JP2021520483A - 幅広い計量プロセスウインドウを有するプリズム結合応力計 - Google Patents
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Abstract
Description
a)入力面、出力面、及び結合面を有する結合プリズムであって、上記結合面は、基板上面の導波路と接することにより、界面流体屈折率及び厚さを備えた界面流体を有する界面を画定する、結合プリズム;
b)上記界面に空気圧接続され、上記界面における真空の量を変化させるよう構成された、真空システム;
c)上記界面に流体接続され、1つ以上の上記界面流体を上記界面に供給するよう構成された、界面流体供給源;
d)複数の異なる測定波長から選択可能な測定波長を有する測定光を放出する、光源システムであって、上記測定光は、上記結合プリズムの上記入力面を通して上記界面を照明することにより、上記結合プリズムの上記出力面から出る反射光を形成し、ここで上記反射光は、第1の横方向磁気(TM)モードスペクトル及び第1の横方向電気(TE)モードスペクトルを画定する、光源システム;
e)上記結合プリズムから上記反射光を受信して、上記第1のTMモードスペクトル及び上記第1のTEモードスペクトルを検出するよう配設された、光検出器システム;
f)コントローラであって:
a.上記第1のTMモードスペクトル及び上記第1のTEモードスペクトルを処理して、上記第1のTMモードスペクトル及び上記第1のTEモードスペクトルのうちの少なくとも1つが、上記第1のTMモードスペクトル及び上記第1のTEモードスペクトルから上記屈曲部応力を選択された許容誤差内で推定できるようにする好ましい測定ウインドウの範囲外にあることを見出す動作;
b.i)上記測定波長、ii)上記界面流体の上記厚さ、及びiii)上記界面流体の上記屈折率のうちの少なくとも1つを調整することによって、上記プリズム結合システムを第2の構成とする動作;
c.上記第2の構成の上記プリズム結合システムを用いて、第2のTMモードスペクトル及び第2のTEモードスペクトルを収集する動作であって、上記第2の構成は、上記第2のTMモードスペクトル及び上記第2のTEモードスペクトルを上記好ましい測定ウインドウ内とする、動作;並びに
d.上記第2のTMモードスペクトル及び上記第2のTEモードスペクトルを用いて、上記選択された許容誤差内で上記屈曲部応力を決定する動作
を実施するよう構成された、コントローラ
を備える。
i)上記初期TMモードスペクトル及び上記初期TEモードスペクトルを処理して、上記初期TMモードスペクトル及び上記初期TEモードスペクトルのうちの少なくとも1つが、上記初期TMモードスペクトル及び上記初期TEモードスペクトルから上記屈曲部応力を選択された許容誤差で推定できるようにする好ましい測定ウインドウの範囲外にあることを見出す動作;
ii)上記光源の上記測定波長を、上記選択可能な測定波長に1回以上変更して、新たなTMモードスペクトル及び新たなTEモードスペクトルが上記好ましい測定ウインドウ内となるまで、それぞれ1つ以上の上記新たなTMモードスペクトル及び1つ以上の上記新たなTEモードスペクトルを収集する動作;並びに
iii)上記好ましい測定ウインドウ内にある上記新たなTMモードスペクトル及び上記新たなTEモードスペクトルを用いて、上記選択された許容誤差内で上記屈曲部応力を決定する動作
を実施するよう構成された、コントローラを備える。
図1Aは、例示的なIOX物品10の立面図である。IOX物品10はガラス系基板20を備え、これは表面(上面)22を画定するマトリックス21を有し、上記マトリックスは、ベース(バルク)屈折率nsと表面屈折率n0とを有する。図1Bは、IOX物品10の、x‐y平面において得られた拡大断面図であり、この例示的なIOX物品を形成するために、表面22にわたって、及びマトリックス21の中に向かってx方向に行われる、例示的なDIOXプロセスを示す。
図3Aは、本開示の方法の態様を実施するために使用できる例示的なプリズム結合システム28の概略図である。プリズム結合システム28を用いたプリズム結合方法は、非破壊的なものである。この特徴は特に、研究開発目的のため及び製造時の品質管理のために、脆性のIOX物品を測定するために有用である。
本開示の方法は、TMモードスペクトル113TM又はTEモードスペクトル113TEが、測定されているIOX物品10の少なくとも1つの応力関連特性の正確な測定を行うための好ましい(即ち十分に大きな)測定ウインドウ内にあるかどうかを同定する、異なる複数の方法を含む。TMモードスペクトル113TM又はTEモードスペクトル113TEのいずれかが好ましい測定ウインドウ内にない場合、上記方法は、プリズム結合システム28を異なる測定構成に設定するステップを含み、上記異なる測定構成に設定するステップは、IOX物品10の少なくとも1つの応力パラメータの更に正確な測定を得るために、TMモードスペクトル113TM及びTEモードスペクトル113TEの両方を好ましい測定ウインドウ内とすることができる。換言すれば、上記方法は、プリズム結合システムの測定構成を、スパイク領域R1を有するIOX物品の測定のために最適化することを対象としている。
上記方法の第1のステップでは、IOX物品10をプリズム結合システム28に装入し、上述のようにして第1のモードスペクトル113を収集する。
