需要一種能夠避免所述誤差易感性而不必進(jìn)行所述不希望的限制的波長(zhǎng)檢測(cè)系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
特別是，上述的用于補(bǔ)償電源波動(dòng)的系統(tǒng)對(duì)于依賴于輸入的輻射的偏振方向的誤差是易受影響的。這是因?yàn)檩椛涫腜偏振和S偏振的分量當(dāng)它們以不和表面正交的角度入射到偏振敏感的透射或反射表面上時(shí)，例如分光器或?yàn)V光器，輻射束的P偏振分量和S偏振分量以不同的比例透射或反射。透射或反射光柵也是偏振敏感的，而不管入射的輸入束的角度。和上述的波長(zhǎng)檢測(cè)器相比，本發(fā)明認(rèn)識(shí)到，在由這里所述的一些實(shí)施例可以提供的精度下，這種誤差是很大的，因而提供一種用于減少輻射測(cè)量裝置例如波長(zhǎng)檢測(cè)器中的偏振相關(guān)的誤差的系統(tǒng)和方法。此外，本發(fā)明的不同的實(shí)施例還對(duì)于由于其它原因例如電源波動(dòng)和環(huán)境參數(shù)改變而引起的誤差提供誤差減小的改進(jìn)。此外，本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例特別提供緊湊而穩(wěn)定的輻射測(cè)量裝置。
應(yīng)當(dāng)理解，除非另有說(shuō)明，術(shù)語(yǔ)“偏振敏感的表面”指的是任何透射或反射光學(xué)表面，其以不同的比例透射或反射輸入束的P偏振分量和S偏振分量，或者相對(duì)于入射束改變呈現(xiàn)射束的偏振狀態(tài)。例如，偏振狀態(tài)可以通過(guò)混和入射的偏振狀態(tài)或者通過(guò)不同地吸收入射電場(chǎng)的P偏振分量和S偏振分量來(lái)改變。偏振敏感的表面可以具有偏振靈敏度，其是輸入的入射角的函數(shù)，即一種在0度或正交的入射角時(shí)是非偏振敏感的，但是在非正交的入射角時(shí)可以成為偏振敏感的表面。對(duì)一個(gè)表面附加透射或反射光柵，也可以使所述表面成為偏振敏感的，即使在正交的入射角下。
除非另有說(shuō)明，文中使用的術(shù)語(yǔ)“傳輸?shù)摹敝傅氖枪馐刂粋€(gè)光路連續(xù)的傳播，而不管所述傳播是否借助于反射、通過(guò)一般為透明(透射)的材料借助于透射、借助于衍射或借助于任何其它已知的束傳播方法被使能。這里使用的術(shù)語(yǔ)“入射角”指的是在光束的正交方向和與光學(xué)平面正交的方向之間的角度。如果光束沿著其光路在不同的點(diǎn)稍微發(fā)散或會(huì)聚，則在這些點(diǎn)的正交方向可被估計(jì)為光束的中心射線的近似方向，或者光束的近似的強(qiáng)度加權(quán)的平均方向或者類似的方向。文中使用的術(shù)語(yǔ)“第一光路”、“第二光路”等一般指的是整個(gè)通路，或者整個(gè)通路的任何部分，其由相應(yīng)的“第一光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器”、“第二光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器”等接收的任何輻射沿著行進(jìn)。因而，一般地說(shuō)，第一和第二光路可以認(rèn)為是共存的和重疊的，不論它們的“源”輻射在何處重疊，即使在說(shuō)明書的不同的部分中“第二光路”可能未進(jìn)行這樣的說(shuō)明，直到其一部分被從第一光路中分出或分裂。
在本發(fā)明的不同的實(shí)施例中，提供了一種輻射測(cè)量裝置，用于確定來(lái)自輻射源的輻射的波長(zhǎng)相關(guān)的特性。在各個(gè)示例的實(shí)施例中，所述輻射測(cè)量裝置包括波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件(例如帶通濾光器)，光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器(例如光檢測(cè)器)，偏振敏感的反射與/或透射表面，以及一個(gè)或幾個(gè)線性偏振器。至少第一光束沿著包括所述波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件、偏振敏感的反射與/或透射表面、和一個(gè)或幾個(gè)線性偏振器的第一光路傳輸，并到達(dá)第一光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器。所述偏振敏感的反射與/或透射表面接收所述光束，并沿著所述第一光路傳輸所述光束。波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件在偏振敏感的反射與/或透射表面之前或之后改變第一光束的光功率，并且所述第一光束沿著第一光路由光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器接收。一個(gè)或幾個(gè)線性偏振器被置于在第一光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器的前面沿著所述第一光路選擇的位置，使得基本上消除偏振相關(guān)誤差。例如，線性偏振器可被置于波長(zhǎng)相關(guān)的元件之前或之后，此外，如果需要，可以設(shè)置兩個(gè)或多個(gè)線性偏振器，例如兩者被設(shè)置在波長(zhǎng)相關(guān)的元件之前和之后。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，所述包括一個(gè)或幾個(gè)線性偏振器確保入射到偏振敏感的反射與/或透射表面上的光束沿著一個(gè)光路以基本上固定的偏振狀態(tài)被接收與/或傳輸，而不管原始輸入的光束的偏振狀態(tài)。因而，否則可能產(chǎn)生的偏振相關(guān)的誤差可以被大大減小或消除。
在各個(gè)示例的實(shí)施例中，接收光束的偏振敏感的反射與/或透射表面是波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件的透射表面，或者是沿著第一光路包括的光束分割元件(beam dividing element)，例如分光器(beamsplitter)或光柵的表面。
在各個(gè)示例的實(shí)施例中，接收光束的偏振敏感的反射與/或透射表面是以非正交入射角設(shè)置的分光器的束分裂表面。在一個(gè)實(shí)施例中，輻射測(cè)量裝置還包括第二光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器，并且所述分光器提供沿著第二光路傳輸并到達(dá)所述第二光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器的第二光束。在另一個(gè)實(shí)施例中，提供第二波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件，并且所述第二波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件接收第二光束，并在第二光束到達(dá)第二光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器之前調(diào)制第二光束的光學(xué)功率。
在一個(gè)實(shí)施例中，輻射測(cè)量裝置包括波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件(例如帶通濾光器)，和光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器(例如光檢測(cè)器)。至少一個(gè)光束以非正交的角度入射到波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件上，并且所述光束沿著一個(gè)光路從所述波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件射出，以便由光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器接收。這種發(fā)射裝置還包括在所述光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器的前方沿著光路在選擇的位置上設(shè)置的一個(gè)或幾個(gè)線性偏振器。例如，所述線性偏振器可以被設(shè)置在波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件之前或之后，此外，如果需要，可以設(shè)置兩個(gè)或多個(gè)線性偏振器，它們被設(shè)置在波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件之前和之后。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，輻射測(cè)量裝置還包括束分割元件，例如光柵或部分反射和部分透射的束分裂表面或其類似物，它們被沿著光路設(shè)置在波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件之前。所述束分割元件把入射到其上的光束分裂成第一光束和第二光束，其中第一和第二光束的至少一個(gè)以非正交的角度入射到波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件上。輻射測(cè)量裝置還可以包括第一和第二光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器，用于接收所述第一和第二光束，并輸出相應(yīng)的第一和第二信號(hào)。在各個(gè)實(shí)施例中，提供有信號(hào)處理電路，其接收并處理所述第一和第二信號(hào)，并根據(jù)所述第一和第二信號(hào)確定一個(gè)信號(hào)比。在本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例中，所述信號(hào)比表示輸入到輻射測(cè)量裝置的輻射的輻射波長(zhǎng)和輻射頻率至少之一。
