CN101329162A - 差分相位解调干涉系统 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种差分相位解调干涉系统，一种差分相位解调干涉系统，包含一用以产生参考及信号光束的极化外差干涉仪、一差分放大器、一资料取得单元，及一计算单元。参考及信号光束各包括相互垂直的第一及第二线性极化波，在参考及信号光束之间具有相同的载波，信号光束被指向样品，且内含有样品的量测资讯。极化外差干涉仪产生相应于第一、第二线性极化波的第一、第二光学外差干涉电子信号输出，差分放大器接收它们并产生一差分信号输出。资料取得单元接收前述信号输出并同时量测其振幅。计算单元则用以计算被资料取得单元量测到的振幅，并依照样品的量测资讯测定至少一参数。本发明能满足振幅调整的需求，且具有快速反应及相位差侦测灵敏度的可行性并可被安装在广而多样的应用上。

Description

差分相位解调干涉系统

技术领域

本发明涉及一种使用差分相位解码的干涉系统，特别是涉及一种适用于需要快速及高侦测灵敏度的应用的差分相位解调干涉系统。

背景技术

美国7,006,562B2号专利揭露一种用以量测一相位调制测试信号与一相位调制参考信号之间的差分相位的相位解调器，该相位调制参考信号具有固定的载波频率。该相位解调器包括一用以调整测试以及参考信号的振幅的振幅控制装置。一差分放大器自该振幅控制装置接收振幅调整过的测试及参考信号、获得一该振幅调整过的测试及参考信号之间的强度差，并放大强度差以产生一振幅调制输出信号。一振幅解调器解调该振幅调制输出信号，以获得一与相位差相关的输出信号。

上述专利还进一步揭露一用以与一极化光学干涉仪共同使用的相位差侦测器，极化光学干涉仪产生二相互垂直的极化光学外差干涉信号。该等光学外差干涉信号具有相等的强度及载波频率，该等信号是一频率、时间，及一该二相互垂直的极化光学外差干涉信号之间相位差的函数。该相位差侦测器包含一接收电子信号的差分放大器，其获得二相互垂直极化光学外差干涉信号间的强度差，并放大强度差以产生一振幅调制输出信号，该输出

信号的振幅是两外差干涉信号间相位差的函数。该相位差侦测器还包含一信号处理装置，该装置包括一用以解调该振幅调制输出信号的振幅以获得一与相位差相关输出的振幅解调器。

上述专利中，该与相位差相关的输出信号，可由于经该振幅控制装置对该测试及参考信号做振幅调整。然而，由该振幅控制装置对振幅调整的需求，限制了前述美国专利中相位解调器及相位差侦测器的应用潜力。

由此可见，上述现有的用以量测一相位调制测试信号与一相位调制参考信号之间的差分相位的相位解调器在产品与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的产品能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的差分相位解调干涉系统，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

有鉴于上述现有的用以量测一相位调制测试信号与一相位调制参考信号之间的差分相位的相位解调器存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的差分相位解调干涉系统，能够改进一般现有的用以量测一相位调制测试信号与一相位调制参考信号之间的差分相位的相位解调器，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的用以量测一相位调制测试信号与一相位调制参考信号之间的差分相位的相位解调器存在的缺陷，而提供一种新的差分相位解调干涉系统，所要解决的技术问题是提供一种使用差分相位解码且适于高反应速度及高侦测灵敏度的差分相位干涉系统。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。为达到上述目的，依据本发明的差分相位解调干涉系统，用以量测一样品，其中包含：一极化外差干涉仪，用以产生一沿一参考路线前进的参考光束，及一沿一信号路线前进的信号光束，该参考光束包括二相互垂直的第一及第二线性极化波，该信号光束包括二相互垂直的第一及第二线性极化波，在该参考及信号光束之间具有一载波，该信号光束被指向该样品，且内含有该样品的量测资讯，该极化外差干涉仪还进一步产生一相应于该参考及信号光束的第一线性极化波的第一光学外差干涉电子信号输出，及一相应于该参考及信号光束的第二线性极化波的第二光学外差干涉电子信号输出；一差分放大器，接收来自该极化外差干涉仪的该第一及第二光学外差干涉电子信号输出，该差分放大器并产生一差分信号输出；一资料取得单元，接收来自该极化外差干涉仪的该第一及第二光学外差干涉电子信号输出与来自该差分放大器的该差分信号输出，该资料取得单元并同时量测该第一与第二光学外差干涉电子信号输出及差分信号输出的振幅；及一计算单元，用以计算被该资料取得单元量测到的振幅，依照该样品的量测资讯测定至少一参数。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术措施来实现的

前述的差分相位解调干涉系统，其中所述资料取得单元使用轮廓侦查技术以量测该等第一及第二光学外差干涉电子信号输出以及该差分信号输出的振幅。

前述的差分相位解调干涉系统，其中所述计算单元决定该样品的一椭圆参数。

前述的差分相位解调干涉系统，其中所述极化外差干涉仪包括：一同调光源，用以提供极化光；一第一光束分光器，用以将来自该同调光源的该极化光分离为该参考光束及该信号光束；一第一频率调变器与一第二频率调变器，分别用以处理该参考光束与该信号光束，如此的参考光束与信号光束之间有相同的载波频率；一第一极化器与一第二极化器，分别用以处理该参考光束与该信号光束，如此的参考光束具有相互垂直的第一及第二线性极化波，如此的信号光束也具有相互垂直的第一及第二线性极化波；一第二光束分光器，用以在该信号光束通过该样品后，结合该参考光束与信号光束；一极化光束分光器，用以分离一来自所述第二光束分光器的输出光束，成为相互垂直的经线性极化的第一光学信号与第二光学信号，该第一光学信号相当于该信号光束与参考光束的第一线性极化波，该第二光学信号相当于该信号光束与参考光束的第二线性极化波；及一第一光侦测器与一第二光侦测器，用以分别侦测该第一光学信号与第二光学信号，以便分别产生该第一光学外差干涉电子信号输出与该第二光学外差干涉电子信号输出。

前述的差分相位解调干涉系统，其中所述极化外差干涉仪更包括一第一带通滤波器与一第二带通滤波器，分别处理该第一光学外差干涉电子信号输出与第二光学外差干涉电子信号输出，且具有一该第一与第二光学外差干涉电子信号输出的载波频率的中心频率。

