KR20160048926A - 곡선부를 특징짓는 프리즘­커플링 시스템 및 방법 - Google Patents

곡선부를 특징짓는 프리즘­커플링 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

곡선부들을 특징짓는 프리즘 커플링 시스템 및 방법이 개시된다. 커플링 프리즘의 커플링 표면은 커플링 접촉부를 정의하기 위해 곡선부의 곡선 외부 표면과 접촉된다. 측정 광은 커플링 프리즘을 통하여 상기 접촉에 지향되고, 이때 측정 광은 3 mm 이하의 폭을 가진다. 상기 접촉으로부터 반사된 TE 및 TM 모드 스펙트럼들은 디지털 방식으로 캡쳐링된다. 이러한 모드 스펙트럼들은 곡선부의 적어도 하나의 특징, 예를 들면, 응력 프로파일, 압축 응력, 층 깊이, 굴절률 프로파일 및 복굴절을 결정하기 위해 처리된다.

Description

곡선부를 특징짓는 프리즘­커플링 시스템 및 방법{PRISM-COUPLING SYSTEMS AND METHODS FOR CHARACTERIZING CURVED PARTS}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 35 U.S.C.§ 120 하에, 2013년 8월 29일 자에 출원된 미국 출원 제14/013,481호의 우선권 주장 출원이며, 상기 미국 출원의 내용은 전체적으로 참조로 본원에 통합된다.
본원은 응력을 부분적으로 측정하는 것에 관한 것으로, 특히 곡선부들을 광학적으로 특징짓는 프리즘-커플링 시스템 및 방법에 관한 것이다.
화학적으로 강화된 우리 부품들은, 탄성, 내파괴성 (shatter-resistant) 및 내스크래치성, 터치-가능한 보호 평탄 커버 창들 (스마트 폰 및 태블릿용)을 포함하여 다양한 적용들에 대해 중요해지고 있다. 이러한 유리 부품들은 이온-교환 공정을 통해 달성될 수 있는 높은 표면 압축 (예를 들면, 대략 8x108 Pa)으로 인해 보다 강력해지고 열적으로 담금질된 (tempered) 유리보다 얇아지고 가벼워졌다.
상기와 같은 평탄-유리 제품들의 신속한 채택, 연속적인 향상 및 급변한 시장 성장은 응력 프로파일의 2 주요 파라미터들: 표면 압축 응력 (CS) 및 층 깊이 (DOL)를 측정하는 신속한 비-파괴 기법의 유효성에 의해 증진되었다. 상기와 같은 측정들은 일본의 Orihara Industrial Co., Ltd에 의해 제조되고 일본의 Luceo에 의해 판매된 FSM-6000LE와 같은 상업적으로 이용 가능한 고-해상도 프리즘-커플링 시스템을 사용하여 이루어질 수 있다. 제 3 중요 파라미터, 중앙 인장력 (CT)은 압축 힘과 인장의 힘 사이의 힘 균형 요건을 적용함으로써 추론될 수 있다.
프리즘-커플링 시스템은 이온-교환 영역의 TE (transverse-electric) 및 TM (transverse-magnetic) 광 전파 모드들의 각 (angular) 커플링 스펙트럼들 ("모드 스펙트럼들")을 캡쳐링한다. 응력은 응력-광학적 계수 (SOC)를 사용함으로써, 2 개의 스펙트럼들 사이의 차이로부터 추출된다. 작은 SOC (~3x10-6 RIU/MPa, 여기서 RIU은 굴절률 단위를 나타냄)으로 인해, 굴절률의 응력-유도 부분은 많이 큰 2 개의 지수들 (index numbers) 사이의 작은 차이를 나타낸다. 결과적으로, 응력 프로파일의 크기 (magnitude) 및 형상은 회복된 TE 및 TM 프로파일들에서 작은 에러들에 의해 강하게 영향을 받는다. 상기와 같은 에러들을 최소화시키기 위해서, TE 및 TM 모드 스펙트럼들의 고-해상도 캡쳐가 필요하다.
화학적으로 강화된 유리 부품들의 우수한 강도 속성들은 테스트 튜브들과 같은 현존하는 곡선 유리 부품들을 위한, 그리고 개인용 전자 디바이스들의 플라스틱 부품들 또는 비-평탄 외부 유리에 대해 바람직한 교체를 가능케 한다. 그러나, 하나 이상의 특징들, 예를 들면 응력 프로파일 또는 그의 중요한 파라미터들 중 일부를 측정하기 위하여, 상기와 같은 곡선부들 상의 TE 및 TM 모드 스펙트럼들의 신속한 비-파괴적인 측정은 문제가 있는 것으로 입증되었다.
본 발명의 목적은 곡선부들을 광학적으로 특징짓는 프리즘-커플링 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
본원의 양태는 곡선 외부 표면을 가진 곡선부의 적어도 하나의 특징 (characteristic)을 결정하는 방법이다. 상기 방법은 커플링 접촉부를 정의하기 위해, 상기 곡선 외부 표면과 커플링 프리즘의 커플링 표면을 접촉 (interface)시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 커플링 프리즘을 통해 상기 접촉으로 측정 광을 지향시키는 단계를 포함하고, 이때 상기 측정 광은 3 mm 이하의 폭을 가진다. 상기 방법은 상기 접촉으로부터 반사된 TE 및 TM 모드 스펙트럼들을 디지털 방식으로 (digitally) 캡쳐링하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 곡선부의 적어도 하나의 특징을 결정하기 위해, 상기 TE 및 TM 모드 스펙트럼들을 처리하는 단계를 포함한다. 예시에서, 상기 적어도 하나의 특징은: 표면 응력, 응력 프로파일, 압축 응력, 층 깊이, 굴절률 프로파일, 및 복굴절을 포함한 특징들의 그룹으로부터 선택된다.
본원의 또 다른 양태는 곡선 외부 표면을 가진 곡선부의 적어도 하나의 특징을 결정하는 방법이다. 상기 방법은 다음을 포함한다: 커플링 접촉부를 정의하기 위해 상기 곡선부의 외부 표면과 접촉된 커플링 프리즘을 가진 커플링-프리즘 조립체에 포커싱된 측정 광을 지향시키는 단계 - 상기 곡선 외부 표면은 반경 R1 ≥ 0.5 mm 및 반경 R2 ≥ 20 m에 의해 정의됨 -; 상기 커플링 접촉부로부터 상기 측정 광을 반사시키는 반면, 상기 반사에 앞서 3 mm 이하의 폭을 가지도록 상기 측정 광을 제한시키는 단계; TE 및 TM 모드 스펙트럼들을 얻기 위해 상기 반사된 측정 광을 검출하는 단계; 및 상기 곡선부의 적어도 하나의 특징을 결정하기 위해 상기 TE 및 TM 모드 스펙트럼들을 처리하는 단계.
본원의 또 다른 양태는 곡선 외부 표면을 가진 곡선부의 적어도 하나의 특징을 결정하는 프리즘-커플링 시스템이다. 상기 시스템은 다음을 포함한다: 측정 광을 발생시키는 광원 시스템; 입력 및 출력 표면들을 갖는 커플링 프리즘, 및 커플링 접촉부를 정의하기 위해 상기 곡선 외부 표면과 접촉하는 커플링 표면을 가진 커플링-프리즘 조립체 - 상기 커플링-프리즘 조립체는 3 mm 이하가 될 측정 광의 폭을 정의하는 수단을 포함함 -; 상기 접촉으로부터 반사되고 TE 및 TM 모드 스펙트럼들을 디지털 방식으로 캡쳐링하기 위해 상기 출력 표면에서 빠져나가는 측정 광을 수신하기 위해 배치되는 검출기 시스템; 및 상기 곡선부의 적어도 하나의 특징을 결정하기 위해 상기 TE 및 TM 모드 스펙트럼들을 처리하는 제어기.
추가적인 특징 및 이점은 다음의 상세한 설명에서 기술될 것이고, 다음의 상세한 설명, 청구항 및 첨부된 도면을 포함한 본원에 개시된 바와 같이, 이와 같은 설명은 기술 분야의 통상의 기술자에게 있어 부분적으로 손쉽게 명확해질 수 있거나, 기술 분야의 통상의 기술자라면 실시예를 실시함으로써 인식될 것이다. 이해하여야 하는 바와 같이, 상술된 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두는 단지 예시일 뿐이며, 청구항의 특성 및 특징을 이해시키려는 개요 또는 구성 틀을 제공하려는 의도를 갖는다.
