JPH06160718A - Confocal laser scanning differential interference microscope - Google Patents
Confocal laser scanning differential interference microscopeInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、コンフォーカルレーザ
走査顕微鏡に関する。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a confocal laser scanning microscope.
【0002】[0002]
【従来の技術】コンフォーカルレーザ走査顕微鏡は、レ
ーザ光源と、レーザ光源からの光束を被検物体上に集光
して光スポットを形成する照明光学系と、被検物体から
の光束を検出面上に集光する集光光学系と、検出面上に
集光された光束を検出する検出手段と、被検物体に対し
て光スポットを相対的に移動させるための走査手段とを
有し、被検物体上にレーザ光を集光し又検出面上におい
てもピンホール開口を通して光を検出している。このた
め、焦点深度が非常に浅いという利点を有しており、種
々の用途に用いられようとしている。2. Description of the Related Art A confocal laser scanning microscope comprises a laser light source, an illumination optical system that collects a light beam from the laser light source on an object to be examined to form a light spot, and a light beam from the object to be detected on a detection surface. It has a condensing optical system for converging on the upper side, a detecting means for detecting the luminous flux condensed on the detection surface, and a scanning means for relatively moving the light spot with respect to the object to be inspected, The laser light is focused on the object to be inspected, and the light is detected on the detection surface through the pinhole opening. Therefore, it has an advantage that the depth of focus is very shallow, and is about to be used for various purposes.
【0003】このようなコンフォーカルレーザ走査顕微
鏡を用いて、微分干渉像を得るためには、従来の一般的
光学顕微鏡に於ける微分干渉の構成を用いて実現するこ
とができる。しかしながら、歪の少ない特殊な対物レン
ズ、ノマルスキープリズム、波長板等が必要であるた
め、複雑な構成となるという欠点があった。In order to obtain a differential interference contrast image by using such a confocal laser scanning microscope, it can be realized by using the structure of the differential interference in the conventional general optical microscope. However, since a special objective lens with a small distortion, a Nomarski prism, a wave plate, etc. are required, there is a drawback that the structure becomes complicated.
【0004】このため、本発明者らは、特開平4−20
8913号公報のように、導波路を用いて小型で簡単な
構成に於いて物体の位相情報と振幅情報とを独立に得る
ことのできるコンフォーカルレーザ走査微分干渉顕微鏡
を提案している。この顕微鏡は、被検物体にレーザ光を
集光し、そのレーザスポットの集光光学系によるスポッ
ト像位置に、チャネル導波路を備えている。このチャネ
ル導波路は、スポット像位置に端面をもつダブルモード
導波路領域と、このダブルモード導波路を3本のシング
ルモード導波路に分岐する導波路分岐領域が設けられて
いる。3本のシングルモード導波路のうち両脇の2本の
シングルモード導波路の端面には、導波してきた光の光
量を検出するための検出手段が配置されている。中央の
1本のシングルモード導波路の端面には、被検物体に光
を照射するための光源が配置されている。また、中央の
1本のシングルモード導波路の中心線は、ダブルモード
導波路の中心線と一致するように配置されている。Therefore, the inventors of the present invention have disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-20.
As disclosed in Japanese Patent No. 8913, there is proposed a confocal laser scanning differential interference microscope capable of independently obtaining phase information and amplitude information of an object in a small and simple structure by using a waveguide. This microscope condenses laser light on an object to be inspected and has a channel waveguide at the spot image position of the condensing optical system of the laser spot. This channel waveguide is provided with a double mode waveguide region having an end face at the spot image position, and a waveguide branch region for branching this double mode waveguide into three single mode waveguides. Detection means for detecting the amount of guided light is arranged on the end faces of the two single-mode waveguides on both sides of the three single-mode waveguides. A light source for irradiating the object to be inspected with light is arranged on the end face of the single single-mode waveguide in the center. Further, the center line of one single-mode waveguide in the center is arranged so as to coincide with the center line of the double-mode waveguide.
【0005】光源から発せられた照明光は、中央のシン
グルモード導波路を伝搬し、さらにダブルモード導波路
を伝搬し、ダブルモード導波路の端面から出射されて、
被検物体に照射される。中央のシングルモード導波路の
中心線とダブルモード導波路の中心線とが一致するよう
な位置関係にすることによって、中央のシングルモード
導波路からダブルモード導波路へ入射する光は、ダブル
モード導波路で0次モードのみを励振し、光強度および
位相が正規分布のスポット光をダブルモード導波路の端
面から被検物体に出射する。Illumination light emitted from the light source propagates through the central single mode waveguide, further propagates through the double mode waveguide, and is emitted from the end face of the double mode waveguide.
The object to be inspected is irradiated. By making the positional relationship such that the center line of the central single-mode waveguide and the center line of the double-mode waveguide match, the light that enters the double-mode waveguide from the central single-mode waveguide is Only the 0th-order mode is excited in the waveguide, and spot light having a normal distribution of light intensity and phase is emitted from the end face of the double mode waveguide to the object to be inspected.
【0006】被検物体からの反射光は、先ほどのダブル
モード導波路の端面から入射してダブルモード導波路を
伝搬し、両脇の2本のチャネル導波路を伝搬して検出手
段で検出される。2本のチャネル導波路を通る光量差を
検出することによって、被検物体の微視的な傾斜が検出
される。また、この顕微鏡では、特別な対物レンズやノ
マルスキープリズムや波長板等の光学素子が不要であ
る。さらに、被検物体への光の照射中心と、被検物体か
らの反射光の集光中心とが、同一のダブルモード導波路
の端面であるため、従来困難であった光源側と受光側の
位置合わせが不要である。The reflected light from the object to be inspected is incident from the end face of the double mode waveguide, propagates through the double mode waveguide, propagates through the two channel waveguides on both sides, and is detected by the detecting means. It By detecting the difference in the amount of light passing through the two channel waveguides, the microscopic tilt of the object to be measured can be detected. Further, this microscope does not require a special objective lens, a Nomarski prism, an optical element such as a wave plate. Further, since the irradiation center of the light to the object to be inspected and the condensing center of the reflected light from the object to be inspected are the end faces of the same double mode waveguide, it is difficult for the light source side and the light receiving side to be difficult. No alignment required.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上述のように、上記特
開平4−208913号公報に記載されているコンフォ
ーカルレーザ走査微分干渉顕微鏡では、中央のシングル
モード導波路の中心線とダブルモード導波路の中心線と
が一致するような位置関係にすることによって、中央の
シングルモード導波路からダブルモード導波路へ入射す
る光に、ダブルモード導波路で0次モードのみを励振さ
せる構成になっている。As described above, in the confocal laser scanning differential interference microscope disclosed in JP-A-4-208913, the center line of the central single mode waveguide and the double mode waveguide. By making the positional relationship so that the center line of the double mode waveguide coincides with the center line of the double mode waveguide, only the zero-order mode is excited in the light entering the double mode waveguide from the central single mode waveguide. .
【0008】しかしながら、中央のシングルモード導波
路の中心線とダブルモード導波路の中心線とが完全に一
致するように導波路を製造するのは製造プロセス上困難
である。However, it is difficult in the manufacturing process to manufacture the waveguide so that the center line of the central single-mode waveguide and the center line of the double-mode waveguide completely coincide with each other.
【0009】しかしながら、チャネル導波路を作製する
際、中心線がずれたり、分岐領域部分が中心対称でなく
非対称になったり、ダブルモードチャネル導波路の屈折
率分布に片寄りが生じたりすると、ダブルモード領域内
に0次モードの他に1次モードも励振されてしまう可能
性がある。1次モードが励振された場合には、光強度お
よび位相が正規分布のスポット光が照射されないため、
被検物体の反射光から、被検物体の微視的な傾斜を検出
することができなくなる。そのため、導波路を高精度に
作製しなければならず、高価な装置になるという問題点
があった。However, when the channel waveguide is manufactured, if the center line is deviated, the branch region portion is not center-symmetrical but asymmetrical, or the refractive index distribution of the double-mode channel waveguide is deviated, double In addition to the 0th-order mode, the 1st-order mode may be excited in the mode region. When the primary mode is excited, spot light having a normal distribution of light intensity and phase is not emitted,
It becomes impossible to detect the microscopic inclination of the test object from the reflected light of the test object. Therefore, the waveguide must be manufactured with high accuracy, and there is a problem that the device becomes an expensive device.