前述的差分相位解调干涉系统，其中该极化外差干涉仪更包括一被设在所述第二极化器以及该样品之间的补偿器，该补偿器用以对固定相位偏移提供补偿。

前述的差分相位解调干涉系统，其中所述计算单元决定该样品的一表面轮廓。

前述的差分相位解调干涉系统，其中所述极化外差干涉仪包括：一光源模组，用以产生一圆形极化输出光束；一光束分光器，用以分离该圆形极化输出光束成为该参考光束及该信号光束；一相位调制面镜单元，将参考光束调制为一预先设定的频率偏移且反射该参考光束；一镜面；一第一极化光束分光器，用以分离该信号光束成为该第一及第二线性极化波，该信号光束的第一及第二线性极化波的其中之一被所述镜面反射，该信号光束的第一及第二线性极化波的其中另一被该样品反射，或将信号光束的第一及第二线性极化波同时经由物镜聚焦到样品平面并反射；所述光束分光器结合「该被所述相位调制面镜单元反射的参考光束」与「该被所述镜面及该样品反射的信号光束的第一与第二线性极化波」；一第二极化光束分光器，用以分离来自所述光束分光器的一输出光束成为相互垂直的线性极化第一及第二光学信号，该第一光学信号相当于该信号及参考光束的第一线性极化波，该第二光学信号相当于该信号及参考光束的第二线性极化波；一第一光侦测器，用以侦测该第一光学信号，以便产生该第一光学外差干涉电子信号输出；及一第二光侦测器，用以侦测该第二光学信号，以便产生该第二光学外差干涉电子信号输出。

前述的差分相位解调干涉系统，其中所述极化外差干涉仪还进一步包括一用以聚焦该信号光束的第一及第二线性极化波的其中另一到该样品上的物镜。

前述的差分相位解调干涉系统，其中所述光源模组包括一宽频辐射发光激光二极体。

前述的差分相位解调干涉系统，其中所述极化外差干涉仪包括：一用以产生一圆形极化输出光束的光源模组；一用以分离该圆形极化输出光束成为该参考光束及该信号光束的光束分光器；一相位调制面镜单元，被调制为一预先设定的频率偏移并反射该参考光束；一扫描镜；一第一极化光束分光器，用以分离该信号光束成为该第一与第二线性极化波，在该信号光束的第一与第二线性极化波的其中之一是被所述扫描镜反射，且该信号光束的第一与第二线性极化波的其中另一是被该样品反射，或将该信号光束的第一及第二线性极化波同时经由物镜聚焦到样品平面并反射；所述光束分光器结合「该被相位调制面镜单元反射的参考光束」与「该被所述扫描镜及该样品反射的信号光束的第一与第二线性极化波」；一第二极化光束分光器，用以分离来自所述光束分光器的一输出光束成为相互垂直的线性极化第一及第二光学信号，该第一光学信号相当于该信号及参考光束的第一线性极化波，该第二光学信号相当于该信号及参考光束的第二线性极化波；及一第一光侦测器，用以侦测该第一光学信号，以便产生该第一光学外差干涉电子信号输出；及一第二光侦测器，用以侦测该第二光学信号，以便产生该第二光学外差干涉电子信号输出。

前述的差分相位解调干涉系统，其中所述极化外差干涉仪还进一步包括一该信号光束的第一及第二线性极化波其中另一通过的物镜，以聚焦到达该样品平面上并反射。

前述的差分相位解调干涉系统，其中所述光源模组包括一宽频谱辐射发光激光二极体与一宽频谱扫频激光光源其中之一。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。为达到上述目的，依据本发明的差分相位解码器，用以量测一第一信号i₁(t)＝χ₁cos(ωt+φ₁)与一第二信号I₂(t)＝χ₂cos(ωt+φ₂)之间的一相位差，并包含：一差分放大器，接收该第一及第二信号并从中产生一差分信号输出ΔI(t)＝I₁(t)-I₂(t)；一资料取得单元，从所述差分放大器接收该第一及第二信号及该差分信号输出，并同时量测该第一及第二信号及该差分信号输出的振幅；及一计算单元，用以计算被所述资料取得单元量测到的振幅，并决定该第一及第二信号之间的相位差Δφ，该相位差Δφ可经由 $\mathrm{\Δ}\mathrm{\φ}={\mathrm{\φ}}_1-{\mathrm{\φ}}_2={\cos }^{-1}\{{\left|I_1\right|}^2+{\left|I_2\right|}^2-{\left|\mathrm{\ΔI}\right|}^2/2|I_1\left|\right|I_2\left|\right\},$ 计算公式得到当中的 $\left|I_1\right|={\mathrm{\χ}}_1,\left|I_2\right|={\mathrm{\χ}}_2,\left|\mathrm{\ΔI}\right|=\sqrt{{\mathrm{\χ}}_1^2+{\mathrm{\χ}}_2^2-2{\mathrm{\χ}}_1{\mathrm{\χ}}_2\cos ({\mathrm{\φ}}_1-{\mathrm{\φ}}_2)}.$

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，提供一用以量测一样品(specimen)的差分相位解调干涉系统。该差分相位解调干涉系统包含：

一用以产生一沿一参考路线(channel)前进的参考光束，及一沿一信号路线前进的信号光束的极化外差干涉仪，该参考光束包括二相互垂直的第一及第二线性极化波，该信号光束包括二相互垂直的第一及第二线性极化波，在该参考及信号光束之间具有相同的载波，该信号光束被指向该样品，且内含有该样品的量测资讯，该极化外差干涉仪还进一步产生一相应于该参考及信号光束中的第一线性极化波的第一光学外差干涉电子信号输出，及一相应于该参考及信号光束的第二线性极化波的第二光学外差干涉电子信号输出。

一接收来自该极化外差干涉仪的该第一及第二光学外差干涉电子信号输出的差分放大器，该差分放大器并产生一差分信号输出。

一接收来自该极化外差干涉仪的该第一及第二光学外差干涉电子信号输出与来自该差分放大器的该差分信号输出的资料取得单元(dataacquisition unit)，该资料取得单元并同时量测该第一与第二光学外差干涉电子信号输出及差分信号输出的振幅。

