JPH10512958A - 時分解光学測定用装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光学変調装置（２６）は、空間的なフィルタマスク（４７）で１つの光ビーム（１６）の変調を可能にし、空間的に周期的な時間従属励起領域を形成する。領域が一旦発生すると、領域はサンプル（１２）のトランジェント格子を誘導するために使用することができる。さらに、光学的な変調装置（２６）はプローブビームをブラグ角度で自動的に向け、それによってプローブビーム（２０）の強度を最大限にするように構成される。

Description

【発明の詳細な説明】 時分解光学測定用装置及び方法 発明の分野 本発明は、時間従属して空間的に変化する光学的分野を使用する材料特性の測 定に関する。 背景 材料の動きの光学的な励起及び検出を含む測定技術は、純粋に科学的な観点及 び用途の観点から非常に重要である。特に、トランジェント格子分光学またはイ ンパルス誘導散乱のような技術は、材料（例えば、ポリマーフィルム）を励起し 、その結果の応答を測定するためにレーザ光を使用する。これらの技術において 、２つの励起レーザパルスは、サンプルで空間及び時間において交差する。例示 パルスの重複は、光干渉を生じ、“明るい”及び“暗い”領域が交互に配置され る励起領域を生じ、分野の全体の強度は、正弦波状において変化する。重複した パルスの間の角度は、交互に配置される領域の空間周波数、すなわち、ウェーブ ベクトルを決定する。励起領域は、いくつかの異なる機構を通ってサンプルの一 次格子を誘導する。例えば、励起領域の光吸収は、熱または光の放射を通して崩 壊する電子励起状態を生じる。例えば、インパルス誘導熱散乱（ＩＳＴＳ）にお いて、この帯域の光領域の光エネルギーは、サンプルによって吸収され、熱の蓄 積が生じ、放射領域の熱膨張が生じる。この結果、励起領域の形状に合致する空 間的な周波数及び向きを備えた波ベクトルを有する、コヒーレントな、カウンタ ー伝達超音波音子を生じる。またサンプルは、非吸収性の処理を介して励起され る。インパルス誘導ビリオン散乱（“ＩＳＢＳ”）またはインパルス散乱ラーマ ン散乱（“ＩＳＲＳ”）において、例えば、サンプルは、空間的に変化する光学 強度パターンを使用して励起されるが、音子は、フィルムによって吸収されない 波長を有する。これらの技術において、光エネルギーは、フィルムの音響領域に 直接結合して音響プロセスを励起する。励起は、励起パルスのコヒーレントな分 光ラインのアドバンテージをとるが、各励起パルスからの高周波の音子は、反対 の励起パルスにおいて低周波数の音子をつくることが廃止される。異なる周波数 及び波のベクトルのカウンタ伝達超音波音子は、中間の周波数において発生され る。 ＩＳＴＳ，ＩＳＲＳ，ＩＳＢＳにおいて、他のトランジェント格子技術、 音子伝達または電子イベントは励起パルスがサンプルを離れた後に励起領域の材 料の特性において、時従属、空間周期変化を生じる。なぜならば、材料の関連す る光特性は、この応答の大きさの関数であるから、励起領域の時間従属は、光学 プローブビームによって検出することができる。サンプルの励起領域は、トラン ジェント回折格子として機能し、入射プローブビームの散乱及び変調を生じ検出 及び分析することができる信号ビームを生成する。弾性係数のようなサンプルの 特別の特性を決定するために、サンプルの分散（すなわち、波のベクトルの従属 応答）を測定する必要がある。 従来のトランジェント格子法を使用して空間的に変化する光学的な励起領域を 形成するために、励起ビームは、２つのビームに分割され、これらは、ミラー、 ビームスプリッタ、レンズ及び機械的な遅延段階のような光学的な部品を使用す るサンプル内で再び組み合わせられる。また、これらの部品は、励起ビームの間 の角度を調整するために使用される。追加的な光学的な部品は、励起ビームに関 して角度、空間的な重複及びプローブビームのタイミングを正確に調整するため に使用される。しかしながら、注意深い調整の後であっても、誘導トランジェン ト格子によって回折された信号は弱く、整列及び検出の困難性を困難にする。 概要 １つの観点において、本発明は、（ａ）放射ビームを放射し、前記放射ビーム を回折マスク上のパターンにビームを通過させ、少なくとも２つの励起サブビー ムを形成する段階と、（ｂ）像形成装置によってサンプルの領域に少なくとも２ つの励起サブビームを重複させて、サンプルの領域にトランジェント格子を励起 する空間的に変化する光領域を発生する段階と、（ｃ）プローブビームの少なく とも一部がトランジェント格子によって回折するように向けられたプローブビー ムでトランジェント格子を照射する段階と、（ｄ）光検出器でプローブビームの 回折部分を検出する段階と、（ｅ）光検出器からの前記光誘導信号を分析して前 記サンプルの特性を決定する段階と、を有するサンプルの特性を決定する方法及 び装置を提供する。 この明細書で使用する“サブビーム”は、励起またはプローブビームの回折 から生じる光学領域を意味する。励起及びプローブビームは、同じまたは異なる 波長を有するか、双方のビームは、一部がサンプルによって吸収される。 好ましくは、回折パターンが、少なくとも１つの空間的な周波数を有する交互 に配置された光変調領域を有し、励起ビームは、回折パターンの光変調領域から 出る励起ビームを回折することによって少なくとも０番目、＋１及びー１番目の 励起サブビームに分難される。 この場合、重複段階が、サンプル上に励起サブビームを重複させる前に、像形 成装置（例えば、レンズまたは一連のレンズ）を通る少なくとも＋１及びー１励 起サブビームを通過させる段階を有する。像形成装置が、少なくとも１つの前記 サンプル上に回折パターンの光変調領域の空間周波数の像を形成し、空間的に変 化する光学領域を形成する。好ましくは、光変調領域及び空間的な変化光学領域 の少なくとも１つの空間的な周波数が等価である。 さらに他の実施例によれば、段階（ａ）の前にプローブ及び励起ビームが段階 （ａ）の前に直線化される。この場合において、段階（ａ）は、プローブビーム を第１のマスクの回折パターンを通過させることによってプローブビームを少な くとも２つのプローブビームに分離する段階を有する。ここで、プローブサブビ ームが、前記サンプルの領域に誘導された格子を照射する前に像形成装置を通過 することが好ましい。 他の好ましい実施例において、励起ビームが、段階（ａ）の前に回折パターン に（例えば、円筒形に）焦点が合わせられる。さらに、像形成装置が、１：１の 像形成装置である。 この実施例において、プローブビームは、ブラグ角度で一 時格子を照射する。 さらに好ましい実施例において、段階（ｂ）及び段階（ｃ）の間に、前記励起 サブビームが空間的に第２のマスクで濾波される。 