DE102006007411B4

DE102006007411B4 - Aktive Steuerung und Erfassung von zwei nahezu orthogonalen Polarisationen bei einer Faser zur Heterodyninterferometrie

Info

Publication number: DE102006007411B4
Application number: DE102006007411A
Authority: DE
Inventors: Joanne Y. Loveland Law; Raymond K. L. Loveland Yeung; Eric S. Loveland Johnstone; Kerry D. Loveland Bagwell
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2005-06-17
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2009-11-19
Anticipated expiration: 2026-02-18
Also published as: DE102006007411A1; US20060285119A1; NL1032008A1; JP2006350332A; CN1881063A; NL1032008C2; US7362445B2

Abstract

Polarisationssteuersystem zur Heterodyninterferometrie (200; 500; 700; 800; 900; 1000; 1100; 1200), das folgende Merkmale aufweist:
eine Lichtquelle (12), die einen ersten Lichtstrahl (E1) mit einem ersten Polarisationszustand (P1) und einer ersten Frequenz (ω1) und einen zweiten Lichtstrahl (E2) mit einem zweiten Polarisationszustand (P2) und einer zweiten Frequenz (ω1) erzeugt;
einen Polarisationszustandsmodulator (PSM) (14; 14A; 14B; 14D; 14E), der den ersten und den zweiten Lichtstrahl von der Lichtquelle empfängt, wobei der PSM zumindest zwei Polarisationssteuergrade aufweist, wobei der PSM den ersten und den zweiten Polarisationszustand verändert;
einen ersten Strahlteiler (30B), der den ersten und den zweiten Lichtstrahl in einen ersten Weg (32A) und einen zweiten Weg (32B) teilt;
einen ersten Detektorweg (34), der den ersten und den zweiten Lichtstrahl von dem ersten Weg empfängt, wobei der erste Detektorweg (34) ein erstes Schwebungssignal (B1) ansprechend auf den ersten und den zweiten Lichtstrahl (E1, E2) erzeugt;
einen zweiten...

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine aktive Steuerung einer Polarisation einer kohärenten Quelle.
Diese Anmeldung bezieht sich auf die US 2004/0227942 A1.
Typische Anwendungen für ein Laserinterferometerpositionierungssystem umfassen eine Integrierte-Schaltung-(IC-)Herstellungsausrüstung (Wafer-Stepper, Step- und Scan-Werkzeuge und Elektronenstrahllithographiesysteme), Präzisionsmaschinenwerkzeuge und kundenspezifische Stufen. Die Präzision und Genauigkeit von Positionierungsmessungen sind für die Leistung dieser Systeme entscheidend. Wenn dasselbe in diese Typen von Ausrüstung eingebaut ist, misst das Positionierungssystem die Position und steuert die Bewegung der Plattform mit hoher Präzision und Genauigkeit.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Polarisationssteuersystem und ein Verfahren zum Aufrechterhalten von Polarisationszuständen mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein System gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 14 gelöst.
Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Lehren umfasst ein Polarisationssteuersystem eine Lichtquelle, die zwei Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Polarisationszuständen und optischen Frequenzen erzeugt. Ein Polarisationszustandsmodulator verändert die Polarisationszustände der zwei Lichtstrahlen. Ein erster Detektorweg erzeugt ein erstes Schwebungssignal aus den zwei Lichtstrahlen, die durch einen ersten Polarisator hindurchgehen. Ein zweiter Detektorweg erzeugt ein zweites Schwebungssignal aus den zwei Lichtstrahlen, die durch einen zweiten Polarisator hindurchgehen, der im Wesentlichen orthogonal zu dem ersten Polarisator ausgerichtet ist. Ein Amplitudendetektor erzeugt ein Amplitudenschwebungssignal aus dem ersten und dem zweiten Schwebungssignal. Das System verwendet dann das Amplitudenschwebungssignal, um zu bestimmen, wie der Polarisationszustandsmodulator einzustellen ist, um den ersten und den zweiten Lichtstrahl mit den gewünschten Polarisationszuständen zu erzeugen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Polarisationssteuersystem zum Aufrechterhalten beliebiger polarisierter Zustände von zwei orthogonal polarisierten Lichtstrahlen;
2 ein Polarisationssteuersystem zum Aufrechterhalten beliebiger polarisierter Zustände von zwei nahezu orthogonal polarisierten Lichtstrahlen bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Lehren;
3 und 4 Flussdiagramme von Verfahren zum Betreiben des Polarisationssteuersystems von 2 bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Lehren;
5 ein Polarisationssteuersystem zum Aufrechterhalten der Polarisationszustände von zwei nahezu orthogonalen linear polarisierten Lichtstrahlen bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Lehren;
6 einen Polarisationszustandsmodulator bei dem Polarisationssteuersystem von 5;
7, 8, 9, 10 Polarisationssteuersysteme zum Aufrechterhalten der Polarisationszustände von zwei nahezu orthogonalen linear polarisierten Lichtstrahlen bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Lehren;
11 ein Polarisationssteuersystem, das ein Zittern (Dithern) verwendet, um beliebige polarisierte Zustände von zwei orthogonalen Lichtstrahlen bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Lehren aufrechtzuerhalten; und
12 eine nicht entfernte Konfiguration eines Polarisationssteuersystems bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Lehren.
Einige Begriffe werden im Folgenden definiert, wie dieselben in dem Kontext dieser Offenbarung verwendet werden. Ein Verzögerer (oder eine Wellenplatte bzw. Wave-Plate) ist eine optische Vorrichtung, die eine Lichtwelle in zwei orthogonale Polarisationskomponenten auflöst und eine Phasenverschiebung (als Verzögerung definiert) zwischen denselben erzeugt. Die sich ergebende Lichtwelle weist im Allgemeinen eine andere Polarisationsform auf. Alle Winkelausrichtungen von Verzögerungen in diesem Dokument beziehen sich auf die Ausrichtung der langsamen Achse relativ zu der horizontalen Achse (x-Achse). Ein variabler Verzögerer ist ein Verzögerer, dessen Verzögerung durch externe Mittel verändert werden kann, zum Beispiel durch das Anlegen einer Spannung.
Ein Polarisationszustandsmodulator (PSM) ist eine Vorrichtung, die den Eingangspolarisationszustand in einen Ausgangspolarisationszustand umwandelt. Der Ausgangspolarisationszustand wird durch ein oder mehr externe Eingangssignale, die an den PSM angelegt werden, zum Beispiel Span nung, gesteuert. Der Ausgangspolarisationszustand unterscheidet sich allgemein von dem Eingangspolarisationszustand. Zum Beispiel kann der PSM aus mehreren variablen Verzögerern bestehen.
1 veranschaulicht ein Polarisationssteuersystem 10, das in der US 2004/0227942 A1 offenbart ist. Das System 10 ist in einer Fernbetriebskonfiguration implementiert, bei der der Polarisationszustandsmodulator bezüglich einer einzelnen Faser, die ein Interferometriesystem speist, zum Messen einer Verschiebung vorgelagert angeordnet ist.