Δnf=min(neff)−ncrit
ここでmin(neff)は、特定の偏光(TM又はTE)に関する全ての導波モードの有効屈折率のうち最小のものであり、ncritは、同じ偏光に関する臨界屈折率である。
単位ピーク値の共振ピークの多数のベル形状の強度分布に関する半値全幅(FWHM)が、(強度のディップの場合は最小値、又は強度のピークの場合は最大値における)共振の位置における強度の二次導関数の平方根の逆数に比例するという観察に基づいている。
一例では、IOX物品10を、63.16モル%のSiO2、2.37モル%のB2O3、15.05モル%のAl2O3、9.24モル%のNa2O、5.88モル%のLi2O、1.18モル%のZnO、0.05モル%のSnO2、及び2.47モル%のP2O5という組成を有し、また約3BのSOCを有する、ガラス基板20から形成した。化学強化のためのDIOXプロセスを採用した。第1のK+‐Li+IOXステップ(即ちK+を内部拡散イオンI1として使用するIOXステップ)の後、TMモードスペクトル113TM及びTEモードスペクトル113TEはそれぞれ、第1の測定波長λ=590nmにおいて、2〜3個の干渉縞を有していた。第2のIOXステップの後、TMモードスペクトル113TM及びTEモードスペクトル113TEはそれぞれ、590nmにおいて3〜4個の干渉縞を有していた。K+ベースのスパイク領域R1の形成に関連する表面応力CSは通常、500〜640MPaである。Na+を内部拡散イオンI2として使用する第2のIOXステップの後の表面応力は、典型的には750〜950MPaである。
図4は、リチウム系アルミノシリケートガラス基板20を用いて作製されたIOX物品10のための第1のIOXプロセスに関する、時間t1(時間)に対するスパイク深さD1(μm)のプロットである。白い四角は、595nmである単一の測定波長λにおいて動作する光源60を備えたプリズム結合システム28を用いて行われた測定である。黒い丸は、540nm、595nm、及び650nmを中央とする3つの異なる測定波長λにおいて動作するよう構成された光源60を備えたプリズム結合システム28を用いて行われた測定である。
脆性の挙動、又は「脆性(frangibility)」は、ガラス系物品を衝突又は損傷に供した場合の特定の破断挙動を指す。本明細書中で使用される場合、ガラス系物品(及び特に本明細書中で考慮されているもの等のガラス系IOX物品10)は、脆性試験の結果として、ある試験範囲内で以下のうちの少なくとも1つを呈する場合に、非脆性であると考えられる:(1)最大寸法が少なくとも1mmの、4個以下の断片;及び/又は(2)割れ線の数以下の分岐の数。断片、分岐、及び割れ線は、衝突点を中心とするいずれの2インチ×2インチ(5.08cm×5.08cm)の正方形に基づいて計数される。従ってガラス系物品は、以下に記載されている手順に従って破壊が形成される衝突点を中心とするいずれの2インチ×2インチ(5.08cm×5.08cm)の正方形に関して、試験(1)及び(2)のうちの一方又は両方を満たす場合に、非脆性であると考えられる。様々な例において、化学強化済みIOX物品10は、脆性又は非脆性となり得る。
ガラス系基板の光導波路を画定する表面付近スパイク領域及び深部領域による屈折率プロファイルを有する化学強化済み物品における、屈曲部応力を推定する方法であって、
上記方法は:
a)初期測定構成に設定されたプリズム結合システムを用いて、上記化学強化済み物品に関するTMモードスペクトル及びTEモードスペクトルを収集するステップ;
b)上記TMモードスペクトル及び上記TEモードスペクトルを検査して、上記TMモードスペクトル及び上記TEモードスペクトルが、選択された許容誤差内で屈曲部応力の正確な推定を生成できる好ましい測定ウインドウに収まらないことを見出すステップ;
c)上記プリズム結合システムの測定構成を1回以上変更して、新たなTMモードスペクトル及び新たなTEモードスペクトルが上記好ましい測定ウインドウ内に収まるまで、上記新たなTMモードスペクトル及び上記新たなTEモードスペクトルを測定するステップ;並びに
d)上記新たなTMモードスペクトル及び上記新たなTEモードスペクトルを用いて上記屈曲部応力を決定するステップ
を含む、方法。
上記測定構成を変更する上記ステップは:i)上記プリズム結合システムの測定光の波長;ii)上記プリズム結合システムの結合プリズムと上記光導波路との間の光結合を提供するために使用される界面流体の厚さ;及びiii)上記界面流体の屈折率のうちの少なくとも1つを変更するステップを含むことができる、実施形態1に記載の方法。
上記TMモードスペクトル及び上記TEモードスペクトルはそれぞれ、整数部分及び分数部分FPを有する干渉縞数を有し、
上記好ましい測定ウインドウに関して、上記TMモードスペクトル及び上記TEモードスペクトルそれぞれに関する上記分数部分FPは、0.1〜0.85である、実施形態1に記載の方法。
上記好ましい測定ウインドウに関して、上記TMモードスペクトル及び上記TEモードスペクトルそれぞれに関する上記分数部分FPは、0.15〜0.75である、実施形態3に記載の方法。
