TWI259902B - Double-pass optical spectrum measuring apparatus and method of eliminating polarization dependence for the same - Google Patents

Description

1259902 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種雙通型光譜量測裝置及其極化相關性 之消除方法，特別係關於一種可消除極化相關性之雙通型 光譜量測裝置及其極化相關性之消除方法。 【先前技術】 圖1顯示分光元件之靈敏度與波長之關係圖，其中曲線12 係平行極化光之關係曲線，而曲線14則為垂直極化光之關 係曲線。如圖1所示，繞射光栅等分光元件的靈敏度係隨著 入射光之波長及極化方向而改變。由於光譜量測裝置使用 了許多分光元件，因此量測具有極化特性之光束（例如雷射） 的光譜時，必須消除或減低因光束之極化方向改變所造成 的影響。 美國專利US 6，166,805號揭示一種雙通型單光儀，其可提 高解析度並減少體積，但無法消除前述之極化相關性。另， 美國專利US 5,233,4G5號揭示-種具有雙通型單光儀之光 。曰刀析I置，其係藉由將通過繞射光栅之繞射光通過一半 波片（half-wave plate)一次以將其相位延遲卯度，再進行分 光以消除極化相關性。然而，此一設計之效率較差，且降 低了靈敏度。 【發明内容】 本毛明之主要目的係提供一種消除極化相關性之雙通型 光譜量測裝置及其極化相關性之消除方法。 :、、、達成上述目的，本發明揭示一種消除極化相關性之雙 PD0084.doc 1259902 通型光譜量測裝置及其極化相關性之消除方法。該光譜量 測裝置包含一可產生一光束之光源、一可準直該光束：第 一鏡片、一設置於該光源與該第一鏡片間之雙向光束分離 疋件、一可將該光束分離成不同波長之子光束之波長分離 元件、一設置於該子光束之光路上的極化相位延遲元件、 一可反射該子光束之光束反射元件以及一光偵測器。該波 長分離元件可為一繞射光栅，而該極化相位延遲元件可為 一消色差1 /4相位延遲波片或丨/4相位延遲波片，其可調整該 子光束之極化方向。本發明係藉由將該子光束通過該極化 相位延遲元件兩次以將其極化方向旋轉9〇度。如此，該子 光束將分別以水平極化方向及垂直極化方向通過該波長分 離元件各一次，因而可消除該波長分離元件之極化相關性。 【實施方式】 圖2例示本發明第一實施例之雙通型光譜量測裝置4〇。該 光譜量測裝置40包含一可產生一光束52之光源5〇、一可準 直忒光束52之第一鏡片60、一設置於該光源5〇與該第一鏡 片60間之雙向光束分離元件7〇、一可將該光束52分離成不 同波長之子光束82之波長分離元件8〇、一設置於該子光束 82之光路上的極化相位延遲元件9〇、一可反射該子光束82 之光束反射元件92以及一光偵測器72。該波長分離元件8〇 可為一繞射光栅。 該光譜量測裝置40另包含一設置於該光源50與該波長分 離兀件80間之光束限制元件54、一設置於該波長分離元件 80與該光束反射元件92間之第二鏡片84、一設置於該第二 PD0084.doc -6- 1259902 鏡片8 4與該光束反射元件9 2間之波長選擇元件8 6以及一設 置於s亥波長远擇元件86與該光束反射元件92間之第三鏡片 88。該光束限制元件54可為-針孔或_光纖連接器。該雙 向光束分離元件70係-分光鏡，其容許來自該光源5〇之光 束52通過，並將來自該波長分離元件8〇之子光㈣導向該 光偵測器72。 該極化相位延遲元件90係一 1/4相位延遲波片或消 1/4相位延遲波片1以調整該子光㈣之極化方向。特而 言之，該極化相位延遲元件9〇係設置於該第三鏡片Μ與該 光束反射元件92之間。