【0010】本発明の目的は、導波路の端面から被検物
体へ光を照射し、反射光を前記導波路の端面に集光する
構成のコンフォーカルレーザ走査微分干渉顕微鏡であっ
て、容易に製造することのできる導波路でありながら、
照明光を0次モードのみで伝搬することのできる導波路
を備えたコンフォーカルレーザ走査微分干渉顕微鏡を提
供することにある。It is an object of the present invention to provide a confocal laser scanning differential interference microscope which is configured to irradiate an object to be measured with light from an end face of a waveguide and to collect reflected light on the end face of the waveguide. Although it is a waveguide that can be manufactured,
An object of the present invention is to provide a confocal laser scanning differential interference microscope equipped with a waveguide capable of propagating illumination light only in the 0th mode.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、被検物体に光を照射するための照
明手段と、前記被検物体から反射光を検出するための検
出手段と、前記照明手段から照射された光と前記被検物
体からの反射光とを伝搬するための導波路部とを有し、
前記導波路部は、前記主幹導波路と、前記主幹導波路を
3本の導波路に分岐する分岐部と、前記分岐部に接続さ
れた3本の枝導波路部とを有し、前記照明手段は、前記
3本の枝導波路のうち中央の枝導波路に光を入射する位
置に配置され、前記前記検出手段は、前記3本の枝導波
路のうち両脇の枝導波路を伝搬した光を検出する位置に
配置され、前記主幹導波路の端面と前記被検物体の間に
は、偏光方向を変換する変換手段が配置され、前記3本
の枝導波路のうち中央の枝導波路は、前記照明手段から
の光に対してシングルモード導波路であり、前記主幹導
波路は、屈折率に異方性を有する材料によって形成さ
れ、偏光方向aの直線偏光に対してシングルモード導波
路であり、偏光方向b(ただしa≠b)の直線偏光に対
してダブルモード導波路であり、前記照明手段は、偏光
方向aの直線偏光を出射し、前記中央の枝導波路と前記
主幹導波路とは、前記照明手段から出射された偏光方向
aの照明光をシングルモードで伝搬して、前記主幹導波
路の端面から前記被検物体に照射させ、前記変換手段
は、前記主幹導波路の端面から出射された偏光方向aの
直線偏光を円偏光に変換し、前記被検物体により反射さ
れた円偏光の反射光を偏光方向bの直線偏光に変換し、
また、前記主幹導波路は、前記被検物体からの偏光方向
bの反射光をダブルモードで伝搬し、前記分岐部は、前
記主幹導波路を伝搬した光を前記3本の枝導波路のうち
両脇の枝導波路に分配することを特徴とするコンフォー
カルレーザ走査微分干渉顕微鏡が提供される。In order to achieve the above object, according to the present invention, an illuminating means for irradiating an object to be inspected with light and a detecting means for detecting reflected light from the object to be inspected. And a waveguide section for propagating the light emitted from the illumination means and the reflected light from the object to be inspected,
The waveguide section includes the main waveguide, a branch section that branches the main waveguide into three waveguides, and three branch waveguide sections that are connected to the branch section. The means is disposed at a position where light is incident on the central branch waveguide of the three branch waveguides, and the detection means propagates through the branch waveguides on both sides of the three branch waveguides. Is arranged at a position for detecting the reflected light, conversion means for converting the polarization direction is arranged between the end face of the main waveguide and the object to be inspected, and the central branch conductor of the three branch waveguides is arranged. The waveguide is a single mode waveguide for the light from the illumination means, and the main waveguide is made of a material having anisotropy in the refractive index, and is a single mode waveguide for linearly polarized light in the polarization direction a. It is a waveguide and is a double mode guide for linearly polarized light with polarization direction b (where a ≠ b). The illumination means emits linearly polarized light in the polarization direction a, and the central branch waveguide and the main waveguide are single-mode illumination light emitted in the polarization direction a from the illumination means. After propagating and irradiating the object to be inspected from the end face of the main waveguide, the conversion means converts the linearly polarized light in the polarization direction a emitted from the end face of the main waveguide into circularly polarized light, and Convert the circularly polarized light reflected by the object to linearly polarized light in the polarization direction b,
The main waveguide propagates the reflected light in the polarization direction b from the object to be examined in a double mode, and the branching unit propagates the light propagated in the main waveguide among the three branch waveguides. A confocal laser scanning differential interference microscope is provided, which is characterized in that it is distributed to branch waveguides on both sides.
【0012】[0012]
【作用】本発明のコンフォーカルレーザ走査微分干渉顕
微鏡は、被検物体を照明するための光と、被検物体から
の反射光とを偏光方向の異なる直線偏光に変換して、主
幹導波路を伝搬させる。また、主幹導波路は、屈折率に
異方性を有する材料によって形成され、照明光の偏光に
対する屈折率よりも、反射光の偏光に対する屈折率が大
きくなる方位に導波路を形成することにより、照明光に
対してはシングルモード導波路、被検物体からの反射光
に対してはダブルモード導波路として、それぞれの光を
伝搬する。The confocal laser scanning differential interference microscope of the present invention converts the light for illuminating the object to be inspected and the reflected light from the object to be inspected into linearly polarized light having different polarization directions to form a main waveguide. Propagate. Further, the main waveguide is formed of a material having anisotropy in refractive index, and by forming the waveguide in an orientation in which the refractive index for the polarized light of the reflected light is larger than the refractive index for the polarized light of the illumination light, A single mode waveguide is used for the illumination light, and a double mode waveguide is used for the reflected light from the object to be inspected.
【0013】したがって、主幹導波路は、照明光に対し
ては常にシングルモード導波路であるので、奇モードを
励振してしまう恐れは全くなく、照明光を常に0次モー
ドのみで伝搬して、光量および位相が正規分布のスポッ
ト光を被検物体に出射する。よって、中央の枝導波路と
主幹導波路との接続関係は、伝搬した光を効率良く受け
渡すことができれば十分であり、厳密な精度で製造する
必要はなく、既に知られている方法によって容易に形成
することができる。Therefore, since the main waveguide is always a single mode waveguide for illumination light, there is no possibility of exciting an odd mode, and the illumination light always propagates only in the 0th mode. Spot light having a normal distribution of light quantity and phase is emitted to the object to be inspected. Therefore, the connection relationship between the central branch waveguide and the main waveguide is sufficient if the propagating light can be efficiently delivered, and it is not necessary to manufacture it with strict accuracy, and it is easy to use a known method. Can be formed.
【0014】一方、主幹導波路は、被検物体からの反射
光に対しては、常にダブルモード導波路であり、主幹導
波路中で0次モード光と1次モード光とを干渉させて、
干渉光を2本の枝導波路に分岐させる。検出手段は、2
本の枝導波路を伝搬する光の光量差から、被検物体の微
分情報を得ることができる。ダブルモード導波路を用い
ることによって、被検物体の微分情報を得る原理につい
ては、特開平4−208913号公報に詳細に記載され
ている。On the other hand, the main waveguide is always a double mode waveguide for the reflected light from the object to be inspected, and the 0th mode light and the 1st mode light are caused to interfere in the main waveguide,
The interference light is branched into two branch waveguides. The detection means is 2
The differential information of the object to be inspected can be obtained from the difference in the amount of light propagating through the branch waveguides. The principle of obtaining the differential information of the object to be inspected by using the double mode waveguide is described in detail in Japanese Patent Laid-Open No. 4-208913.
【0015】このように、本発明では、照明光と反射光
の偏光方向を異なる方向にし、かつ、主幹導波路を屈折
率が偏光方向に異方性のある材料によって形成すること
によって、主幹導波路を照明光に対してはシングルモー
ド、反射光に対してはダブルモードにするものである。
これにより、容易に製造することのできる導波路であり
ながら、照明光を0次モードのみで伝搬することのでき
る導波路を備えたコンフォーカルレーザ走査微分干渉顕
微鏡が実現される。As described above, according to the present invention, the polarization directions of the illumination light and the reflected light are set to different directions, and the main waveguide is formed of a material having a refractive index anisotropic in the polarization direction. The waveguide is set to a single mode for illumination light and a double mode for reflected light.
As a result, a confocal laser scanning differential interference microscope including a waveguide that can be easily manufactured and that can propagate illumination light only in the 0th mode can be realized.
【0016】[0016]
【実施例】本発明の一実施例のコンフォーカルレーザ走
査微分干渉顕微鏡について、図面を用いて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A confocal laser scanning differential interference microscope according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
【0017】本発明の第1の実施例のコンフォーカルレ
ーザ走査微分干渉顕微鏡を図1に示す。FIG. 1 shows a confocal laser scanning differential interference microscope according to the first embodiment of the present invention.
【0018】第1の実施例のコンフォーカルレーザ走査
微分干渉顕微鏡は図1のように、被検物体9に光を照射
するためのレーザ光源1と、被検物体9から反射光を検
出するための光検出器14、15とを備えている。ま
た、レーザ光源1から照射された照明光と、被検物体9
からの反射光とを伝搬するための導波路が形成されたニ
オブ酸リチウム基板3が配置されている。As shown in FIG. 1, the confocal laser scanning differential interference microscope of the first embodiment has a laser light source 1 for irradiating an object 9 with light and a reflected light from the object 9 for detection. Photodetectors 14 and 15 of FIG. Further, the illumination light emitted from the laser light source 1 and the object 9 to be inspected
A lithium niobate substrate 3 on which a waveguide for propagating reflected light from is formed.
【0019】基板3には、主幹チャネル導波路4と、主
幹チャネル導波路4を3本の導波路に分岐する分岐部1
3と、分岐部13に接続された3本の枝チャネル導波路
10、2、11とが形成されている。A substrate 3 has a main channel waveguide 4 and a branching portion 1 for branching the main channel waveguide 4 into three waveguides.
3 and three branch channel waveguides 10, 2 and 11 connected to the branch portion 13 are formed.
