包括波长修改器的反射计、分光光度计、椭偏计和偏振计系统的制作方法

包括波长修改器的反射计、分光光度计、椭偏计和偏振计系统
1.本技术要求于2021年1月29日提交的临时申请63/143,187以及于2021年8月17日提交的63/259,830的权益。
技术领域
2.椭偏计、偏振计、反射计和分光光度计系统包括一个或多个波长修改器，这些波长修改器将电磁辐射源提供的波长转换成不同波长以用于调查样品，和/或转换成其检测器可以检测的波长。


背景技术：

3.使用电磁辐射来调查样品是众所周知的。例如，反射计、分光光度计、椭偏计和偏振计系统引导电磁辐射光束与样品相互作用(在反射和/或透射中)，然后该光束进入检测器。检测到的强度变化(在反射计和分光光度计系统中)以及偏振态的变化(在椭偏计和偏振计系统中)作为所述相互作用的结果提供了对样品属性的洞察。诸如吸收常数、椭偏参数psi和delta等属性通常是通过对样品的数学模型执行累积数据的数学回归来评估的。
4.常规的做法是提供包括所期望的波长的电磁辐射源并使其引导其光束以使其与样品相互作用，然后进入检测器。然而，当所提供的波长例如在ir或thz范围内时，检测它们要求专门的检测器系统(例如，高莱盒或辐射热计(bolimeter)等)。ir和thz波长的检测器远比例如适合检测可见范围波长的固态检测器更难使用。本发明意识到这一点并提供了波长修改器，其例如接收ir或thz波长并提供例如源自于ir和thz波长的可见范围波长。进一步地，有可能使用提供比如说ir或thz波长的系统的调查员可能希望轻松地将调查扩展到包括比如说可见波长。在这种情况下，可以在样品之前应用波长修改器。目前可用的波长修改器的示例由丹麦公司nlir生产，该波长修改器将mir范围的波长转换为近可见波长。因此在信息披露(information disclosure)中提供了数据表。
5.本发明聚焦于在椭偏计、偏振计、反射计和分光光度计系统中使用波长修改器以获得专利权，同时还具有作为附带关注的主题，诸如电磁辐射源及其检测器。关于上转换，波长修改器显然是通过利用半导体中表面状态的属性工作。在最近的新闻稿中，加利福尼亚大学洛杉矶分校(ucla)的计算机与电气工程系的mona jarrahi报告称，当被入射光击中时，半导体晶格中的电子会经历能量的增加，从而允许它们在晶格中跳跃。电场甚至进一步提升能量。当电子通过光子发射来释放他们的能量时，它们波长是不同的。
6.继续，利用光束到样品表面的多个入射角以及尽可能多的波长调查样品总是有益的。尽管本文没有识别优选的源(除了确定与波长修改器的使用兼容的源)，后一点可以通过使用称为超连续谱激光器的电磁辐射光束源来解决。关于超连续谱源的更多洞察，请参见van derslice的专利11/035,729。虽然超连续谱激光光谱的形成是许多复杂非线性效应的结果，但就本发明而言，我们不需要关注这些，本发明不依赖于超连续谱是如何产生的，只依赖于它是超连续谱并且可以应用于诸如反射计、分光光度计、椭偏计或偏振计中。再者，本发明关注在这种样品调查系统中波长修改器的使用。
7.对在椭偏计、偏振计、反射计和分光光度计系统中应用波长修改器的专利进行的检索没有任何发现。然而，发明人先前在密切相关领域的专利工作中，发现并已知有专利，因此在此公开。例如公开了：
8.knight等人的专利no.8,422,519；
9.clowes等人的专利no.8,718,104；
10.由clowes等人公布的申请no.2014/0233091；
11.liphardt等人的专利no.7,345,762；
12.levan的专利no.6,104,488。
13.计算机检索中识别的附加的专利参考文献有：
14.搜索“supercontinuum laser and ellipsometer”提供了五个专利，其专利号为9,080,971、8,873,054、8,441,639、8,031,337和7,570,358，以及六个公布的申请，其申请号为2015/0323316、2015/0036142、2013/0222795、2011/0069312、2009/0262366和2008/0239265；以及
15.搜索“supercontinuum&laser and ellipsometer and speckle”没有提供专利并只有四个公开的申请，其申请号为2015/0058813、2015/0046121、2015/0046118和2015/0330770。
16.并且，关于散斑减少的已知专利和公布的申请有：jacob等人的6,895,149；lapchuk等人的7,522,331；moussa的us 2013/0027673；lizotte等人的us 2006/0238743以及curtis的us 2013/0010365。
17.进一步地，在专利申请14/757,280的审理中，审查员识别到：
18.hilfiker等人的us2012/0057158；
19.herzinger的us2013/0026368；
20.pandev的us2013/0304408；
21.ostermeyer的us2013/0268336；
22.johs的us2015/0219497；
23.moriva等人的us2009/0267003；
24.grejeda的us2014/0304963；
25.yamaguchi等人的us2013/0063700。
26.还已知一篇han等人2003年6月发表在“review of scientific instruments”第74卷、第6期，题目为“a new spectrometer using multiple gratings with a two-dimensional charge-coupled diode array detector”的文章，其描述了由三个横向堆叠的子光栅组成以产生三个波长范围的特殊的光栅。
27.应当理解的是，可以在样品调查系统的载物台之后应用波长修改器，以将其源提供的波长在与样品相互作用后改变为检测器可以检测到的波长。还应当理解的是，波长修改器可以放置在样品调查系统的载物台之前，以偏移样品调查中使用的波长。后者的效应可以用于将例如ir和thz系统的范围扩展到可见光范围。
28.即使考虑到已知的现有技术，仍然需要通过在椭偏计、偏振计、反射计和分光光度计样品调查系统中(或者在系统载物台的检测器侧或者在其源侧)使用波长修改器提供的益处。


技术实现要素：

29.首先，必须了解的是，如在共同未决申请序列号no.16/602,088中，本发明样品调查系统以及使用的方法可以由至少三个不同的子发明领域中的各种组合组成并源自于这些组合，这些是：
30.可以被优化以用于各种电磁辐射波长范围的检测器系统的组合应用；
31.用于提供至少400-4400nm波长范围内的相干电磁辐射光束的超连续谱激光器的使用，可能与在扩展的波长范围内的其他电磁辐射源相组合；以及
32.与超连续谱激光源的散斑减少器的应用，以有效地提供源自于椭圆计、反射计、分光光度计等系统中超连续谱激光输出的电磁辐射光束中的更一致的强度与位置关系。
33.然而，目前公开的发明进一步包括来自附加的子发明领域，即：
34.最重要的是，波长修改器的应用，该波长修改器接收例如固态检测器元件不能检测的例如相对更长的波长的电磁辐射(例如，在红外线(ir)和太赫兹波(thz)范围内)，并提供例如固态(或其他类型)检测器元件能检测的相对更短的波长的电磁辐射；
35.波长修改器的应用，该波长修改器接收高莱盒、辐射热计、微型辐射热计、热电偶、光电导材料、光电导材料、氘化三甘氨硫酸酯(dtgs)、hgcdte(mct)、litao3、pbse、pbs和insb等检测器无法检测的相对更短的波长的电磁辐射，并提供它们可以检测到的相对更长的波长的电磁辐射。