一用以计算被该资料取得单元量测到的振幅的计算单元，依照该样品的量测资讯测定至少一参数。

本发明差分相位解调干涉系统至少具有下列优点及有益效果：

本发明的差分相位解调干涉系统确实满足了测试及参考信号的振幅调整的需求。因此，高反应速度及高侦测灵敏度的差分相位量测是可行的，且本发明的差分相位解调干涉系统可被安装在广而多样的应用上。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明差分相位解调干涉系统的第一较佳实施例的方框图；

图2是一本发明差分相位解调干涉系统的第二较佳实施例的方框图；

图3是一本发明差分相位解调干涉系统的第三较佳实施例的方框图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的差分相位解调干涉系统其具体实施方式，详细说明如后。

参阅图1，本发明差分干涉系统的第一较佳实施例，适用于量测一样品10的光学特征，例如一平行排列液晶器件(parallel-aligned liquidcrystal device，PALCD)。在本实施例，该干涉系统包括一极化外差干涉仪1、一差分放大器19、一资料取得单元30，及一计算单元40，例如一个人电脑。该极化外差干涉仪1包括一同调光源(coherent light source)20、一第一光束分光器(first beam splitter)111、一第二光束分光器(second beam splitter)112、一第一频率调变器(first frequencymodulators)121、一第二频率调变器(second frequency modulators)122、一第一镜(first mirror)131、一第二镜(second mirror)132、一第一偏光器(first polarizer)141、一第二偏光器(second polarizer)142、一补偿器(compensator)15、一极化光束分光器(polarization beamsplitter)16、一第一光侦测器(first photo detector)171、一第二光侦测器(second photo detector)172，及一第一带通滤波器(first bandpassfilter)181与一第二带通滤波器(second bandpass filter)182。

操作过程中，从该同调光源20发出的极化光是被该第一光束分光器111分离为一参考光束L1及一信号光束L2，参考光束L1沿一参考路线前进，信号光束L2沿一信号路线前进。该同调光源20是例如一信号频率经线性极化输出频率稳定处理的氦-氖激光。该参考光束L1及信号光束L2是分别被该第一频率调变器121、第二频率调变器122处理。在本实施例，第一及第二频率调变器121、122分别是一声光调制装置(acousto-optic modulator，AOM)。该第一及第二频率调变器121、122被驱动而使参考光束L1的频率被调整为ω1，信号光束L2的频率被调整为ω2。换句话说，该参考光束L1与信号光束L2之间的一载波频率Δω是在利用第一及第二频率调变器121、122对参考光束L1与信号光束L2处理后所形成。值得注意的是，在本发明其他实施例当中，一电光调制装置(electro-optic modulator，EOM)可以取代该声光调制装置而被当作频率调变器使用。

该参考光束L1还进一步藉由第一镜131被导向该第一偏光器141。另一方面，该信号光束L2还进一步藉由第二镜132被导向该第二偏光器142。藉由该第一、第二偏光器141、142其在干涉仪中被调整与X轴夹45度角的极化方向，在Ap1＝As1且Ap2＝As2的条件下，相互垂直的线性极化第一及第二波-P1、S1在该参考路线中被产生，且相互垂直的线性极化第一及第二波-P2、S2在该信号路线中被产生。前述Ap1、As1、Ap2及As2分别是P1、S1、P2及S2的振幅。该参考光束的P1波与S1波被导向第二光束分光器112。该信号光束的P2波与S2波则是在通过补偿器15及样品10之后抵达该第二光束分光器112，并与参考光束的P1波及S1波结合。该第二输出分光器112的输出被极化光束分光器16接收，且被分为相互垂直的经线性极化的第一光学信号(也就是P波，P1+P2)与第二光学信号(也就是S波，S1+S2)。该补偿器15被用于对该极化外差干涉仪的光学构件所造成的固定相位偏移提供补偿。该P波与S波光学信号个别地被该第一光侦测器171与第二光侦测器172侦测到，转换成对应的第一光学外差电子信号输出与第二光学外差电子信号输出信号，其转换方程式如下：

I_P(Δωt)＝A_p1 ²+A_p2 ²+2A_p1A_p2cos(Δωt+Δφ_P)，

(1)

I_S(Δωt)＝A_s1 ²+A_s2 ²+2A_s1A_s2cos(Δωt+Δφ_S)，

(2)

其中，Δφ_P是P1波与P2波之间的相位延迟，Δφ_S则是S1波与S2波之间的相位延迟。

来自该第一与第二光侦测器171、172光学外差干涉电子信号输出是分别传至该第一带通滤波器181与第二带通滤波器182。该第一带通滤波器181与第二带通滤波器182的中心频率是Δω＝ω1-ω2，这也就是该第一与第二光学外差干涉电子信号输出的载波频率。则前述方程式(1)及(2)改变为：

I_P(Δωt)＝2A_p1A_p2cos(Δωt+Δφ_P)，(3)

I_S(Δωt)＝2A_s1A_s2cos(Δωt+Δφ_S)，(4)

藉由在方程式(3)、(4)设定α＝Δωt+(Δφ_S+Δφ_P)/2、β＝(Δφ_S-Δφ_P)/2、κ_P＝2A_p1A_p2，及κ_S＝2A_s1A_s2，则得到：

I_P(Δωt)＝κ_Pcos(α-β)，

(5)

I_S(Δωt)＝κ_Scos(α+β)，

(6)

该差分放大器19接收该等经过滤波的第一及第二光学外差干涉电子信号输出，且其产生的差分输出信号I_diff(Δωt)可被表示为：

$I_{\mathrm{diff}}\left(\mathrm{\Δ\ωt}\right)=I_S\left(\mathrm{\Δ\ωt}\right)-I_P\left(\mathrm{\Δ\ωt}\right)$

$=({\mathrm{\κ}}_S-{\mathrm{\κ}}_P)\cos \mathrm{\α}\cos \mathrm{\β}-({\mathrm{\κ}}_S+{\mathrm{\κ}}_P)\sin \mathrm{\α}\sin \mathrm{\β}$

$={\cos \mathrm{\γ}}^{\′}\cos \mathrm{\α}-\sin {\mathrm{\γ}}^{\′}\sin \mathrm{\α}$

$={\mathrm{\κ}}_{\mathrm{diff}}\cos (\mathrm{\α}+{\mathrm{\γ}}^{\′\′}),---\left(7\right)$

