CN1917806A - 高效低相干干涉测量 - Google Patents

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Abstract

根据本申请，提出了干涉仪的实施例，除了其他优点之外，改进了偏振相关问题，并有助于防止光反射回光源中。干涉仪实施例可以包括与光源(101)耦合的隔离器(402)以及与隔离器耦合以向参考臂(104)和样品臂(105)提供光的偏振相关光学装置(403)，其中向光检测器(417，418)提供反射光，使得可以在与光检测器耦合的光信号处理器(410)中形成偏振无关光信号，并且隔离器阻止来自参考臂和样品臂的反射光进入光源。在一些实施例中，可以利用平衡检测系统来减小噪声。

Description

高效低相干干涉测量
相关申请
本申请要求Jay Wei于2004年2月10日提交的题为“HighEfficiency Low Coherence Interferometry(高效低相干干涉测量)”的临时申请No.60/543,767的优先权，其整体内容一并于此作为参考。
技术领域
本发明涉及相干测量，具体地，涉及可以应用于诸如光学相干断层扫描和光学相干反射测量之类的无创光学成像和测量设备的高效干涉仪。
背景技术
近十年来，人们越来越多地研究源于经典白光干涉仪的低相干干涉测量在光学相干反射测量和光学相干断层扫描方面的应用。光学相干反射测量和光学相干断层扫描都是用于绘制眼睛图像的技术，并且对于诊断和治疗眼疾非常有用。另外，低相干干涉测量可以用于内窥镜检查、腹腔镜检查、显微镜检查以及其中干涉测量技术可能有用的任何其他技术。
图1图示了传统低相干干涉仪100的示例。如图1所示，低相干干涉仪100是简单迈克尔逊干涉仪，包括光源101、分束器102和光信号处理单元110。如图1所示，分束器102可以是2×2分束器，将从光源臂103接收到的来自光源101的低相干光束分为耦合进入参考臂104中的参考束和耦合进入样品臂105中的样品束。参考臂104上的参考束被参考物112反射回分束器102，并且样品臂105上的样品束被样品111反射回分束器102。分束器102将反射的参考束分路到光源臂103和信号臂106中。类似地，分束器102将从样品111反射的光束分路到光源臂103和信号臂103中。因此，从样品111和参考物112反射的光束被分束器102组合为组合束，耦合进入光源臂103中。信号臂106中的信号束由光电检测器和传输放大器TIA107接收，其中将光信号转换为电信号。电信号被耦合到光信号处理单元110中，以进行进一步处理。光信号处理单元110中所进行的光信号处理的功能可以包括带通滤波、信号放大、解调、低通滤波和其他处理功能。在光信号处理单元110处得到的光信号可以通过硬件或软件来处理，以成像和分析样品111(待测样品)的结构和光学特性。
Youngquist&Davis于Optics Letter 12，158-160，Mar.1987中讨论了基于图1所示的迈克尔逊干涉仪的光学相干域反射计示例。Park在Applied Optics 1987中讨论了以带有横向扫描机构的光学反射测量来进行断层成像。在美国专利5,321,501中也讨论了根据对生物组织的干涉测量来进行光学相干断层扫描以对生物组织进行成像。
在图1所示的迈克尔逊干涉仪的示例中，来自样品臂105和参考臂104的部分反射信号也传播进入光源臂103中。这对于光学性能是不利的。首先，有用的信号损失在光源臂103中。其次，光源臂103中的反射光将增加光源101所产生的光束上的噪声。
在Rollin在Optics Letters，Vol.24，No.21，Nov.1999中的论文中描述了对进入光源臂103中的反射光的解决方案。如图2所示，在干涉仪200的光源臂103中插入光环行器202。光束路径203光学地耦合在分束器102和环行器202之间。如图2所示，从分束器102沿光束路径203反射的光进入环行器202，并通过光束路径205被引导到检测器207。检测器107和207的输出信号在差分放大器208中组合，然后输入到光信号处理单元110。这种布置起到两个作用：首先，反射光束被引导到检测器光束路径205和106；其次，环行器202还用作隔离器，保证反射光离开光源101。
在美国专利6,501,551中公开了另一种方法。在’551专利所述的解决方案中，样品臂105和参考臂104都包括光环行器。于是，来自样品111和参考物112的反射信号被引导到与分束器102不同的另一分束器。新分束器的两个输出信号可以单独接收、解调和处理，然后在平衡检测接收器中从一个通道减去另一通道。
然而，在检测器107处测量的信号强度对于从样品111反射的光束的偏振状态也是敏感的。当样品111的样品材料高度双折射时，这尤其不利。图3图示了Sorin在美国专利5,202,745中公开的示例干涉仪系统300。干涉仪系统300可以与从样品111反射的样品束的偏振状态无关，因为检测臂106可以光学耦合到偏振分集接收器。如图3所示，偏振分集接收器可以包括偏振分束器305，分别通过传输臂306和307耦合到光检测器310和311。如图3所示，首先通过将来自光源臂103的光耦合到线偏振器302中，使光源101线偏振。将偏振分束器(PSB)305置于检测臂106中，以将光束分为两个正交偏振光束路径306和307。还可以将偏振控制器308耦合到参考臂104中，并且对其进行调节，以在偏振分集接收器的每一偏振臂306和307中产生相等的参考信号功率。单独对这两个偏振臂信号进行解调和处理，然后在光信号处理单元110中相加。在示例干涉仪系统300中，无论样品臂105中反射束的偏振状态如何，来自样品臂105的反射束最终都将与其自身适当偏振的参考臂干涉，并且对得到的光束求和。信号相对于样品束的偏振状态改变是恒定的。
然而，图2和3所示的系统都不能同时解决偏振问题和光反射回光源的问题。根据现有技术的上述缺点和其他不足，需要解决单个干涉仪中偏振及光反射到光源臂的问题，因为这对于最大化去往检测器的信号(与由于样品导致的偏振变化相一致)、以及减小光源的噪声电平来说是所希望的。
发明内容
根据本发明，提出了解决偏振和反射光问题的干涉仪的实施例。根据本发明实施例的干涉仪可以包括：光源；隔离器，耦合到光源；偏振相关光学装置，耦合到隔离器；参考臂，耦合到偏振相关光学装置；样品臂，耦合到偏振相关光学装置；和一个或多个光检测器，耦合到偏振相关光学装置，其中，偏振相关光学装置将光耦合到参考臂和样品臂中，接收来自参考臂和样品臂的反射光，并将光提供给检测器，从而可以在与所述一个或多个光检测器相耦合的光信号处理单元中形成偏振无关光信号，并且隔离器阻止来自参考臂和样品臂的反射光进入光源。
