DD296755A5 - Polarisationsstrahlenteiler fuer ein zwei-frequenzen-differential-interferometer mit vierfachem lichtweg - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Polarisationsstrahlenteiler fuer ein Zwei-Frequenzen-Differential-Interferometer mit vierfachem Lichtweg. Die Erfindung besteht darin, dasz bei einem Polarisationsstrahlenteiler fuer ein Zwei-Frequenzen-Differential-Interferometer mit vierfachem 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, und 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. Figur{Polarisationsstrahlenteiler; Zwei-Frequenzen-Differential-Interferometer, vierfach; Lichtweg; Prisma; l/2-Platte; Tripelstreifen; Dachkante}

Description

bostoht, doron mit olnor polarisationstollondon Schicht vorsohono piano Fügoflächon um 46° zur Lichtolnfallsrlchtung genolgt liegen, das In Llnhtoinfallarlchtung liegende- orsto Prisma mit olnor zur FügeflScho parallel Mögenden Planflücho vereohon ist, auf der eine λ/2-Platto befestigt ist.

Des weiteren ist erfindungsgemäß das zweite Prisma In Richtung senkrecht zur Lichteinfallsrichtung als Tripolstroifon ausgebildet, wobei die Projektion der Dachkanto dos Trlpolstrolfons senkrecht zur Lichtolnfallsrlchtung in Llchdinfallsrichtung liegt. Für olnon Intor foromotoraufbau ist es konstruktiv vorteilhaft, wenn an der von dor lichtquelle nbgowand'.on Planfläche des zweiten Prismas eine λ/4-Platto angekittet ist. Mit dem Polarisatlonsstrahlenteiler läßt sich ein Zwel-Froquenzen-Differentlal· Intorforomotorsystom aufbauen, insbesondere zur Messung dos Abstandes zwischen einem Roferonzspiogel und einem sich in gleicher Achse bewegenden Meßsplegel. Der von olnem Zwei-Frequonzonlasor ausgehende Strahlengang wird durch den Polarlsatlonsstrahlenlelter Im Zusammenwirken mit Referenz- und Moßspiegol in einen Roferonzstrahl und einen Meßstrahl mit unterschiedlicher Frequenz aufgospalton.

BoIcIo Strahlengänge weisen eine optische Woglängendlfforonz auf, die dem Abstand zwischen Roforonzspiegelobone und Moßsplogolebene entspricht.

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

Der Polarisatlonsstrahlenteiler bewirkt, daß außor besagter Weglängendifferen* beide Strahlengänge die gleichen optischen Weglängen haben. Es entstehen damit keine Meßfehler, wenn durch thermische Einflüsse Längenänderungen am Polarisationsstrahlenteller auftreten. Der Polarisationsstrahlenteller 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 Räume, sio stellt hinsichtlich Platzausnutzung ein Optimum dar.

Ausführungsbelsplel

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiol der Erfindung in zwei Ansichten dargestellt. Danach besteht der Polarisatlonsstrahlenteiler aus einem ersten Prisma 1 und einem zweiten Prisma 2, die wie ein herkömmlicher Strahlonteilerwürfel an den planen Fügeflächen 3 miteinander verkittet sind. Wenigstens eine der Fügeflächen 3 ist mit einem polarlsationstoilondon Belag beschichtet, wobei die Fügelflächen 3 unter einem Winkel von 45° zur Lichteinfallrichtung 4 angeordnet sind. Das Prisma 1 weist eine zu den Fügeflächen 3 parallele Planfläche δ auf, an die eine λ/2-Platte 6 angesprengt ist. Senkrocht zur Lichteinfallsrichtung 4 ist das Prisma 2 als Trlpelstreifen 7 ausgebildet, wobei die Projektion der Dachkante 8 des Trlpelstroifens 7 in Richtung senkrecht zur Lichteinfallsrichtung 4 in Lichteinfallsrichtung 4 selbst liegt. Prisma 2 hat eine in Richtung senkrecht zur Lichteinfallsrichtung 4 liegende Plenflächo 9, an die eine zweite λ/4-Platte 10 angesprengt ist. Zur Realisierung eines Zwei-Frequenzen-Differential-Interferometers sind im Strahlengang weiterhin angeordnet: ein Zwei-f-requonzen-He-Ne-Laser 11, der zwei um 90° versetzt linear polarisierte Tollstrahlen 12,13 mit einer geringen Frequenzdifferenz liefert, weiterhin ein fester Referenzspiegel 14 und ein in Lichtrichtung beweglicher Meßspiegel 15, deren Spiegelflächen parallel zur Planfläche 9 ausgerichtet sind, sowie ein Fotoempfänger 16. In dieser Anordnung funktioniert der Strahlenteiler wie folgt:

Die polarisierten Teilstrahlen 12,13 werden durch den polarisationstellenden Belag auf den Fügeflächen 3 in einen Meßstrahlengang 17 und einen Reforonzstrahlengang 18 getrennt. Der parallel zur Fügefläche 3 polarisierte Teilstrahl 12 wird an dieser reflektiert. Er gelangt durch Prisma 1 auf die λ/2-Platte 6, deren Dicke so bemessen ist, daß die Polarisationsebene dieses Teilstrahles um 90° gedreht wird, so daß der Teilstrahl nach einer 90°-Ablenkung durch den polarisationsteilenden Belag auf der Fügefläche 3 ungehindert durchtreten kann. Dieser Teilstrahl durchläuft weiterhin die λ/4-Platte 10 und gelangt jetzt zirkulär polarisiert auf den Meßspiegel 15.

