JP3626907B2

JP3626907B2 - 干渉測定方法および装置

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Publication number: JP3626907B2
Application number: JP2000515169A
Authority: JP
Inventors: ヘンリーアレンヒル，
Original assignee: ザイゴコーポレイション
Priority date: 1997-10-02
Filing date: 1998-09-23
Publication date: 2005-03-09
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Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は一般に、気体の固有光学特性を測定および監視する方法および装置に関するものである。より具体的には、本発明は、気体の逆分散力の干渉法測定および、無制御の乱流気体の存在下で高精度変位計測学において有用である光学装置とに関連する。
【０００２】
（発明の背景）
干渉測定技術は、精度測定を必要とする多様な仕事について広範な適用可能性を有する。長さ、変位量、幾何学的特性、表面構造、および、振動の正確な測定は、これらの技術が重要な役割を果たす一般の用途であるが、より高い精度の高まる要求のために、成長および進化を続けている。しかし、他の計測学に関しては、実用性がしばしば障壁となって、理論的には可能となり得るものの達成を困難にする。
【０００３】
干渉測定変位計測学の絶対精度を制限する１つの支配的要因は、周囲空気の屈折率の不確定性であり、Ｗ．Ｔ．Ｅｓｔｌｅｒ著、「空気中における高精度変位干渉測定法」、応用光学２４号の８０８頁から８１５頁（１９８５年）、Ｃ．Ｌ．Ｆａｒｒａｎｄ、Ｖ．Ｆ．Ｆｏｓｔｅｒ、および、Ｗ．Ｈ．Ｇｒａｃｅらの、１９８０年８月１５日発行の米国特許第４，２１５，９３８号、Ｎ．Ｂｏｂｒｏｆｆ著、「空気乱流に由来する、レーザ干渉測定における残留誤差と非線形性」、応用光学２６号（１３）の２６７６頁から２６８２頁（１９８７年）、および、Ｎ．Ｂｏｂｒｏｆｆ著、「変位測定干渉測定法における最近の進歩」、測定科学＆技術４号（９）の９０７頁から９２６頁（１９９３年）を参照されたい。
【０００４】
上記の引例に挙げた参考文献で注目されているように、空気中における干渉法変位測定は、環境不確定性、特に、空気圧、温度、および、湿度といった、空気組成の変化；空気中の乱流の影響をも受ける。このような要因は、変位量を測定するために使用される光の波長を変える。通常条件下では、空気の屈折率はおよそ１．０００３であり、１×１０^−５から１×１０^−４の次数の変化を伴う。多くの応用例では、空気の屈折率は、０．１ｐｐｍ（ｐａｒｔｓｐｅｒｍｉｌｌｉｏｎ）から０．００３ｐｐｍよりも低い相対精度で公知であるべきであり、これら２つの相対精度は、１メートル干渉法変位測定の場合、それぞれ、１００ｎｍおよび３ｎｍの変位測定精度に対応する。
【０００５】
屈折率変動を検出する１つの方法は、測定経路に沿った圧力および温度の変化を測定し、かつ、経路の屈折率への影響を算出することである。この計算を実施するための数学的方程式は、Ｆ．Ｅ．Ｊｏｎｅｓ著の「空気の屈折度」と題する、ＮＥＳ研究季刊誌８６号（１）の２７頁から３２頁（１９８１年）の論文に開示される。この技術の実施例は、Ｅｓｔｌｅｒによる引用文献中に記載されている。残念ながら、近似値しか提供しないこの技術は、扱いにくく、空気密度における遅い全体的な変動について補正するにすぎない。
【０００６】
環境不確定性を補正するための前述の段落に記載されるタイプの１つの先行技術は、気圧、温度、および、湿度を測定するために個々のセンサーを使用すること、次いで、測定された変位量を補正するためにこれら測定値を使用することに基づいている。Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ製の市場で入手できるＡｕｔｏｍａｔｉｃＣｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ、Ｍｏｄｅｌ５５１０Ｏｐｔ０１０はこの技術を利用する。この技術は、センサーの誤差のせいで、また、百分率のＣＯ_２含有量などの空気組成の変動から生じる誤差のせいで、部分的に満足がゆくにすぎず、産業ゲージ、すなわち、フレオンおよび溶媒の存在は、この技術では無視される。
【０００７】
空気の影響を補正するための別なタイプの技術は、空気の屈折度の測定に基づく。このタイプの処置手順は、本明細書の以下で、屈折度技術として言及する。高精度距離測定干渉法における用途に関する屈折度技術を用いた場合に遭遇するより深刻な制限の１つは、基本的レベルで生じる。気体の屈折度は、温度および圧力などの環境条件に、一次的に依存する気体の密度に直接比例する。従って、屈折度測定装置の場所で測定された屈折度の値を、距離測定干渉計の測定経路などの第２場所に関連させるために、先の場所における環境条件に関する後の場所における環境条件は、３００ｐｐｍから１０ｐｐｍよりも低い相対精度で公知であるべきであり、後者の場所における屈折率について必要とされる相対精度は、先に引用された相対精度に従って、０．１ｐｐｍから０．００３ｐｐｍより低い。高精度距離測定干渉法における使用に関するこの深刻な制限は、一般に、屈折度技術として分類される全ての技術について、存在する。
【０００８】
環境不確定性を補正する先行技術の屈折度技術は、引用に挙がったＣ．Ｌ．Ｆａｒｒａｎｄ、Ｖ．Ｆ．Ｆｏｓｔｅｒ、および、Ｗ．Ｈ．Ｇｒａｃｅらの米国特許を基本とする。この技術は剛性封入体を組み入れ、その長さは、環境条件および経時定数とは無関係に、正確にわかっていなければならない。この封入体の光路長の変化は、遠隔制御式バルブによって封入体が排気され、かつ、周囲空気で再充満され得ると、測定される。封入体中の空気の屈折度は、光路長の測定した変化に比例する。この技術は、封入体中の空気の特性が測定経路中の空気の特性を適切に表していないという事実のために部分的に満足がゆくにすぎず、したがって、系統的誤差を導く。穿孔を設けた封入体を用いたとしても、先に引用した屈折度技術の制限に加えて、封入体の内外の空気の特性の間に、深刻な系統的差が存在することが、分かっている。
【０００９】
固定長光学基準経路を組み入れた、他の先行技術の屈折度技術は、共通所有される、Ｇ．Ｅ．Ｓｏｍｍａｒｇｒｅｎによる、１９８７年８月１１日発行の米国特許第４，６８５，８０３号と、１９８８年３月２９日発行の米国特許第４，７３３，９６７号に見られる。２つの引用したＳｏｍｍａｒｇｒｅｎ特許に開示される各発明の主たる利点は、測定経路の長さが極端な精度で公知である必要がなく、測定期間中の測定経路長のわずかな変化は耐え得ること、また、屈折率セル周囲の空気が周囲環境を真に表し得ることである。しかし、２つの引用したＳｏｍｍａｒｇｒｅｎ特許は気体の屈折度を測定し、それゆえに、高精度距離測定干渉法における使用に関して、屈折度技術の引用した制限に遭遇する。
【００１０】
恐らく、空気の屈折率に関する環境条件の効果に関する大半の困難な測定は、無制御温度および圧力で、非公知の長さの、または、可変長さの測定経路にわたる指数変動の測定である。このような状況は、幾何物理学的および計測学的長さにおいて頻繁に生じるが、これについては、雰囲気は明らかに無制御であり、屈折率は、空気密度と空気組成の変動のために、劇的に変化している。この問題は、Ｈ．ＭａｔｓｕｍｏｔｏおよびＫ．Ｔｓｕｋａｈａｒａ共著、「長距離測定に関する大気位相乱流の効果」と題する、応用光学２３号（１９）の３３８８頁から３３９４頁（１９８４年）の論文中と、Ｇ．Ｎ．Ｇｉｂｓｏｎ、Ｊ．Ｈｅｙｍａｎ、Ｊ．Ｌｕｇｔｅｎ、Ｗ．Ｆｉｔｅｌｓｏｎ、および、Ｃ．Ｈ．Ｔｏｗｎｅｓら著の、「大気中の光路長乱流」と題する、応用光学２３号（２３）の４３８３頁から４３８９頁（１９８４年）の論文中とに記載される。
【００１１】
無制御雰囲気および変化する屈折率に関する、別な具体的状況は、集積回路のマイクロリソグラフィー製造で採用されるものなど、高精度距離測定干渉法である。例えば、Ｎ．Ｂｏｂｒｏｆｆによる、２つの引用した論文を参照されたい。空気乱流のせいである指数変動の補正は、０．１ｐｐｍのオーダーの大きさであるのが典型的であり、補正した測定路長における空気乱流が一部原因となる指数変動のせいである残留誤差は、高精度変位干渉法において、０．００３ｐｐｍのオーダーよりも低いか、または、そのオーダーの相対精度を伴わなければならず、相対精度は、１メートル干渉法変位測定については、３ｎｍの変位測定精度に対応する。このハイレベルの精度は、周波数安定型レーザ源および高分解能位相検出に関与する。
【００１２】
経路にわたる指数変動を検出するための１つの直接的方法は、Ｊ．Ｌ．Ｈａｌｌ、Ｐ．Ｊ．Ｍａｒｔｉｎ、Ｍ．Ｌ．Ｅｉｃｋｈｏｆｆ、および、Ｍ．Ｐ．Ｗｉｎｔｅｒｓに１９９３年６月８日発行した、「周囲大気の屈折度の高精度インサイチュ決定」と題する、米国特許第５，２１８，４２６号に教示される。Ｈａｌｌらのシステムは、周囲大気に晒され、かつ、光がそこに方向づけられて、周囲雰囲気の屈折度への従属性を有する光学干渉縞パターンを形成するための、屈折計の使用を含む。縞パターンは、透過光を検出しながら、適性角度で平行入力ビームを連続走査することにより、または、分岐入力ビームを照射した干渉計の角出口空間を（複数要素検出装置で）画像化することにより、角度の関数として測定される。Ｈａｌｌらの装置の測定経路は、実質的には、２つの直円円錐の組み合わせであるが、距離測定干渉計の測定経路は実質的に１組の直円シリンダから成る。その結果、Ｈａｌｌらの装置は、大気乱流に起因して、距離測定干渉計の光路長における変動測定には、適さない。
【００１３】
経路にわたる指数変動を検出するための、別なより直接的な方法は、複数波長距離測定によるものである。基本原理は、以下のように理解し得る。干渉計およびレーザーレーダーは、屋外空気中であることが最も多いが、基準と物体との間の光路長を測定する。光路長は、屈折率と、測定ビームが縦走する物理的経路との積分による積である。屈折率は波長とともに変化するが、物理長は波長とは無関係であるという点で、機器が少なくとも２つの波長を使用する場合は、屈折率の各寄与分から物理的経路長を分離することは、一般に可能である。波長にともなう率の変動は、当該技術では、分散として周知であり、従って、この技術は、本明細書の以下で、分散技術として言及する。
【００１４】
分散技術は、２つの異なる波長における光路の差を測定し、次いで、屈折率の特性を利用して、２つの異なる波長における光路の測定差から、経路長への屈折率の影響を算出する。分散技術は２つの深刻な制限に出くわす。より基本的制限は、分散技術が、定義により、屈折率の波長に関する第１導関数の特性を利用する技術である、という事実から生じる。第２の制限は、屈折率の特性が所要の精度について利用可能でなければならないという事実から生じる。
【００１５】
分散技術の第１の導関数特性は、１〜２のオーダーの大きさだけ、距離測定干渉計に関連して、干渉法位相測定が行われなければならない時の相対精度を増大させる。分散技術の第１の導関数特性はまた、屈折率の各特性が、１〜２のオーダーの大きさだけ、屈折度技術に関連して公知でなけらばならない程度の相対精度も増大させる。屈折率について得られる情報は、屈折度技術の或る応用例についての十分な相対精度で公知ではなく、結果として、分散技術の、より数少ない応用例については、十分な相対精度で公知ではない。
【００１６】
屈折率測定についての分散技術は、長い歴史を有し、レーザの導入より以前である。Ｋ．Ｅ．Ｅｒｉｃｋｓｏｎ著の「無制御大気を通る長い経路の干渉測定法」と題する、光学研究会年会報５２号（７）の７８１頁から７８７頁（１９６２年）の論文は、基本原理を説明すると共に、幾何物理学的測定についての技術の実行可能性の分析を提示する。追加の理論的提案は、Ｐ．Ｌ．ＢｅｎｄｅｒおよびＪ．Ｃ．Ｏｗｅｎｓ共著の、「変動する大気の屈折率の変動についての、光学距離測定値の補正」と題する、幾何学研究会報７０（１０）の２４６１頁から２４６２頁（１９６５年）の論文中に見られる。
【００１７】
指数補償の分散技術に基づく商業用距離測定レーザレーダーは、１９７０年代に登場した。Ｋ．Ｂ．ＥａｒｎｓｈａｗおよびＥ．Ｎ．Ｈｅｒｎａｎｄｅｚ共著の、「大気の屈折率を補正する、２レーザ光学距離測定機器」と題する、応用光学１１号（４）の７４９頁から７５４頁（１９７２年）の論文は、５ｋｍから１０ｋｍの測定経路にわたる動作のための、マイクロ波変調式ＨｅＮｅレーザおよびＨｅＣｄレーザを採用した機器を開示している。この機器の更なる詳細は、Ｅ．Ｎ．ＨｅｒｎａｎｄｅｚおよびＲ．Ｓ．Ｅａｒｎｓｈａｗ共著の「大気屈折率を補正する、２レーザ（４４１６Ａおよび６３２８Ａ）光学距離測定機器」と題する、幾何学研究会報７７号（３５）の６９９４頁から６９９８頁（１９７２年）の論文に見られる。分散技術の応用の更なる具体例は、Ｅ．ＢｅｒｇおよびＪ．Ａ．Ｃａｒｔｅｒ共著の、「光ビームトレースによる、一元式および二元式カラーレーザの距離補正」と題する、幾何学研究会報８５（Ｂ１１）の６５１３頁から６５２０頁（１９８０年）の論文で論じられている。
【００１８】
幾何物理学的測定用機器類は強度変調レーザレーダーを採用するのが典型的であるが、光学干渉位相検出は、より短い距離に一層有利であると、当該技術で理解されている。Ｒ．Ｂ．ＺｉｐｉｎおよびＪ．Ｔ．Ｚａｌｕｓｋｙらに１９７２年３月に発行された、「精度次元測定を得る装置およびその方法」と題する、米国特許第３，６４７，３０２号において、温度、圧力、および、湿度などの周囲条件の変化を補償するために複数波長を採用した干渉法変位測定システムが、開示される。この機器は、可動物体を用いた、すなわち、可変物理経路長を用いた動作のために特に設計されている。Ｚｉｐｉｎらの技術は３つの異なる波長を採用して、測定経路に沿って環境条件の変化を補正するように、波長依存屈折率を知っていることを前提とする点で、Ｚｉｐｉｎらの技術は、分散技術ではない。分散技術は、波長に関する屈折率の第１導関数の特性を利用する技術として説明されているが、Ｚｉｐｉｎらの技術は、波長に関する屈折率の第２導関数の特性を利用した技術として説明可能であり、従って、本明細書の以下では、第２導関数屈折率技術に言及する。
【００１９】
幾何物理学的実験における第２導関数屈折率の応用の具体例は、Ｌ．Ｅ．ＳｌａｔｅｒおよびＧ．Ｒ．Ｈｕｇｇｅｔｔ共著の、「幾何物理学的実験のための、複数波長距離測定機器」と題する、幾何学研究会報８１号（３５）の６２９９頁から６３０６頁（１９７６年）の論文中に見られる。
【００２０】
第２導関数屈折率技術は、２つの深刻な制限に遭遇する。より基本的な制限は、第２導関数屈折率技術は、定義によると、屈折率の波長に関して第２導関数の特性を利用する技術であるという事実から生じる。第２の制限は、屈折率の特性が、所要の相対精度について利用可能でなければならないという事実から生じる。第２導関数屈折率技術の第２導関数特性は、干渉法位相測定が、１〜２のオーダーの大きさだけ、分散技術に関して行われなければならない時の相対精度を増大させる。第２導関数屈折率技術の第２導関数特性はまた、屈折率の特性が、１〜２のオーダーの大きさだけ、分散技術に関してわかっていなけらばならない程度の相対精度も増大させる。屈折率について利用できる情報は、屈折度技術の或る適用例について、十分な相対精度で公知ではなく、分散技術のより数の少ない応用例に対しても、また、結果的には、第２導関数屈折率技術のより少数組の応用例についてさえ、公知ではない。
【００２１】
先に引用した基本制限を伴う分散技術を採用したシステムの詳細な具体例は、Ｙ．Ｚｈｕ、Ｈ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ、および、Ｔ．Ｏ’ｉｓｈｉらが、「空気屈折率の変化を測定するためのロングアーム２色干渉計」ＳＰＩＥ、１３１９、複素システムにおける光学系の５３８頁から５３９頁（１９９０年）において解説している。Ｚｈｕらのシステムは、１０６４ｎｍ波長ＹＡＧレーザおよび６３２ｎｍＨｅＮｅレーザを、直角位相検出と共に採用する。実質的に同一の機器が、Ｚｈｕらの、「長経路距離干渉計のための、大気位相および強度乱流の測定」と題する、光波検知技術に関する第３回会議議事録、日本応用物理学会３９号（１９８９年）の、より早期の論文において、日本語で解説されている。
【００２２】
分散技術を利用したマイクロリソグラフィーのための高精度干渉測定法における近年の試みは、１９９０年８月にＡ．Ｉｓｈｉｄａに発行された米国特許第４，９４８，２５４号に示されている。類似の装置は、Ｉｓｈｉｄａ著、「空気乱流が誘導する誤差を除去するために第２調和光を利用した、２波長変位測定干渉計」と題した、日本物理学会報２８号（３）のＬ４７３頁から４７５頁（１９８９年）の論文において、解説されている。この論文では、２波長分散検出により、屈折率の変動が引き起こす誤差を減じる、変位測定干渉計が開示される。Ａｒレーザ源は、当該技術ではＢＢＯとして公知である周波数倍化結晶により、両方の波長を同時に提供する。ＢＢＯ倍化結晶の使用により、基本的に位相ロックした２波長を生じる結果となり、従って、分散測定の安定性と精度を多いに改善する。先に引例に挙がった分散技術の基本的制限に加えて、位相検出および信号処理手段は、ダイナミック測定には適しておらず、この場合、物体の動きは、精度を検出するのが困難である位相の急速な変化を生じる結果となる。
【００２３】
１９９５年４月にＳ．Ａ．Ｌｉｓに発行された「空気乱流補償を備えた干渉法測定システム」と題した米国特許第５，４０４，２２２号では、指数変動を検出および補償するための分散技術を採用した２波長干渉計が開示される。類似の装置は、「ＩＣ製造のための空気乱流補償式干渉計」と題した、ＳＰＩＥ２４４０（１９９５）の論文中でＬｉｓが解説している。Ｓ．Ａ．Ｌｉｓによる米国特許第５，４０４，２２２号についての改良は、１９９６年７月発行の、米国特許第５，５３７，２０９号に開示される。日本応用物理学会（引用書中）においてＩｓｈｉｄａが教示するシステムに関するこのシステムの主たる新機軸は、第２のＢＢＯ倍化結晶を追加して、位相検出手段の精度を改善した点である。追加ＢＢＯ結晶は、厳格には２つの異なる因子である波長を有する２つのビームに光干渉することを、可能にする。結果として生じる干渉信号は、分散に直接依存するが、段階運動とは実質的に無関係である位相を有する。しかし、Ｌｉｓの引例に挙がった特許は全て、分散技術に基づいており、それゆえに、先に引例に挙げた分散技術の基本的制限を有する。
【００２４】
どのような分散技術の相対精度も、測定路における気体の分散と、逆分散力の両方が分かる程度の精度で、直接決まるが、逆分散力は、第１波長において測定される気体の屈折度の、第２波長と第３波長の間の気体の屈折度の分散に対する比として、定義される。第１波長は、関連する距離測定干渉計において使用されるのと同一波長であるのが好ましい。分散の測定で使用される第２波長または第３波長は、屈折度の測定で使用される第１波長と同一であり得る。逆分散力は、距離測定干渉計の測定路における気体の分散の測定値から、距離測定干渉計などの測定経路における気体の屈折度を算出するために利用される。
【００２５】
逆分散力は、気体の組成で決まるのと同様に、特定逆分散力が規定される対称となる３つの波長で決まる。分散技術の主たる利点は、逆分散力が、高精度距離測定干渉計で遭遇するのが通常である環境条件についての温度および圧力などの環境条件とは無関係であることである。しかし、多くの状況で、気体の組成は未知である可能性があり、気体組成は、未知の方法で経時変化し得て、気体成分の屈折度および／または気体成分の屈折度の分散は利用不能か、または、所与の適用に必要な精度まで分かっている。気体組成の知識の欠如、または、必要な相対精度に対する逆分散力の知識の欠如のいずれかが、分散技術の有用性について深刻な制限を課す。
【００２６】
屈折度の利用可能性と、それに対応する逆分散力に関する後者の点については、逆分散力が水蒸気の具体例について分かっている程度まで精度を考慮にいれること。「空気の屈折率」と題する、度量衡学２号（２）の７１頁から８０頁（１９６６年）の、Ｂ．Ｅｄｌｅｎの著作中に見られる水蒸気の屈折度について、広く使用される方程式、または、Ｋ．Ｐ．ＢｉｒｃｈおよびＭ．Ｊ．Ｄｏｗｎｓが、応用光学２８号（５）の８２５頁から８２６頁（１９８９年）で報告する改良結果は、水蒸気について逆分散力を算出するために使用し得る。ＢｉｒｃｈおよびＤｏｗｎｓの発見は、度量衡学２９号の３１５頁から３１６頁（１９９２年）で、Ｊ．ＢｅｅｒｓおよびＴ．Ｄｏｉｒｏｎが検証している。水蒸気の屈折度についてこれら２つの引用源のいずれか一方を利用して逆分散力を算出し得る程度の相対精度は、０．１％の級数に属し、逆分散力を算出する際に使用される第１、第２、および第３波長はスペクトルの可視部分に存在し、第１および第２波長は等しく、また、第２および第３波長は、それぞれに、２：１の比で存在する。ＣＯ_２に関する状況は、およそ３の因数分だけ、良好であるにすぎない。
【００２７】
水蒸気およびＣＯ_２の屈折度についてその時点での知識は、およそ０．００３ｐｐｍの相対精度まで、周囲空気中で分散干渉測定法を利用して絶対長測定を行うのに十分なだけ正確ではないことは、前段で与えた具体例から明瞭である。これらはまた、より一層の乱流環境の雰囲気乱流補償に十分なだけ正確にも、分かり得ない。汚染気体に相対するそれぞれの逆分散力に関する状況は、分散干渉測定法の使用におけるより深刻な問題さえ提示し得る［Ｎ．Ｂｏｂｒｏｆｆ著、測定科学技術４の９０７頁から９２６頁（１９９３年）を参照のこと］。
【００２８】
前述の内容から、先行技術は、気体の屈折率の変動を含め、屈折率を測定および補償する、実際的な高速高精度の方法および対応する手段を提供してはいないことが明瞭である。先行技術の制限は、先の未解決の技術的難点から主として生じるが、（１）屈折度技術は、距離測定干渉計の測定路における気体の屈折度などを直接的には測定せず、結果として、２つの別個の場所における環境条件の詳細かつ高精度の知識を必要とすること、（２）分散技術は、距離測定干渉計の測定路における気体の屈折度を直接的には測定せず、結果として、測定路における気体の組成の知識と、気体組成の逆分散力の知識を必要とすること、（３）気体組成は、乱流気体または非乱流気体のいずれにおいても、分散技術について十分な精度では分かり得ないこと、（４）気体の組成は、相対的な短時間尺度で、相当に変化し得ること、（５）組成判定のデータの寿命が長すぎる可能性があること、（６）気体組成の屈折度および逆分散力が、十分な精度で分かり得ないこと、が挙げられる。
【００２９】
結果的に、気体の屈折率を測定する先行技術はいくつかの適用例については有用であるが、本件出願人に分かっているものはなにも、距離測定干渉法における空気の補償のための分散干渉法において必要な高精度で、気体の逆分散力の判定を必要とする応用例を提示していない。
【００３０】
従って、本発明の目的は、気体の固有光学特性を、特に、その逆分散力を測定および監視する方法および装置を提供することである。
【００３１】
本発明の別な目的は、気体の逆分散力を測定および監視する方法および装置を提供することであり、この場合、この方法および装置は、温度および圧力などの環境条件の測定および監視を必要としない。
【００３２】
本発明の別な目的は、気体の逆分散力を測定および監視する方法および装置を提供することであり、この場合、この方法および装置は、気体組成の知識を必要とはしない。
【００３３】
本発明の別な目的は、気体の逆分散力を測定および監視する方法および装置を提供することであり、この場合、この方法および装置は、気体組成の変化に関して、広い自制の周波数範囲にわたり動作する。
【００３４】
本発明の別な目的は、気体の逆分散力を測定および監視する方法および装置を提供することであり、この場合、この方法および装置は、気体の組成についての屈折度および屈折度の分散の知識を必要とはしない。
【００３５】
本発明の別な目的は、気体の逆分散力を測定および監視する方法および装置を提供することであり、この場合、この方法および装置は、位相ロックした異なる波長の２つ以上の光ビームを使用し得るが、それらの使用を必要とはしない。
【００３６】
本発明の別な目的は、気体の逆分散力を測定および監視する方法および装置を提供することであり、この場合、干渉計測定および逆分散力の監視における測定路の長さは、気体の逆分散力の算出では、実質的に使用されない。
【００３７】
本発明の別な目的は、気体の逆分散力を測定および監視する方法および手段を提供することであり、この場合、干渉計測定および逆分散力の監視で使用される光ビームの周波数は、気体の逆分散力の算出では、実質的に使用されない。
【００３８】
本発明の他の目的は、部分的に明瞭であり、本明細書の後の部分で部分的に明らかとなる。従って、本発明は、図面と関連付けて読めば、後に続く詳細な説明中で具体化される部分の構造、工程、要素の組み合わせ、および、配置を保有する方法および装置を備える。
【００３９】
（発明の要旨）
本発明は一般に、気体の固有光学特性についての情報が、光電度量衡的応用例およびその他の応用例における使用のために測定および監視し得る、装置および方法に関するものである。より特定すると、本発明は、相対的分散および逆分散力の測定を提供するように作用して、相対分散および逆分散力は、気体温度および気体圧力などの環境条件とは実質的に無関係である。これらの測定を行う際には、気体は乱流状態であり得るし、気体組成は未知であり得るし、気体組成は経時可変であり得るし、気体の組成についての屈折度および屈折度の分散の知識は必要ない。本発明の装置が生成する情報は、干渉法距離測定機器（ＤＭＩ）で使用して、測定レッグにおける屈折率に関する誤差を、とりわけ、急速な段階の旋回率により誘導される環境効果および乱流によりもたらされる測定レッグの屈折率変化に関する誤差を補償するのに、特に好適である。
【００４０】
本発明のいくつかの実施態様が案出されており、これらは、最終測定における、より高い精度またはより低い精度の必要を処理する２つの範疇へとおおよそ入る。多様な実施態様は共通な特性を共有するが、これらは、個々の目標を達成するには、いくつかの細部が異なっている。
【００４１】
一般に、本発明の装置は、基準レッグおよび測定レッグを有する干渉計手段を備える。構成要素レッグの各々は、所定の物理経路長を有し、基準レッグは、所定の媒体が占有し、好ましくは真空が占有するように構成および配置され、測定レッグは、固有光学特性が測定および監視されることになる気体が占有するように構成および配置される。好ましい形態では、干渉計手段は、基準レッグとして働く閉鎖した内部チャンバーと、内部チャンバーを包囲して、測定レッグとして働く外部チャンバーとを有する同心セルを備える。内部チャンバーは実質的に排気されて真空になり、外部チャンバーは、典型的なＤＭＩ応用例では空気である、周囲包囲物に対して開放状態にある。同心セルは直円シリンダの形態を呈し、その端部セクションは、セルの縦走方向軸に垂直に固定された波長選択ミラーが被覆される。
【００４２】
異なる波長を有する少なくとも２つの光ビームを発生する手段が、含まれる。好ましい実施態様では、光源は１組の光ビームを生成し、その組の光ビームは、少なくとも２つの光ビームから成り、その組の光ビームの各ビームは異なる波長を有し、その組の光ビームの各ビームの波長は、互いに略調和関係を有する。略調和関係は公知であり、一連の比として表現され、各比は、例えば１／２などの低次非ゼロ整数の、気体の分散力よりも低い大きさの級数の相対精度に対する比から成り、気体の分散力は、逆分散力を、逆分散力の測定に要する相対精度で乗算したものの逆関数である。
【００４３】
１組の周波数シフトした光ビームは、その組の光ビームの各ビームの２つの直交偏波成分の間の周波数差を導入することにより、その組の光ビームから生成されて、その組の周波数シフトした光ビームのどの２つのビームも、同一周波数差を有する。多数の実施態様において、波長の比は、相対精度まで、一連の低次非ゼロ整数として表現可能であり、略調和関係の相対精度は、気体の分散力に、気体の逆分散力の測定に要する相対精度を乗算したものよりも低い大きさの級数に属する。他の実施態様では、略調和関係の相対精度は所望の相対精度には不適切であり、略調和関係の相対精度を監視し、かつ、略調和関係の相対精度を制御するようにフィードバックを供与するか、所望の相対精度からの、略調和関係の相対精度の望ましくない逸脱により影響を受ける後続の計算を補正するための情報を供与するか、または、その両方の何らかの組み合わせを提供するか、いずれかである、手段が設けられる。
【００４４】
周波数シフトした光ビームの各々の少なくとも一部は、好適な光学手段により干渉計手段に導入されて、各光ビーム部分は所定媒体および気体を通って、実質的に同一物理経路長の所定経路に沿って移動する。結局、光ビーム部分は射出ビームとして干渉計手段から現れるが、基準レッグにおける所定の媒体（好ましくは真空）を通る光経路長についての情報と、測定レッグにおける気体を取る光経路長についての情報とを含む。好ましい形態では、干渉計手段へ光ビーム部分を導入する光学手段は、同心セルの波長選択端部ミラーの一方を通して、一方の波長に対応して、光ビーム部分の１つを導入し、更に、同心セルの端部セクションの他方の波長選択ミラーを通して、波長の別なものに対応して、光ビーム部分の別なものを導入する。実施態様の１つでは、３組の光ビーム部分が生成され、一方の波長におけるものは同心セルの一方端に導入され、別な波長における２つが同心セルの他方端に導入される。
【００４５】
また別な実施態様では、光学手段は、光ビーム部分の或るものが同心セルを通って移動すると、それらの光ビーム部分を複数回通過させるように構成される。
【００４６】
射出ビームを受けて、基準レッグと測定レッグから各光ビーム部分の射出ビームの間の位相差に対応する情報を含む混合光信号を生成する組み合わせ手段が設けられる。混合光信号は、次いで、異なるビーム波長における気体の屈折度に対応する情報を含む電気干渉信号を発生するように作動する光検出装置で検知される。
【００４７】
次に、電気干渉信号は、気体の選択固有光学特性を判定するように作動する電子手段により分析される。電子手段は、周知の方法で好適にプログラミングされて、必要な計算を実施するためのマイクロプロセッサまたは汎用コンピュータの形態を呈し得る。電子手段は、異なるビーム波長における相対屈折度を判定するように構成されるが、ここでは、相対屈折度は下記の形式を備え、
【００４８】
【数２】

