CN1959470A - 用各向异性声光调制器产生光束的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种包括光束源的光源系统，所述光束源产生第一输入光束。设置各向异性声光调制器(AOM)来接收第一输入光束。AOM包括多个换能器用于接收控制信号并产生相应的声波，所述声波作用于第一输入光束以产生具有不同频率和正交线偏振态的第一输出光束和第二二输出光束。对于具有一个偏振态的第一输入光束和对于具有两个偏振态的第一输入光束，第一输出光束和第二输出光束合并的光功率基本上等于第一输入光束的光功率。

Description

用各向异性声光调制器产生光束的系统和方法
技术领域
本发明涉及用各向异性声光调制器产生光束的系统和方法。
背景技术
基于偏振的或复用的外差干涉仪中的测量光学器件，例如那些在半导体器件制造设备中用于精密测量的测量光学器件，通常使用包括不同频率的正交偏振成分的光束。在外差干涉中使用双频/双偏振光源。两个正交偏振的光束成分之间的频率差很重要，因为它可能限制物体以多大速度移动时仍能够用这类测量系统精确测量距离。Zeeman(塞曼)分裂HeNe激光器可以提供正交偏振的光成分，但是差频限制在最大约为8MHz。双模稳频HeNe激光器也可以提供具有频率间隔的两个正交偏振光束，但是这个频率差在500-1500MHz范围内，不易由处理电路使用。满足光刻产业对于速度的要求而又与目前的电子技术相符的期望频率范围约为7-30MHz。
以往使用了一些方法来产生外差干涉仪中期望的频率分裂。这些现有解决方案大部分包括在稳定激光源后对光进行调节以得到期望的频率。一种现有解决方案是使用两个高频声光调制器(AOM)来产生期望的差频。源激光束被分为正交偏振的两束。使每个线偏振光束都经过AOM。对来自每个AOM的第一级衍射光束用反射镜进行重定向，再用第二分束器重新组合使之共线、共心(co-bore)。尽管在这种现有解决方案中AOM的绝对频率通常太高，不够理想(例如80MHz)，但是可以对两个不同AOM之间的频率差进行调整(例如一个在80MHz而另一个在90MHz)以使得当两个正交线偏振光束成分重新组合时，它们具有期望的差频。但是，这是一个更加昂贵的解决方案，因为获得期望的结果要使用两个AOM(以及分束器、两个旋转反射镜和作为光束复合器的第二分束器)。也有使用两个AOM的其他解决方案，但是都具有元件多的缺点(例如至少要两个AOM单元和一个分束器)，这会增加解决方案的成本。
另一种现有的途径是使用单一的低频各向同性AOM，具有单一的声波和双折射复合棱镜。尽管这种方法与前述双AOM解决方案相比减少了元件的数量，但是它具有自身的严重问题。主要的缺点包括：光源的相当一部分光被遗弃(即使使用单偏振输出的激光器)；完成此解决方案需要占据大量空间；以及此解决方案不能完全获得AOM移频器为激光提供隔离这一附属好处，因为它只隔离了对一个偏振态的回馈。这种现有方法中要求在AOM器件之前只有一个单独的偏振态和频率，所以对于Zeeman分裂HeNe激光器，通常用偏振器滤去来自光源激光器的另一个偏振态/频率成分。因此，在光束进入AOM之前，失去了光源的一半光。
在这种现有解决方案的各向同性声波作用中，对光束的偏振态没有影响，所以经过衍射(第一级)、频移的光束与零级或未衍射的光束偏振态相同。目前的市售器件中，零级和第一级光束在射出AOM时具有约20MHz的频率差。使光束再次共线的任务是通过使光束经过双折射复合棱镜来完成的。射出这种AOM的光束分离角较小，所以在用复合棱镜使它们平行之后，不进行使这些光束再次共心的补偿。通常，复合棱镜的光轴与光束的偏振态成45度角。复合棱镜将每个光束分为两个正交偏振成分。一个成分经历折射率ne，另一个成分经历折射率no。由于这种折射率差异，两个光束在入射和出射的棱镜/空气界面处发生不同的折射。棱镜的顶角优化为使得每个光束的一个偏振成分再次平行。另外两个不期望的光束从复合棱镜射出时不与所希望的光束平行并被挡掉了。这种复合方案实际上丢掉了第一级和零级光束中的一半光功率。最终结果是，使用这种现有的单各向同性AOM方法增加频率分裂，对于Zeeman分裂激光器，损失了光源四分之三的初始光功率(如果AOM器件以Raman Nath机制工作，损失将更多)。
