JP4728027B2

JP4728027B2 - 光測定装置

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Inventors: フェルドマンマーク
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Description

本発明は、光源の波長および／または周波数に関連する値を測定するための光測定装置に関する。

ある測定応用例は、比較的小さな波長範囲に亘る非常に高いレベルの分解能で、光源の波長または周波数、または関連する変化を測定することを要求する。例には、一般の実験室応用例と同様に、高分解能干渉計型エンコーダ、様々な非接触側面計、電気通信事業における応用例、分光学が含まれる。さらに、多くの応用例において、上記測定は、小さい空間内でかつ低コストで行う必要がある。いくつかの方法は、一般に、分光計、干渉計、および光学フィルタを通した透過を含む波長測定に用いられる。

図１（ａ）は、光学バンドパスフィルタを用いた波長変化を測定するための簡単な公知の測定システム１０を示す。測定システム１０は、入力された入射ビーム１２、バンドパスフィルタ１４、フィルタに通されたビーム１６、および出力検出器１８を含む。入力された入射ビーム１２は、フィルタ１４に通され、フィルタに通されたビーム１６を生成する。この例において、バンドパスフィルタ１４は、無視できない波長透過依存性（すなわち、放射がその波長に従って異なる振る舞いをする）を有する如何なる光学要素を使用することができるように、厳密には、必要ではない。フィルタに通されたビーム１６は、出力検出器１８によって検出される。

図１（ｂ）は、バンドパスフィルタ１４の透過スペクトルを示す。フィルタ１４は、その半値全幅（ＦＷＨＭ）波長Δλと同様に、中心波長λ_０によって特徴付けられる。点Ｐが、波長Ｘ１および透過度Ｙ１でのフィルタ曲線２０上に示される。点Ｐは、フィルタ曲線２０の急峻な部分上に位置し、図１（ａ）の出力検出器１８によって行われる透過出力における変化を測定することによって、波長の僅かな変化を検知することができる。この方法において、フィルタ曲線２０が一旦確立されると、図１（ａ），（ｂ）の測定システム１０は、透過出力すなわち強度に基づいて波長変化を求めるための簡素な構成を提供する。

図２は、図１（ａ）の測定システム１０を超えるある改良を提供する公知の測定システム３０を示す。図２に示すように、測定システム３０は、ビームスプリッタ３４、フィルタ３８、および出力検出器４２，４６を含む。入力された入射ビーム３２は、ビームスプリッタ３４によって、２つのビーム３６，４４に分離される。第１ビーム３６は、フィルタ３８に通され、フィルタに通されたビーム４０を生成する。既に述べたように、この応用例において、フィルタ３８は、無視できない波長透過依存を有する如何なる光学要素を使用することができるように、厳密には、必要ではない。第２ビーム４４の出力は、出力検出器４６によって検出される。出力検出器４２，４６の出力を利用し、フィルタに通されないビームの出力に対するフィルタに通されたビームの出力の比を計算することによって、入射ビーム３２における出力の偏差が名目上誤差源として排除される。換言すれば、波長変化と出力源変動とを区別することができない図１（ａ）の測定システムに対して、図２の測定システム３０は、入射ビームにおける偏差を感知しない出力比信号を使用し、より確かに波長変化の差異を見つける。

図３（ａ）は、波長変化を測定するための代替構成を提供する公知の測定システム５０を示す。図２の測定システム３０と同様に、測定システム５０は、２つの出力検出器間の比を利用し、入射出力依存を排除する。測定システム５０は、ビームスプリッタ５４、フィルタ５８，６６、および出力検出器６２，７０を含む。入力された入射ビーム５２は、ビームスプリッタ５４によって、ビーム５６，６４に分離される。第１ビーム５６は、フィルタ５８に通され、フィルタに通されたビーム６０を生成する。フィルタに通されたビーム６０の出力は、出力検出器６２によって検出される。第２ビーム６４は、フィルタ６６に通され、フィルタに通された６８を生成する。フィルタに通されたビーム６８の出力は、出力検出器７０によって検出される。

図３（ｂ）は、フィルタ５８，６６にそれぞれ対応する２つのフィルタ曲線８０，８２を示す。図３（ｂ）に示すように、フィルタ曲線８０は、フィルタ曲線８２と重なる。換言すれば、フィルタ５８の透過スペクトルは、フィルタ６６の透過スペクトルと重なる。点Ｐ２が、波長Ｘ１および透過度Ｙ２でのフィルタ曲線８０上に示され、点Ｐ１が波長Ｘ１および透過度Ｙ１でのフィルタ曲線８２上に示される。波長Ｘ１から増加する波長に対して、フィルタ曲線８０上の透過出力は減少し、一方、フィルタ曲線８２の透過出力は、増す。従って、フィルタ６６に対応する透過出力Ｙ１とフィルタ５８に対応する透過出力Ｙ２の比は、２つのフィルタ５８，６６によって分けられる波長透過スペクトルに亘る特定の波長に対して一意である。出力検出器６２，７０の出力を利用してフィルタに通されたビーム出力の比を計算することによって、入射出力における偏差は、大きく排除されるであろう。さらに、この構成は、波長変化に対して改良された感度を提供する。

しかしながら、上述したそれらの特有の欠点、または以下に述べる他の誤差に対する感受性のいずれかにより、上述したシステムのいずれも、好ましくないセットアップおよび操作制限が強要された場合を除いて、非常に高い精度で波長を検出するのに適さない。従って、そのような好ましくない制限のための要求ではなく、そのような誤差感受性を避ける波長検出システムおよび方法に対する要求がある。

特に、出力源変動を補正する上述したシステムは、入力光源の偏光方位に依存する誤差に敏感である。これは、光源のビームのＰ偏光およびＳ偏光成分が、ビームスプリッタまたはフィルタなどの偏光感知透過または反射面に、当該面に垂直でない角度で入射するときに、異なる割合で透過または反射するからである。透過および反射格子は、入力ビームの入射角に関わらず、偏光を感知する。前述した波長検出器に比して、本発明は、そのような誤差がここで述べる実施の形態のいくつかによって提供することができる精度レベルで重要であることを認識し、波長検出器など、光測定装置における偏光依存誤差を減少させるためのシステムおよび方法を提供する。さらに、本発明の様々な実施の形態は、出力変動および環境パラメータ変動などの他の要因による誤差に対して改良されたレベルの誤差減少を提供する。さらに、本発明の様々な実施の形態は、特に、小型で、安定した光測定装置を提供する。

本発明は、上記目的を達成するため、光源からの光の波長関連特性を求めるための光測定装置であって、前記光源からの光が入射し、前記光源から入射した光の第１部分を第１光路に沿って伝送し、前記入射した光の第２部分を第２光路に沿って伝送する格子と、バンドパスフィルタを有する波長依存光学素子と、線形偏光器と、前記第１光路に沿って前記格子の後方に位置決めされ、前記第１光路に沿って伝送される光の前記第１部分を受光する第１光出力測定器と、前記第２光路に沿って前記格子の後方に位置決めされ、前記第２光路に沿って伝送される光の前記第２部分を受光する第２光出力測定器とを備え、前記格子は、前記光源からの光が入射する偏光感知面を有し、前記波長依存光学素子と前記線形偏光器とは、前記第１光路に沿って伝送される光の前記第１部分と前記第２光路に沿って伝送される光の前記第２部分とが入射するように、前記格子と前記第１および第２光出力測定器との間に位置決めされ、前記線形偏光器は、前記第１光出力測定器によって受光される光が前記線形偏光器によって線形的に偏光されるように、かつ前記第２光出力測定器によって受光される光が前記線形偏光器によって線形的に偏光されるように位置決めされることを特徴とする光測定装置を提供する。

