DE102004003090A1

DE102004003090A1 - Aktive Steuerung zweier orthogonaler Polarisationen für eine heterodyne Interferometrie

Info

Publication number: DE102004003090A1
Application number: DE102004003090A
Authority: DE
Inventors: Joanne Y. Sunnyvale Law; Eric S. Redwood Johnstone; Elizabeth A. Sunnywale Nevis
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2004-01-21
Publication date: 2004-12-09
Also published as: US20040227942A1; US6961129B2; JP3841799B2; US20040227943A1; US6961130B2; JP2004341533A

Abstract

Ein Polarisationssteuersystem umfaßt eine Lichtquelle, die zwei Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Polarisationszuständen und optischen Frequenzen erzeugt. Ein Polarisationsmodulator ändert die Polarisationszustände der beiden Lichtstrahlen. Drei Detektorwege erzeugen ein erstes Schwebungssignal, ein zweites Schwebungssignal und ein drittes Schwebungssignal aus den beiden Lichtstrahlen. Ein Amplitudendetektor bestimmt die Amplitude des ersten Schwebungssignals bei einer Schwebungsfrequenz. Ein Phasenkomparator bestimmt den Phasenunterschied zwischen dem zweiten und dem dritten Schwebungssignal. Das System verwendet dann die Amplitude und den Phasenunterschied, um zu bestimmen, wie der Polarisationszustandsmodulator eingestellt werden soll, um den ersten und den zweiten Lichtstrahl mit den gewünschten Polarisationszuständen zu erzeugen.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine aktive Steuerung einer Polarisation einer kohärenten Quelle.

9 stellt ein herkömmliches System 350 dar, das die Versetzung einer Stufe 352, die in der Halbleiterherstellung verwendet wird, erfaßt. Eine Lichtquelle 354 erzeugt zwei Lichtstrahlen mit orthogonalen Polarisationszuständen und optischen Frequenzen. Ein Strahlteiler 356 führt einen Strahl einer polarisationserhaltenden (PM) Faser 358 zu und den anderen Strahl einer PM-Faser 360 zu. Die Fasern 358 und 360 tragen die beiden Strahlen zu einer Stelle weiter, an der Messungen vorgenommen werden. Durch Verwenden der Fasern 358 und 360 kann die Lichtquelle 354 (z. B. ein Laser) weit genug weg von der Messungsstelle positioniert sein, so daß Temperaturgefälle von der Lichtquelle 354 nicht den Brechungsindex der Luft variieren und störende Dopplerverschiebungen in den Interferometriemessungen bewirken. Es wird keine einzelne PM-Faser verwendet, um die beiden Strahlen weiterzutragen, weil die Faser die Polarisationen für die Interferometriemessungen zu sehr ändert.

An der Messungsstelle werden die Polarisatoren 361, eine Ausrichtungsoptik 362, eine Ausrichtungsoptik 364 und ein Kombinierer 366 verwendet, um die beiden Strahlen wiederzuvereinigen, so daß sie entlang eines gemeinsamen Wegs wandern. Die Ausrichtungsoptik umfaßt Kollimatoren, flache durchsichtige Fenster, eine Polarisierungsoptik, Strahlteiler und Total- und Teilreflektoren, um die Strahlen zu translatieren und zu neigen. Ein Interferometriemessungssystem 368 reflektiert dann einen der Strahlen von der Stufe 352 ab und erfaßt dann den Phasenunterschied zwischen den beiden Strahlen, um eine Versetzung der Stufe 352 zu bestimmen.

Das System 350 weist die folgenden Nachteile auf. Erstens ist es schwierig, die Optik 362, die Optik 364 und den Kombinierer 366 auszurichten, so daß die beiden Strahlen wieder entlang des gleichen Weges wandern. Zweitens ist es kostspielig, zwei Faserwege zu nutzen, in denen die gesamte Ausrüstung dupliziert wird. Es wird somit ein Polarisationssteuersystem benötigt, das die Polarisation zweier Lichtstrahlen in einer einzelnen Faser aufrechterhält.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Polarisationssteuersystem für eine heterodyne Interferometrie und ein Verfahren zum Aufrechterhalten von Polarisationszuständen von Lichtstrahlen von einer Faser in einem heterodynen Interferometriesystem mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein Polarisationssteuersystem gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 22 gelöst.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt ein Polarisationssteuersystem eine Lichtquelle, die zwei Lichtstrahlen mit orthogonalen Polarisationszuständen und unterschiedlichen optischen Frequenzen erzeugt. Ein Polarisationszustandsmodulator ändert die Polarisationszustände der beiden Lichtstrahlen. Drei Detektorwege erzeugen ein erstes Schwebungssignal, ein zweites Schwebungssignal und ein drittes Schwebungssignal von den beiden Lichtstrahlen. Es wird ein Amplitudendetektor verwendet, um die Amplitude des ersten Schwebungssignals bei einer Schwebungsfrequenz zu bestimmen. Ein Phasenkomparator bestimmt den Phasenunterschied zwischen dem zweiten und dem dritten Schwebungssignal. Das System verwendet dann die Amplitude und den Phasenunterschied, um zu bestimmen, wie der Polarisationszustandsmodulator eingestellt werden soll, um den ersten und den zweiten Lichtstrahl mit den gewünschten Polarisationszuständen zu erzeugen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
1 stellt ein Polarisationssteuersystem zum Aufrechterhalten jeglicher polarisierter Zustände zweier orthogonal polarisierter Lichtstrahlen bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.
2 und 3 sind Flußdiagramme von Verfahren zum Betreiben des Polarisationssteuersystems aus 1 bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4 stellt ein Polarisationssteuersystem zum Aufrechterhalten der Polarisationszustände zweier orthogonaler linear polarisierter Lichtstrahlen bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.
5 stellt einen Polarisationszustandsmodulator in dem Polarisationssteuersystem aus 4 dar.
6A bis 6D stellen Polarisationssteuersysteme zum Aufrechterhalten der Polarisationszustände zweier orthogonaler linear polarisierter Lichtstrahlen bei Ausführungsbeispielen der Erfindung dar.
7 stellt eine nicht-entfernte Konfiguration eines Polarisationssteuersystems bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.
8 stellt ein Polarisationssteuersystem dar, das ein Zittern (Dithering) verwendet, um jegliche polarisierte Zustände zweier orthogonaler Lichtstrahlen bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung aufrechtzuerhalten.
Vor einer detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden einige Schlüsselbegriffe definiert. Ein Verzögerer (oder eine Wellenplatte) ist ein optisches Bauelement, das eine Lichtwelle in zwei orthogonale Polarisationskomponenten auflöst und eine Phasenverschiebung (definiert als Retardierung) zwischen denselben erzeugt. Die sich ergebende Lichtwelle ist allgemein von einer unterschiedlichen Polarisationsform. Alle Winkelausrichtungen von Verzögerern in diesem Dokument beziehen sich auf eine Ausrichtung der langsamen Achse relativ zu der horizontalen Achse (x-Achse). Ein veränderlicher Verzögerer ist ein Verzögerer, dessen Retardierung durch ein externes Mittel, z. B. durch das Anlegen einer Spannung, geändert werden kann.
Ein Polarisationszustandmodulator (PSM) ist ein Bauelement, das den Eingangspolarisationszustand in einen Ausgangspolarisationszustand umwandelt. Der Ausgangspolarisationszustand wird durch ein oder mehrere externe Eingangssignale, die an den PSM angelegt sind, z. B. eine Spannung, gesteuert. Der Aungangspolarisationszustand unterscheidet sich allgemein von dem Eingangspolarisationszustand. Zum Beispiel kann der PSM aus mehreren veränderlichen Verzögerern zusammengesetzt sein.
