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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2021-139890(P2021-139890A)
(43)【公開日】2021年9月16日
(54)【発明の名称】非線形干渉計を用いた画像化または分光法のための方法
(51)【国際特許分類】
G01J 3/45 20060101AFI20210820BHJP
G02F 1/39 20060101ALI20210820BHJP
【ＦＩ】
G01J3/45
G02F1/39
【審査請求】有
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
【全頁数】25
(21)【出願番号】特願2021-25185(P2021-25185)
(22)【出願日】2021年2月19日
(31)【優先権主張番号】20159989.1
(32)【優先日】2020年2月28日
(33)【優先権主張国】EP
(71)【出願人】
【識別番号】500341779
【氏名又は名称】フラウンホーファー−ゲゼルシャフト・ツール・フェルデルング・デル・アンゲヴァンテン・フォルシュング・アインゲトラーゲネル・フェライン
(74)【代理人】
【識別番号】100073184
【弁理士】
【氏名又は名称】柳田 征史
(74)【代理人】
【識別番号】100123652
【弁理士】
【氏名又は名称】坂野 博行
(74)【代理人】
【識別番号】100175042
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 秀明
(72)【発明者】
【氏名】ファビアン シュタインレヒナー
(72)【発明者】
【氏名】マルタ ギラベルテ バセット
(72)【発明者】
【氏名】マルクス グラーフェ
【テーマコード（参考）】
2G020
2K102
【Ｆターム（参考）】
2G020CA12
2G020CB05
2G020CB23
2G020CC22
2G020CC24
2G020CC29
2G020CC30
2G020CC47
2G020CC56
2G020CC63
2G020CC65
2G020CD15
2G020CD16
2G020CD24
2G020CD36
2K102AA06
2K102BA18
2K102BB02
2K102BC01
2K102BD09
2K102CA00
2K102DA01
2K102DA10
2K102DA20
2K102DB04
2K102DD06
2K102DD10
2K102EB02
2K102EB06
2K102EB22
2K102EB26
(57)【要約】
【課題】画像化および／または分光法において、正確で長い測定時間を可能にする。【解決手段】第１の信号フィールドと第１のアイドラーフィールドを、第１の非線形媒体のポンピングにより、２つのフィールドが相関するように生成する。対象物を、第１のアイドラーフィールドを用いて照明する。第２の信号フィールドと第２のアイドラーフィールドを、第１の非線形媒体のポンピングにより、２つのフィールドが相関するように生成する。第１と第２のアイドラーフィールドを、２つのフィールドの区別がつかないように結合させ、かつ第１と第２の信号フィールドを、２つのフィールドが干渉するように結合させる。検出手段により、干渉信号フィールドの第１の測定を行う。干渉信号フィールドの１つ以上の追加測定を行う。追加測定毎に、異なる位相シフトαがセットアップにおいて生成され、全ての測定が、セットアップの安定時間内で実行される。位相関数Φを計算する。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
画像化および／または分光法のための方法であって、
ｉ）第１の信号フィールドｓ１および第１のアイドラーフィールドｉ１を、ポンプビームを用いた第１の非線形媒体のポンピングにより、２つのフィールドが相関するように生成するステップと、
ｉｉ）対象物を、第１のアイドラーフィールドｉ１を用いたそれぞれ透過および／または反射により照明するステップと、
ｉｉｉ）第２の信号フィールドｓ２および第２のアイドラーフィールドｉ２を、
−ポンプビームを用いた、空間的に分離した第２の非線形媒体のポンピングにより、または
−ポンプビームを用いた、前記第１の非線形媒体の２回目のポンピングにより、
２つのフィールドが相関するように生成するステップと、
ｉｖ）前記第１のアイドラーフィールドｉ１および前記第２のアイドラーフィールドｉ２を、２つのフィールドの区別がつかないように結合させ、かつ
前記第１の信号フィールドｓ１および前記第２の信号フィールドｓ２を、２つのフィールドが干渉するように結合させるステップと、
ｖ）検出手段により、干渉信号フィールドｓ１２の第１の測定を行うステップと、
ｖｉ）前記検出手段により、前記干渉信号フィールドｓ１２の１つ以上の追加測定を行うステップであって、
ここで、前記ステップｖｉ）の前記追加測定ごとに、異なる位相シフトαがセットアップにおいて生成され、
ここで、前記ステップｖ）の前記第１の測定および前記ステップｖｉ）の前記１つ以上の追加測定は、前記セットアップの安定時間内ですべて実行される、ステップと、
ｖｉｉ）前記対象物の画像および／またはスペクトルを得るために、前記ステップｖ）および前記ステップｖｉ）からの測定値から位相関数Φを計算するステップと、を含む、方法。
ｉ）第１の信号フィールドｓ１および第１のアイドラーフィールドｉ１を、ポンプビームを用いた第１の非線形媒体のポンピングにより、２つのフィールドが相関するように生成するステップと、
ｉｉ）対象物を、第１のアイドラーフィールドｉ１を用いたそれぞれ透過および／または反射により照明するステップと、
ｉｉｉ）第２の信号フィールドｓ２および第２のアイドラーフィールドｉ２を、
−ポンプビームを用いた、空間的に分離した第２の非線形媒体のポンピングにより、または
−ポンプビームを用いた、前記第１の非線形媒体の２回目のポンピングにより、
２つのフィールドが相関するように生成するステップと、
ｉｖ）前記第１のアイドラーフィールドｉ１および前記第２のアイドラーフィールドｉ２を、２つのフィールドの区別がつかないように結合させ、かつ
前記第１の信号フィールドｓ１および前記第２の信号フィールドｓ２を、２つのフィールドが干渉するように結合させるステップと、
ｖ）検出手段により、干渉信号フィールドｓ１２の第１の測定を行うステップと、
ｖｉ）前記検出手段により、前記干渉信号フィールドｓ１２の１つ以上の追加測定を行うステップであって、
ここで、前記ステップｖｉ）の前記追加測定ごとに、異なる位相シフトαがセットアップにおいて生成され、
ここで、前記ステップｖ）の前記第１の測定および前記ステップｖｉ）の前記１つ以上の追加測定は、前記セットアップの安定時間内ですべて実行される、ステップと、
ｖｉｉ）前記対象物の画像および／またはスペクトルを得るために、前記ステップｖ）および前記ステップｖｉ）からの測定値から位相関数Φを計算するステップと、を含む、方法。
【請求項2】
前記位相シフトαは、
−前記第１の信号フィールドｓ１内、および／または
−前記第２の信号フィールドｓ２内、および／または
−前記第１のアイドラーフィールドｉ１内、および／または
−前記第２のアイドラーフィールドｉ２内、および／または
−前記第１の非線形媒体前方のポンプビーム内、好適には第１のポンプビーム内、および／または
−前記第２の非線形媒体前方のポンプビーム内、好適には第２のポンプビーム内、および／または
−前記第１の信号フィールドｉ１と前記第２の信号フィールドｉ２との間、および／または
−前記第１の信号フィールドｓ１と前記第１のアイドラーフィールドｉ１との間、および／または
−前記第１のポンプビームと前記第２のポンプビームとの間、および／または
−前記干渉信号フィールドｓ１２内で形成される、請求項１記載の方法。
−前記第１の信号フィールドｓ１内、および／または
−前記第２の信号フィールドｓ２内、および／または
−前記第１のアイドラーフィールドｉ１内、および／または
−前記第２のアイドラーフィールドｉ２内、および／または
−前記第１の非線形媒体前方のポンプビーム内、好適には第１のポンプビーム内、および／または
−前記第２の非線形媒体前方のポンプビーム内、好適には第２のポンプビーム内、および／または
−前記第１の信号フィールドｉ１と前記第２の信号フィールドｉ２との間、および／または
−前記第１の信号フィールドｓ１と前記第１のアイドラーフィールドｉ１との間、および／または
−前記第１のポンプビームと前記第２のポンプビームとの間、および／または
−前記干渉信号フィールドｓ１２内で形成される、請求項１記載の方法。
【請求項3】
前記位相シフトαは、
−１つ以上のフィールドのパス長を変更すること、および／または
−前記第１のポンプビームおよび／または前記第２のポンプビームの波長を変更することによって、ならびに／または
−熱効果によって、ならびに／または
−一方もしくは両方の干渉計アームの光路長の空間変位もしくは変更によって作成される、請求項１または２記載の方法。
−１つ以上のフィールドのパス長を変更すること、および／または
−前記第１のポンプビームおよび／または前記第２のポンプビームの波長を変更することによって、ならびに／または
−熱効果によって、ならびに／または
−一方もしくは両方の干渉計アームの光路長の空間変位もしくは変更によって作成される、請求項１または２記載の方法。
