JP2005532558A - 遅延干渉計 - Google Patents

Abstract

本発明は、光学信号を操作する方法に関するものであり、この方法は、（ａ）光学信号を第１信号と第２信号に分割するステップと、（ｂ）光学信号に対して遅延していない信号として、第２信号を使用するステップと、（ｃ）第２信号に対して第１信号を遅延させるステップと、（ｄ）第１信号を第１及び第２部分に分割するステップと、（ｅ）遅延した信号として、第１信号の第２部分を使用するステップと、（ｆ）第１信号の第１部分について、ステップ（ａ）〜ステップ（ｄ）を繰り返すステップとを有している。

Description

本発明は、光学信号の操作に関し、詳しくは、光学干渉計における光学信号の操作に関し、更に詳しくは、検査対象装置（Ｄｅｖｉｃｅ Ｕｎｄｅｒ Ｔｅｓｔ：ＤＵＴ）用の計測アームと参照アームを具備する波長走査干渉計における光学信号の操作に関するものである。

従って、本発明の目的は、光学信号の操作を改善することにあり、この課題は、各独立請求項によって解決される。

本発明の実施例の利点として、次のような従来技術による干渉計の問題点を回避することができる。即ち、干渉計の計測アーム内のＤＵＴは、特定の群遅延を有しており、参照アームも、特定の群遅延を有している。しかしながら、ＤＵＴの群遅延は、通常、参照アームの群遅延よりも大きく、このために、干渉計にレーザービームを供給する可変レーザー源（Ｔｕｎａｂｌｅ Ｌａｓｅｒ Ｓｏｕｒｃｅ：ＴＬＳ）の周波数を掃引すると、計測アームを通じて伝播したある周波数を有する信号が、この周波数を有する参照アームの信号よりも検出器に遅れて到着することになり、この結果、ＤＵＴの信号は、検出されたＤＵＴ信号に属する参照周波数ではない異なる周波数を具備する参照信号と干渉することになる。

本発明の一実施例においては、干渉計の参照アーム内に（好ましくは、ループを導入することによって）遅延ラインを導入することにより、ＴＬＳ用の波長参照ユニット（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｕｎｉｔ：ＷＲＵ）を生成するという第１の目的と、ＤＵＴによって生じる計測アーム内の遅延に参照アームの遅延を一致させることができる周期的な遅延ラインを参照アーム内に生成するという第２の目的の両方を同時に達成することができる。第１の目的は、信号の遅延部分と非遅延部分間における干渉信号のビート信号周波数がＴＬＳの周波数掃引速度によって決定されるため、実現可能である。従って、ビート信号周波数は、ＴＬＳのチューニング速度の直接的な尺度となる。本出願は、この態様に対する独立的な保護を求めるものでもある。

又、ＤＵＴアームと参照アームの信号を合成した際の干渉信号のビート信号周波数は、ＴＬＳの周波数掃引速度と、ＤＵＴ及び参照アーム間における群遅延の差によって決定される。これは、検出器が干渉計の端部において２つのビート周波数を検出可能であり、これらを別個に処理することによって、波長参照と計測結果を評価できることを意味している。好都合なことに、両方のビート周波数に必要とされる検出器は１つのみである。

特に、大きな群遅延を有するＤＵＴを分析する際には、ビート信号周波数が干渉計の検出帯域幅よりも大きくなる可能性があるため、前述の状況は深刻な問題となる。

本発明による干渉計の参照アーム内に内蔵された遅延ライン又はループにより、参照信号の少なくとも一部分内に遅延を導入する。そして、この遅延した部分の少なくとも一部を再度遅延させる（以下、同様）。これにより、参照信号内において、ＤＵＴのすべての可能な遅延に対応する適切な遅延信号が提供される。又、これは、干渉信号を計測する検出器の一部として使用されるフォトダイオードの特定の限られた帯域幅において、ほとんど常にビート周波数を検出できることをも意味している。従って、可変時間による遅延補償が不要となる。

本発明の実施例を適用可能な分野は、長い装置、又は大きな群遅延を具備するＤＵＴの損失及び位相特性判定用の計測装置である。

本発明の実施例の更なる利点は、遅延ライン又は内蔵型のＷＲＵを使用して、ＴＬＳの掃引速度の非線形性を補償できることである。本出願は、この態様に対する独立した保護をも求めるものである。

