JP2000502461A - 偏光変調用の光学構成部材、この光学構成部材を備えるミュラー偏光計および偏光解析装置、この偏光解析装置の較正方法ならびに偏光解析方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この発明は偏光変調用の光学構成部材、この光学構成部材から成る偏光計およびミュラー偏光解析計に関する。光学構成部材で線状に偏光された入射光ビーム（１０）を変調して、その変調ビーム（１１）を返送する。この構成部材には入射ビームを引き続き二度変調する、連結位相モジュレータ（６Ｂ）が含まれ、両変調は同一周波数ω／２πを持ち、両変調間で光の偏光度を修正する装置（６１）に連結されている。偏光解析計にはサンプルで返送され、変調ビームを受け入れる測定ビーム検出装置と、処理装置とが含まれる。検出装置には、ビームの偏光状態を表すｎ個の測定量を提供する偏光計を備え、処理装置によりフーリエ変換を利用して、上記測定量のそれぞれに対してｍ個の値を得、ｎ×ｍ≧１６およびｍ≧４の条件で同時に、サンプルのミュラーマトリックスの１６個の係数を処理している。

Description

【発明の詳細な説明】 偏光変調用の光学構成部材、この光学構成部材を備えるミュラー偏光計お よび偏光解析装置、この偏光解析装置の較正方法ならびに偏光解析方法 本発明の目的は、光学モジュレーション構成部材（optical modulation compo nent）、この光学構成部材を含むミュラー偏光計（polarimeter）と偏光解析装 置（ellipsometer）、この偏光解析装置の較正方法および偏光解析方法について である。 光学的、物理的、化学的または電気的大きさ等について、そのサンプルが示す 大きさを測るには、従来から偏光解析装置が使われている。しかし標準的偏光解 析装置の利用分野は、平坦な境界面を呈する偏光解消以外の等方性材料に限られ ている。通常の偏光解析装置は非等方性材料の測定には用いられるが、それはこ の材料が非偏光性解消である時に限られる。一般企業、生物学者および化学者の 現在の一般要請は、粗雑または小班点を示す表面材料等の偏光材料に絞られるこ とが多い。 ミュラー偏光解析装置（Mueller ellipspmeter）（またはミュラーマトリック ス偏光解析装置−ＭＭＥ）は、何の媒体についても測定が可能である。事実光線 の偏光状態は、従来ストークスの光ベクトル（Ｓ）と言われる四次元ベクトルで 表すことができる。このものの説明は“偏光解析法と偏光”と題する、北オラン ダ、アザム(Azzam)とバシャラ（Bashara）の研究、５５−６０ページに見出され る。ストークスベクトルは、それぞれ四つの異なる偏光状態の平均強度を表す、 Ｉ，Ｑ，Ｕ，およびＶ座標から構成される。何の媒体であっても、光線の異なる 偏光方式の結合強さについて記載した、４×４寸法の実マトリックスで表すこと ができ、この結合は光と媒体間の相互作用によるものとされている。ミュラーＭ として知られるこのマトリックスには通常、相互に独立した１６の係数が含まれ ている。ミュラーの偏光解析装置は、研究対象媒体のミュラーマトリックス全て を測定できる。従ってこの装置は特に粗面上の析出物または粒子の測定に採用さ れ、その他の偏光解析測定法が適当でない場合に適用される。 ミュラーの偏光解析方法またはミュラーの偏光解析装置に採用される配列装置 には、一般に光源、偏光状態発生器（またはＰＳＧ）および偏光計とも呼ばれる 偏光状態検出器（ＰＳＤ）が挙げられる。これらの詳細説明は“偏光解析方法中 の最近の計装の発展”と題する、表面科学、９６巻、１０８−１４０ページ、１ ９８０年に記載のピー．エス．ハウゲ（Ｐ．Ｓ．Ｈａｕｇｅ）の記事中でなされ ている。操作中、光線ビームは光源を使って放射され、このビームはＰＳＧによ り偏光状態が与えられ、サンプルに送られて測定され、生成ビームはＰＳＤを用 いて検知される。ＰＳＧとＰＳＤ内に固定した偏光子と１／４波長のブレードの 使用についても良く知られる所であり、サンプルのミュラーマトリックスの測定 に当たり、これには１６の異なる要因構成が与えられている。しかしその取扱技 術は利用困難であって、それほど効果的とは思われない。 アー．エム．アザム（R.M.Azzam）の光学レター、２巻、６号、１４８−１５ ０ページ、１９７８年発表の“単一検出信号のフーリエ解析によるミュラーマト リックスの望遠写真による偏光測定”中で、ミュラーの偏光解析装置が提唱され ており、この内ＰＳＧおよびＰＳＤはそれぞれωと５ωで回転する、二つの１／ ４波長のブレードとして構成されている。この場合、ミュラーマトリックスの１ ６個のミュラーマトリックス用の係数が、検出信号のω周波数の最初の１６調波 から抽出されている。しかしこの配列は極低周波数に限られることと、周囲環境 雑音除去用に“チョッパー”を使用する必要のあることから不便とされていた。 アー．エム．アザム（R.M.Azzam）の光学レター、１１巻、５号、２７０−２ ７２ページ、１９８６年発表の“４組の望遠写真による偏光検出器を使ったミュ ラーマトリックスの測定”記事中、ミュラーの偏光解析装置は多重チャンネルＰ ＳＤとＰＳＧ中の回転ディレー装置付きとして提唱された。この装置も一般に獲 得に数秒を必要とする低変調周波数に利用が限定されていた。 アー．アンダスン（R.Anderson）の応用光学、３１巻、１１ページ、１９９２ 年発表の“ミュラーマトリックスの測定”記事中では、ＰＳＧとＰＳＤとに高周 波偏光モジュレータ採用の単一チャンネル式偏光解析装置が提唱されている。し かし完全な測定を行うには幾つかの付帯装置を組み合わさなければならなかった 。 ランドル スィー．トンプスン（Randall C.Thompson）他の応用光学、１９巻 、８号、１３２３−１３３２ページ、１９８０年発表による“ミュラーマトリッ クスを介する偏光による相互作用の測定”記事中では、異なる周波数で４組の光 電型位相モジュレータと１６組の同期検出器を使った、高周波偏光解析装置が提 唱された。しかしこの構成では高価であることと、信号の連続成分が変調されて いないことから、ノイズに影響されることに加えて、操作が複雑との欠点が見ら れた。 ステンフロ（Stenflo）他による５４号、ＸＰ０００６４５５１５、１９９２ 年のＬＥＳＴ技術リポート中、およびポベル（Povel）による３４巻、７号、Ｘ Ｐ０００５１７０５５、１８７０−１８７８ページの光学エンジニアリング誌の 別記事中、４組のストークス要因およびその偏光測定への利用について、同時測 定装置が発表されている。この測定装置には、位相連結によるその配向が４５゜ の角シフトを伴う、同一周波数で操作される２組の圧−弾性モジュレータ、超色 消しλ／４プレート、リニアー偏光子構成であり、光学トラック上に順次設けた モジュレータ、プレート、および偏光プリズムが配設されている。 