DD201191B1 - KIPPINVARIANT INTERFEROMETER WITH LEVELS MIRROR - Google Patents
KIPPINVARIANT INTERFEROMETER WITH LEVELS MIRROR Download PDFInfo
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Description
Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings
Die vorliegende Erfindung kann überall dort angewendet werden, wo die zu messende technisch-physikalische Große eine Änderung des optischen Gangunterschiedes bewirkt Das ist ζ B bei allen Messungen der Meßgroße Lange der Fall, es trifft auch zu fur die Messung der Brechzahl, des Druckes, der Zusammensetzung von Gasen oder die Messung der Kraft, sofern deren Wirkung die Änderung einer geometrischen Abmessung eines Korpers verursacht Insbesondere eröffnet die Erfindung die Möglichkeit, Meßobjekte mit gut reflektierender Oberflache, ζ B alle Bauelemente der Optik, wie Linsen, Prismen, Spiegel, auf Ebenheit zu prüfende Flachen oder ftfeliebige andere Meßobjekte direkt mit dem Meßstrahl des Interferometers optisch berührungslos und punktförmig anzutastenThe present invention can be applied wherever the technical-physical quantity to be measured causes a change in the optical path difference. This is the case for all measurements of the measured variable. It is also true for the measurement of the refractive index, the pressure, the Composition of gases or the measurement of force, if their effect causes the change of a geometric dimension of a body In particular, the invention opens up the possibility of DUTs with good reflective surface, alle B all components of the optics, such as lenses, prisms, mirrors, on flatness to test surfaces or other commercially available test objects directly with the measuring beam of the interferometer optically non-contact and punctiform
Es sind, insbesondere hervorgerufen durch die Entwicklung der Lasertechnik, verschiedene Interferometer bekannt Diesen Interferometern ist gemeinsam, daß sie uberfotoelektnsche Empfanger und diesen nachgeschaltete Baugruppen verfugen, die eine automatische vorzeichenrichtige Registrierung der Änderungen des optischen Gangunterschiedes ermöglichen Diese Eigenschaft der Interferomter kann auf zwei Wegen erreicht werdenVarious interferometers are known, in particular as a result of the development of laser technology. These interferometers have in common that they have over-optical receivers and downstream assemblies which allow automatic registration of changes in the optical path difference. This property of the interferometers can be achieved in two ways
1 Das Interferometer erzeugt am Ort der fotoelektrischen Empfanger ein Interferenzbild mit kleinem Ordnungsabstand und die Fotoempfanger werden in diesem Interferenzbild geometrisch so angeordnet, daß bei Änderung der Meßgroße die von ihnen abgegebenen elektrischen Ausgangssignale zueinander 90° phasenverschoben sind Diese Phasenverschiebung ist notwendig fur die automatische vorzeichenrichtige Registrierung der Gangunterschiedsanderungen 2 Das Interferometer erzeugt an den fotoelektrischen Empfangern ein Interferenzbild mit großem Ordnungsabstand und die 90°1 The interferometer generates an interference image with a small ordnungsabstand at the location of the photoelectric receiver and the photodetectors are geometrically arranged in this interference pattern so that when you change the Meßgröße the output of them output electrical signals are 90 ° out of phase with each other This phase shift is necessary for the automatic registration correct registration of the retardation changes 2 The interferometer generates at the photoelectric receivers an interference pattern with large order distance and the 90 °
phasenverschobenen Signale werden mit polansationsoptischen und optisch-doppelbrechendem Bauelementen erzeugt Gemeinsam ist beiden Interferometerarten, daß das gewählte Interferenzbild wahrend der gesamten Messung unverändert erhalten bleiben muß, weil sonst Störungen im Vor-Ruckwarts-Zahlvorgang auftreten Bei dem erstgenannten Interferometertyp werden zumeist Fizeau-Interferenzen zwischen ebenen Spiegeln in einem reellen oder virtuellen Kiel erzeugt Der Ordnungsabstand ist vom Winkel zwischen den Spiegeln abhangig Ändert sich dieser Winkel wahrend der Messung, dann ändert sich auch der Ordnungsabstand und damit die Phasenverschiebung zwischen den elektrischen Ausgangssignalen der Empfanger Damit dieser Fall nicht eintritt, werden die Spiegel räumlich fest angeordnet und man verwendet Tripelprismen als bewegliche reflektierende Elemente Werden dagegen ebene Spiegel als bewegliche reflektierende Elemente benutzt, benotigt man fur deren Bewegung Prazisionsfuhrungen, da Kippungen der Spiegel um wenige Winkelsekunden schon