DE60103482T2

DE60103482T2 - Lichtinterferenz

Info

Publication number: DE60103482T2
Application number: DE60103482T
Authority: DE
Inventors: Bernd Nebendahl; Andreas Schmidt; Matthias Jaeger
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2001-08-17
Filing date: 2001-08-17
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2021-08-18
Also published as: EP1213571B1; US20030035121A1; EP1213571A1; DE60103482D1; US6937346B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Wellenlängenmesser zum Ermitteln einer Wellenlänge eines optischen Strahls.
Etalons sind Interferenzelemente für die Interferenz von Licht. Zum Interferieren wird ein Etalon in einem optischen Strahl des zu messenden Lichts oder in einem Teil dieses Strahls angeordnet und der Etalon generiert ein optisches Signal, dessen optische Energie von der Wellenlänge des zu messenden optischen Strahls abhängt.
Etalons zeigen eine Abhängigkeit von der generierten optischen Energie von der Wellenlänge des einfallenden optischen Strahls. Im Allgemeinen zeigt ein Etalon eine Abhängigkeit von der generierten optischen Energie versus Wellenlänge, welche beschrieben werden kann unter Verwendung der Airy-Formeln. Nach der Kalibrierung kann die optische Energie gemessen werden unter Verwendung eines Photodetektors und die Wellenlänge, die der gemessenen optischen Energie entspricht, wird ermittelt.
Ein abgestufter Etalon, der einen Übergang vorsieht zwischen den abgestuften Bereichen wird in EP-A-1081474 beschrieben. Ein variabler Wellenlängenlichtfilter, der auf einer Etalon-Struktur basiert, ist bekannt aus EP-A-442738.
In optischen Kommunikationsnetzwerken wird Information im Wesentlichen durch Verwendung von Licht einer Lichtquelle (Transmitter), einer optischen Faser und eines optischen Receivers übertragen. Typische Wellenlängen, die für die optische Kommunikation verwendet werden, sind Wellenlängen in dem Bereich von 850 bis 1650 nm, und insbesondere werden als Lichtquellen Laserdioden mit einer Wellenlänge in dem Bereich von 850nm, 1300nm und 1550nm verwendet.
In Wavelength-Division-Multiplexing (WDM) optischen Kommunikationssystemen wird Information gleichzeitig durch ein Set von Laserquellen überfragen, wobei jede kohärentes Licht generiert mit einer unterschiedlichen Wellenlänge (optische Kommunikationskanäle). Da die Bandbreite opto-elektronischer Transmitter und Receiver limitiert ist, wird eine enge Kanalrasterung (typischerweise 1.6nm) benötigt zum Erhöhen der Übertragungskapazität durch Verwendung einer Vielzahl von Kommunikationskanälen. Insbesondere in WDM Systemen ist ein Bedarf, die Wellenlänge jeder Laserquelle sehr präzise zu justieren, um Kanalinterferenzen bei engem Kanalraum, etc. zu vermeiden.
Zum Anpassen der Wellenlänge der Signale einer Laserquelle ist die Verwendung eines teuren und sehr präzise messenden Wellenlängenmessers mit einer gut justierten und komplexen mechanischen Anordnung bekannt. Die Wellenlänge der Signale der Laserquelle wird gemessen, verglichen mit einem gewünschten Wert durch eine Steuerung, wie ein PC, und die Wellenlänge der Signale der Laserquelle wird automatisch justiert auf die gewünschte Wellenlänge.
WO95/02171 zeigt einen Fourier-Transform-Spektrometer, der eine doppelbrechende optische Komponente aufweist, womit der Bedarf an einem Michelson-Interferometer, das in konventionellen Instrumenten verwendet wird, entfällt. Ein passendes doppelbrechendes Element, wie ein Wollaston-Prisma, wird verwendet zum Einführen einer Pfaddifferenz zwischen zwei Lichtpolarisationen. Die Verwendung einer erweiterten Lichtquelle, so dass alle Bereiche der doppelbrechenden Komponente gleichzeitig illuminiert werden, stellt sicher, dass unterschiedliche Positionen der doppelbrechenden Komponente unterschiedlichen Pfaddifferenzen zwischen den beiden Polariationen entsprechen. Eine Fourier-Transformation des resultierenden Interferogramms an dem Detektor resultiert in der Spektralverteilung des erzielten Einfalllichts. Die Verwendung einer erweiterten Lichtquelle ermöglicht ein Fourier-Transformations-Spektrometer ohne bewegliche Teile.