36.附加的子发明领域是：
37.提供波长高达约18000nm的超连续谱激光源的应用；
38.与超连续谱激光器结合或替代超连续谱激光器的附加类型的电磁辐射源的应用，以扩大本发明样品调查系统可使用的波长范围，(例如，可以分别提供波长高达14000nm和50000nm之间的能斯特发光体和碳硅棒以及其他源，或者其他可能的源，包括dths；激光稳定的弧光灯、hg弧光灯、固定或可调谐的量子级联激光器、qth和xe灯、激光稳定的弧光灯、其他激光驱动源)；
39.通过组合超连续谱激光器与迈克尔逊干涉仪，在傅里叶变换红外线源中应用超连续谱激光器，结合其他区别因素，相信先前在椭偏计、反射计、分光光度计等系统的应用的上下文中没有公开过；
40.相信各种组合的所述本发明子类别提供了新的、新颖的和非显而易见的样品调查系统并且能够实现其新的、非显而易见的和有用的使用方法。
41.在这个申请中，如权利要求所述的本发明聚焦于样品调查系统，其选自由以下组成的组：
42.椭偏计；
43.偏振计；
44.反射计；以及
45.分光光度计；
46.以用于利用电磁辐射调查样品；
47.所述系统包括：
48.电磁源(ls)；
49.用于支持样品的载物台(stg)；以及
50.包括检测器元件(de’s)的检测器(pa)。
51.在重要的实施例中，所述系统源(ls)提供在ir和thz范围内的长波长电磁辐射，并且所述检测器包括不能检测所述ir和thz波长的固态元件(de’s)。然而，所述系统的特征在于，在所述检测器(pa)之前，存在至少一个波长修改器(wm)，所述波长修改器(wm)用于接受所述检测器(pa)的检测器元件(de’s)可以检测的范围之外的波长的电磁辐射，并基于此提供所述检测器元件(de’s)可以检测的波长的输出电磁辐射。
52.所述系统可以进一步包括分别在所述载物台之前和之后的偏振态发生器(psg)和偏振态分析器(psa)，并且该系统是椭偏计。
53.所述系统可以规定，至少一个波长修改器(wm)接受包括ir和thz范围内的波长的电磁辐射，并且输出波长在可见光波长范围内的电磁辐射。
54.所述系统可以规定，至少一个波长修改器(wm)接受包括远ir范围内的波长的电磁辐射，并且输出波长在可见光波长范围内的电磁辐射。
55.所述系统可以规定，至少一个波长修改器(wm)接受包括中ir范围内的波长的电磁辐射，并且输出波长在可见光波长范围内的电磁辐射。
56.所述系统可以规定，至少一个波长修改器(wm)接受包括近ir范围内的波长的电磁辐射，并且输出波长在可见光波长范围内的电磁辐射。
57.所述系统可以进一步包括在所述载物台和检测器之间的色散光学器件(do)，用于在空间上分离不同的波长以呈现给多元件(de’s)检测器(pa)。
58.所述波长修改器可以放置于以下之一：
59.所述源(ls)和所述载物台(stg)之间；
60.所述载物台(stg)和所述色散光学器件(do)之间；
61.所述色散光学器件(do)和所述检测器(pa)之间。
62.本发明还是选自以下组成的组的样品调查系统：
63.椭偏计；
64.偏振计；
65.反射计；以及
66.分光光度计；
67.以用于利用电磁辐射调查样品；
68.所述系统包括：
69.电磁源(ls)；
70.用于支持样品的载物台(stg)；以及
71.检测器(pa)。
72.所述系统的源(ls)提供一波长范围内的电磁辐射，该波长范围比所述检测器元件(de’s)可以检测的更长或更短；以及所述系统的特征在于，在所述检测器(pa)之前，存在至少一个波长修改器(wm)，所述波长修改器(wm)用于接受所述检测器(pa)的所述状态元件(de’s)可以检测的范围之外的波长的电磁辐射，并基于此提供所述固态元件(de’s)可以检测的波长的输出电磁辐射。所述系统可以规定，源(ls)提供波长在选择自以下的范围内的电磁辐射：
73.紫外线；
74.可见光；
75.远红外线；
76.中红外线；
77.太赫兹波；
78.以及所述检测器检测在选择自以下的范围内的波长：
79.紫外线；
80.可见光；
81.远红外线；
82.中红外线；
83.太赫兹波；
84.其中所述选择的检测的波长范围与由所述源(ls)提供的不同。
85.所述系统可以规定，源提供在选择自以下的范围内的波长：
86.远红外线；
87.中红外线；
88.近红外线；以及
89.太赫兹波；
90.并且波长修改器提供在选自由以下组成的组的范围内的波长：
91.紫外线；以及
92.可见光。
93.本发明还是调查样品的方法，包括以下步骤：
94.a)提供：
95.椭偏计；
96.偏振计；
97.反射计；以及
98.分光光度计；
99.以用于利用电磁辐射调查样品；
100.所述系统包括：
101.电磁源(ls)；
102.用于支持样品的载物台(stg)；以及
103.包括检测器元件(de’s)的检测器(pa)；
104.其中所述系统的源(ls)提供一波长范围内的电磁辐射，该波长范围比所述检测器元件(de’s)可以检测的更长或更短；以及所述系统的特征在于，在所述检测器(pa)之前，存在至少一个波长修改器(wm)，所述波长修改器(wm)用于接受所述检测器(pa)的所述固态元件(de’s)可以检测的范围之外的波长的电磁辐射，并基于此提供所述固态元件(de’s)可以检测的波长的输出电磁辐射。
105.所述方法继续：
106.b)将要调查的样品放置在所述载物台(stg)上；
107.c)使所述源(ls)提供包括所述检测器元件(de’s)不能检测的波长的电磁辐射，并引导其光束至所述样品；
108.d)使所述波长修改器接收由所述源(ls)提供的来自所述样品的电磁辐射波长，并将它们修改为所述检测器元件(de’s)可以检测的波长；
109.e)使所述检测器元件检测经修改的电磁辐射并提供输出数据；
110.f)分析所述输出数据以确定样品特性。
111.所述方法可以规定，所述系统进一步包括在空间上分离不同的电磁波长的色散光学器件(do)。
112.所述波长修改器(wm)可以定位在所述源(ls)和所述载物台之间，或者在所述载物台(stg)和所述色散光学器件(do)之间，或者在所述色散光学器件(do)和所述检测器(pa)之间。
113.另一种利用由电磁辐射源提供的不同波长的电磁辐射调查样品的方法，包括以下步骤：
114.a)提供：
115.椭偏计；
116.偏振计；
117.反射计；以及
118.分光光度计；
119.以用于利用电磁辐射调查样品；
120.所述系统包括：
121.电磁源(ls)；
122.用于支持样品的载物台(stg)；以及
123.包括检测器元件(de’s)的检测器(pa)；
124.所述系统的源(ls)提供一波长范围内的电磁辐射，该波长范围比所述检测器元件(de’s)可以检测的更长或更短；
125.所述系统的特征在于，在所述载物台(stg)之前，存在波长修改器(wm)。
126.所述方法继续：
127.b)将要调查的样品放置在所述载物台(stg)上；
128.c)使所述源(ls)提供电磁辐射，并引导其光束至所述样品；
129.d)使所述波长修改器(wm)接收由其所述源(ls)提供的第一范围内的电磁辐射的波长，并发射经修改的范围内的波长；
130.e)使所述检测器元件(de’s)在经修改的电磁辐射波长与所述样品(ms)相互作用后检测经修改的电磁辐射波长；以及
131.f)分析所述输出数据以确定样品特性。
132.所述方法可以进一步包括在步骤c)和d)之间的步骤(c’)：在所述载物台(stg)和所述检测器(pa)之间放置第二波长修改器(wm)以将来自所述样品(ms)的波长置于所述检测器(pa)中的检测器元件(de’s)可以检测的范围内。