첨부된 도면은 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되고, 이러한 명세서의 일부에 병합되고 그 일부를 구성하기도 한다. 도면은 하나 이상의 실시예 (들)를 나타내고, 상세한 설명과 함께 다양한 실시예의 원리 및 동작을 설명하는 기능을 한다. 상기와 같이, 본원은 첨부된 도면과 함께 다음의 상세한 설명으로부터 보다 확실하게 이해될 수 있을 것이며, 도면에서:
도 1a는 예시 곡선부의 등각도 (isometric view)이고;
도 1b는 x-y 평면으로 취해진 도 1a의 곡선부의 단면도로서, 층 깊이 (DOL)를 가진 이온-교환 영역 및 곡률의 제 1 반경 (R1)을 도시하고;
도 1c는 y-z 평면으로 취해진 도 1a의 곡선부의 단면도로서, 곡률의 제 2 반경 (R2)을 도시하고;
도 1d는 도 1a와 유사하고, 곡률의 제 2 반경이 무한한 완전 원통형 부분의 예시를 도시하고;
도 2는 본원에서 개시된 방법을 사용하여 곡선부들의 모드 스펙트럼들을 측정하기 위해 사용될 수 있는 프리즘-커플링 시스템의 예시 실시예의 개략적인 다이어그램이고;
도 3a는 도 2의 프리즘-커플링 시스템의 예시 포토검출기 시스템의 입체도로서, TE/TM 편광기 및 검출기를 도시하고;
도 3b는 도 2의 프리즘 커플링 시스템을 사용하여, 도 3a의 포토검출기 시스템에 의해 캡쳐링될 시에 TE 및 TM 모드 스펙트럼들의 개략적인 다이어그램이고;
도 4a는 커플링 프리즘 및 광-제한 부재를 도시한 도 2의 프리즘-커플링 시스템의 예시 커플링-프리즘 조립체의 상세도로서, 이때 상기 광-제한 부재는 커플링-프리즘 입력 표면에 인접하여 배치되고, 프리즘-커플링 표면 상의 이용 가능한 광을 z-방향으로 제한되지 않은 좁은 공간 영역으로 제한하는 좁은 슬롯을 가지고;
도 4b는 도 4a와 유사하고, 입력 표면보다는 오히려 출력 표면에 인접하게 배치된 광 제한 부재를 도시하고;
도 4c는 도 4a 또는 도 4b에 배치된 바와 같은 커플링 프리즘의 상부-하부도로서, 부분-프리즘 커플링 접촉부를 정의하는 광학 접촉의 길고 좁은 영역을 도시하며, 그리고 또한 측정 광 빔에 의해 형성된 조명 영역을 도시하고;
도 4d는 도 4c의 조명 영역의 입체도로서, x-z 평면 상으로 투영된 바와 같은 평면외 각도 (φ)를 가진 예시 평면외 광 빔들 및 y-z 평면을 도시하고;
도 5a 및 5b는 도 4a 및 4b의 예시 광-제한 부재의 입체도 및 정면도이고;
도 6a는 슬릿 개방부를 정의하는 불투명한 영역들을 입력 및 출력 표면들이 포함하는 예시 커플링 프리즘의 입체도이고;
도 6b는 커플링 표면 상의 곡선 섹션을 가진 예시 커플링 프리즘의 입체도이고;
도 6c는 도 6a 및 6b의 커플링 프리즘들의 특징부들을 조합시킨 예시 커플링 프리즘의 입체도이고;
도 7a는 2 개의 불투명한 광-흡수 블록들에 의해 지지된 얇은 프리즘을 포함한 예시 커플링-프리즘 조립체이고;
도 7b는 도 7a와 유사하고, 커플링 프리즘이 곡선 커플링 표면을 가진 예시를 도시하고;
도 7c는 도 7b와 유사하고, 커플링 프리즘이 곡선 커플링 표면을 정의하는 교체 가능한 오목-평탄 원통형 렌즈 섹션 및 상부 섹션을 가진 예시를 도시하며; 그리고
도 8은 도 2의 프리즘-커플링 시스템 내에서 제한된 직경 및 제한된 길이의 곡선부를 유지 및 정렬시키기 위해 사용된 예시 정렬 고정부의 상부-하부도이다.
도면에 도시된 임의의 좌표 또는 축은 방향 또는 배향에 대해 제한되는 것으로 의도되는 것이 아니라 참조를 위한 것이다. 추가로, "수직" 및 "수평"과 같은 방향에 대한 참조는 방향 또는 배향에 대해 제한되는 것으로 의도되는 것이 아니라 주어진 도면 내의 선택 특징들에 관해 논의의 용이성을 위해 사용된다.
이제 참조는 본원의 다양한 실시예들, 첨부된 도면에서 도시된 예시들에 대해 상세하게 설명될 것이다. 가능하다면, 동일하거나 유사한 참조 번호 및 기호는 동일 또는 유사 부품을 의미하기 위해 도면 전반에 걸쳐 사용된다. 도면은 반드시 축척될 필요는 없으며, 기술 분야의 통상의 기술자라면 도면이 본원의 중요 양태를 도시하기 위해 간단하게 나타낸 것이라 인식할 것이다.
다음에 설명된 바와 같이 청구항은 이러한 발명의 상세한 설명의 일부에 병합되고 상기 일부를 구성하기도 한다.
본원에 언급된 임의의 공개물 또는 특허 문헌의 전체 본원은 미국 특허 출원 제13/463,322호 및 제61/706,891호를 포함한 참조로서 병합된다.
곡선부
도 1a는 예시 곡선부 (20)의 등각도 (isometric view)이며, 그리고 도 1b는 x-y 평면으로 취해진 곡선부의 단면도이다. 곡선부 (20)는 바디 (22) 및 곡선 외부 표면 (24)을 가진다. 예시에서, 곡선부 (20)는 유리로 구성되고 베이스 (또는 벌크) 굴절률 (ns)을 가진다. 도 1a는 극좌표 (r,θ)와 함께, 데카르트 좌표 (Cartesian coordinates)를 도시한다. 도 1c는 y-z 평면에서 취해진 곡선부 (20)의 단면도이다. 예시에서, 곡선부 (20)는 로드 (rod)일 수 있거나, 중공 내부 (hollow interior) 부분을 가진 튜브일 수 있다. 예시에서, 곡선부 (20)는 중심 축 (A0)을 가진다.
곡선부 (20)의 외부 표면 (24)은 x-y 평면에서 곡률의 제 1 반경 (R1), 및 y-z 평면에서 곡률의 제 2 반경 (R2)을 가진다. 예시에서, 곡률의 제 1 반경 (R1)은 상대적으로 작을 수 있는 반면, 곡률의 제 2 반경 (R2)은 상대적으로 크다. 예시에서, 곡률의 제 1 반경 (R1)은 0.5 mm 이상 (≥ 0.5 mm)인 반면, 곡률의 제 2 반경 (R2)은 20 m 이상 (≥ 20 m)이다. 도 1d에 도시된 바와 같이, 곡선부 (20)의 예시에서, 곡률의 제 2 반경 (R2)은 ∞이며 (= ∞), 그 결과 도 1d는 실린더이다. 곡률은 예시에 의해 도시된 바와 같이, 외부를 향할 수 있거나, 또는 내부를 향할 수도 있다. 제 1 및 제 2 반경들 (R1 및 R2)은 내부를 향하거나 또는 외부를 향한 곡률을 기술하기 위해 본원에서 사용된다.
곡률의 제 2 반경 (R2)이 ∞가 아닌 (≠ ∞) 예시에서, 곡률의 제 2 반경 (R2)은 모드 스펙트럼들 측정들을 이루기 위해 사용되어야 하는 곡선부의 표면의 일 부분에서 실질적으로 원통형 또는 원뿔형으로 될 곡선부 (20)에 대한 곡률의 제 1 반경 (R1)에 비해 충분하게 크다. 곡률의 제 2 반경 (R2)은 커플링 프리즘 (40)의 크기에 의해 부분적으로 기술된다 (도 2와 연관하여 이하에서 도입 및 논의됨). 예시에서, 곡률의 제 2 반경 (R2)은 z-방향으로 커플링 프리즘 (40)의 길이보다 다수 배 크다.
또한, 예시에서, 곡률의 제 1 반경 (R1)은 원뿔 표면들에서와 같이, 일정할 필요가 없다. 곡선부 (20)는 또한 복잡한 표면, 예를 들면 평탄 및 곡선 부분들의 조합을 가질 수 있으며, 그리고 간단한 곡선부들은 도시의 용이함을 위해 도면에서 도시된다.
예시에서, 곡선부 (20)는, 적어도 하나의 타입의 이온이 외부 표면 (24)을 통하여 바디 (22) 내로 교환되는 이온-교환 공정을 거친 유리로 구성된다. 이온-교환 공정은 굴절률 프로파일 (n(r))을 가진 이온-교환 영역 (25) (도 1b 및 도 1c)을 정의하고, 이때 상기 굴절률 프로파일 (n(r))은 입사의 그 평면에 평행으로 편광되는, p-편광된 (횡 자기, TM) 광보다는 s-편광된 (횡 전기, TE) 광에 대해 다를 수 있다.
외부 표면 (24)으로부터 (즉, 상기 외부 표면에 수직한 방향으로) 내부를 향해 직접 측정된 바와 같은 이온-교환 영역 (25)의 (방사상) 깊이는 "층 깊이 (depth of layer)" 또는 DOL이라 한다. DOL에 대한 예시 범위는 5 내지 150 미크론이다. DOL은, 샘플이 중공 튜브이고 샘플 두께가 튜브 벽의 두께에 의해 나타나는 경우들을 포함하여, 샘플의 두께 절반보다 대부분 작다
곡선부 (20)에 이온-교환 영역 (25)을 형성하는 이온-교환 공정은 곡선부 (20)의 외부 표면 (24)에서, 그리고 그 근방에서 복굴절 (B)이 생기게 할 수 있다. 이러한 복굴절 (B)은 공지된 기법들을 사용하여, 외부 표면 (24)에서 (그리고 그 근방에서) 응력 (예컨대, 압축 응력 (CS)) 및/또는 응력 프로파일 (S(r))을 계산하기 위해 사용될 수 있다. 응력 프로파일은 S(r) = B(r)/SOC를 통한 복굴절 (B)에 관련되고, SOC는 응력-광학적 계수이며, 그리고 B(r) = [nTM(r) - nTE(r)]이다.
곡선부 (20)의 광학 모드들의 스펙트럼들 (즉, TE 및 TM 모드 스펙트럼들)은 평탄한 부분들을 측정하기 위해 사용된 현존하는 프리즘-커플링-기반 광학 계기들을 사용하여, 적절하게 이미징 및 캡쳐링되지 않는다. 곡선부 (20)가 종래-기술의 커플링 프리즘과 접촉하게 될 시에, 광학 각 (angular) 스펙트럼 (즉, TE, TM 모드 스펙트럼들)의 이미지들은 흐릿하며, 그리고 때때로는 왜곡되기도 한다. 이는 안내 광학 모드들 문제의 실효 굴절률을 자동으로 식별하도록 하고, 결과적으로 상기와 같은 측정 문제에 의존하는 하나 이상의 특징들 (예컨대, 응력 프로파일 (S (r)))의 정확한 결정을 이룬다.