P. Juncar et al. „A new method for frequency calibration and control of a laser", OPTICS COMMUNICATIONS; Bd. 14, Nr. 4, August 1975,Amsterdam, NL, Seiten 438–441, XP002041763 beschreibt ein Verfahren für Hochpräzisionsmessung der Wellenanzahl monochromatischer Strahlung, welche durch einen durchstimmbaren Single-Mode Laser emittiert wird. Die beschriebene Vorrichtung erlaubt eine direkte Messung der Wellenzahl und dient als Referenz für die Stabilisierung und das Leiten der Laserfrequenz.
WO95/20144 beschreibt einen optischen Wellenlängensensor, der aus einem keilförmigen Fabry-Perot-Etalon besteht und Resonanz zeigt für unterschiedliche optische Wellenlängen über die Breite, und eine Anordnung von Detektoren, welche die räumliche Disposition von Resonanzspitzen detektiert, welche in dem Etalon vorkommen, zum Vergleichen mit gespeicherten Spitzenmustern in einem Prozessor, zum Bestimmen des Spektralinhalts des einfallenden Lichts von einer optischen Faser.
WO95/10759 zeigt ein Spektralwellenlängendiskriminationssystem und – verfahren, welche es ermöglichen, die Wellenlänge eines Strahls exakt zu bestimmen. Das System weist ein optisches System auf zum Sammeln und Ausrichten empfangener Strahlung; einen wellenlängen-selektiven Strahlteiler, als Linearen Wellenlängenfilter bezeichnet, zum Ausrichten vorbestimmter Teile eines Strahls bei jeder Wellenlänge in jeden der beiden Ausgabestrahlen, einen Detektor zum Empfangen jedes Ausgabestrahls, zum Aufspüren der Intensität jedes Ausgabestrahls; und einen Computer zum Ermitteln der Wellenlänge der empfangenen Strahlung. Intensitätsmessung der Ausgabestrahlen und selektierten Systemparameter, inklusive der Strahlteiler-Spektralcharakteristika und Detektor-Sensitivitätscharakterisitka werden in einem speziellen Algorithmus verwendet zum Durchführen einer Fourierbasierten Wellenlängen-dispersiven Analyse. Die einzige Lösung der Fourier basierten Analyse ist die Wellenlänge des Strahlungsstrahls.
US 6,043,883 zeigt einen Wellenlängenmesser mit einer optischen Komponente, welche einen optischen Strahl generiert mit einer optischen Energie, welche periodisch von der Wellenlänge des zu messenden einfallenden Strahls abhängt. Dieser bekannte Wellenlängenmesser ist mit einem zweiten Messkanal vorgesehen, dessen periodische Signale um pi/2 verschoben werden in Bezug auf die periodischen Signale in dem ersten Messkanal. Der erste und zweite Messkanal weist entweder einen unterschiedlichen Etalon auf oder der Wellenlängenmesserweist eine einzelne Retardationsplatte auf, um die gewünschte Verschiebung der Signale zu erreichen. Nach der Kalibrierung des Wellenlängenmessers wird die durch die optische Komponente generierte optische Energie des Strahls gemessen, der gemessene Wert der optischen Energie wird verglichen mit den Energiewerten der Kalibrierungsdaten und der Wellenlänge in den Kalibrierungsdaten entsprechend dem gemessenen Wert der optischen Energie wird ermittelt. Die Lehre dieser Dokumente bildet den einleitenden Teil des Anspruchs 1.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Wellenlängenmesser zu liefern. Die Aufgabe wird gelöst durch die unabhängigen Ansprüche.