133.鉴于本文所要求保护的主要发明(使用波长修改器(wm)来改变样品调查系统内各点处的电磁辐射的波长)，应当理解的是，任何电磁辐射源都可以用于本发明以提供所期望的波长的电磁辐射。例如，可以应用连续谱源(诸如在uv区域内的ar、xe和he放电灯；以及在可见光内的钨丝灯；以及在红外线范围内的黑体辐射器、能斯特和碳硅棒源)。还可以应用
线性源(诸如在uv和可见光范围内的hg和na灯)，以及在可见光和ir范围内的激光器。然而，益处可以源自于以下事实：来自超连续谱激光的电磁辐射光束的强度一般在更大的波长范围内比来自在椭偏法和类似的应用中常规使用的其他电磁辐射源的情况高得多。由于本发明的检测器系统可以提供特定波长范围内的电磁辐射的优化检测(包括由波长修改器产生的经修改的波长——通常从更长到更短，但可以是从更短到更长的波长)，本发明以允许其用户在大的波长范围内方便地调查样品而没有必要用不同的电磁辐射源和电磁辐射检测器重新配置系统的形式提供了实用性。然而，其他已知的源提供的波长比目前可以由超连续谱激光器产生的更长(但将来肯定会由改进的超连续谱激光器产生)，因此，本发明还包括在必要时以能够使样品调查在更长/更短的波长下进行的其用途，直到改进的超连续谱激光器变得可用。注意到，大约五年前，波长范围从约400-2500nm增加，目前可用的超连续谱激光器提供高达至少4400nm的波长。例如，np photonics spectrachrome 1000中ir超连续谱激光器。还注意到，提供波长高达约18000nm的超连续谱激光器是可用的，尽管在最长的波长下，波长的强度会下降。例如，来自ipg光电的源(clpf-2500-sc idfg系列)示出了高达18微米的图。然而，许多这样的源最多只能扩展到约5000nm。本发明被认为囊括了任何这种可能的超连续激光器的波长范围。
134.样品调查系统
135.考虑到上述情况，本发明首先可以描述为样品调查系统，其选自由以下组成的组：
136.反射计
137.分光光度计
138.椭偏计；以及
139.偏振计；
140.所述样品调查系统包括：
141.a)电磁辐射的分光光束(spectroscopic beam)源；
142.b)用于支持样品的载物台；以及
143.c)用于监测从单个样品提供的电磁辐射的检测器系统。
144.所述系统的区别在于：
145.所述电磁辐射分光光束源是超连续谱激光器，其提供在包括400到至少4400nm的范围内的电磁辐射波长的高强度、高方向性的相干谱，这是由脉冲激光和导致广泛的光谱增宽的非线性过程相互作用产生的；并且在于所述样品调查系统的特征在于首要选择组中的至少一个选择，所述首要选择组是：
146.首要选择组
147.在使用中，所述电磁辐射分光光束源将由此提供的光束以一定角度引导至放置在用于支持样品的所述载物台上的样品，但不涉及所述光束按顺序通过组合光束分离器和物镜；
148.在使用中，由电磁辐射的照明光束导致出现的荧光不会被用于在空间上分解由待检查对象发射的辐射的检测器检测到，并且在照明装置和待检查对象之间的照明光束路径，以及在所述待检查对象和检测器之间的检测光束路径都不包括这样的照明光学器件：所述照明光学器件被设计为产生横向于照明光束路径延伸的照明辐射光片(light sheet)，并且其中检测光束路径的轴线基本上垂直光片和待检查对象的截面平面定向，并
且在照明装置和待检查对象之间的照明光束路径，以及在所述待查检对象和检测器之间的检测光束路径不包括这样的照明光学器件：该照明光学器件被设计为产生横向于照明光束路径的轴线延伸的照明辐射光片，并且检测光束路径不以相对于光片和待检查对象的截面平面偏离θ度的角度定向；以及
149.在使用中，所述系统不使用由脉冲激光组成的超连续谱源，该脉冲激光适合于泵入由硫属化合物玻璃作为基本元素制成的光子晶体光纤中；或者来自适合于发射到光子晶体光纤中的泵浦(pumping)co2激光器，该光子晶体光纤部分地由选自以下组成的组中的至少一项形成：alclxbr(1-x)、nacl和znse；或者系统包括钛蓝宝石激光器，该激光器适合于通过布置在气体密封室内的惰性气体中的非线性光学元件发射飞秒脉冲，从而产生二次谐波脉冲并生成超连续谱太赫兹波辐射。
150.注意到，可以进行两项或全部三项选择。
151.所述样品调查系统可以进一步包括散斑减少器；所述散斑减少器用于减少电磁辐射强度随时间和光束中的位置的变化的剧烈波动，这是由所述广泛增宽的光谱中不同的相干波长之间的干涉效应造成的。
152.所述样品调查系统可以进一步包括在所述电磁辐射光束源和所述用于支持样品的载物台之间的偏振态发生器，以及在所述用于支持样品的载物台和所述检测器之间的偏振态分析器，并且该系统是椭偏计或偏振计，并且可选地进一步包括在偏振态发生器和/或所述偏振态检测器中的补偿器。
153.所述样品调查系统可以包括多模光纤形式的散斑减少器。
154.所述样品调查系统可以包括光束扩散器形式的散斑减少器。
155.所述样品调查系统可以包括蝇眼光束均化器形式的散斑减少器。
156.所述样品调查系统可以包括旋转光束扩散器形式的散斑减少器。
157.所述样品调查系统可以包括压电式电晶体驱动的光束扩散器形式的散斑减少器。
158.所述样品调查系统可以包括用于缩短时间相干长度的电子装置形式的散斑减少器。
159.所述样品调查系统可以进一步包括从由以下组成的组中的至少一种选择：
160.所述系统进一步包括迈克尔逊干涉仪，并且所述电磁辐射的超连续谱激光源与其进行功能组合，所述源是ftir源；
161.所述系统进一步包括波长修改器，用于接受相对长(短)波长的电磁，并提供检测器元件(一个或多个)可以检测的更短(更长)波长的输出；
162.所述检测器系统包括单一元件；
163.所述检测器系统包括多个检测器元件，所述检测器元件可以在相对更长(更短)的波长进入所述波长修改器时检测从所述波长修改器离开的波长，并且其中所述可检测的波长通过从由以下组成的组中的至少一种选择被指引到所述检测器元件中：
164.至少一个光束分离器；
165.至少一个组合的二向色镜和棱镜；以及
166.至少一个光栅；以及
167.所述系统还包括第二源，其提供比由所述超连续谱激光器提供的更长或更短的范围内的波长。
168.本发明的调查样品的方法可以包括：
169.a)提供样品调查系统，其从由以下组成的组中选择：
170.反射计；
171.分光光度计；
172.椭偏计；以及
173.偏振计；
174.包括：
175.a’)电磁辐射分光光束的光束源；
176.b’)用于支持样品的载物台；以及
177.c’)用于监测从单个样品提供的电磁辐射的检测器系统。所述系统的区别在于，所述高强度、高方向性的电磁辐射分光光束源是超连续谱激光器，其提供在包括400到至少4400nm的范围内的电磁辐射波长的相干光谱，这是由脉冲激光和非线性过程相互作用导致广泛的光谱增宽造成的，所述系统进一步包括第二源，其提供比由所述超连续谱激光器提供的更长或更短的范围内的波长，所述系统被配置为使得两个源都向所述样品上与所述超连续谱源基本相同的位置提供电磁辐射。
178.所述系统进一步包括从由以下组成的组中选择的形式的散斑消除器：
179.多模光纤；
180.光束扩散器；
181.蝇眼光束均化器；
182.旋转光束扩散器；
183.压电式电晶体驱动的光束扩散器；
184.用于缩短时间相干长度的电子装置；
185.所述散斑减少器用于减少电磁辐射强度随光束中的位置的变化的剧烈波动，这是由所述广泛增宽的光谱中不同的相干波长之间的干涉效应造成的。
186.所述样品调查系统的特征在于从由以下组成的组中选择的至少一种：
187.首要选择组
188.所述方法继续：
189.b)使由所述超连续谱激光器和散斑减少器提供的散斑减少的电磁辐射分光光束与所述载物台上的样品相互作用，然后进入所述检测器系统，和/或使由所述第二源提供的电磁辐射与所述载物台上的样品相互作用并进入所述检测器；
190.c)分析由所述检测器提供的数据以表征所述样品的特性。
