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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Umwandlung des Polarisationszustands
eines optischen Strahls in einer optischen Messeinheit.
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Der
Polarisationszustand eines optischen Strahls stellt in vielen Anwendungen
ein bedeutendes Merkmal dar, insbesondere wenn Messungen polarisationsabhängige Komponenten
aufweisen. Polarisierer werden typischerweise in den optischen Strahl
eingefügt,
um einen definierten Polarisationszustand vorzusehen. Während optische
Signale mit definierten Polarisationszuständen den Polarisierer passieren,
werden optische Signale mit anderen Polarisationszuständen im
Allgemeinen absorbiert oder reflektiert. Unvorteilhaft in dieser
Lösung
ist jedoch, dass die optische Energie des Ausgabestrahls nach dem
Polarisierer im Vergleich zum Einfallstrahl bedeutend kleiner sein
kann. Darüber
hinaus wird die optische Energie des Ausgabestrahls eine Funktion des
Polarisationszustands des Einfallstrahls.
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Ein
Polarisationskonverter zum Umwandeln von zufällig polarisiertem Licht zu
linear polarisiertem Licht ist bekannt aus EP-A-431894. In EP-A-782028 liefert
eine Vorrichtung parallele Strahlen mit ähnlicher Polarisation durch
Hilfe eines Polarisationsteilers/-kombinierers, und die parallelen
Strahlen sind dann polarisationsabhängigem Verarbeiten unterworfen.
US-A-5,102,222 beschreibt eine Lichtwellenpolarisationsermittlung
unter Verwendung eines Hybridsystems. Ein Polarimeter ist beschrieben
in US-A-6,043,887.
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US-A-6,075,647
beschreibt einen optischen Spektrumsanalyzer, der polarisationsabhängige Wellenlängenspreizung
eliminiert. Ein Polarisationsänderer
trennt orthogonale Polarisationskomponenten räumlich und rotiert die relativen
Polarisationskomponenten, so dass die Strahlen auf einen abstimmbaren
Interferenzfilter in einer Multipass-Konfiguration mit einem einzigen
Polarisationszustand einfallen. Die zurückkommenden Strahlen werden
von einem Leistungsmesser detektiert.
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WO-A-01/13079
zeigt einen Polarisationsspektographen, wobei der Einfallstrahl
geteilt wird in P- und S-polarisierte Komponenten, welche jeweils durch
ein Prisma gestreut werden, um ein separates Spektrum für jede Polarisation
P und S zu bilden. Die Lehre dieses Dokuments bildet die Präambel zu
Anspruch 1.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Abhängigkeiten eines polarisationskorrigierten Ausgabestrahls
von der Variation der Polarisation über die Zeit des Einfallstrahls
in einer optischen Messeinheit zu reduzieren. Die Aufgabe wird durch die
unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
Vorteilhafte Ausführungen
werden durch die abhängigen
Ansprüche
gezeigt.
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Entsprechend
der vorliegenden Erfindung weist ein Polarisationskonverter einen
polarisationsabhängigen
Strahlteiler auf, der einen einfallenden optischen Strahl in einen
ersten und einen zweiten Strahl teilt, jeder mit einem definierten
Polarisationszustand, aber verschieden voneinander. Vorzugsweise
wird einer der Strahlen horizontal polarisiert während der andere Strahl vertikal
polarisiert wird. Ein Polarisationsadapter ist für den zweiten Strahl des polarisationsabhängigen Strahlteilers
vorgesehen. Der Polarisationsadapter wandelt den Polarisationszustand
von seinem Eingang zu seinem Ausgang auf eine Weise, dass die Polarisationszustände des
ersten Strahls (von dem polarisationsabhängigen Teiler) und des Ausgabestrahls
des Polarisationsadapters im Wesentlichen zueinander passen.
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Jeder
der beiden Strahlen mit im Wesentlichen passenden Polarisationszuständen kann
dann optional mit einem Polarisierer versehen werden mit im Wesentlichen
demselbem beabsichtigten Polarisationszustand, zum Korrigieren kleiner
Abweichungen in den Polarisationszuständen. Klar ist, dass die Polarisationsorientierung
des Polarisieres passen sollte zu den Polarisationszuständen seiner
Einfallstrahlen, um unerwünschten
Energieverbrauch durch den Polarisierer zu vermeiden.
