CN108700401B - 用干涉频谱法测量腔体 - Google Patents

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Abstract

一种用于以干涉测量的方式确定腔体的几何和/或光学参数的方法，包括以下方法步骤：在频率范围Δf上调谐相干光源(10)的频率f，从相干光源(10)获得目标光束和基准光束，其中目标光束穿过腔体至少一次，通过将基准光束叠加在目标光束上，产生取决于光源的频率f的干涉信号I(f)，在相干光源的频率f的频率范围Δf上捕获干涉信号I(f)的干涉频谱，通过将测量点拟合到产生的数学函数，在频率范围Δf上评估干涉频谱的多个测量点，并且通过确定产生的数学函数的参数来确定腔体(40、45)的几何和/或光学参数。

Description

用干涉频谱法测量腔体
技术领域
本发明涉及一种用于以干涉法测量腔体的各种光学和机械参数，特别是其长度的方法和设备。
背景技术
每个干涉仪都依赖于将内部基准光束叠加在从目标反射的相干光束上并分析所产生的干涉信号的原理。
干涉信号以不同的方式变化，这取决于腔体的哪些参数变化。在干涉仪(腔体的)长度变化的情况下或由于相干光源的波长变化，存在周期性(正弦或余弦形)干涉信号的相位扫描。该相位变化的速度与腔体的长度变化的速度或光源的波长变化的速度乘以腔体的当前长度成比例。在改变腔体的其他光学参数的情况下，例如，干涉信号的对比度或幅度改变。
从专利申请EP 2 363 685 A1中已知一种用于以干涉测量方式获取位置的设备和方法，其具有法布里-珀罗干涉仪。通过测量从法布里-珀罗干涉仪的反射镜反射的光的强度，可以确定镜子分离和/或镜子分离的变化。由于测量光的波长λ是已知的，因此可以根据反射光强度的测量值来确定法布里-珀罗干涉仪的谐振器长度的变化。
用于距离测量的方法，诸如在EP 2 363 685 A1中描述的方法，试图保持波长已知且恒定，从而可以从正弦干涉图案的变化明确推断出腔体的长度变化以及因此的物体的距离变化(也参见EP 2 363 685 A1中的图1和图2)。
这里存在的问题是它需要大量资源投入来校准波长并使其保持恒定。另外，在窦的极点附近出现问题，因为信号对物体移动的依赖性较弱。在极点本身处其只是二阶，因此使信号模糊。此外，不能以这种方式区分腔体的长度的变化和其他光学参数的变化，例如反射率和/或折射率。
在现有技术中已经提出并实现了两种可能性来解决部分问题：
·如果同时使用多个波长不同的几个光源(最好是激光器)，极点的问题很少同时发生在所有光源中。因此，它们可以交替用于测量。然而，几个激光器同时意味着大大增加了对资源的投入，从而增加了成本。
·通过以小振幅高频调制可调激光器的波长，这实际上对应于目标的小移动，除了干涉信号之外，还测量其按位置的近似一阶导数。这与直接信号互补，因为它对位置的最强依赖性恰好存在于直接信号不敏感的地方-反之亦然。它们总产生可分析的信号。然而，由于“推导”基于形成差异，因此它显著地放大了干涉信号的噪声。
因此，这些可能性的缺点在于它们或者增加了对资源的投入和/或利用了受到额外的测量不准确性影响的其他信息。此外，在该方法中，不可能或仅可能非常困难地从干涉信号的变化直接推断出腔体的长度的变化。光学条件也可能总是发生变化，从而导致长度测量误差。另一个问题是，在静止物体和固定调节的波长的情况下，干涉信号也几乎不变，因此存在对干扰的非常高的灵敏度。
因此，本发明的任务是创造一种用于以干涉方式测量距离的方法和设备，其解决了现有技术中已知的问题，以相对低的资源投入实现，并且特别是使得可能实现最高的测量准确性。
发明内容
