本發(fā)明的技術領域是光學計量學的技術領域。

因此，本發(fā)明的一方面涉及用于光束，特別地多色光束，并且尤其是多色激光束的表征的設備和方法。根據(jù)本發(fā)明的一方面的設備和方法特別地可以確定光束，并且尤其是脈沖激光束的空間-時間特性，包括通常飛秒持續(xù)時間的一個或多個激光脈沖。更通常地，根據(jù)本發(fā)明一個方面的設備和方法可以用于測量在光束的一點的電磁場和在光束的所有其它點的電磁場之間互相關功能，該光束的一點取得參考點的資格。

背景技術：

更特別地將描述本發(fā)明有關其應用于具有空間-時間耦聯(lián)的超短波激光脈沖的表征，盡管這些用途不是排他性的。采用“超短波激光脈沖”意指皮秒脈沖，即持續(xù)時間包括約0.1和100ps之間，或者飛秒脈沖，即持續(xù)時間小于或等于100fs＝0.1ps。持續(xù)時間延伸到強度分布圖的中間高度。這些脈沖具有相對寬的光譜帶，即通常地幾十納米的數(shù)量級，或者甚至幾百納米的數(shù)量級。

超短波激光脈沖具有大量科學和技術的應用；它們可以被放大直到幾焦耳的能量，并且形成束，稱為“脈沖束”，根據(jù)尤其是它們的功率，其直徑從幾毫米到幾厘米。

通常來說，脈沖束的電磁場的時間特性可以空間地改變，或者在等同方式中，脈沖束的電磁場的空間特性可以是隨時間而定的。例如，脈沖持續(xù)時間可以依賴于光束中位置(x，y)。在本說明書中，除非另外說明，將考慮光束在方向“z”的傳播，“x”、“y”和“z”軸線形成標準正交的坐標系統(tǒng)。

當這種相依性存在時，場E(x,y,t)不能表示為下面形式：

E(x，y，t)＝E₁(t)×E₂(x，y)

其中E₁(t)是時間函數(shù)，并且E₂(x,y)是空間函數(shù)。那么也就是說光束具有空間-時間耦聯(lián)(STC)。

空間-時間耦聯(lián)可以尤其地導致脈沖束的強度前面的失真，如通過圖1a和1b示例的。圖1a示例了理想情況，根據(jù)該情況，在方向z上傳播的超短波脈沖束的電磁能以直徑D和厚度cT的非常薄的圓盤被傳播開，其中c是光束，并且T是脈沖的持續(xù)時間。在圖1a的實施例中，D＝8cm，并且cT＝10μm，其對應于約33fs的脈沖持續(xù)時間。為了最大化在焦點獲得的光強度，這是通常所期望的，所述圓盤必須盡可能“平”。為了表征能量的該空間分布，使用表述激光的“強度前面”。強度前面的概念一定不要與“波前面”的概念混淆。

實際上，并且尤其地在具有大光束直徑的高功率激光器的情況下，強度前面可以不是平的，但是失真，如圖1b中示例的。由此，脈沖峰可以在不同時刻到達平面(x,y)中光束段的不同點，并且脈沖持續(xù)時間也可以從一個點到另一個點變化。其它類型的空間-時間耦聯(lián)也是可能的，諸如，例如隨著時間過去的波前面的轉動。

已經(jīng)提出用于測量這些耦聯(lián)的技術，但是它們在它們的性能方面保持了有限性，并且實施復雜和不適于通常地來自于高功率源的大尺寸光束。因此，這些技術并不普及。實際上，光束越大，它越有可能有空間-時間耦聯(lián)。因此，特別地對于這種光束，能夠實施空間-時間耦聯(lián)的測量是重要的。

此后列出了這些技術：

-“SPIDER-2D”技術，昂貴和復雜的，強加了表征光束的尺寸限制。SPIDER-2D能夠實現(xiàn)根據(jù)時間t和橫向方向x或y的表征光束的重建。

-“STRIPED FISH”技術比SPIDER-2D實施更簡單和更便宜。而且，STRIPED FISH能夠實現(xiàn)根據(jù)時間t和兩個橫向方向x和y的表征光束的重建。然而，STRIPED FISH也強加了表征光束的尺寸限制，要求使用參考光束，這可以證明非常難于獲得的，并且只能夠實現(xiàn)小的光譜取樣。

-“HAMSTER”技術，Cousin等的論文中描述了該技術“Three-dimensional spatiotemporal pulse characterization with an acousto-optic pulse shaper and a Hartmann-Shack wavefront sensor(用聲音光學脈沖整形器和Hartmann-Shack波前傳感器的三維空間時間脈沖表征)”，Optics Letters 37,3291(2012)。HAMSTER使用聲音-光學調(diào)制器和Shack-Hartmann類型的2D波前面?zhèn)鞲衅?，以實施在表征光束的點的時間測量，然后測量表征光束的不同光譜段的空間波前面。在兩個系列的測量結束時，HAMSTER到達表征光束的完整空間-時間重建，即根據(jù)t和兩個橫向方向x和y。然而，HAMSTER技術涉及一定的復雜性和高成本，尤其地考慮聲音-光學調(diào)制器的應用。另一方面，HAMSTER技術不適于大直徑的光束。

-“SEA TADPOLE”技術包括用第一光學纖維收集在表征光束的不同點的光，同時移動所述第一光學纖維到光束的不同點。輔助光束被射入到第二光學纖維中。第一和第二光學纖維的輸出端彼此靠近放置，以發(fā)散的這種方式，離開所述第一和第二光學纖維的光束空間地重疊，并且產(chǎn)生空間干涉。使用分光計光譜地解析這些空間干涉，以獲得干涉圖。該干涉圖可以決定射入到第一纖維中的光束和射入到第二纖維中的光束之間的光譜相位。因此，在表征光束的點處收集的光的光譜特性與輔助光束的光的光譜特性比較。通過移動第一纖維到表征光束的多個點，這些點的每個點與輔助光束比較，這可以重建表征光束的光譜相位。不像SPIDER-2D和STRIPED FISH技術，SEA TADPOLE技術具有不限制表征光束的尺寸的優(yōu)點。以對于STRIPED FISH相同的方式，裝備相對簡單和廉價，并且根據(jù)三個方向(x,y,t)實施表征光束的重建。然而，通過SEA TADPOLE的光束的表征需要大量的激光發(fā)射，一點一點確定的光譜相位。實施幾個激光發(fā)射的必要性強制要表征的激光束穩(wěn)定和可發(fā)射對發(fā)射的再現(xiàn)，對于飛秒激光器，并且特別地對于高功率飛秒激光器，這不是總是的情況。SEA TADPOLE技術的另一個限制是由光學纖維的應用構成，這引入了隨機相位波動。

-“最接近的現(xiàn)有技術由稱為“MUFFIN”的技術構成”，在專利FR 2976663(A1)中描述了它。在專利FR 2976663(A1)的導言中，也以詳細的方式描述了之前提到的SPIDER-2D、STRIPED FISH和SEA TADPOLE技術。MUFFIN技術代表對SEA TADPOLE技術的改進。代替使用兩個光學纖維-連續(xù)地移動到表征光束的N點的第一光學纖維和用作參考的第二光學纖維，MUFFIN提出直接地使用一組N個光學纖維。這些N個纖維的輸入端收集在表征光束的N個不同點處的光。這些N個纖維的輸出端一個緊接著另一個之后放置成一條線，這樣離開所述纖維的光束重疊和空間地彼此干涉。因此，MUFFIN技術在單次發(fā)射以及沒有必要有可用的輔助光束中達到SEA TADPOLE的結果。MUFFIN并沒有立刻排除SEA TADPOLE已經(jīng)鑒別的光學纖維中相位波動的問題。這種相位波動可以防止表征光束的完整重建。在上述專利中已經(jīng)提出針對該問題的方案，但是它使MUFFIN技術的使用更復雜。而且，用MUFFIN技術難以使用大量光學纖維。實際上，最大量的光學纖維是幾十數(shù)量級。因此，MUFFIN技術只能夠實現(xiàn)表征光束的有限空間取樣。

技術實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明目的是通過提出用于適于大尺寸光束的光束表征的設備和方法，針對上述問題，提供方案，該設備和方法能夠實現(xiàn)具有好的空間取樣和好的光譜取樣的所述光束的完整重建，同時保持實施相對簡單和廉價。

因此，本發(fā)明的一方面涉及用于光束表征的設備，該設備包括：

-用于將光束分離成第一子光束和第二子光束的分離器光學件，該分離器光學件限定用于第一子光束的第一光學路徑和用于第二子光束的第二光學路徑；

-設置在第一光學路徑中的第一光學件，該第一光學件具有第一曲率半徑，這樣稱為“參考光束”的離開第一光學件時的第一子光束具有第一類型的波前面；

-設置在第二光學路徑中的第二光學件，該第二光學件具有不同于第一曲率半徑的第二曲率半徑，這樣稱為“表征光束”的離開第一光學件時的第二子光束具有不同于第一類型的第二類型的波前面；

-控制參考光束和表征光束之間時間延遲τ的裝置；

-用于參考光束和表征光束重組的復合器光學件，以這樣的方式以致于光束空間地干涉和形成二維干涉模式；

-測量系統(tǒng)，使得可以從至少二維干涉模式獲得時間信息或頻率信息；

-計算器，能夠實現(xiàn)從頻域中傅里葉變換的時間信息的計算，或者從時域中傅里葉變換的頻率信息的計算。

由于本發(fā)明，有利地，考慮作為點源的第一子光束的一部分被使用，以產(chǎn)生大尺寸的參考光束，使得可以對表征光束的整體表征。采用“大尺寸的參考光束”意指這樣事實：在期望的測量平面中，參考光束的尺寸大于或等于表征光束的尺寸。由于第一和第二光學件之間的曲率半徑的差異，參考光束的波前面具有第一類型，并且表征光束的波前面具有第二類型，第二類型不同于第一類型。根據(jù)所述波前面的曲率半徑，尤其確定波前面的類型。因此，在期望的測量平面中，考慮為來自于點源的參考光束空間地干涉表征光束的每個點。因此，獲得相對于參考光束的表征光束的表征，以簡單、有效和廉價方式獲得所述參考光束。