Eine Lichtquelle 12 erzeugt (1) einen Referenzstrahl E1 mit einem Polarisationszustand P1 und einer Frequenz ω1 und (2) einen Teststrahl E2 mit einem Polarisationszustand P2 und einer Frequenz ω2. Bei einer Implementierung umfasst die Lichtquelle 12 einen Helium-Neon-(HeNe-)Laser und elektrooptische Komponenten, die erforderlich sind, um die gewünschten Polarisationen und Frequenzen zu erzeugen. Zum Beispiel ist die Lichtquelle 12 ein 5517D-Laser, der von Agilent Technologies hergestellt wird. Ein spannungsgesteuerter Polarisationszustandsmodulator (PSM) 14 empfängt die Strahlen E1 und E2 und stellt ihre Polarisationszustände auf P1' bzw. P2' ein, bevor dieselben in eine Faser 16 eingekoppelt werden. Der spannungsgesteuerte PSM 14 ist wirksam, um einen beliebigen Eingangspolarisationszustand zu einem beliebigen gewünschten Ausgangspolarisationszustand zu verändern. Bei einer Implementierung umfasst der spannungsgesteuerte PSM 14 einen spannungsgesteuerten variablen Verzögerer 18, der mit 0° ausgerichtet ist, einen spannungsgesteuerten variablen Verzögerer 20, der mit 45° ausgerichtet ist, und einen spannungsgesteuerten variablen Verzögerer 22, der mit 0° ausgerichtet ist. Die Verzögerer 18, 20 und 22 werden durch Spannungen V1, V2 und V3 gesteuert, um Verzögerungen Γ1, Γ2 bzw. Γ3 zu erzeugen.
Die Faser 16 trägt die Strahlen E1 und E2 in Verarbeitungsrichtung zu einer Messstelle. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Faser 16 eine Polarisationsaufrechterhaltungs-(PM-)Faser. Experimente zeigen, dass die Faser 16 die Polarisationszustände der Strahlen E1 und E2 aufgrund einer Temperaturschwankung, einer mechanischen Verformung der Faser und einer mechanischen Schwingung zu P1'' bzw. P2'' verändert. Trotzdem erzeugt die Faser 16 eine vernachlässigbare Veränderung bei der orthogonalen Beziehung zwischen den Polarisationszuständen der Strahlen E1 und E2.
An der Messstelle teilt ein Strahlteiler 24 die Strahlen E1 und E2 in zwei Wege. Ein Ausgangsweg 26 trägt die Strahlen E1 und E2 zu dem Entfernungsmessinterferometrie-(im Folgenden „DMI”) System. Ein Überwachungsweg 28 trägt die Strahlen E1 und E2 zu Komponenten, die die Polarisationszustände der Strahlen E1 und E2 überwachen und aufrechterhalten, die im Folgenden beschrieben sind. Einige oder alle dieser Komponenten können entweder an der Messstelle oder von der Messstelle entfernt angeordnet sein. Zum Beispiel können Lichtaustrittskomponenten 38, 52 und 62 jede mit einer Mehrmodenfaser zusammen mit einer Fokussierlinse gekoppelt sein, die zu den Detektorkomponenten weg von der Messstelle führt.
Ein Strahlteiler 30 empfängt die Strahlen E1 und E2 von dem Weg 28 und teilt dieselben in zwei Wege. Ein Weg 32 trägt die Strahlen E1 und E2 zu einem ersten Detektorweg 34 (auch als eine „erste Polarisatorstufe” bekannt), und ein Weg 36 trägt die Strahlen E1 und E2 zu anderen Detektorwegen. Der erste Detektorweg 34 umfasst einen Polarisator 38, der es den Komponenten der Strahlen E1 und E2 bei einem ausgewählten Polarisationszustand P3 ermöglicht, einen Lichtdetektor 40 zu erreichen. Eine Fokussierlinse kann zwischen den Polarisator 38 und den Lichtdetektor 40 eingefügt sein, um das Licht zu fokussieren. Ansprechend auf die empfangene Lichtintensität sendet der Lichtdetektor 40 ein Schwebungssignal B1 mit einer Schwebungstonfrequenz von (ω1 – ω2) an eine Amplitudenerfassungsvorrichtung 42. Das Schwebungssignal B1 stellt die erfasste optische Leistung dar. Ein Verstärker kann zwischen den Lichtdetektor 40 und die Amplitudenerfassungsvorrichtung 42 eingefügt sein, um das Schwebungssignal B1 zu verstärken. Vor dem Polarisator 38 kann der erste Detektorweg 34 optional eine oder mehr Wellenplatten 37 umfassen. Die Wellenplatten 37 und der Polarisator 38 sind gemäß der gewünschten Ausrichtung der Ausgangspolarisationszustände der Strahlen E1 und E2 ausgewählt. Insbesondere sind die Wellenplatte 37 und der Polarisator 38 ausgewählt, um die Empfindlichkeit der Amplitude des Schwebungssignals B1 relativ zu einer Veränderung der Polarisationszustände zu maximieren (zum Beispiel um eine große Neigung für die Amplitude des Schwebungssignals B1 bezüglich Veränderungen der Verzögerungen Γ1, Γ2 und Γ3 des PSM 14 zu liefern).
Ein Strahlteiler 44 empfängt die Strahlen E1 und E2 von dem Weg 36 und teilt dieselben in zwei Wege. Ein Weg 46 trägt die Strahlen E1 und E2 zu einem zweiten Detektorweg 48 (auch als eine „zweite Polarisatorstufe” bekannt), und ein Weg 50 trägt die Strahlen E1 und E2 zu einem weiteren Detektorweg. Der zweite Detektorweg 48 umfasst einen Polarisator 52, der es den Komponenten der Strahlen E1 und E2 bei einem ausgewählten Polarisationszustand P4 ermöglicht, einen Lichtdetektor 54 zu erreichen. Eine Fokussierlinse kann zwischen den Polarisator 52 und den Lichtdetektor 54 eingefügt sein. Ansprechend auf die empfangene Lichtintensität sendet der Lichtdetektor 54 ein Schwebungssignal B2 an einen Phasendetektor 56. Ein Verstärker kann zwischen den Lichtdetektor 54 und den Phasendetektor 56 eingefügt sein. Vor dem Polarisator 52 umfasst der zweite Detektorweg 48 optional eine oder mehr Wellenplatten 51. Die Wellenplatten 51 und der Polarisator 52 sind ausgewählt, um ein großes Schwebungssignal B2 abhängig von der gewünschten Ausrichtung der Ausgangspolarisationszustände der Strahlen E1 und E2 zu erzeugen.
Der Weg 50 trägt die Strahlen E1 und E2 zu einem dritten Detektorweg 58 (auch als eine „dritte Polarisatorstufe” bekannt). Der dritte Detektorweg 58 umfasst einen Polarisator 62, der es den Komponenten der Strahlen E1 und E2 bei einem ausgewählten Polarisationszustand P5 ermöglicht, einen Lichtdetektor 64 zu erreichen. Eine Fokussierlinse kann zwischen den Polarisator 62 und den Lichtdetektor 64 eingefügt sein. Ansprechend auf die empfangene Lichtintensität sendet der Lichtdetektor 64 ein Schwebungssignal B3 an den Phasendetektor 56. Ein Verstärker kann zwischen den Lichtdetektor 64 und den Phasendetektor 56 eingefügt sein. Vor dem Polarisator 62 umfasst der dritte Detektorweg 58 optional eine oder mehr Wellenplatten 60. Die Wellenplatten 60 und der Polarisator 62 sind ausgewählt, um ein Schwebungssignal B3 zu erzeugen, das eine unterschiedliche Phasenbeziehung mit dem Schwebungssignal B2 für jede der zwei möglichen Lösungen der Strahlen E1 und E2 aufweist, die einer minimalen Amplitude entsprechen, die durch die Amplitudenerfassungsvorrichtung 42 in dem ersten Detektorweg 34 erfasst wird. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Phasenbeziehung 90° außer Phase (d. h. die Schwebungssignale B2 und B3 sind in Quadratur).
Der Phasendetektor 56 bestimmt eine Phasendifferenz ΔΨ zwischen den Schwebungssignalen B2 und B3. Die Amplitudenerfassungsvorrichtung 42 bestimmt eine Amplitude B1' des Schwebungssignals B1 bei der Schwebungstonfrequenz (d. h. ω1 – ω2). Eine Steuerung 43 verwendet die Schwebungstonamplitude B1' und die Phasendifferenz ΔΨ, um Steuerspannungen zu erzeugen, die an den PSM 14 angelegt werden, um die gewünschten Polarisationszustände der Strahlen E1 und E2 zu erreichen, wenn dieselben aus der Faser 16 austreten. Verstärker können zwischen die Steuerung 43 und den PSM 14 eingefügt sein, um die Steuersignale zu verstärken. Die Steuerung 43 kann unter Verwendung von Analog- oder Digitalkomponenten implementiert sein.