【0020】レーザ光源1は、偏光方向a(導波路の深
さ方向の偏光)の直線偏光を出射する光源であり、中央
の枝チャネル導波路2の端面に配置されている。中央の
枝チャネル導波路2は、レーザ光源1から発せられる偏
光方向aの直線偏光に対して、シングルモードとなるよ
うに形成されている。レーザ光源1から出射された光
は、中央の枝チャネル導波路2と主幹チャネル導波路4
とを伝搬して、主幹チャネル導波路の端面5から被検物
体9に対して照射される。The laser light source 1 is a light source that emits linearly polarized light having a polarization direction a (polarization in the depth direction of the waveguide), and is arranged on the end face of the central branch channel waveguide 2. The central branch channel waveguide 2 is formed so as to be a single mode for linearly polarized light in the polarization direction a emitted from the laser light source 1. The light emitted from the laser light source 1 is divided into a central branch channel waveguide 2 and a main channel waveguide 4
And is propagated through the end surface 5 of the main channel waveguide to irradiate the object 9 to be inspected.
【0021】基板3と被検物体9との間には、四分の一
波長板6と、X−Yスキャンニング手段7と、対物レン
ズ8とが順に配置され、照明光の直線偏光を円偏光に変
換し、走査し、被検物体9上に集光する。これらの光学
系は、被検物体9からの円偏光の反射光を、照明光と直
交する偏光方向b(導波路の幅方向の偏光)の直線偏光
に変換し、主幹チャネル導波路4の端面5に集光させる
光学系を兼ねている。A quarter-wave plate 6, an XY scanning means 7 and an objective lens 8 are arranged in this order between the substrate 3 and the object 9 to be inspected, and linearly polarized illumination light is circularly polarized. It is converted into polarized light, scanned, and condensed on the object 9 to be inspected. These optical systems convert the circularly polarized reflected light from the test object 9 into linearly polarized light having a polarization direction b (polarization in the width direction of the waveguide) orthogonal to the illumination light, and end faces of the main channel waveguide 4 are converted. It also serves as an optical system for focusing light on 5.
【0022】被検物体9からの反射光は、主幹チャネル
導波路4の端面5から入射して、主幹チャネル導波路4
を導波した後、分岐されて3本の枝チャネル導波路のう
ち両脇の枝チャネル導波路10、11を伝搬する。光検
出器14、15は、両脇の枝チャネル導波路10、11
の端面に配置され、伝搬してきた光の強度を検出する。The reflected light from the object 9 to be inspected enters from the end face 5 of the main channel waveguide 4 and is transmitted to the main channel waveguide 4.
Of the three branch channel waveguides and propagates through the branch channel waveguides 10 and 11 on both sides of the three branch channel waveguides. The photodetectors 14 and 15 include branch channel waveguides 10 and 11 on both sides.
It is arranged on the end face of and detects the intensity of the propagating light.
【0023】主幹チャネル導波路4は、屈折率に異方性
を有する材料によって形成されている。そして、上述の
ように偏光方向a(導波路の深さ方向の偏光)の直線偏
光に対してシングルモード導波路であるが、偏光方向b
(導波路の幅方向の偏光)の直線偏光である反射光に対
しては、ダブルモード導波路となるように構成されてい
る。The main channel waveguide 4 is made of a material having anisotropy in refractive index. Then, as described above, the linearly polarized light in the polarization direction a (polarization in the depth direction of the waveguide) is a single mode waveguide, but the polarization direction b
A double-mode waveguide is configured for the reflected light that is linearly polarized light (polarized light in the width direction of the waveguide).
【0024】光検出器14、15には、光量の差を求め
るための差動検出手段16が接続されている。差動検出
器16の出力信号17は、制御手段18に入力される。
また、制御手段18には、X−Y2次元スキャニング手
段7が接続されていて、光スポットの位置を制御手段1
8に入力する。制御手段18は、被検物体9の微分信号
像を合成してモニタ19に表示させる。The photodetectors 14 and 15 are connected to a differential detecting means 16 for obtaining a difference in light quantity. The output signal 17 of the differential detector 16 is input to the control means 18.
Further, the XY two-dimensional scanning means 7 is connected to the control means 18, and the position of the light spot is controlled by the control means 1.
Enter in 8. The control means 18 synthesizes the differential signal image of the object 9 to be inspected and displays it on the monitor 19.
【0025】次に、図2を用いて基板3上に形成された
各導波路4、10、2、11の構成について詳細に説明
する。本実施例では、レーザ光源1として、半導体レー
ザを用いた。また、基板3としては、xカットy伝搬の
ニオブ酸リチウム単結晶をもちいた。図2のように、主
幹チャネル導波路4は、Ti拡散ニオブ酸リチウム領域
73を中心に、Ti拡散およびプロトン交換が施された
ニオブ酸リチウム領域72a、72bと、プロトン交換
ニオブ酸リチウム領域71a、71bとを備えて構成さ
れている。枝チャネル導波路2は、Ti拡散ニオブ酸リ
チウムで構成されている。枝チャネル導波路10、11
は、プロトン交換ニオブ酸リチウムで構成されている。Next, the structure of each of the waveguides 4, 10, 2 and 11 formed on the substrate 3 will be described in detail with reference to FIG. In this embodiment, a semiconductor laser is used as the laser light source 1. As the substrate 3, an x-cut y-propagation lithium niobate single crystal was used. As shown in FIG. 2, the main channel waveguide 4 has a Ti-diffused lithium niobate region 73 as a center, and Ti-diffused and proton-exchanged lithium niobate regions 72a and 72b and a proton-exchanged lithium niobate region 71a. 71b and is comprised. The branch channel waveguide 2 is composed of Ti-diffused lithium niobate. Branch channel waveguides 10 and 11
Is composed of proton-exchanged lithium niobate.
【0026】ニオブ酸リチウム単結晶は三方晶系に属
し、光軸xyzは、直交しており、各光軸方向の偏光に
対して図6のように、異方性のある屈折率を示す。ま
た、このニオブ酸リチウム単結晶にTiを拡散した場合
には、xyz各方向について屈折率が増加する。本実施
例の場合、xカットy伝搬であるので、導波路の幅方向
が異常光線、導波路の深さ方向が常光線となる。Tiを
拡散した場合の屈折率の増加量は常光線は6×10~3程
度、異常光線は1.3×10~2程度である。一方、この
ニオブ酸リチウム単結晶をプロトン交換した場合、z偏
光に対しては、Ti拡散以上に大きく屈折率が増加する
が、y偏光x偏光に対しては、逆に屈折率が若干減少す
る。すなわち、プロトン交換部分は異常光線に対する屈
折率のみが増加し、その増加量は1.3×10~1程度で
ある。また、プロトン交換したニオブ酸リチウムは、プ
ロトン交換後の熱処理によって屈折率が低下するので、
熱処理条件により、表1のような範囲の屈折率をとる。The lithium niobate single crystal belongs to the trigonal system, the optical axes xyz are orthogonal to each other, and an anisotropic refractive index is shown for polarized light in each optical axis direction, as shown in FIG. In addition, when Ti is diffused in this lithium niobate single crystal, the refractive index increases in each xyz direction. In the case of the present embodiment, since x-cut y-propagation is performed, the width direction of the waveguide becomes an extraordinary ray and the depth direction of the waveguide becomes an ordinary ray. The amount of increase in the refractive index when Ti is diffused is about 6 × 10 3 for ordinary rays and about 1.3 × 10 2 for extraordinary rays. On the other hand, when this lithium niobate single crystal is proton-exchanged, the refractive index for z-polarized light increases more than Ti diffusion, but for y-polarized light x-polarized light, the refractive index slightly decreases. . That is, in the proton exchange part, only the refractive index for extraordinary rays increases, and the amount of increase is about 1.3 × 10 -1 . In addition, since the proton-exchanged lithium niobate has a reduced refractive index due to the heat treatment after the proton exchange,
Depending on the heat treatment conditions, the refractive index in the range as shown in Table 1 is taken.
【0027】[0027]
【表1】 [Table 1]
【0028】Ti拡散で作製した枝チャネル導波路2
は、異常光線と常光線の両方に対してシングルモードで
ある直線導波路である。主幹チャネル導波路4のプロト
ン交換ニオブ酸リチウム領域71a、71bは、異常光
線(導波路幅方向の偏光)に対する屈折率のみが増加す
るので、主幹チャネル導波路4は、異常光線を領域71
a、71b、72a、72b、73によって伝搬するダ
ブルモードチャネル導波路である。一方、常光線(導波
路の深さ方向の偏光)については、領域72a、72
b、73のみで伝搬し、シングルモードチャネル導波路
となる。Branch channel waveguide 2 produced by Ti diffusion
Is a linear waveguide that is single mode for both extraordinary and ordinary rays. Since only the refractive index for the extraordinary ray (polarized light in the waveguide width direction) of the proton-exchanged lithium niobate regions 71a and 71b of the main channel waveguide 4 increases, the main channel waveguide 4 has the extraordinary ray region 71a.