【請求項4】
前記位相シフトは、それぞれピエゾ素子によって可動なミラーの並進および／または光学面の並進および／またはダイクロイックミラーの並進によって、ならびに／またはファイバエキスパンダーによって、ならびに／または平面平行板の傾斜によって、ならびに／または２つのビーム、好適には２つのポンプビーム間の光周波数差によって、ならびに／またはＥＯＭおよび／または波長板および／または偏光ビームスプリッタおよび／または偏光子よる偏光の変化によって、ならびに／または複屈折板の回転もしくは移動によって、導入することができる、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項5】
前記ステップｖ）の前記セットアップの位相は、未知および／または任意である、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項6】
前記ステップｉ）および／または前記ステップｉｉｉ）において、前記信号フィールドおよび前記アイドラーフィールドは、結晶の内部またはその後方の分離手段によって分離されるか、または非線形媒体での信号フィールドおよびアイドラーフィールドの生成のために分離され、それぞれＢＢＯ結晶でのフィールドの生成のために分離されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項7】
前記ステップｖ）および／または前記ステップｖｉ）において、強め合うおよび弱め合う干渉が、それぞれ、干渉手段、それぞれ５０／５０ビームスプリッタの２つの出力アーム後方の第１の検出手段および第２の検出手段によって測定され、それぞれここでは、前記５０／５０ビームスプリッタは、信号結合手段である、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項8】
前記ステップｖ）および／または前記ステップｖｉ）において、１つの検出手段が使用され、ここで測定ごとに位相シフトαが生成されるか、または２つ以上の検出手段が使用され、ここで追加の検出手段ごとに同じまたは別個の位相シフトαが生成される、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項9】
請求項１から８までのいずれか１項記載の方法を提供するように適合化された画像化および／または分光法のための装置。
【請求項10】
画像化および／または分光法のための装置であって、
ポンプビームを生成するためのポンプ源と、
前記ポンプビームによりポンピングされる、第１の信号フィールドｓ１および第１のアイドラーフィールドｉ１を生成する第１のフィールド生成手段と、
前記ポンプビームによりポンピングされる、第２の信号フィールドｓ２および第２のアイドラーフィールドｉ２を生成する第２のフィールド生成手段と、を備え、
ここで、前記第１のフィールド生成手段および前記第２のフィールド生成手段は、
−前記ポンプビームによりポンピングされる２つの空間的に分離された非線形媒体、または
−第１の信号フィールドｓ１および第１のアイドラーフィールドｉ１の生成のために前記ポンプビームにより１回目のポンピングがなされかつ第２の信号フィールドｓ２および第２のアイドラーフィールドｉ２の生成のために２回目のポンピングがなされる１つの非線形媒体であり、さらに
前記第１のアイドラーフィールドｉ１によるそれぞれ透過または反射によって照明される測定すべき対象物と、
前記第１の信号フィールドｓ１および前記第２の信号フィールドｓ２を、２つのフィールドが干渉するように重ね合わせるための信号結合手段と、
前記第１のアイドラーフィールドｉ１および前記第２のアイドラーフィールドｉ２を、２つのフィールドの区別がつかないように重ね合わせるためのアイドラー結合手段と、
干渉信号フィールドの強度および／または位相を検出するための検出手段と、を備える装置において、
移相器が、前記第１の信号フィールドｓ１内、および／または前記第２の信号フィールドｓ２内、および／または前記ポンプビーム内、および／または区別のつかない第１の信号フィールドｓ１および第２の信号フィールドｓ２内に配置され、
前記移相器は、前記対象物の画像および／またはスペクトルを得るために、測定中に前記装置内に位相シフトαを導入するように適合化されていることを特徴とする、装置。
ポンプビームを生成するためのポンプ源と、
前記ポンプビームによりポンピングされる、第１の信号フィールドｓ１および第１のアイドラーフィールドｉ１を生成する第１のフィールド生成手段と、
前記ポンプビームによりポンピングされる、第２の信号フィールドｓ２および第２のアイドラーフィールドｉ２を生成する第２のフィールド生成手段と、を備え、
ここで、前記第１のフィールド生成手段および前記第２のフィールド生成手段は、
−前記ポンプビームによりポンピングされる２つの空間的に分離された非線形媒体、または
−第１の信号フィールドｓ１および第１のアイドラーフィールドｉ１の生成のために前記ポンプビームにより１回目のポンピングがなされかつ第２の信号フィールドｓ２および第２のアイドラーフィールドｉ２の生成のために２回目のポンピングがなされる１つの非線形媒体であり、さらに
前記第１のアイドラーフィールドｉ１によるそれぞれ透過または反射によって照明される測定すべき対象物と、
前記第１の信号フィールドｓ１および前記第２の信号フィールドｓ２を、２つのフィールドが干渉するように重ね合わせるための信号結合手段と、
前記第１のアイドラーフィールドｉ１および前記第２のアイドラーフィールドｉ２を、２つのフィールドの区別がつかないように重ね合わせるためのアイドラー結合手段と、
干渉信号フィールドの強度および／または位相を検出するための検出手段と、を備える装置において、
移相器が、前記第１の信号フィールドｓ１内、および／または前記第２の信号フィールドｓ２内、および／または前記ポンプビーム内、および／または区別のつかない第１の信号フィールドｓ１および第２の信号フィールドｓ２内に配置され、
前記移相器は、前記対象物の画像および／またはスペクトルを得るために、測定中に前記装置内に位相シフトαを導入するように適合化されていることを特徴とする、装置。
【請求項11】
位相シフトは、それぞれピエゾ素子によって可動な可動ミラーおよび／または可動光学面および／または可動ダイクロイックミラーによって、ならびに／またはファイバエキスパンダーによって、ならびに／または傾斜可能な平面平行板によって、ならびに／または２つのビーム、好適には２つのポンプビーム間の光周波数差によって、ならびに／またはＥＯＭおよび／または波長板および／または偏光ビームスプリッタおよび／または偏光子による偏光の変化によって、ならびに／または回転可能なもしくは可動の複屈折板によって導入することができる、請求項１０記載の装置。
【請求項12】
分離手段および前記信号結合手段は、マッハツェンダー干渉計構成またはレーザーフィゾー干渉計構成、またはマイケルソン干渉計構成で配置されている、請求項１０記載の装置。
【請求項13】
前記位相シフトαは、干渉計内で作成される、請求項１２記載の装置。
【請求項14】
前記装置は、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法を提供するように適合化された制御デバイスを含み、前記制御デバイスは、移相器および検出手段に接続されている、請求項１０から１３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項15】
不揮発性メモリを有するマイクロプロセッサを備えたコンピュータデバイスであって、
前記不揮発性メモリは、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法を提供するように適合化された実行可能プログラムを含み、好適には、前記コンピュータデバイスは、制御デバイスである、コンピュータデバイス。
前記不揮発性メモリは、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法を提供するように適合化された実行可能プログラムを含み、好適には、前記コンピュータデバイスは、制御デバイスである、コンピュータデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、請求項１による非線形干渉計を用いた画像化または分光法のための改善された方法と、請求項１０による画像化または分光法のための改善された装置と、に関する。
【背景技術】
【0002】
非線形干渉計は、同じまたは異なる波長の相関光を検出しながら、特定の波長で未知の対象物、好適には試料をプローブすることを可能にする。公知の非線形干渉法システムでは、最大の強め合いの画像および最大の弱め合いの画像を完全に決定するために、絶対的に適正な干渉計設定を行うことが極めて重要である。これを得るために、干渉計は、各測定前に調整される必要がある。このことは、例えば、セットアップ内に対象物がない状態で、最大に強め合う干渉および／または最大に弱め合う干渉を見つけるべく干渉計の可視性を測定することによって行うことができる。
【0003】