上記TMモードスペクトル及び上記TEモードスペクトルはそれぞれ、全内部反射(TIR)セクションと非TIRセクションとの間の臨界角遷移領域を備え、ここで上記TIRセクションは、位置を有する干渉縞を備え、また上記臨界角遷移領域に対して距離Δnfという最も近い位置にある、最近接干渉縞を含み、
上記方法は:上記干渉縞の上記位置を上記非TIRセクションに外挿して、上記最近接干渉縞からの距離DVFを有する仮想干渉縞の位置を画定するステップ;及びFP=Δnf/DVFの関係から上記分数部分FPを決定するステップを更に含む、実施形態3に記載の方法。
上記プリズム結合システムは、それぞれ異なる上記測定波長の光を放出する複数の発光素子を備える光源を備え、
上記測定構成を変更する上記ステップは、上記測定波長を調整するステップを含み、上記調整するステップは、上記発光素子のうちの1つをオフにして、上記発光素子のうちの別のものをオンにするステップを含む、実施形態1に記載の方法。
上記測定波長は、540nm〜650nmの波長範囲に収まる3つの異なる上記測定波長の間で変更できる、実施形態2に記載の方法。
上記測定波長を変更する上記ステップは、上記測定波長を少なくとも1%だけ変更するステップを含む、実施形態2に記載の方法。
上記測定波長を変更する上記ステップは、上記測定波長を1%〜25%だけ変更するステップを含む、実施形態8に記載の方法。
上記測定波長を変更する上記ステップは、上記測定波長を2%〜15%だけ変更するステップを含む、実施形態9に記載の方法。
ガラス系基板の光導波路を画定する表面付近スパイク領域及び深部領域を有する化学強化済み・イオン交換済み(IOX)物品における屈曲部応力の測定を実施する方法であって、
上記方法は:
a)上記光導波路の第1の横方向磁気(TM)モードスペクトル及び第1の横方向電気(TE)モードスペクトルを含む第1のモードスペクトルを、結合プリズムを有しかつ第1の構成に置かれたプリズム結合システムを用いて、収集するステップであって、上記第1の構成は、第1の測定波長、並びに上記結合プリズムと上記IOX物品との間の界面に存在する界面流体の厚さ及び屈折率によって画定される、ステップ;
b)上記第1のTMモードスペクトル及び上記第1のTEモードスペクトルを評価して、上記TMモードスペクトル及び上記TEモードスペクトルのうちの少なくとも1つが、上記屈曲部応力を選択された許容誤差内で推定できる好ましい測定ウインドウの範囲外にあることを見出すステップ;
c)上記測定波長、上記界面流体の上記厚さ、及び上記界面流体の上記屈折率のうちの少なくとも1つを調整することによって、上記プリズム結合システムを第2の構成とするステップ;
d)上記第2の構成の上記プリズム結合システムを用いて、上記光導波路の第2のTMモードスペクトル及び第2のTEモードスペクトルを含む第2のモードスペクトルを収集するステップであって、上記第2の構成は、上記第2のTMモードスペクトル及び上記第2のTEモードスペクトルを上記好ましい測定ウインドウ内とする、ステップ;並びに
e)上記第2のTMモードスペクトル及び上記第2のTEモードスペクトルを用いて、上記選択された許容誤差内で上記屈曲部応力を決定するステップ
を含む、方法。
上記動作a)、c)、及びd)は、上記動作b)の前に実施される、実施形態11に記載の方法。
上記動作c)は、上記測定波長のみを調整するステップを含む、実施形態11に記載の方法。
上記プリズム結合システムは、それぞれ異なる測定波長の光を放出する複数の発光素子を備える光源を備え、
上記動作c)は、上記測定波長を調整するステップを含み、上記調整するステップは、上記発光素子のうちの1つをオフにして、上記発光素子のうちの別のものをオンにするステップを含む、実施形態11に記載の方法。
上記異なる測定波長は、それぞれ10nm未満の波長帯を有する3つの異なる測定波長を含む、実施形態14に記載の方法。
上記異なる測定波長は、それぞれ6nm未満の波長帯を有する3つの異なる測定波長を含む、実施形態14に記載の方法。
上記異なる測定波長は、540nm〜650nmの波長範囲に収まる、実施形態14に記載の方法。
上記測定波長を調整する上記ステップは、上記測定波長を少なくとも1%だけ変更する、実施形態11に記載の方法。
上記測定波長を調整する上記ステップは、上記測定波長を1%〜25%だけ変更する、実施形態18に記載の方法。
上記測定波長を調整する上記ステップは、上記測定波長を2%〜15%だけ変更する、実施形態18に記載の方法。
上記測定波長を調整する上記ステップは、上記測定波長を3%〜11%だけ変更する、実施形態18に記載の方法。
上記TMモードスペクトル及び上記TEモードスペクトルはそれぞれ、整数部分及び分数部分FPを有する干渉縞数を有し、
上記好ましい測定ウインドウに関して、上記TMモードスペクトル及び上記TEモードスペクトルそれぞれに関する上記分数部分FPは、0.1〜0.85である、実施形態11に記載の方法。
上記好ましい測定ウインドウに関して、上記TMモードスペクトル及び上記TEモードスペクトルそれぞれに関する上記分数部分FPは、0.15〜0.75である、実施形態12に記載の方法。
上記TMモードスペクトル及び上記TEモードスペクトルはそれぞれ、全内部反射(TIR)セクションと非TIRセクションとの間の臨界角遷移領域を備え、ここで上記TIRセクションは、位置を有する干渉縞を備え、また上記臨界角遷移領域に対して距離Δnfという最も近い位置にある、最近接干渉縞を含み、