在本发明的一些实施例中，隔离器可以包括环行器，耦合来在第一端口中接收来自光源的光。在一些实施例中，偏振相关光学装置可以包括：偏振相关分束器，耦合来从环行器的第二端口接收光，所述偏振分束器提供第一偏振的光，接收从样品臂和参考臂反射的光，并根据偏振将光提供给所述一个或多个光检测器中的第一检测器以及环行器的第二端口；分束器，耦合来从偏振分束器接收第一偏振的光，所述分束器将第一偏振的光耦合到参考臂和样品臂中，并且将来自参考臂和样品臂的反射光耦合回偏振相关分束器中，其中，环行器通过第三端口向所述一个或多个光检测器中的第二检测器提供光。
在一些实施例中，隔离器包括分束器，所述分束器从光源接收光，并提供第一偏振的第一光束和第二偏振的第二光束。在一些实施例中，偏振相关光学装置包括：法拉第旋光器，耦合来接收第一光束和第二光束；波片，耦合到法拉第旋光器，其中将第一光束的偏振旋转为第二偏振，并且将第二光束的偏振旋转为第一偏振；棱镜，耦合来从波片接收第一光束和第二光束，并将第一光束与第二光束组合；和分束器，耦合到棱镜，所述分束器向参考臂和样品臂提供光，并接收来自参考臂和样品臂的反射光，其中，在棱镜中根据偏振来分路反射光，由波片和法拉第旋光器旋转偏振，并且分束器重组光束并将组合光束耦合到第二偏振分束器，并且第二偏振分束器根据偏振分离光束，并耦合到所述一个或多个光检测器。在一些实施例中，可以包括功率监视器，耦合来从分束器接收反射光。
在一些实施例中，隔离器可以包括：第一环行器，耦合到参考臂中；和第二环行器，耦合到样品臂中。在一些实施例中，偏振相关光学装置可以包括：线偏振器，耦合来接收并偏振来自光源的光；第一分束器，耦合来从线偏振器接收偏振光，并将光束提供给参考臂中的第一环行器的第一端口以及样品臂中的第二环行器的第一端口，其中第一环行器的第二端口耦合到参考物，第二环行器的第二端口耦合到样品；第二分束器，耦合来从第一环行器的第三端口和第二环行器的第三端口接收光，并提供组合光束；和偏振相关分束器，耦合来接收所述组合光束，并向所述一个或多个光检测器提供第一偏振的第一光束和第二偏振的第二光束。在一些实施例中，功率监视器耦合到第二分束器。
在一些实施例中，隔离器可以包括偏振相关分束器，所述偏振相关分束器耦合来从光源接收光，并提供第一偏振的光束。在一些实施例中，偏振相关光学装置可以包括：法拉第旋光器和波片，耦合来接收第一偏振的光束，并输出第一偏振的光束；第二偏振分束器，耦合来从法拉第旋光器和波片接收第一偏振的光束，并透射第一偏振的光束；和分束器，耦合来从第二偏振分束器接收第一偏振的光束，将第一偏振的光束耦合到样品臂和参考臂中，接收来自样品臂和参考臂的反射光束，并将来自样品臂和参考臂的反射光束组合为组合反射光束，其中，第二偏振分束器将组合反射光束分离为第一偏振的组合反射光束和第二偏振的组合反射光束，第二偏振的组合反射光束耦合到所述一个或多个光检测器中一个检测器，并且第一偏振的组合反射光束被法拉第旋光器和波片偏振旋转为第二偏振，并且由偏振分束器耦合到所述一个或多个光检测器中另一检测器。在一些实施例中，功率监视器可以耦合到分束器。
在隔离器是偏振相关分束器的一些实施例中，偏振相关光学装置可以包括：法拉第旋光器和波片，耦合来接收第一偏振的光束，并将偏振旋转为第二偏振；第二棱镜，耦合来从法拉第旋光器和波片接收第二偏振的光束；分束器，耦合来从第二棱镜接收第二偏振的光束，将光耦合到参考臂和样品臂中，接收来自参考臂和样品臂的反射光束，并提供组合反射光束，其中，组合反射光束在第二棱镜中根据偏振被分离为第一偏振的第一反射光束和第二偏振的第二反射光束，法拉第旋光器和波片将第二偏振的第二反射光束的偏振旋转为第一偏振，并且偏振相关分束器将第二反射光束耦合到所述一个或多个光检测器中。在一些实施例中，功率监视器可以耦合到分束器。
在一些实施例中，偏振相关光学装置可以包括：法拉第旋光器和波片，耦合来接收第一偏振的第一光束，并透射第一偏振的第一光束；第二棱镜，耦合来从法拉第旋光器和波片接收第一偏振的第一光束；分束器，耦合来从第二棱镜接收第一偏振的第一光束，将光耦合到参考臂和样品臂中，接收来自样品臂和参考臂的反射光束，并提供组合反射光束，其中，组合反射光束在第二棱镜中根据偏振被分离为第一偏振的第一反射光束和第二偏振的第二反射光束，法拉第旋光器和波片透射第一偏振的第一反射光束，并且偏振相关分束器将第一反射光束耦合到所述一个或多个光检测器中。在一些实施例中，功率监视器可以耦合到分束器。在一些实施例中，第二棱镜将第二偏振的第二反射光束耦合到所述一个或多个光检测器中。
在一些实施例中，偏振相关光学装置可以包括：线偏振器，耦合在偏振相关分束器和光源之间，所述线偏振器提供具有第一偏振和第二偏振的光束；四分之一波片，耦合来从偏振相关分束器接收第二偏振的光；反射镜，耦合来从四分之一波片接收光，并将光反射回去通过四分之一波片，以向偏振相关分束器提供第一偏振的光；第二四分之一波片，耦合来从偏振相关分束器接收第一偏振的光，并向参考臂提供圆偏振光，其中来自参考臂的反射光在偏振相关分束器处是第二偏振的光；线偏振器，被定位以透过相等部分的第一偏振和第二偏振的光，耦合来从偏振相关分束器接收组合光束，所述组合光束包括从反射镜反射的光以及从参考臂反射的光；和分束器，耦合来从线偏振器接收光，并将光提供给样品臂，其中来自样品臂的反射光由所述分束器耦合到所述一个或多个检测器中。
在隔离器是环行器的一些实施例中，偏振相关光学装置可以包括：偏振相关分束器，耦合来从环行器的第二端口接收光，所述偏振相关分束器提供第一光束；分束器，耦合来接收第一光束，以向样品臂和参考臂提供光，并接收来自样品臂和参考臂的反射光束，其中反射光束的第一部分由分束器耦合到所述一个或多个光检测器中，并且反射光束的第二部分由分束器耦合到偏振相关分束器中，带有第一偏振的所述第二部分耦合到环行器的第二端口，环行器的第三端口耦合到所述一个或多个光检测器，并且带有第二偏振的所述第二部分由偏振相关分束器耦合到所述一个或多个光检测器。
下面参考附图进一步讨论了这些及其他实施例。
附图说明
图1图示了迈克尔逊干涉仪配置的传统低相干干涉仪。
图2图示了在光源臂中具有光环行器且在检测臂中具有平衡检测器的传统低相干干涉仪。
图3图示了另一低相干干涉仪，其中在光源臂中具有线偏振器以使迈克尔逊干涉仪的光源偏振，并在检测臂中具有偏振分集接收器。