Insbesondere stellt die Steuerung 43 den PSM 14 ein, bis die Schwebungstonamplitude B1' eines von zwei lokalen Minima erreicht. Falls alle orthogonalen Polarisationszustände der Strahlen E1 und E2 an das System angelegt würden, würde sich herausstellen, dass die Schwebungstonamplitude B1' zwei lokale Minima aufweist, da die Schwebungstonfunktion zwei Degenerationslösungen aufweist, die zwei möglichen Ausrichtungen der Strahlen E1 und E2 entsprechen. Die Steuerung 43 verwendet die Phasendifferenz ΔΨ, um die Polarisationszustände der Strahlen E1 und E2 eindeutig zu bestimmen, da die Phasendifferenz ΔΨ unterschiedliche Werte an den zwei lokalen Minima aufweist, die den zwei Ausrichtungen der Strahlen E1 und E2 entsprechen. Die genaue Entsprechung zwischen den Werten der Phasendifferenz ΔΨ und den Ausrichtungen der Strahlen E1 und E2 kann herkömmlicherweise unter Verwendung der Jones-Rechnung erhalten werden.
Bei dem System 10 ist das Schlüsselrückkopplungssignal die Schwebungstonamplitude B₁', die durch ein Mischen der zwei Polarisationszustände der Strahlen E1 und E2 durch eine Kombination von Verzögerern und Polarisatoren in dem Detektorweg 40 erzeugt wird. Das System 10 verändert aktiv Polarisationszustände der Strahlen E1 und E2 vorgelagert, derart, dass die Schwebungstonamplitude B₁', die nachgelagert erfasst wird, immer minimiert ist.
In dem Fall, in dem die zwei Polarisationen völlig orthogonal zueinander sind, ist ein Überwachen eines Amplitudenschwebungssignals ausreichend, um sicherzustellen, dass die Polarisationen beider Strahlen E1 und E2 in dem interferometrischen System korrekt ausgerichtet sind. In Wirklichkeit sind die Strahlen E1 und E2 jedoch selten vollständig orthogonal. Durch ein Verriegeln der Schwebungstonamplitude B₁' mit einem lokalen Minimum wird der Polarisationszustand eines Strahls (zum Beispiel E1) orthogonal zu dem Polarisationszustand gemacht, der in dem Detektorweg 40 erfasst wird, und wird somit festgelegt und stabilisiert. Es wird jedoch kein Versuch unternommen, den Polarisationszustand des anderen Strahls (zum Beispiel E2) zu erfassen oder zu optimieren. Während es unklar sein kann, wie eine unabhängige Steuerung von zwei Polarisationszuständen der Strahlen E1 und E2, die sich entlang des gleichen optischen Wegs bewegen, erreicht werden kann, kann eine gute Gesamtpolarisationsausrichtung der zwei Polarisationszustände durch ein Ausgleichen (d. h. eine Kompromissbildung) zwischen den zwei Zuständen erreicht werden, derart, dass keiner der beiden Polarisationszustände zu weit von den gewünschten orthogonalen Polarisationszuständen entfernt ist. Das ist oft erwünschter, als dass ein Polarisationszustand vollkommen ausgerichtet ist und der andere völlig unüberwacht gelassen wird.
2 veranschaulicht ein Polarisationssteuersystem 200, das beide Polarisationszustände überwacht, bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Lehren. Das System 200 ist dem System 10 ähnlich, mit der Ausnahme, dass ein vierter Detektorweg 34B hinzugefügt wurde.
Ein Strahlteiler 30B ist in den Weg 32 eingefügt und teilt Lichtstrahlen E1 und E2 in zwei Wege. Ein Weg 32A trägt die Lichtstrahlen E1 und E2 zu dem Detektorweg 34, wie es im Vorhergehenden beschrieben ist. Ein Weg 32B trägt die Lichtstrahlen E1 und E2 zu einem vierten Detektorweg 34B. Der vierte Detektorweg 34B umfasst einen Polarisator 38B, der es den Komponenten der Strahlen E1 und E2 bei einem ausgewählten Polarisationszustand 26 ermöglicht, einen Lichtdetektor 40B zu erreichen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Polarisator 38B im Wesentlichen orthogonal zu einem Polarisator 38 ausgerichtet, um einen zweiten Polarisationszustand zu erfassen. Eine Fokussierlinse kann zwischen den Polarisator 38B und den Lichtdetektor 40B eingefügt sein, um das Licht zu fokussieren. Ansprechend auf die empfangene Lichtintensität sendet der Lichtdetektor 40B ein Schwebungssignal B1b mit einer Schwebungstonfrequenz von (ω1 – ω2) an eine Amplitudenerfassungsvorrichtung 42B. Das Schwebungssignal B1b stellt die erfasste optische Leistung dar. Ein Verstärker kann zwischen den Lichtdetektor 40B und die Amplitudenerfassungsvorrichtung 42B eingefügt sein, um das Schwebungssignal B1b zu verstärken. Vor dem Polarisator 38B kann der vierte Detektorweg 34B optional eine oder mehr Wellenplatten 37B umfassen. Die Wellenplatten 37B und der Polarisator 38B sind gemäß der gewünschten Ausrichtung der Ausgangspolarisationszustände der Strahlen E1 und E2 ausgewählt.
Die Amplitudenerfassungsvorrichtung 42B erzeugt ein Amplitudensignal S ansprechend auf die Schwebungssignale B1 und B1b. Allgemein kann das Amplitudensignal S ausgewählt sein, um beliebig von den Amplituden B1' und B1b' der Schwebungssignale B1 bzw. B1b abhängig zu sein. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Amplitudensignal S ein gewichtetes mittleres quadriertes Signal, das folgendermaßen definiert ist: S = K1·B1'2 + K2·B1b'2,wobei K1 und K2 Konstanten sind. K1 und K2 werden empirisch derart ausgewählt, dass der minimale Wert des Signals S zu einer guten Ausrichtung beider Polarisationszustände führt.
3 veranschaulicht ein Verfahren 300 zum Verwenden eines Systems 200, um in eine gewünschte Polarisationsausrichtung zu verriegeln, bei einem Ausführungsbeispiel. Bei einem Schritt 104 führt die Steuerung 43 eine globale Suche nach einer Anfangslösung von Verzögerungen Γ1, Γ2 und Γ3 durch, die einen Lokalminimalwert von S mit der korrekten Polarisationsausrichtung erzeugen würden. Die Werte von Γ1, Γ2 und Γ3 bei der Anfangslösung werden als die Anfangsverzögerungswerte verwendet. Ein Ausführungsbeispiel von Schritt 104 wird später unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
Bei den Schritten 106 bis 114 stellt die Steuerung 43 die Verzögerung Γ1 des Verzögerers 18 ein, um den minimalen Wert des Signals S zu finden, der mit der Verzögerung Γ1 erreicht werden kann. Insbesondere wählt die Steuerung 43 bei Schritt 106 den Verzögerer 18 aus. Bei Schritt 108 inkrementiert die Steuerung 43 die Verzögerung Γ1 durch ein Einstellen einer Spannung V1. Bei Schritt 110 bestimmt die Steuerung 43, ob das Signal S abgenommen hat. Ist dies der Fall, wird Schritt 110 von Schritt 108 gefolgt. Ansonsten wird Schritt 110 von Schritt 112 gefolgt.
