CN1715842A - 改进的波长检测器 - Google Patents

Abstract

提供一种辐射测量装置，用于确定来自辐射源的辐射的波长相关的特性。所述辐射测量装置包括波长相关的光学元件(例如带通滤光器)，以及光学功率测量检测器(例如光检测器)。至少一个光束入射到沿着所述装置的光路设置的偏振敏感的反射与/或透射表面上，被所述波长相关的光学元件透射，并被沿着所述光路的光学功率测量检测器接收。所述辐射测量装置还包括沿着所述光路在所述光学功率测量检测器之前设置的线性偏振器。在操作时，所述线性偏振器确保由所述偏振敏感的反射与/或透射表面接收的光束具有基本上固定的偏振状态，而和原始的入射光束的偏振状态无关，借以减少或消除在所述辐射测量装置中的不受控制的偏振相关误差。

Description

改进的波长检测器

技术领域

本发明涉及一种检测设备，尤其涉及用于测量和辐射源的波长与/或频率相关的值的方法和系统。

背景技术

某些测量应用要求在相对小的波长范围内以非常高的分辨率测量辐射源的波长或频率或相关的改变。其中的例子包括高分辨率的干涉测量型的编码器，各种非接触的表面光度仪传感器，在电信工业中的应用以及光谱学和一般的实验室应用。此外，对于许多应用，测量必须在小的空间内并且以低的成本进行。具有几种通常使用的波长测量的方法，包括光谱仪、干涉仪，以及通过光纤的传输。

图1A表示使用光学带通滤光器测量波长改变的一种简单的已知的测量系统10。测量系统10包括输入的入射束12，带通滤光器14，过滤束16，和功率检测器18。输入的入射束12由滤光器14过滤，从而产生过滤束16。在这种应用中，并不一定需要带通滤光器14，因为可以使用具有不可忽略的波长传输相关性(即其中辐射的行为按照其波长而不同)的任何光学元件。过滤束16的功率由功率检测器18检测。

图1B表示带通滤光器14的传输频谱。滤光器14由中心波长λ₀以及其半最大值全带宽(FWHM)Δλ，在滤光器曲线20上示出了波长为X1传输级为Y1的点P。可以看出，点P位于滤光器曲线20的陡的部分上，因而通过测量传输功率的改变便可检测波长的微小变化，例如利用图1A所示的功率检测器18进行检测。用这种方式，一旦建立滤光器曲线20，图1A和图1B所示的测量系统10便提供一种简单的配置用于根据传输的功率或强度确定波长的改变。

图2表示一种已知的测量系统30，其对图1A所示的测量系统10提供某些改进。如图2所示，测量系统30包括分光器34，滤光器38，以及功率检测器42和46。输入的入射束32被分光器34分裂成两个束36和44。第一束36由滤光器38过滤，从而产生过滤束40。和以前一样，在这种应用中，并不一定需要滤光器38，因为可以使用具有不可忽略的波长传输相关性的任何光学元件。过滤束40的功率由功率检测器42检测。第二束44的功率由功率检测器46检测。借助于利用功率检测器42和46的输出计算过滤束和未过滤束功率的比，一般可以消除作为误差源的入射束32中的功率的改变。换句话说，和图1A的测量系统10对照，图1A的系统不能区分波长改变和电源波动，图2的测量系统30使用对入射功率的改变是敏感的功率比信号，因而更可靠地区分波长的改变。

图3A表示已知的测量系统50，其提供用于测量波长改变的另一种配置。和图2的测量系统20类似，测量系统50利用两个功率检测器之间的比来消除入射功率依赖性。测量系统50包括分光器54，滤光器58和66，以及功率检测器62和70。入射的输入束52由分光器54分裂成束56和64。第一束56由滤光器58过滤，从而产生过滤束60。过滤束60的功率由功率检测器62检测。第二束64由滤光器66过滤，从而产生过滤束68。过滤束68的功率由功率检测器70检测。

图3B表示分别和滤光器58和66相应的两个滤光器曲线80和82。如图3B所示，滤光器曲线80和滤光器曲线82重叠。换句话说，滤光器58的传输频谱和滤光器66的传输频谱重叠。示出了在滤光器曲线80上的波长为X1传输功率为Y2的点P2，并示出了在滤光器曲线82上的波长为X1传输功率为Y1的点P1。应当理解，对于从波长X1增加的波长，在滤光器曲线80上的传输功率减小，而在滤光器曲线82上的传输功率增加。因而在对应于滤光器66的传输功率Y1和对应于滤光器58的传输功率Y2之间的比在由两个滤光器58和66共有的波长传输频谱内对于一个特定的波长是唯一的。通过利用功率检测器62和70的输出计算过滤束的功率的比，可以大大地消除入射功率中的偏差。此外，这种配置对于波长变化提供了改进的灵敏度。

不过，由于上述技术的固有的缺点，或者由于它们对于下述的某些其它的误差的易感性，上述的系统都不适合于以非常高的精度检测波长，除非对其使用强加不希望的设置和操作的限制。因而，需要一种能够避免所述误差易感性而不必进行所述不希望的限制的波长检测系统和方法。

发明内容

特别是，上述的用于补偿电源波动的系统对于依赖于输入的辐射的偏振方向的误差是易受影响的。这是因为辐射束的P偏振和S偏振的分量当它们以不和表面正交的角度入射到偏振敏感的透射或反射表面上时，例如分光器或滤光器，辐射束的P偏振分量和S偏振分量以不同的比例透射或反射。透射或反射光栅也是偏振敏感的，而不管入射的输入束的角度。和上述的波长检测器相比，本发明认识到，在由这里所述的一些实施例可以提供的精度下，这种误差是很大的，因而提供一种用于减少辐射测量装置例如波长检测器中的偏振相关的误差的系统和方法。此外，本发明的不同的实施例还对于由于其它原因例如电源波动和环境参数改变而引起的误差提供误差减小的改进。此外，本发明的各个实施例特别提供紧凑而稳定的辐射测量装置。

应当理解，除非另有说明，术语“偏振敏感的表面”指的是任何透射或反射光学表面，其以不同的比例透射或反射输入束的P偏振分量和S偏振分量，或者相对于入射束改变呈现射束的偏振状态。例如，偏振状态可以通过混和入射的偏振状态或者通过不同地吸收入射电场的P偏振分量和S偏振分量来改变。偏振敏感的表面可以具有偏振灵敏度，其是输入的入射角的函数，即一种在0度或正交的入射角时是非偏振敏感的，但是在非正交的入射角时可以成为偏振敏感的表面。对一个表面附加透射或反射光栅，也可以使所述表面成为偏振敏感的，即使在正交的入射角下。

除非另有说明，文中使用的术语“传输的”指的是光束沿着一个光路连续的传播，而不管所述传播是否借助于反射、通过一般为透明(透射)的材料借助于透射、借助于衍射或借助于任何其它已知的束传播方法被使能。这里使用的术语“入射角”指的是在光束的正交方向和与光学平面正交的方向之间的角度。如果光束沿着其光路在不同的点稍微发散或会聚，则在这些点的正交方向可被估计为光束的中心射线的近似方向，或者光束的近似的强度加权的平均方向或者类似的方向。文中使用的术语“第一光路”、“第二光路”等一般指的是整个通路，或者整个通路的任何部分，其由相应的“第一光学功率测量检测器”、“第二光学功率测量检测器”等接收的任何辐射沿着行进。因而，一般地说，第一和第二光路可以认为是共存的和重叠的，不论它们的“源”辐射在何处重叠，即使在说明书的不同的部分中“第二光路”可能未进行这样的说明，直到其一部分被从第一光路中分出或分裂。