beträchtliche Phasenfehler im Vor-Ruckwarts-Zahlverfahren verursachenphase-shifted signals are generated with polansationsoptischen and optically birefringent components common to both types of interferometer that the selected interference pattern must remain unchanged during the entire measurement, otherwise disturbances in the Vor-Rückwarts-Zahlvorgang occur In the former interferometer type usually Fizeau interference between planes Mirrors generated in a real or virtual keel The order distance is dependent on the angle between the mirrors If this angle changes during the measurement, then the order distance and thus the phase shift between the electrical output signals of the receiver changes. This case does not occur, the mirrors spatially fixed and you use triple prisms as movable reflective elements However, if plane mirrors are used as movable reflective elements, you need to be guided in their movement because tilting the mirror by a few arc seconds already cause considerable phase errors in the back-to-back payment method
Im zweiten Falle stehen die Spiegel, zwischen denen das Interferenzbild erzeugt wird, parallel zueinander. Meßfehler entstehen, sofern diese Spiegel eine von der parallelen Stellung abweichende Lage einnehmen, so daß man auch hier die kippinvarianten Eigenschaften von Tripelprismen als bewegliche reflektierende Elemente verwendet. Nachteilig an diesen Verfahren ist, daß einerseits zwei Flächen in eine genau definierte Lage (Winkel oder Parallelität) zueinander gebracht werden müssen und andererseits Tripelprismen verwendet werden, an deren Herstellungstechnologie ebenfalls hohe Anforderungen zu stellen sind. Die zulässigen Toleranzen der Winkel zwischen den drei reflektierenden Flächen eines für interferometrische Zwecke verwendeten Tripelprismas liegen bei wenigen Winkelsekunden. Werden sie überschritten, wirkt das Tripelprisma im optischen Strahlweg wie ein Glaskeil und verändert seinerseits den Ordnungsabstand im Interferenzbild. Weiterhin kann bei diesen Meßverfahren infolge der Verwendung von Tripelprismen das Meßobjekt nur mechanisch angetastet werden. Dadurch sind in jedem Falle die Unsicherheiten des mechanischen Kontaktes wie Deformationen am Prüfling, die durch die Meßkraft des Tastbolzens ausgeübt werden, Änderungen der Meßkraft infolge Reibung und Hysterese, im Meßergebnis enthalten.In the second case, the mirrors, between which the interference image is generated, are parallel to each other. Measuring errors occur if these mirrors occupy a position deviating from the parallel position, so that here too the tilt-invariant properties of triple prisms are used as movable reflecting elements. A disadvantage of this method is that on the one hand two surfaces must be brought into a well-defined position (angle or parallelism) to each other and on the other hand triple prisms are used, in whose manufacturing technology also high demands are to be made. The permissible tolerances of the angles between the three reflecting surfaces of a triple prism used for interferometric purposes are only a few angular seconds. If they are exceeded, the triple prism in the optical beam path acts like a glass wedge and in turn alters the order spacing in the interference pattern. Furthermore, in this measuring method due to the use of triple prisms, the test object can only be touched mechanically. As a result, the uncertainties of the mechanical contact such as deformations on the test piece, which are exerted by the measuring force of the Tastbolzens, changes in the measuring force due to friction and hysteresis included in the measurement result in any case.
Es ist noch eine dritte Gruppe von Interferometern bekannt, die die Ebenheitsprüfung von optisch-hochwertigen Flächen gestattet. Bei diesen Interferometern werden die zu prüfenden Flächen ebenfalls optisch-berührungslos angetastet, und es wird zumeist ein flächenhaftes Interferenzbild über der gesamten zu prüfenden Fläche erzeugt. Der Nachteil dieser Interferometer besteht darin, daß die Auswertung des Interferenzbildes visuell vorgenommen werden muß und eine Anwendung des automatischen Vor-Rückwärts-Zählverfahrens nicht möglich ist.There is still a third group of interferometers known which allows the evenness testing of optically high-quality surfaces. In these interferometers, the surfaces to be tested are also optically contact-touched, and it is usually an area interference image generated over the entire surface to be tested. The disadvantage of these interferometers is that the evaluation of the interference pattern must be made visually and an application of the automatic backwards counting method is not possible.