文中で示されない限り、用語「偏光感知面（polarization-sensitive surface）」は、異なる割合で入力されたビームのＰ偏光およびＳ偏光成分を透過または反射する、または入射ビームに対して出現するビームの偏光状態を変更する透過または反射光学面を意味する。偏光状態は、例えば、入射された偏光状態を混合することによって、または入射された電子フィールドのＰ偏光およびＳ偏光成分を区別して吸収することによって、偏光される。偏光感知面は、入力の入射角の関数である偏光感度、すなわち、０（ｒａｄ）または垂直の入射角で偏光を感知しないが、非垂直入射角で偏光を感知する面を有する。面に対する透過または反射格子の付加は、垂直入射角でも、面に、偏光を感知させる。

文中で示されない限り、ここで用いられる用語「透過(transmitted)」は、伝搬が反射、一般的な透明（透過）材を介した透過、回折、またはビーム伝搬の他の公知の方法によって可能にされるかに関わらず、光路に沿った光ビームの連続した伝搬を意味する。用語「入射角」は、ここでは、光ビームの名目上の方向と光学面に対して垂直な方向との間の角度として使用される。光ビームがその光路に沿った様々な点で僅かに分岐しまたは集中すると、そのような点での名目上の方向は、ビームの中心光線のおおよその方向、ビームの概算の強度−重み付け平均方向などとして推定可能である。ここで、使用される用語「第１光路」、「第２光路」などは、一般に、「第１光出力測定器」、「第２光出力測定器」などによって受光される光線によって追跡される、全体路または全体路の一部を意味する。従って、「第２光路」は、その一部が第１光路から分離または分けられるまでは述べられないけれども、第１および第２光路は、一般に、それらの「源」線がいずれで重なっても、共存しまたは重なると見なされる。

本発明の様々な実施の形態において、光源からの波長関連特性を求めるための光測定装置が提供される。様々な実施の形態において、光測定装置は、波長依存光学素子（例えばバンドパスフィルタ）、光学出力測定検出器（例えば光検出器）、偏光感知反射および／または透過面、および１つ以上の線形偏光器を含む。少なくとも第１光路ビームは、波長依存光学素子、偏光感知反射および／または透過面、および１つ以上の線形偏光器を含む第１光路に沿って伝送され、第１光出力測定器に到達する。偏光感知反射および／または透過面は、光ビームを受光し、それを第１光路に沿って伝送する。波長依存光学素子は、偏光感知反射および／または透過面の前または後の第１光ビームの光出力を修正し、第１光ビームは、第１光路に沿った光出力測定器によって受光される。１つ以上の線形偏光器は、第１光出力測定器の前の第１光路に沿って選択された位置に置かれ、実質的に偏光依存誤差を排除する。例えば、線形偏光器が、波長依存光学素子の前または後に置かれてもよいし、さらに、例えば、２つ以上の線形偏光器が、必要ならば、波長依存光学素子の前および後の両方に置かれてもよい。

本発明の１つのアスペクトによれば、１つ以上の線形偏光器は、偏光感知反射および／または透過面（複数の面）に入射したビーム（複数のビーム）が、最初の入力光ビームの偏光状態に関係なく、偏光の実質的に固定された状態で光路に沿って受光および／または伝送されることを保証する。従って、そうでなければ原因になるかもしれない偏光依存誤差は、十分に減少されまたは排除される。

様々な実施の形態において、光ビームを受光した偏光感知反射および／または透過面は、例えばビームスプリッタまたは格子などの第１光路に沿って含まれる波長依存光学素子またはビーム分割素子の透過面である。

様々な実施の形態において、光ビームを受光する偏光感知反射および／または透過面は、非垂直入射角で配置されたビームスプリッタのビームスプリット面である。１つの実施の形態において、光測定装置は、さらに、第２光出力測定器を含み、ビームスプリッタは、第２光路に沿って伝送されて第２光出力測定器に到達する第２光ビームを提供する。他の実施の形態においては、第２波長依存光学素子が設けられ、該第２波長依存光学素子は、第２光ビームを受光し、それが第２光出力測定器に到達する前に第２光ビームの光出力を修正する。

１つの実施の形態において、光測定装置は、波長依存光学素子（例えばバンドパスフィルタ）、および光出力測定器（例えば光検出器）を含む。少なくとも１つの光ビームは、波長依存光学素子へ非垂直角で入射し、光ビームは、波長依存光学素子を抜けて、光路に沿った光出力測定器によって受光される。光測定装置は、さらに、光出力測定器の前方の光路に沿って選択された位置に置かれる１つ以上の線形偏光器を含む。例えば、線形偏光器は、波長依存光学素子の前方または後方に置かれてよいし、さらに、例えば、２つ以上の線形偏光器が、必要ならば、波長依存光学素子の前方および後方の両方に置かれてもよい。

本発明の他のアスペクトによれば、光測定装置は、さらに、波長依存光学素子の前方に光路に沿って置かれる、格子または部分反射および部分透過ビームスプリット面などのビーム分割素子を含む。ビーム分割素子は、ビーム分割素子へ入射した光ビームを、第１および第２光ビームへ分け、第１および第２光ビームの少なくとも１つは、波長依存光学素子へ非垂直角で入射する。光測定装置は、さらに、第１および第２光ビームを受光し、対応する第１および第２信号を出力するための第１および第２光出力測定器を含むようにしてもよい。様々な実施の形態において、第１および第２信号を受信して処理し、第１および第２信号に基づいて信号比を求める信号処理回路が設けられている。本発明の様々な実施の形態において、信号比は、光測定装置へ入力された光の少なくとも１つの光波長および光周波数を示す。

１つの実施の形態において、単一の線形偏光器は、ビーム分割素子の前に置かれる。他の実施の形態において、入力光は、固定された偏光方向を有し、同じ偏光方位を有する第１および第２線形偏光素子は、ビーム分割素子の後に、第１および第２光ビームのそれぞれの光路に沿って位置決めされる。さらに他の実施の形態において、入力光は、変化する偏光方向を有し、第１および第２線形偏光器は、同じ偏光方位を有し、この偏光方位は、光ビーム分割素子へ入射した光ビームの方向とビーム分割素子のビーム分割面（または平面）（光ビームが非垂直入射角で入射する）に対して垂直な方向との両方に平行である面に対して、直交または平行のいずれかに合わせられる。第１および第２線形偏光器は、ビーム分割素子の後方および第１および第２光出力測定器の前方のどこにでも、第１および第２光ビームのそれぞれの光路に沿って位置決めされてもよい。ビーム分割面が格子面でない場合、一般に、入射光ビームの方向とビーム分割面に対して垂直な方向との両方に平行な面に対して直交または平行のいずれかである線形偏光器の方位は、第１および第２光ビームに出現するＳおよびＰ偏光成分を混合することを避けるように、これらの偏光器を位置合わせする。偏光器が同様に位置合わせされ、ＳおよびＰ偏光成分が混合されていないとき、すなわち、第１および第２光ビームがほぼ１００％のＳ偏光またはほぼ１００％のＰ偏光になるように偏光器が位置合わせさられているとき、第１および第２信号に基づいた信号比は、入力光の偏光方向を感知しない。