在本发明的不同的实施例中，提供了一种辐射测量装置，用于确定来自辐射源的辐射的波长相关的特性。在各个示例的实施例中，所述辐射测量装置包括波长相关的光学元件(例如带通滤光器)，光学功率测量检测器(例如光检测器)，偏振敏感的反射与/或透射表面，以及一个或几个线性偏振器。至少第一光束沿着包括所述波长相关的光学元件、偏振敏感的反射与/或透射表面、和一个或几个线性偏振器的第一光路传输，并到达第一光学功率测量检测器。所述偏振敏感的反射与/或透射表面接收所述光束，并沿着所述第一光路传输所述光束。波长相关的光学元件在偏振敏感的反射与/或透射表面之前或之后改变第一光束的光功率，并且所述第一光束沿着第一光路由光学功率测量检测器接收。一个或几个线性偏振器被置于在第一光学功率测量检测器的前面沿着所述第一光路选择的位置，使得基本上消除偏振相关误差。例如，线性偏振器可被置于波长相关的元件之前或之后，此外，如果需要，可以设置两个或多个线性偏振器，例如两者被设置在波长相关的元件之前和之后。

按照本发明的一个方面，所述包括一个或几个线性偏振器确保入射到偏振敏感的反射与/或透射表面上的光束沿着一个光路以基本上固定的偏振状态被接收与/或传输，而不管原始输入的光束的偏振状态。因而，否则可能产生的偏振相关的误差可以被大大减小或消除。

在各个示例的实施例中，接收光束的偏振敏感的反射与/或透射表面是波长相关的光学元件的透射表面，或者是沿着第一光路包括的光束分割元件(beam dividing element)，例如分光器(beamsplitter)或光栅的表面。

在各个示例的实施例中，接收光束的偏振敏感的反射与/或透射表面是以非正交入射角设置的分光器的束分裂表面。在一个实施例中，辐射测量装置还包括第二光学功率测量检测器，并且所述分光器提供沿着第二光路传输并到达所述第二光学功率测量检测器的第二光束。在另一个实施例中，提供第二波长相关的光学元件，并且所述第二波长相关的光学元件接收第二光束，并在第二光束到达第二光学功率测量检测器之前调制第二光束的光学功率。

在一个实施例中，辐射测量装置包括波长相关的光学元件(例如带通滤光器)，和光学功率测量检测器(例如光检测器)。至少一个光束以非正交的角度入射到波长相关的光学元件上，并且所述光束沿着一个光路从所述波长相关的光学元件射出，以便由光学功率测量检测器接收。这种发射装置还包括在所述光学功率测量检测器的前方沿着光路在选择的位置上设置的一个或几个线性偏振器。例如，所述线性偏振器可以被设置在波长相关的光学元件之前或之后，此外，如果需要，可以设置两个或多个线性偏振器，它们被设置在波长相关的光学元件之前和之后。

按照本发明的另一个方面，辐射测量装置还包括束分割元件，例如光栅或部分反射和部分透射的束分裂表面或其类似物，它们被沿着光路设置在波长相关的光学元件之前。所述束分割元件把入射到其上的光束分裂成第一光束和第二光束，其中第一和第二光束的至少一个以非正交的角度入射到波长相关的光学元件上。辐射测量装置还可以包括第一和第二光学功率测量检测器，用于接收所述第一和第二光束，并输出相应的第一和第二信号。在各个实施例中，提供有信号处理电路，其接收并处理所述第一和第二信号，并根据所述第一和第二信号确定一个信号比。在本发明的各个实施例中，所述信号比表示输入到辐射测量装置的辐射的辐射波长和辐射频率至少之一。

在一个实施例中，一个线性偏振器被置于束分割元件之前。在另一个实施例中，输入的辐射具有固定的偏振方向，并且具有相同的偏振方向的各自的第一和第二线性偏振器沿着第一和第二光束的各自的通路被设置在束分割元件之后。在另一个实施例中，输入的辐射具有波动的偏振方向，并且各自的第一和第二线性偏振器具有相同的偏振方向，它们或者垂直于或者平行于一个平面被排成一行，所述平面平行于在束分割元件入射的光束的方向和与束分割元件(光束在此以非正交的入射角入射)的束分割表面(或平面)正交的方向。各个第一和第二线性偏振器可以沿着第一和第二光束的各自的光路设置，设置在束分割元件之后和各自的第一和第二光学功率测量检测器之前的任何位置。除非束分割表面是光栅表面，一般地说，或者垂直于或者平行于一个平面，所述平面平行于入射光束的方向和与束分割表面正交的方向，的线性偏振器的方位这样确定这些偏振器的方向，使得避免在第一和第二光束中存在的S和P偏振分量的混和。当偏振器被近似地定向，因而S和P偏振分量不混和时，即，当偏振器被这样定向，使得第一和第二光束近似为100％S偏振的或者近似100％P偏振的，基于第一和第二信号的信号比对于输入的辐射的偏振方向是不敏感的。

按照本发明的另一个方面，提供第一和第二波长相关的光学元件。第一波长相关的光学元件被沿着第一光束的光路设置，而第二波长相关的光学元件沿着第二光束的光路设置。和上述的第一实施例一样，一个线性偏振器被置于束分割元件的前面。在另一个实施例中，输入的辐射具有固定的偏振方向，具有相同的偏振方向的各自的第一和第二线性偏振器在束分割元件后面被沿着第一和第二光束的各自的光路设置。在另一个实施例中，输入的辐射具有或者波动的或者固定的偏振方向，并且各自的第一和第二线性偏振器具有相同的偏振方向，其或者垂直于或者平行于一个平面的方向排成一行，所述平面平行于在束分割元件入射的光束的方向和与束分割表面或束分割元件的平面(在此光束以非正交的入射角入射)正交的方向。各个第一和第二线性偏振器可以沿着第一和第二光束的各自的光路设置，设置在束分割元件之后和各自的第一和第二光学功率测量检测器之前的任何位置。

本发明还提供一种方法，用于提供可用于以基本上独立于辐射的偏振方向的方式确定来自辐射源的辐射的波长相关特性的至少一个信号。所述方法一般包括5个步骤。第一步骤包括沿着第一光路输入来自辐射源的第一光束，所述第一光路包括前述类型的任何一种类型的至少一个偏振敏感的表面。第二步骤包括接收所述第一光束并沿着所述第一光路由一个第一波长相关的光学元件输出一个第一过滤光束。第三步骤包括利用沿着所述第一光路设置的第一光学功率测量检测器接收由所述第一波长相关的光学元件输出的所述第一过滤光束。第四步骤包括由所述第一光学功率测量检测器输出一个第一检测信号。最后，第五步骤包括线性偏振在所述第一光束与/或第一过滤光束中包括的辐射。在不同的各个实施例中，线性偏振在所述第一光束与/或第一过滤光束中包括的辐射可以发生在沿着第一光路的并在第一光学功率测量检测器之前的各个不同的点。包括线性偏振在所述第一光束与/或第一过滤光束中包括的辐射的步骤的本发明的方法大大减小或消除了在用于确定辐射的波长相关特性的一个或几个信号中的任何偏振相关的误差。