除了在前面段落中已經(jīng)提到的特征，根據(jù)本發(fā)明一個方面，用于光束表征的設備可以具有單獨考慮的或根據(jù)其任何技術上可能組合考慮的下面當中的一個或多個補充特征：

-分離器光學件和復合器光學件形成單一光學件，一方面確保光束的分離，另一方面確保參考光束和表征光束的重組。

-計算器是在時間和頻率類型信息之間的傅里葉變換的計算器，該計算器從這些類型之一的信息計算其它類型的傅里葉變換。

本發(fā)明的另一個方面涉及使用根據(jù)本發(fā)明一方面的光束表征的設備，用于光束表征的第一方法，該第一方法包括下列步驟：

-通過分離器光學件分離光束為第一子光束和第二子光束，第一子光束采用第一光學路徑，并且第二子光束采用第二光學路徑；

-第一子光束傳播通過第一光學件，并且第二子光束傳播通過第二光學件，所述第一和第二光學件由于控制裝置而被分別地設置在第一和第二光學路徑中，這樣稱為“參考光束”的離開第一光學件時的第一子光束，以及稱為“表征光束”的離開第二光學件時的第二子光束被時間延遲τ分離，該時間延遲掃描具有步調(diào)P1的時間間隔T1；

-通過復合器光學件的參考光束和表征光束的重組，這樣光束空間地干涉和形成二維干涉模式；

-根據(jù)參考光束和表征光束之間掃描具有步調(diào)P1的時間間隔T1的時間延遲τ，通過測量系統(tǒng)的所述二維干涉模式的測量，以獲得時間干涉圖；

-通過計算器，在時間干涉圖的至少一個空間點的頻域中傅里葉變換的計算，在頻域中所述傅里葉變換具有中心頻率峰以及第一和第二頻率側峰。

-對于頻域中所述傅里葉變換的所述第一和第二頻率側峰之一，通過計算器的稱為“相對光譜振幅”的光譜振幅A_R(ω)和稱為“相對空間-光譜相位”的空間-光譜相位的計算。

在本說明書中，采用“時間干涉圖”意指對于掃描具有步調(diào)P1的時間間隔T1的每個時間延遲τ，所有的二維干涉模式。因此，時間干涉圖包括沿著兩個空間維度和一個時間維度的三維信息。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，用于光束表征的第一方法能夠實現(xiàn)表征光束的優(yōu)良空間取樣。由于具有步調(diào)P1的時間間隔T1的時間延遲τ的掃描，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，用于光束表征的第一方法能夠實現(xiàn)表征光束的優(yōu)良光譜取樣。光譜取樣的質量實際上與掃描時間延遲τ的時間間隔T1的長度關聯(lián)。

除了在前面段落中已經(jīng)提到的表征，根據(jù)本發(fā)明一個方面，用于光束表征的第一方法可以具有單獨考慮的或根據(jù)其任何技術上可能組合考慮的下面當中的一個或多個另外特征：

-對于掃描具有步調(diào)P1的時間間隔T1的至少一個時間延遲τ，該第一方法包括通過計算器，表征光束的強度以及強度的空間分布的計算步驟。所述步驟有利地可以考慮隨著時間過去的光源特性的潛在波動，即，在脈沖光源的情況下，通常地從一個脈沖到另一個脈沖。在掃描時間間隔T1期間，光源強度和強度的空間分布的潛在波動實際上能夠降低測量的二維干涉模式，由此從其推導出復合光譜。

-優(yōu)選地，對于掃描具有步調(diào)P1的時間間隔T1的每個時間延遲τ，第一方法包括通過計算器，表征光束的強度和強度的空間分布的所述計算步驟。

-第一方法有利地包括：

○在參考光束的頻率ω₀，測量空間相位的步驟，所述空間相位具有由第一光學件引入的參考光束的波前面的曲率的特征；

○接著，從相對空間-光譜相位減去空間-光譜相位的步驟，以獲得表征光束的校正相對空間-光譜相位。

因此，考慮由第一光學件引入的參考光束的波前面的曲率。

-根據(jù)第一可替代的實施方式，第一方法有利地包括：

○測量稱為“參考空間-光譜相位”的第一子光束的空間-光譜相位的步驟，

○接著，從相對空間-光譜相位減去所述參考空間-光譜相位以獲得表征光束的絕對空間-光譜相位的步驟。

因此，獨立于參考光束，獲得表征光束的絕對特征。

-根據(jù)第二可替代的實施方式，第一方法有利地包括：

○在參考光束的頻率ω₀，測量空間相位的步驟，所述空間相位具有由第一光學件引入的參考光束的波前面的曲率的特征；

○測量稱為“參考空間-光譜相位”的第一子光束的空間-光譜相位的步驟，

○接著，從相對空間-光譜相位減去所述參考空間-光譜相位和空間-光譜相位以獲得表征光束的校正絕對空間-光譜相位的步驟。

因此，獲得表征光束的絕對特征，同時校正由第一光學件引入的參考光束的波前面的曲率。

-第一方法有利地包括濾波第一子光束的步驟，使得可以增加所述第一子光束的質量，這由此有助于增加參考光束的質量，該參考光束來源于第一子光束的同化點光源的一部分。濾波步驟可以是線性濾波步驟。因此，有利地改進了第一子光束的空間特性?？商娲?，濾波步驟可以是非線性濾波步驟。因此，第一子光束的光譜有利地傳開，并且由此參考光束是離開第一光學件的第一子光束。通過加寬參考光束的光譜，這有利地至少部分地排除在所述濾波步驟之前表征光束的一些區(qū)域包括不在參考光束的光譜中的頻率的情況。濾波步驟也可以包括線性濾波的第一子步驟和非線性濾波的第二子步驟。

本發(fā)明的另一個方面涉及使用根據(jù)本發(fā)明的第一方面的用于光束表征的設備，用于光束表征的第二方法，該第二方法包括下列步驟：

-通過分離器光學件分離光束為第一子光束和第二子光束，第一子光束采用第一光學路徑，并且第二子光束采用第二光學路徑；

-第一子光束傳播通過第一光學件，并且第二子光束傳播通過第二光學件，所述第一和第二光學件由于控制裝置而被分別地設置在第一和第二光學路徑中，這樣稱為“參考光束”的離開第一光學件時的第一子光束，以及稱為“表征光束”的離開第二光學件時的第二子光束被時間延遲τ分開；

-通過復合器光學件的參考光束和表征光束的重組，這樣光束空間地干涉和形成二維干涉模式，該二維干涉模式沿著第一平面延伸；

-通過測量系統(tǒng)測量至少一部分二維干涉模式的頻譜，該測量系統(tǒng)包括分光計，該分光計具有沿著第一平面的第一空間方向延伸的入口狹縫；

-在頻譜的至少一個空間點的時域中傅里葉變換的計算，在時域中所述傅里葉變換具有時間中間峰以及第一和第二時間側峰；

-對于所述第一和第二時間側峰之一，通過計算器，在頻域中傅里葉變換的計算；

-對于頻域中所述傅里葉變換，通過計算器的稱為“相對光譜振幅”的光譜振幅A_R(ω)和稱為“相對空間-光譜相位”的空間-光譜相位的計算。

根據(jù)本發(fā)明一個方面，用于光束表征的第二方法有利地使得它可以排除隨著時間過去光源特性中潛在的波動。實際上，所述第二方法能夠實現(xiàn)稱為“單發(fā)射”的測量，即，在脈沖光源的情況下，它只使用單光脈沖，或者實際上，在連續(xù)光源的情況下，它只使用光源非常短的持續(xù)時間，在該持續(xù)時間，可以考慮其特性不波動。

除了前面段落中已經(jīng)提到的特征，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，用于光束表征的第二方法可以具有單獨考慮的或根據(jù)其任何技術上可能組合考慮的下面當中的一個或多個另外特征：

-測量至少一部分二維干涉模式的頻譜的步驟包括下列子步驟：

○設置測量系統(tǒng)的分光計，這樣分光計的入口狹縫適于接收所述至少一部分二維干涉模式，所述至少一部分沿著第一平面的第一空間維度延伸；

○由于分光計，測量所述至少一部分二維干涉模式的頻譜，所述至少一部分沿著第一平面的第一空間維度延伸。

-可替代地，測量至少一部分二維干涉模式的頻譜的步驟包括下列子步驟：

○測量系統(tǒng)包括多個光學纖維，根據(jù)二維矩陣，設置所述多個光學纖維的輸入端在第一平面中，以能夠沿著第一平面的第一空間方向和沿著第一平面的第二空間方向，取樣二維干涉模式；