好ましくは、第１及び第２のマスクが、シングルユニットに含まれる。 空間的な濾波が、＋１及びー１の励起及びサブビームを伝達する。 他の実施例において、分析段階が、前記サンプルの分散を決定する段階を有す る。 分散が、前記サンプルの機械的（例えば、接着、弾性係数、こわさ、接着性、 弾性係数、こわさ、残留応力及び密度）、熱的、光学的または電気的な特性を決 定するために使用される。この実施例において、分散が、決定され、複数の空間 的な周波数を有する１つの空間的に変化する光学的な領域でサンプルで複数のト ランジェント格子を誘導する。別の例として、分散が、決定され、各々が１つの 空間的な周波数を有する複数の空間的に変化する光学領域でサンプルの複数のト ランジェント格子を誘導する。 他の観点において、（ａ）ビームを放射し、前記放射ビームを回折マスク上の パターンにビームを通過させ、少なくとも２つの励起サブビームを形成する段階 と、（ｂ）像形成装置によってサンプルの領域に少なくとも２つの励起サブビー ムを重複させて、サンプルの領域にトランジェント格子を励起する空間的に変化 する光領域を発生する段階と、（ｃ）プローブビームの少なくとも一部がトラン ジェント格子によって回折するように向けられたプローブビームでトランジェン ト格子を照射する段階と、を有するサンプルの特性を決定する方法。 他の観点において、本発明は、サンプルから出るプローブビームの一部を回折 する装置を提供する。装置は、光軸に沿って向けられたプローブ光学ビーム及び 励起光学ビームを発生する装置と、光軸に沿って配置されると共に、光回折パタ ーンを有する第１の回折マスクとを有する。回折パターンは、光軸に沿って配置 され、励起ビームで照射されたとき励起ビームを回折して、少なくとも２つの励 起サブビームを発生するように構成されている。装置は、光軸に沿って配置され た少なくとも１つのレンズを有する像形成装置を有する。像形成装置は、励起サ ブビームをサンプルの領域に焦点を合わせて前記サンプルの領域でトランジェン ト格子を励起する空間的に変化する光学領域を発生し、前記格子は、前記サンプ ルの励起領域から出るプローブビームの一部の回折を可能するように構成されて いる。 好ましい実施例において、回折パターンが、目視可能な回折すなわち、 赤外線放射を可能にする距離だけ間隔を置いた一連の透明な領域を有する。 他の実施例として、回折パターンが、目視可能な回折すなわち、赤外線放射を 可能にする距離だけの深さ及び間隔を置いてエッチング加工された一連の領域を 有する。好ましくは、回折マスクは、複数の回折パターンを有する。 他の好ましい実施例において、装置が、一対の開口部を有する第２の空間的に 濾波されたマスクを有する。その開口部は、前記空間的に濾過されたマスクが前 記回折された励起サブビームの空間的な濾波を可能にするように光軸に沿って配 置されている。好ましくは、空間的なフィルタマスクが、複数対の開口部を有し 、回折及び空間的なフィルタマスクが、１つのユニットに形成される。 実施例は次の１つの利点を有する。例えば、フィルタマスクでシングルビーム を変調してサンプルの一時格子を誘導するために使用することができる空間的、 周期的時間従属励起領域を形成する簡単なリニア構成の光学装置が設けられる。 この装置は、簡単な光学的な装置を使用してブラッグ（または位相合致）角度で プローブビームの向きを決定するように追加的に構成することができる。これに よって誘導格子の回折性能及び回折プローブビームの強度を最大源にすることが できる。 装置の光学的な整列は、簡単で迅速である。ユーザは、マスクとの相互作用の 前にプローブ及び励起ビームを同一線上に配置することのみが必要である。サン プルで励起パターン（すなわち、波ベクトル）を画定し、タイミングを設定する ようにマスク及び画像光学装置を使用し、その結果、励起パルスがサンプルに到 達すると同時に、プローブの入射角度をブラッグ角度に設定し、ビームが容易な 信号設定及び増幅を行うことができるようにする。動作の間に、励起された音子 の波ベクトルが、マスクを移動することによって簡単に調整することができる。 これらのマスクは、装置の中で移動する部品であり、光学的な変調装置に必要な 光学装置の数を低減しながら、測定技術を容易に自動化することができる。 サンプル内に厚い格子が形成されるとき、ブラッグ角度の自動設定によって格 子の回折能率を最大限にすることができる。これは、特に重要である。これらの 格子の回折能率は、材料の応答の大きさとは無関係にある程度のブラッグ角度の 一部内の角度でも迅速に低下する。一旦放射されると、光学的な変調装置は、サ ンプルに向けて複数のプローブビームを発生する。１つのプローブビームは一時 格子を検査するために使用することができるが、他のプローブビームは、信号ビ ームの場所を決定するためにファインダビームとして作用する。これによって弱 い信号を検出器に整列することを簡単にする。なぜならば、ファインダビームは 大きな光強度を有し、場所の決定が容易であるからである。またこの同じファイ ンダビームは、弱い信号ビームのヘテロダイン増幅のために使用される。 さらに、本発明によって、励起領域は、単に正弦波のパターンには正弦されな い。例えば、いくつかの場合において、さらに複雑な形で材料の動きを誘導し、 同時に、複雑なマスクパターンを使用して複数の波のベクトルで材料の動きを励 起することが望ましい。 図面の簡単な説明 第１図は、本発明によるサンプルの測定装置の光部品の概略図である。 第２図は、サンプル測定装置の光学的な変調装置の概略図である。 第３図は、光学的な変調装置のマスク及び像形成装置の拡大図である。 第４図Ａ及び第４図Ｂは、光学変調装置の回折マスクを使用して発生するマス クの変調領域の空間依存及び光学変調装置の回折マスクを使用して発生した励起 領域の空間依存を示すグラフである。 第５図Ａ及び第５図Ｃは、第１のマスクで回折された後、第２のマスクによっ て濾過される前、及び第１のマスクによって回折され第２のマスクによって濾過 された後の励起及びプローブ領域の空間依存性を示す図である。 第５図Ｂは、空間的なフィルタマスクの空間的な伝達作用を示す図である。 第６図Ａ及び第６図Ｂは、光変調装置を使用したフィルムサンプルで発生する 薄い格子からの回折信号の時間従属性を示す各プロット点である。 第７図Ａ及び第７図Ｂは、光学変調装置を使用してザロール内で発生する厚い 格子からの回折信号の時間従属性を示す図面である。 詳細な説明 第１図を参照すると、サンプルを励起し、その結果生じる動きを検査するため に使用する光学測定装置１０は、励起光ビーム１６及びプローブ光学ビーム２０ をそれぞれ形成する励起レーザ１４及びプローブレーザ１８を含む。励起ビーム は連続したパルスを含むか、または、比較的に長いトランジェント間隔を有する 光学的な波の形を含む。