根据本发明，该任务通过一种用于以干涉测量的方式确定腔体的几何和/或光学参数的方法来解决，具有以下方法步骤：在频率范围Δf上调谐相干光源的频率f，从相干光源获得目标光束和基准光束，其中目标光束穿过腔体至少一次，通过将基准光束叠加在目标光束上产生取决于光源的频率f的干涉信号I(f)，在相干光源的频率f的频率范围Δf上获取干涉信号I(f)的干涉频谱，通过测量点与生成的数学函数的数值拟合，在频率范围Δf上分析所获取的干涉频谱的大量测量点，以及通过确定所生成的数学函数的参数来确定腔体(40、45)的几何和/或光学参数。
本发明还提出了一种用于以干涉测量的方式确定腔体的几何和/或光学参数的设备，具有：可调谐的相干光源；分束器，用于将相干光源发射的光分成目标光束和基准光束；第一光耦合器，用于将目标光束耦合到由光耦合器和物体界定的目标干涉仪中；检测器，用于对通过将基准光束叠加在目标光束上而产生的干涉信号I(f)进行频率解析检测并且用于在相干光源的频率f的频率范围Δf上获取干涉信号I(f)的干涉频谱；分析单元，被配置用于通过将测量点数值拟合到所生成的数学函数来分析所获取的干涉频谱的大量测量点，并且用于通过确定所生成的数学函数的参数来确定腔体(40、45)的几何和/或光学参数。
然后，根据本发明，以尽可能大的速度、准确度和宽度记录干涉频谱I(f)，即分析光源的频率相关干涉信号的非局部图像并通过其数学分析对腔体的机械和/或几何以及光学参数进行推断。
此处不需要物体移动来分析测量值。对于纯距离测量(腔体的长度和/或长度的变化)，针对周期性分析记录的干涉频谱。然而，它包含明显更多的信息，可用于观察干涉仪的光学参数。例如，可以从幅度推断出可能可变的反射率，以便重新调整激光的功率和/或基准光束的反射率。另一个示例是通过比较扫描的不同部分的测量距离或者与基准腔体(其中每个其他参数(例如其长度)是恒定的)的干涉频谱进行比较，测量腔体中介质的色散(只要它足够大)。
干涉信号I(f)的分析可以通过数值拟合到正弦函数来进行，由此确定干涉信号I(f)的幅度和相位。可用的测量值越多，数值拟合就越准确地与干涉信号的理论曲线形状匹配，并且越精确地提取所寻求的参数。以这种方式，还可以研究作为频率的函数的信号的失真，由此还可以提取作为相干光源的波长的函数的光学参数。
可以针对各种测量调整分析的频率范围Δf。为了分析用于确定腔体的长度的幅度和相位，优选地在此使用至少180°，特别是约360°的干涉信号I(f)的相位，使得可能的失真不会劣化数值拟合的质量。相反，如果测量涉及波长相关的测量对象，则应该选择分析的频率范围尽可能大，以便可以更好地根据波长分析这些失真。
许多数学方法本身提供数值拟合，例如标准方法，诸如最小二乘法、Levenberg-Marquardt算法或具有合成基准的锁相方法。
所提出的方法适用于距离测量的各种应用。特别地，其中待确定的长度x由目标干涉仪的长度形成的应用情况是相关的，该目标干涉仪由光耦合器和移动物体界定。
根据本发明的方法可以通过利用吸收材料的特定吸收线的已知频率fR以高准确度校准光源10的频率f的步骤来补充。
该频率校准尤其可以通过数值拟合到吸收材料的吸收线的频率fR来进行。替代地或另外地，通过使用已知长度的基准干涉仪60来校准相干光源的频率f可能是有利的。
周期性地调谐相干光源的频率f。在每个循环周期中，激光的频率从开始值到目标值(频率扫描)均匀地调谐。该频率调谐可以优选地线性地进行，例如通过将频率和可直接影响的电子受控变量之间的关系存储在查找表中。此查找表也可以在测量期间动态重新校准。测量点在观察范围内的均匀分布提高了分析的准确性，特别是拟合的质量和所得到的拟合参数。
此外，根据本发明的方法可以通过计算出干涉信号I(f)的穿过周期来粗略测量长度x的方法步骤来补充。对于粗略测量，足以使用启发式方法，其仅需要在频率扫描期间明确地在两个方向上沿穿过周期计算。
相干光源的频率f的调谐可以通过温度控制来以热力的方式进行、通过调节控制电流来以电气的方式进行或通过改变光源的腔体的长度来以机械的方式进行。
根据本发明的方法还允许根据速度和移动物体的距离选择相干光源的穿过的频率范围Δf。