Ziel der Erfindung ist es, ein Interferometer zur Messung kleiner Längen bis etwa 100 mm anzugeben, bei dem unter Verzicht auf Tripelprismen ebene Spiegel als bewegliche reflektierende Elemente verwendet werden können und dennoch eine Winkelbeweglichkeit dieser Spiegel in weiten Grenzen, für die meisten technischen Anwendungen völlig ausreichend, erlaubt ist. Damit kann auf optische und feinmechanische Präzisionstechnologien weitgehend verzichtet werden, wodurch der Kostenaufwand je Interferometer wesentlich verringert wird. Weiterhin können Meßobjekte mit gut reflektierender Oberfläche durch den Meßstrahl direkt und punktförmig angetastet werden, ohne daß eine präzise Justierung dieses Meßobjektes bezüglich einer Referenzfläche erforderlich ist.The aim of the invention is to provide an interferometer for measuring small lengths up to about 100 mm, in which waiving triple prisms plane mirror can be used as movable reflective elements and yet an angular mobility of these mirrors within wide limits, completely sufficient for most technical applications , allowed is. This can be largely dispensed with optical and precision mechanical precision technologies, whereby the cost per interferometer is significantly reduced. Furthermore, measuring objects with a highly reflective surface can be directly and punctiformly scanned by the measuring beam, without requiring a precise adjustment of this measuring object with respect to a reference surface.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Interferometer zu schaffen, bei dem die Phasenlage der elektrischen Signale, die von den fotoelektrischen Empfängern eines Interferometers abgegeben werden, konstant ist und unabhängig von der Winkellage der die Interferenz erzeugenden Spiegelflächen^Vobei als Meß- und Referenzspiegel vorzugsweise ebene Spiegel verwendet werden können, wenn die optischen Schwerpunkte der Empfänger nur von homologen Strahlpaaren getroffen werden.The invention has for its object to provide an interferometer in which the phase position of the electrical signals that are emitted by the photoelectric receivers of an interferometer, is constant and regardless of the angular position of the interference-generating mirror surfaces ^ Vobei as the measuring and reference mirror preferably level mirrors can be used if the optical focal points of the receiver are hit only by homologous beam pairs.
Das Interferometer besteht aus einem ersten Strahlteiler zur Aufteilung des von der Lichtquelle ankommenden Lichtstrahls in Meß- und Referenzstrahl, zwei ebenen Spiegeln zur Reflexion der Meß- und Referenzstrahlen, polarisationsoptischen und optisch-doppelbrechenden Bauelementen und einem zweiten Strahlteiler zur Aufteilung der bereits zur Interferenz gebrachten Teilstrahlen auf fotoelektrische Empfänger. Die beim auftreffen eines Strahls auf eine Strahlteilerschicht entstehenden Teilstrahlen werden als homologes Strahlpaar bezeichnet. An der ersten Strahlteilerschicht werden aus dem von der Lichtquelle ankommenden Strahl beispielsweise der Meß- und Referenzstrahl als homologes Strahlpaar erzeugt. An der zweiten Strahlteilerschicht werden zwei homologe Strahlpaare erzeugt. Eines davon ergibt sich aus der Teilung des Referenzstrahls und das andere aus der Teilung des Meßstrahls.The interferometer consists of a first beam splitter for dividing the light beam arriving from the light source into measuring and reference beams, two plane mirrors for reflecting the measuring and reference beams, polarization optical and optically birefringent components and a second beam splitter for splitting the partial beams already brought into interference on photoelectric receiver. The partial beams produced when a beam strikes a beam splitter layer are referred to as a homologous beam pair. At the first beam splitter layer, for example, the measuring and reference beam are generated as a homologous beam pair from the beam arriving from the light source. Two homologous beam pairs are generated at the second beam splitter layer. One of them results from the division of the reference beam and the other from the division of the measuring beam.