DE102006028960A1

DE102006028960A1 - System und Verfahren zum Erzeugen von Lichtstrahlen unter Verwendung eines anisotropen akustooptischen Modulators

Info

Publication number: DE102006028960A1
Application number: DE102006028960A
Authority: DE
Inventors: Carol J. Loveland Courville; Miao Loveland Zhu; Kerry D. Loveland Bagwell
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2005-11-01
Filing date: 2006-06-23
Publication date: 2007-05-10
Also published as: NL1032509C2; NL1032509A1; US7375819B2; JP4309419B2; JP2007128081A; US20070097376A1; CN1959470A

Abstract

Ein Lichtquellensystem umfasst eine Strahlquelle, die einen ersten Eingangslichtstrahl erzeugt. Ein anisotroper akustooptischer Modulator (AOM) ist positioniert, um den ersten Eingangsstrahl zu empfangen. Der AOM umfasst eine Mehrzahl von Wandlern zum Empfangen von Steuersignalen und Erzeugen entsprechender akustischer Wellen, die an dem ersten Eingangsstrahl wirksam sind, um einen ersten und einen zweiten Ausgangsstrahl mit unterschiedlichen Frequenzen und orthogonalen linearen Polarisationen zu erzeugen. Der erste und der zweite Ausgangsstrahl weisen eine kombinierte optische Leistung auf, die im Wesentlichen die gleiche wie eine optische Leistung des ersten Eingangsstrahls für einen ersten Eingangsstrahl mit einer Polarisation und für einen ersten Eingangsstrahl mit zwei Polarisationen ist.

Description

Messoptiken bei einem polarisationsbasierten oder gemultiplexten Heterodyn-Interferometer, wie es beispielsweise für Präzisionsmessungen bei einer Halbleiterbauelement-Herstellungsausrüstung verwendet wird, verwenden allgemein einen Lichtstrahl, der orthogonale Polarisationskomponenten umfasst, die unterschiedliche Frequenzen aufweisen. Bei einer Heterodyn-Interferometrie wird eine Dualfrequenz-/Dualpolarisations-Lichtquelle verwendet. Die Frequenzdifferenz zwischen den zwei orthogonal polarisierten Strahlkomponenten ist wichtig, weil dieselbe die Begrenzung dafür sein kann, wie schnell sich etwas bewegen kann und der Abstand durch diesen Typ eines Messsystems immer noch genau gemessen werden kann. Zeeman-HeNe-Teilungslaser können orthogonal polarisierte Lichtkomponenten liefern, aber die Differenzfrequenz ist auf maximal etwa 8 MHz begrenzt. Ein frequenzstabilisierter Zweimoden-HeNe-Laser kann ebenfalls zwei orthogonal polarisierte Strahlen mit einer Frequenztrennung liefern, aber diese Frequenzdifferenz liegt in dem Bereich von 500–1500 MHz und kann durch die Verarbeitungselektronik nicht ohne weiteres verwendet werden. Der erwünschte Frequenzbereich, der den Geschwindigkeitsbedarf der Lithographie-Industrien erfüllt, aber zu einer aktuellen elektronischen Technologie kompatibel ist, beträgt etwa 7–30 MHz.

Mehrere Verfahren zum Erzeugen einer erwünschten Frequenzteilung bei einem Heterodyn-Interferometer wurden in der Vergangenheit verwendet. Die meisten dieser bekannten Lösungen betreffen ein Konditionieren des Lichts, um die erwünschte Frequenz nach der stabilisierten Laserquelle zu erlangen. Eine bekannte Lösung besteht darin, zwei hochfrequente akustooptische Modulatoren (AOMs = acousto-optic modulators) zu verwenden, um die erwünschte Differenzfrequenz zu erzeugen. Der Laserquellenstrahl wird in zwei Strahlen einer orthogonalen Polarisation geteilt. Jeder linear polarisierte Strahl wird durch einen AOM gesendet. Die gebeugten Strahlen erster Ordnung von jedem AOM werden unter Verwendung von Spiegeln umgerichtet und unter Verwendung eines zweiten Strahlteilers wieder kombiniert, um wieder kollinear und aus einer gemeinsamen Bohrung stammend (co-bore) zu werden. Während die absolute Frequenz der AOMs bei dieser bekannten Lösung typischerweise zu hoch ist, um ideal zu sein (z. B. 80 MHz), kann die Frequenzdifferenz zwischen den zwei unterschiedlichen AOMs eingestellt werden (z. B. einer bei 80 MHz und der andere bei 90 MHz), so dass, wenn die zwei orthogonalen, linear polarisierten Strahlkomponenten wieder kombiniert werden, dieselben die erwünschte Differenzfrequenz aufweisen. Leider ist dies eine kostspieligere Lösung, weil zwei AOMs verwendet werden, um die erwünschten Ergebnisse zu erzielen (zusammen mit einem Strahlteiler, zwei Drehspiegeln und einem zweiten Strahlteiler, der als ein Strahlrekombinierer wirkt). Es existieren andere Lösungen, die zwei AOMs verwenden, aber alle weisen den Nachteil von mehreren Komponenten (z. B. mindestens zwei AOM-Einheiten und einem Strahlteiler) auf, was dazu neigt, die Kosten der Lösungen zu erhöhen.