Bei Schritt 112 dekrementiert die Steuerung 43 die Verzögerung Γ1 durch ein Einstellen der Spannung V1. Bei Schritt 114 bestimmt die Steuerung 43, ob das Signal S abgenommen hat. Ist dies der Fall, wird Schritt 114 von Schritt 112 gefolgt. Ansonsten wird Schritt 114 von Schritt 116 gefolgt.
Bei den Schritten 116 bis 124 stellt die Steuerung 43 eine Verzögerung Γ2 des Verzögerers 20 ein, um den minimalen Wert des Signals S zu finden, der mit der Verzögerung Γ2 erreicht werden kann. Schritt 124 wird von Schritt 126 gefolgt, wenn der minimale Wert von Signal S erreicht worden ist. Bei den Schritten 126 bis 134 stellt die Steuerung 43 eine Verzögerung Γ3 des Verzögerers 22 ein, um den minimalen Wert des Signals S zu finden, der mit der Verzögerung Γ3 erreicht werden kann. Schritt 134 wird von Schritt 136 gefolgt, wenn der minimale Wert von Signal S erreicht worden ist.
Bei Schritt 136 zeichnet die Steuerung 43 den Wert des Signals S für die aktuelle Iteration auf. Bei Schritt 138 bestimmt die Steuerung 43 die Phasendifferenz ΔΨ zwischen den Schwebungssignalen B2 und B3. Bei Schritt 140 bestimmt die Steuerung 43, ob der Wert der Phasendifferenz ΔΨ den gewünschten Ausgangspolarisationszuständen von E1 und E2 entspricht. Es kann sein, dass die Phasendifferenz ΔΨ nicht den gewünschten Ausgangspolarisationszuständen entspricht, falls eine große und plötzliche Veränderung des Zustands der Faser 16 vorliegt, die eine große und plötzliche Verän derung der Polarisationszustände von E1 und E2 verursacht, was bewirken kann, dass die Steuerschleife vorübergehend die Verriegelung verliert, und somit kann es sein, dass das System danach nicht mit der gleichen Anfangslösung verriegelt ist. Ist dies der Fall, dann wird Schritt 140 von Schritt 104 gefolgt, bei dem das Verfahren 300 wiederholt wird, um nach einer anderen Anfangslösung der Verzögerungen Γ1, Γ2 und Γ3 zu suchen. Falls die Phasendifferenz ΔΨ den gewünschten Ausgangspolarisationszuständen von E1 und E2 entspricht, dann wird Schritt 140 von Schritt 142 gefolgt.
Bei Schritt 142 bestimmt die Steuerung 43, ob der aktuelle Wert von Signal S der gleiche wie der aufgezeichnete Wert von Signal S von der vorhergehenden Iteration ist. Ist dies der Fall, dann wird Schritt 142 von 136 gefolgt, und das Verfahren 300 durchläuft die Schleife, bis das Signal S den Wert wechselt. Falls der aktuelle Wert von Signal S nicht der gleiche wie der aufgezeichnete Wert von Signal S von der vorhergehenden Iteration ist, dann wird Schritt 142 von Schritt 106 gefolgt, und das Verfahren 300 wird wiederholt, um nach einem anderen lokalen Minimum des Signals S zu suchen.
4 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel von Schritt 104, bei dem die Steuerung 43 einige oder alle Polarisationszustände von E1 und E2 nach einer Anfangslösung der Verzögerungen Γ1, Γ2 und Γ3 durchsucht, die die gewünschte Ausrichtung der Polarisationszustände von E1 und E2 erzeugt.
Bei Schritt 402 sucht die Steuerung 43 nach lokalen Minima des Signals S über den gesamten Bereich der Verzögerungen Γ1, Γ2 und Γ3. Bei Schritt 404 wählt die Steuerung 43 das kleinste der lokalen Minima von Signal S aus. Bei Schritt 406 bestimmt die Steuerung 43, ob das ausgewählte lokale Minimum von Signal S eine entsprechende Phasendifferenz ΔΨ aufweist, die im Wesentlichen gleich einer gewünschten Phasendifferenz ΔΨ₀ ist. Wie es im Vorhergehenden beschrieben ist, entspricht ein Lokalminimalwert von S zusammen mit ΔΨ = ΔΨ₀ den gewünschten Ausgangspolarisationszuständen von E1 und E2. Falls die Phasendifferenz ΔΨ im Wesentlichen gleich einer gewünschten Phasendifferenz ΔΨ₀ ist, dann wird Schritt 406 von Schritt 410 gefolgt. Ansonsten wird Schritt 406 von Schritt 408 gefolgt. Bei Schritt 408 wählt die Steuerung 43 das nächstkleinste lokale Minimum von Signal S aus. Schritt 408 wird von Schritt 406 gefolgt, und der Prozess wiederholt sich, bis die Steuerung 43 ein lokales Minimum von Signal S findet, das eine Phasendifferenz ΔΨ aufweist, die im Wesentlichen gleich einer gewünschten Phasendifferenz ΔΨ₀ ist. Bei Schritt 410 speichert die Steuerung 43 die Werte der Verzögerungen Γ1, Γ2 und Γ3 für das ausgewählte lokale Minimum des Signals S als die Anfangslösung für das Verfahren 300.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Steuerung 43 nach dem lokalen Minimum des Signals S über den vollen Verzögerungsbereich der variablen Verzögerer 18, 20 und 22 suchen kann, der 2π für jeden der Verzögerer überschreiten kann. Obwohl theoretisch Verzögerungswerte, die sich um ganzzahlige Vielfache von 2π unterscheiden, Degenerationslösungen entsprechen (d. h. Lösungen, die den gleichen minimalen Wert von Signal S mit einer Phasendifferenz ΔΨ = ΔΨ₀ erzeugen), kann der tatsächliche minimale Wert von Signal S, der erreicht wird, durch andere Faktoren eingeschränkt sein. Diese Faktoren umfassen einen spannungsabhängigen polarisationsabhängigen Verlust für spannungsgesteuerte variable Verzögerer, der wiederum eine Polarisationsmischung verursacht. Somit ist es erwünscht, nach allen lokalen Minima von Signal S über den vollen Bereich von Verzögerungswerten, die 2π und seine Vielfache überschreiten, zu suchen, um das beste lokale Minimum von Signal S mit der gewünschten Phasendifferenz ΔΨ₀ zu erhalten.
5 veranschaulicht eine Implementierung des Systems 200 in 2, im Folgenden System 500, die bei einer spezifischen Ausrichtung der Polarisationszustände bei einem Aus führungsbeispiel gemäß der vorliegenden Lehren anwendbar ist. In System 500 erzeugt eine Lichtquelle 12 einen im Wesentlichen vertikal linear polarisierten (VLP) E1 und einen im Wesentlichen horizontal linear polarisierten (HLP) E2. In System 500 ist es erwünscht, die Polarisationszustände von E1 und E2 an dem Ausgang von Faser 16 aufrechtzuerhalten. Somit ist ein Polarisator 38 mit 90° ausgerichtet, ein Polarisator 38B ist orthogonal zu dem Polarisator 38 mit 0° ausgerichtet, ein Polarisator 52 ist mit 45° ausgerichtet, eine Wellenplatte 60 ist ausgewählt, um eine Viertelwellenplatte zu sein, die mit 45° ausgerichtet ist, und ein Polarisator 62 ist mit 90° ausgerichtet. Alternativ dazu ist der Polarisator 38 mit 180° ausgerichtet, und der Polarisator 38B ist orthogonal zu dem Polarisator 38 mit 90° ausgerichtet. Eine optionale Viertelwellenplatte kann in Weg 26 enthalten sein.
