JP4790822B2 - 光学分光計 - Google Patents
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Description
本発明の別の目的は、光がかすめ入射角で格子に入射したときの効率を増大させることにある。
本発明の別の目的は、とりわけ、格子による回折から得ることができる情報を増加させることにある。
図1は、分光計100を概略的に示している。分光計100は、入口光学系110、格子2、検出光学系112及び検出器114を有している。分光計100は、波長の関数として光の強度を測定するのに役立つ。かかる分光計100の用途の一例は、非弾性散乱光(試験片に入射した光とは異なる光の散乱光)の強度の波長依存性を測定するラマン散乱実験である。一例を挙げると、図1は、好ましくは短縮光源102及び試験片104を含むラマン測定形態を概略的に示している。動作原理を説明すると、光源102は、試験片104を照明する光を生じさせ、試験片は、この光を散乱させる。散乱した光は、分光計100に送られ、分光計100は、波長(又は、等価的に周波数)の関数として散乱光の強度を測定する。
nλ=d・(cosα+cosβλ)・・・式1
上式において、n=回折次数、λ=回折光の波長、d=回折定数(格子の一連の溝相互間の距離)、αは上記において定義されている、βλnは、波長λの光のn次回折の角度である。
及び
λ/d+cosα>1(n<0については回折は無いと考えられる)
この条件下においては、角度αが小さくなると、TM偏光についての1次回折効率は、非常に高くなることができ(>90%)、溝プロフィール及び格子被膜の正しい選択は、市販の専用ソフトウェアパッケージ、例えばIICインコーポレイテッド(ニューヨーク州ペンフィールド所在)から入手できる“pCgrate-software”により計算できる。これとは対照的に、入射TE偏光は、1次回折の度合いは非常に不十分な場合があり、その結果、正反射光の状態に(即ち、ビーム3の状態)に集中する。
M=Dbeam′/Dbeam=sinβλ/sinα・・・式2
上式において、波長λのとき、
Dbeam′=1次回折ビームの直径(XY平面内)であり、Dbeam=入射ビームの直径である。
Claims (12)
- 光学分光計であって、入射光を受け入れる入口開口部と、
入射光が回折されるとき、入射光がかすめ角で入射するよう構成された格子と、
入射光が前記格子に入射する際に辿る第1及び第2の光路とを有し、前記第2の光路は、前記第1の光路の次に光が回折されずに前記格子から正反射される際に辿る副経路を有し、偏光特性に基づいて選択された入射光の成分が、前記副経路を通り、
前記光学分光計は、前記副経路からの反射光を反射させてこれを前記格子に戻す反射要素を有し、
前記光学分光計は、前記副経路内に、少なくとも1つの偏光回転要素を有し、入射光の最大偏光方向が、前記格子により最大効率で回折される偏光の主方向に沿った状態で、入射光が前記格子に達し、かつ、前記副経路を経て前記格子に達する光の偏光成分が、前記第1の光路だけを通って前記格子に到達した後に回折される偏光成分に対して直角に回転して、前記格子に到達するように、前記偏光回転要素は、反射光の偏光方向を、前記格子からの反射と前記格子への戻りとの間で直角に回転させるように配置され、
前記光学分光計は、前記第1及び第2の光路を経て、前記格子によって回折された光を検出するように配置された検出器を有する、
ことを特徴とする光学分光計。 - 前記第2の光路は、前記第1の光路の次に光が回折されずに前記格子から正反射する際に辿る副経路を有し、
分光計は、前記副経路からの反射光を反射させてこれを前記格子に戻す反射要素を有し、
前記偏光回転要素は、反射光の偏光方向を前記格子からの反射と前記格子への戻りとの間で直角に回転させるよう配置されている、
ことを特徴とする請求項1記載の光学分光計。 - 偏光に敏感な分割要素を有し、