A double-mode channel waveguide propagating by a, 71b, 72a, 72b, and 73. On the other hand, for ordinary rays (polarized light in the depth direction of the waveguide), the regions 72a, 72a
Only b and 73 propagate and become a single mode channel waveguide.
【0029】このように、主幹チャネル導波路4は、導
波路の幅方向の偏光(異常光線)については、ダブルモ
ード導波路であるが、導波路の深さ方向の偏光(常光
線)については、シングルモード導波路である。本実施
例では、レーザ光源1の偏光方向aが、主幹チャネル導
波路4の導波路の深さ方向に一致するようにレーザ光源
1を配置している。また、被検物体9の反射光は、四分
の一波長板6によって、主幹チャネル導波路4の幅方向
に一致する偏向方向に変換されて、主幹チャネル導波路
4に入射する。As described above, the main channel waveguide 4 is a double-mode waveguide for polarization in the width direction of the waveguide (extraordinary ray), but for polarization in the depth direction of the waveguide (ordinary ray). , A single mode waveguide. In the present embodiment, the laser light source 1 is arranged so that the polarization direction a of the laser light source 1 coincides with the depth direction of the waveguide of the main channel waveguide 4. Further, the reflected light of the object 9 to be inspected is converted by the quarter-wave plate 6 into a deflection direction that coincides with the width direction of the main channel waveguide 4, and enters the main channel waveguide 4.
【0030】これにより、主幹チャネル導波路4は、レ
ーザ光源1から発せられた照明光を常に0次モードで伝
搬して、端面5から出射する。0次モードで伝搬した光
は、光量および位相が正規分布であるので、被検物体9
からの反射光には、被検物体9の微分情報のみが含まれ
る。また、枝チャネル導波路2および主幹チャネル導波
路4は、照明光に対して両者共シングルモードであるの
で、光量を効率良く受け渡すことができる程度の精度に
接続されていれば十分であるので、基板3上の分岐部1
3は、容易に形成することができる。As a result, the main channel waveguide 4 always propagates the illumination light emitted from the laser light source 1 in the 0th mode and emits it from the end face 5. The light quantity and phase of the light propagated in the 0th-order mode have a normal distribution, so
The reflected light from includes only the differential information of the object 9 to be inspected. Further, since the branch channel waveguide 2 and the main channel waveguide 4 are both in a single mode with respect to the illumination light, it is sufficient if they are connected with such an accuracy that the light quantity can be efficiently transferred. , Branch 1 on substrate 3
3 can be easily formed.
【0031】また、主幹チャネル導波路4は、被検物体
9からの反射光に対してはダブルモード導波路である
で、伝搬した光を枝チャネル導波路10、11に分岐す
ることによって、反射光から被検物体の微分情報を取り
出すことができる。Further, the main channel waveguide 4 is a double mode waveguide for the reflected light from the object 9 to be inspected, and the propagated light is reflected by branching into the branch channel waveguides 10 and 11. The differential information of the object to be inspected can be extracted from the light.
【0032】主幹チャネル導波路4の端面5を射出した
照明光は、上述のように導波路の幅方向の直線偏光であ
り、四分の一波長板6を通過することによって円偏光に
変換され、X−Y2次元スキャンニング手段7を経て対
物レンズ8に入射し物体面9上に集光される。スポット
光で照明された物体9上の一点に傾きまたは反射率の勾
配があった場合、スポット光の反射光に位相分布または
強度分布に傾斜が生じる。反射光は、再び対物レンズ8
およびX−Y2次元スキャニング手段7を経て再び四分
の一波長板6を通過することによって、偏光が円偏光か
ら導波路出射時の偏光方向と直交した導波路の幅方向の
偏光方向の直線偏光に変換され、主幹チャネル導波路4
の端面5上に集光される。ここでチャネル導波路4の入
射端がピンホールと同様の働きをするのでこの構成はコ
ンフォーカルレーザ走査顕微鏡を構成する。スポット光
の反射光に位相分布または強度分布に傾斜があった場
合、この傾斜により異常光線に対するダブルモードチャ
ネル導波路4内に偶・奇両モードが励振され両モードの
干渉により分岐領域13に達した時に、2本の枝チャネ
ル導波路10、11に分配される光量が異なる。したが
って、2つの光検出器14、15に達する光パワーの比
が変化する。よって、差動検出手段16によって2つの
検出器14、15の出力の差信号をとることにより物体
9上の微小な段差または反射率変化を検出することがで
きる。The illumination light emitted from the end face 5 of the main channel waveguide 4 is linearly polarized light in the width direction of the waveguide as described above, and is converted into circularly polarized light by passing through the quarter wavelength plate 6. , X-Y two-dimensional scanning means 7, and enters the objective lens 8 and is condensed on the object plane 9. When a point on the object 9 illuminated by the spot light has an inclination or a gradient of reflectance, the reflected light of the spot light has an inclination in phase distribution or intensity distribution. The reflected light is again the objective lens 8
And passing through the quarter-wave plate 6 again through the XY two-dimensional scanning means 7 so that the polarized light is linearly polarized in the widthwise polarization direction of the waveguide orthogonal to the polarization direction at the time of exiting the waveguide from circularly polarized light. Converted to the main channel waveguide 4
Is condensed on the end face 5 of the. Since the incident end of the channel waveguide 4 functions like a pinhole, this structure constitutes a confocal laser scanning microscope. When the reflected light of the spot light has an inclination in the phase distribution or the intensity distribution, this inclination causes the even and odd modes to be excited in the double mode channel waveguide 4 with respect to the extraordinary ray and reach the branch region 13 due to the interference of both modes. At this time, the amounts of light distributed to the two branch channel waveguides 10 and 11 are different. Therefore, the ratio of the optical power reaching the two photodetectors 14, 15 changes. Therefore, the differential detecting means 16 can detect a minute step or a change in reflectance on the object 9 by taking a difference signal between the outputs of the two detectors 14 and 15.
【0033】このとき異常光線に対するダブルモード導
波路の長さLは、完全結合長をLcとして、物体の位相
分布を観察するときは、 L=Lc(2m+1)/2 (m=0,1,2,・
・・) 同様に、物体の強度分布を観察するときは、 L=mLc (m=1,2,・・
・)とすればよい。この構成は、微分干渉系となる。こ
れらのことについては、特開平4−208913号公報
に詳細に記載されている。At this time, the length L of the double-mode waveguide for the extraordinary ray is L = Lc (2m + 1) / 2 (m = 0, 1, when observing the phase distribution of the object with the complete coupling length Lc. 2, ...
..) Similarly, when observing the intensity distribution of an object, L = mLc (m = 1, 2, ...
·)And it is sufficient. This configuration is a differential interference system. These matters are described in detail in JP-A-4-208913.
【0034】ここで、ニオブ酸リチウム基板3は、電気
光学効果を有しているので、電極12に印加する電圧を
変化させれば、完全結合長Lcを変化させることができ
る。よって、上記2つの条件は電極12に印加する電圧
を調整することで、同一のダブルモード領域の長さLに
対して成り立つ。即ち、1つの導波路デバイスで物体の
位相情報と強度分布とを独立に検出することができる。Since the lithium niobate substrate 3 has an electro-optic effect, the complete bond length Lc can be changed by changing the voltage applied to the electrode 12. Therefore, the above two conditions are satisfied for the same length L of the double mode region by adjusting the voltage applied to the electrode 12. That is, the phase information and the intensity distribution of the object can be independently detected by one waveguide device.
【0035】つぎに、基板3上に導波路4、10、2、
11を作製する製造方法について説明する。まず、ニオ
ブ酸リチウム基板3上に、枝チャネル導波路2の領域
と、主幹チャネル導波路4の領域73、72a、72b
に、熱拡散法でTiを拡散させた。熱拡散法は、Tiを
基板3上の上記領域に堆積させ、これを高温の炉の中に
一定時間加熱して、堆積させたTiを基板3中に拡散さ
せてTi拡散ニオブ酸リチウム単結晶を作製する。Next, the waveguides 4, 10, 2,
A manufacturing method for manufacturing 11 will be described. First, on the lithium niobate substrate 3, regions of the branch channel waveguide 2 and regions 73, 72a, 72b of the main channel waveguide 4 are formed.
Then, Ti was diffused by the thermal diffusion method. In the thermal diffusion method, Ti is deposited in the above-mentioned region on the substrate 3, and this is heated in a high-temperature furnace for a certain period of time to diffuse the deposited Ti into the substrate 3 to form a Ti-diffused lithium niobate single crystal. To make.
【0036】つぎに、ニオブ酸リチウム基板3の枝チャ
ネル導波路10、11の領域と、主幹チャネル導波路4
の領域71a、71b、72a、72bに、プロトン交
換法を施す。まず、前記領域以外の部分をマスクし、基
板3を溶液中に浸し、基板3中のイオンを溶液中のイオ
ンと交換することにより基板3表面近くに高屈折率層を
作製する。溶液としては安息香酸、硝酸銀、ピロリン酸
等が用いられる。この後、マスクを除去し、予め求めた
条件でアニールすることにより、プロトン交換した領域
の屈折率および屈折率分布を所望の大きさに変化させ
て、完成させる。Next, the regions of the branch channel waveguides 10 and 11 of the lithium niobate substrate 3 and the main channel waveguide 4 are formed.