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die fotoelektrischen Empfänger in bezug auf die optischen Bauelemente des Interferometers und den einfallenden Lichtstrahl in besonderer Weise justiert werden. Man kann den fotoelektrischen Empfänger so betrachten, daß seine fotoelektrisch-aktive Fläche auf einen Punkt, den optischen Schwerpunkt, konzentriert sei. Gemäß der Erfindung werden die optischen Schwerpunkte der Empfänger so justiert, daß sie nur von homologen Strahlpaaren getroffen werden. Stehen Meß- und Referenzspiegel senkrecht aufeinander, sind die aus Meß- und Referenzstrahl erzeugten homologen Strahlpaare deckungsgleich. Nimmt der Meßspiegel eine andere Winkellage ein, erzeugen Meß-und Referenzstrahl an der zweiten Strahlteilerschicht homologe Strahlpaare, die zueinander unter einem Winkel liegen. Bei einer Bewegung des Meßspiegels in Richtung des Meßstrahls ist die Phasenlage zwischen den elektrischen Signalen der fotoelektrischen Empfänger unabhängig von der Winkellage zwischen beiden ebenen Spiegeln im gesamten Bewegungsbereich des Meßspiegels konstant und die Phasendifferenz ist Null.According to the invention the object is achieved in that the photoelectric receiver with respect to the optical components of the interferometer and the incident light beam are adjusted in a special way. It is possible to observe the photoelectric receiver so that its photoelectrically active surface is concentrated on one point, the optical center of gravity. According to the invention, the optical focuses of the receivers are adjusted so that they are only hit by homologous beam pairs. If the measuring and reference mirrors are perpendicular to one another, the homologous pairs of beams generated from the measuring and reference beams are congruent. If the measuring mirror assumes a different angular position, the measuring and reference beams on the second beam splitter layer produce homologous beam pairs which are at an angle to one another. During a movement of the measuring mirror in the direction of the measuring beam, the phase position between the electrical signals of the photoelectric receiver is independent of the angular position between the two plane mirrors in the entire range of movement of the measuring mirror constant and the phase difference is zero.
Um die Vor-Rückwärts-Zählung zu ermöglichen, muß zwischen beiden Empfängersignalen eine konstante Phasendifferenz von 90° erzeugt werden. Das wird mit optisch-doppelbrechenden und polarisationsoptischen Bauelementen erreicht. Der von der monochromatischen Lichtquelle ankommende linear polarisierte Lichtstrahl trifft auf eineIn order to enable the count-up and count back, a constant phase difference of 90 ° must be generated between the two receiver signals. This is achieved with optically birefringent and polarization-optical components. The linearly polarized light beam arriving from the monochromatic light source strikes a
—-Platte aus optisch doppelbrechendem Material. Die Schwingungsrichtung des Lichtstrahls liegt zu den beiden- Plate made of optically birefringent material. The oscillation direction of the light beam lies with the two
in derin the
Platte möglichen Schwingungsrichtungen unter 450C. Dann erzeugt diePlate possible vibration directions below 45 0 C. Then the generated
—-Platte aus dem ankommenden linear polarisierten Licht zirkulär polarisiertes Licht. Dieses wird am ersten Strahlteiler in Referenz- und Meßstrahl aufgeteilt und in einem von beiden Strahlengängen befindet sich eine zweite- Plate from the incoming linearly polarized light circularly polarized light. This is split at the first beam splitter in reference and measuring beam and in one of the two beam paths is a second
Platte, die den Umlaufsinn der zirkulären Polarisation des betreffenden Strahls infolge des zweimaligenPlate, the sense of circulation of the circular polarization of the beam in question due to the two times
Durchlaufs umkehrt. Die Interferenz von rechts- und linkszirkular polarisiertem Licht nach dem ersten Strahlteiler ergibt linearRun reversed. The interference of right and left circularly polarized light after the first beam splitter results in linear
polarisiertes Licht, dessen Schwingungsebene vom Gangunterschied zwischen beiden interferierenden Teilstrahlen abhängt. Der durch Interferenz entstandene Strahl wird am zweiten Strahlteiler im gleichen Amplitudenverhältnis geteilt. Jeder dieser Teilstrahlen trifft auf einen Polarisator. Die Durchlaßrichtungen beider Polarisatoren stehen zueinander unter einem Winkel von 45°. Bei Bewegung des Meßspiegels in Meßrichtung sind die von den fotoelektrischen Empfängern abgegebenen Signale konstant um 90° phasenverschoben.polarized light whose plane of oscillation depends on the path difference between the two interfering partial beams. The resulting by interference beam is divided at the second beam splitter in the same amplitude ratio. Each of these partial beams hits a polarizer. The transmission directions of both polarizers are at an angle of 45 ° to each other. Upon movement of the measuring mirror in the measuring direction, the signals emitted by the photoelectric receivers are constantly phase-shifted by 90 °.