この装置もモジュレータの同期化と、連結の上でのコントロール操作の点でト ラブル発生の種となっていた。 本発明は高周波数のもとで使用でき、操作し易く、同時にかつ正確にミュラー マトリックスの１６係数測定の可能な、ミュラー偏光解析装置に関する。 発明はまた、その都度または累積して周囲のノイズに影響されずに、その分光 性能を発揮し、１００ＭＨｚの高周波数での変調を可能とし、支持体上層成長の 場合にも実時間の測定に使用できる偏光解析装置に関する。 更に本発明の目的の一つは、発明の範囲でカバーされる正確で同時に迅速な操 作し易い、ミュラー偏光解析装置の較正方法にある。 本発明の別目的は、操作し易くかつミュラーマトリックスの１６組係数の、同 時かつ精密な測定を提供し、更に高変調周波数のもとで使用できる、ミュラー偏 光解析測定方法にある。 発明はまた、ミュラー偏光解析装置をＰＳＧ内で、また同じく場合によりＰＳ Ｄ内でも使用できる、光学変調用構成部材を含む。さらに一般的には、発明は高 周波変調に使用でき、操作の簡単な光学変調用の構成部材に関する。 発明はまたビームの偏光測定を必要とする如何なる装置にも使用でき、また特 にミュラー偏光計内で高周波数のもとでも使用できかつ使い易い、ＰＳＤまたは 偏光計をも包含している。 このため本発明には、線形に偏光された光線の入射波を変調し、変調ビームを 返送する偏光モジュレータを含む偏光変調用の光学構成部材を含む。偏光モジュ レータは入射波を引き続き二回変調する連結位相モジュレータであり、二つの変 調は厳密に言ってω／２πの同一周波数を保持し連結される。 発明によれば、変調は二つの変調間の光線の偏光状態を修正する装置を使って 連結される。 二つの変調はその間に相対位相差があり、時間的には固定され従って相互間に は一切移動が行われないとの意味で、“厳密には”同一周波数状態にある。この 周波数が厳密に一致する性状は、好都合にも外部の従属配列装置によるか、また は同一モジュレータの併用により得られる。 “連結変調”により（同一周波数のもとでかつ時間的に固定された相対位相差 を示す）単一位相変調に縮小できない同一変調が意味される。この結果二つの変 調はストークスベクトルの同一成分には適用されない。さらに正確には、それぞ れの相変調はその中で入射ビームの規定される、四次元偏光ベクトル空間の内二 次元ベクトル部分空間に応じて加えられるため、二変調に伴う二部分空間は混同 されない。 変調は連結装置により連結されるもので、変調の方向間の単一角度差により連 結されるものでない。 連結装置が、部分偏光子および相シフター（ＰＰＳ）タイプであるべきことは 好ましいことである。 相モジュレータは、加えられる二連結相変調に倣って“連結”されると言われ る。 数学用語からは、光学構成部材が偏光変調に採用されて、変調ビームのストー クスベクトル（Ｓ）がランク４マトリックスにより、ωパルスの調波ベースの変 化に応じて線形に表せるとしている。 本発明による光学構成部材の好ましい実施態様によれば、連結モジュレータに は二つの継続変調を産む相モジュレータと、部分偏光子および相シフタータイプ を含むことになる。相モジュレータで第一変調が行われ、入射波は同一連結装置 に送られる。連結装置は入射波を相モジュレータに伝え、相モジュレータは第二 の変調を生ずる。 この実施形態は平均強度（Ｉ）を含めて、ストークスベクトルの四成分を高周 波のもとで変調させる点で、特に好ましいことである。その結果、ＰＳＧで採用 される場合、低レベルの検出が可能で、チョッパーは使用する必要がない。 なお、二変調を行うには単一相モジュレータ（single phase modulator）のみ を必要とする。従ってこれにより絶対相コントロール（abolute phase control ）を含む同期化のトラブルが避けられる。特に、拡大波長範囲（０．２μｍから １９μｍに至る）、（１ｃｍ以上の）大きな光学窓および温度変動に対する低影 響を保証する光弾性モジュレータの使用が可能となる。 この方法の実施に当たって好ましいことは、相モジュレータと連結装置とがそ れぞれ偏光方向から４５゜と９０゜傾いていることである。その理由は入射ビー ム光が一つの偏光方向に応じて線形に偏光されるためである。 本発明の光学構成部材の好ましい別方式によれば、同じ二つの継続変調の得ら れる二つの相モジュレータが含まれることで、この場合二位相モジュレータは同 一配向を示し、かつ二つの相モジュレータ間に挿入した、部分偏光子と相シフタ ー系の連結装置を備えている。この連結装置は第一の相モジュレータからの入射 ビームを第二の相モジュレータに送る。 この二つの相モジュレータはできれば光−電タイプのものであると良い。 この別の実施方法を使って、第一実施方式に準じ高周波数のもとで、ストーク スベクトルの四成分を変調することができる。 連結装置が入射波を“伝送”するとの表現は、この波を透過するかまたは反射 することを意味している。 この別の実施方式で好ましい点は、一方で相モジュレータがまた他方で連結装 置が、偏光方向にそれぞれ４５゜と９０゜の角度をなすことであり、その理由と しては入射波光線が偏光の一方向に応じて線形に偏光されることによる。 連結装置が反射による操作がなされ、第一部分偏光エレメントと第二相シフト と反射エレメントとを備えていれば、好ましいことである。この連結装置の好ま しい形態によれば、第一エレメントがブルースター角をもって、空気−ガラス界 面により構成されていること、また第二エレメントがプリズム構成を示すことで ある。 発明にはまた、発明に基づく光学構成部材から成る偏光計が含まれる。 このＰＳＤまたは偏光計は、例えばミュラー偏光計に用いても良く、この場合 にはＰＳＧには偏光モジュレータが含まれる。 発明はまた、ミュラーマトリックスの係数で代表されるサンプル測定用の、ミ ュラー偏光計に関する。この偏光解析装置の構成要素は ・入射光ビーム放射用の光源、 ・入射ビームを線状に偏光する偏光プリズム、 ・入射ビームを変調する偏光モジュレータおよび測定ビームを返送する変調入 射ビーム、 ・電気信号を生成する測定ビーム検出装置、および ・検出装置で得られる電気信号受入れ用の処理装置、である。 発明によれば、発明に基づく光学構成部材内に偏光モジュレータを収納する。 さらに検出装置には偏光計を収納し、このものにより測定装置の偏光状態を代表 するｎ個の測定量が得られ、処理装置はフーリエ変換を用いて測定したｎ量のそ れぞれに対してｍ値量を得、ｎｘｍ≧１６およびｍ≧４とし、これによりミュラ ーマトリックスの１６係数を求めるようにする。 従って本発明によるミュラー偏光計は、単周波数の相変調に基準を置くもので ある。この解析計は何の回転エレメントでも載せることができ、高周波測定も可 能で取扱いも容易であり、正確な結果が得られる。この他、解析計は既設の従来 型相−変調偏光解析装置とも適合が容易で、通常採用するデジタル処理技術の利 点も取り入れている。 