前記第1の光路は、第1の偏光成分についての前記分割要素の第1の出力を有し、
前記第2の光路は、前記分割要素の第2の出力から前記格子まで延びており、
前記第2の光路と前記分割要素から前記格子まで延びる前記第1の光路の一部は、少なくとも1つの前記偏光回転要素によってもたらされる偏光の回転量に関し互いに異なっていて、両方の偏光成分の偏光方向が主方向に平行な状態で、両方の偏光成分が前記格子に到達するようになっている、
ことを特徴とする請求項1記載の光学分光計。 - 前記格子によって回折された光を検出する検出器を有し、
前記第1の光路及び前記第2の光路は、光学分光計が入射光の第2の偏光成分の対応関係にある波長成分を画像化するのと同一の場所で入射光の第1の偏光成分の各波長成分を前記検出器上に画像化するよう構成されている、
ことを特徴とする請求項1、2又は3記載の光学分光計。 - 前記格子によって回折された光を検出する検出器を有し、
光路は、前記格子からの回折後、光学分光計が入射光の第2の偏光成分の波長成分を画像化する別の位置とは異なる検出可能な一連の位置に入射光の第1の偏光成分の波長成分を画像化するよう構成されている、
ことを特徴とする請求項1、2又は3記載の光学分光計。 - 前記格子と前記検出器との間に光学的に設けられた偏光フィルタを有し、
前記偏光フィルタは、主方向に垂直な偏光方向で回折光の成分を遮断するよう差し向けられている、
ことを特徴とする請求項5記載の光学分光計。 - 1次回折が関心のある波長範囲について前記格子の平面に垂直な方向に生じるよう構成されている前記格子によって回折された光を検出する検出器を有し、
前記検出器は、垂直な方向を含み又はこれに隣接する方向の範囲で回折された光を受け取るよう配置されている、
ことを特徴とする請求項1〜6のうちいずれか1項に記載の光学分光計。 - 前記格子の周期及び前記格子への光の入射角は、前記格子からの1次回折以外には、関心のある波長領域で波長依存性回折が実質的に生じないように選択された値を有している、
ことを特徴とする請求項1〜7のうちいずれか1項に記載の光学分光計。 - 前記格子は、主方向において、前記格子に入射する光の電界ベクトルが格子のラインに垂直であるタイプのものである、
ことを特徴とする請求項1〜8のうちいずれか1項に記載の光学分光計。 - 光をスペクトル分析する方法であって、
入射光を受け取る段階を有し、
入射光がかすめ角で入射する格子を用いて入射光を回折させる段階を有し、前記格子は、主方向を有していて、偏光の偏光方向が主方向と平行である場合に最大効率で偏光が回折されるようになっており、入射光は、主方向と平行である偏光の方向で、前記格子から回折される第1の部分を有し、
前記第1の部分が回折されるときに、回折なしで前記格子から正反射される入射光の分割部分を受け取る段階を有し、
前記分割部分を、回折のために前記格子に戻す段階を有し、前記分割部分は、偏光回転要素を含む経路に沿って格子に戻され、前記偏光回転要素は、前記経路中で前記分割部分の偏光を直角に回転させ、
前記第1の部分及び前記分割部分の前記格子によって回折された光を検出する段階を有する、
ことを特徴とする方法。 - 前記分割部分は、反射されて前記格子に戻り、前記格子から経路上に折り返されて前記分割部分が前記偏光回転要素を前後に通過するようになっており、
前記偏光回転要素は、前記偏光の直角回転の半分以上が行われるたびに前後の通過中、分割部分の偏光を回転させる、
ことを特徴とする請求項10記載の方法。 - 前記分割は、入射光が前記格子に到達する前に前記偏光分割要素で行われ、
前記分割部分及び残りの部分は、それぞれ第1及び第2の経路を介して格子に案内され、
少なくとも前記第1の経路には、前記残りの部分に対して前記分割部分の偏光を直角に回転させる偏光回転要素が設けられている、
ことを特徴とする請求項10記載の方法。
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