干渉計の安定性のドリフトのために、セットアップの安定性は、長い動作時間の間に保証することができなくなり、その結果、干渉の可視性が低下し、測定の精度が低下する。安定性のドリフトは、とりわけ、セットアップにおける熱的変化、コンポーネントの機械的不安定性および／または熱的不安定性によって、さらには潜在的振動によっても発生する可能性がある。既知のシステムでは、比較的長い動作時間の間に、弱め合う干渉および／または強め合う干渉が最大になるようにセットアップを再調整するか、またはフリンジの中心を再調整する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の課題は、より正確であって、より長い測定時間も可能にさせる、非線形干渉計を用いた画像化または分光法のための改善された方法を提供し、さらに、より正確な、画像化または分光法のための改善された、より正確な装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明によれば、請求項１による対象物の画像化および／または分光法のための方法が提供されている。
【0006】
本方法は、以下のステップ、ｉ）第１の信号フィールドｓ１および第１のアイドラーフィールドｉ１を、ポンプビームを用いた第１の非線形媒体のポンピングにより、２つのフィールドが相関するように生成するステップと、
ｉｉ）対象物を、第１のアイドラーフィールドｉ１を用いたそれぞれ透過および／または反射により照明するステップと、
ｉｉｉ）第２の信号フィールドｓ２および第２のアイドラーフィールドｉ２を、
−ポンプビームを用いた、空間的に分離した第２の非線形媒体のポンピングにより、または
−ポンプビームを用いた、第１の非線形媒体の２回目のポンピングにより、
２つのフィールドが相関するように生成するステップと、
ｉｖ）第１のアイドラーフィールドｉ１および第２のアイドラーフィールドｉ２を、２つのフィールドの区別がつかないように結合させ、かつ
第１の信号フィールドｓ１および第２の信号フィールドｓ２を、２つのフィールドが干渉するように結合させるステップと、
ｖ）検出手段により、干渉信号フィールドｓ１２の第１の測定を行うステップと、
ｖｉ）検出手段により、干渉信号フィールドｓ１２の１つ以上の追加測定を行うステップであって、
ここで、ステップｖｉ）の追加測定ごとに、異なる位相シフトαがセットアップにおいて生成され、
ここで、ステップｖ）の第１の測定およびステップｖｉ）の１つ以上の追加測定は、セットアップの安定時間内ですべて実行される、ステップと、
ｖｉｉ）対象物の画像および／またはスペクトルを得るために、ステップｖ）およびステップｖｉ）からの測定値から位相関数Φを計算するステップと、を含む。
【0007】
本発明は、請求項１０による画像化および／または分光法のための装置をさらに提供する。
【0008】
本装置は、ポンプビームを生成するためのポンプ源と、
ポンプビームによりポンピングされる、第１の信号フィールドｓ１および第１のアイドラーフィールドｉ１を生成する第１のフィールド生成手段と、
ポンプビームによりポンピングされる、第２の信号フィールドｓ２および第２のアイドラーフィールドｉ２を生成する第２のフィールド生成手段と、を備え、
ここで、第１のフィールド生成手段および第２のフィールド生成手段は、
−ポンプビームによりポンピングされる２つの空間的に分離された非線形媒体か、または
−第１の信号フィールドｓ１および第１のアイドラーフィールドｉ１の生成のためにポンプビームにより１回目のポンピングがなされかつ第２の信号フィールドｓ２および第２のアイドラーフィールドｉ２の生成のために２回目のポンピングがなされる１つの非線形媒体であり、さらに
第１のアイドラーフィールドｉ１によるそれぞれ透過または反射によって照明される測定すべき対象物と、
第１の信号フィールドｓ１および第２の信号フィールドｓ２を、２つのフィールドが干渉するように重ね合わせるための信号結合手段と、
第１のアイドラーフィールドｉ１および第２のアイドラーフィールドｉ２を、２つのフィールドの区別がつかないように重ね合わせるためのアイドラー結合手段と、
干渉信号フィールドの強度および／または位相を検出するための検出手段と、を備える。
これにより、移相器は、第１の信号フィールドｓ１内、および／または第２の信号フィールドｓ２内、および／またはポンプビーム内、および／または区別のつかない第１の信号フィールドｓ１および第２の信号フィールドｓ２内に配置され、
ここで、移相器は、対象物の画像および／またはスペクトルを得るために、測定中に装置内に位相シフトαを導入するように適合化されている。
【0009】
本発明は、既知のシステムに対して、干渉計を調整および／または再調整する必要がない改善された解決手段を提供する。好適には、セットアップ内に対象物がない状態で測定の開始時にセットアップを調整する必要がなく、かつ／または干渉計の安定時間よりも長い測定時間の間システムを再調整する必要はない。本発明の別の利点は、分光法のための干渉縞中心または強め合うもしくは弱め合う干渉のための干渉計設定を見つける必要がないことである。
【0010】
本発明の別の利点は、例えば、強め合う干渉および／または弱め合う干渉のために、測定の開始時の位相を特定値に設定する必要がないことである。本発明の利点として、測定の開始時の干渉計の位相は、未知および／または任意であってよい。
【0011】
本発明の別の利点は、測定精度をさらに改善する必要がある場合、または測定時間をさらに延長する必要がある場合に、ステップｖ）およびステップｖｉ）の測定を２回、または３回、または４回、またはそれ以上繰り返すことができることである。本発明の利点は、（１回のステップｖ）およびステップｖｉ）からなる）各測定単位のみが、セットアップの安定時間内に実行されればよいことにある。システムの再調整は、セットアップにおける開始フェーズが未知であってもよいため測定単位間では必要がない。ステップｖｉｉ）の計算のために、複数の測定単位が実行される場合には、測定単位の測定値が合計されてもよい。
【0012】
本発明の１つの原理は、時間変化する強度測定点からあらゆる測定位置での波面位相を計算することである。時間変化する信号が検出され、相対位相がこれらの信号にエンコードされる。フィールド間の位相シフトは、データ収集中に既知のように変化し、位相シフトが計算のために考慮される。
【0013】
好適な方法および／または装置では、第１および／または第２の非線形媒体は、非線形結晶、好適にはｐｐＫＴＰ結晶（周期的に分極されたチタンリン酸カリウム結晶）、好適にはＢＢＯ結晶、好適には同じ物理的および光学的特性を有する２つの結晶である。
【0014】
ステップｉ）および／またはステップｉｉｉ）の好適な方法では、信号フィールドおよびアイドラーフィールドは、結晶の内部またはその後方の分離手段によって分離されるか、または非線形媒体での信号フィールドおよびアイドラーフィールドの生成のために分離され、それぞれＢＢＯ（β−ホウ酸バリウム）結晶でのフィールドの生成のために分離されている。
【0015】
好適な方法および／または装置では、位相整合条件は、第１の信号フィールドｓ１およびアイドラーフィールドｉ１ならびに／または第２の信号フィールドｓ２およびアイドラーフィールドｉ２の生成において満たされる。
【0016】
好適な方法および／または装置では、第１の非線形媒体の後方において、分離手段が、第１の信号フィールドｓ１およびアイドラーフィールドｉ１を空間的に分離するためにフィールドパス内に配置されている。
【0017】
好適な方法および／または装置では、分離手段は、ダイクロイックミラーまたはプリズムまたは回折格子である。
【0018】
好適な方法および／または装置では、ポンプビームは、コヒーレントな光ビームもしくはレーザービームを生成するためのコヒーレントな光源もしくはレーザーを含むポンプ源によって生成されている。
【0019】
好適には、ポンプ源は、ポンプビームまたはそれぞれコヒーレントな光ビームもしくはレーザービームを生成するためのコヒーレントな光源もしくはレーザーを含むことができる。
【0020】
好適な方法および／または装置では、ポンプビームは、第１の非線形媒体をポンピングする第１のポンプビームと、第２の非線形媒体をポンピングする第２のポンプビームとに分離され、ここで、この分離は、ポンプビーム分離手段によって、好適には、ビームスプリッタかまたは波長板を備えた偏光ビームスプリッタによって実現される。
【0021】
好適な方法および／または装置では、第１および第２の信号フィールドｓ１，ｓ２ならびに第１および第２のアイドラーフィールドｉ１，ｉ２の生成は、誘導放出を伴うおよび／または伴わない誘導コヒーレンスによって、好適には非線形媒体を低ゲインまたは高ゲインの状況でポンピングすることによって実現される。
【0022】
好適な方法および／または装置では、相関信号フィールドｓ１，ｓ２およびアイドラーフィールドｉ１，ｉ２は、相関光子ビーム、または相関光子対すなわちそれぞれ絡み合った光子対である。
【0023】
好適な方法および／または装置では、第１の信号フィールドｓ１は、波長λｓ１を有し、第１のアイドラーフィールドｉ１は、波長λｉ１を有し、ならびに／またはここで第２の信号フィールドｓ２は、波長λＳ２を有し、第２のアイドラーフィールドは、波長λｉ２を有する。好適には、波長λｓ１は、波長λＳ２に等しく、ならびに／または波長λｉ１は、波長λｉ２に等しい。好適には、波長λｓ１および波長λＳ２は、波長λｉ１およびλｉ２とは異なる。これは、測定手段上の測定が異なる波長で実行される間に、特定の波長で対象物をプローブすることを可能にする。
【0024】