Bisher war davon ausgegangen worden, daß die fotoelektrisch-aktiven Flächen der fotoelektrischen Empfänger auf einen Punkt, den optischen Schwerpunkt, konzentriert seien. Unter dieser theoretischen Voraussetzung kann der Kippwinkel zwischen dem Referenzspiegel und dem Laufspiegel beliebig groß sein und der Vor-Rückwärts-Zählvorgang wird nicht außer Takt kommen, wenn die optischen Schwerpunkte der Empfänger homologe Strahlpaare abtasten. Obwohl dieser theoretisch angenommene Fall eines punktförmigen fotoelektrischen Empfängers durch die in letzter Zeit in integrierter Technologie hergestellten Empfänger mit fotoelektrisch-aktiven Flächen von wenigen μιπ! weitgehend angenähert wird, soll der Einfluß einer zwar kleinen, aber doch endlichen Empfängerfläche betrachtet werden. Endlich bedeutet in diesem Falle, daß die fotoelektrisch-aktive Empfängerfläche < 1 mm2 und quadratisch bzw. kreisförmig, also nicht linienförmig ist. Stehen Meß- und Referenzspiegel senkrecht zueinander, ist die Intensitätsverteilung an den fotoefektrischen Empfängern konstant. Kippt der Meßspiegel während der Meßbewegung, z.B. infolge Ungenauigkeit der Führung, entsteht eine sinusförmige Intensitätsverteilung, die von den Empfängern abgetastet wird. Bei kleinem Kippwinkel von wenigen Winkelsekunden wird der Ordnungsabstand groß sein im Verhältnis zur fotoelektrisch-aktiven Emfängerfläche und die sinusförmige Intensitätsverteilung wird quasi punktförmig durch den Empfänger abgetastet. Mit größer werdendem Kippwinkel des Meßspiegels wird der Ordnungsabstand kleiner und der Empfänger beginnt, über die sinusförmige Intensitätsverteilung zu integrieren. Dabei nimmt die Amplitude des vom Empfänger abgegeben elektrischen Signals ab. Die Amplitude ist Null, wenn der Ordnungsabstand gleich der fotoelektrisch-aktiven Empfängerfläche ist. Dieser Fall entspricht einer bestimmten Winkelstellung des Meßspiegels gegenüber dem Referenzspiegel und darf nicht überschritten werden. Der maximale Winkelbereich, in dem der Meßspiegel kippen darf, wird durch die geometrische Abmessung der fotoelektrisch-aktiven Empfängerfläche bestimmt.So far it had been assumed that the photoelectrically active surfaces of the photoelectric receiver are concentrated on one point, the optical center of gravity. Under this theoretical assumption, the tilt angle between the reference mirror and the mirror can be arbitrarily large, and the back-to-back counting will not be out of sync when the optical focal points of the receivers scan homologous beam pairs. Although this theoretically assumed case of a point-shaped photoelectric receiver by the recently produced in integrated technology receiver with photoelectrically active areas of a few μιπ ! is closely approximated, the influence of a small, but finite receiver surface is to be considered. Finally, in this case means that the photoelectrically active receiver surface <1 mm 2 and square or circular, so not linear. If the measuring and reference mirrors are perpendicular to one another, the intensity distribution at the photo-reflective receivers is constant. If the measuring mirror tilts during the measuring movement, eg as a result of inaccuracy of the guidance, a sinusoidal intensity distribution is produced, which is scanned by the receivers. At a small tilt angle of a few angular seconds, the order distance will be large in relation to the photoelectrically-active receiver surface and the sinusoidal intensity distribution is sampled in a quasi-point-like manner by the receiver. With increasing tilt angle of the measuring mirror, the order distance is smaller and the receiver begins to integrate over the sinusoidal intensity distribution. The amplitude of the electrical signal emitted by the receiver decreases. The amplitude is zero when the order spacing is equal to the photoelectrically active receiver area. This case corresponds to a certain angular position of the measuring mirror relative to the reference mirror and must not be exceeded. The maximum angular range in which the measuring mirror is allowed to tilt is determined by the geometric dimension of the photoelectrically-active receiver surface.