在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)線性偏振器被置于束分割元件之前。在另一個(gè)實(shí)施例中，輸入的輻射具有固定的偏振方向，并且具有相同的偏振方向的各自的第一和第二線性偏振器沿著第一和第二光束的各自的通路被設(shè)置在束分割元件之后。在另一個(gè)實(shí)施例中，輸入的輻射具有波動(dòng)的偏振方向，并且各自的第一和第二線性偏振器具有相同的偏振方向，它們或者垂直于或者平行于一個(gè)平面被排成一行，所述平面平行于在束分割元件入射的光束的方向和與束分割元件(光束在此以非正交的入射角入射)的束分割表面(或平面)正交的方向。各個(gè)第一和第二線性偏振器可以沿著第一和第二光束的各自的光路設(shè)置，設(shè)置在束分割元件之后和各自的第一和第二光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器之前的任何位置。除非束分割表面是光柵表面，一般地說(shuō)，或者垂直于或者平行于一個(gè)平面，所述平面平行于入射光束的方向和與束分割表面正交的方向，的線性偏振器的方位這樣確定這些偏振器的方向，使得避免在第一和第二光束中存在的S和P偏振分量的混和。當(dāng)偏振器被近似地定向，因而S和P偏振分量不混和時(shí)，即，當(dāng)偏振器被這樣定向，使得第一和第二光束近似為100％S偏振的或者近似100％P偏振的，基于第一和第二信號(hào)的信號(hào)比對(duì)于輸入的輻射的偏振方向是不敏感的。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供第一和第二波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件。第一波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件被沿著第一光束的光路設(shè)置，而第二波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件沿著第二光束的光路設(shè)置。和上述的第一實(shí)施例一樣，一個(gè)線性偏振器被置于束分割元件的前面。在另一個(gè)實(shí)施例中，輸入的輻射具有固定的偏振方向，具有相同的偏振方向的各自的第一和第二線性偏振器在束分割元件后面被沿著第一和第二光束的各自的光路設(shè)置。在另一個(gè)實(shí)施例中，輸入的輻射具有或者波動(dòng)的或者固定的偏振方向，并且各自的第一和第二線性偏振器具有相同的偏振方向，其或者垂直于或者平行于一個(gè)平面的方向排成一行，所述平面平行于在束分割元件入射的光束的方向和與束分割表面或束分割元件的平面(在此光束以非正交的入射角入射)正交的方向。各個(gè)第一和第二線性偏振器可以沿著第一和第二光束的各自的光路設(shè)置，設(shè)置在束分割元件之后和各自的第一和第二光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器之前的任何位置。
本發(fā)明還提供一種方法，用于提供可用于以基本上獨(dú)立于輻射的偏振方向的方式確定來(lái)自輻射源的輻射的波長(zhǎng)相關(guān)特性的至少一個(gè)信號(hào)。所述方法一般包括5個(gè)步驟。第一步驟包括沿著第一光路輸入來(lái)自輻射源的第一光束，所述第一光路包括前述類型的任何一種類型的至少一個(gè)偏振敏感的表面。第二步驟包括接收所述第一光束并沿著所述第一光路由一個(gè)第一波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件輸出一個(gè)第一過(guò)濾光束。第三步驟包括利用沿著所述第一光路設(shè)置的第一光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器接收由所述第一波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件輸出的所述第一過(guò)濾光束。第四步驟包括由所述第一光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器輸出一個(gè)第一檢測(cè)信號(hào)。最后，第五步驟包括線性偏振在所述第一光束與/或第一過(guò)濾光束中包括的輻射。在不同的各個(gè)實(shí)施例中，線性偏振在所述第一光束與/或第一過(guò)濾光束中包括的輻射可以發(fā)生在沿著第一光路的并在第一光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器之前的各個(gè)不同的點(diǎn)。包括線性偏振在所述第一光束與/或第一過(guò)濾光束中包括的輻射的步驟的本發(fā)明的方法大大減小或消除了在用于確定輻射的波長(zhǎng)相關(guān)特性的一個(gè)或幾個(gè)信號(hào)中的任何偏振相關(guān)的誤差。
在所述方法的另一個(gè)實(shí)施例中，第一步驟還包括從所述第一光束導(dǎo)出第二光束的步驟，所述第二光束沿著第二光路行進(jìn)。所述第二步驟還包括接收所述第二光束，并沿著第二光路由一個(gè)第二波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件輸出第二未過(guò)濾的或過(guò)濾的光束。所述第三步驟還包括利用沿著第二光路設(shè)置的第二光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器接收由所述第二波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件輸出的第二未過(guò)濾的或過(guò)濾的光束。第四步驟還包括從所述第二光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器輸出一個(gè)第二檢測(cè)信號(hào)。最后，第五步驟還包括線性偏振在所述第二未過(guò)濾的與/或所述第二過(guò)濾的光束中包括的輻射。在各個(gè)不同的實(shí)施例中，第五步驟，其中還包括線性偏振在所述第二未過(guò)濾的與/或所述第二過(guò)濾的光束中包括的輻射和在第一光束與/或第一過(guò)濾光束中的輻射，可以發(fā)生在所述第一和第二光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器之前的沿著所述第一和第二光路的各個(gè)不同的點(diǎn)。
在這個(gè)實(shí)施例的一種改型中，所述方法包括使用在束分割元件之前的線性偏振器在第一步驟之前進(jìn)行所述第五步驟。在該實(shí)施例的另一個(gè)改型中，輸入的輻射具有固定的偏振方向，并且所述方法包括使用各自的第一和第二線性偏振器在第一步驟之后和第三步驟之前進(jìn)行所述第五步驟，所述第一和第二線性偏振器具有相同的偏振方向，并被沿著所述第一和第二光束的各自的光路設(shè)置。在該實(shí)施例的另一個(gè)改型中，輸入的輻射具有或者波動(dòng)的或者固定的偏振方向，并且所述方法包括使用各自的第一和第二線性偏振器在第一步驟之后和第三步驟之前進(jìn)行所述第五步驟，所述第一和第二線性偏振器或者垂直于或者平行于一個(gè)平面排成一行，所述平面平行于在用于導(dǎo)出第二光束的束分割元件入射的第一光束的方向和與束分割元件的束分割表面或平面正交的方向。
在該方法的不同的實(shí)施例中，沿著第一光路的第一波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件和沿著第二光路的第二波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件是同一個(gè)元件。在該方法的不同的實(shí)施例中，至少一個(gè)偏振敏感的透射與/或反射表面被相對(duì)于第一光束以非正交的入射角設(shè)置，并且包括分光器表面和波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件的表面中的至少一個(gè)。


通過(guò)結(jié)合附圖參看下面的詳細(xì)說(shuō)明，可以更容易地理解本發(fā)明的上述的方面和伴隨的優(yōu)點(diǎn)，并能夠更好地理解本發(fā)明，其中圖1A是現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)的方塊圖，其中包括用于測(cè)量輻射源的波長(zhǎng)(或波長(zhǎng)改變)的帶通濾光器；圖1B表示圖1A的帶通濾光器的透射譜；圖2是第二個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)的方塊圖，其中包括用于測(cè)量輻射源的波長(zhǎng)(或波長(zhǎng)改變)的分光器和帶通濾光器；圖3A是第三現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)的方塊圖，具有兩個(gè)用于測(cè)量輻射源的波長(zhǎng)(或波長(zhǎng)改變)的帶通濾光器；圖3B是圖3A的兩個(gè)帶通濾光器的透射譜；圖4是表示根據(jù)光的入射角和光的偏振狀態(tài)而改變的光的透射的曲線；圖5A是一個(gè)系統(tǒng)的方塊圖，包括一種濾光器結(jié)構(gòu)和光柵，其可以用于在按照本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例中測(cè)量輻射源的波長(zhǎng)(或波長(zhǎng)改變)；圖5B是從圖5A的濾光器結(jié)構(gòu)接收的信號(hào)的透射譜；圖6A-6G是在按照本發(fā)明形成的輻射測(cè)量裝置的方塊圖，每個(gè)測(cè)量裝置包括光柵，波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件，和線性偏振器，用于測(cè)量輻射源的波長(zhǎng)相關(guān)的特性；圖7A是表示在通過(guò)一種商業(yè)的窄帶介電干涉濾光器的光的透射和分別為P偏振以及S偏振光的波長(zhǎng)之間的關(guān)系的曲線，所述偏振光具有10度的入射角；圖7B是表示在通過(guò)一種商業(yè)的窄帶介電干涉濾光器的光的透射和分別為P偏振以及S偏振光的波長(zhǎng)之間的關(guān)系的曲線，所述偏振光具有15度的入射角；圖8是表示在波長(zhǎng)測(cè)量誤差和光的S偏振分量部分(0-1)之間的關(guān)系的曲線；以及圖9A-9C是在按照本發(fā)明形成的輻射測(cè)量裝置的方塊圖，每個(gè)測(cè)量裝置包括束分割器，波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件，和線性偏振器。
