JP2006337284A - 回折格子の迷光測定方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レーザ光源4および光検出器5をそれぞれ固定し、回転ステージ8上に設置した回折格子1を回転させる定偏角測定法により、種々の回転角14における迷光を測定するため、他の光学素子の影響を最小限に抑えることができ、また、実際の分光器の状況に近い状況の測定が可能である。迷光値をレーザ入力あるいは回折光強度との比として求めることにより安定な測定値を得る。また、ピンホールによって光束を絞り、回折角近傍の正確な迷光測定を容易に行うことが可能となる。
【選択図】 図1
Description
予めレーザ光の出力光強度Pinを光検出器5を用いて測定、記録した後、以下の手順に従って回折格子1の迷光を測定する。
(1)測定する回折格子1を回転ステージ8上に設置する。
(2)光束の径が回折格子1の表面の広い部分を照射するよう光束成形光学系6を調節する。
(3)回転角14を0゜近傍を中心に微調節して、回折格子1によるレーザ光の正反射光(0次回折光)が光路を逆進してレーザ光源4の出射孔に合致する位置を求め、このときの回転角14を0゜とするように制御部12を初期化する。
(4)回転ステージ8を回転させて回転角14を定偏角分回転させる。
(5)光検出器5を、レーザ光の0次回折光が正確にフォトダイオード10の受光面に入射する位置に設置し、光検出器5をこの位置で固定する。
(6)回転ステージ8を駆動して、回折格子1による1次回折光が光検出器5に正確に入射するように回転角14を調節する。このときの回転角14の値θ1を記録する。
(7)さらに回転ステージ8を駆動して、回折格子1による2次回折光が光検出器5に正確に入射するように回転角14を調節する。このときの回転角14の値θ2を記録する。
(8)回転ステージ8を駆動して、回転角14の値が(θ1+θ2)/2となるように調節する。
(9)この位置での光検出器5の出力から光強度Pslを測定する。
(10)PinとPslより迷光値としてPsl/Pinを算出する。
上記測定法を複数の回折格子に適用して得られた迷光値と、これらの回折格子を実際の分光器に搭載して固体フィルタを用いて測定した全迷光値の比較を行った。その結果を図2に示す。測定に用いた回折格子は、溝本数1600本/mm、ブレーズ波長250nmのものである。また、使用したレーザ光源は波長473nmの固体レーザである。図2の(a)と(b)は、同一形式の分光器を2台用いて測定した結果である。いずれの結果も本発明にかかる迷光測定方法の結果と実際の分光器による迷光測定の結果が非常に良い相関を示していることがわかる。これによって、本発明にかかる迷光測定方法は回折格子に起因する迷光を把握する上で極めて有効であり、従来のように実際の分光器に搭載する方法を必要とせず、検査工程を大幅に短縮できる。また、図2(a)、(b)にそれぞれ示された点Pおよび点Qは、本発明の方法による迷光値つまり回折格子のみに起因する迷光値がゼロのときに、従来法によって示される迷光値を表している。つまり、本発明による法と、従来方法を併用すれば、回折格子以外の光学系の起因する迷光量を分離して把握することが可能となる。
(1)回折格子1を回転ステージ8上に設置する。
(2)回転角14を0゜近傍で微調節し、レーザ光が回折格子1に正反射して光路を逆進し、正確にピンホール16に一致する位置を求め、このときの角度を0゜とするよう、制御部12を初期化する。
(3)回転ステージ8を回転させて回転角14を定偏角分回転させる。
(4)フォトダイオード10を、レーザ光の0次回折光が正確に受光面に入射する位置に設置し、フォトダイオード10をこの位置で固定する。
(5)回転ステージ8を駆動して、回折格子1による1次回折光がフォトダイオード10に正確に入射するように回転角14を調節する。このときの回転角14の値θ1を記録する。
(6)θ1を中心にその近傍の回転角における光強度Pslを測定する。
(7)迷光量Psl/Pinを算出する。
図3の円内に拡大表示したように、フォトダイオード10の受光面上でレーザ光照射スポット17は回転ステージ8の回転に従って矢印方向に移動する。レーザ光照射スポット17の直径をA、フォトダイオード10の受光面の直径をBとし、回折格子1からフォトダイオード10までの距離をL、偏角15の大きさを2Kとすると、レーザ光照射スポット17がフォトダイオード10の受光面を通過するまでの角度dθは、
dθ=tan-1[(A+B)/L] ………(1)
そして、定偏角で回折格子を使用したときのdθ出の波長幅dλは、
dλ=2・sin(dθ)・cos(K)/N・m ………(2)
となる。但し、Nは1mmあたりの回折格子の溝本数、mは回折の次数である。