图4图示了根据本发明一些实施例的干涉仪实施例，其中在光源臂中具有光环行器和偏振分束器，并且在干涉仪中进行偏振分集检测。
图5A至5I图示了图4所示的干涉仪实施例的光学实施方式。
图6图示了根据本发明的干涉仪实施例，其中在样品臂和参考臂中都具有光环行器，并进行偏振分集检测。
图7图示了根据本发明的干涉仪实施例，具有两个偏振分束器、法拉第旋光器和波片。
图8图示了根据本发明的干涉仪实施例，具有棱镜、法拉第旋光器和波片。
图9图示了根据本发明的干涉仪实施例，具有棱镜、法拉第旋光器和波片。
图10图示了根据本发明的干涉仪实施例，具有对称布置的棱镜、法拉第旋光器和波片。
图11图示了根据本发明一些实施例的干涉仪中可以使用的快速波长扫描光源的实施例。
图12图示了根据本发明的双光束干涉仪的实施例，其对偏振状态不敏感并对样品运动不敏感。
图13图示了根据本发明的干涉仪的实施例。
图14图示了根据本发明的干涉仪实施例的各方面。
在附图中，在方便时，具有相同名称的部件具有相同或相似功能。
具体实施方式
根据本发明的一些实施例，提供了可以应用于诸如光学相干断层扫描和光学相干反射测量之类的无创光学成像和测量设备的高效干涉仪。另外，根据本发明的光学相干断层扫描设备的一些实施例可以用来成像和测量生物医学组织。
图14图示了根据本发明的干涉仪实施例的一些方面。如上所述，迈克尔逊干涉仪通常包括通过分束器耦合的光源臂、参考臂、样品臂和检测臂。光从光源分别通过参考臂和样品臂传输到参考物和样品。从参考物和样品反射的光在检测臂中组合，并且可以测量该光的强度。测量的数据涉及通过重组来自参考臂和样品臂的光并将该光引导到检测臂所建立的干涉图样。
如图14所示，根据本发明一些实施例的干涉仪包括耦合到光隔离器1401的光源101。光隔离器1401接收并发送来自光源101的光，但是防止光反射回光源101中。然后，来自隔离器1401的光被耦合到偏振相关光学装置1403。偏振相关光学装置1403将光耦合到参考臂104和样品臂105，并且接收来自参考臂104和样品臂105的反射光。另外，偏振相关光学装置1403处理光学信号，使得可以在光信号处理单元410的输出信号中最小化有关样品111的偏振相关效应。如上所述，参考臂104耦合到参考物112。样品臂105光学耦合到样品111。另外，耦合偏振相关光学装置1403，以将来自参考臂104和样品臂105的反射光信号提供给检测器1404。然后，检测器1404的输出信号输入到光信号处理单元410，光信号处理单元410可以根据检测器1404处测量的反射光强度，提供偏振无关信号。
在本发明的一些实施例中，可以向样品臂105中插入样品扫描光学装置1402，从而可以扫描样品111。这种扫描能力例如在断层扫描应用中可能是重要的。
本发明的一些实施例提供了一种光学相干反射计和光学相干断层扫描应用所用的高效干涉仪。在本发明的一些实施例中，隔离器1401可以是光环行器，并且偏振有关光学装置1403可以包括偏振分束器。当环行器和偏振分束器耦合到干涉仪的光源臂中时，可以实现高效性能。在一些实施例中，可以在参考臂104中放置偏振控制器308，以在偏振分集干涉仪的每一条臂中产生相等的参考信号。因此，可以使光信号处理单元410所生成的干涉仪信号与来自样品111(也称作待测器件或待测样品)的反射信号的偏振状态无关。隔离器1401中的光环行器还可以对信号反射回光源101提供高度隔离，以实现高系统信噪比性能。在一些实施例中，将光环行器置于样品臂105中，并且将另一光环行器置于参考臂104中。这些实施例中的偏振分束器和偏振分集接收器可以置于检测臂中。
根据本发明的干涉仪的一些实施例通过使用隔离光源101的光环行器，解决了反射光反馈回光源101所带来的问题。根据本发明的干涉仪的一些实施例通过在偏振相关光学装置1403中使用偏振分集接收器，解决了来自样品臂的信号与偏振状态有关的问题。根据本发明的干涉仪的一些实施例为相干域干涉测量应用提供了高功率效率、对样品臂105的偏振状态的非敏感性、以及高信噪比。如上所述，偏振相关性可能由于样品材料的双折射特性，或者可能是由于干涉仪中的环境改变。根据本发明的高品质干涉仪的实施例可以用于多种用途，例如光学相干断层扫描和光学相干反射测量。
在一些实施例中，干涉仪的光源101可以是宽谱光源，并且干涉仪的深度分辨率可以由光源的相干长度确定。在一些实施例中，光源101可以是低相干光源。在一些实施例中，光源101可以包括波长扫描光源。
在一些实施例中，参考物112可以包括光延迟线，可以对其以预定速度扫描，以在从参考臂104反射的参考信号中生成光路延迟。在一些实施例中，可以在干涉仪的样品臂105中放置2维横向扫描机构1402，以扫描在光学相干断层扫描应用中要成像的对象。在一些实施例中，可以对样品臂105和参考臂104之间的色散差提供补偿。数种不同方法可以用于补偿色散差，例如在偏振相关光学装置1403中包括棱镜对、基于光栅的光学系统以及光纤通信和短脉冲激光应用中广泛应用的其他公知色散补偿器。色散补偿器可以置于样品臂或者参考臂中，这取决于这两条臂之间色散差的符号。
在本发明的一些实施例中，来自光源101的光可以首先耦合到光环行器中然后耦合到偏振分束器，这之后耦合到将光源分到样品臂105和参考臂104中的分束器。可以选择分束器的比例，以最大化从样品臂105反射到光环行器中的光，并且同时仍然保持足够的光强从参考臂104反射回光环行器中。
在根据本发明的干涉仪的一些实施例中，光源101可以是快速波长扫描相干光源。在一些实施例中，参考物112可以是固定反射器。在一些实施例中，可以利用光学频域反射测量的原理。
在根据本发明的干涉仪的一些实施例中，像距对于样品111的运动不敏感。另外，在根据本发明的干涉仪的一些实施例中，检测器1404处测量的信号强度可能对偏振改变不敏感。
图4图示了根据本发明的干涉仪实施例。如图4所示，本发明的一些实施例使用偏振效应来将光束引导到特定光路中。图4所示的实施例包括对两个正交偏振状态分离路径，以生成干涉信号，其中可以单独处理两个正交偏振状态，以实现高效、偏振无关干涉测量性能。
如图4所示，干涉仪400包括光源101。来自光源101的光首先耦合到光环行器402的端口1中。在图4所示的实施例中，光隔离器1401包括环行器402。光环行器402是偏振无关光学器件，因此进入端口1的所有偏振状态的所有光都将从光环行器402的端口2出射到干涉仪400的光源臂405中。来自光源臂405的光然后耦合到偏振相关分束器403中。在偏振相关分束器403中，使来自光源臂405的光偏振为两个线偏振光束，表示为P和S偏振。