当中的 ${\mathrm{\κ}}_{\mathrm{diff}}=\sqrt{{{\mathrm{\κ}}_S}^2+{{\mathrm{\κ}}_P}^2-2{\mathrm{\κ}}_S{\mathrm{\κ}}_P\cos (\mathrm{\Δ}{\mathrm{\φ}}_S-{\mathrm{\Δ\φ}}_P)},$ 且γ″是一与κ_P及κ_S相关的相位角。κ_diff是I_diff(Δωt)的振幅，该I_diff(Δωt)是属于一种振幅经调制的信号，且其载波频率等于Δω。

该资料取得单元30使用轮廓侦查技术(envelope detectiontechniques)以量测该等经过滤波的第一及第二光学外差干涉电子信号输出的振幅，以及来自该差分放大器的差分信号输出的振幅。在本实施例，该资料取得单元30包括三个独立的振幅解调器，例如数位电压计(DigitalVoltmeter，DVM)(图未示)，用以纪录该等在同一时间的经过滤波的第一与第二光学外差干涉电子信号输出以及差分信号输出的振幅。该计算单元40依据下列方程式(8)及(9)计算该等被资料取得单元30量取到的信号的振幅，以决定该S2波与P2波之间的相位差，δ＝Δφ_S-Δφ_P＝φ_P2-φ_S2，以及依据κ_P、κ_S，及κ_diff即时(real-time)决定的Ψ＝tan^-1(A′_P2/A′_S2)。因此可表示成：

δ＝cos^-1[(κ_S ²+κ_P ²-κ_diff ²)/2κ_Sκ_P]

(8)

Ψ＝tan^-1(κ_P/κ_S)

                (9)

因此，该样品10的椭圆参数，δ及Ψ，可使用该差分相位解调干涉系统的较佳实施利精确地依据κ_P、κ_S，及κ_diff即时地被量测。

该差分放大器19、资料取得单元30及计算单元40相配合以形成一适用于量测一第一信号I₁(t)＝χ₁cos(ωt+φ₁)与一第二信号I₂(t)＝χ₂cos(ωt+φ₂)之间相位差的差分相位解码器(decoder)，其中(χ1、χ2)为I1(t)、I2(t)的振幅，(φ1、φ2)为I1(t)、I2(t)的相位，ω为载波频率。特别地，该差分放大器19接收该第一与第二信号，并产生一差分信号输出：

$\mathrm{\ΔI}\left(t\right)=I_1\left(t\right)-I_2\left(t\right)=\sqrt{{{\mathrm{\χ}}_1}^2+{{\mathrm{\χ}}_2}^2-2{\mathrm{\χ}}_1{\mathrm{\χ}}_2\cos ({\mathrm{\φ}}_1-{\mathrm{\φ}}_2)}\cos (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\Γ})$

其中，Γ是一相位角。该资料取得单元30接收该第一及第二信号，及来自差分放大器19的差分信号输出，并同时量测该第一及第二信号与差分信号输出的振幅。该计算单元40计算被资料取得单元30量测到的振幅，并决定该第一与第二信号之间的相位差Δφ，该相位差 $\mathrm{\Δ\φ}={\mathrm{\φ}}_1-{\mathrm{\φ}}_2={\cos }^{-1}\{{\left|I_1\right|}^2+{\left|I_2\right|}^2-{\left|\mathrm{\ΔI}\right|}^2/2|I_1\left|\right|I_2\left|\right\}$ 且与前述方程式(8)相符合，其中， $\left|I_1\right|={\mathrm{\χ}}_1,\left|I_2\right|={\mathrm{\χ}}_2,\left|\mathrm{\ΔI}\right|=\sqrt{{\mathrm{\χ}}_1^2+{\mathrm{\χ}}_2^2-2{\mathrm{\χ}}_1{\mathrm{\χ}}_2\cos ({\mathrm{\φ}}_1-{\mathrm{\φ}}_2)}.$

参阅图2，本发明差分相位解调干涉系统的第二较佳实施例适用于与一低同调激光光源(low coherence laser source)共同使用，且用以量测局部(localized)的表面轮廓。在本实施例，该干涉系统包括一极化外差干涉仪、一差分放大器、一资料取得单元31，及一例如为一个人电脑的计算单元41。该极化外差干涉仪包括一光源模组21、一光束分光器23、一例如为一压电支持面镜(piezoelectric-supported mirror，PZT)的相位调制面镜单元24、一镜面25、一物镜22、一第一极化光束分光器261、一第二极化光束分光器262、一第一光侦测器271，及一第二光侦测器272。

在本实施例，该光源模组21包括一宽频谱(broadband)的超辐射发光二极管(super luminescent diode，SLD)210，该超辐射发光二极管210被当作一发射椭圆极化光束(elliptically polarized beam)的低同调光源。该椭圆极化光束接续地通过一半波板(half-wave plate，HWP)211、一极化光束分光器(polarization beam splitter，PBS)212，及一用以导致产生一圆形极化输出光束的四分之一波板(quarter-wave plate，QWP)213。该圆形极化输出光束可藉由锺斯向量(Jones vector)描述为：

$E=E_0\left(\begin{array}{c}1\\ \±i\end{array}\right),$

            (101)

其中，E₀＝A₀(k)exp[i(ωt)]，且A₀(k)代表该电场的振幅，该电场k＝2π/λ，λ是该激光光源的波长。

在方程式(101)，该电场可被分解为一水平极化分量(E_P＝E₀[1，0]^T)及一垂直极化分量(E_S＝E₀[0，±i]^T)，其中上标的T表示转置(transpose)。若该激光光束是经右旋圆形极化者，在被光束分光器23分光成二相同振幅的激光光束后，沿一参考路线前进的参考光束以及沿一信号路线前进的信号光束会分别是：

$E_1=\frac{1}{\sqrt{2}}{E}_0\left(\begin{array}{c}1\\ i\end{array}\right),$

(102)

$E_2=\frac{1}{\sqrt{2}}{E}_0\left(\begin{array}{c}1\\ i\end{array}\right),$

(103)

在该参考路线，该压电支持面镜24被调制为一预先设定的频率，藉此使该激光光束产生多普勒频率位移(Doppler frequency shift)，且被该压电支持面镜24反射的参考光束被该第二极化光束分光器262分解为相互垂直的第一线性极化波(也就是P₁波)及第二线性极化波(也就是S₁波)。另一方面，该信号光束被该第一极化光束分光器261分光为二相互垂直的第一线性极化波(也就是P₂波)及第二线性极化波(也就是S₂波)。该P₂波经物镜22聚焦到该样品10上，且被样品10上的一焦点平面反射。该S₂波被该镜面25反射。该P₂波及S₂波可被表示如下：

