KR20200027562A - 고전력 섬유 조명 소스에 대한 스펙트럼 필터 - Google Patents

고전력 섬유 조명 소스에 대한 스펙트럼 필터 Download PDF

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KR20200027562A
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Abstract

스펙트럼 필터는 구의 일부분을 형성하는 오목한 표면을 포함하는 곡선형 필터링 엘리먼트를 포함한다. 오목한 표면은 오목한 표면에 대응하는 구의 중심에 근접한 제1 위치에 위치된 광섬유의 출력면으로부터 발산하는 광을 수신하도록 위치될 수 있다. 오목한 표면은 광의 스펙트럼의 제1 부분을 투과시킬 수 있다. 오목한 표면은 스펙트럼의 제2 부분을 구의 중심에 근접한 제2 위치로 추가로 반사 및 포커싱할 수 있다. 스펙트럼 필터는 스펙트럼의 제2 부분을 광섬유의 출력면으로부터 멀리 지향시키는 콜렉터를 더 포함할 수 있다.

Description

고전력 섬유 조명 소스에 대한 스펙트럼 필터
본 출원은, Andrew Hill, Ohad Bachar, Avi Abramov, 및 Amnon Manassen이 발명하고 발명의 명칭이 HIGH POWER FIBER SPECTRAL FILTER인, 2017년 7월 31일자로 출원된 미국 가출원 일련번호 62/539,543호의 35 U.S.C. $ 119(e) 하의 이익을 주장하며, 상기 출원은 그 전체가 참조로 본 명세서에 통합된다.
본 출원은 일반적으로 스펙트럼 필터들의 분야에 관한 것이고, 더 상세하게는 고전력 광대역 섬유 레이저들에 대한 스펙트럼 필터들의 분야에 관한 것이다.
고전력 광대역 조명 소스들은 광범위한 파장들에 걸쳐 높은 스펙트럼 전력을 제공할 수 있다. 그러나, 광대역 조명 소스에 의해 방출된 일부 파장들은 특정 애플리케이션에 대해 바람직하지 않거나 손상을 입힐 수 있다. 예를 들어, 고전력 적외선 조명은 광학 엘리먼트들 또는 광시멘트(optical cement)에 의해 흡수되어 악화 및 손상을 초래할 수 있다. 추가로, 수퍼컨티넘(supercontinuum) 레이저들과 같은, 그러나 그에 제한되는 것은 아닌 고전력 섬유-기반 조명 소스들은 광섬유의 출력면을 빠져 나가는 광의 높은 발산 각도들로 인해 스펙트럼 필터링에 대해 특정 난제들을 제시할 수 있다. 예를 들어, 발산 빔에 수직으로 배치된 평면 스펙트럼 필터들은 불필요한 파장들을 섬유의 출력면으로 다시 재지향시켜서 잠재적으로 섬유를 가열하고 왜곡 또는 손상을 초래할 수 있다. 평면 스펙트럼 필터를 발산 빔에 대해 각을 이루어 배치하는 것은 반사된 광 또는 투과된 광에 수차(예를 들어, 색수차, 비점 수차 등)을 도입함으로써 빔 품질 및 그에 따른 빔 밝기에 악영향을 미칠 수 있다. 추가로, 이러한 구성은 섬유 출력면과 시준 렌즈 사이의 이격 거리(separation distance)를 바람직하지 않게 증가시킬 수 있고, 따라서 시준된 빔 크기 및 그에 따른 후속 광학 컴포넌트들의 요구되는 크기를 바람직하지 않게 증가시킬 수 있다. 따라서, 앞에서 확인한 단점들을 해결하는 시스템 및 방법이 바람직할 수 있다.
본 개시의 하나 이상의 예시적인 실시예들에 따른 스펙트럼 필터가 개시된다. 하나의 예시적인 실시예에서, 스펙트럼 필터는 구(sphere)의 일부분을 형성하는 오목한 표면을 포함하는 곡선형 필터링 엘리먼트를 포함한다. 다른 예시적인 실시예에서, 오목한 표면은 구의 중심에 근접한 제1 위치에 위치된 광섬유의 출력면으로부터 발산하는 광을 수신하도록 위치된다. 다른 예시적인 실시예에서, 오목한 표면은 광의 스펙트럼의 제1 부분을 투과시킨다. 다른 예시적인 실시예에서, 오목한 표면은 스펙트럼의 제2 부분을 구의 중심에 근접한 제2 위치로 반사 및 포커싱한다. 다른 예시적인 실시예에서, 스펙트럼 필터는 스펙트럼의 제2 부분을 광섬유의 출력면으로부터 멀리 지향시키는 콜렉터를 포함한다.
본 개시의 하나 이상의 예시적인 실시예들에 따른 필터링된 섬유 조명 소스가 개시된다. 하나의 예시적인 실시예에서, 필터링된 섬유 조명 소스는 광섬유의 출력면으로부터 발산하는 조명을 제공하는 섬유 조명 소스를 포함한다. 다른 예시적인 실시예에서, 필터링된 섬유 조명 소스는 구의 일부분을 형성하는 오목한 표면을 포함하는 곡선형 필터링 엘리먼트를 포함한다. 다른 예시적인 실시예에서, 오목한 표면은 광섬유의 출력면으로부터 발산하는 조명을 수신하도록 위치된다. 다른 예시적인 실시예에서, 광섬유의 출력면은 구의 중심에 근접한 제1 위치에 위치된다. 다른 예시적인 실시예에서, 오목한 표면은 조명의 스펙트럼의 제1 부분을 투과시킨다. 다른 예시적인 실시예에서, 오목한 표면은 스펙트럼의 제2 부분을 구의 중심에 근접한 제2 위치로 반사 및 포커싱한다. 다른 예시적인 실시예에서, 필터링된 섬유 조명 소스는 스펙트럼의 제2 부분을 광섬유의 출력면으로부터 멀리 지향시키는 콜렉터를 포함한다.
본 개시의 하나 이상의 예시적인 실시예들에 따른 광섬유로부터의 조명을 필터링하기 위한 방법이 개시된다. 하나의 예시적인 실시예에서, 방법은 구의 일부분을 형성하는 오목한 표면을 포함하는 곡선형 필터링 엘리먼트를 갖는 광섬유의 출력면으로부터의 조명을 수신하는 단계를 포함한다. 다른 예시적인 실시예에서, 오목한 표면은 구의 중심에 근접한 제1 위치에 위치된 광섬유의 출력면으로부터 발산하는 광을 수신하도록 위치된다. 다른 예시적인 실시예에서, 방법은 오목한 표면을 이용하여 광의 스펙트럼의 제1 부분을 투과시키는 단계를 포함한다. 다른 예시적인 실시예에서, 방법은 오목한 표면을 이용하여 스펙트럼의 제2 부분을 반사시키는 단계를 포함한다. 다른 예시적인 실시예에서, 방법은 오목한 표면을 이용하여 스펙트럼의 제2 부분을 구의 중심에 근접한 제2 위치로 포커싱하는 단계를 포함한다. 다른 예시적인 실시예에서, 방법은 콜렉터를 이용하여 스펙트럼의 제2 부분을 광섬유의 출력면으로부터 멀리 지향시키는 단계를 포함한다.
전술한 일반적인 설명 및 하기의 상세한 설명 둘 모두는 단지 예시적이고 설명적인 것이며 청구하는 바와 같이 본 발명을 반드시 제한하는 것은 아니라는 것을 이해해야 한다. 본 명세서에 통합되고 그 일부를 구성하는 첨부된 도면들은 본 발명의 실시예들을 예시하고, 일반적인 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명하는 역할을 한다.
본 개시의 다수의 이점들은 첨부된 도면들을 참조하여 당업자들에 의해 더 양호하게 이해될 수 있다.
도 1a는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른 스펙트럼 필터의 개념도이다.
도 1b는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른 콜렉터 미러를 갖는 스펙트럼 필터의 개념도이다.
도 2는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 입력 빔을 제공하기 위한 광섬유와 동일한 기하구조를 갖도록 구성된 콜렉터를 갖는 스펙트럼 필터의 프로파일 도면이다.
도 3a는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 투과된 필터링된 빔의 경로 내에 빔 덤프(beam dump)를 갖도록 구성된 스펙트럼 필터의 개념도이다.
도 3b는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 반사된 필터링된 빔의 경로 내에 빔 덤프를 갖도록 구성된 스펙트럼 필터의 개념도이다.
도 4는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 입력 빔을 제공하는 광섬유에 결합되고 섬유 콜렉터에 결합된 곡선형 필터링 엘리먼트를 포함하는 스펙트럼 필터의 개념도이다.