励起ビーム１６は、一対の光学装置２２，２４によって 反射され、この光学装置２２，２４は、励起ビーム波長で高度に反射し、ビーム が光学変調装置２６に向かうような向きを有する。第２の高度に反射した光学装 置２４は、例示ビームを有効に反射することが好ましく、一部がプローブビーム に透過する。例えば、この光学装置は、ビームスプリッタ、二色性のミラーまた は薄いフィルムポラライザである。この光学装置２４は、光学変調装置２６に入 る前にプローブビーム２０を励起ビーム１６と同一線上を向くことができるよう にする。 光学変調装置２６は、１つの励起ビームを変調してサンプルの表面内 またはその表面上で再び組み合わされる、空間的に変調され励起された一対のサ ブビーム２５，２５′を生成する。光変調装置は、励起サブビーム２５，２５′ のパルスのタイミング及び空間的な部分が重複し、その結果、サンプルを励起す るために使用される空間的に変化する光領域を生じるために２つのサブビームの 間に光干渉が生じるように構成される。また信号プローブビーム２０は、光学変 調装置２６によって空間的に変調され、一対のプローブサブビーム２７，２７′ が発生し、プローブサブビームは、プローブの波長が励起サブビーム２５，２５ ′とは異なり、励起サブビームとは空間的に離れている。測定中に、サブビーム ２７，２７′の双方は、サンプル内に励起されるトランジェント格子とは異なり 、一対の信号ビームの発生を生じる。例えば、トランジェント記録装置に電気的 に接続された光検出器を含む光学検出装置によって測定される。回折信号の測定 は、コンピュータによって処理されサンプル１２の材料特性を評価するために使 用される状態信号３２を発生する。 光学変調装置２６の部品は、１つの信号励起ビームから空間的に変化する光学 励起領域を発生し、ブローブビームの入射のブラッグ角度を自動的に設定する。 これは、最小限の整列で種々の励起波ベクトルでデータを収集することができる ようにし、それによって、サンプルの散乱特性を容易に測定できるようにする。 例えば、散乱特性の測定は、弾性係数、熱拡散、接着、電気搬送及び応力のよう な材料特性をバルク及び薄いフィルムの双方のサンプルで決定することができる 。さらに、光学的な変調装置２６は、最小限の数の光学的な部品及び１つのみの 可動部品のみで簡単でコンパクトな構成を有する。これによって、サンプル測定 処理を容易に自動化し、迅速な形態で実行することができる。 好ましい実施例を参照すると、光学的な変調装置２６の部品は、（ｘ軸によっ て図面に指示するように）軸に沿った直線構成に配置され、同一直線状の励起１ ６及びプローブ２０のビームの空間的な変調を行うことができる。光学装置２４ を通過する前に、プローブビーム２０は（“Ｆ_c11”によって指示される第１の 焦点距離を有する）第１の円筒形レンズ４２を通って伝達され、このレンズ４２ は、ビームがｚ軸に沿って細長くなるようにビームを収束する。一旦重複すると 、励起１６及びプローブビーム２０は、“Ｆ_c12”によって指示される焦点距離 を有する）第２の円筒形レンズ４４によって双方のビームを空間的に濾過する第 １のマスク４６のパターン化された領域４５に集約される。マスク４６は、第２ の円筒形レンズ４４の焦点（Ｆ_c12）に配置され、励起ビームはパターン４５に 沿って延びる細長い円筒形スポットに焦点が合い、第１の円筒形レンズ４２によ って焦点が合わせられたプローブビームは、細長い励起スポットの中心で小さい 円形のスポットに焦点が合わせられる。 マスク４６上にパターン化された領域４５は、例えば、円筒形に焦点が合わせ られる励起ビームの強度を濾過する、伝達及び不透明領域の交互に配置された周 期的なパターンを含む。別の例として、入射励起領域の位相を濾波する変化する 深さ（例えば、λ／４）にエッチング加工された透明ガラスの周期的な領域を含 む。双方の場合において、パターン化された領域４５を有する励起ビーム１６及 びプローブ２０ビームの相互作用は、これらのビームの回折によって、異なる回 折順に対応する一連のサブビームを形成する。 第１のマスク４６から回折し、分散及び分離した後、分岐した励起及びプロー ブサブビームは、第２のマスク４８によって空間的に濾過され、第２のマスク４ ８は、励起とプローブ回折の順序のはっきりした空間的な分離を可能にする距離 だけ第１のマスクからｘ軸に沿って移動する。これは、励起及びプローブビーム の波長が異なる場合であり、波長が同じである場合には、励起及びプローブのサ ブビームは分離されない。第２のマスク４８は、複数の対の開口部４９，４９′ を有し、この開口部４９，４９′は、ポンプ及びプローブビームの双方からの回 折順の伝達を可能にする。好ましくは、第２のマスクは、開口部の各対が第１の マスクの分離したパターン化された領域に対応するように形成される。開口部の 対は、第２のマスクを垂直方向に移動することによってビームの経路に移動され る。 各回折順は第１のマスク４６の空間的に変化するパターン領域の異なるフーリ エ成分を表す。例えば、励起及びプローブ領域の＋１及びー１台は第１のオーダ ーのフーリエ成分であるが、高い（例えば、＋／−２，＋／−３）及び低い（例 えば、ゼロのオーダーの）回折オーダーは、高周波及びＤＣフーリエ成分を表す 。第１のマスク２８による空間的な濾波は、回折分野の選択されたフーリエ成分 が通過することができるようにし、これらの成分は、サンプルで再び組み合わさ れて、所望の励起パターンを形成する。 励起２５，２５′及びプローブ２７，２７′サブビームは、マスク４０を通っ て伝達される。回折サブビームは、θ（プローブサブビーム）及びφ（励起サブ ビーム）の角度で分岐し、各サブビームは、回折の正（例えば、＋１，＋２）ま たは負（例えば、−１，−２）のオーダーである。回折方法は、パターン領域の 光変調領域の空間分離ｄ（すなわち、波長）及び入射励起及びプローブフィール ドに依存する： ２ｄｓｉｎ（θ）＝ｎλ_probe ２ｄｓｉｎ（φ）＝ｎλ_excitation （１） ここで、ｎは回折オーダーである。よって、サブビームの分岐は、励起及びプロ ーブの波長及びパターン化された領域の形状によってのみ決定される。 励起及びプローブビームの伝達回折オーダーの際組み合わせは、画像形成装置 を使用して達成される。これは、１）サンプルの表面で空間的に変化する光学分 野の発生を生じる選択された励起サブビームの空間的な再組み合わせ可能にし、 ２）ビームがブラッグ（すなわち、位相合致）角度でサンプルに到達するように プローブサブビームの向きを自動的に向けるようにすることができる。像形成光 学装置は、１つのレンズ（第３図）または、それぞれＦ_s11及びＦ_s11（第２図参 照）の焦点の長さを有する２つの分離したレンズ５０，５０′からなる。 ２つの分離したレンズを使用する場合において、図面でＳによって指示された レンズの間の分離によって、像装置を望遠鏡として使用することができ、サンプ ル上に像が形成される領域を拡大縮小することができる。これによって、２つの 像形成レンズの間の間隔を変化させることによってサンプルの干渉パターンの空 間的なスケールまたは寸法を調整することができる。例えば、もし、干渉パター ンがサンプル上で縮小されるならば、明るい領域と暗い領域の間の間隔が減少し 、 励起波ベクトルの増加を生じる。逆に、パターンが増大する場合には、明るい及 び暗い領域の間の間隔及び励起波ベクトルの空間的な周波数は減少する。 実際の像形成処理は、像形成平面として画定された平面で生じ、これは、１つ のレンズの焦点距離または複数のレンズ（例えば、２つのレンズ）の像形成装置 の等価焦点距離によって決定される。２つのレンズ装置において、像形成装置の 有効焦点距離Ｆは、Ｆ_s11及びＦ_s12の関数であり、及びＳは、 Ｆ＝（Ｆ_s11＋Ｆ_S12ーＳ）／Ｆ_S11Ｆ_s12 （２） ｘ軸に沿った像形成装置の有効位置ｘは、Ｆ，Ｓに関する距離及び第１のレン ズ５０の焦点距離Ｆ_s11第２のレンズ５０′から変位する。 Ｘ＝ＦＳ／Ｆ_s11 （３） 像が形成されるべき物体を表すマスク上のパターン化された領域は、距離Ｏだ けＸから変位する。Ｘからのサンプルの変位Ｉは、像形成平面の変位を表し、次 の公式によってＦ及びＯに関連する。 １／Ｆ＝１／Ｏ＋１／Ｉ （４） これは次のように変形することができる。 Ｉ＝ＯＦ／（Ｏ−Ｆ） （５） よって、像形成の間にＭ＝Ｉ／Ｏとして画定される物体の拡大または縮小の度 合いは、Ｆの所望の値を与えるレンズの組み合わせを選択することによって、適 当な距離ＸからＩにサンプルを配置することによって調整することができる。 パターン化された領域の特定のフーリエ成分の像を形成することに加えて、像 形成光学装置は、誘導格子へのブラッグ角度で伝達プローブビームの焦点を合わ せるように構成される。第３図を参照すると、プローブビーム１６がブラッグ位 相合致基準を満足するために、波長λ_ex及びλ_prを有する励起２０及びプローブ １６のビームは、第１のマスク４６上のパターン化された領域を照射する前に変 調装置の光軸に沿って空間的に重複する。（この実施例において、１つの像形成 レンズが使用されるが、第２図に示すように、複数の像形成レンズ装置を使用す ることができることは理解できよう。）回折は、少なくともゼロが６５，＋１ ４７，及びー１ ５１の回折オーダーを発生し、各オーダーは、励起２５，２５ ′及びプローブ２７，２７′を含む。励起及びプローブビームは、装置の光軸か ら角度φ及びθによって分離される。第２のマスク４８は、ゼロ番目のオーダー ６５を空間的に濾過し、第１のマスク４６から距離Ｄだけ間隔を置く像形成レン ズ５０に＋１ ４７及びー１ ５１のオーダーを伝達するように使用される。回 折励起及びプローブビームは、光軸から距離Ｚ₁，Ｚ₂でそれぞれレンズを照射す る。ビームは、レンズ５０から距離Ｄ間隔を置いているサンプル上に像が形成さ れる。この構成において、距離Ｄ及びＤ′は、次の公式 １／Ｄ′＝１／ｆ−１／Ｄ （６） これは次のように変形される。 Ｄ′＝ＤＦ／（Ｄ−ｆ） （７） レンズ５０の焦点を合わせた後、プローブ及び励起サブビームを含む回折オー ダー４７，５１は、角度θ及びφ′でサンプル上に集まり、Ｚ₁，Ｚ₂，Ｄ及びＤ ′に関連させることができる。 ｔａｎφ′＝ｚ₁／Ｄ′＝Ｄｔａｎφ／Ｄ′ （８） ｔａｎθ′＝ｚ₂／Ｄ′＝Ｄｔａｎθ／Ｄ′ （９） 次のように示すことができる。 位相合致基準を満足させるために、次の条件が求められる。 ｓｉｎθ′／ｓｉｎφ′＝λｅ／λｐ （１１） 従って、２つの条件は、マスクアングルとは独立して設定すべきブラッグ位相 角度に合致しなければならない。 これらの条件は、Ｍ＝１（すなわち、１：１像形成装置）または 及び が像形成装置について保持される場合である。さらに、励起及びプローブ波長 が等価である場合には、装置のブラグ角度は、光学変調装置を使用して自動的に 設定される。 よって、光学変調装置に入る前に励起及びプローブビームの同一直線化を行う ことによって、プローブビームは第１のマスクによって回折され、一対のプロー ブのサブビームを生じ、このビームは、条件（１）または（２）を満足するとき 、このブラッグ角度は自動的に向きを決定される。 トランジェント格子と相互作用した後に、サンプルへのサブビーム入射は、回 折されて一対の信号ビーム５４，５４′を発生し、一対の信号ビーム５４，５４ ′は、対向するプローブのサブビームの残留部分（すなわち、非回折成分）と空 間的に重複する。回折（すなわち信号）及び反射（すなわち、残留プローブ）ビ ームの双方の存在は、２つの主な理由によって有利である。第１に、残留ビーム は、レファレンスまたは“ファインダ”ビームとして使用することができ、この ビームは、（弱く目で見ることは困難である）信号の空間的な場所を決定し、そ れによって散乱ビームの検出装置への整列を簡単にする。第２に、信号及び基準 ビームの双方の存在は、信号ビームのヘテロダイン増幅を可能にし、弱い回折信 号ビームに対して光学的に干渉し、“ビート”するように使用され、信号の増幅 を生じる。第２図及び第３図は、入射プローブビームを反射するサンプルを示し 、伝達サンプルを監視することを示すが、励起、プローブ及び信号ビームの相対 形状は、このようなサンプルと同様である。 第４図Ａ及び第４図Ｂを参照すると、光学変調装置の第１のマスクのパターン 化された領域６８は、入射励起領域とき相互作用し、励起サブビームの複数オー ダーを生じ、この励起サブビームの複数オーダーは、サンプルに空間的に変化す る光学領域を発生する。好ましい実施例において、パターン化された領域６８は 、各々が、隣接する透明な領域７２によって互いに分離されている幅７６を有す る等間隔で交互に配置された不透明領域７０からなる。例えば、マスクの変調領 域７０は、励起及びプローブレーザ波長に対して透明であるガラス基板に薄い金 属 フィルムのような吸収材料を溶着することによって形成された一連の不透明なラ インから成る。この“矩形波”伝達輪郭を有するマスクは、理論では空間的な周 波数成分の無限数を含み、無限数のオーダーを生じ、各オーダーの強度は次のよ うに表され、 ここで、λは光の波長、ｐ＝ｓｉｎθであり、ここでθは、回折角度であり 、ｎは回折オーダー、ｄは、不透明な領域の幅、ｓは、これらの領域を分離する 距離である。複数のオーダーが現れる。なぜならば、マスクの矩形波のパターン のフーリエ分解は、正弦波高調波の無限の加法連続を生じ、スペース７４の逆に 等しいシリーズの基本周波数を有する。 別の案として、マスクの変調領域７０は、励起領域の位相を空間的に変調する ように透明領域７２に関して異なる厚さを有するように製造される。