1 stellt ein Polarisationssteuersystem 10 bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Das System 10 ist in einer entfernten Operationskonfiguration implementiert, bei der der Polarisationszustandmodulator einer Faser vorgeschaltet ist, die ein Interferometriesystem zum Messen einer Versetzung speist.
Eine Lichtquelle 12 erzeugt (1) einen Lichtstrahl E1 mit einem Polarisationszustand P1 und einer Frequenz ω1 und (2) einen Lichtstrahl E2 mit einem Polarisationszustand P2 und einer Frequenz ω2. Bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt die Lichtquelle 12 einen Helium-Neon-(HeNe)-Laser und elektrooptische Komponenten, die erforderlich sind, um die ge wünschten Polarisationen und Frequenzen zu erzeugen. Zum Beispiel ist die Lichtquelle 12 ein von Agilent Technologies hergestellter Laser 5517D. Ein spannungsgesteuerter Polarisationszustandsmodulator (PSM) 14 empfängt die Lichtstrahlen E1 und E2 und stellt ihre Polarisationszustände auf P1' bzw. P2' ein, bevor er dieselben in eine Faser 16 einkoppelt. Der spannungsgesteuerte PSM 14 ist betreibbar, um einen beliebigen Eingangspolarisationszustand zu einem beliebigen gewünschten Ausgangspolarisationszustand zu ändern. Bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt der spannungsgesteuerte PSM 14 einen spannungsgesteuerten veränderlichen Verzögerer 18, der bei 0° ausgerichtet ist, einen spannungsgesteuerten veränderlichen Verzögerer 20, der bei 45° ausgerichtet ist und einen spannungsgesteuerten veränderlichen Verzögerer 22, der bei 0° ausgerichtet ist. Die Verzögerer 18, 20 und 22 werden durch die Spannungen V1, V2 und V3 gesteuert, um die Retardierungen Γ1, Γ2 bzw. Γ3 zu erzeugen.
Die Faser 16 trägt die Lichtstrahlen E1 und E2 stromabwärts zu einer Messungsstelle weiter. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Faser 16 eine polarisationserhaltende (PM) Faser. Experimente zeigen, daß die Faser 16 aufgrund einer Temperaturabweichung, mechanischen Verformung der Faser und mechanischen Vibration die Polarisationszustände der Lichtstrahlen E1 und E2 zu P1'' bzw. P2'' ändert. Dennoch erzeugt die Faser 16 eine vernachlässigbare Änderung bezüglich der orthogonalen Beziehung zwischen den Polarisationszuständen der Lichtstrahlen E1 und E2.
An der Messungsstelle teilt ein Strahlteiler 24 die Lichtstrahlen E1 und E2 in zwei Wege. Ein Ausgangsweg 26 trägt die Lichtstrahlen E1 und E2 zu dem entfernungsmessenden Interferometriesystem (im folgenden „DMI") weiter. Ein Überwachungsweg 28 trägt die Lichtstrahlen E1 und E2 zu Komponenten weiter, die die im folgenden beschriebenen Polarisationszustände von E1 und E2 überwachen und aufrechterhalten. Einige oder alle dieser Komponenten können entweder an der Messungsstelle oder weg von der Messungsstelle positioniert sein. Zum Beispiel können die Lichtaustrittskomponenten 38, 52 und 62 jeweils mit einer Multimode-Faser zusammen mit einer fokussierenden Linse gekoppelt sein, die zu den Detektorkomponenten weg von der Messungsstelle führt.
Ein Strahlteiler 30 empfängt die Lichtstrahlen E1 und E2 von dem Weg 28 und teilt sie in zwei Wege. Ein Weg 32 trägt die Lichtstrahlen E1 und E2 zu einem ersten Detektorweg 34 und ein Weg 36 trägt die Lichtstrahlen E1 und E2 zu anderen Detektorwegen weiter. Der erste Detektorweg 34 umfaßt einen Polarisator 38, der es ermöglicht, daß die Komponenten der Lichtstrahlen E1 und E2 bei einem ausgewählten Polarisationszustand P3 einen Lichtdetektor 40 erreichen. Es kann eine fokussierende Linse zwischen den Polarisator 38 und den Lichtdetektor 40 eingefügt sein, um das Licht zu fokussieren. Ansprechend auf die empfangene Lichtintensität überträgt der Lichtdetektor 40 ein Schwebungssignal B1 bei einer Schwebungstonfrequenz von (ω1 – ω2) zu einem Amplitudenerfassungsbauelement 42. Das Schwebungssignal B1 stellt die erfaßte optische Leistung dar. Es kann ein Verstärker zwischen den Lichtdetektor 40 und das Amplitudenerfassungsbauelement 42 eingefügt sein, um das Schwebungssignal B1 zu verstärken. Vor dem Polarisator 38 kann der erste Detektorweg 34 optional eine oder mehrere Wellenplatten 37 umfassen. Die Wellenplatten 37 und der Polarisator 38 sind gemäß der gewünschten Ausrichtung der Ausgangspolarisationszustände der Lichtstrahlen E1 und E2 ausgewählt.
Ein Strahlteiler 44 empfängt die Lichtstrahlen E1 und E2 von dem Weg 36 und teilt sie in zwei Wege. Ein Weg 46 trägt die Lichtstrahlen E1 und E2 zu einem zweiten Detektorweg 48 und ein Weg 50 trägt die Lichtstrahlen E1 und E2 zu einem anderen Detektorweg weiter. Der zweite Detektorweg 48 umfaßt einen Polarisator 52, der es ermöglicht, daß die Komponenten der Lichtstrahlen E1 und E2 bei einem ausgewählten Polarisationszustand P4 einen Lichtdetektor 54 erreichen. Es kann eine fokussierende Linse zwischen den Polarisator 52 und den Lichtdetektor 54 eingefügt sein. Ansprechend auf die empfangene Lichtintensität überträgt der Lichtdetektor 54 ein Schwebungssignal B2 zu einem Phasendetektor 56. Es kann ein Verstärker zwischen den Lichtdetektor 54 und Phasendetektor 56 eingefügt sein. Vor dem Polarisator 52 umfaßt der zweite Detektorweg 48 optional eine oder mehrere Wellenplatten 51. Die Wellenplatten 51 und der Polarisator 52 sind ausgewählt, um in Abhängigkeit von der gewünschten Ausrichtung der Ausgangspolarisationszustände der Lichtstrahlen E1 und E2 ein großes Schwebungssignal B2 zu erzeugen.
Der Weg 50 trägt die Lichtstrahlen E1 und E2 zu einem dritten Detektorweg 58 weiter. Der dritte Detektorweg 58 umfaßt einen Polarisator 62, der es ermöglicht, daß die Komponenten der Lichtstrahlen E1 und E2 bei einem ausgewählten Polarisationszustand P5 einen Lichtdetektor 64 erreichen. Es kann eine fokussierende Linse zwischen den Polarisator 62 und den Lichtdetektor 64 eingefügt sein. Ansprechend auf die empfangene Lichtintensität überträgt der Lichtdetektor 64 ein Schwebungssignal B3 zu dem Phasendetektor 56. Es kann ein Verstärker zwischen den Lichtdetektor 64 und den Phasendetektor 56 eingefügt sein. Vor dem Polarisator 62 umfaßt der dritte Detektorweg 58 optional eine oder mehrere Wellenplatten 60. Die Wellenplatten 60 und der Polarisator 62 sind ausgewählt, um ein Schwebungssignal B3 zu erzeugen, das für jede der beiden möglichen Lösungen von E1 und E2 eine unterschiedliche Phasenbeziehung mit dem Schwebungssignal B2 aufweist, die einer minimalen Amplitude entspricht, die durch das Amplitudenerfassungsbauelement 42 in dem ersten Detektorweg 34 erfaßt wurde. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Phasenbeziehung 90° außer Phase (d. h. die Schwebungssignale B2 und B3 sind in Quadratur).