도 5는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 스펙트럼 필터링된 광대역 조명을 샘플에 제공하기 위한 밝기 보존 스펙트럼 필터(brightness-preserving spectral filter)를 포함하는 계측 시스템의 개념도이다.
도 6은 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 섬유로부터의 조명을 스펙트럼 필터링하기 위한 방법에서 수행되는 단계들을 예시하는 흐름도이다.
이제 첨부된 도면들에서 예시되는 개시된 요지에 대해 상세히 참조할 것이다. 본 개시는 특히 특정 실시예들 및 이들의 특정 특징들에 대해 도시되고 설명되었다. 본원에 기술된 실시예들은 제한적이기 보다는 예시적으로 간주된다. 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 형태 및 세부사항에서 다양한 변화들 및 수정들이 이루어질 수 있다는 것이 당업자들에게 쉽게 명백할 것이다.
본 발명의 실시예들은, 오목한 구형 표면(예를 들어, 구의 일부분에 대응하는 곡선형 표면)이 구의 중심에 근접하게 위치된 광섬유의 출력면으로부터 발산하는 광을 수신하고, 수신된 광의 스펙트럼의 제1 부분을 투과시키고, 스펙트럼의 제2 부분을 구의 중심에 근접한 제2 위치에서 포커싱된 스팟(spot)으로 반사하는 섬유-기반 광원들에 대한 밝기 보존 스펙트럼 필터에 관한 것이다. 오목한 구형 표면은 스펙트럼의 투과된 제1 부분 또는 스펙트럼의 반사 및 포커싱된 제2 부분을 포함하는 출력 빔들에서 밝기를 보존할 수 있다. 따라서, 제1 스펙트럼(오목한 표면을 통해 투과됨) 또는 제2 스펙트럼(오목한 다이 표면에 의해 반사된 광)의 임의의 조합이 스펙트럼 필터의 출력 빔들로서 제공될 수 있다.
추가적인 실시예들은 밝기 보존 스펙트럼 필터를 갖는 섬유-기반 광원에 관한 것이다. 고전력 조명을 수반하는 것들과 같은, 그러나 그에 제한되지 않는 일부 애플리케이션들에서, 광이 외부 광학 엘리먼트들 상에 충돌하기 전에 조명 소스의 출력으로부터 불필요한 파장들을 필터링하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 적외선 파장들은 많은 광학 컴포넌트들(예를 들어, 실리카, 석영, 붕규산 유리 등) 또는 광학 접착제들(예를 들어, 시멘트, 에폭시 등)에 의해 유효하게 흡수될 수 있고, 따라서 가열, 팽창, 뒤틀림 또는 손상을 유도할 수 있다. 다른 예를 들어, 자외선 파장들(예를 들어, 극 자외선 파장들)이 흡수될 수 있고, 색 중심(color center)의 형성, 태양화(solarization) 등을 통해 손상을 유도할 수 있다. 이와 관련하여, 콜렉터는 광섬유뿐만 아니라 임의의 외부 광학 엘리먼트들의 손상을 방지하기 위해 입력 빔으로부터의 필터링된 광(예를 들어, 스펙트럼의 반사된 제2 부분)을 광섬유의 출력면으로부터 멀리 지향시킬 수 있다. 따라서, 밝기 보존 스펙트럼 필터를 갖는 섬유-기반 광원은 특정 애플리케이션에 적합한 필터링된 조명을 제공할 수 있다. 추가로, 밝기 보존 스펙트럼 필터를 갖는 섬유-기반 광원은 광대역 조명 소스로부터의 조명과 상호작용하기 위한 제1 광학 엘리먼트로서 적합할 수 있다. 이와 관련하여, 스펙트럼 필터는 조명 소스로부터의 빔의 빔 품질 및/또는 포커싱 특성들에 악영향을 미치지 않으면서 추가적인 광학 엘리먼트들을 조명 소스에 의해 생성된 불필요한 파장들로부터 격리시킬 수 있다.
추가적 실시예들은 스펙트럼의 제2 부분을, 필터링될 광을 제공하는 광섬유의 출력면으로부터 멀리 지향시키는 콜렉터를 추가적으로 포함하는 스펙트럼 필터에 관한 것이다. 오목한 표면은 입사광 스펙트럼의 제2 부분을, 광섬유의 출력면에 가깝지만 중첩하지 않는 포커싱된 스팟으로 반사할 수 있다. 따라서, 콜렉터는 광섬유를 보호하기 위해 그리고/또는 필터링된 출력 빔으로서 스펙트럼의 제2 부분을 제공하기 위해 스펙트럼의 제2 부분을 수신하여 광섬유로부터 멀리 재지향시키도록 위치될 수 있다. 예를 들어, 콜렉터는 스펙트럼의 포커싱된 제2 부분을 수신하고 필터링된 조명을 출력 빔으로서 제공하도록 위치된 추가적인 광섬유를 포함할 수 있다. 다른 예를 들어, 콜렉터는 스펙트럼의 제2 부분을 추가적인 광학 엘리먼트들(예를 들어, 스펙트럼의 제2 부분을 안전하게 폐기하는 빔 덤프, 시준된 출력 빔을 제공하는 시준 광학 엘리먼트 등)로 재지향시키는 미러를 포함할 수 있다.
밝기-보존 스펙트럼 필터는 광섬유로부터 발산하는 광의 오목한 표면으로의 투과에 적합한 임의의 유형의 재료를 통합할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들은, 광섬유로부터 발산하는 광이 가스(예를 들어 , 대기, 아르곤 가스, 저 진공 등)를 통해 전파되어 오목한 표면에 도달하는 스펙트럼 필터에 관한 것이다. 예를 들어, 오목한 표면은 곡선형 광학 엘리먼트의 제1 표면일 수 있다. 이와 관련하여, 오목한 표면에 의해 투과된 스펙트럼의 제1 부분은 곡선형 광학 엘리먼트를 통해 전파되고 출사 표면을 통해 곡선형 광학 엘리먼트를 빠져 나갈 수 있다. 추가적인 실시예들은, 광섬유로부터 발산하는 광이 고체 재료를 통해, 스펙트럼의 제1 부분에 대한 출사 표면으로서 동작할 수 있는 오목한 표면으로 전파되도록 광섬유의 출력면에 융합되거나 또는 달리 결합된 고체 재료(예를 들어 유리)를 포함하는 스펙트럼 필터에 관한 것이다. 광섬유의 출력면에 융합되거나 또는 달리 결합된 스펙트럼 필터는 스펙트럼 필터의 매우 견고한 정렬을 제공할 수 있음이 본 명세서에서 인식된다.
도 1a는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른 스펙트럼 필터(100)의 개념도이다. 일 실시예에서, 스펙트럼 필터(100)는 광섬유(110)의 출력면(108)으로부터 발산하는 입력 빔(106)을 필터링하기 위한 오목한 표면(104)을 갖는 곡선형 필터링 엘리먼트(102)를 포함한다. 오목한 표면(104)은 입력 빔(106)을, 입력 빔(106)의 스펙트럼의 제1 부분을 포함하는 투과된 필터링된 빔(112) 및 입력 빔(106)의 스펙트럼의 제2 부분을 포함하는 반사된 필터링된 빔(114)으로 필터링할 수 있다. 추가로, 오목한 표면(104)은 투과된 필터링된 빔(112) 및 반사된 필터링된 빔(114)이 공간적으로 분리되도록 투과된 필터링된 빔(112)을 투과하고 반사된 필터링된 빔(114)을 반사할 수 있다. 다른 실시예에서, 스펙트럼 필터(100)는 반사된 필터링된 빔(114)을 수신하고 반사된 필터링된 빔(114)을 광섬유(110)의 출력면(108)으로부터 멀리 지향시키는 콜렉터(116)(예를 들어, 광섬유, 미러 등)를 포함한다. 따라서, 입력 빔(106)의 스펙트럼의 제1 부분을 포함하는 투과된 필터링된 빔(112) 또는 스펙트럼의 제2 부분을 포함하는 반사된 필터링된 빔(114)의 임의의 조합이 필터링된 출력 빔으로서 제공될 수 있다.