光源および偏光子は線形偏光源に見合うものとみなして良いであろう。 検出装置には一つ以上の光検出器を設けることができる。第一のケース（単チ ャンネル技術）では、ｎ＝１およびｍ≧１６として偏光計には偏光変調用の装置 を設ける。特にこの変調装置は、発明に基づく光学構成部材製とすることができ る。検出光強度はここで時間に影響される。第二のケースでは多重チャンネル技 術の場合であり、この方式はＰＳＧでは単一変調偏光のみを用いる、係数の同時 測定を行う場合特に有利である。この時点で偏光計は、測定ビームを幾つかの第 二のビームに分割することができ、その各々は明確な偏光状態のもとに光検出器 の一つで検出されるか、または異なる光検出器に対しては測定ビームを引き続き 反射させることができる。ＰＳＤまたは偏光計はどのような新規の時間的変調を 導入すべきでないことが望まれるが、それは量の測定はストークスベクトルの四 成分に線形的に関連しているためである。 測定量は時間に影響され、通常光検出器で測った強度値である。 ωパルスの調波を選定し、測定量の対応各調波の順位を求めるのが好ましい。 得られた数値はこの場合固定調波成分に応じて測定した量の調波座標に当たる。 ミュラーマトリックスの１６係数を得るための、測定量当たりの最低調波座標数 は４であるが、理由としては調波座標数の比較的高いものには、上記係数の測定 用としての余裕度が含まれているためである。 サンプルに対する入射ビームの、ミュラーマトリックス（Ｍ）とストークスベ クトル（Ｓ）との積は、サンプルの放つ測定ビームのストークスベクトル（Ｓ２ ）に等しい。 ミュラー偏光計のＰＳＧは偏光モジュレータから成り、一方ＰＳＤは検出装置 から成っている。ＰＳＧとＰＳＤとはそれぞれ変調マトリックス（Ｗ）と検出マ トリックス（Ａ）に相当し、この場合（Ａ）の方は時間と共に変わったり変わら なかったりする。得た値の計算用として固定されたωパルスの調波は、調波ベク トル（Ｈ）にまとめて類別されるため、変調マトリックス（Ｗ）と調波ベクトル （Ｈ）との積は、ＰＳＧから出る入射ビームのストークスベクトル（Ｓ１）を与 える。多重チャンネルの場合、測定量は量ベクトル（Ｐ）にまとめて類別される ため、検出マトリックス（Ａ）とサンプルが返送してくる測定ビームのストーク スベクトルとの積は量ベクトル（Ｐ）に等しくなる。ＰとＨの時間に影響される 関係式は、 Ｐ（ｔ）＝（ＡＷＨ）Ｈ（ｔ） として表される。 相シフトδ（ｔ）＝ωを与える光電モジュレータを用いることにより、調波ベ クトルＨ（ｔ）は下式で示される。 相シフトδ（ｔ）＝Ａ0ｓｉｎ（ωｔ）を与える光電モジュレータを用いるこ とにより、下式が得られる。 ただしＡ₀（変調振幅）は光電モジュレータで規定する定数である。 好ましくはＡ₀＝２．７９１とする。この値に対しては調波ベクトル（Ｈ）（ ｔ）の成分は最も強く影響を受ける。 それぞれの測定量に対する成分数がｍに等しい場合、Ｗ，Ｍ，およびＡマトリ ックスの大きさは、それぞれ４×ｍ，４×４，およびｎ×４である。 （ｎ＝１）の単チャンネルの場合、ＰＳＧとＰＳＤはいずれも前記の実施方法 のいずれかに該当し、ＰＳＤではＰＳＧの周波数より５倍高いか低い周波数のも とで偏光変調がなされる。 偏光解析装置はミュラー偏光計の一つであるため、変調マトリックス（Ｗ）は 必然的にランク４（Ｗ^TＷ可逆性）となり、従ってＰＳＧは強力とされる。時間 に変動がない場合、検出マトリックス（Ａ）はランク４でなければならない。好 ましくはｎ≧４であり、偏光計には新規の時間的変調の導入余地はない。 ここでＰＳＤの変調を通り越し、この場合検出マトリックス（Ａ）は時間につ いて変わらず、ランクは４を占める。このように、この偏光解析装置の使用は極 めて簡単で、（可動部分がないため）高周波性能は既存の多重チャンネル技術の 利点を全て取り入れることができ、特に効果的で簡単な操作が得られる。 この好ましい実施の優れた形態にあっては、ｎ＝４およびｍ＝４とされ、偏光 計では四つの測定量に伴う測定ビームの四つの偏光状態が分離される。 この好ましい形態は、極めてコンパクトな構成と出力に変調を導入しないこと とに基づいている。 ＰＳＧでは発明に基づく光学構成部材を偏光解析装置が採用しているため、時 間の影響する各測定量に対してフーリエ変換により求まる４つの値は、好都合に もその基本測定量の調波成分: ｃｏｓωｔ，ｓｉｎωｔ，ｃｏｓ２ωｔ，ｓｉｎ２ωｔ である。 従って我々はオーダ１と２の調波を採用する。この場合平均強さは変調されて いるため、オーダ０の調波は採用する必要はない。 好ましい方式では、ｍ組の時間ｔに影響される計算による調波成分Ｈ_λ（ｔ） は、調波ベクトルＨ（ｔ）にまとめて類別されるため、処理装置により特殊フー リエ変換を用いて、測定されたｎ量Ｉ_h（ｔ）のそれぞれについてｍ値が得られ るが、これによればインターバル〔０，２π／ω〕は２Ｎ組の独立した等配分点 （Ｔ_k）に分割され、測定量のＩ_h（ｔ）は０から２Ｎ−１の間に変動するｋに対 して、サンプリング時点ｔ_kで計算され、処理装置でｊについては１からｍの間 、ｈについては１からｎの間、関数Ｉ_hのｊ番目調波成分Ｂ_hjが判定され、その 関係は下式で示される。 選定の復調関数である関数ｇ_j（ｔ）は復調マトリックス（Ｄ）を使って下式 で表される。 λとｊについては１からｍの範囲、ランク付けは≧４である。 このようにＢとＤの逆数との積を用いて、直接にＡＭＷマトリックスを求め、 次いでミュラーマトリックス（Ｍ）を抽出する。特殊迅速フーリエ変換つまりＳ ＦＦＴを使って光−弾性モジュレータのない場合の特異トラブルを避け、一般に 正確な結果を得る改善に結び付くことができる。 ＰＳＧにより付加される二相変調が同一相シフトδ（ｔ）を示すことから、Ｓ ＦＦＴ１と注記したＳＦＦＴの第一形態では、次の関係式を選定する。 δ（ｔｋ＝ωＴｋ ｇ_j（Ｔ_k）＝ｅｘｐ（−ｉｊωＴ_k） ただし１²＝−１ その結果、このＳＦＦＴ１においてはサンプル点ｔｋは等分布ではなく、予め 正確に定めた時点で測定を開始する必要がある。従って従来のＦＦＴについては 、ＳＦＦＴ１には処理装置のハードウエア要素を付帯させる必要があるが、同一 ソフトウエアは残置しても良い。 ＳＦＦＴ１によれば、相モジュレータの使用には関係なく測定期間に亘ってω ｔ（ｍｏｄ２π）に等しい相シフトδ（ｔ）を得ることができる。これによれば 極めて正確な結果が得られると共に、異常の発現が避けられる。 ＳＦＦＴ２で注記した第二ＳＦＦＴ形態にあっては、 Ｔ_k＝Ｔ_k、および Ｄが単位行列であるようなｇ_jを選ぶ。 復調関数ｇ_j（ｔ）は計算調波座標ｈ_λ（ｔ）の二元ベースを構成する。従っ てｇ_i関数の性状は偏光モジュレータが光電モジュレータを備えているか、また は光弾性モジュレータを備えるか否かにより変わってくる。 