Jedes Intereferenzelement sieht zwei periodische Übertragungsfunktionen vor, welche in Bezug aufeinander für unterschiedliche Teile eines Lichtstrahls verschoben werden, während sie unabhängig von dem Polarisationszustand des einfallenden Lichtstrahls erzeugt werden. Dies ist so, da die Verschiebung verursacht wird durch unterschiedliche Längen der optischen Pfade durch die unterschiedlichen Teile des Interferenzelements. Daher ist es nicht erforderlich, den Polarisationszustand des einfallenden Lichtstrahls zu kennen oder einen Polarisator zu verwenden zum Definieren des Polarisationszustands eines einfallenden Lichtstrahls.
Zum Vermeiden von Problemen, die auftauchen können, wenn der Lichtstrahl sich seitlich verschiebt während der Verwendung des Interferenzelements nach der Erfindung, werden insgesamt zwei Interferenzelemente mit vier optischen Komponenten verwendet, anstatt von einem. Daher kann jede Verschiebung des Strahls abgedeckt werden, solange der einfallende Strahl alle vier optischen Komponenten teilweise trifft.
Die charakteristischen Eigenschaften jedes Teils jedes Interferenzelements sind diesselben, auch wenn einige Teile oder jeder Teil unterschiedliche Interferenz verursachen. Z. B. jede Temperaturabhängigkeit, jede Wellenlängenabhängikeit, jede Druckabhängigkeit oder jede andere Abhängigkeit des Verhaltens jedes Teils ist dieselbe in dem gesamten Interferenzelement.
In einervorteilhaften Ausführung der Erfindung weist jedes Interferenzelement einen Etalon auf. Durch Verwendung eines solchen „Teiler"-Etalons, ist es erstaunlich einfach, die unterschiedlichen Sektionen des Interferenzelements zu realisieren und damit eine Trennung der Interferenzmuster der resultierenden Teile des Lichtstrahls in jeder Sektion. Entweder ist der Etalon eine einzelne Platte, die aus Glas oder geschmolzenem Quarz gefertigt ist, und die Platte hat unterschiedliche Dicken in den unterschiedlichen Sektionen, oder der Etalon wird gebildet durch Verwendung zweier separater Platten, deren innere und äußere Oberflächen eine Kavität zwischen ihnen definieren. In der letzteren vorteilhaften Ausführung hat zumindest eine der Platten in den unterschiedlichen Sektionen unterschiedliche Dicke, was verursacht, dass die Kavität in den unterschiedlichen Sektionen unterschiedliche Dicke hat. Dies verursacht unterschiedliche Werte der Verschiebung des periodischen Signals in den unterschiedlichen Sektionen des Etalons.
Es ist zudem vorteilhaft, die Platten mit Hilfe eines Spacers zusammenzufügen, der vorzugsweise ein Material aufweist mit null oder nahezu null Wärmeausdehnung, z. B. das Material Zerodur^®, welches niedrige Temperaturausdehnung hat. Es ist sogar noch vorteilhafter, die Verbindung zwischen dem Spacer und den Platten gasundurchlässig zu machen, so dass ein definiertes Gas mit bekanntem Brechnungsindex in der Kavität verwendet werden kann, zum Aufrechterhalten einer festgelegten optischen Länge zwischen den Platten.
In einer weiteren Ausführung ist die Differenz d zwischen der Dicke der Kavität in der ersten Sektion und der Kavität in der zweiten Sektion d ≈λ/8, vorzugsweise d = λ/8, wobei λ≈ die geschätzte Wellenlänge des Lichts des Lichtstrahls ist. Dies kann realisiert werden durch Evaporieren von ungefähr 200nm von SiO auf einer der Platten in der ersten Sektion.
Es ist vorteilhaft, eine entsprechende „Teiler"Photodiode zu verwenden zum Detektieren der Energie der resultierenden Teile des Strahls mit einer einzigen aber Teiler-Photodiode. Dies bringt den Vorteil, dass alle Teile der Photodiode dieselben charakteristischen Kennzeichen haben.
Darüber hinaus kann ein Wellenlängenmesser mit dem „Zwei-Teiler" Element entsprechend verwendet werden zum Realisieren von vier Sektionen zum Messen von vier Teilen des Lichtstrahls.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, eine entsprechende „Zwei-Teiler" Photodiode zu verwenden zum Detektieren der Energie der vier resultierenden Teile des Strahls.