○在測量系統(tǒng)的分光計的入口狹縫上設置所述多個光學纖維的輸出端；

○由于測量系統(tǒng)的分光計，測量沿著第一平面的第一和第二空間方向的二維干涉模式的取樣的頻譜。

-第二方法有利地包括：

○在參考光束的頻率ω₀，測量空間相位的步驟，所述空間相位具有由第一光學件引入的參考光束的波前面的曲率的特征；

○接著，從相對空間-光譜相位減去空間-光譜相位以獲得表征光束的校正相對空間-光譜相位的步驟。

因此，考慮由第一光學件引入的參考光束的波前面的曲率。

-根據(jù)第一可替代的實施方式，第二方法有利地包括：

○測量稱為“參考空間-光譜相位”的第一子光束的空間-光譜相位的步驟，

○接著，從相對空間-光譜相位減去所述參考空間-光譜相位以獲得表征光束的絕對空間-光譜相位的步驟。

因此，獨立于參考光束，獲得表征光束的絕對特征。

根據(jù)第二可替代的實施方式，第二方法有利地包括：

○在參考光束的頻率ω₀，測量空間相位的步驟，所述空間相位具有由第一光學件引入的參考光束的波前面的曲率的特征；

○測量稱為“參考空間-光譜相位”的第一子光束的空間-光譜相位的步驟，

○接著，從相對空間-光譜相位減去所述參考空間-光譜相位和空間-光譜相位以獲得表征光束的校正絕對空間-光譜相位的步驟。

因此，獲得表征光束的絕對特征，同時校正由第一光學件引入的參考光束的波前面的曲率。

-第二方法有利地包括濾波第一子光束的步驟，使得可以增加所述第一子光束的質量。這由此有助于增加參考光束的質量，該參考光束來源于第一子光束的同化點光源的一部分。濾波步驟可以是線性濾波步驟。因此，有利地改進了第一子光束的空間特性。可替代地，濾波步驟可以是非線性濾波步驟。因此，第一子光束的光譜有利地傳開，并且由此參考光束是離開第一光學件的第一子光束。通過加寬參考光束的光譜，這有利地至少部分地排除在所述濾波步驟之前表征光束的一些區(qū)域包括不在參考光束的光譜中的頻率的情況。濾波步驟也可以包括線性濾波的第一子步驟和非線性濾波的第二子步驟。

通過閱讀下面的說明書以及通過檢查伴隨著說明書的附圖，將更好地理解本發(fā)明和其不同的應用。

附圖說明

為示意性目的，呈上附圖，并且絕不是限制本發(fā)明。

圖1a示例了在沒有空間-時間耦聯(lián)的理想情況下，超短波脈沖激光束中電磁能的分布的例子。

圖1b示例了在具有空間-時間耦聯(lián)的非理想情況下，超短波脈沖激光束中電磁能的分布的例子。

圖2a示例了根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式，使用用于光束表征的第一設備，用于光束表征的方法的第一步驟。

圖2b示例了根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式，使用用于光束表征的第一設備，用于光束表征的方法的第二步驟。

圖2c示例了根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式，使用用于光束表征的第一設備，用于光束表征的方法的第三步驟。

圖3示例了根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式，使用用于光束表征的第二設備，用于光束表征的方法的可替代的構造。

圖4示例了在根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式，用于光束表征的方法的步驟期間，對于試驗地測量的給定時間延遲的二維干涉模式的實施例。

圖5a、5b和5c分別地表示對于在所述參考光束和表征光束之間的第一、第二和第三時間延遲，表征光束和參考光束的空間-時間輪廓的第一、第二和第三模擬。

圖6a、6b和6c分別地表示分別地對應于圖5a、5b和5c的構造的第一、第二和第三二維干涉模式。

圖7a表示在給定點(x,y)測量的部分時間干涉圖的外觀。

圖7b表示圖7a的部分時間干涉圖的傅里葉變換的外觀。

圖8示例了根據(jù)本發(fā)明的實施方式，用于光束表征的方法的第一變化形式。

圖9示例了根據(jù)本發(fā)明的實施方式，用于光束表征的方法的第二變化形式。

圖10示例了根據(jù)本發(fā)明的實施方式，用于光束表征的方法的第五變化形式。

圖11a示例了使用用于光束表征的第三設備，根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式，用于光束表征的方法。

圖11b表示用于光束表征的第三設備的部分立體圖。

圖11c表示在根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式，用于光束表征的方法的步驟期間，對于試驗地測量的給定時間延遲的二維干涉模式的頻譜的實施例。

圖12a示例了使用用于光束表征的第四設備，根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式，用于光束表征的方法的可替代的構造。

圖12b表示用于光束表征的第四設備的部分立體圖。

具體實施方式

除非另外陳述，不同圖中出現(xiàn)的相同元件具有單一的附圖標記。

之前已經(jīng)描述了圖1a和1b。

圖2a、2b和2c分別地表示根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式，用于光束表征的方法的10的第一步驟a)、第二步驟b)和第三步驟c)。第一實施方式也稱為“多發(fā)射模式”。隨后描述第二實施方式，稱為“單發(fā)射模式”。

根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式，方法10使用用于光束表征的第一設備1，其表示在圖2a至圖2c中。該設備1包括：

-光學件SR；

-第一光學件O1；

-第二光學件O2；

-控制時間延遲τ的裝置Pz；

-測量系統(tǒng)SM1；

-以及計算器K。

在圖2a至圖2c中所特別地示例的實施方式的實施例中，第一光學件O1和第二光學件O2是反射光學件，諸如鏡子。根據(jù)可替代的實施方式，未示例出，第一光學件O1和/或第二光學件O2也可以是光學透鏡。在一個或另一個情況下，第一和第二光學件O1和O2具有不同的曲率半徑。在圖2a至圖2c中所特別地示例的實施方式的實施例中，第一光學件O1是發(fā)散光學件，并且更精確地是發(fā)散鏡，而第二光學件O2可以是平面光學件，并且更精確地是平面鏡。根據(jù)可替代的實施方式，未示例出，第一光學件O1可以是會聚光學件和/或第二光學件O2可以是發(fā)散或會聚光學件。因此，可以設想第一和第二光學件O1和O2的多種組合，只要第一光學件O1的曲率半徑不同于第二光學件O2的曲率半徑。

在本說明書的其余部分參考中心點O和軸線x,y和z的標準正交系統(tǒng)，定義了平面Oxz、Oxy和Oyz。

在圖2a中示例的所述第一步驟a)期間，由光源SL產(chǎn)生的光束FL被發(fā)送到光學件SR。在這里所述實施方式的特定實施例中，光源SL是脈沖飛秒激光器，能夠在10Hz的頻率產(chǎn)生25飛秒數(shù)量級的脈沖，每個脈沖具有2.5J數(shù)量級的能量。該脈沖激光器的峰功率具有100TW的數(shù)量級，而它的平均功率達到約25W。因此，在所考慮的實施例中，通過連續(xù)的光脈沖，形成在光源SL的輸出處的光束FL。在所考慮的實施例中，光束FL具有80mm數(shù)量級的直徑。通常來講，在與所述光束的傳播方向正交的平面中測量光束的直徑。因此，在平行于平面Oxz的平面中測量光束FL的直徑。例如，光學件SR是自反射鏡，當它接收光束時，其反射一部分，并且傳輸其另一部分。

然后，光學件SR將光束FL分離成第一子光束F1和第二子光束F2。光學件SR定義第一子光束F1的第一光學路徑C1和第二子光束F2的第二光學路徑C2。第一和第二子光束具有與初始光束FL基本上相同直徑。在平行于平面Oxy的平面中測量第一子光束的直徑，而在平行于平面Oxz的平面中測量第二子光束的直徑。在這里所述實施方式的實施例中，光束FL以45°數(shù)量級以下的入射角α到達光學件SR。光束FL也可以通過同樣方式以135°數(shù)量級以下的入射角到達光學件SR。在這里所述的實施方式的實施例中，第一子光束F1由光學件SR傳輸，而第二子光束F2由光學件SR反射。根據(jù)優(yōu)選的可替代實施方式，第一子光束F1由光學件SR反射，而第二子光束F2由光學件SR傳輸。

在圖2b中示例的所述第二步驟b)期間，第一子光束F1傳播和至少部分地到達第一光學路徑C1中所布置的第一光學件O1，而第二子光束F2傳播和至少部分地到達第二光學路徑C2中所布置的第二光學件O2。選擇第一光學路徑C1中第一光學件O1和第二光學路徑C2中第二光學件O2的定位，這樣稱為“參考光束Fref”的離開第一光學件的第一子光束以及稱為“表征光束Fcar”的離開第二光學件的第二子光束被時間延遲τ分開。

優(yōu)選地布置第一光學件O1，以致于第一子光束F1以正入射到達第一光學件O1。優(yōu)選地布置第二光學件O2，以致于第二子光束F2以正入射到達第二光學件O2。換而言之，在所考慮的實施例中，第一光學件O1平行于平面Oxy布置，而第二光學件O2平行于平面Oxz布置.

在圖2a至圖2c中所特別地示例的實施方式的實施例中，第一子光束F1和第二子光束F2具有平的或特別平的波前面。在第一光學件O1的下游，其是發(fā)散鏡，參考光束Fref具有球形波前面。因此，考慮第一光學件O1的第一曲率，相對于第一子光束F1的波前面，修改參考光光束Fref的波前面。在第二光學件O2的下游，其是平面鏡，表征光束Fcar具有平的或特別平的波前面，基本上與第二子光束F2的波前面相同。根據(jù)可替代的實施方式，未示例出，第一光學件O1不可以相對于第一子光束F1修改參考光束Fref的曲率半徑和/或第二光學件O2可以相對于第二子光束F2修改表征光束的曲率半徑，只要第一光學件O1的曲率半徑不同于第二光學件O2的曲率半徑。

第二光學件O2的直徑優(yōu)選地大于或等于光束FL的直徑，這里是在平行于平面Oxz的平面中測量的直徑，以致于表征光束Fcar的直徑在第二光學件O2的下游和上游保持基本相同。通常地講，有利地選擇第二光學件O2的直徑dO2，以致于：

光束FL具有直徑DFL。在這里所述的實施方式的實施例中，光束FL的直徑DFL具有8cm的數(shù)量級，有利地選擇直徑dO2，以致于：可以選擇具有15cm數(shù)量級的直徑dO2的第二光學件O2。