在所述方法的另一个实施例中，第一步骤还包括从所述第一光束导出第二光束的步骤，所述第二光束沿着第二光路行进。所述第二步骤还包括接收所述第二光束，并沿着第二光路由一个第二波长相关的光学元件输出第二未过滤的或过滤的光束。所述第三步骤还包括利用沿着第二光路设置的第二光学功率测量检测器接收由所述第二波长相关的光学元件输出的第二未过滤的或过滤的光束。第四步骤还包括从所述第二光学功率测量检测器输出一个第二检测信号。最后，第五步骤还包括线性偏振在所述第二未过滤的与/或所述第二过滤的光束中包括的辐射。在各个不同的实施例中，第五步骤，其中还包括线性偏振在所述第二未过滤的与/或所述第二过滤的光束中包括的辐射和在第一光束与/或第一过滤光束中的辐射，可以发生在所述第一和第二光学功率测量检测器之前的沿着所述第一和第二光路的各个不同的点。

在这个实施例的一种改型中，所述方法包括使用在束分割元件之前的线性偏振器在第一步骤之前进行所述第五步骤。在该实施例的另一个改型中，输入的辐射具有固定的偏振方向，并且所述方法包括使用各自的第一和第二线性偏振器在第一步骤之后和第三步骤之前进行所述第五步骤，所述第一和第二线性偏振器具有相同的偏振方向，并被沿着所述第一和第二光束的各自的光路设置。在该实施例的另一个改型中，输入的辐射具有或者波动的或者固定的偏振方向，并且所述方法包括使用各自的第一和第二线性偏振器在第一步骤之后和第三步骤之前进行所述第五步骤，所述第一和第二线性偏振器或者垂直于或者平行于一个平面排成一行，所述平面平行于在用于导出第二光束的束分割元件入射的第一光束的方向和与束分割元件的束分割表面或平面正交的方向。

在该方法的不同的实施例中，沿着第一光路的第一波长相关的光学元件和沿着第二光路的第二波长相关的光学元件是同一个元件。在该方法的不同的实施例中，至少一个偏振敏感的透射与/或反射表面被相对于第一光束以非正交的入射角设置，并且包括分光器表面和波长相关的光学元件的表面中的至少一个。

附图说明

通过结合附图参看下面的详细说明，可以更容易地理解本发明的上述的方面和伴随的优点，并能够更好地理解本发明，其中：

图1A是现有技术的系统的方块图，其中包括用于测量辐射源的波长(或波长改变)的带通滤光器；

图1B表示图1A的带通滤光器的透射谱；

图2是第二个现有技术的系统的方块图，其中包括用于测量辐射源的波长(或波长改变)的分光器和带通滤光器；

图3A是第三现有技术的系统的方块图，具有两个用于测量辐射源的波长(或波长改变)的带通滤光器；

图3B是图3A的两个带通滤光器的透射谱；

图4是表示根据光的入射角和光的偏振状态而改变的光的透射的曲线；

图5A是一个系统的方块图，包括一种滤光器结构和光栅，其可以用于在按照本发明的各个实施例中测量辐射源的波长(或波长改变)；

图5B是从图5A的滤光器结构接收的信号的透射谱；

图6A-6G是在按照本发明形成的辐射测量装置的方块图，每个测量装置包括光栅，波长相关的光学元件，和线性偏振器，用于测量辐射源的波长相关的特性；

图7A是表示在通过一种商业的窄带介电干涉滤光器的光的透射和分别为P偏振以及S偏振光的波长之间的关系的曲线，所述偏振光具有10度的入射角；

图7B是表示在通过一种商业的窄带介电干涉滤光器的光的透射和分别为P偏振以及S偏振光的波长之间的关系的曲线，所述偏振光具有15度的入射角；

图8是表示在波长测量误差和光的S偏振分量部分(0-1)之间的关系的曲线；以及

图9A-9C是在按照本发明形成的辐射测量装置的方块图，每个测量装置包括束分割器，波长相关的光学元件，和线性偏振器。

具体实施方式

一般地说，由任何偏振敏感的反射或透射表面，包括滤光器的表面与/或束分割元件的表面，透射的入射辐射功率的比例受其入射角的影响，也受辐射的偏振状态(即P偏振分量和S偏振分量之间的关系)的影响。图4表示通过空气/玻璃界面的光束的透射根据入射角也根据光束的偏振状态如何改变，其中玻璃具有1.57的折射率。透射曲线410和412分别相应于100％的P偏振的入射光束和100％的S偏振的入射光束。曲线414表示在透射曲线410和412之间的透射差。在正交入射(入射角为0度)时，对于P偏振和S偏振光410和412，光的透射特性是相同的。不过，随着入射角的增加，P偏振光的透射特性和S偏振光的透射特性不同。

还已知对于透射和反射光栅，P偏振光的透射和衍射特性和S偏振光的透射和衍射特性不同，而和入射角无关。这些结果在由ThermoRGL，Richardson Grating Laboratory，Rochester，New York(2002)出版的Christopher Palmer的Diffraction Gratting Handbook，5^th Edition的第9章中简要地描述了，该文被包括在此作为参考。

因而，对于在任何反射与/或透射表面上具有非0的入射角的任何光，以及对于在任何入射角下的透射或反射光栅上入射的光，光的总的透射取决于光的偏振状态，即取决于其P偏振和S偏振之间的关系。因而，不断改变着的一般未知的入射光的偏振状态可以造成使用这种元件与/或结构的各种波长检测器中的微妙的测量误差。由于波动的环境参数(温度、湿度等)对现有技术的波长检测装置的操作的影响，可以产生附加的测量误差。

图5A表示一种测量系统200，其具有改进的结构，用于测量波长或波长改变，具有减少的误差，尽管波动的环境参数。测量系统200包括作为束偏转元件的光栅210，滤光器结构220，检测器250和255，以及信号处理电路260。入射的输入光束202被光栅210分裂成为透射光束212和+/-一级有角度的(first order angled)光束214和216。透射光束212和一级有角度光束216通过滤光器结构220(或具有不可忽略的波长透射相关性的任何其它元件)，从而分别成为过滤光束232和成角度的过滤光束236，从而由不同的滤光器通路提供两个过滤信号。过滤光束232由检测器250接收，而成角度的过滤光束236由检测器255接收。检测器250和255分别对信号处理电路260提供输出252和257。使用一个滤光器结构220比对于每个光束利用不同的滤光器的图3A所示的现有技术的系统具有明显的优点。具体地说，通过一个滤光器结构的每个辐射通路的滤光器特性的温度敏感性近似相同，或者至少高度地相关。因而，沿着每个辐射通路由于温度改变和其它的环境影响而导致的剩余的滤光器敏感性可以容易地用高的精度补偿。此外，可以减少测量系统的零件成本和结构的复杂性。基于图5A所示的设计原理的一些示例的系统配置在2002年9月19日申请的共同未决的、共同转让的序列号为10/251449的美国专利申请中披露了，该专利被包括在此作为参考。