更には、本発明の実施例によれば、計測に対するレーザーの位相雑音の影響を軽減することができる。

更には、本発明の実施例によれば、干渉計におけるレーザー位相雑音によって誘発される信号の非相関化を軽減することができる。

本発明の好適な実施例においては、遅延ラインは、遅延を提供するループに接続された少なくとも１つのビームスプリッタ又はカプラを有している。このカプラによって非結合（ｃｏｕｐｌｅ ｏｕｔ）されるビームの割合は、個別に決定することができる（即ち、本発明においては、例えば、９５：５、９０：１０、８０：２０、７０：３０、５０：５０、３０：７０、２０：８０、１０：９０、５：９５などのあらゆる割合を使用することができる）。

本発明の別の好適な実施例においては、（好ましくは、ループを有する）遅延ラインが、２つのビームスプリッタ又はカプラ（１つは信号を結合するカプラであり、もう１つは信号を非結合するカプラである）によって信号の供給ラインと接続されている。これにより、遅延ラインに結合及び非結合されるパワーの量を独立的に最適化することができる。

本発明の別の好適な実施例においては、本発明による遅延ラインを使用し、特定の周波数範囲内の櫛形周波数ラインを提供する。

本発明の実施例の更なる利点として、計測結果に対する装置の群遅延の影響を軽減することができる。

その他の好適な実施例は、従属請求項に示されている。

１つ又は複数の適切なソフトウェアプログラムによって本発明を部分的に実施又はサポート可能であり、且つ、これらのソフトウェアプログラムは、どのような種類のデータ保存媒体上にも保存（或いは、これらのデータ保存媒体によって提供）可能であると共に、あらゆる適切なデータ処理ユニット内において（又は、これらのデータ処理ユニットによって）実行可能であることは、明らかである。

本発明のその他の目的及び付随する利点の多くについては、添付図面との関連で、以下の詳細な説明を参照することにより、容易に理解され、その理解を深めることができよう。尚、図面中の構成要素の寸法は必ずしも正確なものにはなっておらず、本発明の原理を明瞭に示すことに力点が置かれている。又、実質的又は機能的に等価又は類似のものには、同一の参照符号が付与されている。

添付図面を詳細に参照すれば、図１は、本発明の実施例によるファイバ遅延ラインＷＲＵの概略図を示している。ＴＬＳ１がレーザービームをファイバ２に供給する。ファイバ２は、ファイバカプラ４の第１ポート３に接続されている。ファイバカプラ４の第２ポート５には、別のファイバ６が接続され、そのファイバ６は図示されていないフォトダイオードを有する検出器８に接続されている。検出器にはミキサ１０が接続され、そのミキサ１０はＷＲＵ処理ユニット１２に接続されている。

ファイバカプラ４は、図１のファイバカプラ４のボックス内の矢印によって示されているように、ポート３における入力パワーの５０％を出力ポート５に供給し、５０％を別の出力ポート７に供給する。ポート７は、図１に個別のシンボルによって示されているように、Δτの遅延を生じさせるΔＬの長さを有するファイバ遅延ライン９に接続されている。そして、ループの形態になっているこの遅延ライン９の端部９ａは、ファイバカプラ４の第２入力ポート１１に接続されている。ポート１１に入力されたパワーは、図１のファイバカプラ４のボックス内の矢印によって示されているように、出力ポート５及び７に５０：５０の比率で分割される。

本発明による方法は、次のように機能する。即ち、ＴＬＳ１を継続的にチューニングすると、光の周波数が上昇される光波がファイバ２内に生成される。そして、この信号の５０％は遅延ライン９に結合され、５０％は、遅延のない状態で、ファイバ６内を伝播することになる。そして、遅延した信号がカプラ４によってファイバ６内に結合されるため、検出器８は、異なる光学周波数ｆ１及びｆ２を持つ２つの信号を検出することになる。このｆ１とｆ２間の周波数差は、ＴＬＳ１のチューニング速度γと信号遅延の積によって決定される。そして、これらの信号が検出器８において干渉し、周波数ｆ１−ｆ２のビート信号を生成するため、この周波数は、ＴＬＳ１のチューニング速度の直接的な尺度である。遅延した信号の一部は、再度、遅延ライン９内に結合されるため、遅延は、ｎ＊Δτと表記することができる（ここで、ｎは、遅延ライン９内における信号循環の回数である）。

図２は、本発明の実施例による遅延ライン内蔵型干渉計の概略図を示している。この干渉計は、参照アーム２０と計測アーム２２を有している。参照アーム２０内には、図１の遅延ライン９がカプラ４によって結合されている。一方、計測アーム２２内には、ＤＵＴ２４が接続されている。参照アーム２０と計測アーム２２は、図示されていないビームスプリッタにより、位置２６において重ねあわされる。参照アーム２０と計測アーム２２の信号は、位置２６において干渉し、検出器８によって検出される。そして、この結果生成される概略グラフ２８に示されているビート周波数がミキサ１０とＤＵＴ処理ユニット１２に供給される。