스펙트럼 필터(100)는 넓은 범위의 파장들을 갖는 입력 빔(106)을 제공하는데 적합한 임의의 유형의 광대역 조명 소스로부터 입력 빔(106)을 수광하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 광대역 조명 소스는 레이저 소스이다. 예를 들어, 광대역 조명 소스는 광대역 레이저 소스, 수퍼컨티넘 레이저 소스, 백색광 레이저 소스 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 광대역 조명 소스는 높은 코히어런스(예를 들어, 높은 공간 코히어런스 및/또는 시간 코히어런스)를 갖는 입력 빔(106)을 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, 광대역 조명 소스는 레이저 지속 플라즈마(LSP, laser-sustained plasma) 소스를 포함한다. 예를 들어, 광대역 조명 소스는 레이저 소스에 의해 플라즈마 상태로 여기될 때 광대역 조명을 방출할 수 있는 하나 이상의 엘리먼트들을 포함하는데 적합한 LSP 램프, LSP 전구 또는 LSP 챔버를 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 실시예에서, 광대역 조명 소스는 램프 소스를 포함한다. 예를 들어, 광대역 조명 소스는 아크 램프, 방전 램프, 무전극(electrode-less) 램프 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 광대역 조명 소스는 낮은 코히어런스(예를 들어, 낮은 공간 코히어런스 및/또는 시간 코히어런스)를 갖는 입력 빔(106)을 제공할 수 있다.
광대역 조명 소스는 임의의 시간 프로파일을 갖는 광대역 조명을 추가로 생성할 수 있다. 예를 들어, 광대역 조명 소스는 연속 입력 빔(106), 펄스형 입력 빔(106) 또는 변조된 입력 빔(106)을 생성할 수 있다.
다른 실시예에서, 오목한 표면(104)은 오목한 구형 표면이다. 예를 들어, 오목한 표면(104)은 구의 일부분에 대응하도록 연마되거나 달리 성형된 표면을 포함할 수 있다. 렌즈와 같은, 그러나 그에 제한되는 것은 아닌 많은 광학 표면들은 구형 표면들로서 형성되고, 구형 표면들은 표면 유도 수차를 최소화하기 위해 높은 정밀도 및 제조 정확도 내에서 제조될 수 있음이 본 명세서에서 인식된다. 따라서, 구형 오목한 표면(104)은 투과된 필터링된 빔(112) 또는 반사된 필터링된 빔(114)에 표면 유도 수차를 도입하지 않고 필터링을 제공하기 위해 대응하는 정밀도 및 정확도로 제조될 수 있다.
다른 실시예에서, 스펙트럼 필터(100)는 광섬유(110)의 출력면(108)을 오목한 표면(104)의 곡률을 정의하는 구의 곡률 중심(118)에 근접하게 위치시키도록 구성된다. 따라서, 오목한 표면(104)은 발산하는 입력 빔(106)을 수신하고, 반사된 필터링된 빔(114)을, 곡률 중심(118)에 근접하고 출력면(108)으로부터 분리된 대응하는 포커싱된 스팟(120)으로 포커싱할 수 있다. 예를 들어, 특정 방향으로 곡률 중심(118)으로부터 특정 거리에 위치된 출력면(108)으로부터 발산하는 입력 빔(106)의 일부분은 곡률 중심(118)으로부터 동일한 거리에 그러나 반대 방향으로 위치된 스팟으로 반사 및 포커싱될 수 있다. 추가로, 오목한 표면(104)은 반사된 필터링된 빔(114)을 광섬유(110)의 코어의 직경과 대략 동일한 크기의 스팟으로 포커싱할 수 있다.
콜렉터(116)는 오목한 표면(104)으로부터 반사된 필터링된 빔(114)을 수신하는데 적합한 임의의 광학 엘리먼트 또는 광학 엘리먼트들의 조합일 수 있고 반사된 필터링된 빔(114)을 광섬유(110)로부터 멀리 지향시킬 수 있다. 이와 관련하여, 콜렉터(116)는, 반사된 필터링된 빔(114)의 부분들이 광섬유(110)를 가격하여, 섬유 및/또는 임의의 주위 마운트들을 가열하거나, 입력 빔(106)의 소스에 불안정성(예를 들어, 역반사된 방사선에 의해 초래되는 레이징(lasing) 불안정성)을 유도하거나, 또는 출력면(108)을 손상시킬 수 있는 것을 방지할 수 있다. 추가로, 재지향된 반사된 필터링된 빔(114)은 외부 시스템에 의해 필터링된 출력 빔으로서 활용될 수 있다. 일 실시예에서, 도 1a에 예시된 바와 같이, 콜렉터(116)는 반사된 필터링된 빔(114)과 결합하고 이를 수신하도록 구성된 추가적인 광섬유를 포함한다.
도 1b는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른 콜렉터 미러를 갖는 스펙트럼 필터(100)의 개념도이다. 일 실시예에서, 콜렉터(116)는 반사된 필터링된 빔(114)을 광섬유(110)의 출력면(108)으로부터 멀리 재지향시키도록 위치된 반사 표면(122)을 포함한다. 콜렉터(116)는 반사된 필터링된 빔(114)을 출력면(108)으로부터 멀리 재지향시키는데 적합한 임의의 위치에 위치될 수 있다. 예를 들어, 콜렉터(116)는 반사 표면(122)을 반사된 필터링된 빔(114)의 초점 스팟에 위치시키도록 위치될 수 있다. 이와 관련하여, 반사 표면(122)은 단지 포커싱된 스팟의 크기와 매칭하거나 초과할 필요가 있다. 다른 예를 들어, 콜렉터(116)는 반사 표면(122)을 반사된 필터링된 빔(114)의 초점 스팟 근처에(예를 들어, 어느 한 측 상에) 위치시키도록 위치될 수 있다. 이와 관련하여, 조도(예를 들어, 단위 면적당 에너지)는 반사 표면(122) 상의 반사된 필터링된 빔(114)의 더 큰 스팟 크기에 기초하여 감소될 수 있다. 따라서, 반사 표면(122)을 반사된 필터링된 빔(114)의 초점 스팟으로부터 멀리 위치시키는 것은 반사 표면(122)을 반사된 필터링된 빔(114)의 초점 스팟에 위치시키는 것에 비해 반사 표면(122)과 연관된 손상 임계 요건들을 감소시킬 수 있다.
반사 표면(122)은 임의의 형상일 수 있다. 일 실시예에서, 반사 표면(122)은 도 1b에 예시된 바와 같이 평면의 표면이다. 다른 실시예(미도시)에서, 반사 표면(122)은 곡선형 표면이다. 이와 관련하여, 곡선형 반사 표면(122)은 반사된 필터링된 빔(114)을 적어도 부분적으로 시준할 수 있다. 따라서, 추가적인 시준 광학 엘리먼트들에 대한 요건들이 감소될 수 있어서, 원하는 빔 크기가 획득될 수 있다.
입력 빔(106)이 광섬유(110)를 빠져 나가는 광섬유(110)의 출력면(108)은 출력면(108)과 반사된 필터링된 빔(114)의 포커싱된 스팟(120) 사이에 물리적 분리를 제공하는데 적합한 곡률 중심(118) 근처의 임의의 위치에 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 광섬유(110)의 에지는 곡률 중심(118)으로부터 출력면(108)(이로부터 입력 빔(106)이 광섬유(110)를 빠져 나감)의 시프트에 의해 유도된 축을 벗어난 수차를 완화시키기 위해 곡률 중심(118)에 위치된다. 본 명세서에서 광섬유들은 광범위한 클래딩/코팅 구성으로 제조될 수 있는 것으로 인식된다. 예를 들어, 광섬유는 전형적으로, 광섬유가 하나 이상의 전파 모드를 지원할 수 있도록 코어가 클래딩보다 높은 굴절률을 갖는 코어 및 클래딩을 포함할 수 있지만, 포함하도록 요구되는 것은 아니다. 광섬유들은 코어 및/또는 클래딩을 손상(예를 들어, 기계적 손상, 습기로부터의 손상 등)으로부터 보호하는데 적합한 추가적 코팅 또는 보호용 덮개를 포함할 수 있지만 포함하도록 요구되는 것은 아니다. 따라서, 광섬유(110)의 에지는 코어, 클래딩 또는 코팅의 외경을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
추가로, 광섬유는 광범위한 크기들의 구성 컴포넌트로 제조될 수 있다. 예를 들어, 단일 모드 섬유는 5 내지 15 마이크로미터 범위의 직경을 갖는 코어 및 대략 125 마이크로미터의 직경을 갖는 클래딩을 포함할 수 있지만, 포함하도록 요구되는 것은 아니다. 다른 예를 들어, 단일 모드 섬유는 25 내지 90 마이크로미터 범위의 직경을 갖는 코어 및 대략 125 마이크로미터의 직경을 갖는 클래딩을 포함할 수 있지만, 포함하도록 요구되는 것은 아니다.