图5B是透射谱图，表示分别相应于图5A的检测器250和255的透射曲线270和280。具体地说，透射曲线270相应于基于0度入射角的入射光束的过滤光束232，而透射曲线280相应于基于非0入射角(θ)的入射光束的成角度过滤光束236，其基本上相应于透射曲线270移动一个较短的波长范围，如图所示。图5B表示透射曲线270和280的一个理想的操作范围290，其中两个曲线270和280理想地但并非必须基本上是线性的，并在交点295重合。操作区域290是这样一个区域，其中信号曲线270和280重叠，使得一个信号源波长通过同一个滤光器结构沿着各自的两个光路产生两个有用的输出信号。优选地，信号曲线270和280在大约50％的最大光透射值处彼此重叠和相交(在交点295)，如图所示，以便确保有用的操作区域290。假定操作区域290是一个线性区域，对于在操作范围290内的任何波长，两个信号S1和S2的和将在名义上是恒定的。在名义上被完全控制的操作条件下，任何一个信号曲线都可用于以高的精度确定波长。不过，由入射光束的功率的改变，或者由检测器的标称增益的改变，都可引起每个信号中的改变。在这种测量系统中，许多这种改变对于两个信号是成比例的。因而，在操作范围290内的任何波长可以借助于信号相对于共模功率和增益的改变的标称化来精确地确定。例如，在每个信号中的共模功率和增益改变的影响通过根据组合的信号比确定波长被有效地克服了。即使在两个信号中所述改变不是严格成比例的，也可以对信号应用校准处理，使得仍然可以消除共模功率和增益的改变。

图6A表示按照本发明形成的辐射测量装置600a的一个实施例，用于确定来自辐射源(未示出)的辐射的波长相关特性(例如波长，波长改变，频率，或频率改变)。除去偏振器的使用之外，如下所述，这个实施例的辐射测量装置600a和上面参照图5A所述的系统类似。具体地说，装置600a包括一个或几个波长相关的(或波长敏感的)光学元件602，例如带通滤光器或具有不可忽略的波长传输相关性的任何其它元件。装置600a还包括线性偏振器610，在所示的实施例中，其位于波长相关的光学元件602的前面或入射侧上。在本说明中，使用术语“在X的前面”指的是沿着光路被提供在X的入射侧上的元件的相对位置。在如图6A所示的这种结构中，来自辐射源(未示出)的入射光束612由线性偏振器610偏振而成为具有基本上固定的偏振状态(即具有固定的P偏振分量和S偏振分量的比)的偏振束614。所示的辐射测量装置600a的实施例还包括被设置在线性偏振器610和波长相关的光学元件602之间的光栅615，用于把偏振束614分成透射束616和成角度束617，然后两个光束通过波长相关的光学元件602过滤，以便分别由光学功率测量检测器604和606接收。来自光学功率测量检测器604，606的信号618和619由信号处理单元620接收，所述信号处理单元包括用于处理所述信号以便确定来自辐射源的辐射的波长相关特性的电子电路。例如，可以计算两个信号之间的比，以便确定所述辐射的波长或波长改变。

包括线性偏振器610可以确保入射到光栅615上的光束614，因而由光栅615分裂的并入射到波长相关的光学元件602上的透射束616和成角度束617具有基本上固定的偏振状态，而不管原始的入射光束612的偏振状态。因而原始入射光束的偏振状态的改变只引起从光学功率测量检测器604和606输出的信号618、619的光功率的比例的改变。因而，可以大大减少或消除否则相对地不可控的和未知的偏振相关的误差。

现在说明按照本发明的用于选择和安排合适的偏振器(或几个偏振器)，以便减少偏振相关误差的一些设计的考虑。一般地说，沿着波长相关的光学元件例如滤光器(或任何其它的具有不可忽略的波长透射相关性的元件)的传输范围的上下边沿(即带通边沿)的变化的传输百分数产生变化的传输功率，所述功率灵敏地区分特定的波长，而不用对波长进行调制。对于朝向光谱的蓝端的传输带通边沿的范围内的波长的情况，对于以非正交的入射角使用的窄带通介质膜滤光器，P偏振和S偏振的透射曲线T_F ^P和T_F ^S，可以被这样处理，即好像它们的波长被彼此相对地移动了一个Δλ。此时，按照一个简单的线性模型，可以导出下式：

$T_F^P\left(\mathrm{\λ}\right)=T_0^P+\mathrm{\α}(\mathrm{\λ}-{\mathrm{\λ}}_0)$

$T_F^S\left(\mathrm{\λ}\right)=T_0^P+\mathrm{\α}(\mathrm{\λ}-{\mathrm{\λ}}_0-\mathrm{\Δ\λ})---\left(1\right)$

其中T₀ ^P是在P透射曲线的边沿上λ＝λ₀的透射。把总的入射光功率I分成其S偏振和P偏振分量将产生：

I_P＝ε_PI

I_S＝ε_SI

ε_P+ε_S＝1

0≤ε_P，ε_S≤1                          (2)

其中ε_P和ε_S分别是在P和S偏振状态下的总的入射光功率的一部分(fraction)。对于具有固定的偏振状态的光束，部分ε_P和ε_S是常数。假定输入到滤光器的光束已经从束分割元件透过(例如见图6A或9A)，在没有输入偏振器的情况下，滤光器传输的光功率信号S_F由下式给出：

$S_F=[{\mathrm{\ϵ}}_P*T_F^P+{\mathrm{\ϵ}}_S*T_F^S]T_{\mathrm{BS}}{\mathrm{\σ}}_{F}I$

$=[T_0^P+\mathrm{\α}(\mathrm{\λ}-{\mathrm{\λ}}_0)-\mathrm{\α}*\mathrm{\Δ\λ}*{\mathrm{\ϵ}}_S]T_{\mathrm{BS}}{\mathrm{\σ}}_{F}I---\left(3\right)$

其中T_BS是对于被传输到滤光器的辐射的分光器的传输系数，σ_F是提供信号S_F的检测器的检测器灵敏度。

给定一个未过滤的信号S_I＝(1-T_BS)σ_II，其基于来自束分割元件的剩余的辐射(未被传输到滤光器的)，并且和输入的光功率成正比，标称化的信号S_N由下式给出：

$S_N\≡\frac{S_F}{S_I}=[T_0^P+\mathrm{\α}(\mathrm{\λ}-{\mathrm{\λ}}_0-\mathrm{\Δ\λ}*{\mathrm{\ϵ}}_S)]\frac{{\mathrm{\σ}}_F{T}_{\mathrm{BS}}}{{\mathrm{\σ}}_1(1-T_{\mathrm{BS}})}---\left(4\right)$

其中σ_I是提供信号S_I的检测器的灵敏度。标称化的信号S_N独立于输入的光束的光功率波动，但是对于偏振改变σε_S，产生波长读出误差σλ，由下式给出：

δλ＝-Δλ*δε_S                             (5)

对于Δλ＝0.2nm和σε_S＝0.10，我们计算σλ＝0.02nm，在高精度的波长测量装置中，其表示一个显著的误差。偏振改变σε_S是相对于式4所示的初始值或校准值ε_s任何固定的或动态的改变。在各个实施例中，当一个初始、参考或校准信号测量和一个初始、参考或校准辐射波长对应地建立时，初始值ε_s被特意地或者隐含地建立。不过，当使用偏振器固定由波长相关的光学元件传输的光束的偏振状态，使得σε_S≈0时，误差项σλ消失。

应当理解，在光束进入波长相关的光学元件之前或者在其离开波长相关的光学元件之后利用偏振器固定光束的偏振在所得的固定偏振的光束中产生相同的光功率信号。即，沿着光路这两个光学元件的次序是可以互换的，并对于提供相应于在上述的分析中的信号S_F的辐射测量装置的结构，提供相同的误差减少。还应当理解，虽然上面的讨论着重由波长相关的光学元件的偏振灵敏度引起的变化，更一般地说，透射其以非正交的入射角接收的光束的任何光学元件的任何表面，将引入类似的偏振相关的信号改变，如透射其以任何入射角接收的光束的任何衍射光栅那样。因而，在按照本发明的各个示例的实施例中，沿着临界光信号通路由任何非正交表面或任何光栅透射的辐射的偏振用类似的方式被固定。