参照アームには、カプラ４に加え、カプラ４の後に別のカプラ３０が結合されている。カプラ３０は、入力ポート３２と２つの出力ポート３４及び３６を具備している。出力ポート３４は、位置２６において再合成ビームスプリッタに接続されており、出力ポート３６は、第２検出器８−２に接続され、この第２検出器は、第２ミキサ１０−２に接続されており、この第２ミキサは、ＷＲＵ処理ユニット１２−２に接続されている。検出器８−２は、ビートを検出する。第２検出器８−２は、ＷＲＵ情報を検出し、検出器８は、ＷＲＵとＤＵＴ情報の両方を検出する。検出器８−２の支援により、ＷＲＵ情報を明確に評価することができる。

遅延ライン９により、干渉計のビート周波数は、ＤＵＴ２４の長さにはほとんど依存しないようになっている。例えば、遅延ライン９が存在しない状態で、掃引速度を約４０ｎｍ／ｓとし、ＤＵＴ２４の長さを最大１００ｍとした場合には、干渉計のビート周波数は、０〜約２．５ＭＨｚの間で振動することになろう。しかしながら、約１０ｍの長さを有する遅延ライン９を導入した場合には、干渉計のビート周波数は、わずかに０〜約０．２５０ＭＨｚの間で振動することになろう。

検出器８及び検出器８−２は、いずれも、自己ビート信号として、概略グラフ３８に示されている周波数を有するビート信号Ｎ＊Δτ＊γを検出し、検出器８は、計測ビート信号として、概略グラフ２８に示されている周波数を有する信号（τ１−τ２−Ｎ＊Δτ）＊γを検出することになる。処理ユニット１２及び１２−２により、概略グラフ２８内の実線によって示されている検出器８の検出器帯域幅内において、概略グラフ２８内の矢印によって示されている１つ又は２つの自己ビート信号を選択することができる。

図３は、本発明の実施例による遅延ライン内蔵型干渉計の概略図を示している。図２の実施例と比較した図３の実施例の相違点は、干渉計の参照アーム２０内に追加のカプラ３０が提供されていないことである。但し、検出器８が、２つのミキサ１０−３ａ及び１０−３ｂに接続されており、これらのミキサは、それぞれ処理ユニット１２−３ａ及び１２−３ｂに接続されている。処理ユニット１２−３ａは、図２の実施例のＷＲＵ処理ユニット１２−２に基づいたＷＲＵ処理ユニットであり、処理ユニット１２−３ｂは、図２の実施例のＤＵＴ処理ユニット１２に基づいたＤＵＴ処理ユニットである。

検出器８は、自己ビート信号として、ビート信号Ｎ＊Δτ＊γを検出し、計測ビート信号として、（τ１−τ２−Ｎ＊Δτ）＊γを検出する。処理ユニット１２−３ａ及び１２−２ｂにより、概略グラフ２８内の実線によって示されている検出器８の検出器帯域幅内において、概略グラフ２８内の矢印によって示されている１つ又は２つの自己ビート信号を選択することができる。

図４は、本発明の実施例による遅延ライン９に結合されるパワーと遅延ラインからファイバ６に結合されるパワー間のパワー分布を改善するための分割結合を使用するファイバ遅延ラインＷＲＵの概略図である。この実施例は、図１〜図３の前述のすべての実施例において使用可能である。この図４の実施例によれば、カプラ４は、２つのカプラ４ａ及び４ｂに分割されている。そして、第１カプラ４ａのポート７ａのみが第２カプラ４ｂの入力ポート１１ｂに接続されている。第２カプラ４ｂの出力ポート５ｂ及び７ｂは、図１のカプラ４の出力ポート５及び７と同一の機能を具備している（即ち、出力ポート７ｂは、ファイバ遅延ライン９に接続されており、この遅延ラインは、その端部９ａが第１カプラ４ａの入力ポート１１ａに接続されている。そして、カプラ４ａの入力ポート３ａは、ファイバ２に接続されており、第２カプラ４ｂの出力ポート５ｂは、ファイバ６に接続されている。

本発明の実施例によるファイバ遅延ラインＷＲＵの概略図を示している。 本発明の実施例による遅延ライン内蔵型干渉計の概略図を示している。 本発明の実施例による遅延ライン内蔵型干渉計の概略図を示している。 本発明の実施例によるパワー分布改善用の分割結合を使用するファイバ遅延ラインＷＲＵの概略図を示している。

符号の説明

４、４ａ、４ｂ 分割位置、第１分割装置、第２分割装置、ビームスプリッタ又はカプラ
８、８−２ 検出器
９ 経路、遅延装置、ループ
１２、１２−２、１２−３ａ、１２−３ｂ 処理ユニット
２０ 参照ビーム
２２ 計測ビーム
２４ 検査対象光学装置
２６ 重畳光ビーム

