DD252678A1

DD252678A1 - ARRANGEMENT FOR INTERFEROMETRIC MEASUREMENT OF THE WAVE LENGTH AND THE LINE FORM OF LASER RADIATION

Info

Publication number: DD252678A1
Application number: DD29444286A
Authority: DD
Inventors: Johannes Schwider; Karl-Edmund Elssner; Reiner Spolaczyk; Regina Burow
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1986-09-16
Filing date: 1986-09-16
Publication date: 1987-12-23

Abstract

Die Erfindung ist anwendbar in der Lasertechnik und dient der hochgenauen Messung der Wellenlaenge und der Linienform der Strahlung von kontinuierlichen und gepulsten Lasern. Im Strahlengang der zu untersuchenden Laserstrahlung ist hinter einem Strahlenteiler in dem einen Strahlengang ein Zweistrahl-Fizeau-Interferometer mittlerer Aufloesung, in dem anderen Strahlengang ein hochaufloesendes Fabry-Perot-Interferometer und in jedem der beiden Teilstrahlengaenge hinter dem Interferometer ein bilderfassender Photoempfaenger angeordnet. Die Photoempfaenger sind zweckmaessig zeilenfoermige Empfaengerarrays vom CCD-Typ. Die einem Computer zugefuehrten photoelektrischen Signale werden so ausgewertet, dass der Messwert mittlerer Genauigkeit fuer die Wellenlaenge der Laserstrahlung, den die Auswertung der Signale des Bildempfaengers hinter dem Fizeau-Interferometer liefert, als Eingangswert verwendet wird fuer die Auswertung der Signale des Bildempfaengers hinter dem Fabry-Perot-Interferometer zur endgueltigen Bestimmung der Wellenlaenge der untersuchten Laserstrahlung mit hoher Genauigkeit. FigurThe invention is applicable in laser technology and serves the highly accurate measurement of the wavelength and the line shape of the radiation of continuous and pulsed lasers. In the beam path of the laser radiation to be examined is behind a beam splitter in the one beam path, a two-beam Fizeau interferometer medium resolution, arranged in the other beam path, a high resolution Fabry-Perot interferometer and in each of the two partial beam length behind the interferometer an image-capturing photoreceptor. The photoreceivers are suitably row-like receiver arrays of the CCD type. The photoelectric signals supplied to a computer are evaluated so that the average accuracy measurement for the wavelength of the laser radiation provided by the image receiver's evaluation behind the Fizeau interferometer is used as input to evaluate the signals of the image receiver behind the Fabry interferometer. Perot interferometer for the final determination of the wavelength of the investigated laser radiation with high accuracy. figure

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung ist anwendbar in der Lasertechnik und dient der hochgenauen Messung der Wellenlänge und der Linienform der Strahlung von kontinuierlichen und gepulsten Lasern.The invention is applicable in laser technology and serves the high-precision measurement of the wavelength and the line shape of the radiation of continuous and pulsed lasers.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik . 'Characteristic of the known state of the art. '

Es ist bereits eine Reihe technischer Lösungen zur hochgenauen Messung der Wellenlänge und/oder der Linienform der Strahlung von kontinuierlichen und gepulsten Lasern bekannt. Unter hochgenauer Messung sollen hier Messungen mit einer Meßgenauigkeit von wenigstens Δλ/λ = 10"⁶ verstanden werden (λ Wellenlänge). Alle diese Lösungen arbeiten mit interferometrischen Methoden.There are already known a number of technical solutions for highly accurate measurement of the wavelength and / or the line shape of the radiation of continuous and pulsed lasers. Under high accuracy measurement should here measurements with an accuracy of at least Δλ / λ = 10 "should be understood ⁶ (λ wavelength). All these solutions work with interferometric methods.

Es gibt Lösungen, die auf kontinuierliche und quasikontinuierliche Laser beschränkt sind. Bei ihnen wird während der Messung der Gangunterschied zwischen interferierenden Strahlen kontinuierlich geändert. Das führt zu Änderungen der Intensitäten im Interferenzbild, deren Frequenz die Wellenlänge bestimmt.There are solutions that are limited to continuous and quasi-continuous lasers. With them, the path difference between interfering beams is continuously changed during the measurement. This leads to changes in the intensities in the interference image whose frequency determines the wavelength.