Andere vorteilhafte Ausführungen werden durch die abhängigen Ansprüche gezeigt.
Es ist klar, dass die Erfindung ganz oder teilweise ausgeführt oder unterstützt werden kann durch eines oder mehrere passende Software-Programme, welche gespeichert werden können oder anderweitig zur Verfügung gestellt durch jede Art von Datenträger, und welche ausgeführt werden können in oder durch jede passende Datenverarbeitungseinheit.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Aufgaben und viele der begleitenden Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden gewürdigt und besser verständlich durch die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen. Die Komponenten in den Zeichnungen sind nicht notwendigerweise skaliert, der Schwerpunkt liegt dagegen darauf, die Grundzüge der vorliegenden Erfindung klar zu zeigen. Merkmale, die im Wesentlichen oder funktional gleich oder ähnlich sind, werden mit denselben Referenzzeichen bezeichnet.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Teiler-Etalons nach einer ersten Ausführung der Erfindung,
2 zeigt eine schematische Darstellung der Teiler-Photodiode der 1 zusammen mit einem Graph, welcher die detektierte Energie jedes Teils der Teiler-Photodiode zeigt,
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Zwei-Teiler Etalons nach einer zweiten Ausführung der Erfindung, und
4 zeigt eine Zwei-Teiler-Photodiode, die zusammen mit dem Zwei-Teiler-Etalon der 3 zu verwenden ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nun detaillierter zu den Zeichnungen. 1 zeigt einen Wellenlängenmesser zum Messen einer Wellenlänge λ eines optischen Laserstrahls 2 mit einer Weite W. Der Wellenlängenmesser 1 weist ein Intereferenzelement 4 auf, einen Energiedetektor 6, der die optische Energie des Laserstrahls 2 detektiert, sowie eine nicht gezeigte Vorrichtung zum Anordnen einer Wellenlänge zu der detektierten optischen Energie.
Das Interferenzelement 4 ist ein Teiler- Etalon 4. Der Teiler-Etalon 4 hat eine erste Sektion 8, welche einen ersten Pfad für einen ersten Teil 10 des Lichtstrahls 2 vorsieht, wobei der erste Pfad eine erste Interferenz effektive optische Länge x hat. Der Teiler-Etalon 4 hat eine zweite Sektion 12, welche einen zweiten Pfad für einen zweiten Teil 14 des Lichtstrahls 2 vorsieht, wobei der zweite Pfad eine zweite Interferenz effektive Länge von l = x–d hat, wo d ≈λ/8 der erwarteten Wellenlänge λ des Laserstrahls 2 ist. Da die erwartete Wellenlänge λ in optischen Kommunikationsnetzwerken typischerweise 850-1650 nm ist, kann der Wert von d variieren zwischen 100 nm und 210 nm, wenn der Wellenlängenmesser 1 der 1 verwendet wird als ein Wellenlängenmesser für die oben genannten optischen Kommunikationsnetzwerke. In der Ausführung der 1 wird erwartet, dass die Wellenlänge λ des Laserstrahls 2 1600 nm beträgt, so dass d mit 200 nm ausgesucht wurde.
Der Teiler-Etalon 4 wird gebildet aus einer ersten transparenten Platte 16 und einer zweiten transparenten Platte 18. Die zweite Platte 18 wird entfernt von der ersten Platte 16 positioniert. Eine Oberfläche 20 der Platte 16 liegt einer Oberfläche 22 der Platte 18 gegenüber. Die Oberflächen 20 und 22 sind planparallel zueinander in jeder Sektion 8 und 12 des Etalons 4. Die Distanz zwischen den Oberflächen 20 und 22 in der ersten Sektion 8 entlang einer Achse 25 des Laserstrahls ist x. Die Distanz zwischen den Oberflächen 20 und 22 in der zweiten Sektion 12 entlang der Achse 25 ist l=x–d. Dies kommt daher, dass nur in der zweiten Sektion 12 die Platte 18 auf ihrer Oberfläche 22 mit einer Beschichtung 26 versehen ist. Die Beschichtung 26 hat die Dicke d entlang der Achse 25.