この場合、ｉおよびｊは、各波長に対応し、かつ、互いに異なる整数である。この情報から、気体の逆分散力Γが、判定し得る。
【００４９】
好ましい形態では、電気干渉信号は、気体の屈折度に対応する位相情報を包含するヘテロダイン信号を含み、この装置は、ヘテロダイン信号を加算して、気体の屈折度の分散に対応する位相情報を包含する少なくとも１つのスーパーへテロダイン信号を生成する手段を、更に含む。ヘテロダイン信号とスーパーへテロダイン信号の位相あいまい度を解くための手段も、含まれる。光ビーム部分が多様な実施態様の干渉手段を通って移動するにつれて、光ビーム部分が経験した光学経路の詳細に依存して、一実施態様においては、最終データ処理の前に、修正ヘテロダイン信号の生成を必要とする、追加のエレクトロニクスまたは異なるエレクトロニクスが、設けられる。
【００５０】
記載された好ましい装置を利用して、本発明の開示された方法を実行し得るが、これはまた、他の周知の装置を利用して実施し得ることが、明瞭である。更に、ホモダイン信号を利用する装置を採用し得ることが、示される。
【００５１】
本発明の構造および動作は、他の目的およびそれらの利点とともに、図面と関連させて詳細な説明を読むことにより最も良く理解し得る。ここで、本発明の部分は、それらが示される図面の全てにおいてそれらを同定するために使用される、指定された参照番号を有する。
【００５２】
（発明の詳細な説明）
本発明は、例えば、干渉計距離測定機器におけるように、気体の固有の光学特性、とりわけ、その逆分散力を、迅速に測定し得て、かつ、引き続いての下流または同時適用例で使用し得る、急速な段階追従速度により測定レッグで誘導される、変化する環境条件または空気乱流のために、測定期間の間際または測定期間の間に起こる屈折率変化を補正することにより精度を向上させるための装置および方法に関するものである。
【００５３】
本発明の装置の、多数の異なる実施態様を、図示および説明する。細部によっては異なっているが、それ以外は、開示された実施態様は多くの共通要素を共有し、そして光源の必要とされる制御の程度に依存して、本質的に２つの広い範疇内に入る。認識されるように、各々の広い範疇内の開示実施態様はまた、それらの干渉計光路をどのように実行するか、および／または、特定の情報信号をどのように電子処理するかという細部が異なる。記載されるべき第１の広域グループは、３つおよび変形の第１実施態様の変形を含む。このグループは、採用光源の安定性が十分であり、かつ、採用光源が発生する光ビームの波長が相対的精度に調和的に（ｈａｒｍｏｎｉｃａｌｌｙ）関連して、最終目的用途適用により、出力データに課される所要精度に適う応用を得ることを意図する。第２グループの実施態様はまた、３つおよび１つの変形例を含み、そしてこれらは、光源の安定性をモニターし、かつ、適用光源によって生成された光ビームの波長を測定して、精度に関する性能要件を満たすようにすることが必要である用途に、特に好適である。両グループについて、ホモダイン信号、ヘテロダイン信号、および／または、スーパーヘテロダイン信号を分析する際に起こり得る位相あいまい度を処理する装置を開示すると共に、発明の工程を実現するための方法を開示する。
【００５４】
気体の固有の光学特性、とりわけ、その逆分散力を測定するための、本発明の装置の好ましい一実施態様を図式で描図する図１ａから図１ｆを、ここで参照する。本装置は広範な放射線源についての応用を有するが、以下の説明は、光測定システムに関する例示のためと解釈される。図１ａを参照し、そして本発明の第１の好ましい実施態様の好ましい方法によれば、光源１から発する光ビーム７は、変調装置３を通過して、光ビーム９となる。変調装置３は駆動装置５により励起される。光源１は、好ましくは偏光し、波長λ_１を有するコヒーレント光のレーザまたは同様の光源であるのが、好ましい。変調装置３は、例えば、音響光学装置、または、音響光学装置とビーム７の偏光成分を選択的に変調するためのさらなる光学系との組み合わせであり得る。変調装置３は、ビーム７の１つの線形偏光成分の発振周波数を、直交する線形偏光成分に関して量ｆ_１をシフトするのが好ましく、各成分の偏光の方向は、本明細書中ではｘまたはｙと指定される。第１の好ましい実施態様の以下の説明では、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、ビーム９のｘ偏光成分は、ビーム９のｙ偏光成分に関して、発振周波数が量ｆ_１だけシフトされる。
【００５５】
次の工程では、光源２から発した光ビーム８は、変調装置４を通過して光ビーム１０となる。変調装置４は駆動装置６により励起されるが、これらは変調装置３および駆動装置５にそれぞれに類似する。光源２は、光源１と同様に、偏光した、コヒーレント光のレーザまたは同様の光源であるのが好ましいが、好ましくは、異なる波長λ_２で、λ_１に関して公知の略調和関係（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｈａｒｍｏｎｉｃｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ）、すなわち下記の方程式を有する。
【００５６】
【数３】