191.所述检测器可以包括系统，所述系统具有至少两个检测器和用于将所述分光光束的一部分基于波长分配给每个检测器的装置。
192.从由以下组成的组中选择的样品调查系统的另一种记载：
193.反射计；
194.分光光度计；
195.椭偏计；以及
196.偏振计；
197.所述样品调查系统包括：
198.a)电磁辐射分光光束源；
199.b)用于支持样品的载物台；以及
200.c)用于监测电磁辐射的检测器系统；
201.所述系统的区别在于：
202.所述电磁辐射分光光束源是超连续谱激光器，其提供在包括400到至少4400nm的范围内的电磁辐射波长的高强度、高方向性的相干谱，这是由脉冲激光和非线性过程相互作用导致广泛的光谱增宽造成的，所述系统进一步包括第二源，其提供比由所述超连续谱激光器提供的波长更长或更短的范围内的波长，所述系统被配置为使得两个源都向所述样品上与所述超连续谱源基本相同的位置提供电磁辐射；
203.并且区别在于，所述样品调查系统的特征在于：
204.首要选择组
205.所述系统进一步包括从由以下组成的组中选择的形式的散斑减少器：
206.多模光纤；
207.光束扩散器；
208.蝇眼光束均化器；
209.旋转光束扩散器；
210.压电式电晶体驱动的光束扩散器；
211.用于缩短时间相干长度的电子装置；
212.所述散斑减少器用于减少电磁辐射强度随时间和光束中的位置的变化的剧烈波动，这是由所述广泛增宽的光谱中不同的相干波长之间的干涉效应造成的。
213.所述系统还可以进一步包括在电磁辐射光束源和所述用于支持样品的载物台之间的偏振态发生器，以及在所述用于支持样品的载物台和所述检测器之间的偏振态分析器，并且该系统是椭偏计或偏振计，所述系统可选地进一步包括在偏振态发生器和/或所述偏振态检测器中的补偿器。
214.所述样品调查系统可以包括散斑减少器，其形式为多模光纤、光束扩散器、蝇眼光束均化器、旋转光束扩散器、压电式电晶体驱动的光束扩散器或者用于缩短时间相干长度的电子装置。
215.在适用的情况下，任何实施例中的检测器系统可以由以下组中的选择组成：
216.高莱盒；
217.辐射热计；
218.热电偶；
219.由光电导材料组成；
220.由光伏材料组成；
221.由氘化三甘氨硫酸酯(dtgs)组成；
222.由hgcdte(mct)组成；
223.由litao3组成；
224.由pbse组成；
225.由pbs组成；以及
226.由insb组成；
227.所述组进一步包括：
228.所述检测器系统包括多个检测器元件，其可以检测通过以下组中的至少一种选择被指引到其元件中的波长：
229.至少一个光束分离器；
230.至少一个组合的二向色镜和棱镜；以及
231.至少一个光栅；
232.用于在包括400nm到至少50000nm之间的波长范围内调查样品的样品调查系统的另一种记载，所述样品调查系统从由以下组成的组中选择：
233.反射计；
234.分光光度计；
235.椭偏计；以及
236.偏振计；
237.并且包括：
238.a)电磁辐射分光光束源；
239.b)用于支持样品的载物台；以及
240.c)用于监测电磁辐射的至少一个检测器系统。
241.所述电磁辐射分光光束源从由以下组成的组中选择：
242.超连续谱激光器；
243.能斯特发光体；
244.碳硅棒；
245.激光稳定的弧灯；
246.hg弧灯；以及
247.固定或可调谐的量子级联激光器；并且
248.其提供在红外线和/或太赫兹波范围内的波长。
249.所述至少一个检测器系统可以包括不能检测在至少部分红外线和太赫兹波范围内的长电磁辐射波长的检测器元件(一个或多个)。在这种情况下，所述样品调查系统进一步包括至少一个波长修改器，所述至少一个波长修改器在使用中接受在所述至少一个检测器系统中的元件(一个或多个)不能检测的相对长(短)波长的电磁辐射，并提供所述检测器元件(一个或多个)能够检测的更短(更长)的波长作为输出，并且使所述可检测的波长进入到由可以检测所述更短(更长)的波长的电磁辐射的元件(一个或多个)组成的所述至少一个检测器系统中。
250.调查样品的方法的另一种记载包括以下步骤：
251.a)提供用于在包括400nm到至少50000nm之间的波长范围内调查样品的样品调查系统，所述样品调查系统从由以下组成的组中选择：
252.反射计；
253.分光光度计；
254.椭偏计；以及
255.偏振计；
256.并且包括：
257.a’)电磁辐射分光光束源；
258.b’)用于支持样品的载物台；以及
259.c’)用于监测电磁辐射的至少一个检测器系统；
260.其中所述电磁辐射分光光束源从由以下组成的组中选择：
261.超连续谱激光器；
262.能斯特发光体；
263.碳硅棒；
264.激光稳定的弧灯；
265.hg弧灯；以及
266.固定或可调谐的量子级联激光；
267.其提供在红外线和/或太赫兹波范围内的波长。
268.所述至少一个检测器系统可以包括不能检测在至少部分红外线和太赫兹范围内的长电磁辐射波长的检测器元件(一个或多个)，并且所述样品调查系统进一步包括至少一个波长修改器，所述至少一个波长修改器在使用中接受在所述至少一个检测器系统元件(一个或多个)中的元件(一个或多个)不能检测的相对长(短)波长的电磁辐射，并提供所述检测器元件(一个或多个)能够检测的更短(更长)的波长作为输出，并且使所述可检测的波长进入到由可以检测所述更短(更长)的波长的电磁辐射的检测器元件(一个或多个)组成的所述至少一个检测器系统中。
269.所述方法继续：
270.b)选择超连续谱激光源并进一步提供从由以下组成的组中选择的散斑减少系统：
271.多模光纤；
272.光束扩散器；
273.蝇眼光束均化器；
274.旋转光束扩散器；
275.压电式电晶体驱动的光束扩散器；以及
276.用于缩短时间相干长度的电子装置；
277.c)将要调查的样品放置在用于支持样品的所述载物台上；
278.d)使电磁辐射的光束由所述超连续谱激光源产生并与所述样品相互作用，然后进入用于监测电磁辐射的所述至少一个检测器系统；使所述电磁辐射的光束还与所述散斑减少系统和所述波长修改器相互作用，所述波长修改器在所述超连续谱激光源和所述至少一个检测器系统之间，所述至少一个检测器系统包括不能检测在至少部分红外线和太赫兹范围内的长(短)电磁辐射波长的元件(一个或多个)；使得在所述至少一个检测器中的元件(一个或多个)可以检测的波长(一个或多个)的电磁辐射进入到所述至少一个检测器系统中；以及
279.e)分析来自所述至少一个检测器的输出以提供对所述样品特性的洞察。
280.调查样品的另一种方法包括以下步骤：
281.a)提供用于在包括400nm到至少50000nm之间的波长范围内调查样品的样品调查系统，所述样品调查系统从由以下组成的组中选择：
282.反射计；
283.分光光度计；
284.椭偏计；以及
285.偏振计；
286.并且包括：
287.a’)电磁辐射分光光束源；
288.b’)用于支持样品的载物台；以及
289.c’)用于监测电磁辐射的至少一个检测器系统。
290.所述电磁辐射分光光束源可以从由以下组成的组中选择：
291.超连续谱激光器；
292.能斯特发光体；
293.碳硅棒；
294.激光稳定的弧灯；
295.hg弧灯；以及
296.固定或可调谐的量子级联激光器；
297.其提供在红外线和/或太赫兹波范围内的波长。
298.所述至少一个检测器系统可以包括不能检测在至少部分红外线和太赫兹范围内的电磁辐射波长的检测器元件(一个或多个)；
299.所述样品调查系统可以进一步包括至少一个波长修改器，所述至少一个波长修改器在使用中接受在所述至少一个检测器系统中的检测器元件(一个或多个)不能检测的相对长(短)波长的电磁辐射，并提供所述检测器元件(一个或多个)能够检测的更短(更长)的波长作为输出，并且使所述可检测的波长进入到由可以检测所述更短的波长的电磁辐射的元件(一个或多个)组成的所述至少一个检测器系统中。