Daher sind die Charakterisitka des Etalons 4 als eine Interferenzelement für den Laserstrahl 2 in den Sektionen 8 und 12 wegen der Beschichtung 26 unterschiedlich. Das kommt daher, dass die Distanz zwischen den Platten 16 und 18 die Interferenz effektive optische Länge jeder Sektion 8 und 12 definiert. Daher differiert, wenn die Distanz zwischen den beiden Platten 16 und 18 in jeder Sektion 8 und 12 differiert, die Interferenz effektive optische Länge auch in jeder Sektion 8 und 12, d.h. ist x in Sektion 8 und l in Sektion 12. Alle anderen Charakteristika, abgesehen von der Interferenz effektiven optischen Länge, differieren jedoch nicht zwischen den Sektionen 8 und 12, da die Sektionen 8 und 12 Sektionen eines einzigen Interferenz effektiven Raums 34 zwischen den Platten 16 und 18 sind, und jede Platte 16 und 18 ein homogener Glasblock mit homogenen Charakteristika ist.
Dazu sind die äußeren Oberflächen 21 und 23 der Platten 16 und 18, deren Oberflächen 21,23 nicht der anderen Platte 18,16 gegenüberliegen, nicht parallel zu den Plattenoberflächen 20,22, welche der anderen Platte 16,18 gegenüberliegen. Durch diese Maßnahme wird verhindert, dass Interferenz auftritt, welche durch Reflexionen an den inneren Oberflächen der Platten 16 und 18 verursacht wird. Darüber hinaus wird die äußere Oberfläche 21 der Platte 16, deren äußere Oberfläche 21 durch den Laserstrahl 2 zuerst getroffen wird, mit einer anti-reflektiven Beschichtung beschichtet (nicht gezeigt). Diese anti-reflektive Beschichtung hindert den Laserstrahl 2 daran, an der äußeren Oberfläche 21 reflektiert zu werden.
Die Platten 16 und 18 sind teilweise miteinander verbunden durch einen Distanzring 28, der aus Zerodur gefertigt ist. Der Distanzring 28 verbindet die äußeren Kanten 30 und 32 jeder Platte 16 und 18. Die äußeren Kanten 30 und 32 definieren Kreise, d.h. die Platten 16 und 18 haben jede die Form einer kreisförmigen Scheibe.
Durch den Distanzring 28, wird die Größe des Raums 34 konstant gehalten und der Raum formt eine Kavität 34 zwischen der Platte 16 und 18. Die Kavität 34 wird mit Gas gefüllt, vorzugsweise ein träges Gas. Die Kavität 34 kann jedoch gefüllt werden mit jedem transparenten Material, solange das Material in der Kavität 34 einen anderen Brechungsindex hat wie die Platten 16 und 18, die aus Glas gefertigt sind. Aufgrund des Unterschieds zwischen dem Brechungsindex zwischen dem Material in der Kavität 34 und dem Brechnungsindex der Platten 16 und 18, wird der Laserstrahl 2 mehrfach reflektiert innerhalb des Etalons 4, d.h. in der Kavität 34 zwischen den Oberflächen 20 und 22 der Platten 16 und 18, die mehrfache Reflexion wird durch den Bogen 36 angegeben. Die mehrfache Reflexion 36 verursacht Interferenz in dem Laserstrahl 2, die resultiert in einer oszillierenden Lichtintensität oder optischen Energie des resultierenden Strahls 38, welcher den Etalon 4 verlässt, in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ des initialen Laserstrahls 2.
Durch die Hilfe des Energiedetektors 6 kann die Energie des resultierenden Lichtstrahls 38 detektiert werden in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ des initialen Laserstrahls 2 wie in 2 gezeigt. Da der Etalon 4 zwei Sektionen 8 und 12 hat mit unterschiedlichen Interferenz-effektiven optischen Längen x und l = x–d, differiert das Interferenzmuster von Teil 38a des resultierenden Strahls 38, der die Sektion 8 durchlaufen hat, von einem Teil 38b des resultierenden Strahls 38, der die Sektion 12 durchlaufen hat. Dies wird in 2 gezeigt. In 2 zeigt die gestrichelte Linie 40a die detektierte Energie P des Strahls 38a in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ des initialen Laserstrahls 2 und die durchgezogene Linie 40b zeigt die detektierte Energie P des Teils 38b des resultierenden Strahls 38 in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ des initialen Laserstrahls 2.