도 2는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 입력 빔(106)을 제공하기 위한 광섬유(110)와 동일한 기하구조를 갖도록 구성된 콜렉터(116)를 갖는 스펙트럼 필터(100)의 프로파일 도면이다. 일 실시예에서, 광섬유(110) 및 섬유 콜렉터(116)는 코어(202) 및 클래딩(204)을 포함한다. 예를 들어, 추가적인 코팅이 존재한다면 벗겨질 수 있다. 광섬유(110)의 코어(202)의 중심은 곡률 중심(118)으로부터 광섬유(110)의 반경과 동일한 거리(206)에 위치될 수 있다. 따라서, 오목한 표면(104)은 반사된 필터링된 빔(114)을 곡률 중심(118)으로부터 반대 방향으로 대응하는 거리(206)에 위치된 포커싱된 스팟(120)에 포커싱할 수 있다. 따라서, 도 1a 및 도 2에 예시된 바와 같은 섬유 콜렉터(116)와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 콜렉터(116)는 반사된 필터링된 빔(114)을 수신하도록 위치될 수 있다.
그러나, 도 2에 예시되고 상기 연관된 단락들에서 설명된 바와 같은 광섬유(110) 및 콜렉터(116)의 기하구조는 단지 예시의 목적으로 제공되며 제한적인 것으로 해석되어서는 안 되는 것을 이해해야 한다. 스펙트럼 필터(100)는 반사된 필터링된 빔(114)을 광섬유(110)의 출력면(108)으로부터 물리적으로 분리하는데 적합한, 광섬유(110) 및 콜렉터(116)의 임의의 구성을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 출력면(108)의 중심과 곡률 중심(118) 사이의 거리는 광섬유(110) 상의 하나 이상의 코팅의 외경과 동일하다. 다른 실시예에서, 출력면(108)의 중심과 곡률 중심(118) 사이의 거리는 광섬유(110)의 전체 외경보다 크다. 이와 관련하여, 광섬유(110)와 콜렉터(116) 사이의 물리적 갭은 스펙트럼 필터(100)의 정렬을 용이하게 할 수 있다. 다른 실시예에서, 광섬유 콜렉터(116)는 광섬유(110)와 상이한 기하구조(예를 들어, 코어 직경, 클래딩 직경 등)를 갖는다. 예를 들어, 섬유 콜렉터(116)는 광섬유(110)보다 작은 직경을 가질 수 있어서, 출력면(108)의 중심과 곡률 중심(118) 사이의 거리는 광섬유(110)의 전체 외경보다 작을 수 있다. 추가로, 비-섬유 콜렉터(116)(예를 들어, 도 1b에 예시된 미러)의 경우, 스펙트럼 필터(100)는 광섬유(110) 및 콜렉터(116)의 광범위한 구성을 포함할 수 있다.
본 명세서에 설명된 바와 같이 오목한 표면(104)을 갖는 스펙트럼 필터(100)는 투과된 필터링된 빔(112) 및/또는 반사된 필터링된 빔(114)에서 입력 빔(106)의 밝기를 보존할 수 있는 것으로 본 명세서에서 인식된다. 예를 들어, 출력면(108)을 곡률 중심(118) 근처에(예를 들어, 광섬유(110)의 반경 정도의 거리에) 위치시키는 것은 곡률 중심(118)에 대해 출력면(108)의 축을 벗어난 정렬과 연관된 수차를 완화시킬 수 있어서, 반사된 필터링된 빔(114)은 입력 빔(106)과 실질적으로 동일한 빔 품질 및/또는 포커싱 특성들을 가질 수 있다.
다른 예로서, 오목한 표면(104)은 발산하는 입력 빔(106)을 필터링하기 위해 출력면(108) 근처에 유사하게 위치된 기울어진 평면 스펙트럼 필터와 연관된 수차(예를 들어, 색수차, 비점 수차 등)를 도입하지 않으면서 투과된 필터링된 빔(112) 및/또는 반사된 필터링된 빔(114)을 제공할 수 있다. 예를 들어, 기울어진 평면 스펙트럼 필터는 투과된 빔 또는 반사된 빔 둘 다에서 크로매틱 스팟 시프트(chromatic spot shift), 투과된 빔 내로의 비점 수차 등을 도입할 수 있고, 이들은 빔 품질 및/또는 포커싱 특성들을 악화시킬 수 있어서, 결과적인 필터링된 빔들이 감소된 밝기를 가질 수 있고 입력 빔(106)과 동일한 특성들로 포커싱되지 않을 수 있다.
다른 실시예에서, 스펙트럼 필터(100)의 하나 이상의 추가적인 표면은 오목한 표면(104)에 의해 유도된 수차를 정정 또는 그렇지 않으면 완화시키도록 성형되어, 투과된 필터링된 빔(112)은 입력 빔(106)과 동일한 또는 실질적으로 동일한 빔 품질 및/또는 포커싱 특성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 1a 및 도 1b에 예시된 바와 같은 곡선형 필터링 엘리먼트(102)의 출사 표면(124)은 오목한 표면(104)에 의해 유도된 수차를 완화시키도록 성형될 수 있다. 다른 예를 들어, 스펙트럼 필터(100)는 오목한 표면(104)에 의해 유도된 수차를 완화시키기 위해 투과된 필터링된 빔(112)의 파면을 수정하는 하나 이상의 추가적인 광학 엘리먼트(미도시)를 포함할 수 있다.
오목한 표면(104)은, 입력 빔(106)의 스펙트럼의 제1 부분을 포함하는 투과된 필터링된 빔(112) 및 스펙트럼의 제2 부분을 포함하는 반사된 필터링된 빔(114)을 제공하는데 적합한 임의의 기술을 사용하여 입사하는 입력 빔(106)을 필터링할 수 있다. 예를 들어, 오목한 표면(104)은 원하는 분포에 따라 입력 빔(106)을 필터링하는데 적합한 유전체 및/또는 금속 재료들의 하나 이상의 층을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 오목한 표면(104)은 "콜드 미러(cold mirror)"(예를 들어, 반사하는 저역 통과 필터)로서 동작하여, 오목한 표면(104)에 의해 투과되는 투과된 필터링된 빔(112)은 선택된 컷오프 파장보다 높은 파장들을 포함하고, 오목한 표면(104)에 의해 반사되는 반사된 필터링된 빔(114)은 선택된 컷오프 파장보다 낮은 파장들을 포함한다. 다른 실시예에서, 오목한 표면(104)은 "핫 미러(hot mirror)"(예를 들어, 반사하는 고역 통과 필터)로서 동작하여, 오목한 표면(104)에 의해 투과되는 투과된 필터링된 빔(112)은 선택된 컷오프 파장보다 낮은 파장들을 포함하고, 오목한 표면(104)에 의해 반사되는 반사된 필터링된 빔(114)은 선택된 컷오프 파장보다 높은 파장들을 포함한다.
일부 애플리케이션들에서, 스펙트럼 필터(100)는 입력 빔(106)의 스펙트럼으로부터 불필요한 파장들을 안전하게 폐기하는 빔 덤프를 포함할 수 있다. 도 3a는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 투과된 필터링된 빔(112)의 경로 내에 빔 덤프(302)를 갖도록 구성된 스펙트럼 필터(100)의 개념도이다. 따라서, 반사된 필터링된 빔(114)은 필터링된 출력 빔으로서 제공될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 시준 렌즈(304)는 콜렉터(116)에 의해 제공되는 반사된 필터링된 빔(114)을 시준하여, 필터링된 출력 빔을 제공할 수 있다. 도 3b는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 반사된 필터링된 빔(114)의 경로 내에 빔 덤프(302)를 갖도록 구성된 스펙트럼 필터(100)의 개념도이다. 따라서, 투과된 필터링된 빔(112)은 필터링된 출력 빔으로서 제공될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 시준 렌즈(304)는 곡선형 필터링 엘리먼트(102)로부터 투과된 필터링된 빔(112)을 시준하여, 필터링된 출력 빔을 제공할 수 있다.
스펙트럼 필터(100)는 투과된 필터링된 빔(112) 또는 반사된 필터링된 빔(114) 중 어느 하나의 경로 내에 빔 덤프를 포함할 수 있다. 추가로, 빔 덤프(302)는 "콜드 미러" 또는 "핫 미러" 중 어느 하나로서 구성되는 오목한 표면(104)과 함께 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 스펙트럼 필터(100)의 다수의 구성들은 동일하거나 실질적으로 유사한 결과들을 획득할 수 있다. 예를 들어, 스펙트럼 필터(100)는 반사된 필터링된 빔(114)에서 원하는 스펙트럼의 최대 원하는 파장을 정의하는 선택된 컷오프 파장을 갖는 "콜드 미러"로서 구성된 오목한 표면(104)으로 투과된 필터링된 빔(112)의 경로 내에 빔 덤프(302)를 포함함으로써 입력 빔(106)의 스펙트럼으로부터 불필요한 IR 방사선을 제거하도록 구성될 수 있다. 다른 예를 들어, 스펙트럼 필터(100)는 투과된 필터링된 빔(112)에서 원하는 스펙트럼의 최대 원하는 파장을 정의하는 선택된 컷오프 파장을 갖는 "핫 미러"로서 구성된 오목한 표면(104)으로 반사된 필터링된 빔(114)의 경로 내에 빔 덤프(302)를 포함함으로써 입력 빔(106)의 스펙트럼으로부터 불필요한 IR 방사선을 제거하도록 구성될 수 있다.