期望外差干涉光源具有较小的覆盖区或封装，因为此光源经常安装在客户的设备中。单一低频各向同性AOM解决方案中存在所需空间超过期望的问题。为了使低频各向同性AOM实现足够的效率，较长的相互作用长度是必需的，从而器件自身相当长。而且，此器件上的衍射级之间的分离角较小，所以通常使用较长距离来获得足够的光束分离量，以挡掉复合棱镜之后不期望的光束。因此，可能使用较长的覆盖区、将光聚焦到针孔空间滤波器的附加光学器件、或者使光路在封装中折叠的附加光学器件来解决此问题。
此外，当使用具有零级和第一级光束的单一低频各向同性AOM时，零级光束不能使激光器不受回馈影响，因为沿该光路的频率仍然是激光频率(没有上移或下移)。由此光束向上游的反射使之返回激光器，会给波长稳定度带来问题并可能使激光器失锁。
在另一种现有的途径中，在同一个各向同性AOM中产生两个频移光束。两光束的频移是通过几种不同的方法实现的。第一种是在AOM中使用一个声波。在AOM前(或附在AOM上)有偏振分束器将单频偏振光束分为两个正交偏振光束。偏振分束器还将两个正交偏振光束与AOM器件的正负Bragg角对准以通过一个声波使一个光束上移而另一个光束下移。AOM自身是各向同性的，不影响光束的偏振。输出光束之间的频率差是AOM频率的两倍。单一各向同性AOM解决方案的另一种形式使用更长的晶体，每个偏振光束依次通过由AOM的两个换能器产生的两个声波。对输出光束最终结果是频率差为两个AOM换能器频率差的两倍。这也是一种各向同性作用(即它不影响偏振态)，在AOM器件前使用分束器产生两个正交偏振并沿发散方向行进的光束。
发明内容
本发明提供了一种光源系统，包括：产生第一输入光束的光束源；设置为接收所述第一输入光束的各向异性声光调制器，其中，所述声光调制器包括多个换能器用于接收控制信号并产生相应的声波，所述声波作用于所述第一输入光束以产生具有不同频率和正交线偏振态的第一输出光束和第二输出光束；其中，对于具有一个偏振态的第一输入光束以及对于具有两个偏振态的第一输入光束，所述第一输出光束和所述第二输出光束合并的光功率基本上等于所述第一输入光束的光功率。
本发明还提供了一种产生光束的方法，所述方法包括：提供各向异性声光调制器；将第一输入光束导入所述声光调制器；向所述声光调制器施加控制信号，从而使所述声光调制器产生多个声波，所述声波作用于所述第一输入光束以产生具有不同频率和正交线偏振态的第一输出光束和第二输出光束，其中，对于具有一个偏振态的第一输入光束以及对于具有两个偏振态的第一输入光束，所述第一输出光束与所述第二输出光束合并的光功率基本上等于所述第一输入光束的光功率。
本发明还提供了一种干涉仪系统，包括：产生第一输入光束的光束源；设置为接收所述第一输入光束的各向异性声光调制器，其中，所述声光调制器包括多个换能器用于接收控制信号并产生多个声波，所述声波作用于所述第一输入光束以产生具有不同频率和正交线偏振态的第一输出光束和第二输出光束，对于具有一个偏振态的第一输入光束以及对于具有两个偏振态的第一输入光束，所述第一输出光束和所述第二输出光束合并的光功率基本上等于所述第一输入光束的光功率；用于基于所述第一输出光束和所述第二输出光束产生参考光束和测量光束的干涉仪光学器件；用于基于所述参考光束和所述测量光束确定运动信息的分析系统。
附图说明
图1是图示了根据本发明的第一实施例中，用于产生具有正交线偏振态的频移光束的系统的示意图。
图2是图示了根据本发明的第二实施例中，用于产生具有正交线偏振态的频移光束的系统的示意图。
图3是图示了根据本发明的第三实施例中，用于产生具有正交线偏振态的频移光束的系统的示意图。
图4是图示了根据本发明的第一实施例中光束的合并的示意图。
图5是图示了根据本发明的第二实施例中光束的合并的示意图。
图6是图示了根据本发明的一种实施例中的干涉仪系统的框图。
图7是图示了根据本发明的第四实施例中，用于产生具有正交线偏振态的频移光束的系统的示意图。
具体实施方式
下面的详细说明将参考附图，附图构成说明书的一部分，并示出了根据本发明的具体和示例性的实施例。应当理解，在不脱离权利要求范围的情况下，也可以使用其他实施例，并可以进行结构或逻辑上的改变。因此，下面的详细说明没有限制性意义，本发明的范围由权利要求限定。