上記方法は:上記干渉縞の上記位置を上記非TIRセクションに外挿して、上記最近接干渉縞からの距離DVFを有する仮想干渉縞の位置を画定するステップ;及びFP=Δnf/DVFの関係から上記分数部分FPを決定するステップを更に含む、実施形態12に記載の方法。
上記動作c)は、上記界面流体の上記厚さのみを調整するステップを含む、実施形態11に記載の方法。
上記界面流体の上記厚さを調整する上記動作c)は、上記界面に供給される真空の量を変更するステップを含み、
上記真空の量の増大は、上記厚さを低減し、上記真空の量の低減は、上記厚さを増大させる、実施形態11に記載の方法。
上記光導波路は臨界角を有し、上記臨界角は臨界角実効屈折率を備え、また実効屈折率を有する漏洩モードをサポートし、
上記方法は:
上記界面流体の上記厚さを変更することで、上記漏洩モードの上記実効屈折率を変化させて、上記漏洩モードを、上記臨界角の実効屈折率より高い実効屈折率を有する準導波モードに変えるステップ
を更に含む、実施形態26に記載の方法。
上記界面流体の上記厚さを変更する上記ステップは、上記漏洩モードの上記実効屈折率を上昇させ、
上記界面流体は、上記臨界角実効屈折率より大きな屈折率を有する、実施形態27に記載の方法。
上記界面流体の上記厚さを変更する上記ステップは、上記漏洩モードの上記実効屈折率を低下させ、
上記界面流体は、上記臨界角実効屈折率より小さな屈折率を有する、実施形態27に記載の方法。
上記TMモードスペクトル及び上記TEモードスペクトルはそれぞれ、整数部分及び分数部分FPを有する干渉縞数を有し、
上記界面流体の上記厚さを変更する上記ステップは、上記干渉縞数の上記分数部分FPを、上記分数部分FPが上記好ましい測定ウインドウに関連する分数部分範囲内に収まるように、変化させる、実施形態27に記載の方法。
上記分数部分範囲は0.1〜0.85である、実施形態30に記載の方法。
上記分数部分範囲は0.15〜0.75である、実施形態30に記載の方法。
上記光導波路は臨界角を有し、上記臨界角は臨界角実効屈折率を備え、また実効屈折率を有する漏洩モードをサポートし、
上記方法は:
上記界面流体の上記屈折率を変更することで、上記漏洩モードの上記実効屈折率を変化させて、上記漏洩モードを、上記臨界角の実効屈折率より高い実効屈折率を有する準導波モードに変えるステップ
を更に含む、実施形態30に記載の方法。
上記TMモードスペクトル及び上記TEモードスペクトルはそれぞれ、整数部分及び分数部分FPを有する干渉縞数を有し、
上記界面流体の上記屈折率を変更する上記ステップは、上記干渉縞数の上記分数部分FPを、上記分数部分FPが上記好ましい測定ウインドウに関連する分数部分範囲内に収まるように、変化させる、実施形態33に記載の方法。
上記分数部分範囲は0.1〜0.85である、実施形態34に記載の方法。
上記分数部分範囲は0.15〜0.75である、実施形態35に記載の方法。
ガラス系基板内に形成されかつ光導波路を画定する表面付近スパイク領域及び深部領域を有する化学強化済み・イオン交換済み(IOX)物品の応力特性を測定するためのプリズム結合システムであって、
上記プリズム結合システムは:
g)入力面、出力面、及び結合面を有する結合プリズムであって、上記結合面は、基板上面の導波路と接することにより、界面流体屈折率及び厚さを備えた界面流体を有する界面を画定する、結合プリズム;
h)上記界面に空気圧接続され、上記界面における真空の量を変化させるよう構成された、真空システム;
i)上記界面に流体接続され、1つ以上の上記界面流体を上記界面に供給するよう構成された、界面流体供給源;
j)複数の異なる測定波長から選択可能な測定波長を有する測定光を放出する、光源システムであって、上記測定光は、上記結合プリズムの上記入力面を通して上記界面を照明することにより、上記結合プリズムの上記出力面から出る反射光を形成し、ここで上記反射光は、第1の横方向磁気(TM)モードスペクトル及び第1の横方向電気(TE)モードスペクトルを画定する、光源システム;
k)上記結合プリズムから上記反射光を受信して、上記第1のTMモードスペクトル及び上記第1のTEモードスペクトルを検出するよう配設された、光検出器システム;
l)コントローラであって:
a.上記第1のTMモードスペクトル及び上記第1のTEモードスペクトルを処理して、上記第1のTMモードスペクトル及び上記第1のTEモードスペクトルのうちの少なくとも1つが、上記第1のTMモードスペクトル及び上記第1のTEモードスペクトルから上記屈曲部応力を選択された許容誤差内で推定できるようにする好ましい測定ウインドウの範囲外にあることを見出す動作;
b.i)上記測定波長、ii)上記界面流体の上記厚さ、及びiii)上記界面流体の上記屈折率のうちの少なくとも1つを調整することによって、上記プリズム結合システムを第2の構成とする動作;
c.上記第2の構成の上記プリズム結合システムを用いて、第2のTMモードスペクトル及び第2のTEモードスペクトルを収集する動作であって、上記第2の構成は、上記第2のTMモードスペクトル及び上記第2のTEモードスペクトルを上記好ましい測定ウインドウ内とする、動作;並びに
d.上記第2のTMモードスペクトル及び上記第2のTEモードスペクトルを用いて、上記選択された許容誤差内で上記屈曲部応力を決定する動作