Um jeden Teil 38a und 38b des resultierenden Strahls 38 akkurat zu messen, ist der Energiedetektor 6 ein Energieteilerdetektor 6 mit einer ersten Photodiode 6a, die Teil 38a des Strahls 38 detektiert, und eine zweite Photodiode 6b, die Teil 38b des Strahls 38 detektiert. Die Photodioden 6a und 6b sind Teil eines einzelnen Energiedetektors 6, daher hat jede Photodiode 6a, 6b identische Charakteristika, d.h. die Temperaturabhängigkeit, Wellenlängenabhängigkeit, Druckabhängigkeit, Feuchtigkeitsabhängigkeit jeder Photodiode 6a, 6b ist identisch.
Daher ist es, nachdem der Wellenlängenmesser kalibriert wurde, möglich durch Messung des elektrischen Stroms, der durch jede Photodiode 6a, 6b generiert wurde, die Wellenlänge des initialen Strahls 2 zu ermitteln durch einen Vergleich der detektierten Werte der Energie P durch jede Photodiode 6a und 6b mit den Kalibrierungsdaten und durch Zuordnen der entsprechenden Wellenlänge auf Basis der Kalibrierungsdaten. Auf Grund der Periodizität der Abhängigkeit des elektrischen Stroms von der Wellenlänge des Strahls 2, kann ein korrektes Zuordnen der Wellenlänge zu dem gemessenen elektrischen Strom P nur erfolgen, wenn die gemessene Wellenlänge innerhalb des so genannten freien Spektralbereichs (FSR) ist, wie in 2 gezeigt. Dies ermittelt auch den Wert von x. Je größer der Wert von x gewählt wird, desto präziser die Messung, je kleiner der Wert von x gewählt wird, desto größer der FSR. Letzteres macht es einfacher, mit der Hilfe eines zusätzlichen Sensors zu ermitteln, in welchem FSR die Messung erfolgt. Zusätzlich sollte man vor Durchführung der Messung wissen, in welchem Wellenlängenbereich die zu messende Wellenlänge λ erwartet werden kann. Da jedoch durch Einführen der Beschichtung 26 die Interferenzmuster 40a und 40b in Bezug aufeinander um π/2 verschoben werden, ist es möglich, die Wellenlänge λ des initialen Lichtstrahls 2 zu den gemessenen Werten der Energie P eindeutig zuzuordnen.
3 zeigt eine zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung. 3 zeigt nur schematisch ein Interferenzelement 104 in einer schematischen Frontansicht. Das Intereferenzelement 104 hat nicht nur zwei Sektionen wie in der Ausführung der 1, sondern 4 Sektionen 108a, 108b, 112a, 112b. Die Interferenz-effektiven optischen Längen der Sektionen 108a und 112a sind identisch, genauso wie die Interferenz-effektiven optischen Längen der Sektionen 108b und 112b. Daher wird mit der in 3 gezeigten Ausführung ein Zwei-Teiler-Interferenzelement 104 vorgesehen.
Entsprechend verwendet ein (nicht gezeigter) Wellenlängenmesser, der das Zwei-Teiler-Interferenzelement 104 nach 3 verwendet, einen Zwei-Teiler-Energiedetektor 106, wie in 4 gezeigt, mit vier Photodioden 106a, 106b, 106c, 106d. Daher ist es möglich, die Energie jedes resultierenden Teils des initialen Strahls 2, der die Sektionen 108a, 108b, 112a und 112b verlässt, zu messen, unabhängig voneinander durch Vorhandensein einer Photodiode 106a für Sektion 108a, eine Photodiode 106b für Sektion 108b, eine Photodiode 106c für Sektion 112a und eine Photodiode 106d für Sektion 112b. Diese Ausführung ist zu bevorzugen, da sie Probleme vermeidet, welche in der Ausführung 1 der 1 auftreten können. Es kann passieren, dass die Achse 25 des Strahls 2 sich seitlich um eine Länge S in Bezug auf eine ideale Position der Achse 25 verschiebt, wobei die ideale Position durch das Referenzzeichen 24 angegeben ist. In den Ergebnissen kann diese Verschiebung jedoch unterschieden werden von einer Wellenlängenänderung, da Strahl 2 detektiert wird durch vier Detektoren 106a, 106b, 106c und 106d gemäß der Erfindung. Dies kommt daher, dass in einem gewissen Bereich der initiale Lichtstrahl 2 immer zwei unterschiedliche Sektionen 108a, 108b, 112a und 112b des Interferenzelements 104 der zweiten Ausführung nach 3 trifft.