Ein anderer bekannter Ansatz besteht darin, einen einzigen niederfrequenten isotropen AOM mit einer einzigen akustischen Welle und einem doppelbrechenden Rekombinationsprisma zu verwenden. Während dieses Verfahren die Anzahl von Komponenten verglichen mit der vorhergehend beschriebenen Lösung mit zwei AOMs reduziert, weist dasselbe eigene erhebliche Probleme auf. Die Hauptnachteile umfassen: ein erheblicher Teil des Quellenlichts wird ausgesondert (selbst bei einem Laser mit einer Ausgabe mit einziger Polarisation); die Lösung nimmt viel Raum ein, um erreicht zu werden; und die Lösung erreicht einen sekundären Vorteil von AOM-Frequenzverschiebern bei einem Liefern einer Isolation für den Laser nicht vollständig, weil dieselbe ledig lich eine Rückkopplung an einer Polarisation isoliert. Bei diesem bekannten Verfahren sind vor der AOM-Vorrichtung lediglich eine einzige Polarisation und Frequenz erwünscht, so dass bei einem Zeeman-HeNe-Teilungslaser typischerweise ein Polarisator verwendet wird, um die andere Polarisations-/Frequenzkomponente aus dem Quellenlaser herauszufiltern. Somit wird die Hälfte des Quellenlichts eliminiert, bevor der Strahl in die AOM eintritt.

Bei der isotropen Akustikwellenwechselwirkung dieser bekannten Lösung gibt es keine Wirkung auf die Polarisation des Strahls, so dass der gebeugte, frequenzverschobene Strahl (erster Ordnung) die gleiche Polarisation wie der ungebeugte Strahl oder Strahl nullter Ordnung aufweist. Wenn dieselben aus dem AOM austreten, weisen der Strahl nullter Ordnung und derselbe erster Ordnung bei einer aktuellen Vorrichtung auf dem Markt eine Frequenzdifferenz von etwa 20 MHz auf. Die Aufgabe eines wieder Kollinearmachens der Strahlen wird durch ein Leiten der Strahlen durch ein doppelbrechendes Rekombinationsprisma erzielt. Der Strahlteilungswinkel, der aus diesem Typ eines AOM austritt, ist klein, so dass für ein erneutes aus einer gemeinsamen Bohrung stammend Machen der Strahlen, nachdem dieselben mit dem Rekombinationsprisma parallelgemacht sind, keine Kompensation vorgenommen wird. Typischerweise liegt die optische Achse des Rekombinationsprismas in einem 45°-Winkel zu der Polarisation der Strahlen. Das Rekombinationsprisma teilt jeden Strahl in zwei orthogonal polarisierte Komponenten. Eine Komponente weist den Brechungsindex von n_e auf und die andere Komponente weist den Brechungsindex von n₀ auf. Die zwei Strahlen brechen sich aufgrund dieser Indexdifferenz bei den Prisma/Luft-Eintritts- und -Austrittsschnittstellen bzw. -Grenzflächen unterschiedlich. Der Öffnungswindel bzw. Scheitelwinkel des Prismas ist optimiert, um zu ermöglichen, dass eine Polarisationskomponente jedes Strahls wieder parallel wird. Die anderen zwei ungewollten polarisierten Strahlen, die aus dem Rekombinationsprisma austreten, sind nicht parallel zu den erwünschten Strahlen und werden mittels einer Öffnung ausgesondert (apertured). Dieses Rekombinationsschema wirft tatsächlich die Hälfte der optischen Leistung bei den Strahlen erster und nullter Ordnung weg. Das Nettoergebnis besteht darin, dass drei Viertel der ursprünglichen optischen Quellenleistung bei einem Zeeman-Teilungslaser (mehr, falls die AOM-Vorrichtung in der Raman-Nath-Betriebsweise wirksam ist) unter Verwendung dieses bekannten Verfahrens mit einem einzigen isotropen AOM zum Erhöhen der Frequenzteilung verloren werden.

Es ist erwünscht, eine kleine Standfläche oder ein kleines Gehäuse für eine Heterodyn-Interferometrie-Lichtquelle aufzuweisen, da diese Lichtquelle häufig in einer Ausrüstung eines Kunden installiert ist. Eine Lösung mit einem einzigen niederfrequenten isotropen AOM weist Probleme auf, die mehr Raum fordern als erwünscht. Um eine angemessene Effizienz für einen niederfrequenten isotropen AOM zu erlangen, ist eine lange Wechselwirkungslänge notwendig, so dass die Vorrichtung selbst ziemlich lang ist. Ferner ist der Trennungswinkel zwischen den gebrochenen Ordnungen an dieser Vorrichtung klein, so dass ein langer Abstand typischerweise verwendet wird, um eine angemessene Strahltrennung zu erlangen, um die ungewollten Strahlen nach dem Rekombinationsprisma auszusondern. Somit kann eine lange Standfläche, zusätzliche Optiken, um das Licht zu einem Nadelloch-Raumfilter zu fokussieren, oder zusätzliche Optiken, um den Strahlweg in dem Gehäuse zu falten, verwendet werden, um dieses Problem anzusprechen.

Bei einem Verwenden eines einzigen niederfrequenten isotropen AOMs mit Strahlen nullter und erster Ordnung schützt zusätzlich der Strahl nullter Ordnung den Laser nicht vor einer Rückkopplung, weil die Frequenz in diesem Weg immer noch die Laserfrequenz ist (nicht nach oben oder nach unten verschoben). Reflexionen von diesem Strahl stromaufwärts, die es zurück zu dem Laser schaffen, bewirken Wellenlängen stabilitätsprobleme und einen möglichen Verlust einer Verriegelung für den Laser.