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Der
Polarisationskonverter entsprechend der vorliegenden Erfindung sieht
dann einen ersten Ausgabestrahl vor (wie der erste Strahl von dem
polarisationsabhängigen
Strahlteiler) und einen zweiten Ausgabestrahl (wie die Ausgabe des
Polarisationsadapters mit dem zweiten Strahl des polarisationsabhängigen Strahlteilers
als Einfallstrahl davon). Die beiden Ausgabestrahlen des Polarisationskonverters sind
versehen mit im Wesentlichen denselben definierten Polarisationszuständen. Sollte
der Energieverbrauch des polarisationsabhängigen Strahlteilers, des Polarisationsadapters
und des Polarisierers (sofern verwendet) vernachlässigbar
sein (abhängig
von den Charakteristika der Komponenten so wie ihrer korrekten Anwendung),
was in den meisten Anwendungen der Fall sein sollte, ist die Energiesumme
der beiden Ausgabestrahlen des Polarisationskonverters im Wesentlichen
gleich der optischen Energie des Einfallstrahls in den Polarisationskonverter.
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Zum
Vermeiden von Interferenzeffekten zwischen den beiden Strahlen von
dem polarisationsabhängigen
Strahlteiler so wie zwischen den beiden Ausgabestrahlen von dem
Polarisationskonverter sind die beiden Strahlen räumlich voneinander
getrennt.
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In
einer vorteilhaften Ausführung
sind die beiden Ausgabestrahlen des Polarisationskonverters im Wesentlichen
parallel vorgesehen mit nur einer kleinen Distanz zwischen den beiden
parallelen Ausgabestrahlen.
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Der
Bereich der weiteren optischen Komponenten, welche den beiden Ausgabestrahlen
des Polarisationskonverters unterworfen sind ist hinreichend groß konzipiert,
so dass dieselbe(n) optische(n) Komponente(n) für beide Ausgabestrahlen des
Polarisationskonverters angewendet werden kann/können.
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Der
Polarisationskonverter weist vorzugsweise eine λ/2 Platte auf, welche die lineare
Polarisation um 90 Grad rotiert (und z. B. von paralleler zu senkrechter
Polarisation konvertiert).
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In
einer Ausführung
wird die optische Energie der Eingabe weiter detektiert zum Überwachen einer
Variation der Eingabeenergie an den Polarisationskonverter. Die
detektierte Eingabeenergie kann verwendet werden für Energiekontrollzwecke
oder zum Korrigieren parasitärer
Effekte des Set-up, z. B. zum Kalibrieren der Anordnung in Bezug
auf Wellenlängenabhängigkeit
der Detektorantwort oder des gesamten Set-up. Dies erlaubt das Erreichen
höchster
absoluter Energiemessungsgenauigkeit.
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Zusätzliche
elektrische Schaltkreise sowie Signalverarbeitung und diesbezügliche Softwarfunktionalität kann vorgesehen
werden, in Abhängigkeit von
der spezifischen Anwendung, z. B. zum Verarbeiten der Signale der
detektierten Photoströme.
Die Erfindung kann ganz oder teilweise unterstützt werden durch ein oder mehrere
Softwareprogramme, welche gespeichert sein können oder anderweitig zur Verfügung gestellt
durch jede Art von Datenträger
und welche ausgeführt
werden können
in oder durch jede passende Datenverarbeitungseinheit. Solche Softwareprogramme
werden vorzugsweise verwendet mit geprüften Algorithmen zum Ableiten
der absoluten Energie-und Wellenlängeninformation aus den individuellen
Detektorsignalen und den Kalibrierungsdaten.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Andere
Aufgaben und viele der begleitenden Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden im Folgenden gewürdigt
und besser verständlich
durch Hinzuziehen der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung
mit der begleitenden Zeichnung.
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1 zeigt
eine Anwendung der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in Verbindung
mit einem Wellenlängendetektions-Set-up.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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In 1 wird
ein optischer Einfallstrahl 10 durch einen Polarisationskonverter 20 geschickt,
z. B. an eine polarisationsabhängige
Analyseeinheit 30. Der Polarisationskonverter 20 weist
einen polarisationsabhängigen
Strahlteiler 40 auf, welcher den Einfallstrahl 10 empfängt und
den Einfallstrahl 10 in einen ersten Strahl 50 mit
einer horizontalen Polarisation und einen zweiten Strahl 60 mit
einer vertikalen Polarisation teilt. Pfeile zeigen die Polarisationszustände, wobei
die ausgewählten
Polarisationszustände
in 1 nur Beispiele darstellen. Der zweite Ausgabestrahl 60 wird,
z. B. durch einen Spiegel 70, vorzugsweise so neu ausgerichtet
dass der erste und zweite Strahl 50 und 60 im
Wesentlichen parallel zueinander sind. Beide Strahlen 50 und 60 bleiben
jedoch räumlich
voneinander getrennt, um Interferenz zu vermeiden.
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Der
zweite Strahl 60 wird an einer λ/2 Platte 80 vorgesehen,
welche als Polarisationsadapter (hier: Polarisationsrotor) agiert,
damit der zweite Strahl mit dem vertikalen Polarisationszustand
in einen Strahl 90 mit einem horizontalen Polarisationszustand
wie der erste Ausgabestrahl 50 geändert wird. Daher passen die
beiden Strahlen 50 und 90 in ihren Polarisationszuständen und
Ausrichtungen (hier: horizontale Polarisation) im Wesentlichen zueinander.
