DE4028051A1 - Grating interferometer with diffraction screens in series - makes multiple use of resulting diffraction orders as multiple or non-polarised heterodyne interferometer or interference spectrometer - Google Patents

Grating interferometer with diffraction screens in series - makes multiple use of resulting diffraction orders as multiple or non-polarised heterodyne interferometer or interference spectrometer

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DE4028051A1 DE19904028051 DE4028051A DE4028051A1 DE 4028051 A1 DE4028051 A1 DE 4028051A1 DE 19904028051 DE19904028051 DE 19904028051 DE 4028051 A DE4028051 A DE 4028051A DE 4028051 A1 DE4028051 A1 DE 4028051A1
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Abstract

The incident radiation in-front of the partially reflective grid (1b) is not diffracted for use as a reference wave. The diffracted component is used as a measuring wave and re-refected in a measuring prism(4), modulated by the reference wave and interfered. Alternatively or additionally, the measuring wave is reflected and offset in parallel by a measuring reflector, diffracted again by the second grid and modulated and interfered by the reference wave of the same or other order of the same or different sign. Alternatively, the beams from at least two separated light sources (3a, 3b, 2) serving as reference-reference and reference-measuring waves modulate each other and interfere to produce beat waves. ADVANTAGE - Compact construction.

Description

Die Patentanmeldung betrifft ein Gitterinterferometer mit mindestens zwei hintereinander geschalteten Beugungs­ gittern. The patent application relates to a grating interferometer at least two diffraction series bars.  

Interferometer sind Instrumente, die die kohärente Strah­ lung einer Quelle in zwei getrennte Wege teilen, den Refe­ renz- und den Meßweg, sie wieder vereinigen und interfe­ rieren lassen. Die Phasenverschiebung der Strahlung durch die Meßgröße gegenüber der unbeeinflußten Referenzphase bewirkt eine Änderung der Interferenzerscheinung als Meßsignal.Interferometers are instruments that measure the coherent beam Split a source into two separate ways, the Refe renz- and the measuring path, reunite them and interfe let rieren. The phase shift of the radiation through the measured variable compared to the unaffected reference phase causes the interference phenomenon to change as Measurement signal.

Man unterscheidet zwei Haupttypen, das Michelson′sche Interferometer mit rechtwinklig geteiltem Strahlengang, der in sich oder parallel versetzt zurückreflektiert wird und das Mach-Zehnder-Interferometer mit parallel verlaufendem Strahlengang.There are two main types, the Michelson interferometer with a right-angled beam path, the is reflected back in itself or offset in parallel and the Mach-Zehnder interferometer with a parallel one Beam path.

Solche Instrumente werden mit brechenden oder reflektieren­ den optischen Elementen aufgebaut, anstelle dieser können aber auch beugende treten. Durch neue Technologien wurde ihr Nachteil der teuren Herstellung behoben, derjenige der hohen Strahlungsverluste durch Beugung in mehrere Ordnungen ist geblieben.Such instruments are refracting or reflecting the optical elements, instead of this but also bend kick. Through new technologies fixed their disadvantage of expensive manufacture, that of high radiation losses due to diffraction in several orders has remained.

Gitterinterferometer können aus mehreren hintereinander geschalteten Gittern aufgebaut werden, wobei diese auch durch brechende und reflektierende optische Elemente er­ setzt werden können. Die Anzahl der benötigten Gitter ver­ ringert sich, wenn der Strahlengang reflektiert und die Gitter mehrfach benutzt werden.Grid interferometers can consist of several in a row switched grids are built, which also through refractive and reflective optical elements can be set. The number of grids needed ver wriggles when the beam path reflects and the Grid can be used several times.

Gitterteilungen können als Amplituden- oder Phasengitter hergestellt werden, wobei letztere wesentlich geringere In­ tensitätsverluste aufweisen. Ebene, nicht profilierte Git­ terteilungen beugen die einfallende Strahlung paarweise und symmetrisch in positive und negative Beugungsordnungen. Lattice divisions can be used as amplitude or phase gratings are produced, the latter much lower In exhibit loss of intensity. Flat, non-profiled git Partitions diffract the incident radiation in pairs and symmetrical in positive and negative diffraction orders.  