希望在根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式，用于表征的方法10中，控制參考光束Fref和表征光束Fcar之間的時間延遲τ，這樣所述時間延遲τ可以掃描具有步調(diào)P1的時間間隔T1。隨后詳述時間間隔T1的選擇和步調(diào)P1。使用控制裝置Pz，以控制參考光束Fref和表征光束Fcar之間的時間延遲τ。控制裝置Pz通常是具有250μm行進的壓電級，可以實施具有幾埃數(shù)量級精確度的移動。控制裝置Pz優(yōu)選地可以調(diào)整沿著第一光學件O1的z軸線的定位。通過沿著z軸線平移所述第一光學件O1，也就是說通過變化第一和第二光學路徑C1和C2之間光學路徑中的差異，控制參考光束Fref和表征光束Fcar之間的時間延遲τ。根據(jù)可替代的實施方式，控制裝置Pz可以調(diào)整沿著第二光學件O2的y軸線的定位。根據(jù)另一個可替代的實施方式，控制裝置Pz可以調(diào)整沿著第一光學件O1的z軸線的定位和調(diào)整沿著第二光學件O2的y軸線的定位兩者。根據(jù)該后面的可替代實施方式，那么控制裝置Pz通常包括第二壓電級。在本說明書的其余部分中，無差別地使用術語“控制裝置”和“壓電級”。

然后，參考光束Fref和表征光束Fcar分別地沿著光學件SR的第一和第二光學路徑C1和C2傳播到光學件SR，用于參考光束Fref和表征光束Fcar的重組。在這里所考慮的構造的實施例中，光學件SR確保首先光束FL的分離功能，并且其次參考光束Fref和表征光束Fcar的重組功能。然而，代替單個光學件SR，可以替換地使用確保光束FL分離功能的第一光學件以及與第一光學件分開的確保參考光束Fref和表征光束Fcar的重組功能的第二光學件。在后面描述的圖3中特別地示例了這種替換的構造。

在圖2c中示例的第三步驟c)期間，由光學件SR重組參考光束Fref和表征光束Fcar。參考光束Fref和表征光束Fcar然后傳播到測量系統(tǒng)SM1。布置測量系統(tǒng)SM1，使得表征光束Fcar以基本上正入射到達測量系統(tǒng)SM1。此后將考慮平行于平面Oxy的兩個平面：

-第一平面z1，在該平面中實施對于每個時間延遲τ的二維干涉模式M1的測量，以及

-第二平面z2，其是第一光學件O1的平面。

在圖2b和圖2c中表示第一和第二平面z1和z2。選擇這里沿著z軸線測量的測量系統(tǒng)SM1相對于第一光學件O1的距離，以致于當參考光束Fref和表征光束Fcar到達第一測量平面z1時，參考光束Fref的直徑大于或等于，并且優(yōu)選地大于表征光束Fcar的直徑。因此，這使得參考光束Fref可以空間地干涉表征光束Fcar的整體。當參考光束Fref的直徑等于表征光束Fcar的直徑時，參考光束Fref的整體干涉表征光束Fcar的整體。在參考光束Fref的直徑大于表征光束Fcar的直徑的優(yōu)選情況下，只有一部分參考光束Fref干涉表征光束Fcar。進一步，測量系統(tǒng)SM1沿著光學件SR的z軸線，，參考光束Fref的直徑越大，參考光束Fref干涉表征光束Fcar的部分越小。以這種方式，干涉表征光束Fcar的參考光束Fref的部分越小，所述參考光束Fref的部分越可能具有更少的缺陷，因此通過根據(jù)本發(fā)明第一實施方式用于表征的方法10可以獲得的結果的質量越好。參考光束Fref也影響二維干涉模式M1的對比，因此影響測量的質量。二維干涉模式M1的對比實際上受表征光束Fcar的強度和參考光束Fref的強度之間的比率影響，也就是說受在第一測量平面z1中表征光束Fcar的尺寸和參考光束Fref的尺寸之間的比率影響。當在第一測量平面z1中表征光束Fcar和參考光束Fref的強度相等時，二維干涉模式M1的對比是最佳，這暗示參考光束Fref不可以太小。因此，涉及發(fā)現(xiàn)參考光束Fref的尺寸的折中。

它們重組以后，參考光束Fref和表征光束Fcar空間地干涉。當被給定時間延遲τ分開的參考光束Fref和表征光束Fcar到達測量系統(tǒng)SM1時，它們形成二維干涉模式M1。該二維干涉模式M1取決于兩個橫向方向x和y，并且對于給定時間延遲τ測量該二維干涉模式M1。因此，可以注意到二維干涉模式M1：M1_τ(x,y)。在圖4中表示對于給定時間延遲τ，試驗地測量二維干涉模式M1的例子。二維干涉模式M1通常地是一套同心環(huán)，環(huán)的厚度隨著環(huán)遠離模式中心移動而減小。

然后，通過測量系統(tǒng)SM1測量二維干涉模式M1。根據(jù)尺寸，即表征光束Fcar的直徑，建議至少兩種類型的測量系統(tǒng)。

-第一種類型的測量系統(tǒng)，包括照相機的僅僅一個傳感器CCD(電荷耦合器件)，可以在表征光束Fcar的直徑小于或等于所述傳感器CCD的直徑情況下使用。實際上，該第一種類型的測量系統(tǒng)通?？梢栽诒碚鞴馐鳩car的直徑小于1cm的情況下使用。

-在表征光束Fcar的直徑大于所述傳感器CCD的直徑的情況下，可以使用第二種類型的測量系統(tǒng)：該第二種類型的測量系統(tǒng)除了傳感器CCD以外還包括：漫射屏E和物鏡Obj。在圖2a到2c中更特別地表示該第二種類型的測量系統(tǒng)。漫射屏E，例如，布置為基本上平行于平面Oxy，漫射二維干涉模式M1的信號s1。物鏡Obj捕獲信號s1，并且在傳感器CCD上形成二維干涉模式M1的減小圖像。

如同第二種類型的測量系統(tǒng)SM1，用第一種類型的測量系統(tǒng)，那么傳感器CCD記錄二維干涉模式M1的圖像。所述圖像然后可以傳輸給計算器K。后面將討論二維干涉模式M1的所述圖像所要求的空間分辨率。

對于掃描具有步調(diào)P1的時間間隔T1的每個時間延遲τ重復參考圖2a、2b和2c剛剛已經(jīng)描述的三個步驟。步驟a)、b)和c)的重復總數(shù)對應于它希望測量二維干涉模式M1的時間延遲τ的次數(shù)N，等于：N＝E(T1/P1)+1，其中E指整函數(shù)部分。

現(xiàn)在將重新考慮用于掃描或檢測時間延遲τ的時間間隔T和步調(diào)P1的選擇。要滿足兩個主要條件：

-第一個條件涉及步調(diào)P1。根據(jù)Shannon標準，步調(diào)P1是足夠小的以適當?shù)厝颖碚鞴馐鳩car的光學周期，尤其以避免混疊效應。Shannon標準由此表示至少進行每個光學周期的兩個測量點。對于光譜居中在800nm的表征光束Fcar，具有2.6fs數(shù)量級的光學周期，步調(diào)P1由此小于約1.3fs，即，第一光學件O1或第二光學件O2的移動小于c×P1/2＝200nm，c指光速。由此希望能夠以足夠的精確性，即，通常nm的數(shù)量級控制第一光學件O1或第二光學件O2的移動。因此，優(yōu)選地使用如之前提到的壓電級Pz，以確保第一光學件O1或第二光學件O2的移動。這種壓電級Pz實際上確保小于1nm的精確性。實際上，表征光束Fcar的光譜具有一定寬度，并且為了避免在所述光譜的最高頻率上的混疊，優(yōu)選地選擇步調(diào)P1通常兩次，小于由Shannon標準得出的最小值，即，在該特定例子中：P1≈0.7fs。

-第二個條件涉及時間間隔T1。它涉及掃描足夠大的時間間隔T1，以觀察參考光束Fref與表征光束Fcar的所有點的干涉。實際上，由于光束FL的脈沖性質，對于給定的時間延遲τ，僅僅在冠上觀察到參考光束Fref和表征光束Fcar之間的干涉，這覆蓋表征光束Fcar的僅僅一部分。為了重建表征光束Fcar的整體，因此掃描足夠大的時間間隔T1是必需的，以致于該冠連續(xù)地通過表征光束Fcar的所有點。在圖5a到5c以及圖6a到6c中示例了這種概念。

圖5a表示對于所述光束Fcar和Fref之間的零時間延遲τ，表征光束Fcar和參考光束Fref的空間-時間輪廓的第一模擬。在該第一模擬中，在第一區(qū)域Int1上參考光束Fref干涉表征光束Fcar，位于表征光束Fcar的中心。在該第一區(qū)域Int1的兩側上，表征光束Fcar的側區(qū)域不干涉參考光束Fref。圖6a表示第一個二維干涉模式，對應于圖5a的構造，即，在參考光束Fref和表征光束Fcar之間零時間延遲τ。

圖5b表示對于所述光束Fcar和Fref之間的13fs的時間延遲τ，表征光束Fcar和參考光束Fref的空間-時間輪廓的第二模擬。在該第二模擬中，在第二和第三區(qū)域Int2和Int3上參考光束Fref干涉表征光束Fcar。在所述第二和第三區(qū)域Int2和Int3之間，表征光束的中心區(qū)域不干涉參考光束Fref。圖6b表示第二個二維干涉模式，對應于圖5b的構造，即，在參考光束Fref和表征光束Fcar之間13fs的時間延遲τ。

圖5c表示對于分開所述光束Fcar和Fref的27fs的時間延遲τ，表征光束Fcar和參考光束Fref的空間-時間輪廓的第三模擬。在該第三模擬中，參考光束Fref實際上不再干涉表征光束Fcar。圖6c表示第三個二維干涉模式，對應于圖5c的構造，即，在參考光束Fref和表征光束Fcar之間27fs的時間延遲τ。