还应当理解，跟随着初始、参考或校准信号测量，如上所述，为了按照本发明提供上述的误差减少，以便使在式4中所示的标称化的信号S_N有效，信号S_I必须和信号S_F以同样的比例改变，如果输入的辐射的偏振改变的话。在各个示例的实施例中，按照本发明的波长测量装置被用于这样的应用中，其中输入的辐射的偏振不改变(虽然可能是未知的)，并且在这些实施例中，波长检测装置的结构不必包括特定的偏振器定向，以便确保这种比例性。不过，在各个其它的实施例中，为了在波动的输入辐射偏振的情况下确保这种比例性，用来确定信号S_I的辐射被固定在和用来确定信号S_F的辐射相同的偏振方向，并且偏振方向被这样选择，使得基于信号S_I和S_F的信号的比对于输入辐射的偏振方向是不敏感的。

在各个实施例中，这通过提供一个偏振器来实现，所述偏振器利用相同的偏振使输入到波长测量装置的所有的辐射偏振。在各个其它的实施例中，多个类似的偏振器，或者相同的偏振器的部分，用于沿着用来确定S_I和S_F的各个辐射通路固定相同的偏振方向。当以非正交入射角使用束分割元件以便提供两个用于分别确定S_I和S_F的各自的辐射通路时，偏振方向被或者垂直于或者平行于一个平面对准，所述平面平行于入射到束分割元件上的光束的方向和与束分割元件的束分割表面或平面正交的方向。这些偏振器可以沿着用于确定S_I和S_F的的各个通路在束分割元件之后和用于提供信号S_I和S_F的各个光学功率测量检测器之前被设置在任何位置。除非束分割元件是光栅表面，一般地说，线性偏振器的方向或者垂直于或者平行于一个平面，所述平面平行于入射光束的方向和与束分割表面正交的方向，这使得光束被这样定向，使得避免沿着用于确定S_I和S_F的辐射通路在透射的辐射中存在的P偏振分量和S偏振分量混和。当偏振器被类似地定向并且S偏振分量和P偏振分量不混和时，即，当偏振器被这样定向，使得第一和第二光束几乎是100％的P偏振分量或100％的S偏振分量时，标称化的信号S_N对于输入辐射的偏振方向是敏感的。下面进一步说明在不同的应用中可以使用的不同的另外的结构。

在用于确定辐射的波长相关特性的辐射测量装置中使用一个或几个偏振器是特别有利的，这是因为偏振的改变或变化可以由不同的源引起，而不限于和辐射源本身有关的原因。一些可能的使偏振改变的源包括但不限于：激光输出偏振(例如由于模式跳跃与/或模式竞争)；在光学链元件处的非正交的入射角(例如来自反射镜、分光器等的介电涂层的相移，其随着时间和温度而改变)；以及甚至偏振保持单模式光纤的使用(例如在光纤的输出处引起椭圆的偏振状态的不良的输入耦合与/或在光纤内的偏振模式耦合，由于机械的或热的扰动，两者可以随时间而改变)。

在按照本发明形成的辐射测量装置中可以使用各种偏振器，只要它们能够把非偏振的光转换成偏振光。一些合适的偏振器包括但不限于：线性偏振膜(例如对准的长链聚合物，典型的是层叠在塑料板或玻璃窗之间的二色性的塑料板)；金属薄膜(例如对准的金属球体，一般被设置在玻璃窗之间)；二色性线性玻璃偏振器(例如Polarcor^TM)；薄膜偏振器；铁丝栅格；偏振的立体分光器(例如设置在胶合的或光学连接的棱镜之间的电解质膜)；以及Glan-Thompson方解石或其它的双折射的晶体偏振器。

图7A表示带通滤光器的两个透射曲线，表示光的透射和其波长之间的关系。具体地说，其表示具有10度的入射角的光的P偏振透射曲线710和S偏振透射曲线712。曲线710和712之间的差由曲线714表示。图7B是一个类似的图，只是其中的光具有15度的入射角。比较图7A，7B可见，随着入射角的增加，偏振状态不同对光透射的影响增加，由于偏振状态改变而引起测量误差的可能性也增加。(见上面图4。)因而，按照本发明，在辐射测量装置中包括线性偏振器随着沿着辐射测量装置的光路在任何反射与/或透射表面(例如带通滤光器表面或分光器表面)上的光的入射角的增加变得相对地更为重要。

图8是表示在波长测量误差和通过单独一个带通滤光器的光的S偏振分量的部分的关系的曲线。S偏振部分为0表示完全是P偏振光束，而S偏振为1表示完全是S偏振光束。按照本发明，当未使用P偏振器时发生的波长测量误差沿着左侧的纵轴表示，而使用P偏振时发生的误差沿着右侧的纵轴表示。借助于比较左侧和右侧纵轴可见，使用P偏振器可以使波长测量误差减小100倍，这等于在这个计算中使用的偏振器的消光系数。为了把由于偏振改变而发生的误差减到最小，优选的是使用具有最大的可能的消光系数的偏振器。也可以产生表示波长测量误差和光的P偏振分量的部分之间的关系的类似曲线。在这种情况下，也希望使用具有100∶1的消光系数的S偏振器，以便使波长测量误差减小100倍。因而，在本发明的不同的实施例中，不论S偏振器或者P偏振器，都可以达到基本上相同的波长测量误差的减少。不过，在一些应用中，不论S偏振器或者是P偏振器，都可以比另一个更为有效，因而，例如，按照和使用的特定元件(光栅，分光器等)的光学特性有关的波长测量误差的减小优先选用S偏振器或P偏振器。在这些情况下，在不同的示例的实施例中，可以通过实验或模拟来确定与/或验证更有效的偏振器。

应当理解，对于在任何偏振敏感的反射或透射表面之前设置线性偏振器用于偏振在束通路中输入的辐射的这些实施例，偏振器可被定向使得混和S和P偏振分量，而对装置的性能没有有害影响。不过，对于线性偏振器被设置在偏振敏感的透射或反射表面例如束分割表面或其类似物后面的那些实施例，优选的是把所有的偏振器沿着S偏振方向或P偏振方向定向为相同的方向，以便避免混和沿着不同的信号通路的不同比例的S或P偏振分量。如本说明的其它部分所述，由于偏振敏感的透射或反射表面引起的沿着不同的信号通路产生的不同比例的S或P偏振分量的混和将产生具有对于输入的辐射的偏振是敏感的信号比的信号。如前所述，对准偏振器的方向，使得或者垂直或者平行于一个平面，所述平面和入射光束的方向以及垂直于入射表面的一个非正交的角的方向都平行，将按照需要提供沿着S偏振方向或P偏振方向之一的偏振器定向。类似地，当衍射效率具有严重的S或P偏振相关性时，沿着或者垂直于以正交的入射角使用的衍射光栅(例如作为束分割元件)的槽对准偏振器的方向，将按照需要提供沿着S或P偏振方向之一的偏振器方向。