실험에서, 종래의 프리즘-커플링 시스템 (예컨대, Orihara Industrial Co., Ltd., of Tokyo, Japan에 의해 만들어진 FSM-6000LE 프리즘-커플링 계기)은 곡률의 제 1 반경 (R1) = 8.5 mm 및 R2 = ∞을 가진 원통형 유리 샘플에서 응력을 측정하기 위해 사용된다. 이온-교환 영역 (25)에 의해 정의된 근접-표면 도파관 영역에 안내된 TE 및 TM 모드들로의 커플링에 대응하는 어두운 라인들은, 샘플이 정확하게 정렬되는 경우에만 관측될 수 있고, 그 결과 측정된 실린더의 축, 및 프리즘의 커플링 표면과 실린더 사이의 접촉 라인은 광 입력 및 출력에 대해 사용된 프리즘 면들 (facets)에 대해 수직한 평면에 놓여 있게 된다.
추가로, 최적으로 정렬될지라도, 모드 스펙트럼들의 어두운 라인들은, 근접-표면 평면 도파관들로 평탄한 유리 샘플들의 측정을 하는 동안 정상적으로 관측된 선명 고-컨트라스트 라인들 (sharp high-contrast lines)과 비교하여, 매우 넓고 매우 희미하다. 모드 스펙트럼들의 캡쳐링된 이미지들은 상업용 FSM-6000LE 시스템 소프트웨어로 자동으로 처리되지 않아, 스펙트럼 라인들의 불충분한 컨트라스트로 인한 응력 파라미터들을 얻을 수 있다. 모드 스펙트럼 이미지들의 스펙트럼 라인 위치들의 수동 검출은 형편없는 컨트라스트로 인해, 그리고 샘플 정렬에 관한 이미지 패턴의 강한 의존성으로 인해 에러가 크게 난다.
곡선부들을 측정하는 프리즘-커플링 시스템
도 2는 곡선부 (20)와 같은 곡선부들의 모드 스펙트럼들을 측정할 시에 사용되기에 적합한 예시 프리즘-커플링 시스템 ("시스템") (10)의 개략적인 다이어그램이다. 시스템 (10)은 이하에서 보다 상세하게 논의된 커플링-프리즘 조립체 (38)를 포함한다. 시스템 (10)은 커플링-프리즘 조립체 (38)에서 교차하는 광학 축들 (A1 및 A2)을 포함한다.
시스템 (10)은, 축 (A1)을 따라 순서대로, 파장 (λ)의 측정 광 (62)을 방출하는 광원 (60), 축 (A2) 상의 검출기 경로에 대안적으로 포함될 수 있는 옵션의 광학 필터 (66), 옵션의 광-산란 소자 (70), 및 이하에서 설명된 바와 같이, 포커싱된 (측정) 광 (광 빔) (62F)을 형성하는 옵션의 포커싱 광학 시스템 (80)을 포함한다. 이로써, 시스템 (10)의 예시에서, 광원 (60)과 커플링-프리즘 조립체 (38) 사이의 광학 소자들은 없다. 광원 (60), 옵션의 필터 (66), 옵션의 광-산란 소자 (70), 및 옵션의 포커싱 광학 시스템 (80)은 포커싱된 측정 광 (62F)을 발생시키는 예시 광원 시스템 (82)을 구성한다.
시스템 (10)은 또한, 커플링-프리즘 조립체 (38)로부터의 축 (A2)을 따라 순서대로, 초점 평면 (92) 및 초점 길이 (f)를 가지고 이하에서 설명된 바와 같이 반사 광 (62R)을 수신하는 집합 광학 시스템 (90), TM 및 TE 편광 섹션들 (100TE 및 100TM)을 갖는 TM/TE 편광기 (100), 및 포토검출기 시스템 (130)을 포함한다. 축 (A1)은 광원 (60)과 커플링-프리즘 조립체 (38) 사이의 광학 경로 (OP1)의 중앙을 정의한다. 축 (A2)은 커플링-프리즘 조립체 (38)와 포토검출기 시스템 (130) 사이의 광학 경로 (OP2)의 중앙을 정의한다. 집합 광학 시스템 (90), TM/TE 편광기 (100), 및 포토검출기 시스템 (130)은 예시 검출 시스템 (140)을 구성한다.
검출 시스템 (140)은 또한 집합 광학 시스템 (90)의 양 측면 상에 조리개 (136)를 포함할 수 있다. 조리개 (136)는 포토검출기 시스템 (130)에 의해 검출된 "오버커플링된" 광의 양을 감소시키도록 구성될 수 있다. 여기에서, "오버커플링된 광"은, 이하에서 보다 상세하게 설명된 바와 같이, 커플링 프리즘 (40)으로부터 나오지만, 실제 TM 및 TE 모드 스펙트럼들을 나타내지는 않는 반사 광 (62R)이다.
도 3a는 포토검출기 시스템 (130)의 확대도이다. 예시에서, 포토검출기 시스템 (130)은, 1100 nm보다 긴 파장에 대해 IR 아날로그 검출기 및 프레임 그래버 (grabber) (120) (도 2 참조)로 대체될 수 있는 검출기 (110) (예컨대, CCD 카메라)를 포함한다. 이하에서 논의된 다른 실시예들에서, 검출기 (100)는 CMOS 검출기, 또는 1 개 또는 2 개의 선형 포토검출기들 (즉, 집접화된 포토다이오드들 또는 포토-센싱 소자들의 라인)을 포함한다. 검출기 (110)는 또한 하나 이상의 마이크로볼로미터들, 마이크로볼로미터 카메라, 하나 이상의 InGaAs-기반 포토검출기들 또는 InGaAs 카메라를 포함할 수 있다.
검출기 (110)는 감광성 표면 (photosensitive surface) (112)을 포함한다. 감광성 표면 (112)은 집합 광학 시스템 (90)의 초점 평면 (92)에 실질적으로 상주하고, 이때 상기 감광성 표면은 일반적으로 축 (A2)에 대해 수직을 이룬다. 이는 검출기 (110)의 센서 평면에서, 커플링-프리즘 조립체 (38)에 존재하는 반사 광 (62R)의 각 분배를 광의 횡 공간 분배로 전환하는 역할을 한다.
감광성 표면 (112)을 TE 및 TM 섹션들 (112TE 및 112TM)로 분할되는 것은 반사 광 (62R)의 TE 및 TM 편광들에 대한 각 반사 스펙트럼들 (모드 스펙트럼들을 포함)의 디지털 이미지들의 검출기 (110)에 의한 동시 기록을 허용한다. 이러한 동시 검출은, 시스템 파라미터들이 시간에 따라 이동하는 것을 고려하면, 여러 경우 (different times)에서 이루어질 TE 및 TM 측정들에서 일어날 수 있는 측정 노이즈의 소스를 제거시킨다.
도 3b는 도 3a의 예시 포토검출기 시스템에 의해 캡쳐링된 바와 같은 TE 및 TM 모드 스펙트럼들의 개략적인 다이어그램이다. TE 및 TM 모드 스펙트럼들은 도시를 위하여 고 컨트라스트를 가진 것으로 도시된다.
예시 광원들 (60)은 가시 또는 적외선 레이저들, 가시 또는 적외선 발광 다이오드들, 가시 또는 적외선 ASE (amplified-spontaneous-emission) 소스들, 가시 또는 적외선 SLD (super-luminescent-diode) 소스들, 및 보다 넓은-대역폭 소스들 예를 들면, 파장-선택 필터들 또는 회절 격자들을 포함한 광학 스펙트럼을 좁게 하는 적당한 수단과 조합된 석영 램프들 및 핫-필라멘트 램프들 (hot-filament lamps)을 포함한다. 광원 (60)에 의해 발생된 광 (62)의 예시 동작 파장들 (λ)은 405 nm, 488 nm, 590 nm, 633 nm와 같은 가시 파장들, 및 (명목상으로) 820 nm, 940 nm, 1,060 nm, 1,550 nm, 1,613 nm, 1,900 nm 또는 2,200 nm와 같은 적외선 파장들을 포함한다.
400 nm 내지 2,200 nm의 주요 파장 범위 및 적절한 밝기를 갖는 열거된 상기 타입들의 임의의 광원 (60)은, 광원의 파장 (λ)에 민감한 포토검출기 시스템 (130)과 조합될 시에, 그리고 일부 경우들에서, 광학 스펙트럼의 적당한 좁음이 포함될 시에, 본원에서 개시된 측정 방법들을 가능케 할 수 있도록 구성될 수 있다. 필요한 밝기는 근본적인 검출기 노이즈, 및 외부 전기 노이즈 또는 백그라운드 광을 포함한 노이즈 등가 파워 및 검출기 (110)의 감도에 의존한다.
시스템 (10)은 시스템의 동작을 제어하도록 구성될 수 있는 제어기 (150)를 포함한다. 제어기 (150)는 또한, 캡쳐링된 TE 및 TM 모드 스펙트럼 이미지들을 나타내는, 포토검출기 시스템 (130)으로부터의 (이미지) 신호들 (SI)을 수신 및 처리하도록 구성된다. 제어기 (150)는 프로세서 (152) 및 메모리 유닛 ("메모리") (154)을 포함한다. 제어기 (150)는 광원 제어 신호 (SL)를 통해 광원 (60)의 활성화 및 동작을 제어하고, 포토검출기 시스템 (130)으로부터 (예컨대, 도시된 바와 같이 프레임 그래버 (120)로부터) 이미지 신호들 (SI)을 수신하고 처리할 수 있다. 일 실시예에서, TE 및 TM 스펙트럼들은 순차적으로 집합될 수 있고, TE/TM 편광기 (100)는 단일 편광만 통과하는 단일 섹션을 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 편광기는 편광 방향으로 90°차이를 가진 2 개의 배향들 사이에서 회전될 수 있으며, 그리고 제어기 (150)는 2 개의 배향들 사이의 편광기의 스위칭 및 TE 및 TM 스펙트럼들의 순차적인 집합과의 그 스위칭의 동기화를 제어할 수 있다.