該第—鏡片6Q可為消色差二合鏡 片’用以準直來自該光源50之光束52以及聚焦來自該波長 分離兀件80之子光束82。該第二鏡片84亦可為消色差二合 鏡片，用以聚焦來自該波長分離元件8〇之子光束以以及準 直經由該光束反射元件92反射之子光束82。 該波長選擇元件86可為—光狹縫，其僅容許—預定波長 之子光束82通過。該第二鏡片84可將來自該波長分離元件 8〇之不同波長之子光束82聚焦於該波長選擇元件％之不同 y軸位置上’因此在y軸上移動該波長選擇元件％即可使不 同波長之子光束82通過而照射於該光束反射元件92。該第 三鏡片88亦為消色差二合鏡片’用以準直來自該波長選擇 兀件86之子光束82以及聚焦經由該光束反射元件％反射之 子光束82。 圖^系本發明雙通型光譜量測裝置40之運作示意圖，其中 上半代表人射路徑’而下半部代表反射路徑。如圖3 PD0084.doc 1259902 所示，一光束42係以垂直之極化方向入射至該波長分離元 件80，通過該極化相位延遲元件9〇並經由該光束反射元件 92反射後’沿著原光路再一次通該極化相位延遲元件。 該光束42通過該極化相位延遲元件9〇兩次導致其極化方向 旋轉90度，亦即由垂直方向轉變為水平方向。同理，若該 光束42係以水平極化方向入射，通過極化相位延遲元件9〇 兩-人後，其極化方向亦旋轉9〇度，亦即由水平方向轉變為 垂直方向。 該波長分離元件80對垂直與水平極化方向有不同的繞射 效率。然而，任何光束均可分解為垂直及水平兩個分量， 且任一分量均分別以垂直極化方向及水平極化方向各通過 该波長分離元件80一次。因此，該波長分離元件8〇整體上 對任何光束之繞射效率均相同，並不會影響該光束42之強 度。亦即，本發明藉由將該光束42分別以水平極化方向及 垂直極化方向通過該波長分離元件8〇各一次，以消除該波 長分離元件80之極化相關性。 圖4例示本發明第二貫施例之雙通型光譜量測裝置1 〇〇。 相較於圖2之雙通型光譜量測裝置4〇，圖4之雙通型光譜量 測裝置100將該極化相位延遲元件9〇設置於該波長分離元 件80與該第二鏡片84之間，且其雙向光束分離元件7〇係使 用一光環流器（CirCulator)以將反射之子光束82導向該光偵 測器72。 圖5及圖6例示本發明第三實施例之雙通型光譜量測裝置 120。相較於圖2之雙通型光譜量測裝置仙，圖5之雙通型光 PD0084.doc 1259902 譜量測裝置120之雙向光束分離元件7〇係使用一多端接頭 (multi-terminal ferrule)以將入射之光束52導向該波長分離元件 8 0以及將反射之子光束8 2導向該光j貞測器7 2。參照圖6，入 射之光束52偏離一光軸142—正向物高（+h)，經過該波長分 離元件80繞射二次之子光束82成像於偏離光軸142 —負向 物高（-h)。如此，反射之子光束82即可由該多端接頭耦合至 該光偵測器72，如圖6所示。 圖7例示本發明第四實施例之雙通型光譜量測裝置丨6〇。 相較於圖2之雙通型光譜量測裝置40之第一鏡片6〇及第二 鏡片84使用消色差二合鏡片，圖7之雙通型光譜量測裝置 160之第一鏡片60及第二鏡片84係使用拋物面鏡。特而言 之’該雙通型光譜量測裝置160係採用反射式架構。 本^明之技術内谷及技術特點已揭示如上，然而熟乘本 項技術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不 背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍 應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之 替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。 