を実施するよう構成された、コントローラ
を備える、プリズム結合システム。
上記光源システムは波長可変レーザを備える、実施形態37に記載のプリズム結合システム。
上記光源システムは、複数の異なる上記測定波長のうちの1つをそれぞれ放出する複数の発光素子を備える、実施形態37に記載のプリズム結合システム。
上記複数の発光素子は、レーザダイオード又は発光ダイオードのうちの少なくとも一方を備える、実施形態39に記載のプリズム結合システム。
上記複数の異なる測定波長は540nm〜650nmである、実施形態37に記載のプリズム結合システム。
上記複数の異なる測定波長は、それぞれ10nm未満の波長帯を有する3つの異なる測定波長を含む、実施形態37に記載のプリズム結合システム。
上記異なる測定波長は、それぞれ6nm未満の波長帯を有する3つの異なる測定波長を含む、実施形態37に記載のプリズム結合システム。
上記異なる測定波長は、540nm〜650nmの波長範囲に収まる、実施形態37に記載のプリズム結合システム。
上記異なる測定波長は、互いから少なくとも1%だけ異なる、実施形態37に記載のプリズム結合システム。
上記異なる測定波長は、互いから1%〜25%だけ異なる、実施形態45に記載のプリズム結合システム。
上記異なる測定波長は、互いから2%〜15%だけ異なる、実施形態46に記載のプリズム結合システム。
上記異なる測定波長は、互いから3%〜11%だけ異なる、実施形態47に記載のプリズム結合システム。
上記TMモードスペクトル及び上記TEモードスペクトルはそれぞれ、整数部分及び分数部分FPを有する干渉縞数を有し、
上記好ましい測定ウインドウに関して、上記TMモードスペクトル及び上記TEモードスペクトルそれぞれに関する上記分数部分FPは、0.1〜0.85である、実施形態37に記載のプリズム結合システム。
上記好ましい測定ウインドウに関して、上記TMモードスペクトル及び上記TEモードスペクトルそれぞれに関する上記分数部分FPは、0.15〜0.75である、実施形態49に記載のプリズム結合システム。
上記TMモードスペクトル及び上記TEモードスペクトルはそれぞれ、全内部反射(TIR)セクションと非TIRセクションとの間の臨界角遷移領域を備え、ここで上記TIRセクションは、位置を有する干渉縞を備え、また上記臨界角遷移領域に対して距離Δnfという最も近い位置にある、最近接干渉縞を含み、
上記プリズム結合システムは上記コントローラを更に備え、上記コントローラは:上記干渉縞の上記位置を上記非TIRセクションに外挿して、上記最近接干渉縞からの距離DVFを有する仮想干渉縞の位置を画定し、FP=Δnf/DVFの関係から上記分数部分FPを決定する、実施形態49に記載のプリズム結合システム。
上記光導波路は臨界角を有し、上記臨界角は臨界角実効屈折率を備え、また実効屈折率を有する漏洩モードをサポートし、
上記プリズム結合システムを上記第2の構成にする上記動作は、上記真空システムを用いて上記界面の真空の量を変更することによって上記界面流体の上記厚さを変更することで、上記漏洩モードの上記実効屈折率を変化させて、上記漏洩モードを、上記臨界角の実効屈折率より高い実効屈折率を有する準導波モードに変えるステップを含む、実施形態37に記載のプリズム結合システム。
上記界面流体の上記厚さを変更する上記ステップは、上記漏洩モードの上記実効屈折率を上昇させ、
上記界面流体は、上記臨界角実効屈折率より大きな屈折率を有する、実施形態52に記載のプリズム結合システム。
上記界面流体の上記厚さを変更する上記ステップは、上記漏洩モードの上記実効屈折率を低下させ、
上記界面流体は、上記臨界角実効屈折率より小さな屈折率を有する、実施形態52に記載のプリズム結合システム。
上記TMモードスペクトル及び上記TEモードスペクトルはそれぞれ、整数部分及び分数部分FPを有する干渉縞数を有し、
上記界面流体の上記厚さを変更する上記ステップは、上記干渉縞数の上記分数部分FPを、上記分数部分FPが上記好ましい測定ウインドウに関連する分数部分範囲内に収まるように、変化させる、実施形態52に記載のプリズム結合システム。
上記分数部分範囲は0.1〜0.85である、実施形態55に記載のプリズム結合システム。
上記分数部分範囲は0.15〜0.75である、実施形態56に記載のプリズム結合システム。
上記光導波路は臨界角を有し、上記臨界角は臨界角実効屈折率を備え、また実効屈折率を有する漏洩モードをサポートし、
上記プリズム結合システムは:
上記界面流体供給源を用いて、上記界面流体の上記屈折率を変更することで、上記漏洩モードの上記実効屈折率を変化させて、上記漏洩モードを、上記臨界角の実効屈折率より高い実効屈折率を有する準導波モードに変えるステップ
を更に含む、実施形態37に記載のプリズム結合システム。
上記TMモードスペクトル及び上記TEモードスペクトルはそれぞれ、整数部分及び分数部分FPを有する干渉縞数を有し、
上記界面流体の上記屈折率を変更する上記ステップは、上記干渉縞数の上記分数部分FPを、上記分数部分FPが上記好ましい測定ウインドウに関連する分数部分範囲内に収まるように、変化させる、実施形態58に記載のプリズム結合システム。
上記分数部分範囲は0.1〜0.85である、実施形態59に記載のプリズム結合システム。
上記分数部分範囲は0.15〜0.75である、実施形態60に記載のプリズム結合システム。
