TW200532169A - High efficiency low coherence interferometry - Google Patents

Description

200532169 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於干涉法，而特定言之係關於可在非侵入式 光學成像及測置裝置（例如，光學相干性斷層攝影法及光 學相干性反射法）中採用之高效率干涉儀。 【先前技術】 由經典的白色光干涉儀衍生出之低相干性干涉法在過去 約十年間就其應用於光學相干性反射法及光學相干性斷層 攝影法而受到越來越多的詳細檢查。光學相干性反射法及 光學相干性斷層攝影法皆係用以映射眼睛影像且對於診斷 及治療眼疾極為有效之技術。進一步，低相干性干涉法可 用在内視鏡檢查法、腹腔鏡檢查法、顯微鏡檢查法以及可 運用干涉法技術之任何其他技術中。 圖1說明一傳統的相干性干涉儀100之一範例。如圖 示之低相干性干涉儀100係一簡單的Michaelson干涉儀，其 包括一光源101、一分光器102及一光學信號處理單元 110。如圖1所示，分光器102可能係一 2X2的分光器，其將 來自光源101而從光源臂103接收之一低相干性光束分成一 耦合進參考臂104之參考光束與一耦合進樣本臂1〇5之樣本 光束。藉由參考112將參考们04上的參考光束反射回給分 光器102,而藉由樣本⑴將樣本臂1〇5上的#本光束反射 回給分光器H)2。分光器1()2使反射的參考光束分開進入光 源们〇3與信號臂106。同樣，分光器1〇2使來自樣本⑴之 反射光束分開進入光源臂103與信號臂1〇6。從而，將來自 99615.doc 200532169 樣本111與來自參考112之反射光束組合成一組合光束，該 組合光束係藉由分光器102而耦合進光源臂103。藉由一光 伯測器與一透射放大器TIA 1〇7來接收信號臂106中的信號 光束，其中將該光學信號轉換為一電子信號。將該電子信 號柄合進光學信號處理單元1 1 〇以作進一步處理。在光學 信號處理單元1 10中實行的光學信號處理功能可包括帶通 過濾、信號放大、解調變、低通過濾及其他處理功能。可 經由硬體或軟體來處理在光學信號處理單元11〇獲得之光 學信號以對樣本111 (受測試樣本）之結構及光學特性進行成 像及分析。