300.所述方法继续：
301.b)选择除了超连续谱激光器以外的电磁辐射源；
302.c)将要调查的样品放置在用于支持样品的所述载物台上；
303.d)使电磁辐射的光束由所述源产生并与所述样品相互作用，然后进入用于监测电磁辐射的所述至少一个检测器系统；
304.使所述电磁辐射的光束还与所述波长修改器相互作用，所述波长修改器在所述源和包括不能检测在至少部分红外线和太赫兹范围内的长(短)电磁辐射波长的检测器元件(一个或多个)的所述至少一个检测器系统之间；
305.使得在所述至少一个检测器中的检测器元件(一个或多个)可以检测的波长(一个或多个)的电磁辐射进入到所述至少一个检测器系统中；以及
306.e)分析来自所述至少一个检测器的输出以提供对所述样品的特性的洞察。
307.在任何前述示例中，在适当的情况下，样品调查系统可以提供，电磁辐射的超连续谱激光源与迈克尔逊干涉仪进行功能组合；以及所述检测器从由以下组成的组中选择：
308.高莱盒；
309.辐射热计；
310.热电偶；
311.其特征在于包括从由以下组成的组中选择的材料的检测器：
312.氘化三甘氨硫酸酯(dtgs)；
313.hgcdte(mct)；
314.litao3；
315.pbse；
316.pbs；
317.insb；以及
318.ingaas。
319.用于在波长范围内调查样品的另一个本发明样品调查系统规定了，所述样品调查系统从由以下组成的组中选择：
320.反射计；
321.分光光度计；
322.椭偏计；以及
323.偏振计；
324.所述样品调查系统包括：
325.a)从由以下组成的组中选择的电磁辐射分光光束的光束源：
326.超连续谱激光器；以及
327.用于提供比由所述超连续谱激光器提供的更长或更短的波长的源；
328.b)用于支持样品的载物台；以及
329.c)用于监测从单个样品提供的电磁辐射的检测器系统。
330.所述至少一个检测器系统可以包括不能检测在源提供的波长范围的至少部分内的长(短)电磁辐射波长的检测器元件(一个或多个)。
331.所述系统可以进一步要求存在从由以下组成的组中的至少一种选择：
332.至少一个波长修改器，其在使用中接受在所述至少一个检测器系统中的元件(一个或多个)不能检测的相对长(短)波长的电磁辐射，并提供所述检测器元件(一个或多个)可以检测的更短(更长)的波长作为输出，波长修改器的输出作为可检测的波长进入到所述检测器系统的检测器元件(一个或多个)中；以及
333.散斑减少器，所述散斑减少器用于减少电磁辐射的强度随时间和光束中的位置的变化的剧烈波动，这是由所述广泛增宽的光谱中不同的相干波长之间的干涉效应造成的；
334.然后在以下组合的使用中发现了本发明：
335.检测器的系统的应用；
336.超连续谱激光器的使用；
337.散斑减少器的应用；
338.电磁辐射的附加源的应用；
339.超连续谱激光器在傅里叶变换红外线源中的应用；
340.波长修改器的应用。
341.检测器系统
342.本发明包括单元件和多元件检测器两者的使用。当光束(无论是单色光束还是分光光束)要作为整体进行分析时，可以使用单元件检测器，诸如：
343.高莱盒；
344.辐射热计；
345.热电偶；
346.或者可以使用如下的检测器：
347.光电导材料；
348.光伏材料；
349.包括氘化三甘氨硫酸酯(dtgs)；
350.包括hgcdte(mct)；
351.包括litao3；
352.包括pbse；
353.包括pbs；或
354.包括insb；
355.例如，当电磁辐射源与迈克尔逊干涉仪进行功能组合时，这常常是上述情况。
356.本发明检测器系统可替代地包括用于产生来自入射在其上的分光光束的多个独立的波长范围的装置，所述系统包括一系列至少两个元件，其中每个元件从由以下组成的组中选择：
357.光栅，当被提供电磁辐射的入射分光光束时，产生衍射色散波长的光谱，并同时产生光谱内容改变的电磁辐射反射光束；
358.组合二向色光束分离器-棱镜，当被提供电磁辐射的分光光束时，产生色散波长的光谱，该光谱透射经过所述棱镜并从其离开，同时产生光谱内容改变的电磁辐射反射光束。
359.在使用中，使来自电磁辐射源的电磁辐射分光光束与放置在所述载物台上的样品相互作用，然后撞击到第一选择元件上，从而产生色散波长的光谱并将其引导至第一检测器，同时产生反射的光谱内容改变的电磁辐射反射光束，该电磁辐射反射光束被引导撞击第二选择元件，该元件同样地产生被引导至第二检测器的色散波长的光谱。
360.反射的光谱内容改变的电磁辐射反射光束可以被引导撞击光束分离器，该光束分离器将所述光束中的至少一些引导至第三选择元件，该第三选择元件产生被引导至第三检测器中的色散波长的光谱，同时继续将所述光谱内容改变的光束中的至少一些引导至所述第二选择元件，该第二选择元件继续将由其产生的色散波长的有限范围光谱引导至所述第二检测器。
361.所述检测器系统可以包括在功能上启用由以下组成的组中的至少一种选择：
362.所述第一和第二选择元件中的至少一个被设计为最佳地构造从其离开的波长范围；
363.所述第一和第二检测器中的至少一个被设计为最佳地检测分别由所述第一和第二选择元件输入其中的波长范围。
364.所述检测器系统可以进一步包括多于两个选择元件，并且其中由第二选择元件产生的反射电磁光束被引导至由以下组成的组中的至少一种选择：
365.二向色光束分离器，然后从那里撞击第三选择元件；
366.直接撞击第三选择元件；
367.至少一个反射器，然后二向色光束分离器，然后从那里撞击第三选择元件；以及
368.至少一个反射器，然后撞击第三选择元件。
369.所述检测器系统可以规定，第三选择元件在接收所述电磁辐射反射光束时产生被引导至第三检测器的色散波长的光谱。
370.所述检测器系统可以规定，启用由以下组成的组中的至少一种选择：
371.所述第三选择元件被设计为最佳地构造从其离开的波长范围；
372.所述第三检测器被设计为最佳地检测分别由所述第一和第二选择元件输入其中的波长范围；
373.所述检测器系统可以规定，选择第四元件，并且其中由第三选择元件产生的反射的电磁光束或离开与所述第二选择元件相关联的现有二向色光束分离器的反射的电磁光束被引导至由以下组成的组中的至少一种选择：
374.二向色光束分离器，然后从那里撞击到第四选择元件上；
375.直接撞击到第四选择元件上；
376.至少一个反射器，然后是二向色光束分离器，然后从那里撞击到第四选择元件上；以及
377.至少一个反射器，然后撞击到第四选择元件上。
378.所述检测器系统可以规定，第四选择元件在接收所述电磁辐射反射光束时产生被引导至第四检测器的色散波长的光谱。
379.所述检测器系统可以规定，启用由以下组成的组中的至少一种选择：
380.所述第四选择元件被设计为最佳地构造从其离开的波长范围；
381.所述第四检测器被设计为最佳地检测分别由所述第一和第二选择元件输入其中的波长范围。
382.所述检测器系统可以具体地涉及来自所述样品的分光电磁辐射光束，使其撞击到光栅或组合二向色光束分离器-棱镜上，其产生所述衍射色散波长的光谱，该光谱被引导进入检测器；并且同时产生所述光谱内容改变的电磁辐射反射光束，其被引导以与二向色光束分离器相互作用，使所述光谱内容改变的电磁辐射反射光束分离成两束光束，其二者都被引导至由以下组成的组中的独立选择：
383.光栅，当被提供电磁辐射的入射分光光束时，产生衍射色散波长的光谱，并同时产生光谱内容改变的电磁辐射反射光束；
384.组合二向色光束分离器-棱镜，当被提供电磁辐射的分光光束时，产生波长的光谱，该光谱透射通过所述棱镜并离开所述棱镜，同时产生光谱内容改变的电磁辐射反射光束；