Das Gitter als optisches Element ist:The grating as an optical element is:

  • - Grundbaustein von Spektrometern,- basic building block of spectrometers,
  • - Maßverkörperung von inkrementalen Maßstäben- material measure of incremental scales
  • - Strahlenteiler in Interferometern.- Beam splitter in interferometers.

Durch geeignete Kombination lassen sichWith a suitable combination

  • - Maßstab-Interferenz-Wandler,- scale interference converter,
  • - Interferenz-Spektrometer,- interference spectrometer,
  • - Interferenz-Refraktometer,- interference refractometer,
  • - Mehrfach-Interferometer,- multiple interferometer,
  • - Interferometer und Spektrometer, als Instrumente bauen.- interferometer and spectrometer, build as instruments.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gitterinter­ ferometer mit mindestens zwei hintereinander geschalteten Beugungsgittern zu beschreiben.The invention has for its object a lattice interior ferometer with at least two series To describe diffraction gratings.

Das erfindungsgemäße Gitterinterferometer ist dadurch ge­ kennzeichnet,
daß die einfallende Strahlung vor dem zweiten Gitter unge­ beugt als Referenzwelle teilweise reflektiert wird und
daß der vom zweiten Gitter gebeugte Teil als Meßwelle von einem Meßreflektor in sich reflektiert, erneut ge­ beugt wird, mit der Referenzwelle überlagert und in­ terferiert und/oder,
daß die Meßwelle von einem Meßreflektor parallel ver­ setzt reflektiert, vom zweiten Gitter erneut gebeugt mit der Referenzwelle der gleichen oder einer anderen Ordnung gleichen oder ungleichen Vorzeichens überla­ gert wird und interferiert oder
daß die Strahlung von mindestens zwei getrennten Strah­ lungsquellen als Referenz-Referenz- und Referenz-Meß- Wellen sich überlagern und zu Schwebungswellen inter­ ferieren.The grating interferometer according to the invention is characterized in that
that the incident radiation in front of the second grating is partially reflected as a reference wave and
that the part diffracted by the second grating is reflected as a measuring wave by a measuring reflector, is again bent, superimposed with the reference wave and interfered and / or,
that the measuring wave from a measuring reflector is set in parallel, reflected, again diffracted by the second grating with the reference wave of the same or another order of the same or different sign is superimposed and interferes or
that the radiation from at least two separate radiation sources as reference-reference and reference-measuring waves overlap and inter fer to beat waves.

Der Gitterstrahlteiler ist in seiner einfachsten Form als planparallele Glasplatte ausgebildet, auf deren Planseiten je ein Strichgitter aufgetragen ist. Die Dicke der Plan­ platte ist so berechnet, daß aufgrund der Apertur des Strahles und der Gitterkonstanten des 1. Gitters die ge­ beugten Strahlen ohne Überlappung getrennt auf das 2. Git­ ter auftreffen. Aufgrund der Intensitätsverteilung auf die 1. (80%) und 3. (7%) Ordnung ist das 1. Gitter mit Vor­ teil als transparentes Phasengitter auszubilden. Das 2. Gitter soll einen Teil der Intensität ungebeugt als Re­ ferenzwelle reflektieren, dazu ist eine teildurchlässige Schicht zwischen Glasplatte und Gitter notwendig. Das 2. Gitter muß wegen der Energieverteilung und der Übereinstimmung der Beugungswinkel zwischen Referenz- und Meßwelle mit dem 1. Gitter übereinstimmen. Beim Gitterstrahl­ teiler mit Luftabstand muß das zweite Gitter als transpa­ rentes Phasengitter so ausgeführt werden, daß die Gitter­ striche und -lücken aus transparenten Materialien mit un­ terschiedlichem Brechungsindex bestehen und ihre Höhe so gewählt ist, daß ein Phasenunterschied von λ/2 auftritt. Die äußere ebene Planfläche des Gitters kann dann be­ beschichtet werden.The lattice beam splitter is in its simplest form as plane-parallel glass plate formed on the plan sides one grating is applied. The thickness of the plan plate is calculated so that due to the aperture of the Beam and the lattice constant of the 1st lattice the ge diffracted rays without overlapping separately on the 2nd git ter hit. Because of the intensity distribution on the 1st (80%) and 3rd (7%) order is the 1st grid with pre to form part as a transparent phase grating. The 2. Lattice should be a part of the intensity undiffracted as Re reflect the reference wave, this is a partially transparent Layer between glass plate and grid necessary. The 2. Grid must because of the energy distribution and the match the diffraction angle between the reference and measuring shaft match the 1st grid. With the lattice beam divider with air gap, the second grille must be transparent Rentes phase grating so that the grating strokes and gaps made of transparent materials with un different refractive index exist and their amount so is chosen that a phase difference of λ / 2 occurs. The outer flat face of the grid can then be be coated.