激光二极管，特别是DFB激光二极管，可以用作可调谐相干光源10。
在根据本发明的设备中，目标干涉仪可以例如配置为法布里-珀罗干涉仪或迈克尔逊干涉仪。
此外，该设备可以包括检测器(32)，用于在测量周期的过程中确定基准光束的强度的幅度。由于可调光源发出的光的强度在测量周期的过程中会波动，因此分析变得更加困难。在这方面，有利的是将干涉信号除以同时测量的基准光束的强度，从而对其进行标准化。
附图说明
下面借助于实施例示例通过参考附图详细描述本发明。附图示出：
图1是根据本发明的用于以干涉测量的方式确定腔体的几何和光学性质的设备的第一实施例示例的示意图，
图2是根据本发明的用于以干涉测量的方式确定腔体的几何和光学性质的设备的第二实施例示例的示意图，
图3是根据本发明的用于以干涉测量的方式确定腔体的几何和光学性质的设备的第三实施例示例的示意图，
图4是根据本发明的用于以干涉测量的方式确定腔体的几何和光学性质的设备的第四实施例示例的示意图，
图5是根据本发明的用于以干涉测量的方式确定腔体的机械和光学性质的设备的第五实施例示例的示意图，
图6是根据本发明方法的实施例示例的在检测器处获取的干涉信号的干涉频谱的示意图，以及
图7是根据本发明方法的一个实施例示例的光源在填充有吸收介质的气室中辐射的光束的吸收频谱的示意图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的用于以干涉测量的方式确定腔体的机械/几何和光学性质的设备的第一实施例示例的示意图。这里，如下图所示，示出了该设备结构的基本原理。未示出用于校准、电源、温度控制等的器具，也没有示出光学辅助器具，诸如孔、准直器等。为了更好地理解，发射和入射光束在附图中彼此相邻地示出。然而，事实上，通常在几何上没有分开这些光束。
可调谐激光器，例如DFB激光二极管，其优选地辐射可见光或红外光，在所示实施例示例中用作用于光束产生的相干光源10。设想调制单元12用于频率调谐。这里的调谐可以例如通过温度控制来以热力的方式进行、通过调节控制电流来以电气的方式进行或通过改变激光二极管中的腔体40、45的尺寸来以机械的方式进行，并且因此正弦干涉信号的相位与真实移动类似地变化。为了频率稳定，光源10优选地位于具有受控环境条件的单元(未示出)中，特别是具有调节温度。
由相干光源10发射的光束被半透明镜26分成直接入射在检测器30上的内反射部分，以及穿过两倍待测量长度x(即在光耦合器45和反射可移动物体40之间的法布里-珀罗型干涉仪形式的腔体)的透射部分。这两个部分光束叠加在光耦合器45上并在检测器30处产生干涉信号。产生干涉的方式对于根据本发明的功能并不重要；其他类型的干涉仪，例如迈克尔逊，也是适合的。
调制单元12控制光源10的波长循环周期，同时将其信号传递到分析单元20，分析单元根据这个信号和来自检测器30的接收的干涉信号计算结果。下面进一步详细说明信号分析。
图2示出了根据本发明的用于以干涉测量的方式确定腔体的机械/几何和光学性质的设备的第二实施例示例的示意图。与图1中所示的实施例示例相比，该实施例另外具有半透明镜22，在该半透镜处，部分光束作为分支到达检测器32，检测器确定基准强度，以便获取并在分析中考虑测量周期过程中光源可能的强度变化。另一个半透明镜24将部分光束引导到气室50上，气室填充有具有尖锐吸收线的优选气态吸收材料。通过检测器34获取吸收并且允许高准确度地校准光源10的频率。
图3示出了根据本发明的用于以干涉测量的方式确定腔体的机械/几何和光学性质的设备的另一实施例示例的示意图。在图2的实施例示例中设想的气室50在此由具有精确已知长度R的基准干涉仪60和相关联的检测器36和半透明镜28代替。在检测器36处获取的信号可用于确保和/或在光频率上重建频率扫描的线性度。
图4示出了根据本发明的用于以干涉测量的方式确定腔体的机械/几何和光学性质的设备的第四实施例示例的示意图，其中设想了如结合图2所说明的气室50和根据图3的基准干涉仪60两者。