ガラス系基板内に形成されかつ光導波路を画定する表面付近スパイク領域及び深部領域を有する化学強化済み・イオン交換済み(IOX)物品の応力特性を測定するためのプリズム結合システムであって、
上記プリズム結合システムは:
入力面、出力面、及び結合面を有する結合プリズムであって、上記結合面は、基板上面の導波路と接することにより、界面流体屈折率及び厚さを備えた界面流体を有する界面を画定する、結合プリズム;
選択可能な測定波長を有する測定光を放出するよう構成された光源システムであって、上記測定光は、上記結合プリズムの上記入力面を通して上記界面を照明することにより、上記結合プリズムの上記出力面から出る反射光を形成し、ここで上記反射光は、横方向磁気(TM)モードスペクトル及び横方向電気(TE)モードスペクトルを画定する、光源システム;
上記結合プリズムから上記反射光を受信して、初期測定波長において初期TMモードスペクトル及び初期TEモードスペクトルを検出するよう配設された、光検出器システム;
コントローラであって:
iv)上記初期TMモードスペクトル及び上記初期TEモードスペクトルを処理して、上記初期TMモードスペクトル及び上記初期TEモードスペクトルのうちの少なくとも1つが、上記初期TMモードスペクトル及び上記初期TEモードスペクトルから上記屈曲部応力を選択された許容誤差で推定できるようにする好ましい測定ウインドウの範囲外にあることを見出す動作;
v)上記光源の上記測定波長を、上記選択可能な測定波長に1回以上変更して、新たなTMモードスペクトル及び新たなTEモードスペクトルが上記好ましい測定ウインドウ内となるまで、それぞれ1つ以上の上記新たなTMモードスペクトル及び1つ以上の上記新たなTEモードスペクトルを収集する動作;並びに
vi)上記好ましい測定ウインドウ内にある上記新たなTMモードスペクトル及び上記新たなTEモードスペクトルを用いて、上記選択された許容誤差内で上記屈曲部応力を決定する動作
を実施するよう構成された、コントローラ
を備える、プリズム結合システム。
上記光源システムは波長可変レーザを備える、実施形態62に記載のプリズム結合システム。
上記光源システムは、上記選択可能な測定波長のうちの1つをそれぞれ放出する複数の発光素子を備える、実施形態62に記載のプリズム結合システム。
上記複数の発光素子は、レーザダイオード又は発光ダイオードのうちの少なくとも一方を備える、実施形態64に記載のプリズム結合システム。
上記選択可能な測定波長は540nm〜650nmである、実施形態62に記載のプリズム結合システム。
上記選択可能な測定波長は、それぞれ10nm未満の波長帯を有する3つの異なる測定波長を含む、実施形態62に記載のプリズム結合システム。
上記選択可能な測定波長は、それぞれ6nm未満の波長帯を有する3つの異なる測定波長を含む、実施形態62に記載のプリズム結合システム。
上記選択可能な測定波長は、互いから少なくとも1%だけ異なる、実施形態62に記載のプリズム結合システム。
上記選択可能な測定波長は、互いから1%〜25%だけ異なる、実施形態69に記載のプリズム結合システム。
上記選択可能な測定波長は、互いから2%〜15%だけ異なる、実施形態70に記載のプリズム結合システム。
上記選択可能な測定波長は、互いから3%〜11%だけ異なる、実施形態71に記載のプリズム結合システム。
上記TMモードスペクトル及び上記TEモードスペクトルはそれぞれ、整数部分及び分数部分FPを有する干渉縞数を有し、
上記好ましい測定ウインドウに関して、上記TMモードスペクトル及び上記TEモードスペクトルそれぞれに関する上記分数部分FPは、0.1〜0.85である、実施形態62に記載のプリズム結合システム。
上記好ましい測定ウインドウに関して、上記TMモードスペクトル及び上記TEモードスペクトルそれぞれに関する上記分数部分FPは、0.15〜0.75である、実施形態73に記載のプリズム結合システム。
上記TMモードスペクトル及び上記TEモードスペクトルはそれぞれ、全内部反射(TIR)セクションと非TIRセクションとの間の臨界角遷移領域を備え、ここで上記TIRセクションは、位置を有する干渉縞を備え、また上記臨界角遷移領域に対して距離Δnfという最も近い位置にある、最近接干渉縞を含み、
上記プリズム結合システムは上記コントローラを更に備え、上記コントローラは:上記干渉縞の上記位置を上記非TIRセクションに外挿して、上記最近接干渉縞からの距離DVFを有する仮想干渉縞の位置を画定し、FP=Δnf/DVFの関係から上記分数部分FPを決定する、実施形態73に記載のプリズム結合システム。
20 ガラス系基板
21 マトリックス
22 表面
24 IOX領域
26 光導波路、IOX導波路
28 プリズム結合システム
30 支持ステージ
40 結合プリズム
42 入力面
44 結合面
46 出力面
50 界面
52 界面流体、屈折率適合用流体
53 界面流体供給源
56 真空システム
60 光源
61 発光素子
62 測定光、光、光線、光ビーム
62F 集束光、入射光
62S 散乱光
62R 反射光
66 光学フィルタ
70 光散乱素子
80 集束光学系
82 照明システム
90 収集光学系
92 焦点面
100 TM/TE偏光子
100TE TEセクション
100TM TMセクション
110 検出器、カメラ
112 光感受性表面
112TE TEセクション