$E_{P2}=\sqrt{\frac{R_S}{2}}{E}_0\left(\begin{array}{c}1\\ 0\end{array}\right)\exp (-i2k{l}_{P2}),$

(104)

$E_{S2}=\sqrt{\frac{R_M}{2}}{E}_0\left(\begin{array}{c}0\\ i\end{array}\right)\exp (-i2{\mathrm{kl}}_{S2}),$

(105)

其中，R_S及R_M分别是该样品10及镜面25的反射率(reflectivity)。l_P2及l_S2则分别是该P₂波与S₂波在该干涉仪中的光学路径长度。该P₁波与P₂波，以及该S₁波与S₂波被该光束分光器23重新结合，且接着被该第二极化光束分光器262分离，最后得到相互垂直的线性极化第一光学信号与第二光学信号，也就是P极化光学外差干涉信号与S极化光学外差干涉信号。该第一光学信号及第二光学信号分别被该第一光侦测器271及第二光侦测器272侦测到。该P₁、P₂、S₁，及S₂波的电场分别为：

$E_{P1}=\frac{\sqrt{R_1}}{2}{E}_0\left(\begin{array}{c}1\\ 0\end{array}\right)\exp (-i2k{l}_{P1}),$

(106)

$E_{P2}=\frac{\sqrt{R_S}}{2}{E}_0\left(\begin{array}{c}1\\ 0\end{array}\right)\exp (-i2{\mathrm{kl}}_{P2}),---\left(107\right)$

$E_{S1}=\frac{\sqrt{R_1}}{2}{E}_0\left(\begin{array}{c}0\\ i\end{array}\right)\exp (-i2{\mathrm{kl}}_{S1}),$

(108)

$E_{S2}=\frac{\sqrt{R_M}}{2}{E}_0\left(\begin{array}{c}0\\ i\end{array}\right)\exp (-i2{\mathrm{kl}}_{S2}),---\left(109\right)$

其中，R₁是该压电支持面镜24的反射率，且l_P1与l_S1分别是P₁波与S₁波在该干涉仪中的光学路径长度，因此，

$E_P=\frac{1}{2}{E}_0[\sqrt{R_1}\exp (-i2{\mathrm{kl}}_{P1})+\sqrt{R_S}\exp (-i2{\mathrm{kl}}_{P2})],---\left(110\right)$

$E_S=\frac{i}{2}{E}_0[\sqrt{R_1}\exp (-2i{\mathrm{kl}}_{S1})+\sqrt{R_M}\exp (-i2{\mathrm{kl}}_{S2})],---\left(111\right)$

$i_P=\mathrm{\γ}\⟨E_P^2\⟩$

$=\frac{\mathrm{\γ}{A}_0^2\left(k\right)}{4}[R_1+R_S+2\sqrt{R_1{R}_S}\cos \left(2\mathrm{k\Δ}{l}_P\right)],$

(112)

$i_S=\mathrm{\γ}\⟨E_S^2\⟩$

$=\frac{\mathrm{\γ}{A}_0^2\left(k\right)}{4}[R_1+R_M+2\sqrt{R_1{R}_M}\cos \left(2\mathrm{k\Δ}{l}_S\right)],---\left(113\right)$

当中的γ是该第一、第二光侦测器271、272的量子效率(quantumefficiency)，且Δl_P＝l_P1-l_P2、Δl_S＝l_S1-l_S2。假设该超辐射发光二极管210的能量频谱A₀ ²(k)，满足以下公式：

$A_0^2\left(k\right)=P_{0}S\left(k\right),$

(114)

当中的P₀是该激光光源的能量，且S(k)是该高斯光谱密度(Gaussianspectral density)，

$S\left(k\right)=\frac{2\sqrt{\ln 2}}{\mathrm{\Δk}\sqrt{\mathrm{\π}}}\exp \{-{\left[\frac{(k-k_0)2\sqrt{\ln 2}}{\mathrm{\Δk}}\right]}^2\},---\left(115\right)$

k₀是在中心波长的波数，且Δk是该激光光源的光谱频宽(FWHM)。藉由对整个光谱积分，该干涉信号成为：

$I_P={\∫}_{-\∞}^{\∞}{i}_P\mathrm{dk}$

$=\frac{\mathrm{\γ}{P}_0}{4}{\∫}_{-\∞}^{\∞}S\left(k\right)[R_1+R_S+2\sqrt{R_1{R}_S}\cos \left(2\mathrm{k\Δ}{l}_P\right)]\mathrm{dk}$

$=\frac{\mathrm{\γ}{P}_0}{4}\exp [-{\left(\frac{2\mathrm{\Δ}{l}_P\sqrt{\ln 2}}{l_{\mathrm{\ω}}}\right)}^2][R_1+R_S+2\sqrt{R_1{R}_S}\cos \left(2k_0\mathrm{\Δ}{l}_P\right)],---\left(116\right)$

$I_S={\∫}_{-\∞}^{\∞}{i}_S\mathrm{dk}$

$=\frac{\mathrm{\γ}{P}_0}{4}{\∫}_{-\∞}^{\∞}S\left(k\right)[R_1+R_M+2\sqrt{R_1{R}_M}\cos \left(2\mathrm{k\Δ}{l}_S\right)]\mathrm{dk}$

$=\frac{\mathrm{\γ}{P}_0}{4}\exp [-{\left(\frac{2\mathrm{\Δ}{l}_S\sqrt{\ln 2}}{l_{\mathrm{\ω}}}\right)}^2][R_1+R_M+2\sqrt{R_1{R}_M}\cos \left(2k_0\mathrm{\Δ}{l}_S\right)],---\left(117\right)$

其中，该激光光源的同调长度为：

$l_{\mathrm{\ω}}=\frac{4\ln 2}{\mathrm{\Δk}}=\frac{2\left(\ln 2\right){\mathrm{\λ}}_0^2}{\mathrm{\π\Δ\λ}},---\left(118\right)$