图1是图示了根据本发明的第一实施例中，用于产生具有正交线偏振态的两个频移光束的系统100A的示意图。系统100A包括激光源(激光器)102和声光调制器(AOM)108。激光器102用作外差光束104的光源，所述外差光束104具有正交线偏振(例如水平和垂直)的两个不同的频率成分(f1和f2)。具有垂直偏振态的光束或光束成分，例如光束成分106A，在图中用上下方向的箭头表示，具有水平偏振态的光束或光束成分，例如光束成分106B，由圆圈表示。激光器102的示例性实施例是可商业获得的He-Ne激光器，例如可以从Agilent Technologies，Inc.获得的5517B型，它使用Zeeman分裂来在同一激光腔内产生两个频率成分。Zeeman分裂在此情况下可产生频率为f1和f2的频率成分，频率差(f2-f1)约为2MHz。两个频率成分f1和f2具有相反的圆偏振态，并用四分之一波片来改变这些频率成分的偏振态使得两个频率成分具有正交的线偏振态。在另一种具体实施例中，激光器102是双模稳频激光器。Zeeman激光器的频率稳定性比使用双模稳频方法的激光器更好。
在图示的实施例中，AOM 108是由TeO2单轴晶体制成的各向异性低频切变波AOM。适用于实现AOM 108的一种AOM器件示例是总部位于5263 Port Royal Road，Springfield，VA 22151的Isomet Corporation(www.isomet.com)生产的FS1102AOM。AOM 108包括用于接收控制信号的电声换能器110。电声换能器110将电信号转换为声波，该声波是经过AOM 108的晶体发射的。换能器110以频率相同或不同的两个声波激励AOM 108，并且在声波的传播方向之间具有小的夹角(即两个波具有图1中由K1和K2表示的不同传播矢量)。使用两个声波或光束使两个输入光束成分106A和106B都可以存在正确的相位匹配。声波中的第一个作用于正交偏振激光源光束104的水平偏振态106B上，声波中的第二个相位匹配到光源光束104的垂直偏振态106A。
对于在AOM 108的晶体中具有指定传播方向的激光束104，激光场可以按照偏振态分解为两个成分。成分之一称为寻常波，而另一个称为非常波。寻常波的传播速度与非常波的传播速度不同。如果在AOM 108的晶体中没有声波场，则寻常波和非常波保持它们的传播方向和它们的偏振态。激光束104的传播方向和AOM 108的晶体中的声波场选择为使输入激光束104中的非常波相位匹配为将由声波场之一降频转换(衍射)为寻常波。同时，输入激光束104中的寻常波相位匹配为将由另一个声波场升频转换(衍射)为非常波。
AOM 108工作于低频切变模式。AOM 108将两个输入光束成分106A和106B沿相反方向衍射，从而产生对应于成分106A的正一级光束114A和对应于成分106B的负一级光束114B。AOM 108使成分106A的频率增加，成分106B的频率减小，并使两种成分106A和106B的偏振态旋转90度。最终效果是尽管两种输入光束成分106A和106B都改变了偏振态(即水平变成了垂直，垂直变成了水平)，但是光束仍然是正交偏振的，并具有由下式I给出的频率差：
式I
fsplit＝(f1+faomtransducer1)-(f2-faomtransducer2)
其中：
fsplit＝光束114A的频率与光束114B的频率之差；
f1＝光束成分106A的频率；
f2＝光束成分106B的频率；
faomtransducer1＝供给换能器110的第一信号的频率；
faomtransducer2＝供给换能器110的第二信号的频率。
在根据本发明的一种具体实施例中，faomtransducer1和faomtransducer2都在约10到450MHz的范围内。在图1所示的实施例中，faomtransducer1与faomtransducer2相等，在图1中这个相等的频率用“fAOM”项表示。
例如，如果向换能器110供给10MHz的RF控制信号，则两个输出光束114A和114B都将有10MHz的频移，但是方向相反(即正10MHz和负10MHz)，由此得到AOM 108引起的20MHz的频率分裂或频率差。如果Zeeman激光源102提供了2MHz的分裂(即|f2-f1|＝2MHz)，则系统100A为光束114A和114B提供的频率分裂(fsplit)总共是18MHz或22MHz。在根据本发明的一种具体实施例中，光束114A和114B总的频率分裂(fsplit)在8到30MHz范围内。