接著，通過本領域技術人員公知的方式，可以容易地計算時間間隔T1所覆蓋的或者距離間隔Δz所覆蓋的。因此，該距離間隔Δz可以表示為：

其中Δx＝Δy，表征光束Fcar的半徑，并且L是第一光學件O1和測量平面之間的距離。已知在該距離中步調(diào)最多是λ/2，λ是表征光束的波長，實現(xiàn)完整掃描的步調(diào)的最小總數(shù)N是：

N＝Δx²/L×λ

在激光源SL的前述特定實施例中，該激光源SL產(chǎn)生25fs的脈沖和達到100TW的峰功率，表征光束具有Δx＝40mm的半徑，并且波長λ＝800nm。

在這種特定情況下，結果因此是：N＝2.10⁶/L，用mm表示第一光學件O1和測量平面之間的距離L。為此，進行完整掃描的步調(diào)的最小數(shù)N不太重要，有利地大數(shù)值將由此用于第一光學件O1和測量平面之間的距離L。例如，對于L＝1000mm，進行其的步調(diào)的最小數(shù)N等于：N＝2.10³。已知所考慮的激光源SL的重復速率是10Hz，然后，完整掃描需要約3分鐘，通過僅進行每個測量點的單次激光發(fā)射。

應該注意到在測量點數(shù)量變得至關重要的假設中，即，它導致給定激光源SL步距的太長的測量時間，一種可能性是進行幾次“精細”掃描，即，步調(diào)遵守如上所解釋的Shannon標準，在其之間用更大步調(diào)進行掃描，這不遵守Shannon標準。由此獲得對一系列不連接的同心環(huán)的表征光束Fcar的表征，這在許多情況下可以足夠估計表征光束中存在的空間-時間失真。

現(xiàn)在，將繼續(xù)根據(jù)本發(fā)明第一實施方式用于光束表征的方法10的步驟的描述。可以記得對于用步調(diào)P1掃描的時間間隔T1的每個時間延遲τ，重復參考圖2a、2b和2c的之前描述的三個步驟。在這個N次重復結束時，傳感器CCD由此已經(jīng)記錄了對于用步調(diào)P1掃描時間間隔T1的每個時間延遲τ的相應的二維干涉模式M1的圖像，即，N圖像。

在第四步驟d)期間，然后計算器K可以從所述的N個二維干涉模式M1的N個圖像構建時間干涉圖S1。時間干涉圖S1取決于兩個橫向方向x和y以及時間延遲τ，時間延遲τ用步調(diào)P1掃描時間間隔T1。時間干涉圖S1由此可以被記做：S1(x，y,τ)。圖7a表示在給定點(x,y)測量的部分時間干涉圖p1的通常外觀。部分時間干涉圖p1由此可以被記做：p1_x,y(τ)。時間干涉圖S1可以被看做對于所有點(x,y)的部分時間干涉圖p1的集合。

計算器K然后進行下面第五和第六步驟e)和f)：

e)對于每個點(x,y)，計算相對于變量τ的時間干涉圖S1的傅里葉變換S1’，以成為頻率ω的空間。傅里葉變換S1’由此可以被記做：S1’(x,y,ω)。傅里葉變換S1’有頻率中間峰fc、第一頻率側峰fl1和第二頻率側峰fl2。圖7b表示圖7a的部分時間干涉圖p1的部分傅里葉變換p1’的通常外觀。部分傅里葉變換P1’由此可以被記做：p1’_x，y(ω)。部分傅里葉變換p1’由此表示在給定點(x,y)傅里葉變換S1’的部分頻率中心峰fc以及第一和第二頻率側峰fl1和fl2。傅里葉變換S1’可以被看做對于所有點(x,y)的部分傅里葉變換p1’的集合。

f)傅里葉變換S1’的第一頻率側峰fl1或第二頻率側峰fl2的選擇，并且對于所選擇的頻率側峰，計算稱為“相對光譜振幅”的其光譜振幅A_R(ω)和稱為“相對空間-光譜相位”的其空間-光譜相位所選擇的頻率側峰的選擇決定了應用于此后所獲得結果的符號慣例。

所選擇的頻率側峰的空間-光譜相位是表征光束Fcar的空間-光譜相位和參考光束Fref的空間-光譜相位之差。所選擇的頻率側峰的光譜振幅A_R(ω)是表征光束Fcar的光譜振幅和參考光束Fref的光譜振幅的乘積。已經(jīng)描述的步驟由此使得可以獲得：

-相對于參考光束的空間-光譜相位的表征光束Fcar的空間-光譜相位，因此名稱為“相對空間-光譜相位”；

-相對于參考光束的光譜振幅的表征光束Fcar的光譜振幅，因此名稱為“相對光譜振幅”。

因此，表征光束Fcar的所有點(x,y)可以與相同的參考光束比較，這可以潛在地保持未確定，相對于參考的這種類型的光束表征使得可以根據(jù)橫向方向x和y以及時間t，獲取電磁場E(x,y,t)的形狀變化。

對于每個時間延遲τ，通過測量系統(tǒng)SM1的傳感器CCD，將進行二維干涉模式M1的圖像返回到獲得期間所需要的空間分辨率。如圖4表示，例如根據(jù)本發(fā)明第一實施方式用于光束表征的方法10表示測量非常緊密壓縮的干涉帶。這來源于使表征光束Fcar的實際上平的波前面與參考光束Fref的球形波前面干涉的事實。當移動遠離重組光束的中心時，這兩個前面之間的角度由此變得越來越大，如同例如在圖5a到5c中所示例的，以致于干涉條帶變得越來越被緊密地壓縮。在大直徑的光源SL的情況下，像，例如上述光源SL的特定情況，其發(fā)射80mm直徑的光束FL，這表明對于二維干涉模式M1，以及由此時間干涉圖S1的測量，具有可用的良好空間分辨率。實際上，這強制使用照相機，其像素數(shù)足以使得可以解析干涉條帶。在這里所述的構造的實施例中，由此使用29Mpx的照相機。另一方面，不必尋求在這些像素集合上重建表征光束的電磁場，因為對于大多數(shù)現(xiàn)存光源，所述電磁場的結構空間地隨著這種高頻率而變化，這是非常重要的。沿著x和y軸線的100×100網(wǎng)格實際上完全足以重建表征Fcar的激光束。為了限制處理的數(shù)據(jù)體積以及處理時間，因此有利地一旦已經(jīng)獲得二維干涉模式的圖像，可以二次采樣它們，并且可以僅僅保持數(shù)據(jù)在初始圖像的子網(wǎng)格上。

對本發(fā)明第一實施方式已經(jīng)給出的說明書補充，下面呈現(xiàn)所述方法10的數(shù)學分析。讓Ecar(x,y,z,t)為表征光束Fcar的電磁場。讓Eref(x,y,z,t)為參考光束Fref的電磁場，根據(jù)后面描述的變化形式，其精確地表示可以潛在地保持未確定，或者實際上被精確地確定。如之前所述，參考光束Fref的電磁場Eref(x,y,z,t)相對于表征光束Fcar的電磁場Ecar(x,y,z,t)可以被時間延遲τ或延滯、變量所移位。

可以通過復雜方式定義表征光束Fcar和參考光束Fref的電磁場Ecar(x,y,z,t)和Eref(x,y,z,t)，即，通過通式是復包絡，并且ω_L是載波頻率。

在第一平面z1的一個點(x,y,z1)，總的場Etot(x,y,z1,t)來自于表征光束Fcar的場Ecar(x,y,z,t)和參考光束Fref的場Eref(x,y,z,t)的疊加，等于：

Etot(x，y，z1，t)＝Ecar(x，y，z1，t)+Eref(x，y，z1，t-τ)

測量時間干涉圖S1，即，在第一平面z1的每點，完整時間的入射光的量，其由此成比例于：

S1(x，y，τ)=∫|Ecar(x，y，z1，t)×Eref(x，y，z1，t-τ)|²dt

這因此導致：

S1(x，y，τ)＝ε1+ε2

+∫Ecar(x，y，z1，t)×Eref^*(x，y，z1，t-τ)dt

+∫Ecar^*(x，y，z1，t)×Eref(x，y，z1，t-τ)dt

其中ε1和ε2是僅僅用表征光束Fcar和僅僅用參考光束Fref在測量平面z1的點(x,y)分別地獲得的信號。

當根據(jù)τ測量時間干涉圖S1(x,y,τ)時，由此獲得三個術語。

第一術語ε1+ε2，獨立于τ，是表征光束Fcar和參考光束Fref的不連貫的總和。

第二術語記做J(x，y，τ)＝∫Ecar(x，y，z1，t)×Eref^*(x，y，z1，t-τ)dt,是表征光束的電磁場Ecar(x,y,z1,t)和參考光束Fref的電磁場Eref(x,y,z1,t)之間的交叉相關函數(shù)。

第三術語記做J^*(x，y，τ)＝∫Ecar^*(x，y，z1，t)Eref(x，y，z1，t-τ)dt，是第二術語的共軛物，即，是參考光束Fref的電磁場Eref(x,y,z1,t)和表征光束的電磁場Ecar(x,y,z1,t)之間的交叉相關函數(shù)。

通過使用分解成復包絡和載波包絡，第二術語J(x,y,τ)的結果是：

函數(shù)J(x,y,τ)由此在頻率ω_L根據(jù)τ振動，而它的共軛物在頻率-ω_L根據(jù)τ振動。通過關于τ進行S1(x,y,τ)的傅里葉變換，由此獲得三個峰，對應于上述總和的三個術語，分別地在頻率0、ω_L和-ω_L居中。如之前所述，特別地在圖7b中示例了這點。