Bei einem anderen bekannten Ansatz werden zwei frequenzverschobene Strahlen in dem gleichen isotropen AOM erzeugt. Die Frequenzverschiebungen für beide Strahlen werden in einigen unterschiedlichen Weisen erzielt. Die erste besteht darin, eine akustische Welle bei dem AOM zu verwenden. Es gibt einen Polarisationsstrahlteiler vor dem AOM (oder an demselben angebracht), um einen einzigen frequenzpolarisierten Strahl in zwei orthogonal polarisierte Strahlen zu teilen. Der Polarisationsstrahlteiler übernimmt ferner die Aufgabe eines Ausrichtens der zwei orthogonal polarisierten Strahlen bei dem Plus- und Minus-Brag-Winkel der AOM-Vorrichtung, so dass durch die einzige Akustikwellenfrequenz ein Strahl nach oben verschoben ist und ein Strahl nach unten verschoben ist. Der AOM selbst ist isotrop und beeinflusst nicht die Polarisation der Strahlen. Die Frequenzdifferenz zwischen den Ausgangsstrahlen beträgt drei Mal die AOM-Frequenz. Bei einer anderen Form der Lösung mit einem einzigen isotropen AOM wird ein längerer Kristall verwendet und jeder polarisierte Strahl durchquert zwei akustische Wellen in Reihe, die durch zwei Wandler des AOM erzeugt werden. Das Nettoergebnis an den Ausgangsstrahlen ist eine Frequenzdifferenz von zwei Mal der Frequenzdifferenz der zwei AOM-Wandler. Erneut ist dies eine isotrope Wechselwirkung (d. h. dieselbe beeinflusst eine Polarisation nicht) und ein Strahlteiler wird vor der AOM-Vorrichtung verwendet, um zwei Strahlen orthogonaler Polarisation zu erzeugen, die sich in divergierende Richtungen bewegen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lichtquellensystem, ein Verfahren zum Erzeugen von Lichtstrahlen und ein Interferometersystem mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein System gemäß Anspruch 1 und Anspruch 40 und ein Verfahren gemäß Anspruch 28 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Diagramm, das ein System zum Erzeugen frequenzverschobener Strahlen mit orthogonalen linearen Polarisationen bei einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß den vorliegenden Lehren darstellt;
2 ein Diagramm, das ein System zum Erzeugen frequenzverschobener Strahlen mit orthogonalen linearen Polarisationen bei einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß den vorliegenden Lehren darstellt;
3 ein Diagramm, das ein System zum Erzeugen frequenzverschobener Strahlen mit orthogonalen linearen Polarisationen bei einem dritten Ausführungsbeispiel gemäß den vorliegenden Lehren darstellt;
4 ein Diagramm, das das Kombinieren von Strahlen bei einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß den vorliegenden Lehren darstellt;
5 ein Diagramm, das Kombinieren von Strahlen bei einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß den vorliegenden Lehren darstellt;
6 ein Blockdiagramm, das ein Interferometersystem bei einem Ausführungsbeispiel gemäß den vorliegenden Lehren darstellt; und
7 ein Diagramm, das ein System zum Erzeugen frequenzverschobener Strahlen mit orthogonalen line aren Polarisationen bei einem vierten Ausführungsbeispiel gemäß den vorliegenden Lehren darstellt.
In der folgenden detaillierten Beschreibung wird Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen genommen, die einen Teil derselben bilden und in denen spezifische und darstellende Ausführungsbeispiele gemäß den vorliegenden Lehren gezeigt sind. Es ist klar, dass andere Ausführungsbeispiele verwendet werden können und strukturelle oder logische Veränderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der beigefügten Ansprüche abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung soll deshalb nicht in einem begrenzenden Sinn aufgefasst werden und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche definiert.
1 ist ein Diagramm, das ein System 100A zum Erzeugen frequenzverschobener Strahlen mit orthogonalen linearen Polarisationen bei einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß den vorliegenden Lehren darstellt. Das System 100A umfasst eine Laserlichtquelle (einen Laser) 102 und einen akustooptischen Modulator (AOM) 108. Der Laser 102 wirkt als eine Quelle eines heterodynen Strahls 104, der zwei gesonderte Frequenzkomponenten (f1 und f2) mit orthogonalen linearen Polarisationen (z. B. horizontal und vertikal) aufweist. Ein Strahl oder eine Strahlkomponente mit einer vertikalen Polarisation, wie beispielsweise eine Strahlkomponente 106A, ist in den Figuren durch einen aufwärts- und abwärtszeigenden Pfeil dargestellt und ein Strahl oder eine Strahlkomponente mit einer