DD296753A5 - Polarisationsstrahlenteiler fuer ein zwei-frequenzen-differential-interferometer mit achtfachem lichtweg und dessen volumen gering ist - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Polarisationsstrahlenteiler fuer ein Zwei-Frequenzen-Differential-Interferometer mit achtfachem Lichtweg. Die Erfindung besteht darin, dasz bei einem Polarisationsstrahlenteiler fuer ein Zwei-Frequenzen-Differential-Interferometer mit achtfachem Lichtweg, bestehend aus zwei verkitteten Prismen, die mit ihren planen Fuegeflaechen um 45 zur Lichteinfallsrichtung geneigt liegen, wobei mindestens eine Fuegeflaeche mit einer polarisationsteilenden Schicht versehen ist, das in Lichteinfallsrichtung (4) liegende erste Prisma (1) eine zur Fuegeflaeche (3) parallele Planflaeche (5) aufweist, auf der eine l/2-Platte (6) befestigt ist, dasz das zweite Prisma (2) als 45-Rhombusprisma ausgebildet ist, dasz an die zur Fuegeflaeche (3) parallel liegende Flaeche * die mit einer polarisationsteilenden Schicht versehen ist, ein Halbwuerfelprisma (8) befestigt ist, an dessen parallel zur Lichteinfallsrichtung (4) liegende Kathetenflaeche ein Tripelstreifen (9) angearbeitet ist, dessen Projektion seiner Dachkante (10) senkrecht zur Lichteinfallsrichtung (4) im Lichteinfallsrichtung (4) liegt, dasz an die senkrecht zur Lichteinfallsrichtung (4) liegende Planflaeche (11) des zweiten Prismas (2) eine Phasenplatte (12) mit definierter Phasenverschiebung befestigt ist, und dasz auf der Phasenplatte (12) ein Tripelstreifen (13) befestigt ist, dessen Projektion seiner Dachkante (14) senkrecht zur Lichteinfallsrichtung (4) in Lichteinfallsrichtung (4) liegt. Figur{Polarisationsstrahlenteiler; Zwei-Frequenzen-Differential-Interferometer, achtfach; Lichtweg; Prisma; Fuegeflaeche; l/2-Platte; Dachkante; Tripelstreifen; Projektion}

Description

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, einen Polarlsatlonastrahlentellur für ein Zwei-Frequenzen-Differential-Interferometer 7.U schaffen, dosson optische Wirkung mit einer geringen Anzahl optisch wirksamer Glas-/Luftübergänge realisiert wird und dessen Volumen gering ist. Üie Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Polarisationsstrahlenteiler, der aus zwei verkitteten Prismen besteht, deren mit einer polarisatlonsteilenden Schicht versehene plane Fügeflächon um 45° zur Lichteinfallsrichtung geneigt liegen, das in Lichteinfallsrichtung liegende erste Prisma mit einer zur Fügefläche parallel liegenden Planfläche versehen ist, auf der eine λ/2-Platte befestigt ist.

Des weiteren ist erfmdungsgemäß das zweite Prisma als 4S°-Rhombusprisma ausgebildet, wobei an die zur Fügeflache parallel liegende Fläche, die ebenfalls mit einer polarisationstellenden Schicht versehen ist, ein Halbwürfelprisma befestigt ist, an dessen parallel zur Lichteinfallsrichtung liegende Kathetenfläche ein Trlpelstroifen angearbeitet Ist, dessen Projektion seiner Dachkante senkrecht zur Lichteinfallsrichtung in Lichteinfallsrichtung liegt.

Des weiteren ist an die senkrecht zur Lichteinfallsrichtung liegende Planfläche des zweiten, als Rhombusprisma ausgebildeten Prismas eine Phasenplatte mit definierter Phasenverschiebung befestigt, auf der ein Tripelstreifen befestigt ist, dessen Projektion seiner Dachkante senkrecht zur Lichteinfallsrichtung in Lichteinfallsrichtung' Hegt.