图6B表示按照本发明构成的用于确定来自辐射源(未示出)的辐射的波长相关特性的辐射测量装置的另一个实施例600b。在这个实施例以及后面要说明的实施例中，和已经参照图6A说明的相同的元件具有相同的名称和标号，并且只对每个实施例中的唯一的区别进行详细说明。在图6B中，除去光栅615b被配置和设置用于把线性偏振器610接收的偏振束614分成两个不同角的光束621，622之外，辐射测量装置600b基本上和图6A的辐射测量装置600a相同。两个不同角的光束621和622相对于偏振器610和光栅615b的公共光轴623分别具有角α和β。只要两个角α和β彼此不同，来自光学功率测量检测器604和606的信号618和619便彼此不同，因而便可以由信号处理单元620以有意义的方式处理，以便确定辐射的波长相关特性。应当理解，在图6A，6B以及下面类似的图中一些元件和表面的表示只是示意的，除非另有文字说明或可由上下文看出。例如，为了避免在光学功率测量检测器604，606上的窗口的表面可能的偏振相关效应，在各个实施例中，它们被定向为垂直于接收的辐射。类似地，其中被表示为连续的单个元件的各种偏振器可以改为相类似的定向的分离的偏振器或一个偏振器的分离的部分，并且如果需要，还可以被定向为垂直于入射的辐射。

图6C表示按照本发明形成的用于确定来自辐射源(未示出)的辐射的波长相关特性的辐射测量装置的另一个实施例600c。在这个实施例中，除去线性偏振器610被置于把入射光束612分成两个不同的成角度光束627和628的光栅615b和波长相关的光学元件602之间之外，辐射测量装置600c和图6B的辐射测量装置600b基本相同。当光栅615b的操作或衍射具有严重的偏振相关性(或偏振灵敏度)时，或者当输入的辐射的偏振方向被固定(但是为一个未知的角度)时，这种结构适合于应用。如果偏振器被定向为或者平行于或者垂直于光栅的槽，则这种结构适合利用衍射效率依赖于偏振的光栅，即，当光栅615b具有严重的偏振相关性时。在图6C中，来自光栅615b的两个成不同角的光束627和628通过线性偏振器610前进，从而成为具有固定的线性偏振的两个光束，即光束629和630，然后以不同的入射角进入波长相关的光学元件602。来自波长相关的光学元件602的过滤光束分别被光学功率测量检测器604和606接收，然后由信号处理单元620组合和处理，以便确定辐射的波长相关特性。

图6D表示按照本发明形成的用于确定来自辐射源(未示出)的辐射的波长相关特性的辐射测量装置的另一个实施例600d。在这个实施例中，除去线性偏振器610和波长相关的光学元件602的位置被交换之外，辐射测量装置600d和图6C的辐射测量装置600c基本相同。因此，来自光栅615b的两个成不同角的光束627和628首先以不同的入射角进入波长相关的光学元件602，并且来自波长相关的光学元件602的过滤光束630和631进入线性偏振器610而成为偏振光束。来自线性偏振器610的偏振光束分别被光学功率测量检测器604和606接收，然后由信号处理单元620组合和处理，以便确定辐射的波长相关特性。这种结构，其中线性偏振器610被置于波长相关的光学元件602之后，当光栅615b和波长相关的光学元件602的操作具有严重的偏振相关性(或偏振灵敏度)时，或者当输入的辐射的偏振方向被固定(但是为一个未知的角度)时，适合于应用。如果偏振器被定向为或者平行于或者垂直于光栅的槽，则这种结构也适合利用衍射效率依赖于偏振的光栅，即，当光栅615b具有严重的偏振相关性时。在本发明的一些另外的实施例中，根据可以经济地得到的偏振器的质量，例如，设置两个线性偏振器可能是有利的，其中的一个设置在波长相关的光学元件602或光栅615b的前方，另一个设置在波长相关的光学元件602的后面。

图6E表示按照本发明形成的用于确定来自辐射源(未示出)的辐射的波长相关特性的辐射测量装置的另一个实施例600e。在这个实施例中，除去由两个成不同角的光束627和628共用的波长相关的光学元件602和线性偏振器610被两组代替之外：一组具有第一波长相关的光学元件602a和第一线性偏振器610a，另一组具有第二波长相关的光学元件602b和第二线性偏振器610b，辐射测量装置600e和图6D的辐射测量装置600d基本相同。和以前一样，来自光栅615b的两个成不同角的光束627和628被其相应的一组波长相关的光学元件和线性偏振器过滤和偏振，以便分别由光学功率测量检测器604和606接收。然后来自两个检测器604和606的信号由信号处理单元620组合和处理，以便确定辐射的波长相关特性。

图6F表示按照本发明形成的用于确定来自辐射源(未示出)的辐射的波长相关特性的辐射测量装置的另一个实施例600f。除去其包括一个附加的光栅用于产生4个要被测量和处理的单独的光束之外，辐射测量装置600f和图6A的辐射测量装置600a基本相同。这种结构允许进一步改善测量装置的精度，如序列号为10/251449的美国专利申请所述，该专利申请被包括在此作为参考。

辐射测量装置600f包括线性偏振器610，第一衍射光栅410，光学透明的底板420，第二衍射光栅430，波长相关的光学元件(例如滤光器结构)440和445，以及具有4个光检测器450，451，452，453的光检测器阵列。所有这些元件都被容纳在壳体470内。入射的输入光束402被线性偏振器610偏振，然后被第一光栅410分成入射的零级光束412和入射的一级光束416。在通过透明底板420之后，入射的零级光束412被第二光栅430分裂，从而提供包括过滤光束432和成角度的过滤光束434的第一过滤光束对431。同样，入射的一阶光束416被第二光栅430分裂，从而提供包括过滤光束436和成角度的过滤光束438的第二过滤光束对435。在图6F所示的示例的实施例中，衍射光栅410和430是被制造成相同的规范的炫耀光栅，除去一个被这样倒置，使得炫耀角沿着可操作的方向产生4个辐射束432，434，436和438，大致如图6F所示。在一个实施例中，衍射光栅410和430是炫耀光栅，用于产生零级和一阶衍射光栅中效率相等的辐射束，同时抑制其它的阶，如同这种衍射光栅领域中公知的那样。应当理解，光栅的参数例如光栅间距在图6F中未示出。4个辐射束432，434，436，438分别由4个光检测器450，451，452，453接收，并且来自4个光检测器的信号由信号处理单元620组合和处理，以便确定辐射的波长相关特性。

可用于处理来自辐射测量装置600f的信号，与/或来自这里包括的不同的其它的辐射测量装置的实施例的信号的不同的信号处理方法和公式在所包括的序列号为10/251449的美国专利申请中披露了。

图6G表示按照本发明形成的用于确定来自辐射源(未示出)的辐射的波长相关特性的辐射测量装置的另一个实施例600g。在这个实施例中，除去提供有波长相关的光学元件(例如滤光器)602用于以正交的入射角只接收和传输来自光栅615的偏振和透射光束616之外，辐射测量装置600g和图6A的辐射测量装置600a基本相同。因为线性偏振器610确保在光栅615上入射的光束具有固定的偏振状态，否则由于光栅615的偏振相关性而产生的任何测量误差都将被减小或基本上消除。来自波长相关的光学元件602的偏振和过滤光束625被光学功率测量检测器604接收。在另一方面，偏振和成角度光束617前进而不通过波长相关的光学元件602，以便由另一个光学功率测量检测器606接收。和以前一样，来自两个光学功率测量检测器604和606的信号然后由信号处理单元620组合和处理，以便确定辐射的波长相关特性。在图6G中，光检测器606的方向被明确地示出了，以便强调一个示例的实施例，其中所有的各自的表面都以正交的入射角接收所有的各自的输入光束。不过，应当理解，在这种结构中，光栅615仍然是一种偏振敏感的表面，如前所述。因而，按照本发明使用偏振器610对于减小与/或消除辐射测量装置600g中的不希望的偏振相关误差仍然是有利的。