Bei einem Typ wird ein Reflektor in dem einen Arm eines Michelson-Interferometers bewegt (Kowalski, F. V., Hawkins, R.T., Schawlow^.L.iJosaee^eStWeiiHalU.l.^ee^.A.iAppl.Phys. Lett.29,[1981]; Monchalin, J.P.: Appl.Opt.20,736[1981]).In one type, a reflector is moved in the one arm of a Michelson interferometer (Kowalski, FV, Hawkins, RT, Schawlow, & c. 1981]; Monchalin, JP: Appl. Opt. 20,736 [1981]).

Bei einem anderen Typ wird der eine Reflektor eines sphärischen Fabry-Perot-Interferometers gegenüber dem anderen verschoben (Salimbeni, R., Pole, R.V.: Opt. Lett. 5,39 [1980]).In another type, one reflector of a spherical Fabry-Perot interferometer is shifted from the other (Salimbeni, R., Pole, R.V .: Opt. Lett. 5.39 [1980]).

Wegen der kontinuierlichen Bewegung der Reflektoren kann nur kontinuierliche und quasikontinuierliche Laserstrahlung vermessen werden.Because of the continuous movement of the reflectors, only continuous and quasi-continuous laser radiation can be measured.

Lösungen, die auch für gepulste Laser, die Einzelimpulse emittieren, geeignet sind, gibt es in vier Grundtypen (Snyder, J. J.:Solutions that are also suitable for pulsed lasers that emit single pulses are available in four basic types (Snyder, J.J .:

Laser Focus 18, 55, [1982]). Das sind solche vom Michelson-, vom Zweistrahl-Fizeau-, vom Vielstrahl-Fizeau- und vom Fabry-Perot-Typ. Im folgenden werden einige typische Vertreter beschrieben. Angaben über die erreichte Meßgenauigkeit sind immer dabei, die Meßzeit dagegen ist oftmals unbekannt. Sie hängt zudem von den jeweils verwendeten Computern ab und ist daher als Vergleichswert nicht ohne weiteres geeignet.Laser Focus 18, 55, [1982]). These are the Michelson, the Fizeau, the Fizeau and the Fabry-Perot types. In the following some typical representatives are described. Data on the achieved accuracy are always there, the measurement time, however, is often unknown. It also depends on the computers used in each case and is therefore not readily suitable as a comparison value.

Im sogenannten „Sigmameter" (Juncar, P. und J. Pinard; Rev. Sei. Instr. 53,939 [1982]) werden vier in der Dicke abgestufte Michelson-Interferometer und ein konventionelles Spektrometer geringer Auslösung als Vorzerleger verwendet. Die Reihung mehrerer Interferometer ist nötig, weil die Auflösung und der sogenannten „freie Spektralbereich" gegenläufig sind, so daß genauere Meßwerte als solche, die mit einem „dickeren" Interferometer höherer Auflösung gewonnen werden, bereits Kenntnisse über die ungefähre Wellenlänge benötigen, die man sich mit dem Interferometer der vorhergehenden Stufe verschafft. Die Genauigkeit wird mit Δλ/λ = 10~⁸ für kontinuierliche Laserstrahlung angegeben, für gepulste Laser ist sie vermutlich weniger gut.In the so-called "sigmameter" (Juncar, P. and J. Pinard, Rev. Sei., Instr., 53,939 [1982]), four thickness-graded Michelson interferometers and a conventional low-power spectrometer are used as precursors necessary, because the resolution and the so-called "free spectral range" are in opposite directions, so that more accurate measurements than those obtained with a "thicker" interferometer of higher resolution, already need knowledge of the approximate wavelength, which can be used with the interferometer of the preceding The accuracy is given as Δλ / λ = 10 ~ ⁸ for continuous laser radiation, but it is probably less good for pulsed lasers.