本発明のさらに他のアスペクトによれば、第１および第２波長依存光学素子が提供される。第１波長依存光学素子は、第１光ビームの光路に沿って置かれ、一方、第２波長依存光学素子は、第２光ビームの光路に沿って置かれる。前述したように、１つの実施の形態において、単一の線形偏光器は、ビーム分割素子の前方に置かれる。他の実施の形態において、入力光は、固定された偏光方向を有し、同一の偏光方位を有する第１および第２偏光器は、ビーム分割素子の後方に、第１および第２光ビームのそれぞれの光路に沿って置かれる。他の実施の形態において、入射光は、変化するまたは固定された偏光方向を有し、第１および第２線形偏光器は、同じ偏光方位を有し、この偏光方位は、光ビーム分割素子へ入射した光ビームの方向とビーム分割素子のビーム分割面（または平面）（光ビームが非垂直入射角で入射する）に対して垂直な方向との両方に平行である面に対して、直交または平行のいずれかに合わせられる。第１および第２線形偏光器は、ビーム分割素子の後方および第１および第２光出力測定器の前方のどこにでも、第１および第２光ビームのそれぞれの光路に沿って位置決めされてもよい。

本発明は、また、光の偏光の方位と実質的に依存しない方法で光源からの光の波長関連特性を求めるために使用可能な少なくとも１つの信号を供給する方法を提供する。この方法は、一般に、５つのステップを含む。第１のステップは、先に示したタイプの少なくとも１つの偏光感知面を含む第１光路に沿って光源からの第１光ビームを入力する。第２のステップは、第１光ビームを受光し、第１光路に沿って第１波長依存光学素子からの第１のフィルタに通されたビームを出力する。第３のステップは、第１光路に沿って置かれた第１光出力測定器を含む第１波長依存光学素子によって、第１のフィルタに通されたビームを受光する。第４のステップは、第１光出力測定器からの第１検出信号を出力する。最後に、第５のステップは、第１光ビームおよび／または第１のフィルタに通されたビームに含まれる光を線形に偏光する。様々な実施の形態において、第１光ビームおよび／または第１のフィルタに通されたビームに含まれる光を線形に偏光する第５のステップは、第１光出力測定器の前方にある第１光路に沿って様々な位置で発生する。本発明の方法は、第１光ビームおよび／または第１のフィルタに通されたビームに含まれる光を線形に偏光するステップを含み、光の波長関連特性を求めるために用いられる１つ以上の信号におけるいかなる偏光依存誤差を十分に減少しまたは排除する。

本方法の他の実施の形態において、第１のステップは、第１光ビームから第２光ビームを派生し、この第２光ビームは、第２光路に沿って導かれる。第２のステップは、さらに、第２光ビームを受光し、第２のフィルタに通されないビームまたはフィルタに通されたビームを第２光路に沿って第２波長依存光学素子から出力する。第３のステップは、さらに、第２光路に沿って置かれた第２光出力測定器を含む第２波長依存光学素子によって出力される第２のフィルタに通されないビームまたはフィルタに通されたビームを受光する。第４のステップは、さらに、第２光出力測定器から第２検出信号を出力する。最終的に、第５のステップは、さらに、第１光ビームおよび／または第１のフィルタに通されたビームと同様に、第２のフィルタに通されないビームおよび／または第２のフィルタに通されたビームに含まれる光を線形に偏光し、第１および第２光出力測定器の前方にある第２光路に沿って様々な位置で発生する。

本実施の形態の１つの変形において、この方法は、ビーム分割素子の前方にある線形偏光器を使用して第１のステップの前に第５のステップを実行する。本実施の形態の他の変形において、入射光は、固定された偏光方向を有し、本方法は、第１のステップ後に、同じ偏光方位を有し、第１および第２光ビームのそれぞれの光路に沿って位置決めされた第１および第２線形偏光器を使用する第３のステップの前に、第５のステップを実行する。本実施の形態の他の変形において、入力光は、変化するまたは固定された偏光方向を有し、本方法は、第２の光ビームを派生するのに使用されるビーム分割素子へ入射した第１光ビームの方向とビーム分割素子のビーム分割面に対して垂直な方向との両方に平行な面に対して直交または平行に合わせられる第１および第２線形偏光器を使用して第１のステップの後に第３のステップの前に第５のステップを実行する。

方法の様々な実施の形態において、第１光路に沿った第１波長依存光学素子および第２光路に沿った第２波長依存光学素子は同一の素子である。本方法の様々な実施の形態において、少なくとも１つの偏光感知透過および／または反射面は、第１光ビームに対して非垂直入射角で配置され、少なくとも１つのビームスプリッタ面および波長依存光学素子の面を含む。

本発明によれば、偏光依存誤差を減少させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

一般に、フィルタおよび／またはビーム分割素子の面を含む偏光感知反射および／または透過面によって伝送される入射光源出力の一部は、その入射角と光源の偏光状態（すなわち、そのＰ偏光成分とＳ偏光成分との間の関係）との両方によって影響を受ける。図４は空気／ガラス境界面を通過した光ビームの透過度がいかにして入射角に基づいて、また光ビームの偏光状態に基づいて変化するかを示す図であり、ガラスは、１．５７の屈折率を有する。透過曲線４１０，４１２は、１００％のＰ偏光された入射光ビーム、１００％のＳ偏光された入射光ビームにそれぞれ対応する。曲線４１４は、透過曲線４１０，４１２間の透過の差分を示す。垂直入射角（０ｒａｄ）で、光の透過特性は、Ｐ偏光およびＳ偏光された光４１０，４１２の両方に対して同じである。しかしながら、入射角が増すと、Ｐ偏光された光の透過特性は、Ｓ偏光された光の透過特性と異なる。

また、Ｐ偏光された光の透過および回折特性は、入射角に関わらず、透過または反射格子に対して、Ｓ偏光された光の透過および回折特性と異なることは、知られている。そのような効果は、簡単に、「Chapter 9 of Diffraction Grating Handbook, 5th Edition, by Christopher Palmer, published by Thermo RGL, Richardson Grating Laboratory, Rochester, New York (2002), which is incorporated herein by reference.」に述べられている。

よって、反射および／または透過面への非零入射角を有する光に関して、および、いかなる入射角で透過または反射格子に入射する光に関して、光の全体透過度は、光偏光状態すなわちＰ偏光およびＳ偏光成分の間の関係に依存する。従って、入射角の変化する通常未知の偏光状態は、そのような成分および／または配列を使用する様々な波長検出器におけるわずかな測定誤差の原因となる。余分な測定誤差は、従来の波長検出器の様々な成分の操作における変動する環境パラメータ（温度、湿度など）の影響により生じる。

図５（ａ）は、変動する環境パラメータに関わらず、減少された誤差で波長または波長変化を測定するための改良された構成を有する測定システム２００を示す。測定システム２００は、ビーム偏向素子として動作する格子２１０、フィルタ構造２２０、検出器２５０，２５５、および信号処理回路２６０を含む。入射光２０２が、格子２１０によって、透過ビーム２１２および＋／−１次角を成すビーム２１４，２１６に分離される。透過ビーム２１２および１次角を成すビーム２１４は、フィルタ構造２２０（または無視できない波長透過依存性を有する他の素子）を通過し、フィルタに通されたビーム２３２および角度を成すフィルタに通された２３６にそれぞれなり、異なるフィルタ経路から２つのフィルタに通された信号を提供する。フィルタに通されたビーム２３２は、検出器２５０によって受光され、一方、角度を成すフィルタに通されたビーム２３６は、検出器２５５によって受光される。検出器２５０および検出器２５５は、それぞれ、出力２５２，２５７を信号処理回路２６０に対して提供する。単一のフィルタ構造２２０の使用は、各ビームに対して異なるフィルタを使用する図３（ａ）に示す従来のシステムを超える明確な効果を提供する。具体的には、単一のフィルタ構造を通した各光路のフィルタ特性の温度感度は、ほぼ同じ、または少なくとも非常に相互に関連する。その結果、温度変化および他の環境影響による各光路に沿った残存のフィルタ感度を、高い精度で確実に補正することができる。さらに、部品コストおよび測定システム設計の複雑さが減少される。図５（ａ）に示す実施の形態の設計方針に基づいたいくつかの例示的なシステム構成は、係属中の米国出願No.10/251,449（出願日２００２年９月１９日）に開示される。