Claims (12)

1. （ａ）光学信号を第１信号と第２信号に分割するステップと、
   （ｂ）前記光学信号に対して遅延していない信号として、前記第２信号を使用するステップと、
   （ｃ）前記第２信号に対して前記第１信号を遅延させるステップと、
   （ｄ）前記第１信号を第１部分及び第２部分に分割するステップと、
   （ｅ）遅延した信号として、前記第１信号の前記第２部分を使用するステップと、
   （ｆ）前記第１信号の前記第１部分について、ステップ（ａ）〜ステップ（ｄ）を繰り返すステップと
   を有することを特徴とする光学信号の操作方法。
2. 前記第１信号に前記第２信号とは異なる経路（９）を伝播させることにより、前記第１信号を遅延させるステップを更に有する請求項１に記載の方法。
3. 前記第１及び第２部分の比率を５：９５〜５０：５０間の範囲とするステップを更に有する請求項１又は２に記載の方法。
4. 同一の分割位置（４、４ａ、４ｂ）において、すべての分割操作を実行するステップを更に有する請求項１〜３の中のいずれかに記載の方法。
5. 初期光ビームを干渉計の計測ビーム（２２）と参照ビーム（２０）に分割するステップと、
   前記計測ビーム（２２）を検査対象光学装置（２４）内に結合するステップと、
   請求項１〜４の中のいずれかに記載の方法によって前記参照ビーム（２０）を操作することにより、前記参照ビーム（２０）に前記計測ビーム（２２）とは異なる経路（９）を伝播させるステップと、
   前記参照ビーム（２０）と前記計測ビーム（２２）を重畳し、結果的に生成される重畳光ビーム（２６）内において干渉を生成するステップと、
   前記初期光ビームの周波数を所与の周波数範囲の最小値から最大値にチューニングする際に、前記結果的に生成された重畳光ビーム（２６）のパワーを周波数の関数として検出するステップと、
   前記検出したパワーの周波数依存性から前記検査対象装置（２４）の光学特性を導出するステップと
   を有することを特徴とする検査対象光学装置の特性判定方法。
6. コンピュータなどのデータ処理システム上で稼働した際に、請求項１〜４の中のいずれかに記載の方法を実行する、好ましくは、データ保存媒体上に保存されたソフトウェアプログラム又はプロダクト。
7. 光学信号を第１信号と第２信号に分割する第１分割装置（４、４ａ、４ｂ）と、
   前記光学信号に対して遅延していない信号として、前記第２信号を使用できるように、前記第２信号に対して前記第１信号を遅延させる遅延装置（９）と、
   遅延した信号として、前記第１信号の第２部分を使用できるように、前記第１信号を第１及び第２部分に分割する第２分割装置（４、４ａ、４ｂ）と、
   前記第１信号の前記第１部分を前記第１分割装置（４、４ａ、４ｂ）に供給する反復装置（９）と
   を備えることを特徴とする光学信号の操作装置。
8. 前記第１分割装置（４）と前記第２分割装置（４）とが同一であることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記分割装置は、ビームスプリッタ又はカプラ（４、４ａ、４ｂ）を有していることを特徴とする請求項７又は８に記載の装置。
10. 前記遅延装置は、前記分割装置（４、４ａ、４ｂ）に接続されたループ（９）であることを特徴とする請求項７〜９の中のいずれかに記載の装置。
11. 前記遅延装置（９）と前記反復装置（９）とが同一であることを特徴とする請求項７〜１０の中のいずれかに記載の装置。
12. 初期光ビームを干渉計の計測ビーム（２２）と参照ビーム（２０）に分割する第１ビームスプリッタと、
    前記計測ビーム（２２）を検査対象光学装置（２４）内に結合する接続装置と、
    請求項７〜１１に記載の方法のいずれかに従って光学信号を操作し、前記参照ビーム（２０）に前記計測ビーム（２２）と異なる経路（９）を伝播させる装置と、
    前記参照ビーム（２０）と前記計測ビーム（２２）を重ねあわせ、結果的に生成される重畳光ビーム（２６）内において干渉を生成する第２ビームスプッタと、
    所与の周波数範囲の最小値から最大値までにおいて前記初期光ビームの周波数をチューニングする際に、前記結果的に生成される重畳光ビームのパワーを周波数の関数として検出する検出器（８、８−２）と、
    前記検出したパワーの周波数依存性から前記検査対象装置（２４）の光学特性を導出する処理ユニット（１２、１２−２、１２−３ａ、１２−３ｂ）と
    を有することを特徴とする検査対象光学装置の特性判定装置。

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