可以選擇對應于J(x,y,τ)的傅里葉變換的峰。

根據(jù)前面用于J(x,y,τ)和交叉相關定理的方程式，通過關系式給出關于函數(shù)J(x,y,τ)的變量τ的傅里葉變換J’(x,y,ω)：

其中函數(shù)記做《’》，對應于關于τ的傅里葉變換。換而言之，通過進行關于τ的S1(x,y,τ)的傅里葉變換，并且通過選擇居中在該傅里葉變換的ω_L上的頻率側峰，獲得表征光束的電磁場的光譜和參考光束的電磁場的共軛光譜的乘積。可以觀察到也可以選擇在-ω_L居中的頻率側峰。由此，獲得表征光束的電磁場的共軛光譜和參考光束的電磁場的光譜的乘積。所選擇的頻率側峰的選擇簡單地決定了應用于此后所獲得結果的符號慣例。

因此，如上所述，該測量使用光譜振幅和空間-光譜相位的定義，由此給出了

-獲取表征光束的電磁場和參考光束的電磁場的光譜振幅的乘積，

-以及獲取表征光束的電磁場和參考光束的電磁場的空間-光譜相位之差。

現(xiàn)在將描述本發(fā)明第一實施方式的第一變化形式。所述第一變化形式有利地可以考慮隨著時間過去特性，諸如光源SL的強度和/或強度空間分布的潛在波動，即，在脈沖光源SL的情況下，通常地從一個脈沖到下一個脈沖。在掃描時間間隔T1期間，光源SL的強度和/或強度空間分布的潛在波動實際上能夠降低所測量的二維干涉模式，以及由此從其推導出的復合光譜。

在該第一變化形式中，根據(jù)本發(fā)明第一實施方式用于光束表征的方法10包括在圖8中示例的步驟g)，計算隨著時間過去的至少一種特性，諸如光源SL的強度和/或強度空間分布。在計算強度空間分布的情況下，所述計算接著可以用于至少部分地校正在所進行的干涉儀測量上光源SL的強度空間分布的潛在波動的效果。為了計算光源SL的至少一種特性，可以在光束FL上進行簡單的取樣，并且可以成像所述取樣。例如，這可以通過在光學件SR上游的光束FL的路徑中放置分離器光學件來進行。然而，該方案不理想，因為對于大直徑的超短波光束，所述分離器光學件能夠顯著地影響光束FL的空間-時間特性。優(yōu)選的方案包括使用僅僅部分地反射的第二光學件O2，即，例如裸載玻片?？梢栽趥鬏斖ㄟ^第二光學件O2的部分上測量表征光束Fcar的空間強度輪廓，所述傳輸部分此后不用于干涉目的。而且，部分地反射的光學件的使用可以有助于表征光束Fcar和參考光束Fref的能量的更好平衡，并且由此獲得對二維干涉模式M1的更好對比。

在圖8中表示的特定實施例中，在光束FL分離的第一步驟a)之后，并且在參考光束Fref和表征光束Fcar的重組的第三步驟c)之前，進行步驟g)。與之前關于圖2a到圖2c描述的光學裝備比較，圖8的光學裝備包括：

-也可以傳輸一部分表征光束Fcar的第二光學件O2，例如裸載玻片；

-第二測量系統(tǒng)SM2，并且可選地第二計算器K2。

根據(jù)第一變化形式，在所述第一步驟a)結束時，第二子光束F2傳播到第二光學件O2。第二光學件O2反射第二子光束F2的第一部分，并且傳輸?shù)诙庸馐鳩2的第二部分。被反射的第二子光束F2的第一部分是表征光束Fcar的第一部分，并且傳播到光學件SR，以與參考光束Fref重組，如之前所述。被傳輸?shù)谋碚鞴馐鳩car的第二部分是表征光束Fcar的第二部分，并且傳播到第二測量系統(tǒng)SM2。

布置第二測量系統(tǒng)SM2，以致于表征光束Fcar的第二部分以基本上正入射到達所述第二測量系統(tǒng)SM2。而且，第二測量系統(tǒng)SM2與之前描述的關于圖2a到2c的第一測量系統(tǒng)SM1相似。根據(jù)表征光束Fcar的第二部分的尺寸，第二測量系統(tǒng)由此包括：

-稱為“CCD2”的唯一地一個第二傳感器CCD；

-或者，除了第二傳感器CCD2，第二漫射屏E2和第二物鏡Obj2。這是在圖8中更特別地表示的情況。

第二漫射屏E2，這里布置為平行于平面Oxz，漫射表征光束Fcar的第二部分的信號s2。第二物鏡Obj2捕獲所述信號s2，并且在第二傳感器CCD2上形成表征光束Fcar的第二部分的減小的圖像。第二傳感器CCD2然后記錄表征光束Fcar的第二部分的圖像。然后，所述圖像可以傳輸給之前描述的計算器K，或者可替代地第二計算器K2，用于分析表征光束Fcar的第二部分的特性。所述表征光束Fcar的第二部分的特性是光通量FL特性的表征。

對于用步調(diào)P1掃描時間間隔T1的每個時間延遲τ，可以進行剛剛已經(jīng)描述過的步驟g)至少一次，即，至少N次。特別地，在脈沖光源SL的情況下，對每個脈沖可以進行已經(jīng)描述的的步驟g)。為了最小化掃描持續(xù)時間，優(yōu)選地使用每個時間延遲τ的單次脈沖。然而，對于時間間隔T1的給定時間延遲τ，可以可替代地使用幾次脈沖。

現(xiàn)在將描述關于圖9的本發(fā)明第一實施方式的第二變化形式。所述第二變化形式有利地可以獲得獨立于參考光束Fref的表征光束Fcar的絕對特征。應該注意到可以組合第一和第二變化形式，或者彼此獨立地使用它們。

為了獲得表征光束Fcar的絕對特征，這涉及測量：

-參考光束Fref的空間-光譜相位和

-參考光束Fref的光譜振幅A_ref(ω)。

已知參考光束Fref的所述的空間-光譜相位和光譜振幅A_ref(ω)，實際上可以確定表征光束Fref的絕對空間-光譜相位和絕對光譜振幅，并且這樣做以致于在任何點(x,y)，已經(jīng)進行時間干涉圖S1的測量。

在該第二變化形式中，根據(jù)本發(fā)明第一實施方式，用于光束表征的方法10由此包括：

-圖9中示例的步驟i)，測量第一子光束F1的空間-光譜相位和

-測量第一子光束F1的光譜振幅A_ref(x,y,ω)的步驟。

剛剛已經(jīng)描述的兩個步驟通常地可以通過相同設備以同時的方式進行。

在圖9中表示的特定實施例中，在第一步驟a)之后和第二步驟b)之前進行步驟i)，在第一步驟a)期間光束FL分離為第一子光束F1和第二子光束F2，在第二步驟b)期間，第一子光束F1被第一光學件O1反射。與之前關于圖2a到圖2c描述的光學裝備比較，圖9的光學裝備包括：

-時間測量系統(tǒng)MT；

-可移除的鏡子Ma，使得可以當它在適當位置導引至少一部分參考光束到時間測量系統(tǒng)MT。

根據(jù)第二變化形式，可移除的鏡子Ma布置在第一子光束F1的第一光學路徑C1中，以致于在第一步驟a)結束時，至少一部分所述第一子光束F1傳播到時間測量系統(tǒng)MT。可替代地，對于可移除的鏡子Ma，可以設想使用不可移除的半反射光學件，使得可以傳輸?shù)谝蛔庸馐鳩1的第一部分，并且反射第一子光束F1的第二部分。然而，因為通過光學件的光束的任何傳播通常地對所述光束的特性具有影響，所以優(yōu)選地使用可移除的鏡子Ma。例如，時間測量系統(tǒng)MT可以使用：

-FROG(頻率分辨光閘)設備，

-SPIDER(用于直接電場重建的光譜相位干涉量度法)設備，或者

-SRSI(自參考的光譜干涉量度法)設備。

因此，這在剛剛已經(jīng)描述過的步驟i)結束時，產(chǎn)生第一子光束F1的空間光譜相位的測量。然后，例如，可以通過計算器K，從相對空間-光譜相位減去所述空間-光譜相位以獲取表征光束Fcar的空間光譜相位，稱為“絕對空間-光譜相位”。

由于用于測量空間-光譜相位的時間測量系統(tǒng)MT，通常地可以測量光譜振幅A_ref(ω)，或者可替代地使用分光儀測量光譜振幅A_ref(ω)。

由此獲得參考光束Fref的光譜振幅A_ref(ω)的測量。然后，通過參考光束Fref的相對光譜振幅A_R(ω)除以光譜振幅A_ref(ω)可以獲取表征光束Fcar的光譜振幅，稱為“絕對光譜振幅”。

除了本發(fā)明第一實施方式的第一種變化形式已經(jīng)進行的描述，下面呈現(xiàn)所述第一變化形式的數(shù)學分析。根據(jù)本發(fā)明第一實施方式，用于光束表征的方法10實際上可以獲得具有簡單表達的參考光束的電磁場，并且這由此可以根據(jù)所述第二變化形式試驗地確定。

讓(x0,y0)為第一光學件O1的第二平面z2中參考點的坐標，即，產(chǎn)生參考光束Fref的點，對于每個時間延遲τ，在二維干涉模式M1的第一測量平面z1中，該參考光束Fref有效地干涉表征光束Fcar。就在第一平面z1中干涉表征光束Fcar的參考光束Fref來自于第二平面z2中一部分所述參考光束Fref，其比第一平面z1中表征光束Fcar要小來說，實際上，可以考慮所述參考點(x0,y0)是點光源，其電磁場是均勻的。實際上，在第二平面z2中所述部分參考光束Fref的表面積通常地是第一平面z1中表征光束Fcar的表面積的10％數(shù)量級。在第二平面z2中所述小部分參考光束Fref的表面積不必等于第一光學件O1的表面。

以下列方式記做第二平面z2中參考點的場：

Pref(t)＝Pref(x0，y0，z2，t)