Tabelle 1 gibt in einigen Beispielen die zulässigen Kippwinkel α zu den Kantenlängen a der fotoelektrisch-aktiven Empfängerflächen für χ = 633 nm an.Table 1 indicates, in some examples, the allowable tilt angles α to the edge lengths a of the photoelectrically active receiver surfaces for χ = 633 nm.
Die ^"-Phasenverschiebung ist lediglich von der Justierung der fotoelektrisch-aktiven Empfängerflächen auf den einfallenden Strahl abhängig.The ^ "phase shift is only dependent on the adjustment of the photoelectrically active receiver surfaces to the incident beam.
ßie Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained with reference to an embodiment. In the accompanying drawings show:
Fig. 1: Ausführung des Interferometers als Zweistrahlinterferometer,1: embodiment of the interferometer as a two-beam interferometer,
Fig.2: Ausführung des Interferometers als Vielstrahl-Auflichtinterferometer.Fig.2: Design of the interferometer as a multi-beam Auflichtinterferometer.
Entsprechend Fig. 1 ist ein Laser 1 vorhanden, der einen monochromatischen Strahl 13 aussendet. Dieser Lichtstrahl durchsetzt eine aus optisch-doppelbrechendem Material bestehendeAccording to Fig. 1, a laser 1 is present, which emits a monochromatic beam 13. This light beam passes through an existing of optically birefringent material
—Platte 2 und trifft auf einen Teilerwürfel 4 mit Strahlteilerschicht 5. Die Strahlteilerschicht teilt den ankommenden 4Plate 2 and hits a splitter cube 4 with beam splitter layer 5. The beam splitter layer divides the incoming 4
Lichtstrahl im Verhältnis 1:1 in Referenzstrahl 15 und Meßstrahl 16. Der Referenzstrahl 15 wird durch die Teilerschicht 5 zum feststehenden und ebenen Referenzspiegel 6 reflektiert und gelangt von diesem zur Teilerschicht zurück. Der Meßstrahl 16 tritt durch die Teilerschicht 5 hindurch, wird an dem ebenen Meßspiegel 7 reflektiert und passiert zweimal dieLight beam in the ratio 1: 1 in reference beam 15 and measuring beam 16. The reference beam 15 is reflected by the splitter layer 5 to the fixed and planar reference mirror 6 and passes from this to the splitter layer. The measuring beam 16 passes through the splitter layer 5, is reflected on the plane measuring mirror 7 and passes twice the
—Platte 3. An der Teilerschicht 5 interferieren die Strahlen 15 und 16. Diese Strahlen werden an derTeilerschicht 4At the splitter layer 5, the beams 15 and 16 interfere. These beams are deposited at the splitter layer 4
8 im Verhältnis 1:1 geteilt, und es entstehen die homologen Strahlpaare 15', 15", 16', 16" aus den Strahlen 15 und 16. Die Teilstrahlen 15', 16' durchlaufen das Polarisationsfilter 10 und treffen danach auf den fotoelektrischen Empfänger 11 und ebenso passieren die Teilstrahlen 15", 16" das Polarisationsfilter 9 und treffen danach auf den fotoelektrischen Empfänger 12. Der Strahl 13 ist linear polarisiert und die Schwingungsebene seiner Polarisation ist in bezug zu den beiden in der8 divided in the ratio 1: 1, and there are the homologous beam pairs 15 ', 15 ", 16', 16" from the beams 15 and 16. The partial beams 15 ', 16' pass through the polarizing filter 10 and then hit the photoelectric receiver 11 and also pass through the partial beams 15 ", 16" the polarizing filter 9 and then hit the photoelectric receiver 12. The beam 13 is linearly polarized and the plane of oscillation of its polarization with respect to the two in the
—Platte 2 möglichen Schwingungsebenen so orientiert, daß sie zueinander einen Winkel von 45° bilden. Dann ist derPlate 2 possible vibration levels oriented so that they form an angle of 45 ° to each other. Then that is
Strahl 14 zirkulär polarisiert, und es werden angenommen, im rechtsdrehenden Sinn. Der Meßstrahl 16 jedoch durchläuft beim hin- und Rückweg vom Meßspiegel 7 zweimal dieRay 14 is circularly polarized, and it is believed to be in the dextrorotatory sense. However, the measuring beam 16 passes through the back and forth from the measuring mirror 7 twice