具體實(shí)施例方式
一般地說(shuō)，由任何偏振敏感的反射或透射表面，包括濾光器的表面與/或束分割元件的表面，透射的入射輻射功率的比例受其入射角的影響，也受輻射的偏振狀態(tài)(即P偏振分量和S偏振分量之間的關(guān)系)的影響。圖4表示通過(guò)空氣/玻璃界面的光束的透射根據(jù)入射角也根據(jù)光束的偏振狀態(tài)如何改變，其中玻璃具有1.57的折射率。透射曲線410和412分別相應(yīng)于100％的P偏振的入射光束和100％的S偏振的入射光束。曲線414表示在透射曲線410和412之間的透射差。在正交入射(入射角為0度)時(shí)，對(duì)于P偏振和S偏振光410和412，光的透射特性是相同的。不過(guò)，隨著入射角的增加，P偏振光的透射特性和S偏振光的透射特性不同。
還已知對(duì)于透射和反射光柵，P偏振光的透射和衍射特性和S偏振光的透射和衍射特性不同，而和入射角無(wú)關(guān)。這些結(jié)果在由ThermoRGL，Richardson Grating Laboratory，Rochester，New York(2002)出版的Christopher Palmer的Diffraction Gratting Handbook，5thEdition的第9章中簡(jiǎn)要地描述了，該文被包括在此作為參考。
因而，對(duì)于在任何反射與/或透射表面上具有非0的入射角的任何光，以及對(duì)于在任何入射角下的透射或反射光柵上入射的光，光的總的透射取決于光的偏振狀態(tài)，即取決于其P偏振和S偏振之間的關(guān)系。因而，不斷改變著的一般未知的入射光的偏振狀態(tài)可以造成使用這種元件與/或結(jié)構(gòu)的各種波長(zhǎng)檢測(cè)器中的微妙的測(cè)量誤差。由于波動(dòng)的環(huán)境參數(shù)(溫度、濕度等)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的波長(zhǎng)檢測(cè)裝置的操作的影響，可以產(chǎn)生附加的測(cè)量誤差。
圖5A表示一種測(cè)量系統(tǒng)200，其具有改進(jìn)的結(jié)構(gòu)，用于測(cè)量波長(zhǎng)或波長(zhǎng)改變，具有減少的誤差，盡管波動(dòng)的環(huán)境參數(shù)。測(cè)量系統(tǒng)200包括作為束偏轉(zhuǎn)元件的光柵210，濾光器結(jié)構(gòu)220，檢測(cè)器250和255，以及信號(hào)處理電路260。入射的輸入光束202被光柵210分裂成為透射光束212和+/-一級(jí)有角度的(first order angled)光束214和216。透射光束212和一級(jí)有角度光束216通過(guò)濾光器結(jié)構(gòu)220(或具有不可忽略的波長(zhǎng)透射相關(guān)性的任何其它元件)，從而分別成為過(guò)濾光束232和成角度的過(guò)濾光束236，從而由不同的濾光器通路提供兩個(gè)過(guò)濾信號(hào)。過(guò)濾光束232由檢測(cè)器250接收，而成角度的過(guò)濾光束236由檢測(cè)器255接收。檢測(cè)器250和255分別對(duì)信號(hào)處理電路260提供輸出252和257。使用一個(gè)濾光器結(jié)構(gòu)220比對(duì)于每個(gè)光束利用不同的濾光器的圖3A所示的現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。具體地說(shuō)，通過(guò)一個(gè)濾光器結(jié)構(gòu)的每個(gè)輻射通路的濾光器特性的溫度敏感性近似相同，或者至少高度地相關(guān)。因而，沿著每個(gè)輻射通路由于溫度改變和其它的環(huán)境影響而導(dǎo)致的剩余的濾光器敏感性可以容易地用高的精度補(bǔ)償。此外，可以減少測(cè)量系統(tǒng)的零件成本和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性?；趫D5A所示的設(shè)計(jì)原理的一些示例的系統(tǒng)配置在2002年9月19日申請(qǐng)的共同未決的、共同轉(zhuǎn)讓的序列號(hào)為10/251449的美國(guó)專利申請(qǐng)中披露了，該專利被包括在此作為參考。
圖5B是透射譜圖，表示分別相應(yīng)于圖5A的檢測(cè)器250和255的透射曲線270和280。具體地說(shuō)，透射曲線270相應(yīng)于基于0度入射角的入射光束的過(guò)濾光束232，而透射曲線280相應(yīng)于基于非0入射角(θ)的入射光束的成角度過(guò)濾光束236，其基本上相應(yīng)于透射曲線270移動(dòng)一個(gè)較短的波長(zhǎng)范圍，如圖所示。圖5B表示透射曲線270和280的一個(gè)理想的操作范圍290，其中兩個(gè)曲線270和280理想地但并非必須基本上是線性的，并在交點(diǎn)295重合。操作區(qū)域290是這樣一個(gè)區(qū)域，其中信號(hào)曲線270和280重疊，使得一個(gè)信號(hào)源波長(zhǎng)通過(guò)同一個(gè)濾光器結(jié)構(gòu)沿著各自的兩個(gè)光路產(chǎn)生兩個(gè)有用的輸出信號(hào)。優(yōu)選地，信號(hào)曲線270和280在大約50％的最大光透射值處彼此重疊和相交(在交點(diǎn)295)，如圖所示，以便確保有用的操作區(qū)域290。假定操作區(qū)域290是一個(gè)線性區(qū)域，對(duì)于在操作范圍290內(nèi)的任何波長(zhǎng)，兩個(gè)信號(hào)S1和S2的和將在名義上是恒定的。在名義上被完全控制的操作條件下，任何一個(gè)信號(hào)曲線都可用于以高的精度確定波長(zhǎng)。不過(guò)，由入射光束的功率的改變，或者由檢測(cè)器的標(biāo)稱增益的改變，都可引起每個(gè)信號(hào)中的改變。在這種測(cè)量系統(tǒng)中，許多這種改變對(duì)于兩個(gè)信號(hào)是成比例的。因而，在操作范圍290內(nèi)的任何波長(zhǎng)可以借助于信號(hào)相對(duì)于共模功率和增益的改變的標(biāo)稱化來(lái)精確地確定。例如，在每個(gè)信號(hào)中的共模功率和增益改變的影響通過(guò)根據(jù)組合的信號(hào)比確定波長(zhǎng)被有效地克服了。即使在兩個(gè)信號(hào)中所述改變不是嚴(yán)格成比例的，也可以對(duì)信號(hào)應(yīng)用校準(zhǔn)處理，使得仍然可以消除共模功率和增益的改變。
圖6A表示按照本發(fā)明形成的輻射測(cè)量裝置600a的一個(gè)實(shí)施例，用于確定來(lái)自輻射源(未示出)的輻射的波長(zhǎng)相關(guān)特性(例如波長(zhǎng)，波長(zhǎng)改變，頻率，或頻率改變)。除去偏振器的使用之外，如下所述，這個(gè)實(shí)施例的輻射測(cè)量裝置600a和上面參照?qǐng)D5A所述的系統(tǒng)類似。具體地說(shuō)，裝置600a包括一個(gè)或幾個(gè)波長(zhǎng)相關(guān)的(或波長(zhǎng)敏感的)光學(xué)元件602，例如帶通濾光器或具有不可忽略的波長(zhǎng)傳輸相關(guān)性的任何其它元件。裝置600a還包括線性偏振器610，在所示的實(shí)施例中，其位于波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件602的前面或入射側(cè)上。在本說(shuō)明中，使用術(shù)語(yǔ)“在X的前面”指的是沿著光路被提供在X的入射側(cè)上的元件的相對(duì)位置。在如圖6A所示的這種結(jié)構(gòu)中，來(lái)自輻射源(未示出)的入射光束612由線性偏振器610偏振而成為具有基本上固定的偏振狀態(tài)(即具有固定的P偏振分量和S偏振分量的比)的偏振束614。所示的輻射測(cè)量裝置600a的實(shí)施例還包括被設(shè)置在線性偏振器610和波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件602之間的光柵615，用于把偏振束614分成透射束616和成角度束617，然后兩個(gè)光束通過(guò)波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件602過(guò)濾，以便分別由光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器604和606接收。來(lái)自光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器604，606的信號(hào)618和619由信號(hào)處理單元620接收，所述信號(hào)處理單元包括用于處理所述信號(hào)以便確定來(lái)自輻射源的輻射的波長(zhǎng)相關(guān)特性的電子電路。例如，可以計(jì)算兩個(gè)信號(hào)之間的比，以便確定所述輻射的波長(zhǎng)或波長(zhǎng)改變。
包括線性偏振器610可以確保入射到光柵615上的光束614，因而由光柵615分裂的并入射到波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件602上的透射束616和成角度束617具有基本上固定的偏振狀態(tài)，而不管原始的入射光束612的偏振狀態(tài)。因而原始入射光束的偏振狀態(tài)的改變只引起從光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器604和606輸出的信號(hào)618、619的光功率的比例的改變。因而，可以大大減少或消除否則相對(duì)地不可控的和未知的偏振相關(guān)的誤差。