Der Phasendetektor 56 bestimmt einen Phasenunterschied ΔΨ zwischen den Schwebungssignalen B2 und B3. Das Amplituden erfassungsbauelement 42 bestimmt eine Amplitude B1' des Schwebungssignals B1 bei der Schwebungstonfrequenz (d. h. ω1 – ω2). Eine Steuerung 43 verwendet die Amplitude B1' und den Phasenunterschied ΔΨ, um Steuerspannungen zu erzeugen, die an den PSM 14 angelegt werden, um die gewünschten Polarisationszustände der Lichtstrahlen E1 und E2 zu erreichen, während dieselben aus der Faser 16 austreten. Es können Verstärker zwischen die Steuerung 43 und den PSM 14 eingefügt sein, um die Steuersignale zu verstärken. Die Steuerung 43 kann unter Verwendung von analogen oder digitalen Komponenten implementiert sein.
Spezifisch betrachtet, stellt die Steuerung 43 den PSM 14 ein, bis die Schwebungstonamplitude B1' eines von zwei lokalen Minima erreicht. Würden alle orthogonalen Polarisationszustände von E1 und E2 auf das System angewendet, so würde sich herausstellen, daß die Tonamplitude B1' zwei lokale Minima aufweist, da die Schwebungstonfunktion zwei degenerierte Lösungen aufweist, die zwei möglichen Ausrichtungen von E1 und E2 entsprechen. Die Steuerung 43 verwendet den Phasenunterschied ΔΨ, um die Polarisationszustände von E1 und E2 eindeutig zu bestimmen, da der Phasenunterschied ΔΨ an den beiden Minima unterschiedliche Werte aufweist, die den beiden Ausrichtungen von E1 und E2 entsprechen. Die exakte Entsprechung zwischen den Werten des Phasenunterschieds ΔΨ und den Ausrichtungen von E1 und E2 kann auf herkömmliche Weise anhand der Jones-Rechenmethode abgeleitet werden.
2 stellt ein Verfahren 100 zum Verwenden des Systems 10 zum Verriegeln in eine gewünschte Polarisationsausrichtung bei einem Ausführungsbeispiel dar. Bei einem Schritt 104 führt die Steuerung 43 eine globale Suche nach einer Anfangslösung der Retardierungen Γ1, Γ2 und Γ3 durch, die ein lokales Minimum mit der korrekten Polarisationsausrichtung liefern würde. Die Werte von Γ1, Γ2 und Γ3 in der Anfangslösung werden als Anfangsretardierungswerte verwen det. Ein Ausführungsbeispiel des Schritts 104 wird später unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
Bei den Schritten 106 bis 114 stellt die Steuerung 43 die Retardierung Γ1 eines Verzögerers 18 ein, um den Minimalwert der Schwebungstonamplitude B1' zu finden, der mit der Retardierung Γ1 erreicht werden kann. Spezifisch betrachtet wählt die Steuerungsvorrichtung 43 bei Schritt 106 den Verzögerer 18 aus. Bei Schritt 108 erhöht die Steuerung 43 durch Einstellen der Spannung V1 die Retardierung P1 inkrementweise. Bei Schritt 110 bestimmt die Steuerung 43, ob die Schwebungstonamplitude B1' gesunken ist. Wenn dies der Fall ist, folgt auf Schritt 110 der Schritt 108. Ansonsten folgt auf Schritt 110 der Schritt 112.
Bei Schritt 112 verringert die Steuerung 43 durch Einstellen der Spannung V1 die Retardierung Γ1 inkrementweise. Bei Schritt 114 bestimmt die Steuerung 43, ob die Schwebungstonamplitude B1' gesunken ist. Wenn dies der Fall ist, folgt auf Schritt 114 der Schritt 112. Ansonsten folgt auf Schritt 114 der Schritt 116.
Bei den Schritten 116 bis 124 stellt die Steuerung 43 die Retardierung Γ2 eines Verzögerers 20 ein, um den Minimalwert der Schwebungstonamplitude B1' zu finden, der mit der Retardierung Γ2 erreicht werden kann. Auf Schritt 124 folgt Schritt 126, sobald der Minimalwert der Schwebungstonamplitude B1' erreicht wurde. Bei den Schritten 126 bis 134 stellt die Steuerung 43 die Retardierung Γ3 eines Verzögerers 22 ein, um den Minimalwert der Schwebungstonamplitude B1' zu finden, der mit der Retardierung Γ3 erreicht werden kann. Auf Schritt 134 folgt Schritt 136, sobald der Minimalwert der Schwebungstonamplitude B1' erreicht wurde.
Bei Schritt 136 zeichnet die Steuerung 43 den Wert der Schwebungstonamplitude B1' für die aktuelle Iteration auf. Bei Schritt 138 bestimmt die Steuerung 43 den Phasenunterschied ΔΨ zwischen den Schwebungssignalen B2 und B3. Bei Schritt 140 bestimmt die Steuerung 43, ob der Wert des Phasenunterschieds ΔΨ den gewünschten Ausgangspolarisationszuständen von E1 und E2 entspricht. Der Phasenunterschied ΔΨ entspricht unter Umständen nicht den gewünschten Ausgangspolarisationszuständen, wenn eine starke und plötzliche Änderung des Zustands der Faser 16 auftritt, die eine starke und plötzliche Änderung der Polarisationszustände von E1 und E2 bewirkt, was unter Umständen bewirkt, daß die Steuerschleife bzw. Regelschleife vorübergehend die Verriegelung verliert, wodurch das System danach unter Umständen nicht auf die gleiche Anfangslösung verriegelt ist. Wenn dies der Fall ist, dann folgt auf Schritt 140 der Schritt 104, bei dem das Verfahren 100 wiederholt wird, um nach einer anderen Anfangslösung der Retardierungen Γ1, Γ2 und Γ3 zu suchen. Wenn der Phasenunterschied ΔΨ den gewünschten Ausgangspolarisationszuständen von E1 und E2 entspricht, dann folgt auf Schritt 140 der Schritt 142.
Bei Schritt 142 bestimmt die Steuerung 43, ob die aktuelle Schwebungstonamplitude B1' die gleiche ist wie die Schwebungstonamplitude B1', die aus der vorangegangenen Iteration aufgezeichnet wurde. Wenn dies der Fall ist, dann folgt auf Schritt 142 der Schritt 136 und das Verfahren 100 durchläuft die Schleife, bis die Schwebungstonamplitude B1' ihren Wert ändert. Wenn die aktuelle Schwebungstonamplitude B1' nicht die gleiche ist wie die Schwebungstonamplitude B1', die aus der vorangegangenen Iteration aufgezeichnet wurde, dann folgt auf Schritt 142 der Schritt 106 und das Verfahren 100 wird wiederholt, um nach einer anderen minimalen Schwebungstonamplitude B1' zu suchen.