ビーム１０のｘ偏光成分は、ビーム１０のｙ偏光成分に関して、量ｆ_２シフトされた発振周波数を有する。これに加えて、ビーム９およびビーム１０のｘ成分の周波数シフトの方向は、同一である。
【００５７】
１を超える波長を発する単一レーザ源により、もしくは、２つ以上の波長の光ビームを発生可能な、光周波数倍加手段と組み合わさった単一レーザ源、または、それと均等な光源構造により、ビーム９およびビーム１０を代替的に供与し得ることを、当業者に理解される。周波数シフトｆ_１およびｆ_２の一方または両方が、レーザ源自体のゼーマン分裂または同様の現象特性の結果であり得ることを、当業者に理解される。
【００５８】
次の工程では、ビーム９は、引き続いてミラー５３により反射されて、ビーム１１となる。ビーム１０の一部は、好ましくは非偏光型のビーム分裂装置５４Ａにより反射されてビーム１２として、ビーム１０の第２の部分は、ビーム分裂装置５４Ａにより伝達され、そして続いてミラー５４Ｂにより反射されて、ビーム２１２となる。ビーム１１は示差平面ミラー干渉計６９に入射し、ビーム１２およびビーム２１２は、２つの示差平面ミラー干渉計からなる示差平面ミラー干渉計グループ７０に入射する。示差平面ミラー干渉計６９、および、測定セル９０に備えられる外部ミラーを有する示差平面ミラー干渉計グループ７０は、ビーム１１のｘ成分とｙ成分の間の位相シフト
【外１】

、ビーム１２のｘ成分とｙ成分の間の位相シフト
【外２】

、ビーム２１２のｘ成分とｙ成分の間の位相シフト
【外３】

を導入するための干渉計手段を備える。
【００５９】
測定セル９０は、直円柱の形態の、１組の入れ子になった同心状チャンバーとして好適に形成され、その内側チャンバーは真空状態まで排気され、外側は気体で満たされ、その気体の固有の光学特性が監視される。
【００６０】
示差平面ミラー干渉計は、２つの外部平面ミラーの間の光路変化を測定する。これに加えて、同干渉計は、干渉計ビーム分裂キューブおよび関連する光学構成要素で発生し得る熱乱流および機械乱流に対して感受性ではない。図１ｂに示されるような示差平面ミラー干渉計６９は、８個の射出ビーム／戻りビーム１７、２５、３３、４１、１１７、１２５、１３３、および１４１を有する。ビーム１１の１つの周波数成分、すなわち、第１周波数成分から発するビーム１７、２５、３３、および４１は、１つの測定レッグについてのビームを含み、そしてビーム１１の第２周波数成分から発するビーム１１７、１２５、１３３、および１４１は、第２測定レッグについてのビームを含む。ビーム１１の第１周波数成分が唯一のプロジェニター（ｐｒｏｊｅｎｉｔｏｒ）であるビームは破線で図１ｂに示され、そしてビーム１１の第２周波数成分が唯一のプロジェニターであるビームは、点線で図１ｂに示される。
【００６１】
示差平面ミラー干渉計グループ７０の１つの示差平面ミラー干渉計は、４個の射出ビーム／戻りビーム１８、２６、１１８、および１２６を有する。１つの周波数成分、すなわち、ビーム１２の第１周波数成分から発するビーム１８および２６は、１つの測定レッグについてのビームを含み、そしてビーム１２の第２周波数成分から発するビーム１１８および１２６は、第２測定レッグについてのビームを含む。ビーム１２の第１周波数成分が唯一のプロジェニターであるビームは破線により図１ｃに示され、ビーム１２の第２周波数成分が唯一のプロジェニターであるビームは、点線で図１ｃに示される。示差平面ミラー干渉計グループ７０の第２示差平面ミラー干渉計は、４個の射出ビーム／戻りビーム２１８、２２６、３１８、および３２６を有する。ビーム２１２の１つの周波数成分、すなわち、第１周波数成分から発するビーム２１８および２２６は、１つの測定レッグについてのビームを含み、そしてビーム２１２の第２周波数成分から発するビーム３１８および３２６は、第２測定レッグについてのビームを含む。ビーム２１２の第１周波数成分が唯一のプロジェニターであるビームは一点鎖線からなる線で図１ｃに示され、ビーム２１２の第２周波数成分が唯一のプロジェニターであるビームは、二点鎖線からなる線で図１ｃに示される。
【００６２】
ビーム１７、２５、３３、４１、１１７、１２５、１３３、および１４１は、ビーム４３および１４３を結果として生じる、図１ｄに例示された測定セル９０に入射する。ビーム１１の第１周波数成分が唯一のプロジェニターであるビームは破線で図１ｄに示され、そしてビーム１１の第２周波数成分が唯一のプロジェニターであるビームは、点線で図１ｄに示される。ビーム４３および１４３は、波長λ_１における、逆分散力が測定されることになる気体を通る光路長についての情報と、真空を通る光路長についての情報を、それぞれ、含む。同様に、ビーム１８、２６、１１８、および１２６は、ビーム２８および１２８を生じる結果となる、図１ｅに例示される測定セル９０に入射する。ビーム１２の第１周波数成分が唯一のプロジェニターであるビームは破線で図１ｅに示され、そしてビーム１２の第２周波数成分が唯一のプロジェニターであるビームは点線で図１ｅに示される。同様に、ビーム２１８、２２６、３１８、および、３２６は、ビーム２２８および３２８を生じる結果となる、図１ｅに示されるような測定セル９０に入射する。ビーム２１２の第１周波数成分が唯一のプロジェニターであるビームは、一点鎖線からなる線で図１ｅに示され、ビーム２１２の第２周波数成分が唯一のプロジェニターであるビームは、二点鎖線からなる線で図１ｅに示される。ビーム２８および２２８は、波長λ_２における、逆分散力が測定される気体を通る光路長についての情報を含み、そしてビーム１２８および３２８は、波長λ_２における、真空を通る光路長の情報を含む。
【００６３】
ビーム４３はミラー６３Ｂが反射し、その一部は、好ましくは非偏光ビームスプリッタ６３Ａが反射して、ビーム４５の一成分になる。ビーム１４３の一部は、ビームスプリッタ６３Ａが伝達して、ビーム４５の第２成分になる。ビーム４５は混合ビームであり、ビーム４５の第１成分および第２成分は、同一線形偏光を有する。ビーム４５は示差平面ミラー干渉計６９を出る。
【００６４】
ビーム２８はミラー５８Ｂが反射し、その一部は、好ましくは非偏光ビームスプリッタである、ビームスプリッタ５８Ａが反射して、ビーム３０の第１成分になる。ビーム１２８の一部はビームスプリッタ５８Ａが伝達して、ビーム３０の第２成分になる。ビーム３０は混合ビームであり、ビーム３０の第１成分および第２成分は、同一線形偏光を有する。
【００６５】
ビーム２２８はミラー５８Ｄが反射し、その一部は、好ましくは非偏光ビームスプリッタである、ビームスプリッタ５８Ｃが反射して、ビーム２３０の第１成分になる。ビーム３２８の一部はビームスプリッタ５８Ｃが伝達して、ビーム２３０の第２成分になる。ビーム２３０は混合ビームであり、ビーム２３０の第１成分および第２成分は、同一線形偏光を有する。ビーム３０および２３０は示差平面ミラー干渉計グループ７０を出る。
【００６６】
位相シフト
【外４】

、
【外５】

、および
【外６】

の大きさは、ｐ_１＝２ｐ_２の場合についての下記の式に従って、図１ｄおよび図１ｅに示される測定路９７または基準路９８の経路ｉの往復の物理的長さＬ_ｉに関連する。
【００６７】
【数４】

ここでは、角波数κ_ｊは下記の式により与えられるが、
【００６８】
【数５】

ｎ_ｊｉは、波数κ_ｊに対応する測定路９７の経路ｉにおける気体の屈折率（ｉｎｄｉｃｅｓｏｆｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ）であり、基準路９８における屈折率（ｉｎｄｅｘｏｆｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ）は１に設定されている。位相オフセットζｌは、測定路９７または基準路９８には関連していない位相シフト
【外７】

への全ての寄与分を含む。当業者にとっては、ｐ_１≠２ｐ_２である場合の事例の一般化は、簡単な手順である。係数ｐ_１およびｐ_２が方程式（１）における略調和関係を規定するために使用される同一参照番号の係数ｐ１およびｐ２と同一であるのが好ましいということは、注目に値する。図１ｂおよび図１ｃにおいて、示差平面ミラー干渉計６９および示差平面ミラー干渉計グループ７０は、測定セル９０と共に、第１の好ましい実施態様の装置の機能を最も簡単な態様で例示するように、ｐ_１＝４およびｐ_２＝２となるように構成される。
【００６９】
図１ａに示されるような次の工程では、ビーム４５、３０、および２３０は光検出器８５、８６、および２８６にそれぞれ衝突して、３つの干渉信号、すなわち、ヘテロダイン信号ｓ_１、ｓ_２、およびｓ_３をそれぞれに、好ましくは、光電検出により、生じる結果となる。信号ｓ_１は波長λ_１に対応し、信号ｓ_２およびｓ_３は波長λ_２に対応する。信号ｓ_ｌは以下の様式を有し、
【００７０】
【数６】

この場合、時間依存項α_ｌ（ｔ）は以下の方程式により与えられる。
【００７１】
【数７】

ヘテロダイン信号ｓ_１、ｓ_２、およびｓ_３は、それぞれに、電子信号１０３、１０４、および３０４として、分析を目的として電子プロセッサ１０８に伝送される。
【００７２】
ここで図１ｆを参照すると、電子プロセッサ１０８は、ヘテロダイン信号ｓ_２およびｓ_３を一緒に電子的に加算してスーパーヘテロダイン信号Ｓ_１、すなわち、第１スーパーヘテロダイン信号を生成するための電子プロセッサ１０８１を備えているのが好ましいが、この信号は以下の数学的形式を有する。
【００７３】
【数８】

第１スーパーヘテロダイン信号Ｓ_１は以下のように書き直し得て、
【００７４】
【数９】

ここでは、
【００７５】
【数１０】

である。第１スーパーヘテロダイン信号Ｓ_１は、それゆえに、振幅［（Ａ_２＋Ａ_３／２）］ｃｏｓΦ_１を有する周波数ｆ_２の下記のキャリア信号Ｃ_１から構成されるが、
【００７６】
【数１１】

これは、ゼロ周波数のエンベロープ信号に無視し得る二次項となり得るものをプラスしたものにより変調される。
【００７７】
方程式（７）の右側の第２項は、（Ａ_２−Ａ_３／２）およびΦ_１における二次項として入る項である。振幅因子（Ａ_２−Ａ_３／２）は、電子プロセッサ１０８１およびそれぞれの検出器８６および２８６の設計により、小型にされる。更に、位相Φ_１は一般に極めて小さく、示差平面ミラー干渉計グループ７０は、関連する測定路と基準路が実質的に同一である、２つの示差平面ミラー干渉計から構成される。方程式（２）と方程式（９）を組み合わせると、位相Φ_１は以下のように記し得る。
【００７８】
【数１２】

Φ_１は反射表面９５または９６いずれの変位または傾斜のいずれにも、すなわち、示差平面ミラー干渉計の機能には感受性ではなく、測定路９７における気体の平均温度または平均温度の変化、あるいは、その温度勾配または圧力勾配、すなわち、示差平面ミラー干渉計において共線となる中央線を有する、ｓ_２と関連する９０における経路と、ｓ_３と関連する９０における経路の結果には感受性ではなく、測定路９７における気体の組成には感受性ではないことに、方程式（１１）から留意されたい。位相Φ_１への主要貢献分は、気体の温度および圧力の空間座標に関する、測定路９７における空気乱流による二次導関数である。後者の２つの貢献分の大きさは、高精度距離測定干渉法などの用途については、極めて小さくなり、すなわち、≪１ｒａｄ．となるのが一般的である。
【００７９】
図１ｆを参照すると、電子プロセッサ１０８は、１０８１からのヘテロダイン信号ｓ_１とキャリア信号Ｃ_１を一緒に電子的加算して第２レベルのスーパーヘテロダイン信号Ｓ_２、すなわち第２スーパーヘテロダイン信号を生成するための電子プロセッサ１０８３をさらに備えるが、この信号は以下の数学的形式を有する。
【００８０】
【数１３】

第２スーパーへテロダイン信号Ｓ_２は、以下のように書き直せる。
【００８１】
【数１４】

ここで、
【００８２】
【数１５】

および
【００８３】
【数１６】

それゆえ、第２スーパーヘテロダイン信号Ｓ_２は、周波数Ｆと、振幅係数Ａ_１、Ａ_２、およびＡ_３の適切な調節により、また、上述のようにΦ_１をゼロに近似させ続けることにより、かつ、Ｍ_２Ｃ_２項の抽出における適切な位相の使用により、一連の無視し得る二次項となり得るものとのエンベロープ信号Ｍ_２により変調される周波数νのキャリア信号Ｃ_２から構成される。
【００８４】
もう一度、図１ｆを参照すると、電子プロセッサ１０８はプロセッサ１０８５を備えて、整流およびフィルタリング、信号平方処理、または任意の同様の技術を利用して振幅変調を抽出し、かつ、キャリアを復調して、キャリア信号Ｃ_２からエンベロープ信号Ｍ_２を分離するのが、好ましい。電子プロセッサ１０８はプロセッサ１０８６を更に備えて、時間ベースの位相検出などを利用して、変調位相Φ_２を判定する。電子プロセッサ１０８は、位相シフト
【外８】

を判定するためのプロセッサ１０８２を追加で備える。
【００８５】
【数１７】

上記のように規定される気体の逆分散力Гは、以下の公式で表し得る。
【００８６】
【数１８】

ここでは、Ｌ_ＧおよびＬ_Ｖは、それぞれに、測定路９７と基準路９８の平均物理長であり、各項は以下のとおりである。
【００８７】
【数１９】

方程式（２１）で導入される量Κおよび量χは、それぞれに、真空スーパーヘテロダイン波数および真空キャリア波数と称される。この用語法は、本発明の第４、第５、および第６の好ましい実施態様とそれらの変形に関して結果的に発生する位相方程式により支持される。
【００８８】
略調和比は、下記の結果
【００８９】
【数２０】

を有する方程式（２２）および方程式（２３）からΚおよびχの項において表され得る。
【００９０】
【数２１】

上記の条件下で動作すると、変調位相Φ_２およびキャリア位相
【外９】

の比は下記の値を有する。
【００９１】
【数２２】

それゆえ、略調和関係（λ_２／λ_１）が、例えば１／２などの低位非ゼロ整数の、気体の分散率１／Γ未満の桁の相対精度に対する比に、逆分散力Γの測定に所望される相対精度εを乗算したものとして表し得る場合については、方程式（２１）は以下のより簡単な形式に縮小する。
【００９２】
【数２３】

長さＬ_ＧとＬ_Ｖの差（Ｌ_Ｇ−Ｌ_Ｖ）のみが、Γの算出における補正項中の因子として入ることに、留意されたい。量（Ｌ_Ｇ−Ｌ_Ｖ）は、示差平面ミラー干渉計の使用の設計、および、測定セルの設計の結果として、波長λ１およびλ２の大きさよりも小さくされ得る。従って、量Ｌ_ＧおよびＬ_Ｖは、Γの算出のためにはっきりと測定する必要なないが、差（Ｌ_Ｇ−Ｌ_Ｖ）のみが、ε（ｎ_１−１）のオーダーのＬＧと相対的な精度まで要求される。また、真空キャリア波数χは、補正項（Ｌ_Ｇ−Ｌ_Ｖ）χ、すなわち、Ｌ_ＧとＬ_Ｖが実質的に等しい結果として（Ｌ_Ｇ−Ｌ_Ｖ）χ≪
【外１０】

である補正項における因子としてのみ、Γの算出中に入ることにも、留意されたい。従って、Γの算出における量χに必要な相対的精度は、ε（ｎ_１−１）Ｌ_Ｇ／（Ｌ_Ｇ−Ｌ_Ｖ）、すなわち、Γについて得られる相対的精度よりも実質的に大きいのが一般的である量のオーダーである。
【００９３】
方程式（２９）は、逆分散力Γを算出するために第１の好ましい実施態様で使用される方程式である。方程式として表現される方程式（２１）から方程式（２９）へと導く波長λ_１およびλ_２についての条件は、下記の通りである。
【００９４】
【数２４】

方程式（３０）は、光源１および光源２が第１の好ましい実施態様については位相ロックする必要がないという結論の根拠となる。方程式（３０）は、実際には、光源１および光源２の位相ロック要件に関して見た場合は、弱い条件である。距離測定干渉計においておよそ１×１０^−９の相対的距離測定精度に対応して、一例として、逆分散力についての
【００９５】
【数２５】

の所望の精度、すなわち、
【００９６】
【数２６】

を考慮してみられたい。その具体例として、波長λ_１およびλ_２の代わりに、それぞれに、光源周波数ν_１およびν_２に関して書かれた方程式（３０）により表わされる条件は、下記のとおりである。
【００９７】
【数２７】

スペクトルの可視部分における光源波長については、また、ｐ_１およびｐ_２についての低位整数については、方程式（３１）は下記の条件へと移行する。
【００９８】
【数２８】

方程式（３２）で表される結果は、位相ロック条件と比べて、光源１および２の周波数についての相当より低い制限的条件であることは明瞭である。
【００９９】
次の工程では、電子処理手段１０８は、方程式（２９）に従ったΓの算出についてのデジタル形式またはアナログ形式のいずれかで、電子信号１０５として
【外１１】

およびΦ_２をコンピュータ１０９に伝送する。
【０１００】
方程式（２９）を利用したΓの算出は、
【外１２】

およびΦ_２における位相冗長度の解を要求する。第１の好ましい実施態様では、
【外１３】

およびΦ_２を含む均等な波長は、波長λ_１およびλ_２のいずれか一方よりも相当大きく、その結果として、
【外１４】

およびΦ_２における位相冗長度の解について実行される手順において、かなりの単純化を生じる。
【外１５】

およびΦ_２についての均等な波長
【外１６】

および
【外１７】

は、それぞれに、以下の通りである。
【０１０１】
【数２９】

λ_１＝０．６３３μｍ、
【０１０２】
【数３０】

の具体例としては、方程式（３３）および方程式（３４）により与えられる均等な波長は、以下の通りである。
【０１０３】
【数３１】

幾つかの手順のいずれもが、方程式（３５）および方程式（３６）に表されるようなそれらの均等な波長を与えると、
【外１８】

およびΦ_２における位相冗長度を解くために容易に採用され得る。
【外１９】

およびΦ_２における位相冗長度を解くために採用され得る１つの手順は、一連の測定セルの使用に基づき、この場合、測定セルのこの連続体の測定路と基準路についての物理長は、幾何学的プログレッションを形成する。この連続体における最小物理長すなわち第１物理長は、
【外２０】