예시에서, 제어기 (150)는 컴퓨터를 포함하며, 그리고 판독 디바이스, 예를 들면, 플로피 디스크 드라이브, CD-ROM 드라이브, DVD 드라이브, MOD (magnetic optical disk) 디바이스 (미도시) 또는 임의의 다른 디지털 디바이스 (네트워크-연결 디바이스 포함), 예를 들면 이더넷 디바이스 (미도시)를 포함하여, 컴퓨터-판독가능한 매체, 예를 들면 플로피 디스크, CD-ROM, DVD, MOD, 플래시 드라이브 또는 또 다른 디지털 소스 예를 들면 네트워크 또는 인터넷으로부터 명령어들 및/또는 데이터를 판독한다. 제어기 (150)는, 본원에서 개시된 표면 복굴절/응력 측정들을 실행하는 신호-프로세싱 명령어들을 포함하여, 펌웨어 및/또는 소프트웨어 (미도시)에 저장된 명령어들을 실행하도록 구성된다. 예시들에서, 용어들 "제어기" 및 "컴퓨터"는 상호 교환가능하다.
제어기 (150)는, 측정된 곡선부의 적어도 하나의 특징, 예를 들면 표면 응력, 응력 프로파일, 압축 응력, 층 깊이, 굴절률 프로파일, 및 복굴절의 측정에 도달하기 위해 이미지 신호들 (SI)의 상기에서 언급된 신호 프로세싱 및 시스템 (10)의 동작을 포함하여, 본원에서 기술된 기능들을 수행하기 위해 프로그램이 가능하다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "컴퓨터"는 컴퓨터들로서 기술 분야에서 언급된 그러한 집적 회로들에 단지 제한되는 것이 아니라, 폭넓게 컴퓨터들, 프로세서들, 마이크로제어기들, 마이크로컴퓨터들, 프로그램이 가능한 로직 제어기들, 특수 용도의 집적 회로들 및 다른 프로그램이 가능한 회로들을 언급하며, 그리고 이러한 용어들은 본원에서 상호 교환가능적으로 사용된다.
소프트웨어는 상기에서 언급된 신호 프로세싱을 포함하여, 본원에서 개시된 시스템 (10)의 동작들의 성능을 구현하거나 상기 성능에 도움을 줄 수 있다. 소프트웨어는 제어기 (150)에, 그리고 특히 프로세서 (152) 및 메모리 (154)에 동작 가능하게 설치될 수 있다. 소프트웨어 기능성들은 실행 가능한 코드를 포함하여 프로그램밍하는 것을 수반할 수 있으며, 상기와 같은 기능성들은 본원에서 개시된 방법들을 구현하기 위해 사용될 수 있다. 상기와 같은 소프트웨어 코드는 다목적 컴퓨터에 의해, 예컨대, 프로세서 (152)에 의해 실행가능하다.
동작 시, 코드 및 가능하다면 연관된 데이터 기록들은 다목적 컴퓨터 플랫폼 내에서, 프로세서 (152) 내에서, 그리고/또는 메모리 (154)에서 저장된다. 그러나, 다른 때에 소프트웨어는 다른 위치들에 저장되고 그리고/또는 적당한 다목적 컴퓨터 시스템들 내로 로딩되기 위해 이송될 수 있다. 본원에서 논의된 실시예들은 적어도 하나의 기계-판독가능한 매체에 의해 전달된 코드의 하나 이상의 모듈들의 형태를 한 하나 이상의 소프트웨어 제품들을 수반한다. 컴퓨터 (150)의 프로세서 (152)에 의한 상기와 같은 코드의 실행은 본원에서 논의 및 도시된 실시예들에서 수행된 본질적인 방식으로 카탈로그 및/또는 소프트웨어 다운로딩 기능들을 플랫폼이 구현하는 것을 가능케 한다.
컴퓨터 (150) 및/또는 프로세서 (152) 각각은, 예를 들면, 곡선부 (20)의 응력 프로파일 (S(x)) 또는 표면 복굴절/응력의 양을 결정하는 것을 포함하여, 실행을 위한 프로세서에 명령어들을 제공하는 것에 관여한 임의의 매체를 의미하는 컴퓨터-판독가능한 매체 또는 기계-판독가능한 매체 (예컨대, 메모리 (154))를 이용할 수 있다. 메모리 (154)는 컴퓨터-판독가능한 매체를 구성한다. 상기와 같은 매체는 비-휘발성 매체들, 휘발성 매체들 및 전송 매체들을 포함하지만 이에 제한되지 않은 다수의 형태들을 취할 수 있다. 비-휘발성 매체들은 상기에서 논의된 서버 플랫폼들 중 하나로서 동작하는 임의의 컴퓨터 (들)에 예를 들면, 광학 또는 자기 디스크들, 예를 들면 저장 디바이스들 중 어느 것을 포함한다. 휘발성 매체들은 동적 메모리, 예를 들면 상기와 같은 컴퓨터 플랫폼의 주요 메모리를 포함한다. 물리적인 전송 매체들은 컴퓨터 시스템 내에 버스를 포함한 배선들을 포함하여, 동축 케이블들, 구리 배선 및 광 섬유들을 포함한다.
그러므로, 컴퓨터-판독가능 매체들의 일반 형태들은 예를 들면, 플로피 디스크, 플렉스블 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 플래시 드라이브들 및 임의의 다른 자기 매체; CD-ROM, DVD 및 임의의 다른 광학 매체; 일반적으로 덜 적게 사용된 매체들 예를 들면 펀치 카드들, 페이퍼 테이프 및 홀들의 패턴들을 갖는 임의의 다른 물리적인 매체; RAM, PROM, EPROM, 플래시-EPROM 및 임의의 다른 메모리 칩 또는 카트리지; 및 반송파 전송 데이터 및 명령어들, 반송파 등을 전송하는 케이블들 또는 링크들 또는 컴퓨터가 프로그래밍 코드 및/또는 데이터를 판독할 수 있는 임의의 다른 매체를 포함한다. 컴퓨터-판독가능 매체들의 이러한 다수의 형태들은 실행을 위해 프로세서 (152)에 하나 이상의 명령어들의 하나 이상의 시퀀스들을 전달하는 것에 수반될 수 있다.
시스템 (10)은 상기에서 언급된 상업용 프리즘-커플링 계기, 예를 들면, Orihara Industrial Co., Ltd., of Tokyo, Japan에서 제조 및 판매되는 FSM-6000LE 프리즘-커플링 계기의 수정 버전일 수 있다.
커플링-프리즘 조립체
도 4a 및 4b는 예시 곡선부 (20)와 접촉되고 예시 광-제한 부재 (light-restricting member) (200)를 포함하는 것으로 도시된 커플링-프리즘 조립체 (38)의 예시 구성들의 측면도들이다. 도 5a 및 5b는 도 4a 및 4b의 예시 광-제한 부재 (200)의 입체도 및 정면도이다.
커플링-프리즘 조립체 (38)는 커플링 프리즘 (40)을 포함하며, 상기 커플링 프리즘은 입력 표면 (42), 커플링 표면 (44) 및 출력 표면 (46)을 가진다. 커플링 프리즘 (40)은 굴절률 np>ns을 가진다. 커플링 프리즘 (40)은 커플링-프리즘 커플링 표면 (44) 및 곡선 외부 표면 (24)의 일 부분을 광학 접촉함으로써, 곡선부 (20)와 접촉된다. 도 4c는 도 4a 및 도 4b의 커플링 프리즘 (40)의 상부-하부도이며, 그리고 길고 좁은 부분-프리즘 커플링 접촉부 ("접촉부 (interface)") (50)를 정의하는, 부분적인 외부 표면 (24)과 커플링 표면 (44) 사이의 광학 접촉의 길고 좁은 영역을 도시한다.
도 4c는 또한 측정 광 빔 (62F)에 의해 형성된 조명 영역 (62L)을 도시한다. 예시에서, 조명 영역 (62L) 및 접촉부 (50)는 길게 형성되며, 그리고 그들 각자의 긴 축들을 따라 실질적으로 정렬된다. 도 4d는 y-z 평면, 및 평면외 (out-of-plane) 광 빔들 (62F 및 62R)을 보여주는 조명 영역 (62L)의 입체도이다. 평면외 각도는 φ으로 지칭된다. 조명 영역 (62L)은 wL의 x-방향으로 폭을 가진다. 예시 조명 영역 (62L)은 일정 폭 (wL)을 가지는 것으로 도시되지만, wL은 조명 영역의 길이에 따라 또한 변화될 수 있다.
예시에서, 굴절률 (nf)의 접촉 유체 (52)의 얇은 층은 커플링 프리즘 (40)과 곡선부 (20) 사이의 광학 커플링을 용이하게 하기 위해 사용되며, 그리고 접촉부 (50)의 부분을 구성한다. 예시에서, np≥nf>ns이다. nf에 대한 예시 값은 1.64이다 (nf = 1.64). 또 다른 예시에서, 접촉 유체 굴절률은 다음과 같다: nf = np±0.02. 특정 관련 예시에, 프리즘 굴절률은 다음과 같을 수 있다:np = 1.72.