如通常所指出，在传播的光波前中，S偏振光的电场矢量垂直于入射平面，而P偏振光的电场矢量平行于入射平面。本公开中所示出的所有附图中，入射平面平行于纸面。只有P偏振光将耦合到光束路径420中，并因此耦合到通过光束路径420与分束器403耦合的光分束器404中。S偏振光由于从分束器403耦合到另一光束路径中而被丢弃，或者可以用来监视功率。
在本发明的一些实施例中，光学部件可以以体光学装置的形式来形成。然而，一些实施例可以利用光纤光学部件(即，在光纤中或者作为光纤一部分形成的部件)。光纤光学部件具有使对准偏差最小化的优点。
大多数低相干光源(例如，一些实施例中的低相干光源101)仅仅是部分偏振的。为了实现最大效率，可以旋转光源101，使得将大多数偏振光对准为在耦合到偏振分束器403时平行于入射平面(P偏振)。
可以对分束器404的分束比进行优化，使得大多数光传播进入样本臂105中而只有足够的光传播进入参考臂104中以执行适当的测量。分束比可以由光延迟扫描仪的反射和从干涉仪400的参考路径104反射的光的总透射来确定。参考臂104中参考物112反射的光强于样品路径105中从样品111反射的光，以便实现散粒噪声受限检测性能。因为来自与样品111(其中，样品111可以是生物组织)相对应的参考物112的反射通常是参考物112的反射的非常小的对比，所以为了散粒噪声性能，典型地可以利用90/10的分束比，其中光源臂420上接收到的90％的光被引导到样品臂105中，而10％的光被引导到参考臂104中。
如本领域技术人员所公知，例如，参考物112可以包括反射部件和光学延迟部件。另外，在一些实施例中，参考物112还可以包括扫描能力，可以与光信号处理单元410耦合。
可以通过分束器404将从样品111和参考物112反射的少量光耦合到光路412中。这少量光可以耦合到检测器413中，并且来自检测器413的电信号耦合到功率监视电路414中。因此，这些量的光可以用来监视从样品111和参考物112反射的光功率。可以将类似电路耦合到光束偏振分束器403，以便根据偏振分束器403所输出的S偏振光来监视功率。
由于样品111和参考物112的光学特性，从样品111和参考物112反射的光通常包含S偏振光和P偏振光。偏振相关分束器403再次将S偏振和P偏振光分量分到两条分离路径106和405中。可以调节参考臂104中的偏振控制器308，以使来自参考物112的光分别在P偏振路径106和S偏振路径405中产生等量的P偏振光和S偏振光。在一些实施例中，偏振控制器308可以由三个光纤环路制成，其中每个环路对应于四分之一波片或者其他偏振相关光学器件。
通过偏振相关分束器403耦合回光源臂405的光(S偏振光分量)被环行器402引导到路径416中，由此隔离了低相干光源101。这种布置减小了由于来自干涉仪400的光耦合回光源101而产生的噪声。
与来自参考路径104的光一样，来自样品臂105的S偏振光传播到光路416中，而来自样品臂105的P偏振光传播到光路106中。每一偏振路径416和106中的干涉信号分别由光电检测器417和418接收。然后，在光信号处理单元410中对来自光电检测器417和418的电信号单独处理。在一些实施例中，光信号处理单元410可以输出指示检测器417和418所测量的光强度之和的组合信号。从光信号处理器410输出的信号可以是P偏振和S偏振干涉分量之和，从而通过处理，光信号处理单元410的输出信号所指示的信号强度与样品臂105中从样品111反射的光的偏振状态无关。该实施例的此特征是有利的，尤其在样品高度双折射时，例如由胶原纤维组成的生物组织。
图5A图示了根据本发明的干涉仪500的实施例。如图5A所示。由于棱镜501上的偏振分束涂层表面502，来自光源101的光被棱镜501分为S偏振光束和P偏振光束。虽然被图示为棱镜，棱镜501可以是任何偏振分束器件。S偏振光束从表面502反射，并且被反射镜或者优选的全内反射(TIR)表面503反射。当对着传播方向观察光束521时，S偏振光束521被法拉第旋光器505逆时针(CCW)旋转45度。旋转光束的法拉第效应取决于法拉第旋光器上的磁场方向以及旋转角度取决于法拉第旋光器上的磁场大小是公知的。法拉第效应过程是非互易的，这意味着旋转不取决于光束的传播方向。
λ/2波片506相对于垂直轴成22.5度角，并且位于法拉第旋光器505之后。然后，从法拉第旋光器505输出的光束将再旋转45度，并且在穿过λ/2波片506之后变为P偏振光束。图5B至5E图示了来自光源101的光穿过棱镜501、法拉第旋光器505和λ/2波片506时经历的偏振旋转。图5B图示了从棱镜501输出的S偏振光束521。图5C示出了从法拉第旋光器505输出的光束的45°逆时针旋转。图5D图示了通过λ/2波片506的旋转。图5E图示了所得到的输入到棱镜507的P偏振光束。然后，P偏振光束透射通过棱镜507的偏振分束涂层表面508。
另一方面，P偏振光束522也被法拉第旋光器505旋转45度，然后被λ/2波片506旋转为S偏振光束。S偏振光被棱镜507的表面509(反射镜或TIR)和表面508反射到分束器(或耦合器)404中。在这种配置中，来自光源101的S偏振和P偏振光都耦合到分束器404中。
图5F至5I图示了从样品111和参考物112反射的光所经历的偏振旋转。从参考物112或样品111反射的光的S偏振分量传播通过棱镜507的表面508、棱镜507的表面509、λ/2波片506和法拉第旋光器505，然后耦合到棱镜501中。如前所述，因为法拉第效应是非互易的，所以S偏振在穿过上述光路之后仍然处于S偏振面上。S偏振光从棱镜501的表面502然后从表面504反射，并且从偏振分束器513的偏振分束涂层表面514反射，然后由光电检测器418接收。图5F示出了S偏振光束。图5G图示了在穿过λ/2波片506之后S偏振光束的旋转。图5H图示了在穿过法拉第旋光器505之后光束经历的旋转。最终，图5I图示了入射到偏振相关分束器513上的S偏振光束。
沿参考臂104或样品臂105反射的光的P偏振分量也将传播通过λ/2波片506和法拉第旋光器505，而不改变偏振。P偏振分量从表面503反射，并穿过表面502、表面504和表面514，然后由光电检测器417接收。可以调节偏振控制器308，以在光路106和416中产生相等的S偏振和P偏振参考光，以便偏振分集检测。然后，可以单独解调和处理两个正交偏振光束，然后在光信号处理单元410中将它们处理为总体强度信号。