图5示出了根据本发明的用于以干涉测量的方式确定腔体的机械/几何和光学性质的设备的第五实施例示例的示意图，其中设想了第二激光器70具有用于使由第二激光器70辐射的光束去耦的、相关联的半透明镜29以及用于获取干涉信号的另一个检测器37。如果单个激光器不能足够地或足够快地调谐，则通过第二激光器70可以覆盖宽的干涉频谱。为了覆盖尽可能宽的频率范围，即尽可能宽的干扰频谱，也可以使用几个激光器。特别是在通常非常小的色散(取决于f的折射率)的测量中，通过使用几个激光器，可以覆盖大范围的波长并且同时兼容频谱中的间隙。为此，可以交替驱动不同的激光器，因此在分析期间不必进行信号的分离。然而，也可以使用并联的几个激光器在不同的关注的工作点处相互记录和关联几个干涉频谱，对于这些干涉频谱，激光器将以不同的频率调制或在其波长上足够不同，以便在分析期间可以再次分离它们。
在下文中，详细解释了在分析单元20处执行的读数记录和随后的读数处理。
在每个循环周期中，激光的波长从开始值到目标值(波长扫描)均匀变化，相关的干涉信号强度I作为获得的频率f的函数，如图6示意性所示。出于实际原因，这通常会在交替的方向上进行。确切地知道起始值和结束值并不重要。如果使用气室50(参见图2和4)作为基准，则必须偶尔扫描其吸收线之一以用于校准目的。通常，不可能孤立地调整激光波长。例如，在DFB激光器中，这总是与强度的变化有关。这可以通过在检测器32处获取基准强度来在分析中进行考虑(参见图2-4)。在扫描期间，以大量的单个测量值来记录生成的信号。借助于电子设备，它们与扫描相关并且可用于在分析单元20处进行分析。
为了分析，读数必须与激光的光频率f＝c/λ相关。因此，f和λ之间的关系是非线性的，并且经由激光器和电子器件的特性曲线，λ取决于可直接影响的电子受控变量S(通常是D/A转换器的输入值)上。因此，没有校正的扫描可引起f的不均匀变化。有几种解决此问题的可能性：
·扫描本身是线性化的。为此，存储查找表，其在改变受控变量S时影响步骤的顺序，
·读数的记录与S耦合，使得读数以均匀的f步记录，
·在分析过程中补偿f上读数的非均匀间隔。
所有方法都要求确定依赖关系f(S)，并且每次都要计算出合适的查找表。为此，使用已知且固定长度为R的基准腔体60(参见图3和4)，在其上执行扫描。这取决于所使用的激光器10的稳定性，无论是在仪器的生产期间优选地执行一次该校准，还是以更大的间隔周期性地或在每次测量时执行该校准。
如图1-4所示，直接反射波和从腔体(40、45)返回的波在光耦合器45前直接干涉。因此，探测器30处的信号具有这样的形式。
I＝A+B cosΦ
系数A、B仅非常弱地依赖于波长，但是与激光的强度成比例。由于强度在测量周期内不一定是恒定的，这使得分析更难，尽管不关注A和B本身。通过将干涉信号除以在检测器32处同时测量的强度来解决该问题(参见图2-4)。因此，在周期内A和B可以被认为是恒定的。然后，作为波长函数的两个光束Φ之间的绝对相位差是：
Figure BDA0001772100560000101
其中
Φ：两束光束之间的绝对相位差
x：腔体内光线的路径长度(所有反射)
λ：光的波长
f：光的频率，和
c：光速
对于常数x，此函数相对于f是周期性的，周期为c/x。然而，扫描的各个测量不是同时进行的，它们之间的x可以改变。假设扫描在f，f(t)＝f0+w t中在时间上线性地进行，或者随后进行线性化。对象的恒定速度x＝x0+v t在这里被视为正常情况，加速的作用将在后面讨论。然后可以根据f绘制Φ：
Figure BDA0001772100560000111
(Φ0＝相对于f的常数)
干涉频谱如图5所示，因此相对于f是周期性的，周期为
Figure BDA0001772100560000112
在基准频率fR的位置应特别准确地确定所示曲线的相位值。为此，首先尽可能准确地识别该位置本身。