도 4a 및 4b의 커플링-프리즘 조립체 (38)는 상기에서 언급된 예시 광-제한 부재 (200)이며, 이때 상기 광-제한 부재는 입력 표면 (42) (도 4a) 또는 출력 표면 (46) (도 4b)에서 커플링 프리즘 (40)과 접촉하도록 구성된다. 예시 광-제한 부재 (200)는, 불투명한 물질로 구성되거나 불투명한 코팅을 가진 절두형 직각 프리즘의 형태로 이루어진다. 광-제한 부재 (200)는 각이진 앞 표면 (202), 절두형 상부 표면 (204), 뒷 표면 (206), 바닥 표면 (208), 및 평행 측면들 (210)을 가진다. 광-제한 부재 (200)는 도시된 바와 같이, 높이 (h1), 바닥 표면 (208)에서의 기본 길이 (l1), 절두형 상부 표면 (204)에서의 상부 길이 (l2) 및 폭 (w)을 가진다. 바닥 표면 (208) 및 각이진 앞 표면 (202)은 각도 (α)를 정의한다.
광-제한 부재 (200)는 표면들 (202, 204 및 206)에서 개방된 중앙 슬롯 (220)을 포함한다. 중앙 슬롯 (220)은 내부 표면들 (222), 및 바닥 표면 (208) 상에 상주한 바닥 (224)을 가지며, 이로써, 높이 h2 < h1이다. 일 예시에서, 내부 표면들 (222)은 측면들 (210)에 평행하며, 이로써, 균일 폭 (s)을 가진 슬롯 (220)을 정의한다. 다른 예시들에서, 중앙 슬롯 (220)은 그의 길이를 따라 예컨대, 선형 또는 곡선 방식으로 변화하는 폭 (s)을 가지도록 구성될 수 있다. 슬롯 폭 (s)은 다양한 광 제한 정도를 정의하기 위해 선택될 수 있다. 예시에서, 슬롯 (220)의 내부 표면들 (222)은 광-흡수 코팅을 가지고, 예컨대, 어둡게 칠해지고, 산화되고, 또는 양극산화처리 등으로 처리되어 정반사 및 확산 반사를 줄인다.
예시 광-제한 부재 (200)에 대한 치수들의 예시 값들은 다음의 표 1에 설명된다:
Figure pct00001
예시에서, 한 개 또는 두 개의 광-제한 부재들 (200)은 커플링 프리즘 (40)에 관련하여 배치되어, 길고 좁은 접촉부 (50)에 대해 조명 영역 (62L)을 제한시키고, 광 빔들 (62F 및 62F)을 제한시킴으로써, y-z 평면 외부에 각도 (φ)의 좁은 범위를 가진다 (도 4d). 예시에서, 조명 영역 (62L)의 크기 및 각도 (φ)의 범위는 중앙 슬롯 (220)의 폭 (s)에 의해 정의된다. 예시에서, 한 개 또는 두 개의 광-제한 부재들은 커플링 프리즘 (40)의 입력 및/또는 출력 표면들 (42 및 46)에 바로 인접하여 배치된다. 또 다른 예시에서, 한 개 또는 두 개의 광 제한 부재들은 커플링 프리즘 (40)의 입력 및/또는 출력 표면들 (42 및 46)로부터 이격된다.
포토검출기 시스템 (130)에 의해 캡쳐링된 모드 스펙트럼들 이미지 (예컨대, 도 3b 참조)는 TM 파동들에 대한 접촉부 (50)로부터의 반사의 각 스펙트럼을 나타낸다. 이미지 상의 밝은 구역들은 높은 반사에 대응하고, 어두운 라인들은 안내되거나 때때로 잘 알려진 누출 (leaky) 모드들 내로의 측정 광 (62F)의 커플링에 대응한다. 뻗어나간 어두운 영역들은 일반적으로 기판 내로의 누출 모드들 및 방사 모드들에 대한 커플링과 보통 연관된다. 시스템 (10)에서의 커플링-프리즘 조립체 (38)에 광-제한 부재 (200)를 사용하여 수행된 실험들은, 종래의 FSM-6000LE 계기로 공급된 비제한적인 프리즘 조립체의 5 mm (0.197 인치)의 집합 폭 및 비제한적인 유효 조명을 이용하는 것과 비교하여, TE 및 TM 모드 스펙트럼들의 컨트라스트 및 선명성에서의 수겹 증가 (several-fold increase)를 초래한다.
예시 곡선부 (20)에 관한 실험들은 곡률의 제 1 반경 (R1) = 8.5 mm 및 23 미크론의 DOL을 갖는 샘플에 대한 모드 스펙트럼들 이미지들을 캡쳐링하는 것을 포함한다. 모드 스펙트럼들 이미지들은, 5 mm의 표준 집합 폭에 대한 모드 스펙트럼들 컨트라스트와 비교하여, 슬롯 폭들 (s < 3 mm)에 대한 컨트라스트에서 주목할 만한 향상을 보이고, 그리고 심지어 슬롯 폭들 (s < 1.5 mm)에 대해서도 보다 큰 향상을 보였다. 상술된 광 제한 부재 (200)의 이들 관측 및 치수, 및 커플링 프리즘 (40)의 관측 및 치수로부터, 모드 스펙트럼들 컨트라스트의 향상은, 프리즘 커플링 표면 (44)이 약 3 mm 이하로 좁아지는 포커싱된 광 빔 (62F)으로 조명될 시에 얻어질 수 있다.
곡선부들의 측정들을 하는 동안 컨트라스트 향상은 또한, 프리즘 조립체 (38) 상에 입사된 광 빔들 (62F)이 조명된 스트립 (strip)의 대칭 라인에 대해 약 10°보다 작은 대응 (subtend) 각도들에 제한된 프리즘 커플링 표면 (44)의 평면에서 투영들을 가질 시에, 관측될 수 있고, 이때 상기 스트립은 곡선부 (20)의 곡선 부분과 프리즘 커플링 표면 (44) 사이의 접촉 라인과 일치하도록 설계된다.
모드 스펙트럼들의 컨트라스트에서의 향상은 샘플과 상호 작용하지 않는 광을 부분적으로 거부함으로 인한 것이다. 이러한 광 거부는, 기술된 실험에서의 슬롯 폭 (s)이 1.5 mm 내지 3 mm의 범위에 있을 시에 이미 상당하다. 심지어 보다 작은 슬롯 폭들 (s)에 대해서는 향상이 보다 클 수 있다. 컨트라스트 향상은 또한, 커플링 표면 (44)의 평면에서의 투영들이 접촉부 (50)를 정의한 샘플-프리즘 접촉 라인과 큰 각도들을 형성하는 광선들을 부분적으로 거부함으로 인한 것이다.
큰 슬롯 폭들 (s)에 대해, 이러한 원치않는 광 선들은, 조리개 (136) (도 2 참조), 또는 시스템 (10)의 검출 시스템 (140)에 정상적으로 배치된 다른 조리개들에 의해 차단될 수 있다. 이로써, 광 제한 부재 (200)로 인한 향상의 각 성분 (angular component)은 예컨대, 프리즘 조립체 (38)를 통과하여 포토검출기 시스템 (130)에 도달하는 광 선들 (62R)이 약 5°보다 작은 각도들 (φ) (도 4d 참조)에 제한되는 커플링 표면 (44)의 평면에 투영들을 가질 시에, 슬롯 크기들 (s < 1.5 mm)에 대해 보다 상당하게 된다. 유의한 바와 같이, 몇몇 경우들에서, 빔 (62R)으로부터 반사된 광선의 투영 각도 (φ')는, 샘플의 곡선 표면과 상호 작용 이후에, 빔 (62F)으로부터의 해당 입사 광선의 투영 각도 (φ)와는 다소 다를 수 있다.
이로써, 커플링 프리즘 (40) 근방 또는 먼 쪽에 위치될 수 있고 조명을 제한시키는 임의의 슬롯, 슬릿들 (slits)의 조합, 또는 조리개들 (예컨대, 조리개 (136) 등)의 조합으로 인해, φ ≤ ± 10°, 그리고 특히 φ ≤ ± 5°은 측정된 모드 스펙트럼들의 컨트라스트를 향상시키는 것에 기여할 수 있다. 각도 범위의 φ는 △φ로 정의되며, 그리고 예시들에서 20°로 제한되거나, 또는 보다 좁은 예시에서 10°로 제한된다.
조명된 영역 (62L)의 폭 (wL) 및 조명 영역과 연관된 각도 범위 (△φ) 둘 다는 시스템 (10)의 적어도 2 개의 조리개들에 의해 정의될 수 있다. 상술된 바와 같이, 예시에서, 2 개의 조리개들은 광 제한 부재 (200)의 앞 및 뒷 표면들 (202 및 206)에서 슬롯 (220)의 입력 및 출력 말단들이다 (예컨대, 도 5a 참조). 다른 예시들에서, 조리개들 중 하나는, 기생의 원치 않는 조명 및 또한 "오버 커플링" 효과 (반사 광 (62R)이 포토검출기 시스템 (130)에 도달할 시에, 어두운 라인이 관측되어야하는 위치에서 (예컨대, 각도에서) 광학 세기를 증가시키는 방식으로, 포커싱된 광 (62F)의 일부가 곡선부 (20) 내부 및 외부로 공명적으로 (resonantly) 커플링함)로 인해 컨트라스트 감소를 줄이는 역할을 하는 검출 시스템 (140)의 일부, 예를 들면 조리개 (136) 등일 수 있다.
이로써, 시스템 (10) 내의 하나의 조리개는 광 제한 부재 (200)의 슬롯 (220)일 수 있고, 또 다른 조리개는 조명 영역 (62L)의 폭을 정의하기 위해 추가된 간단한 슬릿 또는 제한 개방부에 의해 정의된다. 표준 프리즘-커플링 시스템 내의 상기와 같은 조리개는, 곡선부들을 측정하는 모드 스펙트럼들 컨트라스트를 향상시키는데 효과적으로 도움을 주기에 보통 너무 크다. 곡률 (R1) (<10 mm)의 반경에 대해, 예시에서, 2 개의 조리개들은 광 제한 부재 (200)의 앞 및 뒤 말단들 (202 및 206)에서 슬롯 (220)에 의해 정의된다.