例えば、も し、パターン６８の領域７０がその厚さが隣接領域７２の厚さ未満のλ／２であ るようにエッチング処理される場合には、領域７０を通って進む円筒形に焦点が 合わせられた励起スポットの部分は、マスクを通って次に伝搬する励起領域の隣 接部分に関して位相πだけずれる。領域の強度がマスクによって減衰されないか ら、励起領域を変調することが望ましい。 振幅及び位相変調マスクは、励起領域を複数のサブビームに回折する。一旦サ ンプルに再び組み込まれるとき、励起サブビームは、光学干渉パターンを生じ、 このパターンにおいて、光学的な強度パターン８０の光領域８２（または別の例 では暗い領域８４）の空隙的な距離８６は、パターン化された領域６８の空隙７ ４、及び上述したように像形成装置の焦点及び形状特性の関数である。 通常、パターン６８の領域７０の空隙７４は、光領域８０の波長の１乃至１０ ００の間の値であり、通常その空隙は、１と１００ミクロンの間である。１つの マスクは、複数のパターンを有し、各パターンは、光変調領域７０の間に異なる 空隙７４を有し、異なる波ベクトルを有する励起領域に対応する。好ましくは複 数のパターンはできるだけ接近して配置されることが好ましく、典型的なビーム 形状において、個々のパターンは、約３００乃至７００ミクロンの間の距離によ って分離されることが好ましい。変調領域の幅７６は、通常、分離距離７４の約 ０．２乃至１．５倍の間である。 サンプル内の複数の音響モードを励起することが望ましい場合において、各モ ードが分離したよく定義された波ベクトルを有することによって、マスク上のパ ターン化された領域は、複数の低周波の空間的な周波数成分（すなわち、矩形波 の縁部を構成するために使用されるものとは別の周波数）を含むように製造され る。例えば、マスクは、複数の矩形または正弦波を有し、各々は、異なる周期性 を有する。このパターンを有する励起領域は、複数モードを励起して、１つの励 起パルスを使用してサンプルの散乱（すなわち、波ベクトル従属）特性を決定す ることができる。 パターン６８の変調領域７０の形状は、矩形波の輪郭を有する必要はない。例 えば、パターンはｚ方向に沿って正弦波状に変化する。波の形状の鋭い縁部を構 成するために無限の数の空隙周波数を必要とする矩形波パターンに対して、この 形状は、正弦波の空間周波数に等しい１つの周波数成分のみを含む。正弦波のパ ターンによって回折される領域の強度は、ＤＣ成分（すなわち、ゼロ番目）と＋ １及びー１回折オーダーとの間で主に配分される。従って、この実施例において 、入射励起領域の大きな部分は、第１のオーダーの励起サブビームに集中される 。 他の実施例において、各々が異なる空間周波数を有する複数のマスクは、ｚ軸 に沿って順に積み重ねられ、複数の励起波ベクトルを含む光学領域を発生するよ うに使用される。さらに、一連の同心円のリングのような他のパターンもマスク 上に含まれ、サンプル上に像が形成される。 振幅及び位相マスクのパターンの領域は、化学蒸気溶着、ＦＲ及びマグネトロ ンスパッタリング技術及び標準のマイクロリトグラフ（すなわち、フォトーリト グラフ）のような当業者によく知られた溶着技術を使用して製造される。これら の方法は、例えば、１９８８年、wayneM.Moreuによる半導体リトグラフ：原理： 実施：及び材料及びMarkD.Levinson,によるフォトリトグラフ用のウエーブフロ ントエンジニアリングにおいて述べられており、この内容は参照によりここに組 み込まれている。また矩形及び正弦波のパターンのマスクは、例えばサインパタ ーンまたはアプライドイメージ社から市販されている。例えば、位相変調マスク は、上述した参考例に説明したようにこの技術分野で知られたガラスエッチング 技術を使用して形成される。 励起及びプローブビームが第１のマスクのパターン化された領域から回折され ると、第２のマスクは、回折領域を空間的に濾波し、サンプル上に像が形成され る回折オーダーの選択を可能にするように使用される。第５図Ａ及び第５図Ｃを 参照すると、図面の座標軸によって指示される分岐サブビームの光学強度は、ｚ 軸に沿った分岐の関数として変化する。この図面は、第１のマスクから適当に離 れた平面に沿って測定された回折励起及びプローブのサブビームの空間的な強度 輪郭を表し、それによって、回折オーダー及び各回折オーダー内のサブビームと の完全な分離を可能にする。回折領域の空間的なＤＣ成分を表す励起及びプロー ブサブビームの双方のゼロ番目の回折したオーダー１００，１０２は、回折マス クとの相互作用の後に分岐せす空間的に重複したままである。ブラケット１０４ 及び１０４′によってそれぞれ指示された＋１及びー１のオーダーは、＋１及び ー１プローブ１０６，１０６′及び励起サブビーム１０８，１０８′とを含む。 ＤＣ成分１００，１０２と矢印１０３，１０５によって指示された＋１及びー１ のオーダーのプローブサブビームとの間の分離は、マスクのパターンの形状、励 起及びプローブ領域の波長及び回折領域とマスクとの平面の間の関数である。回 折マスクのパターンが複数の回折オーダーを発生するように構成されている場合 （すなわち、矩形波回折パターン）、プローブ１１０，１１０′及び励起１１２ ，１１２′のサブビームは、ブラケット１１４及び１１４′によってそれぞれ指 示される＋２及びー２の回折オーダー内に存在する。大きな回折オーダーである が、可能なオーダーは図面には示さない。回折パターンを空間的に濾波し、例え ば、一対の回折オーダーを選択する伝達機能を有するように選択される。第５図 Ｂ及び第５図Ｃを参照すると、＋１及びー１の回折オーダーの選択を可能にする マスクは、非伝達性領域１２０，１２２，１２２′を有し、この領域は、ＤＣ及 び高いオーダーの回折成分を阻止して、これらのサブビームがサンプルに伝わる ことを防止する。伝達領域１２４，１２４′は、各々が励起１０８，１０８′及 びプローブ１０６，１０６′サブビームを含む４つのビーム、すなわち、＋１及 びー １オーダー１０４，１０４′がサンプル上に伝達することができるように配置さ れる。実施例において、第２のマスクの非伝達領域は、金属またはプラスティッ クプレートのような吸収または反射基板から成り、伝達領域は、基板が除去され る開口部から成る。 矢印１２６によって指示される第２のマスクの伝達領域の幅は、選択された回 折オーダーの励起及びプローブサブビームの双方を通過することができるように 選択される。この幅は、回折励起及びプローブサブビームの累積的な空間的な延 びに依存し、前述したように、励起及びプローブ領域の波長、回折パターンの変 調領域の空隙、及び分散領域と第１のマスクとの間の分離によって決定される。 通常、伝達領域は、０．５と２．０ｃｍとの間の幅を有する。 