Die Beschichtung entfällt dann, wenn Amplitudengitter ge­ wählt werden und höhere Intensitätsverluste in Kauf genom­ men werden können.The coating is omitted if the amplitude grating is ge be selected and higher intensity losses in purchase genom men can be.

Im folgenden wird anhand der Abb. 1 ein Ausführungs­ beispiel der Erfindung als Doppelinterferometer näher be­ schrieben. Die planparallele Glasplatte 1 trägt das Strich­ gitter 1a und auf der gegenüberliegenden Fläche eine teil­ reflektierende Schicht 1b und darauf das Strichgitter 1c.In the following, an embodiment of the invention as a double interferometer will be described in more detail with reference to FIG. 1. The plane-parallel glass plate 1 carries the grating 1 a and on the opposite surface a partially reflective layer 1 b and then the grating 1 c.

Die Strichgitter 1a und 1c sollen Phasengitter mit gleicher Gitterkonstanten sein, ihre +/-3. Beugungsordnungen treten seitlich aus und nur die +/- ersten werden für die interfe­ rometrische Messung verwendet. Die kohärente Strahlung der Quelle 2 wird durch die Linse 5b kollimiert, vom Gitter 1a in die +/-1. Ordnung gebeugt, von der Schicht 1b in die Referenzstrecke teilreflektiert, teils durchgelassen und vom Gitter 1c in die Meßstrecke gebeugt. Das bewegliche Meßprisma 4 reflektiert die Strahlung und versetzt sie pa­ rallel so, daß die positive Ordnung an den Austrittspunkt der negativen zurückgeworfen wird und umgekehrt, dadurch werden zwei interferometrische gegenläufige Strahlengänge mit einem gemeinsamen Meßreflektor aufgebaut. Nach erneu­ ter Beugung am Gitter 1c interferieren die reflektierten Strahlen der Meßstrecke mit denen der in der Glasplatte verlaufenden Referenzstrecke und werden durch die Linsen 5a und 5c auf die Photodetektoren 3a und 3b fokussiert. Die bekannten Arten der phasenversetzten Detektion der Interfe­ renzstreifen werden in Verbindung mit dem Gitterstrahltei­ ler anhand der folgenden Abbildungen näher beschrieben.The line gratings 1 a and 1 c should be phase gratings with the same grating constants, their +/- 3. Diffraction orders emerge from the side and only the +/- first are used for the interfe rometric measurement. The coherent radiation from source 2 is collimated by lens 5 b, from grating 1 a to +/- 1. Order diffracted, partially reflected by the layer 1 b into the reference path, partially transmitted and diffracted by the grating 1 c into the measuring path. The movable measuring prism 4 reflects the radiation and sets it parallel so that the positive order is thrown back to the exit point of the negative and vice versa, thereby creating two interferometric opposite beam paths with a common measuring reflector. After renewed diffraction at the grating 1 c, the reflected rays of the measuring path interfere with those of the reference path running in the glass plate and are focused by the lenses 5 a and 5 c on the photodetectors 3 a and 3 b. The known types of phase-shifted detection of the interference strips are described in more detail in connection with the lattice beam splitter using the following figures.

Die teilreflektierende Schicht 1b kann dadurch ersetzt wer­ den, daß das Gitter 1c als Amplitudengitter ausgeführt wird. Da das symmetrische Phasengitter die Intensitäten auf die 1. und 3. Ordnung, das Amplitudengitter auf die 0. und 2. Ordnung bevorzugt verteilt und die Strahlteilergeometrie erhalten bleiben muß, so ist das Amplitudengitter gegen­ über dem Phasengitter mit doppelt so großen Strichabstän­ den (Gitterkonstante) auszuführen.The partially reflecting layer 1 b can be replaced by who that the grating 1 c is designed as an amplitude grating. Since the symmetrical phase grating preferably distributes the intensities to the 1st and 3rd order, the amplitude grating to the 0th and 2nd order, and the beam splitter geometry must be preserved, the amplitude grating is opposite the phase grating by twice the line spacing (grating constant ) to execute.