Youngquist與Davis在1987年3月「光學期刊」第12期第 158至160頁中論述基於如圖1所示之該Michaels〇n干涉儀之 一光學相干性域反射計之一範例。Park在1987年「應用光 學」中說明具有一用於斷層攝影成像的橫向掃描機構之一 光學反射法。第5,321，501號美國專利案中亦論述基於用於 φ 生物組織影像的干涉法而對生物組織進行成像之光學相干 性斷層攝影法。 在圖1所示的Michaelson干涉儀範例中，來自樣本臂1〇5 及參考臂104的反射信號之部分亦傳播進光源臂丨〇3。此情 形對光學性能不利。首先，有用的信號丟失至光源臂 103。其次，光源臂103中的反射光將使得由光源ι〇1產生 的光束上之雜訊增加。 在1999年11月「光學期刊」第24卷第21號中R〇mn的論 文裏說明針對反射光進入光源臂103之一解決方式。如圖2 99615.doc 200532169 所示，將一光循環器202插入干涉儀200之光源臂103内。 光束路杻203係光叙合於分光器1()2與循環㈣2之間。如 圖斤7τ從刀光102沿路徑203而反射的光進入循環器 202並經由光束路徑2()5而發送幻貞測請7。來㈣測器 107與207之輪出信號係組合於差動放大器中且然後輸 入給光學信號處理單元110。此一配置係用於二目的：首 將。亥等反射光束發送進偵測器光束路經如$及1 ;以 及，其次’循環器202亦充當一隔離器以讓反射光保持遠 離光源1 01。 第6,501，551就美國專利案中揭示另—方法。在該、…專 利中所5兒明的解決方式中，樣本臂105與參考臂1〇4皆包括 光循裒w。然後，將來自樣本111與參考112之反射信號 發送^有別於分光器102之另一分光器。在於一平衡债^ 接收器中從-通道減去另一通道之前，可個別地接收、解 凋變及處理新分光器之二輸入信號。 但是，於偵測器107測量出的信號強度亦對從樣本lu反 射的光束之極化狀態敏感。若樣本ill之樣本材料雙折射 性極強則尤為有利。圖3以一干涉儀系統3〇〇為例來進行說 明，如s〇rin在第5,202,745美國專利案中所揭示。干涉儀 系、、先300可能與從樣本111反射的樣本光束之極化狀態無 關，因為偵測器臂106可能係光耦合至一極化分集接收 為。如圖3所示，該極化分集接收器可包括藉由傳輸臂川6 與307而分別耦合至光偵測器31〇與311之極化分光器。 如圖3所示，首先藉由將來自光源臂103之光耦合進一線性 99615.doc 200532169 極化器302而將光源ιοί線性極化。將極化分光器（pBs) 3〇5放置於該偵測器臂1〇6中以將該光束分成二個正交極化 的光束路徑306及307。亦可將一極化控制器3〇8耦合進參 • 考# 104並將其調整成在該極化分集接收器之極化臂及 307中的母煮中產生相等的參考信號功率。在光學信號 處理單兀110中對上述二極化臂信號進行加總之前，對該 等信號進行個別的解調變及處理。在作為範例的干涉儀系 Φ 、、先30〇中，無淪樣本臂105中反射光束之極化狀態如何，來 自樣本臂105之反射光束最終皆將干涉其自身適當極化之 參考光束，並將對所產生的光束進行加總。相對於該樣本 光束的極化狀態之變化，該信號不變。 但疋，圖2及3中所說明的系統皆未解決該極化問題與光 反射回進入5亥光源之問題。根據先前技術之上述缺點及其 他不足之處，需要解決存在於一單一干涉儀中的極化以及 光反射進光源臂之問題，此係使該信號最大化、與因該樣 • 本、該等偵測器所致之極化變化保持一致以及減小來自該 光源的雜訊位準之需要。 【發明内容】 依據本發明，提出一種解決該極化與該反射光問題之干 〜儀之具體貫施例。一種依據本發明之具體實施例之干涉 儀可包括。一光源；耦合至該光源之一隔離器；耦合至該 隔離為之極化相關光學元件；耦合至該極化相關光學元件 之一參考臂；以及耦合極化相關光學元件之一樣本臂；以 及耦合至該極化相關光學元件之一或多個光偵測器；其中 99615.doc 200532169 該極化相關光學元件將光耦合進該參考臂及該樣本臂，從 該參考臂及該樣本臂接收反射光，並將光提供給該等偵測 器以使得能在耦合至該或該等一或多個光偵測器之一光學 信號處理器中形成一與極化無關的光學信號，而且其中該 隔離器阻擋來自該參考臂及該樣本臂之反射光進入該光 源0 在本發明之某些具體實施例中，該隔離器可包括一耦合 Φ 成從一第一埠中的光源接收光之循環器。在某些具體實施 例中，該極化相關光學元件可包括··—極化相關分光器， 其耦合成從該循環器之一第二埠接收光，該極化分光器提 供一第一極化之光，接收從該樣本臂及該參考臂反射之 光，並依據極化而向該或該等一或多個光偵測器之一第一 偵測裔以及向該循環器之第二埠提供光；一分光器，其係 搞合成從該極化分光器接收該第一極化之光，該分光器將 該第一極化之光耦合進該參考臂及該樣本臂並將來自該參 _ 考#人口亥樣本^之反射光耦合進該極化相關分光器，其中 。亥循％ σσ經由第二埠向該或該等一或多個光偵測器之一 第二偵測器提供光。 在某些具體實施例中，該隔離器包括一分光器 器接收來自一光源之光並於一第一極化提供一第一光束而 於第一極化提供一第二光束。在某些具體實施例中，該 極：相關光學元件包括··一法拉第旋轉器，其耦合成接收 ^第光束及4第二光束；—波板，其係_合至該法拉第 疑轉态中該第-光束之極化係旋轉成該第二極化，而 99615.doc 200532169 該第二光束之極化係旋轉成該第一極化；—棱鏡，其柄合 成接收來自該波板之第一光束與第二光束並將該第一光束 與忒第—光束組合；以及一分光器，其耦合至該棱鏡該 .分光器向該參考臂及該樣本臂提供光並接收來自該參考臂 與該樣本臂之反射光，其中，該反射光係藉由該棱鏡中的 極化而分離，該極化係藉由該波板與該法拉第旋轉器而旋 轉’而該分光器重新組合該等光束並將一组合光束麵合至 φ -第二極化分光器’而且其中該第二極化分光器依據極化 來分離該光束並係搞合至該或該等一或多個光摘測器。在 某些具體實施例中，可包括一輕合成從該分光器接收反射 光之功率監視器。 在某些具體實施例中，該隔離器可包括_麵合進該參考 臂之第-循環器與一耦合進該樣本臂之第二循環器。在某 些具體實施例中，該極化相關光學元件可包括：—線性極 化器，其軸合成接收並極化來自該光源之光；一第一分 光器’其柄合成接收來自該線性極化器之織向該參考臂 中的第-循環器之-第-埠及該樣本臂中的第二循環器之 一第一瑋提供一光束，#中該第一循環器之第二蟑係輕合 至-參考，而該第二循環器之第二蟑係麵合至—樣本·一 第二分光器，其耦合成接收來自該第-循環器之一第三埠 及該第二循環器之一第三埠之光並提供一組合光束，·以及 一極化相關分光器，盆說人#拉丨^ ，、耦口成接收該組合光束並向該或該 等-或多個細則器提供一第一極化之一第一光束盥一第 二極化之-第二光束。在某些具體實施例中，一功率監視 99615.doc -10- 200532169 裔輕合至該第二分光器。 在某些具體實施例中，該隔離器可包括一極化相關分光 λ極化相關为光為|馬合成接收來自該光源之光並提供 第一極化之一光束。在某些具體實施例中，該極化相關 光子元件可包括：一法拉第旋轉器與一波板，其耦合成接 收該第一極化之光束並輸出該第一極化之光束；一第二極 化刀光為，其耦合成從該法拉第旋轉器與該波板接收該第 一極化之光束，並透射該第一極化之光束；以及一分光 杰，其耦合成從該第二極化分光器接收該第一極化之光 束’將該第一極化之光束耦合於該樣本臂與該參考臂中， 接收來自該樣本臂與該參考臂之一反射光束，並將來自該 樣本臂與該參考臂之反射光束組合成一組合反射光束，其 中藉由該第二極化分光器將該組合反射光束分成一第一極 之、、且曰反射光束與一第二極化之一組合反射光束，該 第二極化之、组合反射光束耦合至該或該等一或多個光偵測 為’而且其中，該第一極化之一組合反射光束係藉由該法 拉第旋轉器及該波板而極化旋轉為該第二極化並係藉由該 極化分光器而耦合進該或該等一或多個光偵測器中的另一 光伯測為。在某些具體實施例中，可能將一功率監視器耦 合至該分光器。 在某些具體實施例中，其中該隔離器係一極化相關分光 器’該極化相關光學元件可包括··一法拉第旋轉器及波 板’其耗合成接收該第一極化之第一光束並將該極化旋轉 為一第二極化；一第二棱鏡，其耦合成從該法拉第旋轉器 99615.doc 200532169 及波板接收該第二極化之光束；一分光器，其耦合成從該 第二棱鏡接收該第二極化之光束，將光耦合進該參考臂及 該樣本臂，從該參考臂及該樣本臂接收一反射光束，並提 供一組合的反射光束，其中該組合的反射光束係藉由該第 二棱鏡中的極化而分成該第一極化之一第一反射光束與該 第二極化之一第二反射光束，其中該法拉第旋轉器及波板 將該第二極化之第二反射光束之極化旋轉成該第一極化， 而且其中，該極化相關分光器將該第二反射光束耦合進該 或該等一或多個光偵測器。在某些具體實施例中，可能將 一功率監視器耦合至該分光器。 在某些具體實施例中，該極化相關光學元件可包括：一 法拉第旋轉器及波板，其耦合成接收該第一極化之第一光 束並透射該第一極化之第一光束；一第二棱鏡，其耦合成 從該法拉第旋轉器及波板接收該第一極化之第一光束；一 分光器，其耦合成從該第二棱鏡接收該第一極化之第一光 束，將光耦合進該參考臂及該樣本臂，從該參考臂及該樣 本臂接收一反射光束，並提供一組合反射光束，其中該組 合的反射光束係藉由該第二棱鏡中的極化而分成該第_極 化之一第一反射光束與該第二極化之一第二反射光束，其 中該法拉第旋轉器及波板透射該第一極化之第一反射光 束，而且其中，該極化相關分光器將該第一反射光束耦合 進該或該等一或多個光偵測器。在某些具體實施例中，可 旎將7功率監視器耦合至該分光器。在某些具體實施例 令，該第二棱鏡將該第二極化之第二反射光束耦合進該或 99615.doc -12- 200532169 該等一或多個偵測器。 在某些具體實施例中，該極化相關光學元件可包括：一 • 線性極化器，其耦合於該極化相關分光器與該光源之間， • 該線性極化器藉由一第一極化與一第二極化而提供一光 束；一四分之一波板，其係耦合成從該極化相關分光器接 收該第一極化之光；一鏡，其耦合成接收來自該四分之一 波板之光並將光反射回去穿過該四分之一波板以向該極化 _ 相關分光器提供該第一極化之光；一第二波板，其耦合成 從該極化相關分光器接收該第一極化之光並向該參考臂提 供循環極化的光，其中來自該參考臂之反射光係該極化相 關分光器處第二極化之光；一線性極化器，其定向為傳遞 來自第一極化與第二極化的光之一耦合的相等部分以接收 來自該極化相關分光器之一組合光束，該組合光束包括從 該鏡反射之光與從該參考臂反射之光；以及一分光器，其 耦合成接收來自該線性極化器之光並向該樣本臂提供光， • 其中來自該樣本臂之反射光係藉由該分光器而耦合進該或 該等一或多個偵測器。 在某些具體實施例中，其中該隔離器係一循環器，該極 化相關光學元件可包括：一極化相關分光器，其耦合成從 該循環器之一第二埠接收光，該極化相關分光器提供一第 光束’刀光益’其麵合成接收該第一光束，以向該參 考臂與該參考臂提供光，並接收來自該樣本臂與該參考臂 之反射光束，其中，該反射光束之一第一部分係藉由該分 光器而耦合進該或該等一或多個光偵測器，而該反射光束 99615.doc -13- 200532169 ^ 刀係藉由该分光裔而耦合進該極化相關分光 為:―其中’關於-第-極化之第二部分係耦合進該循環器 之第：埠’該循環器之第三埠耦合至該或該等一或多個光 偵、J 口口❿且其中，關於一第二極化之第二部分係藉由該 °才關刀光g而_合進該或該等—或多個光偵測器。 下面結合以下圖式來進一步論述該些及其他具體實施 例。 、 【實施方式】 依據本發明之某些具體實施例，提出-種可在非侵入光 子成像及測里裝置(例如，光學相干性斷層攝影法及光學 ♦干]·反射去)上採用之南效率干涉儀。此外，依據本發 明之光學相干性斷層攝影裝置之某些具體實施例可用於對 生物醫學組織進行成像及測量。 圖μ說明依據本發明之一干涉儀之具體實施例之某些方 面。如上面之論述’ 一般地，一Michei議干涉儀包括藉 由一=光器而輕合之__光源臂、—參考臂、—樣本臂及— 偵測。光分別係經由該等參考臂與該等樣本臂而從該 光源透射至該參考與該樣本。將來自該參考與該樣本之^ ^光組合於該偵測器臂中，並可對該光進行強度測量。測 量出的資料與藉由重新組合來自該等參考臂與該等樣本臂 的光並將該光導向該偵測器臂而產生之干涉圖案有關。 如圖14所*，依據本發明之某些具體實施例之—干涉儀 包括耦合至一光隔離器14〇1之光源ι〇ι。光隔離器剛接 收並透射來自光源101之光，但防止光反射回進入光源 99615.doc 14