시스템 (10)에서 곡선부 (20)를 측정할 시에, 반사 광 (62R)은 프리즘의 전체 커플링 표면으로부터 포토검출기 시스템 (130)을 향하여 전송된다. 그 신호 중에서, 반사 광 (62R)의 단지 작은 부분만 길고 좁은 접촉부 (50)로부터 반사된다. 커플링 프리즘 (40)으로부터 실질적으로 분리되고 커플링 프리즘으로부터 계속해서 곡선으로 나아가는 곡선부 (20)의 구역들과 상호 작용하는 측정 광 (62F)은 포토검출기 시스템 (130)의 시야 밖으로 편향되거나 펼쳐지게 된다. 이는 곡선부들 (20)이 종래의 프리즘-커플링 측정 시스템을 사용하여 측정될 시에, 모드 스펙트럼들에서 극적인 컨트라스트 저하에 대한 한 원인으로서 확인되었다.
보다 많은 커플링 프리즘 조립체 예시들
도 6a는 예시 커플링-프리즘 조립체 (38)의 입체도이고, 이때 커플링 프리즘 (40)의 입력 및 출력 표면들 (42 및 46)은, 광이 통과할 수 있는 슬릿들 (47 및 48)을 정의하는 각각의 불투명한 섹션들 (42a, 42b 및 46a, 46b)을 포함한다. 예시에서, 불투명한 섹션들 (42a, 42b 및 46a, 46b)은 입력 및 출력 표면들 (42 및 46)의 불투명한 섹션들 상에 형성된 흡수 층에 의해 정의된다. 슬릿들 (47 및 48)은 종래의 마스킹 기법들을 사용하여 정의될 수 있다. 또 다른 예시에서, 불투명한 섹션들 (42a, 42b 및 46a, 46b)은 입력 및 출력 표면들 (42 및 46)에 바로 인접하여 위치된 (예컨대, 가까이에 접촉되거나 다소 떨어져 있는) 별도의 시트들 또는 막들일 수 있다. 슬릿들 (47 및 48)은 측정 광 (62)의 폭을 정의하기 위해 광-제한 부재 (200)의 중앙 슬롯 (220)과 동일한 목적을 제공하고, 이로써, 전문 용어의 균일성을 위해 "슬롯"으로 지칭될 수도 있다.
도 6a의 실시예에서, 슬롯은 2 개의 슬릿들 (47 및 48)로 구성되고, 하나는 입력 프리즘 표면 근방 또는 상기 표면 상에 위치되며, 그리고 하나는 출력 프리즘 표면 근방 또는 상기 표면 상에 위치된다. 도 6a는 또한 커플링 프리즘 (40)이 3 개의 영역들 (중앙 영역 (48)은 측정 파장에 투명한 반면, 그의 양쪽 측면 상의 영역들은 측정 파장에서 강하게 흡수됨)을 포함한 또 다른 실시예를 나타낸다. 상기와 같은 커플링 프리즘 (40)은 동일하거나 또는 유사한 유리들로 구성된 3 개의 프리즘들과 함께 융합됨으로써 얻어질 수 있고, 여기서 2 개의 외부 유리들은 철 또는 다른 흡수 이온으로 도핑되며, 그리고 가능하다면 측정 파장에서의 흡수를 개선시키기 위해 환원 환경에서 어닐링된다.
도 6b는 도 6a와 유사하고, 예시 커플링 프리즘 (40)을 도시하여, 여기서 커플링 표면 (44)은, 예시에서 내부를 향하여 곡선을 이루고 약 R1의 곡률 반경 (즉, ~ R1)을 가진 원통형 곡선 부분 (44C)을 포함한다. 이러한 특정 커플링 프리즘 (40)은 하나 이상의 광-제한 부재들 (200), 또는 불투명한 섹션들 (42a, 42b 및/또는 46a, 46b) 등의 광-차단 특징들과 함께 커플링 프리즘 조립체 (38)에서 바람직하게 사용될 수 있다. 예시에서, 곡선 부분 (44C)의 반경은 약 0.5R1 내지 1.5R1이다. 예시에서, nf > ns를 갖는 접촉 유체 (52)가 곡선부 (20)의 곡선 부분의 반경이 R1보다 작을 시에 특히나 이용된다.
도 6c는 도 6a 및 6b의 커플링 프리즘들의 특징들을 조합하여, 최종 커플링 프리즘이 원통형 곡선 부분 (44C) 및 불투명한 섹션들 (42a, 42b 및 46a, 46b) 둘 다를 가지는 예시 커플링 프리즘 (40)을 도시한다. 예시에서, 원통형 곡선 부분 (44C)은 실질적으로 슬릿 (48)의 폭과 동일한 폭을 가진다. 또 다른 예시에서, 원통형 곡선 부분 (44C)은 슬릿 (48)보다 넓다.
도 7a는, 2 개의 블록들 (250)에 의해 개재된 좁은 커플링 프리즘 (40)을 포함한 커플링-프리즘 조립체 (38)의 또 다른 예시 실시예의 입체도이다. 블록들 (250)은 불투명하고, 불투명한 물질의 일체형 블록 또는 2 개의 별도의 블록들의 부분일 수 있다. 블록들 (250)은 그러므로 좁은 슬롯 (252)을 정의하고, 상기 좁은 슬롯 내에서 좁은 커플링 프리즘 (40)이 상주한다. 예시에서, 좁은 커플링 프리즘 (40)을 대면한 블록들 (250)의 면들은 측정 파장에서 강한 광 흡수를 가지거나, 또는 측정 파장에서 강한 광학 흡수를 가진 글루 (glue) 또는 다른 물질을 사용하여 프리즘 커플링과 접촉될 수 있다.
예시 좁은 커플링 프리즘 (40)은 약 3 mm 이하의 폭을 가지며, 그리고 예시에서 약 2 mm 이하의 폭을 가진다. 좁은 커플링 프리즘 (40)의 폭의 하한치는 예시에서 약 0.2 mm 미만의 폭에 대해 발생되는 역 산란 및 회절 효과들에 의해 정의된다. 예시에서, 블록들 (250)은 블록들에 대해 커플링 프리즘 (40)을 장착 및 정렬시키기 위해 장착 및 정렬 특징부들 (254)을 포함할 수 있다. 예시에서, 커플링 프리즘 (40)이 상주한 좁은 슬롯 (252)은 우수한 모드 스펙트럼들 컨트라스트에 대하여 필요한 광 제한을, 나아가 시스템 (10)의 나머지에 대해서는 적당한 정렬을 확보한다.
도 7b는, 커플링 프리즘 (40)의 커플링 표면 (44)이 곡선을 이루고 특히 일반적인 원통형 오목 곡률을 가진 점을 제외하고는, 도 7a와 유사하다. 예시에서, 곡선커플링 표면 (44)의 곡률의 반경은 측정될 곡선부 (20)의 곡률의 제 1 반경 (R1)의 것과 유사하며, 그리고 예시에서, 다소 보다 클 수 있다. 오목 원통형 커플링 표면 (44)의 사용은 측정들을 위해 곡선부 (20)의 자기-정렬을 허용하여, 그리고 측정 시간을 현저하게 줄일 수 있다.
도 7c는 도 7b와 유사하며, 그리고 예시 커플링-프리즘 조립체 (38)를 도시하고, 상기 조립체에서 커플링 프리즘 (40)은 평탄 베이스 (44F)를 갖는 얇은 프리즘 섹션 (40T), 및 평탄 베이스 (44F)와 접촉하고 곡선 커플링 표면 (44)을 정의하는, 교체가능한 오목-평탄 원통형 렌즈 섹션 ("원통형 렌즈") (44L)을 포함한다. 예시에서, 원통형 렌즈 (44)의 적어도 일 부분은 블록들 (250)에 의해 유지된다. 예시에서, 얇은 프리즘 섹션 (40T)은 접착제, 인덱스-매칭 오일 (index-matching oil), 진공을 통해, 또는 광학 접촉으로 블록들 (250)에 의해 유지된다.
정렬 고정부 (Alignment Fixture)
곡선부 (20)에서의 응력의 성공적인 측정들은 충분한 컨트라스트를 가진 모드 스펙트럼들을 요구하며, 이는 결국 커플링 프리즘 (40)이 곡선부에 대해 정확하게 정렬된 것을 요구한다. 특히, 커플링 프리즘 (40)은, 광-제한 부재 (200)의 중앙 슬롯 (220) (도 5a), 불투명한 섹션들 (42a, 42b 및 46a, 46b)에 의해 정의된 슬릿들 (47 및 48) (도 6a), 또는 블록들 (250) 및 좁은 커플링 프리즘 (40)에 의해 정의된 좁은 슬롯 (252) (도 7a)에 의해 정의된 조명 영역 (62L)과 매칭하는 방식으로 곡선부 (20)의 외부 표면 (24)과 접촉할 필요가 있다. 약간의 각도 조정 불량 (<1°)은 스펙트럼 라인들 (프린지들 (fringes))의 틸팅을 초래하고, 이는 측정 에러를 초래한다. 보다 큰 조정 불량 (단 몇 도)은 흐릿함을 일으키고, 심지어 프린지들의 소실을 일으킨다.
곡선부 (20)의 정렬에 대해 제공되지 않은 커플링-프리즘 조립체들 (38)에 대해, 정렬 고정부는 측정된 모드 스펙트럼들 컨트라스트를 최적화시키기 위해, 곡선부의 각도 정렬 및 미세한 위치선정을 허용하면서 상기와 같은 정렬을 위해 사용될 수 있다.
