JPH0498147A - 複屈折測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、透明材料の複屈折あるいは膜厚を測定する、
複屈折測定装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のこの種の装置は、次の様な構成であった。

試料の前にポラライザ、試料の後にアナライザを配置し
、ポラライザ及びアナライザの偏光の方位か互いに直交
する、いわゆるクロス二フルの状態で測定を行なう。試
料に複屈折か無い場合にはアナライザを透過する光量は
セロであるが、試料に複屈折かある場合には試料透過後
の光は一般的には楕円偏光となるため、光の一部がアナ
ライザを透過する。該複屈折を測定するには、該配置の
ポラライザとアナライザとの間で試料と前後して、バビ
ネソレイユ板（Ｂａｂｊｎｅｔ−３ｏｌｅｉｌ　ｃｏｍ
ｐｅｎｓａｔａｒ）等のような任意の位相差を与えるこ
とのできる位相補償板を配置するが、例えば該位相補償
板が試料とポラライザの間にあるときはポラライザの偏
光の方位と４５°の角度に設定し、試料で生じた位相差
をキャンセルするべくアナライザを透過する光量かセロ
になるように該位相補償板を調節する。

そして、該位相補償板の移動量を読み取れば、試料で生
じた複屈折による位相差を求めることができる。

〔発明か解決しようとする課題〕

しかしなから上記の技術においては、バビネソレイユ板
等の位相補償板を使うことになり、該位相補償板は機械
的に精密に調節する機構か必要であるため、測定装置の
構成か複雑で、装置全体が高価なものとなり、又、機械
的な調節に時間を要するため測定の時間か長くなるとい
う問題点かあ・った。

本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたちのて、位相
補償板に相当する装置に機械的な調節機構かないため、
構成か簡単で、装置全体が安価に製作可能であり、さら
に測定時間の大幅な短縮か可能となる、新規な複屈折測
定装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決する為の手段〕

上記目的のために本発明では、ポラライザの代わりに導
波路及び導波光の偏光状態を電気光学効果を用いて制御
する偏光制御手段を含む第１の基板と、アナライザの代
わりに光導波路及び導波光の偏光状態を電気光学効果を
用いて制御する偏光制御手段及び異なる偏光を分離する
偏光分離手段を含む第２の基板と、第１の光導波路４か
ら出射したレーザ光７を試料８に投光するための投光手
段６と、試料を通過したレーザ光７を第２の光導波路１
２の入射端面に集束させるための集束手段９とて構成し
たことを特徴とする、複屈折測定装置によって、試料の
複屈折を測定する。

〔作用〕

本発明においては、第１の基板及び第２の基板に含まれ
る電気光学効果を用いた偏光制御手段及び位相ソフタを
用いて、複屈折を有する試料を透過した互いに直交する
偏光間の位相差を電気的にキャンセルてきるため、従来
のように位相補償板を機械的に精密に移動させる機構は
全く不要にな〔実施例〕 第１図は本発明の第１の実施例で、２及び１０はリチウ
ムナイオベート（Ｌ＋Ｎｂ０ｓ）或いはリチウムタンタ
レート（ＬｉＴａ０３）等の電気光学効果を存する誘電
体結晶から成る夫々第１の基板及び第２の基板、４及び
１２は不純物拡散或いはイオン交換等の公知の方法によ
り形成された夫々第１の光導波路及び第２の光導波路、
３及びＩ３は夫々電気光学効果を用いた第１のモードコ
ンバータ及び第２のモードコンバータ、５及び１１は夫
々電気光学効果を用いた第１の位相シフタ及び第２の位
相シフタである。

第１のモードコンバータ３と第１の位相シフタ５の組合
せか第１の基板２における偏光制御手段であり、第２の
位相シフタ１１と第２のモードコンバータ１３の組合せ
か第２の基板１０における偏光制御手段である。第１の
モードコンバータ３、第１の位相シフタ５、第２の位相
ソフタ１１及び第２のモードコンバータ１３の夫々の斜
線部は、電極を示している。この電極構成には基板方位
或いは光の伝播方向に依存して種々の構成か公知であり
、ここてはＸカットＹ伝播の例を示している。第１の基
板２における偏光制御手段の夫々の電極への印加電圧を
調整することにより、第１の光導波路４からの出射光の
偏光状態を任意に調整できる。同様に、第２の基板ＩＯ
における偏光制御手段の夫々の電極への印加電圧を調整
することにより、集束手段９から第２の光導波路１２へ
入射した光の偏光状態を任意に調整できる。第１のモー
ドコンバータ３、第１の位相シフタ５、第２の位相シフ
タ１１及び第２のモートコンバータ１３の夫々の駆動回
路の部分は省略しである。１４は互いに異なる偏光（Ｔ
ＩＥモートとＴＭモート）を分離するためのモードスプ
リッタであり、ダブルモート領域とＹ分岐１５により構
成されている。１は半導体レーザである。