horizontalen Polarisation, wie beispielsweise eine Strahlkomponente 106B, ist durch einen Kreis dargestellt. Ein exemplarisches Ausführungsbeispiel des Lasers 102 ist ein im Handel erhältlicher HeNe-Laser, wie beispielsweise ein Modell 5517B, das von Agilent Technologies, Inc. erhältlich ist und das eine Zeeman-Teilung verwendet, um die zwei Frequenzkomponenten in dem gleichen Laserhohlraum zu erzeugen. Eine Zeeman-Teilung auf diese Weise kann einen Laserstrahl erzeugen, der Frequenzkomponenten mit Frequenzen f1 und f2 und einer Frequenzdifferenz (f2 – f1) von etwa 2 MHz aufweist. Die zwei Frequenzkomponenten f1 und f2 weisen entgegengesetzte Kreispolarisationen auf und eine Viertelwellenplatte wird verwendet, um die Polarisationen der Frequenzkomponenten zu verändern, so dass die zwei Frequenzkomponenten orthogonale lineare Polarisationen aufweisen. Bei einem anderen spezifischen Ausführungsbeispiel ist der Laser 102 ein frequenzstabilisierter Zweimodenlaser. Ein Zeeman-Laser weist eine bessere Frequenzstabilität als ein Laser auf, der das Zweimodenfrequenzstabilisationsverfahren verwendet.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der AOM 108 ein anisotroper, niederfrequenter Scherwellen-AOM mit einem uniaxialen TeO₂-Kristall. Ein Beispiel einer AOM-Vorrichtung, die für eine Verwendung bei einem Implementieren des AOM 108 geeignet ist, ist der FS1102-AOM, der durch Isomet Corporation (www.isomet.com) mit Firmenzentrale in 5263 Port Royal Road, Springfield, VA 22151 hergestellt wird. Der AOM 108 umfasst elektroakustische Wandler 110 zum Empfangen von Steuersignalen. Die elektroakustischen Wandler 110 wandeln elektrische Signale in Schallwellen um, die durch den Kristall des AOM 108 eingekoppelt werden. Die Wandler 110 regeln den AOM 108 mit zwei akustischen Wellen der gleichen oder unterschiedlichen Frequenzen und mit einem kleinen Winkel zwischen den Ausbreitungsrichtungen derselben an (d. h. die zwei Wellen weisen unterschiedliche Ausbreitungsvektoren auf, die in 1 durch K1 und K2 identifiziert sind). Zwei akustische Wellen oder Strahlen werden verwendet, so dass für beide Eingangsstrahlkomponenten 106A und 106B eine korrekte Phasenanpassung bzw. -übereinstimmung existieren kann. Eine erste der akustischen Wellen wirkt auf die horizontale Polarisation 106B des orthogonal polarisierten Laserquellenstrahls 104 und eine zweite der akustischen Wellen ist phasenmäßig an die vertikale Polarisation 106A des Quellenstrahls 104 angepasst.
Für einen Laserstrahl 104 mit einer gegebenen Ausbreitungsrichtung in dem Kristall des AOM 108 kann das Laserfeld gemäß der Polarisation in zwei Komponenten zerlegt werden. Eine der Komponenten wird die gewöhnliche Welle genannt, während die andere die außergewöhnliche Welle genannt wird. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der gewöhnlichen Welle ist unterschiedlich zu der Ausbreitungsgeschwindigkeit der außergewöhnlichen Welle. Falls es kein akustisches Feld in dem Kristall des AOM 108 gibt, bewahren die gewöhnliche Welle und die außergewöhnliche Welle die Ausbreitungsrichtungen derselben sowie die Polarisationen derselben. Die Ausbreitungsrichtungen des Laserstrahls 104 und die akustischen Felder in dem Kristall des AOM 108 sind gewählt, so dass die außergewöhnliche Welle in dem Eingangslaserstrahl 104 phasenmäßig angepasst ist, um durch eines der akustischen Felder zu der gewöhnlichen Welle heruntergemischt (gebeugt) zu werden. Simultan ist die gewöhnliche Welle in dem Eingangslaserstrahl 104 phasenmäßig angepasst, um durch das andere akustische Feld zu der außergewöhnlichen Welle hochgemischt (gebeugt) zu werden.
Der AOM 108 wird in einem niederfrequenten Schermodus betrieben. Der AOM 108 beugt die zwei Eingangsstrahlkomponenten 106A und 106B in entgegengesetzte Richtungen, wodurch ein Plus-Strahl erster Ordnung 114A, der der Komponente 106A entspricht, und ein Minus-Strahl erster Ordnung 114B, der der Komponente 106B entspricht, erzeugt werden. Der AOM 108 bewirkt eine Erhöhung bei der Frequenz der Komponente 106A, eine Verringerung bei der Frequenz der Komponente 106B und bewirkt eine Drehung von neunzig Grad bei der Polarisation beider Komponenten 106A und 106B. Die Nettowirkung besteht darin, dass, während beide Eingangsstrahlkomponenten 106A und 106B eine Polarisation verändern (d. h. horizontal wird zu vertikal und vertikal wird zu horizontal), die Strahlen orthogonal polarisiert bleiben und nun eine Frequenzdifferenz aufweisen, die durch die folgende Gleichung I gegeben ist:
Gleichung I