도 8은 커플링 프리즘 (40)에 대해 곡선부 (20)를 유지 및 정렬하기 위해 사용된 예시 정렬 고정부 (300)의 상부-하부도이다. 정렬 고정부 (300)는 커플링-프리즘 조립체 (38)와 접촉되도록 구성된다. 정렬 고정부 (300)는, 서로 마주한 수직 내부 측벽들 (314) 및 서로 마주한 수평 내부 측벽들 (316)에 의해 정의된 내부 (312)를 가진 사각형의 외부 프레임 (310)을 포함한다. 정렬 고정부 (300)는 서로 이격되고 평행한 수평 안내 부재들 (320)을 포함하고, 상기 수평 안내 부재들은 프레임 내부 (312) 내에 배치되고, 수직 내부 측벽들 (314)을 따라 또는 상기 수직 내부 측벽들 내에 (예컨대, 미도시인 트랙들에서) 슬라이딩하도록 구성된 말단들 (322)을 가진다. 수평 안내 부재들 (320)은 서로 마주한 내부 표면들 (324)을 가진다.
정렬 고정부 (300)는 또한 수직으로 배치된 지지 기둥들 (330)을 포함하고, 상기 지지 기둥들은 하부 안내 부재 (320)에 고정되며, 상단 지지 부재를 통과하고, 그 결과 후자는 지지 기둥들을 따라 수직으로 병진 운동을 이룰 수 있다. 각각의 지지 기둥 (330)은 프레임 (310)의 상부 수직 내부 측벽 (314) 상의 각각의 탄성 부재들 (340)과 접촉하는 말단 (332)을 가진다. 수평 안내 부재들 (320)의 내부 표면들 (324)은 곡선부를 손상시킴 없이, 곡선부 (20)의 외부 표면 (24)과 맞물리기 위해 사용된 탄성 부재들 (326)을 포함한다. 예시 원통형 곡선부 (20) (파선 라인)는 탄성 부재들 (326)에 의해 유지된 것으로 도시된다.
정렬 고정부 (300)는 또한 하부 지지 부재 (320)와 맞물리기 위해 외부 프레임 (310)의 나사산 섹션을 통과한 정렬 스크류들 (350)을 포함한다. 정렬 스크류들 (350)은 상단 지지 부재를 향하여 하부 지지 부재 (320)를 가하여 탄성 부재들 (326) 사이의 곡선부 (20)를 압박하기 위해 사용될 수 있다. 탄성 부재들 (340)은 압축에 의해 하부 지지 부재 (320)의 상향 이동을 허용하면서, 상단 지지 부재가 상향 이동하는 것을 방해하기 위한 힘 완충을 제공하여, 이로써, 스크류들 (350)에 의해 지시된 방향을 따라 정렬된 상기 부분을 유지시킨다. 정렬 스크류들 (350)는 또한 정렬 고정부 (300)가 커플링-프리즘 조립체 (38)와 접촉할 시에, 프레임 내부 (312) 내부에서, 이로써 커플링 프리즘 (40)에 대해 곡선부 (20)의 선택 배향을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
곡선부 (20)의 회전 및 측 방향 시프트 사이의 커플링을 감소시키기 위해, 정렬 고정부 (300)는, 커플링 프리즘 (40) 및 곡선부가 정렬 스크류들 (350) 중 타 측의 것보다 일 측에 현저하게 가깝도록 위치될 수 있다. 이러한 방식으로, 보다 가까운 정렬 스크류 (350)는 프리즘 상의 조명된 스트립에 대해 곡선부 (20)의 옆으로의 이동을 주로 가능케 하는 반면, 다른 스크류는 동일하게 조명된 스트립에 대해 주로 회전을 가능케 한다. 곡선부 (20)의 최적화된 위치선정 및 정렬에 대한 수렴은 상대적으로, 예컨대, 양쪽 정렬 스크류들 (350)을 사용하여 1 내지 3번 반복으로 빠르게 일어날 수 있다. 정렬 고정부 (300)를 사용한 이익은, 특히, 동일하거나 유사한 형상의 다수의 부분들이 순차적으로 측정되어야 할 시에 수동 정렬과 비교하여 측정 횟수를 줄일 수 있다는 점이다. 상기와 같은 정렬 고정부의 사용으로, 제 1 부분의 주의 깊은 정렬은 모든 차후의 부분들의 빠른 정렬을 확보하기에 충분하다.
모드-스펙트럼들 증대 (broadening) 효과들
커플링-프리즘 조립체 (38)에 완전하게 정렬된 이상적인 실린더의 형태를 한 곡선부 (20)를 측정할 시에, TE 및 TE 모드 스펙트럼들의 스펙트럼 라인들의 작은 증대는 평면외 각도들 (φ)을 가진 광선을 갖는 광 빔 (62F)을 이용하여 굽어진 도파관 내로의 커플링으로 인해 기대될 수 있다. 굽어진 도파관의 고유모드들의 실효 굴절률들은 동일한 단면을 가진 직선 도파관의 것과 비교하여 다소 시프팅된다.
사각형 도파관에 대해 실효 지수 (index) 시프트에 대한 다음의 식은 이러한 효과로 인해 최대 가능한 증대를 추정하기 위해 사용될 수 있다:
Figure pct00002
여기서 n0은 피크 굴절률이고, 2T는 사각형 도파관의 두께이며, 그리고 ρ는 비스듬한 입사 광선에 의해 보여진 곡률의 반경이다. 곡선부 (20)에 대해, 두께 2T는 대략적인 삼각형 굴절률 프로파일을 설명하기 위해 0.5·DOL로 교체될 수 있다. ρ = R1/sin2φ에서 입사 평면으로 접촉부 (50) 상에 부딪히는 광선들에 대해, R1은 실린더 반경이다. 0.5 mm 슬롯에 대해 , φ는 약 -10 내지 +10 도 (φmax으로 지칭된 최대 각도 (φ)를 가짐)의 범위에 있지만, 광 대부분에 대해 범위는 -5 내지 +5 도의 범위에 있고, 이로써, ρ는 R1=8.5 mm에 대해 1.1 m를 초과한 값들을 대응하여 채용한다. 이로써, 증대 효과는 다음과 같다:
Figure pct00003
라인 증대의 이러한 레벨은 FSM-6000LE 측정 시스템으로 관측된 가장 좁은 선들과 비교될 수 있고, 상기 시스템의 폭은 측정에서 모드들의 누출 특성에 의해 또는 광학 해상도에 의해 제한된다. 이는 본원에 개시된 시스템들 및 방법들이 1 mm 만큼 작은 제 1 반경 (R1)을 가진 곡선부들 (20)을 측정하기 위해 사용될 수 있는 이유를 설명한다. 이러한 경우에서 증대는 최소 모드 간격에 거의 다가가지 않는 대략 2x10-4일 수 있다. 이러한 증대는 작은 반경 (R1) (예컨대, R1 < 2 mm) 및 큰 DOL을 가진 곡선부들 (20)에 대해 단지 중요하며, 그리고 보다 좁은 슬롯을 사용함으로써 완화된다.
모드 스펙트럼들 증대의 상기의 추정들은 증대 효과를 원하는 값으로 제한하기 위해 요구된 슬롯 폭을 결정하기 위해 호전되어 사용될 수 있다. 허용된 증대는, 실제 관심의 많은 경우들에서 약 5x10-4 RIU인 통상적인 모드 간격 (Δnms)의 약 1/3보다 작다. 그 후, 슬롯에 의해 허용 가능한 라디안에서 각도 범위 △φ는 다음과 같다:
Figure pct00004
다수의 경우에서, 통상적인 모드 간격은 DOL에 반비례한다. 예시에서, 이온 교환 영역 (25)은 약 1.5x10-2 RIU의 최대 지수 인크리먼트 (maximum index increment)를 가지고, 약 2 μm만큼의 DOL의 각각의 인크리먼트는 추가 모드를 스펙트럼에 추가시키고, 이로써 통상적인 모드 간격은 대략
Figure pct00005
이다.
이로써, 광 제한기에 의해 허용될 각도 범위 △φ는 다음 것보다 크지 않아야 한다:
Figure pct00006
예시에서, R1=10 mm에서, DOL=50 μm, 및 n0
Figure pct00007
1.52, △φ
Figure pct00008
0.54rad
Figure pct00009
31°이고, 그 결과 φ는 약 15°보다 작아야 한다. 이는, 라인 증대가 해결하는 것을 비현실적으로 하도록 하는 라인들의 실질적인 통합을 일으킬 제한점을 가진다. 심지어 보다 작은 라인 증대는 라인 컨트라스트를 줄일 수 있고, 이는 모드들의 자동화된 식별에 대해 세기-기반 구별의 현저한 어려움을 일으킨다.
상기와 같은 컨트라스트 감소를 실질적으로 제한시키기 위해, 보다 엄격한 기준이, 예컨대,
Figure pct00010
이 적용될 수 있다. 이러한 경우에서, 광 제한기에 의해 허용된 각도 범위 △φ는 다음 것보다 크지 않아야 하고:
Figure pct00011
,
φ는 대략 0.015 RIU의 최대 지수 인크리먼트 및 50 μm의 DOL을 갖는 통상적인 이온 교환 유리에 대해 약 10°보다 크지 않아야 한다. 마지막으로, 굽힘-도파관 모드들과의 커플링으로 인한 라인 증대의 효과를 제거하기 위해, 예시에서, 증대는 통상적인 고-해상도 측정 시스템에 대해 약 2x10-5 RIU 미만이어야 하고, 이 경우에는 다음과 같다:
Figure pct00012
.
원뿔 표면들과 같은, 반경 (R1)에 대한 값들의 범위를 가진 곡선부들 (20)에 대해서, 상기 범위의 최저치에서 R1의 값은 개시된 관계에 기반하여 광-제한 부재 (들) (200)에 대한 파라미터들에 대해 적게 잡은 (conservative) 추정치로 취급되어야 한다. 다른 한편으로는, 덜 적게 잡은 추정치에 대해, R1에 대한 범위의 임의의 통상적인 최저치 절반 값은 충분한 성능을 허용할 수 있다.