’K 200532169 101。然後，將來自隔離器刚之光耦合至極化相關光學 元件H03。極化相關光學元件ί4〇3將光耦合至參考臂1〇4 及樣本臂105並接收來自參考臂1〇4及樣本臂ι〇5之反射 光。此外，極化相關光學元件14〇3處理光學信號以使得在 來自光學信號處理單元41〇之輸出信號中關於樣本⑴之極 化相關效應最小化。如上面所論述，參考臂ι〇4係耦合至 麥考112。樣本臂1〇5係光耦合至樣本iu。進一步，極化 相關光子元件1403係麵合成將來自參考臂i 〇4及樣本臂】〇5 的反射光學信號提供給偵測器14〇4。然後，向光學信號處 理單^410輸入來自债測器剛之輸出信號該光學信號 處理單元410可依據在偵測器14〇4測量出的反射光強度而 提供一與極化無關的信號。 在本發明之某些具體實施例中，可將一樣本掃描光學元 件1402插入樣本臂1〇5以便能掃描樣本iu。此一掃描能力 可能很重要（例如，在斷層攝影法應用中）。 本發明之某些具體實施例為光學相干性反射計與光學相 干f生斷層攝像法應用提供一種高效率干涉儀。在本發明之 某些具體實施例中，隔離器剛可能係一光循環器，而極 化相關光學元件_可能包括—極化分光器。若將_循環 的及極化刀光裔係耗合進該干涉儀之光源臂，則可獲得 高效率性能。在某些具體實施例中，可將一極化控制： 放置於參考臂1 〇4中以在該極化分集干涉儀之每一臂中 產生相等的參考信號。因此’可使得藉由光學信號處理單 兀410而產生的干涉儀信號與來自樣本111(亦稱為受測試 99615.doc -15- 200532169 衣置或又測4樣本)的反射信號之極化狀態無關。隔離器 1401 rj"7 y ^ 彳％器亦能為反射回進入光源1 0 1的信號提 供較南的隔離以猶Ρ “ > —卜 獲侍較尚的#號對雜訊比性能。在某些具 體：施例I ’將-光循環器放置於該樣本臂105中，而將 光循衣时放置於該參考臂j 〇4中。可將該些具體實施 ’J中之極化分光Is與極化分集接收器放置於該偵測器臂 中0 依據本發明之—干涉儀之某些具體實施例藉由使用隔離 光源101之光循環n來解決由回授進人光源⑻之反射光產 生的問題。依據本發明《一干涉儀之某歸體實施例藉由 使用極化相關光學元件14G3中的極化分集接收器來解決信 號與來自該樣本臂的極化狀態之相關性問題。依據本發明 之干涉儀之某些具體實施例具有高功率效率、對樣本臂 之極化狀怨不敏感、並具有一較高的信號對雜訊比， 攸而適合於相干性域干涉法應用。如上面所論述，極化相 關生可此係由該樣本材料之雙折射特徵或可能係由於該干 涉儀的％ i兄變化而產生。依據本發明高品質干涉儀之具體 貝施例可用於各種目的，例如，光學相干性斷層攝像法及 光學相干性反射法。 在某些具體貫施例中，該干涉儀之光源i 0 i可能係_寬 頻光譜光源，而該干涉儀之深度解析度可由該光源之相干 性長度決定。在某些具體實施例中，光源101可能係一低 相干性光源。在某些具體實施例中，光源1 〇丨可能包括一 波長掃掠光源。 99615.doc -16- 200532169 在f些具體實施射，參考⑴可能包括—光學延遲 、'' σ 預定的速度來掃描該光學延遲線以在從參考臂 二反射的參考信號中產生一光學路徑延遲。在某些具體 &例7 ’可將—二維橫向掃描機構14G2放置於該干涉儀 ^樣本臂1G5中以掃描欲在光學相干性斷層攝像法應用中 土像之物件。在某些具體實施例中，可為樣本们〇5與參 、’ 1〇4之間的散射差提供補償。有若干不同的方法可用 於補^放射差’包括’例如’在極化相關光學元件1403中 包括-對棱鏡、一以光柵為主的光學系統及在光纖電信及 紐脈衝雷射應用中廣泛採用的其他熟知的散射補償器。可 將該散射補償器放置於該樣本中或該參考臂中，此取決於 该些二臂之間的散射差符號。 在本毛月之某些具體實施例中，來自光源101之光可能 在搞合至將光源分成樣本们05與參考臂104之分光器之前 首先係_ 口進光循環器而然後耗合進—極化分光器。可 將忒刀光益之比率選擇成使得從樣本臂丨反射進該光循 環器之光最大化而同時使得從參考臂104反射回進入該光 循環益之光仍保持足夠的強度。 ，依據本發明之干涉儀之某些具體實施例中，光源101 可此係波長陕速掃掠的相干性光源。在某些具體實施例 中翏考112可此係_固定的反射器。在某些具體實施例 中，可使用頻域光反射之原理。 在依據本兔明之干涉儀之某些具體實施例中，影像距離 對樣本111之運動不敏感。進一步，在依據本發明之干涉 99615.doc -17- 200532169 儀之某些具體實施例中，於偵測器1404測量的信號強度可 能對極化變化不敏感。 圖4說明依據本發明之一干涉儀之一項具體實施例。如 • 圖4所示，本發明之某些具體實施例使用極化效應以將光 束發送進特定的光學路徑中。圖4所說明之具體實施例包 括針對二正交極化狀態而進行路徑分離以產生干涉信號， 其中可分別處理該等二正交極化狀態以獲得高效率、與極 化無關的干涉法性能。 如圖4所示，干涉儀400包括光源1〇1。首先將來自光源 101的光耦合進一光循環器402之埠1。在圖4所示之具體實 施例中，光隔離器1401包括循環器402。光循環器4〇2係一 與極化無關的光學裝置，因此，所有極化狀態中的全部光 將會從光循環器402之埠2退出進入干涉儀4〇〇之光源臂 405。然後，將來自光源臂4〇5的光耦合進該極化相關分光 器403。在極化相關分光器403中，將來自光源臂4〇5之光 φ 極化成二線性極化光束，表示為P與S極化。 傳統上表示，在一傳播光波陣面中，8極化光之電場向 量垂直於入射平面，而p極化光之電場向量平行於入射平 面。在本揭示内容所示之所有圖式中，該入射平面皆係平 行於該紙面。僅P極化光將會耦合進光束路徑42〇並因此耦 合進一光學分光器404，該光學分光器4〇4係經由光束路徑 420而耦合至分光器403。該S極化光將藉由耦合進起始於 为光裔403之另一光束路徑而被捨棄或可用於監視功率。 在本發明之某些具體實施例中，該等光學組件可能係形 99615.doc -18- 200532169 成於大塊光學元件中。但是，某些具體實施例可使用光纖 組件（即’形成為光纖或部分光纖之組件）。光纖組件目有 使未對齊情形最小化之優點。 最低相干性光源，例如某些具體實施例中的低相干性光 源101 ’僅係部分極化。為獲得最大效率，光源1 〇 1可能旋 轉而使得極化最多的光在耦合進極化分光器403時係對齊 以平行於入射平面（P極化）。 分光為404之分光比率可能係最佳化而使得大部分光將 傳播進樣本臂105，而僅足夠的光將傳播進參考臂1 〇4以執 行適當的測量。該分光比率可由光學遲延掃描器之反射率 及從干涉儀400之參考路徑1〇4反射的光之總透射率決定。 參考’ 104中的參考112所反射的光應比從樣本路徑1 〇5中 的樣本111反射的光更強，以便獲得散粒雜訊受限的该測 性能。由於來自參考1 1 2而對應於樣本1 1 1之反射（其中樣 本1 Π可能係生物組織）與參考丨12之反射率相比一般很 小，因此可使用一典型的90/10分光比率（接收於光源臂42〇 上的光之90%係導向樣本臂105而10%係導向參考臂1〇4)來 獲得散粒雜訊性能。 熟習此項技術者會容易瞭解，參考112可包括（例如）反射 組件與光學延遲組件。進一步，在某些具體實施例中，參 考112還可包括一可與光學信號處理單元41〇耦合之掃描能 力。 可藉由分光器404而將從樣本111及參考112反射的少量 光耦合進光學路徑412。可將此少量的光耦合進偵測器 99615.doc -19- 200532169 413，而將來自偵測器41 3之電信號耦合進功率監視器電路 4 14。因此，可使用此數量之光來監視從樣本n丨及參考 112反射的光功率。可將一類似的電路耦合至光束極化分 光器403以便依據極化分光器403輸出的S極化光來監視功 率。 從樣本111及參考112反射的光由於樣本ηι及參考112之 光學特性而一般兼含S極化與p極化光。極化相關分光器 403將再次把該等s極化與p極化光組件分成二分離路徑ι〇6 與405。可將參考臂1〇4中的極化控制器308調整成使得由 參考112而產生相等數量的p極化路徑丨〇6中之p極化光與s 極化路徑405中之S極化光。在某些具體實施例中，極化控 制器308可能係由三個光纖迴路製成，而每一迴路皆對應 於一四分之一光板或其他極化相關光學裝置。 才米用循環器402將藉由極化相關分光器403、該S極化光 組件而耦合回進入光源臂405内的光發送進路徑41 6，從而 隔離低相干性光源1 〇 1。此一配置使得由光從干涉儀400耦 a回進入光源101而產生之雜訊減少。 如同來自參考路徑104之光，來自樣本臂105之S極化光 將傳播進光學路徑416，而來自樣本臂i〇5ip極化光將傳 播進光學路徑106。分別藉由光偵測器417與418來接收極 化路徑41 6與1〇6的每一路徑中之干涉信號。然後，在光學 ^ #υ處理單元410中對來自光偵測器417與41 8之電信號進 仃個別的處理。在某些具體實施例中，光學信號處理單元 410可輸出一指示偵測器417及418所測量出的光強度總和 99615.doc -20- 200532169 之組合^號。來自光學信號處理器4i〇之信號輸出可能係p 極化與s極化干涉成分之和，以致，經由處理，來自光與 信號處理410的輸出信號所指示之信號強度與從樣本臂1 = • 中的樣本111反射的光之極化狀態無關。此項具體實施例 之此特徵係有利的，尤其係在該樣本極具雙折射性時，例 如’像由膠原纖維組成之生物組織。 ’ 圖5A說明依據本發明之一干涉儀5〇〇之一項具體實施 _ 例。如圖5A所示，由於棱鏡5〇1上之一極化分光器塗層表 面502而藉由一棱鏡501將來自光源1〇1之光分成§極化Η與; 極化光束。儘管並非顯示為一棱鏡，但棱鏡5〇丨可能係任 何極化分光裝置。該S極化光束係從表面502反射並受到一 鏡或較佳的全内反射（TIR)表面503之反射。若逆傳播之方 向來觀察光束521，則該S極化光束521係藉由一法拉第旋 轉器505而順時針（CCW)旋轉45度。眾所周知，使一光束 旋轉之法拉第效應取決於該法拉第旋轉器上的一磁場之方 _ 向，而該旋轉角度取決於該法拉第旋轉器上的磁場之量 級。該法拉第效應程序係非互反的，此表示該旋轉並不取 決於該光束之傳播方向。 一 λ/2波板506係定向為與垂直軸成22.5度且係定位於法 拉第旋轉器505後面。然後，從法拉第旋轉器505輸出之光 束將旋轉又一 45度角且在穿過λ/2波板506後變成一 ρ極化 光束。圖5Β至5Ε說明來自光源101的光穿過棱鏡501、法拉 第旋轉器505及λ/2波板506而經歷的極化旋轉。圖5Β說明 從棱鏡501輸出之S極化光束521。圖5C說明從法拉第旋轉 99615.doc 21 200532169 裔505輸出的光束之45。反時針旋轉。圖51)說明經由λ/2波 板506之旋轉。圖5Ε說明輸入給棱鏡5〇7之所產生的ρ極化 光束。然後，該ρ極化光束將透射穿過棱鏡5〇7之極化分光 . 器塗層表面508。 另一方面，該Ρ極化光束522亦將藉由該法拉第旋轉器 505而方疋轉45度且然後藉由λ/2波板5〇6而旋轉至一 s極化光 束上。表面509(鏡或TIR)及棱鏡5〇7之表面508將該S極化 ❿光反射進分光裔（或搞合裔M〇4。在此組態中，來自光源 101之S極化光與P極化光皆係|馬合進分光器404。 圖5 F至51說明從樣本111及參考112反射的光所經歷之極 化旋轉。從參考112或樣本111反射的光之s極化成分在耦 合進棱鏡501之前傳播穿過棱鏡507之表面508、棱鏡507之 表面509、λ/2波板506及法拉第旋轉器505。如前面之說 明，由於該法拉第效應係非互反的，因此該3極化在穿過 以上光學路徑後仍係定向於該S極化平面上。該s極化光在 φ 為光偵測器41 8所接收之前將從表面502反射，且然後從棱 鏡501之表面504反射，以及從極化分光器513之極化分光 塗層表面5 14反射。圖5F顯示一 S極化光束。圖5G說明該S 極化光束在穿過一 λ/2波板5 06後的旋轉。圖5Η說明該光束 在穿過法拉第旋轉器505後經歷的旋轉。最後，圖51說明 入射於極化相關分光器513上的S極化光束。 光沿參考臂104或樣本臂105而反射的Ρ極化成分亦將傳 播穿過λ/2波板506及法拉第旋轉器505而不改變極化。該ρ 極化成分從表面503反射，並在其為光偵測器4 1 7所接收之 99615.doc -22- 200532169 前穿過表面502、表面504及表面5 14。極化控制器308可能 係調整成在光學路徑106與416中產生相等的S極化與p極化 參考光以作極化分集偵測。然後，可在於光學信號處理單 元410中將該等二正交極化光束處理成一總體強度信號之 前，對該等二正交極化光束進行個別的解調變及處理。 在圖5A所示之具體實施例中，一隔離器（例如圖14中的 隔離器1401)包括棱鏡501，而極化相關光學元件（例如，圖 14中的極化相關光學元件14〇3)包括棱鏡5(H、法拉第旋轉 器505、λ/2波板506、棱鏡5〇7、分光器4〇4及極化相關分 光器5 1 3。