溝数N=1600/mm、次数m=2、K=13.5゜、波長λ=473nm、B=1mmとして、この(1)、(2)式より分解能を計算した結果を図4に示す。但し光束の径はピンホール後一定と仮定する。これよりレーザ光照射スポット17の径A=0.5mmを使用し、L=200mmで、約1nmの分解能で回折光近傍を測定することが可能となる。しかし、回折格子の分解能(λ/dλ)は、レーリーの基準によれば、
λ/dλ=m・N×W ………(3)
と表すことができる。但し、Wは、回折格子の幅を示す。これにN=1600/mm、
W=0.5mmをあてはめると、dλ=0.3[nm]となり、(3)式にて十分4.6nmでの分解は可能となる。
また、逆線分散の値は次式(4)で示される。
D=cos(β)/N・m・f ………(4)
(D:逆線分散、β:回折角、f:焦点距離)
したがって、フォトダイオード10の受光面Bでの波長分解能(D×B)は、N=1600/mm、W=0.5mm、m=1という条件を当てはめると約1.24nmとなり、十分分解可能である。
本発明における特徴は、上述したとおりであるが、上記ならびに図示例に限定されるものではなく、種々の変形例を含む。光検出器5の構成は、実施例ではフォトダイオード10と集光レンズ9の組合せであるが、フォトダイオード10の代りに光電子増倍管、集光レンズ9の代わりに凹面集光鏡を組み合わせることも可能である。
2 平面部
3 稜部
4 レーザ光源
5 光検出器
6 光束成形光学系
7 レーザ駆動電源
8 回転ステージ
9 集光レンズ
10 フォトダイオード
11 光量測定器
12 制御部
13 ステージ駆動部
14 回転角
15 偏角
16 ピンホール
17 レーザ光照射スポット
18 HeNeレーザ
19 空間フィルタ
20 折り返しミラー
21 集光ミラー
22 開孔
23 回転ステージ
24 摺動ステージ
25 試験片
26 回転アーム
27 検出器
28 電流増幅器
29 A/Dカード付きPC
30 入口スリット
31 出口スリット
32、33 軸外放物面鏡
Claims (7)
- レーザ光源からの光を光束成形光学系によって所定の径の光束に成形し、前記光束を回折格子に導き、前記回折格子からの反射光の中で、前記回折格子の特性と前記レーザ光の波長とによって定まる回折角以外の角度への反射光強度の光検出器による測定値を用いて迷光量を算出することを特徴とする回折格子の迷光測定方法。
- 迷光量の算出を、レーザ光源から回折格子への入射光強度と、前記回折格子の特性と前記レーザ光の波長とによって定まる回折角以外の角度への反射光強度との比を測定することによって行うことを特徴とする請求項1記載の回折格子の迷光測定方法。
- 迷光量の算出を、回折格子の特性と前記レーザ光の波長とによって定まる回折角への反射光強度と前記回折角以外の角度への反射光強度との比を測定することによって行うことを特徴とする請求項1記載の回折格子の迷光測定方法。
- レーザ光源の位置と光検出器の位置をそれぞれ固定し、回折格子をその面上にあって該回折格子の溝に平行な1個の直線を回転軸として回転させることによって、前記光検出器に入射する前記レーザ光源からの前記回折格子による反射光の反射角を選択することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか記載の回折格子の迷光測定方法。
- 回折格子のn次回折光およびn+1次回折光の回折角をそれぞれθnおよびθn+1とすると、光検出器を用いて測定する回折角以外の角度への反射光の反射角を(θn+θn+1)/2に設定することを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか記載の回折格子の迷光測定方法。
- 光検出器を用いて測定する回折角以外の角度への反射光の反射角を、回折角の近傍に設定することを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか記載の回折格子の迷光測定方法。
- 少なくとも1種のレーザ光源と、迷光を測定すべき回折格子を搭載して、前記回折格子の面内にあって前記回折格子の溝に平行な1個の直線を回転軸として前記回折格子を回転させる回転ステージと、前記回折格子からの反射光強度を検出する光検出器と、前記レーザ光源からの光を所定の径の光束に成形し、該光束を前記回折格子の表面に導く光束成形光学系と、前記回折格子の反射光を前記光検出器に集光する集光光学系とを備え、前記回折格子を回転させることにより自由な反射角における反射光強度の測定が可能であることを特徴とする回折格子の迷光測定装置。
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