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Jan 15, 2024

超薄型ピコスケール白色光干渉計

Scientific Reports volume 12、記事番号: 8656 (2022) この記事を引用 1810 アクセス メトリクスの詳細 白色光干渉法は、さまざまな精度を備えた確立された技術です

Scientific Reports volume 12、記事番号: 8656 (2022) この記事を引用

1810 アクセス

メトリクスの詳細

白色光干渉計は、さまざまな高精度用途を備えた十分に確立された技術ですが、マイケルソン、マッハツェンダー、リンニックなどの従来の干渉計はサイズが大きく、白色光縞を得るには面倒な位置合わせが必要で、サブレベルを実現するにはノイズ分離技術が必要です。ナノメートル単位の安定性、そして重要なことに、不均衡な分散を示し、絶対ゼロ遅延リファレンスにおける不確実性を引き起こします。 ここでは、一対のマイクロメートルの薄い同一ガラス板を透過した後の広帯域インコヒーレント光ビームの波面分割を利用することで、ピコメートル分解能を可能にする超薄型白色光干渉計を実証します。 2 つの回折分割波面間の空間的重なりにより、絶対ゼロの経路遅延位置を明確に参照して、高コントラストで安定した白色光縞が容易に生成されます。 極薄プレートの 1 つを回転させて、数十μm の範囲にわたるピコメトリック分解能で干渉計を調整すると、色付きの縞が現れます。 私たちの理論分析は縞の形成を検証し、ピコスケール測定のための干渉計の自己校正を強調します。 我々は、ピコスケールの分解能で数マイクロメートル程度の広帯域インコヒーレント光源のコヒーレンス長の測定を実証します。 さらに、物質の動的特性を調査する際の追加アプリケーション用のサンプルキャビティを可能にする極薄干渉計を使用した多用途のダブルパス構成を提案します。

白色光干渉計は、垂直走査干渉計による表面トポグラフィーの非侵襲的かつ非接触測定、薄膜の特性評価、光学部品の分散測定、および光源のコヒーレンス特性の特性評価を行うための重要なツールです1、2、3、4、5。 6、7。 白色光干渉計は一般に、光ビームの振幅分割または波面分割に基づいています8。 このような干渉計で白色光干渉を得るには、その 2 つのアーム間の光路差 (OPD) が広帯域光源のコヒーレンス長 (通常は数光サイクル) 内に十分に収まるように一致させる必要があります 9,10。 マイケルソン、マッハツェンダー、ミラウ、またはリンニックセットアップ 8,11 などの振幅分割ベースの干渉計は複数コンポーネントのシステムであり、絶対ゼロ遅延位置への反復可能な自動基準を達成することが困難になります。 さらに、干渉計は、アクティブまたはパッシブなアプローチを使用して、さまざまな音響ノイズ、機械ノイズ、またはその他のノイズに対して安定させる必要があるため、これらのシステムはサイズが大きくなり、調整が面倒になります。 ピコスケールの分解能は、ピエゾ並進ステージを介して走査されるコンパクトなレーザー干渉計で以前に実証されています12、13、14が、白色光干渉計でピコスケールの分解能と安定性を達成した研究はほとんどありません。 さらに、定量的な測定を行うには、絶対ゼロ光路差への明確な参照とともに、白色光干渉計内の材料分散のバランスをとることが不可欠ですが、これは従来の設計では困難でした。 ゼロパス遅延位置は干渉計の重要な基準であり、通常は白色光干渉計を使用した包絡線振幅法などの時間領域解析を使用して推定されます15。

以前は、古典的なヤングの二重スリットやフレネルバイプリズムなどの波面分割干渉計が、静的な白色光縞を取得するために使用されてきましたが、あまり調整できませんでした8、16、17。 調整可能な干渉計は、平面、球面またはトロイダル分割ミラー、または極薄ガラス板による波面分割を利用して設計されていますが、これらは主に、ポンプ・プローブ分光法用の光遅延線としてコヒーレント超高速パルスとともに使用されてきました18。 スプリットミラーベースの設計では、広帯域光源の固有のマイクロスケールのコヒーレンス長、干渉計の経路長の変動、およびピコスケールの調整機能の欠如により、インコヒーレント光による白色光干渉グラムを直接生成することはできません。 絶対ゼロパス遅延を明確に参照しながら、ピコスケールの安定性と分解能を提供する、コンパクトで調整可能な波面分割白色光干渉計を設計できるかどうか疑問に思う人もいるかもしれません。