好適な方法および／または装置では、相関という表現は、好適には、第１の信号フィールドｓ１およびアイドラーフィールドｉ１ならびに／または第２の信号フィールドｓ２およびアイドラーフィールドｉ２が、位相、および／または強度、および／または振幅、および／またはコヒーレンス時間、および／または運動量、および／または空間、および／またはスペクトル特性において相関しているという意味で理解される。
【0025】
好適な方法および／または装置では、第１の信号フィールドｓ１および第１のアイドラーフィールドｉ１は、第１の非線形媒体における２つのフィールドの生成によって相関される。好適には、第１の信号フィールドｓ１および第１のアイドラーフィールドｉ１は、位相、および／または強度、および／または振幅、および／またはコヒーレンス時間、および／または運動量、および／または空間において相関している。
【0026】
好適な方法および／または装置では、第２の信号フィールドｓ２および第２のアイドラーフィールドｉ２は、第２の非線形媒体における２つのフィールドの生成によって相関される。好適には、第２の信号フィールドｓ２および第２のアイドラーフィールドｉ２は、位相、および／または強度、および／または振幅、および／またはコヒーレンス時間、および／または運動量、および／または空間において相関している。
【0027】
好適な方法および／または装置では、区別がつかないという表現は、好適には、これらのフィールドの区別がつかず、ゆえにそれらは干渉している、好適には、すべての自由度において区別がつかず、ゆえにそれらは干渉しているという意味で理解される。自由度とは、空間的、および／または周波数、および／または偏光、および／またはモードであり得る。
【0028】
好適な方法および／または装置では、第１の信号フィールドｓ１および第２の信号フィールドｓ２の干渉は、好適には干渉手段上での、好適にはビームスプリッタもしくは偏光ビームスプリッタ上での、第１の信号フィールドｓ１および第２の信号フィールドｓ２の区別がつかないことに起因する。
【0029】
好適な方法および／または装置では、第１の信号フィールドｓ１および第２の信号フィールドｓ２の干渉は、干渉計へのコンポーネントの配置のために発生する。好適には、これらのコンポーネントは、マッハツェンダー干渉計構成またはフィゾー干渉計構成またはマイケルソン干渉計構成で配置される。
【0030】
好適な方法および／または装置では、第１および第２のアイドラーフィールドｉ１，ｉ２は、それぞれ非線形結晶をコヒーレントなポンプビームでポンピングすることによって相関され、かつ／または２つのフィールドの区別がつかないことによって、好適にはそれらはすべての自由度において区別がつかず、ゆえにそれらは干渉する。自由度とは、空間的、および／または周波数、および／または偏光、および／またはモードであり得る。
【0031】
好適な方法および／または装置では、第１および第２の信号フィールドｓ１，ｓ２は、それぞれ第１および第２の非線形結晶をコヒーレントなポンプビームでポンピングすることによって相関され、かつ／または２つのフィールドの区別がつかないことによって、好適にはそれらはすべての自由度において区別がつかず、ゆえにそれらは干渉する。自由度とは、空間的、および／または周波数、および／または偏光、および／またはモードであり得る。
【0032】
好適な方法および／または装置では、ポンプフィールドおよびアイドラーフィールドの空間的およびスペクトル的コヒーレンスは、第１の信号フィールドｓ１と第２の信号フィールドｓ２との間の一次干渉が観察できる程度である。レーザーのコヒーレンス時間が結晶１と結晶２との間の伝搬時間よりも短い場合、生成されるフィールドの所要コヒーレンスは、ポンプと第１のアイドラーフィールドｉ１との間のパスに光学的遅延を導入することによって達成することができ、付加的に、第１の信号フィールドｓ１と第２の信号フィールドｓ２との間の一次干渉条件が満たされなければならない。ここでは、ポンプとは、好適には、第２の信号フィールドｓ２および第２のアイドラーフィールドｉ２の生成のためのポンプを意味する。これは、どの結晶でフィールドが生成されるかは未知なはずであることを意味する。これは、例えば、第１の結晶からのアイドラーフィールドを、第２の結晶からのアイドラーフィールドと完全に位置合わせすることによって得ることができる。
【0033】
好適な方法および／または装置では、第１の信号フィールドｓ１および第２の信号フィールドｓ２の干渉により、干渉信号フィールドｓ１２が生成される。
【0034】
好適な方法および／または装置では、第１のアイドラーフィールドｉ１および第２のアイドラーフィールドｉ２の結合は、第２の非線形媒体の内部および／またはその後方で発生し、またはアイドラー結合手段のために発生する。
【0035】
好適な方法および／または装置では、第１および第２のアイドラーフィールドｉ１，ｉ２の結合は、第１および第２のアイドラーフィールドｉ１，ｉ２の空間的重ね合わせにより実現される。好適には、第１および第２のアイドラーフィールドｉ１，ｉ２の空間的重ね合わせは、非線形媒体の内部やその後方での、あるいはアイドラー結合手段、それぞれビームスプリッタおよび／またはダイクロイックミラー内でのフィールドの空間的重ね合わせによって実現される。
【0036】
好適な方法および／または装置では、第１および第２の信号フィールドｓ１，ｓ２の結合は、信号結合手段により発生する。
【0037】
好適な方法および／または装置では、第１および第２の信号フィールドｓ１，ｓ２の結合は、第１および第２のアイドラーフィールドｉ１，ｉ２の空間的重ね合わせにより実現される。好適には、第１および第２のアイドラーフィールドｉ１，ｉ２の空間的重ね合わせは、信号結合手段、それぞれビームスプリッタおよび／またはダイクロイックミラーによって実現される。
【0038】
好適な方法および／または装置では、第１および第２の信号フィールドｓ１，ｓ２の干渉は、それぞれビームスプリッタ、および／または５０／５０ビームスプリッタ、および／または偏光ビームスプリッタ、および／またはダイクロイックミラーによる信号結合手段内のフィールドの空間的重ね合わせによって実現され、ならびに／または非線形媒体後方でのフィールドの空間的重ね合わせによって実現される。
【0039】
好適な方法および／または装置では、信号および／またはアイドラー結合手段は、ビームスプリッタ、および／または５０／５０ビームスプリッタ、および／または偏光ビームスプリッタ、および／またはダイクロイックミラーを含む。
【0040】
好適な方法および／または装置では、ステップｖ）およびステップｖｉ）の測定は、対象物上または対象物内の特定の点について行われる。
【0041】
好適な方法および／または装置では、ステップｖ）およびステップｖｉ）の測定は、対象物上の移動または異なる測定点のための対象物による追加位相シフトを導入しないために、対象物の移動なしで行われる。
【0042】
好適な方法および／または装置では、位相シフトαは、−第１の信号フィールドｓ１内、および／または
−第２の信号フィールドｓ２内、および／または
−第１のアイドラーフィールドｉ１内、および／または
−第２のアイドラーフィールドｉ２内、および／または
−第１の非線形媒体前方のポンプビーム内、好適には第１のポンプビーム内、および／または
−第２の非線形媒体前方のポンプビーム内、好適には第２のポンプビーム内、および／または
−第１の信号フィールドｉ１と第２の信号フィールドｉ２との間、および／または
−第１の信号フィールドｓ１と第１のアイドラーフィールドｉ１との間、および／または
−第１のポンプビームと第２のポンプビームとの間、および／または
−干渉信号フィールドｓ１２内で形成される。
【0043】
上記の任意選択事項はすべて同じ結果につながる。また、組み合わせ、すなわちいくつかの任意選択事項の組み合わせも、同じ結果につながる。
【0044】
好適な方法および／または装置では、位相シフトαは、−１つ以上のフィールドのパス長を変更すること、および／または
−第１および／または第２のポンプビームの波長を変更することによって、ならびに／または
−熱効果によって、ならびに／または
−一方もしくは両方の干渉計アームの光路長の空間変位もしくは変更によって作成される。
【0045】
好適な方法および／または装置では、ファイバ内で位相シフトαは、−熱効果、および／または
−１つ以上のフィールドのパス長を変更すること、および／または
−第１および／または第２のポンプビームの波長を変更すること、および／または
−ファイバ内の機械的応力によって作成される。
【0046】
ステップｖｉ）の好適な方法および／または装置において、異なる位相シフトとは、セットアップにおける、好適には干渉計におけるステップｖ）の位相に、位相シフトαが追加されることを意味する。
【0047】
好適な方法および／または装置では、ステップｖ）の位相、好適にはセットアップの位相、好適にはステップｖ）の干渉計の位相は、未知および／または任意である。
【0048】
好適な方法および／または装置では、位相シフトは、それぞれピエゾ素子によって可動なミラーの並進および／または光学面の並進および／またはダイクロイックミラーの並進によって、ならびに／またはファイバエキスパンダーによって、ならびに／または平面平行板の傾斜によって、ならびに／または２つのビーム、好適には２つのポンプビーム間の光周波数差によって、ならびに／またはＥＯＭおよび／または波長板および／または偏光ビームスプリッタおよび／または偏光子よる偏光の変化によって、ならびに／または平面平行板の傾斜によって、ならびに／または複屈折板の回転もしくは移動によって、導入することができる。