112TM TMセクション
113 角度反射スペクトル、モードスペクトル
113TE TEモードスペクトル
113TM TMモードスペクトル
115 全内部反射(TIR)セクション、TIRセクション
115TE モード線又は干渉縞、TE干渉縞
115TM モード線又は干渉縞、TM干渉縞
116 遷移領域、臨界角遷移領域
117 非TIRセクション
120 フレームグラバー
130 光検出器システム
150 コントローラ
152 プロセッサ
154 メモリユニット
200 光学系
210 正レンズ
220 負レンズ
230 衝突点
240 割れ線
242 断片
250 分岐
Claims (15)
- ガラス系基板の光導波路を画定する表面付近スパイク領域及び深部領域による屈折率プロファイルを有する化学強化済み物品における、屈曲部応力を推定する方法であって、
前記方法は:
a)初期測定構成に設定されたプリズム結合システムを用いて、前記化学強化済み物品に関するTMモードスペクトル及びTEモードスペクトルを収集するステップ;
b)前記TMモードスペクトル及び前記TEモードスペクトルを検査して、前記TMモードスペクトル及び前記TEモードスペクトルが、選択された許容誤差内で屈曲部応力の正確な推定を生成できる好ましい測定ウインドウに収まらないことを見出すステップ;
c)前記プリズム結合システムの測定構成を1回以上変更して、新たなTMモードスペクトル及び新たなTEモードスペクトルが前記好ましい測定ウインドウ内に収まるまで、前記新たなTMモードスペクトル及び前記新たなTEモードスペクトルを測定するステップ;並びに
d)前記新たなTMモードスペクトル及び前記新たなTEモードスペクトルを用いて前記屈曲部応力を決定するステップ
を含む、方法。 - 前記測定構成を変更する前記ステップは:i)前記プリズム結合システムの測定光の波長;ii)前記プリズム結合システムの結合プリズムと前記光導波路との間の光結合を提供するために使用される界面流体の厚さ;及びiii)前記界面流体の屈折率のうちの少なくとも1つを変更するステップを含むことができる、請求項1に記載の方法。
- 前記プリズム結合システムは、それぞれ異なる前記測定波長の光を放出する複数の発光素子を備える光源を備え、
前記測定構成を変更する前記ステップは、前記測定波長を調整するステップを含み、前記調整するステップは、前記発光素子のうちの1つをオフにして、前記発光素子のうちの別のものをオンにするステップを含む、請求項1に記載の方法。 - ガラス系基板の光導波路を画定する表面付近スパイク領域及び深部領域を有する化学強化済み・イオン交換済み(IOX)物品における屈曲部応力の測定を実施する方法であって、
前記方法は:
a)前記光導波路の第1の横方向磁気(TM)モードスペクトル及び第1の横方向電気(TE)モードスペクトルを含む第1のモードスペクトルを、結合プリズムを有しかつ第1の構成に置かれたプリズム結合システムを用いて、収集するステップであって、前記第1の構成は、第1の測定波長、並びに前記結合プリズムと前記IOX物品との間の界面に存在する界面流体の厚さ及び屈折率によって画定される、ステップ;
b)前記第1のTMモードスペクトル及び前記第1のTEモードスペクトルを評価して、前記TMモードスペクトル及び前記TEモードスペクトルのうちの少なくとも1つが、前記屈曲部応力を選択された許容誤差内で推定できる好ましい測定ウインドウの範囲外にあることを見出すステップ;
c)前記測定波長、前記界面流体の前記厚さ、及び前記界面流体の前記屈折率のうちの少なくとも1つを調整することによって、前記プリズム結合システムを第2の構成とするステップ;
d)前記第2の構成の前記プリズム結合システムを用いて、前記光導波路の第2のTMモードスペクトル及び第2のTEモードスペクトルを含む第2のモードスペクトルを収集するステップであって、前記第2の構成は、前記第2のTMモードスペクトル及び前記第2のTEモードスペクトルを前記好ましい測定ウインドウ内とする、ステップ;並びに
e)前記第2のTMモードスペクトル及び前記第2のTEモードスペクトルを用いて、前記選択された許容誤差内で前記屈曲部応力を決定するステップ
を含む、方法。 - 前記動作a)、c)、及びd)は、前記動作b)の前に実施される、請求項4に記載の方法。
- 前記動作c)は、前記測定波長のみを調整するステップを含む、請求項4に記載の方法。
- 前記プリズム結合システムは、それぞれ異なる測定波長の光を放出する複数の発光素子を備える光源を備え、
前記動作c)は、前記測定波長を調整するステップを含み、前記調整するステップは、前記発光素子のうちの1つをオフにして、前記発光素子のうちの別のものをオンにするステップを含む、請求項4に記載の方法。 - 前記異なる測定波長は、540nm〜650nmの波長範囲に収まる、請求項7に記載の方法。
- 前記TMモードスペクトル及び前記TEモードスペクトルはそれぞれ、整数部分及び分数部分FPを有する干渉縞数を有し、
前記好ましい測定ウインドウに関して、前記TMモードスペクトル及び前記TEモードスペクトルそれぞれに関する前記分数部分FPは、0.1〜0.85である、請求項1又は4に記載の方法。 - 前記動作c)は、前記界面流体の前記厚さのみを調整するステップを含む、請求項4に記載の方法。