Bei einem im Aufbau relativ einfachen Wellenlängenmesser auf der Basis eines einzelnen Zweistrahl-Fizeau-Interferometers (Snyder, J. J.: Appl. Opt. 23,3862 [1984]) wird durch eine spezielle Auswertetechnik für die Interferenzstreifen eine Meßgenauigkeit Δλ/λ = 10~^β erreicht. Höhere Genauigkeiten sind wegen der Anfälligkeit gegenüber DeJustierungen nicht erreichbar.In a structurally relatively simple wavelength meter based on a single two-beam Fizeau interferometer (Snyder, JJ: Appl. Opt. 23, 3862 [1984]), a measurement accuracy Δλ / λ = 10 ~ ^β is achieved by a special evaluation technique for the interference fringes reached. Higher accuracies are not achievable because of the susceptibility to deJustations.

In einem weiteren bekannten Wellenlängenmesser (Lee, L. S. und Schawlow, A. L.: Opt. Letters 6,610 [1981]) werden fünf in der Dicke abgestufte Vielstrahl-Fizeau-Interferometer benutzt (s. a. Cahen,C, Jegou, J.P. et al.: Rev. Phys. Appl. 16,353 [1981]). Es wird eine Genauigkeit von Δλ/λ = 4 · 10"⁸ erreicht. Die Meßzeit liegt etwa bei 1 Sek.In another known wave length meter (Lee, LS and Schawlow, AL: Opt. Letters 6,610 [1981]), five thickness-graded multi-beam Fizeau interferometers are used (see also Cahen, C, Jegou, JP et al .: Rev. Phys Appl. 16,353 [1981]). An accuracy of Δλ / λ = 4 · 10 " ^{8 is} achieved, the measuring time is approximately 1 sec.

Nachteilig ist hier die Empfindlichkeit gegenüber DeJustierungen, insbesondere in den höheren Stufen.The disadvantage here is the sensitivity to DeJustierungen, especially in the higher stages.

In einem anderen bekannten Wellenlängenmesser werden drei in der Dicke abgestufte Fabry-Perot-Interferometer und ein konventionelles Spektrometer geringer Auflösung als Vorzerleger verwendet (Fischer, A., Kullmer, R. und Demtröder, W.: Opt.In another known wavelength meter, three thickness-graded Fabry-Perot interferometers and one conventional low-resolution spectrometer are used as precursor (Fischer, A., Kullmer, R. and Demterroder, W .: Opt.

Comm.39,277 [1981]). Erreicht wird eine Meßgenauigkeit von Δλ/λ = 1,4 ·10~⁷ bei einer Meßzeit von 20 Sekunden für die absolute Wellenlänge, die Angabe der Linienform oder eine relative Wellenlängenmessung erfolgen bedeutend schneller.Comm.39,277 [1981]). Is achieved a measurement accuracy of Δλ / λ = 1.4 x 10 ^-7 at a measurement time of 20 seconds for the absolute wavelength, the indication of the line shape or a relative wavelength measurement be carried out significantly faster.

In einem weiteren, dem vorstehend beschriebenen ähnlichen Wellenlängenmesser werden vier Fabry-Perot-Interferometer und ein Referenzlaser eingesetzt, so daß relative Wellenlängenmessungen ausgeführt werden mit einer Meßgenauigkeit von Δλ/λ = 10~⁷ (Koniski, N., Suzuki, T. et al.: Appl. Phys. 25,311 [1981]). Ein Vergleich der verschiedenen Lösungen für kontinuierliche und gepulste Lager zeigt, daß bisher mindestens vier Einzelinterferometer oder drei Interferometer und ein konventioneller Vorzerleger mit in der Regel jeweils eigenem Fotoempfänger kombiniert werden, um eine Meßgenauigkeit von Δλ/λ = 10~⁷...10~⁸zu erreichen. Das bedeutet einen entsprechend hohen technischen Aufwand.In another, the similar wavemeter above-described four Fabry-Perot interferometer and a reference lasers are used so that relative wavelength measurements are performed with an accuracy of Δλ / λ = 10 ~ ⁷ (Koniski, N., Suzuki, T. et al Phys., 25, 311 [1981]). A comparison of the various solutions for continuous and pulsed bearings shows that so far at least four single interferometers or three interferometers and a conventional preclearer are combined with usually each own photoreceiver to a measurement accuracy of Δλ / λ = 10 ~ ⁷ ... 10 ~ ⁸ to reach. This means a correspondingly high technical complexity.