圖6說明依據本發明之一干涉儀之另一項具體實施例。 如圖6所示之干涉儀6〇〇可提高光學效率並藉由二光循環器 612及613而減少回授進入光源1〇1之光反射。光循環器 係疋位於參考臂1〇4中。光循環器612係定位於參考臂 中:圖6所示之干涉儀6〇〇類似於一傳統的Mach_z^nder干 "儀將來自光源10 1之光輸入線性極化器607。分光哭 60^刀曰離從極化器6〇7接收的線性極化光。如圖$所示，將 —▲々光α導引進樣本臂丨〇5，而將其餘部分的光1 _以導 /考煮1〇4。在某些具體實施例中，分光器602之分光 比率可能由該等光束路徑之相對效率決定。 在參考臂ΗΜ中，將光導引進循環器613之 後將從循環哭613之楚垾然 衣时613之一弟二埠退出的光導 再次將來自炎者〗1?夕g /可1丨2，並 I考112之反射光導引進循環器613之第二淳。 將1^出5亥循環器6 13的第三埴夕止、#丨、 一阜之光導引進極化控制器3〇8。 99615.doc -23- 200532169 將退出極化控制器308的光輸入分光器606。 同樣’首先將樣本臂1〇5中的光導引進循環器612之一第 一埠。將退出循環器612的一第二埠之光耦合至樣本m。 然後，將來自樣本111之反射光耦合回去進入循環器612之 第二埠。將退出該循環器612的第三埠之光導引進極化分 光器606。 然後，在分光器606中組合來自參考臂1〇4之光與來自樣 本臂105之光，並將該等光導引進光束路徑6〇8。光束路徑 608將光耦合進極化相關分光器6〇9。極化相關分光器6〇9 將該光束分成耦合進光束路徑61丨之一 s極化光束與耦合進 光束路徑610之一 P極化光束。在本發明之某些具體實施例 中，極化控制器308可能係調整成分別在光學路徑61丨與 6 10中產生相專強度的s極化與p極化參考光以作極化分集 偵測。 如圖6所示，在光偵測器612中偵測光束路徑611中的光 束強度，而在光偵測器613中偵測光束路徑61〇中的光束強 度。將產生於偵測器612及613中的電信號輸入光學信號處 理單元614。在某些具體實施例中，於偵測器613測量出的 p極化參考信號以及於偵測器612測量出的s極化干涉信號 在加…於光學#號處理單元614所輸出的總體干涉信號 中之前’受到個別的解調變及處理。 如圖6之進一步顯示，來自分光器6〇6的混合光之一部分 可能係耦合進光束路徑615並為偵測器61 6所偵測。然後， 可將來自偵測裔6 1 6之電輸出信號輸入功率監視器61 7。 99615.doc -24· 200532169 在圖6所示之具體實施例中，一隔離器（例如圖“中之隔 離器1401)包括循環器613與循環器612。進一步，極化相 關光學元件（例如圖14中的極化相關光學元件14〇3)包括線 性極化器607、分光器602、分光器6〇6及極化分光器6〇9。 圖7說明依據本發明之某些具體實施例之另一干涉儀 700。如圖7所示，來自光源1〇1之光首先藉由極化分光器 702之一極化分光器表面7〇3而極化。該s極化光從表面7们 反射，並可能被捨棄或用於功率監視。為使光損失最小 化，可能係部分極化的光源701可能旋轉以使得進入極化 分光器702的P極化光之光強度最大化。一法拉第旋轉器 704與一 λ/2波板705之配置可能使得該p極化光在其退出 λ/2波板705時保持Ρ極化。然後，該ρ極化光透射穿過極化 分光器706之極化分光器塗層表面707並係耦合進分光器 404。分光器404將光耦合進樣本臂i 〇5與參考臂1〇4，如上 面之論述。 從分光404反射的S極化光（其係從樣本丨丨丨與參考丨j 2 反射的s極化光之一組合）從極化分光器706之表面7〇7反射 進光學路徑712。來自分光器404之P極化光（其係從樣本 111與參考112反射的P極化光之一組合）係透射穿過極化分 光器706並藉由λ/2波板705與法拉第旋轉器7〇4之組合而旋 轉成S極化光。該S極化光將從極化分光器702之表面703反 射進光學路徑7 1 3。在偵測器714中偵測信號路徑712中的 光束’而在搞測器71 5中镇測信號路徑713中的光束。然 後’將來自光偵測器714與715之電信號耦合進光學信號處 99615.doc -25- 200532169 理單元。藉由光學#號處理單元41 〇，在該等二干涉信號 路徑，即包含樣本111的Ρ極化資訊之信號路徑7丨3與包含 樣本111的s極化資訊之光學路徑712加總成一總體強度信 號之前，對該等干涉信號路徑進行個別地接收、解調變及 處理。 如前面之論述，可經由光學路徑412而將從樣本lu與參 考112反射的少量光轉移至偵測器413。因此，功率監視器 414能監視來自參考臂1〇4與樣本臂105的全部反射光之強 •度。 在某些具體實施例中，例如，可藉由添加一功率監視裝 置來偵測反射出棱鏡702的S極化光，從而監視光源1 〇工本 身之功率。此一功率監視器不會受到來自樣本丨丨1之反射 光的影響。 在圖7所示之具體實施例中，一隔離器（例如，圖14之隔 離器1401)包括極化分光器7〇2、法拉第旋轉器7〇4λ/2及波 φ 板705。此外，極化相關光學元件（例如圖14中的極化相關 光學元件1403)包括極化分光器702、法拉第旋轉器7〇4、 λ/2波板705、極化分光器706及分光器404。 圖8說明一干涉儀800，其說明依據本發明之干涉儀之另 項具體貫把例。與圖5所示的干涉儀5 〇 〇之具體實施例相 比’干涉儀800中消除極化分光器513。來自光源ι〇1的光 進入棱鏡502並係藉由極化分光器塗層表面5〇3而極化分 割。該S極分光從表面5〇3反射，並因此被捨棄或用於功率 監視。該Ρ極化光傳播穿過極化分光器502之表面503，並 99615.doc -26 - 200532169 係藉由法拉第旋轉器505與λ/2波板506之組合而旋轉成為S 極化光。該S極化光從表面509(鏡或TIR)及棱鏡507之極化 分光器塗層表面508反射進入分光器404。如前面之論述， 分光器404將光分成樣本臂1〇5與參考臂104。如先前之論 述，分光器404之分光比率可能係設定成使得性能最佳 化0