然后，第一測量平面z1中參考光束Fref的電磁場可以近似為：

Eref(x，y，z1，t)＝Pref(t-r/c)

其中r是坐標(x0,y0,z2)的參考點和坐標(x,y,z1)的第一測量平面z1的每個點(x,y)之間的距離。因此，可以幾何學地計算距離r(x,y)，并且由關系式給出：

其中D＝z1-z2，是第一光學件O1和第一平面z1之間的距離，并且f是第一光學件O1的焦距。實際上，通常地：D>>f。在這里所描述的實施方式的特定實施例中，D＝3m，并且f＝250mm。因此，通過下列關系式給出第一平面z1中參考光束的電磁場的光譜：

以振幅和相位的的表征要求已知其由此通過的測量再次以振幅和相位傳遞。使用商業(yè)可用設備中目前實施的現(xiàn)有技術，使用之前提到的FROG、SPIDER或者SRSI方法，可以完全地進行在一點的復合電磁場的測量。

現(xiàn)在將描述本發(fā)明第一實施方式的第三變化形式。所述第三變化形式有利地可以考慮由第一光學件O1潛在地引入的參考光束Fref的波前面的曲率和/或由第二光學件O2潛在地引入的表征光束Fcar的波前面的曲率。在目前為止已經(jīng)描述的實施方式的實施例中，進入第一光學件O1時的第一子光束F1是平面，離開第一光學件O1的參考光束Fref是球形波。因此，更特別地描述了第三變化形式考慮由第一光學件O1引入的參考光束Fref的波前面的曲率的情況。應該注意所述第三變化形式可以與之前描述的第一變化形式和/或與第二變化形式組合，或者獨立于所述第一和第二變化形式實施。

根據(jù)所述第三變化形式，在第一子光束F1在第一光學件O1上反射之后，并且在參考光束Fref與表征光束Fcar重組之前，在參考光束的給定頻率ω₀進行空間相位的測量。通常地可以使用Shack-Hartmann設備，以進行參考光束的空間相位的測量。所述空間相位是由第一光學件O1引入的參考光束Fref的波前面的曲率的特征。

因此，例如，通過計算器K，可以從之前獲得的表征光束Fcar的相對空間-光譜相位或從絕對空間光譜相位減去空間光譜相位以分別地獲得表征光束Fcar的校正相對空間-光譜相位或校正絕對空間-光譜相位。

可以設想該第三變化形式的可替代方式，現(xiàn)在將參考圖3描述它。圖3表示用于光束表征的第二設備2，可以可替代地在根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的方法10中實施它。該設備包括：

-用于將光束FL分離為第一子光束F1和第二子光束F2的分離器Os；

-第一光學件O1；

-波前面校正器Cor和第三光學件O3；

-第二光學件O2，其有利地包括第一、第二、第三和第四鏡子mi1、mi2、mi3和mi4；

-控制Pz時間延遲τ的裝置；

-用于參考光束Fref和表征光束Fcar重組的復合器光學件Or；

-測量系統(tǒng)SM1；

-以及計算器K。

第一光學件O1布置在分離器光學件Os下游的第一子光束F1的光學路徑中。波前面校正器光學件布置在第一光學件O1下游的參考光束Fref的光學路徑中。第三光學件O3，其通常是平面鏡，布置在波前面校正器光學件下游和復合器光學件Or上游的參考光束Fref的光學路徑中。

形成第二光學件O2的第一、第二、第三和第四鏡子mil到mi4布置在分離器光學件Os下游的第二子光束F2的光學路徑中。復合器光學件Or布置在第三光學件O3下游參考光束Fref的光學路徑中和第二光學件O2的第四鏡子mi4下游的表征光束Fcar的光學路徑中。

波前面校正器光學件Cor有利地可以校正參考光束Fref波前面的曲率，這是由于所述參考光束Fref在第一光學件O1上反射引起，并且以獲得所述參考光束Fref的平波前面。這由此有利地有助于獲得參考光束Fref和表征光束Fcar之間用于二維干涉模式M1的壓縮不太緊密的干涉帶。增加所述干涉帶的間隔可以減少用于測量系統(tǒng)SM1的空間分辨率約束。實際上，干涉帶壓縮的越緊密，測量系統(tǒng)SM1的空間分辨率必須越高。增加所述干涉帶之間間隔也可以減少掃描的時間間隔。

這涉及在第一光學件O1下游和復合器光學件Or上游的參考光束Fref的光學路徑中引入波前面校正器光學件Cor。由于圖3中示例的可替代的構造，在光學裝備中這種校正器光學件的引入對表征光束Fcar沒有影響。波前面校正器光學件Cor可以通常地是：

-會聚鏡，以這樣一種方式布置它使得第一光學件O1位于會聚鏡的主物方焦點，或者

-望遠鏡，其包括發(fā)散鏡和會聚鏡，可以傳播開參考光束Fref，同時保持參考光束Fref的平波前面。

然后，離開校正器光學件Cor的參考光束Fref是平行的，并且具有基本上平的波前面。

設備2有利地包括第一、第二、第三和第四鏡子mi1、mi2、mi3和mi4，形成第二光學件O2。第一鏡子mi1布置在第二子光束F2的光學路徑中分離器光學件Os下游。第一鏡子mil可以導引第二子光束F2到控制裝置Pz。在這里描述的特定構造中，控制裝置Pz可以沿著z軸線，同時地調(diào)整第二和第三鏡子mi2和mi3的定位。控制裝置Pz有利地包括用于第二和第三鏡子mi2和mi3精確、同時和相同移動的壓電級?？商娲兀刂蒲b置Pz可以包括用于第二和第三鏡子mi2和mi3每個的壓電級。離開第三鏡子mi3時，第二子光束F2被導引至第四鏡子mi4。第四鏡子mil4可以導引第二子光束F2到復合器光學件Or。由于已經(jīng)描述的第一、第二、第三和第四鏡子mi1到mi4以及控制裝置Pz的組件，可以有利地精確地控制參考光束Fref和表征光束Fcar之間的時間延遲τ，同時保持光學裝備的對齊。實際上，由控制裝置Pz控制的沿著第二和第三鏡子mi2和mi3的z軸線的平移不要求第一和第四鏡子mi1和mi4的任何再對齊，也不要求任何其它光學元件的再對齊。

現(xiàn)在將描述本發(fā)明第一實施方式的第四變化形式。所述第四變化形式有利地可以確定第一測量平面z1中表征光束Fcar的潛在的點(x,y)，對于該點，表征光束Fcar和參考光束Fref的光譜不重疊，或者僅部分地重疊。實際上，對于這個點(x,y)，在表征光束Fcar和參考光束Fref之間沒有干涉出現(xiàn)，并且根據(jù)本發(fā)明第一實施方式，用于光束表征的方法10遇到了限制。這些情況是稀少的，然而對于一些類型的空間-時間耦合可以出現(xiàn)這些情況，例如，如果在第一測量平面z1中表征光束Fcar具有空間“啁啾信號”或者空間頻率漂移，即如果表征光束Fcar的光譜振幅空間地變化。應該注意到所述第四變化形式可以與之前描述的第一變化形式和/或第二變化形式和/或第三變化形式組合，或者獨立于所述第一、第二和第三變化形式實施。

因此，在本發(fā)明第一實施方式的第四變化形式中，建議使用第一平面光學件O1和第二平面光學件O2。然后，參考光束Fref與表征光束Fcar相同，由此所獲得的光學裝備可以使得表征光束的每個點與其本身干涉。然后，可以進行空間解析的傅里葉光譜學。在表征光束Fcar的每個點測量的時間干涉圖的傅里葉變換使得可以獲取在其點的每個點的表征光束的光譜強度。然后，可以檢測在束的一些點的空間啁啾的潛在問題，由此使得可以確定通過根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的方法10進行的表征光束Fcar的重建的潛在限制。

現(xiàn)在將描述本發(fā)明的第一實施方式的第五變化形式，其有利地使得可以至少部分地排除第一測量平面z1中表征光束Fcar的潛在點(x,y)，對于該點，表征光束Fcar和參考光束Fref的光譜不重疊，或者僅部分地重疊。應該注意所述第五變化形式可以與之前描述的第一、第二、第三和第四變化形式的一個或多個組合，或者獨立于所述第一、第二、第三和第四變化形式實施。

因此，在本發(fā)明的第一實施方式的第五變化形式中，建議增加第一子光束F1的濾波步驟，以增加所述第一子光束F1的質量。所述濾波步驟可以通常地包括在第一子光束F1的光學路徑中非線性光學元件的引入。圖10示意性地示例了關于圖2a、2b和2c之前描述的光學裝備，并且其中非線性光學元件FRNL布置在第一子光束F1的光學路徑中。選擇所述非線性光學元件，以能夠在離開非線性光學元件時產(chǎn)生第一濾波子光束，其包含初始第一子光束的所有光譜成分，以能夠以最佳方式干涉表征光束Fcar。通常地講，它意味著第一濾波子光束的光譜包括第一非濾波子光束的光譜。這種濾波步驟通常地基于三階非線性方法，稱為“XPW”?？紤]其三階非線性，XPW方法相當大地加寬入射參考光束Fref的光譜。這由此有助于明顯地限制參考光束Fref和表征光束Fcar之間光譜重疊的潛在問題。而且，已經(jīng)證明XPW方法作為時間濾波器，因此當入射參考光束不太遠離其傅里葉限制時，離開非線性光學元件的被濾波的參考光束可以考慮為受傅里葉變換限制。換而言之，如果入射參考光束的空間-光譜相位是相對平的，并且所述參考光束由XPW方法傳播，開，那么可以考慮濾波的參考光束也具有平的空間-光譜相位。這將由此潛在地可以排除測量參考的空間-光譜相位的步驟。