fteilung = (f1 + faomwandler1) – (f2 – faomwandler2)wobei.

fteilung

= Differenz bei der Frequenz des Strahls 114A und der Frequenz des Strahls 114B;

f1

= Frequenz der Strahlkomponente 106A;

f2

= Frequenz der Strahlkomponente 106B;

faomwandler1

= Frequenz des ersten Signals, das zu den Wandlern 110 geliefert wird; und

faomwandler2

= Frequenz des zweiten Signals, das zu den Wandlern 110 geliefert wird.

Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel gemäß den vorliegenden Lehren liegen faomwandler1 und faomwandler2 beide in dem Bereich von etwa 10–450 MHz. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist faomwandler1 gleich faomwandler2 und diese gemeinsame Frequenz ist in 1 durch den Ausdruck „fAOM" identifiziert.
Falls beispielsweise die Wandler 110 mit einem HF-Steuersignal mit 10 MHz versehen sind, werden beide Ausgangsstrahlen 114A und 114B um 10 MHz frequenzverschoben, aber in entgegengesetzte Richtungen (d. h. plus 10 MHz und minus 10 MHz), für eine Frequenzteilung oder -differenz von 20 MHz, die durch den AOM 108 bewirkt wird. Falls die Zeeman-Laserlichtquelle 102 eine Teilung von 2 MHz liefert (d. h. |f2 – f1| = 2 MHz), liefert das System 100A eine Gesamtfrequenzteilung (fsteilung) von 18 MHz oder 22 MHz bei den Strahlen 114A und 114B. Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel gemäß den vorliegenden Lehren liegt die Gesamtfrequenzteilung (fsteilung) bei den Strahlen 114A und 114B in dem Bereich von 8 bis 30 MHz.
Ein Verwenden eines anisotropen AOM 108 ist für einen Zeeman-Teilungslaser 102 optimal, der bereits zwei orthogonale Polarisationen und Frequenzen aufweist. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein einziger, niederfrequenter, anisotroper AOM 108 verwendet, um die Frequenzdifferenz, |f1 – f2|, zwischen der Eingangsstrahlkomponente 106A und der Eingangsstrahlkomponente 106B zu erhöhen. Das gleiche Ausführungsbeispiel kann ferner verwendet werden, um die Frequenzdifferenz, |f1 – f2|, zwischen der Eingangsstrahlkomponente 106A und der Eingangsstrahlkomponente 106B zu erhöhen, wobei die ordnungsgemäße Frequenz an den AOM 108 angelegt ist. Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel gemäß den vorliegenden Lehren weisen die Strahlen 114A und 114B eine kombinierte optische Leistung auf, die im Wesentlichen die gleiche wie die optische Leistung des Strahls 104 ist.
2 ist ein Diagramm, das ein System 100B zum Erzeugen frequenzverschobener Strahlen mit orthogonalen linearen Polarisationen bei einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß den vorliegenden Lehren darstellt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das System 100B die gleiche Laserlichtquelle (den gleichen Laser) 102 und den gleichen akustooptischen Modulator (AOM) 108 wie das System 100A (1) und der Laser 102 und der AOM 108, die in 2 gezeigt sind, sind in der gleichen Weise wirksam, wie es oben mit Bezug auf 1 beschrieben ist. Ein Unterschied zwischen dem System 100B und dem System 100A besteht darin, dass das System 100B ferner einen zweiten AOM 202 umfasst, der zwischen dem Laser 102 und dem AOM 108 positioniert ist. Der AOM 202 ist ein hochfrequenter isotroper AOM, der die Frequenz der beiden Komponenten 106A und 106B des Strahls 104 um die gleiche Größe (z. B. 300–500 MHz) nach oben verschiebt oder nach unten verschiebt.
Wie es oben mit Bezug auf 1 beschrieben ist, verschiebt der AOM 108 die Frequenz (f1) der ersten Komponente 106A des Strahls 104 nach oben und verschiebt die Frequenz (f2) der zweiten Komponente 106B des Strahls 104 nach unten. Bei einigen Anwendungen sind die Frequenzverschiebungen, die durch den AOM 108 geliefert werden, eventuell nicht ausreichend, um den Laser 102 von einer optischen Rückkopplung zu isolieren. Um eine zusätzliche Isolation zu liefern, ist der AOM 202 zwischen dem Laser 102 und dem AOM 108 hinzugefügt. Der AOM 202 ist ein isotroper hochfrequenter AOM, der verwendet wird, um die Frequenz beider Komponenten 106A und 106B des Strahls 104 um die gleiche relativ große Größe (z. B. 80 MHz) nach oben zu verschieben, um eine bessere optische Isolation zu liefern. Da der AOM 202 isotrop ist, sind die Polarisationen der orthogonalen Strahlkomponenten 106A und 106B nicht durch den AOM 202 beeinflusst. Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel gemäß den vorliegenden Lehren sind der AOM 108 und der AOM 202 in einem einzigen Gehäuse vorausgerichtet.
Der AOM 202 erzeugt einen Ausgangsstrahl 204 mit nach oben verschobenen Frequenzkomponenten (f1 + fAOM1 und f2 + fAOM1), wobei fAOM1 die Signalfrequenz darstellt, die an den AOM 202 angelegt ist (z. B. 80 MHz). Die erste nach oben verschobene Frequenzkomponente 206A (f1 + fAOM1) weist eine vertikale lineare Polarisation auf und die zweite nach oben verschobene Frequenzkomponente 206B (f2 + fAOM1) weist eine horizontale lineare Polarisation auf. Der Ausgangsstrahl 204 aus dem AOM 202 wird als ein Eingangsstrahl zu dem AOM 108 geliefert.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist faomwandler1 (Gleichung I) gleich faomwandler2 (Gleichung I) und diese gemeinsame Frequenz ist in 2 durch den Ausdruck „fAOM2" identifiziert. Der AOM 108 verschiebt die Frequenz der ersten Komponente 206A (f1 + fAOM1) des Strahls 204 um eine Größe fAOM2 nach oben und verändert die Polarisation der ersten Komponente von vertikal zu horizontal, was in einem horizontal polarisierten Strahl 212A resultiert, der eine Frequenz von f1 + fAOM1 + fAOM2 aufweist. Gleichermaßen verschiebt der AOM 108 die Frequenz der zweiten Komponente 206B (f2 + fAOM1) des Strahls 204 um eine Größe fAOM2 nach unten und verändert die Polarisation der zweiten Komponente von horizontal zu vertikal, was in einem vertikal polarisierten Strahl 212B resultiert, der eine Frequenz von f2 + fAOM1 – fAOM2 aufweist.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Strahl 212A durch eine Linse 214A in eine optische Faser 216A gekoppelt und der Strahl 212B wird durch eine Linse 214B in eine optische Faser 216B gekoppelt. Die optischen Fasern 216A und 216B tragen die Strahlen 212A und 212B stromabwärts zu einer Strahlkombiniereinheit, die die Strahlen 212a und 212B zu einem kombinierten Strahl für eine Verwendung bei Interferometeroptiken an einem Messort kombiniert. Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel gemäß den vorliegenden Lehren sind die Fasern 216A und 216B polarisationserhaltende Fasern (PM-Fasern; PM = polarization-maintaining).