The regions 71a, 71b, 72a, and 72b are subjected to the proton exchange method. First, a portion other than the above region is masked, the substrate 3 is immersed in a solution, and the ions in the substrate 3 are exchanged with the ions in the solution to form a high refractive index layer near the surface of the substrate 3. Benzoic acid, silver nitrate, pyrophosphoric acid and the like are used as the solution. After that, the mask is removed, and annealing is performed under previously determined conditions to change the refractive index and the refractive index distribution of the proton-exchanged region to a desired size, thereby completing the process.
【0037】このように、本発明では、照明光と反射光
の偏光方向を異なる方向にし、かつ、偏光方向につい屈
折率が異方性のある材料によって主幹チャネル導波路4
を形成することによって、主幹チャネル導波路4を照明
光に対してはシングルモード、反射光に対してはダブル
モードにするものである。これにより、照明光は、主幹
チャネル導波路4においては、常に0次モードのみで伝
搬される。従来、1次モードを励振しないために、機械
的に高精度に、枝チャネル導波路2と主幹チャネル導波
路4との接続部を製造する必要があったが、本実施例で
は、双方シングルモードであるので1次モードが励振さ
れる恐れはなく、光量が効率良く受け渡される程度の精
度で十分である。これにより、基板3上の分岐部13
は、容易に製造することのできるので、製造コストが低
くでき、照明光を0次モードのみで伝搬することのでき
る導波路を備え、かつ、安価なコンフォーカルレーザ走
査微分干渉顕微鏡が実現される。As described above, in the present invention, the main channel waveguide 4 is made of a material in which the polarization directions of the illumination light and the reflected light are different from each other and the refractive index is anisotropic in the polarization directions.
Is formed, the main channel waveguide 4 is made to have a single mode for illumination light and a double mode for reflected light. As a result, the illumination light always propagates only in the 0th mode in the main channel waveguide 4. Conventionally, in order to not excite the first-order mode, it was necessary to mechanically highly accurately manufacture the connection portion between the branch channel waveguide 2 and the main channel waveguide 4, but in the present embodiment, both single-modes are produced. Therefore, there is no fear that the first-order mode is excited, and the accuracy with which the light amount is efficiently transferred is sufficient. As a result, the branch portion 13 on the substrate 3
Can be easily manufactured, so that the manufacturing cost can be reduced, and a low-cost confocal laser scanning differential interference microscope including a waveguide that can propagate illumination light only in the 0th mode is realized. .
【0038】さらに本実施例においては、主幹チャネル
導波路4をTi拡散した導波路と、プロトン交換した導
波路とで複数の領域に分けて構成したが、同材料の屈折
率異方性のみを利用してコア部を1つの領域で作製する
ことも可能である。例えば、Ti拡散ニオブ酸リチウム
では、z偏光の屈折率が2.213であり、xまたはy
偏光の屈折率が2.292であることから、基板3の屈
折率を上述のなんらかの手段により増加させるか、コア
幅を厳密に制限することにより、z偏光に対してダブル
モード、xまたはy偏光に対してはシングルモードの導
波路にすることができる。Further, in the present embodiment, the main channel waveguide 4 is divided into a plurality of regions by the Ti diffused waveguide and the proton exchanged waveguide, but only the refractive index anisotropy of the same material is used. It is also possible to utilize and produce a core part in one area | region. For example, in Ti-diffused lithium niobate, the index of refraction for z-polarized light is 2.213, and x or y
Since the refractive index of polarized light is 2.292, it is possible to increase the refractive index of the substrate 3 by some means described above, or strictly limit the core width, thereby making it possible to obtain double-mode, x- or y-polarized light for z-polarized light. Can be a single mode waveguide.
【0039】図3は、本発明の第2実施例のコンフォー
カルレーザ走査微分干渉顕微鏡に用いた導波路の拡大図
であり、この構成では、異常光線に対してダブルモード
である主幹チャネル導波路84は、Ti拡散とプロトン
交換とを両方施された領域82と、プロトン交換のみを
施された領域81a、81bから形成されている。枝チ
ャネル導波路10、2、11の形状および形成方法は第
1の実施例と同様であるので説明を省略する。プロトン
交換領域は、異常光線(導波路の幅方向の偏光)に対す
る屈折率のみが増加するので、異常光線が領域81a、
81b、82で伝搬されるダブルモードチャネル導波路
であり、常光線は領域82のみで伝搬されるシングルモ
ードチャネル導波路となっている。FIG. 3 is an enlarged view of the waveguide used in the confocal laser scanning differential interference microscope according to the second embodiment of the present invention. In this configuration, a main channel waveguide that is a double mode with respect to an extraordinary ray. 84 is formed of a region 82 that has undergone both Ti diffusion and proton exchange, and regions 81a and 81b that have undergone only proton exchange. Since the shapes and forming methods of the branch channel waveguides 10, 2, 11 are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted. In the proton exchange region, only the refractive index with respect to extraordinary rays (polarized light in the width direction of the waveguide) increases, so that the extraordinary rays have regions 81a,
81b and 82 are double mode channel waveguides, and ordinary rays are single mode channel waveguides propagated only in the region 82.
【0040】ここで、図3の導波路中での光の伝搬につ
いて説明する。レーザ光源から出射した光は、枝チャネ
ル導波路2を伝搬する。前述したとおり枝チャネル導波
路2を伝搬する光は、常光線である。分岐領域83を経
た光は、主幹チャネル導波路84のうち領域82を伝搬
する。領域82は、常光線の導波光に対してシングルモ
ードになっているため伝搬する導波光は0次モードのみ
である。物体9で、反射し導波路に戻ってきた光の偏光
は、導波路から出射した光の偏光方向と直交した偏光の
光となり、基板3に入射した光は、主幹チャネル導波路
84の領域81a、81b、82の領域を0次モードお
よび/または1次モードで伝搬する。主幹チャネル導波
路84は、異常光線の導波光に対してダブルモードであ
る。分岐領域83を経た光は、チャネル導波路10、1
1を伝搬し、基板3に接合された光検出器に達する。The propagation of light in the waveguide shown in FIG. 3 will be described. The light emitted from the laser light source propagates through the branch channel waveguide 2. As described above, the light propagating through the branch channel waveguide 2 is an ordinary ray. The light that has passed through the branch region 83 propagates in the region 82 of the main channel waveguide 84. Since the region 82 is in a single mode with respect to the guided light of the ordinary ray, the propagated guided light is only the 0th mode. The polarized light of the light reflected by the object 9 and returned to the waveguide becomes the polarized light orthogonal to the polarization direction of the light emitted from the waveguide, and the light incident on the substrate 3 is the region 81a of the main channel waveguide 84. , 81b, 82 propagate in the zero-order mode and / or the first-order mode. The main channel waveguide 84 is a double mode for the guided light of the extraordinary ray. The light that has passed through the branch region 83 receives the channel waveguides 10, 1
1 to reach the photodetector bonded to the substrate 3.
【0041】本発明の第3実施例のコンフォーカルレー
ザ走査微分干渉顕微鏡の構成を図4に示す。この構成で
は、シングルモード導波路28、30上に金属クラッデ
ィングを用いた偏光子29を配置し、光源27への戻り
光を防止している。金属クラッディングを用いた偏光子
29は、TMモードの導波光を吸収し、TEモードの導
波光を透過させる公知のデバイスである。The configuration of the confocal laser scanning differential interference microscope of the third embodiment of the present invention is shown in FIG. In this configuration, a polarizer 29 using a metal cladding is arranged on the single mode waveguides 28 and 30 to prevent light returning to the light source 27. The polarizer 29 using the metal cladding is a known device that absorbs TM mode guided light and transmits TE mode guided light.
【0042】レーザ光源27は、半導体レーザ光源であ
り、電気光学効果を有するニオブ酸リチウム基板31上
に形成されたシングルモードチャネル導波路28に対し
て光結合効率が最も大きくなり、導波光が常光線のみに
なるようにニオブ酸リチウム基板31に固定されてい
る。この構成では金属クラッディングを用いた偏光子2
9を利用しているのでニオブ酸リチウム基板31の結晶
方位はZカットであり、常光線の導波光はTEモードと
なる。シングルモードチャネル導波路28を導波する導
波光は金属クラッディングを用いた偏光子29に入射す
るがTEモードであるため透過する。シングルモードチ
ャネル導波路30に入射した光は、分岐41を経て基板
表面に電極40が配設されたチャネル導波路32を伝搬
する。The laser light source 27 is a semiconductor laser light source and has the highest optical coupling efficiency with respect to the single mode channel waveguide 28 formed on the lithium niobate substrate 31 having an electro-optical effect, and the guided light is always emitted. It is fixed to the lithium niobate substrate 31 so as to be only light rays. This configuration uses a metal cladding with a polarizer 2
9 is used, the crystal orientation of the lithium niobate substrate 31 is Z-cut, and the guided light of ordinary rays is in TE mode. The guided light guided through the single mode channel waveguide 28 is incident on the polarizer 29 using the metal cladding, but is transmitted because it is in the TE mode. The light incident on the single-mode channel waveguide 30 propagates through the channel waveguide 32 having the electrode 40 arranged on the substrate surface via the branch 41.