对于已经具有两个正交偏振态和频率的Zeeman分裂激光器102，使用各向异性AOM 108是最好的。在图1所示的实施例中，用一个低频各向异性AOM 108来增加输入光束成分106A与输入光束成分106B之间的频率差|f1-f2|。通过向AOM 108施加适当的频率，该实施例还可用于减小输入光束成分106A与输入光束成分106B之间的频率差|f1-f2|。在根据本发明的一种具体实施例中，光束114A和114B合并的光功率基本上与光束104的光功率相等。
图2是图示了根据本发明的第二实施例中，用于产生具有正交线偏振态的频移光束的系统100B的示意图。在图示的实施例中，系统100B包括与系统100A(图1)相同的激光源(激光器)102和声光调制器(AOM)108，图2所示的激光器102和AOM 108工作的方式与上面对于图1的说明相同。系统100B与系统100A之间的一个差异是系统100B还包括设在激光器102与AOM 108之间的第二AOM 202。AOM 202是高频各向同性AOM，它将光束104的两种成分106A和106B的频率上移或下移相同的量(例如30-500MHz)。
如上面对于图1的描述，AOM 108使光束104的第一成分106A的频率(f1)上移，并使光束104的第二成分106B的频率(f2)下移。在某些应用场合，AOM 108提供的频移可能不足以将激光器102与回馈隔离开。为了提供进一步的隔离，在激光器102与AOM 108之间增加了AOM202。AOM 202是各向同性高频AOM，它用于将光束104的两种成分106A和106B的频率上移同一个较大的量(例如80MHz)以提供更好的光隔离。由于AOM 202是各向同性的，所以正交光束成分106A和106B的偏振态不受AOM 202的影响。在根据本发明的一种具体实施例中，AOM 108和AOM 202是在一个封装中预先对准的。
AOM 202产生具有上移的频率成分(f1+fAOM1和f2+fAOM1)的输出光束204，其中fAOM1代表施加到AOM 202的信号频率(例如80MHz)。第一上移的频率成分206A(f1+fAOM1)具有垂直的线偏振态，第二上移的频率成分206B(f2+fAOM1)具有水平的线偏振态。从AOM202输出的光束204作为输入光束供给AOM 108。
在图2所示的实施例中，faomtransducer1(式I)与faomtransducer2(式I)相同，在图2中这个相等的频率用“fAOM2”项表示。AOM 108将光束204的第一成分206A(f1+fAOM1)的频率上移一个量fAOM2，并将第一成分的偏振态从垂直改为水平，得到频率为f1+fAOM1+fAOM2的水平偏振光束212A。类似，AOM 108将光束204的第二成分206B(f2+fAOM1)的频率下移一个量fAOM2，并将第二成分的偏振态从水平改为垂直，得到频率为f2+fAOM1-fAOM2的垂直偏振光束212B。
在图2所示的实施例中，光束212A由透镜214A耦合到光纤216A中，光束212B由透镜214B耦合到光纤216B中。光纤216A和216B将光束212A和212B向下游传送到合束单元，所述合束单元将光束212A和212B合并成为合并光束以用于测量位置处的干涉仪光学器件中。在根据本发明的一种具体实施例中，光纤216A和216B是偏振保持(PM)光纤。
使用光纤216A和216B使激光器102和AOM 108、202可以位于离干涉仪光学器件较远处，以使激光器102和AOM 108、202不影响干涉仪光学器件的热环境。将光束212A和212B分别在相应的独立光纤216A和216B上传递防止了偏振分量之间的串扰。使用光纤216A和216B向下游传递光还具有几个其他的优点，包括：(1)用光纤传递光时，不必对环境温度变化引起的方向稳定性问题进行补偿；(2)无需额外的光学器件来使光束216A和216B共心，共线要求也宽松得多；以及(3)光纤传递与系统100B提供的分裂量更大的频率相结合，减少或消除了下游的测量平台区域处使用电子器件的需求，而所述电子器件可能产生热。
在图2所示的实施例中，AOM 202是各向同性AOM。在另一种实施例中，AOM 202是各向异性AOM，它使两种光束成分106A和106B的偏振态都发生改变。
在图2所示的实施例中，AOM 202设在激光器102与AOM 108之间。在另一种实施例中，AOM 202设在AOM 108与透镜214A和214B之间。