Die Verwendung der Fasern 216A und 216B ermöglicht, dass der Laser 102 und die AOMs 108 und 202 entfernt von den Interferometeroptiken positioniert werden, so dass der Laser 102 und die AOMs 108 und 202 die thermische Umgebung der Interferometeroptiken nicht beeinflussen. Ein Senden der getrennten Strahlen 212A und 212B an den entsprechenden getrennten Fasern 216A und 216B vermeidet ein Übersprechen zwischen den Polarisationskomponenten. Die Verwendung der Fasern 216A und 216B, um das Licht stromabwärts zu liefern, liefert mehrere andere Vorteile, einschließlich: (1) einer Kompensation von Zeigestabilitätsproblemen, die durch Umgebungstemperaturschwankungen bewirkt werden, ist nicht notwendig, wenn das Licht mit einer optischen Faser geliefert wird; (2) es besteht kein Bedarf nach zusätzlichen Optiken, um die Strahlen 216A und 216B aus einer gemeinsamen Bohrung stammend zu machen, und die Kollinearitätsspezifikation ist viel lockerer; und (3) eine Faserlieferung, kombiniert mit der erhöhten Teilungsfrequenz, die durch das System 100B geliefert wird, reduziert oder eliminiert den Bedarf nach Elektronik bei dem stromabwärts gelegenen Metrologiestufenbereich, die eine Wärme erzeugen könnte.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der AOM 202 ein isotroper AOM. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist der AOM 202 ein anisotroper AOM, der die Polarisation von beiden Strahlkomponenten 106A und 106B verändert.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der AOM 202 zwischen dem Laser 102 und dem AOM 108 positioniert. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist der AOM 202 zwischen dem AOM 108 und den Linsen 214A und 214B positioniert.
3 ist ein Diagramm, das ein System 100C zum Erzeugen frequenzverschobener Strahlen mit orthogonalen linearen Polarisationen bei einem dritten Ausführungsbeispiel gemäß den vorliegenden Lehren darstellt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das System 1000 die gleiche Laserlichtquelle (den gleichen Laser) 102 und die gleichen akustooptischen Modulatoren (AOMs) 108 und 202 wie das System 100B (2) und der Laser 102 und die AOMs 108 und 202, die in 3 gezeigt sind, sind in der gleichen Weise wirksam, wie es oben mit Bezug auf 2 beschrieben ist. Ein Unterschied zwischen dem System 100C und dem System 100B besteht darin, dass das System 100C ein doppelbrechendes Rekombinationsprisma oder einen Keil 302 anstelle der Linsen 214A und 214B und der optischen Fasern 216A und 216B umfasst, die in 2 gezeigt sind.
Der anisotrope AOM 108 weist einen größeren Beugungswinkel als die vorhergehenden Lösungen auf, die einen einzigen isotropen AOM verwenden, so dass die Abstammung aus einer gemeinsamen Bohrung (co-bore) (zusätzlich zu der Kollinearität) der Ausgangsstrahlen 212A und 212B angesprochen werden sollte, falls eine Faserlieferung nicht verwendet wird. Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Kollinearitätswinkel mit einem doppelbrechenden Rekombinationsprisma 302 eingestellt. Das Prisma 302 empfängt die Strahlen 212A und 212B von dem AOM 108 und rich tet diese Strahlen 212A und 212B um, um entsprechende parallele Strahlen 306A und 306B zu erzeugen. Die optische Achse des Prismas 302 ist in 3 bei 304 identifiziert. Die zwei Strahlen 212A und 212B brechen sich bei den Prisma/Luft-Eintritts- und -Austrittsschnittstellen unterschiedlich und das Prisma 302 ist geeignet positioniert, um zu bewirken, dass die Eingangsstrahlen 212A und 212B zu den entsprechenden parallelen Strahlen 306A und 306B werden. Die Strahlen 212A und 212B, die aus dem AOM 108 austreten, sind orthogonal polarisiert, so dass sehr wenig Licht in dem Rekombinationsprisma 302 verloren wird.
4 ist ein Diagramm, das das Kombinieren von parallelen Strahlen bei einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß den vorliegenden Lehren darstellt. Wie es in 4 gezeigt ist, werden die parallelen Strahlen 306A und 306B, die durch das Prisma 302 (3) erzeugt werden, zu einer Linse 402 geliefert. Die Linse 402 kombiniert die Strahlen 306A und 306B, wodurch ein kombinierter Strahl erzeugt wird, der in eine polarisationserhaltende optische Faser 404 gerichtet wird. Die optische Faser 404 trägt den kombinierten Strahl stromabwärts zu Interferometeroptiken an einem Messort.
5 ist ein Diagramm, das das Kombinieren von parallelen Strahlen bei einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß den vorliegenden Lehren darstellt. Wie es in 5 gezeigt ist, werden die parallelen Strahlen 306A und 306B, die durch das Prisma 302 (3) erzeugt werden, zu einem Walk-Off-Prisma 502 geliefert. Das Walk-Off-Prisma 502 lässt die Strahlen 306A und 306B wieder zusammen„laufen", so dass dieselben aus einer gemeinsamen Bohrung stammend sind, wodurch ein kombinierter Strahl 504 erzeugt wird. Der kombinierte Strahl 504 weist eine Komponente 506A mit einer horizontalen Polarisation und eine andere Komponente 506B mit einer vertikalen Polarisation auf. Der kombinierte Strahl 504 wird zu Interferometeroptiken an einem Messort geliefert. Ein Einstellen der Neigung des Prismas 302 kann irgendwelche Fehler bei einer Kollinearität kompensieren, die durch ein unvollkommenes Walk-Off-Prisma bewirkt werden.