在图5A所示的实施例中，隔离器(例如图14中的隔离器1401)包括棱镜501，并且偏振相关光学装置(例如图14中的偏振相关光学装置1403)包括棱镜501、法拉第旋光器505、λ/2波片506、棱镜507、分束器404和偏振相关分束器513。
图6图示了根据本发明的干涉仪的另一实施例。图6所示的干涉仪600利用两个光环行器612和613，可以增加光效率，并减少反射回光源101中的光。光环行器613位于参考臂104中。光环行器612位于样品臂105中。图6所示的干涉仪类似于传统的马赫-曾德干涉仪。来自光源101的光输入到线偏振器607。分束器602分路从偏振器607接收到的线偏振光。如图6所示，光量α被引导到样品臂105中，剩余光1-α被引导到参考臂104中。分束器602的分束比在一些实施例中可以由光束路径的相对效率来确定。
在参考臂104中，光被引导到环行器613的第一端口。然后，从环行器613的第二端口出射的光被引导到参考物112，并且来自参考物112的反射光再次被引导到环行器613的第二端口。从环行器613的第三端口出射的光被引导到偏振控制器308。从偏振控制器308出射的光输入到分束器606。
类似地，样品臂105中的光首先被引导到环行器612的第一端口。从环行器612的第二端口出射的光耦合到样品111。然后，来自样品111的反射光耦合回环行器612的第二端口。从环行器612的第三端口出射的光被引导到分束器606。
然后，来自参考臂104和样品臂105的光在分束器606中组合，并被引导到光束路径608。光束路径608将光耦合到偏振相关分束器609中。偏振相关分束器609将光束分为耦合到光束路径611中的S偏振光束和耦合到光束路径610中的P偏振光束。在本发明的一些实施例中，可以调节偏振控制器308，以分别在光路611和610中产生相等强度的S偏振和P偏振参考光，以便偏振分集检测。
如图6所示，光束路径611中的光束强度在光检测器612中检测，并且光束路径610中的光束强度在光检测器613中检测。检测器612和613中生成的电信号输入到光信号处理单元614。在一些实施例中，对在检测器613处测量的P偏振干涉信号和在检测器612处测量的S偏振干涉信号单独解调和处理，然后在光信号处理单元614输出的总体干涉信号中求和。
如图6所示，来自分束器606的一部分混合光可以耦合到光束路径615中并由检测器616检测。然后，来自检测器616的电输出信号可以输入到功率监视器617。
在图6所示的实施例中，隔离器(例如图14中的隔离器1401)包括环行器613和环行器612。另外，偏振相关光学装置(例如图14中的偏振相关光学装置1403)包括线偏振器607、分束器602、分束器606和偏振分束器609。
图7图示了根据本发明一些实施例的另一干涉仪700。如图7所示，来自光源101的光首先被偏振分束器702的偏振分束表面703偏振。S偏振光从表面703反射，并且可以丢弃或者用于功率监视。为了最小化光损耗，可以将可能是部分偏振的光源701旋转，以最大化进入偏振分束器702的P偏振光的光强。可以布置法拉第旋光器704和λ/2波片705，使得P偏振光在从λ/2波片705出射时保持P偏振。然后，P偏振光透射通过偏振分束器706的偏振分束涂层表面707。分束器404将光耦合到样品臂105和参考臂104，如前所述。
来自分束器404的反射S偏振光(是从样品111和参考物112反射的S偏振光的组合)从偏振分束器706的表面7087反射到光路712中。来自分束器404的P偏振光(是从样品111和参考物112反射的P偏振光的组合)透射通过偏振分束器706，并且被λ/2波片705和法拉第旋光器704旋转为S偏振光。S偏振光将从偏振分束器702的表面703反射到光路713中。信号路径712中的光束由检测器714检测，并且信号路径713中的光束由检测器715检测。然后，来自检测器714和715的电信号被耦合到光信号处理单元410。单独接收、解调和处理两个干涉信号路径，即，包含样品111的P偏振信息的信号路径713以及包含样品111的S偏振信息的光路712，然后光信号处理单元410将它们求和为总体强度信号。
如前所述，从样品111和参考物112反射的少量光可以通过光路412转移到检测器413。因此，功率监视器414可以监视来自参考臂104和样品臂105的总体反射光的强度。
在一些实施例中，例如通过添加功率监视器件以检测从棱镜702反射出的S偏振光，可以监视光源101本身的功率。这种功率监视不会受到来自样品111的反射光的影响。
在图7所示的实施例中，隔离器(例如图14中的隔离器1401)包括偏振分束器702、法拉第旋光器704和λ/2波片705。另外，偏振相关光学装置(例如图14中的偏振相关光学装置1403)包括偏振分束器702、法拉第旋光器704、λ/2波片705、偏振分束器706和分束器404。
图8图示了干涉仪800，其说明了根据本发明的干涉仪的另一实施例。与图5所示的干涉仪500的实施例相比，干涉仪800中去除了偏振分束器513。来自光源101的光进入棱镜502，并且被偏振分束涂层表面503偏振分路。S偏振光从表面503反射，因此被丢弃或者用于功率监视。P偏振光传播通过偏振分束器502的表面503，并且被法拉第旋光器505和λ/2波片506的组合旋转为S偏振光。S偏振光从表面509(反射镜或TIR)和棱镜507的偏振分束涂层表面508反射到分束器404中。如前所述，分束器404将光分到样品臂105和参考臂104中。如前所述，可以设置分束器404的分束比，以优化性能。
从样品臂105和参考臂104反射的组合S偏振光在棱镜507中传播通过与上述路径相反的路径。λ/2波片506和法拉第旋光器505的组合不改变从棱镜507进入的S偏振光的偏振方向，如前所述。因此，从棱镜502的表面503和504反射的S偏振光可以耦合到光电检测器813中。从样品臂105和参考臂104反射的组合P偏振光将沿着与S偏振光不同的光路传播通过表面508、λ/2波片506和法拉第旋光器505，如图8所示。然后，P偏振光可以耦合到光电检测器814中。然后。来自检测器813的电信号816对应于来自样品111和参考物104的S偏振信号的强度，并且来自检测器814的电信号815对应于来自样品111和参考物104的P偏振信号。可以单独解调和处理干涉信号815和816，然后在光信号处理单元410中对它们求和，以表示总干涉强度。如前所述，可以调节偏振控制器308，以提供如信号815和816所指示的相等光功率，以便偏振分集检测。