R1이 허용된 방향으로 1 mm만큼이나 작은 곡선부들 (20)이 측정되고, 이때 R2는 관측 가능한 스펙트럼 라인 증대를 방지하기 위해 적어도 100 m이며, 그리고 현저한 측정 저하를 피하기 위해 적어도 20 m이다. R2의 보다 작은 값들은 z-방향으로의 프리즘 길이 (도 1a 참조)가 원치 않는 벌징 (bulging)으로 인해 스펙트럼 라인들의 각 전파 (angular spreading)를 제한하기 위해 감소되는 경우 (예컨대,12 mm 내지 2와 4 mm 사이), 용인될 수 있다.
예시에서, 조명 영역 (62L)의 폭 (wL)은 조명 영역의 길이의 함수로 변화할 수 있다 (즉, z-방향). 상기에서 유의한 바와 같이, 일 예시에서, 광 제한 부재 (200)의 슬롯 폭 (s)은 앞 말단 (202)과 뒷 말단 (206) 사이에서 변화될 수 있으면서, 모드 스펙트럼들 컨트라스트에서 실질적인 향상을 여전하게 허용할 수 있다. 특히, 폭 (s)이 앞 말단 (202)과 뒷 말단 (206) 사이에서 약 (2/3)·s 내지 약 (1.5)·s로 변화하는 슬롯 (220)은 일정한-폭 슬롯으로서 컨트라스트에서 유사한 향상을 이룰 수 있다.
기술 분야의 통상의 기술자에게 명백한 바와 같이, 본원의 바람직한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본원에서 기술된 바와 같이 첨부된 청구항에서 정의된 바와 같은 본원의 권리 범위 또는 기술 사상으로부터 벗어남 없이 이루어질 수 있다. 이로써, 본원은 첨부된 청구항 및 그에 대한 균등물의 권리 범위 내에 있는 경우 변형 및 변화를 포괄한다.

Claims (20)

  1. 곡선 외부 표면을 가진 곡선부의 적어도 하나의 특징 (characteristic)을 결정하는 방법에 있어서,
    커플링 접촉부를 정의하기 위해, 상기 곡선 외부 표면과 커플링 프리즘의 커플링 표면을 접촉 (interface)시키는 단계;
    상기 커플링 프리즘을 통해 상기 접촉으로 측정 광을 지향시키는 단계 - 상기 측정 광은 3 mm 이하의 폭을 가짐 -;
    상기 접촉으로부터 반사된 TE 및 TM 모드 스펙트럼들을 디지털 방식으로 (digitally) 캡쳐링하는 단계; 및
    상기 곡선부의 적어도 하나의 특징을 결정하기 위해, 상기 TE 및 TM 모드 스펙트럼들을 처리하는 단계;를 포함하는, 곡선부 특징 결정 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 특징은: 표면 응력, 응력 프로파일, 압축 응력, 층 깊이, 굴절률 프로파일, 및 복굴절을 포함한 특징들의 그룹으로부터 선택되는, 곡선부 특징 결정 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 커플링 프리즘은 입력 및 출력 표면들을 가지며, 그리고 상기 곡선부 특징 결정 방법은:
    상기 입력 및 출력 표면들 중 적어도 하나에 대해 동작 가능하게 배치된 적어도 하나의 광-제한 부재를 통해 상기 측정 광을 지향시키는 단계를 더 포함하고, 이때 상기 적어도 하나의 광-제한 부재는 일정 또는 가변 폭을 가진 슬롯을 포함하고, 상기 슬롯은 상기 측정 광의 폭을 정의하는, 곡선부 특징 결정 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커플링 프리즘은 입력 및 출력 표면들을 가지며, 그리고 상기 곡선부 특징 결정 방법은:
    상기 입력 및 출력 표면들 각각에 인접하게 배치된 제 1 및 제 2 광 제한 부재들을 통해 상기 측정 광을 지향시키는 단계를 더 포함하고, 이때 상기 제 1 및 제 2 광 제한 부재들 각각은 일정 또는 가변 폭을 가지는 제 1 및 제 2 슬롯들을 가지고, 상기 제 1 및 제 2 슬롯들은 상기 측정 광의 폭을 정의하는, 곡선부 특징 결정 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입력 및 출력 표면들은 상기 측정 광의 폭을 정의하는 불투명한 섹션들 각각을 포함하는, 곡선부 특징 결정 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커플링 표면은 상기 곡선 외부 표면의 곡률과 실질적으로 매칭하는 원통형 곡선 부분을 포함하는, 곡선부 특징 결정 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 커플링 표면의 원통형 곡선 부분은 제거 가능한 원통형 렌즈에 의해 정의되는, 곡선부 특징 결정 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 곡선부는 원통형이며, 그리고 0.5 mm 이상인 곡률의 제 1 반경 (R1) (R1 ≥ 0.5 mm)을 가지는, 곡선부 특징 결정 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커플링 프리즘은 3 mm 이하의 폭을 가지며, 그리고 불투명한 블록들에 의해 동작 가능하게 지지되는, 곡선부 특징 결정 방법.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 곡선부 특징 결정 방법은 상기 커플링 프리즘과 상기 곡선부를 정렬시키기 위해, 상기 곡선부를 조정 가능한 정렬 고정부에 지지하는 단계를 포함하는, 곡선부 특징 결정 방법.
  11. 곡선 외부 표면을 가진 곡선부의 적어도 하나의 특징을 결정하는 방법에 있어서,
    커플링 접촉부를 정의하기 위해 상기 곡선부의 외부 표면과 접촉된 커플링 프리즘을 가진 커플링-프리즘 조립체에 포커싱된 측정 광을 지향시키는 단계 - 상기 곡선 외부 표면은 반경 R1 ≥ 0.5 mm 및 반경 R2 ≥ 20 m에 의해 정의됨 -;
    상기 커플링 접촉부로부터 상기 측정 광을 반사시키는 반면, 상기 반사에 앞서 3 mm 이하의 폭을 가지도록 상기 측정 광을 제한시키는 단계;
    TE 및 TM 모드 스펙트럼들을 얻기 위해 상기 반사된 측정 광을 검출하는 단계; 및
    상기 곡선부의 적어도 하나의 특징을 결정하기 위해 상기 TE 및 TM 모드 스펙트럼들을 처리하는 단계;를 포함하는, 곡선부 특징 결정 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제한시키는 단계는 다음의 것 중 하나에 의해 달성되는, 곡선부 특징 결정 방법:
    a) 상기 커플링 프리즘에 대해 동작 가능하게 배치되고, 상기 측정 광이 통과하는, 3 mm 이하의 폭을 가진 슬롯을 갖는 적어도 하나의 광-제한 부재;
    b) 상기 커플링 프리즘을 지지하는 불투명한 부재들 - 상기 커플링 프리즘은 3 mm 이하의 폭을 가짐 -; 및
    c) 상기 측정 광이 통과하는, 3 mm 이하의 폭을 가진 슬롯을 정의하는 입력 및 출력 표면들 상의 불투명한 섹션들.
  13. 곡선 외부 표면을 가진 곡선부의 적어도 하나의 특징을 결정하는 프리즘-커플링 시스템에 있어서,
    측정 광을 발생시키는 광원 시스템;
    입력 및 출력 표면들을 갖는 커플링 프리즘, 및 커플링 접촉부를 정의하기 위해 상기 곡선 외부 표면과 접촉하는 커플링 표면을 가진 커플링-프리즘 조립체 - 상기 커플링-프리즘 조립체는 3 mm 이하가 될 측정 광의 폭을 정의하는 수단을 포함함 -;
    상기 접촉으로부터 반사되고 TE 및 TM 모드 스펙트럼들을 디지털 방식으로 캡쳐링하기 위해 상기 출력 표면에서 빠져나가는 측정 광을 수신하기 위해 배치되는 검출기 시스템; 및
    상기 곡선부의 적어도 하나의 특징을 결정하기 위해 상기 TE 및 TM 모드 스펙트럼들을 처리하는 제어기;를 포함하는, 프리즘-커플링 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 적어도 하나의 특징은: 표면 응력, 응력 프로파일, 압축 응력, 층 깊이, 굴절률 프로파일 및 복굴절을 포함한 특징들의 그룹으로부터 선택되는, 프리즘-커플링 시스템.
  15. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    상기 커플링-프리즘 조립체는 상기 입력 및 출력 표면들 중 적어도 하나에 대해 동작 가능하게 배치된 적어도 하나의 광-제한 부재를 포함하며, 이때 각각의 광-제한 부재는 상기 측정 광의 폭을 정의하는 슬롯을 포함하는, 프리즘-커플링 시스템.
  16. 청구항 13 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커플링 프리즘의 입력 및 출력 표면들은 상기 측정 광의 폭을 정의하는 불투명한 섹션들 각각을 포함하는, 프리즘-커플링 시스템.
  17. 청구항 13 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커플링 표면은 상기 곡선 외부 표면의 곡률과 실질적으로 매칭하는 원통형 곡선 부분을 포함하는, 프리즘-커플링 시스템.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 커플링 표면의 원통형 곡선 부분은 제거 가능한 원통형 렌즈에 의해 정의되는, 프리즘-커플링 시스템.
  19. 청구항 13 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 곡선부는 원통형이며, 그리고 0.5 mm 이상인 곡률의 제 1 반경 (R1) (R1 ≥ 0.5 mm)을 가지는, 프리즘-커플링 시스템.
  20. 청구항 13 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프리즘-커플링 시스템은 상기 커플링 프리즘과 정렬하여 상기 곡선부를 지지하는 조정 가능한 정렬 고정부를 더 포함하는, 프리즘-커플링 시스템.
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