【0049】
好適な方法および／または装置では、セットアップの安定時間は、安定時間の間、セットアップの可視性の変化、好適には干渉計の可視性の変化が、０．６〜１の範囲、好適には０．９〜１の範囲、好適には０．９５〜１の範囲にあることを意味する。
【0050】
好適な方法および／または装置では、検出手段は、ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラまたは分光計またはファイバアレイまたはＳＰＡＤアレイである。
【0051】
好適な方法および／または装置では、検出手段上で検出された干渉信号フィールドｓ１２のみが、ステップｖｉｉ）の位相関数の計算に使用され、好適には、干渉信号フィールドｓ１２を検出する検出手段の検出領域のみが、ステップｖｉｉ）の位相関数の計算に使用される。
【0052】
ステップｖ）および／またはステップｖｉ）の好適な方法、ならびに／または好適な装置では、干渉信号フィールドｓ１２の強度および／または位相および／または振幅が測定される。
【0053】
ステップｖ）および／またはステップｖｉ）の好適な方法、ならびに／または好適な装置では、強め合うおよび弱め合う干渉は、それぞれ、干渉手段、それぞれ５０／５０ビームスプリッタの２つの出力アーム後方の第１の検出手段および第２の検出手段によって測定され、それぞれここでは、５０／５０ビームスプリッタは、信号結合手段である。強め合うおよび弱め合う干渉が、本発明による２つの検出手段を備えた干渉手段の後方で測定される場合、さらに、追加の位相シフトαが、ステップｖｉ）のセットアップで生成される。この実施形態の利点は、１つの位相シフトαおよび強め合うおよび弱め合う干渉の検出によって、４つの測定ステップを行うことができることである。好適には、位相シフトαは、干渉手段の第１の出力アーム上の（例えば強め合う干渉での）測定に追加され、さらに位相シフトαは、干渉手段の第２の出力アーム上の（例えば弱め合う干渉での）測定に追加される。
【0054】
ステップｖ）および／またはステップｖｉ）の好適な方法では、１つの検出手段が使用され、ここで測定ごとに位相シフトαが生成されるか、または２つ以上の検出手段が使用され、ここで追加の検出手段ごとに同じまたは別個の位相シフトαが生成される。
【0055】
好適な方法および／または装置では、検出手段は、検出領域を有し、ここで、領域全体が、ステップｖ）および／またはステップｖｉ）の１つの特定の測定に使用されるか、またはここで領域が、より個別の測定領域に分割され、ここで、個々の測定領域ごとに、別個の位相シフトαが生成される。
【0056】
好適な方法では、ステップｖ）およびステップｖｉ）の測定は、対象物全体の位相関数Φ（ｘ，ｙ）の計算のために、対象物の点ｘ，ｙごとに繰り返される。
【0057】
対象物の位相関数Φの計算は、以下のステップの１つに従った計算によって行うことができる。
【0058】
ステップｖ）およびステップｖｉ）の好適な方法および／または装置では、２つの測定が２つの異なる位相で実行され、これは、１つの位相シフトαが生成されることを意味する。
【0059】
ステップｖ）およびステップｖｉ）の好適な方法および／または装置では、３つの測定が３つの異なる位相で実行され、これは、２つの位相シフトαが生成されることを意味する。
【0060】
ステップｖ）およびステップｖｉ）の好適な方法および／または装置では、４つの測定が４つの異なる位相で実行され、これは、３つの位相シフトαが生成されることを意味する。
【0061】
ステップｖ）およびステップｖｉ）の好適な方法および／または装置では、５つの測定が５つの異なる位相で実行され、これは、４つの位相シフトαが生成されることを意味する。
【0062】
ステップｖ）およびステップｖｉ）の好適な方法および／または装置では、６つの測定が６つの異なる位相で実行され、これは５つの位相シフトαが生成されることを意味する。
【0063】
ステップｖ）およびステップｖｉ）の好適な方法および／または装置では、２つの位相シフトαが、１つの位相シフトステップならびにそれぞれ干渉手段の２つの出力アーム後方の第１の検出手段および第２の検出手段による強め合うおよび弱め合う干渉の測定のみで生成される。
【0064】
好適な方法では、位相関数Φ（ｘ，ｙ）は、以下の関係式、
【0065】
【数1】
【0066】
ただし、好適には、位相φをそれぞれφ＝０もしくは任意とした干渉信号フィールドの強度Ｉ１、
位相シフトαをそれぞれα＝π／２とした干渉信号フィールドｓ１２の強度Ｉ２、
位相シフトα’をそれぞれα’＝πとした干渉信号フィールドｓ１２の強度Ｉ３を、
位相シフトα’’をそれぞれα’’＝３π／２とした干渉信号フィールドｓ１２の強度Ｉ２、
により、ステップｖ）およびｖｉ）での測定によって、それぞれステップｖ）およびｖｉ）での強度測定によって計算される。
【0067】
好適な方法では、位相関数Φ（ｘ，ｙ）は、以下の関係式、
【0068】
【数2】
【0069】
ただし、好適には、位相φ＝０もしくは任意での干渉信号フィールドｓ１２の強度Ｉ２、
位相シフトαでの干渉信号フィールドｓ１２の強度Ｉ１、
位相シフトα’＝−αでの干渉信号フィールドｓ１２の強度Ｉ３、
により、ステップｖ）およびｖｉ）での測定によって、それぞれステップｖ）およびｖｉ）での強度測定によって計算される。
【0070】
好適な方法では、位相関数Φ（ｘ，ｙ）は、以下の関係式、
【0071】
【数3】
【0072】
ただし、好適には、位相φ＝０もしくは任意での干渉信号フィールドｓ１２の強度Ｉ２、
位相シフトαをそれぞれα＝π／２とした干渉信号フィールドｓ１２の強度Ｉ１、
位相シフトα’をそれぞれα’＝−αとした干渉信号フィールドｓ１２の強度Ｉ３、
により、ステップｖ）およびｖｉ）での測定によって、それぞれステップｖ）およびｖｉ）での強度測定によって計算される。
【0073】
好適な方法では、位相関数Φ（ｘ，ｙ）は、以下の関係式、
【0074】
【数4】
【0075】
ただし、好適には位相φ＝π／４での干渉信号フィールドｓ１２の強度Ｉ１、
位相シフトα＝３π／４での干渉信号フィールドｓ１２の強度Ｉ２、
位相シフトα’＝５π／４での干渉信号フィールドｓ１２の強度Ｉ３、
により、ステップｖ）およびｖｉ）での測定によって、それぞれステップｖ）およびｖｉ）での強度測定によって計算される。
【0076】
好適な方法では、位相関数Φ（ｘ，ｙ）は、以下の関係式、
【0077】
【数5】
【0078】
により、ステップｖ）およびｖｉ）での測定によって、それぞれステップｖ）およびｖｉ）での強度測定によって計算される。
【0079】
好適な方法では、ステップｖｉｉ）において、対象物の位相分布は、強度測定の強度パターンによって検索される。
【0080】
好適な方法および／または装置では、セットアップは、好適には、ファイバ内ポンプ、ファイバ内フィールド生成、ファイバ内干渉、およびファイバ内検出を伴うファイバ内セットアップとして設計されてよい。好適には、対象物のために、第１のアイドラーフィールドは、ファイバから第１のアイドラーフィールドを結合する第１のファイバカプラと、第１のアイドラーフィールドを対象物後方のファイバに結合する第２のファイバカプラとによって形成される自由空間チャネル内に配置されている。
【0081】
好適な方法および／または装置では、分離手段および信号結合手段は、マッハツェンダー干渉計構成で配置され、それぞれマッハツェンダー干渉計のビームスプリッタのように作用する。
【0082】
好適な方法および／または装置では、ポンプビーム分離手段および信号結合手段は、マッハツェンダー干渉計構成で配置され、それぞれマッハツェンダー干渉計のビームスプリッタのように作用する。
【0083】
マッハツェンダー干渉計構成での好適な方法および／または装置では、第１のフィールド生成手段は、分離手段の前方およびポンプビーム分離手段の後方に配置されており、ここで、分離手段は、第１の信号フィールドｓ１および第１のアイドラーフィールドｉ１を分離し、ここで、対象物は、第１のアイドラーフィールドｉ１内に配置され、ここで、第２のフィールド生成手段は、対象物の後方に配置され、ここで、結合手段内で、第１の信号フィールドｓ１および第２の信号フィールドｓ２が干渉する。
【0084】
マッハツェンダー干渉計構成での好適な方法および／または装置では、第１のフィールド生成手段および干渉手段は、マッハツェンダー干渉計構成で配置され、それぞれマッハツェンダー干渉計のビームスプリッタのように作用する。ここで、一方のアームには、第２の生成手段が配置されている。ここで、好適には、第１および第２の生成手段は、ＢＢＯ結晶である。
【0085】
好適な方法および／または装置では、分離手段および信号結合手段は、レーザーフィゾー干渉計構成で配置されている。
【0086】
好適な方法および／または装置では、分離手段および信号結合手段は、レーザーマイケルソン干渉計構成で配置されている。
【0087】
好適な方法および／または装置では、干渉計は、偏光干渉計であり、好適には、２つの偏光がそれぞれ干渉計の一方のアームに送信される。
【0088】
好適な方法および／または装置では、位相シフトαは、干渉計内で作成されている。
【0089】
本発明は、上記の方法のうちの１つを提供するように適合化された画像化および／または分光法のための装置をさらに提供する。
【0090】