当使用气室时，为此目的在测量干涉幅度的同时在检测器34处测量波长基准的信号(图2和4)。由于气室的尖锐吸收线，信号在fR附近形成尖锐的负峰值，典型宽度为ca.0.1pm，如图7中示意性所示。峰的形状可以很好地建模，因为它主要由多普勒扩展(高斯分布)引起。通过将测量的峰值拟合到理论形状，因此可以比线宽指示更精确地确定fR。如果不存在气室，则从激光器10的受控变量(例如，在工厂校准)或从备选基准确定基准频率的位置。
在fR点测量相位时，两个组件共同作用：
(i)粗略测量计算完全穿过的周期。这涉及相对测量，其在点fR的第一次穿过时以值0开始。从此开始，考虑到穿过的方向，平衡信号的周期。在下一次穿过fR时，该值在相位计算中被用作加数，并且计数重新开始。对于粗略测量，启发式方法(本身对本领域技术人员已知)就足够了。目标速度的上边界源于两次测量之间没有周期会被不被察觉地穿过的要求。
(ii)对于长度x的精确相对测量，除粗略读数外，还使用干涉频谱的整个扫描范围(“精细测量”)。在拟合的意义上，确定正弦函数的参数(偏移、幅度、频率、起始相位)，其最佳地再现测量数据；结果是fR位置处的正弦相位。对于具体实施例，几种数学方法是合适的，可以根据实现方式中的实际情况进行选择：
·数值优化，例如Levenberg-Marquardt算法。
·通过合成基准锁相(以PLL的方式)来确定频率和相位；不需要偏移和幅度。
·根据读数极值启发式地确定所有参数。
该方法的以下性质至关重要：
·为了确定相位，使用扫描的所有(或至少尽可能多的)读数，这有助于噪声抑制，
·每个周期都可以自行分析，与漂移敏感的校准数据无关。
相位测量的分辨率自然地随着fR附近的读数密度而增加。另一方面，所描述的拟合方法需要允许识别周期性的一部分函数。从这个角度来看，最好是各个测量值至少表示函数I(f)的半周期，优选恰好一个周期。
通过两个连续相位测量之间的比较确定位置变化：
Figure BDA0001772100560000131
其中λR＝c/fR是基准波长。
下面讨论物体40的速度和/或加速度的影响以及由此产生的所寻求的长度x的时间变化。
如上所述，读数的记录产生相对于f的曲线Φ，其是周期性的，周期P为：
Figure BDA0001772100560000132
或
Figure BDA0001772100560000133
其中：
f：光的频率；扫描的起始值
x：扫描开始时腔体中的光路长度
v：x的变化率
w：f的变化率
c：光速
Δx：在一个测量周期内x的变化
Δf：在一个测量周期内f的变化
如果f扫描覆盖该曲线的至少ca.一个周期(即|Δf|>|P|)，则上述测量方法的效果最佳。x和f总是正的，v和w可以采用不同的(相对)符号)。由于这个原因，分母可能会消失。奇点在于
Figure BDA0001772100560000141
在该位置，x和f的变化抵消，使得干涉信号变得恒定。
在奇点附近，不再满足条件，精细测量变得不准确或不可能。在奇点的右侧和左侧，有两个区域可以满足条件。Δf的条件可以从|Δf|>|P|推导出(令Δf保持正的而不失一般性)并在下表中表示：
Figure BDA0001772100560000142
奇点比较复杂，可以通过两种不同的方式来处理：
·避免奇点：Δf被选择为大到使得左侧的情况出现在两个移动方向上：
Figure BDA0001772100560000151
因此，最大目标速度受到更大限制，因为左列中的条件也必须满足相反方向的移动：
Figure BDA0001772100560000152
(T＝周期持续时间)
·兼容奇点：Δf被选择为只有在相同方向移动的情况下才能满足周期条件：
Figure BDA0001772100560000153