の初期値がわかっている相対的精度により除算される（
【外２１】

／ｐ_１）に近似する。この連続体における第２測定セルの物理長は、第１測定セルを利用して
【外２２】

が測定される相対精度により除算される、第１測定セルの長さに近似する。これは幾何学的プログレッション手順であり、結果として生じる物理長は幾何学的プログレッションを形成するが、これは、この連続体における測定セルの数が１ずつ増分された場合に、Γを測定するために使用される測定セルの長さを超過するまで継続する。この連続体における第１測定セルについての典型的物理長は、０．５ｍｍのオーダーに属し、この連続体における第２測定セルについての典型的物理長は、５０ｍｍのオーダーに属し、必要ならば、この連続体における第３測定セルについての典型的物理長は、５０００ｍｍのオーダーに属する。
【０１０４】
第２手順は、一連の既知の波長の光源（図１ａから図１ｆには示されない）の使用と、これら波長について
【外２３】

およびΦ_２を測定することに基づく。位相冗長度の解に必要となる、既知の波長の数は、方程式（３５）および方程式（３６）により表わされるような、比較的大きい均等な波長の直接的結果として、小さいセットから構成されるのが、一般的である。
【０１０５】
【外２４】

およびΦ_２における位相冗長度を解くための別な手順は、基準路９８が測定路９７に存在するような気体から排気状態（真空ポンプおよび必要な気体取扱システムが図１ａから図１ｆには示されていない）まで変化するにつれて、
【外２５】

およびΦ_２における変化を観察して、
【外２６】

およびΦ_２における位相冗長度を解くことである。非ゼロ値から真空まで気体圧を変化させる処理に部分的に基づく屈折率と屈折率の分散についての絶対値を測定する際に通常遭遇する問題は、方程式（３５）および方程式（３６）により表されるような、比較的大きな均等な波長のために、第１の好ましい実施態様には存在しない。
【０１０６】
第２の逆分散力Γ_２はまた、以下の通りである気体について定義され得る。
【０１０７】
【数３２】

しかしながら、下記の理由から、Γ_２はΓから直接得られ得る。
【０１０８】
【数３３】

それゆえに、Γ_２に関する第１の好ましい実施態様の説明は、Γに関する第１の好ましい実施態様の説明と、実質的に同一である。
【０１０９】
Γにより表される気体の固有の特性は、比（ｎ_１−１）／（ｎ_２−１）などの別な形式で下流側で獲得され、かつ、実質的に使用され得る。この比（ｎ_１−１）／（ｎ_２−１）は、下記の式により測定された量に関して書き表され得る。
【０１１０】
【数３４】

比（ｎ_１−１）／（ｎ_２−１）はまた、下記の方程式により、Γ、もしくは、ΓおよびΓ_２に関しても表され得る。
【０１１１】
【数３５】

方程式（４０）の結果として、比（ｎ_１−１）／（ｎ_２−１）に関する第１の好ましい実施態様の説明は、ΓおよびΓ_２に関する第１の好ましい実施態様の説明と実質的に同一である。
【０１１２】
図１ｂは、図１ａに示される示差平面ミラー干渉計６９の一実施態様を概略形式で描く。これは、以下の方法で作動する。ビーム１１は、好ましくは偏光ビームスプリッタであるビームスプリッタ５５Ａに入射し、ビーム１１の一部はビーム１３として伝達される。ビーム１１の第２部分は、ビームスプリッタ５５Ａが反射し、その後、ミラー５５Ｂが反射し、次いで、ビーム１１３として、半波位相遅延プレート７９が伝達し、この半波位相遅延プレート７９は、ビーム１１の反射部分の偏光の平面を９０゜だけ回転させる。ビーム１３および１１３は同一偏光を有するが、依然異なる周波数を有する。ビーム１３およびビーム１３が唯一のプロジェニターであるビームは、図１ｂおよび図１ｄで破線で示され、ビーム１１３およびビーム１１３を唯一のプロジェニターとするビームは、図１ｂおよび図１ｄで点線で示される。ビームスプリッタ５５Ａおよびミラー５５Ｂの機能は、従来の偏光技術を利用して、ビーム１１の２つの周波数成分を空間的に分離することである。
【０１１３】
ビーム１３およびビーム１１３は、偏光コーティング７３を有する、偏光ビームスプリッタ７１に入り、ビーム１５およびビーム１１５として、それぞれに、伝達される。ビーム１５およびビーム１１５は、４分の１波位相遅延プレート７７を通過し、円形に偏光されるビーム１７および１１７へと、それぞれに、変換される。ビーム１７および１１７は、測定セル９０内部でミラーによりそれら自体へ逆反射され、４分の１波遅延プレート７７を逆通過し、元の入射ビーム１５および１１５に直交偏光する線形偏光ビームへと逆変換される。これらビームは、偏光コーティング７３が反射して、それぞれに、ビーム１９および１１９になる。ビーム１９および１１９は逆反射体７５が反射し、それぞれに、ビーム２１および１２１になる。ビーム２１および１２１は偏光コーティング７３が反射して、それぞれに、ビーム２３および１２３になる。ビーム２３および１２３は４分の１波位相遅延プレート７７を通過して、それぞれに、円偏光ビーム２５および１２５へと変換される。ビーム２５および１２５は測定セル９０内部のミラーがそれら自体に逆反射し、４分の１波遅延プレート７７を逆通過し、元の入射ビーム１５および１１５と同一の線形偏光ビームへと、逆変換する。これらのビームは偏光コーティング７３が伝達して、それぞれに、ビーム２７および１２７になる。ビーム２７はミラー５７Ａおよび５７Ｂが反射し、ビーム１２７はミラー５９Ｃおよび５９Ｄが反射して、それぞれに、ビーム２９および１２９になる。
【０１１４】
ビーム２９および１２９は偏波ビームスプリッタ７１に入り、偏波コーティング７３を有する偏波ビームスプリッタ７１によって、それぞれビーム３１およびビーム１３１として伝達される。ビーム３１および１３１は４分の１波位相遅延プレート７７を通過し、円偏波ビーム３３および１３３へと、それぞれに変換する。ビーム３３および１３３は測定セル９０内部のミラーによりそれら自体へと逆反射し、４分の１波遅延プレート７７を逆通過し、元の入射ビーム３１および１３１に対して直交偏波する線形偏波ビームへと、逆変換する。これらビームは偏波コーティング７３により反射して、それぞれに、ビーム３５および１３５となる。ビーム３５および１３５は逆反射体７５により反射して、それぞれに、ビーム３７および１３７になる。ビーム３７および１３７は偏波コーティング７３により反射して、それぞれに、ビーム３９および１３９になる。ビーム３９および１３９は４分の１波位相遅延プレート７７を通過し、円偏波ビーム４１および１４１へと、それぞれに変換する。ビーム４１および１４１は測定セル９０内部のミラーによってそれら自体に逆反射し、４分の１波遅延プレート７７を逆通過し、元の入射ビーム１５および１１５と同一の線形偏波ビームへと逆変換する。これらビームは偏波コーティング７３によって伝達され、それぞれに、ビーム４３および１４３になる。ビーム４３および１４３は、波長λ_１における、逆分散力Γが判定される気体を通る光路長についての情報と、真空を通る光路長についての情報を、それぞれに、包含する。
【０１１５】
ビーム４３はミラー６３Ｂが反射し、次いで、一部は、好ましくは非偏波タイプのビームスプリッタ６３Ａが、ビーム４５の第１成分として反射する。ビーム１４３はビームスプリッタ６３Ａに入射し、ビーム１４３の一部はビーム４５の第２成分として伝達され、ビーム４５の第１成分および第２成分は、同一線形偏波を有するが、依然として異なる周波数を有する。
【０１１６】
図１ｃは、図１ａに示される示差平面ミラー干渉計グループ７０の一実施態様を、概略形式で描く。これは以下の方法で作動する。ビーム１２は、好ましくは偏波ビームスプリッタであるビームスプリッタ５６Ａに入射して、このときビーム１２の一部はビーム１４として伝達される。ビーム１２の第２部分はビームスプリッタ５６Ａが反射し、ミラー５６Ｂがその後に反射し、次いで、半波位相遅延プレート８０がビーム１１４として伝達し、半波位相遅延プレート８０は、ビーム１２の反射部分の偏波の平面を９０゜だけ回転させる。ビーム１４、およびビーム１１４は、同一偏波を有するが、依然として異なる周波数を有する。ビーム１４、およびビーム１４が唯一のプロジェニターであるビームは、図１ｃおよび図１ｅでは破線で示され、ビーム１１４およびビーム１１４を唯一のプロジェニターとするビームは、図１ｃおよび図１ｅでは点線で示される。ビームスプリッタ５６Ａおよびミラー５６Ｂの、部分的な機能は、従来の偏波技術を利用して、ビーム１２の２つの周波数成分を空間的に分離することである。
【０１１７】
ビーム１４およびビーム１１４は、偏波コーティング７４を有する偏波ビームスプリッタ７２に入り、それぞれに、ビーム１６および１１６として伝達される。ビーム１６およびビーム１１６は４分の１波位相遅延プレート７８を通過し、円偏波ビーム１８および１１８へと、それぞれに変換する。ビーム１８および１１８は測定セル９０内部のミラーからそれら自体に逆反射し、４分の１波遅延プレート７８を逆通過し、元の入射ビーム１６および１１６に直交偏波する線形偏波ビームへと逆変換する。これらビームは偏波コーティング７４により反射して、それぞれに、ビーム２０および１２０になる。ビーム２０および１２０は逆反射体７６により反射して、それぞれにビーム２２および１２２になる。ビーム２２および１２２は偏波コーティング７４により反射して、それぞれに、ビーム２４および１２４になる。ビーム２４および１２４は４分の１波位相遅延プレート７８を通過し、円偏波ビーム２６および１２６へと、それぞれに変換する。ビーム２６および１２６は測定セル９０内部のミラーによってそれら自体に逆反射し、４分の１波遅延プレート７８を逆通過し、元の入射ビーム１６および１１６と同一の線形偏波ビームへと逆変換する。これらビームは偏波コーティング７４により伝達されて、それぞれに、ビーム２８および１２８になる。ビーム２８および１２８は、波長λ_２において、逆分散力Γが判定される気体を通る光路長についての情報と、真空を通る光路長についての情報とをそれぞれに含む。
【０１１８】
ビーム２８はミラー５８Ｂによって反射し、次いで、一部は、好ましくは非偏波タイプであるビームスプリッタ５８Ａによって、ビーム３０の第１成分として反射する。ビーム１２８はビームスプリッタ５８Ａに入射し、このときビーム１２８の一部はビーム３０の第２成分として伝達され、ビーム３０の第１成分および第２成分は同一線形偏波を有するが、依然として異なる周波数を有する。
【０１１９】
ビーム２１２はビームスプリッタ５６Ａに入射し、ビーム２１２の一部はビーム２１４として伝達される。ビーム２１２の第２部分はビームスプリッタ５６Ａによって反射し、その後ミラー５６Ｂによって反射し、次いで、半波位相遅延プレート８０がビーム３１４として伝達し、半波位相遅延プレート８０はビーム２１２の反射部分の偏波の平面を９０゜だけ回転させる。ビーム２１４および３１４は、同一偏波を有するが、依然として異なる周波数を有する。ビーム２１４、およびビーム２１４が唯一のプロジェニターとなるビームは、図１ｃおよび図１ｅでは一点鎖線で示され、ビーム３１４、およびビーム３１４を唯一のプロジェニターとするビームは、図１ｃおよび図１ｅに二点鎖線で示される。ビームスプリッタ５６Ａおよびミラー５６Ｂの部分的機能は、従来型偏波技術を利用して、ビーム２１２の２つの周波数成分を空間的に分離することである。
【０１２０】
ビーム２１４および３１４は、偏波コーティング７４を有する偏波ビームスプリッタ７２に入り、それぞれに、ビーム２１６および３１６として伝達される。ビーム２１６および３１６は４分の１波位相遅延プレート７８を通過し、円偏波ビーム２１８および３１８へと、それぞれに変換する。ビーム２１８および３１８は測定セル９０内部のミラーによってそれら自体に逆反射し、４分の１波遅延プレート７８を逆通過し、元の入射ビーム２１６および３１６に直交偏波する線形偏波ビームへと逆変換する。これらビームは偏波コーティング７４により反射して、それぞれに、ビーム２２０および３２０になる。ビーム２２０および３２０は逆反射体７６により反射して、それぞれに、ビーム２２２および３２２になる。ビーム２２２および３２２は偏波コーティング７４により反射して、それぞれに、ビーム２２４および３２４になる。ビーム２２４および３２４は４分の１波位相遅延プレート７８を通過し、円偏波ビーム２２６および３２６へと、ぞれぞれに変換する。ビーム２２６および３２６は測定セル９０内のミラーによってそれら自体に逆反射し、４分の１波遅延プレート７８を逆通過し、元の入射ビーム２１６および３１６と同一の線形偏波ビームへと逆変換する。これらビームは偏波コーティング７４により伝達されて、それぞれに、ビーム２２８および３２８になる。ビーム２２８および３２８は、波長λ_２において、逆分散力Γが測定されることになる気体を通る光路長についての情報と、真空を通る光路長についての情報を、それぞれに含む。
【０１２１】
ビーム２２８はミラー５８Ｄによって反射し、次いで、一部は、好ましくは非偏波タイプであるビームスプリッタ５８Ｃにより、ビーム２３０の第１成分として反射する。ビーム３２８はビームスプリッタ５８Ｃに入射し、このときビーム３２８の一部はビーム２３０の第２成分として伝達され、ビーム２３０の第１成分および第２成分は同一線形偏波を有するが、依然として異なる周波数を有する。
【０１２２】
図２ａから図２ｂは、気体の逆分散力または他の固有の光学特性を測定するための、本発明の第１の好ましい実施態様の変形例を、概略形式で描く。第１の好ましい実施態様の変形例についての、光ビーム９および１０の光源と、光ビーム９および１０との説明は、第１の好ましい実施態様について与えられた、光ビーム９および１０の光源と、光ビーム９および１０との説明と同一である。
【０１２３】
図２ａに例示されるように、ビーム９はミラー５３により反射して、ビーム１１となる。ビーム１１は示差平面ミラー干渉計６９に入射する。ビーム１０の一部は、好ましくは非偏波タイプのビームスプリッタ５４Ａにより、ビーム１２として反射して、ビーム１０の一部はビームスプリッタ５４Ａによって伝達され、その後にミラー５４Ｂが反射して、ビーム２１２となる。ビーム１２および２１２は、２つの示差平面ミラー干渉計から構成される示差平面ミラー干渉計グループ１７０に入射する。ビーム１２の第１周波数成分が唯一のプロジェニターとなるビームは、図２ｂでは破線で示され、ビーム１２の第２周波数成分が唯一のプロジェニターとなるビームは、図２ｂに点線で示される。ビーム２１２の第１周波数成分が唯一のプロジェニターとなるビームは、図２ｂに一点鎖線で示され、ビーム２１２の第２周波数成分が唯一のプロジェニターとなるビームは、図２ｂに二点鎖線で示される。示差平面ミラー干渉計６９および示差平面ミラー干渉計グループ１７０は、測定セル９０により備えられる外部ミラーを装備するが、ビーム１１のｘ成分とｙ成分の間の位相シフト
【外２７】

、およびビーム１０のｘ成分とｙ成分の間の位相シフト（
【外２８】

）／２を導入するための、干渉測定法手段を備える。
【０１２４】
示差平面ミラー干渉計６９は、第１の好ましい実施態様の示差平面ミラー干渉計６９と同一である。示差平面ミラー干渉計グループ１７０における光学ビームの経路は、これまでの、第１の好ましい実施態様の示差平面ミラー干渉計グループ７０における光学ビームの経路と同一であり、かつ、図２ｂに例示されるように、ビーム２８、２２８、１２８、および３２８の発生を含む。第１の好ましい実施態様の変形例では、ビーム２８、２２８、１２８、および３２８は光学的に組み合わさって、ビーム３２を発生する。ビーム３２は、検出装置１８６により検出される混合ビームであり、ビーム３２は、同一偏波を有するが、異なる周波数を有する２つの成分から成る。光電検出によって行われるのが好ましいが、検出装置１８６において混合ビーム３２から生成されるヘテロダイン信号は、電子信号１１０４として、電子プロセッサ１１０８に伝達される。
【０１２５】
ビーム３２は、以下の工程で、ビーム２８、２２８、１２８、および３２８から生成される。ビーム２８はミラー６０Ｂによって反射し、一部はその後に、好ましくは５０／５０非偏波ビームスプリッタであるミラー６０Ａにより反射して、ビーム３０Ａの一部を形成する。ビーム２２８の一部はビームスプリッタ６０Ａにより伝達され、ビーム３０Ａの第２部分を形成し、ビームの第１部分および第２部分は同一の偏波と同一の周波数を有する。ビーム２８および２２８の振幅が同一である限りにおいて、ビームスプリッタ６０Ａが５０／５０ビームスプリッタである限りにおいて、およびビーム２８および２２８についての光路長が同一である限りにおいて、実質的にビーム２８と２２８の全てが、構造的干渉のために、ビーム３０Ａ中に存在する。
【０１２６】
ビーム１２８はミラー６０Ｄによって反射し、一部はその後、好ましくは５０／５０非偏波ビームスプリッタであるミラー６０Ｃにより反射して、ビーム１３０Ａの一部を形成する。ビーム３２８の一部はビームスプリッタ６０Ｃにより伝達されて、ビーム１３０Ａの第２部分を形成し、ビーム１３０Ａの第１部分と第２部分は、同一偏波と同一周波数を有する。ビーム１２８および３２８の振幅が同一である限りにおいて、ビームスプリッタ６０Ｃが５０／５０ビームスプリッタである限りにおいて、およびビーム１２８および３２８についての光路長が同一である限りにおいて、実質的にビーム１２８と３２８の全ては、構造的干渉のために、ビーム１３０Ａ中に存在する。ビーム３０Ａおよび１３０Ａもまた、同一偏波と異なる周波数を有する。ビーム３０Ａおよび１３０Ａは、波長λ_２において、気体を通る光路長についてと、真空を通る光路長について、それぞれに情報を含む。
【０１２７】
次ぎの工程では、ビーム３０Ａはミラー６２Ｂによって反射し、次いで、ビーム３０Ａの一部は、好ましくは非偏波ビームスプリッタであるビームスプリッタ６２Ａによって反射し、ビーム３２の第１成分となる。ビーム１３０Ａの一部はビームスプリッタ６２Ａにより伝達されて、ビーム３２の第２成分となる。ビーム３２は混合ビームであり、ビーム３２の第１成分および第２成分は、同一偏波と異なる周波数を有する。図２ａに示されるような次の工程では、ビーム３２は光検出装置１８６に衝突し、好ましくは光電検出により、２つの干渉信号、すなわち、ヘテロダイン信号ｓ_２およびｓ_３を結果として生じる。信号ｓ_２およびｓ_３は波長λ_２に対応し、光検出装置１８６において加算されて、第１の好ましい実施態様の電子プロセッサ１０８１で生成される信号Ｓ_１と同一の、スーパーへテロダイン信号Ｓ_１を形成する。プロセッサ１１０８と１０８は、１０８１のみが異なっている。
【０１２８】
第１実施態様の変形例の説明の残りは、第１実施態様の対応局面についての説明と同一である。
【０１２９】
気体の逆分散力または他の固有の光学特性を測定するための、本発明の第２の好ましい実施態様を図式形式で描く、図３ａから図３ｄを、ここで参照する。第２の実施態様についての、光ビーム９および１０の光源と、光ビーム９および１０との説明は、本発明の第１の好ましい実施態様について与えた、光ビーム９および１０の光源と、光ビーム９および１０との説明と同一である。
【０１３０】
図３ａに例示されるように、ビーム９はミラー５３により反射してビーム１１となり、ビーム１０はミラー５４により反射してビーム１２となる。ビーム１１は示差平面ミラー干渉計２６９に入射し、ビーム１２は示差平面ミラー干渉計２７０に入射する。ビーム１１の第１周波数成分が唯一のプロジェニターとなるビームは、図３ｂに破線で示され、ビーム１１の第２周波数成分が唯一のプロジェニターとなるビームは図３ｂに点線で示される。ビーム１２の第１周波数成分が唯一のプロジェニターとなるビームは、図３ｃで破線で示され、ビーム１２の第２周波数成分が唯一のプロジェニターとなるビームは、図３ｃに点線で示される。示差平面ミラー干渉計２６９および２７０は、測定セル９０により備えられる外部ミラーを装備するが、ビーム１１のｘ成分とｙ成分の間の位相シフト
【外２９】