곡선형 필터링 엘리먼트(102)는 출력면(108)으로부터 발산하는 입력 빔(106)을 수신하고 투과된 필터링된 빔(112) 및 반사된 필터링된 빔(114)을 생성하기 위해 오목한 표면(104)을 제공하는데 적합한 재료들 및 장착 구조들의 임의의 조합을 사용하여 구현될 수 있다. 또한, 발산하는 입력 빔(106)은 광섬유(110)의 출력면(108)과 오목한 표면(104) 사이의 임의의 재료 또는 재료들의 조합을 통해 전파될 수 있다. 예를 들어, 발산하는 입력 빔(106)은 대기, 제어된 가스 환경(예를 들어, 아르곤 가스 등), 진공(예를 들어, 진공 챔버에 의해 한정되는 감소된 대기 환경) 또는 고체 재료(예를 들어, 투명 광학 재료)를 통해 전파될 수 있다.
일 실시예에서, 적어도 도 1a에 예시된 바와 같이, 곡선형 필터링 엘리먼트(102)는 광섬유(110)로부터 멀리 떨어진 곳에 배치된 별개의 광학 엘리먼트로서 형성된다. 예를 들어, 곡선형 필터링 엘리먼트(102)는 발산하는 입력 빔(106)을 수신하도록 정렬된 입력 표면으로서 오목한 표면(104)을 포함할 수 있고, 출사 표면(124)을 더 포함할 수 있다. 따라서, 투과된 필터링된 빔(112)은 곡선형 필터링 엘리먼트(102)를 통해 전파되고 출사 표면(124)을 통해 곡선형 필터링 엘리먼트(102)를 빠져 나갈 수 있는 한편, 반사된 필터링된 빔(114)은 입사 오목한 표면(104)으로부터 반사될 수 있다. 따라서, 이와 관련하여 구성된 곡선형 필터링 엘리먼트(102)는 실리카, 석영 또는 붕규산 유리와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 광학 기판(예를 들어, 투과된 필터링된 빔(112)의 적어도 일부에 투명한 기판)으로부터 형성될 수 있다.
또한, 스펙트럼 필터(100)는 오목한 표면(104)의 곡률 중심(118)에 대해 콜렉터(116) 및/또는 광섬유(110)를 정렬하는데 적합한 하나 이상의 정렬 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스펙트럼 필터(100)는 출력면(108) 및/또는 섬유 콜렉터(116)의 면을 곡률 중심(118)에 대하여 원하는 위치 및 가능하게는 고정된 위치에 장착하기 위한 섬유 마운트들을 포함한다. 다른 예를 들어, 스펙트럼 필터(100)는 미러링된 콜렉터(116)의 반사 표면(122)을 곡률 중심(118)에 대하여 원하는 위치 및 가능하게는 고정된 위치에 위치시키기 위한 미러 마운트를 포함할 수 있다. 추가로, 섬유 마운트들 및/또는 미러 마운트들은 통합 플랫폼을 제공하기 위해 곡선형 필터링 엘리먼트(102)에 대한 마운트와 통합될 수 있다.
다른 실시예에서, 곡선형 필터링 엘리먼트(102)는 출력면(108) 및/또는 콜렉터(116)와 결합하도록 구성되는 광학 소자로서 형성된다. 도 4는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 입력 빔(106)을 제공하는 광섬유(110)에 결합되고 섬유 콜렉터(116)에 결합된 곡선형 필터링 엘리먼트(102)를 포함하는 스펙트럼 필터(100)의 개념도이다. 일 실시예에서, 곡선형 필터링 엘리먼트(102)는 광섬유(110)의 출력면(108)으로부터 오목한 표면(104)으로 연장되도록 구성된 투명 재료로부터 형성된다. 예를 들어, 곡선형 필터링 엘리먼트(102)는 광섬유(110)의 출력면(108)과 광학적으로 결합하기 위한 입력 결합면(402)을 포함할 수 있어서, 발산하는 입력 빔(106)은 곡선형 필터링 엘리먼트(102)의 체적을 통해 오목한 표면(104)으로 전파될 수 있다. 따라서, 오목한 표면(104)은 투과된 필터링된 빔(112)에 대한 출사 표면으로서 동작할 수 있다. 다른 예를 들어, 곡선형 필터링 엘리먼트(102)는 콜렉터(116)와 광학적으로 결합하기 위한 콜렉터 결합면(404)을 포함할 수 있어서, 반사된 필터링된 빔(114)은 콜렉터 결합면(404)을 통해 콜렉터(116)로 통과할 수 있다. 따라서, 이와 관련하여 구성된 곡선형 필터링 엘리먼트(102)는 실리카, 석영 또는 붕규산 유리와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 광학 재료(예를 들어, 입력 빔(106) 및 반사된 필터링된 빔(114)에 투명한 소정 체적의 재료)로부터 형성될 수 있다.
다른 실시예에서, 입력 결합면(402) 또는 콜렉터 결합면(404) 중 적어도 하나는 섬유 및/또는 섬유 마운트에 융합되도록 구성된다. 이와 관련하여, 광섬유(110) 및/또는 섬유 콜렉터(116)는 곡선형 필터링 엘리먼트(102)와 물리적으로 연결될 수 있다. 곡선형 필터링 엘리먼트(102)와 섬유 및/또는 섬유 마운트를 융합하는 것은 입력 빔(106)에 대한 스펙트럼 필터(100)의 견고한 정렬을 용이하게 할 수 있는 것으로 본 명세서에서 인식된다.
도 4뿐만 아니라 상기 연관된 설명에서 제공된 스펙트럼 필터(100)의 특정 구성은 단지 예시의 목적으로 제공되며 제한적인 것으로 해석되어서는 안 되는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 입력 결합면(402) 및 콜렉터 결합면(404)은 평면 또는 곡선일 수 있는, 도 4에 예시된 바와 같은 단일면으로서 형성될 수 있다. 다른 예를 들어, 입력 결합면(402) 및 콜렉터 결합면(404)은 결합을 용이하게 하기 위해 서로에 대해 각을 이룰 수 있다. 추가로, 곡선형 필터링 엘리먼트(102)는 광섬유(110 또는 116)와 결합하는데 적합한 임의의 형상 및/또는 임의의 수의 면들을 가질 수 있다. 예를 들어, 곡선형 필터링 엘리먼트(102)는 연마된 콜렉터 결합면(404)을 포함할 수 있고, 이를 통해 반사된 필터링된 빔(114)은 별개의 콜렉터(116)(예를 들어, 미러링된 콜렉터(116))에 전파될 수 있다.
밝기 보존 스펙트럼 필터(100)는 독립형 디바이스로서 제공될 수 있거나(예를 들어, 임의의 입력 조명 소스에 결합되지 않음) 또는 외부 시스템들에 통합될 수 있는 것으로 본 명세서에서 인식된다. 일 실시예에서, 스펙트럼 필터(100)는 섬유-기반 조명 소스와 통합되어 스펙트럼 필터링된 광대역 조명을 제공한다. 따라서, 입력 빔(106)이 제공되는 광섬유(110)뿐만 아니라 조명 소스는 스펙트럼 필터(100)의 하나 이상의 컴포넌트에 물리적으로 패키징 및/또는 결합될 수 있다. 다른 실시예에서, 스펙트럼 필터(100)는 스펙트럼 필터링된 광을 샘플에 지향시키기 위한 시스템에 통합된다.
도 5는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 스펙트럼 필터링된 광대역 조명을 샘플에 제공하기 위한 밝기 보존 스펙트럼 필터(100)를 포함하는 계측 시스템(500)의 개념도이다. 일 실시예에서, 계측 시스템(500)은 샘플의 하나 이상의 이미지의 생성에 기초하여 정렬 데이터를 측정하기 위한 이미지-기반 계측 도구를 포함한다. 일 실시예에서, 계측 시스템(500)은 샘플로부터의 광의 산란(반사, 회절, 확산 산란 등)에 기초하여 계측 데이터를 측정하기 위한 스캐터로메트리(scatterometry)-기반 계측 도구를 포함한다.