在相对高速的情况下，在沿相反方向移动的情况下，可以满足右手列的条件，使得可以进行分析。即使不是这种情况，测量方法也不会破坏，因为粗测量可以继续，使得下一个周期可以再次产生有效结果。最大目标速度不受限制，除非粗略测量不允许丢失任何周期：v|/F<λ/2(F：采样频率)。
在目标速度恒定的情况下，扫描产生严格的周期性干涉频谱。扫描(和更高的期限)期间的目标加速度以周期持续时间波动的形式造成失真。这会损害相位测量的准确性，但不会损害粗略测量。因此，准确度的降低不是累积的，而是在更安静的移动下再次消失；因此可以兼容它。
如上所述，从静态的角度来看，如果可能的话，在函数Φ相对f的一个周期内拉伸扫描是有意义的。对于理想值，前一节中两种可能性的不等式作为等式使用：
Figure BDA0001772100560000161
但是，扫描的幅度必须在其开始之前定义，因为它必须以恒定速度进行。这需要对Δx进行预测。显然，前一循环周期的Δx适合于此。然而，预测误差不应导致覆盖明显小于一个周期的干涉频谱的情况，否则相位测量失败并且丢失读数。太大的范围不太重要。该问题可以通过两种不同的方式来解决：
·由用户指定其应用的典型最大加速度。然后选择幅度，使得即使在发生这种加速时，也不会退出功能良好的相位测量区域：
Figure BDA0001772100560000162
·测量典型加速度并动态匹配扫描范围。如果“在错误方向上”的预测失败，则省略读数。

Claims (25)

1.一种用于以干涉测量的方式确定腔体(40、45)的几何和光学参数中至少一项的方法，具有以下方法步骤：
-在两个频率方向上在频率范围Δf上周期地调谐相干光源(10)的频率f，
-从所述相干光源获得目标光束和基准光束，其中所述目标光束穿过所述腔体至少一次，
-通过将所述基准光束叠加在所述目标光束上，产生取决于所述光源的所述频率f的干涉信号I(f)，
-在至少一个周期P上获取周期性的干涉信号I(f)，
-在所述相干光源的所述频率f的所述频率范围Δf上获取周期性的所述干涉信号I(f)的干涉频谱，
-通过将所获取的干涉频谱的大量的测量点与生成的数学函数进行数值拟合，在所述频率范围Δf上分析所述测量点，以及
-通过确定所生成的数学函数的参数来确定所述腔体(40、45)的所述几何和光学参数中至少一项。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述腔体(40、45)的几何参数包括其长度x。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述腔体(40、45)的光学参数包括其反射率和折射率中至少一项。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，所述生成的数学函数是正弦函数，由此确定所述干涉信号I(f)的幅度和相位。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所分析的频率范围Δf的幅度与待测量的每个参数和/或待测量的腔体动态匹配。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述数值拟合通过Levenberg-Marquardt算法或通过具有合成基准的锁相方法进行。
7.根据权利要求2所述的方法，其中，待确定的长度x由目标干涉仪的长度形成，所述目标干涉仪由光耦合器(45)和移动物体(40)界定。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述相干光源(10)的所述频率f通过利用吸收材料的特定吸收线的已知频率fR来校准。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，频率校准通过对于所述吸收材料的所述吸收线的所述频率fR的数值拟合来进行。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述相干光源(10)的所述频率f通过利用已知长度的基准干涉仪(60)来校准。