勿論半導体レーザに限らずガスレーザなとても良いが、
半導体レーザか望ましい。１６及び１７は夫々導波光の
強度を検出するための第１のフォトダイオ−１く及び第
２のフォＩ・ダイオードである。勿論光の強度を検出す
るための光検出器であればフ才ｌ・マルチプライヤなど
の光検出管てもよいが、フォＩ・ダイオードか望ましい
。６は第１の光導波路４から出射したレーザ光７を試料
８に投光するための投光手段で、たとえば日本板硝子社
製のセルフォックレンズ等か用いられて平行光束のレザ
光７か作られる。９は試料を通過したレーザ光７を第２
の光導波路１２の入射端面に集束させるための集束手段
でやはり前述のセルフォックレンズ等が用いられる。

第１図を用いて本発明による複屈折率測定の原理を説明
する。半導体レーザＩから第１の光導波路４への入射光
を例えばＴＥモードとする。第１の基板２における偏光
制御手段は、例えばここでは試料８へ入射するレーザ光
７が円偏光になるように第１のモードコンバータ３と第
１の位相シフタ５の夫々の電極への印加電圧が調整され
ているものとする。そして、第２の基板ＩＯにおける偏
光制御手段は、例えばここでは第２の光導波路１２に円
偏光か入射した時にモードスプリッタ１４に入射する光
がＴＢモードとなるように第２の位相シフタ１１と第２
のモードコンバータ１３の夫々の電極への印加電圧が調
整されているものとする。モードスプリッタ１４は、例
えばＴＥモードをＹ分岐１５の一方の光導波路１８へ、
ＴＭモードをＹ分岐Ｉ５の他方の光導波路１９へ分離す
る。試料８かない場合には第２の光導波路１２への入射
光は円偏光であり、この時モードスプリッタ１４への入
射光はＴＥモードとなり導波光はすべて例えば一方の光
導波路１８へ分岐される。従って、第２のフォトダイオ
ード１７からは出力電流か得られるか第１のフォトダイ
オード１６からの出力電流は七〇である。試料８に複屈
折かある場合には第２の導波路１２への入射光は一般的
には楕円偏光となり、ＴＥ、　Ｔｈ１両モードの位相差
は９０°にはならない。従ってモードスプリッタ１４へ
の入射光にはＴＥ、　ＴＭ両酸成分含まれることになり
第１のフォトダイオード１６の出力はゼロとはならない
。

このとき、試料８の複屈折により生じるＴＥモード、Ｔ
Ｍモード間の位相差を、第１のフォトダイオード１６か
らの出力電流かセロになるように調整することがてきる
が、それは、第１の位相シフタ５或いは第２の位相シフ
タ１１の夫々の印加電圧にフィードバックして行なわれ
る。そして、位相ンフタへの印加電圧と位相シフト量の
関係は既知であるため、逆に前記のフォトダイオード１
６からの出力電流かセロになるように調節した結果の位
相シフタの印加電圧の値から試料８により生じた位相差
、すなわちこうして複屈折量を知ることかできる。

第２図は本発明の第２の実施例で、第１図と同符号は同
効物を表す。第１の基板２及び第２の基板ＩＯの材料と
してガリウム砒素（ＧａＡｓ）やインジウム燐（ＩｎＰ
）等の化合物半導体を用いることにより、半導体レーザ
ｌや第１のフすトダイオート１６及び第２のフォトダイ
オード１７を基板上にモノリシックに集積化できている
。３ａ及び１３ａは夫々電気光学効果を用いた第１のモ
ートコンバータ及び第２のモードコンバータ、５ａ及び
Ｉｌａは夫々電気光学効果を用いた第１の位相シフタ及
び第２の位相シフタである。

第１のモードコンバータ３ａ、第１の位相シフタ５ａ、
第２の位相ンフタｌｌａ或いは第２のモードコンバータ
１３ａの夫々の斜線部は電極を示しており、夫々の電極
構成には基板方位或いは光の伝播方向に依存して種々の
構成が公知であり、これらは、例えばガリウム砒素（Ｇ
ａＡｓ）の基板方位が＜１００＞で伝播方向か＜１１０
＞方向である場合に対応した構造をしており、これらの
構造は第１実施例の作用と同様な作用をする。第２の実
施例における複屈折測定の原理は、第１の実施例におけ
るそれと同様である。

尚Ｚ第１の実施例及び第２の実施例において、第１の基
板２あるいは第２の基板ＩＯのいずれかに位相シフタを
１つ付加すれば、試料により生ずる位相シフトをキャン
セルできる位相シフト量キャンセル専用の位相シフタと
して用いることが可能である。