Vom Meßspiegel 15 wird dieser Teilstrahl in sich reflektiert, durchläuft ein zweites Mal die λ/4-Platte 10 und wird als linear polarisierter Teilstrahl, dessen Polarisationsebene gegenüber seinem Ausgangszustand um 90° verdreht ist, am polarisationsteilenden Belag in Richtung des Tripelstreifens 7 reflektiert.

Durch Mehrfachreflexion im Tripelstreifen 7 bekommt der Teilstrahl einen seitlichen Versatz, wird an der Fügefläche 3 wieder um 90° in Richtung Meßspiegel 15 abgelenkt und dort in sich reflektiert. Die λ/4-Platte 10 wird dabei zweimal durchlaufen, wodurch sich die Polarisationsebene des Teilstrahls um SO°dreht. Nach weiteren Reflexionen an der Fügefläche 3 und im Tripelstreifen 7 gelangt der Teilstrahl zum Empfänger 16.

Dersenkrecht zur Fügefläche 3 polarisierte Teilstrahl 13 wird durch den polarisationsteilenden Belag hindurchgelassen, gelangt nach Durchgang durch die λ/4-Platte 10 direkt auf den Referenzspiegel 14 und wird an diesem in sich reflektiert. Durch den zweimaligen Durchgang durch die λ/4-Platte wird die Polarisationsebene dieses Teilstrahles um 90° gedreht, so daß er an der Fügefläche 3 in Richtung Tripelstreifen 7 reflektiert wird. Nach Mehrfachreflexion im Tripelstreifen 7 wird der Teilstrahl wieder an der Fügefläche 3 in Richtung Referenzspiegel 14 reflektiert. Auf dem Rückweg vom Referenzspiegel 14 durchläuft der Teilstrahl zum vierten Mal die λ/4-Platte 10, so daß durch die 90°-Drehung der Polarisationsebene der Teilstrahl den polarisationsteilenden Belag der Fügefläche 3 ungehindert passiert. Nach einer 90°-Ablenkung an der λ/2-Platto 6 mit 90°- Drehung der Polarisationsebene wird der Teilstrahl an der Fügefläche 3 reflektiert und gelangt ebenfalls auf den Empfänger 16. In der Empfängerebene interferieren die beidon Toilstrahlen.

Claims (2)

1. Polarisationsstrahlenteller für elnZwel-Froquenzen-Differential-lnterferometer mit vierfachem 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, und daß in Richtung senkrecht zur Lichteinfallsrichtung (4) das zweite Prisma (2) als Tripelstrelfen (7) ausgebildet ist, wobei die Projekten der Dachkante (8) des Tripelstreifens (7) senkrecht zur l.ichteinfallsrichtung (4) in Lichteinfallsrichtung (4) liegt.

2. Polarisationsstrahlenteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die von der Lichtquelle (11) abgewandte Planfläche des zweiten Prismas (2), die senkrecht zur Lichteinfallsrichtung (4) angeordnet ist, eine λ/4-Platte (10) angekittet ist.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung Ist zur Strahlenteilung bei Zwol-Frequenzen-Differentlal-Interferometom anwendbar, Insbesondere zum Interferomotrlschen Messen von Verfahrwegen, Winkeln und Brechungsindizes mit hoher Auflösung und Genauigkeit.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Polarisationsstrahlonteiler für Zwei-Frequenzen-Dlfferential-Interferometer haben die Aufgabe, die zwei Frequenzen eines Laserstrahles in zwei getrennte Teilstrahlen aufzuspalten, diese Tollstrahlen in einem Meß- und Referenzstrahlengang zu führen und auf eine Empfängerfläche als Intorferenzebene wieder zu vereinigen. Des weiteren muß durch die Strahlenteileranordnung gewährleistet sein, daß keine Rückkopplung der Meß- und Referenzstrahlongänge in den Laser erfolgt, und daß Kippinvarianz für den beweglichen Meßspiegel besteht. Für Meß- und Referenzstrahl müssen gleiche optische Wege bestehen. In EP 0244275A2 Ist ein Interferometer zur Winkelmessung beschrieben, in dem ein Strahlenteiler enthalten ist, der neben einem Tellerwürfel 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 Retrorefloktor ist auf einer Kathetenfläche eines Halbwürfels aufgekittat.

Bei dem in et 0281385 A2 beschriebenen Planspiegelinterferometer sind an verschiedene Kathetenflächen eines Teilerwürfels zwei λ/4-Platten sowie ein Tripelprisma angesprengt bzw. angekittet. In einer weiteren Variante dieses Plansplegelinterferometers 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 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 justiert werden müssen.

Ziel der Erfindung

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

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Polarisationsstrahlenteiler für ein Zwei-Frequenzen-Differentlal-Interferometer zu schaffen, dessen optische Wirkung mit einer geringen Anzahl optisch wirksamer Glas-/Luftübergänge realisiert wird. Die Aufgabe wird erfindungsg^näß dadurch gelöst, daß bei einem Polarisationsstrahlenteiler, der aus zwei verkitteten Prismen