と、ビーム１２のｘ成分とｙ成分の間の位相シフト
【外３０】

を導入するための干渉測定法手段を備える。
【０１３１】
示差平面ミラー干渉計２６９は、図３ｂに示されるように、４個の射出ビーム／戻りビーム１７、２５、１１７、および１２５を有する。ビーム１１の１つの周波数成分から派生するビーム１７および２５は、１つの測定レッグを含み、ビーム１１の第２周波数成分から派生するビーム１１７および１２５は、第２の測定レッグを含む。示差平面ミラー干渉計２７０は、図３ｃに示されるように、４個の射出ビーム／戻りビーム１８、２６、１１８、および１２６を有する。ビーム１２の１つの周波数成分から派生するビーム１８および２６は１つの測定レッグを含み、ビーム１２の第２周波数成分から派生するビーム１１８および１２６は、第２の測定レッグを含む。
【０１３２】
ビーム１７，２５、１１７、および１２５は、図１ｄに詳細に記載されるのと同一の測定セル９０に入射し、これは、ビーム２７および１２７を結果として生じる。ビーム２７および１２７は、波長λ_１における、逆分散力Γが測定されることになる気体を通る光路長についての情報と、真空を通る光路長の情報とを、それぞれに含む。ビーム１８、２６、１１８、および１２６は、図１ｅに詳細に記載されるのと同一の測定セル９０に入射し、これは、ビーム２８および１２８を結果として生じる。ビーム２８および１２８は、波長λ_２における、気体を通る光路長についてと、真空を通る光路長についての情報を、それぞれに含む。
【０１３３】
位相シフト
【外３１】

および
【外３２】

の大きさは、下記の式に従って、図１ｄおよび図１ｅに示される測定路９７または基準路９８の経路ｉの往復物理長Ｌ_ｉに相関する。
【０１３４】
【数３６】

ここでは、図３ｂおよび図３ｃにおける例示は、第２の好ましい実施態様における本発明の機能を最も簡単な態様で例示するように、ｐ＝４についてのものである。
【０１３５】
ビーム２７はミラー６３Ｂによって反射し、次いで、一部は、好ましくは非偏波ビームスプリッタであるビームスプリッタ６３Ａが反射して、位相シフトされたビーム２９Ａの第１成分になる。ビーム１２７の一部はビームスプリッタ６３Ａにより伝達されて、位相シフトされたビーム２９Ａの第２成分になる。位相シフトされたビーム２９Ａは混合ビームであり、ビーム２９Ａの第１成分および第２成分は、同一偏波を有するが、異なる周波数を有する。
【０１３６】
ビーム２８はミラー５８Ｂによって反射し、次いで、一部は、非偏波ビームスプリッタであるのが好ましい、ビームスプリッタ５８Ａにより反射して、位相シフトされたビーム３０の第１成分になる。ビーム１２８の一部はビームスプリッタ５８Ａにより伝達されて、位相シフトされたビーム３０の第２成分になる。位相シフトされたビーム３０は混合ビームであり、ビーム３０の第１成分および第２成分は、同一偏波を有するが、異なる周波数を有する。
【０１３７】
図３ａに示されるような次の工程では、位相シフトされたビーム２９Ａおよび３０は、それぞれに光検出器１８５および８６に衝突し、好ましくは光電検出により、２つの干渉信号、すなわち、ヘテロダイン信号ｓ_１およびｓ_２をそれぞれに生じる結果となる。信号ｓ_１は波長λ_２に対応し、信号ｓ_２は波長λ_１に対応する。信号ｓ_ｔは、方程式（４）が表す形式を有するが、時間依存引数αｔ（ｔ）は方程式（５）が与える。ヘテロダイン信号ｓ_１およびｓ_２は、ディジタル形式またはアナログ形式のいずれかで、それぞれに、電子信号２０３および１０４として、分析を目的として、電子プロセッサ２０８に伝達される。
【０１３８】
ここで図３ｄを参照すると、電子処理手段２０８は、下記の形式を有する２つの修正ヘテロダイン信号
【０１３９】
【数３７】

および
【０１４０】
【数３８】

を生成するように、ヘテロダイン信号ｓ_１およびｓ_２の時間依存引数α_１（ｔ）およびα_２（ｔ）をそれぞれに、係数ｐ_１およびｐ_２でそれぞれに電子的乗算するための手段２８１を備えるのが、好ましい。
【０１４１】
【数３９】

この乗算は、信号平方化処理（ｓｉｇｎａｌｓｑｕａｒｉｎｇ）とその後に続く電子フィルタリング等の、当該技術で広く公知の周波数乗算技術のうちのいずれかで、達成し得る。かかる電子乗算技術は、本発明の分析技術の本件の簡単な説明においては無視し得る、信号強度にオフセットと修正を導入し得るものと、当業者ならば理解するだろう。係数ｐ_１およびｐ_２は、方程式（１）における略調和関係を限定するために使用される同一参照記号の係数ｐ_１およびｐ_２と同一であるのが好ましいことは、注目に値する。
【０１４２】
再び第３ｄ図を参照すると、電子処理手段１０８Ａは、下記の数学的形式を有するスーパーへテロダイン信号
【０１４３】
【数４０】

を生成するように、２つの修正ヘテロダイン信号
【０１４４】
【数４１】

および
【０１４５】
【数４２】

一緒に電子的に加算するための手段１０８ｂを備えているのが、好ましい。
【０１４６】
【数４３】

これは、次ぎのように書き直せる。
【０１４７】
【数４４】

ここでは、
【０１４８】
【数４５】

【０１４９】
【数４６】

であり、また、
【０１５０】
【数４７】

である。それゆえ、スーパーへテロダイン信号
【０１５１】
【数４８】

は、周波数
【０１５２】
【数４９】

のエンベロープ信号
【０１５３】
【数５０】

により変調された周波数
【０１５４】
【数５１】

のキャリア信号
【０１５５】
【数５２】

である。ヘテロダイン信号
【０１５６】
【数５３】

および
【０１５７】
【数５４】

が異なる振幅を備えている場合は、結果として生じる数学的表現はより複雑となるが、それにもかかわらず、エンベロープ信号により変調されたキャリア信号に関して説明し得るものと、当業者なら正当に評価するだろう。本件開示では簡略にするために、修正ヘテロダイン信号
【０１５８】
【数５５】

および
【０１５９】
【数５６】

は同一振幅を有しているものと、仮定する。
【０１６０】
本発明の第２実施態様の残余の説明は、本発明の第１実施態様の対応する工程について与えられる説明と同一である。
【０１６１】
代替のデータ処理は、本発明の精神および範囲から逸脱せずに、第２の好ましい実施態様について考慮し得るものと、当業者ならば正当に評価するだろう。例えば、修正ヘテロダイン信号
【０１６２】
【数５７】

および
【０１６３】
【数５８】

を一緒に乗算することは、上述のように加算するよりもむしろ有益であることが分かっており、下記の表現を生じる。
【０１６４】
【数５９】

代替の信号
【０１６５】
【数６０】

は、位相高感度検出の使用により、（ｓ_１＋ｓ_２）^ｐ＋ｑの２項展開において適切な項を選択することにより、生成し得る。代替の信号
【０１６６】
【数６１】

は、次いで、周波数
【０１６７】
【数６２】

および周波数
【０１６８】
【数６３】

を有する２つの信号の積よりはむしろ、それらの和から成る。かかる処理技術は、図３ａにおける検出装置１８５および８６を１つの検出装置と置換するのに有用であるのが分かっている場合などは、有利であることがわかる。
【０１６９】
ここで、気体の逆分散力または他の光学特性を測定するための、本発明の第３の好ましい実施態様を図形式で描く図４ａから図４ｄを参照する。第３実施態様についての、光ビーム９および１０の光源と、光ビーム９および１０との説明は、本発明の第１の好ましい実施態様について与えた、光ビーム９および１０の光源と、光ビーム９および１０との説明と同一である。
【０１７０】
図４ａに例示されるように、ビーム９はミラー５３に反射して、ビーム１１となり、ビーム１０はミラー５４に反射して、ビーム１２となる。ビーム１１は示差平面ミラー干渉計３６９に入射し、ビーム１２は示差平面ミラー干渉計２７０に入射する。ビーム１１の第１周波数成分が単独のプロジェニター（ｐｒｏｇｅｎｉｔｏｒ）であるビームは、図４ｂおよび図４ｃに破線で示され、ビーム１１の第２周波数成分が唯一のプロジェニターであるビームは、図４ｂおよび図４ｃに点線で示される。示差平面ミラー干渉計２６９および２７０は、外部ミラーが測定セル９０を装備するが、ビーム１１のｘ成分とｙ成分の間の位相シフト
【外３３】

と、ビーム１２のｘ成分とｙ成分の間の位相シフト
【外３４】

を導入するための干渉測定法手段を備える。
【０１７１】
示差平面ミラー干渉計３６９は８個の射出ビーム／戻りビーム、図４ｂに示されるような４個の射出ビーム／戻りビーム４１７、４２５、５１７、および５２５、また、図４ｃに示されるような４個の射出ビーム／戻りビーム４３３、４４１、５３３、および５４１を有する。ビーム１１の１つの周波数成分から派生するビーム４１７、４２５、４３３、および４４１は１つの測定レッグを含み、ビーム１１の第２周波数成分から派生するビーム５１７、５２５、５３３、および５４１は、第２の測定レッグを含む。ビーム４１７、４２５、４３３、４４１、５１７、５２５、５３３、および５４１は、図４ｂおよび図４ｃに詳細に説明されるように、測定セル９０に入射し、これは、結果として、ビーム４４３および５４３を生じる。ビーム４４３および５４３は、波長λ_１における、逆分散力Γが判定されることになる気体を取る光路長についての情報と、真空を通る光路長についての情報とを、それぞれに含む。
【０１７２】
示差平面ミラー干渉計２７０は、図３ｃに示されるような第２の好ましい実施態様についてと同一の、４個の射出ビーム／戻りビーム１８、２６、１１８、および１２６を有する。ビーム１２の１つの周波数成分から派生するビーム１８および２６は１つの測定レッグを含み、ビーム１２の第２周波数成分から派生するビーム１１８および１２６は、第２測定レッグを含む。ビーム１８、２６、１１８、および１２６は測定セル９０に入射し、これは、結果としてビーム２８および１２８を生じる。ビーム２８および１２８は、波長λ_２における、気体を通る光路長についてと、真空を通る光路長についての情報を、それぞれに含む。
【０１７３】
位相シフト
【外３５】

および
【外３６】

の大きさは、下記の公式に従えば、図１ｄおよび図１ｅに示される測定路９７または基準路９８の経路ｉの往復物理長Ｌ_ｉに関連する。
【０１７４】
【数６４】

ここで、図４ｂ、図４ｃ、および図４ｄにおける例示は、第３の好ましい実施態様における本発明の機能を最も簡単な態様で例示するように、ｐ_１＝８およびｐ_２＝４についてのものである。係数ｐ_１およびｐ_２は、方程式（１）における略調和関係を限定するために使用される、同一参照記号の係数ｐ_１およびｐ_２と同一であるのが、好ましい。
【０１７５】
ビーム４４３は、半波位相遅延プレート１７９Ｃおよびファラデー回転子１７９Ａが伝達し、ビームスプリッタ６１Ａが反射し、ビームスプリッタ６１Ｂが伝達し、次に、ミラー６３が反射して、位相シフトされたビーム４４５の第１成分になる。半波位相遅延プレート１７９Ｃおよびファラデー回転子１７９Ａは各々が、ビーム４４３の偏光を４５゜だけ回転させて、位相シフトされたビーム４４５の第１成分がビーム４４３の偏光に対して直交偏光されるようにする。ビームスプリッタ６１Ａは、偏光ビームスプリッタであるのが好ましく、ビームスプリッタ６１Ｂは非偏光ビームスプリッタであるのが好ましい。ビーム５４３は半波位相遅延プレート１７９Ｄおよびファラデー回転子１７９Ｂが伝達し、ビームスプリッタ６１Ｃが反射し、ミラー６１Ｄが反射し、ビームスプリッタ６１Ｂが反射し、次に、ミラー６３が反射して、位相シフトされたビーム４４５の第２成分になる。半波位相遅延プレート１７９Ｄおよびファラデー回転子１７９Ｂは各々が、ビーム５４３の偏光を４５゜だけ回転させて、位相シフトされたビーム４４５の第２成分がビーム５４３の偏光に対して直交偏光されるようにする。ビームスプリッタ６１Ｃは、偏光ビームスプリッタであるのが、好ましい。位相シフトされたビーム４４５は混合ビームであり、位相シフトされたビーム４４５の第１成分および第２成分は、同一偏光を有するが、異なる周波数を有する。
【０１７６】
ビーム２８はミラー５８Ｂが反射し、次に、一部は、好ましくは非偏光ビームスプリッタであるビームスプリッタ５８Ａが反射して、位相シフトされたビーム３０の第１成分になる。ビーム１２８の一部はビームスプリッタ５８Ａが伝達して、位相シフトされたビーム３０の第２成分になる。位相シフトされたビーム３０は混合ビームであり、位相シフトされたビーム３０の第１成分および第２成分は、同一偏光を有するが、異なる周波数を有する。
【０１７７】
図４ａに示されたような次の工程では、位相シフトされたビーム４４５および３０は、それぞれに光検出器４８５および８６に衝突して、結果として、好ましくは光電検出により、２つの干渉信号、すなわち、ヘテロダイン信号ｓ_１およびｓ_２をそれぞれに生じる。信号ｓ_１は波長λ_１に対応し、信号ｓ_２は波長λ_２に対応する。信号ｓ_ｌは方程式（４）により表される形式を有し、時間依存引数α_ｌ（ｔ）は方程式（５）により与えられる。ヘテロダイン信号ｓ_１およびｓ_２は、ディジタル形式またはアナログ形式のいずれかで、電子信号４０３および１０４として、分析を目的として電子プロセッサ４０８に電圧される。
【０１７８】
再び図４ｄを参照すると、電子処理手段４０８は、下記の数学的形式を有するスーパーへテロダイン信号Ｓ_２を生成するために、２つのヘテロダイン信号ｓ_１およびｓ_２を一緒に電子的に加算するための手段１０８４を備えるのが、好ましい。
【０１７９】
【数６５】

これは次のように書き直せる。
【０１８０】
【数６６】

ここでは、
【０１８１】
【数６７】

【０１８２】
【数６８】

であり、また、
【０１８３】
【数６９】

である。スーパーへテロダイン信号Ｓ_２は、それゆえに、周波数Ｆのエンベロープ信号Ｍ_２により変調された周波数ｖのキャリア信号Ｃ_２である。ヘテロダイン信号ｓ_１およびｓ_２が異なる振幅を備える場合は、結果として生じる数学的表現はより複雑であり、それにもかかわらず、エンベロープ信号により変調されるキャリア信号に関して記され得ることを、当業者なら正当に評価するだろう。本件開示においては簡略にするために、ヘテロダイン信号ｓ_１およびｓ_２は同一振幅を有するものと、仮定する。
【０１８４】
示差平面ミラー干渉計３６９の動作は、入力ビーム１１の２つの周波数成分を分離するために使用される手段と、混合出力ビーム４４５を生成するために使用される手段とを例外として、示差平面ミラー干渉計６９について記載された動作と同一である。図４ｂを参照すると、ビーム１１の一部は、偏光ビームスプリッタであるのが好ましい、ビームスプリッタ５５Ａが反射し、ミラー５５Ｂが反射し、半波位相遅延プレート７９が伝達し、好ましくは偏光ビームスプリッタであるビームスプリッタ６１Ｃが伝達し、ファラデー回転子１７９Ｂが伝達し、半波位相遅延プレート１７９Ｄが伝達して、ビーム５１３となる。ファラデー回転子１７９Ｂおよび半波位相遅延プレート１７９Ｄは、伝達されたビームの偏光の平面を、それぞれに、±４５゜および
【０１８５】
【数７０】