—Platte 3, deren Orientierung in bezug auf den ankommenden Strahl die gleiche ist wie die derPlate 3 whose orientation with respect to the incoming beam is the same as that of the
—Platte 2 zum Strahl 13. Dadurch ändert sich der Drehsinn der zirkulären Polarisation des zur Teilerschicht 5 4Plate 2 to the beam 13. As a result, the sense of rotation of the circular polarization of the divider layer 5 4 changes
zurückkehrenden Strahls 16. Die sich ab derTeilerschicht 5 in gleicher Richtung ausbreitenden Strahlen 15,16 ergeben Interferenzen von rechts- und linkszirkular polarisiertem Licht. Das Ergebnis dieser Interferenz ist ein Strahl, dessen Polarisation linear ist, wobei jedoch die Schwingungsebene der linearen Polarisation nicht konstant ist, sondern abhängt vom Gangunterschied zwischen Referenzstrahl 15 und Meßstrahl 16. Die Polarisatoren 10 und 9 sind so zueinander orientiert, daß die Schwingungsebenen der Teilstrahlen 15', 16' und 15", 16" nach Durchlaufen der Polarisatoren im Winkel von 45° zueinander stehen. Dann sind die von den fotoelektrischen Empfängern 11,12 abgegebenen elektrischen Signale 90° phasenverschoben.returning beam 16. The beams 15, 16 propagating from the splitter layer 5 in the same direction result in interferences of right and left circularly polarized light. The result of this interference is a beam whose polarization is linear, but the oscillation plane of the linear polarization is not constant, but depends on the path difference between reference beam 15 and measuring beam 16. The polarizers 10 and 9 are oriented to each other so that the vibration planes of the partial beams 15 ', 16' and 15 ", 16" after passing through the polarizers at an angle of 45 ° to each other. Then, the electrical signals output from the photoelectric receivers 11, 12 are 90 ° out of phase.
Um die besondere Justierung der fotoelektrisch-aktiven Flächen der Empfänger 11,12 auf die homologen Strahlpaare zu ermöglichen, kann man in dem vom Laser 1 ankommenden Lichtbündel eine Blende 20 mit kleiner Öffnung anbringen, die den Strahl 13 hindurchläßt und nach erfolgter Justierung entfernt werden kann. In Figur 1 ist die Winkellage zwischen Meßspiegel 7 und Referenzspiegel 6 senkrecht, so daß auch die aus dem Strahl 14 hervorgehenden Teilstrahlen 15,16 senkrecht zueinander sind. Deshalb sind diese Teilstrahlen nach ihrem zweiten Passieren der Teilerschicht 5 in der zeichnerischen Darstellung von Figur 1 in Deckung. An der Teilerschicht 8 entsteht aus dem Strahl 15 das homologe Strahlpaar 15', 15" und aus dem Strahl 16 das homologe Strahlpaar 16', 16". Die Justierung der Empfänger erfolgt so, daß die Strahlen 15', 16' auf die fotoelektrisch-aktive Fläche des Empfängers 11 fallen und die Strahlen 15", 16" entsprechend auf die fotoelektrisch aktive Fläche des Empfängers 12. Diese Justierung kann mit Hilfe der Blende 20 zunächst visuell vorgenommen und bei weiterer Verfeinerung anhand des oszillografischen Ergebnisses der Überlagerung der elektrischen Ausgangssignale beider Empfänger fortgesetzt werden. Ein Keil des Doppelkeilpaares, z. B. 23, ist räumlich fest angeordnet und der andere Keil 22 ist senkrecht zur Richtung des Meßstrahls 16 verschiebbar angebracht, so daß sich bei einer Verschiebung des Keils 22 eine Änderung des optischen Gangunterschiedes zwischen dem Referenzstrahl 15 und dem Meßstrahl 16 ergibt. Es können aber auch beide Keile 22,23 in dieser Richtung gegenläufig verschoben werden. Durch die Verschiebung der Keile ist es möglich, eine definierte Änderung des Gangunterschiedes zu erreichen, z. B. zum Zwecke der Interpolation oder Modulation.In order to enable the special adjustment of the photoelectrically-active surfaces of the receiver 11,12 on the