Im folgenden wird anhand der Abb. 2 ein Ausführungs­ beispiel der Erfindung als zweifaches Interferometer näher beschrieben. Der Gitterstrahlteiler 1 ist prinzipiell so aufgebaut wie in Abb. 1, mit Ausnahme des Gitters 1a.In the following, an embodiment of the invention as a double interferometer is described in more detail with reference to Fig. 2. The grating beam splitter 1 is basically constructed as in Fig. 1, with the exception of the grating 1 a.

Das Gitter 1a sei kein einfaches Strichgitter, sondern ein zwei- oder dreidimensionales, dessen Strukturen beugen und fokussieren und damit die Linsen ersetzen.The grating 1 a is not a simple line grating, but a two- or three-dimensional one, the structures of which bend and focus and thus replace the lenses.

Die Strahlung der Quelle 2 wird von 1a kollimiert und in die +/-1. Ordnungen gebeugt, an 1b teilreflektiert. Die beiden in die Meßstrecken austretenden Strahlen werden von Planspiegeln als unabhängige Meßreflektoren in sich re­ flektiert, interferieren mit den Referenzstrahlen und wer­ den vom Gitter 1a in die +/-1. und +/-3. Ordnungen ge­ beugt und auf die Photodetektoren 3a und 3b fokussiert. Je­ de Gruppe von vier Detektoren ist einem interferometrischen Strahlengang zugeordnet und soll in bekannter Weise um 90o phasenversetzt sein, so daß sie eine Vor-Rückwärtserken­ nung und eine Phaseninterpolation ermöglichen.The radiation from source 2 is collimated by 1 a and into the +/- 1. Orders bent, partially reflected on 1 b. The two beams emerging in the measuring sections are reflected by plane mirrors as independent measuring reflectors, interfere with the reference beams and who the from the grid 1 a in the +/- 1. and +/- 3. Orders bent ge and focused on the photodetectors 3 a and 3 b. Each de group of four detectors is assigned to an interferometric beam path and should be phase-shifted in a known manner by 90 o , so that they enable forward-backward detection and phase interpolation.

Diese Anordnung ermöglicht ein zweifaches Interferometer, das als Differential- oder mit einem abgewinkelten Meßarm als Zweikoordinaten-Interferometer eingesetzt werden kann.This arrangement enables a double interferometer, that as a differential arm or with an angled measuring arm can be used as a two-coordinate interferometer.

Im folgenden wird anhand der Abb. 3 ein polarisations­ optisches Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrie­ ben. Der Gitterstrahlteiler 1 ist prinzipiell so aufgebaut wie in Abb. 1, mit Ausnahme, daß zwischen den Strich­ gittern 1a und 1b zusätzlich Polarisatoren 6 angeordnet sind. Die Strahlung der Quelle 2 wird von der Linse 5 kollimiert und vom Strichgitter 1a in die +/-1. Ordnung gebeugt. Die +1. Ordnung durchsetzt den Polarisator 6a und die -1. Ordnung den Polarisator 6b, beide Polarisatoren stehen mit ihren Polarisationsrichtungen senkrecht zueinander und unter 45o zum Strichgitter 1a.In the following, a polarization optical embodiment of the invention is described in more detail with reference to FIG . The grating beam splitter 1 is basically constructed as in Fig. 1, with the exception that between the line grating 1 a and 1 b additional polarizers 6 are arranged. The radiation from the source 2 is collimated by the lens 5 and by the grating 1 a in the +/- 1. Order hunched. The +1. Order penetrates the polarizer 6 a and the -1. Order the polarizer 6 b, both polarizers are perpendicular to each other with their polarization directions and under 45 o to the grating 1 a.