Für einen Interferometeraufbau ist es konstruktiv vorteilhaft, wenn an die von der Lichtquelle abgewandten Planfläche des Rhombusprismas und des Halbwürfelprismas jeweils eine λ/4-Platte angekittet ist.

Mit dem Polarisationsstrahlenteiler läßt sich einZwei-Frequenzen-Differential-lnterferometersystem aufbauen, Insbesondere zur Messung des Abstandes zwischen einem Referenzspiegel und einem sich in gleicher Achse bewegenden Meßspiegel.

Der von einem Zwei-Frequenzenlaser ausgehende Strahlengang wird durch den Polarisationsstrahlenteiler im Zusammenwirken mit Referenz- und Meßspiegel in einem Referenzstrahl und einen Meßstrahl mit unterschiedlicher Frequenz aufgespalten.

Beide Strahlengänge weisen eine optische Weglängendifferenz auf, die den Abstand zwischen Referenzspiegelebene und Meßspiegelebene entspricht.

Die optische Weglänge beträgt achtmal dem Abstand zwischen Referenz- und Meßspiegelebene, weil die Strecke achtmal vom Licht durchlaufen wird.

Der Pülarisationsstrahlenteiler bewirkt, daß außer besagter Weglängendifferenz beide Strahlengänge die gleichen optischen Weglängen haben. Es entstehen damit keine Meßfehler, wenn durch thermische Einflüsse Längenänderungen am Polarisationsstrahlenteiler auftreten. Der Polarisationsstrahlenteiler ist in einem Block zu fertigen, so daß keine Verlagerungen oder Verkippungen von optischen Bauelementen gegeneinander auftreten. Die Strahlführung erfolgt mit minimaler Anzahl von optischen Bauelementen auf engstem Raum, sie stellt hinsichtlich Platzausnutzung ein Optimum dar.

Ausführungsbulspiel

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in zwei Ansichten dargestellt.

Danach besteht der Polarisationsstrahlenteiler aus einem Halbwürfelprisma 1, welches an seiner Hypothenusenfläche mit einem 45°-Rhombusprisma 2 verkittet ist. Wenigstens eine der planen Fügeflächen 3 ist mit einem polarisationsteilenden Belag beschichtet, wobei die Fügeflächen 3 unter einem Winkel von 45° zur Lichteinfallsrichtung 4 angeordnet sind. Dac Halbwürfelprisma 1 weist eine zu den Fügeflächen 3 parallele Planfläche 5 auf, an die eine λ/2-Platte 6 angesprengt ist. An die zur Fügefläche 3 parallel liegende Planfläche 7, die ebenfalls mit einem polarisationsteilenden Belag beschichtet ist, ist ein zweites Halbwürfelprisma 8 mit seiner Hypothenusenfläche gekittet, dessen parallel zur Lichteinfallsrichtung 4 liegende Kathetenfläche als Tripelstreifen 9 ausgebildet ist. Die Projektion der Dachkante lOdesTripelstreifens 9 senkrecht zur Lichteinfallsrichtung 4 liegt in Lichteinfallsrichtung 4 selbst. An die senkrecht zur Lichteinfallsrichtung 4 liegende Planfläche 11 ist eine Phasenplatte 12 gekittet, die eine definierte Phasenverschiebung besitzt. Auf die Phasenplatte 12 ist ein Tripelstreifen 13 angesprengt, dessen Projektion seiner Dachkante 14 in Richtung senkrecht zur Lichteinfallsrichtung 4 ebenfalls in Lichteinfallsrichtung 4 liegt. An die von einem Zwei-Frequenzen-He-Ne-Laser 15 abgewandten Planflächen 16,17 des Rhombusprismas 2 und des Halbwürfelprismas 8 sind jeweils eine λ/4-Platte 18,19 angekittet.