在图8所示的实施例中，隔离器(例如隔离器1401)可以包括棱镜502、法拉第旋光器505和λ/2波片506。另外，偏振相关光学装置(例如偏振相关光学装置1403)包括棱镜502、法拉第旋光器505、λ/2波片506、棱镜507和分束器404。
图9图示了根据本发明一些实施例的另一干涉仪900。干涉仪900类似于干涉仪800，其中法拉第旋光器905、λ/2波片506和棱镜502类似布置。然而，在干涉仪900中，旋转棱镜910，使得P偏振光透射通过棱镜502、法拉第旋光器905和λ/2波片506，而不改变偏振。法拉第旋光器905的磁场方向与法拉第旋光器505相反。来自样品臂105或参考臂104的S偏振分量将从棱镜502反射到检测器813中。P偏振分量将传播通过入射光束路径并进入检测器814中。所有其他操作与前面所述相同。
在图9所示的实施例中，隔离器(例如隔离器1401)包括棱镜502、法拉第旋光器905和λ/2波片506。另外，偏振相关光学装置(例如偏振相关光学装置1403)包括棱镜502、法拉第旋光器905、λ/2波片506、棱镜910和分束器404。
图10示出了干涉仪1000的实施例，这是根据本发明一些实施例的干涉仪的另一实施例。干涉仪1000类似于图8和9所示的干涉仪实施例，但是具有对称的光学布置。光源101的P偏振分量透射通过棱镜1002、法拉旋光器905、λ/2波片506和棱镜1005，进入分束器404中。在反射路径中，S偏振分量将从棱镜1005反射到光路1007中。P偏振分量将被λ/2波片506和法拉旋光器905旋转为S偏振光，并被棱镜1002反射到光路1008中。同样，光束路径1007中的光束由检测器1009检测，并且光束路径1008中的光束由检测器1010检测。然后，光信号处理单元410同样接收与从样品111反射的P偏振光相对应的一个信号以及与从样品111反射的S偏振光相对应的一个信号。
在图10所示的实施例中，隔离器(例如隔离器1401)可以包括棱镜1002、法拉第旋光器905和λ/2波片506。另外，偏振相关光学装置(例如偏振相关光学装置1403)可以包括棱镜1002、法拉第旋光器905、λ/2波片506、棱镜100和分束器404。
图11图示了可以替代低相干光源101(例如，图4、5A、6、7、8、9和10中所示的本发明实施例中所示出的低相干光源)的光源1100。光源1100采用相干光源1101，例如激光器。通过扫描扫描仪1102(包括光栅1005和反射器1106)并从光学镜1106反射光，可以使相干光源的波长快速扫描通过宽波长范围。如图11所示，来自激光器1101的光束可以在准直器1103中准直，并在透镜系统1104中整形或聚焦，然后入射到光束1105上。本领域技术人员将认识到，本发明实施例中可以利用的快速波长扫描光源1100的配置有许多。光源1100可以耦合到干涉仪的任意实施例，包括图4至14中所公开的那些实施例。在这些实施例中，参考物112可以不包括光学延迟。
图12图示了干涉仪1200的实施例，这是根据本发明的干涉仪的另一实施例。干涉仪1200可以采用低相干光源101，或者在一些实施例中，可以采样诸如图11所示的光源。光首先由准直器1202准直，然后被线偏振器1203偏振。偏振器1203可以与偏振分束器1204一起定位，以将光在S偏振和P偏振之间分为特定比例。S偏振光束被偏振分束器1204反射，并穿过光轴与光束传播方向成45度的四分之一波片1209。一旦穿过四分之一波片1209，光束变为圆偏振。在被反射镜1210反射时，光束右手改变(例如，逆时针圆偏振光束变为顺时针圆偏振光束)。从反射镜1210的方向第二次穿过四分之一波片1209使光束变为P偏振。
最初的P偏振光束透射通过偏振分束器1204，并被四分之一波片1205圆偏振，并且被回射(retroreflection)光学组件1208反射，以重新到达偏振分束器1204，如同通过类似光学配置的S偏振光束，并以S偏振返回偏振分束器1204。如图12所示，回射光学组件1208可以包括透镜1206和凹面镜1207或者简单的直角棱镜。两个光束，即从反射镜1210反射的P偏振光束和从回射光学组件1208反射的S偏振光束被偏振分束器1204组合，并且耦合到线偏振器1211，线偏振器1211相对于光轴成45度角。光束将由透镜1213聚焦到光分束器1215的光源臂1214中。然后，光束耦合到样品臂1216并耦合到样品111上。从样品111反射的光束将反射到检测臂1217中，其中由检测器检测其强度，并且将得到的电信号输入到光信号处理器。
在一些实施例中，分束器1215可以由体光学装置制成，从而聚焦透镜1213不是必要的。通过改变回射组件1208的位置，可以测量光学距离。另外，如果在光束的样品臂1216中集成了横向扫描机构，可以获得样品的横截面图像。因为每种偏振类型的光束从样品111的两个表面单独干涉，所以测量对于样品的移动不敏感。此外，因为信号是两种偏振类型之和，所以信号强度对于干涉仪中的偏振改变不敏感。
在图12所示的实施例中，隔离器(例如图14中的隔离器1401)包括偏振器1203、偏振分束器1204和四分之一波片1209和1204。另外，偏振相关光学装置(例如偏振相关光学装置1403)包括偏振器1203、偏振分束器1204、四分之一波片1209和线偏振器1211。
图13图示了干涉仪1300，这是本发明的另一实施例，使用平衡检测来减小来自光源101的噪声。另外，在该实施例中，光信号处理器输出的信号可以与系统和样品111的样品组织中的偏振状态改变无关。干涉仪1300可以利用低相干光源用作光源101或者诸如图11所示的光源。光进入环行器1311的端口1，并从环行器1311的端口2出射。来自环行器1311的光束被偏振分束器1312偏振。S偏振光从偏振分束器1312出射，并且在一些实施例中，可以用于功率监视。然后，来自偏振分束器1312的P偏振光耦合到光纤分束器1313中，光纤分束器1313将光耦合到样品臂105和参考臂104。在一些实施例中，光纤分束器1313可以将光相等地耦合到样品臂105和参考臂104。来自样品111和参考物112的反射光由分束器1313接收。在一些实施例中，反射回分束器1313的一半光将耦合到检测器1316。另一半反射光耦合到偏振分束器1312中，以根据光到达偏振分束器1312时的偏振状态在检测器1314和检测器1315之间分路。