6 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel eines PSM 14A, der verwendet wird, um die Polarisationszustände von E1 und E2 in dem System 500 (5) einzustellen. Der PSM 14A ist ein drehbarer variabler Verzögerer, der aus einem elektrooptischen Kristall, wie zum Beispiel einem Lithiumniobatkristall (LiNbO₃), hergestellt ist, mit einer Lichtausbreitung in der z-Richtung und Spannungen, die in der x- und y-Richtung angelegt sind. Die Polarisationsachsen und die Verzögerung des LiNbO₃ werden durch ein Verändern von Spannungen V_x und V_y gesteuert, so dass ein beliebiger Eingangspolarisationszustand in einen beliebigen Ausgangspolarisationszustand umgewandelt werden kann, falls sowohl V_x als auch V_y über einen Bereich [–V_π, V_π] wirksam sind, wobei die Halbwellenspannung V_π = λd/(2n₀ ³r₂₂L), λ die Wellenlänge des Lichtstrahls ist, d die Breite und Höhe des LiNbO₃ ist, n₀ der gewöhnliche Index des LiNbO₃ ist, und r₂₂ der elektrooptische Koeffizient des LiNbO₃ ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann das System 500 ein Verfahren verwenden, das dem System 300 (3 und 4) ähnlich ist, um die gewünschten Polarisationszustände von E1 und E2 aufrechtzuerhalten. Die Steuerung 43 führt zuerst eine globale Suche durch, um Anfangswerte der Spannungen V_x und V_y zu finden, die ein lokales Minimum des Signals S und die gewünschte Phasendifferenz ΔΨ₀ erzeugen. Die Steuerung 43 führt dann kontinuierlich eine Minimumssuche durch, um mit dem Minimum zu verriegeln, das der gewünschten Phasendifferenz ΔΨ₀ entspricht.
Wenn eine PM-Faser bei den im Vorhergehenden beschriebenen Systemen verwendet wird, werden E1 und E2 normalerweise einer kleinen Polarisationsveränderung (zum Beispiel weniger als 20% Leistungsveränderung durch den Polarisator) unterzogen. Somit kann es sein, dass kein Bedarf an einem PSM besteht, der alle möglichen Eingangspolarisationszustände erzeugen kann, um die gewünschten Ausgangspolarisationszustände zu finden und mit denselben zu verriegeln. Tatsächlich kann ein richtiger Entwurf den Bereich von Polarisationszuständen, der durchsucht oder zum Verriegeln verwendet werden muss, verringern, wodurch die Beseitigung eines variablen Verzögerers und möglicherweise der Quadraturerfassung ermöglicht wird. Zum Beispiel kann es sein, dass nur Polarisationszustände durchsucht werden müssen, die die Hälfte der Poincare-Sphäre (eine mathematische Konstruktion, die alle Polarisationszustände beschreibt) abdecken.
7 veranschaulicht eine Implementierung des Systems 200 in 2, im Folgenden System 700, die bei kleinen Veränderungen der Polarisationszustände bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Lehren anwendbar ist. In System 700 erzeugt eine Lichtquelle 12 einen VLP-E1 und einen HLP-E2. In dem System 700 ist es erwünscht, die Polarisationszustände von E1 und E2 an dem Ausgang von Faser 16 aufrechtzuerhalten.
Ein Verzögerer 252 und ein PSM 14B werden verwendet, um einen Teilsatz der möglichen Polarisationszustände von E1 und E2 zu erzeugen. Der Verzögerer 252 ist eine Halbwellenplatte, die mit 22,5° ausgerichtet ist. Der PSM 14B umfasst (1) einen variablen Verzögerer 254, der mit 0° ausgerichtet ist und eine variable Verzögerung aufweist, die von 0 bis λ/2 reicht, und (2) einen variablen Verzögerer 256, der mit 45° ausgerichtet ist und eine variable Verzögerung aufweist, die von 0 bis λ/2 reicht. Der Verzögerer 252 und der PSM 14B ermöglichen, dass etwa die Hälfte der Poincare-Sphäre durchsucht wird, so dass das System 10B mit dem einzigen lokalen Minimum von Signal S verriegelt, das zugänglich ist, da die anderen Lösungen durch den Entwurf ausgeschlossen sind. Außerdem ermöglichen der Verzögerer 252 und der PSM 14B, dass Polarisationszustände kontinuierlich ohne irgendwelche Unterbrechungen in der interessierenden Region (zum Beispiel die halbe Poincare-Sphäre) abgetastet werden, was ansonsten einen oder mehr zusätzliche variable Verzögerer erfordern würde, um eine endlose (d. h. rücksetzungsfreie) Polarisationssteuerung zu liefern.
Das System 700 umfasst nur den ersten Detektorweg 34 und den vierten Detektorweg 34B. Ein Strahlteiler 30B teilt die Strahlen E1 und E2 von Weg 28 in die Wege 32A für den ersten Detektorweg 34 und die Wege 32B für den vierten Detektorweg 34B. Die Steuerung 43 verwendet Schwebungssignale B1 und B1b, um mit dem einzigen lokalen Minimum innerhalb der Eingangspolarisationszustände zu verriegeln, die durch den PSM 14B erzeugt werden können. Keine globale Suche nach einer Anfangslösung wird benötigt, da nur ein lokales Minimum innerhalb der Eingangspolarisationszustände zugänglich ist, die durch die Verzögerungsplatte 252 und den PSM 14B erzeugt werden können.
8 veranschaulicht ein System 800, das dem System 700 (7) ähnlich ist, mit Ausnahme eines anderen Verzögerers und eines anderen PSM, bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Lehren. Das System 800 umfasst eine Viertelwellenplatte 262, die mit –45° ausgerichtet ist, und einen PSM 14A (6). Wie es im Vorhergehenden beschrieben ist, ist der PSM 14A ein drehbarer variabler Verzögerer (zum Beispiel ein Lithiumniobatkristall), der durch Span nungen V_x und V_y gesteuert wird, wobei die Spannung V_x über einen Bereich [0, V_π] wirksam ist und die Spannung V_y über einen Bereich [–V_π, V_π] wirksam ist. Der Verzögerer 262 und der PSM 14A ermöglichen, dass etwa die Hälfte der Poincare-Sphäre kontinuierlich ohne irgendwelche Unterbrechungen bei den Polarisationszuständen durchsucht wird, was ansonsten einen oder mehr zusätzliche drehbare variable Verzögerer erfordern würde, um eine endlose Polarisationssteuerung zu liefern.
Obwohl die gewünschten Polarisationszustände für eine Heterodyninterferometrie normalerweise einem VLP-E1 und einem HLP-E2 entsprechen, ist es möglich, ein System zu entwerfen, das E1 und E2 mit anderen Polarisationszuständen als VLP und HLP verriegelt, während trotzdem VLP- und HLP-Zustände erhalten werden, bevor E1 und E2 in das Interferometer eintreten. 9 veranschaulicht ein derartiges System 900 bei einem Ausführungsbeispiel gemäß den vorliegenden Lehren.
Das System 900 ist den Systemen 700 und 800 mit der Ausnahme von im Folgenden beschriebenen Modifizierungen ähnlich. Die Eingangspolarisationszustände sind ein VLP-E1 und ein HLP-E2. Der Verzögerer 252 (7) und der Verzögerer 262 (8) werden in dem System 700 nicht verwendet. Ein PSM 14D umfasst (1) einen variablen Verzögerer 254D, der mit 45° ausgerichtet ist und über einen Verzögerungsbereich von 0 bis λ/2 wirksam ist, und (2) einen variablen Verzögerer 256D, der mit 0° ausgerichtet ist und über einen Verzögerungsbereich von λ/2 bis 3λ/2 wirksam ist. Eine Viertelwellenplatte 600, die mit 45° ausgerichtet ist, ist in einem Detektorweg 34 vor einem Polarisator 38 enthalten, so dass die minimale Schwebungsamplitude einem im Wesentlichen Linkszirkularpolarisations-(LCP-)Zustand E1 und einem im Wesentlichen Rechtszirkularpolarisations-(RCP-)Zustand E2 entspricht. Auf ähnliche Weise ist eine Viertelwellenplatte 600B, die mit 45° ausgerichtet ist, in einem Detektorweg 34B vor einem Polarisator 38B enthalten, so dass die mini male Schwebungsamplitude einem LCP-Zustand E1 und einem RCP-Zustand E2 entspricht. Eine zweite Viertelwellenplatte 602, die mit 45° ausgerichtet ist, ist in einem Weg 26 enthalten, um den LCP-E1 und den RCP-E2 zu einem VLP-E1 und einem HLP-E2 umzuwandeln, bevor dieselben in das Interferometer eintreten.