ＳＦＦＴ２によれば、サンブリング個所ｔ_kが等分布されている事実から、従 来のＦＦＴについては変えないままとすることができる。これに対して処理装置 のソフトウエアは変える必要がある。 ＳＦＦＴ２で得られる復調により、雑音比および漏話に対し最低信号が与えら れる。 検出装置および処理装置は、分光器による測定に有利な状態で用いられる。 発明はまた、本発明に基づく偏光解析装置の較正方法を包含する。偏光子およ び偏光モジュレータは偏光状態発生器を組立てているが、検出装置がそれぞれ変 調マトリックスおよび検出マトリックスを備えることから、 ・我々は公知のミュラーマトリックスを備える較正マトリックスセツトを選び 、この構成要素の一つを単位マトリックスとしている。 ・それぞれの較正要素に対し、我々はこの要素を偏光解析装置内のサンプルと して取上げ、入射光線ビームを放出させ、これを光源と偏光計を使って線状に偏 光させ、入射ビームは連結モジュレータを使って変調し、変調した入射ビームは 構成要素に送りさらに測定ビームを戻し、検出装置を使って測定量を割り出し処 理装置で値を求め、この値を用いて検出マトリックス、構成要素のミュラーマト リックスおよび変調マトリックスの積で示される測定マトリックスを組み立てる 。 ・この測定マトリックスから線形式のシステムを構成し、および ・このシステムの解法を行い変調および検出マトリックスの解を求める。 単位マトリックスに対応する単位を使って測定を行った結果、ＰＳＧとＰＳＤ 間にはサンプルを置くべきでないことが分かる。 変調マトリックスＷと検出マトリックスＡとの測定は、この自動較正操作を使 って自動的に行われる。正確な結果は迅速かつ簡単に得られ、特に装置を解体せ ずに行える。 発明に基づく較正方法を有利に行うために、我々は以下の構成単位を選定して いる。 ・０゜で透過する線形偏光計、 ・４５゜で透過する線形偏光計、 ・異常値を示さぬ部分偏光子および相シフター この較正方法は、ＰＳＤにより測定ビームを四つの偏光状態（ｎ＝４）に分割 する場合、および関連する検出強度のそれぞれについて、第一の高調波に応ずる 四値を求める場合、特に適合している。 発明はまた、ミュラーマトリックスの係数で代表されるサンプルの測定のため の、ミュラー偏光計の測定方法に関する。 ・我々は線状に偏光された入射線ビームを放射する、 ・我々は入射ビームを偏光モジュレータを使って変調する、 ・我々は変調入射ビームをサンプルに向け送り込み、測定ビームを戻す、 ・我々は測定ビームを検知し、検出装置を使って電気信号を発生させる、 ・我々は電気信号を処理装置に伝送する、 発明に従って、 ・我々は二組の継続相変調を偏光モジュレータ装置により、入射ビームに加え 二組の変調を厳密にω／２πの同一周波数に保持し、二組の変調間で光線の偏光 状態を修正する装置を使って連結する、 ・我々は検出装置を使って測定ビームの偏光状態を代表するｎ個の測定量を得 る、 ・フーリエ変換を用いて、我々は処理装置によりｎ測定量のそれぞれに対し、 ｍ値を求めｎ×ｍ≧１６およびｍ≧４の条件で、ミュラーマトリックスの１６係 数にアクセスできるようにする。 この測定プロセスを用いて、正確かつ簡単に、高周波数のもとで全ミュラーマ トリックスを測定する。 復調操作は標準迅速フーリエ変換（ＦＦＴ）またはＳＦＦＴを使って達するこ とができる。このＳＦＦＴでは光電モジュレータを用いることにより精度は改善 され、光弾性モジュレータを使ってｍ値を計算することができる。 本発明は、光学構成部材、偏光計、発明に基づくミュラー偏光計、および発明 による較正方法および偏光解析測定方法の実施例による、ガイドとしてのみの、 いずれにせよ全体の網羅説明は考えずに添付の図面を参照した、以下の説明によ り示されるはずである。 ・図１は本発明によるミュラー偏光計を示す原理図である。 ・図２は本発明によるミュラー偏光計の第一実施方法におけるＰＳＧを表す。 ・図３は図２のＰＳＧに対応する配置図を示す。 ・図４はミュラー偏光計の第一実施方法のＰＳＤを表す。 ・図５は図２から４までの内の第一実施方法によるミュラー偏光計の全てを、 コントロール装置と処理装置に重点を置き示す。 ・図６は図５の配置で用いた位相シフトと捕捉サンプリングとの時間的経過状 態を示す。 ・図７は発明によるミュラー偏光計の第二実施方法におけるＰＳＧを示す。 ・図８は図７の偏光解析装置の第二実施方法で用いた、位相シフトと捕捉サン プリングとの時間的経過状態を示す。 ・図９は図７で示す以外のＰＰＳの実施形態を示す。 図１に示す発明によるミュラー偏光計は、入射ビーム（１０）を放出する光源 （２）および入射ビーム（１０）の偏光状態を制御状態で変換する、偏光状態発 生器つまりＰＳＧ（３）から成る。ＰＳＧ（３）は線状に入射ビーム（１０）を 偏光しこれに偏光変調を加える。この解析計は変調入射ビーム（１１）を測定す べきサンプル（１）に伝送する。偏光解析装置にはまたサンプル（１）により返 送される測定ビーム（１２）を検知する偏光状態検出器つまりＰＳＤ（４）を収 納し、処理装置（５）でＰＳＤ（４）により得られる電気信号を受け入れる。サ ンプル（１）はミュラーマトリックス（Ｍ）を持つため、処理装置（５）は自動 的に測定中のこのマトリックス（Ｍ）を完全に測定する。 図２で示す発明に基づく、ミュラー偏光計の第一実施方法でのＰＳＧ（３Ａ） には、リニアー偏光子（２０）および二組の位相モジュレータ（２１および２２ ）から合成される連結モジュレータ（６Ａ）および部分偏光計と相シフター型の 連結装置（２３）を収納する。二組の相モジュレータ（２１および２２）は同一 配向を示し、その間に挿入される連結装置（２３）は第一相モジュレータ（２１ ）の入射ビーム（１０）を第二相モジュレータ（２２）に伝送する。 好ましくは、各種エレメントの配向状態は以下の通りである。入射ビーム（１ ０）は伝播方向と向きおよびこの伝播方向とサンプル１で決まる入射面を備える ため、我々は伝播方向に直角で入射面内にある第一軸（ｘ）、入射面に直角の第 二軸（ｙ）、伝播方向に平行で同一向きを示す第三軸、を含めた直接役立つ引用 基準を作成している。偏光子（２０）はこの場合ｙ軸上の完全方向性偏光子であ る。二組の相モジュレータ（２１および２２）は同タイプのもので、ｙ軸にα1 とα2角度をそれぞれ示す方向に準じて、ｘ−ｙ面中に方向を定めている。角度 α1とα2とは同一であるのが理想的で、好ましくはπ／４に等しいものとする。 連結装置（２３）はｘ軸上に向きを定めている。 操作の際には、入射ビーム（１０）は偏光子（２０）により線状に偏光され、 相モジュレータ（２１および２２）および連結装置（２３）のもとに、連結二重 変調を受ける。その連結装置（２３）は二つの機能を果たす。平均強度（Ｉ）の 変調を行う部分偏光（不完全偏光子）とストークスベクトル（Ｓ）成分Ｕおよび Ｖとを結合させる相シフトとである。 