Werden die beiden Polarisatoren in der Mitte im Querschnitt schräg überlappend aneinandergesetzt, so löschen sie im Überlappungsbereich Störintensitäten der 0. Ordnung aus. Die beiden interferometrischen Strahlengänge werden durch das Tripelprisma zu einem gegenläufigen Doppelinterferome­ ter gemischt und durchlaufen die als Analysatoren angeord­ neten Polarisatoren 6c und 6d, die zueinander parallel und unter 45o zu den Polarisatoren 6a und 6b stehen. Nach den Analysatoren können die beiden Strahlen interferieren und werden auf die Photodetektoren 3a und 3b projiziert. Vor dem Analysator 6d durchsetzt einer der Strahlengänge eine λ/4 Platte 7 und wird dadurch gegenüber dem anderen um 90 phasenversetzt, womit erreicht wird, daß eine Vor-Rück­ wärtserkennung und Phaseninterpolation in bekannter Weise möglich ist.If the two polarizers are placed in the middle with a cross-section overlapping at an angle, they cancel out 0th-order interference intensities in the overlap area. The two interferometric beam paths are mixed by the triple prism to form an opposing double interferometer and pass through the polarizers 6 c and 6 d arranged as analyzers, which are parallel to each other and under 45 o to the polarizers 6 a and 6 b. After the analyzers, the two beams can interfere and are projected onto the photodetectors 3 a and 3 b. In front of the analyzer 6 d, one of the beam paths passes through a λ / 4 plate 7 and is thereby phase-shifted by 90 compared to the other, with the result that front-back detection and phase interpolation are possible in a known manner.

Im folgenden wird anhand der Abb. 4 ein polarisations­ optisches Ausführungsbeispiel der Erfindung als zweifaches Doppelinterferometer beschrieben. Der Gitterstrahlteiler 1 ist prinzipiell so aufgebaut wie in Abb. 1, mit der Ausnahme, daß die Gitter 1a und 1c an zwei Trägern mit Luftabstand angebracht sind, der als Referenzstrecke zur Messung des Brechungsindexes der Luft benutzt werden kann, um die dadurch bedingte Änderung der Wellenlänge zu korrigieren. Das Strichgitter 1a und die beugungsoptischen Strukturen 1d zur Fokussierung der Strahlen sind in zwei getrennten Schichten aufgetragen. Bei diesem Beispiel werden die +/-1. und die +/-3. Beugungsordnung interferometrisch ge­ nutzt. Die positiven und die negativen Beugungsordnungen durchsetzen paarweise je einen Polarisator 6a und 6b, die senkrecht zueinander und unter 45o zu den Gittern stehen. Das Gitter 1c beugt die Strahlen in die Meßstrecken, wo sie durch die Meßreflektoren 4a und 4b parallel versetzt und zurückreflektiert werden, die beugungsoptischen Elemen­ te 5a, 5e und 5b, 5d fokussieren die Strahlen in die Photo­ detektoren 3a, 3d und 3b, 3c, nachdem je ein Strahl eines Doppelinterferometers eine λ/4 Verzögerungsplatte 7a und 7b durchlaufen hat. Die Analysatoren 6c, 6f und 6d, 6e ermög­ lichen die Interferenz der orthogonal polarisierten Strah­ lung. Das Doppelinterferometer der +/-3. Beugungsordnung kann auch als Interferenz-Refraktometer verwendet werden zur Stabilisierung der Strahlungswellenlänge der Quelle 2. Der Strahlengang der 3. Beugungsordnung kann auch dazu genutzt werden, ein Gitterspektrometer aufzubauen zur Messung des Brechungsindexes der Luft.A polarization-optical exemplary embodiment of the invention as a double double interferometer is described below with reference to FIG. 4. The grating beam splitter 1 is basically constructed as in Fig. 1, with the exception that the grating 1 a and 1 c are attached to two supports with an air gap, which can be used as a reference distance for measuring the refractive index of the air, in order to avoid the resulting Correct the change in wavelength. The grating 1 a and the diffraction optical structures 1 d for focusing the beams are applied in two separate layers. In this example, the +/- 1. and the +/- 3. Diffraction order used interferometrically. The positive and negative diffraction orders enforce a pair of polarizers 6 a and 6 b, which are perpendicular to each other and below 45 o to the gratings. The grating 1 c diffracts the beams into the measuring sections, where they are offset and reflected back in parallel by the measuring reflectors 4 a and 4 b, the diffraction-optical elements 5 a, 5 e and 5 b, 5 d focus the beams into the photo detectors 3 a, 3 d and 3 b, 3 c, after each beam of a double interferometer has passed a λ / 4 delay plate 7 a and 7 b. The analyzers 6 c, 6 f and 6 d, 6 e enable the interference of the orthogonally polarized radiation. The double interferometer of +/- 3. Diffraction order can also be used as an interference refractometer to stabilize the radiation wavelength of the source 2 . The beam path of the 3rd diffraction order can also be used to set up a grating spectrometer for measuring the refractive index of the air.