385.这使得从现有的光栅或组合二向色光束分离器-棱镜离开的色散波长的光谱各自进入独立的检测器。
386.所述检测器系统可以规定，使来自所述样品的电磁辐射分光光束撞击第一选择元件，从而产生色散波长的光谱并将其引导至第一检测器，同时产生光谱内容改变的电磁辐射反射光束，该电磁辐射反射光束被引导撞击第二选择元件，该元件同样地产生被引导至第二检测器的色散波长的光谱，它是离开其分析器的椭偏计或偏振计的输出光束。
387.所述检测器系统可以具体地涉及来自所述样品的分光电磁辐射光束，其与一系列元件相互作用，所述一系列元件包括：
388.第一光栅和第一检测器，其中离开所述第一光栅的反射光束是零级(zero order)
光束并且被引导至第二光栅和第二检测器。
389.所述检测器系统可以具体地涉及来自所述样品的分光电磁辐射光束，其与一系列元件相互作用，包括：
390.第一光栅和第一检测器，其中离开所述第一光栅的反射光束是零级光束并被引导至第一组合二向色光束分离器-棱镜和第二检测器。
391.所述检测器系统可以具体地涉及来自所述样品的分光电磁辐射光束，其与一系列元件相互作用，所述一系列元件包括：
392.二向色光束分离器，其发送色散波长的第一和第二范围，它们分别基本上高于和低于特定波长，每一个都从由以下组成的组中选择：
393.第一光栅和第一检测器，其中离开所述第一光栅的反射光束是零级光束并被引导至第二光栅和第二检测器；以及
394.第一光栅和第一检测器，其中离开所述第一光栅的反射光束是零级光束并被引导至第一二向色光束分离器-棱镜组合和第二检测器。
395.所述检测器系统可以具体地涉及来自所述样品的分光电磁辐射光束，其与一系列元件相互作用，所述一系列元件包括：
396.第一组合二向色光束分离器-棱镜和第一检测器，并且其中从所述第一组合二向色光束分离器-棱镜反射的反射光束被引导至第一光栅和第二检测器。
397.所述检测器系统可以具体地涉及来自所述样品的分光电磁辐射光束，其与一系列元件相互作用，所述一系列元件包括：
398.第一光栅和第一检测器，其中由所述第一光栅产生的反射光束是零级光束并且被引导至第二光栅和第二检测器，以及其中由所述第二光栅产生的反射光束是零级光束并被引导至第三光栅和第三检测器。
399.所述检测器系统可以具体地涉及来自所述样品的分光电磁辐射光束，其与一系列元件相互作用，所述一系列元件包括：
400.第一光栅和第一检测器，其中由所述第一光栅产生的反射光束是零级光束并且被引导至第一组合二向色光束分离器-棱镜和第二检测器，并且其中从所述第一组合二向色光束分离器-棱镜反射出的反射光束通过二向色光束分离器被引导至第三光栅和第三检测器。
401.所述检测器系统可以具体地涉及来自所述样品的分光电磁辐射光束，其与一系列元件相互作用，所述一系列元件包括：
402.第一光栅和第一检测器，其中由所述第一光栅产生的反射光束是零级光束并且被引导至第二光栅和第二检测器，并且其中由所述第二光栅产生的反射光束是零级光束并且被引导至第一二向色光束分离器-棱镜组合和第三检测器。
403.所述检测器系统可以具体地涉及来自所述样品的分光电磁辐射光束，其与一系列元件相互作用，所述一系列元件包括：
404.第一光栅和第一检测器，其中由所述第一光栅产生的反射光束是零级光束并且被引导至第一组合二向色光束分离器-棱镜和第二检测器，并且其中从所述第一组合二向色光束分离器-棱镜反射的反射光束通过光束分离器被引导至第二二向色光束分离器-棱镜组合和第三检测器。
405.所述检测器系统可以具体地涉及来自所述样品的分光电磁辐射光束，使其与一系列元件相互作用，所述一系列元件包括：
406.第一组合二向色光束分离器-棱镜和第一检测器，其中由所述第一组合二向色光束分离器-棱镜反射的反射光束被引导至第二光栅和第二检测器，并且其中由所述第二光栅产生的反射光束是零级光束并且被引导至第三光栅和第三检测器。
407.所述检测器系统可以具体地涉及来自所述样品的分光电磁辐射光束，其与一系列元件相互作用，所述一系列元件包括：
408.第一组合二向色光束分离器-棱镜和第一检测器，其中从所述第一组合二向色光束分离器-棱镜反射出的反射光束被引导至第二二向色光束分离器-棱镜组合和第二检测器，并且其中从所述第二组合二向色光束分离器-棱镜反射出的反射光束通过二向色光束分离器被引导至第三光栅和第三检测器。
409.所述检测器系统可以具体地涉及来自所述样品的分光电磁辐射光束，其与一系列元件相互作用，所述一系列元件包括：
410.第一组合二向色光束分离器-棱镜和第一检测器，其中从所述第一组合二向色光束分离器-棱镜反射出的反射光束被引导至第一光栅和第二检测器，并且其中由所述第二光栅产生的反射光束是零级光束并且被引导至第二组合二向色光束分离器-棱镜和第三检测器。
411.所述检测器系统可以具体地涉及来自所述样品的分光电磁辐射光束，其与一系列元件相互作用，所述一系列元件包括：
412.第一组合二向色光束分离器-棱镜和第一检测器，其中从所述第一组合二向色光束分离器-棱镜反射出的反射光束被引导至第二组合二向色光束分离器-棱镜和第二检测器，并且其中由所述第二组合二向色光束分离器-棱镜反射的反射光束通过光束分离器被引导至第三组合二向色光束分离器-棱镜和第三检测器。
413.所述检测器系统可以涉及由光栅产生的色散衍射波长的光谱，其是 或-级光谱。
414.应当理解的是，其中相对更短的波长可以修改为更长的波长，这些更长的波长将由例如高莱盒、辐射热计或微型辐射热计等进行检测。然而，由于本发明中的源提供相对长的波长，本发明更可能包括用于将相对更长波长的电磁辐射改变为更短波长的电磁辐射的波长修改器，与例如固态检测器元件进行功能组合，该固态检测器元件不能监测更长的波长，但可以监测更短的波长、更高能量的波长。
415.本发明上下文中的典型配置是，源提供在红外线和/或太赫兹波范围内的波长，并且检测器元件是固态的，其只能检测更高能量的、更短的波长。然而，这不排除其中波长修改器输入相对更短的波长并输出更长的波长并且检测器元件是高莱盒、辐射热计或微型辐射热计等的情况。在使用固态检测器元件的情况下，本发明以降低的初始和操作成本的形式提供效用，(例如，当检测更长的波长时的冷却)。
416.在权利要求中，在叙述一个或多个元件的情况下，指示了检测器类型之间的区别。也就是说，权利要求应解释为适用于检测器包括单个元件并监测分光光束的单色波长或一起监测所有波长的情况，或适用于波长被分开和单独监测的情况。
417.通过参考本说明书的详细描述并结合附图将更好地理解本发明。
附图说明
418.图1展示了多个波长范围，在这些波长范围内，各种多通道检测器(det1)(det2)(det3)被设计为进行最佳处理。
419.图2示出了多个光栅(g)和/或二向色光束分离器-棱镜组合(dbsp)(一般表示为(g/p))的一些本发明的组合作为示例，分别产生波长的至少一个 或-级光谱以及相对更高能量的反射光束(例如，在光栅的情况下为零级(zo))、被引导至后续光栅(g)的电磁辐射光束的示例。
420.图3a示出了光栅(g)，其反射电磁的入射光束(ib)并提供按其顺序的(例如，第一 级)连同提供零级(zo)的波长(λ)的光谱。
421.图3a’示出了反射(rb)光束在其上存在涂层的表面处从二向色光束分离器-棱镜(dbs-pr)组合反射以给予其二向色属性的情况。注意到，至少 或-级光谱的光谱离开了棱镜(p)。
422.图4展示了椭偏计系统，本发明在其中找到了非常相关的应用。
423.图5示出了使用连续的后续光栅，其连续与电磁辐射相遇。
424.图6示出了使用光束分离器将部分光束引导至不同的检测器，所述检测器可以优化以响应不同的波长范围。
425.图7a和7b分别示出了由超连续谱激光源在约400-2500nm范围内提供的电磁辐射光束在光束中典型的强度与位置的关系，以及当将散斑减少器应用于图7a的曲线时的相同结果。