図５（ｂ）は、図５（ａ）の検出器２５０，２５５に対応する透過曲線２７０，２８０を示す透過スペクトル図である。具体的には、透過曲線２７０は、入射角０（ｒａｄ）での入射ビームに基づいたフィルタに通されたビーム２３２に対応し、一方、透過曲線２８０は、非零の入射角（ｒａｄ）での入射ビームに基づいた角度を成すフィルタに通されたビーム２３６に対応し、図示するように、全体的に、短い波長領域へ移行された透過曲線２７０に一致する。図５（ｂ）は、透過曲線２７０，２８０の所望の操作領域２９０を示し、ここで、両曲線２７０，２８０は、実質的に線形で、交差点２９５で一致することが望ましいが、必ずしもそうとは限らない。操作領域２９０は、信号曲線２７０，２８０が重なる領域であり、その結果、信号源波長が同一のフィルタ構造２２０を通した２つの光路に沿って２つの有用な出力信号を生じる。好ましくは、信号曲線２７０，２８０は、図示するように、互いに、重なり、最大光透過度の約５０％（交差点２９５）で交差し、有用操作領域２９０を保証する。操作領域２９０が操作領域２９０のいかなる波長に対しても線形領域であると仮定すると、２つの信号Ｓ１，Ｓ２の合計は、名目上一定になるであろう。名目上完全に制御された操作状態で、一方の信号曲線は、高精度で波長を求めるのに使用され得る。しかしながら、各信号における変化は、入射ビームの出力から、すなわち検出器の名目上のゲインにおける変化から生じる。多くのそのような変化は、測定システムにおける両信号に比例する。従って、操作領域２９０におけるいかなる波長も、同相モード出力およびゲイン変化に関して信号を標準化することによって、正確に求めることができる。例えば、各信号における同相モード出力およびゲイン変化の影響は、波長を結合した信号比の関数として求めることによって克服される。たとえ変化が両信号において厳密に比例しなくても、較正手順は、信号に適用され、その結果、同相モード出力およびゲイン変化はやはり排除可能である。

図６は、光源（図示せず）からの光の波長関連特性（例えば波長、波長変化、周波数、または周波数変化）を求めるための本発明に従って形成された光測定装置６００Ａの１つの実施の形態を示す。この実施の形態の光測定装置６００Ａは、以下に述べるように、偏光器の使用を除いて、上記図５（ａ）を参照して述べてシステムと同様である。具体的には、装置６００Ａは、無視できない波長透過依存性を有するバンドパスフィルタまたは他の素子など、１つ以上の波長依存（すなわち波長感受）光学素子６０２を含む。装置６００Ａは、また、光検出器などの１つ以上の光出力測定器（以下、光検出器という）６０４，６０６を含む。装置６００Ａは、さらに、図示するように、波長依存光学素子６０２の前すなわち入射側に置かれる線形偏光器６１０を含む。ここで、用語「Ｘの前（prior to X）」は、光路に沿ってＸの入射側に設けられる素子の相対位置を呼ぶのに使用される。図６に示すようなこの構成において、光源（図示せず）からの入射光ビーム６１２は、線形偏光器６１０によって、偏光の実質的に固定された状態を有する（すなわち、Ｐ偏光およびＳ偏光成分の固定された比率を有する）偏光ビーム６１４へ偏光される。図示の光測定装置６００Ａは、さらに、線形偏光器６１０と波長依存光学素子６０２との間に置かれ、偏光ビーム６１４を透過ビーム６１６と角度を成すビーム６１７とに分ける格子６１５を含み、波長依存光学素子６０２を介してフィルタに通された両ビームは、それぞれ、光検出器６０４，６０４によって、受光される。光検出器６０４，６０６からの信号６１８，６１９は、信号を処理し、光源からの光の波長関連特性を求めるための電子回路を含む信号処理回路６２０によって受信される。例えば、２つの信号の比が、光の波長または波長変化を求めるために計算される。

線形偏光素子６１０の包含は、ビーム６１４が格子６１５に入射することを保証し、それによって、格子６１５によって分けられ、波長依存光学素子６０２へ入射する透過ビーム６１６および角度を成すビーム６１７は、最初の入射光ビーム６１２の偏光状態に関わらず、偏光の実質的に固定された状態を有する。よって、最初の入射光ビームの偏光状態における変化は、光検出器６０４，６０６から出力された信号６１８，６１９に対して、光出力の比例変化を導入する。従って、制御されておらず、そして知られていない偏光依存誤差を、十分に、減少または排除することができる。

本発明による偏光依存誤差を減少させるための適切な偏光器（１または複数）を選択して配置するためのいくつかの設計考慮を述べる。一般に、フィルタ（または無視できない波長透過依存性を有する他の素子）などの波長依存素子の透過範囲の上縁または下縁（すなわちバンドパス縁）に沿って変化する透過度（％）は、波長を変調することなく、特定の波長を敏感に選別する、変化する透過出力を生じる。スペクトルの青端に向けた透過バンドパス縁の範囲における波長の場合、非垂直入射角で使用される狭バンドパス誘電フィルタに関して、ＰおよびＳ偏光のそれぞれの透過曲線Ｔ_FPおよびＴ_FSは、それらが互いに波長Δ分移動されたように扱うことができる。次の式が単一の線形モデルに従って導き出される。

合計入射光出力ＩをそのＳおよびＰ偏光成分に分割することは、以下を生成する。

ここで、ε_Ｐおよびε_Ｓは、それぞれ、ＰおよびＳ偏光状態における合計入射光出力の割合である。偏光の固定された状態のビームに関して、割合ε_Ｐおよびε_Ｓは、一定である。フィルタへ入力されるビームがビーム分割素子（例えば図６または図１６を参照）から伝送されると、フィルタ透過光出力信号Ｓ_Ｆは、入力偏光器がない場合、次の式によって与えられる。

ここで、Ｔ_ＢＳは、フィルタへ伝送される光に対するビームスプリッタ透過係数であり、σ_Ｆは信号Ｓ_Ｆを提供する検出器の検出感度である。

ビーム分割素子からの残存光（フィルタへ伝送されない）に基づいたフィルタに通されず、直接入力光出力に比例する信号Ｓ_Ｉ＝（１−Ｔ_ＢＳ）σ_ＩＩが与えられると、標準化された信号Ｓ_Ｎは、次の式によって与えられる。

ここで、σ_Ｉが信号Ｓ_Ｉを提供する検出器の検出感度である。標準化された信号Ｓ_Ｎは、入力ビーム出力変動に依存しないが、偏光変化δε_Ｓに対して波長読取誤差δλを生じ、波長読取誤差δλは、次の式によって与えられる。

δλ=０．２ｎｍ、δε_Ｓ＝０．１０に対して、δλ＝０．０２ｎｍが計算され、これは、高精度波長測定装置において重要な誤差を表す。偏光変化σε_Ｓは、式（４）に示される初期または較正値ε_Ｓに対して固定または動的変化である。様々な実施の形態において、初期値ε_Ｓは、初期、基準または較正初期、基準または較正信号測定値が光波長との関係が確立されるとき、意図的にまたは暗黙に確立される。しかしながら、誤差δλは、偏光器が波長依存素子によって伝送された光ビームの偏光状態を固定するために用いられるとき、ε_Ｓ≒０のように、消される。