動作中に、第１のマスクの回折パターン領域は、第２のマスクの空間的な濾過 パターンに関して整列し、２つのマスクは、垂直方向に協働して移動することが 好ましく、異なる励起領域の迅速な自動調整を可能にする。マスクは、回折及び 濾波パターンが同じ高さに整列し、装置の光学軸線に沿って対照的に配置される 。例えば、２つのマスクは、機械的な移動段階に取り付けられ、この位置は、手 動によりまたはモーターによる駆動体及びコンピュータを使用することによって 制御することができる。このようにデータは、バルク及び薄いフィルムのサンプ ルの散乱曲線に沿った種々の点を決定するように多数の波ベクトルでとられる。 別の案として、光学変調装置の部品の数を低減するために、双方のマスクは、１ つの基板の上に形成することができる。例えば、回折する、空間的に周期的なパ ターンが１つのガラスプレートの表面に形成され、空間的な濾波パターンを反対 面に形成することができる。この場合において、回折及び濾波パターンが上述し たように互いに関して配置され、基板は、空間的な濾波表面に当たる前に回折さ れたサブビームを適当に分散することができるように十分に厚くなければならな い。 データが特定の波ベクトルについて収集され、マスクは、新しい回折濾波パタ ーンを新しい波ベクトルで励起領域を発生するために使用され、データ収集方法 が繰り返されるように移動する。別の例として、いくつかの明確な空隙周波数を 含む１つのパターンは、入射励起ビームを変調するために使用され、領域の所望 のフーリエ成分をサンプルに像の形成をするように選択するように第２のマスク が使用される。この実施例において、各々が異なる励起波ベクトルに対応する複 数の励起及びプローブビームは、第１のマスクによって回折され、サンプル上で 再び組み合わせられ、検出及び分析される複数の信号ビームを発生するように使 用される。これは、１つの励起プローブイベントの間、サンプルの全体の分散が 決定することができるようにする。光変調装置と共に使用される光学源及び検出 電子装置は、Ｊ．Ａ．Ｒｏｇｅｒｓ等，Ｊ．Ａｐｐｌ．ｐｈｙｓ．７５：１（１ ９９４）及びＡ．ＲＤｕｇｇａｌ等，Ｕ．Ｓ．Ｓ．Ｎ０７／９１０，７６２に示 されており、その内容は参照によりここに組み込まれている。要するに、（例え ば、ＩＳＴＳまたはＩＳＢＳを使用して）サンプル内での材料の動きを瞬間的に 発生するために、励起ビームがパルス状に発生され、Ｑスイッチ、モードロック またはその双方である光源を使用して発生される。励起領域のパルス間隔は、フ ィルム内の材料の動きを瞬間的に刺激するのに十分に短くなければならない。例 えば、音響的なプロセスを励起するために、出力パルスは、１００ピコセコンド と５ナノセコンドとの間の間隔を有することが好ましい。出力パルスのエネルギ ーは、０．１と５ミリジュールとの間が好ましい。さらに、パルスの繰り返し速 度は、（必要なとき）適当なデータの平均が可能になるように十分に早くなけれ ばならないが、レーザショットの間のサンプルの熱特性が回復することができる ように十分に小さくなければならない。好ましくは、繰り返し速度は、１と２０ ００Ｈｚとの間であり、速度は、異なるタイプのサンプルのために調節される。 薄いポリマーフィルムのような容易に損傷を受けるサンプルにおいて、励起レー ザの繰り返し速度を減少することが好ましい。 励起状態のトランジェント格子（例えば、エレクトロンホールの対、または他 の励起子スペシズ）をつくるために、励起ビームの搬送周波数は、サンプルによ って吸収されるようなものである。もし励起波長がサンプルの吸収エネルギー以 下である場合には、ビームは、基本周波数の高いオーダーの高調波（例えば、二 次または三次のオーダーを発生するために使用することができる周波数−ダブル またはトリプルクリスタルのような１つまたはそれ以上の非リニヤ光学装置を通 過する。別の案として、もしサンプルが光吸収に依存しない機構（例えばＩＳＲ ＳまたはＩＳＢＳ）を使用して励起されるならば、励起光はサンプルによっては 吸収されない。 一旦励起されると、サンプルの時間従属特性は、プローブビームの時間従属回 折を監視することによって記録され、この時間従属特性は、平坦な強度の輪郭で 目視可能な周波数領域（例えば、５１４ｎｍ）で０．１と１ワットの間を生じる 連続的な波（ｃｗ）のシングルモードレーザから引き出されることが好ましい。 ある実施例において、数百マイクロ秒にわたって生じる）サンプル内で誘導され るトランジェント格子の全体時間の従属性を測定するために、良好に画定された プローブの波形は、プローブの波形の存続期間及び形状の双方を制御する光変調 器でｃｗプローブを電気光学的に変調することによって発生される。好ましくは 、この場合において、矩形波を有するプローブパルスが発生される。波の形状は 、フィルム内での時間従属的な動きよりもわずかに長い時間間隔を有する。好ま しくは、パルスは、１乃至１００マイクロ秒のオーダーのトランジェント存続期 間を有する。別の例として、約１００ｎｓより大きいパルス存続期間を生じるレ ーザは、プローブレーザとして使用される。この場合において、パルスはサンプ ルと相互作用する前に、二重または三重にされる。他の実施例において、回折信 号は、ＤｕｇｇａｌらのＵ．Ｓ．Ｓ．Ｎ．０７／９１０，７１０号に示されてい るようにパルスプローブビームを使用して一点毎のベースでマップアウトされる 。 サンプル内でのトランジェント格子から回折されたプローブフォームは、時間 分解光検出器で検出することが好ましい。これは、１つのプローブの波の形でフ ィルムの励起領域の時間従属全体を測定することができる。特に弱い信号の場合 、検出器の光作動領域に回折ビームの焦点を合わせるためにレンズが使用され、 それによって信号の強度が増大する。特にノイズがあって弱い信号の場合、高速 増幅器のような信号改善電子装置が光検出器と組み合わせて使用される。一点毎 のベースで検出された信号において、長い時間の定数を有する光検出器は、光誘 導信号を発生するために使用される。 Ｎｄ：ＹＡＧレーザ以外の光源は、フィルムを光学的に励起するために使用さ れる。適当なレーザは、Ｎｄ：ＹＬＦ，イオン（例えば、アルゴン及びクリプト ン）、Ｔｉ：サファイア、ダイオード、ＣＯ₂、ホルミウム、エキアイマ、ダイ 、及び金属蒸着レーザを含む。同様にｃｗアルゴンイオンレーザはプローブレー ザ として使用される。他のレーザーは、ダイオード及びクリプトンイオンレーザを 含む。プローブビームを発生するために使用されるパルス光源は、ＱスイッチＮ ｄ：ＹＡＧ，Ｎｄ：ＹＦＬ，Ｔｉ：サファイヤ、ダイオード、ＣＯ₂、ホルミウ ム、エキサイマ(excimer)、ダイ、及び金属蒸気レーザを含む。 ここに説明された方法及び装置で監視されたサンプルは、金属または半導体の ような固体、薄いフィルム（例えば、ポリイミド、半導体または金属フィルム） 、液体、時間従属性の材料の動きを示す表面または他のサンプルである。