Claims

Ein Wellenlängenmesser zum Ermitteln einer Wellenlänge eines einfallenden optischen Strahls (2) mit: einem ersten Interferenzelement mit einer ersten optischen Komponente (34, x) und einer zweiten optischen Komponente (34,l) wobei die erste optische Komponente (34, x) einen ersten Pfad mit einer ersten effektiven optischen Länge x, x >0, vorsieht, welcher in dem einfallenden optischen Strahl (2) oder in einem Teil davon angeordnet ist, und einen ersten optischen Strahl (38a) erzeugt mit einer ersten optischen Energie, abhängig von der Wellenlänge des einfallenden optischen Strahls (2), die zweite optische Komponente (34,l) einen zweiten Pfad mit einer zweiten effektiven optischen Länge l=x–d, x>d>0 vorsieht, welcher in dem einfallenden optischen Strahl (2) oder in einem Teil davon angeordnet ist, und einen zweiten optischen Strahl (38b) mit einer zweiten optischen Energie (40b) erzeugt, abhängig von der Wellenlänge des einfallenden optischen Strahls (2), die erste und zweite optische Energie mit zunehmender Wellenlänge periodisch schwanken und der zweite optische Strahl (38b) eine Phasenverschiebung von ungefähr pi/2 in Bezug auf den ersten optischen Strahl (38a) hat; einen ersten Energiedetektor (6a), der die erste optische Energie (40a) detektiert, einen zweiten Energiedetektor (6b), der diese zweite optische Energie (40b) detektiert, und eine Wellenlängenvorrichtung zum Anordnen einer Wellenlänge zu einem einfallenden optischen Strahl (2), gekennzeichnt dadurch, dass weiterhin folgendes enthalten ist: ein zweites Interferenzelement mit einer dritten optischen Komponente (34,x) und einer vierten optischen Komponente (34,l), wobei die dritte optische Komponente (34, x) einen dritten Pfad mit einer dritten effektiven optischen Länge x, x >0, vorsieht, welcher in dem einfallenden optischen Strahl (2) oder in einem Teil davon angeordnet ist, und einen dritten optischen Strahl erzeugt mit einer dritten optischen Energie, abhängig von der Wellenlänge des einfallenden optischen Strahls (2), die vierte optische Komponente (34,l) einen vierten Pfad mit einer vierten effektiven optischen Länge l=x–d, x>d>0 vorsieht, welcher in dem einfallenden optischen Strahl (2) oder in einem Teil davon angeordnet ist, und einen vierten optischen Strahl mit einer vierten optischen Energie erzeugt, abhängig von der Wellenlänge des einfallenden optischen Strahls (2), diese dritte und vierte optische Energie mit zunehmender Wellenlänge periodisch schwanken und dieser vierte optische Strahl eine Phasenverschiebung von ungefähr pi/2 in Bezug auf den dritten optischen Strahl hat; einen dritten Energiedetektor (106d), der die dritte optische Energie detektiert, und einen vierten Energiedetektor (106c), der diese vierte optische Energie detektiert, wobei die Wellenlängenvorrichtung angepasst ist zum Anordnen der Wellenlänge an den einfallenden optischen Strahl (2) basierend auf den Wellenlängenabhängigkeiten der detektierten ersten, zweiten, dritten und vierten Energie.
Der Wellenlängenmesser nach Anspruch 1, wobei die ersten (8, 108a) und die zweiten (12, 108b) optischen Komponenten Abschnitte eines Etalons (4) sind.