11.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，在频率空间中线性地进行所述相干光源(10)的所述频率f的调谐。
12.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，具有通过计算出所述干涉信号I(f)的穿过周期来粗略测量所述腔体(40、45)的长度x的方法步骤。
13.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述相干光源(10)的所述频率f通过调节驱动电流来以电气的方式调谐或通过改变所述光源(10)的腔体的长度来以机械的方式调谐。
14.根据权利要求7所述的方法，其中，所述相干光源(10)的扫描频率范围Δf根据所述移动物体(40)的速度而选择。
15.一种用于以干涉测量的方式确定腔体(40、45)的几何和光学参数中的至少一项的设备，具有：
-可调谐的相干光源(10)，
-调制单元(12)，用于在两个频率方向上在频率范围Δf上周期地调谐所述相干光源(10)的频率，
-分束器(26)，用于将由所述相干光源(10)发射的光分成目标光束和基准光束，
-第一光耦合器(45)，用于将第一目标光束耦合到目标干涉仪中，所述目标干涉仪由光耦合器(45)和移动物体(40)界定并且具有待确定的长度x，
-检测器(30)，用于对通过将所述基准光束叠加在所述目标光束上产生的干涉信号I(f)进行频率分辨检测，并且用于在所述相干光源的频率f的频率范围Δf上获取所述干涉信号I(f)的干涉频谱，
-分析单元(20)，被配置用于在至少一个周期P上获取周期性的干涉信号I(f)并且用于在所述两个频率方向上在所述频率范围Δf上获取所述周期性的干涉信号I(f)的干涉频谱，并且用于通过将所获取的干涉频谱的大量的测量点数值拟合到所生成的数学函数来在所述频率范围Δf上分析所述测量点，并且用于通过确定所生成的数学函数的参数来确定所述腔体(40、45)的所述几何和光学参数中至少一项。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，所生成的数学函数是正弦函数。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，所分析的频率范围Δf的幅度能够与待测量的每个参数和/或待测量的腔体动态地匹配。
18.根据权利要求15-17中任一项所述的设备，用于校准所述相干光源(10)的所述频率f，所述相干光源具有填充有吸收材料的气室(50)，所述吸收材料具有已知频率fR的吸收线。
19.根据权利要求15-17中任一项所述的设备，具有已知长度的基准干涉仪(60)，用于校准所述相干光源(10)的所述频率f。
20.根据权利要求15-17中任一项所述的设备，其中，所述可调谐的相干光源(10)是激光二极管。
21.根据权利要求20所述的设备，其中，所述激光二极管是DFB激光二极管。
22.根据权利要求20所述的设备，其中，所述激光二极管(10)的波长能够通过调节控制电流来以电气的方式调谐或通过改变光路来以机械的方式调谐。
23.根据权利要求15-17中任一项所述的设备，其中，所述目标干涉仪(45、40)被配置为法布里-珀罗干涉仪或迈克尔逊干涉仪。
24.根据权利要求15-17中任一项所述的设备，具有用于在测量周期中测定所述基准光束的强度的幅度的检测器(32)。
25.根据权利要求15-17中任一项所述的设备，其中，所述腔体(40、45)的几何参数包括其长度x，并且所述腔体(40、45)的光学参数包括其反射率和折射率中至少一项。
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