從樣本臂105及參考臂104反射的組合S極化光傳播穿過 如上所述在棱鏡507中的反向路徑。χ/2波板506與法拉第 旋轉器505之組合並不改變從棱鏡507進入的s極化光之極 化方向，如先前之論述。因此，可將從棱鏡502的表面503 及504反射之S極化光耦合進光偵測器813。從樣本臂1〇5及 參考臂1 04反射的組合ρ極化光將沿與該s極化光不同之光 學路徑而傳播穿過該表面508、λ/2波板506及法拉第旋轉 器505，如圖8所示。然後，可將該ρ極化光耦合進光偵測 器814。因此，來自偵測器813之電信號816對應於來自樣 本111及參考104的S極化信號之強度，而來自偵測器814的 電#號81 5對應於來自該樣本111及參考丄〇4之ρ極化信號。 在光學信號處理單元410中，可在干涉信號815及816加總 以表示總+涉強度之前，料等信號進行個別白勺解調變及 處理。與前面一樣，可將極化控制器3〇8調整成提供如信 號815及816所指示之相等的光功率以用於極化分集偵測。 在圖8所示之具體實 1401)可包括棱鏡502、 施例中，一隔離器（例如，隔離器 法拉第旋轉器505及a/2波板506。 極化相關光學元件 進一步，極化相關光學元件（例如 99615.doc -27- 200532169 1403)包括棱鏡502、法拉筮斿絲口口 CAr /。丄， 左租弟奴轉态505、A/2波板506、棱 鏡507及分光器404。 圖9說日月依據本發明之某些具體實施例之另—干涉儀 900。干涉儀900與干涉儀8〇〇類似，其法拉第旋轉器9〇5、 又/2波板506、棱鏡502具有類似配置。但是，在干涉儀9〇〇 中，棱鏡910之定向致使p極化光透射穿過棱鏡5〇2、法拉 第旋轉器905及A/2波板506而不改變極化。法拉第旋轉器 905之磁場與法拉第旋轉器5〇5之磁場方向相反。來自樣本 臂105或芩考臂104之S極化組件將從棱鏡5〇2反射進入偵測 器813。該等P極化組件將傳播穿過該入射光束路徑而進入 偵測器814。所有其他操作皆與前述操作相同。 在圖9所示之具體實施例中，一隔離器（例如，隔離器 1401)包括棱鏡502、法拉第旋轉器9〇5及λ/2波板5〇6。進 一步’ 一極化相關光學元件（例如，極化相關光學元件 1403)包括棱鏡502、法拉第旋轉器905、λ/2波板506、棱 鏡910及分光器404。 圖10顯示干涉儀1〇〇〇之一項具體實施例，其係依據本發 明之某些具體實施例之干涉儀之另一項具體實施例。干涉 儀1000類似於圖8及9所示的干涉儀之具體實施例，但其具 有一對稱的光學配置。光源1〇1之!>極化成分透射穿過該棱 鏡1002、法拉第旋轉器905、λ/2波板506及棱鏡1005進入 分光器404。在該反射路徑中，該s極化成分將從棱鏡1005 反射進入光學路徑1007。該Ρ極化成分將藉由λ/2波板506 及法拉第旋轉器905而旋轉成S極化光，並受棱鏡1002反射 99615.doc -28- 200532169 而進入光學路徑1008。再次，藉由偵測器1〇〇9而偵測光束 路徑1007中的光束’而在積測器1010中偵測光束路徑丨❽⑽ 中的光束。然後，光信號處理單元410再次接收一對應於 . 從樣本111反射的P極化光之化號以及一對應於從樣本1 u 反射的S極化光之信號。 在圖10所示之具體實施例中，一隔離器（例如，隔離器 1401)可包括棱鏡1002、法拉第旋轉器9〇5及λ/2波板5〇6。 φ 進一步’一極化相關光學元件（例如，極化相關光學元件 1403)可包括棱鏡1〇〇2、法拉第旋轉器9〇5、波板5〇6、棱 鏡1005及分光器404。 圖11說明可替代低相干性光源101 (例如，在圖4、5Α、 6、7、8、9及10所說明的本發明之具體實施例中所示之光 源）之一光源1100。光源1100採用一相干性光源丨丨〇丨，例 如一雷射。可藉由掃描一掃描器11〇2(其包括一光柵1〇〇5 與反射器1106)並從一光學鏡11〇6反射該光，而在於一整 φ 個寬波長範圍快速掃掠該相干性光源之波長。如圖11所 示，來自雷射器1101之光束在入射於光柵11〇5上之前，可 在準直儀1103中得到校準並成形或聚焦於透鏡系統丨丨〇4 中。熱習此項技術者將認識到本發明之具體實施例中可使 用波長快速掃掠光源11 〇〇之若干組態。可將該光源丨丨〇〇耦 合至干涉儀之任何具體實施例，包括圖4至丨4中所揭示之 具體實施例。在此類具體實施例中，參考丨i 2不一定包括 一光學延遲。 圖12顯不干涉儀12〇〇之一項具體實施例，其係依據本發 99615.doc -29- 200532169 明之干涉儀之另一項具體實施例。干涉儀丨200可採用一低 相干性光源101，或在某些具體實施例中可採用諸如圖1 1 所說明之一光源。首先藉由準直器1202來校準該光，而然 - 後藉由一線性極化器1203來極化該光。極化器1203之定向 (再加上一極化分光器1204)可將該光分成一介於s與p之間 的特定比率。該S極化光束受到極化分光器12〇4之反射並 牙過一四分之一波板1209而該光軸與該光束傳播方向成45 φ 度。一旦穿過四分之一波板1209，該光束即變成循環極 化。一旦受到該鏡1210之反射，該光束便改變偏手性（例 如’ 一反時針循環極化光束變成一順時針循環極化光 束）。弟一次自鏡1210之方向穿過四分之一波板1209使得 該光束變成P極化。 原始的P極化光束透射穿過極化分光器1204 ,藉由四分 之一波板1205而循環極化，並受回反射光學裝配件Hog之 反射而作為一 S極化光束經由一類似的光學組態回到極化 φ 分光器1204，並以s極化而返回該極化分光器1204。如圖 12所示’回反射光學裝配件1208可包括一透鏡12〇6與一凹 面鏡1207或僅一三角稜鏡。該等二光束，即從鏡121〇反射 之一 f極化光束與從回反射光學裝配件12 〇 8反射之一 s極化 光束’係藉由極化分光器1204而組合並係耦合進方向與該 光軸成45度之一線性極化器1211。該光束將藉由透鏡丨2 j 3 而聚焦進一光學分光器121 5之光源臂1214。然後該光束便 耦合進樣本臂12 16並耦合至樣本11丨上。從樣本1丨丨反射之 光束將反射進偵測器臂1217，其中，可藉由一偵測器來伯 99615.doc -30- 200532169 測其強度並將所產生的電信號輸入至一光學信號處理器。 为光裔12 1 5可能係製成為具有一大塊光學元件以致在某 些具體實施例中不需要該聚焦透鏡1213。藉由改變回反射 裝配件1208之位置，可測量一光學距離。此外，若將一橫 向掃描機構整合進該光束之樣本臂1216，則可獲取該樣本 之一斷面影像。由於每一極化類型之光束分別受到來自樣 本111之兩表面干涉，因此該測量對該樣本之運動不敏 _ 感。同樣，由於該信號係二極化類型之和，因此該信號強 度對該干涉儀中的極化變化不敏感。 在圖12所示之具體實施例中，一隔離器（例如，來自圖 14之隔離态14〇 1)包括極化器12〇3、極化分光器12〇4以及 四分之一波板1209及1204。進一步，極化相關光學元件 (例如’極化相關光學元件14〇3)包括極化器12〇3、極化分 光器1204、四分之一波板12〇9及線性極化器1211。 圖13說明一干涉儀13〇〇，其係使用平衡偵測來減少來自 • 光源ι〇1的雜訊之本發明之另一項具體實施例。進一步， 在此項具體實施例中，一光學信號處理器輸出之信號可能 與該系統中的極化狀態變化與樣本u丨之樣本組織無關。 干涉儀1300可將一低相干性光源用作光源1〇1或諸如圖u 所示之一光源。該光進入循環器丨3丨丨之埠丨而於循環器 13 11之埠2退出。藉由極化分光器丨3丨2而極化來自循環器 13 11之光束。该S極化光從極化分光器13 12退出，而在某 些具體實施例中，可用於功率監視。然後，將來自極化分 光器13 12之P極化光耦合進纖維分光器1313，纖維分光器 99615.doc -31 - 200532169 1313將光耦合進樣本臂1〇5與參考臂ι〇4。在某些具體實施 例:、1.#刀光$丨3丨3可將該光均等地搞合進樣本臂1 及參考臂104。來自樣本⑴及參考112之反射光為分光器 13 13所接收。在某些具體實施例中，反射回進分光器η u 的光之一半將係耦合至偵測器1316。該反射光之另—半係 m錄化分光器1312時叙合進極化分光器⑶2以依 據光的極化狀態而在偵測器1314與偵測器1315之間分離。 在圖13所示之具體實施例中，一隔離器（例如隔離写 剛）包括循環器1311。此外，一極化相關光學元件（例 如，極化相關光學元件1403)包括極化分光器1312與分光 器 1313。 若干涉儀1 300係按以下條件而配置·· 1)從樣本111反射回的光之強度遠小於從參考112反射的 光；