〔発明の効果〕

以上の様に本発明によれば、複屈折を有する試料を透過
した互いに直交する偏光間の位相差を測定し、試料で生
じた位相差を電気光学効果を用いた位相シフタにより電
気的にキャンセルする方法を用いているため、従来の様
に゛位相補償板を機械的に精密に移動させる機構は全く
不要となる。

従って、測定装置の構成が極めて簡単になり、装置全体
か安価に製作可能となる。さらに位相シックの駆動を電
気的に行なっているため、測定時間が大幅に短縮てきる
。更に本発明では装置全体を光集積回路を用いて構成し
ているため、従来の装置と較べて極めて小型・軽量とな
るためインライン計測にも応用可能となる。更に光集積
回路はバッチプロセスにより製作できるので、極めて安
価な複屈折測定装置か実現できる。

特に、第１の基板２及び第２の基板１０にリチウムナイ
オベー）　（ＬｉＮｂＯ３）或いはりチウムタンタレー
ト（ＬｉＴａ０３）等の大きな電気光学効果を有する誘
電体結晶を使う場合は、光集積回路自体か更に小型、軽
量になり、製作も容易である。

特に、第１め基板２及び第２の基板ＩＯにガリウム砒素
（Ｇａ’Ａｓ）やインジウム燐（ＩｎＰ）等の化合物半
導体を使う場合は、第１の基板２上に半導体レーザＩを
、第２の基板ＩＯ上に第１のフォトダイオード１６及び
第２のフォトダイオード１７をモノリシックに形成する
ことか可能であるため、半導体レーザ及びフォトダイオ
ードの基板への接続時の位置合わせか全く不要になり、
装置全体か安価に製作できる。

特に、偏光制御手段がモードコンバータ３及び位相シフ
タ５から構成されているので、構成か簡単であり、又、
製作が容易である。

特に、第１の基板２或いは第２の基板１０のいずれかに
、偏光制御手段とは別に独立の電気光学効果を用いた位
相シフタを備えていれば、位相シフト量キャンスル専用
の位相シフタとして用いることができ、測定値の校正が
容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による装置の第１の実施例の平面図、
第２図は、本発明による装置の第２の実施例の平面図で
ある。 〔主要部分の符号の説明〕 ■は半導体レーザ、２及び１０は夫々第１の基板及び第
２の基板、４及び１２は夫々第１の光導波路及び第２の
光導波路、３及び１３は夫々第１のモードコンバータ及
び第２のモードコンバータ、５及び１１は夫々第１の位
相シフタ及び第２の位相シフタ、６は投光手段、７はレ
ーザ光、９は集束手段、１４はモードスプリッタ、１６
及び１７は夫々第１のフォトダイオード及び第２のフォ
トダイオードである。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザと、該レーザより発光されたレーザ光を伝
   播させる光導波路・導波光の偏光状態を電気光学効果を
   用いて制御する偏光制御手段を含む第１の基板と、該光
   導波路からの出射光を試料に投光する投光手段と、該投
   光手段により投光され試料を透過したレーザ光を集束さ
   せる集束手段と、該集束手段により集束されたレーザ光
   を伝播させる光導波路・導波光の偏光状態を電気光学効
   果を用いて制御する偏光制御手段・導波する異なる偏光
   を分離する偏光分離手段を含む第２の基板と、該第２の
   基板に含まれる光導波路を伝播するレーザ光の強度を検
   出する光検出器とを備えている事を特徴とする複屈折測
   定装置。
2. （２）第１の基板及び第２の基板はリチウムナイオベー
   ト（ＬｉＮｂＯ＿３）或いはリチウムタンタレート（Ｌ
   ｉＴａＯ＿３）等の電気光学効果を有する誘電体結晶で
   あることを特徴とする請求項第１項に記載の複屈折測定
   装置。
3. （３）第１の基板及び第２の基板はガリウム砒素（Ｇａ
   Ａｓ）やインジウム燐（ＩｎＰ）等の化合物半導体であ
   ることを特徴とする請求項第１項に記載の複屈折測定装
   置。
4. （４）半導体レーザ１が第１の基板上にモノリシックに
   集積化されたことを特徴とする請求項第１項及び第３項
   に記載の複屈折測定装置。
5. （５）光検出器が第２の基板上にモノリシックに集積化
   されたことを特徴とする請求項第１項及び第３項に記載
   の複屈折測定装置。
6. （６）偏光制御手段がモードコンバータ及び位相シフタ
   から構成されていることを特徴とする請求項第１項から
   請求項第５項に記載の複屈折測定装置。
7. （７）第１の基板或いは第２の基板が、偏光制御手段と
   は別に独立の電気光学効果を用いた位相シフタを備えて
   いることを特徴とする請求項第１項から請求項第６項に
   記載の複屈折測定装置。