図３に示すＰＳＧ（３Ａ）の特殊操作によると、偏光子（２０）は“グラント ムスン（Glan Thomson）偏光子”の名で販売される偏光計の一つであり、相モジ ュレータ（２１および２２）はポケットセル型の光電モジュレータである。光電 モジュレータの使用により、絶対相コントロール操作が可能となり、この操作を 使って相モジュレータ（２１＆２２）を同期化できる。二重モジュレータ（６Ａ ）にはペルチエセル−熱制御タイプのポケットセル−名で販売されるセルを収納 する。 連結装置（２３）は、これにビームシフトの発生を避ける配向の極薄の 金層で被服した二組の透明ブレード（２４および２５）を設けると最適装置とな る。この装置は（伝播方向と第一ブレード（２４）の方向間角度）α₀に連接し た入射角度、好ましくは６０゜を持つ入射ビーム（１０）を受ける。 連結装置（２３）は透過の際、例えばクロム鏡形状の反射用連結装置で置き換 えても良い。 ＰＳＧ３Ａにはまた、相モジュレータ（２１および２２）の後の変調入射ビー ム（１１）の軌道上に据えた、ビームセパレータ（２７）を設ける。このビーム セパレータ（２７）でコントロールビーム（１５）をカットさせ、好ましくない 変動をなくすため変調のコントロールに使う。セパレータ（２７）は、コントロ ールビーム（１５）のビーム強度を４％カットさせるのに好適である。これは伝 播方向に４５゜傾けたガラスブレードとしても良い。 光源（２）は数波長のレーザビーム（１３および１４）を放出できれば好都合 である。ここで偏光解析装置には可動ミラー（２６）を設けて希望の波長を選択 する。 図４に示すＰＳＤ（４）は、ビームセパレータ（３０）で測定ビーム（１２） を、少なくとも四つの第二ビーム（１６−１９）に分割すると好都合である。Ｐ ＳＤ（４）にはまたそれぞれの第二ビーム（１６−１９）に、独立偏光状態を呈 する偏光解析器（３６−３９）と光検出器（３１−３４）とを設け、それぞれ第 二ビーム（１６−１９）の強度１１と１４とを検出する。その一例として、第二 ビーム（１６−１９）の数は四つであるため、付帯の偏光解析器（３６−３９） はそれぞれゼロ、９０゜での線形偏光計、４５゜での線形偏光計および１／４波 長ブレードと９０゜での偏光計の組合せとする。 信号用のコントロールと処理装置について、図５を参照して詳細に説明してみ よう。 ＰＳＧ（３Ａ）には増幅器（４２）により二つのモジュレータ（２１および２ ２）に連結した信号発生器（４１）を設ける。この信号発生器（４１）は増幅器 （４２）を介してモジュレータ（２１および２２）に電圧を供給する。この電圧 で時間ｔに応じて電圧に比例する相シフトδを、ビーム（１０）上の偏光内に起 こさせる。できれば、この相シフトδは２π／ωの周期と各周期内でスロープω を示すランプ構成とする。この状態で２π周期のもとになされる周期的関数δ（ ｔ）はωｔと同じ周期的関数である。 処理装置（５）にはＰＳＤ（４）からの電気信号を受けるデータ信号処理器つ まりＤＳＰ（４０）を設ける。ＰＳＤ（４）は多重チャンネル（４７）または別 種公知の手段によりＤＳＰ（４０）に連結できる。ＤＳＰ（４０）では測定した 第二ビーム（１６−１９）の希望調波の強度座標を計算する。計算した座標は好 ましくはオーダ１および２の、 ｃｏｓωｔ，Ｓｉｎωｔ，ｃｏｓ２ωｔ，ｓｉｎ２ωｔ の四つとする。 入射ビーム（１０）の平均強度はＰＳＧ（３Ａ）で変調されているため、連続 成分を保有する必要はない。 変形実施例では、ＤＳＰ（４０）が先行する２以上のオーダの調波をまとめて 類別した、四つ以上の調波構成の調波座標を計算する。 ＤＳＰ（４０）にはアナログ−デジタル転換器（ＡＤＣ）を取付け、これには サンプリング点でＰＳＤ（４）からの電気信号値と共に、ＦＩＦＯタイプのメモ リを供給し、ＤＳＰ（４０）による処理操作に先立ち数周期に亘ってこれらの値 を平均する。例えばサンプリングには周期当たり１６点を持たせることができる 。 処理装置（５）にはまたＤＳＰ（４０）により計算した調波成分を受け入れる 、コンピュータ（４３）を設ける。 好ましくは、図５で示すように処理装置（５）には信号発生器（４１）に従属 装置として作動する、サンプリングジェネレータ（４５）を取り付ける。このサ ンプリングジェネレータ（４５）はＤＳＰ（４０）に対しサンプリング時点を提 供する。この時点からＤＳＰ（４０）で行う信号処理操作は、できれば特殊迅速 フーリエ変換即ちＳＦＦＴで実施され、その原理は第一操作実施法−ＳＦＦＴ１ で以下に説明する。インターバル〔０，２π／ω〕は等分布独立点Ｔ_kに分割さ れ、ここでサンプリングジェネレータ（４５）により各周期毎にサンプリング時 点ｔ_kが、 δ（ｔ_k）＝ωＴ_k （ｋは０から２Ｎ−１に変動）により求まる。ＰＳＤ（４）により供給される電 気信号は時間（ｔ）の関数（ｆ）として表されるため、ＤＳＰ（４０）で下式に よりｊ番目の関数の調波成分Ｂ_iが判定される。 ただしｉ²＝−１とする。 ＦＦＴは通常、ｋの値に関係無くｔ_k＝Ｔ_kに対応している。 ＳＦＴの利点は、完全ランプを生ずる筈の理想的相シフトに対して、相モジュ レータ（２１および２２）により現に加わる相シフトδの不一致を、デジタル修 正し得る点にある。例えばこの種の不一致は増幅器（４２）内の立ち上がり時間 によることがあり、変調マトリックス（Ｗ）の理論形状にあっては、５０ｋＨｚ で１０％程度の誤差に及ぶものであるが、測定Mの精度には影響しない。この不 一致は周波数とともに増大するため、ここでＳＦＦＴによれば最高周波数のもと でも、一定した性能が得られる。 ここで図６に見られるように、時間ｔを関数とする（軸５１）位相シフトδ（ 軸５２）を与えるグラフ（５４）で、各変調周期Ｔにあっての直線部分（５５） は希望のランプに相当し、寄生部分（５６）は立ち上がり時間によるものとする ことができる。サンプリングジェネレータ（４５）は線状部分（５５）に伴い、 獲得周期Ｄ_aに亘ってサンプリング時点ｔ₀，ｔ₁，−−−Ｔ₁₅等が均等に分布す るように作動する。これに対し非獲得期間Ｄ_nにあっては、寄生部分（５６）に 対応して獲得は一切起こらない。従って時間を関数とする（軸５１）相シフトδ （軸５３）の正弦変動はカーブ（５７）で表され、それぞれの周期Ｔにあっては Ｄａ期間には正常部分（５８）がＤ_n期間には寄生部分が該当し得ることになる 。正常部分（５８）は相シフト±ωｔに付いて得られる部分に当たる。カーブ（ ５４）の得られる変調形態は、通常光電タイプの相モジュレータで初めて得られ る。 この信号処理操作は特に効果的かつ正確である。ただしその変形にあっては、 サンプリングジェネレータ（４５）は処理装置（５）から外されており、ＤＳＰ （４０）には相施錠ループつまりＰＬＬが取付けられる。この場合、ＰＬＬによ り各周期で均等に分布したサンプリング時点Ｔ_kが得られ、ＤＳＰ（４０）で正 規の迅速フーリエ変換がなされる。 