2) 參考臂1G4中的極化控制器烟係調整成使得傾測器 1314及偵測器1315從參考臂104接收相同的光強度； 3) 循環器1311、極化分光器咖及分光器叫中光輕射 實質上無任何過多損失m貞測器1316(偵測器〇從 參考臂104接收之光功率等於_器i 3 i 4(偵測^ A)與谓測 器1315(m、B)從參考臂1()4接收的光功率之和；以及 句所有㈣器對光強度之回應度實f上皆相同；由此， 可對每-㈣器上的光作如下處理：她1314及娜 1 3 15所產生的光電流可表示如下： cos⑷ 99615.doc -32 - 200532169 Ια °°Κ\~4Ρκ + .sin⑹ 其中，R係光偵測器之回應度，Pr係從參考臂1〇4反射回來 的光功率，ps係從取樣臂1〇5反射回來的光功率，而$係來 自樣本臂1 05的光之極化相位。偵測器c丨3丨6中的光電流 可表示如下： 可使用以下等式： 修 Il‘ - 2 (Ij4+Ib ~ ) = 2 * ^ - ^ * (cos(^) + sin(^)) 八一八-’5 = 了 · Λ. ^Pr Ps · (cos⑷一 sin⑷） 如以上等式所示，匕與匕亦係二直立性極化模式。若分別 解調變該些二信號，則可獲得以下與極化無關的樣本功率 信號。 人+’、，2 =i.及2 ·巧乃 其與極化狀態0無關。應注意，上面等式中出現的表達式

Iu及Iv表示耦合至偵測器1314、1315及1316之一光學信號 處理w 410之輸出k號’其不具有任何直流成分，因此I。與

Iv不存在來自光源的任何多餘強度雜訊。此點表示上面所 論述的偵測及信號處理方法之敏感性僅受散粒雜訊之限 制。 热習此項技術者將基於對本文所揭示的說明書與本發明 貫施之考慮而明白本發明之其他具體實施例。希望僅將該 說明書及範例視為範例性’而由以下申請專利範圍來指示 本發明之真實範疇及精神。 99615.doc -33- 200532169 【圖式簡單說明】 圖1說明具有—Michaels⑽ 干性干涉儀。 /儀組恶之一傳統的低相 圖2說明一在該光源臂中具 m rb a k 先楯裱器而在該偵測器 ’中具有-平㈣測器之傳統的低相干性干涉儀。 ^ ^ „ ,b, ^ „ ,b t, 隼接=。时#儀的光源而在該mi中具有—極化分 集接收為之另一低相干性干涉儀。 圖4 5兒明依據本發明某 /、貫施例之一干涉儀之一 項具體貫轭例，其在該光源臂中 原#中具有一光循環器與極化分 光益而在該干涉儀中具有極化分集偵測器。 圖5A至51說明圖4所示干涉儀之具體實施例之 施方案。 只 圖6說明依據本發明之一 +、、牛 "^ ^干涉儀之一項具體實施例，其 在樣本與參考臂中皆具有光 /、