Verbunden damit ist auch eine relativ große Meßzeit, weil alle Empfänger abgefragt und die photoelektrischen Signale imAssociated with this is also a relatively large measurement time, because all receivers queried and the photoelectric signals in

Computer unter Beachtung der Rangfolge verarbeitet werden müssen. *Computer must be processed in accordance with the order of priority. *

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, eine Anordnung verfügbar zu haben, mit der Wellenlänge und Linienform von Laserstrahlung mit hoher Genauigkeit meßbar sind bei gegenüber bekannten Lösungen geringerem meßtechnischen Aufwand und kürzerer Meßzeit.The aim of the invention is to have available an arrangement with the wavelength and line shape of laser radiation can be measured with high accuracy with respect to known solutions lower metrological effort and shorter measurement time.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine computergestützte Anordnung zur interferometrischen Messung der Wellenlänge und Linienform sowohl kontinuierlicher als auch gepulster Laserstrahlung anzugeben, bei der die Anzahl der verwendeten Interferometer und nachgeschalteten Empfänger auf ein Minimum beschränkt ist. Die Anordnung soll derart ausgebildet ein, daß sie bei Benutzung von Teilsystemen auch entweder nur für geringere erforderliche Genauigkeit zur Wellenlängenmessung oder nur zur hochgenauen Bestimmung der Linienform und der relativen Wellenlänge einsetzbar ist.The invention has for its object to provide a computer-aided arrangement for interferometric measurement of the wavelength and line shape of both continuous and pulsed laser radiation, in which the number of interferometers and receiver used is limited to a minimum. The arrangement should be designed in such a way that when using subsystems it can also be used either only for less required accuracy for wavelength measurement or only for highly accurate determination of the line shape and the relative wavelength.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß im Strahlengang der zu untersuchenden Laserstrahlung hinter einem Strahlenteiler in dem einen Strahlengang einZweistrahl-Fizeau-lnterferometer mittlerer Auflösung und in dem anderen Strahlengang ein Fabry-Perot-Interferometer hoher Auflösung angeordnet sind, daß jedem der beiden Interferometer ein bilderfassender Fotoempfänger folgt und daß die photoelektrischen Signale einem Computer zugeführt werden.According to the invention the object is achieved in that in the beam path of the laser radiation to be examined behind a beam splitter in the one beam path a Zither beam Fizeau interferometer medium resolution and in the other beam path a Fabry-Perot interferometer high resolution are arranged that each of the two interferometers image-capturing photoreceiver follows and that the photoelectric signals are fed to a computer.

Der Computer wertet zunächst die Signale des Empfängers hinter dem Fizeau-Interferometerso aus, daß ein Meßwert λ^(ο1 mittlerer Genauigkeit für die Wellenlänge gewonnen wird. Dazu werden Abstand und Bruchteil der Fizeau-Interferenzstreifen in an sich bekannter Weise durch den Computer bestimmt. Aus Abstand, Bruchteil und Interferometerdicke folgt in ebenfalls an sich bekannter Weise der Meßwert λ^(ο) λ^(ο) läßt sich so mit einer Genauigkeit von etwa Δλ/λ^(ο1 = 1CT⁶ bestimmen.The computer first evaluates the signals of the receiver behind the Fizeau interferometer, so that a measurement λ ^{(ο1 of} medium precision for the wavelength is obtained, for which the distance and fraction of the Fizeau interference fringes are determined in a manner known ^{per se} by the computer , Fraction and interferometer thickness follows in a manner also known per se the measured value λ ^(ο) λ ^(ο) can thus be determined with an accuracy of approximately Δλ / λ ^(ο1 = 1CT ⁶⁾ .