图3是图示了根据本发明的第三实施例中，用于产生具有正交线偏振态的频移光束的系统100C的示意图。在图示的实施例中，系统100C包括与系统100B(图2)相同的激光源(激光器)102和声光调制器(AOM)108和202，图3所示的激光器102和AOM 108、202工作的方式与上面对于图2的说明相同。系统100C与系统100B之间的一个差异是系统100C包括双折射复合棱镜或光楔302，而不是图2中所示的透镜214A和214B以及光纤216A和216B。
各向异性AOM 108比前面使用单一各向同性AOM的解决方案具有更大的衍射角，所以如果不使用光纤传递，则应当解决输出光束212A和212B的共心(不止是共线)。在图3所示的实施例中，共线角是由双折射复合棱镜302调整的。棱镜302接收来自AOM 108的光束212A和212B，并将这些光束212A和212B重新定向以产生相应的平行光束306A和306B。棱镜302的光轴在图3中示于304处。两个光束212A和212B在入射和出射的棱镜/空气界面处发生不同的折射，并对棱镜302进行适当的定位使输入光束212A和212B成为相应的平行光束306A和306B。射出AOM 108的光束212A和212B是正交偏振的，所以复合棱镜302中损耗的光非常少。
图4是图示了根据本发明的第一实施例中对平行光束的合并的示意图。如图4所示，将棱镜302(图3)产生的平行光束306A和306B供给透镜402。透镜402合并光束306A和306B，从而产生导向偏振保持光纤404的合并光束。光纤404将合并光束向下游传送到测量位置处的干涉仪光学器件。
图5是图示了根据本发明的第二实施例中对平行光束的合并的示意图。如图5所示，将棱镜302(图3)产生的平行光束306A和306B供给走离(walk off)棱镜502。走离棱镜502使光束306A和306B“走”回一起以使它们共心，从而产生合并光束504。合并光束504具有水平偏振的一种成分506A和垂直偏振的另一种成分506B。将合并光束504供给测量位置处的干涉仪光学器件。调整棱镜302的倾斜可以补偿走离棱镜缺陷对共线性引起的任何误差。
图6是图示了根据本发明的一种实施例中，双频干涉仪系统600的框图。干涉仪600包括激光源102、AOM 108、透镜602A和602B、光纤650和655、合束单元660、分析系统680和干涉仪光学器件690。激光器102和AOM 108象上面对图1的说明一样工作以产生正交线偏振的光束114A和114B。激光器102用Zeeman分裂产生外差光束104，各向异性AOM 108将两种光束成分106A和106B的偏振态翻转，并增加两种光束成分106A和106B之间的频率差，从而产生正交线偏振的光束114A和114B。在一种实施例中，系统600设置为自由光束系统而不是如图6所示使用光纤传递。在另一种实施例中，如图2和图3所示以及上文所述，系统600包括设在激光器102与各向异性AOM 108之间或者AOM 108之后的第二AOM 202。
在图6所示的实施例中，透镜602A和602B分别将光束114A和114B聚焦到单独的偏振保持光纤650和655中。偏振保持光纤650和655将光束114A和114B传递到合束单元660，所述合束单元660将两个光束导向合束器670中。
使用光纤650和655使激光器102和AOM 108可以安装在离开干涉仪光学器件690的地方。因此，激光器102和AOM 108中产生的热量不会对干涉仪光学器件690的热环境造成扰动。此外，激光102和AOM 108无需具有相对于干涉仪光学器件690固定的位置，这在被测目标699附近空间有限的应用场合中具有很大的好处。
合束单元660将来自光纤650和655的输入光束114A(INR)和输入光束114B(INT)精确对准以便在合束器670中合并形成共线的输出光束COut。合束器670可以是镀膜的偏振分束器反过来使用。合并光束Cout输入到干涉仪光学器件690。在干涉仪光学器件690中，分束器675将部分光束COut反射到分析系统680，分析系统680用分束器675中反射的光的两种频率成分作为第一参考光束和第二参考光束。合并光束COut的剩余部分可以在进入偏振分束器692之前由扩束器(未示出)扩大尺寸。
偏振分束器692反射偏振态之一(即一个频率的光束)以形成经过光学器件696导向参考反射器698的第三参考光束，并透射另一个线偏振态(即另一个频率)作为经过光学器件696朝向被测目标699的测量光束。在干涉仪光学器件690的一种可替换形式中，偏振分束器透射形成测量光束的成分并反射形成参考光束的成分。