3 stellt ein Ausführungsbeispiel des Schritts 104 dar, bei dem die Steuerung 43 einige oder alle Polarisationszustände von E1 und E2 nach einer Anfangslösung der Retardierungen Γ1, Γ2 und Γ3 durchsucht, die die gewünschte Ausrichtung der Polarisationszustände von E1 und E2 erzeugt. Bei Schritt 174 initialisiert die Steuerung 43 die Retardierungen Γ1, Γ2 und Γ3 auf 0. Es werden hier Minimalwerte einer Nullretardierung angenommen, doch kann die Suche von einem beliebigen Minimalwert der Retardierungen Γ1, Γ2 und Γ3, die durch die Verzögerer erreichbar sind oder gesucht werden sollen, starten. Bei Schritt 176 zeichnet die Steuerung 43 den Phasenunterschied ΔΨ zwischen den Schwebungssignalen B2 und B3 auf, die mit den aktuellen Werten der Retardierungen Γ1, Γ2 und Γ3 erzeugt wurden. Bei Schritt 178 bestimmt die Steuerung 43, ob die Retardierung Γ3 ihren maximalen Wert überschreitet. Der maximale Wert kann die maximale Retardierung sein, die ein Verzögerer erreichen kann oder gesucht werden soll. Wenn die Retardierung Γ3 ihren maximalen Wert überschreitet, dann folgt auf Schritt 178 der Schritt 182. Wenn die Retardierung Γ3 ihren maximalen Wert nicht überschritten hat, dann folgt auf Schritt 178 der Schritt 180. Bei Schritt 180 erhöht die Steuerung 43 durch Einstellen der Spannung V3 die Retardierung Γ3 inkrementweise. Auf Schritt 180 folgt Schritt 176 und die obigen Schritte durchlaufen eine Schleife, bis die Retardierung Γ3 ihren maximalen Wert überschreitet.
Bei Schritt 182 initialisiert die Steuerung 43 Γ3 erneut auf 0. Bei Schritt 184 erhöht die Steuerung 43 durch Einstellen der Spannung V2 die Retardierung Γ2 inkrementweise. Bei Schritt 186 bestimmt die Steuerung 43, ob die Retardierung Γ2 ihren maximalen Wert überschreitet. Wenn dies der Fall ist, dann folgt auf Schritt 186 der Schritt 188. Wenn die Retardierung Γ2 ihren maximalen Wert nicht überschritten hat, dann folgt auf Schritt 186 der Schritt 176 und die obigen Schritte durchlaufen eine Schleife, bis beide Retardierungen Γ3 und Γ2 ihre maximalen Werten überschreiten.
Bei Schritt 188 initialisiert die Steuerung 43 P2 erneut auf 0. Bei Schritt 190 erhöht die Steuerung 43 durch Einstellen der Spannung V1 die Retardierung Γ1 inkrementweise. Bei Schritt 192 bestimmt die Steuerung 43, ob die Retardierung Γ1 ihren maximalen Wert überschreitet. Wenn dies der Fall ist, dann folgt auf Schritt 192 der Schritt 194. Wenn die Retardierung Γ1 ihren maximalen Wert nicht überschrit ten hat, dann folgt auf Schritt 192 der Schritt 176 und die obigen Schritte durchlaufen eine Schleife, bis die Retardierungen Γ3, Γ2 und Γ1 ihre maximalen Werte überschreiten. Bei Schritt 194 wählt die Steuerung 43 die Werte der Retardierungen Γ3, Γ2 und Γ1, die einen gewünschten Phasenunterschied ΔΨ₀ erzeugten, der den gewünschten Ausgangspolarisationszuständen von E1 und E2 entspricht, als Anfangslösung für das Verfahren 100 aus.
4 stellt eine Implementierung des Systems 10 aus 1, im folgenden System 10A, dar, die auf eine spezifische Ausrichtung der Polarisationszustände bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung anwendbar ist. Bei dem System 10A erzeugt die Lichtquelle 12 einen vertikal linear polarisierten (VLP) E1 und einen horizontal linear polarisierten (HLP) E2. Bei dem System 10A ist es erwünscht, die Polarisationszustände von E1 und E2 an dem Ausgang der Faser 16 aufrechtzuerhalten. Somit ist der Polarisator 38 bei 90° ausgerichtet, der Polarisator 52 bei 45° ausgerichtet, die Wellenplatte 60 ausgewählt, eine bei 45° ausgerichtete Viertelwellenplatte zu sein, und der Polarisator 62 bei 90° ausgerichtet.
5 stellt ein Ausführungsbeispiel eines PSM 14A dar, der verwendet wird, um die Polarisationszustände von E1 und E2 in dem System 10A (4) einzustellen. Der PSM 14A ist ein drehbarer veränderlicher Verzögerer, der aus einem elektrooptischen Kristall, wie z. B. Lithiumniobatkristall (LiNbO₃) hergestellt ist, wobei die Lichtausbreitung in der z-Richtung erfolgt und Spannungen in der x- und y-Richtung angelegt sind. Die Polarisationsachsen und -retardierung des LiNbO₃ werden durch Ändern der Spannungen V_x und V_y gesteuert, so daß ein beliebiger Eingangspolarisationszustand in einen beliebigen Ausgangspolarisationszustand umgewandelt werden kann, wenn sowohl V_x als auch V_y über einen Bereich [–V_π, V_π] wirksam sind, wobei die Halbwellenspannung V_π = λd/(2n 3 / 0r₂₂L), λ die Wellenlänge des Lichtstrahls, d die Breite und Höhe des LiNbO₃, n₀ der gewöhnli che Index des LiNbO₃ und r₂₂ der elektrooptische Koeffizient des LiNbO₃ ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann das System 10A ein dem Verfahren 100 (2 und 3) ähnliches Verfahren verwenden, um die gewünschten Polarisationszustände von E1 und E2 aufrechtzuerhalten. Die Steuerung 43 führt zunächst eine globale Suche durch, um Anfangswerte der Spannungen V_x und V_y zu finden, die einen gewünschten Phasenunterschied ΔΨ₀ erzeugen. Die Steuerung 43 führt dann fortlaufend eine Minimumsuche durch, um auf das Minimum zu verriegeln, das dem gewünschten Phasenunterschied ΔΨ₀ entspricht.
Wenn bei den oben beschriebenen Systemen eine PM-Faser verwendet wird, machen E1 und E2 in der Regel eine kleine Polarisationsänderung (z. B. weniger als 20 % Leistungsveränderung durch den Polarisator) durch. Es besteht somit unter Umständen kein Bedarf nach einem PSM, der alle möglichen Eingangspolarisationszustände erzeugen kann, um die gewünschten Ausgangspolarisationszustände zu finden und auf dieselben zu verriegeln. In der Tat kann ein geeigneter Entwurf den Polarisationszustandsbereich, der durchsucht werden muß, reduzieren, wodurch die Beseitigung einiger veränderlicher Verzögerer und möglicherweise der Quadraturerfassung ermöglicht wird. Zum Beispiel müssen unter Umständen nur Polarisationszustände gesucht werden, die die Hälfte der Poincare-Kugel (eine mathematische Konstruktion, die alle Polarisationszustände beschreibt) bedecken.
6A stellt eine Implementierung des Systems 10 aus 1, im folgenden System 10B, dar, die auf kleine Änderungen der Polarisationszustände bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung anwendbar ist. Bei dem System 10B erzeugt die Lichtquelle 12 einen VLP E1 und einen HLP E2. Bei dem System 10B ist es erwünscht, die Polarisationszustände von E1 und E2 an dem Ausgang der Faser 16 aufrechtzuerhalten.