ＳＦＦＴ２で示されるＳＦＦＴの第二の実施方法では、処理装置（５）からは サンプリングジエネレータ（４５）が外されており、ＤＳＰ（４０）には各周期 のもとで均分された２Ｎサンプリング時点Ｔ_kの得られるＰＬＬが取付けられる 。ただし前例に示す正規の迅速フーリエ変換の行われるＤＳＰ（４０）の代りに 、次の操作が行われる。先ずコンピュータ（４３）がメモリ中に、変調関数とし て知られる予設定関数ｇｊ（ｔ）ｍ組を記憶させる。このｇ_j関数は二元ベース の ｍ個の計算調波座標Ｈ_λ（ｔ）を、調波ベクトルＨ（ｔ）内にまとめて類別形成 する。相モジュレータ（２１および２２）が光電タイプの場合、Ｈ（ｔ）はｍ＝ ４として下式で与えられる。 また相モジュレータ（２１および２２）が光弾性タイプの場合、Ａ₀を定数と してＨ（ｔ）は下式で与えられる。 サンプリングＴ_kの場合には次式が得られる。 ＤＳＰ（４０）で（ＰＳＤ（４）により供給される電気信号を表す）関数ｆの ｊ番目の調波成分ｂ_iは次式で表される。 ＰＳＧ（３Ａ）には相変調時間的の安定化装置を設ける。この装置（図５）に はセパレータ（２７）を取付け、光電子増倍管（４６）を使ってＤＳＰ（４０） にコントロールビーム（１５）を供給する。位相変調時間的安定化装置には同じ く、デジタル−アナログ転換器（４４）を取付け、これによりコンピュータ（４ ３）から制御信号を受入れ、増幅器（４２）にそれぞれ相モジュレータ（２１お よび２２）用として、制御電圧（低電圧）Ｕ₁およびＵ₂を供給する。 操作時にはＤＳＰ（４０）で、固定調波系列内で変調入射ビーム（１１）を代 表する、制御ビーム（１５）に付帯する調波成分を計算する。このＤＳＰはこの 種の調波座標をコンピュータ（４３）に供給し、コンピュータでは設定値から付 加すべき電圧Ｕ₁とＵ₂とを求め、特に温度変動による寄生的相シフトをなくすよ うにしている。コンピュータ（４３）ではこの電圧（Ｕ₁とＵ₂）をＤＡＣ（４４ ）を使って、増幅器（４２）に供給する。そのそれぞれの制御電圧（Ｕ₁および Ｕ₂）は増幅器（４２）による増幅前に、機能ジェネレータ（４１）により供給 電圧Ｕに付加される。 図７で示す、発明による偏光解析計の第二実施方法においては、ＰＳＧ（３Ｂ ）は単相モジュレータのみを保有している。この第二実施方法においては第一実 施方法で示したのと同一部材には、同じ参照番号を当てている。ＰＳＧ（３Ｂ） には入射ビーム（１０）を線形に偏光する偏光子（２０）、および単相モジュレ ータ（２１）を備えた連結モジュレータ（６Ｂ）および反射により操作される部 分偏光子と相シフタータイプの連結装置（６１）とを設ける。相モジュレータ（ ２１）は偏光子（２０）と連結装置（６１）間に挿入し、偏光入射ビーム（１０ ）の第一変調が行われ、これを連結装置（６１）に伝送し、連結装置は入射ビー ム（１０）を相モジュレータ（２１）に返送し、このモジュレータで第二の変調 を行わせるようにする。連結モジュレータ（６Ｂ）にはさらに、偏光子（２０） と相モジュレータ（２１）との間にミラー（６２）を取付け、この鏡でサンプル （１）方向に変調入射ビーム（１１）を二度反射させる。 第一実施方法に準じてｘ軸とｙ軸は構成されることから、好ましい形態によれ ば、偏光子（２０）はｙ軸上に配向し、モジュレータ（２１）はｘ−ｙ面内に配 向してｘ軸とはα₃角度をなし、α₃を４５゜とする方向を保つ。部材としての連 結装置（６１）はｘ軸上に配向し、その入射軌道に平行に入射ビーム（１０）の 返送を可能としている。ミラー（６２）では好都合に変調入射ビーム（１１）を ｙ軸に沿って戻るようにしている。 第一の変形実施例では、相モジュレータ（２１）は、光電モジュレータ（ポケ ルス（Pockels）セル）の一種とする。このモジュレータ（２１）では外部相シ フトコントロールが可能で、通過帯域は１００ＭＨｚ以上を示す。この通過帯域 は信号発生器（４１）および増幅器（４２）のみに影響される。 第二の変形実施例では、相モジュレータ（２１）は光弾性モジュレータの一種 とする。この結果広範な波長領域と大きな光学窓が得られる。相シフト形態は固 定型であり、ｓｉｎωｔに比例する（図８）。この第二の変形実施例では、我々 は前記のＳＦＦＴを用い、またそれぞれ４４と４５で示した第一実施方法のもの に似た、サンプリングジェネレータおよびＤＳＰ、およびＳＦＦＴ１（図５）を 用いて希望の調波を計算している。従ってＰＳＧ（３Ｂ）のモジユレーションマ トリックス（Ｗ）はランク４であり、他方正規のＦＦＴではこのマトリックスを 異常化させるはずである。相モジュレータ（２１）はＳＦＦＴ１を採用し得るよ うに、πより大か等しい変調振幅を持たせる。 一例として、相モジュレータ（２１）は図８で表すように δ（ｔ）＝πＳｉｎωｔ 形態の時間的相シフトδを採用している。２π／ωに等しい周期Ｔあたり８点サ ンプリングを採用することにより、我々はＴ周期に亘って均分された８点、Ｔ₀ −Ｔ₇を得ている（以下の周期Ｔ₀’−Ｔ₇’についても同様）。８つのサンプリ ング時点ｔ₀’からｔ₇’（および以下の周期ｔ₀’，ｔ₁’等について）をＳＦＦ Ｔ１の式についても得ており、これを獲得周期Ｄ_aに亘って配分した。周期Ｔ中 の補足周期は二つの非補足周期Ｄ_n1とＤ_n2とから成っている。ここでサンプリン グ時点（ｔ_k）像は、時間（ｔ）、カーブ６６、形状ωｔの関数として、相シフ ト（δ）を与えるカーブ（６５）から得られる。カーブ６５上の時点（ｔ_k）像 はカーブ６６上の点Ｔ_k像に対応している。 この第二実施方法における調波系列の選択は好都合にも、第一実施方法中のも のと同じである。 ＳＦＦＴ２では別の好ましい実施態様を与える。 図９で７１表示による反射についての連結装置の別実施態様の内、ＰＰＳには それぞれ一方で部分偏光機構を、他方では相シフトと反射機構を呈する二つの独 立エレメント（７２および７３）が収納されている。 部分偏光エレメント７２は、好都合に、もＮ１インデックスの連続ガラス板構 成の空気−材料板の積層から成っている。このものはできればブルースター角度 の配向とする。これにより相シフトを伴わない、部分偏光と全体の強度部分との 最適折衷物が得られる。使用する材料タイプおよび使用板数を、採用するスペク トル範囲に合わせて選択する。 相シフトと反射エレメントとはプリズムである。このエレメント（７３）への 入射ビームは、部分偏光を受けずまたその強度を損なうことなく、プリズムのイ ンデックスＮ２に影響される相シフトのもとに反射される。好ましくはエレメン ト７３は、入射ビームが平行反射される平坦プリズムとする。 Ｎ１およびＮ２屈折率の最適値は下式で表され、この内ｎｉはブルースター入 射として、エレメント（７２）の空気−ガラスブレード間の通過数（両方向で数 える）を表す。 Ｎ２＝１．７０３ この結果我々は変調マトリックス（Ｗ）の最適状態調節値を得ている。 一例として、エレメント７３は、Ｃ４８３４の商名で販売されているタイプの ガラスプリズムの一つであり、その屈折率は４０４ｎｍで１．６８、７０６ｎｍ で１．