在图13所示的实施例中，隔离器(例如隔离器1401)包括环行器1311。另外，偏振相关光学装置(例如偏振相关光学装置1403)包括偏振分束器1312和分束器1313。
如果干涉仪1300满足如下条件：
1)从样品111反射回的光的强度远小于从参考物112反射的光；
2)调节参考臂104中的偏振控制器308，使得检测器1314和检测器1315从参考臂104接收相同的光强度；
3)环行器1311、偏振分束器1312和分束器1313中实质上不存在额外损耗，因而检测器1316(检测器C)从参考臂104接收到的光功率等于检测器1314(检测器A)和检测器1315(检测器B)从参考臂104接收到的光功率之和；以及
4)所有检测器对于光强具有实质上相同的响应；
于是，每个检测器上的光可以如下处理。检测器1314和检测器1315生成的光电流可以如下表示：
I A ∝ R · ( 1 4 P r + 1 4 P s + 1 2 · P r · P s · cos ( φ ) )
I B ∝ R · ( 1 4 P r + 1 4 P s + 1 2 · P r · P s · sin ( φ ) )
这里，R是光电检测器的响应度，Pr是从参考臂104反射回的光功率，Ps是从样品臂105反射回的光功率，并且φ是来自样品臂105的光的偏振相位。检测器C 1316中的光电流可以表示为：
I C ∝ R · ( 1 2 P r + 1 2 P s - 1 2 · P r · P s · cos ( φ ) - 1 2 · P r · P s · sin ( φ ) )
可以利用如下方程：
I u = 1 2 · ( I A + I B - I C ) = 1 2 · R · P r · P s · ( cos ( φ ) + sin ( φ ) )
I v = I A - I B = 1 2 · R · P r · P s · ( cos ( φ ) - sin ( φ ) )
如上述方程所示，Pr和Ps也是两个正交偏振模式。如果这两个信号单独解调，于是可以得到如下偏振无关的样品功率信号：
I u 2 + I v 2 = 1 2 · R 2 · P r · P s
其与偏振状态φ无关。注意，上述方程中出现的Iu和Iv的表达(表示与检测器1314、1315和1316耦合的光信号处理器410的输出信号)没有任何直流分量，因此Iu和Iv不受来自光源的任何额外强度噪声的影响。这意味着，上述检测和信号处理方法的灵敏度仅受散粒噪声影响。
考虑此处所公开的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对本领域技术人员而言将显而易见。说明书和示例仅应视为示范性的，本发明的真正范围和精神由所附权利要求指明。

Claims (31)

1.一种干涉仪，包括：
光源；
隔离器，耦合到光源；
偏振相关光学装置，耦合到隔离器；
参考臂，耦合到偏振相关光学装置；
样品臂，耦合到偏振相关光学装置；和
一个或多个光检测器，耦合到偏振相关光学装置，
其中，偏振相关光学装置将光耦合到参考臂和样品臂中，接收来自参考臂和样品臂的反射光，并将光提供给所述一个或多个光检测器，从而可以在与所述一个或多个光检测器相耦合的光信号处理单元中形成偏振无关光信号，并且
隔离器阻止来自参考臂和样品臂的反射光进入光源。
2.根据权利要求1所述的干涉仪，还包括功率监视器，耦合来接收光，并提供功率信号。
3.根据权利要求1所述的干涉仪，其中隔离器包括环行器，耦合来在第一端口中接收来自光源的光。
4.根据权利要求3所述的干涉仪，其中偏振相关光学装置包括：
偏振相关分束器，耦合来从环行器的第二端口接收光，所述偏振分束器提供第一偏振的光，接收从样品臂和参考臂反射的光，并根据偏振将光提供给所述一个或多个光检测器中的第一检测器以及环行器的第二端口；和
分束器，耦合来从偏振分束器接收第一偏振的光，所述分束器将第一偏振的光耦合到参考臂和样品臂中，并且将来自参考臂和样品臂的反射光耦合回偏振相关分束器中，
其中，环行器通过第三端口向所述一个或多个光检测器中的第二检测器提供光。
5.根据权利要求1所述的干涉仪，其中隔离器包括分束器，所述分束器从光源接收光，并提供第一偏振的第一光束和第二偏振的第二光束。
6.根据权利要求5所述的干涉仪，其中隔离器还包括法拉第旋光器和半波片，所述法拉第旋光器将第一光束和第二光束的偏振旋转约45度，并且所述半波片进一步旋转第一光束和第二光束的偏振。
7.根据权利要求5所述的干涉仪，其中偏振相关光学装置包括：
法拉第旋光器，耦合来接收第一光束和第二光束；
波片，耦合到法拉第旋光器，其中将第一光束的偏振旋转为第二偏振，并且将第二光束的偏振旋转为第二偏振；
棱镜，耦合来从波片接收第一光束和第二光束，并将第一光束与第二光束组合；和
分束器，耦合到棱镜，所述分束器向参考臂和样品臂提供光，并接收来自参考臂和样品臂的反射光，
其中，在棱镜中根据偏振将反射光分为分路光束，每一分路光束的偏振被波片和法拉第旋光器旋转，并且分束器重组分路光束并将组合光束耦合到第二偏振分束器，并且
第二偏振分束器根据偏振分离光束，并耦合到所述一个或多个光检测器。
8.根据权利要求1所述的干涉仪，其中隔离器包括：
第一环行器，耦合到参考臂中；和
第二环行器，耦合到样品臂中。
9.根据权利要求8所述的干涉仪，其中偏振相关光学装置包括：
线偏振器，耦合来接收并偏振来自光源的光；
第一分束器，耦合来从线偏振器接收偏振光，并将光束提供给参考臂中的第一环行器的第一端口以及样品臂中的第二环行器的第一端口，其中第一环行器的第二端口耦合到参考物，第二环行器的第二端口耦合到样品；
第二分束器，耦合来从第一环行器的第三端口和第二环行器的第三端口接收光，并提供组合光束；和
偏振相关分束器，耦合来接收所述组合光束，并向所述一个或多个光检测器提供第一偏振的第一光束和第二偏振的第二光束。
10.根据权利要求1所述的干涉仪，其中隔离器包括偏振相关分束器，所述偏振相关分束器耦合来从光源接收光，并提供第一偏振的光束。
11.根据权利要求10所述的干涉仪，其中隔离器还包括法拉第旋光器和半波片，其接收并旋转第一偏振的光束的偏振。
12.根据权利要求10所述的干涉仪，其中偏振相关光学装置包括：
法拉第旋光器和波片，耦合来接收第一偏振的光束，并输出第一偏振的光束；
第二偏振分束器，耦合来从法拉第旋光器和波片接收第一偏振的光束，并透射第一偏振的光束；和