Im folgenden wird anhand der Abb. 5 ein Ausführungs­ beispiel der Erfindung als heterodynes Interferometer näher beschrieben. Der Gitterstrahlteiler 1 ist prinzipiell so aufgebaut wie in Abb. 3, mit Ausnahme des Gitters 1c, das in zwei Abschnitte unterteilt ist, zwischen denen sich eine Spie­ gelschicht 1e befindet. Die Strahlungen der Quellen 2a und 2b weisen unterschiedli­ che Frequenzen auf, wobei die Strahlung einer Frequenz ge­ genüber einer Referenz stabilisiert ist und die Strahlung der zweiten Frequenz eine stabile Differenzfrequenz oder eine variable Frequenz gegenüber der ersten aufweist. Für ein wegmessendes Interferometer ist eine stabile, für ein entfernungsmessendes eine variable Frequenz vorteilhaft. Die Differenzfrequenz der beiden Strahlungen soll so groß sein, daß die durch Interferenz erzeugte Schwebungsfre­ quenz von Detektoren empfangen und von elektronischen Bau­ elementen verarbeitet werden kann. Die Strahlungen der Quellen 2a und 2b werden von den Linsen 5b und 5d kollimiert und vom Gitter 1a in ihre 1. Ordnungen gebeugt. Die -1. Ordnung von 2a und die +1. Ordnung von 2b werden am Spiegel 1e reflektiert, von 1a gebeugt, interferieren zu einer Schwebungsfrequenz, die vom Referenzdetektor 3b emp­ fangen und von der nachfolgenden Elektronik gezählt wird. Die beiden anderen Ordnungen werden durch die Gitter 1c in die Meßstrecke gebeugt und vom Meßprisma 4 parallelver­ setzt und reflektiert. Beide Frequenzen durchlaufen gegen­ läufig die Meßstrecke und interferieren jeweils mit der anderen Frequenz, wobei durch die Verschiebung von 4, die Schwebungsfrequenzen an 3a und 3c unterschiedlich beeinflußt werden. Ihre Zähler 8a und 8c werden mit dem Refe­ renzzähler 8b über die Komparatoren 9a und 9b verglichen, die Differenzen mathematisch verarbeitet und als Meßergeb­ nis in 10 angezeigt. Durch diese Anordnung der gegenläufi­ gen Messung kann das Auflösungsvermögen der Phasenmessung zum Zwecke der Interpolation zwischen den Interferenz­ erscheinungen verdoppelt werden.An embodiment of the invention as a heterodyne interferometer is described in more detail below with reference to FIG. 5. The grating beam splitter 1 is in principle constructed as shown in Fig. 3, with the exception of the grating 1 c, which is divided into two sections, between which a layer of gel Spie 1 e is. The radiation of the sources 2 a and 2 b have differing che frequencies, whereby the radiation of a frequency ge is stabilized genüber a reference and the radiation of the second frequency having a stable difference frequency or a variable frequency from the first. A stable frequency is advantageous for a distance-measuring interferometer and a variable frequency for a distance-measuring one. The difference frequency of the two radiations should be so large that the Schwebungsfre frequency generated by interference received by detectors and processed by electronic components. The radiation from sources 2 a and 2 b are collimated by lenses 5 b and 5 d and diffracted by grating 1 a into their 1st order. The 1. Order of 2 a and the +1. Order of 2 b are reflected on the mirror 1 e, diffracted by 1 a, interfere with a beat frequency which is received by the reference detector 3 b and is counted by the subsequent electronics. The other two orders are diffracted by the grating 1 c into the measuring section and parallelver set and reflected by the measuring prism 4 . Both frequencies run continuously against the measuring section and each interfere with the other frequency, the beat frequencies at 3 a and 3 c being influenced differently by the shift of 4. Your counter 8 a and 8 c are compared with the reference counter 8 b via the comparators 9 a and 9 b, the differences are processed mathematically and displayed as a measurement result in FIG. 10 . With this arrangement of the opposite measurement, the resolving power of the phase measurement can be doubled for the purpose of interpolation between the interference phenomena.