現(xiàn)在說(shuō)明按照本發(fā)明的用于選擇和安排合適的偏振器(或幾個(gè)偏振器)，以便減少偏振相關(guān)誤差的一些設(shè)計(jì)的考慮。一般地說(shuō)，沿著波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件例如濾光器(或任何其它的具有不可忽略的波長(zhǎng)透射相關(guān)性的元件)的傳輸范圍的上下邊沿(即帶通邊沿)的變化的傳輸百分?jǐn)?shù)產(chǎn)生變化的傳輸功率，所述功率靈敏地區(qū)分特定的波長(zhǎng)，而不用對(duì)波長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)制。對(duì)于朝向光譜的藍(lán)端的傳輸帶通邊沿的范圍內(nèi)的波長(zhǎng)的情況，對(duì)于以非正交的入射角使用的窄帶通介質(zhì)膜濾光器，P偏振和S偏振的透射曲線TFP和TFS，可以被這樣處理，即好像它們的波長(zhǎng)被彼此相對(duì)地移動(dòng)了一個(gè)Δλ。此時(shí)，按照一個(gè)簡(jiǎn)單的線性模型，可以導(dǎo)出下式TFP(λ)=T0P+α(λ-λ0)]]>TFS(λ)=T0P+α(λ-λ0-Δλ)---(1)]]>其中T0P是在P透射曲線的邊沿上λ＝λ0的透射。把總的入射光功率I分成其S偏振和P偏振分量將產(chǎn)生IP＝εPIIS＝εSIεP+εS＝10≤εP，εS≤1 (2)其中εP和εS分別是在P和S偏振狀態(tài)下的總的入射光功率的一部分(fraction)。對(duì)于具有固定的偏振狀態(tài)的光束，部分εP和εS是常數(shù)。假定輸入到濾光器的光束已經(jīng)從束分割元件透過(guò)(例如見(jiàn)圖6A或9A)，在沒(méi)有輸入偏振器的情況下，濾光器傳輸?shù)墓夤β市盘?hào)SF由下式給出SF=[ϵP*TFP+ϵS*TFS]TBSσFI]]>=[T0P+α(λ-λ0)-α*Δλ*ϵS]TBSσFI---(3)]]>其中TBS是對(duì)于被傳輸?shù)綖V光器的輻射的分光器的傳輸系數(shù)，σF是提供信號(hào)SF的檢測(cè)器的檢測(cè)器靈敏度。
給定一個(gè)未過(guò)濾的信號(hào)SI＝(1-TBS)σII，其基于來(lái)自束分割元件的剩余的輻射(未被傳輸?shù)綖V光器的)，并且和輸入的光功率成正比，標(biāo)稱化的信號(hào)SN由下式給出
SN≡SFSI=[T0P+α(λ-λ0-Δλ*ϵS)]σFTBSσ1(1-TBS)---(4)]]>其中σI是提供信號(hào)SI的檢測(cè)器的靈敏度。標(biāo)稱化的信號(hào)SN獨(dú)立于輸入的光束的光功率波動(dòng)，但是對(duì)于偏振改變?chǔ)姚臩，產(chǎn)生波長(zhǎng)讀出誤差σλ，由下式給出δλ＝-Δλ*δεS(5)對(duì)于Δλ＝0.2nm和σεS＝0.10，我們計(jì)算σλ＝0.02nm，在高精度的波長(zhǎng)測(cè)量裝置中，其表示一個(gè)顯著的誤差。偏振改變?chǔ)姚臩是相對(duì)于式4所示的初始值或校準(zhǔn)值εs任何固定的或動(dòng)態(tài)的改變。在各個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)一個(gè)初始、參考或校準(zhǔn)信號(hào)測(cè)量和一個(gè)初始、參考或校準(zhǔn)輻射波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)地建立時(shí)，初始值εs被特意地或者隱含地建立。不過(guò)，當(dāng)使用偏振器固定由波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件傳輸?shù)墓馐钠駹顟B(tài)，使得σεS≈0時(shí)，誤差項(xiàng)σλ消失。
應(yīng)當(dāng)理解，在光束進(jìn)入波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件之前或者在其離開(kāi)波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件之后利用偏振器固定光束的偏振在所得的固定偏振的光束中產(chǎn)生相同的光功率信號(hào)。即，沿著光路這兩個(gè)光學(xué)元件的次序是可以互換的，并對(duì)于提供相應(yīng)于在上述的分析中的信號(hào)SF的輻射測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)，提供相同的誤差減少。還應(yīng)當(dāng)理解，雖然上面的討論著重由波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件的偏振靈敏度引起的變化，更一般地說(shuō)，透射其以非正交的入射角接收的光束的任何光學(xué)元件的任何表面，將引入類似的偏振相關(guān)的信號(hào)改變，如透射其以任何入射角接收的光束的任何衍射光柵那樣。因而，在按照本發(fā)明的各個(gè)示例的實(shí)施例中，沿著臨界光信號(hào)通路由任何非正交表面或任何光柵透射的輻射的偏振用類似的方式被固定。
還應(yīng)當(dāng)理解，跟隨著初始、參考或校準(zhǔn)信號(hào)測(cè)量，如上所述，為了按照本發(fā)明提供上述的誤差減少，以便使在式4中所示的標(biāo)稱化的信號(hào)SN有效，信號(hào)SI必須和信號(hào)SF以同樣的比例改變，如果輸入的輻射的偏振改變的話。在各個(gè)示例的實(shí)施例中，按照本發(fā)明的波長(zhǎng)測(cè)量裝置被用于這樣的應(yīng)用中，其中輸入的輻射的偏振不改變(雖然可能是未知的)，并且在這些實(shí)施例中，波長(zhǎng)檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)不必包括特定的偏振器定向，以便確保這種比例性。不過(guò)，在各個(gè)其它的實(shí)施例中，為了在波動(dòng)的輸入輻射偏振的情況下確保這種比例性，用來(lái)確定信號(hào)SI的輻射被固定在和用來(lái)確定信號(hào)SF的輻射相同的偏振方向，并且偏振方向被這樣選擇，使得基于信號(hào)SI和SF的信號(hào)的比對(duì)于輸入輻射的偏振方向是不敏感的。
在各個(gè)實(shí)施例中，這通過(guò)提供一個(gè)偏振器來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述偏振器利用相同的偏振使輸入到波長(zhǎng)測(cè)量裝置的所有的輻射偏振。在各個(gè)其它的實(shí)施例中，多個(gè)類似的偏振器，或者相同的偏振器的部分，用于沿著用來(lái)確定SI和SF的各個(gè)輻射通路固定相同的偏振方向。當(dāng)以非正交入射角使用束分割元件以便提供兩個(gè)用于分別確定SI和SF的各自的輻射通路時(shí)，偏振方向被或者垂直于或者平行于一個(gè)平面對(duì)準(zhǔn)，所述平面平行于入射到束分割元件上的光束的方向和與束分割元件的束分割表面或平面正交的方向。這些偏振器可以沿著用于確定SI和SF的的各個(gè)通路在束分割元件之后和用于提供信號(hào)SI和SF的各個(gè)光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器之前被設(shè)置在任何位置。除非束分割元件是光柵表面，一般地說(shuō)，線性偏振器的方向或者垂直于或者平行于一個(gè)平面，所述平面平行于入射光束的方向和與束分割表面正交的方向，這使得光束被這樣定向，使得避免沿著用于確定SI和SF的輻射通路在透射的輻射中存在的P偏振分量和S偏振分量混和。當(dāng)偏振器被類似地定向并且S偏振分量和P偏振分量不混和時(shí)，即，當(dāng)偏振器被這樣定向，使得第一和第二光束幾乎是100％的P偏振分量或100％的S偏振分量時(shí)，標(biāo)稱化的信號(hào)SN對(duì)于輸入輻射的偏振方向是敏感的。下面進(jìn)一步說(shuō)明在不同的應(yīng)用中可以使用的不同的另外的結(jié)構(gòu)。
在用于確定輻射的波長(zhǎng)相關(guān)特性的輻射測(cè)量裝置中使用一個(gè)或幾個(gè)偏振器是特別有利的，這是因?yàn)槠竦母淖兓蜃兓梢杂刹煌脑匆?，而不限于和輻射源本身有關(guān)的原因。一些可能的使偏振改變的源包括但不限于激光輸出偏振(例如由于模式跳躍與/或模式競(jìng)爭(zhēng))；在光學(xué)鏈元件處的非正交的入射角(例如來(lái)自反射鏡、分光器等的介電涂層的相移，其隨著時(shí)間和溫度而改變)；以及甚至偏振保持單模式光纖的使用(例如在光纖的輸出處引起橢圓的偏振狀態(tài)的不良的輸入耦合與/或在光纖內(nèi)的偏振模式耦合，由于機(jī)械的或熱的擾動(dòng)，兩者可以隨時(shí)間而改變)。
在按照本發(fā)明形成的輻射測(cè)量裝置中可以使用各種偏振器，只要它們能夠把非偏振的光轉(zhuǎn)換成偏振光。一些合適的偏振器包括但不限于線性偏振膜(例如對(duì)準(zhǔn)的長(zhǎng)鏈聚合物，典型的是層疊在塑料板或玻璃窗之間的二色性的塑料板)；金屬薄膜(例如對(duì)準(zhǔn)的金屬球體，一般被設(shè)置在玻璃窗之間)；二色性線性玻璃偏振器(例如PolarcorTM)；薄膜偏振器；鐵絲柵格；偏振的立體分光器(例如設(shè)置在膠合的或光學(xué)連接的棱鏡之間的電解質(zhì)膜)；以及Glan-Thompson方解石或其它的雙折射的晶體偏振器。
圖7A表示帶通濾光器的兩個(gè)透射曲線，表示光的透射和其波長(zhǎng)之間的關(guān)系。具體地說(shuō)，其表示具有10度的入射角的光的P偏振透射曲線710和S偏振透射曲線712。曲線710和712之間的差由曲線714表示。圖7B是一個(gè)類似的圖，只是其中的光具有15度的入射角。比較圖7A，7B可見(jiàn)，隨著入射角的增加，偏振狀態(tài)不同對(duì)光透射的影響增加，由于偏振狀態(tài)改變而引起測(cè)量誤差的可能性也增加。(見(jiàn)上面圖4。)因而，按照本發(fā)明，在輻射測(cè)量裝置中包括線性偏振器隨著沿著輻射測(cè)量裝置的光路在任何反射與/或透射表面(例如帶通濾光器表面或分光器表面)上的光的入射角的增加變得相對(duì)地更為重要。