10 veranschaulicht ein System 1000, das die Merkmale von System 700 und System 900 kombiniert, bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Lehren. In dem System 1000 erzeugt eine Lichtquelle 12 einen E1 und einen E2 mit Polarisationszuständen, die von der Anwendung abhängen. Ähnlich dem System 700 werden ein Verzögerer 252E und ein PSM 14E verwendet, um einen Teilsatz der möglichen Polarisationszustände von E1 und E2 zu erzeugen. Die Verzögerung und Ausrichtung des Verzögerers 252E hängen von den Eingangspolarisationszuständen und den gewünschten Ausgangspolarisationszuständen von E1 und E2 ab. Ähnlich dem System 900 ist ein Verzögerer 600E in einem Detektorweg 34 vor einem Polarisator 38 enthalten, und ein Verzögerer 600EB ist in einem Detektorweg 34B vor einem Polarisator 38B enthalten. Dieser Aufbau stellt sicher, dass der minimale Wert von Signal S den gewünschten Polarisationszuständen von E1 und E2 entspricht. Ein Verzögerer 602E ist in einem Weg 26 enthalten, um E1 und E2 zu den gewünschten Polarisationszuständen umzuwandeln, bevor dieselben in das Interferometer eintreten. Erneut hängen die Verzögerung und die Ausrichtung des Verzögerers 602E von den gewünschten Polarisationszuständen von E1 und E2 ab.
11 veranschaulicht eine Implementierung von System 200 in 2, im Folgenden System 1100, die mit dem minimalen Wert von Signal S unter Verwendung von Zittern (Dithern) verriegelt. Die Technik des Ditherns erzeugt kleine Modulationsterme für jedes Steuersignal, um bei der Erfassung der Ableitung des erfassten Signals (einschließlich Vorzeichen) behilflich zu sein. Diese Technik filtert auch Änderungen der Amplitude, die durch die Amplitudenerfassungs vorrichtung 42B erfasst werden, aufgrund anderer Faktoren, wie zum Beispiel mechanischer Schwingung und Temperaturschwankung, heraus. Das System 1100 ist dem System 200 ähnlich, mit der Ausnahme der Hinzufügung von Signalgeneratoren 402, 404 und 406 und Addierern 408, 410 und 412. Die Signalgeneratoren 402, 404 und 406 erzeugen kleine orthogonale Modulationssignale s1, s2, s3 (die bei Frequenzen f1, f2 und f3 sinusförmig sein könnten). Die Steuerung 43 erfasst die Signale s1, s2, s3 und erzeugt drei Signale 414, 416 und 418 unter Verwendung von Korrelationstechniken, die zu entsprechenden Steuerdithersignalen s1, s2 und s3 hinzugefügt werden, um Steuersignale V1, V2 und V3 an die variablen Verzögerer 18, 20 bzw. 22 zu erzeugen.
Die verschiedenen Ausführungsbeispiele des Polarisationssteuersystems, die im Vorhergehenden beschrieben sind, wurden alle in einer Fernbetriebskonfiguration gezeigt, bei der der PSM bezüglich der Faser und der Messstelle vorgelagert angeordnet ist. 12 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel eines nicht entfernten Polarisationssteuersystems 1200, bei dem ein PSM 314 bezüglich einer Faser 316 an der Messstelle nachgelagert angeordnet ist. Wie es ersichtlich ist, koppelt eine Lichtquelle 312 zwei Lichtstrahlen mit orthogonalen Polarisationszuständen und unterschiedlichen Frequenzen in die Faser 316 ein. Die Faser 316 trägt dann die zwei Lichtstrahlen zu dem PSM 314. Der PSM 314 stellt die Polarisationszustände der zwei Lichtstrahlen ein, bevor derselbe sie zu einem Ausgangsweg und einem Überwachungsweg sendet. Der PSM 314 kann wie im Vorhergehenden beschrieben implementiert sein. Der Ausgangsweg führt zu einem Interferometriesystem zum Messen einer Verschiebung. Der Überwachungsweg führt zu einem Erfassungs- und Steuerblock 334, der die Rückkopplungssteuerung an den PSM 314 erzeugt, um die erwünschten Ausgangspolarisationszustände der zwei Lichtstrahlen aufrechtzuerhalten. Der Block 334 kann wie im Vorhergehenden beschrieben implementiert sein.
Verschiedene andere Anpassungen und Kombinationen von Merkmalen der offenbarten Ausführungsbeispiele befinden sich innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Lehren. Es sei auch darauf hingewiesen, dass die gewünschten Ausgangspolarisationszustände nicht die gleichen sein müssen wie die Eingangspolarisationszustände, die von der Lichtquelle ausgehen. Zum Beispiel kann ein Ausführungsbeispiel von System 700 in 7 für Eingangspolarisationszustände verwendet werden, die einem im Wesentlichen links zirkular polarisierten E1 und einem im Wesentlichen rechts zirkular polarisierten E2 von dem Laser entsprechen, und zum Erzeugen von gewünschten Ausgangspolarisationszuständen, die einem VLP-E1 und einem HLP-E2 entsprechen. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel wäre der Verzögerer 252 eine Viertelwellenplatte, die mit 90° ausgerichtet ist. Auf ähnliche Weise kann ein Ausführungsbeispiel des Systems 800 in 8 für Eingangspolarisationszustände verwendet werden, die einem im Wesentlichen links zirkular polarisierten E1 und einem im Wesentlichen rechts zirkular polarisierten E2 von dem Laser entsprechen, und zum Erzeugen gewünschter Ausgangspolarisationszustände, die einem VLP-E1 und einem HLP-E2 entsprechen. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel kann es sein, dass der Verzögerer 262 nicht benötigt wird.
Obwohl verschiedene Ausführungsbeispiele des PSM im Vorhergehenden beschrieben wurden, sind zusätzliche Ausführungsbeispiele des PSM zweckmäßig und erwogen. Ein Ausführungsbeispiel des PSM umfasst zwei oder mehr Faserpressen, deren Doppelbrechungseigenschaften durch die Anlegung von mechanischen Belastungen variiert werden. Mechanische Belastungen werden an die Faserpressen ansprechend auf die Steuersignale von der Steuerung 43 angelegt. Ein weiteres Ausführungsbeispiel des PSM weist zwei oder mehr Flüssigkristallzellen auf, deren Verzögerungen und/oder Polarisationsachsen ansprechend auf die Steuersignale von der Steuerung 43 variiert werden. Ein weiteres Ausführungsbeispiel des PSM weist zwei oder mehr mechanisch drehbare Wellenplatten mit fester Verzögerung auf. Die Wellenplatten werden anspre chend auf die Steuersignale von der Steuerung 43 gedreht. Ein weiteres Ausführungsbeispiel des PSM weist zwei oder mehr photoelastische Modulatoren auf, deren lineare Doppelbrechungen durch die Anlegung von mechanischen Belastungen bewirkt werden. Mechanische Belastungen werden an diese photoelastischen Modulatoren ansprechend auf die Steuersignale von der Steuerung 43 angelegt. Diese und andere Ausführungsbeispiele, die beschrieben oder erwogen sind, sind durch die folgenden Ansprüche miteingeschlossen.