光ビームが波長依存素子へ入る前または波長依存素子を出た後のいずれかで、偏光器で光ビームの偏光を固定することは、結果的に生じた固定偏光ビームにおいて同じ光出力信号を生成する。すなわち、光路に沿ったこれらの２つの光学素子の順序は、置き換え可能であり、同じ誤差減少が上述した解析における信号ＳＦに対応する信号を提供する光測定装置構成により提供される。波長依存素子の偏光感度から、より一般的には光ビームを伝送し、非垂直入射角で受光する光学素子のいかなる表面からも生じる前述の強調された信号変化は、光ビームを伝送し、いかなる入射角でも受光する回折格子と同様に、同様の偏光を導くであろう。従って、臨界光信号に沿っていかなる非垂直表面でもまたはいかなる偏光器でも伝送される光の偏光は、本発明により様々な実施の形態において、同様の方法で固定される。

（４）式に示す標準化された信号を有効にするために上述したように初期、基準、または較正信号測定値に従いながら、本発明による上述の誤差減少を提供するため、信号Ｓ_Ｉは、入力光偏光が変化するならば、信号Ｓ_Ｆのように同じ割合で変化する必要がある。様々な実施の形態において、本発明による波長測定装置は、入力光偏光が変化しない（それが未知であるかもしれないが）応用例において使用され、そのような実施の形態において、波長測定装置の構成は、そのような比例を保証するために、特定の偏光方位を含む必要はない。しかしながら、様々な他の実施の形態において、変化する入力光偏光の場合にそのような比例を保証するために、信号Ｓ_Ｉを求めるのに使用される光は、信号Ｓ_Ｆを求めるのに使用されるものと同様に、同じ偏光方位で固定され、偏光方位は、信号Ｓ_Ｉ，Ｓ_Ｆに基づいた信号比が入力光の偏光方向に対して不感知である。

様々な実施の形態において、これは、同じ偏光で、波長測定装置へ入力される全ての光を偏光する偏光器を設けることによって達成される。様々な他の実施の形態において、複数の同様の偏光器、または同じ偏光器の一部は、信号Ｓ_Ｉ，Ｓ_Ｆを求めるために用いられるそれぞれの光路に沿って同じ偏光方位を固定するのに使用される。ビーム分割素子が信号Ｓ_Ｉ，Ｓ_Ｆを求めるために用いられる２つの光路を提供するように非垂直入射角で用いられるとき、偏光方位は、ビーム分割素子へ入射する光ビームの方向とビーム分割素子のビーム分割面すなわち平面に対して垂直な方向との両方に平行な面に対して、直交または平行のいずれかになるように調整される。偏光器は、ビーム分割素子の後方および信号Ｓ_Ｉ，Ｓ_Ｆを提供するために使用される各光出力測定器の前方のいずれにも、信号Ｓ_Ｉ，Ｓ_Ｆを求めるために使用されるそれぞれの光路に沿って位置決めされてもよい。ビーム分割素子が格子面でない場合、一般に、入射する光ビームの方向とビーム分割面に対して垂直な方向との両方に平行な面に対して、直交または平行のいずれかである線形偏光器の方位は、信号Ｓ_Ｉ，Ｓ_Ｆを求めるために使用される各光光路に沿って伝送される光に出現するＳおよびＰ偏光成分の混合を避けるように合わせられる。偏光器が同様に置かれ、ＳおよびＰ偏光成分が混合されていないとき、すなわち、第１および第２光ビームがほぼ１００％のＳ偏光またはほぼ１００％のＰ偏光になるように偏光器が位置合わせされるとき、標準化された信号Ｓ_Ｎは、入力光の偏光方向に不感知である。様々な応用例において使用可能な様々な代替構成について以下に述べる。

光の波長関連特性を求めるための光測定装置における１つ以上の偏光器の使用は、偏光変化すなわち変位が、光源に関連する要因に限定されることなく、様々な源によって引き起こされるから、特に有利である。偏光変化のいくつかの潜在的な源は、レーザ出力偏光（例えば、モードホップまたはモード競合による）、光列成分での非垂直入射角（例えば、時間および温度とともに変化する、ミラー、ビームスプリッタなどの誘電体コーティングからの位相シフト）、および偏光維持単一モードファイバの使用（例えば、ファイバの出力で楕円偏光状態を生じる不完全な入力結合および／またはファイバ内の偏光モード結合で、両方とも、機械的または熱的動揺により時間とともに変化する）を含むが、これに限定されることはない。

様々な偏光器は、それらが偏光されていない光から偏光された光へ変換することができる限り、本発明に従って構成される光測定装置に使用されてもよい。いくつかの適切な偏光器は、線形偏光フィルム（例えば、調整された長鎖ポリマー、プラスチックシートまたはガラス窓間に積層されたダイクロイックプラスチックシート）、金属薄膜（例えば、金属回転楕円面に調整された、ガラス間に蒸着された）、ダイクロイック線形偏光器（例えば、Polarcor（登録商標））、薄膜偏光器、ワイヤ格子、偏光キューブビームスプリッタ（例えば、固定または光学的に接触するプリズム間に蒸着された誘電フィルム）、およびグラントンプソンカルサイトまたは他の複屈折水晶プリズムを含むが、これに限定されるものではない。

図１３は、光の透過度およびその波長の間の関係を示すバンドパス光学フィルタに対する２つの透過曲線を示すグラフである。具体的には、本図は、入射角π／１８（ｒａｄ）を有する光に対する、Ｐ偏光透過曲線７１０およびＳ偏光透過曲線７１２を示す。曲線７１０，７１２間の差分は、曲線７１４によって示される。図１４は、同様のグラフであるが、光の入射角は、π／１２（ｒａｄ）である。図１３と図１４との比較は、入射角が増すと、光透過度における偏光状態の変化の効果が増し、よって、偏光状態変化による誤差を測定する可能性が増すことを示す（上記図４を参照）。従って、本発明による、光測定装置における線形偏光器の包含は、光測定装置の光路に沿ったいかなる反射および／または透過面（例えば、バンドパスフィルタ面またはビームスプリッタ面）上への光の入射角の増加とともに、より重要になる。

図１５は、単一のバンドパス光学フィルタを通した光の波長測定誤差とＳ偏光成分割合との間の関係を示すグラフである。「０」のＳ偏光割合は、純粋にＰ偏光された光ビームを示し、一方、「１」のＳ偏光割合は、純粋にＳ偏光された光ビームを示す。Ｐ偏光器が使用されていないときに生じる波長測定誤差は、左側垂直軸に示され、一方、本発明によりＰ偏光器が使用されているときに生じる誤差は、右側垂直軸に示される。左と右垂直軸を比較することによって示されるように、Ｐ偏光器の使用は、係数「１００」によって、波長測定誤差を減少させ、この係数「１００」は、この計算において使用される偏光器の消光比に等しい。偏光変化から生じる誤差を最小にするために、最大可能消光比を有する偏光器を使用することが好ましい。また、同様のグラフが、生成され、光の波長測定誤差とＰ偏光成分割合との間の関係を示すようにしてもよい。この場合、１００：１の消光比を有するＳ偏光器の使用は、また、係数１００によって波長測定誤差を減少させることが予期される。従って、本発明の様々な実施の形態において、Ｓ偏光器（１または複数）またはＰ偏光器（１または複数）は、同じ波長測定誤差減少を実質的に達成するのに使用される。しかしながら、いくつかの応用例において、Ｓ偏光器（１または複数）またはＰ偏光器（１または複数）のいずれかは、他方より有効であり、よって、例えば使用される特定の素子（格子、ビームスプリッタなど）の光学特性に依存する波長測定誤差減少の点に関して、好ましい。これらの場合、より有効な偏光器は、様々な実施の形態において、実験またはシミュレーションによって求められそして／または検証される。