【0043】導波路の分岐41においては、チャネル導
波路32に対して3本のチャネル導波路が結合されてお
り、中央のシングルモードチャネル導波路30は照明用
に、外側の2本のチャネル導波路38、39は検出用に
用いられる。In the waveguide branch 41, three channel waveguides are coupled to the channel waveguide 32, and the central single-mode channel waveguide 30 is used for illumination and the two outer channel waveguides. The waveguides 38 and 39 are used for detection.
【0044】チャネル導波路の端面33を射出する照明
光束は、直線偏光であり、四分の一波長板34を通過す
ることによって偏光が円偏光に変換され、X−Y2次元
スキャンニング手段35を経て対物レンズ36に入射し
物体面37上に集光される。物体面37で反射した後再
び対物レンズ36およびX−Y2次元スキャニング手段
35を経た光束は、再び四分の一波長板34を通過する
ことによって偏光が円偏光から導波路出射時の偏光方向
と直交した偏光方向の直線偏光に変換され、ニオブ酸リ
チウム基板31上に形成されたチャネル導波路の端面3
3が配置された検出面上に集光され、ここにレーザスポ
ットが形成される。この後は第1実施例と同じで、物体
の傾斜に伴い2つのチャネル導波路38、39に分配さ
れるパワー比が変わり、基板に固定された光検出器4
2、43にてチャネル導波路38、39からの光を検出
し差動信号45をとれば微分干渉信号が得られる。3本
のチャネル導波路の中央のシングルモードチャネル導波
路30にも物体面37で反射した光が導波するが、TM
モードであるため金属クラッディングを利用した偏光子
29を通過する時に全て吸収され、シングルモードチャ
ネル導波路28へは進まず戻り光はレーザ光源に影響を
与えない。The illumination light flux emitted from the end face 33 of the channel waveguide is linearly polarized light, and the polarized light is converted into circularly polarized light by passing through the quarter-wave plate 34, and the XY two-dimensional scanning means 35 is used. After that, the light enters the objective lens 36 and is condensed on the object plane 37. The light beam that has been reflected by the object plane 37 and then passed through the objective lens 36 and the XY two-dimensional scanning means 35 again passes through the quarter-wave plate 34 so that the polarized light changes from circularly polarized light to the polarization direction at the time of exiting the waveguide. The end face 3 of the channel waveguide formed on the lithium niobate substrate 31 after being converted into linearly polarized light having orthogonal polarization directions.
3 is focused on the detection surface on which a laser spot is formed. After that, the same as in the first embodiment, the power ratio distributed to the two channel waveguides 38 and 39 changes with the inclination of the object, and the photodetector 4 fixed to the substrate.
A differential interference signal is obtained by detecting the light from the channel waveguides 38 and 39 at 2 and 43 and taking the differential signal 45. The light reflected by the object plane 37 is also guided to the single mode channel waveguide 30 in the center of the three channel waveguides.
Since it is a mode, it is all absorbed when passing through the polarizer 29 using the metal cladding, does not proceed to the single mode channel waveguide 28, and the return light does not affect the laser light source.
【0045】図4においては差動信号とX−Y2次元ス
キャニング手段からの信号により画像化するための制御
手段及びモニターは図1に示した第1実施例の構成と同
等であるため省略した。In FIG. 4, the control means and the monitor for forming an image by the differential signal and the signal from the XY two-dimensional scanning means are the same as those of the first embodiment shown in FIG.
【0046】異常光線に対してダブルモードであり常光
線に対してシングルモードであるチャネル導波路32は
図2で示した構成や、図3に示した構成のどちらでも良
い。図5は本発明の第4実施例を示す概略構成図であ
り、この構成では、レーザ光源46への戻り光を防止す
るために、互いに異なる偏光(TEモードとTMモー
ド)を分離するためのモードスプリッタを利用してい
る。モードスプリッタはダブルモード領域51とY分岐
68により構成されている。50はモードスプリッタの
モードスプリット比を微調整するためのモードスプリッ
タ用電極である。モードスプリッタは、シングルモード
チャネル導波路48から入射する常光線の導波光をシン
グルモードチャネル導波路52に導波させシングルモー
ド導波路52からモードスプリッタに入射する異常光線
の導波光をシングルモードチャネル導波路49へ導波さ
せるための公知のデバイスである。The channel waveguide 32, which has a double mode for an extraordinary ray and a single mode for an ordinary ray, may have either the configuration shown in FIG. 2 or the configuration shown in FIG. FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a fourth embodiment of the present invention. In this configuration, in order to prevent returning light to the laser light source 46, different polarizations (TE mode and TM mode) are separated. You are using a mode splitter. The mode splitter is composed of a double mode area 51 and a Y branch 68. Reference numeral 50 denotes a mode splitter electrode for finely adjusting the mode split ratio of the mode splitter. The mode splitter guides the guided light of the ordinary ray entering from the single mode channel waveguide 48 to the single mode channel waveguide 52 and guides the guided light of the extraordinary ray entering the mode splitter from the single mode channel 52 to the single mode channel guide. It is a known device for guiding light to the waveguide 49.
【0047】モードスプリッタ用電極50は省略しても
よいが、モードスプリッタ用電極への印加電圧を調整す
ることにより導波路作製プロセスのばらつきに帰因する
TE/TMモードスプリットの不完全性を除去できるた
め、設置してあるのが好ましい。レーザ光源46は半導
体レーザ光源であり、電気光学効果をもつニオブ酸リチ
ウム基板53上に形成されたシングルモードチャネル導
波路48に対して光結合効率が最も大きくなり、導波光
が常光線のみになるようにニオブ酸リチウム基板53に
固定されている。シングルモードチャネル導波路48に
入射したレーザ光は常光線であり、ダブルモード領域5
1を有するモードスプリッタに入射する。モードスプリ
ッタからシングルモードチャネル導波路52へ入射した
常光線の導波光は分岐63を経て基板表面に電極62が
配設されたチャネル導波路54を伝搬する。Although the mode splitter electrode 50 may be omitted, by adjusting the voltage applied to the mode splitter electrode, the incompleteness of the TE / TM mode split caused by the variation in the waveguide manufacturing process is removed. Since it is possible, it is preferable to install it. The laser light source 46 is a semiconductor laser light source and has the highest optical coupling efficiency with respect to the single mode channel waveguide 48 formed on the lithium niobate substrate 53 having an electro-optical effect, and the guided light is only ordinary rays. Thus, it is fixed to the lithium niobate substrate 53. The laser light incident on the single mode channel waveguide 48 is an ordinary ray, and the double mode region 5
1 is incident on the mode splitter. The guided light of the ordinary ray that has entered the single mode channel waveguide 52 from the mode splitter propagates through the channel 63 in the channel waveguide 54 in which the electrode 62 is arranged on the surface of the substrate.
【0048】導波路の分岐63においては、チャネル導
波路54に対して3本のチャネル導波路が結合されてお
り、中央のシングルモードチャネル導波路52は照明用
に、外側の2本のチャネル導波路60、61は検出用に
用いられる。In the waveguide branch 63, three channel waveguides are coupled to the channel waveguide 54, and the central single-mode channel waveguide 52 is used for illumination and the two outer channel waveguides. The waveguides 60 and 61 are used for detection.
【0049】チャネル導波路の端面55を射出する照明
光束は、直線偏光であり、四分の一波長板56を通過す
ることによって偏光が円偏光に変換され、X−Y2次元
スキャンニング手段57を経て対物レンズ58に入射し
物体面59上に集光される。物体面59で反射した後再
び対物レンズ58およびX−Y2次元スキャニング手段
57を経た光束は再び四分の一波長板56を通過するこ
とによって偏光が円偏光から導波路出射時の偏光方向と
直交した偏光方向の直線偏光に変換され、ニオブ酸リチ
ウム基板53上に形成されたチャネル導波路の端面55
が配置された検出面上に集光される、ここにレーザスポ
ットが形成される。この後は第1実施例と同じで、物体
の傾斜に伴い2つのチャネル導波路60、61に分配さ
れるパワー比が変わり、基板に固定された光検出器6
4、65にて導波路60、61からの光を検出し差動信
号67をとれば微分干渉信号が得られる。The illumination light flux emitted from the end face 55 of the channel waveguide is linearly polarized light, and the polarized light is converted into circularly polarized light by passing through the quarter-wave plate 56, and the XY two-dimensional scanning means 57 is used. After that, the light enters the objective lens 58 and is condensed on the object plane 59. The light beam that has been reflected by the object plane 59 and then passed through the objective lens 58 and the XY two-dimensional scanning means 57 again passes through the quarter-wave plate 56 so that the polarized light changes from circularly polarized light to the polarization direction at the time of exiting the waveguide. The end face 55 of the channel waveguide formed on the lithium niobate substrate 53 is converted into linearly polarized light having the above-mentioned polarization direction.