Claims

Polarisationssteuersystem zur Heterodyninterferometrie (200; 500; 700; 800; 900; 1000; 1100; 1200), das folgende Merkmale aufweist: eine Lichtquelle (12), die einen ersten Lichtstrahl (E1) mit einem ersten Polarisationszustand (P1) und einer ersten Frequenz (ω1) und einen zweiten Lichtstrahl (E2) mit einem zweiten Polarisationszustand (P2) und einer zweiten Frequenz (ω1) erzeugt; einen Polarisationszustandsmodulator (PSM) (14; 14A; 14B; 14D; 14E), der den ersten und den zweiten Lichtstrahl von der Lichtquelle empfängt, wobei der PSM zumindest zwei Polarisationssteuergrade aufweist, wobei der PSM den ersten und den zweiten Polarisationszustand verändert; einen ersten Strahlteiler (30B), der den ersten und den zweiten Lichtstrahl in einen ersten Weg (32A) und einen zweiten Weg (32B) teilt; einen ersten Detektorweg (34), der den ersten und den zweiten Lichtstrahl von dem ersten Weg empfängt, wobei der erste Detektorweg (34) ein erstes Schwebungssignal (B1) ansprechend auf den ersten und den zweiten Lichtstrahl (E1, E2) erzeugt; einen zweiten Detektorweg (34B), der den ersten und den zweiten Lichtstrahl von dem zweiten Weg empfängt, wobei der zweite Detektorweg (34B) ein zweites Schwebungssignal (B1b) ansprechend auf den ersten und den zweiten Lichtstrahl erzeugt; einen Amplitudendetektor (42B), der das erste und das zweite Schwebungssignal empfängt, wobei der Amplitudendetektor ein Amplitudensignal (S) erzeugt, das von dem ersten und dem zweiten Schwebungssignal abgeleitet ist; und eine Steuerung (43), die das Amplitudensignal empfängt, wobei die Steuerung eine Mehrzahl von Steuersignalen (V1, V2, V3; Vx, Vy; V1, V2; 414, 416, 418) zum Steuern der zumindest zwei Polarisationssteuergrade ansprechend auf das Amplitudensignal erzeugt.
System gemäß Anspruch 1, bei dem das Amplitudensignal (S) ein gewichtetes mittleres quadriertes Signal aufweist, das von Amplituden des ersten und des zweiten Schwebungssignals (B1, B1b) abgeleitet ist.
System gemäß Anspruch 1 oder 2, das ferner eine Polarisationsaufrechterhaltungsfaser (16) aufweist, die den ersten und den zweiten Lichtstrahl (E1, E2) von dem PSM (14) empfängt und den ersten und den zweiten Lichtstrahl zu einer Stelle trägt, an der Interferometriemessungen vorgenommen werden und an der der erste Strahlteiler (30B), der erste Detektorweg (34), der zweite Detektorweg (34B) und der Amplitudendetektor (42B) angeordnet sind.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem: der erste Detektorweg einen ersten Polarisator (38; 38E) und einen ersten Photodetektor (40) aufweist, wobei der erste Photodetektor das erste Schwebungssignal (B1) ansprechend auf den ersten und den zweiten Lichtstrahl (E1, E2) erzeugt, die durch den ersten Polarisator hindurchgehen; und der zweite Detektorweg (34B) einen zweiten Polarisator (38B; 38E8) und einen zweiten Photodetektor (40B) aufweist, wobei der zweite Photodetektor das zweite Schwebungssignal (B1b) ansprechend auf den ersten und den zweiten Lichtstrahl erzeugt, die durch den zweiten Polarisator hindurchgehen.
System gemäß Anspruch 4, bei dem der erste und der zweite Polarisator (38, 38B) im Wesentlichen orthogonal zueinander ausgerichtet sind.
System (700) gemäß Anspruch 4 oder 5, das ferner eine Halbwellenplatte (252), die mit im Wesentlichen 22,5° ausgerichtet ist, zwischen der Lichtquelle (12) und dem PSM (14B) aufweist, wobei: der PSM einen ersten variablen Verzögerer (254), der mit im Wesentlichen 0° ausgerichtet ist, und einen zweiten variablen Verzögerer (256) aufweist, der mit im Wesentlichen 45° ausgerichtet ist; und der erste Polarisator (38) mit im Wesentlichen 90° oder 180° ausgerichtet ist.
System (800) gemäß Anspruch 4 oder 5, das ferner eine Viertelwellenplatte (262), die mit –45° ausgerichtet ist, zwischen der Lichtquelle (12) und dem PSM (14A) aufweist, wobei: der PSM einen elektrooptischen Kristall aufweist, der eine erste Spannung (Vx) in der x-Achse und eine zweite Spannung (Vy) in der y-Achse empfängt; und der erste Polarisator (38) mit im Wesentlichen 90° oder 180° ausgerichtet ist.
System (900) gemäß Anspruch 4 oder 5, bei dem: der PSM (14D) einen ersten variablen Verzögerer (254D) und einen zweiten variablen Verzögerer (256D) aufweist, wobei der erste variable Verzögerer mit im Wesentlichen 45° ausgerichtet ist, wobei der zweite va riable Verzögerer mit im Wesentlichen 0° ausgerichtet ist; der erste Detektorweg (34) ferner einen ersten Verzögerer (600) bezüglich des ersten Polarisators (38) vorgelagert aufweist, wobei der erste Verzögerer eine Viertelwellenplatte ist, die mit im Wesentlichen 45° ausgerichtet ist; und der zweite Detektorweg (34B) ferner einen zweiten Verzögerer (600B) bezüglich des zweiten Polarisators (38B) vorgelagert aufweist, wobei der zweite Verzögerer eine weitere Viertelwellenplatte ist, die mit im Wesentlichen 45° ausgerichtet ist.
System (1000) gemäß Anspruch 4 oder 5, das ferner einen ersten Verzögerer (252E) zwischen der Lichtquelle (12) und dem PSM (14E) aufweist, wobei: der PSM einen ersten variablen Verzögerer (254E) und einen zweiten variablen Verzögerer (256E) aufweist; der erste Detektorweg (34) ferner einen zweiten Verzögerer (600E) bezüglich des ersten Polarisators (38E) vorgelagert aufweist; und der zweite Detektorweg (34B) ferner einen dritten Verzögerer (600EB) bezüglich des zweiten Polarisators (38EB) vorgelagert aufweist.
System gemäß einem der Ansprüche 4 bis 9, das ferner zumindest einen Verzögerer aufweist, der bezüglich des ersten Polarisators (38) in dem ersten Detektorweg (34) vorgelagert, bezüglich des zweiten Polarisators (38B) in dem zweiten Detektorweg (34B) vorgelagert, zwischen der Lichtquelle (12) und dem PSM (14) oder nach dem ersten Strahlteiler (30B) in einem Ausgangsweg angeordnet ist.
System (200; 500; 1100) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 10, das ferner folgende Merkmale aufweist: einen zweiten Strahlteiler (30), der den ersten und den zweiten Lichtstrahl (E1, E2) von dem PSM (14) in einen dritten Weg (32) und einen vierten Weg (36) teilt, wobei der dritte Weg den ersten und den zweiten Lichtstrahl zu dem ersten Strahlteiler (30B) trägt; einen dritten Strahlteiler (44), der den ersten und den zweiten Lichtstrahl von dem vierten Weg in einen fünften Weg (46) und einen sechsten Weg (50) teilt; einen dritten Detektorweg (48), der den ersten und den zweiten Lichtstrahl von dem fünften Weg empfängt, wobei der dritte Detektorweg einen dritten Polarisator (52) und einen dritten Photodetektor (54) aufweist, wobei der dritte Photodetektor ein drittes Schwebungssignal (B2) ansprechend auf den ersten und den zweiten Lichtstrahl erzeugt, die durch den dritten Polarisator hindurchgehen; einen vierten Detektorweg (58), der den ersten und den zweiten Lichtstrahl von dem sechsten Weg empfängt, wobei der vierte Detektorweg einen Verzögerer (60), einen vierten Polarisator (62) und einen vierten Photodetektor (64) aufweist, wobei der vierte Photodetektor ein viertes Schwebungssignal (B3) ansprechend auf den ersten und den zweiten Lichtstrahl erzeugt, die durch den Verzögerer und den vierten Polarisator hindurchgehen; einen Phasendetektor (56), der das dritte und das vierte Schwebungssignal empfängt, wobei der Phasendetektor ein Phasensignal (ΔΨ) ansprechend auf das dritte und das vierte Schwebungssignal erzeugt; und wobei die Steuerung (43) das Phasensignal empfängt und ferner die Mehrzahl von Steuersignalen ansprechend auf das Phasensignal erzeugt.