線形偏光器が偏光感知反射または透過面の前の光路における入力光を全て偏光するように位置決めされているこれらの実施の形態に関して、偏光器は、装置性能上の有害な影響がないＳおよびＰ偏光成分を混合するように位置合わせされる。しかしながら、線形偏光器がビーム分割表面などの偏光感知透過または反射面の後方に位置決めされているそれらの実施の形態に関して、異なる信号路に沿って異なって釣り合わされたＳまたはＰ偏光成分を混合することを避けるために、ＳまたはＰ偏光方向のいずれかに沿って同じ方位を有する全ての偏光器を位置合わせすることが好ましい。偏光感知透過または反射面により異なる信号路に沿って生じる、異なって偏光されたＳまたはＰ成分を混合することは、上述したように、入力光の偏光を感知する信号比を有する信号を生成する。前述したように、入射光ビームの方向と入射面の非垂直角に対して垂直な方向との両方に平行な平面に対して直交または平行のいずれかである偏光器方位を調整することは、要求通り、ＳまたはＰ偏光方向の１つに沿った偏光器方位を提供する。同様に、垂直入射角で（例えば光分割素子として）使用される回折格子の溝に沿うまたは直交する偏光器方位を調整することは、回折効率が大きなＳまたはＰ偏光依存を有するとき、要求通り、ＳまたはＰ偏光方向の１つに沿った偏光器方位を提供する。

図７は、光源（図示せず）からの光の波長関連特性を求めるための本発明に従って構成される光測定装置６００Ｂの代替例を示す。この実施の形態、および後に示す他の実施の形態において、図６を参照して既に述べたと同様の要素は、同じ名称および番号が付けられ、そして、各実施の形態における固有の変形は、詳細に述べられるであろう。図７において、光測定装置６００Ｂは、格子６１５ｂが線形偏光器６１０から受光された偏光ビーム６１４を２つの異なった角度を成すビーム６２１，６２２に分けるように構成され、配置されることを除いて、図６の光測定装置６００Ａと実質的に同様である。２つの異なる角度を成すビーム６２１，６２２は、それぞれ、偏光器６１０および格子６１５ｂの共通光軸６２３に対して、角度α，βを有する。２つの角度が互いに異なる限り、光検出器６０４，６０６からの信号６１８，６１９は、互いに一致せず、よって、光の波長関連特性を求めるために、信号処理回路６２０によって意味のある方法で処理されてもよい。図６、図７および以下の同様の図におけるいくつかの素子および面は、記述または文中の前後関係によって示されていない限り、図示されるのみである。例えば、光出力器６０４，６０６における窓の面での潜在的偏光依存効果を避けるために、様々な実施の形態においてそれらは、受光光に対して垂直になるように位置合させされる。同様に、ここでは連続単一素子として示されている様々な偏光器を、その代わりに、同様に位置合わせされている分離偏光器または偏光器の分離セグメントとすることができ、また、必要ならば、入射光に対して垂直になるように位置合わせされる。

図８は、光源（図示せず）からの光の波長関連特性を求めるための本発明に従って構成される光測定装置６００Ｃのさらに他の代替例を示す。この実施の形態において、光測定装置６００Ｃは、線形偏光器６１０が入射光ビーム６１２を２つの異なった角度を成すビーム６２７，６２８へ分ける格子６１５ｂと波長依存光学素子６０２との間に位置決めされることを除いて、図７の光測定装置６００Ｂと実質的に同様である。この構成は、格子６１５ｂの動作すなわち回折が取るに足らない偏光依存性（または偏光感受性）を有するときに、または入力光の偏光方位が固定されている（しかし角度は未知である）ときに、使用に適する。偏光器が格子溝に対して平行または直交して位置合わせされると、この構成は、また、回折効率が偏光に依存する格子を用いるとき、すなわち格子６１５ｂが十分な偏光依存性を有するときに、使用に適する。図８において、２つの異なった角度を成すビーム６２７，６２８は、線形偏光器６１０を通して進み、固定された線形偏光の２つのビームになり、そして、異なる入射角度で波長依存光学素子６０２へ入射する。波長依存光学素子６０２からのフィルタに通されたビームは、それぞれ、光検出器６０４，６０６によって受光され、その後、光の波長関連特性を求めるために、信号処理回路６２０によって結合され処理される。

図９は、光源（図示せず）からの光の波長関連特性を求めるための本発明に従って構成される光測定装置６００Ｄのさらに他の代替例を示す。この実施の形態において、光測定装置６００Ｄは、線形偏光器６１０および波長依存光学素子６０２の位置が取り替えられていることを除いて、図８の光測定装置６００Ｃと実質的に同様である。よって、格子６１５ｂからの２つの異なった角度を成す６２７，６２８は、まず異なる入射角で波長依存光学素子６０２へ入射し、波長依存光学素子６０２からのフィルタに通された６３０，６３１は、線形偏光器６１０へ入射し、偏光される。線形偏光器６１０からの偏光されたビームは、それぞれ、光検出器６０４，６０６によって受光され、その後、光の波長関連特性を求めるために、信号処理回路６２０によって、結合され処理される。線形偏光器６１０が波長依存光学素子６０２の後方に置かれるこの構成は、格子６１５ｂおよび波長依存光学素子６０２の動作が取るに足らない偏光依存性（または偏光感受性）を有するときに、または入力光の偏光方位が固定されている（しかし角度は未知である）ときに、使用に適する。偏光器が格子溝に対して平行にまたは直交して位置合わせされると、この構成は、また、回折効率が偏光に依存する格子を用いて、すなわち格子６１５ｂが十分な偏光依存性を有するときに、使用に適する。本発明のいくつかの実施の形態において、例えば、経済的に有用な偏光器の品質に依存する場合、２つの線形偏光器を置く、すなわち、一方を波長依存光学素子６０２または格子６１５ｂの前に、そして他方を波長依存光学素子６０２の後に置くことは有益であるかもしれない。

図１０は、光源（図示せず）からの光の波長関連特性を求めるための本発明に従って構成される光測定装置６００Ｅのさらに他の代替例を示す。この実施の形態において、光測定装置６００Ｅは、２つの異なった角度を成すビーム６２７，６２８の両方によって共用される波長依存光学素子６０２および線形偏光器６１０が２つのセットに取り替えられ、一方は第１波長依存光学素子６０２ａおよび第１線形偏光器６１０ａを有し、他方は第２波長依存光学素子６０２ｂおよび第２線形偏光器６２０ｂを有することを除いて、図９の光測定装置６００Ｄと実質的に同様である。前述したように、格子６１５ｂからの２つの異なった角度を成すビーム６２７，６２８は、それぞれ、波長依存光学素子および線形偏光器の対応するセットによってフィルタに通され、偏光され、光検出器６０４，６０６によって受光される。そして、２つの検出器６０４，６０６からの信号は、光の波長関連特性を求めるために、信号処理回路６２０によって、結合され処理される。

図１１は、光源（図示せず）からの光の波長関連特性を求めるための本発明に従って構成される光測定装置６００Ｆのさらに他の代替例を示す。この光測定装置６００Ｆは、測定され処理されるべき４つの分離光ビームを生成する付加格子を含むことを除いて、図６の装置６００Ａと構成上同様である。この構成は、米国特許出願No.10/251,449に記載されているように、測定装置の精度の向上を許容する。