图9A表示辐射测量装置的另一个实施例900a，其包括分光器915，并且其是按照本发明构成的，用于确定来自辐射源(未示出)的辐射的波长相关特性(例如波长)。本实施例的辐射测量装置900a包括和上面参照图2所述的具有分光器的现有技术的系统相似的结构，除去按照本发明的原理对所述结构增加了线性偏振器910之外。具体地说，装置900a包括被置于分光器915的前方的线性偏振器910，用于接收入射光束912，以便产生偏振束914，其具有相对于沿着辐射测量装置900a的光路包括的各个表面的受控的偏振方向。在所示的实施例中，在分光器915上入射的偏振束914被分成零角入射的透射光束916和成角度光束917。透射光束916被波长相关的光学元件902过滤，从而产生过滤光束918，过滤光束918的功率被光学功率测量检测器904检测。成角度光束917的功率被另一个光学功率测量检测器906检测。和以前一样，来自两个光学功率测量检测器904和906的信号919和920由信号处理单元921组合和处理，以便确定辐射的波长相关特性。这种结构，其中线性偏振器910被置于分光器915的前方，是有利的，这是因为，分光器915的有角度的表面具有不可避免的偏振相关，即其对于入射束的不同的偏振状态不同地分列入射束的功率。因为线性偏振器910确保入射到分光器915上的光束具有固定的偏振状态，使得否则由于分光器915的偏振相关性而引起的任何测量误差都被减小或者基本上被消除。如前所述，在这种结构中，偏振器可被定向为任何方便的方向，无论如何，该装置将对输入的辐射的偏振波动不敏感(即使由于一个方向而使输入辐射的S和P偏振分量混和。)

图9B表示按照本发明构成的包括分光器915b的辐射测量装置的另一个实施例900b，用于确定来自辐射源(未示出)的辐射的波长相关特性(例如波长)。本实施例的辐射测量装置900b和图9A的辐射测量装置900a类似，除去用于把入射束分成零入射角的透射光束916和成角度光束917的分光器915由更普通的分光器915b代替之外。所述分光器915b按照任何可操作的一对相对角度把入射光束分成两个光束930和932。第一光束930被波长相关的光学元件902(例如带通滤光器)过滤，从而产生过滤光束934，过滤光束934的功率被光学功率测量检测器904检测。第二光束932的功率被另一个光学功率测量检测器906检测。和以前一样，来自两个光学功率测量检测器904和906的信号919和920由信号处理单元921组合和处理，以便确定辐射的波长相关特性。

图9C表示按照本发明构成的用于确定来自辐射源(未示出)的辐射的波长相关特性辐射测量装置的另一个实施例900c。本实施例的辐射测量装置900c和图9B的辐射测量装置900b类似，除去设置有两个波长相关的光学元件902a，902b之外。所述两个波长相关的光学元件分别接收偏振和分裂光束930和932，以便产生两个过滤光束934和935。第一过滤光束934的功率被光学功率测量检测器904检测，而第二过滤光束935的功率被光学功率测量检测器906检测。和以前一样，来自两个光学功率测量检测器904和906的信号由信号处理单元921组合和处理，以便确定辐射的波长相关特性。

虽然已经说明了本发明的不同的示例的实施例，但是应当理解，偏振器、波长相关的光学元件(例如滤光器)、光学功率测量检测器以及在按照本发明的辐射测量装置中使用的各种其它元件的数量和配置/布置可以根据每种应用而改变。

此外，虽然上述的本发明的不同的实施例都涉及使用一个或几个偏振器，以便减小在辐射测量装置中的偏振相关误差，但是偏振相关误差也可以利用其它的方法来减小。例如，使用本领域技术人员公知的各种可以在市场上得到的光学元件或装置，可以构成一种结构，用于在入射光束进入辐射测量装置之前对入射光束进行去偏振，或者在获得辐射测量装置的各种测量信号时使用的(信号处理)信号综合时间间隔期间连续地使光的偏振旋转，借以有效地消除或避免装置的任何的偏振相关性。作为另一个例子，入射光可被分成3个光束，以便形成一个附加的检测器通道(例如第三检测器通道)，在所述附加的检测器通道中的光的偏振可以使用合适的偏振检测器来测量。然后根据存储在查看表中的或者按照预定的分析函数计算的预定的偏振相关校准系数并根据在第三检测器通道中检测的偏振用数字方式补偿任何偏振误差。作为另一个例子，可以使用专门设计和制造的具有减小的P-S传输相关性(减小的偏振相关性或偏振，灵敏度)的滤光器作为波长相关的光学元件，与/或类似地，可以制造其它元件，借以消除或避免任何偏振相关性。

虽然参照多个上述的示例的实施例对本发明进行了说明，但是对于至少具有本领域普通技能的技术人员，显然可以作出各种其它的替换、改型、改变、与/或基本等效物，不管现在是已知的还是未知的。因而，上面提出的本发明的示例的实施例旨在用于说明而不是用于限制。不脱离本发明的范围和构思，可以作出各种改变。因此，所提出的以及可能被修改的权利要求旨在包括所有已知的或者后来研制的替代物、改型、改变、改进与/或基本等效物。

Claims (22)

1.一种辐射测量装置，用于确定来自辐射源的辐射的波长相关的特性，所述辐射测量装置包括：

沿着第一光路设置的第一波长相关的光学元件；

沿着所述第一光路设置的在所述波长相关的光学元件后面的用于接收沿着所述第一光路传输的辐射的第一光学功率测量检测器；以及

沿着所述第一光路设置的在所述第一光学功率测量检测器之前的第一线性偏振器，

其中：

沿着所述第一光路传输的辐射在被所述第一光学功率测量检测器接收之前入射到至少一个沿着所述第一光路设置的偏振敏感的表面上，以及

所述第一线性偏振器被这样设置，使得由所述第一光学功率测量检测器接收的辐射已经由所述第一线性偏振器线性偏振。

2.如权利要求1所述的辐射测量装置，其中所述波长相关的光学元件包括带通滤光器。

3.如权利要求1所述的辐射测量装置，其中所述至少一个偏振敏感的表面包括波长相关的光学元件的一个表面。

4.如权利要求1所述的辐射测量装置，还包括：

沿着所述第一光路位于所述第一波长相关的光学元件之前的第一束分割元件；以及

沿着第二光路被设置在所述束分割元件之后用于接收沿着所述第二光路传输的辐射的第二光学功率测量检测器，

其中第一束分割元件接收来自辐射源的辐射，并沿着第一光路传输所述辐射的第一部分，沿着所述第二光路传输所述辐射的第二部分。

5.如权利要求4所述的辐射测量装置，其中第一束分割元件从由第一光栅和部分透射、部分反射的第一分光器构成的组中选择。

6.如权利要求4所述的辐射测量装置，其中至少一个偏振敏感的表面包括所述第一束分割元件的一个表面。

7.如权利要求4所述的辐射测量装置，其中由第一光学功率测量检测器接收的辐射被所述第一波长相关的光学元件过滤，并且所述辐射测量装置分别提供来自所述第一和第二光学功率测量检测器的第一和第二信号，其中基于至少所述第一和第二信号的信号比可用于确定来自所述辐射源的辐射的波长相关特性，并且所述信号比对于来自所述辐射源的辐射的偏振方向的变化是不敏感的。