System gemäß einem der Ansprüche 4 bis 11, bei dem der PSM aus der Gruppe ausgewählt ist, die Folgendes umfasst: zumindest eine Flüssigkristallzelle, wobei zumindest eines von (1) einer Verzögerung und (2) Polarisationsachsen der Flüssigkristallzelle ansprechend auf die Mehrzahl von Steuersignalen variiert; zumindest eine Faserpresse, deren Doppelbrechungseigenschaften ansprechend auf mechanische Belastungen variieren, die ansprechend auf die Mehrzahl von Steuersignalen angelegt werden; zumindest einen elektrooptischen Kristall, wobei zumindest eines von (1) einer Verzögerung und (2) Polarisationsachsen des elektrooptischen Kristalls ansprechend auf die Mehrzahl von Steuersignalen variiert; zumindest eine mechanisch drehbare Wellenplatte mit festen Verzögerungen, deren Polarisationsachsen ansprechend auf die Mehrzahl von Steuersignalen gedreht werden; und zumindest einen photoelastischen Modulator, dessen lineare Doppelbrechungseigenschaften durch mechanische Belastungen bewirkt werden, die ansprechend auf die Mehrzahl von Steuersignalen angelegt werden.
System gemäß einem der Ansprüche 4 bis 12, wobei: bei einer entfernten Konfiguration das System ferner eine Faser (16) aufweist, die den ersten und den zweiten Lichtstrahl von dem PSM (14) empfängt, wobei die Faser den ersten und den zweiten Lichtstrahl zu einer Stelle trägt, an der Interferometriemessungen vorgenommen werden; bei einer nicht entfernten Konfiguration das System ferner die Faser (316) aufweist, die den ersten und den zweiten Lichtstrahl von der Lichtquelle (312) empfängt, wobei die Faser den ersten und den zweiten Lichtstrahl zu dem PSM (314) an der Stelle trägt, an der Interferometriemessungen vorgenommen werden.
Verfahren (300) zum Aufrechterhalten von Polarisationszuständen von Lichtstrahlen von einer Faser bei einem Heterodyninterferometriesystem, das folgende Schritte aufweist: Erzeugen eines ersten Lichtstrahls und eines zweiten Lichtstrahls (E1, E2), wobei der erste Lichtstrahl einen ersten Polarisationszustand (P1) und eine erste Frequenz (ω1) aufweist, wobei der zweite Lichtstrahl einen zweiten Polarisationszustand (P2) und eine zweite Frequenz (ω2) aufweist; Einstellen von zumindest zwei Polarisationssteuergraden, um den ersten und den zweiten Polarisationszustand zu verändern; Teilen des ersten und des zweiten Lichtstrahls in einen ersten Weg (32A) und einen zweiten Weg (32B); Erzeugen eines ersten Schwebungssignals (B1) ansprechend auf den ersten und den zweiten Lichtstrahl (E1, E2) von dem ersten Weg; Erzeugen eines zweiten Schwebungssignals (B1b) ansprechend auf den ersten und den zweiten Lichtstrahl von dem zweiten Weg; Erzeugen eines Amplitudensignals (S), das von dem ersten und dem zweiten Schwebungssignal abgeleitet ist; und Erzeugen einer Mehrzahl von Steuersignalen (V1, V2, V3; Vx, Vy; V1, V2; 414, 416, 418) zum Steuern der zumindest zwei Polarisationssteuergrade ansprechend auf das Amplitudensignal.
Verfahren gemäß Anspruch 14, bei dem: vor dem Erzeugen eines ersten Schwebungssignals (B1) der erste und der zweite Lichtstrahl (E1, E2) von dem ersten Weg durch einen ersten Polarisator (38; 38E) geleitet werden; und vor dem Erzeugen eines zweiten Schwebungssignals (B1b) der erste und der zweite Lichtstrahl (E1, E2) von dem zweiten Weg durch einen zweiten Polarisator (38B; 38EB) geleitet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 15, bei dem der erste und der zweite Polarisator (38, 38B) im Wesentlichen orthogonal zueinander ausgerichtet sind.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem das Amplitudensignal (S) ein gewichtetes mittleres quadriertes Signal aufweist, das von dem ersten und dem zweiten Schwebungssignal abgeleitet ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17, das ferner folgende Schritte aufweist: Teilen des ersten und des zweiten Lichtstrahls (E1, E2) in einen dritten Weg (46) und einen vierten Weg (50); Leiten des ersten und des zweiten Lichtstrahls von dem dritten Weg durch einen dritten Polarisator (52) und Erzeugen eines dritten Schwebungssignals (B2) ansprechend auf den ersten und den zweiten Lichtstrahl von dem dritten Weg; Leiten des ersten und des zweiten Lichtstrahls von dem vierten Weg durch einen vierten Polarisator (62) und Erzeugen eines vierten Schwebungssignals (B3) ansprechend auf den ersten und den zweiten Lichtstrahl von dem vierten Weg; Erzeugen eines Phasendifferenzsignals (ΔΨ), das von dem dritten und dem vierten Schwebungssignal abgeleitet ist; und wobei das Erzeugen der Mehrzahl von Steuersignalen (V1, V2, V3; Vx, Vy; 414, 416, 418) ferner ansprechend auf das Phasendifferenzsignal erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 18, bei dem das Erzeugen der Mehrzahl von Steuersignalen (V1, V2, V3; Vx, Vy; 414, 416, 418) ein Auswählen von Anfangswerten der Steuersignale aufweist, wobei das Auswählen von Anfangswerten folgenden Schritt aufweist: Auswählen von Werten der Steuersignale, die ein Amplitudensignal (S) mit einem minimalen Wert und ein Phasendifferenzsignal mit einem gewünschten Wert erzeugen.
Verfahren gemäß Anspruch 19, bei dem das Erzeugen der Mehrzahl von Steuersignalen (V1, V2, V3; Vx, Vy; 414, 416, 418) ferner ein Variieren der Steuersignale aufweist, um den minimalen Wert des Amplitudensignals (S) zu erreichen.
Verfahren gemäß Anspruch 20, bei dem der erste und der zweite Lichtstrahl (E1, E2) aus der Gruppe ausgewählt sind, die ein im Wesentlichen vertikales linear polarisiertes Licht und ein im Wesentlichen horizontal linear polarisiertes Licht und ein im Wesentlichen links zirkular polarisiertes Licht und ein im Wesentlichen rechts zirkular polarisiertes Licht umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 21, das ferner folgende Schritte aufweist: Erzeugen von orthogonalen Modulationssignalen; Addieren der orthogonalen Modulationssignale und der Mehrzahl von Steuersignalen, um eine zweite Mehrzahl von Steuersignalen zum Einstellen der zumindest zwei Polarisationssteuergrade zu erzeugen; und wobei das Erzeugen der Mehrzahl von Steuersignalen ferner ansprechend auf die orthogonalen Modulationssignale erfolgt.