Es werden ein Verzögerer 252 und ein PSM 14B verwendet, um einen Teilsatz der möglichen Polarisationszustände von E1 und E2 zu erzeugen. Der Verzögerer 252 ist eine bei 22,5° ausgerichtete Halbwellenplatte. Der PSM 14B umfaßt (1) einen veränderlichen Verzögerer 254, der bei 0° ausgerichtet ist und eine veränderliche Retardierung aufweist, die zwischen 0 und λ/2 liegt, und umfaßt (2) einen veränderlichen Verzögerer 256, der bei 45° ausgerichtet ist und eine veränderliche Retardierung aufweist, die zwischen 0 und λ/2 liegt. Der Verzögerer 252 und der PSM 14B ermöglichen es, daß ungefähr die Hälfte der Poincare-Kugel durchsucht wird, so daß das System 10B nur auf eines der beiden Minima der Schwebungstonamplitude B1' verriegelt, da die andere Lösung durch den Entwurf ausgeschlossen ist. Des weiteren ermöglichen es der Verzögerer 252 und der PSM 14B, daß Polarisationszustände, die ansonsten einen oder mehrere zusätzliche veränderliche Verzögerer erfordern würden, um eine endlose (d. h. rücksetzungsfreie) Polarisationssteuerung zu liefern, fortlaufend ohne Unterbrechungen innerhalb der interessierenden Region (z. B. die Hälfte der Poincare-Kugel) abgetastet werden.
Das System 10B umfaßt nur einen Detektorweg, d. h. den ersten Detektorweg 34, der ein Schwebungssignal B1 erzeugt. Die Steuerung 43 verwendet nur das Schwebungssignal B1, um auf das einzige Minimum innerhalb der Eingangspolarisationszustände, die durch den PSM 14B erzeugt werden können, zu verriegeln. Es wird keine globale Suche nach einer Anfangslösung benötigt, da innerhalb der Eingangspolarisationszustände, die durch die Verzögerungsplatte 252 und den PSM 14B erzeugt werden können, nur ein Minimum zugreifbar ist.
6B stellt ein System 10C dar, das bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dem System 10B bis auf einen unterschiedlichen Verzögerer und einen unterschiedlichen PSM ähnlich ist. Das System 10C umfaßt eine Viertelwellenplatte 262, die bei –45° ausgerichtet ist, und einen PSM 14A (5). Wie oben beschrieben, ist der PSM 14A ein drehbarer veränderlicher Verzögerer, der durch die Spannungen V_x und V_y gesteuert wird, wobei die Spannung V_x über einen Bereich [0, V_π] wirksam ist und die Spannung V_y über einen Bereich [–V_π, V_π] wirksam ist. Der Verzögerer 262 und der PSM 14A ermöglichen es, daß ungefähr die Hälfte der Poincare-Kugel fortlaufend durchsucht wird, ohne Unterbrechungen in den Polarisationszuständen, die ansonsten einen oder mehrere zusätzliche drehbare, veränderliche Verzögerer erfordern würden, um eine endlose Polarisationssteuerung bereitzustellen.
Zwar entsprechen die gewünschten Polarisationszustände für eine heterodyne Interferometrie in der Regel einem VLP E1 und HLP E2, doch ist es möglich, ein System zu entwerfen, das den E1 und E2 auf Polarisationszustände verriegelt, die nicht VLP und HLP sind, wobei aber immer noch VLP- und HLP-Zustände erhalten werden, bevor E1 und E2 in das Interferometer eintreten. 6C stellt ein derartiges System 10D bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Das System 10D ist bis auf unten beschriebene Modifizierungen den Systemen 10B und 10C ähnlich. Die Eingangspolarisationszustände sind ein VLP E1 und ein HLP E2. Der Verzögerer 252 (6A) und der Verzögerer 262 (6B) werden in dem System 10D nicht verwendet. Der PSM 14D umfaßt (1) einen veränderlichen Verzögerer 254D, der bei 45° ausgerichtet ist und über einen Retardierungsbereich von 0 bis λ/2 wirksam ist, und (2) einen veränderlichen Verzögerer 256D, der bei 0° ausgerichtet ist und über einen Retardierungsbereich von λ/2 bis 3 λ/2 wirksam ist. Eine bei 45° ausgerichtete Viertelwellenplatte 600 ist in dem Detektorweg 34 vor dem Polarisator 38 enthalten, so daß die minimale Schwebungsamplitude einem links-zirkular-Polarisations(LCP)-Zustand E1 und einem rechts-zirkular-Polarisations(RCP)-Zustand E2 entspricht. Eine zweite bei 45° ausgerichtete Viertelwellenplatte 602 ist in dem Weg 26 enthalten, um den LCP-E1 und RCP-E2 in einen VLP E1 und einen HLP E2 umzuwandeln, bevor dieselben in das Interferometer eintreten.
6D stellt ein System 10E, das die Merkmale des Systems 10B und des Systems 10D kombiniert, bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Bei dem System 10E erzeugt die Lichtquelle 12 einen E1 und einen E2, wobei die Polarisationszustände von der Anwendung abhängen. Die Retardierung und Ausrichtung des Verzögerers 252E hängen von den Eingangspolarisationszuständen und den gewünschten Ausgangspolarisationszuständen von E1 und E2 ab. Ähnlich wie bei dem System 10B werden ein Verzögerer 252E und ein PSM 14E verwendet, um einen Teilsatz der möglichen Polarisationszustände von E1 und E2 zu erzeugen. Ähnlich wie bei dem System 10D ist ein Verzögerer 600E in dem Detektorweg 34 vor dem Polarisator 38 enthalten, so daß die minimale Schwebungsamplitude den gewünschten Polarisationszuständen von E1 und E2 entspricht. Ein Verzögerer 602E ist in dem Weg 26 enthalten, um E1 und E2 in die gewünschten Polarisationszustände umzuwandeln, bevor dieselben in das Interferometer eintreten. Auch hier hängen die Retardierung und die Ausrichtung des Verzögerers 602E von den gewünschten Polarisationszuständen von E1 und E2 ab.
Die oben beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele des Polarisationssteuersystems wurden alle in einer entfernten Operationskonfiguration gezeigt, bei der der PSM der Faser und der Messungsstelle vorgeschaltet ist. 7 stellt ein Ausführungsbeispiel eines nicht-entfernten Polarisationssteuersystems 300 dar, bei dem ein PSM 314 einer Faser 316 an der Messungsstelle nachgeschaltet ist. Wie ersichtlich, koppelt eine Lichtquelle 312 zwei Lichtstrahlen mit orthogonalen Polarisationszuständen und unterschiedlichen Frequenzen in die Faser 316 ein. Die Faser 316 trägt dann die beiden Lichtstrahlen zu dem PSM 314 weiter. Der PSM 314 stellt die Polarisationszustände der beiden Lichtstrahlen ein, bevor er dieselben zu einem Ausgangsweg und einem Überwachungsweg sendet. Der PSM 314 kann wie oben in den 1, 4, 5, 6A und 6B beschrieben implementiert sein. Der Ausgangsweg führt zu einem Interferometriesystem zum Messen einer Versetzung. Der Überwachungsweg führt zu einem Erfassungs- und Steuerblock 334, der die Rückkopplungssteuerung zu dem PSM 314 erzeugt, um die gewünschten Ausgangspolarisationszustände der beiden Lichtstrahlen aufrechtzuerhalten. Der Block 334 kann wie in den 1, 4, 6A und 6B beschrieben implementiert sein.