A laser spot is formed on the detection surface on which the laser beam is focused. After this, the same as in the first embodiment, the power ratio distributed to the two channel waveguides 60 and 61 changes with the inclination of the object, and the photodetector 6 fixed to the substrate 6
When light from the waveguides 60 and 61 is detected at 4 and 65 and a differential signal 67 is taken, a differential interference signal is obtained.
【0050】3本のチャネル導波路の中央のシングルモ
ードチャネル導波路52にも物体面で反射した光が導波
するが、モードスプリッタに入射する時には常光線の導
波光に変換されている。よってこの光はモードスプリッ
タにより全てシングルモードチャネル導波路49に導か
れて光検出器47に達する。このときシングルモードチ
ャネル導波路48へは進まないので、戻り光はレーザ光
源に影響を与えない。The light reflected by the object plane is also guided to the single mode channel waveguide 52 at the center of the three channel waveguides, but when it is incident on the mode splitter, it is converted into the ordinary ray guided light. Therefore, all of this light is guided to the single mode channel waveguide 49 by the mode splitter and reaches the photodetector 47. At this time, since the light does not proceed to the single mode channel waveguide 48, the return light does not affect the laser light source.
【0051】図5においては差動信号とX−Y2次元ス
キャニング手段からの信号により画像化するための制御
手段及びモニターは図1に示した第1実施例の構成と同
等であるため省略した。In FIG. 5, the control means and the monitor for forming an image by the differential signal and the signal from the XY two-dimensional scanning means are the same as those of the first embodiment shown in FIG.
【0052】異常光線に対してダブルモードであり常光
線に対してシングルモードであるチャネル導波路54は
図2で示した構成や、図3に示した構成のどちらでも良
い。The channel waveguide 54 which has a double mode for extraordinary rays and a single mode for ordinary rays may have either the configuration shown in FIG. 2 or the configuration shown in FIG.
【0053】上述の各実施例では、Ti拡散したニオブ
酸リチウムで導波路を構成したが、Ti以外の遷移金属
を拡散させた場合にも、屈折率を増加させることができ
る。拡散させる金属としては、ニオブ酸リチウム基板で
はTi、V、Ni、Cu等の遷移金属が用いられる。In each of the above-mentioned embodiments, the waveguide is made of lithium niobate diffused with Ti, but the refractive index can be increased even when a transition metal other than Ti is diffused. As the metal to be diffused, transition metals such as Ti, V, Ni and Cu are used in the lithium niobate substrate.
【0054】また、導波路を作製する基板としてはタン
タル酸リチウム基板を用いることもできる。タンタル酸
リチウム基板では、屈折率を増加させるために、Cu、
Ti、Nb等の遷移金属の拡散が用いられる。A lithium tantalate substrate may be used as the substrate for forming the waveguide. In the lithium tantalate substrate, in order to increase the refractive index, Cu,
Diffusion of transition metals such as Ti and Nb is used.
【0055】また、基板上に高屈折率層を形成する方法
としては、Li2O外方拡散法を用いることもできる。
Li2O外方拡散法は、基板を高温に熱し、結晶表面か
らLi2Oを外部へ放出して高屈折率層を形成する方法
である。As a method of forming the high refractive index layer on the substrate, Li 2 O outward diffusion method can be used.
The Li 2 O outward diffusion method is a method in which a substrate is heated to a high temperature to release Li 2 O from the crystal surface to the outside to form a high refractive index layer.
【0056】尚、上記の第1実施例および第4実施例に
おいてはチャネル導波路4、51、54に電圧を印加す
るための電極12、50、62を各々導波路4、51、
54に対して対称な2電極配置としたが、用いられる基
板の状態(結晶基板であれば結晶軸の方向など)によ
り、必ずしも図1、図5に示したごとき電極配置が最適
であるとは限らない。2本の導波路を通過する光強度を
検出する光検出素子からの作動信号に対して適当な処理
を加えることにより種々のコントラストを持つ画面が得
られることは云うまでもない。In the first and fourth embodiments described above, the electrodes 12, 50, 62 for applying a voltage to the channel waveguides 4, 51, 54 are respectively provided in the waveguides 4, 51, 54.
Two electrode arrangements are symmetrical with respect to 54, but the electrode arrangements as shown in FIGS. 1 and 5 are not always optimal depending on the state of the substrate used (in the case of a crystal substrate, the direction of the crystal axis, etc.). Not exclusively. It goes without saying that screens with various contrasts can be obtained by applying appropriate processing to the actuation signal from the photodetection element that detects the intensity of light passing through the two waveguides.
【0057】尚、上記実施例においては被検物体と光ス
ポットとを相対的に移動させる手段として、振動鏡や回
転ミラー等のX−Y2次元スキャナーによって光スポッ
トを被検物体上で走査する構成としたが、逆に光スポッ
トを固定し、光スポットを載置するステージを走査する
構成とすることも可能である。振動鏡や回転ミラーによ
って光スポットを走査する場合には、光学系の残存収差
の影響により被検物体上の光スポットと検出手段の受光
面上(異常光線に対するダブルモードチャネル導波路領
域の端面)に集光される光スポットとの共役関係を厳密
に維持できない恐れもありこのような場合にはステージ
の走査によることが望ましい。In the above embodiment, the light spot is scanned on the test object by an XY two-dimensional scanner such as a vibrating mirror or a rotating mirror as a means for relatively moving the test object and the light spot. However, conversely, it is possible to fix the light spot and scan the stage on which the light spot is placed. When scanning a light spot with a vibrating mirror or a rotating mirror, the light spot on the object to be inspected and the light-receiving surface of the detecting means (the end surface of the double-mode channel waveguide region for an extraordinary ray) are affected by the residual aberration of the optical system It may not be possible to strictly maintain the conjugate relationship with the light spot focused on the stage. In such a case, it is desirable to scan the stage.
【0058】[0058]
【効果】以上のように本発明によれば、導波路を用いた
小型で簡単な構成からなるコンフォーカルレーザ走査微
分干渉顕微鏡において、容易に製造できる構成でありな
がら、レーザ光の光源からのレーザ光がチャネル導波路
を伝搬する際、偶モードのみが励振され奇モードが励振
されないことが可能になる。As described above, according to the present invention, in a confocal laser scanning differential interference microscope using a waveguide and having a small and simple structure, a laser from a light source of laser light can be easily manufactured As light propagates through the channel waveguide, it is possible that only even modes are excited and odd modes are not excited.
【図1】本発明の第1の実施例のコンフォーカルレーザ
走査微分干渉顕微鏡の構成を示す説明図。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a confocal laser scanning differential interference microscope according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1の顕微鏡の導波路部分の構成を示す説明
図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration of a waveguide portion of the microscope of FIG.
【図3】本発明の第2の実施例のコンフォーカルレーザ
走査微分干渉顕微鏡の導波路部分の構成を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a configuration of a waveguide portion of a confocal laser scanning differential interference microscope according to a second embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第3の実施例のコンフォーカルレーザ
走査微分干渉顕微鏡の構成を示す説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a configuration of a confocal laser scanning differential interference microscope according to a third embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第4の実施例のコンフォーカルレーザ
走査微分干渉顕微鏡の構成を示す説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration of a confocal laser scanning differential interference microscope according to a fourth embodiment of the present invention.
【図6】ニオブ酸リチウム単結晶、Ti拡散ニオブ酸リ
チウム単結晶およびプロトン交換ニオブ酸リチウム単結
晶の屈折率を示すグラフ。FIG. 6 is a graph showing the refractive indices of a lithium niobate single crystal, a Ti-diffused lithium niobate single crystal, and a proton-exchanged lithium niobate single crystal.
1、27、46・・・レーザ光源、2、28、30、4
8、49、52・・・シングルモードチャネル導波路、
3、31、53・・・ニオブ酸リチウム基板、4、3
2、54・・・常光線の導波光に対してシングルモード
であり、異常光線の導波光に対してダブルモードである
主幹チャネル導波路、51・・・ダブルモードチャネル
導波路、10、11、38、39、51、60、61・
・・チャネル導波路、12、40、50、62・・・電
極、14、15、42、43、47、64、65・・・
光検出器。1, 27, 46 ... Laser light source, 2, 28, 30, 4
8, 49, 52 ... Single mode channel waveguide,
3, 31, 53 ... Lithium niobate substrate, 4, 3
2, 54 ... A main channel waveguide that is a single mode for guided light of an ordinary ray and a double mode for guided light of an extraordinary ray, 51 ... A double mode channel waveguide, 10, 11, 38, 39, 51, 60, 61
..Channel waveguides, 12, 40, 50, 62 ... Electrodes, 14, 15, 42, 43, 47, 64, 65 ...
Photo detector.