Der Wellenlängenmesser nach Anspruch 2, wobei der Etalon (4) folgendes aufweist: eine erste transparente Platte (16) und eine zweite transparente Platte (18), wobei die zweite Platte (18) entfernt von der ersten Platte (16) positioniert ist, die Distanz zwischen den Platten (16,18) entlang des ersten Pfades x ist, die Distanz zwischen den Platten (16,18) entlang des zweiten Pfades l ist.
Der Wellenlängenmesser nach Anspruch 3 mit mindestens einem der folgenden Merkmale: die Oberflächen (20,22) der Platten (16,18), die einander gegenüber liegen, sind in jedem Abschnitt (8,12,108a, 108b) planparallel, in der ersten optischen Komponente (8,108a) hat eine der Platten (16,18) eine erste Dicke y, y ≥ 0, entlang des Weges des ersten Pfads durch die Platte (16,18), und in der zweiten optischen Komponente (12,108b) hat eine der Platten eine zweite Dicke k = y + d entlang des Wegs des zweiten Pfads durch die Platte (16,18), die Platten (16,18) sind zumindest teilweise miteinander verbunden durch mindestens einen Distanzblock oder -ring (28) womit eine Kavität (34) zwischen den Platten (16,18) vorgesehen ist, wobei der Distanzhalter (28) zumindest teilweise aus Zerodur^(R) gefertigt ist, eine Oberfläche (21,23) von mindestens einer der Platten (16,18), deren Oberfläche (21,23) der anderen Platte nicht gegenüber ist, ist nicht parallel zu der Plattenoberfläche (20,22), welche der anderen Platte (16,18) gegenüber liegt, mindestens eine Oberfläche (21,23) der Platten (16,18), vorzugsweise die Oberfläche (16), welche den Lichtstrahl (2) zuerst trifft, ist mit einer antireflektiven Beschichtung beschichtet ist.
Der Wellenlängenmesser nach Anspruch 1 oder einem der oben genannten Ansprüche, mit mindestens einem der Merkmale: d ≈ λ/8, vorzugsweise d = λ/8, wobei λ die geschätzte Wellenlänge des einfallenden optischen Strahls (2) darstellt, die dritte (112b) und die vierte (112a) optische Komponente sind auch Abschnitte des Etalons (4).
Der Wellenlängenmesser nach Anspruch 1 oder einem der oben genannten Ansprüche, wobei die Distanz zwischen den Platten (16,18) entlang des dritten Pfades x ist, die Distanz zwischen den Platten (16,18) entlang des vierten Pfades l = x –d ist.
Der Wellenlängenmesser nach Anspruch 6, wobei in der dritten optischen Komponente (112b) eine der Platten (16,18) die Dicke y entlang des Wegs des dritten Pfads durch diese Platte (16,18) hat, und in der vierten optischen Komponente (112a) eine der Platten (16,18) die Dicke k = y +d hat entlang des Wegs des vierten Pfads durch diese Platte (16,18).
Der Wellenlängenmesser nach Anspruch 1 oder einem der oben genannten Ansprüche mit mindestens einem der Merkmale: die erste (108a) und die dritte optische Komponente (112b) sind diametral zueinander positioniert in Bezug auf eine Oberfläche einer der Platten (16,18), die zweite und vierte optische Komponente sind diametral zueinander positioniert in Bezug auf eine Oberfläche einer der Platten (16,18), die erste, zweite, dritte und vierte optische Komponente werden durch ein einziges Interferenzelement geliefert.
Eine Vorrichtung zum Anpassen der Wellenlänge einer optischen Quelle eines einfallenden optischen Strahls (2) mit: einem Wellenlängenmeser (1) nach Anspruch 1 oder einem der oben genannten Ansprüche, einem Komparator, der die gemessene Wellenlänge des einfallenden optischen Strahls (2) mit einer vordefinierten Wellenlänge vergleicht, und einer Steuerung, die die optische Quelle steuert zum Erzeugen eines modifizierten einfallenden optischen Strahls mit der vordefinierten Wellenlänge, welche auf dem Ergebnis des Vergleichs des Komparators erfolgt.