8 stellt eine Implementierung des Systems 10 aus 1, im folgenden System 10D, dar, die unter Verwendung eines Zitterns auf die gewünschte Schwebungstonamplitude B1' verriegelt. Die Technik des Zitterns erzeugt kleine Modulationsterme bezüglich jedes Steuersignals, um die Erfassung der Ableitung des erfaßten Signals (einschließlich Vorzeichen) zu unterstützen. Diese Technik filtert auch durch das Amplitudenerfassungsbauelement 42 erfaßte Änderungen der Amplitude aufgrund anderer Faktoren, wie z. B. mechanischer Vibration und Temperaturabweichungen, heraus. Das System 10D ist dem System 10 bis auf die Hinzufügung der Signalgeneratoren 402, 404 und 406 und der Addierer 408, 410 und 412 ähnlich. Die Signalgeneratoren 402, 404 und 406 erzeugen die kleinen orthogonalen Modulationssignale s1, s2, s3 (die bei den Frequenzen f1, f2 und f3 sinusförmig sein könnten). Die Steuerung 43 erfaßt die Signale s1, s2 und s3 und erzeugt unter Verwendung von Korrelationstechniken die drei Signale 414, 416 und 418, die zu entsprechenden Steuerzittersignalen s1, s2 und s3 addiert werden, um die Steuersignale V1, V2 und V3 zu den veränderlichen Verzögerern 18, 20 bzw. 22 zu erzeugen.
Verschiedene andere Anpassungen und Kombinationen von Merkmalen der offenbarten Ausführungsbeispiele liegen innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung. Es sei auch darauf hingewiesen, daß die gewünschten Ausgangspolarisationszustände nicht die gleichen wie die aus der Lichtquelle hervorgehenden Eingangspolarisationszustände sein müssen. Zum Beispiel kann ein Ausführungsbeispiel des Systems 10B aus 6A für Eingangspolarisationszustände verwendet werden, die einem links zirkular polarisierten E1 und einem rechts zirkular polarisierten E2 aus dem Laser entsprechen, und zum Erzeugen gewünschter Ausgangspolarisationszustände, die einem VLP E1 und einem HLP E2 entsprechen. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel wäre der Verzögerer 252 eine bei 90° orientierte Viertelwellenplatte. In ähnlicher Weise kann ein Ausführungsbeispiel des Systems 10C aus 6B für Eingangspolarisationszustände verwendet werden, die einem links zirkular polarisierten E1 und einem rechts zirkular polarisierten E2 aus dem Laser entsprechen, und zum Erzeugen gewünschter Ausgangspolarisationszustände, die einem VLP E1 und einem HLP E2 entsprechen. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel würde der Verzögerer 262 nicht benötigt.
Zwar wurden oben verschiedene Ausführungsbeispiele des PSM beschrieben, doch können zusätzliche Ausführungsbeispiele des PSM verwendet werden. Ein Ausführungsbeispiel des PSM umfaßt zwei oder mehr Faserquetschvorrichtungen, deren Doppelbrechungseigenschaften durch die Ausübung mechanischer Belastungen variiert werden. Mechanische Belastungen werden ansprechend auf die Steuersignale von der Steuerung 43 auf die Faserquetschvorrichtungen ausgeübt. Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines PSM umfaßt zwei oder mehr Flüssigkristallzellen, deren Retardierungen und/oder Polarisationsachsen ansprechend auf die Steuersignale von der Steuerung 43 variiert werden. Noch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines PSM umfaßt zwei oder mehr mechanisch drehbare Wellenplatten mit einer festen Retardierung. Die Wellenplatten werden ansprechend auf die Steuersignale von der Steuerung 43 gedreht. Noch ein weiteres Ausführungsbeispiel des PSM umfaßt zwei oder mehr photoelastische Modulatoren, deren lineare Doppelbrechungen durch die Ausübung mechanischer Belastungen induziert werden. Mechanische Belastungen werden ansprechend auf die Steuersignale von der Steuerung 43 auf diese photoelastischen Modulatoren ausgeübt. Die folgenden Ansprüche umfassen zahlreiche Ausführungsbeispiele.

Claims

Polarisationssteuersystem für eine heterodyne Interferometrie, das folgende Merkmale aufweist: eine Lichtquelle (12), die einen ersten Lichtstrahl (E1) mit einem ersten Polarisationszustand und einer ersten Frequenz und einen zweiten Lichtstrahl (E2) mit einem zweiten Polarisationszustand und einer zweiten Frequenz erzeugt; einen Polarisationszustandsmodulator (PSM, 14; 14A; 14B; 14D; 14E), der den ersten und den zweiten Lichtstrahl von der Lichtquelle (12) empfängt, wobei der PSM zumindest zwei Polarisationssteuergrade aufweist, wobei der PSM den ersten und den zweiten Polarisationszustand ändert; einen ersten Detektorweg (34), der den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl von dem PSM empfängt, wobei der erste Detektorweg (34) ansprechend auf den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl ein erstes Schwebungssignal erzeugt; einen Amplitudendetektor (42), der das erste Schwebungssignal empfängt, wobei der Amplitudendetektor (42) ein Schwebungsamplitudensignal erzeugt; und eine Steuerung (43), die das Schwebungsamplitudensignal empfängt, wobei die Steuerung (43) eine Mehrzahl von Steuersignalen zum Steuern der zumindest zwei Polarisationssteuergrade ansprechend auf das Schwebungsamplitudensignal erzeugt.
System gemäß Anspruch 1, bei dem der PSM (14; 14A; 14B; 14D; 14E) aus der Gruppe ausgewählt ist, die folgendes umfaßt: zumindest eine Flüssigkristallzelle, wobei zumindest entweder (1) eine Retardierung oder (2) Polarisationsachsen der Flüssigkristallzelle ansprechend auf die Mehrzahl von Steuersignalen variiert bzw. variieren; zumindest eine Faserquetschvorrichtung, deren Doppelbrechungseigenschaften ansprechend auf mechanische Belastungen, die ansprechend auf die Mehrzahl von Steuersignalen ausgeübt werden, variieren; zumindest einen elektrooptischen Kristall, bei dem zumindest entweder (1) eine Retardierung oder (2) Polarisationsachsen des elektrooptischen Kristalls ansprechend auf die Mehrzahl von Steuersignalen variiert bzw. variieren; zumindest eine mechanisch drehbare Wellenplatte (37; 51; 60) mit festen Retardierungen, deren Polarisationsachsen ansprechend auf die Mehrzahl von Steuersignalen gedreht werden; und zumindest einen photoelastischen Modulator, dessen lineare Doppelbrechungseigenschaften durch mechanische Belastungen induziert werden, die ansprechend auf die Mehrzahl von Steuersignalen ausgeübt werden.
System gemäß Anspruch 1 oder 2, das ferner zumindest einen Verzögerer (18; 20; 22; 254; 256; 254D; 256D; 254E; 256E) zwischen der Lichtquelle (12) und dem PSM (14; 14A; 14B; 14D; 14E) aufweist, wobei der Verzögerer den ersten und den zweiten Polarisationszustand ändert.
System gemäß Anspruch 3, bei dem: der erste Lichtstrahl (E1) ein im wesentlichen vertikal linear polarisiertes Licht ist; der zweite Lichtstrahl (E2) ein im wesentlichen horizontal linear polarisiertes Licht ist; der Verzögerer eine im wesentlichen bei 22,5° orientierte Halbwellenplatte ist; und der PSM folgende Merkmale aufweist: einen ersten veränderlichen Verzögerer, der im wesentlichen bei 0° ausgerichtet ist und eine veränderliche Retardierung von ungefähr 0 bis λ/2 aufweist; und einen zweiten veränderlichen Verzögerer, der im wesentlichen bei 45° ausgerichtet ist und eine veränderliche Retardierung von ungefähr 0 bis λ/2 aufweist.
System gemäß Anspruch 3, bei dem: der erste Lichtstrahl (E1) ein im wesentlichen links zirkular polarisiertes Licht ist; der zweite Lichtstrahl (E2) ein im wesentlichen rechts zirkular polarisiertes Licht ist; der Verzögerer eine im wesentlichen bei 90° ausgerichtete Viertelwellenplatte ist; und der PSM folgende Merkmale aufweist: einen ersten veränderlichen Verzögerer, der im wesentlichen bei 0° ausgerichtet ist und eine veränderliche Retardierung von ungefähr 0 bis λ/2 aufweist; und einen zweiten veränderlichen Verzögerer, der im wesentlichen bei 45° ausgerichtet ist und eine veränderliche Retardierung von ungefähr 0 bis λ/2 aufweist.