現(xiàn)在將描述本發(fā)明第一實施方式的第六變化形式，這將有利地可以考慮隨著參考光束Fref的潛在剩余的空間-時間耦合。應該注意所述第六變化形式可以與之前描述的第一、第二、第三、第四和第五變化形式的一個或多個組合，或者獨立于所述第一、第二、第三、第四和第五變化形式實施。

在本發(fā)明的第一實施方式中，進行假設第一光學件O1表面上游的第一子光束F1的電磁場是均勻的。然而，第一光學件O1具有有限表面，并且不可以選擇其直徑太小，沒有它，第一光學件O1下游的參考光束和表征光束之間的信號比率將非常不同于1，為了以良好對比觀察二維干涉模式。在這些條件下，第一光學件O1上游的第一子光束F1的空間-時間耦合是不對稱的，足夠弱以致于可以考慮所述第一子光束F1的電磁場在第一光學件O1的整個表面上是均勻的。因此，該近似值可以在最后重建的表征光束Fcar的電磁場中引起錯誤。

因此，在本發(fā)明的第一實施方式的第六變化形式中，建議使用下面迭代算法：

i.假設第一子光束F1的電磁場在第一光學件O1上是有效地均勻的，并且由此推導出測量平面z1中參考光束Fref的電磁場，如之前所述；

ii.已知在測量平面z1中的所述參考束Fref的場，并且使用根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的方法10測量的時間干涉圖S1，在空間和時間中，或者在空間和頻率中推論第一子光束F1的場的重建；

iii.該第一子光束F1的場的重建包括在第一光學件O1上反射以在測量平面z1中產(chǎn)生參考光束Fref的場的第一子光束F1的場的一部分，其在該比例不必是空間地均勻的。該重建用于確定測量平面z1中參考光束的新場，該新場這次不再基于第一子光束F1的場在第一光學件O1的整個平面上是均勻的假設。

該參考光束Fref的新場然后在步驟ii被再次注入，并且以迭代方式重復步驟ii和iii，直到會聚朝向自給方案，使得：

-重建表征光束Fcar的電磁場，并且

-在第一測量平面z1中參考光束的電磁場是該場擴展的結果，第一光學件O1的限制表面上是潛在地非均勻一致的。

在T.Oksenhendler et al.,“自參考光譜干涉量度學(Self-referenced spectral interferometry)”,Applied Physics B(99),7-12.中更特別地描述了已經(jīng)描述的迭代算法的類型。

現(xiàn)在將描述本發(fā)明的第二實施方式，稱為“單發(fā)射模式”。

圖11a示例了使用用于光束表征的第三設備3，根據(jù)本發(fā)明第二實施方式，用于光束表征的方法20。

該第三設備3包括第二類型的測量系統(tǒng)SM3，其包括：

-具有入口狹縫Fe的分光儀；

-如之前描述的用于第一和第二測量系統(tǒng)SM1和SM2的照相機的傳感器CCD。

圖11b表示用于光束表征的第三設備3的部分立體圖。圖11b由此表示分光儀SP，具有沿著方向x定向的其入口狹縫Fe。

圖11c表示在根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式，用于光束表征的方法20的步驟期間，通過分光儀SP實驗地測量的對于給定時間延遲τ的二維干涉模式M1的頻譜Spe的實施例。因此，圖11c的頻譜Spe包括用于方向x的頻率信息，在該方向上，分光儀SP的狹縫Fe已經(jīng)捕獲了二維干涉模式M1。

圖12a示例了使用用于光束表征的第四設備4，根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式，用于光束表征方法20的可替代的構造。

第四設備4包括第二類型的測量系統(tǒng)SM4，包括：

-具有入口狹縫Fe的分光儀SP；

-如之前描述的用于第一和第二測量系統(tǒng)SM1和SM2的照相機的傳感器CCD。

-多個光學纖維fo_1、fo_2，…fo_n。所述多個光學纖維包括至少兩個光學纖維。多個光學纖維的光學纖維的數(shù)量少于或等于傳感器CCD的垂直像素的數(shù)量。該垂直像素的數(shù)量可以大于500。優(yōu)選地，所述多個光學纖維包括4和100之間所包括的大量光學纖維。

在第一平面z1中布置多個光學纖維fo_1、fo_2，…fo_n的輸入端，優(yōu)選地以二維矩陣布置，即，包括至少兩行和兩列，或者可替代地以矩陣-行布置，包括一行和幾列，或者可替代地以矩陣-列，包括一列和幾行。當矩陣是二維時，可以沿著第一平面z1中兩個空間維度有利地取樣二維干涉模式M1的信號。

在圖12b的實施例中，二維矩陣具有數(shù)量L>1的行和數(shù)量C>1的列，每行平行于y軸線延伸，并且每列平行于x軸線延伸，x和y軸線正交。更通常地，每行可以平行于第一軸線延伸，并且每列可以平行于與第一軸線分開的第二軸線延伸，第一和第二軸線在它們之間形成非零和非平角。二維矩陣優(yōu)選地是正方形，即，具有一樣多的行和列，或者可替代地是矩形，即，具有行的數(shù)量L不同于列的數(shù)量C。

然后，在分光儀SP的入口狹縫Fe上布置多個光學纖維fo_1、fo_2，…fo_n的輸出端，有利地注意空間地分開來自于光學纖維中每個的信號。

圖12b表示用于光束表征的第四設備4的部分立體圖。因此，圖12b表示第一平面z1，其中以二維矩陣布置多個光學纖維fo_1、fo_2，…fo_n的輸出端，并且所述多個光學纖維的輸出端在其上對齊的分光儀SP的入口狹縫Fe。

根據(jù)之前描述的關于圖9和有利地可以獲得獨立于參考光束Fref的表征光束Fcar的絕對表征的根據(jù)第一實施方式的方法10的第二變化形式也可以根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的方法20相容。在該第二變化形式中，用于根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的光束表征的方法20由此包括：

-圖9中示例的步驟i)，測量第一子光束F1的空間-光譜相位以及

-測量第一子光束F1的光譜振幅A_ref(ω)的步驟。

之前已經(jīng)描述過和有利地可以考慮由第一光學件O1引入的參考光束Fref的波前面的曲率的根據(jù)第一實施方式的方法10的第三變化形式也可以與根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的方法20相容。然后，第三變化形式可以自然地與第二變化形式組合，或者獨立于所述第二變化形式實施。

因此，在根據(jù)本發(fā)明的第二方式，用于光束表征的方法20的第三變化形式中，第一子光束F1在第一光學件O1上反射之后以及參考光束Fref與表征光束Fcar重組之前，進行在參考光束的頻率ω₀的空間相位的測量。所述空間相位是由第一光學件O1引入的參考束Fref的波前面的曲率的特征。

第三變化形式的可替代方式，之前已經(jīng)描述過，也與本發(fā)明的第二實施方式相容。

根據(jù)第一實施方式的方法10的第四變化形式也與本發(fā)明的第二實施方式相容，之前已經(jīng)描述過該第四變化形式，并且它有利地可以確定第一測量平面z1中表征光束Fcar的潛在的點(x,y)，對于該點，表征光束Fcar和參考光束Fref的光譜不重疊，或者僅部分地重疊。然后，第四變化形式可以自然地與第二變化形式和/或第三變化形式組合，或者獨立于所述第二和第三變化形式實施。

根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的方法10的第五變化形式也與根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的方法20相容，之前已經(jīng)關于圖10描述過該第五變化形式，并且它有利地使得可以至少部分地排除第一測量平面z1中表征光束Fcar的潛在點(x,y)，對于該點，表征光束Fcar和參考光束Fref的光譜不重疊，或者僅部分地重疊。然后，應該注意所述第五變化形式可以自然地與之前描述的第二、第三和第四變化形式的一個或多個組合，或者獨立于所述第二、第三和第四變化形式實施。

根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的方法10的第六變化形式也可以與根據(jù)第二實施方式的方法20相容。應用于根據(jù)第二實施方式的方法20，根據(jù)第六變化形式的迭代算法如下：

i.假設第一子光束F1的電磁場在第一光學件O1上是有效地均勻的，并且由此推導出測量平面z1中參考光束Fref的電磁場，如之前所述；

ii.已知在測量平面z1中的所述參考束Fref的場，并且使用根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的方法20測量的至少一個頻率干涉圖，在空間和時間中，或者在空間和頻率中推論第一子光束F1的場的重建；

iii.該第一子光束F1的場的重建包括在第一光學件O1上反射以在測量平面z1中產(chǎn)生參考光束Fref的場的第一子光束F1的場的一部分，其在該比例不必是空間地均勻的。該重建用于確定測量平面z1中參考光束的新場，該新場這次不再基于第一子光束F1的場在第一光學件O1的整個平面上是均勻的假設。

在本說明書中，采用“頻率干涉圖”意指對于參考光束Fref和表征光束Fcar之間固定的時間延遲τ₀，根據(jù)頻率ω測量的空間干涉模式。所測量的空間干涉模式可以是一維或二維。

-如果所測量的空間干涉模式是一維的，頻率干涉圖包括沿著一個空間維度和沿著一個頻率維度的信息，因此二維信息。

-如果所測量的空間干涉模式是二維的，頻率干涉圖包括沿著兩個空間維度和沿著一個頻率維度的信息，由此三維信息。

可以用單次激光發(fā)射，利用沿著成像分光儀的入口狹縫的空間分辨率，獲得二維頻率干涉圖。另一方面，獲得三維頻率干涉圖需要沿著其兩個空間維度之一掃描分光儀的入口狹縫上的激光束。

該參考光束Fref的新場然后在步驟ii被再次注入，并且以迭代方式重復步驟ii和iii，直到會聚朝向自給方案，使得：

-重建表征光束Fcar的電磁場，并且

-在第一測量平面z1中參考光束的電磁場是該場擴展的結果，第一光學件O1的限制表面上是潛在地非均勻一致的。