6 ist ein Blockdiagramm, das ein Zweifrequenz-Interferometersystem 600 bei einem Ausführungsbeispiel gemäß den vorliegenden Lehren darstellt. Das Interferometer 600 umfasst eine Laserlichtquelle 102, einen AOM 108, Linsen 602A und 602B, optische Fasern 650 und 655, eine Strahlkombiniereinheit 606, ein Analysesystem 680 und Interferometeroptiken 690. Der Laser 102 und der AOM 108 sind wie oben mit Bezug auf 1 beschrieben wirksam, um linear orthogonal polarisierte Strahlen 114A und 114B zu erzeugen. Der Laser 102 verwendet eine Zeeman-Teilung, um einen Heterodyn-Strahl 104 zu erzeugen, und der anisotrope AOM 108 dreht die Polarisation der zwei Strahlkomponenten 106A und 106B und erhöht die Frequenzdifferenz zwischen den zwei Strahlkomponenten 106A und 106B und erzeugt dadurch die linear orthogonal polarisierten Strahlen 114A und 114B. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist das System 600 als ein Freistrahlsystem konfiguriert, anstelle eines Verwendens einer Faserlieferung, wie es in 6 gezeigt ist. Bei noch einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst das System 600 einen zweiten AOM 202, der zwischen dem Laser 102 und dem anisotropen AOM 108 oder nach dem AOM 108 positioniert ist, wie es in 1 und 2 gezeigt und oben beschrieben ist.
Bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel fokussieren die Linsen 602A und 602B die Strahlen 114A und 114B in getrennte polarisationserhaltende optische Fasern 650 bzw. 655. Die polarisationserhaltenden Fasern 650 und 655 liefern die Strahlen 114A und 114B zu der Strahlkombiniereinheit 660, die die zwei Strahlen in einen Strahlkombinierer 670 richtet.
Die Verwendung der optischen Fasern 650 und 655 ermöglicht, dass der Laser 102 und der AOM 108 von den Interferometer optiken 690 weg befestigt sind. Folglich stört eine Wärme, die in dem Laser 102 und dem AOM 108 erzeugt wird, die thermische Umgebung der Interferometeroptiken 690 nicht. Zusätzlich müssen der Laser 102 und der AOM 108 keine festen Positionen relativ zu den Interferometeroptiken 690 aufweisen, was bei Anwendungen, die einen begrenzten verfügbaren Raum nahe dem Objekt 699 aufweisen, das gemessen wird, erhebliche Vorteile liefern kann.
Die Strahlkombiniereinheit 660 richtet den Eingangsstrahl 114A (INR) und den Eingangsstrahl 114B (INT) von den optischen Fasern 650 und 655 für eine Kombination in dem Strahlkombinierer 670 genau aus, um einen kollinearen Ausgangsstrahl COut zu bilden. Der Strahlkombinierer 670 kann ein beschichteter Polarisationsstrahlteiler sein, der umgekehrt verwendet wird. Der kombinierte Strahl COut wird zu den Interferometeroptiken 690 eingegeben. In den Interferometeroptiken 690 reflektiert ein Strahlteiler 675 einen Teil des Strahls COut zu dem Analysesystem 680 und das Analysesystem 680 verwendet die zwei Frequenzkomponenten des Lichts, das in dem Strahlteiler 675 reflektiert wird, als einen ersten und einen zweiten Referenzstrahl. Der verbleibende Teil des kombinierten Strahls COut kann durch einen Strahlexpander (nicht gezeigt) vor einem Eintreten in einen Polarisationsstrahlteiler 692 größenmäßig erweitert werden.
Der Polarisationsstrahlteiler 692 reflektiert eine der Polarisationen (d. h. einen Frequenzstrahl), um einen dritten Referenzstrahl zu bilden, der durch Optiken 696 zu einem Referenzreflektor 698 hin gerichtet wird, und lässt die andere lineare Polarisation (d. h. die andere Frequenz) als einen Messstrahl durch Optiken 694 zu einem Objekt 699 durch, das gemessen wird. Bei einer alternativen Version der Interferometeroptiken 690 lässt ein Polarisationsstrahlteiler die Komponente durch, die den Messstrahl bildet, und reflektiert die Komponente, die den Referenzstrahl bildet.
Eine Bewegung des Objekts 699, das gemessen wird, bewirkt eine Phasenveränderung bei dem Messstrahl, die das Analysesystem 680 durch ein Kombinieren des Messstrahls mit dem dritten Referenzstrahl misst, um ein Schwebungssignal zu bilden. Um die Phasenveränderung, die durch die Bewegung des Objekts 699 bewirkt wird, genau zu bestimmen, kann die Phase dieses Schwebungssignals mit der Phase eines Referenzschwebungssignals verglichen werden, das aus einer Kombination des ersten und des zweiten Referenzstrahls erzeugt wird. Das Analysesystem 680 analysiert die Phasenveränderung, um die Geschwindigkeit des Objekts 699 und/oder den Abstand, um den sich dasselbe bewegt, zu bestimmen.
7 ist ein Diagramm, das ein System 100D zum Erzeugen frequenzverschobener Strahlen mit orthogonalen linearen Polarisationen bei einem vierten Ausführungsbeispiel gemäß den vorliegenden Lehren darstellt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das System 100D den gleichen akustooptischen Modulator (AOM) 108 wie die Systeme 100A–100C, aber das System 100D verwendet einen unterschiedlichen Laser 702 als den Laser 102 des Systems 100A. Bei dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel wirkt der Laser 702 als eine Quelle eines Strahls 704, der eine einzige Frequenz (f1) mit einer einzigen linearen Polarisation aufweist. Die einzige lineare Polarisation bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Polarisation von 45 Grad, was in 7 durch einen Pfeil 706 dargestellt ist.
Der AOM 108 wirkt als ein Polarisationsstrahlteiler und teilt den Eingangsstrahl 704 in eine horizontal polarisierte Strahlkomponente und eine vertikal polarisierte Strahlkomponente. Der AOM 108 beugt diese zwei orthogonal polarisierten Strahlkomponenten in entgegengesetzte Richtungen, wodurch ein Plus-Strahl erster Ordnung 714A und ein Minus-Strahl erster Ordnung 714B erzeugt werden. Der AOM 108 bewirkt eine Erhöhung bei der Frequenz einer Strahlkomponente, eine Verringerung bei der Frequenz der anderen Strahlkomponente und bewirkt eine Drehung von neunzig Grad bei der Polarisation beider Strahlkomponenten. Die Nettowirkung besteht darin, dass, während beide Strahlkomponenten eine Polarisation verändern (d. h. horizontal wird zu vertikal und vertikal wird zu horizontal), die Strahlen orthogonal polarisiert bleiben und nun eine Frequenzdifferenz aufweisen, die durch die folgende Gleichung II gegeben ist.
Gleichung II