だけ回転させ、伝達されたビームの偏光の平面の正味回転量は生じない。ビーム１１の一部はビームスプリッタ５５Ａが伝達し、好ましくは偏光ビームスプリッタであるビームスプリッタ６１Ａが伝達し、ファラデー回転子１７９Ａが伝達し、半波位相遅延プレート１７９Ｃが伝達して、ビーム４１３になる。ファラデー回転子１７９Ａおよび半波位相遅延プレート１７９Ｃは、伝達されたビームの偏光の平面を、それぞれに、±４５゜および
【０１８６】
【数７１】

だけ回転させ、伝達されたビームの偏光の平面の正味回転量は生じない。半波位相遅延プレート７９は伝達されたビームの偏光の平面を９０゜だけ回転させて、ビーム４１３および５１３が同一偏光を有するが、異なる周波数を有するようにする。このファラデー回転子１７９Ａおよび１７９Ｂ、ならびに、半波位相遅延プレート１７９Ｃおよび１７９Ｄの目的は、ビーム４１３および５１３の特性には実質的にどのような効果も有さないが、ビーム１１の経路からのビーム４４３および５４３の有効空間分離を達成するように、先に記載されたように、ビーム４４３および５４３の偏光を９０゜だけ回転させることである。
【０１８７】
第３実施態様の残余の説明は、本発明の第１実施態様の対応する工程について与えた説明と同一である。
【０１８８】
本発明の第２の３つの好ましい実施態様とそれらの変形例、図５ａから図５ｄ、図６ａから図６ｂ、図７ａから図７ｂ、更に、図８ａから図８ｂに例示された本発明の、好ましい第４の好ましい実施態様、第４の好ましい実施態様の変形例、第５の好ましい実施態様、および、第６の好ましい実施態様は、それぞれに、全てが、第１の３つの好ましい実施態様およびそれらの変形例、好ましい第１の好ましい実施態様、第１の好ましい実施態様の変形例、本発明の、第２の好ましい実施態様、および、第３の好ましい実施態様について方程式（３０）に明示された条件を満たさない場合、すなわち、
【０１８９】
【数７２】

この条件の場合の、逆分散力を測定するための実施態様である。
方程式（６１）に明示された条件下では、略調和比は、比（Κ／χ）であるのが好ましいが、屈折−分散定数の判定における所要の精度を達成するために、既に説明した量に加えて、第１の３つの好ましい実施態様とそれらの変形例について、方程式（２１）に従って分かっているか、または、測定するか、いずれかでなければならない。
【０１９０】
第１の３つの好ましい実施態様およびそれらの変形例の各々は、所与の実施態様の測定セルを変更することにより、逆分散力Γを測定するための装置および方法から、比（Κ／χ）を測定するための装置および方法に変換可能であり、気体を通る測定路が実質的にゼロの物理長、すなわち、以下の説明に示される特性を有するようにする。従って、第２の３つの好ましい実施態様の各々と、それらの変更例は、第１の３つの好ましい実施態様およびそれらの変更例のうちの１つからの未修正装置および方法、ならびに、修正装置および方法から構成され、修正された装置および方法は、修正された測定セルを利用する、未修正の装置および方法から構成される。
【０１９１】
本発明の第４の好ましい実施態様を図形式で描いた図５ａから図５ｄについて、ここで参照する。第４の好ましい実施態様についての、光ビーム９および１０の光源と、光ビーム９および１０の説明は、本発明の第１の好ましい実施態様について与えた、光ビーム９および１０の光源と、光ビーム９および１０の説明は同一であるが、但し、方程式（３０）により表される波長λ_１およびλ_２に関する条件は、方程式（６１）に明示される条件と置換される点を例外とする。
【０１９２】
比（Κ／χ）を測定するための第４の好ましい実施態様における要件のせいで、第４の好ましい実施態様は、部分的に、大１の好ましい実施態様と同一装置および方法と、比（Κ／χ）の判定のための追加手段とから構成される。比（Κ／χ）の判定のための追加手段は、測定セルを例外として、第１の好ましい実施態様の装置および方法と同一である。結果的に、比（Κ／χ）の判定のための、図５ａから図５ｄに示された装置の多数の要素は、比（Κ／χ）の判定のための装置について言及している場合の接尾参照記号「ｂ」は別として、第３の好ましい実施態様の逆分散力Γの判定のための装置としての類似動作を実施する。（Κ／χ）
第４の好ましい実施態様の測定セル９０ｂは、図５ｂおよび図５ｃに示される。測定セル９０ｂの説明は、表面９５ｂおよび９６ｂ上のコーティングに関する場合を例外として、測定セル９０についての説明と同一である。図５ｂを参照すると、表面９５ｂは、高効率ビーム１７ｂ、２５ｂ、３３ｂ、および４１ｂを利用した場合に反射するように、また、高効率ビーム１１７ｂ、１２５ｂ、１３３ｂ、および１４１ｂを用いた場合に伝達するように、被膜される。図５ｃを参照すると、表面９６ｂは、高効率ビーム１８ｂ、２６ｂ、２１８ｂ、および２２６ｂを用いた場合に反射するように、また、高効率ビーム１１８ｂ、１２６ｂ、３１８ｂ、および３２６ｂを利用した場合に伝達するように、被膜される。
【０１９３】
測定セル９０ｂおよび９０の違いは方程式（２）の修正をもたらし、その結果、位相シフト
【外３７】

および、
【外３８】

の大きさは、基準路９８の経路ｉの往復物理長Ｌｉと、下記の公式にしたがって、図５ｂおよび図５ｃに示されるように、ゼロ長の測定路に関連する。
【０１９４】
【数７３】

後続の各工程では、第１のスーパーへテロダイン信号Ｓ_１ｂと、第２のスーパーへテロダイン信号Ｓ_２ｂとは、電子プロセッサ１０８１ｂ、１０８３ｂ、および１０８４ｂが生成し、電子プロセッサ１０８１、１０８３、および１０８４と同一の、第４の好ましい実施態様の、ヘテロダイン信号ｓ_１ｂ、ｓ_２ｂ、および_ｓ３ｂに関して類似の動作を実施する電子プロセッサ１０８１ｂ、１０８３ｂ、および１０８４ｂは、第１の好ましい実施態様のヘテロダイン信号ｓ_１、ｓ_２、およびｓ_３について機能する。第２のスーパーへテロダイン信号Ｓ_２ｂは、周波数Ｆのエンベロープ信号Ｍ_２ｂにより変調された周波数ｖのキャリア信号Ｃ_２ｂから構成されるが、ここでは、
【０１９５】
【数７４】

であり、また、
【０１９６】
【数７５】

である。
【０１９７】
量Κおよび量χはキャリア位相
【外３９】

および、下記の公式に従った変調位相Φ_２ｂに関連し、
【０１９８】
【数７６】

ここで、
【０１９９】
【数７７】

である。方程式（６９）および方程式（７０）は、乗法因子（１／Ｌ）および位相オフセット項の範囲内で、χおよびΚはキャリア位相
【外４０】

および変調位相Φ_２ｂにそれぞれに等しいことを示し、これは、真空スーパーへテロダイン波数および真空キャリア波数として、それぞれに、Κおよびχに対する、第１の好ましい実施態様の説明で言及するための基本である。
【０２００】
比（Κ／χ）は、方程式（６８）および方程式（６９）を用いて、下記の公式により表わし得る。
【０２０１】
【数７８】

それゆえに、比（Κ／χ）は、（Κ／χ）について必要となるような同一精度までＬを正確に測定する必要が無く、実質的に
【外４１】

でΦ_２ｂを除算することにより得られる。Φ_２ｂは元より、
【外４２】

の位相冗長度は、第４の好ましい実施態様の一部として組み入れられた第１の好ましい実施態様の未改変装置および方法において、
【外４３】

およびΦ_２の位相冗長度を除去するために使用される同一手順の一部と判断され得る。
【外４４】

に関与するそれぞれの波長はλ_１およびλ_２のオーダーであるが、位相冗長度
【外４５】

およびΦ_２ｂを判定するための手順は一般に、（ｎ_１−１）以下の相対的精度でλ_１、λ_２、およびＬが分かっている場合には、
【外４６】

およびΦ_２の位相冗長度を除去するために使用される手順に存在するものを越える追加の複雑さを導入しない。
【０２０２】
逆分散力Γは、実質的に、方程式（２１）を用いて得られる。第４の好ましい実施態様の残りの説明は、第１の好ましい実施態様の対応する局面に対して与えたものと同じである。
【０２０３】
気体の逆分散力を測定するための、本発明の第４の好ましい実施態様の変形例を図で示した図６ａから図６ｂを、ここで参照する。第４の実施態様の変形例に対する、光ビーム９および１０の光源と、光ビーム９および１０との説明は、本発明の第４の好ましい実施態様についての光ビーム９および１０の光源の説明と同じである。その結果、比（Κ／χ）は、屈折−分散定数の判定における所要の確度を達成するために、第４の好ましい実施態様におけるのと同じように、第４の好ましい実施形態の変形例で測定されなければならない。
【０２０４】
比（Κ／χ）を測定するための第４の好ましい実施態様の変形例における要件のせいで、第４の実施態様の変形例は、部分的に、第１の好ましい実施態様の変形例に対する同じ装置および方法と、比（Κ／χ）の判定のための追加手段とから、構成される。比（Κ／χ）の判定のための追加手段は、測定セルを除くと、第１の好ましい実施態様の変形例の装置および方法と同じである。結果的に、比（Κ／χ）の判定のための、図６ａから図６ｂに示された装置の多数のエレメントは、比（Κ／χ）の判定のための装置を参照する場合の接尾語「ｂ」は別として、第１の好ましい実施態様の変形例の逆分散力Γの判定のための装置と類似の動作を行う。
【０２０５】
第４の好ましい実施態様の変形例の測定セル９０ｂは、第４の好ましい実施態様の測定セル９０ｂと同じである。結果的に、第４の好ましい実施態様の変形例の残りの説明は、第４の好ましい実施態様の対応する局面に対して与えた説明と同じである。
【０２０６】
逆分散力Γを測定するための、本発明の第５の好ましい実施態様を図で示す図７ａから図７ｂを、ここで参照する。第５の実施態様についての、光ビーム９および１０の光源と、光ビーム９および１０との説明は、本発明の第４の好ましい実施態様について与えた光ビーム９および１０の光源と、光ビーム９および１０の説明と同じである。結果として，比（Κ／χ）は、逆分散力Γの判定における所要の確度を達成するために、好ましい第５の実施態様において測定されなければならない。
【０２０７】
比（Κ／χ）を測定するための第５の好ましい実施態様における要件のせいで、第５の実施態様は、部分的に、第２の好ましい実施態様の同じ装置および方法と、比（Κ／χ）の判定のための追加手段とから構成される。比（Κ／χ）の判定のための追加手段は、測定セルを例くと、第２の好ましい実施態様の装置および方法と同じである。測定セル９０ｂは、第４の好ましい実施態様の測定セル９０ｂと同じである。結果として、比（Κ／χ）の判定のための、図７ａから図７ｂに示される装置の多数のエレメントは、比（Κ／χ）の判定のための装置を参照する時の接尾語「ｂ」は別として、第２の好ましい実施態様の逆分散力Γの判定のための装置と類似の動作を行う。
【０２０８】
第５の好ましい実施態様の測定セル９０ｂと、第２の好ましい実施態様の測定セル９０の違いは、方程式（４１）の修正を生じ、結果として、位相シフト
【外４７】

と
【外４８】

の大きさは、下記の公式に従って、基準路９８の経路ｉの往復物理長Ｌ_ｉと、ゼロ長の測定路とに関連する。
【０２０９】
【数７９】

後続の各工程では、スーパーヘテロダイン信号
【０２１０】
【数８０】

は電子プロセッサ２８１ｂおよび１０８４ｂによって発生し、電子プロセッサ２８１ｂおよび１０８４ｂは、電子プロセッサ２８１および１０８４が第２の好ましい実施態様のヘテロダイン信号ｓ_１およびｓ_２に行うのと同じように、第５の好ましい実施態様のヘテロダイン信号ｓ_１ｂおよびｓ_２ｂに類似の動作を行う。スーパーへテロダイン信号
【０２１１】
【数８１】

は、周波数
【０２１２】
【数８２】

のエンベロープ信号
【０２１３】
【数８３】

により変調される周波数
【０２１４】
【数８４】

のキャリア信号
【０２１５】
【数８５】

から成り、ここで、
【０２１６】
【数８６】

であり、また、
【０２１７】
【数８７】

である。
【０２１８】
量Κおよび量χは、下記の公式に従って、キャリア位相
【０２１９】
【数８８】

および変調位相
【０２２０】
【数８９】

に関連する。
【０２２１】
【数９０】

ここでは、
【０２２２】
【数９１】

である。比（Κ／χ）は、方程式（８１）および方程式（８２）から得られる。
【０２２３】
【数９２】

逆分散力Γは、実質的には、方程式（２１）を用いて得られる。第５の好ましい実施態様の残りの説明は、第２の好ましい実施態様の対応局面について与えた説明と同じである。
【０２２４】
逆分散力Γを測定するための、本発明の第６の好ましい実施態様を図で示す図８ａから図８ｂを、ここで参照する。第６の好ましい実施態様に対するビーム９およびビーム１０の光源と、ビーム９およびビーム１０との説明は、本発明の第４の好ましい実施態様について与えた、光ビーム９および１０の光源と、光ビーム９および１０との説明と同じである。結果として、比（Κ／χ）は、逆分散力Γの判定において所要の確度を達成するために、好ましい第６実施態様において測定されなければならない。
【０２２５】
比（Κ／χ）を測定するための第６の好ましい実施態様における要件のせいで、第６の実施態様は、部分的に、第３の好ましい実施態様と同じ装置および方法と、比（Κ／χ）の判定のための追加手段とから構成される。比（Κ／χ）の判定のための追加手段は、測定セルを除くと、第３の好ましい実施態様の装置および方法と同じである。測定セル９０ｂは、第４の好ましい実施態様の測定セル９０ｂと同じである。結果的に、比（Κ／χ）の判定のための、図８ａから図８ｂに示される装置の多数のエレメントは、比（Κ／χ）の判定のための装置を参照する時の接尾語「ｂ」は別として、第２の好ましい実施態様の逆分散力Γの判定のための装置と類似の動作を行う。
【０２２６】
第６の好ましい実施態様の測定セル９０ｂと、第３の好ましい実施態様の測定セル９０の違いは、方程式（５２）の修正を生じ、その結果、位相シフト
【外４９】

と
【外５０】

の大きさは、下記の公式に従って、基準路９８の経路ｉの往復物理長Ｌ_ｉと、ゼロ長の測定路とに関連する。
【０２２７】
【数９３】

後続の各工程において、スーパーへテロダイン信号Ｓ_２ｂは電子プロセッサ１０８４ｂによって発生し、電子プロセッサ１０８４ｂは、電子プロセッサ１０８４が第３の好ましい実施態様のヘテロダイン信号ｓ_１およびｓ_２に行うのと同じように、第６の好ましい実施態様のヘテロダイン信号ｓ_１ｂおよびｓ_２ｂに対して類似の動作を行う。スーパーへテロダイン信号Ｓ_２ｂは、周波数Ｆのエンベロープ信号Ｍ_２ｂにより変調された周波数ｖのキャリア信号Ｃ_２ｂから成り、ここで、
【０２２８】
【数９４】

および、
【０２２９】
【数９５】

である。
【０２３０】
量Κおよび量χは、下記の公式に従って、位相
【外５１】

と変調位相Φ_２ｂとに関連し、
【０２３１】
【数９６】

ここでは、
【０２３２】
【数９７】

である。比（Κ／χ）は、次のように、方程式（９３）および方程式（９４）から得られる。
【０２３３】
【数９８】

逆分散力Γは、後で、方程式（２１）を用いて得られる。第６の好ましい実施態様の残りの説明は、第３の好ましい実施態様の対応局面に対して与えた説明と同じである。
【０２３４】
図１ａから図１ｅ、図２ａから図２ｂ、図３ａから図３ｃ、図４ａから図４ｃ、図５ａから図５ｃ、図６ａ、図７ａ、および、図８ａは、本発明の６つの好ましい実施態様とそれらの２つの変形例を示し、そこでは、実施態様についての光学ビームの全ては、単一平面に在る。明らかに、多数の平面を利用した改変が、本発明の範囲または精神から逸脱することなく、６つの好ましい実施態様とそれらの２つの変形例のうちの１つ以上のものについて行われ得る。
【０２３５】
本発明の６つの好ましい実施態様とそれらの２つの変形例は、測定セル９０または９０ｂを有するが、そこでは、λ_１およびλ_２についての測定路は同一物理長を有し、λ_１およびλ_２についての基準路は同一物理長を有する。特許請求の範囲に規定される本発明の範囲および精神から逸脱することなく、λ_１およびλ_２についての測定路が異なる物理長を有し、λ_１およびλ_２についての基準路が異なる物理長を有し得ることを、当業者は理解する。さらに、特許請求の範囲に規定される本発明の範囲および精神から逸脱することなく、λ_１およびλ_２についての測定路が互いから物理的に変位し、λ_１およびλ_２についての基準路が互いから物理的に変位し得ることを、当業者は理解する。
【０２３６】
本発明の６つの好ましい実施態様と、それらの２つの変形例は全て、ヘテロダイン検出の使用を目的として、構成される。特許請求の範囲に規定される本発明の範囲および精神から逸脱することなく、６つの好ましい実施態様とそれらの２つの変形例の各々において、ホモダイン検出が使用され得ることを、当業者は理解する。ホモダイン受信器は、１９９７年９月２日にＰ．ｄｅＧｒｏｏｔに発行された、「ホモダイン干渉測定受信器および方法」という名称の、本件と同一人に譲渡される米国特許第５，６６３，７９３号に開示されるものなどが、使用される。逆分散力Γの算出は、例えば、第１の好ましい実施態様のホモダインバージョンにおいては、ホモダイン位相
【外５２】