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Zum
Entfernen der potentiellen Abweichungen in den Polarisationszuständen werden
die Ausgabestrahlen 50 und 90 vorzugsweise zu
einem Polarisierer 100 gelenkt. In dem Beispiel der 1 ist der
Polarisierer 100 ein horizontaler Polarisierer. Dies ist
optional und reduziert die Notwendigkeit für hohe akkurate Ausrichtung
der λ/2
Platte 80 hinsichtlich der Rotation.
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Die
Strahlen 50 und 90 (mit oder ohne den optionalen
Polarisierer 100) liefern die Outputs des Polarisationskonverters 20 und
können
an die polarisationsabhängige
Analyseeinheit 30 gegeben werden. Die Energiesumme beider
Ausgabestrahlen 50 und 90 ist im Wesentlichen
gleich der optischen Energie des Einfallstrahls 10.
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Da
der Polarisationskonverter 20 zwei räumlich getrennte aber im Wesentlichen
parallele Ausgabestrahlen 50 und 90 hat, ist die
polarisationsabhängige
Analyseeinheit 30 vorzugsweise so vorgesehen, dass die
beiden Ausgabestrahlen 50 und 90 zusammen verarbeitet
werden können,
ohne für
jeden Pfad zusätzliche
oderseparate Komponenten zu erfordern. Dies kann vorzugsweise erreicht
werden dadurch, dass Komponenten, die den parallelen Ausgabestrahlen 50 und 90 unterworfen
sind, mit hinreichend breiten Bereichen vorgesehen sind, um beide Ausgabestrahlen 50 und 90 abzudecken.
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In
dem Beispiel der 1 ist die polarisationsabhängige Analyseeinheit 30 ein
Wellenlängenmesser
zum Ermitteln der Wellenlänge
des Einfallstrahls 10. Der Wellenlängenmesser 30 weist
eine interferometrische Wellenlängenermittlungseinheit
auf wie detailliert beschreiben in EP-A-875743 der Anmelderin, welche
einen definierten Polarisationszustand verlangt.
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In
dem Beispiel der 1, weist der Wellenlängenmesser 30 einen
Strahlteiler 120 auf, der die Ausgabestrahlen 50 und 90 des
Polarisationskonverters 20 in Strahlen teilt, welche in
Richtung einer Grobmesseinheit gelenkt werden mit einem Strahlteiler 130 mit
einer wellenlängenabhängigen Reflektion und Übertragungseigenschaft.
Die beiden von dem Strahlteiler 130 reflektierten Strahlen
werden durch einen Detektor 140 detektiert, während ein
Detektor 150 die beiden Strahlen detektiert, welche durch
den Strahlteiler 130 übertragen
werden. Die Detektoren 140 und 150 sind also zusammen
mit einer (nicht gezeigten) Grobanalyseeinheit Teil der Grobmesseinheit.
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Die
anderen beiden Strahlen, welche den Strahlteiler 120 passieren,
werden zu einer λ/8
Platte 160 gelenkt, welche einen definierten Polarisationszustand erfordert.
Die Ausgabe daraus wird an einen Polarisationsteiler 170 gegeben,
und Detektoren 180 und 190 detektieren die Strahlen,
welche von dem Polarisationsteiler 170 abgeleitet sind.
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Weitere
Details über
den Wellenlängenmesser
werden in der zuvor beschriebenen EP-A-875743 und in EP-A1099943
beschrieben, beide von der Anmelderin Agilent Technologies. Die
Lehre aus beiden Dokumenten im Hinblick auf die Wellenlängenermittlung
wird hiermit integriert. In dieser Ausführung sollte der Einfallstrahl
der λ/8
Platte 160 hoch linear polarisiert sein zum Erreichen hoher
Wellenlängengenauigkeit.
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Auch
wenn klar ist, dass die Summe der Energie beider Ausgabestrahlen 50 und 90 des
Polarisationskonverters 20 im Wesentlichen die Energie des
Einfallstrahls 10 ausgleicht, kann zusätzlich ein Eingabeenergiemonitor 200 an
den Einfallstrahl 10 gekoppelt sein, z. B. durch einen
Strahlteiler 210, zum präzisen Überwachen der optischen Eingabeenergie
und zum Kontrollieren von Abweichungen davon. Davon abgesehen könnte der
Monitor 200 verwendet werden zum Korrigieren von intrinsischem Verlust
in dem Polarisationskonverter 20. Dieser Verlust könnte ermittelt
werden durch die Signalverhältnisse
von dem Monitor 200 im Hinblick auf die Summe der beiden
Monitoren 140 und 150.