これら のサンプル内で決定することができる材料の特性は、機械的、弾性（深さー従属 及び／または異方性の）回折、接着ベース、熱（例えば、熱回折）及び音響波の 干渉に関連して粘性特性を含む。さらに、電子リラクセーション寿命、電子ホー ルリコンビメーション時間、励起子寿命、及びバイ励起子寿命は、例えば、金属 及び半導体のサンプルで決定される。 バルク装置において、音響特性の散乱によって、決定すべき機械的（例えば、 バルクまたはシェア）な周波数依存性を決定することができる。さらに、熱拡散 動力学の測定によってバルク装置の熱拡散を決定することができる。薄いフィル ム装置において、音響情報は、接着の度合いの決定、剥離特性、及び弾性、シェ ア、及び長手方向の単位、並びにこれらの特性の異方性を得ることができる。薄 いフィルムの深さ従属特性及び残留応力を決定することができる。 次の例はバルク及び薄いフィルムサンプルのトランジェント動きを生じ及び測 定するために光学変調装置の使用の例である。 例 シリコンの基板に接着された薄いポリイミドフィルムの材料の動きは、ここに 述べた光学変調装置を励起ビームを通すことによって測定される。励起の後、格 子のトランジェント動力学は、分離した光装置を使用してサンプルに送られたプ ローブビームを使用して監視される。 報告されたデータにおいて、フィルム内の波案内ガイドは、Ｑスイッチ、モー ドロック及び空洞干渉、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを使用して励起される。出力パルス は、１ミリジュールのエネルギー、１０６４ｎｍの波長、１００ｐｓのパルス持 続時間及び１ｋＨｚまでの繰り返し速度を有する。このレーザからの光は、まず 減衰され、次に、リチウムトレボレート（ＬＢＯ）結晶を通されて５３２ｎｍの 光を生成し、これは、βバリウムボレイト（ＢＢＯ）結晶内でレムナント１０６ ４ｎｍの放射と混合され、３５５ｎｍでほぼ２０マイクロジュールの励起パルス を生じる。この光は、フィルムの励起について使用されるー１マイクロジュール のパルスまで減衰される。 励起パルスは、１５ｃｍの焦点距離を有する円筒形レンズを使用してマスクの パターン化された領域に焦点が合わせられ、約１ｃｍ（ｚ方向）×３００ミクロ ン（ｘ方向）のビーム寸法を生成する。励起ビームの振幅のパターン化された領 域の許容変調は、透明領域によって間隔が空いた交互に配置された光吸収領域か ら成り、矩形波の空間的な輪郭を有するパターンを生じる。パターン化された領 域において、光吸収領域は、６ミクロンの距離だけ間隔を置き、各領域は６ミク ロンの幅を有する。この同じマスクの第２のパターン化された領域の光吸収領域 は、１２ミクロンの距離間隔を置いており、各領域は１２ミクロンの幅を有する 。第２のマスクは、第１のマスクから２ｃｍの距離だけ間隔を置いており、回折 された励起サブビームを空間的に濾波するように連続した２つの矩形を含む。第 １の連続した開口部において、伝達領域は、１ｃｍ²の面積を有し、４ｃｍの距 離離れている。第２の連続した伝達領域において、１ｃｍ²の面積を有し、２ｃ ｍの距離だけ間隔を置いている。 サンプル上にマスクの空間的なパターンの像を形成するために使用される像形 成装置は、２０ｃｍの焦点距離を有する１つのレンズから成る。このレンズは、 ４０ｃｍの距離だけ第１のマスクから離れている。両像形成装置は、サンプルか ら４０ｃｍだけ移動される。この画像形成装置及び２つのマスクを使用する励起 サブビームの再組み合わせは、マスクのパターン領域の空間周波数に等しい波ベ クトルを有するサンプルで光学的な励起パターンを空間的に変化させる。 フィルム内の動きは、誘導トランジェント格子と空間的に重複するプローブパ ルスの時間従属回折を監視することによってリアルタイムで記録される。プロー ブパルスは、約１５０ｎｓの持続時間を有し、ＱスイッチＮｄ：ＹＡＧレーザか ら誘導される。サンプルを照射する前に、５３２ｎｍの波長に対して周波数が２ 倍にされる。プローブビームは、トランジェント格子上に１５°の角度で１００ ミクロンの直径を形成する。プローブビームの回折成分は、迅速増幅型光ダイオ ード（アンテル；２ＧＨｚのバンド幅）で測定される。次に光誘導信号は、トラ ンジェントディジタイザ（Ｔｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ＤＳＡ ６０２Ａ；１ ＧＨ ｚ バンド幅）に送られ、分析用のディジタル信号の発生を生じる。フォトダイ オード及びトランジェントディジタイザの組み合わせは、フィルムの振動及び緩 和運動を監視する１ＧＨの帯域幅のウインドウを形成する。 データは、２つのマスク、２０のレーザショット上の信号平均、第１の組のパ ターンを通って励起ビームを通過させ、励起ビームが、第２の組のパターンによ って変調されるように機械的にマスクを調節することによって発生される。 第６図Ａ，第６図Ｂを参照すると、上述した光学装置を使用してシリコンバウ ンドポリイミドフィルムから取られる典型的なデータは、測定信号の時間従属的 な性質を表す。データの振動性成分は、励起波のガイドモードのコヒーレントな 周期的な動きによる。２つのデータ走査の間の周波数の差は、異なる波ベクトル を有するフィルムの励起による。次の振動の振幅の減少として（数百ナノ秒の後 ）データに示すこれらのモードの減衰は、粘性の喪失による。丁度１９秒の時間 間隔の間に調整された異なる励起波ベクトルでとられる２つのデータ走査は、光 学的な変調装置が非常に迅速に励起パターンの波ベクトルを変化させるように光 学変調装置を使用することができ、大きな信号対ノイズ比を有するデータを発生 するために追加して使用することができる。 別の実験において、上述した第１及び第２のマスクは、室温で液体ザロールの 応答を監視するために励起及びプローブビームを連続的に変調するために使用さ れる。この場合において、上述したＮｄ：ＹＡＧレーザからの基本的な周波数を 使用してバルク（すなわち、厚い格子レジメにおいて）を通って光学的に励起さ れる。トランジェント格子は、シングルモードのアルゴンイオンレーザ（Ｌｅｘ ｅｌ ３５００）からの出力を使用して調べ、平坦な強度輪郭で５１４ｎｍで１ ワットを生じる。この出力は、電気光学変調(Conopyics380)であり、１００マイ クロ秒のトランジェント幅を有する矩形パルスを生じる。信号ビームは、光検出 器及びトランジェントデジタイザを使用して検出される。この実施例において励 起及びプローブビームは、回折及び空間的なフィルタマスクで変調する前に、同 一直線上に配置され、１：１の像形成光学装置（すなわち、Ｍ＝１）が使用され 、それによって、位相合致基準がプローブビームによって満足されることを保証 する。 