Zur Realisierung eines Zwei-Frequenzen-Differential-Interferometers sind außer dem Laser 15 weiterhin im Strahlengang angeordnet:

ein fester, teilbeschichteter Referenzspiegel 20 und ein in Lichteinfallsrichtung 4 beweglicher Meßspiegel 21, deren Spiegelflächen parallel zu den Planflächen 16,17 ausgerichtet sind sowie ein Fotoempfänger 22.

In dieser Interferometeranordnung funktioniert der Strahlenteiler wie folgt:

Die vom Zwei-Frequenzen-He-Ne-Laser 15 erzeugten zwei um 90° versetzt linear polarisierten Teilstrahlen 23,24 werden durch den polarisationsteilenden Belag auf den Fügeflächen 3 in einen Meßstrahlengang 25 und einen Referenzstrahlengang 26 getrennt. Der parallel zur Fügefläche 3 polarisierte Teilstrahl verläuft im Interferometerstiahlengang entlang folgender Punkte der optischen Achse:

A, B, C, D, C, E, F', G', F', E, H, E, F₁ A', Γ, A' und zum Fotoempfänger 21.

Der senkrecht zur Fügefläche 3 polarisierte Teilstrahl hat folgenden Verlauf:

A, K, A, F, E', L', E', F, M, F, E', C, N', C, B', A' und zum Fotoempfänger 21.

Je nach Polarisierungsrichtung werden die Teilstrahlen 22,23 durch den polarisationsteilenden Belag auf Fügefläche 3 durch die Fügefläche 3 hindurchgelassen bzw. um 90° abgelenkt. Außerhalb des Strahlenteilers zwischen λ/4-Platte 10 und Referenzspiegel 20 bzw. Meßspiegel 21 sind die Teilstrahlen zirkulär polarisiert. Die Dicke der λ/2-Platte 6 ist so bemessen, daß die Polarisationsebene des jeweiligen Teilstrahles um 90° gedreht wird.

Die Phasenplatte 12 hat eine solche Dicke, daß der jeweilige Teilstrahl 23,24 beim zweimaligen Durchlaufen der Phasenplatte eine Drehung der Polarisationsebene um 90° bewirkt.

Claims (2)

1. Polarisationsstrahlenteiler für ein Zwei^requenzen-Differential-Interferometer mit achtfachem Lichtweg, bestehend aus zwei verkitteten Prismen, die mit ihren planen Fügeflächen um 45° zur Lichteinfallsrichtung geneigt liegen, wobei mindestens eine Fügefläche mit einer polarisationsteilenden Schicht versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das in Lichteinfallsrichtung (4) liegende erste Prisma (1) eine zur Fügefläche (3) parallele Planfläche (5) aufweist, auf der eine λ/2-Platte (6) befestigt ist, daß das zweite Prisma (2) als 45°-Rhombusprisma ausgebildet ist, daß an die zur Fügefläche (3) parallel liegende Fläche (7), die mit einer polarisationsteilenden Schicht versehen ist, ein Halbwürfelprisma (8) befestigt ist, an dessen parallel zur Lichteinfallsrichtung (4) liegende Kathetenfläche ein Tripelstreifen (9) angearbeitet ist, dessen Projektion seiner Dachkante (10) senkrecht zur Lichteinfallsrichtung (4) in Lichteinfallsrichtung (4) liegt, daß an die senkrecht zur Lichteinfallsrichtung (4) liegende Planfläche (11) des zweiten Prismas (2) eine Phasenplatte (12) mit definierter Phasenverschiebung befestigt ist, und daß auf der Phasenplatte (12) ein Tripelstreifen (13) befestigt ist, dessen Projektion seiner Dachkante (14) senkrecht zur Lichteinfallsrichtung (4) in Lichteinfallsrichtung (4) liegt.

2. Polarisationsstrahlenteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die von der Lichtquelle (15) abgewandten Planflächen (16,17) des Rhombusprismas (2) und des Halbwürfelprismas (8), die senkrecht zur Lichteinfallsrichtung (4) liegen, jeweils eine λ/4-Platte (18, 19) angekittet sind.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung Ist zur Strahlenteilung bei Zwel-Frequenzen-Differentlal-Interferometern anwendbar, insbesondere zum interferometrischen Messen von Verfahrwegen, Winkeln und Brechungsindizes mit hoher Auflösung und Genauigkeit.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Polarisationsstrahlenteiler für Zwei-Frequenzen-Differential-Interferometer haben die Aufgabe, die zwei Frequenzen eines Laserstrahles in zwei getrennte Teilstrahlen aufzuspalten, diese Teilstrahlen in einem Meß- und Referenzstrahlengang zu führen und auf eine Empfängerfläche als Interferenzebene wieder zu vereinigen. Des weiteren muß durch die Strahlenteileranordnung gewährleistet sein, daß keine Rückkopplung der Meß- und Referanzstrahlengänge in den Laser erfolgt, und daß Kippinvarianz für den beweglichen Meßspiegel besteht. Für Meß- und Referenzstrahl müssen gleiche optische Wege bestehen. In EP0244275A2 ist ein Interferometer zur Winkelmessung beschrieben, in dem ein Strahlenteiler enthalten ist, der neben einem Teilerwürfel zur Strahlenteilung eine Shear-Platte, zwei λ/2-Platten, eine λ/4-Platte und einen Retroreflektor beinhaltet. Diese Bauelemente sind jeweils einzeln gefertigte Bauelemente, die im Strahlengang separat angeordnet sind. Der Retroreflektor ist auf einer Kathetenfläche eines Halbwürfels aufgekittet. Bei dem in EP0281385A2 beschriebenen Planspiegelinterferometer sind an verschiedene Kathetenflächen eines Teilerwürfeb zwei λ/4-Platten sowie ein Tripelprisma angesprengt bzw. angekittet. In einer weiteren Variante dieses Planspiegelinterferometers weist das der Lichtquelle zugewandte Halbwürfelprisma des Teilerwürfels eine zur Lichtrichtung um 45° geneigte Planfläche auf und zwischen Tripelprisma und dem zweiten Halbwürfelprisma ist zusätzlich eine λ/4-Platte angeordnet. Diese Lösungen haben den Nachteil, daß sie hinsichtlich Funktionssicherheit und Wirtschaftlichkeit nicht optimal sind. Die Funktionssicherheit wird dadurch beeinträchtigt, daß durch eine Vielzahl verwendeter optischer Bauelemente mit Glas/Luft-Übergängen, Reflexionsflächen, Glasschlieren usw., die durch das System laufenden Laserwellenfronten deformiert werden, die Laserstrahlung durch Reflexionen, Streuung, Absorption und durch Polarisationsverluste an Energie verliert, und daß thermische Einflüsse auf die Bauelemente den Strahlenverlauf dejustieren. Die Anzahl und die Kompliziertheit der angewendeten optischen Bauelemente, sowie ihre Baugröße und das Gewicht bedingen hohe Kosten bei der Fertigung derartiger Strahlenteiler. Des weiteren verkompliziert sich die Montage des Interferometers, insbesondere dann, wenn viele einzelne Bauelemente im Strahlengang zueinander justiert werden müssen. Die oben beschriebenen Strahlenteiler sind für Interferometer mit vierfachem Lichtweg vorgesehen. Für Interferometer mit achtfachem Lichtweg sind diese Strahlenteller nicht einsetzbar. Bei einer Umstellung der besagten Strahlenteiler von vierfachem auf achtfachen Lichtweg durch Ergänzung mit weiteren optischen Elementen würden die genannten Nachteile noch stärker in Erscheinung treten.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine Verringerung des Aufwandes und eine Verbesserung der optischen Eigenschaften eines Polarisationsstrahlenteilers.