本発明は、制御デバイスが移相器および検出手段に接続されている、上記の方法のうちの１つを提供するように適合化された制御デバイスを備えた装置をさらに提供する。
【0091】
本発明はさらに、不揮発性メモリを有するマイクロプロセッサを備えたコンピュータデバイスを提供し、ここで、不揮発性メモリは、上記の方法の１つを提供するように適合化された実行可能プログラムを含み、好適には、ここで、コンピュータデバイスが制御デバイスである。
【0092】
本発明の上記および他の態様、特徴、および利点は、添付の図面と共に解釈するならば、以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0093】
【図1】マッハツェンダー干渉計のセットアップでの本発明の装置の第１の実施形態を示した図である。
【図2】フィゾー干渉計のセットアップでの本発明の装置の第２の実施形態を示した図である。
【図3】本発明の装置の第３の実施形態を示した図である。
【図4】ＢＢＯ結晶を有するマッハツェンダー干渉計のセットアップでの本発明の装置の第４の実施形態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0094】
図１は、マッハツェンダー干渉計構成での本発明の装置の第１の実施形態を示している。ポンプ源２は、ポンプビーム３、好適にはレーザービームを放出する。ポンプビーム３は、ポンプビーム分離手段で分割され、ここでは、ポンプビームスプリッタ６が、ポンプビーム３を２つのコヒーレントなポンプビーム３ａおよび３ｂに分割する。ポンプビームスプリッタ６は、通常のビームスプリッタか、または第１および第２のフィールド生成手段１０もしくは２０をポンピングするために、ポンプビーム３ａもしくは３ｂのうちの１つの偏光を回転させる付加的波長板（図示せず）を備えた偏光ビームスプリッタであり得る。第１および／または第２のポンプビーム３ａおよび３ｂの偏光は、第１および第２のフィールド生成手段１０および２０のポンピングを可能にする波長板（図示せず）によって回転させることができる。このために、第１のポンプビーム３ａは、第１の生成手段１０に案内され、第２のポンプビーム３ｂは、第１のミラー４ａによって第２の生成手段２０に案内される。第２のポンプビーム３ｂのパスには、第３のダイクロイックミラー５ｃが配置され、第２のポンプビーム３ｂは、この第３のダイクロイックミラー５ｃを通過して走行することが可能である。
【0095】
上記のように、第１の生成手段１０は、第１のポンプビーム３ａによってポンピングされ、第１の信号フィールド１１および第１のアイドラーフィールド１２を生成する。第１のポンプビーム３ａは、第１の生成手段１０の通過後、第１のダイクロイックミラー５ａによって阻止されるが、そこでは第１の信号フィールド１１および第１のアイドラーフィールド１２の通過は可能である。
【0096】
次いで、第１の信号フィールド１１および第１のアイドラーフィールド１２は、分離手段で、図１では第２のダイクロイックミラー５ｂで分離される。第１の信号フィールド１１は、第２のダイクロイックミラー５ｂを通過して、第２のミラー４ｂによって、好適には可動ミラーによってビームスプリッタ７に案内されるように走行する。
【0097】
第１のアイドラーフィールド１２は、第２のダイクロイックミラー５ｂで反射され、透過および／または反射によって対象物３０と相互作用する。次いで、第１のアイドラーフィールド１２は、第３のダイクロイックミラー５ｃによって第２の生成手段２０に案内される。
【0098】
第２の生成手段２０は、第２のポンプビーム３ｂによってポンピングされ、第２の信号フィールド２１および第２のアイドラーフィールド２２を生成する。第２の生成手段２０の内部および／またはその後方で、第１のアイドラーフィールド１２は、第２のアイドラーフィールド２２と、これらの２つのフィールドの区別がつかないように空間的に重なり合う。第２のポンプビーム３ｂ、ならびに重なり合う第１および第２のアイドラーフィールド１２および２２は、第４のダイクロイックミラー５ｄによって阻止されるが、第２の信号フィールド２１は、ビームスプリッタ７上で透過および案内される。
【0099】
マッハツェンダー干渉計は、ポンプビームスプリッタ６とビームスプリッタ７の間に上方および下方の干渉計アームを備えて作製されている。
【0100】
第１および第２の信号フィールド１１および２１は、ビームスプリッタ７上で干渉する。ビームスプリッタ７の両方の出力側には、検出手段、好適には、ＣＣＤカメラが、干渉信号フィールド４０の強度パターンを検出するように配置されている。
【0101】
位相シフトαは、１つ以上の位相シフト手段５０によって生成される。図１には、複数の位相シフト手段５０が示されているが、画像化および分光法のための装置１には、１つだけでなく複数の位相シフト手段５０を配置することもできる。図１には、単なる例として、位相シフト手段５０が複数の場所に示されている。位相シフト手段５０は、ミラーの並進によって、好適にはピエゾ素子によって可動である第２のミラー４ｂであり得る。位相シフト手段５０は、ファイバエキスパンダー（ファイバ干渉計セットアップ用）、および／または傾斜面平行板、および／または２つのポンプビーム３ａおよび３ｂ間に周波数差を導入する光学素子、および／またはＥＯＭ（光電変調器）、および／または波長板、および／または偏光ビームスプリッタ、および／または偏光を変化させることによる偏光子、および／またはプレートを傾斜させることによる平面平行板、および／またはプレートを傾斜させることによる複屈折板であってもよい。
【0102】
位相シフト手段５０の可能な場所は、第１の信号フィールドｓ１，１１内、および／または第２の信号フィールドｓ２，２１内、および／または第１のアイドラーフィールドｉ１，１２内、および／または第２のアイドラーフィールドｉ２，２２内、および／または、第１のポンプビーム３ａ内、および／または第２のポンプビーム３ｂ内にある。
【0103】
図２は、フィゾー干渉計構成での本発明の装置の第２の実施形態を示している。ポンプ源２は、ポンプビーム３を放出し、このポンプビーム３は、第１のダイクロイックミラー５ａを通過し、生成手段１０をポンピングする。ここで、生成手段１０は、第１の生成手段１０としてこのポンピング方向に作用し、第１の信号フィールド１１および第１のアイドラーフィールド１２を生成する。
【0104】
第１の信号フィールド１１およびポンプビーム３は、第２のダイクロイックミラー５ｂを通過し、第１のミラー４ａで、好適には可動の第１のミラー４ａで反射される。第１のミラー４ａでの反射後、信号フィールド１１およびポンプビーム３は、ダイクロイックミラー５ｂの２回目の通過を行い、生成手段１０に案内される。
【0105】
第１のアイドラーフィールド１２は、第２のダイクロイックミラー５ｂで反射され、透過および／または反射によって対象物３０と相互作用し、第２のミラー４ｂにより案内されて第２のダイクロイックミラー５ｂに戻され、生成手段１０に案内される。
【0106】
２回目では、この生成手段は、図２の右側からポンプビーム３によってポンピングされ、生成手段１０は、このポンプ方向によって第２の生成手段として機能し、第２の信号フィールド２１および第２のアイドラーフィールド２２を生成する。第１の信号フィールド１１および第２の信号フィールド２１は、生成手段１０の内部およびその後方で、これらの信号フィールドが干渉するように空間的に重なり合う。第１のアイドラーフィールド１２および第２のアイドラーフィールド２２は、生成手段の内部およびその後方で、これらの第１のアイドラーフィールド１２および第２のアイドラーフィールド２２のパスの区別がつかないように空間的に重なり合う。干渉信号フィールド４０は、第１のダイクロイックミラーで反射され、検出手段によって検出される。
【0107】
図１のように、ここでも図２では、複数の位相シフト手段５０が示されているが、画像化および分光法のための装置１には、１つだけでなく複数の位相シフト手段５０を配置することができる。図２には、単なる例として、位相シフト手段５０が複数の場所に示されている。位相シフト手段５０は、ミラーの並進によって、好適にはピエゾ素子によって可動である第１のミラー４ａであり得る。位相シフト手段５０は、（図２には示されていない）ミラーの並進によって、好適にはピエゾ素子によって可動である第２のミラー４ｂであり得る。位相シフト手段５０は、ファイバエキスパンダー（ファイバ干渉計セットアップ用）、および／または傾斜面平行板、および／または２つのポンプビーム３ａおよび３ｂの間に周波数差を導入する光学素子、および／またはＥＯＭ（光電変調器）、および／または波長板、および／または偏光ビームスプリッタ、および／または偏光を変化させることによる偏光子、および／またはプレートを傾斜させることによる平面平行板、および／またはプレートを傾斜させることによる複屈折板でもあり得る。
【0108】
位相シフト手段５０の可能な場所は、第１の信号フィールドｓ１，１１内、および／または第１のアイドラーフィールドｉ１，１２内、および／またはポンプビーム３内にある。
【0109】
図３は、フィゾー干渉計に類似の構成での本発明の装置の第３の実施形態を示している。図２との違いは、図３では、第１のダイクロイックミラー５ａがビームスプリッタ７に置き換えられ、第１の信号フィールド１１が、第２の信号フィールド２１および第２のアイドラーフィールド２２の生成のためのポンピング方向の変更のために生成手段１０の表面で反射されていることにある。第１のアイドラービームのみが表面を通過し、対象物と相互作用し、生成手段１０に案内されて戻される。
