DD296754A5

DD296754A5 - Polarisationsstrahlenteiler für ein Zwei-Frequenzen-Differential-Interferometer mit achtfachem Lichtweg

Info

Publication number: DD296754A5
Application number: DD34313890A
Authority: DD
Inventors: Siegbert Teichmann; Jochen Mueller
Original assignee: Carl Zeiss Jena Gmbh,De
Priority date: 1990-07-30
Filing date: 1990-07-30
Publication date: 1991-12-12

Abstract

Die Erfindung betrifft einen 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 in Richtung senkrecht zur Lichteinfallsrichtung (4) das zweite Prisma (2) als Tripelstreifen (7) ausgebildet ist, wobei die Projektion der Dachkante (8) des Tripelstreifens (7) senkrecht zur Lichteinfallsrichtung (4) in Lichteinfallsrichtung (4) liegt, und dasz auf einer Verlaengerung der Fuegeflaeche (3) des zweiten Prismas (2) ein Tripelstreifen (11) befestigt ist, dessen Projektion seiner Dachkante (12) 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

-2- 296 Darlegung dos Wosont dor Erfindung

Dor Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Polarlsatlonsstrahlentollor für ein Zwel-Froquonzon-Dlfforontlol-Intorforometer zu schaffen, closson optische Wirkung mit einer gorlngon Anzahl optisch wlrksamor Glas-/Luftüborgängo realisiert wird.

Dio Aufgabe wird erflndungsgemäß dadurch gelöst, daß bol einem Polarlsatlonsstrahlontollor, der aus zwol verkitteten Prismen besteht, deren mit einer polarlsationstollondon Schicht vorsohono piano Fügofläci.m um 45° zur Lichtoinfallsrlchtung geneigt liegen, das In Lichteinfallsrichtung llogondo ersto Prisma mit einer zur Fügoflächo parallel liogondon Planflächo vorsehen ist, auf dor eine λ/2-Platlo befestigt ist.

Dos weiteren ist orfindungsgomäß dos zweite Prisma in Richtung sonkrecht zur Uchtelnfallsrlchtung als Tripolstreifon ausgobtldot, wobol dio Projektion der Dachkanto dos Trlpolstrolfons senkrocht zur Llchtoinfallsrichtung in Lichtoinfallsrlchtung liegt.

Für olnon Interforomotoraufbau Ist es konstruktiv vorteilhaft, wenn an der von der Lichtquelle abgowandten Planflächo des zwplton Prismtis eine λ/4-Platto angekittet ist.

Mit dem Polarisationsstrahlontoller läßt sich ein Zwei-Froquenzen-Difforentlal-Interforometorsystem aufbauen, insbesondere zur Messung dos Abstandos zwischen oinom Referenzspiogel und oinom sich in gleicher Achse bewegenden Meßspiegel.

Dor von oinom Zwoi-Froquonzonlasor ausgehende Strahlengang wird durch don Polarlsationsstrahlenteilor im Zusammenwirken mit Referenz- und Moßsplogel in einen Roferttnzstrahl und einen Meßstrahl mit unterschiedlicher Frequenz aufgespalten.

Beide Strahlongönge woison eine optische Weglängondifforonz auf, dio dem Abstand zwischen Referonzspiogelobeno und Moßsplogolobeno entspricht. Die optische Woglänge beträgt achtmal den Abstand zwischen Referenz- und Meßsplegelebeno, weil die Strecke achtmal vom Licht durchlaufen wird.

Der Polarisationsstrahlenteiler bewirkt, daß außer bosagter Weglängendifferenz bolde Strahlengänge die gleichen optischen Weglängen haben. Es entstehen damit keine Meßfehler, wenn durch thermische Einflüsse Längonänderungen am Polarisationsstrahlenteiler auftreten. Der Polarisationss'rahlenteiler ist In einem Block zu fertigen, so daß keine Verlagerungen oder Verkippungen von optischen Bauelementen gegeneinander auftreten. Die Strahlenführung erfolgt mit minimaler Anzahl von optischen Bauelementen auf engstem Raum, εΐο stellt hinsichtlich Platzauenutzung oln Optimum dar.

Ausführungsolsplol

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

Danach besteht der Polarisatlonsstrahlenteller aus einem ersten Prisma 1 und einem zweiten Prisma 2, die vie ein herkömmlicher StrahlonteilorwUrfel an den planen Fügeflächen 3 miteinander verkittet sind. Wenigstens eine der Fügeflächen 3 Ist mit einem polarisationsteilenden Belag beschichtet, wobei die Fügeflächen 3 unter einem Winkel von 45° zur Lichteinfallrichtung 4 angeordnet sind. Das Prisma 1 weist eine zu den Fügeflächen 3 parallele Planfläche 5 auf, an die eine λ/2-Platte 6 angesprengt ist. Senkrecht zur Lichteinfallsrichtung 4 ist das Prisma 2 als Tripolstreifon 7 ausgebildet, wobei die Projektion der Dachkante 8 des Tripelstreifens 7 in Richtung senkrecht zur Lichteinfallsrichtung 4 in Lichteinfallsrichtung 4 selbst liegt. Prisma 2 hat eine in Richtung senkrocht zur Lichteinfallsrichtung 4 liegende Planfläche 9, an die eine zweite λ/4-Platte 10 angesprengt ist. Auf der verlängerten Fügefläche 3 des Prismas 2 ist ein Tripelstreifen 11 gekittet, wobei die Projektion der Dachkante 12 des Tripelstreifens 11 senkrecht zur Lichteinfallsrichtung 4 in Lichteinfallsrichtung 4 liegt. Zur Realisierung eines Zwei-Frequonzen-Differential-Interforomoters sind weiterhin im Strahlengang angeordnet: ein zwei-Frequenzen-HeNe-Laser 12, der zwei um 90° versetzt linear polarisierte Teilstrahlen 13,14 mit einer geringen Frequenzdifferenz liefert, weiterhin ein foster, teilbeschichteter Referenzspiegol 15 und ein in Lichteinfallsrichtung 4 beweglicher Meßspiegel 16, deren Spiegelflächen parallel zur Planfläche 9 ausgerichtet sind, sowie ein Fotoempfänger 17.