Der Computer wertet dann die Signale des Empfängers hinter dem Fabry-Perot-Interferometer so aus, daß unter Nutzung des Meßwertes λ^(ο1 mittlerer Genauigkeit ein Meßwert λ'¹¹ höherer Genauigkeit erhalten wird. Dazu werden in an sich bekannter Weise Radien und, unter Nutzung des Meßwertes λ⁽⁰⁾, Teilringordnung der Fabry-Perot-Interferenzringe bestimmt. Aus Teilringordnung und Interferometerdicke folgt in ebenfalls an sich bekannter Weise der Meßwert λ⁽¹⁾, der um 1 bis 2 Größenordnungen genauer ist als λ^(ο1.The computer then evaluates the signals of the receiver behind the Fabry-Perot interferometer so that a measured value λ ^{'11 of} higher accuracy is obtained using the measured value λ ^(ο1 medium accuracy.) Radii and, under use, are used in a manner known per se the measured value λ ^(0), the partial ring order of the Fabry-Perot interference fringes determined. from partial ring order and Interferometerdicke follows also in a known manner, the measured value of λ ^(1), which is 1 to 2 orders of magnitude more accurate than λ ^(ο1.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung ist in dem Strahlengang, der das Fizeau-Interferometer enthält, hinter dem Strahlenteiler nacheinander ein Aufweitungssystem mit vernachlässigbaren chromatischen Fehlern, bestehend aus Fokussierlinse, Lochblende (Pinhole) und Kollimator, das Fizeau-Interferometer und ein bilderfassender Fotoempfänger und in dem Strahlengang, der das Fabry-Perot-Interferometer enthält, hinter dem Strahlenteiler nacheinander ein optisches System ohne besondere Ansprüche an seine chromatischen Fehler, das ein divergentes oder konvergentes Strahlenbündel erzeugt, das Fabry-Perot-Interferometer, ein weiteres optisches System ohne chromatische Fehler, und in dessen Brennebene einIn a further embodiment of the arrangement according to the invention is in the beam path containing the Fizeau interferometer, behind the beam splitter successively a widening system with negligible chromatic errors consisting of focusing lens, pinhole and collimator, the Fizeau interferometer and a picture-capturing photoreceiver and in the beam path containing the Fabry-Perot interferometer, behind the beam splitter successively an optical system without special demands on its chromatic aberration, which produces a divergent or convergent beam, the Fabry-Perot interferometer, another optical system without chromatic errors, and in its focal plane

bilderfassender Fotoempfänger angeordnet. 'image-capturing photoreceiver arranged. '

Dabei können die bilderfassenden Fotoempfänger zellenförmige Empfängerarrays vom CCD-Typ (charge coupled device) und der Kollimator im Fizeau-Interferometer-Strahlengang und/oder das optische System hinter dem Fabry-Perot-Interferometer außeraxiale paräboloidische Spiegel sein.The image-capturing photoreceivers may be CCD-type charge coupled device (CCD) receivers and the collimator in the Fizeau interferometer beam path, and / or the optical system behind the Fabry-Perot interferometer may be off-axis paraboloidal mirrors.

Zweckmäßigerweise ist das optische System vordem Fabry-Perot-Interferometer derart ausgebildet, daß es ein Strahlenbündel mit etwa rechteckigem Querschnitt erzeugt, der in Breite, Höhe und Orientierung dem zellenförmigen Fotoempfänger angepaßt ist. Dieses optische System besteht in der Hintereinanderschaltung einer schwachen zerstreuenden bzw. sammelnden sphärischen Linse und einer stärkeren zerstreuenden bzw. sammelnden Zylinderlinse.Conveniently, the optical system before the Fabry-Perot interferometer is designed such that it generates a beam of approximately rectangular cross-section, which is adapted in width, height and orientation of the cell-shaped photoreceptor. This optical system consists in the series connection of a weak dispersing spherical lens and a stronger dispersing cylinder lens.

Eine weitere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, daß in den Strahlengang der zu untersuchenden Laserstrahlung die Strahlung eines Referenzlasers, der eine oder mehrere Referenzwellenlängen emittiert, eingespiegelt werden kann.A further advantageous measure is that the radiation of a reference laser, which emits one or more reference wavelengths, can be reflected into the beam path of the laser radiation to be examined.