homologous beam pairs, you can attach a small opening aperture 20 in the light beam arriving from the laser 1, which passes the beam 13 and can be removed after adjustment , In Figure 1, the angular position between the measuring mirror 7 and reference mirror 6 is perpendicular, so that the resulting from the beam 14 partial beams 15,16 are perpendicular to each other. Therefore, these sub-beams after their second passing of the splitter layer 5 in the drawing of Figure 1 in coverage. At the splitter layer 8 arises from the beam 15, the homologous beam pair 15 ', 15 "and from the beam 16, the homologous beam pair 16', 16". The adjustment of the receiver is such that the beams 15 ', 16' fall on the photoelectrically active surface of the receiver 11 and the beams 15 ", 16" corresponding to the photoelectrically active surface of the receiver 12. This adjustment can with the help of the aperture 20 first carried out visually and continue with further refinement based on the oscillographic result of the superimposition of the electrical output signals of both receivers. A wedge of the double wedge pair, z. B. 23, is fixed in space and the other wedge 22 is slidably mounted perpendicular to the direction of the measuring beam 16, so that upon displacement of the wedge 22, a change in the optical path difference between the reference beam 15 and the measuring beam 16 results. However, it is also possible to move both wedges 22, 23 in opposite directions in this direction. By shifting the wedges, it is possible to achieve a defined change in the path difference, z. B. for the purpose of interpolation or modulation.
In Fig. 2 ist eine weitere Anordnung gezeigt, in der Vielstrahl-Fizeau-Interferenzen am reellen Keil erzeugt werden. Die verwendeten Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung wie in Fig. 1. Der vom Laser ankommende linear polarisierte Strahl 13 trifft unter 45°-Orientierung auf dieIn Fig. 2, another arrangement is shown in which multi-beam Fizeau interferences are generated on the real wedge. The reference numerals used have the same meaning as in Fig. 1. The arriving from the laser linearly polarized beam 13 applies at 45 ° orientation on the
—Platte 2, die den rechtszirkular polarisierten Strahl 14 erzeugt. Dieser Strahl passiert die Teilerschicht 5 und wird an 4Plate 2, which generates the right circularly polarized beam 14. This beam passes through the splitter layer 5 and is connected to 4
derteilverspiegelten Schicht 18 des Referenzspiegels 6 in einen hindurchgelassenen und einen reflektierten Teil geteilt. Der reflektierte Teilstrahl 15 stellt den Referenzstrahl dar und ist rechtszirkular polarisiert. Der hindurchgelassene Teilstrahl 16 bildet den Meßstrahl, dessen Drehsinn der zirkulären Polarisation sich infolge des zweimaligen Durchlaufes durch diederteilverspiegelten layer 18 of the reference mirror 6 divided into a transmitted and a reflected part. The reflected partial beam 15 represents the reference beam and is polarized right circular. The transmitted partial beam 16 forms the measuring beam whose direction of rotation of the circular polarization is due to the two-time passage through the
—Platte 3 umkehrt. Auch die mehrfach zwischen dem Referenzspiegel 6 und dem Meßspiegel 7 hin-undPlate 3 reversed. Also the multiple between the reference mirror 6 and the measuring mirror 7 back and forth
herreflektierten 4herreflected 4
Teilstrahlen 16 behalten die linkszirkulare Polarisation bei, da die Anzahl der Durchläufe des Teilstrahls 16 ab der teilverspiegelten Schicht 18 und zurück immer geradzahlig ist.Partial beams 16 maintain the left circular polarization, since the number of passes of the partial beam 16 from the partially mirrored layer 18 and back is always even.
Claims (4)
4- Plate (3) is located
4
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