被测目标699的运动引起测量光束中的相位改变，所述相位改变是分析系统680通过将测量光束与第三参考光束合并形成拍信号来测量的。为了精确确定目标699的运动引起的相位改变，可以将拍信号的相位与参考拍信号的相位进行比较，所述参考拍信号是通过合并第一参考光束与第二参考光束产生的。分析系统680分析相位改变以确定目标699的速度和/或其运动的距离。
图7是图示了根据本发明的第四实施例，用于产生具有正交线偏振态的频移光束的系统100D的示意图。在图示的实施例中，系统100D包括与系统100A-C相同的声光调制器(AOM)108，但是系统100D使用与系统100A的激光器102不同的激光器702。在图7所示的实施例中，激光器702作为光束704的光源，所述光束704具有单一线偏振态的一个频率(f1)。在图示的实施例中，单一的线偏振态是45度偏振的，在图7中由箭头706表示。
AOM 108作为偏振分束器并将输入光束704分为水平偏振光束成分和垂直偏振光束成分。AOM 108将这两个正交偏振的光束成分沿相反方向衍射，从而产生正一级光束714A和负一级光束714B。AOM 108使一个光束成分的频率增加，另一个光束成分的频率减小，并使两种光束成分的偏振态旋转90度。最终效果是尽管两种光束成分都改变了偏振态(即水平变成了垂直，垂直变成了水平)，但是光束仍然是正交偏振的，并具有由下式II给出的频率差：
式II
fsplit＝(f1+faomtransducer1)-(f1-faomtransducer2)
其中：
fsplit＝光束714A的频率与光束714B的频率之差；
f1＝光束704的频率；
faomtransducer1＝供给换能器110的第一信号的频率；并且
faomtransducer2＝供给换能器110的第二信号的频率。
在根据本发明的一种具体实施例中，faomtransducer1和faomtransducer2都在约10到450MHz的范围内。在图7所示的实施例中，faomtransducer1与faomtransducer2相等，在图7中这个相等的频率用“fAOM”项表示。
例如，如果向换能器110供给10MHz的RF控制信号，则两个输出光束714A和714B都将有10MHz的频移，但是方向相反(即正10MHz和负10MHz)，由此得到AOM 108引起的20MHz的频率分裂或频率差。在根据本发明的一种具体实施例中，光束714A和714B总的频率分裂(fsplit)在8到30MHz范围内。
在根据本发明的另一种实施例中，输入光束704的偏振态不是45度的。不管对于光束704选择何种偏振态，当光束704进入AOM 108的晶体时，偏振态被分解为两个正交的本征偏振态。每种本征偏振态的光功率取决于输入光束704的偏振态。在本发明的一种形式中，位于与AOM 108的晶体的光轴45度方向上的线偏振态用于光束704，因为它产生光功率相同的两个输出光束714A和714B。在根据本发明的一种具体实施例中，光束714A和714B合并的光功率基本上与光束704的光功率相等。
在根据本发明的另一种实施例中，如图2和图3所示以及上文所述，系统100D包括设在激光器702与各向异性AOM 108之间或AOM 108之后的第二AOM 202。在根据本发明的一种具体实施例中，干涉仪系统600(图6)使用单频、单偏振激光器例如激光器702，而不是图6所示的双频、双偏振激光器102。
根据本发明的具体实施例具有超过现有解决方案的一些优点。根据本发明的具体实施例显著节省了光功率，可以在更小的空间中实现，并具有比现有解决方案更好的光学隔离。在各向异性低频AOM器件108中，相互作用长度更短，与使用单一各向同性AOM器件的现有解决方案相比，光束射出AOM 108时的分离角更大。这些特性都使最终产品的封装更小、更紧凑。更短的相互作用长度意味着AOM器件108可以小得多。更大的分离角意味着不期望的光束可以在更短的距离内被挡掉。AOM 108产生的两个光束都有频移，所以对于激光器102，AOM 108是比使用单一各向同性AOM的现有解决方案更好的光隔离器。
由于不在AOM器件108之前使用偏振分束器将单偏振光束分为两个正交偏振光束并变更光束的方向，根据本发明的具体实施例的复杂程度比使用两个高频AOM的现有解决方案更低。此外，AOM 108比许多现有解决方案更有区别之处在于，AOM 108使用各向异性相互作用，而不是以前的这些解决方案中所用的各向同性相互作用。