^ 白，、令尤循娘态並具有極化分集偵測 器0 时圖7說明依據本發明具有二極化分光器、—法拉第旋轉 器及一波板之一干涉儀之一項具體實施例。 圖8說明依據本發明具有棱鏡、一法拉第旋轉器及_波 板之一干涉儀之一項具體實施例。 圖9說明依據本發明具有棱鏡、一法拉第旋轉器及一波 板之一干涉儀之一項具體實施例。 圖10說明依據本發明具有對稱配置的棱鏡、一法拉第旋 轉裔及一波板之一干涉儀之一項具體實施例。 99615.doc -34- 200532169 圖11說明依據本發明之某些具體實施例可用在一干涉儀 中之一波長快速掃掠光源之一項具體實施例。 圖12說明依據本發明對極化狀態不敏感且對該樣本的運 動不敏感之一雙光束干涉儀之一項具體實施例。 圖13說明依據本發明之一干涉儀之一項具體實施例。 圖14說明依據本發明之一干涉儀之具體實施例之多方 面。 在鑪等圖式中，只要方便，指定為相同的元件便具有相 同或類似的功能。 【主要元件符號說明】 1 光循環器402之埠/循環器1311之璋 2 光循環器402之埠/德環器丨^丨丨之埠 100 相干性干涉儀 101 低相干性光源 102 分光器 103 光源臂 104 參考臂 105 樣本臂 106 信號臂/光束路徑/偵測器臂 107 偵測器 110 光學信號處理單元 111 樣本 112 參考 200 干涉儀 99615.doc -35- 200532169

202 光循環器 203 路徑 205 光束路徑 207 偵測器 208 差動放大器 300 干涉儀系統 305 極化分光器 306 傳輸臂/光束路徑 307 傳輸臂/光束路徑 308 極化控制器 310 光偵測器 311 光偵測器 400 干涉儀 402 光循環器 403 極化相關分光器 404 光學分光器（或耦合器） 405 光源臂 410 光學信號處理單元 412 光學路徑 413 偵測器 414 功率監視器 416 路徑 417 光偵測器 418 光偵測器 99615.doc -36- 200532169 420 500 501 502 503 504 505 Φ 506 507 508 509 513 514

521 522 602 606 607 608 609 610 611 612 光束路徑/光源臂 干涉儀 棱鏡 極化分光器塗層表面 鏡或較佳的全内反射（TIR)表面/極化分 光器塗層表面 表面 法拉第旋轉器 λ/2波板 棱鏡 極化分光器塗層表面/棱鏡507之表面 表面 極化相關分光器 表面 S極化光束 Ρ極化光束 分光器 極化分光器 極化器 光束路徑 極化相關分光器 光束路徑 光束路徑 光循環器 99615.doc -37- 200532169

613 光循環器 614 光學信號處理單元 615 光束路徑 616 偵測器 617 功率監視器 700 干涉儀 701 光源 702 極化分光器 703 極化分光器表面 704 法拉第旋轉器 705 λ / 2波板 706 極化分光器 707 極化分光器塗層表面 712 信號路徑 713 光學路徑 714 偵測器 715 偵測器 800 干涉儀 813 偵測器 814 偵測器 815 信號 816 信號 900 干涉儀 905 法拉第旋轉器 99615.doc -38 - 200532169

910 棱鏡 1000 干涉儀 1002 棱鏡 1005 棱鏡 1005 光柵 1007 光學路徑 1008 光學路徑 1009 偵測器 1010 偵測器 1100 光源 1101 相干性光源 1102 掃描器 1103 準直器 1104 透鏡糸統 1106 反射器/光學鏡 1200 干涉儀 1202 準直器 1203 線性極化器 1204 極化分光器 1205 四分之一波板 1206 透鏡 1207 凹面鏡 1208 回反射光學裝配件 1209 四分之一波板 99615.doc -39- 200532169

1210 鏡 1211 線性極化器 1213 透鏡 1214 光源臂 1215 光學分光器 1216 樣本臂 1217 偵測器臂 1300 干涉儀 1311 循環器 1312 極化分光器 1313 纖維分光器 1314 偵測器A 1315 偵測器B 1316 偵測器C 1401 光隔離器 1402 樣本掃描光 1403 極化相關光 1404 偵測器 學元件/二維橫向掃描機構 學元件 99615.doc 40-

Claims (1)

1. 200532169 十、申請專利範圍： 1 · 一種干涉儀，其包含： 一光源； 一隔離器，其耦合至該光源； 極化相關光學元件，其耦合至該隔離器； 一參考臂，其耦合至該極化相關光學元件； 樣本臂’其|馬合至該極化相關光學元件；以及 一或多個光學偵測器，其耦合至該極化相關光學元 件， 其中，該極化相關光學元件將光耦合進該參考臂及該 樣本臂，接收來自該參考臂與該樣本臂之反射光，並向 该或該等一或多個光偵測器提供光以使得可在耦合於該 或該等一或多個光偵測器之一光學信號處理單元中形成 一極化相關光學信號，以及 其中’該隔離器阻擋來自該參考臂及該樣本臂之反射 光進入該光源。 2.=請求項丨之干涉儀，其進一步包括一耦合成接收光並 提供一功率信號之功率監視器。 3·如睛求項1之干涉儀，其中該隔離器包含一耦合成從一 第一埠中的該光源接收光之循環器。 4·如睛求項3之干涉儀，其中該極化相關光學元件包含： 極化相關分光器’其麵合成接收來自該循環器的一 第一埠之光，該極化分光器提供一第一極化之光，接收 從邊樣本臂及該參考臂反射之光，並依據極化而向該或 99615.doc 200532169 "亥寺或多個光積測器之一第一债測器以及向該循環器 之該第二埠提供光；以及 刀光裔’其耦合成接收來自該極化分光器的該第一 極化之該光，該分光器將該第一極化之該光耦合進該參 考臂及該樣本臂並將來自該參考臂及該樣本臂之反射光 搞合回進該極化相關分光器， 其中該循環器透過一第三埠向該或該等一或多個光偵 $ 測器之一第二偵測器提供光。 5_如請求項丨之干涉儀，其中該隔離器包含一分光器，該 分光器接收來自光源之光並於一第一極化提供一第一光 束而於一第二極化提供一第二光束。 6·如請求項5之干涉儀，其中該隔離器進一步包括一法拉 第方疋轉裔與一半波板，該法拉第旋轉器將該第一光束與 該第=光束之該極化旋轉約45度，而該半波板進一步旋 轉該第一光束與該第二光束之該極化。 _ 7·如請求項5之干涉儀，其中該極化相關光學元件包含： -法拉第旋轉器，其_合成接收該第_光束與該第二 光束； -波板’其耦合至該法拉第旋轉器，其中該第一光束 之該極化係旋轉成該第二極化，而該第二光束之該極化 係旋轉成該第一極化； 波板之該第一光束及該 二光束組合；以及 该分光器向該參考臂及 一棱鏡，其耦合成接收來自該 第二光束並將該第一光束與該第 一分光益’其耦合至該棱鏡， 99615.doc 200532169 該樣本臂提供光並接收來自該參考臂及該樣本臂之反射 光。 其中’藉由該棱鏡中的極化將該反射光分成分離的光 束’該等分離光束中每一光束之該極化係藉由該波板及 該法拉第旋轉器而旋轉，而且該分光器重新組合該等分 離光束， 並將一組合光束搞合至一第二極化分光器 其中該第二極化分光器依據極化而分離該等光束並係 耦合至該或該等一或多個光偵測器。 8·如請求項1之干涉儀，其中該隔離器包含·· 一第一循環器，其耦合進該參考臂；以及 一第二循環器，其耦合進該樣本臂。 9·如請求項8之干涉儀，其中該極化相關光學元件包含： 一線性極化器，其耦合成接收並極化來自該光源之 第刀光器，其耦合成接收來自該線性極化器之該 極化光，並向該參考臂中的該第 該樣本臂中的該第二循環器之一 一循環器之一第一埠及