６４である。 エレメント７２を対象とした場合、その通過数（ｎ）は波長の適用範囲に準じ て選ばれ、Ｎ１インデックスを与える。 第一例として赤外線を使った場合、エレメント７２は単一ガラスブレードとし 、一回のみの通過または往きまたは戻り（ｎｉ＝１）とする。その最適Ｎ１値は この場合２．６であり、この値は例えばＺｎＳにより近づき得る。 第二例として、エレメント７２は一枚のガラスブレードとし、往き戻り通過（ ｎｉ＝２）での、Ｎ１＝１．９２７である。 第三例として、可視スペクトル利用の場合、エレメント７２は二枚ガラスブレ ード採用とし（ｎｉ＝４）Ｎ１＝１．５７８である。この場合のプレートは例え ばＢＫ７の品名で販売される材料構成とする。 第四例として、紫外線および可視線利用の場合、エレメント７２は三枚ガラス プレート（ｎｉ＝６）としＮ＝１．４４８である。この場合例えばプレートは注 型シリカ製とする。 現在まで提案された実施法の内、ＰＳＤ（４）は変調を行わない固定エレメン ト利用の偏光状態セパレータ（図４）に基づくものである。変形としては少なく とも１２組の光学検出器上に測定ビーム（１２）の連続反射利用構成のものであ る。このＰＳＤの説明はアー．エム．アザム（R.M.Azzam）、光学レター、１０ 巻、３０９−３１１ページ、１９８５年発行の“偏光状態測定用の四組の光学検 出器の配設状況（Arrangement of four photo-detectors for measuring thesta te of polarization of light）”で見出すことができる。 別実施方法においては、ＰＳＤ（４）にＰＳＧ（３）の周波数とは異なる周波 数で偏光モジュレータを取付けしている。この場合偏光解析計では単チャンネル 技術を用い、採用の調波系列には少なくとも１６の成分を採用している。この場 合はまたＰＳＤ用として単チャンネル技術を用いることができ、または可動エレ メント付きの多重チャンネル技術を使用しても良い。 単チャンネル（ｎ＝１）の場合、前記のＰＳＧ（３Ａ，３Ｂ）の一つを、入力 アーム中に随時ＰＳＧを付帯させて、出力アーム中ＰＳＤとして用いることがで きる。この場合は偏光子（２０）を入射ビーム（１０）に替えて、放出ビーム（ １１）内に据える場合を除き、ＰＳＤは図２から７に対応して採用されている。 光学エレメントの配向はＰＳＤもＰＳＧも好都合なことに変わっていない。ＰＳ Ｄの変調周波数はＰＳＧ周波数（ω／２π）の５倍または１／５である。処理装 置はフーリエ変換により１６組の独立値（ｍ＝１６）を提供する。 なお一般的にはＰＳＧ（３Ａ，３Ｂ）のどの一つでも偏光状態検出器として、 どの光学装置についても独立して用いることができる（ストークスベクトルの測 定）。 ここで偏光解析計の較正について調べてみよう。較正レベルには二種ある。 第一レベルは光学エレメントの配向、変調振幅の測定、およびコントロール操 作に関する。好ましい操作は次の通りである。ＰＳＧ（３）の偏光子（２０）の 配向を利用して絶対基準角度を定める。このためには、入射面内で線形偏光され た光線が直交ニコルをなさずに反射するよう配慮する。このため我々は入射ビー ム内に偏光子を使用し、反射ビーム中でその一つを最初のものからπ／２回転さ せ、そのビームが完全に消失するまで全体を回転させる。ここで他の光学エレメ ントを偏光子（２０）に対して整合させる。 相モジュレータ（２１および２２）を配向させるには、入力偏光子（２０）お よびモジュレータの固定軸の整合状態に応じて変調操作を中断する。 我々は単一モジュレータを使ったオーダ１の調波に対し、高調波を最低にする ランプ（δ（ｔ）＝ωｔ）用の正確な勾配を示す、正しい変調振幅を得ている。 コントロールに必要な要因は実験的に求まる。 さらに重要である第二の較正レベルは、変調マトリックス（Ｗ）と検出マトリ ックス（Ａ）の測定である。我々はできれば以下の自動較正方法を採用し、公知 のミュラーマトリックスを有する一連の較正要素の選択から始める。このミュラ ーマトリックスの一つは、（透過で得られない）構成単位マトリックスＩ₀であ る。ここでサンプル１としてそれぞれの別較正単位を採用し、偏光解析測定を行 う。従って各ミュラーマトリックス（Ｍ）については、この測定からＡＭＷマト リックスが得られる。また我々はＡＩ₀Ｗマトリックスの測定を行っている。こ こでリニアー方程式を建て、変調マトリックス（Ｍ）および検出マトリックス（ Ａ）が抽出できるようその解法を行っている。 好ましくは、ＷおよびＡマトリックスを多元測定するよう十分な数の構成単位 を選ぶ。一例としてＰＳＤ（４）は、どの時間的変調も採用しない偏光状態セパ レータ構成であるため、我々は引き続き四組の構成単位を用いる。この四構成単 位の一つは真空であり、測定はサンプル抜きの透過について行う。他の三つの構 成単位には、透過０゜のリニアー偏光子、４５゜のリニアー偏光子、反射または 透過で異常値抜きの部分偏光子および相シフターを含む。後の要素は１／４波長 のブレードとすることができる。できれば我々はここで標準偏光解析計を採用し 、正確にミュラーマトリックスを測定する。 ＷおよびＡマトリックスは最小二乗法を使って多元測定のリニアー装置から解 を求める。 この自動較正方法は、ミュラー論理系統の自動首尾一貫性に基づくことから、 これにより極めて正確な結果が得られ、また操作も簡単で迅速に行える。 本発明によるミュラー偏光解析計は、単色および分光色度の両測定いずれにも 適合している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 線状に偏光した入射ビーム（１０）を変調し、この変調入射ビーム（１ １）を返送する偏光モジュレータ（６Ａ，６Ｂ）から成り、偏光モジュレータ（ ６Ａ，６Ｂ）が引き続き二回、入射ビーム（１０）を変調する連結位相モジュレ ータであり、二変調が厳密に同一の周波数ω／２πのもとで連結され、その変調 が、二変調間で光の偏光状態を変更する（modifies）システム（２３，６１，７ １）によって連結されていることを特徴とする偏光変調用の光学構成部材。 ２． 連結モジュレータ（６Ｂ）に二つの継続変調を生ずる位相モジュレータ （２１）を設け、連結装置（６１，７１）を部分偏光子および位相シフタータイ プとし、位相モジュレータ（２１）で第一変調を行わせ、入射ビーム（１０）を 連結装置（６１，７１）に伝送し、その連結装置（６１，７１）で入射ビーム（ １０）を位相モジュレータ（２１）に返送し、位相モジュレータ（２１）で第二 の変調を生ぜしめることを特徴とする請求項１に記載の光学構成部材。 ３． 入射ビーム（１０）を偏光の一方向（ｙ）に偏光させ、位相モジュレー タ（２１）および連結装置（６１）をそれぞれ偏光方向（ｙ）から４５゜と９０ ゜傾けることを特徴とする請求項２に記載の光学構成部材。 ４． 