在一种现有的途径中，将各向异性AOM与前后两个声频一起使用以从单偏振光源产生正交偏振的频移光束。相反，根据本发明使用双声波AOM 108的实施例，不是从一个输入偏振态产生两个正交偏振态，而是在对一个光束进行上移、对另一个光束进行下移的同时，AOM 108在整个器件108中都保持激光器102的两个偏振态。
在根据本发明的其他具体实施例中，AOM 108设置为从单偏振光源产生正交偏振的频移光束。不管AOM 108是与单偏振光源还是双偏振光源如Zeeman激光器结合使用，根据一种具体实施例的AOM 108都维持或保持了供给AOM 108的输入光束的光功率。因此，在这两种情况中，射出AOM 108的输出光束合并的光功率基本上与进入AOM 108的输入光束的光功率相同。
尽管此处已经对具体的实施例进行了图示和说明，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明的范围的情况下，可以用各种变化和/或等效的实现方式代替所示和所述的具体实施例。本申请意在覆盖此处所述具体实施例的任何改变和变化。因此，本发明应当理解为仅由权利要求及其等价物所限制。

Claims (40)

1.一种光源系统，包括：
产生第一输入光束的光束源；
设置为接收所述第一输入光束的各向异性声光调制器，其中，所述声光调制器包括多个换能器用于接收控制信号并产生相应的声波，所述声波作用于所述第一输入光束以产生具有不同频率和正交线偏振态的第一输出光束和第二输出光束；
其中，对于具有一个偏振态的第一输入光束以及对于具有两个偏振态的第一输入光束，所述第一输出光束和所述第二输出光束合并的光功率基本上等于所述第一输入光束的光功率。
2.根据权利要求1所述的光源系统，其中，所述第一输入光束包括第一光束成分和第二光束成分，所述第一成分具有第一线偏振态和第一频率，所述第二成分具有第二线偏振态和第二频率，其中，所述第一线偏振态和所述第二线偏振态正交。
3.根据权利要求2所述的光源系统，其中，所述声光调制器能够响应于控制信号改变所述第一光束成分和所述第二光束成分的偏振态和频率，从而产生分别对应于所述第一成分和所述第二成分的所述第一输出光束和所述第二输出光束。
4.根据权利要求3所述的光源系统，其中，所述第一输出光束具有所述第二线偏振态，所述第二输出光束具有所述第一线偏振态。
5.根据权利要求3所述的光源系统，其中，所述声光调制器设置为将所述第一光束成分的频率增加第一数量并将所述第二光束成分的频率减小第二数量。
6.根据权利要求5所述的光源系统，其中，所述第一数量和所述第二数量各自都在约10到450MHz范围内。
7.根据权利要求6所述的光源系统，其中，所述第一数量和所述第二数量是相同的。
8.根据权利要求1所述的光源系统，其中，所述第一输入光束是单频、单偏振的光束。
9.根据权利要求8所述的光源系统，其中，所述声光调制器由所述第一输入光束产生第一光束成分和第二光束成分，所述第一成分具有第一线偏振态，所述第二成分具有第二线偏振态，其中，所述第一线偏振态与所述第二线偏振态正交。
10.根据权利要求9所述的光源系统，其中，所述声光调制器能够响应于控制信号改变所述第一光束成分和所述第二光束成分的偏振态和频率，从而产生分别对应于所述第一光束成分和所述第二光束成分的所述第一输出光束和所述第二输出光束。
11.根据权利要求10所述的光源系统，其中，所述第一输出光束具有所述第二线偏振态，所述第二输出光束具有所述第一线偏振态。
12.根据权利要求10所述的光源系统，其中，所述声光调制器设置为将所述第一光束成分的频率增加第一数量并将所述第二光束成分的频率减小第二数量。
13.根据权利要求12所述的光源系统，其中，所述第一数量和所述第二数量各自都在约10到450MHz范围内。
14.根据权利要求12所述的光源系统，其中，所述第一数量和所述第二数量是相同的。
15.根据权利要求1所述的光源系统，其中，所述声波中的第一声波与所述输入光束的第一光束成分相互作用，所述声波中的第二声波与所述输入光束的第二光束成分相互作用。
16.根据权利要求1所述的光源系统，其中，所述光束源包括激光器。
17.根据权利要求16所述的光源系统，其中，所述激光器包括Zeeman激光器。
18.根据权利要求16所述的光源系统，其中，所述激光器包括双模稳频激光器。
19.根据权利要求16所述的光源系统，其中，所述激光器是单频、单偏振激光器。