일 실시예에서, 계측 시스템(500)은 본 명세서에서 전술된 바와 같이 섬유-기반 조명 소스(502)의 스펙트럼 필터링을 제공하도록 구성된 스펙트럼 필터(100)를 포함한다. 계측 시스템(500)은 적어도 하나의 필터링된 출력 빔(예를 들어, 스펙트럼 필터(100)로부터 투과된 필터링된 빔(112) 및/또는 반사된 필터링된 빔(114))을 조명 빔(504)으로서 조명 빔 경로(508)를 통해 샘플(506)로 지향시킬 수 있다. 조명 경로(508)는 조명 빔(504)을 수정 및/또는 조정하는데 적합한 하나 이상의 렌즈(510) 또는 추가적인 광학 컴포넌트들(512)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 광학 컴포넌트(512)는 하나 이상의 편광기, 하나 이상의 필터, 하나 이상의 빔 스플리터, 하나 이상의 디퓨저, 하나 이상의 균질화기, 하나 이상의 아포다이저(apodizer), 또는 하나 이상의 빔 성형기를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예에서, 스펙트럼 필터(100)는 조명 빔(504)을 샘플(506) 상에 포커싱하는 대물 렌즈(514)를 포함한다.
다른 실시예에서, 샘플(506)은 샘플 스테이지(516) 상에 배치된다. 샘플 스테이지(516)는 계측 시스템(500) 내에 샘플(506)을 위치시키는데 적합한 임의의 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 샘플 스테이지(516)는 선형 병진운동 스테이지들, 회전 스테이지들, 팁/틸트(tip/tilt) 스테이지들 등의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 계측 시스템(500)은 수집 경로(520)를 통해 샘플(506)로부터 발산되는 방사선을 캡처하도록 구성된 검출기(518)를 포함한다. 예를 들어, 수집 경로(520)는 수집 렌즈(예를 들어, 대물 렌즈(514) 또는 하나 이상의 추가적인 수집 경로 렌즈(522))를 포함할 수 있지만, 포함하도록 요구되는 것은 아니다. 다른 예를 들어, 검출기(518)는 샘플(506)로부터 (예를 들어, 정반사, 난반사 등을 통해) 반사된 또는 산란된 방사선을 수신할 수 있다. 다른 예를 들어, 검출기(518)는 샘플(506)에 의해 생성된 방사선(예를 들어, 조명 빔(504)의 흡수와 연관된 발광 등)을 수신할 수 있다.
검출기(518)는 샘플(506)로부터 수신된 조명을 측정하는데 적합한 당업계에 공지된 임의의 유형의 광학 검출기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 검출기(518)는 CCD 검출기, TDI 검출기, PMT(photomultiplier tube), APD(avalanche photodiode) 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 실시예에서, 검출기(518)는 샘플(506)로부터 발산되는 방사선의 파장들을 식별하는데 적합한 분광 검출기를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 계측 시스템(500)은 계측 시스템(500)에 의한 다중 계측 측정을 용이하게 하기 위한 (예를 들어, 하나 이상의 빔스플리터에 의해 생성된 다수의 빔 경로들과 연관된) 다수의 검출기들(518)(예를 들어, 다수의 계측 도구들)을 포함할 수 있다.
수집 경로(520)는 하나 이상의 수집 경로 렌즈(522), 하나 이상의 필터, 하나 이상의 편광기 또는 하나 이상의 빔 블록을 포함하지만 이에 제한되지 않는 대물 렌즈(574)에 의해 수집된 조명을 지향 및/또는 수정하기 위한 임의의 수의 광학 엘리먼트들을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 도 5에 예시된 바와 같이, 계측 시스템(500)은, 대물 렌즈(514)가 동시에 조명 빔(504)을 샘플(506)로 지향시키고 샘플(506)로부터 발산된 방사선을 수집할 수 있도록 배향된 빔스플리터(524)를 포함한다. 이와 관련하여, 계측 시스템(500)은 에피(epi)-조명 모드로 구성될 수 있다.
다른 실시예에서, 계측 시스템(500)은 제어기(526)를 포함한다. 다른 실시예에서, 제어기(526)는 메모리 매체(530) 상에 유지되는 프로그램 명령어를 실행하도록 구성된 하나 이상의 프로세서(528)를 포함한다. 이와 관련하여, 제어기(526)의 하나 이상의 프로세서(528)는 본 개시 전반에 걸쳐 설명된 다양한 프로세스 단계들 중 임의의 것을 실행할 수 있다. 추가로, 제어기(526)는 계측 데이터(예를 들어, 정렬 측정 결과, 타겟의 이미지, 동공 이미지 등) 또는 계측 메트릭(예를 들어, 정밀도, 도구에 의한 시프트(tool-induced shift), 감도, 회절 효율 등)을 포함하지만 이에 제한되지 않는 데이터를 수신하도록 구성될 수 있다.
제어기(526)의 하나 이상의 프로세서(528)는 당업계에 공지된 임의의 프로세싱 엘리먼트를 포함할 수 있다. 이러한 관점에서, 하나 이상의 프로세서(528)는 알고리즘 및/또는 명령어를 실행하도록 구성된 임의의 마이크로프로세서-유형의 디바이스를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 하나 이상의 프로세서(528)는 데스크탑 컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터 시스템, 워크스테이션, 이미지 컴퓨터, 병렬 프로세서, 또는 본 개시 전반에 걸쳐 설명된 바와 같이 계측 시스템(500)을 동작시키도록 구성된 프로그램을 실행하도록 구성된 임의의 다른 컴퓨터 시스템(예를 들어, 네트워크화된 컴퓨터)으로 구성될 수 있다. 용어 "프로세서"는, 비일시적 메모리 매체(530)로부터의 프로그램 명령어를 실행하는 하나 이상의 프로세싱 엘리먼트를 갖는 임의의 디바이스를 포함하도록 광범위하게 정의될 수 있는 것으로 추가로 인식된다. 추가로, 본 개시 전반에 걸쳐 설명된 단계들은 단일 제어기(526) 또는 대안적으로 다수의 제어기들에 의해 수행될 수 있다. 추가적으로, 제어기(526)는 공통 하우징에 또는 다수의 하우징들 내에 수납된 하나 이상의 제어기를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 임의의 제어기 또는 제어기들의 조합은 계측 시스템(500)에 통합하는데 적합한 모듈로서 별개로 패키징될 수 있다. 또한, 제어기(526)는 검출기(518)로부터 수신된 데이터를 분석하고 그 데이터를 계측 시스템(500) 내의 또는 계측 시스템(500) 외부의 추가적인 컴포넌트들에 공급할 수 있다.
메모리 매체(530)는 연관된 하나 이상의 프로세서(528)에 의해 실행가능한 프로그램 명령어를 저장하는데 적합한 당업계에 공지된 임의의 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리 매체(530)는 비일시적 메모리 매체를 포함할 수 있다. 다른 예를 들어, 메모리 매체(530)는 리드 온리 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 자기 또는 광학 메모리 디바이스(예를 들어, 디스크), 자기 테이프, 솔리드 스테이트 드라이브 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 메모리 매체(530)는 하나 이상의 프로세서(528)를 수납하는 공통 제어기에 수납될 수 있는 것에 추가로 유의한다. 일 실시예에서, 메모리 매체(530)는 하나 이상의 프로세서(528) 및 제어기(526)의 물리적 위치에 대해 원격으로 위치될 수 있다. 예를 들어, 제어기(526)의 하나 이상의 프로세서(528)는 네트워크(예를 들어, 인터넷, 인트라넷 등)를 통해 액세스가능한 원격 메모리(예를 들어, 서버)에 액세스할 수 있다. 따라서, 상기 설명은 본 발명에 대한 제한으로서 해석되어서는 안 되며, 단지 예시이다.
다른 실시예에서, 제어기(526)는 스펙트럼 필터(100)로부터의 스펙트럼 필터링된 조명과 함께 샘플(506)의 조명과 연관된 계측 데이터를 제공하기 위해 계측 시스템(500)의 하나 이상의 엘리먼트에 통신가능하게 결합된다.
도 6은 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 섬유로부터의 조명을 스펙트럼 필터링하기 위한 방법(600)에서 수행되는 단계들을 예시하는 흐름도이다. 출원인은 스펙트럼 필터(100)의 상황에서 본 명세서에 전술된 실시예들 및 이를 가능하게 하는 기술들이 방법(600)으로 확장되도록 해석되어야 함을 주목한다. 그러나, 방법(600)은 스펙트럼 필터(100)의 아키텍처로 제한되지 않는 것에 추가로 주목한다.