Im folgenden wird anhand der Abb. 6 ein Ausführungs­ beispiel der Erfindung als heterodynes Differential-Inter­ ferometer beschrieben. Der Gitterstrahlteiler ist prinzipiell so aufgebaut wie in Abb. 5, mit Ausnahme einer genauen Längenabmessung und einer Verspiegelung 1f an den Seitenflächen. Um die jewei­ lige zweite Frequenz an den Meßdetektor zu führen, wird dafür die 3. Beugungsordnung verwendet. Die +3. Ordnung der Quelle 2b wird zum Detektor 3a und die -3. Ordnung der Quelle 2a wird zum Detektor 3c geführt, wo sie mit den je­ weiligen Meßfrequenzen interferieren. Es sind weitere Ausführungsbeispiele denkbar, mit denen durch die Ausnutzung des Beugungseffektes und mehrerer Ord­ nungen mit einem Strahlteiler eine Vielzahl von Interfero­ metern aufgebaut werden kann. Dies ist dann möglich, wenn anstelle der eindimensionalen Strichgitter mehrdimensionale beugende Strukturen verwendet werden und Photodiodenarrays als Detektoren. Damit könnten Plan- und Formflächen punkt­ weise mit hoher Genauigkeit kontrolliert und vermessen wer­ den.In the following, an embodiment of the invention is described as a heterodyne differential interferometer with reference to Fig. 6. In principle, the grating beam splitter is constructed as in Fig. 5, with the exception of a precise length dimension and a mirroring 1 f on the side surfaces. In order to lead the respective second frequency to the measuring detector, the 3rd diffraction order is used. The +3. Order of the source 2 b becomes the detector 3 a and the -3. Order of the source 2 a is led to the detector 3 c, where they interfere with the respective measuring frequencies. Further exemplary embodiments are conceivable with which a multiplicity of interferometers can be built up by utilizing the diffraction effect and several orders. This is possible if multi-dimensional diffractive structures and photodiode arrays are used as detectors instead of the one-dimensional line gratings. This would allow plan and form surfaces to be checked and measured point by point with a high degree of accuracy.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Aufbaues von Interfero­ metern mit Gitter-Strahlteilern gegenüber solchen mit Plan­ platten und Prismen besteht darin:The advantages of the structure of Interfero according to the invention meters with lattice beam splitters compared to those with a plan plates and prisms consists of:

  • - daß der Referenzstrahlengang innerhalb des Strahlteilers verläuft und- That the reference beam path within the beam splitter runs and
  • - daß zusätzliche optische Elemente für einen Referenz­ reflektor entfallen,- That additional optical elements for a reference reflector omitted,
  • - daß das Interferometer als Doppelinterferometer mit dop­ pelter Auflösung aufgebaut werden kann,- That the interferometer as a double interferometer with dop pelter resolution can be built
  • - daß das Interferometer als zweifaches, als Differential oder für zwei Achsen aufgebaut werden kann- That the interferometer as a double, as a differential or can be set up for two axes
  • - daß die Gitter mit Luftabstand geteilt und die Luft­ strecke als Refraktometer zur Messung und Korrektion des Einflusses des Brechungsindexes der Luft auf die Meßwellenlänge oder zu deren Stabilisierung verwendet werden kann,- That the grilles are separated by air and the air stretch as a refractometer for measuring and correcting the Influence of the refractive index of the air on the measuring wavelength or used to stabilize them can,
  • - daß die Gitterstrahlteiler gleichzeitig als Interfero­ meter und Spektrometer verwendet werden können,- That the grating beam splitter simultaneously as an interfero meters and spectrometers can be used
  • - daß durch die Verwendung von zwei Frequenzen in der he­ terodynen Version die Trennung und Mischung unpolarisiert erfolgt und daß durch die Unabhängigkeit der Frequenzen untereinander entfernungsmessende Interferometer verwirk­ licht werden können,- That by using two frequencies in the he terodyne version the separation and mixing unpolarized takes place and that through the independence of the frequencies interferometers measuring one another can become light
  • - daß durch die Einfachheit des Aufbaues optische Elemen­ te gespart werden können und daß dadurch der instrumen­ telle Aufbau kompakt wird.- That by the simplicity of the structure optical elements te can be saved and thereby the instrumen telle structure becomes compact.