- ガラス系基板内に形成されかつ光導波路を画定する表面付近スパイク領域及び深部領域を有する化学強化済み・イオン交換済み(IOX)物品の応力特性を測定するためのプリズム結合システムであって、
前記プリズム結合システムは:
a)入力面、出力面、及び結合面を有する結合プリズムであって、前記結合面は、基板上面の導波路と接することにより、界面流体屈折率及び厚さを備えた界面流体を有する界面を画定する、結合プリズム;
b)前記界面に空気圧接続され、前記界面における真空の量を変化させるよう構成された、真空システム;
c)前記界面に流体接続され、1つ以上の前記界面流体を前記界面に供給するよう構成された、界面流体供給源;
d)複数の異なる測定波長から選択可能な測定波長を有する測定光を放出する、光源システムであって、前記測定光は、前記結合プリズムの前記入力面を通して前記界面を照明することにより、前記結合プリズムの前記出力面から出る反射光を形成し、ここで前記反射光は、第1の横方向磁気(TM)モードスペクトル及び第1の横方向電気(TE)モードスペクトルを画定する、光源システム;
e)前記結合プリズムから前記反射光を受信して、前記第1のTMモードスペクトル及び前記第1のTEモードスペクトルを検出するよう配設された、光検出器システム;
f)コントローラであって:
a.前記第1のTMモードスペクトル及び前記第1のTEモードスペクトルを処理して、前記第1のTMモードスペクトル及び前記第1のTEモードスペクトルのうちの少なくとも1つが、前記第1のTMモードスペクトル及び前記第1のTEモードスペクトルから前記屈曲部応力を選択された許容誤差内で推定できるようにする好ましい測定ウインドウの範囲外にあることを見出す動作;
b.i)前記測定波長、ii)前記界面流体の前記厚さ、及びiii)前記界面流体の前記屈折率のうちの少なくとも1つを調整することによって、前記プリズム結合システムを第2の構成とする動作;
c.前記第2の構成の前記プリズム結合システムを用いて、第2のTMモードスペクトル及び第2のTEモードスペクトルを収集する動作であって、前記第2の構成は、前記第2のTMモードスペクトル及び前記第2のTEモードスペクトルを前記好ましい測定ウインドウ内とする、動作;並びに
d.前記第2のTMモードスペクトル及び前記第2のTEモードスペクトルを用いて、前記選択された許容誤差内で前記屈曲部応力を決定する動作
を実施するよう構成された、コントローラ
を備える、プリズム結合システム。 - 前記複数の異なる測定波長は540nm〜650nmである、請求項11に記載のプリズム結合システム。
- ガラス系基板内に形成されかつ光導波路を画定する表面付近スパイク領域及び深部領域を有する化学強化済み・イオン交換済み(IOX)物品の応力特性を測定するためのプリズム結合システムであって、
前記プリズム結合システムは:
入力面、出力面、及び結合面を有する結合プリズムであって、前記結合面は、基板上面の導波路と接することにより、界面流体屈折率及び厚さを備えた界面流体を有する界面を画定する、結合プリズム;
選択可能な測定波長を有する測定光を放出するよう構成された光源システムであって、前記測定光は、前記結合プリズムの前記入力面を通して前記界面を照明することにより、前記結合プリズムの前記出力面から出る反射光を形成し、ここで前記反射光は、横方向磁気(TM)モードスペクトル及び横方向電気(TE)モードスペクトルを画定する、光源システム;
前記結合プリズムから前記反射光を受信して、初期測定波長において初期TMモードスペクトル及び初期TEモードスペクトルを検出するよう配設された、光検出器システム;
コントローラであって:
i)前記初期TMモードスペクトル及び前記初期TEモードスペクトルを処理して、前記初期TMモードスペクトル及び前記初期TEモードスペクトルのうちの少なくとも1つが、前記初期TMモードスペクトル及び前記初期TEモードスペクトルから前記屈曲部応力を選択された許容誤差で推定できるようにする好ましい測定ウインドウの範囲外にあることを見出す動作;
ii)前記光源の前記測定波長を、前記選択可能な測定波長に1回以上変更して、新たなTMモードスペクトル及び新たなTEモードスペクトルが前記好ましい測定ウインドウ内となるまで、それぞれ1つ以上の前記新たなTMモードスペクトル及び1つ以上の前記新たなTEモードスペクトルを収集する動作;並びに
iii)前記好ましい測定ウインドウ内にある前記新たなTMモードスペクトル及び前記新たなTEモードスペクトルを用いて、前記選択された許容誤差内で前記屈曲部応力を決定する動作
を実施するよう構成された、コントローラ
を備える、プリズム結合システム。 - 前記光源システムは:
波長可変レーザ;及び/又は
前記選択可能な測定波長のうちの1つをそれぞれ放出する複数の発光素子
を備える、請求項11又は13に記載のプリズム結合システム。 - 前記選択可能な測定波長は540nm〜650nmである、請求項13に記載のプリズム結合システム。
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201862651442P | 2018-04-02 | 2018-04-02 | |
US62/651,442 | 2018-04-02 | ||
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