圖8是表示在波長(zhǎng)測(cè)量誤差和通過(guò)單獨(dú)一個(gè)帶通濾光器的光的S偏振分量的部分的關(guān)系的曲線。S偏振部分為0表示完全是P偏振光束，而S偏振為1表示完全是S偏振光束。按照本發(fā)明，當(dāng)未使用P偏振器時(shí)發(fā)生的波長(zhǎng)測(cè)量誤差沿著左側(cè)的縱軸表示，而使用P偏振時(shí)發(fā)生的誤差沿著右側(cè)的縱軸表示。借助于比較左側(cè)和右側(cè)縱軸可見(jiàn)，使用P偏振器可以使波長(zhǎng)測(cè)量誤差減小100倍，這等于在這個(gè)計(jì)算中使用的偏振器的消光系數(shù)。為了把由于偏振改變而發(fā)生的誤差減到最小，優(yōu)選的是使用具有最大的可能的消光系數(shù)的偏振器。也可以產(chǎn)生表示波長(zhǎng)測(cè)量誤差和光的P偏振分量的部分之間的關(guān)系的類似曲線。在這種情況下，也希望使用具有100∶1的消光系數(shù)的S偏振器，以便使波長(zhǎng)測(cè)量誤差減小100倍。因而，在本發(fā)明的不同的實(shí)施例中，不論S偏振器或者P偏振器，都可以達(dá)到基本上相同的波長(zhǎng)測(cè)量誤差的減少。不過(guò)，在一些應(yīng)用中，不論S偏振器或者是P偏振器，都可以比另一個(gè)更為有效，因而，例如，按照和使用的特定元件(光柵，分光器等)的光學(xué)特性有關(guān)的波長(zhǎng)測(cè)量誤差的減小優(yōu)先選用S偏振器或P偏振器。在這些情況下，在不同的示例的實(shí)施例中，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)或模擬來(lái)確定與/或驗(yàn)證更有效的偏振器。
應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)于在任何偏振敏感的反射或透射表面之前設(shè)置線性偏振器用于偏振在束通路中輸入的輻射的這些實(shí)施例，偏振器可被定向使得混和S和P偏振分量，而對(duì)裝置的性能沒(méi)有有害影響。不過(guò)，對(duì)于線性偏振器被設(shè)置在偏振敏感的透射或反射表面例如束分割表面或其類似物后面的那些實(shí)施例，優(yōu)選的是把所有的偏振器沿著S偏振方向或P偏振方向定向?yàn)橄嗤姆较颍员惚苊饣旌脱刂煌男盘?hào)通路的不同比例的S或P偏振分量。如本說(shuō)明的其它部分所述，由于偏振敏感的透射或反射表面引起的沿著不同的信號(hào)通路產(chǎn)生的不同比例的S或P偏振分量的混和將產(chǎn)生具有對(duì)于輸入的輻射的偏振是敏感的信號(hào)比的信號(hào)。如前所述，對(duì)準(zhǔn)偏振器的方向，使得或者垂直或者平行于一個(gè)平面，所述平面和入射光束的方向以及垂直于入射表面的一個(gè)非正交的角的方向都平行，將按照需要提供沿著S偏振方向或P偏振方向之一的偏振器定向。類似地，當(dāng)衍射效率具有嚴(yán)重的S或P偏振相關(guān)性時(shí)，沿著或者垂直于以正交的入射角使用的衍射光柵(例如作為束分割元件)的槽對(duì)準(zhǔn)偏振器的方向，將按照需要提供沿著S或P偏振方向之一的偏振器方向。
圖6B表示按照本發(fā)明構(gòu)成的用于確定來(lái)自輻射源(未示出)的輻射的波長(zhǎng)相關(guān)特性的輻射測(cè)量裝置的另一個(gè)實(shí)施例600b。在這個(gè)實(shí)施例以及后面要說(shuō)明的實(shí)施例中，和已經(jīng)參照?qǐng)D6A說(shuō)明的相同的元件具有相同的名稱和標(biāo)號(hào)，并且只對(duì)每個(gè)實(shí)施例中的唯一的區(qū)別進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。在圖6B中，除去光柵615b被配置和設(shè)置用于把線性偏振器610接收的偏振束614分成兩個(gè)不同角的光束621，622之外，輻射測(cè)量裝置600b基本上和圖6A的輻射測(cè)量裝置600a相同。兩個(gè)不同角的光束621和622相對(duì)于偏振器610和光柵615b的公共光軸623分別具有角α和β。只要兩個(gè)角α和β彼此不同，來(lái)自光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器604和606的信號(hào)618和619便彼此不同，因而便可以由信號(hào)處理單元620以有意義的方式處理，以便確定輻射的波長(zhǎng)相關(guān)特性。應(yīng)當(dāng)理解，在圖6A，6B以及下面類似的圖中一些元件和表面的表示只是示意的，除非另有文字說(shuō)明或可由上下文看出。例如，為了避免在光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器604，606上的窗口的表面可能的偏振相關(guān)效應(yīng)，在各個(gè)實(shí)施例中，它們被定向?yàn)榇怪庇诮邮盏妮椛洹ｎ愃频?，其中被表示為連續(xù)的單個(gè)元件的各種偏振器可以改為相類似的定向的分離的偏振器或一個(gè)偏振器的分離的部分，并且如果需要，還可以被定向?yàn)榇怪庇谌肷涞妮椛洹?br> 圖6C表示按照本發(fā)明形成的用于確定來(lái)自輻射源(未示出)的輻射的波長(zhǎng)相關(guān)特性的輻射測(cè)量裝置的另一個(gè)實(shí)施例600c。在這個(gè)實(shí)施例中，除去線性偏振器610被置于把入射光束612分成兩個(gè)不同的成角度光束627和628的光柵615b和波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件602之間之外，輻射測(cè)量裝置600c和圖6B的輻射測(cè)量裝置600b基本相同。當(dāng)光柵615b的操作或衍射具有嚴(yán)重的偏振相關(guān)性(或偏振靈敏度)時(shí)，或者當(dāng)輸入的輻射的偏振方向被固定(但是為一個(gè)未知的角度)時(shí)，這種結(jié)構(gòu)適合于應(yīng)用。如果偏振器被定向?yàn)榛蛘咂叫杏诨蛘叽怪庇诠鈻诺牟郏瑒t這種結(jié)構(gòu)適合利用衍射效率依賴于偏振的光柵，即，當(dāng)光柵615b具有嚴(yán)重的偏振相關(guān)性時(shí)。在圖6C中，來(lái)自光柵615b的兩個(gè)成不同角的光束627和628通過(guò)線性偏振器610前進(jìn)，從而成為具有固定的線性偏振的兩個(gè)光束，即光束629和630，然后以不同的入射角進(jìn)入波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件602。來(lái)自波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件602的過(guò)濾光束分別被光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器604和606接收，然后由信號(hào)處理單元620組合和處理，以便確定輻射的波長(zhǎng)相關(guān)特性。
圖6D表示按照本發(fā)明形成的用于確定來(lái)自輻射源(未示出)的輻射的波長(zhǎng)相關(guān)特性的輻射測(cè)量裝置的另一個(gè)實(shí)施例600d。在這個(gè)實(shí)施例中，除去線性偏振器610和波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件602的位置被交換之外，輻射測(cè)量裝置600d和圖6C的輻射測(cè)量裝置600c基本相同。因此，來(lái)自光柵615b的兩個(gè)成不同角的光束627和628首先以不同的入射角進(jìn)入波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件602，并且來(lái)自波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件602的過(guò)濾光束630和631進(jìn)入線性偏振器610而成為偏振光束。來(lái)自線性偏振器610的偏振光束分別被光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器604和606接收，然后由信號(hào)處理單元620組合和處理，以便確定輻射的波長(zhǎng)相關(guān)特性。這種結(jié)構(gòu)，其中線性偏振器610被置于波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件602之后，當(dāng)光柵615b和波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件602的操作具有嚴(yán)重的偏振相關(guān)性(或偏振靈敏度)時(shí)，或者當(dāng)輸入的輻射的偏振方向被固定(但是為一個(gè)未知的角度)時(shí)，適合于應(yīng)用。如果偏振器被定向?yàn)榛蛘咂叫杏诨蛘叽怪庇诠鈻诺牟?，則這種結(jié)構(gòu)也適合利用衍射效率依賴于偏振的光柵，即，當(dāng)光柵615b具有嚴(yán)重的偏振相關(guān)性時(shí)。在本發(fā)明的一些另外的實(shí)施例中，根據(jù)可以經(jīng)濟(jì)地得到的偏振器的質(zhì)量，例如，設(shè)置兩個(gè)線性偏振器可能是有利的，其中的一個(gè)設(shè)置在波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件602或光柵615b的前方，另一個(gè)設(shè)置在波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件602的后面。
圖6E表示按照本發(fā)明形成的用于確定來(lái)自輻射源(未示出)的輻射的波長(zhǎng)相關(guān)特性的輻射測(cè)量裝置的另一個(gè)實(shí)施例600e。在這個(gè)實(shí)施例中，除去由兩個(gè)成不同角的光束627和628共用的波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件602和線性偏振器610被兩組代替之外一組具有第一波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件602a和第一線性偏振器610a，另一組具有第二波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件602b和第二線性偏振器610b，輻射測(cè)量裝置600e和圖6D的輻射測(cè)量裝置600d基本相同。和以前一樣，來(lái)自光柵615b的兩個(gè)成不同角的光束627和628被其相應(yīng)的一組波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件和線性偏振器過(guò)濾和偏振，以便分別由光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器604和606接收。然后來(lái)自兩個(gè)檢測(cè)器604和606的信號(hào)由信號(hào)處理單元620組合和處理，以便確定輻射的波長(zhǎng)相關(guān)特性。