Die Anordnung ist erfindungsgemäß weiter durch entsprechende Steuerung des Computers so gestaltet, daß sowohl der Strahlengang, der das Fizeau-Interferometer enthält, zur Gewinnung eines Meßwertes mittlerer Genauigkeit für die Wellenlänge in der beschriebenen Weise als auch der Strahlengang, der das Fabry-Perot-Interferometer enthält, zur Messung der Linienform oder zur Messung der relativen Wellenlänge jeweils für sich allein betrieben werden kann. Die Feinstruktur (Linienform) der Laserstrahlung sowohl als auch die Wellenlänge der Strahlung eines Lasers relativ zu der eines anderen können mit dem Fabry-Perot-Interferometer allein in einfacher, an sich bekannter Weise durch Messung der Radien der Interferenzringe der in der Feinstruktur enthaltenen Wellenlängen bzw. der unbekannten und der Referenzwellenlänge (bei der relativen Wellenlängenmessung) bestimmt werden.The arrangement according to the invention is further designed by appropriate control of the computer so that both the beam path containing the Fizeau interferometer for obtaining a measured value of medium accuracy for the wavelength in the manner described as well as the beam path, the Fabry-Perot interferometer contains, can be operated for measuring the line shape or to measure the relative wavelength each by itself. The fine structure (line shape) of the laser radiation as well as the wavelength of the radiation of one laser relative to another of the Fabry-Perot interferometer alone in a simple manner known per se by measuring the radii of the interference fringes of the wavelengths contained in the fine structure or of the unknown and reference wavelengths (in relative wavelength measurement).

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt schematisch eine Anordnung zur Messung der Wellenlänge mit hoher Genauigkeit oder zur vereinfachten Messung der Wellenlänge mit geringerer Genauigkeit oder zur Bestimmung der Linienform der Strahlung oder zur relativen Wellenlängenmessung.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows schematically an arrangement for measuring the wavelength with high accuracy or for simplified measurement of the wavelength with lower accuracy or for determining the line shape of the radiation or for relative wavelength measurement.

In dem einen Eingangsstrahlengang vor dem Strahlenvereiniger T₁ (umgekehrter Strahlenteiler) ist der Laser L₁, der das Licht aussendet, dessen Wellenlänge oder Linienform bestimmt werden soll, angeordnet. In dem anderen Eingangsstrahlengang befindet sich ein Laser L₂, dessen Licht als Referenzstrahlung zur Eichung der Interferometer oder als Referenz zur relativen _- Wellenlängenmessung dienen soll, und ein Verschluß V. Hinter dem Strahlenvereiniger T₁ folgt im Strahlengang der Strahlenteiler T₂.In the one input beam path in front of the beam combiner T ₁ (reverse beam splitter), the laser L ₁ , which emits the light whose wavelength or line shape is to be determined, is arranged. In the other input beam path is a laser L ₂ , whose light is to serve as reference radiation for calibration of the interferometer or as a reference for relative _- wavelength measurement, and a shutter V. Behind the beam combiner T ₁ follows in the beam path of the beam splitter T _2nd

In dem einen Teil-Strahlengang hinter dem Strahlenteiler T₂ folgen aufeinander ein Umlenkspiegel Si, ein Bündelaufweitungssystem, bestehend aus dem apochromatischen Objektiv O₁, einer Lochblende (Pinhole) PH, einem Umlenkspiegel S₂ und einem Kollimatorobjektiv O₂, das frei ist von chromatischen Fehlern (z. B. Apochromat oder Off-Axis-Parabol-Spiegel).In the one partial beam path behind the beam splitter T ₂ successive a deflection mirror Si, a bundle expansion system consisting of the apochromatic lens O ₁ , a pinhole (pinhole) PH, a deflection mirror S ₂ and a collimator lens O ₂ , which is free of chromatic Errors (eg apochromat or off-axis parabolic mirror).

Im Parallelstrahlengang hinter dem Kollimatorobjektiv O₂ befinden sich dann das Fizeau-Interferometer Fl und nachfolgend der bilderfassende Fotoempfänger FE₁ ohne Zwischenschaltung weiterer optischer Elemente, weshalb der Fotoempfänger FE₁ in der Nähe der „scherungsfreien Position" (zero-shear-position) (s. z.B. Snyder, J.J.: Appl. Opt. 23,3862 [1984]) angeordnet werden soll. Als Fotoempfänger dient mit Vorteil ein zellenförmiges Empfängerarray vom CCD-Typ (charge coupled device) mit z. B. 1 024 Elementen.In the parallel beam path behind the collimator lens O ₂ are then the Fizeau interferometer Fl and subsequently the image-capturing photoreceptor FE ₁ without interposition of other optical elements, which is why the photoreceptor FE ₁ in the vicinity of the "shear-free position" (zero-shear-position) (szB Snyder, JJ: Appl., Opt., 23, 3862 [1984].) A cell-shaped receiver array of the CCD type (charge coupled device) with, for example, 1024 elements is used as the photoreceiver.