λ₀是该低同调激光光源的中心波长。由方程式(116)、(117)，可获得该干涉信号的高斯分布(Gaussian profile)。简单来说，假设条件 $\mathrm{\Δ}{l}_P\≅\mathrm{\Δ}{l}_S=\mathrm{\Δl}$ Δl。因此，将满足Δl_P-Δl_s＜＜l_ω。该差分信号输出由该差分放大器28产出，该差分放大器28将由该第一及第二光侦测器271、272所产生的第一及第二光学外差干涉电子信号输出相减，则该差分信号输出变成：

$I_{\mathrm{diff}}=|I_P-I_S|$

$\≅\left|\frac{\mathrm{\γ}{P}_0}{4}\exp \right[-{\left(\frac{2\mathrm{\Δl}\sqrt{\ln 2}}{l_{\mathrm{\ω}}}\right)}^2\left]\right\{(R_S-R_M)+2\sqrt{R_1}[\sqrt{R_S}\cos \left(2k_0\mathrm{\Δ}{l}_P\right)-\sqrt{R_M}\cos \left(2k_0\mathrm{\Δ}{l}_S\right)]\left\}\right|---\left(119\right)$

在方程式(116)、(117)及(119)当中，仅考虑I_p、I_s及I_diff的交流电部分，则如下式：

$I_p=\frac{\mathrm{\γ}{P}_0}{2}\exp [-{\left(\frac{2\mathrm{\Δ}{l}_p}{l_{\mathrm{\ω}}}\right)}^2]\sqrt{R_1{R}_S}\cos \left(2k_0\mathrm{\Δ}{l}_P\right)$

(120a)

$I_s=\frac{\mathrm{\γ}{P}_0}{2}\exp [-{\left(\frac{2\mathrm{\Δ}{l}_s\sqrt{\ln 2}}{l_{\mathrm{\ω}}}\right)}^2]\sqrt{R_1{R}_M}\cos \left(2k_0\mathrm{\Δ}{l}_s\right)$

(120b)

$I_{\mathrm{diff}}\≅\frac{\mathrm{\γ}{P}_0\sqrt{R_1}}{2}\exp [-{\left(\frac{2\mathrm{\Δl}\sqrt{\ln 2}}{l_{\mathrm{\ω}}}\right)}^2][\sqrt{R_S}\cos \left(2k_0\mathrm{\Δ}{l}_P\right)-\sqrt{R_M}\cos \left(2k_0\mathrm{\Δ}{l}_S\right)]---\left(120c\right)$

其中，定义2k₀Δl_P＝ω_Dt+φ_P且2k₀Δl_S＝ω_Dt+φ_S，且ω_D是该压电支持面镜24所造成的多普勒频率位移。φ_P及φ_S分别是从第一极化光束分光器261到样品10及镜面25的路径长度所对应的相位。因此得到：

$I_{\mathrm{diff}}\≅\frac{\mathrm{\γ}{P}_0\sqrt{R_1}}{2}\exp [-{\left(\frac{2\mathrm{\Δl}\sqrt{\ln 2}}{l_{\mathrm{\ω}}}\right)}^2]|\sqrt{R_S}\cos ({\mathrm{\ω}}_{D}t+{\mathrm{\φ}}_P)-\sqrt{R_M}\cos ({\mathrm{\ω}}_{D}t+{\mathrm{\φ}}_S)|$

$=\frac{{\mathrm{\γP}}_0\sqrt{R_1}}{2}\exp [-{\left(\frac{2\mathrm{\Δl}\sqrt{\ln 2}}{l_{\mathrm{\ω}}}\right)}^2]|\sqrt{R_S}\cos ({\mathrm{\ω}}_{D}t+{\mathrm{\φ}}_P-{\mathrm{\φ}}_S)-\sqrt{R_M}\cos \left({\mathrm{\ω}}_{D}t\right)|---\left(121\right)$

$=\frac{\mathrm{\γ}{P}_0\sqrt{R_1}}{2}\exp [-{\left(\frac{2\mathrm{\Δl}\sqrt{\ln 2}}{l_{\mathrm{\ω}}}\right)}^2]\left|\cos \left({\mathrm{\ω}}_{D}t\right)\right[\sqrt{R_S}\cos \left(\mathrm{\Δ\φ}\right)-\sqrt{R_M}]+\sin \left({\mathrm{\ω}}_{D}t\right)[-\sqrt{R_S}\sin \left(\mathrm{\Δ\φ}\right)\left]\right|$

$=\frac{\mathrm{\γ}{P}_0\sqrt{R_1}}{2}\exp [-{\left(\frac{2\mathrm{\Δl}\sqrt{\ln 2}}{l_{\mathrm{\ω}}}\right)}^2]\sqrt{R_S+R_M-2\sqrt{R_S{R}_M}\cos \left(\mathrm{\Δ\φ}\right)}\cos ({\mathrm{\ω}}_{D}t-\mathrm{\θ}),$

且Δφ＝φ_P-φ_S是该差分相位。在演算过程中，因图2中的差分放大器28输出的差分输出信号是与该输入的光学外差信号的起始点无关，在方程式(121)中可平移φ_S相位，而得到：

$\cos \mathrm{\θ}=\frac{\sqrt{R_S}\cos \left(\mathrm{\Δ\φ}\right)-\sqrt{R_M}}{\sqrt{R_S+R_M-2\sqrt{R_S{R}_M}\cos \left(\mathrm{\Δ\φ}\right)}}---\left(122\right)$

$\sin \mathrm{\θ}=\frac{-\sqrt{R_S}\sin \left(\mathrm{\Δ\φ}\right)}{\sqrt{R_S+R_M-2\sqrt{R_S{R}_M}\cos \left(\mathrm{\Δ\φ}\right)}}$

方程式(116)、(117)及(121)中的I_p、I_s及I_diff的振幅同时地藉由使用该资料取得单元31被量测，该资料取得单元31在本实施例是一类比转换数位的转换器(analog-to-digital converter，ADC)。所量测到的I_p、I_s及I_diff振幅如下：

$I_P^M=\mathrm{Max}\left\{\frac{\mathrm{\γ}{P}_0\sqrt{R_1{R}_S}}{2}\exp \right[-{\left(\frac{2\mathrm{\Δl}\sqrt{\ln 2}}{l_{\mathrm{\ω}}}\right)}^2\left]\cos \left(2k_0\mathrm{\Δ}{l}_P\right)\right\},---\left(124\right)$