圖6F表示按照本發(fā)明形成的用于確定來(lái)自輻射源(未示出)的輻射的波長(zhǎng)相關(guān)特性的輻射測(cè)量裝置的另一個(gè)實(shí)施例600f。除去其包括一個(gè)附加的光柵用于產(chǎn)生4個(gè)要被測(cè)量和處理的單獨(dú)的光束之外，輻射測(cè)量裝置600f和圖6A的輻射測(cè)量裝置600a基本相同。這種結(jié)構(gòu)允許進(jìn)一步改善測(cè)量裝置的精度，如序列號(hào)為10/251449的美國(guó)專利申請(qǐng)所述，該專利申請(qǐng)被包括在此作為參考。
輻射測(cè)量裝置600f包括線性偏振器610，第一衍射光柵410，光學(xué)透明的底板420，第二衍射光柵430，波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件(例如濾光器結(jié)構(gòu))440和445，以及具有4個(gè)光檢測(cè)器450，451，452，453的光檢測(cè)器陣列。所有這些元件都被容納在殼體470內(nèi)。入射的輸入光束402被線性偏振器610偏振，然后被第一光柵410分成入射的零級(jí)光束412和入射的一級(jí)光束416。在通過(guò)透明底板420之后，入射的零級(jí)光束412被第二光柵430分裂，從而提供包括過(guò)濾光束432和成角度的過(guò)濾光束434的第一過(guò)濾光束對(duì)431。同樣，入射的一階光束416被第二光柵430分裂，從而提供包括過(guò)濾光束436和成角度的過(guò)濾光束438的第二過(guò)濾光束對(duì)435。在圖6F所示的示例的實(shí)施例中，衍射光柵410和430是被制造成相同的規(guī)范的炫耀光柵，除去一個(gè)被這樣倒置，使得炫耀角沿著可操作的方向產(chǎn)生4個(gè)輻射束432，434，436和438，大致如圖6F所示。在一個(gè)實(shí)施例中，衍射光柵410和430是炫耀光柵，用于產(chǎn)生零級(jí)和一階衍射光柵中效率相等的輻射束，同時(shí)抑制其它的階，如同這種衍射光柵領(lǐng)域中公知的那樣。應(yīng)當(dāng)理解，光柵的參數(shù)例如光柵間距在圖6F中未示出。4個(gè)輻射束432，434，436，438分別由4個(gè)光檢測(cè)器450，451，452，453接收，并且來(lái)自4個(gè)光檢測(cè)器的信號(hào)由信號(hào)處理單元620組合和處理，以便確定輻射的波長(zhǎng)相關(guān)特性。
可用于處理來(lái)自輻射測(cè)量裝置600f的信號(hào)，與/或來(lái)自這里包括的不同的其它的輻射測(cè)量裝置的實(shí)施例的信號(hào)的不同的信號(hào)處理方法和公式在所包括的序列號(hào)為10/251449的美國(guó)專利申請(qǐng)中披露了。
圖6G表示按照本發(fā)明形成的用于確定來(lái)自輻射源(未示出)的輻射的波長(zhǎng)相關(guān)特性的輻射測(cè)量裝置的另一個(gè)實(shí)施例600g。在這個(gè)實(shí)施例中，除去提供有波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件(例如濾光器)602用于以正交的入射角只接收和傳輸來(lái)自光柵615的偏振和透射光束616之外，輻射測(cè)量裝置600g和圖6A的輻射測(cè)量裝置600a基本相同。因?yàn)榫€性偏振器610確保在光柵615上入射的光束具有固定的偏振狀態(tài)，否則由于光柵615的偏振相關(guān)性而產(chǎn)生的任何測(cè)量誤差都將被減小或基本上消除。來(lái)自波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件602的偏振和過(guò)濾光束625被光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器604接收。在另一方面，偏振和成角度光束617前進(jìn)而不通過(guò)波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件602，以便由另一個(gè)光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器606接收。和以前一樣，來(lái)自兩個(gè)光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器604和606的信號(hào)然后由信號(hào)處理單元620組合和處理，以便確定輻射的波長(zhǎng)相關(guān)特性。在圖6G中，光檢測(cè)器606的方向被明確地示出了，以便強(qiáng)調(diào)一個(gè)示例的實(shí)施例，其中所有的各自的表面都以正交的入射角接收所有的各自的輸入光束。不過(guò)，應(yīng)當(dāng)理解，在這種結(jié)構(gòu)中，光柵615仍然是一種偏振敏感的表面，如前所述。因而，按照本發(fā)明使用偏振器610對(duì)于減小與/或消除輻射測(cè)量裝置600g中的不希望的偏振相關(guān)誤差仍然是有利的。
圖9A表示輻射測(cè)量裝置的另一個(gè)實(shí)施例900a，其包括分光器915，并且其是按照本發(fā)明構(gòu)成的，用于確定來(lái)自輻射源(未示出)的輻射的波長(zhǎng)相關(guān)特性(例如波長(zhǎng))。本實(shí)施例的輻射測(cè)量裝置900a包括和上面參照?qǐng)D2所述的具有分光器的現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)相似的結(jié)構(gòu)，除去按照本發(fā)明的原理對(duì)所述結(jié)構(gòu)增加了線性偏振器910之外。具體地說(shuō)，裝置900a包括被置于分光器915的前方的線性偏振器910，用于接收入射光束912，以便產(chǎn)生偏振束914，其具有相對(duì)于沿著輻射測(cè)量裝置900a的光路包括的各個(gè)表面的受控的偏振方向。在所示的實(shí)施例中，在分光器915上入射的偏振束914被分成零角入射的透射光束916和成角度光束917。透射光束916被波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件902過(guò)濾，從而產(chǎn)生過(guò)濾光束918，過(guò)濾光束918的功率被光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器904檢測(cè)。成角度光束917的功率被另一個(gè)光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器906檢測(cè)。和以前一樣，來(lái)自兩個(gè)光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器904和906的信號(hào)919和920由信號(hào)處理單元921組合和處理，以便確定輻射的波長(zhǎng)相關(guān)特性。這種結(jié)構(gòu)，其中線性偏振器910被置于分光器915的前方，是有利的，這是因?yàn)椋止馄?15的有角度的表面具有不可避免的偏振相關(guān)，即其對(duì)于入射束的不同的偏振狀態(tài)不同地分列入射束的功率。因?yàn)榫€性偏振器910確保入射到分光器915上的光束具有固定的偏振狀態(tài)，使得否則由于分光器915的偏振相關(guān)性而引起的任何測(cè)量誤差都被減小或者基本上被消除。如前所述，在這種結(jié)構(gòu)中，偏振器可被定向?yàn)槿魏畏奖愕姆较颍瑹o(wú)論如何，該裝置將對(duì)輸入的輻射的偏振波動(dòng)不敏感(即使由于一個(gè)方向而使輸入輻射的S和P偏振分量混和。)圖9B表示按照本發(fā)明構(gòu)成的包括分光器915b的輻射測(cè)量裝置的另一個(gè)實(shí)施例900b，用于確定來(lái)自輻射源(未示出)的輻射的波長(zhǎng)相關(guān)特性(例如波長(zhǎng))。本實(shí)施例的輻射測(cè)量裝置900b和圖9A的輻射測(cè)量裝置900a類似，除去用于把入射束分成零入射角的透射光束916和成角度光束917的分光器915由更普通的分光器915b代替之外。所述分光器915b按照任何可操作的一對(duì)相對(duì)角度把入射光束分成兩個(gè)光束930和932。第一光束930被波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件902(例如帶通濾光器)過(guò)濾，從而產(chǎn)生過(guò)濾光束934，過(guò)濾光束934的功率被光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器904檢測(cè)。第二光束932的功率被另一個(gè)光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器906檢測(cè)。和以前一樣，來(lái)自兩個(gè)光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器904和906的信號(hào)919和920由信號(hào)處理單元921組合和處理，以便確定輻射的波長(zhǎng)相關(guān)特性。