In dem anderen Teilstrahlengang hinter dem Strahlenteiler T₂ folgen aufeinander ein zerstreuendes Objektiv O₃, das Fabry-Perot-Interferometer FPI, ein farbfehlerfreies Objektiv O₄ und in dessen Brennebene der bilderfassende Fotoempfänger FE₂. Auch hier ist das mit Vorteil ein zellenförmiges Empfängerarray wie FE₁.In the other part of the beam path behind the beam splitter T ₂ follow each other a dispersing lens O ₃ , the Fabry-Perot interferometer FPI, a chromatic aberration free lens O ₄ and in the focal plane of the image-capturing photoreceptor FE _2nd Again, this is advantageously a cell-shaped receiver array like FE ₁ .

Die photoelektrischen Signale von den Empfängern werden über einen elektronischen Multiplexer MUX und den Analog-Digital-Wandler ADC dem Mikrocomputer COMP zugeführt. Dieser steuert einerseits durch ein Synchronisiersignal den Laser L1 bei Impulsbetrieb so, daß die Laserimpulse zum Zeitregime der Fotoempfänger FE₁, FE₂ und des Multiplexers MUX passen, die ihrerseits durch weitere Synchronisiersignale aneinander angepaßt werden. Andererseits führt der Computer die mathematischen Operationen zur Bestimmung der Wellenlänge bzw. der Linienform aus und gibt die .Meßwerte aus bzw. stellt die Form der Linie auf dem Display dar.The photoelectric signals from the receivers are supplied via an electronic multiplexer MUX and the analog-to-digital converter ADC to the microcomputer COMP. This controls on the one hand by a synchronizing the laser L1 in pulsed mode so that the laser pulses match the time regime of the photoreceptor FE ₁ , FE ₂ and the multiplexer MUX, which in turn are adapted by further synchronizing signals to each other. On the other hand, the computer performs the mathematical operations for the determination of the wavelength and the line shape and outputs the .Measurements or represents the shape of the line on the display.

Die verschiedenen Funktionsweisen der Anordnung (absolute Wellenlängenmessung hoher Genauigkeit, absolute Wellenlängenmessung mittlerer Genauigkeit, Bestimmung der Linienform, relative Wellenlängenmessung) werden durch programmtechnische Maßnahmen im Computer in Betrieb genommen.The various modes of operation of the arrangement (absolute wavelength measurement of high accuracy, absolute wavelength measurement of medium accuracy, determination of the line shape, relative wavelength measurement) are taken by program measures in the computer in operation.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung lassen sich eine Reihe von Vorteilen erzielen.With the arrangement according to the invention, a number of advantages can be achieved.

Durch die Kombination eines Fizeau-Interferometers als Wellenlängenmesser mittlerer Genauigkeit zur Gewinnung einer Eingangswellenlänge mit einem Fabry-Perot-Interferometer hoher Auflösung, das die Meßgenauigkeit der Eingangswellenlänge um ein bis zwei Größenordnungen erhöht, wird der technische Aufwand zur Erreichung einer End-Meßgenauigkeit von Δλ/ λ = 10"⁷..:10"⁸ spürbar herabgesetzt im Vergleich mit den bekannten Lösungen, die wenigstens vier Vielstrahl-Fizeau-oder Fabry-Perot-Interferometer benötigen. Gleichzeitig wird die Meßzeit verkürzt, weil nur noch die Signale aus zwei Fotoempfängern in den Computer übernommen und nacheinander ausgewertet werden müssen.By combining a Fizeau interferometer as a medium accuracy waveguide to obtain an input wavelength with a high resolution Fabry-Perot interferometer which increases the measurement accuracy of the input wavelength by one to two orders of magnitude, the technical effort to achieve a final measurement accuracy of Δλ / λ = 10 " ⁷ ..: 10" ⁸ significantly reduced in comparison with the known solutions that require at least four multi-beam Fizeau or Fabry-Perot interferometer. At the same time the measuring time is shortened because only the signals from two photoreceptors have to be taken over into the computer and evaluated one after the other.