8.如权利要求7所述的辐射测量装置，还包括信号处理电路，其接收分别来自第一和第二光学功率测量检测器的第一和第二信号，并根据所述第一和第二信号确定信号比，其中所述信号比指示来自所述辐射源的辐射的辐射波长和辐射频率中的至少一个。

9.如权利要求4所述的辐射测量装置，还包括沿着所述第二光路设置在所述第一束分割元件之后、所述第二光学功率测量检测器之前的第二波长相关的光学元件。

10.如权利要求9所述的辐射测量装置，其中所述第一和第二波长相关的光学元件包括单独一个波长相关的光学元件的第一和第二部分，并且所述至少一个偏振敏感的表面包括所述单独一个波长相关的光学元件的一个表面。

11.如权利要求10所述的辐射测量装置，其被这样构成，使得沿着所述第二光路传输的辐射的第二部分以正交的入射角入射到所述单独一个波长相关的光学元件的该表面上。

12.如权利要求10所述的辐射测量装置，其中沿着所述第二光路传输的辐射的第二部分以和沿着第一光路传输的辐射的第一部分的非正交的入射角不同的一个非正交的入射角入射到所述单独一个波长相关的光学元件的该表面上。

13.如权利要求10所述的辐射测量装置，其中所述第一束分割元件包括部分透射和部分反射的分光器，并且所述第一线性偏振器是：

位于所述分光器和所述单独一个波长相关的光学元件之间；

它被这样定向，使得其偏振是P1)垂直于、以及P2)平行于一个平面之一，所述平面平行于沿着所述第一光路传输的辐射的方向并平行于和所述分光器的束分割表面正交的方向；并且

被这样设置，使得被所述第一和第二光学功率测量检测器接收的辐射已被所述第一线性偏振器线性偏振。

14.如权利要求10所述的辐射测量装置，其中所述第一束分割元件包括具有槽的光栅，并且所述第一线性偏振器是：

位于所述光栅和所述单独一个波长相关的光学元件之间；

它被这样定向，使得其偏振是P1)垂直于、以及P2)平行于所述光栅的槽之一；并且

被这样设置，使得被第一和第二光学功率测量检测器接收的辐射已被所述第一线性偏振器线性偏振。

15.如权利要求10所述的辐射测量装置，其中所述第一线性偏振器被置于所述单独一个波长相关的光学元件之后，并被这样定向，使得其偏振是P1)垂直于，以及P2)平行于一个平面之一，所述平面平行于沿着所述第一光路传输的辐射的方向并平行于和所述第一束分割元件的束分割表面正交的方向，并被这样设置，使得被所述第一和第二光学功率测量检测器接收的辐射已被所述第一线性偏振器线性偏振。

16.如权利要求9所述的辐射测量装置，还包括：

第二束分割元件；

第三束分割元件；

沿着第三光路设置在所述第一波长相关的光学元件之后用于接收沿着第三光路传输的辐射的第三光学功率测量检测器；以及

沿着第四光路设置在所述第二波长相关的光学元件之后用于接收沿着第四光路传输的辐射的第四光学功率测量检测器；

其中：

所述第二束分割元件沿着所述第一光路设置在所述第一束分割元件之后、所述第一波长相关的光学元件之前；

所述第二束分割元件接收来自所述第一束分割元件的沿着所述第一光路传输的辐射的第一部分，并向所述第一波长相关的光学元件传输沿着第一光路的所述辐射的第一光路子部分、沿着第三光路的所述辐射的第三光路子部分，所述第一波长相关的光学元件向所述第一和第三光学功率测量检测器分别传输沿着第一和第三光路的辐射的第一光路子部分和所述辐射的第三光路子部分；以及

所述第三束分割元件接收来自所述第一束分割元件的沿着所述第二光路传输的辐射的第二部分，并向所述第二波长相关的光学元件传输沿着第二光路的所述辐射的第二光路子部分、沿着第四光路的所述辐射的第四光路子部分，所述第二波长相关的光学元件向所述第二和第四光学功率测量检测器分别传输沿着第二和第四光路的辐射的第二光路子部分和所述辐射的第四光路子部分。

17.如权利要求16所述的辐射测量装置，其中所述第二和第三束分割元件包括和所述第一束分割元件不同的单独一个束分割元件的第一和第二部分，并且第一线性偏振器位于所述第一束分割元件之前。

18.如权利要求9所述的辐射测量装置，还包括第二线性偏振器，其中所述第一束分割元件包括部分透射和部分反射的分光器，并且所述第一和第二线性偏振器被相类似地定向，使得它们的偏振方向是P1)垂直于、P2)平行于一个平面之一，所述平面平行于在所述分光器来自辐射源的辐射的方向，并平行于和所述分光器的束分割表面正交的方向，并且所述第二线性偏振器被这样设置，使得被所述第二光学功率测量检测器接收的辐射已被所述第二线性偏振器线性偏振。

19.如权利要求9所述的辐射测量装置，还包括第二线性偏振器，其中所述第一束分割元件包括具有槽的光栅，并且所述第一和第二线性偏振器被相类似地定向，使得它们的偏振方向是P1)垂直于、P2)平行于所述光栅的槽之一，并且所述第二线性偏振器被这样设置，使得被所述第二光学功率测量检测器接收的辐射已被所述第二线性偏振器线性偏振。

20.如权利要求4所述的辐射测量装置，其中所述第一线性偏振器位于所述第一束分割元件之前。

21.一种用于确定来自辐射源的辐射的波长相关特性的方法，包括：

(a)从所述辐射源输入辐射，并沿着第一光路传输所述输入的辐射的第一束，所述第一光路包括至少一个光学元件的至少一个表面，该至少一个光学元件被这样设置，使得所述第一束以非正交的入射角入射到所述至少一个表面上；

(b)沿着所述第一光路利用波长相关的光学元件接收所述第一束并沿着所述第一光路输出第一过滤束；

(c)利用沿着所述第一光路设置的第一光学功率测量检测器接收由所述波长相关的光学元件输出的第一过滤束；

(d)从所述第一光学功率测量检测器输出第一检测信号；以及

(e)利用稳定的偏振方向在沿着所述第一光路的一个点线性偏振沿着所述第一光路传输的辐射，所述点在下列至少之一之前：(1)第一光学功率测量检测器，和(2)波长相关的光学元件。

22.如权利要求21所述的方法，还包括：

(f)分割来自所述辐射源的输入辐射，从而沿着第一光路提供输入辐射的第一束和沿着第二光路提供输入辐射的第二束；

(g)利用所述波长相关的光学元件接收沿着所述第二光路的第二束并沿着所述第二光路输出第二过滤束；

(h)利用沿着所述第二光路设置的第二光学功率测量检测器接收由所述波长相关的光学元件输出的第二过滤束；

(i)利用稳定的偏振方向在沿着所述第二光路的一个点线性偏振沿着所述第二光路传输的辐射，所述点在下列至少之一之前：(2)波长相关的光学元件，以及(3)第二光学功率测量检测器；以及

(j)从所述第二光学功率测量检测器输出第二检测信号；以及

接收和处理所述第一和第二检测信号，以便根据至少所述第一和第二检测信号确定至少一个信号比，其中所述信号比指示来自所述辐射源的辐射的辐射波长和辐射频率中的至少一个，并且所述信号比对于来自辐射源的辐射的偏振方向的改变不敏感。

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