In dieser Anordnung funktioniert der Strahlenteiler wie folgt: Die polarisierten Teilstrahlen 13,14 werden durch den polarisationsteilenden Belag auf den Fügeflächen 3 in einen Meßstrahlengang 18 und einen Referenzstrahlengang 19 getrennt.

Der parallel zur Fügefläche 3 polarisierte Teilstrahl verläuft im Interforometerstrahlengang nach folgendem Lichtweg:

A, B, C, D, E', F₁ E', H, Q, H, A', Γ, A', und Fotoempfänger 17. Der senkrecht zur Fügefläche 3 polarisierte Teilstrahl hat folgenden Verlauf:

A, K, A, H', L', H', E, M, E, D', 0', D', B', A' und Fotoempfänger 17. J$ nach Polarisiorungsrlchtung werden die Teilstrahlen 13,14 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 15 bzw. Meßspiegel 16 sind die Teilstrahlen zirkulär polarisiert. Die Dicke der λ/2-Platte 6 ist so bemessen, daß die Polarisationsebene des jeweiligen Teilstrahles um 90° gedroht

Claims

-ι- 2967G4 Patentansprüche:

1. Polarisatlonsstrahlßntellor für olnZwel-FroquenzGn-DiffGrontial-lntorforomotor mit achtfachem Llchtwog, bestehend aus zwei verkitteten Prismen, die mit ihren planen Fügeflächen um 45° zur Lichteinfallsrichtung geneigt liegen, wobei mindestens eine Fügefläche mit einer polarisatlonsteilenden Schicht versehen Ist, dadurch gekennzeichnet, daß das In Llchtolnfallsrlchtung (4) liegende erste Prisma (1) eine zur Fügefläche (3) parallele Planfläche (5) aufwei&t, auf der eine λ/2-Platte (6) befestigt Ist, daß in Richtung senkrecht zur Lichteinfallsrichtung (4) das zweite Prisma (2) al« Trlpelstreifen (7) ausgebildet ist, wobei die Projektion der Dachkante (8) dos Trlpelstreifens (V) senkrecht zur Lichteinfallsrichtung (4) In Lichteinfallsrichtung (4) liegt, und daß auf einer Verlängerung der Fügofläche (3) des zweiten Prismas (2) ein Trlpelstreifen (11) befestigt ist, dessen Projektion seiner Dachkante (12) senkrecht zur Lichteinfallsrichtung (4) in Lichteinfallsrichtung (4) liegt.
2. Polarisatlonsstrahlenteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die von der Lichtquelle (12) abgewandten Planfläche (9) des zweiten Prismas (2), die senkrecht zur Lichteinfallsrichtung (4) angeordnet ist, eine λ/4-Platto (10) angekittet ist.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung Ist zur Strahlenteilung bot Zwel-Frequenzon-Dlfferontlal-Intorferometern anwendbar, Insbesondere zum interferomotrlschen Messen von Vorfahrwegen, Winkeln und Brechungsindizes mit hoher Auflösung und Genauigkeit.

Charakteristik des bekannton Standes der Technik

Polarisationsstrahlenteiler für Zwol-Frequenzon-Dlforentlal-Interferomoter haben die Aufgabe, die zwei Frequenzen eines Laserstrahles In zwei getrennte Teilstrahlen aufzuspalten, diese Teilstrahlen in einem Meß- und Referonzstrahlengang zu führon und auf eine Empfängorf lache als Interforenzobone wieder zu vereinigen. Dos weiteren muß durch die Strahlentoileranordnung gewährleistet sein, daß keine Rückkopplung der Meß· und Roforenzstrahlongänge in don Laser erfolgt, und daß Kippinvarianz für den beweglichen Moßsplogel besteht. Für Meß· und Roferonzstr&hl müssen gleiche optische Wege bestehen. In EP 0244275A2 ist ein Interferometer zur Winkelmessung beschrieben, In dem oln Strahlenteiler enthalten ist, der neben einem Teilerwürfel zur Strahlenteilung eine Shoar-Platto, 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 Retrorefloktor ist auf einer Kathetenfläche eines Halbwürfels aufgoklttet.

Bei dem in EP 0281385 A2 beschriebenen Plansplogelintorforomotor sind an verschiedene Kathetenflächen eines Teilerwürfols zwei λ/4-Platten sowie ein Tripelprisma angesprengt bzw. angekittet. In einer weiteren Variante dieses Planspiegelinterforometers weist das der Lichtquelle zugewandte Halbwürfelprisma desTeilerwürfels eine zur Lichtrichtung um 45° geneigte Planfläche auf und zwischen Tripelprisma und dom zweiten Halbwürfelprisma ist zusätzlich eine λ/4-Platte eingeordnet. 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 justiort werden müssen. Die oben beschriebenen Strahlenteller sind für Interferometer mit vierfachem Lichtweg vorgesehen. Für Interferometer mit achtfachem Lichtweg sind diese Strahlenteiler nicht einsetzbar.Bei einer Umstellung der besagten Strahlenteiler von vierfachem auf achtfachem 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 Polarisationsstrahlenteiles.