$I_S^M=\mathrm{Max}\left\{\frac{{\mathrm{\γP}}_0\sqrt{R_1{R}_M}}{2}\exp \right[-{\left(\frac{2\mathrm{\Δl}\sqrt{\ln 2}}{l_{\mathrm{\ω}}}\right)}^2\left]\cos \left(2k_0\mathrm{\Δ}{l}_S\right)\right\},---\left(125\right)$

$I_{\mathrm{diff}}^M=\mathrm{Max}\left\{\frac{\mathrm{\γ}{P}_0\sqrt{R_1}}{2}\exp \right[-{\left(\frac{2\mathrm{\Δl}\sqrt{\ln 2}}{l_{\mathrm{\ω}}}\right)}^2\left]\sqrt{R_S+R_M-2\sqrt{R_S{R}_M}\cos \left(\mathrm{\Δ\φ}\right)}\cos ({\mathrm{\ω}}_{D}t-\mathrm{\θ})\right\}$

(126)

在方程式(126)中，该差分放大器28的差分信号输出的振幅与该差分相位Δφ相关，该差分相位Δφ视该P₂波与S₂波的光学路径差距而异。若该样品10为镜表面，相对于该镜面25的表面高度Δh可利用以下方程式(127)被该计算单元41计算出来：

$\mathrm{\Δh}=\frac{1}{2}\·\frac{{\mathrm{\λ}}_0}{2\mathrm{\π}}\·\mathrm{\Δ\φ}$

$=\frac{{\mathrm{\λ}}_0}{4\mathrm{\π}}{\cos }^{-1}\left[\frac{{\left(I_S^M\right)}^2+{\left(I_P^M\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{diff}}^M\right)}^2}{2I_S^M{I}_P^M}\right].$

(127)

然而，可能因为多数个光学元件或两光束间固定的光学路径差距(图2中，从该第一极化光束分光器261到镜面25及到样品10)，会有残留的固定相位偏移(residual phase bias)产生。此导致在量测学上有一固定的表面高度Δh₀。对应地，由方程式(127)所得到的结果应被调整为：

$\mathrm{\Δh}=\frac{{\mathrm{\λ}}_0}{4\mathrm{\π}}{\cos }^{-1}\left[\frac{{\left(I_S^M\right)}^2+{\left(I_P^M\right)}^2-{\left(I_{\mathrm{diff}}^M\right)}^2}{2I_S^M{I}_P^M}\right]-\mathrm{\Δ}{h}_0$

(128)

以上说明了第二较佳实施例的差分相位解调干涉系统适用于高灵敏度的表面轮廓侦测，且因为它的快速反应，允许表面轮廓动态量测。

当一相位调制面镜单元被揭露做为本实施例的压电支持面镜24，在本发明其他实施例中，该相位调制面镜单元也可包括一与一电光相位调变器(EOM)或一声光相位调变器(AOM)连结的镜面，对本技术领域中具有通常技术者来说是显见的。

本发明差分相位解调干涉系统的应用，可扩张到用来做双折射相位量测的差分相位光学同调断层摄影仪(differential-phase opticalcoherence tomography，DP-OCT)、差分相位光学多普勒断层摄影仪(differential-phase optical Doppler tomography，DP-ODT)、差分相位极化感应光学低同调断层摄影仪(differential-phase polarizationsensitive optical coherence tomography，DP-PS-OCT)，以差分相位对比光学同调显微镜(differential-phase contrast optical coherencemicroscopy，DP-OCM)。图3揭露本发明差分相位解调干涉系统的第三较佳实施例，其为第二较佳实施例的修改且适合作为光学同调断层摄影仪(optical coherence tomography，OCT)的应用。不同于第二较佳实施例的是，该S₂波被一扫描面镜29反射，该P₂波则是通过一物镜(objective)220且被聚焦到该样品10的一成像面并被反射，也可将S₂波和P₂波同时通过物镜220聚焦到该样品10的成像面并被反射，可对线性双折射(linearbirefringence)物体求得相位延迟。既然该第三较佳实施例的运作状况是类似于第二较佳实施例，相同处的细节在此不在赘述。

若一宽频谱扫频激光光源取代该宽频辐射发光激光二极体210被用在极化外差干涉仪的光源模组21，该差分相位解调干涉系统的第三较佳实施例可在傅立叶域(Fourier-domain)的DP-OCT、傅立叶域的DP-PS-OCT、傅立叶域的DP-ODT，及傅立叶域的DP-OCM有所应用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (14)

1、一种差分相位解调干涉系统，用以量测一样品，其特征在于包含：

一极化外差干涉仪，用以产生一沿一参考路线前进的参考光束，及一沿一信号路线前进的信号光束，该参考光束包括二相互垂直的第一及第二线性极化波，该信号光束包括二相互垂直的第一及第二线性极化波，在该参考及信号光束之间具有一载波，该信号光束被指向该样品，且内含有该样品的量测资讯，该极化外差干涉仪还进一步产生一相应于该参考及信号光束的第一线性极化波的第一光学外差干涉电子信号输出，及一相应于该参考及信号光束的第二线性极化波的第二光学外差干涉电子信号输出；

一差分放大器，接收来自该极化外差干涉仪的该第一及第二光学外差干涉电子信号输出，该差分放大器并产生一差分信号输出；

一资料取得单元，接收来自该极化外差干涉仪的该第一及第二光学外差干涉电子信号输出与来自该差分放大器的该差分信号输出，该资料取得单元并同时量测该第一与第二光学外差干涉电子信号输出及差分信号输出的振幅；及

一计算单元，用以计算被该资料取得单元量测到的振幅，依照该样品的量测资讯测定至少一参数。

2、如权利要求1所述的差分相位解调干涉系统，其特征在于：所述资料取得单元使用轮廓侦查技术以量测该等第一及第二光学外差干涉电子信号输出以及该差分信号输出的振幅。

3、如权利要求1所述的差分相位解调干涉系统，其特征在于：所述计算单元决定该样品的一椭圆参数。

4、如权利要求3所述的差分相位解调干涉系统，其特征在于：所述极化外差干涉仪包括：

一同调光源，用以提供极化光；

一第一光束分光器，用以将来自该同调光源的该极化光分离为该参考光束及该信号光束；

一第一频率调变器与一第二频率调变器，分别用以处理该参考光束与该信号光束，如此的参考光束与信号光束之间有相同的载波频率；

一第一极化器与一第二极化器，分别用以处理该参考光束与该信号光束，如此的参考光束具有相互垂直的第一及第二线性极化波，如此的信号光束也具有相互垂直的第一及第二线性极化波；