System gemäß Anspruch 3, bei dem: der erste Lichtstrahl (E1) ein im wesentlichen vertikal linear polarisiertes Licht ist; der zweite Lichtstrahl (E2) ein im wesentlichen horizontal linear polarisiertes Licht ist; der Verzögerer eine im wesentlichen bei –45° ausgerichtete Viertelwellenplatte ist; und der PSM einen drehbaren veränderlichen Verzögerer aufweist, der einen elektrooptischen Kristall aufweist, der eine erste Spannung in der x-Achse und eine zweite Spannung in der y-Achse empfängt, wobei sich das Licht entlang der z-Achse ausbreitet.
System gemäß Anspruch 3, bei dem: der erste Lichtstrahl (E1) ein im wesentlichen links zirkular polarisiertes Licht ist; der zweite Lichtstrahl (E2) ein im wesentlichen rechts zirkular polarisiertes Licht ist; und der PSM einen drehbaren veränderlichen Verzögerer aufweist, der einen elektrooptischen Kristall aufweist, der eine erste Spannung in der x-Achse und eine zweite Spannung in der y-Achse empfängt, wobei sich das Licht entlang der z-Achse ausbreitet.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der erste Detektorweg (34) folgende Merkmale aufweist: einen Polarisator (38), der den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl empfängt; und einen Lichtdetektor (40), der den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl von dem Polarisator (38) empfängt, wobei der Lichtdetektor (40) das erste Schwebungssignal ansprechend auf den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl erzeugt.
System gemäß Anspruch 8, das ferner zumindest einen Verzögerer vor dem Polarisator aufweist, wobei der zumindest eine Verzögerer den ersten und den zweiten Polarisationszustand ändert.
System gemäß Anspruch 8 oder 9, das ferner folgende Merkmale aufweist: einen Strahlteiler (24), der den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl von dem PSM in einen Ausgangsweg (26) und einen Überwachungsweg (28) teilt, wobei der erste Detektorweg (34) den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl von dem Überwachungsweg (28) empfängt; und zumindest einen Verzögerer nach dem Strahlteiler (24) in dem Ausgangsweg (26), wobei der zumindest eine Verzögerer den ersten und den zweiten Polarisationszustand ändert.
Das Steuersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, das ferner folgende Merkmale aufweist: einen ersten Strahlteiler (24), der den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl von dem PSM in einen Ausgangsweg (26) und einen ersten Überwachungsweg teilt; einen zweiten Strahlteiler (30), der den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl von dem ersten Überwachungsweg empfängt, wobei der zweite Strahlteiler (30) den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl in einen zweiten Überwachungsweg und einen dritten Überwachungsweg teilt, wobei der erste Detektorweg (34) den ersten (E1) und den zweiten (E1) Lichtstrahl von dem zweiten Überwachungsweg empfängt; einen dritten Strahlteiler (44), der den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl von dem dritten Überwachungsweg empfängt, wobei der dritte Strahlteiler (44) den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl in einen vierten Überwachungsweg und einen fünften Überwachungsweg teilt; einen zweiten Detektorweg (48), der den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl von dem vierten Überwachungsweg empfängt, wobei der zweite Detektorweg (48) ein zweites Schwebungssignal ansprechend auf den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl erzeugt; einen dritten Detektorweg (58), der den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl von dem fünften Überwachungsweg empfängt, wobei der dritte Detektorweg (58) ein drittes Schwebungssignal ansprechend auf den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl erzeugt; einen Phasendetektor (56), der das zweite und das dritte Schwebungssignal empfängt, wobei der Phasendetektor (56) ein Phasensignal ansprechend auf das zweite und das dritte Schwebungssignal erzeugt; und wobei die Steuerung (43) das Phasensignal empfängt und ferner die Mehrzahl von Steuersignalen ansprechend auf das Phasensignal erzeugt.
System gemäß Anspruch 11, bei dem: der erste Detektorweg (34) folgende Merkmale aufweist: einen ersten Polarisator (38), der den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl empfängt und einen dritten Lichtstrahl überträgt; einen ersten Lichtdetektor (40), der den dritten Lichtstrahl von dem ersten Polarisator (38) empfängt, wobei der erste Lichtdetektor (40) das erste Schwebungssignal ansprechend auf den dritten Lichtstrahl erzeugt; wobei der zweite Detektorweg (48) folgende Merkmale aufweist: einen zweiten Polarisator (52), der den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl empfängt und einen vierten Lichtstrahl überträgt; einen zweiten Lichtdetektor (54), der den vierten Lichtstrahl empfängt und das zweite Schwebungssignal ansprechend auf den vierten Lichtstrahl erzeugt; wobei der dritte Detektorweg (58) folgende Merkmale aufweist: einen dritten Polarisator (62), der den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl empfängt und einen fünften Lichtstrahl überträgt; einen dritten Lichtdetektor (64), der den fünften Lichtstrahl empfängt und das dritte Schwebungssignal ansprechend auf den fünften Lichtstrahl erzeugt.
System gemäß Anspruch 12, bei dem zumindest entweder der erste (34), zweite (48) oder dritte (58) Detektor weg zumindest einen Verzögerer vor dem jeweiligen Polarisator umfaßt.
System gemäß Anspruch 13, das ferner zumindest einen Verzögerer zwischen der Lichtquelle (12) und dem PSM aufweist, wobei der Verzögerer den ersten und den zweiten Polarisationszustand ändert.
System gemäß Anspruch 13 oder 14, das ferner folgende Merkmale aufweist: einen Strahlteiler (24), der den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl von dem PSM in einen Ausgangsweg (26) und einen Überwachungsweg (28) teilt, wobei der erste Detektorweg (34) den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl von dem Überwachungsweg (28) empfängt; und zumindest einen Verzögerer nach dem Strahlteiler (24) in dem Ausgangsweg (26), wobei der zumindest eine Verzögerer den ersten und den zweiten Polarisationszustand ändert.
System gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, bei dem der PSM aus der Gruppe ausgewählt ist, die folgende Merkmale umfaßt: zumindest eine Flüssigkristallzelle, bei der zumindest entweder (1) eine Retardierung oder (2) Polarisationsachsen der Flüssigkristallzelle ansprechend auf die Mehrzahl von Steuersignalen variiert bzw. variieren; zumindest eine Faserquetschvorrichtung, deren Doppelbrechungseigenschaften ansprechend auf mechanische Belastungen, die ansprechend auf die Mehrzahl von Steuersignalen ausgeübt werden, variieren; zumindest einen elektrooptischen Kristall, bei dem zumindest entweder (1) eine Retardierung oder (2) Polarisationsachsen des elektrooptischen Kristalls ansprechend auf die Mehrzahl von Steuersignalen variiert bzw. variieren; zumindest eine mechanisch drehbare Wellenplatte (37; 51; 60) mit festen Retardierungen, deren Polarisationsachsen ansprechend auf die Mehrzahl von Steuersignalen gedreht werden; und zumindest einen photoelastischen Modulator, dessen lineare Doppelbrechungseigenschaften durch mechanische Belastungen induziert werden, die ansprechend auf die Mehrzahl von Steuersignalen ausgeübt werden.
System gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16, bei dem der PSM folgende Merkmale aufweist: einen ersten Verzögerer bei einer ersten Ausrichtung, wobei der erste Verzögerer ein erstes Steuersignal empfängt, um eine erste Retardierung zu ändern; einen zweiten Verzögerer bei einer zweiten Ausrichtung, wobei der zweite Verzögerer ein zweites Steuersignal empfängt, um eine zweite Retardierung zu ändern; und einen dritten Verzögerer bei einer dritten Ausrichtung, wobei der dritte Verzögerer ein drittes Steuersignal empfängt, um eine dritte Retardierung zu ändern.
System gemäß Anspruch 17, das ferner folgende Merkmale aufweist: einen ersten Signalgenerator (406), der ein erstes Modulationssignal erzeugt; einen ersten Addierer, der das erste Modulationssignal und ein viertes Steuersignal von der Steuerung (43) empfängt, wobei der erste Addierer das erste Steuersignal ansprechend auf das erste Modulationssignal und das vierte Steuersignal erzeugt; einen zweiten Signalgenerator (404), der ein zweites Modulationssignal erzeugt; einen zweiten Addierer, der das zweite Modulationssignal und ein fünftes Steuersignal von der Steuerung (43) empfängt, wobei der zweite Addierer das zweite Steuersignal ansprechend auf das zweite Modulationssignal und das fünfte Steuersignal erzeugt; einen dritten Signalgenerator (402), der ein drittes Modulationssignal erzeugt; einen dritten Addierer, der das dritte Modulationssignal und ein sechstes Steuersignal von der Steuerung (43) empfängt, wobei der dritte Addierer das dritte Steuersignal ansprechend auf das dritte Modulationssignal und das sechste Steuersignal erzeugt; wobei: die Steuerung (43) das erste, das zweite und das dritte Modulationssignal empfängt; die Steuerung (43) die Mehrzahl von Steuersignalen ferner ansprechend auf das erste, das zweite und das dritte Modulationssignal erzeugt; und das vierte, das fünfte und das sechste Steuersignal die Mehrzahl von Steuersignalen umfassen.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, bei dem der erste Lichtstrahl (E1) und der zweite (E2) Lichtstrahl jeweils aus der Gruppe ausgewählt sind, die einen vertikal polarisierten Lichtstrahl, einen horizontal linear polarisierten Lichtstrahl, einen rechts zirkular polarisierten Lichtstrahl, einen links zirkular polarisierten Lichtstrahl und einen elliptisch polarisierten Lichtstrahl umfaßt.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, das ferner eine Faser (16) aufweist, die den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl von dem PSM empfängt, wobei die Faser (16) den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl zu einer Stelle weiterträgt, an der Interferometriemessungen durchgeführt werden.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20, das ferner eine Faser (16) aufweist, die den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl von der Lichtquelle (12) empfängt, wobei die Faser (16) den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl zu dem PSM an einer Stelle weiterträgt, an der Interferometriemessungen durchgeführt werden.
Verfahren zum Aufrechterhalten von Polarisationszuständen von Lichtstrahlen von einer Faser (16) in einem heterodynen Interferometriesystem, das folgende Schritte aufweist: Erzeugen eines ersten Lichtstrahls (E1) und eines zweiten Lichtstrahls (E2), wobei der erste Lichtstrahl (E1) einen ersten Polarisationszustand und eine erste Frequenz aufweist, wobei der zweite Lichtstrahl (E2) einen zweiten Polarisationszustand und eine zweite Frequenz aufweist; Einstellen von zumindest zwei Polarisationssteuergraden, um den ersten und den zweiten Polarisationszustand zu ändern; Teilen des ersten (E1) und des zweiten (E2) Lichtstrahls in einen ersten Weg und einen zweiten Weg; Erzeugen eines ersten Schwebungssignals ansprechend auf den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl in dem ersten Weg; und Erzeugen eines Schwebungsamplitudensignals ansprechend auf das erste Schwebungssignal; und Erzeugen einer Mehrzahl von Steuersignalen zum Steuern der zumindest zwei Polarisationssteuergrade ansprechend auf das Schwebungsamplitudensignal.
Verfahren gemäß Anspruch 22, das ferner folgende Schritte aufweist: Teilen des ersten (E1) und des zweiten (E2) Lichtstrahls von dem zweiten Weg in einen dritten Weg und einen vierten Weg; Erzeugen eines zweiten Schwebungssignals ansprechend auf den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl von dem dritten Weg; Erzeugen eines dritten Schwebungssignals ansprechend auf den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl von dem vierten Weg; Erzeugen eines Phasenunterschiedssignals ansprechend auf das zweite und das dritte Schwebungssignal; und wobei das Erzeugen der Mehrzahl von Steuersignalen ferner ansprechend auf das Phasensignal ist.
Verfahren gemäß Anspruch 23, das ferner folgende Schritte aufweist: vor dem Erzeugen eines ersten Schwebungssignals Leiten des ersten (E1) und des zweiten (E2) Lichtstrahls von dem ersten Weg durch einen Polarisator; vor dem Erzeugen eines zweiten Schwebungssignals Leiten des ersten (E1) und des zweiten (E2) Lichtstrahls von dem dritten Weg durch einen Polarisator; und vor dem Erzeugen eines dritten Schwebungssignals Leiten des ersten und des zweiten Lichtstrahls von dem vierten Weg durch eine Wellenplatte und anschließend durch einen Polarisator.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 22 bis 24, bei dem das Erzeugen der Mehrzahl von Steuersignalen ein Auswählen von Anfangswerten der Steuersignale aufweist, wobei das Auswählen der Anfangswerte folgende Schritte aufweist: Aufzeichnen des Phasensignals, das durch Variieren der Steuersignale erzeugt wird, um eine Mehrzahl von Retardierungen zu erzeugen; und Auswählen von Werten der Steuersignale, die einen gewünschten Phasenunterschied erzeugen.
Verfahren gemäß Anspruch 25, bei dem das Erzeugen der Mehrzahl von Steuersignalen ferner ein Variieren der Steuersignale aufweist, um einen Minimalwert des Schwebungsamplitudensignals zu erreichen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 22 bis 26, bei dem der erste (E1) und der zweite (E2) Lichtstrahl aus der Gruppe ausgewählt sind, die (1) ein vertikal linear polarisiertes Licht und ein horizontal linear polarisiertes Licht und (2) ein links zirkular polarisiertes Licht und ein rechts zirkular polarisiertes Licht umfaßt.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 23 bis 27, bei dem das Erzeugen der Steuersignale folgende Schritte aufweist: Erzeugen von orthogonalen Modulationssignalen; Addieren der orthogonalen Modulationssignale und der Mehrzahl von Steuersignalen, um eine zweite Mehrzahl von Steuersignalen zum Einstellen der zumindest zwei Polarisationssteuergrade zu erzeugen; und wobei das Erzeugen der Mehrzahl von Steuersignalen ferner ansprechend auf die orthogonalen Modulationssignale ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 22 bis 28, das ferner ein Weitertragen des ersten (E1) und des zweiten (E2) Lichtstrahls in einer Faser (16) aufweist, von einer Stelle, an der das Einstellen von zumindest zwei Polarisationssteuergraden geschieht, zu einer Stelle, an der Interferometriemessungen durchgeführt werden.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 22 bis 29, das ferner ein Weitertragen des ersten (E1) und des zweiten (E2) Lichtstrahls in einer Faser (16) aufweist, von einer Stelle, an der das Erzeugen eines ersten (E1) Lichtstrahls und eines zweiten (E2) Lichtstrahls geschieht, zu einer Stelle, an der das Einstellen von zumindest zwei Polarisationssteuergraden geschieht, wobei das Einstellen von zumindest zwei Polarisationssteuergraden an einer Stelle geschieht, an der Interferometriemessungen durchgeführt werden.