426.图8a-8a
”’
示出了减少散斑的蝇眼法。
427.图8b-8f示出了各种散斑减少器。
428.图9a和9b被包括以分别示出基本反射计或分光光度计系统，以及基本椭偏计或偏振计系统，包括一个或多个波长修改器(wm)。
429.图9c示出了基本ftir系统，其包括在其中的电磁辐射源。
430.图9d和9e示出了具有色散光学器件和波长修改器(wm)的图9a和9b。
431.图9f示出了基本反射计或分光光度计系统，其存在两个波长修改器(wm)。
432.图9g-9i示出了在其中存在波长修改器(wm)的椭偏计系统的进一步示例。
433.图10a被包括以示出与典型的常规的电磁辐射源的强度与波长的关系相比，典型的发明人生成的由超连续谱激光器造成的强度与波长的关系。
434.图10b被包括以示出最近的进展已将超连续谱激光器的范围扩展到至少4400nm，甚至高达18000nm。
具体实施方式
435.首先，应当理解，本文所要求保护的发明最佳地被示出在图9f-9j中，其有关在反射计、分光光度计、椭偏计和偏振计样品调查系统的上下文中应用的波长修改器(wm)。所述波长修改器(wm)改变进入电磁辐射的波长，其可以出现在样品(sam)支持载物台(stg)之前或之后。然而，目前所要求保护的发明也不可分离地涉及电磁辐射的源(ls)和检测器(pa)。本文的附图改编自共同未决的申请17/300,091(与源(ls)和检测器(det)有关)，并按其中呈现的顺序进行讨论。
436.现在转到图1，其展示了许多波长范围，其中各种多通道检测器(det1)(det2)(det3)被设计为进行最佳处理。许多附加的波长范围也可以类似地示出，诸如如图2所示的(4)。
437.图2示出了在红外线或太赫兹波范围内的电磁波长的源(em)、通常存在的孔径和波长修改器(wm)的展示性使用，波长修改器(wm)用于接受所述红外线或太赫兹波波长，并通常提供固态检测器(det)元件(de’s)(参见图4)可以检测的波长范围内的输出波长。图2还示出了多个光栅(g)(参见图3a)和/或二向色光束分离器-棱镜组合(dbs-rp)(参见图3a’)在图2中的组合，其每一个都产生波长的至少一个 或-级光谱(δλ)，以及光谱内容改变的电磁辐射反射光束(rb/or)，(例如，在光栅(g)情况下的零级(or)光束或在二向色光束分离器-棱镜组合(dbs-pr)情况下的功能相似的反射光束(rb))(两种可能性在图2中以g/p-指示)。参见在图3a’中关于组合二向色光束分离器-棱镜(dbs-pr)的反射光束(rb)以及在图3a中的零级(or)光束。(注意，术语零级(zo)在应用二向色光束分离器-棱镜组合(dbsp)而不是光栅(g)的极其严格的意义上是不正确的，即使提供的结果在功能上相似)。图2是本发明系统检测器系统相关的示例，其中电磁辐射光束(ib)的源(em)被示为通过孔径(ap)提供电磁辐射，并且撞击(g/p1)。离开(g/p1)的是 或-的第一范围，通常是波长(λ)的一级光谱，其继续通过如图所示的反射镜(m)反射进入检测器(det1)。还示出了从另一个反射镜(m)反射并与二向色光束分离器(dbs)相遇的反射光束(rb)，该二向色分束器(dbs)将进入光束的第一量引导至(g/p3)，其将光束色散成一系列波长()，这些波长被引导至检测器(det3)。进入(dbs)的光束的第二量朝着(g/p2)离开，该(g/p2)提供了色散的一系列波长(λ)，这些波长(λ)被引导至检测器(det2)，并且还引导反射光束(rb"/or")到(g/p4)，该(g/p4)为检测器(det4)提供了色散的一系列波长(λ)。应当理解，图2被包括以示出，本发明可以包括多个检测器(det’s)，每个检测器包括多个固态检测器元件(de’s)(参见图4)，其可以检测当相对更长的波长(例如，在ir或thz范围内)进入所述波长修改器(wm)时从所述波长修改器(wm)离开的波长，并且其中来自所述波长修改器(wm)的可由固态检测器元件(de’s)检测的所述波长通过光束分离器(dbs)和/或棱镜/二向色光束分离器组合(dbs-pr)(参见图3a’)和/或光栅(g)(参见图3a)被指引至所述固态检测器元件(de’s)。
438.图3a展示了光栅(g)，其中电磁辐射输入光束(ib)撞击到光栅上，其结果是产生了波长的至少一个 /-级光谱连同零级(zo)光束。
439.图3a’示出了反射(rb)光束在其上存在涂层的表面处从二向色光束分离器-棱镜(dbs-pr)组合反射以给予其二向色属性的情况。注意到，至少 或-级光谱的光谱离开了棱镜(p)。涂层(c)被指示为存在于输入光束撞击的表面上，并且用于形成二向色光束分离器(dbs)。为了洞察，二向色指的是基于波长的不同的属性，例如电磁辐射的反射/透射。
440.应当理解，图2中(g/p_)的指定将被解释为可能是图3a和3a’中的任一系统。
441.图4(其是取自于liphardt等人的专利no.7,345,762中的图2)被包括以展示椭偏计系统，本发明在其中发现椭偏计和偏振计以及类似的系统具有非常相关的应用。当如此应用时，离开椭偏计偏振态分析器(即，在所述图4中的(epclb))的光束被有利地视为附图2中所示的光束(ib)。粗略地，图2中的光栅(g1)对应于所述图4中的色散元件(即光栅)(do)。注意到，图4示出了椭偏计源(ls)，其提供了椭偏计光束(ppclb)，该光束已经通过与所示偏振器(p)的相互作用而偏振。然后使所述光束(ppclb)与所示样品(ms)相互作用，指示在该
点上可以是聚焦光束。从所述样品(ms)反射的光束可以重新准直，然后穿过分析器(a)并作为光束(epclb)出现，之后被(fe)聚焦到色散元件(例如光栅)(do)，所述(do)用于将波长色散到多元件检测器(pa)中。一个或两个补偿器(c)也可以存在，如在偏振态发生器或分析器或分别与偏振器和分析器相关联的系统中所示。再者，为了对应，色散元件(do)粗略地相当于图2中的光栅(g1)。还示出了可以控制聚焦(ssc)和重新准直(ssc’)透镜的位置以优化预期效果的指示。
442.图5(来自专利7,345,762中的图9)被包括以示出使用连续的后续光栅(例如g1和g1’)来达到分光计系统中所期望的波长。
443.图6(取自专利8,169,611中的图1a)被包括以示出使用光束分离器(b1和b2)以将光束的各部分引导至可以优化以响应不同的波长范围的不同的检测器(d1和d2)。更多说明请参见专利7,345,762和8,169,611。然而，所述专利并不建议本发明将反射的光谱内容改变的光束引导至后续光束色散元件。图6还示出了使用光束分离器以将光束的各部分引导至可以优化以响应不同的波长范围的不同的检测器。
444.附图中所示的 /-级通常可以描述为当光栅被提供电磁辐射的入射分光光束并且作为响应产生衍射色散波长的光谱时产生的波长范围，同时产生光谱内容改变的电磁辐射反射光束(通常是零级光束)。
445.继续，图7a示出了由超连续谱激光源在约400到至少4400nm的范围内提供的电磁辐射光束在光束横截面中典型的强度与位置的关系。特别注意的是，其相干成分之间的相互作用的效应会导致非常不一致的强度曲线。注意到，散斑会导致波长的不稳定。超连续谱激光器可以应用于目前所要求保护的发明，以将由此提供的波长改变为固态检测器(可能与滤波器结合使用)可以检测的波长。
446.图7b示出了将“斑点减少器”应用于图6中的光束强度分布曲线，允许获得在光束分布曲线中稳定得多的光束强度与位置关系。这种稳定得多的强度分布曲线非常适合应用在计量系统中，例如椭偏计、偏振计、反射计和反射计。相信本说明书中描述的超连续谱激光源和散斑减少器的使用是新的和新颖的，特别是与还描述的检测器系统结合使用。如本说明书前面所述的，相干源会导致干涉效应，本系统包括散斑消除器，其形式选择自由以下组成的组：