【0110】
図４は、ＢＢＯ結晶を備えたマッハツェンダー干渉計のセットアップにおける本発明の装置の第４の実施形態を示している。
【0111】
ポンプ源２は、第１および第２のポンプビーム３ａおよび３ｂに分割されるポンプビーム３を放出するが、偏光は、第１および第２の生成手段１０および２０をポンピングするために波長板（図示せず）によって調整することができる。この実施形態では、第１および第２の生成手段１０および２０は、ＢＢＯ結晶であり、特定の角度の下で、第１の生成手段１０では第１の信号フィールド１１および第１のアイドラーフィールド１２を放出し、第２の生成手段２０では第２の信号フィールド２１および第２のアイドラーフィールド２２を放出する。
【0112】
第１のポンプビーム３ａによってポンピングされた第１の生成手段１０は、第１の信号フィールド１１および第１のアイドラーフィールド１２を生成する。第１の信号フィールド１１は、第１のミラー４ａで、好適には可動ミラーで反射され、さらに第１の信号フィールド１１はビームスプリッタ７に案内される。第１のアイドラーフィールド１２は、透過および／または反射によって対象物３０と相互作用し、第２の生成手段２０に案内される。
【0113】
第２のポンプビーム３ｂによってポンピングされた第２の生成手段２０は、第２の信号フィールド２１および第２のアイドラーフィールド２２を生成する。第１および第２のアイドラーフィールド１２および２２は、第２の生成手段２０の内部およびその後方で、これらの第１および第２のアイドラーフィールド１２および２２の区別がつかないように空間的に重なり合う。第２の信号フィールド２１は、ビームスプリッタ７に案内され、当該ビームスプリッタで第１の信号フィールド１１と干渉する。ビームスプリッタの両方の出力アーム上には、検出手段８が、干渉信号フィールド４０の検出のために配置されている。
【0114】
前述のように、ここでも図４では、複数の位相シフト手段５０が示されているが、画像化および分光法のための装置１には、１つだけでなく複数の位相シフト手段５０を配置することができる。図４には、単なる例として、位相シフト手段５０が複数の場所に示されている。位相シフト手段は、ミラーの並進によって、好適にはピエゾ素子によって可動である第１のミラー４ａであり得る。位相シフト手段５０は、ファイバエキスパンダー（ファイバ干渉計セットアップ用）、および／または傾斜面平行板、および／または２つのポンプビーム３ａおよび３ｂの間に周波数差を導入する光学素子、および／またはＥＯＭ（光電変調器）、および／または波長板、および／または偏光ビームスプリッタ、および／または偏光を変化させることによる偏光子、および／またはプレートを傾斜させることによる平面平行板、および／またはプレートを傾斜させることによる複屈折板でもあり得る。
【0115】
位相シフト手段５０の可能な場所は、第１の信号フィールドｓ１，１１内、および／または第２の信号フィールドｓ２，２１内、および／または第１のアイドラーフィールドｉ１，１２内、および／または第２のアイドラーフィールドｉ２，２２内、および／または第１のポンプビーム３ａ内、および／または第２のポンプビーム３ｂ内にある。
【0116】
これらの結果につながった研究は、欧州連合によって支援された。この出願につながるプロジェクトは、助成金契約Ｎｏ８０１０６０に基づいて欧州連合のＨｏｒｉｚｏｎ２０２０研究およびイノベーション枠組み計画から資金提供を受けている。
【符号の説明】
【0117】
１ 画像化および分光法のための装置２ ポンプ源
３ ポンプビーム
３ａ 第１のポンプビーム
３ｂ 第２のポンプビーム
４ａ 第１のミラー
４ｂ 第２のミラー
５ａ 第１のダイクロイックミラー
５ｂ 第２のダイクロイックミラー
５ｃ 第３のダイクロイックミラー
５ｄ 第４のダイクロイックミラー
６ ポンプビームスプリッタ
７ ビームスプリッタ（ＢＳ）
８ 検出手段
１０ 第１のフィールド生成手段
１１ 第１の信号フィールド
１２ 第１のアイドラーフィールド
２０ 第２のフィールド生成手段
２１ 第２の信号フィールド
２２ 第２のアイドラーフィールド
３０ 対象物
４０ 干渉信号フィールド
５０ 移相器
【手続補正書】
【提出日】2021年5月27日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0042】
好適な方法および／または装置では、位相シフトαは、−第１の信号フィールドｓ１内、および／または
−第２の信号フィールドｓ２内、および／または
−第１のアイドラーフィールドｉ１内、および／または
−第２のアイドラーフィールドｉ２内、および／または
−第１の非線形媒体前方のポンプビーム内、好適には第１のポンプビーム内、および／または
−第２の非線形媒体前方のポンプビーム内、好適には第２のポンプビーム内、および／または
−第１の信号フィールドｓ１と第２の信号フィールドｓ２との間、および／または
−第１の信号フィールドｓ１と第１のアイドラーフィールドｉ１との間、および／または
−第１のポンプビームと第２のポンプビームとの間、および／または
−干渉信号フィールドｓ１２内で形成される。
【手続補正2】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
画像化および／または分光法のための方法であって、
ｉ）第１の信号フィールドｓ１および第１のアイドラーフィールドｉ１を、ポンプビームを用いた第１の非線形媒体のポンピングにより、２つのフィールドが相関するように生成するステップと、
ｉｉ）対象物を、第１のアイドラーフィールドｉ１を用いたそれぞれ透過および／または反射により照明するステップと、
ｉｉｉ）第２の信号フィールドｓ２および第２のアイドラーフィールドｉ２を、
−ポンプビームを用いた、空間的に分離した第２の非線形媒体のポンピングにより、または
−ポンプビームを用いた、前記第１の非線形媒体の２回目のポンピングにより、
２つのフィールドが相関するように生成するステップと、
ｉｖ）前記第１のアイドラーフィールドｉ１および前記第２のアイドラーフィールドｉ２を、２つのフィールドの区別がつかないように結合させ、かつ
前記第１の信号フィールドｓ１および前記第２の信号フィールドｓ２を、２つのフィールドが干渉するように結合させるステップと、
ｖ）検出手段により、干渉信号フィールドｓ１２の第１の測定を行うステップと、
ｖｉ）前記検出手段により、前記干渉信号フィールドｓ１２の１つ以上の追加測定を行うステップであって、
ここで、前記ステップｖｉ）の前記追加測定ごとに、異なる位相シフトαがセットアップにおいて生成され、
ここで、前記ステップｖ）の前記第１の測定および前記ステップｖｉ）の前記１つ以上の追加測定は、前記セットアップの安定時間内ですべて実行される、ステップと、
ｖｉｉ）前記対象物の画像および／またはスペクトルを得るために、前記ステップｖ）および前記ステップｖｉ）からの測定値から位相関数Φを計算するステップと、を含む、方法。
ｉ）第１の信号フィールドｓ１および第１のアイドラーフィールドｉ１を、ポンプビームを用いた第１の非線形媒体のポンピングにより、２つのフィールドが相関するように生成するステップと、
ｉｉ）対象物を、第１のアイドラーフィールドｉ１を用いたそれぞれ透過および／または反射により照明するステップと、
ｉｉｉ）第２の信号フィールドｓ２および第２のアイドラーフィールドｉ２を、
−ポンプビームを用いた、空間的に分離した第２の非線形媒体のポンピングにより、または
−ポンプビームを用いた、前記第１の非線形媒体の２回目のポンピングにより、
２つのフィールドが相関するように生成するステップと、
ｉｖ）前記第１のアイドラーフィールドｉ１および前記第２のアイドラーフィールドｉ２を、２つのフィールドの区別がつかないように結合させ、かつ
前記第１の信号フィールドｓ１および前記第２の信号フィールドｓ２を、２つのフィールドが干渉するように結合させるステップと、
ｖ）検出手段により、干渉信号フィールドｓ１２の第１の測定を行うステップと、
ｖｉ）前記検出手段により、前記干渉信号フィールドｓ１２の１つ以上の追加測定を行うステップであって、
ここで、前記ステップｖｉ）の前記追加測定ごとに、異なる位相シフトαがセットアップにおいて生成され、
ここで、前記ステップｖ）の前記第１の測定および前記ステップｖｉ）の前記１つ以上の追加測定は、前記セットアップの安定時間内ですべて実行される、ステップと、
ｖｉｉ）前記対象物の画像および／またはスペクトルを得るために、前記ステップｖ）および前記ステップｖｉ）からの測定値から位相関数Φを計算するステップと、を含む、方法。
【請求項2】
前記位相シフトαは、
−前記第１の信号フィールドｓ１内、および／または
−前記第２の信号フィールドｓ２内、および／または
−前記第１のアイドラーフィールドｉ１内、および／または
−前記第２のアイドラーフィールドｉ２内、および／または
−前記第１の非線形媒体前方のポンプビーム内、および／または
−前記第２の非線形媒体前方のポンプビーム内、および／または
−前記第１の信号フィールドｓ１と前記第２の信号フィールドｓ２との間、および／または
−前記第１の信号フィールドｓ１と前記第１のアイドラーフィールドｉ１との間、および／または
−前記第１のポンプビームと前記第２のポンプビームとの間、および／または
−前記干渉信号フィールドｓ１２内で形成される、請求項１記載の方法。
−前記第１の信号フィールドｓ１内、および／または