連結モジュレータ（６Ａ）に二組の位相モジュレータ（２１および２２ ）を設け、それぞれ同一の継続変調を行わせ、両モジュレータ（２１および２２ ）が単一配向を持ち、かつ連結装置（２３）を部分偏光子および相シフタータイ プとし、該連結装置（２３）を二組の位相モジュレータ（２１および２２）間に 挿入し、該位相第一モジュレータ（２１）の入射ビーム（１０）を第二モジュレ ータ（２２）に送ることを特徴とする請求項１に記載の光学構成部材。 ５． 入射ビーム（１０）を偏光の一方向（ｙ）に線状に偏光させ、一方で位 相モジュレータ（２１および２２）および他方で連結装置（２３）をそれぞれ偏 光方向（ｙ）から４５゜および９０゜傾けることを特徴とする請求項４に記載の 光学構成部材。 ６． 連結装置（７１）を反射用として機能させ、これに第一部分偏光エレメ ント（７２）および第二位相シフトおよび検出エレメント（７３）を設けること を特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の光学構成部材。 ７． 第一エレメント（７２）をブルースター角度のもとに、多数の空気−材 料面の積み重ねで作り上げ、第二エレメント（７３）をプリズム構成とすること を特徴とする請求項６に記載の光学構成部材。 ８． 請求項１から７のいずれかに記載の光学構成部材構成を特徴とする偏光 計。 ９． ミュラーマトリックス（Ｍ）の係数で表されるサンプル（１）の測定用 であって、 ・入射光ビーム（１０）放出用光源（２）、 ・該入射ビーム（１０）の線状偏光用の偏光子（２０）、 ・該入射ビーム（１０）変調用の偏光モジュレータ（６Ａ，６Ｂ）、変調入射 ビーム（１１）を受け、測定ビーム（１２）を戻す該サンプル ・電気信号を発生させる測定ビーム（１２）検出用装置（４）、および ・偏光モジュレータ（６Ａ，６Ｂ）を請求項１から５のいずれかに記載の光学 構成部材中に取付け、検出装置（４）に測定ビームの偏光状態（１２）を表 す測定量（Ｉ₁−Ｉ_n）を提供する偏光計を設け、処理装置（５）がフーリエ 変換によりｎ値を与え、測定量（Ｉ₁−Ｉ_n）のｎ個のそれぞれに対してｎｘ ｍ≧１６およびｍ≧４の条件のもとに、ミュラーマトリックス（Ｍ）の１６ 係数に同時にアクセスできる検出装置（４）で得られる電気信号受入れ用の 処理装置（５） を含むことを特徴とするミュラー偏光解析計。 １０．ｎ≧４とし、偏光計に一切新規の時間的変調を加えないことを特徴とする 、請求項９に記載の偏光解析計。 １１．ｎ＝４およびｍ＝４とし、該測定量（Ｉ₁−Ｉ₄）に関連した測定ビーム（ １２）の四つの偏光状態を偏光計で分離することを特徴とする、請求項１０に記 載の偏光解析計。 １２．該光学構成部材が請求項１から５のいずれかで規定され、時間（ｔ）に影 響される各測定量（Ｉ₁−Ｉ₄）についてフーリエ変換で得られる四値が、 ｃｏｓωｔ，ｓｉｎωｔｔ，ｃｏｓ２ωｔ，ｓｉｎ２ωｔ をベースとする、該測定量（Ｉ₁−Ｉ₄）の調波成分であることを特徴とする請求 項１１に記載の偏光解析計。 １３．時間（ｔ）に影響される調波計算座標Ｈ_λ（ｔ）が調波ベクトルＨ（ｔ） にまとめて類別され、処理装置でそれぞれのｎ個の測定量（Ｉ_h（ｔ））に対し 特殊フーリエ変換を使ってｍ値が得られ、この変換によれば周期（０，２π／ω ）は２Ｎの等分布独立点（Ｔ_k）に分割され、測定量（Ｉ_h（ｔ））は０から２Ｎ −１へ変動するｋに対してサンプリング時点ｔ_kで計算され、下式中ｊが１から ＊＊まで変動し、ｈが１からｎまで変動する場合、関数Ihのｊ番目の調波成分Bh jを処理装置で判定し、 関数ｇ_j（ｔ）は復調関数とし、復調マトリックスは下式で表され λとｊは１からｍへと変動し、ランク別は４以上であることを特徴とする、請求 項９から１２のいずれかに記載の偏光解析計。 １４．適用の二相変調が同一相シフト（δ（ｔ））を示す場合、 δ（ｔ_k）＝ωＴ_k、および ｇｊ（Ｔ_k）＝ｅｘｐ（−ｉｊωＴ_k）、 ただしｉ²＝−１ を選定することを特徴とする請求項１３に記載の偏光解析計。 １５． ｔ_k=Ｔ_{k でありＤを単位マトリックスとするgjを選ぶことを特徴とする、請求項１３に記 載の偏光解析計。 １６．検出装置（４）および処理装置（５）が分光測定に適当していることを特 徴とする請求項９から１５のいずれかに記載の偏光解析計。 １７．偏光子（２０）および偏光モジュレータ（６Ａ，６Ｂ）が偏光状態発生器 （３）を構成し、該偏光状態発生器（３）および該検出装置（４）がそれぞれ変 調マトリックス（Ｗ）および検出マトリックス（Ａ）を有することから、 ・我々は公知のミュラーマトリックス（Ｍ）を有する較正単位セットを選び、 その構成要素の一つを単位マトリックス（１０）とし、 ・較正単位のそれぞれについて、我々は該構成要素を偏光解析系中のサンプル （１）として採用し、我々は入射光ビーム（１０）を放射させ、光源（２）と偏 光子（２０）を使ってこのビームを線形に偏光させ、我々は入射ビーム（１０） を連結モジュレータ（６Ａ，６Ｂ）を使って変調し、我々はこの変調入射ビーム （１１）を該構成要素（１）に送り、測定ビーム（１２）を戻し、我々は検出装 置（４）により該測定量（Ｉ１−Ｉｎ）を取得し、処理装置（５）により該数値 を求め、該数値を使って測定マトリックス（ＡＭＷ）を構成し、この測定マトリ ックスを検出マトリックス（Ａ）と該構成要素のミュラーマトリックス（Ｍ）と 変調マトリックスの積として表し、 ・我々は測定マトリックス（ＡＭＷ）からリニアー式系を建て、 ・この系を解いて変調マトリックス（Ｗ）と検出マトリックス（Ａ）を抽出す ることを特徴とする請求項９から１６の何れか一項に記載の偏光解析計の較正方 法。 １８． ・透過０゜でのリニアー偏光子、 ・透過４５゜でのリニアー偏光子、 ・異常値を示さぬ部分偏光子および位相シフター、 から成る構成単位組を選定することを特徴とする請求項１７に記載の較正方法。 １９． ・リニアー偏光の入射光ビーム（１０）を放出し、 ・偏光モジュレータ（６Ａ，６Ｂ）を使って、入射ビーム（１０）を変調し、 ・変調入射ビーム（１１）をサンプル（１）に送り、測定ビーム（１２）を戻 し、 ・測定ビーム（１２）を検出し、検出装置（４）を用いて電気信号を発生させ 、 ・電気信号を処理装置（５）に伝達し、 ・偏光モジュレータ（６Ａおよび６Ｂ）を使って二つの継続位相変調を入射ビ ーム（１０）に加え、両変調は厳密にω／２πの同一周波数とし、装置（２３， ６１，７１）と連結し、これにより両変調間の偏光状態を変更修正し、 ・検出装置（４）を使って、それぞれ測定ビーム（１２）の偏光状態を代表す るｎ個の測定量（Ｉ 1} −Ｉ_n）を作りだし、 ・フーリエ変換を利用し、処理装置（５）を使って得たｎ個の測定量のそれぞ れに対するｍ値を得て、ｎｘｍ≧１６およびｍ≧４のもとに、ミュラーマトリッ クスの１６係数へのアクセスを可能とする、 ミュラーマトリックス（Ｍ）係数で代表される、サンプル（１）の測定のための 偏光解析測定方法。