光測定装置６００Ｆは、線形偏光器６１０、第１回折格子４１０、光学的に透明な基板４２０、第２回折格子４３０、波長依存光学素子（例えばフィルタ構造）４４０，４４５、および４つの光検出器４５０，４５１，４５２，４５３を有する光検出器アレイを含む。これらの部品の全ては、ハウジング４７０内に収容される。入射光ビーム４０２は、線形偏光器６１０によって偏光され、第１格子４１０によって入射０次ビーム４１２と入射１次ビーム４１６に分けられる。透明な基板４２０を通過した後、入射０次ビーム４１２は、第２格子４３０によって分けられ、フィルタに通されたビーム４３２および角度を成すフィルタに通されたビーム４３４を含む第１のフィルタに通されたビーム対４３１を提供する。同様に、入射１次ビーム４１６は、第２格子４３０によって分けられ、フィルタに通されたビーム４３６および角度を成すフィルタに通されたビーム４３８を含む第１のフィルタに通されたビーム対４３５を提供する。図１１に示す実施の形態において、回折格子４１０，４３０は、一方が反転されてブレーズ角が図１１に示すように概略操作可能方向に沿って４つの放射ビーム４３２，４３４，４３６，４３８を生成することを除いて、同じ仕様で製作されたブレーズ格子である。１つの実施の形態において、回折格子４１０，４３０は、０次および１次回折ビームにおける等しい効率の放射ビームを生成し、一方、そのような回折格子に対して一般に知られているように他の次数を抑える。そのような格子ピッチなどの格子パラメータは、図１１には示されていない。４つの放射ビーム４３２，４３４，４３６，４３８は、それぞれ、４つの光検出器４５０，４５１，４５２，４５３によって受光され、４つの光検出器からの信号は、光の波長関連特性を求めるために、信号処理回路（図示せず）によって、結合され処理される。

光測定装置６００Ｆからの信号、および／またはここで含まれる様々な他の光測定装置の実施の形態からの信号を処理するのに使用可能な各種信号処理方法および式は、米国特許出願No.10/251,449に開示されている。

図１２は、光源（図示せず）からの光の波長関連特性を求めるための本発明に従って構成される光測定装置６００Ｇのさらに他の代替例を示す。本実施の形態において、光測定装置６００Ｇは、波長依存光学素子（例えばフィルタ）６０２が格子６１５からの偏光されかつ透過されたビーム６１６のみを垂直入射角で受光し透過するように設けられていることを除いて、図６の装置６００Ａと構成上同様である。線形偏光素子６１０は、格子６１５に入射するビームが固定された偏光状態を有することを保証するから、格子６１５の偏光依存により別に生じるいかなる測定誤差も、減少されまたは実質的に排除される。波長依存光学素子６０２からの偏光されかつフィルタに通されたビーム６２５は、光検出器６０４によって受光される。他方、偏光されかつ角度を成すビーム６１７は、波長依存光学素子６０２を通過することなく進み、他の光検出器６０６によって受光される。前述したように、２つの光検出器６０４，６０６からの信号は、光の波長関連特性を求めるために、後に、信号処理回路６２０によって結合され処理される。図１２において、光検出器６０６は、全ての面が全ての垂直入射角で入力されるビームを受光する１つの実施の形態を強調するように明示されている。しかしながら、そのような構成において、格子６１５は、前述したように、やはり偏光感知面である。よって、本発明による偏光器６１０の使用は、やはり光測定装置６００Ｇにおける好ましくない偏光依存誤差を減少しそして／または排除するために有益である。

図１６は、ビームスプリッタ９１５を含み、光源（図示せず）からの光の波長関連特性（例えば波長）を求めるための本発明に従って構成される光測定装置９００Ａのさらに他の実施の形態を示す。本実施の形態の光測定装置９００Ａは、線形偏光器９１０が本発明の原理による構成に付加されていることを除いて、上記図２を参照して述べたビームスプリッタを含む従来のシステムと同様である構成を含む。具体的には、装置９００Ａは、ビームスプリッタ９１５の前方に置かれた線形偏光器９１０を含み、線形偏光器９１０は、光測定装置９００Ａの光路に沿って含まれる様々な面に対して制御された偏光方位を有する偏光されたビーム９１４を生成する。ビームスプリッタ９１５へ入射された偏光されたビーム９１４は、図示されるように、０（ｒａｄ）の入射角の透過ビーム９１６と、角度を成すビーム９１７とに分割される。透過ビーム９１６は、波長依存光学素子９０２によってフィルタに通され、フィルタに通されたビーム９１８を生成し、フィルタに通されたビーム９１８の出力は、光検出器９０４によって検出される。角度を成すビーム９１７の出力は、他方の光検出器９０６によって検出される。前述したように、２つの光検出器９０４，９０６からの信号は、光の波長関連特性を求めるために、信号処理回路９２１によって、結合され処理される。線形偏光器９１０がビームスプリッタ９１５の前方に置かれるこの構成は、ビームスプリッタ９１５の角度を成す面が避けられない偏光依存性などを有する、すなわち、それが入射ビームの異なる偏光状態に対して入射ビームの出力をそれぞれに分けるから、有益である。線形偏光器９１０は、ビームスプリッタ９１５へ入射するビームが固定された偏光状態を有することを保証するから、ビームスプリッタ９１５の偏光依存性により別に生じるいかなる測定誤差も、減少されまたは実質的に排除される。前述したように、この構成において偏光器は、いかなる都合がよい方位で位置合せされてもよいし、関係なく、装置は、入力光の偏光変動を感知しないであろう（たとえ入力光のＳおよびＰ偏光成分が方位によって混合されたとしても）。

図１７は、ビームデバイダ９１５ｂを含み、光源（図示せず）からの光の波長関連特性（例えば波長）を求めるための本発明に従って構成される光測定装置９００Ｂのさらに他の実施の形態を示す。本実施の形態の光測定装置９００Ｂは、入射ビームを０（ｒａｄ）の入射角の透過ビーム９１６と角度を成すビーム９１７とに分割するビームスプリッタ９１５が、操作可能な１つの相対角度に従って入射ビームを２つのビーム９３０，９３２へ分けるより一般的なビームデバイダ９１５ｂへ置き換えられていることを除いて、図１６の光測定装置９００Ａと同様である。第１ビーム９３０は、波長依存光学素子９０２（例えばバンドパスフィルタ）によってフィルタに通され、フィルタに通されたビーム９３４を生成し、フィルタに通されたビーム９３４の出力は、光検出器９０４によって検知される。第２ビーム９３２の出力は、他方の光検出器９０６によって検出される。前述したように、２つの光検出器９０４，９０６からの信号９１９，９２０は、光の波長関連特性を求めるために、信号処理回路９２１によって、結合され処理される。

図１８は、光源（図示せず）からの光の波長関連特性（例えば波長）を求めるための本発明に従って構成される光測定装置９００Ｃのさらに他の実施の形態を示す。本実施の形態の光測定装置９００Ｃは、２つの波長依存光学素子９０２ａ，９０２ｂがそれぞれ偏光、分割されたビーム９３０，９３２を受光し、２つのフィルタに通されたビーム９３４，９３５を生成するように置かれていることを除いて、図１７の光測定装置９００Ｂと同様である。第１のフィルタに通されたビーム９３４の出力は、光検出器９０４によって検出され、一方、第２のフィルタに通されたビーム９３５の出力は、光検出器９０６によって検出される。前述したように、２つの光検出器９０４，９０６からの信号９１９，９２０は、光の波長関連特性を求めるために、信号処理回路９２１によって、結合され処理される。

本発明の様々な実施の形態が説明されたが、本発明による光測定装置に使用される偏光器（１または複数）、波長依存光学素子（１または複数：例えばフィルタ）、光出力測定器（光検出器：１または複数）および様々な他の部品の、数および構成／配置は、各応用例に応じて変更されてもよい。