および
【外５３】

から直接得られるが、ホモダイン位相
【外５４】

および
【外５５】

は、第１の好ましい実施態様の位相
【外５６】

および
【外５７】

と、方程式（３９）および方程式（４０）のホモダインバージョンと対応する。この計算は、Φ_２などのスーパーへテロダイン位相の類似であるホモダイン位相の生成に関与しないのが、好ましい。
【０２３７】
本発明の第２組の好ましい実施態様と、それらの変形例は、比（Κ／χ）を測定し、逆分散力Γの算出において（Κ／χ）の測定値を使用する。特許請求の範囲に規定される本発明の範囲および精神から逸脱することなく、方程式（３０）で表される条件を満たすように、（Κ／χ）の測定値は、フィードバックシステムにおける誤差信号として使用され得ることを、当業者は理解する。フィードバックシステムにおける（Κ／χ）の測定値は、光源１または光源２のいずれかに送信されて、例えば、ダイオードレーザの注入電流および／または温度、もしくは、外部共振器ダイオードレーザの共振周波数を制御することにより、光源１または光源２のいずれかのそれぞれの波長を制御するために使用される。
【０２３８】
特許請求の範囲に規定される本発明の範囲または精神から逸脱することなく、比（Κ／χ）を測定するための、第２組の好ましい実施態様およびそれらの変更例の手段と、第１組の好ましい実施態様およびそれらの変更例の手段との組み合わせは、第２組の好ましい実施態様およびそれらの変更例において使用される組み合わせとは異なり、逆分散力Γを判定するために使用し得ることを、当業者は理解する。
【０２３９】
第２組の好ましい実施態様およびそれらの変更例の測定セル９０および９０ｂの諸機能は、特許請求の範囲に規定される本発明の範囲または精神から逸脱することなく、１組の要素９１および９２のみから構成される１つの測定セルへと組み合わせ得ることを、当業者は理解する。
【０２４０】
特許請求の範囲に規定される本発明の範囲または精神から逸脱することなく、２つ以上の異なる波長に対応する光ビームが、好ましい実施態様およびそれらの変更例において開示されるような両端と対比して、測定セルの同一端に入力および出力することが可能となるように、示差平面ミラー干渉計および測定セルを構成し得ることも、当業者は理解する。
【０２４１】
気体の固有の光学特性を、特に、その逆分散力を測定するための発明の方法を実施するための多用な工程を、ブロック６００から６２６を介して示す、一般化したフローチャートである図９を、ここで参照する。図９に示された発明の方法は、先に開示された本発明の装置を使用して実行され得るが、開示された装置以外の装置を用いても実現し得ることも、当業者なら理解する。例えば、好ましい実施態様において使用される同心測定セル配置を使用する必要はなく、むしろ、所要の基準レッグおよび測定レッグが存在する限り、より多くの従来型干渉測定配置を使用し得ることは、明らかである。これに加えて、ホモダインアプローチか、または、ヘテロダイン技術が有効に使用されるアプローチのいずれかを使用し得ることも、明らかである。さらに認識されるように、図９における多くの工程は、汎用コンピュータまたは好適にプログラミングされたマイクロプロセッサで走る適切なソフトウエアを介して実行され得、それらのいずれか一方は、必要に応じてシステムの他の要素を制御するために使用され得る。
【０２４２】
図９に示されるように、先に説明した適切な調和関係を好ましくは有する、異なる波長を有する２つ以上の光ビームを供給することにより、ブロック６００で開始される。ブロック６０２では、光ビームは、ブロック６０４で偏光または空間コード化処理、もしくは、周波数シフト処理のいずれか、またはその両方により好ましくは変化され、成分へと分離される。そうでなければ、光ビームは単純に変化されないままで、ブロック６０６へと通過し得る。
【０２４３】
ブロック６２２および６２４に示されるように、光ビームの各波長の関係はモニタ可能で、それらの波長が上述の制限範囲内に無い場合は、補正測定を使用して、波長の所望の関係からの波長の関係の逸脱から補償し得る。光ビーム源の波長を制御するように、フィードバックを供与するために逸脱を使用し得るか、または、逸脱により影響を受ける後続の計算で、補正を確立および使用し得るか、もしくは、両方のアプローチの何らかの組み合わせを実現し得るか、いずれかである。
【０２４４】
ブロック６００で光ビームを発生するのと平行して、または、それと同時に、ブロック６２６に示されるように、２つのレッグを有する干渉計も設けて、一方は好ましくは真空（基準レッグ）で満たされ、他方は、固有の光学特性が測定されることになる気体により占有される。
【０２４５】
ブロック６０６および６０８により示されるように、先に生成した光ビーム成分は、干渉計レッグに導入され、各成分はその位相が、その指定されたレッグの物理長を通って移動する際に経験する光路長に基づいて、シフトされる。共通して関連する一対の成分についての物理長は、同一であるのが、好ましい。
【０２４６】
ビームは、ブロック６０８から現れた後で、ブロック６１０で組み合わさって、混合光信号を発生する。次に、これら混合光学信号はブロック６１２へ送信されるが、ここでは、光検出により、好ましくはヘテロダインである、対応電気信号を生成し、これら電気信号は、各光ビーム成分間の相対位相についての情報を含む。電気信号は、先の周波数シフト処理によりもたらされたヘテロダイン信号であるのが、好ましい。
【０２４７】
ブロック６１４では、電気信号は、後でブロック６１６から６２０に通し得る相対位相情報を抽出するために分析され得るか、または、スーパーへテロダイン信号をその目的で生成するのが、好ましい。あるいは、元のビームと、それらが後で移動した光路との間の波長関係に依存して、スーパーへテロダイン信号を作る前に、修正ヘテロダイン信号を生成する。
【０２４８】
ブロック６１６では、ホモダイン信号、ヘテロダイン信号、および／または、スーパーヘテロダイン信号における位相アンビギュイティ（ａｍｂｉｇｕｉｔｉｅｓ）は、好ましい装置の説明に関して、先に詳述した手段と計算とにより、好ましくは解決される。
【０２４９】
ブロック６１８では、相対分散力を含む固有の光学特性を算出し、先に決定したように、補正を適用し、後続の下流側適用またはデータフォーマット要件について、出力信号を生成する。
【０２５０】
当業者であれば、本発明の教示の範囲から逸脱せずに、本発明の装置および方法に他の変更を行い得る。それゆえ、図示され、説明されてきた実施態様は、例示であって、限定的ではないことを、意図する。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】図１ａから図１ｆは、まとめて考えると、本発明の目下好ましい第１の実施態様を図形式で例示し、
図１ａは、示された各要素間の、すなわち、光源１、変調装置３、光源２、変調装置４、平面ミラー干渉計６９、平面ミラー干渉計グループ７０、測定セル９０、検出装置８５、８６、および２８６の間の光路と、示された各要素間の、すなわち、駆動装置５、変調装置３、駆動装置６、変調装置４、検出装置８５、８６、および２８６、電子プロセッサ１０８、ならびにコンピュータ１０９の間の電子信号の経路とを示す図である。
【図１ｂ】図１ａから図１ｆは、まとめて考えると、本発明の目下好ましい第１の実施態様を図形式で例示し、
図１ｂは、平面ミラー干渉計６９を例示する図である。
【図１ｃ】図１ａから図１ｆは、まとめて考えると、本発明の目下好ましい第１の実施態様を図形式で例示し、
図１ｃは、平面ミラー干渉計グループ７０を例示する図である。
【図１ｄ】図１ａから図１ｆは、まとめて考えると、本発明の目下好ましい第１の実施態様を図形式で例示し、
図１ｄは、平面ミラー干渉計６９のための外部ミラーを装備した測定セル９０を例示する図である。
【図１ｅ】図１ａから図１ｆは、まとめて考えると、本発明の目下好ましい第１の実施態様を図形式で例示し、
図１ｅは、平面ミラー干渉計グループ７０のための外部ミラーを装備した測定セル９０を例示する図である。
【図１ｆ】図１ａから図１ｆは、まとめて考えると、本発明の目下好ましい第１の実施態様を図形式で例示し、
図１ｆは、処理エレクトロニクス１０８のブロック図を示す図である。
【図２ａ】図２ａから図２ｂは共に考えると、本発明の第１の実施態様の目下好ましい変形例を図形式で例示し、
図２ａは、示された各要素間の、すなわち、光源１、変調装置３、光源２、変調装置４、平面ミラー干渉計６９、平面ミラー干渉計１７０、測定セル９０、検出装置８５および１８６の間の光路と、示された各要素間の、すなわち、駆動装置５、変調装置３、駆動装置６、変調装置４、検出装置８５および１８６、電子プロセッサ１１０８、ならびにコンピュータ１０９の間の電気信号の経路とを示す。
【図２ｂ】図２ａから図２ｂは共に考えると、本発明の第１の実施態様の目下好ましい変形例を図形式で例示し、
図２ｂは、平面ミラー干渉計１７０を例示する。
【図３ａ】図３ａから図３ｄは共に考えると、本発明の目下好ましい第２の実施態様を図形式で例示し、
図３ａは、示された各要素間の、すなわち、光源１、変調装置３、光源２、変調装置４、平面ミラー干渉計２６９、平面ミラー干渉計２７０、測定セル９０、ならびに検出装置８５および８６の間の光路と、示された要素間の、すなわち、駆動装置５、変調装置３、駆動装置６、変調装置４、検出装置８５および８６、電子プロセッサ２０８、ならびにコンピュータ１０９の間の電気信号の経路とを示す図である。
【図３ｂ】図３ａから図３ｄは共に考えると、本発明の目下好ましい第２の実施態様を図形式で例示し、
図３ｂは、平面ミラー干渉計２６９を例示する。
【図３ｃ】図３ａから図３ｄは共に考えると、本発明の目下好ましい第２の実施態様を図形式で例示し、
図３ｃは、平面ミラー干渉計２７０を例示する。
【図３ｄ】図３ａから図３ｄは共に考えると、本発明の目下好ましい第２の実施態様を図形式で例示し、
図３ｄは、処理エレクトロニクス２０８のブロック図を示す図である。
【図４ａ】図４ａから図４ｄは共に考えると、本発明の目下好ましい第３の実施態様を図形式で例示し、
図４ａは、示された各要素間の、すなわち、光源１、変調装置３、光源２、変調装置４、平面ミラー干渉計３６９、平面ミラー干渉計２７０、測定セル９０、ならびに検出装置４８５および８６の間の光路と、示された各要素間の、すなわち、駆動装置５、変調装置３、駆動装置６、変調装置４、検出装置４８５および８６、電子プロセッサ４０８、ならびにコンピュータ１０９の間の電気信号の経路を示す図である。
【図４ｂ】図４ａから図４ｄは共に考えると、本発明の目下好ましい第３の実施態様を図形式で例示し、
図４ｂは、平面ミラー干渉計３６９に入る光ビーム１１の事例について、平面ミラー干渉計３６９を例示する。
【図４ｃ】図４ａから図４ｄは共に考えると、本発明の目下好ましい第３の実施態様を図形式で例示し、
図４ｃは、平面ミラー干渉計３６９を出る光ビーム４４５の事例について、平面ミラー干渉計３６９を例示する。
【図４ｄ】図４ａから図４ｄは共に考えると、本発明の目下好ましい第３の実施態様を図形式で例示し、
図４ｄは、処理エレクトロニクス４０８のブロック図を示す図である。
【図５ａ】図５ａから図５ｄは共に考えると、本発明の目下好ましい第４の実施態様を図形式で例示し、
図５ａは、第１の好ましい実施態様についてと同一の装置の一部に含まれる逆分散力の測定用装置の光路および電子路と、比Κ／χの測定用装置の光路および電子路と、比Κ／χの測定用装置について言及する場合の接尾語「ｂ」は別として、第１の好ましい実施態様の逆分散力の測定用装置として、類似の動作を実施する、比Κ／χの測定用装置の多数の要素とを示す図である。
【図５ｂ】図５ａから図５ｄは共に考えると、本発明の目下好ましい第４の実施態様を図形式で例示し、
図５ｂは、平面ミラー干渉計６９ｂについて、外部ミラーを装備した測定セル９０ｂを例示する。
【図５ｃ】図５ａから図５ｄは共に考えると、本発明の目下好ましい第４の実施態様を図形式で例示し、
図５ｃは、平面ミラー干渉計グループ７０ｂについて、外部ミラーをを装備した測定セル９０ｂを例示する。
【図５ｄ】図５ａから図５ｄは共に考えると、本発明の目下好ましい第４の実施態様を図形式で例示し、
図５ｄは、処理エレクトロニクス１０８ｂのブロック図を示す図である。
【図６ａ】図６ａから図６ｂは共に考えると、本発明の目下好ましい第４の実施態様の変形例を図形式で例示し、
図６ａは、第１の好ましい実施態様の変形例についてと同一の装置の一部に含まれる逆分散力の測定用装置の光路および電子路と、比Κ／χの測定用装置の光路および電子路と、比Κ／χの測定用装置について言及する場合の接尾語「ｂ」は別として、第１の好ましい実施態様の変形例の逆分散力の測定用装置として、類似の動作を実施する、比Κ／χの測定用装置の多数の要素とを示す。
【図６ｂ】図６ａから図６ｂは共に考えると、本発明の目下好ましい第４の実施態様の変形例を図形式で例示し、
図６ｂは、処理エレクトロニクス１１０８ｂのブロック図を示す図である。
【図７ａ】図７ａから図７ｂは共に考えると、本発明の目下好ましい第５の実施態様を図形式で例示し、
図７ａは、第２の好ましい実施態様についてと同一の装置の一部に含まれる逆分散力の測定用装置の光路および電子路と、比Κ／χの測定用装置の光路および電子路と、比Κ／χの測定用装置について言及する場合の接尾語「ｂ」は別として、第２の好ましい実施態様の逆分散力の測定用装置として、類似の動作を実施する、比Κ／χの測定用装置の多数の要素とを示す。
【図７ｂ】図７ａから図７ｂは共に考えると、本発明の目下好ましい第５の実施態様を図形式で例示し、
図７ｂは、処理エレクトロニクス２０８ｂのブロック図を示す図である。
【図８ａ】図８ａから図８ｂは共に考えると、本発明の目下好ましい第６の実施態様を図形式で例示し、
図８ａは、第３の好ましい実施態様についてと同一の装置の一部に含まれる逆分散力の測定用装置の光路および電子路と、比Κ／χの測定用装置の光路および電子路と、比Κ／χの測定用装置について言及する場合の接尾語「ｂ」は別として、第３の好ましい実施態様の逆分散力の測定用装置として、類似の動作を実施する、比Κ／χの測定用装置の多数の要素とを示す。
【図８ｂ】図８ａから図８ｂは共に考えると、本発明の目下好ましい第６の実施態様を図形式で例示し、
図８ｂは、処理エレクトロニクス４０８ｂのブロック図を示す図である。
【図９】図９は、本発明に従った方法を実施する際に実行される種々の工程を描く、ハイレベルフローチャートである。

Claims

気体の選択的固有光学特性を監視するための干渉測定システムにおいて使用される装置であって、
該干渉測定システムは、
異なる波長を有する第１の光ビーム（７）および第２の光ビーム（８）を少なくとも発する１つ以上の光源と、
基準レッグおよび測定レッグをそれぞれ備えている第１の干渉計（６９）および第２の干渉計（７０）であって、該基準レッグは所定の媒体により占有されるように構成および配置され、該測定レッグは該気体により占有されるように構成および配置された、第１の干渉計および第２の干渉計と、
該第１および第２の光ビームの各々の少なくとも一部を該第１および第２の干渉計にそれぞれ導入して、各ビーム部分が該気体を通って所定の経路に沿って進行するようにして、かつ該第１および第２の光ビームの少なくとも一方の別な部分が該所定の媒体を通って所定の経路に沿って進行するようにした導入手段であって、該各ビーム部分と該別なビーム部分は、該基準レッグにおいて該所定の媒体を通るそれぞれの光路長についての情報と、該測定レッグにおいて該気体を通る光路長についての情報とを含む複数の射出ビームとして該第１および第２の干渉計から現れる、導入手段と
を備え、
該装置は、
該複数の射出ビームを結合させることにより、複数の混合光学信号を生成する結合手段であって、該複数の混合光学信号のそれぞれは、該複数の射出ビームのうちの少なくとも２つを結合することによって生成され、該基準レッグおよび該測定レッグの該所定経路のうち対応するものからの該少なくとも２つの射出ビームの間の位相差に対応する情報を含む、結合手段と、
該混合光学信号を検出し、かつ該気体の該選択的固有光学特性に対応する情報を含んでいる電気干渉信号を生成する検出手段と
を備えている、装置。
ビーム波長のうちの一方に対応する前記複数の射出ビームのうちの２つの出射ビームは、前記気体および前記所定の媒体を通って、それぞれに進行しており、前記結合手段により結合させられると、該一方の波長における該気体の屈折度についての情報を含む混合光学信号を提供することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
前記導入手段は、前記第１および第２の光ビームの各々の部分が前記所定の媒体を通って所定の経路に沿って進行するように更に構成されていることを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載の装置。
前記電気干渉信号を分析し、前記気体の前記選択的固有光学特性を判定する電子手段（１０８）を特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
請求項４に記載の装置であって、前記電子手段（１０８）が、以下のいずれか１つ以上を判定するように構成されることを特徴とする、装置：
（ａ）前記気体の逆分散力、すなわちΓ；
（ｂ）各光ビーム波長に対応する前記気体の屈折度；および
（ｃ）異なるビーム波長における相対屈折度であって、該相対屈折度は