일 실시예에서, 방법(600)은 구의 일부분을 형성하는 오목한 표면을 포함하는 곡선형 필터링 엘리먼트를 갖는 광섬유의 출력면으로부터의 조명을 수신하는 단계(602)를 포함하고, 여기서 오목한 표면은 구의 중심에 근접한 제1 위치에 위치된 광섬유의 출력면으로부터 발산하는 광을 수신하도록 위치된다. 예를 들어, 오목한 표면은 구의 일부분에 대응하는 구형 광학 엘리먼트로서 성형될 수 있다. 따라서, 구의 중심에 근접한 위치에서 광섬유로부터 발산하는 광은 곡선형 필터링 엘리먼트의 오목한 표면에 의해 수집될 수 있다. 곡선형 필터링 엘리먼트는 광섬유로부터 분리된 이산적 광학 엘리먼트를 포함할 수 있거나 또는 견고한 정렬을 제공하기 위해 광섬유에 직접 결합될 수 있다.
일 실시예에서, 방법(600)은 오목한 표면을 이용하여 광의 스펙트럼의 제1 부분을 투과시키는 단계(604)를 포함한다. 일 실시예에서, 방법(600)은 오목한 표면을 이용하여 스펙트럼의 제2 부분을 반사시키는 단계(606)를 포함한다. 예를 들어, 오목한 표면은 광섬유의 출력면으로부터 발산되는 광의 스펙트럼을 분리하는데 적합한 파장 선택성 코팅을 포함할 수 있어서, 발산하는 광의 스펙트럼의 제1 부분은 오목한 표면을 통해 투과되고 스펙트럼의 제2 부분은 반사된다. 오목한 표면은 파장 선택적 필터링을 제공하는데 적합한 임의의 수의 재료 층들(예를 들어, 유전체 층들, 금속 층들 등)을 포함할 수 있다. 추가로, 하나의 예에서 오목한 표면은 임의의 유형의 필터로서 동작할 수 있고, 곡선형 표면은 선택된 컷오프 파장보다 낮은 파장들을 반사시키고 선택적 컷오프 파장보다 높은 파장들을 투과시킴으로써 "콜드 미러"로서 동작할 수 있다. 다른 예에서, 곡선형 표면은 선택된 컷오프 파장보다 낮은 파장들을 투과시키고 선택적 컷오프 파장보다 높은 파장들을 반사시킴으로써 "핫 미러"로서 동작할 수 있다.
일 실시예에서, 방법(600)은 오목한 표면을 이용하여 스펙트럼의 제2 부분을 구의 중심에 근접한 제2 위치로 포커싱하는 단계(608)를 포함한다. 구형 오목한 표면은 구의 중심에 근접한 제1 위치에 위치된 광섬유의 출력면으로부터 구의 중심에 근접한 제2 위치로 광을 반사시킬 수 있다. 예를 들어, 광섬유의 코어를 구의 중심에 물리적으로 근접하게(예를 들어, 광섬유의 중심의 반경과 대략 동일하게) 위치시키는 것은 스펙트럼의 제2 부분의 엄격한 포커싱을 용이하게 할 수 있어서, 스펙트럼의 제2 부분과 연관된 필터링된 빔은 오목한 표면 상에 입사하는 입력 광과 동일한 또는 실질적으로 동일한 밝기를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 방법(600)은 콜렉터를 이용하여 스펙트럼의 제2 부분을 광섬유의 출력면으로부터 멀리 지향시키는 단계(610)를 포함한다. 콜렉터는 스펙트럼의 제2 부분을 수집하고 스펙트럼의 이러한 제2 부분을 광섬유의 출력면으로부터 멀리 지향시키는데 적합한 임의의 유형의 엘리먼트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 콜렉터는 제2 위치(예를 들어, 단계(608)와 연관된 포커싱된 위치)에서 출력면을 갖는 추가적인 광섬유, 또는 스펙트럼의 제2 부분을 재지향시키도록 위치된 반사 표면을 포함할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 스펙트럼의 제2 부분은 광섬유 또는 임의의 외부 광학 엘리먼트들에 대한 손상없이 광섬유로부터 발산하는 광으로부터 필터링될 수 있다.
추가로, 방법(600)은 외부 시스템들에 의한 사용에 적합한 필터링된 출력 빔들로서 스펙트럼의 제1 부분 및/또는 스펙트럼의 제2 부분을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 설명된 요지는 때때로 다른 컴포넌트들 내에 포함되거나 그에 연결된 상이한 컴포넌트들을 예시한다. 이러한 예시된 아키텍처들은 단지 예시적이며, 실제로 동일한 기능을 달성하는 많은 다른 아키텍처들이 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 개념적 관점에서, 동일한 기능을 달성하는 컴포넌트들의 임의의 배열은, 원하는 기능이 달성되도록 효과적으로 "연관된다". 따라서, 본원에서 특정 기능을 달성하도록 조합된 임의의 2개의 컴포넌트들은, 아키텍처들 또는 중간적 컴포넌트들과 무관하게 원하는 기능이 달성되도록 서로 "연관되는" 것으로 간주될 수 있다. 마찬가지로, 그렇게 연관된 임의의 2개의 컴포넌트들은 또한 원하는 기능성을 달성하기 위해 서로 "연결된" 또는 "결합된" 것으로 간주될 수 있으며, 그렇게 연관될 수 있는 임의의 2개의 컴포넌트들은 또한 원하는 기능성을 달성하기 위해 서로 "결합가능한" 것으로 간주될 수 있다. 결합가능한 특정 예시들은 물리적으로 상호작용가능한 및/또는 물리적으로 상호작용하는 컴포넌트들 및/또는 무선으로 상호작용가능한 및/또는 무선으로 상호작용하는 컴포넌트들 및/또는 논리적으로 상호작용가능한 및/또는 논리적으로 상호작용하는 컴포넌트들을 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다.
본 개시 및 그에 수반되는 많은 이점들은 전술한 설명에 의해 이해될 것이며, 개시된 요지를 벗어나지 않으면서 또는 이의 실질적 이점들 모두를 희생하지 않으면서 컴포넌트들의 형태, 구성 및 배열에서 다양한 변화들이 행해질 수 있음은 자명할 것이다. 설명된 형태는 단지 설명적인 것이며, 다음의 청구항들의 의도는 그러한 변화들을 아우르고 포함하는 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 것을 이해해야 한다.

Claims (36)

  1. 스펙트럼 필터에 있어서,
    구(sphere)의 일부분을 형성하는 오목한 표면을 포함하는 곡선형 필터링 엘리먼트―상기 오목한 표면은 상기 구의 중심에 근접한 제1 위치에 위치된 광섬유의 출력면으로부터 발산하는 광을 수신하도록 위치되고, 상기 오목한 표면은 상기 광의 스펙트럼의 제1 부분을 투과시키도록 구성되고, 상기 오목한 표면은 또한 상기 스펙트럼의 제2 부분을 상기 구의 중심에 근접한 제2 위치로 반사 및 포커싱하도록 구성됨―; 및
    상기 스펙트럼의 제2 부분을 상기 광섬유의 상기 출력면으로부터 멀리 지향시키도록 구성되는 콜렉터
    를 포함하는, 스펙트럼 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 콜렉터는,
    상기 스펙트럼의 제2 부분을 수신하기 위해 상기 제2 위치에서 입력면을 갖는 추가적인 광섬유를 포함하는, 스펙트럼 필터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 콜렉터는,
    상기 구의 중심에 근접한 상기 제2 위치에 위치되고 상기 스펙트럼의 제2 부분을 상기 광섬유의 상기 출력면으로부터 멀리 지향시키도록 배향되는 미러(mirror)를 포함하는, 스펙트럼 필터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 곡선형 필터링 엘리먼트는 상기 오목한 표면으로부터 상기 스펙트럼의 제1 부분을 수신하도록 위치된 출사 표면을 더 포함하고, 상기 스펙트럼의 제1 부분은 상기 출사 표면을 통해 상기 곡선형 필터링 엘리먼트를 빠져 나가는, 스펙트럼 필터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 곡선형 필터링 엘리먼트는 상기 광섬유의 상기 출력면으로부터 발산하는 광을 수광하기 위해 상기 광섬유의 상기 출력면에 결합된 입력 표면을 더 포함하는, 스펙트럼 필터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 곡선형 필터링 엘리먼트는 상기 제2 위치에 위치된 출사 표면을 더 포함하고, 상기 스펙트럼의 제2 부분은 상기 출사 표면을 통해 상기 곡선형 필터링 엘리먼트를 빠져 나가는, 스펙트럼 필터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 콜렉터는,
    상기 스펙트럼의 제2 부분을 수신하기 위해 상기 출사 표면에 결합된 입력면을 갖는 추가적인 광섬유를 포함하는, 스펙트럼 필터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 오목한 표면을 통해 투과된 상기 스펙트럼의 제1 부분을 시준하도록 위치된 시준 광학 엘리먼트를 더 포함하는, 스펙트럼 필터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 콜렉터에 의해 상기 광섬유의 상기 출력면으로부터 멀리 지향되는 상기 스펙트럼의 제2 부분을 시준하도록 위치된 시준 광학 엘리먼트를 더 포함하는, 스펙트럼 필터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 오목한 표면을 통해 투과된 상기 스펙트럼의 제1 부분 또는 상기 콜렉터에 의해 상기 광섬유의 상기 출력면으로부터 멀리 지향되는 상기 스펙트럼의 제2 부분 중 하나를 수신하도록 위치된 빔 덤프(beam dump)를 더 포함하는, 스펙트럼 필터.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 곡선형 표면은 선택된 컷오프(cutoff) 파장을 갖는 고역 통과 반사 필터를 포함하고, 상기 스펙트럼의 제1 부분은 상기 선택된 컷오프 파장보다 낮은 파장들을 포함하고, 상기 스펙트럼의 제2 부분은 상기 선택된 컷오프 파장보다 높은 파장들을 포함하는, 스펙트럼 필터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 선택된 컷오프 파장은 적외선 스펙트럼 영역 내에 있는, 스펙트럼 필터.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 곡선형 표면은,
    선택된 컷오프 파장을 갖는 저역 통과 반사 필터를 포함하고, 상기 스펙트럼의 제1 부분은 상기 선택된 컷오프 파장보다 높은 파장들을 포함하고, 상기 스펙트럼의 제2 부분은 상기 선택된 컷오프 파장보다 낮은 파장들을 포함하는, 스펙트럼 필터.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 선택된 컷오프 파장은 적외선 스펙트럼 영역 내에 있는, 스펙트럼 필터.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 오목한 표면은, 상기 스펙트럼의 제1 부분을 투과시키고 상기 스펙트럼의 제2 부분을 반사시키기 위한 파장 선택적 코팅을 포함하는, 스펙트럼 필터.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 파장 선택적 코팅은,
    하나 이상의 유전체 층을 포함하는, 스펙트럼 필터.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 파장 선택적 코팅은,
    하나 이상의 금속 층을 포함하는, 스펙트럼 필터.