【圖式簡單說明】 圖1顯示分光元件之靈敏度與波長之關係圖； 圖2例示本發明第一實施例之雙通型光譜量測裝置· 圖3係本發明雙通型光譜量測裝置之運作示意圖·， 圖4例示本發明第二實施例之雙通型光譜量測裝置； 圖5及圖6例示本發明第三實施例之雙通型光譜量測穿 置；以及 & PD0084.d〇( 1259902 圖7例示本發明第四實施例之雙通型光譜量測裝置。 【主要元件符號說明】 12 曲線 14 曲線 40 雙通型光譜量測裝置 42 光束 50 光源 52 光束 54 光束限制元件 60 第一鏡片 70 雙向光束分離元件 72 光摘測器 80 波長分離元件 82 子光束 84 第二鏡片 86 波長選擇元件 88 第三鏡片 90 極化相位延遲元件 92 光束反射元件 100 雙通型光譜量測裝置 120 雙通型光譜量測裝置 142 光軸 160 雙通型光譜量測裝置 PD0084.doc 10-

Claims (1)

1259902 十、申請專利範圍： 1. 一種雙通型光譜量測裝置，包含： 一光源，可產生一光束； 一第一鏡片，可準直該光束； 一雙向光束分離元件，設置於該光源與該第一鏡片之 間； 一波長分離元件，可將該光束分離成不同波長之子光 束； 一極化相位延遲元件，設置於該子光束之光路上，可 調整該子光束之極化角度；以及 一光束反射元件，可反射該子光束。 2. 根據請求項1之雙通型光譜量測裝置，其中該極化相位延 遲元件係一 1 / 4相位延遲波片。 3 ·根據請求項1之雙通型光譜量測裝置，其中該極化相位延 遲元件係一消色差1/4相位延遲波片。 4.根據請求項1之雙通型光譜量測裝置，其中該波長分離元 件係一繞射光栅。 5·根據請求項1之雙通型光譜量測裝置，其另包含一設置於 該波長分離元件與該光束反射元件間之第二鏡片，可令 焦來自該波長分離元件之子光束。 6.根據請求項5之雙通型光譜量測裝置，其中該極化相位延 遲元件係設置於該波長分離元件與該第二鏡片之間。 7·根據請求項5之雙通型光譜量測袭置，其中該第一鏡片及 該第二鏡片係消色差二合鏡片。 PD0084.doc 1259902 •根據請求項5之雙通型光譜量測裝置，其中第一鏡片及該 第二鏡片係抛物面鏡。 9·根據請求項5之雙通型光譜量測裝置，其另包含： 一波長選擇元件，設置於該第二鏡片與該光束反射元 件之間；以及 一第二鏡片，設置於該波長選擇元件與該光束反射元 件之間，可準直來自該波長選擇元件之子光束。 !〇·根據請求項9之雙通型光譜量測裝置，其中該波長選擇元 件係一光狹縫，且該三鏡片係消色差二合鏡片。 根據請求項9之雙通型光譜量測裝置，其中該極化相位延 遲疋件係設置於該第三鏡片與該光束反射元件之間。 12·根據請求項丨之雙通型光譜量測裝置，其中該雙向光束分 離元件係一分光鏡。 13.根據請求項丨之雙通型光譜量測裝置，其中該雙向光束分 離元件係一光環流器。 14·根據請求項丨之雙通型光譜量測裝置，其中該雙向光束分 離元件係一多端接頭。 15·根據請求項1之雙通型光譜量測裝置，其另包含一光束限 制元件，設置於該光源與該第一鏡片之間。 16.根據請求項15之雙通型光譜量測裝置，其中該光束限制 元件係一針孔。 17_根據請求項15之雙通型光譜量測裝置，其中該光束限制 元件係一光纖連接器。 18. —種雙通型光譜量測裝置之極化相關性之消除方法，包 PD0084.doc 1259902 含下列步驟： 將一光束通過一波長分離元件以分離成不同波長之子 光束； 將該子光束通過一 1/4相位延遲波片兩次；以及 將S子光束通過该波長分離元件。 1 9.根據請求項1 8之雙通型光譜量測裝置之極化相關性之消 除方法，其中將該子光束通過一 1 /4相位延遲波片兩次係 利用一光束反射元件。 20.根據請求項18之雙通型光譜量測裝置之極化相關性之消 除方法，其中該子光束通過該1 /4相位延遲波片兩次之 後，其極化方向旋轉9〇度 PD0084.doc