分束器，耦合来从第二偏振分束器接收第一偏振的光束，将第一偏振的光束耦合到样品臂和参考臂中，接收来自样品臂和参考臂的反射光束，并将来自样品臂和参考臂的反射光束组合为组合反射光束，
其中，第二偏振分束器将组合反射光束分离为第一偏振的组合反射光束和第二偏振的组合反射光束，第二偏振的组合反射光束耦合到所述一个或多个光检测器中的一个检测器，并且
第一偏振的组合反射光束被法拉第旋光器和波片偏振旋转为第二偏振，并且由偏振分束器耦合到所述一个或多个光检测器中的另一检测器。
13.根据权利要求10所述的干涉仪，其中偏振相关光学装置包括：
法拉第旋光器和波片，耦合来接收第一偏振的光束，并将偏振旋转为第二偏振；
第二棱镜，耦合来从法拉第旋光器和波片接收第二偏振的光束；
分束器，耦合来从第二棱镜接收第二偏振的光束，将光耦合到参考臂和样品臂中，接收来自参考臂和样品臂的反射光束，并提供组合反射光束，
其中，组合反射光束在第二棱镜中根据偏振被分离为第一偏振的第一反射光束和第二偏振的第二反射光束，
法拉第旋光器和波片将第二偏振的第二反射光束的偏振旋转为第一偏振，并且
偏振相关分束器将第二反射光束耦合到所述一个或多个光检测器中。
14.根据权利要求13所述的干涉仪，还包括与分束器耦合的功率监视器。
15.根据权利要求10所述的干涉仪，其中偏振相关光学装置包括：
法拉第旋光器和波片，耦合来接收第一偏振的第一光束，并透射第一偏振的第一光束；
第二棱镜，耦合来从法拉第旋光器和波片接收第一偏振的第一光束；
分束器，耦合来从第二棱镜接收第一偏振的第一光束，将光耦合到参考臂和样品臂中，接收来自样品臂和参考臂的反射光束，并提供组合反射光束，
其中，组合反射光束在第二棱镜中根据偏振被分离为第一偏振的第一反射光束和第二偏振的第二反射光束，
法拉第旋光器和波片透射第一偏振的第一反射光束，并且
偏振相关分束器将第一反射光束耦合到所述一个或多个光检测器中。
16.根据权利要求15所述的干涉仪，其中第二棱镜将第二偏振的第二反射光束耦合到所述一个或多个光检测器中。
17.根据权利要求15所述的干涉仪，还包括与分束器耦合的功率监视器。
18.根据权利要求10所述的干涉仪，其中偏振相关分束器是棱镜。
19.根据权利要求10所述的干涉仪，其中偏振相关光学装置包括：
线偏振器，耦合在偏振相关分束器和光源之间，所述线偏振器提供具有第一偏振和第二偏振的光束；
四分之一波片，耦合来从偏振相关分束器接收第二偏振的光；
反射镜，耦合来从四分之一波片接收光，并将光反射回去通过四分之一波片，以向偏振相关分束器提供第一偏振的光；
第二四分之一波片，耦合来从偏振相关分束器接收第一偏振的光，并向参考臂提供圆偏振光，其中来自参考臂的反射光在偏振相关分束器处是第二偏振的光；
线偏振器，被定位以透过相等部分的第一偏振和第二偏振的光，耦合来从偏振相关分束器接收组合光束，所述组合光束包括从反射镜反射的光以及从参考臂反射的光；和
分束器，耦合来从线偏振器接收光，并将光提供给样品臂，其中来自样品臂的反射光由所述分束器耦合到所述一个或多个检测器中。
20.根据权利要求3所述的干涉仪，其中偏振相关光学装置包括：
偏振相关分束器，耦合来从环行器的第二端口接收光，所述偏振相关分束器提供第一光束；
分束器，耦合来接收第一光束，以向样品臂和参考臂提供光，并接收来自样品臂和参考臂的反射光束，
其中反射光束的第一部分由分束器耦合到所述一个或多个光检测器中，并且反射光束的第二部分由分束器耦合到偏振相关分束器中，
带有第一偏振的所述第二部分耦合到环行器的第二端口，环行器的第三端口耦合到所述一个或多个光检测器，并且
带有第二偏振的所述第二部分由偏振相关分束器耦合到所述一个或多个光检测器。
21.一种用于执行干涉仪测试的方法，包括：
从光源提供光；
将来自光源的光耦合到参考臂和样品臂；
接收来自参考臂和样品臂的反射光；
将光源与来自样品臂的反射光和来自参考臂的反射光隔离；
将反射光引导到检测系统，
其中，检测系统能够提供偏振无关信号。
22.根据权利要求21所述的方法，其中将来自光源的光耦合到参考臂和样品臂的步骤包括：将来自光源的光分为第一偏振的光和第二偏振的光，并将第一偏振的光提供给样品臂和参考臂。
23.根据权利要求21所述的方法，其中接收来自参考臂和样品臂的反射光的步骤包括：组合来自参考臂和样品臂的反射光。
24.根据权利要求21所述的方法，其中将反射光引导到检测系统的步骤包括：将来自样品臂和参考臂的反射光分为第一偏振的光和第二偏振的光，并将第一偏振的光耦合到第一检测器中，将第二偏振的光耦合到第二偏振中。
25.根据权利要求21所述的方法，其中将光源与反射光隔离的步骤包括：在光源与样品臂和参考臂之间提供至少一个环行器。
26.一种干涉仪，包括：
光源；
环行器，其第一端口耦合来从光源接收光，所述环行器将来自第一端口的光引导到第二端口，将来自第二端口的光引导到第三端口，环行器的第三端口耦合到第一检测器；
偏振相关分束器，耦合来从环行器的第二端口接收光，所述偏振相关分束器透射第一偏振的光，所述偏振相关分束器还将第一偏振的反射光耦合到环行器的第二端口中，并将第二偏振的反射光耦合到第二检测器中；
分束器，耦合来接收第一偏振的光，并将第一偏振的光耦合到样品臂和参考臂中，所述分束器还将来自样品臂和参考臂的反射光耦合到偏振相关分束器和第三检测器。
27.根据权利要求26所述的干涉仪，其中来自参考臂的反射光在第一检测器和第二检测器之间均分。
28.一种干涉测量的方法，包括：
将来自光源的光耦合到环行器的第一端口；
将来自环行器的第二端口的光分为第一偏振的光和第二偏振的光；
将第一偏振的光耦合到样品臂和参考臂中；
将来自样品臂和参考臂的一部分反射光耦合到第三检测器中；
将来自样品臂和参考臂的反射光分为第一偏振的反射光和第二偏振的反射光；
将第一偏振的反射光通过环行器的第二端口和第三端口耦合到第一检测器；
将第二偏振的反射光耦合到第二检测器；以及
根据来自第一检测器、第二检测器和第三检测器的信号，产生偏振无关信号。
29.根据权利要求28所述的方法，其中偏振无关信号不受光源噪声影响。
30.根据权利要求28所述的方法，其中来自参考臂的反射光在第三检测器与第一和第二检测器之间均分。
31.一种干涉仪，包括：
用于生成光束的装置；
用于将光束耦合到样品臂和参考臂的装置；
用于接收来自样品臂和参考臂的反射光的装置；
用于将用于生成光束的装置与反射光隔离的装置；和
用于生成与从样品臂反射的光和从参考臂反射的光的组合相关的偏振无关信号的装置。
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