第７図Ａ及び第７Ｂ図を参照すると、６ミクロンの幅、及び６ミクロン離れた 増幅変調領域６を有する第１のマスクを使用して２組のデータが発生される。回 折ビームを濾波するために使用される第２のマスクは、２つの開口部を有し、各 々は、１ｃｍ²の面積を有し、４ｃｍの距離だけ離れている。第１のマスクのパ ターンの第１のオーダーの回折成分は、サンプル上に像が形成され、６ミクロン の空間的な周期性を有する正弦的に変化する励起領域分野を形成する。回折信号 は短い（すなわち、６００ｎｓ；第７図Ａ）及び長い（すなわち、１１０ミリ秒 ；第７図Ｂ）の間に測定される。 データ走査の大きな信号対ノイズ比は、マスクを使用してブラグ角度を正確に 設定することを示す。（もし、プローブがブラグ角度で入射しなければ、回折信 号は測定するためには弱くなる。）この実験において、信号ビームに重複される 残留プローブサブビームは、信号が光検出器に容易に整列することができるよう にファインダビームとして使用される。前述したようにデータのコヒーレントな 振動は、サンプルの誘導音響プロセスによるものであり、長時間のエクスポテン シャルな遅れは、熱拡散によるものである。他の実施例は本発明の次の請求の範 囲内にある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．（ａ）放射ビームを放射し、前記放射ビームを回折マスク上のパターンに ビームを通過させ、少なくとも２つの励起サブビームを形成する段階と、 （ｂ）像形成装置によってサンプルの領域に少なくとも２つの励起サブビーム を重複させて、サンプルの領域にトランジェント格子を励起する空間的に変化す る光領域を発生する段階と、 （ｃ）プローブビームの少なくとも一部がトランジェント格子によって回折す るように向けられたプローブビームでトランジェント格子を照射する段階と、 （ｄ）光検出器でプローブビームの回折部分を検出する段階と、 （ｅ）光検出器からの前記光誘導信号を分析して前記サンプルの特性を決定す る段階と、を有するサンプルの特性を決定する方法。 ２．前記回折パターンが、少なくとも１つの空間的な周波数を有する交互に配 置された光変調領域を有し、励起ビームは、回折パターンの光変調領域から出る 励起ビームを回折することによって少なくとも０番目、＋１及びー１番目の励起 サブビームに分離される請求項１に記載の方法。 ３．前記重複段階が、サンプル上に励起サブビームを重複させる前に、像形成 装置を通る少なくとも＋１及びー１励起サブビームを通過させる段階を有する請 求項２に記載の方法。 ４．前記像形成装置が、少なくとも１つの前記サンプル上に回折パターンの光 変調領域の空間周波数の像を形成し、空間的に変化する光学領域を形成する請求 項３に記載の方法。 ５．光変調領域及び空間的な変化光学領域の少なくとも１つの空間的な周波数 が等価である請求項４に記載の方法。 ６．前記励起ビームが、段階（ａ）の前に励起ビームが回折パターンに焦点を 合わせられる請求項１に記載の方法。 ７．前記励起ビームが、回折パターン上に焦点を合わせられる請求項６に記載 の方法。 ８．前記ビーム及び励起ビームが、段階（ａ）の前に直線化される請求項１に 記載の方法。 ９．段階（ａ）は、プローブビームを第１のマスクの回折パターンを通過させ ることによってプローブビームを少なくとも２つのプローブビームに分離する段 階を有する請求項８に記載の方法。 １０．前記プローブサブビームが、前記サンプルの領域に誘導された格子を照 射する前に像形成装置を通過する請求項８に記載の方法。 １１．前記像形成装置が、１：１の像形成装置である請求項１０に記載の方法 。 １２．段階（ｂ）及び段階（ｃ）の間に、前記励起サブビームが第２のマスク で空間的に濾波される請求項１または９に記載の方法。 １３．前記第１及び第２のマスクが、１つのユニットにある請求項１２に記載 の方法。 １４．前記空間的な濾波が、＋１及びー１の励起及びサブビームを伝達する請 求項１２に記載の方法。 １５．前記分析段階が、前記サンプルの分散を決定する段階を有する請求項１ に記載の方法。 １６．前記分散が、前記サンプルの機械的、熱的、光学的または電気的な特性 を決定するために使用される請求項１５に記載の方法。 １７．前記機械的特性が、接着性、弾性係数、こわさ、残留応力及び密度であ る請求項１６に記載の方法。 １８．前記分散が、決定され、複数の空間的な周波数を有する１つの空間的に 変化する光学的な領域でサンプルで複数のトランジェント格子を誘導する請求項 １５に記載の方法。 １９．前記分散が、決定され、各々が１つの空間的な周波数を有する複数の空 間的に変化する光学領域でサンプルの複数のトランジェント格子を誘導する請求 項１５に記載の方法。 ２０．（ａ）ビームを放射し、前記放射ビームを回折マスク上のパターンにビ ームを通過させ、少なくとも２つの励起サブビームを形成する段階と、 （ｂ）像形成装置によってサンプルの領域に少なくとも２つの励起サブビーム を重複させて、サンプルの領域にトランジェント格子を励起する空間的に変化す る光領域を発生する段階と、 （ｃ）プローブビームの少なくとも一部がトランジェント格子によって回折す るように向けられたプローブビームでトランジェント格子を照射する段階と、を 有するサンプルの特性を決定する方法。 ２１．光軸に沿って向けられたプローブ光学ビーム及び励起光学ビームを発生 する装置と、 光軸に沿って配置されると共に、励起ビームで照射されたとき励起ビームを回 折して少なくとも２つの励起サブビームを発生するように構成された光回折パタ ーンを有する第１の回折マスクと、 前記光軸に沿って配置された少なくとも１つのレンズを有する像形成装置であ って、励起サブビームをサンプルの領域に焦点を合わせて前記サンプルの領域で トランジェント格子を励起する空間的に変化する光学領域を発生し、前記格子は 、前記サンプルの励起領域から出るプローブビームの一部の回折を可能する像形 成装置と、を有するサンプルから出るプローブビームの一部を回折する装置。 ２２．前記回折パターンが、目視可能な回折すなわち、赤外線放射を可能にす る距離だけ間隔を置いた一連の透明な領域を有する請求項２１に記載の装置。 ２３．前記回折パターンが、目視可能な回折すなわち、赤外線放射を可能にす る距離だけの深さ及び間隔を置いてエッチング加工された一連の透明な領域を有 する請求項２１に記載の装置。 ２４．前記装置が、前記空間的に濾過されたマスクが前記回折された励起サブ ビームの空間的な濾波を可能にするように光軸に沿って配置された一対の開口部 を有する第２の空間的に濾波されたマスクを有する請求項２１に記載の装置。 ２５．前記回折及び空間的なフィルタマスクが、１つのユニットに形成される 請求項２４に記載の装置。 ２６．前記フィルタマスクが、複数対の開口部を有する請求項２４に記載の装 置。