さらに、上述した本発明の様々な実施の形態は、全て、光測定装置における偏光依存誤差を減少させるように１つ以上の偏光器の使用を含むが、偏光依存誤差は、また、他の手段によって減少されてもよい。例えば、当業者に知られている様々な商業的に適用可能な光学素子または装置を使用すれば、配置は、光測定装置に入射する前の入射光の偏光をなくす、または光測定装置の様々な測定信号を獲得する際に使用される信号積分（信号処理）期間中光の偏光を連続的に回転させるようにされてもよく、これにより、装置のいかなる偏光依存性も効率的に無効にしまたは回避する。さらに例えば、入射光ビームが３つの光ビームに分割され、付加検出チャンネル（例えば第３検出チャンネル）を生成し、付加検出チャンネルにおける光の偏光が適切な偏光検出器を使用して測定されるようにしてもよい。いかなる偏光誤差も、ルックアップテーブルに格納されたまたは所定の解析関数に従って計算された所定の偏光依存較正係数と、第３検出チャンネルにおいて検出された偏光とに基づいて数的に補正することができる。さらに例えば、減少されたＰ−Ｓ透過依存性（減少された偏光依存性すなわち偏光感受性）を有するように具体的的に設計され製作されたフィルタが、波長依存光学素子として使用されてもよいし、そして／または他の素子が同様に製作されてもよく、これにより、装置のいかなる偏光依存性も効率的に無効にしまたは回避する。

本発明は、上述した多数の実施の形態と関連付けて述べられたが、様々な他の代替、修正、変形、改良および／または実質的に等価なものは、公知であろうと現在予測できないであろうと、少なくとも当業者に明らかになるであろう。従って、上述した本発明の実施の形態は、意図的に示されているが、これらに限定されるものではない。様々な変更は、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、されてもよい。

（ａ）は光学バンドパスフィルタを用いた波長変化を測定するための簡単な公知の測定システムを示すブロック図、（ｂ）は図１（ａ）のバンドパスフィルタの透過スペクトルを示す図である。図１（ａ）の測定システムを超えるある改良を提供する公知の測定システムを示すブロック図である。（ａ）は波長変化を測定するための代替構成を提供する公知の測定システムを示すブロック図、（ｂ）は図３（ａ）の２つのフィルタに対応する透過スペクトルを示す図である。空気／ガラス境界面を通過した光ビームの透過度がいかにして入射角に基づいて、また光ビームの偏光状態に基づいて変化するかを示す図である。（ａ）は変動する環境パラメータに関わらず、減少された誤差で波長または波長変化を測定するための改良された構成を有する測定システムを示すブロック図、（ｂ）は図５（ａ）の検出器に対応する透過曲線を示す透過スペクトル図である。光源（図示せず）からの光の波長関連特性（波長、波長変化、周波数、または周波数変化）を求めるための本発明に従って形成された光測定装置の１つの実施の形態を示すブロック図である。光源（図示せず）からの光の波長関連特性を求めるための本発明に従って構成される光測定装置の他の実施の形態を示すブロック図である。光源（図示せず）からの光の波長関連特性を求めるための本発明に従って構成される光測定装置のさらに他の実施の形態を示すブロック図である。光源（図示せず）からの光の波長関連特性を求めるための本発明に従って構成される光測定装置のさらに他の実施の形態を示すブロック図である。光源（図示せず）からの光の波長関連特性を求めるための本発明に従って構成される光測定装置のさらに他の実施の形態を示すブロック図である。光源（図示せず）からの光の波長関連特性を求めるための本発明に従って構成される光測定装置のさらに他の実施の形態を示すブロック図である。光源（図示せず）からの光の波長関連特性を求めるための本発明に従って構成される光測定装置のさらに他の実施の形態を示すブロック図である。光の透過度およびその波長の間の関係を示すバンドパス光学フィルタに対する２つの透過曲線を示すグラフである。光の透過度およびその波長の間の関係を示すバンドパス光学フィルタに対する２つの透過曲線を示すグラフである。単一のバンドパス光学フィルタを通した光の波長測定誤差とＳ偏光成分割合との間の関係を示すグラフである。ビームスプリッタを含み、光源（図示せず）からの光の波長関連特性（例えば波長）を求めるための本発明に従って構成される光測定装置のさらに他の実施の形態を示すブロック図である。ビームデバイダを含み、光源（図示せず）からの光の波長関連特性（例えば波長）を求めるための本発明に従って構成される光測定装置のさらに他の実施の形態を示すブロック図である。光源（図示せず）からの光の波長関連特性（例えば波長）を求めるための本発明に従って構成される光測定装置のさらに他の実施の形態を示すブロック図である。

符号の説明

６００Ａ〜Ｇ，９００Ａ，９００Ｂ光測定装置
６０２，６０２ａ，６０２ｂ，９０２波長依存光学素子
６０４，６０６，９０４，９０６光検出器（光出力測定器）
６１０，６１０ａ，６１０ｂ，９１０偏光器
６１５，６１５ｂ格子
６２０，９２１信号処理回路
９１５ビームスプリッタ
９１５ｂビームデバイダ

Claims

光源からの光の波長関連特性を求めるための光測定装置であって、
前記光源からの光が入射し、前記光源から入射した光の第１部分を第１光路に沿って伝送し、前記入射した光の第２部分を第２光路に沿って伝送する格子と、
バンドパスフィルタを有する波長依存光学素子と、
線形偏光器と、
前記第１光路に沿って前記格子の後方に位置決めされ、前記第１光路に沿って伝送される光の前記第１部分を受光する第１光出力測定器と、
前記第２光路に沿って前記格子の後方に位置決めされ、前記第２光路に沿って伝送される光の前記第２部分を受光する第２光出力測定器とを備え、
前記格子は、前記光源からの光が入射する偏光感知面を有し、
前記波長依存光学素子と前記線形偏光器とは、前記第１光路に沿って伝送される光の前記第１部分と前記第２光路に沿って伝送される光の前記第２部分とが入射するように、前記格子と前記第１および第２光出力測定器との間に位置決めされ、
前記線形偏光器は、前記第１光出力測定器によって受光される光が前記線形偏光器によって線形的に偏光されるように、かつ前記第２光出力測定器によって受光される光が前記線形偏光器によって線形的に偏光されるように位置決めされることを特徴とする光測定装置。
前記波長依存素子は、前記第１光路に沿って伝送される光の前記第１部分および前記第２光路に沿って伝送される光の前記第２部分が入射するように、前記格子と前記第１および第２光出力測定器との間に位置決めされた単一の波長依存素子からなり、
前記線形偏光器は、前記第１光路に沿って伝送される光の前記第１部分および前記第２光路に沿って伝送される光の前記第２部分が入射するように、前記格子と前記第１および第２光出力測定器との間に位置決めされた単一の線形偏光器からなることを特徴とする請求項１記載の光測位装置。
前記波長依存素子は、前記第１光路に沿って伝送される光の前記第１部分と前記第２光路に沿って伝送される光の前記第２部分とがそれぞれ入射するように位置決めされた２つの波長依存素子からなり、
前記線形偏光器は、前記第１光路に沿って伝送される光の前記第１部分と前記第２光路に沿って伝送される光の前記第２部分とがそれぞれ入射するように位置決めされた２つの線形偏光器からなることを特徴とする請求項１記載の光測位装置。
前記第１および第２光出力測定器からそれぞれ第１および第２信号が供給され、少なくとも前記第１および第２信号に基づいた信号比は、前記光源からの光の波長関連特性を求めるのに使用され、該信号比は、前記光源からの光の偏光方位における変化に不感知であることを特徴とする請求項１記載の光測定装置。
前記第１および第２光出力測定器からの前記第１および第２信号を受信し、前記第１および第２信号に基づいて前記信号比を求める信号処理回路をさらに備え、前記信号比は、前記光源からの光の少なくとも光波長および光周波数の少なくとも１つを示すことを特徴とする請求項４記載の光測定装置。