   束；以及 一極化相關分光器， 其耦合成接收該組合光束並向該 99615.doc 200532169 或該等一或多個光學偵測器提供一第一極化之一第一光 束與一第二極化之一第二光束。 10·如凊求項1之干涉儀，其中該隔離器包含一極化相關分 亥極化相關为光裔麵合成接收來自該光源之光並 長:供一第一極化之一光束。 11 ·如请求項10之干涉儀，其中該隔離器進一步包括一法拉 第旋轉器與一半波板，該半波板接收並旋轉該第一極化 之該光束之該極化。 12·如請求項10之干涉儀，其中該極化相關光學元件包含： 一法拉第旋轉器與一波板，其耦合成接收該第一極化 之該光束並輸出該第一極化之該光束； 一第二極化分光器，其耦合成從法拉第旋轉器及該波 板接收該第一極化之該光束並透射該第一極化之該光 束；以及 一分光斋，其耦合成從該第二極化分光器接收該第一 極化之該光束，耦合該樣本臂與該參考臂中該第一極化 之該光束，接收來自該樣本臂與該參考臂之一反射光 束，並將來自該樣本臂與該參考臂之該反射光束組合成 一組合反射光束， 其中，藉由該第二極化分光器將該組合反射光束分成 該第一極化之一組合反射光束與一第二極化之一組合反 射光束，該第二極化之該組合反射光束係耦合至該或該 等一或多個光偵測器中之一光偵測器，以及 其中，該第一極化之該組合反射光束係藉由該法拉第 99615.doc -4- 200532169 旋轉器及該波板而極化旋轉為該第二極化並係藉由該極 化分光器而耦合進該或該等一或多個光偵測器中的另一 光偵測器。 13·如請求項丨〇之干涉儀，其中該極化相關光學元件包含： 一法拉第旋轉器及波板，其耦合成接收該第一極化之 該第一光束並將該極化旋轉為一第二極化； 一第二棱鏡，其耦合成從該法拉第旋轉器及波板接收 該第二極化之該光束； 一分光器，其耦合成從該第二棱鏡接收該第二極化之 該光束，將光耦合進該參考臂及該樣本臂，從該樣本臂 及該參考臂接收一反射光束，並提供一組合反射光束， 其中該組合反射光束係藉由該第二棱鏡中的極化而分 成該第一極化之一第一反射光束與該第二極化之一第二 反射光束， 其中該法拉第旋轉器及波板將該第二極化之第二反射 光束之該極化旋轉成該第一極化，以及 其中該極化相關分光器將該第二反射光束耦合進該或 該等一或多個光偵測器。 14·如請求項13之干涉儀，其進一步包括—麵合至該分光器 之功率監視器。 15·如請求項1〇之干涉儀，其中該極化相關光學元件包含·· 二7法拉第旋轉器及波板，其耦合成接收該第一極化之 °亥第光束並透射該第一極化之該第一光束，· -第二棱鏡，其耦合成從該法拉第旋轉器及波板接收 99615.doc 200532169 該第一極化之該第一光束； 一分光裔，其耦合成從該第二棱鏡接收該第一極化之 該光第一光束，將光耦合進該參考臂及該樣本臂，從該 樣本臂及該爹考臂接收一反射光束，並提供一組合反射 光束， 其中該組合反射光束係藉由該第二棱鏡中的極化而分 成該第一極化之一第一反射光束與該第二極化之一第二 反射光束， 其中該法拉第旋轉器及波板透射該第一極化之該第一 反射光束，以及 其中該極化相關分光器將該第一反射光束耦合進該或 該等一或多個光偵測器。 16·如請求項15之干涉儀，其中該第二棱鏡將該第二極化之 Τ»亥第一反射光束搞合進該或該等一或多個偵測器。 17·如請求項15之干涉儀，其進一步包括一耦合至該分光器 之功率監視器。 1 8·如請求項10之干涉儀，其中該極化相關分光器係一棱 鏡。 19.如請求項10之干涉儀，其中極化相關光學元件包含： 一線性極化器，其耦合於該極化相關分光器與該光源 之間，忒線性極化器藉由一第一極化與一第二極化而提 供一光束； 一四分之一波板，其耦合成從該極化相關分光器接收 該第二極化之光， 99615.doc 200532169 一鏡’其耦合成接收來自該四分之一波板的光並經由 該四分之一波板將光反射回去以向該極化相關分光器提 供該第一極化之光， 一第二四分之一波板，其耦合成從該極化相關分光器 接收該第一極化之光，並向該參考臂提供循環極化的 光，其中來自該參考臂之反射光係該極化相關分光器處 該第二極化之光； 一線性極化為，其定向為傳遞來自該第一極化與該第 二極化的光之一相等部分耦合成接收來自該極化相關分 光恭之一組合光束，該組合光束包括從該鏡反射之光與 從該參考臂反射之光；以及 一分光裔，其耦合成接收來自該線性極化器之光並向 該樣本臂提供光，其中來自該樣本臂之反射光係藉由該 分光器而耦合進該或該等一或多個偵測器。 20·如請求項3之干涉儀，其中該極化相關光學元件包含： 極化相關分光器，其耦合成從該循環器之一第二部 分接收光，該極化相關分光器提供一第一光束； 一分光器，其搞合成接收該第一光束，以向該參考臂 及該樣本臂提供光，並接㈣自該參考臂及該樣本臂之 一反射光束， 、其中該反射光束之-第一部分係藉由該分光器而輕合 進該或該等一或多個光偵測器，而該反射光束之一第二 部分係藉由該分光器而耦合進該極化相關分光器， 其中，關於-第-極化之該第二部分係輕合進該循環 99615.doc 200532169 器之該第二珲，該循環器之該第三埠係麵合至該或該等 一或多個光偵測器，以及 其中關於-第二極化之該第二部分係藉由該極化相關 分光器而耦合進該或該等一或多個光偵測器。 21· —種實行一干涉儀測試之方法，其包含： 從一光源提供光； 將來自該光源之光耦合至一參考臂及一樣本臂； 接收來自該參考臂與該樣本臂之反射光； 將該光源與來自該樣本臂之該反射光與來自該參考臂 之該反射光隔離；以及 將泫反射光導向一偵測系統， 其中κ貞測系統能夠提供一極化無關信號。

   如晴求項21之方法，其中將來自該光源之光麵合至一參 考臂及-樣本臂包括將來自該光源之光分成—第一極化 之光與一第一極化之光，並向該樣本臂及該參考臂提供 一第一極化之光。 23. 24. 士口月求項2 1之方法’其中接收來自該參考臂與該樣本臂 之反射光包括組合來自該參考臂與該樣本臂之反射光。 士月求頁21之方法’其中將該反射光導向該伯測系統包 括將來自該樣本臂與該參考臂之反射光分成一第一極化 之光與第一極化之光，並將該第一極化之該光耦合進 第一偵測斋，而將該第二極化之該光耦合於該第二偵 測器内。 ' 25.如明求項21之方法，其中將該光源與該反射光隔離包括 99615.doc 200532169 在該光源與該樣本臂及該參考臂之間提供至少 器0 2 6. —種干涉儀，其包含： 一光源； <裒时其具有耦合成接收來自該光源的光之一第 -埠’該循環器將來自該第一埠之光導向一第二埠並將

   該光從該第二埠導向—第三蟑，該循環器之該第三蜂係 岸禺合至一第一偵測器； 極化相關分光器，其耦合成接收來自該循環器之該 第二埠的光，該極化相關分光器透射一第一極化之光， 孩極化相關分光器亦將該第一極化之反射光耦合進該循 環器之該第二埠而將一第二極化之反射光耦合進一第二 偵測器； 一分光器，其耦合成接收該第一極化之光並將該第一 極化之該光耦合進一樣本臂及一參考臂，該分光器進一 步將來自該樣本臂與該參考臂之反射光耦合至該極化相 關分光器並耦合至一第三偵測器。 27·如請求項26之干涉儀，其中來自該參考臂之反射光係均 分於該第一偵測器與該第二偵測器之間。 28. —種干涉法，其包含·· 將來自一光源之光耦合進一循環器之一第一埠； 將來自該循環器之一第二埠的光分成一第一極化之光 與一第二極化之光； 將該第一極化之該光_合進一樣本臂與一參考臂，· 996J5.doc 200532169 將來自該樣本臂與該參考臂的反射光之一部分耦合進 一第三偵測器。 口 將來自該樣本臂與該參考臂之反射光分成該第一極化 之反射光與該第二極化之反射光； 透過該循環器之該第二埠與一第三蜂而將該第一極化 之該反射光耦合至一第一偵測器； 將該第二極化之該反射光耦合至一第二偵測器；以及 /據來自該第一偵測器、該第二偵測器及該第三摘測 器之信號而產生一極化無關信號。 、 29.如請求項28之方法，其中該極化無關信號不存在光源雜 訊0 30.^^項28方法，其中從該參考臂反射的光係均分於 “二偵測器與該等第一偵測器及第二偵測器之間。 3 1 · —種干涉儀，其包含： 產生構件，其用以產生一光束； 耦口構件，其用以將該光束輕合進一樣本臂及一參考 臂； 欠構件’其用以接收來自該樣本臂與該參考臂之反 :離構件’其心將用以產生—光束之該構件與該反 射光隔離；以及 ;生構件，其用以產生與一從該樣本臂反射的光與從 忒參考臂反射的光之組合有關之一極化無關信號。 99615.doc -10-