Claims (8)
と、前記被検物体から反射光を検出するための検出手段
と、前記照明手段から照射された光と前記被検物体から
の反射光とを伝搬するための導波路部とを有し、 前記導波路部は、前記主幹導波路と、前記主幹導波路を
3本の導波路に分岐する分岐部と、前記分岐部に接続さ
れた3本の枝導波路部とを有し、 前記照明手段は、前記3本の枝導波路のうち中央の枝導
波路に光を入射する位置に配置され、 前記前記検出手段は、前記3本の枝導波路のうち両脇の
枝導波路を伝搬した光を検出する位置に配置され、 前記主幹導波路の端面と前記被検物体の間には、偏光方
向を変換する変換手段が配置され、 前記3本の枝導波路のうち中央の枝導波路は、前記照明
手段からの光に対してシングルモード導波路であり、 前記主幹導波路は、屈折率に異方性を有する材料によっ
て形成され、偏光方向aの直線偏光に対してシングルモ
ード導波路であり、偏光方向b(ただしa≠b)の直線
偏光に対してダブルモード導波路であり、 前記照明手段は、偏光方向aの直線偏光を出射し、 前記中央の枝導波路と前記主幹導波路とは、前記照明手
段から出射された偏光方向aの照明光をシングルモード
で伝搬して、前記主幹導波路の端面から前記被検物体に
照射させ、 前記変換手段は、前記主幹導波路の端面から出射された
偏光方向aの直線偏光を円偏光に変換し、前記被検物体
により反射された円偏光の反射光を偏光方向bの直線偏
光に変換し、 また、前記主幹導波路は、前記被検物体からの偏光方向
bの反射光をダブルモードで伝搬し、前記分岐部は、前
記主幹導波路を伝搬した光を前記3本の枝導波路のうち
両脇の枝導波路に分配することを特徴とするコンフォー
カルレーザ走査微分干渉顕微鏡。1. Illuminating means for irradiating an object to be inspected with light, detecting means for detecting reflected light from the object to be inspected, light emitted from the illuminating means and light from the object to be inspected. A waveguide portion for propagating reflected light, the waveguide portion being connected to the main waveguide, a branch portion for branching the main waveguide into three waveguides, and the branch portion. And the illumination means is disposed at a position where light is incident on a central branch waveguide of the three branch waveguides, and the detection means is Of the three branch waveguides, arranged at a position for detecting the light propagating through the branch waveguides on both sides, a conversion means for converting the polarization direction is provided between the end face of the main waveguide and the object to be inspected. The central branch waveguide among the three branch waveguides is arranged so as to be single for the light from the illumination means. The main waveguide is formed of a material having anisotropy in refractive index, is a single mode waveguide for linearly polarized light in the polarization direction a, and has a polarization direction b (where a ≠ b ) Is a double-mode waveguide for linearly polarized light, the illuminating means emits linearly polarized light in the polarization direction a, and the central branch waveguide and the main waveguide are emitted from the illuminating means. The illumination light in the polarization direction a is propagated in a single mode to irradiate the object to be inspected from the end face of the main waveguide, and the conversion means is linearly polarized light in the polarization direction a emitted from the end face of the main waveguide. Is converted into circularly polarized light, the circularly polarized reflected light reflected by the object to be measured is converted into linearly polarized light in the polarization direction b, and the main waveguide is reflected from the object to be measured in the polarization direction b. Propagates light in double mode, Kibe is confocal laser scanning differential interference microscope, characterized by distributing the light propagating through the trunk waveguide on both sides of the branch waveguides of said three branch waveguides.
以上の材料で構成され、前記材料のうち1つの材料は、
偏光方向aおよび偏光方向bの光のうち一方の光に対し
ては、コアとなり、他方の光に対してはクラッドとなる
ことを特徴とするコンフォーカルレーザ走査微分干渉顕
微鏡。2. The waveguide according to claim 1, wherein the main waveguide is 3
Composed of the above materials, one of the materials is
A confocal laser scanning differential interference microscope, which serves as a core for one of the lights in the polarization direction a and the polarization direction b and serves as a clad for the other light.
と、光源から出射された光のうち偏光方向aの光のみを
通過させる偏光手段とを有することを特徴とするコンフ
ォーカルレーザ走査微分干渉顕微鏡。3. The confocal laser scanning differential device according to claim 1, wherein the illuminating means includes a light source and a polarizing means that allows only light in a polarization direction a of light emitted from the light source to pass therethrough. Interference microscope.
は、前記主幹導波路の端面から入射した偏光方向bの光
が、前記中央の枝導波路を伝搬して前記照明手段に入射
するのを防ぐための戻り光防止手段がさらに備えられて
いることを特徴とするコンフォーカルレーザ走査微分干
渉顕微鏡。4. The light in the polarization direction b, which is incident on the central branch waveguide from the end face of the main waveguide, propagates through the central branch waveguide and is incident on the illumination means. A confocal laser scanning differential interference microscope, further comprising return light prevention means for preventing the occurrence of light.
ラッドにLiNbO3単結晶を有し、コアに遷移金属が
拡散されたLiNbO3単結晶を有して構成されること
を特徴とするコンフォーカルレーザ走査微分干渉顕微
鏡。5. The method of claim 1, wherein the trunk waveguide cladding has a LiNbO 3 single crystal, the transition metal in the core is characterized in that it is configured with a LiNbO 3 single crystal is diffused Confocal laser scanning differential interference microscope.
iNbO3単結晶と、遷移金属が拡散されたLiNbO3
単結晶と、プロトン交換されたLiNbO3単結晶とを
有して構成され、 前記LiNbO3単結晶は、偏光方向aおよび偏光方向
bの光に対してクラッドとなり、 遷移金属が拡散されたLiNbO3単結晶は、偏光方向
aおよび偏光方向bの光に対してコアとなり、 前記プロトン交換されたLiNbO3単結晶は、偏光方
向aの光に対してはクラッドとなり、偏光方向bの光に
対してはコアとなることを特徴とするコンフォーカルレ
ーザ走査微分干渉顕微鏡。6. The main waveguide according to claim 2, wherein the main waveguide is L
iNbO 3 single crystal and LiNbO 3 with transition metal diffused
And the single crystal is constructed and a LiNbO 3 single crystal which is a proton exchange, the LiNbO 3 single crystal becomes a cladding for light of a polarization direction a and polarization direction b, LiNbO 3 which transition metal is diffused The single crystal serves as a core for light in the polarization directions a and b, the proton-exchanged LiNbO 3 single crystal serves as a clad for light in the polarization direction a, and serves as a cladding for light in the polarization direction b. Is a confocal laser scanning differential interference microscope characterized by being a core.
をLとし、前記主幹導波路における偏光方向bの光に対
する偶−奇モードの完全結合長をLcとするとき、 L=mLc (m=1,2,・・・) L=Lc(2m+1)/2 (m=0,1,2,・
・・) のいずれかの関係を満たすことを特徴とするコンフォー
カルレーザ走査微分干渉顕微鏡。7. In claim 1, when the length of the main waveguide is L and the perfect coupling length of even-odd mode for light in the polarization direction b in the main waveguide is Lc, L = mLc ( m = 1, 2, ...) L = Lc (2m + 1) / 2 (m = 0, 1, 2, ...
・ ・) A confocal laser scanning differential interference microscope characterized by satisfying any one of the relations.
電気光学効果を有する材料によって構成され、 前記導波路部は、前記主幹導波路部に電圧を印加するた
めの電圧印加手段をさらに有し、 前記主幹導波路の長さをLとし、前記主幹導波路におけ
る偏光方向bの光に対する偶−奇モードの完全結合長を
Lcとするとき、 前記主幹導波路部に電圧を印加することによって、電気
光学効果により完全結合長LcをLc1またはLc2に変化
させた場合、 L=mLc1 (m=1,2,・・・) L=Lc2(2m+1)/2 (m=0,1,2,
・・・) のいずれかの関係を満たすことを特徴とするコンフォー
カルレーザ走査微分干渉顕微鏡。8. The main waveguide section according to claim 1,
The waveguide section is made of a material having an electro-optic effect, and the waveguide section further has voltage applying means for applying a voltage to the main waveguide section, and the length of the main waveguide is L, and the main waveguide is When the complete coupling length of the even-odd mode with respect to the light of the polarization direction b in the waveguide is Lc, by applying a voltage to the main waveguide portion, the complete coupling length Lc becomes Lc 1 or Lc 2 by the electro-optic effect. When changed, L = mLc 1 (m = 1, 2, ...) L = Lc 2 (2m + 1) / 2 (m = 0, 1, 2,
...) A confocal laser scanning differential interference microscope characterized by satisfying any one of the relations.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4313198A JPH06160718A (en) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | Confocal laser scanning differential interference microscope |
EP93919621A EP0620458A4 (en) | 1992-09-07 | 1993-09-07 | Optical waveguide device and optical instrument using the same. |
PCT/JP1993/001264 WO1994006041A1 (en) | 1992-09-07 | 1993-09-07 | Optical waveguide device and optical instrument using the same |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP4313198A JPH06160718A (en) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | Confocal laser scanning differential interference microscope |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH06160718A true JPH06160718A (en) | 1994-06-07 |
Family
ID=18038289
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4313198A Pending JPH06160718A (en) | 1992-09-07 | 1992-11-24 | Confocal laser scanning differential interference microscope |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06160718A (en) |
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CN109187438A (en) * | 2018-11-13 | 2019-01-11 | 北京理工大学 | Postposition is divided pupil confocal laser Brillouin-Raman spectra test method and device |
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- 1992-11-24 JP JP4313198A patent/JPH06160718A/en active Pending
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