圖9C表示按照本發(fā)明構(gòu)成的用于確定來(lái)自輻射源(未示出)的輻射的波長(zhǎng)相關(guān)特性輻射測(cè)量裝置的另一個(gè)實(shí)施例900c。本實(shí)施例的輻射測(cè)量裝置900c和圖9B的輻射測(cè)量裝置900b類似，除去設(shè)置有兩個(gè)波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件902a，902b之外。所述兩個(gè)波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件分別接收偏振和分裂光束930和932，以便產(chǎn)生兩個(gè)過(guò)濾光束934和935。第一過(guò)濾光束934的功率被光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器904檢測(cè)，而第二過(guò)濾光束935的功率被光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器906檢測(cè)。和以前一樣，來(lái)自兩個(gè)光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器904和906的信號(hào)由信號(hào)處理單元921組合和處理，以便確定輻射的波長(zhǎng)相關(guān)特性。
雖然已經(jīng)說(shuō)明了本發(fā)明的不同的示例的實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解，偏振器、波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件(例如濾光器)、光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器以及在按照本發(fā)明的輻射測(cè)量裝置中使用的各種其它元件的數(shù)量和配置/布置可以根據(jù)每種應(yīng)用而改變。
此外，雖然上述的本發(fā)明的不同的實(shí)施例都涉及使用一個(gè)或幾個(gè)偏振器，以便減小在輻射測(cè)量裝置中的偏振相關(guān)誤差，但是偏振相關(guān)誤差也可以利用其它的方法來(lái)減小。例如，使用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的各種可以在市場(chǎng)上得到的光學(xué)元件或裝置，可以構(gòu)成一種結(jié)構(gòu)，用于在入射光束進(jìn)入輻射測(cè)量裝置之前對(duì)入射光束進(jìn)行去偏振，或者在獲得輻射測(cè)量裝置的各種測(cè)量信號(hào)時(shí)使用的(信號(hào)處理)信號(hào)綜合時(shí)間間隔期間連續(xù)地使光的偏振旋轉(zhuǎn)，借以有效地消除或避免裝置的任何的偏振相關(guān)性。作為另一個(gè)例子，入射光可被分成3個(gè)光束，以便形成一個(gè)附加的檢測(cè)器通道(例如第三檢測(cè)器通道)，在所述附加的檢測(cè)器通道中的光的偏振可以使用合適的偏振檢測(cè)器來(lái)測(cè)量。然后根據(jù)存儲(chǔ)在查看表中的或者按照預(yù)定的分析函數(shù)計(jì)算的預(yù)定的偏振相關(guān)校準(zhǔn)系數(shù)并根據(jù)在第三檢測(cè)器通道中檢測(cè)的偏振用數(shù)字方式補(bǔ)償任何偏振誤差。作為另一個(gè)例子，可以使用專門設(shè)計(jì)和制造的具有減小的P-S傳輸相關(guān)性(減小的偏振相關(guān)性或偏振，靈敏度)的濾光器作為波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件，與/或類似地，可以制造其它元件，借以消除或避免任何偏振相關(guān)性。
雖然參照多個(gè)上述的示例的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但是對(duì)于至少具有本領(lǐng)域普通技能的技術(shù)人員，顯然可以作出各種其它的替換、改型、改變、與/或基本等效物，不管現(xiàn)在是已知的還是未知的。因而，上面提出的本發(fā)明的示例的實(shí)施例旨在用于說(shuō)明而不是用于限制。不脫離本發(fā)明的范圍和構(gòu)思，可以作出各種改變。因此，所提出的以及可能被修改的權(quán)利要求旨在包括所有已知的或者后來(lái)研制的替代物、改型、改變、改進(jìn)與/或基本等效物。
權(quán)利要求
1.一種輻射測(cè)量裝置，用于確定來(lái)自輻射源的輻射的波長(zhǎng)相關(guān)的特性，所述輻射測(cè)量裝置包括沿著第一光路設(shè)置的第一波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件；沿著所述第一光路設(shè)置的在所述波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件后面的用于接收沿著所述第一光路傳輸?shù)妮椛涞牡谝还鈱W(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器；以及沿著所述第一光路設(shè)置的在所述第一光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器之前的第一線性偏振器，其中沿著所述第一光路傳輸?shù)妮椛湓诒凰龅谝还鈱W(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器接收之前入射到至少一個(gè)沿著所述第一光路設(shè)置的偏振敏感的表面上，以及所述第一線性偏振器被這樣設(shè)置，使得由所述第一光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器接收的輻射已經(jīng)由所述第一線性偏振器線性偏振。
2.如權(quán)利要求1所述的輻射測(cè)量裝置，其中所述波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件包括帶通濾光器。
3.如權(quán)利要求1所述的輻射測(cè)量裝置，其中所述至少一個(gè)偏振敏感的表面包括波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件的一個(gè)表面。
4.如權(quán)利要求1所述的輻射測(cè)量裝置，還包括沿著所述第一光路位于所述第一波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件之前的第一束分割元件；以及沿著第二光路被設(shè)置在所述束分割元件之后用于接收沿著所述第二光路傳輸?shù)妮椛涞牡诙鈱W(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器，其中第一束分割元件接收來(lái)自輻射源的輻射，并沿著第一光路傳輸所述輻射的第一部分，沿著所述第二光路傳輸所述輻射的第二部分。
5.如權(quán)利要求4所述的輻射測(cè)量裝置，其中第一束分割元件從由第一光柵和部分透射、部分反射的第一分光器構(gòu)成的組中選擇。
6.如權(quán)利要求4所述的輻射測(cè)量裝置，其中至少一個(gè)偏振敏感的表面包括所述第一束分割元件的一個(gè)表面。
7.如權(quán)利要求4所述的輻射測(cè)量裝置，其中由第一光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器接收的輻射被所述第一波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件過(guò)濾，并且所述輻射測(cè)量裝置分別提供來(lái)自所述第一和第二光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器的第一和第二信號(hào)，其中基于至少所述第一和第二信號(hào)的信號(hào)比可用于確定來(lái)自所述輻射源的輻射的波長(zhǎng)相關(guān)特性，并且所述信號(hào)比對(duì)于來(lái)自所述輻射源的輻射的偏振方向的變化是不敏感的。
8.如權(quán)利要求7所述的輻射測(cè)量裝置，還包括信號(hào)處理電路，其接收分別來(lái)自第一和第二光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器的第一和第二信號(hào)，并根據(jù)所述第一和第二信號(hào)確定信號(hào)比，其中所述信號(hào)比指示來(lái)自所述輻射源的輻射的輻射波長(zhǎng)和輻射頻率中的至少一個(gè)。
9.如權(quán)利要求4所述的輻射測(cè)量裝置，還包括沿著所述第二光路設(shè)置在所述第一束分割元件之后、所述第二光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器之前的第二波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件。
10.如權(quán)利要求9所述的輻射測(cè)量裝置，其中所述第一和第二波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件包括單獨(dú)一個(gè)波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件的第一和第二部分，并且所述至少一個(gè)偏振敏感的表面包括所述單獨(dú)一個(gè)波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件的一個(gè)表面。
11.如權(quán)利要求10所述的輻射測(cè)量裝置，其被這樣構(gòu)成，使得沿著所述第二光路傳輸?shù)妮椛涞牡诙糠忠哉坏娜肷浣侨肷涞剿鰡为?dú)一個(gè)波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件的該表面上。
12.如權(quán)利要求10所述的輻射測(cè)量裝置，其中沿著所述第二光路傳輸?shù)妮椛涞牡诙糠忠院脱刂谝还饴穫鬏數(shù)妮椛涞牡谝徊糠值姆钦坏娜肷浣遣煌囊粋€(gè)非正交的入射角入射到所述單獨(dú)一個(gè)波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件的該表面上。
13.如權(quán)利要求10所述的輻射測(cè)量裝置，其中所述第一束分割元件包括部分透射和部分反射的分光器，并且所述第一線性偏振器是位于所述分光器和所述單獨(dú)一個(gè)波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件之間；它被這樣定向，使得其偏振是P1)垂直于、以及P2)平行于一個(gè)平面之一，所述平面平行于沿著所述第一光路傳輸?shù)妮椛涞姆较虿⑵叫杏诤退龇止馄鞯氖指畋砻嬲坏姆较?；并且被這樣設(shè)置，使得被所述第一和第二光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器接收的輻射已被所述第一線性偏振器線性偏振。