−前記第２の信号フィールドｓ２内、および／または
−前記第１のアイドラーフィールドｉ１内、および／または
−前記第２のアイドラーフィールドｉ２内、および／または
−前記第１の非線形媒体前方のポンプビーム内、および／または
−前記第２の非線形媒体前方のポンプビーム内、および／または
−前記第１の信号フィールドｓ１と前記第２の信号フィールドｓ２との間、および／または
−前記第１の信号フィールドｓ１と前記第１のアイドラーフィールドｉ１との間、および／または
−前記第１のポンプビームと前記第２のポンプビームとの間、および／または
−前記干渉信号フィールドｓ１２内で形成される、請求項１記載の方法。
【請求項3】
前記位相シフトαは、
−１つ以上のフィールドのパス長を変更すること、および／または
−前記第１のポンプビームおよび／または前記第２のポンプビームの波長を変更することによって、ならびに／または
−熱効果によって、ならびに／または
−一方もしくは両方の干渉計アームの光路長の空間変位もしくは変更によって作成される、請求項１または２記載の方法。
−１つ以上のフィールドのパス長を変更すること、および／または
−前記第１のポンプビームおよび／または前記第２のポンプビームの波長を変更することによって、ならびに／または
−熱効果によって、ならびに／または
−一方もしくは両方の干渉計アームの光路長の空間変位もしくは変更によって作成される、請求項１または２記載の方法。
【請求項4】
前記位相シフトは、それぞれピエゾ素子によって可動なミラーの並進および／または光学面の並進および／またはダイクロイックミラーの並進によって、ならびに／またはファイバエキスパンダーによって、ならびに／または平面平行板の傾斜によって、ならびに／または２つのビーム間の光周波数差によって、ならびに／またはＥＯＭおよび／または波長板および／または偏光ビームスプリッタおよび／または偏光子よる偏光の変化によって、ならびに／または複屈折板の回転もしくは移動によって、導入することができる、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項5】
前記ステップｖ）の前記セットアップの位相は、未知および／または任意である、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項6】
前記ステップｉ）および／または前記ステップｉｉｉ）において、前記信号フィールドおよび前記アイドラーフィールドは、結晶の内部またはその後方の分離手段によって分離されるか、または非線形媒体での信号フィールドおよびアイドラーフィールドの生成のために分離され、それぞれＢＢＯ結晶でのフィールドの生成のために分離されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項7】
前記ステップｖ）および／または前記ステップｖｉ）において、強め合うおよび弱め合う干渉が、それぞれ、干渉手段、それぞれ５０／５０ビームスプリッタの２つの出力アーム後方の第１の検出手段および第２の検出手段によって測定され、それぞれここでは、前記５０／５０ビームスプリッタは、信号結合手段である、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項8】
前記ステップｖ）および／または前記ステップｖｉ）において、１つの検出手段が使用され、ここで測定ごとに位相シフトαが生成されるか、または２つ以上の検出手段が使用され、ここで追加の検出手段ごとに同じまたは別個の位相シフトαが生成される、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項9】
請求項１から８までのいずれか１項記載の方法を提供するように適合化された画像化および／または分光法のための装置。
【請求項10】
画像化および／または分光法のための装置であって、
ポンプビームを生成するためのポンプ源と、
前記ポンプビームによりポンピングされる、第１の信号フィールドｓ１および第１のアイドラーフィールドｉ１を生成する第１のフィールド生成手段と、
前記ポンプビームによりポンピングされる、第２の信号フィールドｓ２および第２のアイドラーフィールドｉ２を生成する第２のフィールド生成手段と、を備え、
ここで、前記第１のフィールド生成手段および前記第２のフィールド生成手段は、
−前記ポンプビームによりポンピングされる２つの空間的に分離された非線形媒体、または
−第１の信号フィールドｓ１および第１のアイドラーフィールドｉ１の生成のために前記ポンプビームにより１回目のポンピングがなされかつ第２の信号フィールドｓ２および第２のアイドラーフィールドｉ２の生成のために２回目のポンピングがなされる１つの非線形媒体であり、さらに
前記第１のアイドラーフィールドｉ１によるそれぞれ透過または反射によって照明される測定すべき対象物と、
前記第１の信号フィールドｓ１および前記第２の信号フィールドｓ２を、２つのフィールドが干渉するように重ね合わせるための信号結合手段と、
前記第１のアイドラーフィールドｉ１および前記第２のアイドラーフィールドｉ２を、２つのフィールドの区別がつかないように重ね合わせるためのアイドラー結合手段と、
干渉信号フィールドの強度および／または位相を検出するための検出手段と、を備える装置において、
移相器が、前記第１の信号フィールドｓ１内、および／または前記第２の信号フィールドｓ２内、および／または前記ポンプビーム内、および／または区別のつかない第１の信号フィールドｓ１および第２の信号フィールドｓ２内に配置され、
前記移相器は、前記対象物の画像および／またはスペクトルを得るために、測定中に前記装置内に位相シフトαを導入するように適合化されていることを特徴とする、装置。
ポンプビームを生成するためのポンプ源と、
前記ポンプビームによりポンピングされる、第１の信号フィールドｓ１および第１のアイドラーフィールドｉ１を生成する第１のフィールド生成手段と、
前記ポンプビームによりポンピングされる、第２の信号フィールドｓ２および第２のアイドラーフィールドｉ２を生成する第２のフィールド生成手段と、を備え、
ここで、前記第１のフィールド生成手段および前記第２のフィールド生成手段は、
−前記ポンプビームによりポンピングされる２つの空間的に分離された非線形媒体、または
−第１の信号フィールドｓ１および第１のアイドラーフィールドｉ１の生成のために前記ポンプビームにより１回目のポンピングがなされかつ第２の信号フィールドｓ２および第２のアイドラーフィールドｉ２の生成のために２回目のポンピングがなされる１つの非線形媒体であり、さらに
前記第１のアイドラーフィールドｉ１によるそれぞれ透過または反射によって照明される測定すべき対象物と、
前記第１の信号フィールドｓ１および前記第２の信号フィールドｓ２を、２つのフィールドが干渉するように重ね合わせるための信号結合手段と、
前記第１のアイドラーフィールドｉ１および前記第２のアイドラーフィールドｉ２を、２つのフィールドの区別がつかないように重ね合わせるためのアイドラー結合手段と、
干渉信号フィールドの強度および／または位相を検出するための検出手段と、を備える装置において、
移相器が、前記第１の信号フィールドｓ１内、および／または前記第２の信号フィールドｓ２内、および／または前記ポンプビーム内、および／または区別のつかない第１の信号フィールドｓ１および第２の信号フィールドｓ２内に配置され、
前記移相器は、前記対象物の画像および／またはスペクトルを得るために、測定中に前記装置内に位相シフトαを導入するように適合化されていることを特徴とする、装置。
【請求項11】
位相シフトは、それぞれピエゾ素子によって可動な可動ミラーおよび／または可動光学面および／または可動ダイクロイックミラーによって、ならびに／またはファイバエキスパンダーによって、ならびに／または傾斜可能な平面平行板によって、ならびに／または２つのビーム間の光周波数差によって、ならびに／またはＥＯＭおよび／または波長板および／または偏光ビームスプリッタおよび／または偏光子による偏光の変化によって、ならびに／または回転可能なもしくは可動の複屈折板によって導入することができる、請求項１０記載の装置。
【請求項12】
分離手段および前記信号結合手段は、マッハツェンダー干渉計構成またはレーザーフィゾー干渉計構成、またはマイケルソン干渉計構成で配置されている、請求項１０記載の装置。
【請求項13】
前記位相シフトαは、干渉計内で作成される、請求項１２記載の装置。
【請求項14】
前記装置は、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法を提供するように適合化された制御デバイスを含み、前記制御デバイスは、移相器および検出手段に接続されている、請求項１０から１３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項15】
不揮発性メモリを有するマイクロプロセッサを備えたコンピュータデバイスであって、
前記不揮発性メモリは、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法を提供するように適合化された実行可能プログラムを含む、コンピュータデバイス。
前記不揮発性メモリは、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法を提供するように適合化された実行可能プログラムを含む、コンピュータデバイス。
【外国語明細書】