  18. 필터링된 섬유 조명 소스에 있어서,
    광섬유의 출력면으로부터 발산하는 조명을 제공하도록 구성된 섬유 조명 소스;
    구의 일부분을 형성하는 오목한 표면을 포함하는 곡선형 필터링 엘리먼트―상기 오목한 표면은 상기 광섬유의 상기 출력면으로부터 발산하는 조명을 수신하도록 위치되고, 상기 광섬유의 상기 출력면은 상기 구의 중심에 근접한 제1 위치에 위치되고, 상기 오목한 표면은 상기 조명의 스펙트럼의 제1 부분을 투과시키도록 구성되고, 상기 오목한 표면은 또한 상기 스펙트럼의 제2 부분을 상기 구의 중심에 근접한 제2 위치로 반사 및 포커싱하도록 구성됨―; 및
    상기 스펙트럼의 제2 부분을 상기 광섬유의 상기 출력면으로부터 멀리 지향시키도록 구성되는 콜렉터
    를 포함하는, 필터링된 섬유 조명 소스.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 섬유 조명 소스는,
    수퍼컨티넘(supercontinuum) 레이저 소스를 포함하는, 필터링된 섬유 조명 소스.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 콜렉터는,
    상기 스펙트럼의 제2 부분을 수신하기 위해 상기 제2 위치에서 입력면을 갖는 추가적인 광섬유를 포함하는, 필터링된 섬유 조명 소스.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 콜렉터는,
    상기 구의 중심에 근접한 상기 제2 위치에 위치되고 상기 스펙트럼의 제2 부분을 상기 광섬유의 상기 출력면으로부터 멀리 지향시키도록 배향되는 미러를 포함하는, 필터링된 섬유 조명 소스.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 곡선형 필터링 엘리먼트는 상기 오목한 표면으로부터 상기 스펙트럼의 제1 부분을 수신하도록 위치된 출사 표면을 더 포함하고, 상기 스펙트럼의 제1 부분은 상기 출사 표면을 통해 상기 곡선형 필터링 엘리먼트를 빠져 나가는, 필터링된 섬유 조명 소스.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 곡선형 필터링 엘리먼트는 상기 광섬유의 상기 출력면으로부터 발산하는 광을 수광하기 위해 상기 광섬유의 상기 출력면에 결합된 입력 표면을 더 포함하는, 필터링된 섬유 조명 소스.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 곡선형 필터링 엘리먼트는 상기 제2 위치에 위치된 출사 표면을 더 포함하고, 상기 스펙트럼의 제2 부분은 상기 출사 표면을 통해 상기 곡선형 필터링 엘리먼트를 빠져 나가는, 필터링된 섬유 조명 소스.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 콜렉터는,
    상기 스펙트럼의 제2 부분을 수신하기 위해 상기 출사 표면에 결합된 입력면을 갖는 추가적인 광섬유를 포함하는, 필터링된 섬유 조명 소스.
  26. 제18항에 있어서,
    상기 오목한 표면을 통해 투과된 상기 스펙트럼의 제1 부분을 시준하도록 위치된 시준 광학 엘리먼트를 더 포함하는, 필터링된 섬유 조명 소스.
  27. 제18항에 있어서,
    상기 콜렉터에 의해 상기 광섬유의 상기 출력면으로부터 멀리 지향되는 상기 스펙트럼의 제2 부분을 시준하도록 위치된 시준 광학 엘리먼트를 더 포함하는, 필터링된 섬유 조명 소스.
  28. 제18항에 있어서,
    상기 오목한 표면을 통해 투과된 상기 스펙트럼의 제1 부분 또는 상기 콜렉터에 의해 상기 광섬유의 상기 출력면으로부터 멀리 지향되는 상기 스펙트럼의 제2 부분 중 하나를 수신하도록 위치된 빔 덤프를 더 포함하는, 필터링된 섬유 조명 소스.
  29. 제18항에 있어서,
    상기 곡선형 표면은 선택된 컷오프 파장을 갖는 고역 통과 반사 필터를 포함하고, 상기 스펙트럼의 제1 부분은 상기 선택된 컷오프 파장보다 낮은 파장들을 포함하고, 상기 스펙트럼의 제2 부분은 상기 선택된 컷오프 파장보다 높은 파장들을 포함하는, 필터링된 섬유 조명 소스.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 선택된 컷오프 파장은 적외선 스펙트럼 영역 내에 있는, 필터링된 섬유 조명 소스.
  31. 제18항에 있어서,
    상기 곡선형 표면은,
    선택된 컷오프 파장을 갖는 저역 통과 반사 필터를 포함하고, 상기 스펙트럼의 제1 부분은 상기 선택된 컷오프 파장보다 높은 파장들을 포함하고, 상기 스펙트럼의 제2 부분은 상기 선택된 컷오프 파장보다 낮은 파장들을 포함하는, 필터링된 섬유 조명 소스.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 선택된 컷오프 파장은 적외선 스펙트럼 영역 내에 있는, 필터링된 섬유 조명 소스.
  33. 제18항에 있어서,
    상기 오목한 표면은, 상기 스펙트럼의 제1 부분을 투과시키고 상기 스펙트럼의 제2 부분을 반사시키기 위한 파장 선택적 코팅을 포함하는, 필터링된 섬유 조명 소스.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 파장 선택적 코팅은,
    하나 이상의 유전체 층을 포함하는, 필터링된 섬유 조명 소스.
  35. 제33항에 있어서,
    상기 파장 선택적 코팅은,
    하나 이상의 금속 층을 포함하는, 필터링된 섬유 조명 소스.
  36. 광섬유로부터의 조명을 필터링하기 위한 방법에 있어서,
    구의 일부분을 형성하는 오목한 표면을 포함하는 곡선형 필터링 엘리먼트를 갖는 광섬유의 출력면으로부터의 조명을 수신하는 단계―상기 오목한 표면은 상기 구의 중심에 근접한 제1 위치에 위치된 광섬유의 출력면으로부터 발산하는 광을 수신하도록 위치됨―;
    상기 오목한 표면을 이용하여, 상기 광의 스펙트럼의 제1 부분을 투과시키는 단계;
    상기 오목한 표면을 이용하여, 상기 광의 제2 부분을 반사시키는 단계;
    상기 오목한 표면을 이용하여, 상기 스펙트럼의 제2 부분을 상기 구의 중심에 근접한 제2 위치로 포커싱하는 단계; 및
    콜렉터를 이용하여, 상기 스펙트럼의 제2 부분을 상기 광섬유의 상기 출력면으로부터 멀리 지향시키는 단계
    를 포함하는, 조명 필터링 방법.
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