一第二光束分光器，用以在该信号光束通过该样品后，结合该参考光束与信号光束；

一极化光束分光器，用以分离一来自所述第二光束分光器的输出光束，成为相互垂直的经线性极化的第一光学信号与第二光学信号，该第一光学信号相当于该信号光束与参考光束的第一线性极化波，该第二光学信号相当于该信号光束与参考光束的第二线性极化波；及

一第一光侦测器与一第二光侦测器，用以分别侦测该第一光学信号与第二光学信号，以便分别产生该第一光学外差干涉电子信号输出与该第二光学外差干涉电子信号输出。

5、如权利要求4所述的差分相位解调干涉系统，其特征在于：所述极化外差干涉仪更包括一第一带通滤波器与一第二带通滤波器，分别处理该第一光学外差干涉电子信号输出与第二光学外差干涉电子信号输出，且具有一该第一与第二光学外差干涉电子信号输出的载波频率的中心频率。

6、如权利要求4所述的差分相位解调干涉系统，其特征在于：该极化外差干涉仪更包括一被设在所述第二极化器以及该样品之间的补偿器，该补偿器用以对固定相位偏移提供补偿。

7、如权利要求1所述的差分相位解调干涉系统，其特征在于：所述计算单元决定该样品的一表面轮廓。

8、如权利要求7所述的差分相位解调干涉系统，其特征在于：所述极化外差干涉仪包括：

一光源模组，用以产生一圆形极化输出光束；

一光束分光器，用以分离该圆形极化输出光束成为该参考光束及该信号光束；

一相位调制面镜单元，将参考光束调制为一预先设定的频率偏移且反射该参考光束；

一镜面；

一第一极化光束分光器，用以分离该信号光束成为该第一及第二线性极化波，该信号光束的第一及第二线性极化波的其中之一被所述镜面反射，该信号光束的第一及第二线性极化波的其中另一被该样品反射，或将信号光束的第一及第二线性极化波同时经由物镜聚焦到样品平面并反射；

所述光束分光器结合「该被所述相位调制面镜单元反射的参考光束」与「该被所述镜面及该样品反射的信号光束的第一与第二线性极化波」；

一第二极化光束分光器，用以分离来自所述光束分光器的一输出光束成为相互垂直的线性极化第一及第二光学信号，该第一光学信号相当于该信号及参考光束的第一线性极化波，该第二光学信号相当于该信号及参考光束的第二线性极化波；

一第一光侦测器，用以侦测该第一光学信号，以便产生该第一光学外差干涉电子信号输出；及

一第二光侦测器，用以侦测该第二光学信号，以便产生该第二光学外差干涉电子信号输出。

9、如权利要求8所述的差分相位解调干涉系统，其特征在于：所述极化外差干涉仪还进一步包括一用以聚焦该信号光束的第一及第二线性极化波的其中另一到该样品上的物镜。

10、如权利要求8所述的差分相位解调干涉系统，其特征在于：所述光源模组包括一宽频辐射发光激光二极体。

11、如权利要求1所述的差分相位解调干涉系统，其特征在于：所述极化外差干涉仪包括：

一用以产生一圆形极化输出光束的光源模组；

一用以分离该圆形极化输出光束成为该参考光束及该信号光束的光束分光器；

一相位调制面镜单元，被调制为一预先设定的频率偏移并反射该参考光束；

一扫描镜；

一第一极化光束分光器，用以分离该信号光束成为该第一与第二线性极化波，在该信号光束的第一与第二线性极化波的其中之一是被所述扫描镜反射，且该信号光束的第一与第二线性极化波的其中另一是被该样品反射，或将该信号光束的第一及第二线性极化波同时经由物镜聚焦到样品平面并反射；

所述光束分光器结合「该被相位调制面镜单元反射的参考光束」与「该被所述扫描镜及该样品反射的信号光束的第一与第二线性极化波」；

一第二极化光束分光器，用以分离来自所述光束分光器的一输出光束成为相互垂直的线性极化第一及第二光学信号，该第一光学信号相当于该信号及参考光束的第一线性极化波，该第二光学信号相当于该信号及参考光束的第二线性极化波；及

一第一光侦测器，用以侦测该第一光学信号，以便产生该第一光学外差干涉电子信号输出；及

一第二光侦测器，用以侦测该第二光学信号，以便产生该第二光学外差干涉电子信号输出。

12、如权利要求11所述的差分相位解调干涉系统，其特征在于：所述极化外差干涉仪还进一步包括一该信号光束的第一及第二线性极化波其中另一通过的物镜，以聚焦到达该样品平面上并反射。

13、如权利要求11所述的差分相位解调干涉系统，其特征在于：所述光源模组包括一宽频谱辐射发光激光二极体与一宽频谱扫频激光光源其中之一。

14、一种差分相位解码器，用以量测一第一信号I₁(t)＝χ₁cos(ωt+φ₁)与一第二信号I₂(t)＝χ₂cos(ωt+φ₂)之间的一相位差，并包含：

一差分放大器，接收该第一及第二信号并从中产生一差分信号输出ΔI(t)＝I₁(t)-I₂(t)；

一资料取得单元，从所述差分放大器接收该第一及第二信号及该差分信号输出，并同时量测该第一及第二信号及该差分信号输出的振幅；及

一计算单元，用以计算被所述资料取得单元量测到的振幅，并决定该第一及第二信号之间的相位差Δφ，该相位差Δφ可经由 $\mathrm{\Δ\φ}={\mathrm{\φ}}_1-{\mathrm{\φ}}_2={\cos }^{-1}\{{\left|I_1\right|}^2+{\left|I_2\right|}^2-{\left|\mathrm{\ΔI}\right|}^2/2|I_1\left|\right|I_2\left|\right\},$ 计算公式得到当中的 $\left|I_1\right|={\mathrm{\χ}}_1,\left|I_2\right|={\mathrm{\χ}}_2,\left|\mathrm{\ΔI}\right|=\sqrt{{\mathrm{\χ}}_1^2+{\mathrm{\χ}}_2^2-2{\mathrm{\χ}}_1{\mathrm{\χ}}_2\cos ({\mathrm{\φ}}_1-{\mathrm{\φ}}_2)}.$

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