の形態であり、ここで、ｉおよびｊは波長に対応する整数であり、かつ互いに異なる。
前記電子手段（１０８）は、前記気体の前記選択的固有光学特性を表す出力信号を提供するように構成されている、請求項４または５に記載の装置。
前記所定の媒体は真空を含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の装置。
前記第１および第２の干渉計は同心セルを備えており、該同心セルは、前記基準レッグとして作用する閉鎖した内部チャンバーと、前記測定レッグとして作用する、該内部チャンバーを包囲している外部チャンバーとを備えていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の装置。
前記内部チャンバーは実質的に真空引きされて、従って、前記所定の媒体が真空であり、前記外部チャンバーは周囲環境に向けて開放されることを特徴とする、請求項７または８に記載の装置。
前記周囲環境は空気を含んでいることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
前記同心セルは端部セクションを備えた直円柱の形態を呈し、該端部セクションの各々は、前記第１および第２の干渉計の一部として波長選択ミラーを備えていることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれかに記載の装置。
前記導入手段は、前記同心セルの前記端部セクションの１つに、１つの波長に対応する前記第１および第２の光ビームの部分のうちの１つを導入し、かつ、該同心セルの該端部セクションの他方に、別の波長に対応する該第１および第２の光ビームの部分のうちの別なものを導入するように構成および配置されていることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
前記１つ以上の光源は、前記第１および第２の光ビームの各々の直交偏光成分を生成するための手段を備えていることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の装置。
前記第１および第２の光ビームを、共通波長の対の直交偏光成分に分離する手段を特徴とする、請求項１３に記載の装置。
前記第１および第２の干渉計のいずれかにおける前記直交偏光した対の成分を空間的に分離する手段を特徴とする、請求項１４に記載の装置。
前記第１および第２の光ビームの前記波長は互いに略調和関係を有しており、該略調和関係は一連の比率として表され、各比率は低位非ゼロ整数の比率から成ることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれかに記載の装置。
前記光源が、前記ビーム波長のうちの１つを有している光ビームを提供する少なくとも１つの光源と、該１つの光源に関連する、該光ビームの周波数を倍加させて、他の波長の他のビームを提供する周波数倍加手段とを備えていることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれかに記載の装置。
前記第１および第２の光ビームの各々の前記直交偏光成分間の周波数差を導入して、１組の周波数シフトした光ビームを生成し、２つの周波数シフトした光ビームが同一周波数差を有していないようにする手段を特徴とする、請求項１３または１４に記載の装置。
前記周波数シフトした光ビームのうちの各ビームを２つ以上のビームに分割して、前記１組の周波数シフトした光ビームから、少なくとも３つの周波数シフトした光ビームの拡張した１組を生成し、該拡張した１組の周波数シフトした光ビームにおける各波長についての周波数シフトした光ビームの数が、前記略調和関係に従って逆比例関係になるようにした光学手段を特徴とする、請求項１８に記載の装置。
前記第１および第２の干渉計は、前記拡張した１組のうちの各ビームの前記直交偏光成分間に位相シフトを導入して、１組の位相シフトし、周波数シフトした光ビームとして前記複数の射出ビームを生成し、そして前記拡張した１組の該ビームを整列させ、かつ、方向付け、位相シフトし、周波数シフトした光ビームの各サブセットにより縦走される前記結合した測定経路と基準経路とが実質的に同一となるようにし、この場合、該位相シフトし、周波数シフトした光ビームのサブセットは、同一周波数を有している該位相シフトし、周波数シフトした光ビームのビームを含んでおり、位相シフトし、周波数シフトした光ビームのサブセットの任意の２つのビームにより縦走される該測定経路および該基準経路は、実質的に相互に重畳しないことを特徴とする、請求項１９に記載の装置。
請求項２０に記載の装置であって、該装置は以下：
（ａ）前記位相シフトし、周波数シフトした光ビームのうちの任意のビームの前記測定レッグおよび前記基準レッグについての物理的経路長は、実質的に同一であり；
（ｂ）前記拡張した１組の周波数シフトした光ビームの各ビームに導入される前記位相シフトの大きさは、該測定レッグおよび該基準レッグを介する前記各ビームの通過回数と、該測定レッグおよび該基準レッグの物理長と、ならびに該測定レッグにおける前記気体と該基準レッグにおける前記所定の媒体との屈折度の差との積に比例し、位相シフトし、周波数シフトした光ビームの各サブセットについての該測定レッグにおける該気体の屈折度は互いに異なっており、該気体の屈折度は波長の関数であり；そして
（ｃ）前記結合手段は前記１組の位相シフトし、周波数シフトした光ビームの各ビームの前記２つの異なる周波数成分を混合して、少なくとも３つの混合出力ビームから成る１組の混合出力ビームとして前記混合光学信号を生成し、該１組の混合出力ビームの各ビームは、該１組の位相シフトし、周波数シフトした光ビームのうちの１つのビームから派生している、
ことを特徴とする装置。
前記検出手段は、前記１組の混合出力ビームの強度から、１組の少なくとも３つのヘテロダイン信号として前記電気干渉信号を生成するための光検出器を備えており、該１組の少なくとも３つのヘテロダイン信号は、前記拡張した１組の周波数シフトした光ビームのうちのビームの前記直交偏光成分間の前記周波数差に関連するヘテロダイン周波数における発振を特徴とし、該１組の少なくとも３つのヘテロダイン信号は１組のヘテロダイン位相を更に特徴とし、該１組の少なくとも３つのヘテロダイン信号は１組の、ヘテロダイン信号のサブセットから成り、ヘテロダイン信号のサブセットは、位相シフトし、周波数シフトした光ビームのサブセットから生成されたヘテロダイン信号であることを特徴とする、請求項２１に記載の装置。
各サブセットのヘテロダイン信号の前記ヘテロダイン信号を加算して、１組のスーパーへテロダイン信号を生成するための手段を特徴とし、該１組のスーパーへテロダイン信号の各スーパーへテロダイン信号は、該スーパーへテロダイン信号を生成するために加算された該サブセットのヘテロダイン信号のヘテロダイン周波数に等しいスーパーへテロダイン周波数と、該スーパーへテロダイン信号を生成するために加算された該サブセットのヘテロダイン信号のヘテロダイン位相の平均に等しいスーパーへテロダイン位相とを有している信号から成り、該スーパーへテロダイン位相は、前記１組の位相シフトし、周波数シフトした光ビームの前記測定レッグにおける前記気体の屈折度と、前記基準レッグにおける前記所定の媒体の屈折度に起因する差を例外として、実質的にゼロである、請求項２２に記載の装置。
前記電子手段は、前記１組のスーパーへテロダイン信号のうちの２つの信号を抽出して、該信号を混合し、第２レベルのスーパーへテロダイン信号を生成する抽出手段を備えており、該第２レベルのスーパーへテロダイン信号は、該第２レベルのスーパーへテロダイン信号を生成するために混合された該スーパーへテロダイン信号の前記スーパーへテロダイン周波数の和および差にそれぞれ等しい周波数、すなわち、和の周波数および差の周波数を有し、かつ、該第２レベルのスーパーへテロダイン信号を生成するために混合された該スーパーへテロダイン信号の前記スーパーへテロダイン位相の和および差にそれぞれ等しい位相、すなわち、和の位相および差の位相を有している２つのサイドバンド、すなわち和のサイドバンドと差のサイドバンドから成り、該差の位相は、前記１組の位相シフトし、周波数シフトした光ビームの前記測定レッグにおける前記気体の屈折度と、前記基準レッグにおける前記所定の媒体の屈折度との分散に起因する差を例外として、実質的にゼロであることを特徴とする、請求項２３に記載の装置。
前記電子手段は、前記和の位相および前記差の位相と、前記スーパーへテロダイン位相のうちの一方とに基づいて動作し、前記気体の逆分散力を判定することを特徴とする、請求項２４に記載の装置。
前記結合手段は、少なくとも２つの混合出力ビームの１組の混合出力ビームとして前記混合光学信号を生成するように構成および配置されており、各混合出力ビームは、位相シフトし、周波数シフトした光ビームの１つのサブセットから生成されることを特徴とする、請求項２１〜２４のいずれかに記載の装置。
前記１つ以上の光源の波長の略調和比を測定し、かつ、前記選択的固有光学特性を判定するにあたって行なわれる計算を補正するための信号を提供する電子処理手段を特徴とする、請求項１６に記載の装置。
前記第１および第２の干渉計は、前記１組の周波数シフトした光ビームの各ビームの前記直交偏光成分間に位相シフトを導入して、１組の位相シフトし、周波数シフトした光ビームを生成すると共に、該１組の周波数シフトした光ビームの該ビームを整列させ、かつ、方向付け、該１組の位相シフトし、周波数シフトした光ビームの各ビームにより縦走される前記測定レッグおよび前記基準レッグが実質的に同一となるようにすることを特徴とする、請求項１８〜２６のいずれかに記載の装置。
前記位相シフトし、周波数シフトした光ビームのどのビームの前記測定レッグおよび前記基準レッグについての前記物理的経路長も実質的に同一であることを特徴とする、請求項２０〜２８のいずれかに記載の装置。
前記１組の周波数シフトした光ビームおよび／または前記拡張した組の周波数シフトした光ビームの各ビームに導入される前記位相シフトの大きさは、前記測定レッグおよび前記基準レッグを介する通過回数と、該測定レッグおよび該基準レッグの物理長と、該測定レッグにおける前記気体の屈折度と該基準レッグにおける前記所定の媒体の屈折度との差の積に比例し、位相シフトし、周波数シフトした光ビームの各ビームについての該測定レッグにおける該気体の屈折度は互いに異なっており、該気体の屈折度は波長の関数であることを特徴とする、請求項２９に記載の装置。
前記結合手段は前記１組の位相シフトし、周波数シフトした光ビームの各ビームの前記２つの異なる周波数成分を混合して、少なくとも２つの混合出力ビームから成る１組の混合出力ビームとして前記混合光学信号を生成し、該１組の混合出力ビームの各ビームは、該１組の位相シフトし、周波数シフトした光ビームの１つかつ唯一のビームから派生していることを特徴とし、前記検出手段は、前記１組の混合出力ビームの強度から、１組のヘテロダイン信号として前記電気干渉信号を生成する光検出器を備えており、該１組のヘテロダイン信号は、少なくとも２つのヘテロダイン信号から成り、かつ、前記１組の周波数シフトした光ビームのビームの前記直交偏光成分間の前記周波数差に関連するヘテロダイン周波数における発振を有し、該１組のヘテロダイン信号はまた、前記測定レッグにおける前記気体の屈折度に関連する差を例外として、前記光ビーム波長間の前記略調和関係に実質的に逆比例関係にある１組のヘテロダイン位相を有することをさらに特徴とする、請求項３０に記載の装置。
前記１組のヘテロダイン信号を処理して、１組の修正したヘテロダイン信号を生成する手段を特徴とし、該１組の修正したヘテロダイン信号は修正したヘテロダイン周波数を有し、該修正したヘテロダイン周波数は、前記光ビーム波長間の前記略調和関係に従って前記ヘテロダイン周波数と調和関係にあり、かつ該１組の修正したヘテロダイン信号は修正したヘテロダイン位相を有し、該修正したヘテロダイン位相は、該光ビーム波長間の該略調和関係に従って前記ヘテロダイン位相と調和関係にあり、該１組の修正したヘテロダイン信号の該１組の修正したヘテロダイン位相は、前記１組の位相シフトし、周波数シフトした光ビームの前記測定レッグにおける前記気体の屈折度と、前記基準レッグにおける前記所定の媒体の屈折度に起因する差を例外として、実質的に等しい、請求項３１に記載の装置。
前記修正したヘテロダイン信号のうちの２つを混合して、前記１対の修正したヘテロダイン信号の前記修正したヘテロダイン周波数の和および差にそれぞれ等しい周波数、すなわち、和の周波数および差の周波数を有し、かつ該１対の修正したヘテロダイン信号の前記修正したヘテロダイン位相の和および差にそれぞれ等しい位相、すなわち、和の位相および差の位相を有している２つのサイドバンド、すなわち、和のサイドバンドおよび差のサイドバンドから成るスーパーへテロダイン信号を生成する電子手段を特徴とし、該差の位相は、前記１組の位相シフトし、周波数シフトした光ビームの前記測定レッグにおける前記気体の屈折度と、前記基準レッグにおける前記所定の媒体の屈折度との分散に起因する差を例外として、実質的にゼロであり、該電子手段が、該差の位相および該１対の修正されたヘテロダイン信号のうちの１つの該修正されたヘテロダイン位相を分析して、該測定レッグにおける該気体の逆分散力を判定するための手段を含むことをさらに特徴とする、請求項３２に記載の装置。
前記第１および第２の干渉計は、前記１組の位相シフトし、周波数シフトした光ビームについて前記測定レッグおよび前記基準レッグを複数回通過させる手段を備えており、該１組の位相シフトし、周波数シフトした光ビームのビームについての複数の通過の回数は、該１組の位相シフトし、周波数シフトした光ビームのビームの波長に比例しており、該１組の位相シフトし、周波数シフトした光ビームのどのビームの前記測定レッグおよび前記基準レッグの物理長も、実質的に同一であることを特徴とする、請求項２８〜３３のいずれかに記載の装置。
前記１組の周波数シフトした光ビームの各ビームに導入される前記位相シフトの大きさは、前記測定レッグおよび前記基準レッグを介する通過の回数と、該測定レッグおよび該基準レッグの物理長と、該測定レッグにおける前記気体の屈折度と該基準レッグにおける前記所定の媒体の屈折度との差との積に比例し、前記位相シフトし、周波数シフトした光ビームの各ビームについての該測定レッグにおける該気体の屈折度は互いに異なっており、該気体の屈折度は波長の関数であることを特徴とする、請求項３４に記載の装置。
前記結合手段は前記１組の位相シフトし、周波数シフトした光ビームの各ビームの前記２つの異なる周波数成分を混合して、少なくとも２つの混合出力ビームから成る１組の混合出力ビームとして混合光学信号を生成し、該１組の混合出力ビームの各ビームは、該１組の位相シフトし、周波数シフトした光ビームのうちの１つかつ唯一の光ビームから派生していることを特徴とする、請求項３０〜３５のいずれかに記載の装置。
前記検出手段は、前記１組の混合出力ビームの強度から、１組のヘテロダイン信号として前記電気干渉信号を生成するための光検出器を備えており、該１組のヘテロダイン信号は、少なくとも２つのヘテロダイン信号から成り、かつ、前記１組の周波数シフトした光ビームの前記ビームの前記直交偏光成分間の前記周波数差に関連するヘテロダイン周波数における発振を有し、該１組のヘテロダイン信号はまた１組のヘテロダイン位相を有し、該１組のヘテロダイン位相は、前記測定レッグにおける前記気体の屈折度と、前記基準レッグにおける前記所定の媒体の屈折度とに関連する差を例外として、実質的に等しいことを特徴とする、請求項３６に記載の装置。
前記ヘテロダイン信号のうちの２つを混合して、該１対のヘテロダイン信号の前記ヘテロダイン周波数の和および差にそれぞれ等しい周波数、すなわち、和の周波数および差の周波数を有し、かつ、該１対のヘテロダイン信号の前記ヘテロダイン位相の和および差にそれぞれ等しい位相、すなわち、和の位相および差の位相を有している２つのサイドバンド、すなわち、和のサイドバンドおよび差のサイドバンドから成るスーパーへテロダイン信号を生成する電子手段を特徴とし、該差の位相は、前記１組の位相シフトし、周波数シフトした光ビームの前記測定レッグにおける前記気体の屈折度と、前記基準レッグにおける前記所定の媒体の屈折度との分散に起因する差を例外として、実質的にゼロである、請求項３２または３７に記載の装置。
前記一連の比率として表される前記略調和関係の前記相対精度は、前記気体の分散力を該気体の逆分散力の測定に要する相対精度で乗算した結果よりも低位の大きさを有していることを特徴とする、請求項１６、２４、２５、２７および３８のいずれかに記載の装置。
前記電子手段は、前記差の位相と、前記１対のヘテロダイン信号のうちの１つの前記ヘテロダイン位相とを分析して、前記測定レッグにおける前記気体の逆分散力を判定する分析手段を備えていることを特徴とする、請求項３９に記載の装置。
前記１連の比率として表される前記略調和関係の前記相対精度を監視するための監視手段を特徴とする、請求項１６、２４、２５、２７および３８のいずれかに記載の装置。
前記監視手段に応答してフィードバック信号を提供し、前記第１および第２の光ビームの１つ以上の光源を制御して、前記略調和関係の前記相対精度が、前記気体の分散力を該気体の逆分散力の測定に要する相対精度で乗算した結果よりも低位の大きさを有しているようにする手段を特徴とする、請求項４１に記載の装置。
前記電子手段は、前記差の位相と、前記１対のヘテロダイン信号のうちの１つの前記ヘテロダイン位相とを分析して、前記測定レッグにおける前記気体の逆分散力を判定するための手段を備えていることを特徴とする、請求項３８、４１および４２に記載の装置。
前記監視手段に応答して、前記電子手段により判定されるように、前記測定レッグにおける前記気体の前記選択的固有光学特性または前記逆分散力のいずれかを補正するための手段を特徴とする、請求項４１〜４３のいずれかに記載の装置。
前記電子手段は、前記差の位相と、前記１対のヘテロダイン信号のうちの１つの前記ヘテロダイン位相とを分析して、前記測定レッグにおける前記気体の逆分散力を判定する手段を備えていることを特徴とする、請求項４４に記載の装置。
前記電気干渉信号は、前記気体の屈折度に対応する位相情報を含むヘテロダイン信号を含むことを特徴とし、かつ前記ヘテロダイン信号を混合して、該気体の屈折度の分散に対応する位相情報を含んでいる少なくとも１つのスーパーへテロダイン信号を生成するための手段を更に特徴とする、請求項１〜４５のいずれかに記載の装置。
前記ヘテロダイン信号および前記スーパーへテロダイン信号の位相曖昧性を解消するための手段を特徴とする、請求項４６に記載の装置。
気体の選択的固有光学特性を監視するための干渉測定手順において使用される方法であって、
該干渉測定手順は、
異なる波長を有している第１の光ビーム（７）および第２の光ビーム（８）を少なくとも生成することと、
第１の干渉計（６９）および第２の干渉計（７０）のそれぞれに該第１および第２の光ビームの各々の少なくとも一部をそれぞれ導入することであって、該第１および第２の干渉計は、各々が所定の物理的経路長を有する基準レッグおよび測定レッグを備えており、該基準レッグは所定の媒体により占有されるように構成および配置され、該測定レッグは該気体により占有されるように構成および配置され、該第１および第２のビームの一部が、該基準レッグにおける該所定の媒体を通るそれぞれの光路長についての情報と、該測定レッグにおける該気体を通るそれぞれの光路長についての情報とを含んでいる複数の射出ビームとして、該第１および第２の干渉計から現れるようにしたことと
を包含し、
該方法は、
該複数の射出ビームを結合させることにより、複数の混合光学信号を生成することであって、該複数の混合光学信号のそれぞれは、該複数の射出ビームのうちの少なくとも２つを結合することによって生成され、該基準レッグおよび該測定レッグの該所定経路のうち対応するものからの該少なくとも２つの射出ビームの間の位相差に対応する情報を含む、ことと、
該混合光学信号を検出し、かつ該気体の該選択的固有光学特性に対応する情報を含んでいる電気干渉信号を生成することと
を包含する、方法。
請求項１〜４７のいずれかに記載の装置を使用して実行されることを特徴とする、請求項４８に記載の方法。