Ein zusätzlicher Vorteil ist die vorgesehene Möglichkeit, jedes Interferometer für Spezialanwendungen wie Wellenlängenmessung mittlerer Genauigkeit oder Messung der Linienform oder relative Wellenlängenmessung bei weiterer Verkürzung der Meßzeit für sich allein zu betreiben.An additional advantage is the proposed ability to operate each interferometer separately for special applications such as medium precision wavelength measurement or line shape measurement or relative wavelength measurement while further reducing measurement time.

Claims

1. Arrangement for the interferometric measurement of the wavelength and the line shape of laser radiation, characterized in that in the beam path of the laser radiation to be examined behind a beam splitter (T ₂ ) in the one beam path, a two-beam Fizeau interferometer medium resolution (Fl), in the other A high-resolution Fabry-Perot interferometer (FPI) beam path and in each of the two partial beam paths behind the interferometer an image-sensing photoreceiver (FE ₁ or FE ₂ ) is arranged, that the photoelectric signals supplied to a computer (COMP) and in the computer (COMP) be evaluated so that the measured value medium accuracy for the wavelength of the examined laser radiation, the evaluation of the signals of the image receiver (FE ₁₎ behind the Fizeau interferometer (Fl) provides, as Eingangswertverwendetwirdfürdie evaluation of the signals of the image receiver (FE ₂₎ behind-Fabry Perot Interferometer (FPI) for final determination g the wavelength of the examined laser radiation with high accuracy.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that in the beam path containing the Fizeau interferometer (Fl), behind the beam splitter (T ₂ ) successively a widening system consisting of focusing lens (O ₁ ), pinhole (PH) and collimator (O ₂ ), the Fizeau interferometer (Fl) and an image-receiving photoreceptor (FE-i) and in the beam path containing the Fabry-Perot interferometer (FPI) behind the beam splitter (T ₂ ) successively an optical system ( O ₃ ), which produces a divergent or convergent beam, the Fabry-Perot interferometer (FPI), another optical system (O ₄ ) without chromatic aberrations and in the focal plane of an image-capturing photoreceptor (FE ₂ ) are arranged.

3. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the image-capturing photoreceptor (FE ₁ or FE ₂ ) cell-shaped receiver arrays of the CCD type (charge coupled device) are.

4. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the collimator (O ₂ ) in the beam path containing the Fizeau interferometer (Fl) and / or the optical system (O ₄ ) behind the Fabry-Perot interferometer off-axis paraboloidal mirrors are.

5. Arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that the optical system (O ₃ ) which generates a divergent or convergent beam in front of the Fabry-Perot interferometer (FPI), is such that the beam behind the Fabry-Perot Interferometer (FPI) is no longer rotationally symmetrical, but has an approximately rectangular cross section, which is adapted in its width, height and orientation of the cell-shaped photoreceptor (FE ₂ ).

6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the optical system (O ₃ ), which generates a divergent or convergent bundle in front of the Fabry-Perot interferometer (FPI), in the series connection of a weak scattering or collecting spherical lens and a stronger dispersing or collecting cylinder lens.

7. Arrangement according to claim 1, characterized in that in the beam path of the examined laser radiation (L ₁ ), the radiation of a reference laser (L ₂ ) of one or more reference wavelengths emitted, is reflected.

8. Arrangement according to claim 1 and 7, characterized in that circuit measures in the computer (COMP) are provided, such that only the signals of the photoreceptor (FE ₁ ) behind the Fizeau interferometer (Fl) or even the signals of Fotqempfängers (FE ₂ ) are further processed behind the Fabry-Perot interferometer (FPI) alone to obtain a measurement value of medium accuracy for the wavelength or for determination

the line shape or when connecting a reference laser (L ₂ ) for relative wavelength measurement.

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