447.多模光纤；
448.光束扩散器；
449.蝇眼光束均化器；
450.旋转光束扩散器；
451.压电式电晶体驱动的光束扩散器；
452.用于缩短时间相干长度的电子装置；
453.以有效地消除强度非常小的波长范围内的广泛变化，(即散斑)。
454.图8a-8a
”’
示出了减少散斑的光束均质化方法。注意到，图8a中示出了输入电磁辐射被示为(emi)，其强度非常不平坦，但可以转化为示为(emo)的输出电磁辐射，其强度非常平坦。该系统由光束扩展器(be)、光束准直器(bc1)、两个蝇眼透镜(mf1)(mf2)、应用于聚焦离开(mf2)的准直光束的第二光束准直器(bc2)、以及重新准直提供给它的光束的第二光束准直器(bc2)组成。(em1)的能量内容已通过蝇眼透镜(mf1)和(mf2)的作用均匀分布，如
(emo)所指示。图8a’和8a”示出了典型的蝇眼透镜构造。图8a
”’
被包括以指示图8a的系统(bh)可以如何应用于椭偏计系统。在“a”处的来自源(ls)的进入光束如(emi)所示，以及在“b”处的光束能量的分布如(emo)所示，并且可以在所述光束与样品相互作用之前应用偏振元件(de)，以及位置(d)，其中检测器被定位以监测来自所述样品上的位置(d)的反射光束。
455.图8b-8f示出了其他各种散斑减少器。图8b示出了光束扩散器板，输入光束(bi)进入其中并作为扩散光束(dbo)分量离开。图8c是简单的蝇眼透镜(fe)，当光束从其中穿过时，它会导致与图8b中的光束扩散器类似的效果。图8d示出了图8b的光束扩散器(bd)附接到使其在使用中旋转的电机(m)上。输入光束(b)如图所示再次从此穿过，并作为扩散光束(dbo)出现。图8e示出了再如图8b中的光束扩散器(bd)板，其附接到应用于使光束扩散器(bd)在使用中垂直和/或水平振动的压电式驱动器(pz)。蝇眼(fe)透镜还可以用于图8d和图8e的配置。图8f示出了多模光纤的端视图。注意到，纤芯区域1和外部区域2。在多模光纤中，区域1是区域2的重要部分。区域1纤芯在单模光纤中并不那么突出。
456.图9a被包括以示出了基本反射计或分光光度计系统，包括：
457.a)电磁辐射光束源(s)；
458.b)用于支持样品(sam)的载物台(stg)；
459.c)电磁检测器系统(det)；
460.在本发明中，所述系统的区别在于，所述电磁辐射分光光束源(s)是提供如图7a和优选地7b所示的输出光谱的超连续谱激光器。也就是说，本发明的主要区别的方面是使用高强度、高方向性的超连续谱激光器来提供电磁辐射。如前面关于图2所描述的，本发明另一方面涉及使用向非常适合检测所述波长的检测器提供各种范围的波长的检测器系统。
461.图9b示出了图9a的元件，添加了偏振态发生器(psg)和偏振态分析器(psa)以实现椭偏计或偏振计系统。(注意，如果本说明书和权利要求书中提到了不止一个源(s)，则任何相关图中对(s)的指示应解释为代表正在使用的那一个源。)
462.应当理解的是，前述的检测器系统可以规定，存在如图2中呈现的多个多元件阵列，或者存在如图4中的单个阵列或如图9a和9b指示的单个检测器。图9d和9e示出了被修改以包括检测器(det)阵列元件(de’s)的图9a和9b所示的系统的检测器侧。注意到，图9e中的波长修改器(wm)从色散光学器件(do)之前移动到了其之后。在任何配置中，提供可测量的电信号的功能元件(一个或多个)可以是固态(例如ccd阵列)或信号元件，诸如高莱盒或辐射热计。后者检测器可应用于监测红外线和太赫兹波频率的电磁辐射。高莱盒将电磁辐射引起的温度变化转换为可电监测的信号。例如，可以存在将电磁辐射反射到一个或另一个光电池中的可变形隔膜/薄膜。高莱盒腔室中隔膜/薄膜形状的变形会引起电磁辐射引导进入监测光电池。辐射热计通过转换由电磁辐射撞击变黑材料造成的电阻变化来进行操作。进一步，检测器可以在适用的情况下包括波长修改器，该波长修改器用于将远红外线频率/波长改变为近红外线频率/波长，从而可以使用更便宜且更易于使用的硅基元件。图9a、9b、9d和9e标识了波长修改器(wm)。将更长波长转换为更短波长的波长修改器的示例是nlir非线性红外线传感器，其将中红外线波长改变为近可见波长。图9c被包括以指示电磁辐射源(s)可以是傅里叶变换干涉仪(ftir)系统的一部分。所示为源(s)、光束分离器(bs)以及两个反射镜(m1)和(m2)。在使用中使反射镜m1如图所示上下移动。这增加和减少了光束从光束分离器(bs)到那里的路径长度。由于在光束分离器处的干涉，光束分离器(bs)与反射镜
(m1)之间的光束以及光束分离器(bs)与反射镜(m2)之间的光束之间的干涉，各种波长透射并在反射镜(m1)的不同位置被阻挡。
463.图9f示出了有两个波长修改器(wm)的基本反射计或分光光度计系统。通常只存在其中的一个，因此示出的两个不应被解释为限制性的，但请注意，当只存在一个时，其可以位于载物台(stg)的任一侧。当波长修改器存在于载物台(stg)之前时，样品调查系统转换成了在与电磁辐射源(ls)提供的不同波长范围内调查样品(ms)的系统。如果期望使用相同的样品调查系统利用非常宽泛的波长范围调查样品，而无需改变电磁辐射源(ls)，这可以是有用的。
464.图9g-9i示出了在载物台(stg)之后的各种位置中存在波长修改器(wm)的椭偏计系统的进一步示例。所示系统包括分光电磁辐射源(ls)、偏振器(p)、补偿器(c)(注意(p)和(c)组合构成了(psg))、在载物台(stg)上的样品(ms)、第二补偿器(c’)和分析器(a’)(注意(c’)和(a)构成了(psa))、聚焦元件(fe)、色散光学器件(do)以及包括多个检测器元件(de’s)的检测器(pa)。在图9g中，波长修改器(wm)存在于所述载物台(stg)和所述色散光学器件(do)之间。图9h进一步包括光束分离器(bs)和反射镜(m)以提供两种检测器布置，两者都具有存在于所述载物台(stg)和所述色散光学器件(do)之间的波长修改器(wm)。图9i与图9g的不同在于，波长修改器(wm)存在于色散光学器件(do)和检测器(pa)之间。任何这样的布置都被认为是在本发明的范围内。图9g-9i展示了在展示性本发明系统中波长修改器(wm)的位置。还注意到，图9g的配置可以存在于图9h-9i中。也就是说，无论系统是反射计、分光光度计、椭偏计还是偏振计，波长修改器(wm)都可以存在于源(ls)和载物台(stg)之间。
465.注意到，偏振器(p)、分析器(a)或补偿器(一个或多个)(c)，(如图6所示或如图9b所示合并成偏振态发生器(psg)或偏振态分析器(psa))，可以是在使用中静止的，或者可以使一些或全部旋转。
466.图10a被包括以示出，与常规的电磁辐射源的强度与波长的关系相比，当超连续谱激光光束的路径中存在0.0325％中性密度滤光片时本发明的发明人生成的典型的由超连续谱激光器引起的强度与波长的关系。注意，超连续谱激光器强度比常规源光谱的强度大得多(所示为约大30倍)，并且为了比较它们的波长光谱特性，有必要通过0.0325中性密度滤光片对其进行大幅衰减。
467.图10b被包括以示出了自专利申请提交以来，超连续谱激光源已取得的进展。注意与图10a相比，图10b中极大扩大的波长范围。预计波长范围的进一步扩展将继续，并且本发明应该从这个角度考虑。也就是说，图10a和10b中所示的超连续谱激光源波长范围是示例性的，而不是限制性的。例如，提供高达18000nm波长的超连续谱激光源是可用的，尽管在较长的波长处强度会降低。
468.已经在此公开了本发明的主题，应该很明显的是，鉴于本发明的教导，本发明的许多修改、替换和变化是可能的。因此，应当理解，本发明可以按具体描述以外的方式实施，并且在其广度和范围上应当仅受权利要求书的限制。