14.如權(quán)利要求10所述的輻射測(cè)量裝置，其中所述第一束分割元件包括具有槽的光柵，并且所述第一線性偏振器是位于所述光柵和所述單獨(dú)一個(gè)波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件之間；它被這樣定向，使得其偏振是P1)垂直于、以及P2)平行于所述光柵的槽之一；并且被這樣設(shè)置，使得被第一和第二光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器接收的輻射已被所述第一線性偏振器線性偏振。
15.如權(quán)利要求10所述的輻射測(cè)量裝置，其中所述第一線性偏振器被置于所述單獨(dú)一個(gè)波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件之后，并被這樣定向，使得其偏振是P1)垂直于，以及P2)平行于一個(gè)平面之一，所述平面平行于沿著所述第一光路傳輸?shù)妮椛涞姆较虿⑵叫杏诤退龅谝皇指钤氖指畋砻嬲坏姆较颍⒈贿@樣設(shè)置，使得被所述第一和第二光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器接收的輻射已被所述第一線性偏振器線性偏振。
16.如權(quán)利要求9所述的輻射測(cè)量裝置，還包括第二束分割元件；第三束分割元件；沿著第三光路設(shè)置在所述第一波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件之后用于接收沿著第三光路傳輸?shù)妮椛涞牡谌鈱W(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器；以及沿著第四光路設(shè)置在所述第二波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件之后用于接收沿著第四光路傳輸?shù)妮椛涞牡谒墓鈱W(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器；其中所述第二束分割元件沿著所述第一光路設(shè)置在所述第一束分割元件之后、所述第一波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件之前；所述第二束分割元件接收來(lái)自所述第一束分割元件的沿著所述第一光路傳輸?shù)妮椛涞牡谝徊糠?，并向所述第一波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件傳輸沿著第一光路的所述輻射的第一光路子部分、沿著第三光路的所述輻射的第三光路子部分，所述第一波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件向所述第一和第三光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器分別傳輸沿著第一和第三光路的輻射的第一光路子部分和所述輻射的第三光路子部分；以及所述第三束分割元件接收來(lái)自所述第一束分割元件的沿著所述第二光路傳輸?shù)妮椛涞牡诙糠?，并向所述第二波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件傳輸沿著第二光路的所述輻射的第二光路子部分、沿著第四光路的所述輻射的第四光路子部分，所述第二波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件向所述第二和第四光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器分別傳輸沿著第二和第四光路的輻射的第二光路子部分和所述輻射的第四光路子部分。
17.如權(quán)利要求16所述的輻射測(cè)量裝置，其中所述第二和第三束分割元件包括和所述第一束分割元件不同的單獨(dú)一個(gè)束分割元件的第一和第二部分，并且第一線性偏振器位于所述第一束分割元件之前。
18.如權(quán)利要求9所述的輻射測(cè)量裝置，還包括第二線性偏振器，其中所述第一束分割元件包括部分透射和部分反射的分光器，并且所述第一和第二線性偏振器被相類似地定向，使得它們的偏振方向是P1)垂直于、P2)平行于一個(gè)平面之一，所述平面平行于在所述分光器來(lái)自輻射源的輻射的方向，并平行于和所述分光器的束分割表面正交的方向，并且所述第二線性偏振器被這樣設(shè)置，使得被所述第二光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器接收的輻射已被所述第二線性偏振器線性偏振。
19.如權(quán)利要求9所述的輻射測(cè)量裝置，還包括第二線性偏振器，其中所述第一束分割元件包括具有槽的光柵，并且所述第一和第二線性偏振器被相類似地定向，使得它們的偏振方向是P1)垂直于、P2)平行于所述光柵的槽之一，并且所述第二線性偏振器被這樣設(shè)置，使得被所述第二光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器接收的輻射已被所述第二線性偏振器線性偏振。
20.如權(quán)利要求4所述的輻射測(cè)量裝置，其中所述第一線性偏振器位于所述第一束分割元件之前。
21.一種用于確定來(lái)自輻射源的輻射的波長(zhǎng)相關(guān)特性的方法，包括(a)從所述輻射源輸入輻射，并沿著第一光路傳輸所述輸入的輻射的第一束，所述第一光路包括至少一個(gè)光學(xué)元件的至少一個(gè)表面，該至少一個(gè)光學(xué)元件被這樣設(shè)置，使得所述第一束以非正交的入射角入射到所述至少一個(gè)表面上；(b)沿著所述第一光路利用波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件接收所述第一束并沿著所述第一光路輸出第一過(guò)濾束；(c)利用沿著所述第一光路設(shè)置的第一光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器接收由所述波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件輸出的第一過(guò)濾束；(d)從所述第一光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器輸出第一檢測(cè)信號(hào)；以及(e)利用穩(wěn)定的偏振方向在沿著所述第一光路的一個(gè)點(diǎn)線性偏振沿著所述第一光路傳輸?shù)妮椛?，所述點(diǎn)在下列至少之一之前(1)第一光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器，和(2)波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，還包括(f)分割來(lái)自所述輻射源的輸入輻射，從而沿著第一光路提供輸入輻射的第一束和沿著第二光路提供輸入輻射的第二束；(g)利用所述波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件接收沿著所述第二光路的第二束并沿著所述第二光路輸出第二過(guò)濾束；(h)利用沿著所述第二光路設(shè)置的第二光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器接收由所述波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件輸出的第二過(guò)濾束；(i)利用穩(wěn)定的偏振方向在沿著所述第二光路的一個(gè)點(diǎn)線性偏振沿著所述第二光路傳輸?shù)妮椛?，所述點(diǎn)在下列至少之一之前(2)波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件，以及(3)第二光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器；以及(j)從所述第二光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器輸出第二檢測(cè)信號(hào)；以及接收和處理所述第一和第二檢測(cè)信號(hào)，以便根據(jù)至少所述第一和第二檢測(cè)信號(hào)確定至少一個(gè)信號(hào)比，其中所述信號(hào)比指示來(lái)自所述輻射源的輻射的輻射波長(zhǎng)和輻射頻率中的至少一個(gè)，并且所述信號(hào)比對(duì)于來(lái)自輻射源的輻射的偏振方向的改變不敏感。
全文摘要
提供一種輻射測(cè)量裝置，用于確定來(lái)自輻射源的輻射的波長(zhǎng)相關(guān)的特性。所述輻射測(cè)量裝置包括波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件(例如帶通濾光器)，以及光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器(例如光檢測(cè)器)。至少一個(gè)光束入射到沿著所述裝置的光路設(shè)置的偏振敏感的反射與/或透射表面上，被所述波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)元件透射，并被沿著所述光路的光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器接收。所述輻射測(cè)量裝置還包括沿著所述光路在所述光學(xué)功率測(cè)量檢測(cè)器之前設(shè)置的線性偏振器。在操作時(shí)，所述線性偏振器確保由所述偏振敏感的反射與/或透射表面接收的光束具有基本上固定的偏振狀態(tài)，而和原始的入射光束的偏振狀態(tài)無(wú)關(guān)，借以減少或消除在所述輻射測(cè)量裝置中的不受控制的偏振相關(guān)誤差。
文檔編號(hào)G01J9/00GK1715842SQ20051006005
公開(kāi)日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2005年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月31日
發(fā)明者馬克·費(fèi)爾德曼 申請(qǐng)人:株式會(huì)社米姿托約