20.根据权利要求1所述的光源系统，还包括至少一个光纤，所述光纤设置为接收来自所述声光调制器的所述第一输出光束和所述第二输出光束。
21.根据权利要求1所述的光源系统，还包括双折射棱镜，所述双折射棱镜设置为从所述声光调制器接收所述第一输出光束和所述第二输出光束并使所述第一输出光束和所述第二输出光束平行。
22.根据权利要求21所述的光源系统，还包括至少一个光纤，所述光纤设置为从所述双折射棱镜接收所述平行的第一输出光束和第二输出光束。
23.根据权利要求21所述的光源系统，还包括走离棱镜，所述走离棱镜设置为使所述平行的第一输出光束和第二输出光束合一起成为合并光束。
24.根据权利要求1所述的光源系统，还包括各向同性声光调制器。
25.根据权利要求24所述的光源系统，其中，所述各向同性声光调制器设置为将所述输入光束的频率改变第一数量。
26.根据权利要求25所述的光源系统，其中，所述第一数量在约30到500MHz的范围内。
27.根据权利要求24所述的光源系统，其中，所述各向异性声光调制器和所述各向同性声光调制器在一个封装中预先对准。
28.一种产生光束的方法，所述方法包括：
提供各向异性声光调制器；
将第一输入光束导入所述声光调制器；
向所述声光调制器施加控制信号，从而使所述声光调制器产生多个声波，所述声波作用于所述第一输入光束以产生具有不同频率和正交线偏振态的第一输出光束和第二输出光束，其中，对于具有一个偏振态的第一输入光束以及对于具有两个偏振态的第一输入光束，所述第一输出光束与所述第二输出光束合并的光功率基本上等于所述第一输入光束的光功率。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述第一输入光束包括第一光束成分和第二光束成分，所述第一成分具有第一线偏振态和第一频率，所述第二成分具有第二线偏振态和第二频率，其中，所述第一线偏振态和所述第二线偏振态正交。
30.根据权利要求29所述的方法，其中，所述声波改变所述第一光束成分和所述第二光束成分的偏振态和频率，从而产生分别对应于所述第一光束成分和所述第二光束成分的所述第一输出光束和所述第二输出光束。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，所述第一输出光束具有所述第二线偏振态，所述第二输出光束具有所述第一线偏振态。
32.根据权利要求30所述的方法，其中，所述声波将所述第一光束成分的频率增加第一数量并将所述第二光束成分的频率减小第二数量。
33.根据权利要求30所述的方法，其中，所述声波中的第一声波与所述第一光束成分相互作用，所述声波中的第二声波与所述第二光束成分相互作用。
34.根据权利要求28所述的方法，其中，所述第一输入光束是单频、单偏振光束。
35.根据权利要求34所述的方法，其中，所述声光调制器由所述第一输入光束产生第一光束成分和第二光束成分，所述第一成分具有第一线偏振态，所述第二成分具有第二线偏振态，所述第一线偏振态与所述第二线偏振态正交。
36.根据权利要求35所述的方法，其中，所述声光调制器能够响应于所述控制信号改变所述第一光束成分和所述第二光束成分的偏振态和频率，并从而产生分别对应于所述第一光束成分和所述第二光束成分的第一输出光束和第二输出光束。
37.根据权利要求36所述的方法，其中，所述第一输出光束具有所述第二线偏振态，所述第二输出光束具有所述第一线偏振态。
38.根据权利要求36所述的方法，其中，所述声光调制器能够将所述第一光束成分的频率增加第一数量并将所述第二光束成分的频率减小第二数量。
39.根据权利要求38所述的方法，其中，所述第一数量和所述第二数量是相同的。
40.一种干涉仪系统，包括：
产生第一输入光束的光束源；
设置为接收所述第一输入光束的各向异性声光调制器，其中，所述声光调制器包括多个换能器用于接收控制信号并产生多个声波，所述声波作用于所述第一输入光束以产生具有不同频率和正交线偏振态的第一输出光束和第二输出光束，对于具有一个偏振态的第一输入光束以及对于具有两个偏振态的第一输入光束，所述第一输出光束和所述第二输出光束合并的光功率基本上等于所述第一输入光束的光功率；
用于基于所述第一输出光束和所述第二输出光束产生参考光束和测量光束的干涉仪光学器件；
用于基于所述参考光束和所述测量光束确定运动信息的分析系统。
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