Claims (7)

1. Gitterinterferometer mit mindestens zwei hintereinander geschalteten Beugungsgittern, dadurch gekennzeichnet,
daß die einfallende Strahlung vor dem zweiten Gitter ungebeugt als Referenzwelle teilweise reflektiert wird und
daß der vom 2. Gitter gebeugte Teil als Meßwelle von einem Meßreflektor in sich reflektiert, erneut ge­ beugt wird, mit der Referenzwelle überlagert und interferiert und/oder,
daß die Meßwelle von einem Meßreflektor parallel ver­ setzt reflektiert, vom 2. Gitter erneut gebeugt, mit der Referenzwelle der gleichen oder einer anderen Ordnung gleichen oder ungleichen Vorzei­ chens überlagert wird und interferiert oder,
daß die Strahlungen von mindestens zwei getrennten Strahlungsquellen als Referenz-Referenz- und Refe­ renz-Mess-Wellen sich überlagern und zu Schwebungs­ wellen interferieren.1. grating interferometer with at least two series-connected diffraction gratings, characterized in that
that the incident radiation in front of the second grating is partially reflected as a reference wave and
that the part diffracted by the second grating is reflected as a measuring wave by a measuring reflector, is again bent, superimposed and interfered with the reference wave and / or,
that the measuring wave is offset in parallel by a measuring reflector, is refracted by the second grating, is superimposed with the reference wave of the same or a different order of the same or different sign and interferes or,
that the radiation from at least two separate radiation sources as reference-reference and reference measurement waves overlap and interfere with beat waves. 2. Gitterinterferometer nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beugenden Strukturen als Strich-, zwei- oder dreidimensionale, Amplituden- oder Phasengitter, glei­ cher, ungleicher oder variabler Gitterkonstanten ausge­ bildet sind.2. Grid interferometer according to claim 1, characterized draws, that the diffractive structures as line, two or three-dimensional, amplitude or phase gratings, same cher, unequal or variable lattice constants forms are. 3. Gitterinterferometer nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gitter beidseitig eines planparallelen Trä­ gers angebracht sind. 3. Lattice interferometer according to claim 2, characterized draws, that the grids on both sides of a plane-parallel door gers are attached.   4. Gitterinterferometer nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen den Gittern ein stabiler Luftabstand (und/oder Vakuum) besteht und dieser unbeeinflußt bleibt von den Parametern, die den Brechungsindex der Luft verän­ dern.4. Grid interferometer according to claim 2, characterized draws, that there is a stable air gap between the grilles (and / or Vacuum) exists and this remains unaffected by the parameters that change the refractive index of the air other. 5. Gitterinterferometer nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Strahlungen einer positiven und negativen Ord­ nung einer Beugung gegenläufig über den gleichen Strah­ lengang geführt und zueinander orthogonal, linear pola­ risiert, nach der Überlagerung von Meß- und Referenz­ welle, einer von beiden in seiner Phasenlage um 90o verzögert wird und die Polarisationsachsen so gedreht werden, daß sie interferieren.5. Lattice interferometer according to claim 2, characterized in that the radiation of a positive and negative ord nation of a diffraction led in opposite directions over the same beam path and mutually orthogonal, linearly polarized, after the superimposition of the measurement and reference wave, one of both is delayed in phase by 90 o and the polarization axes are rotated so that they interfere. 6. Gitterinterferometer nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Polarisatoren der beiden Beugungsordnungen, die senkrecht zueinander ausgerichtet sind, sich an der Stoßstelle schräg überlagern und Störeinflüsse der 0. Ordnung eliminieren.6. Grid interferometer according to claim 5, characterized draws, that the polarizers of the two diffraction orders, the are aligned perpendicular to each other Overlap butt joint and interference from the Eliminate order 0. 7. Gitterinterferometer nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gitter zusätzlich als Spektrometer oder als In­ terferenz-Spektrometer genutzt werden.7. Grid interferometer according to claim 4, characterized draws, that the grating is also used as a spectrometer or as an In interference spectrometer can be used.
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