fteilung = (f1 + faomwandler1) – (f1 – faomwandler2)wobei:

fteilung

= Differenz bei der Frequenz des Strahls 714A und der Frequenz des Strahls 714B;

f1

= Frequenz des Strahls 704;

faomwandler1

= Frequenz des ersten Signals, das zu den Wandlern 110 geliefert wird; und

faomwandler2

= Frequenz des zweiten Signals, das zu den Wandlern 110 geliefert wird.

Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel gemäß den vorliegenden Lehren liegen faomwandler1 und faomwandler2 beide in dem Bereich von etwa 10 bis 450 MHz. Bei dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ist faomwandler1 gleich faomwandler2 und diese gemeinsame Frequenz ist in 7 durch den Ausdruck „fAOM" identifiziert.
Falls beispielsweise die Wandler 110 mit einem HF-Steuersignal mit 10 MHz versehen sind, werden beide Ausgangsstrahlen 714A und 714B um 10 MHz, aber in entgegengesetzte Richtungen (d. h. plus 10 MHz und minus 10 MHz) für eine Frequenzteilung oder -differenz von 20 MHz, die durch den AOM 108 bewirkt wird, frequenzverschoben. Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel gemäß den vorliegenden Lehren liegt die Gesamtfrequenzteilung (fteilung) bei den Strahlen 714A und 714B in dem Bereich von 8 bis 30 MHz.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel gemäß den vorliegenden Lehren weist der Eingangsstrahl 704 einen anderen Polarisationszustand als 45 Grad auf. Ungeachtet dessen, welcher Polarisationszustand für den Strahl 704 gewählt ist, wird die Polarisation in zwei orthogonale Eigenpolarisationen zerlegt, wenn der Strahl 704 in den Kristall des AOM 108 eintritt. Die optische Leistung bei jeder Eigenpolarisation hängt von dem Polarisationszustand des Eingangsstrahls 704 ab. Eine lineare Polarisation, die bei 45 Grad von der optischen Achse des Kristalls des AOM 108 ausgerichtet ist, wird für den Strahl 704 bei einer Form der Erfindung verwendet, weil dieselbe in zwei Ausgangsstrahlen 714A und 714B mit gleicher optischer Leistung resultiert. Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel gemäß den vorliegenden Lehren weisen die Strahlen 714A und 714B eine kombinierte optische Leistung auf, die im Wesentlichen gleich der optischen Leistung des Strahls 704 ist.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel gemäß den vorliegenden Lehren umfasst das System 100D einen zweiten AOM 202, der zwischen dem Laser 702 und dem anisotropen AOM 108 oder nach dem AOM 108 positioniert ist, wie es in 2 und 3 gezeigt und oben beschrieben ist. Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel gemäß den vorliegenden Lehren verwendet das Interferometersystem 600 (6) einen einzigen Polarisationslaser mit einer einzigen Frequenz, wie beispielsweise den Laser 702, anstelle der zwei Polarisationslaser 102 mit zwei Frequenzen, die in 6 gezeigt sind.
Spezifische Ausführungsbeispiele gemäß den vorliegenden Lehren liefern mehrere Vorteile gegenüber bekannten Lösungen. Spezifische Ausführungsbeispiele gemäß den vorliegenden Lehren liefern eine erhebliche Optikleistungseinsparung, können in weniger Raum implementiert sein und weisen eine bessere optische Isolation als bekannte Lösungen auf. Bei der anisotropen niederfrequenten AOM-Vorrichtung 108 ist die Wechselwirkungslänge kürzer und der Strahl tritt aus dem AOM 108 mit einem größeren Trennungswinkel vergli chen mit der bekannten Lösung eines Verwendens einer einzigen isotropen AOM-Vorrichtung aus. Beide dieser Eigenschaften führen zu einem kleineren, kompakteren Gehäuse für das Endprodukt. Die kürzere Wechselwirkungslänge bedeutet, dass die AOM-Vorrichtung 108 viel kleiner sein kann. Der größere Trennungswinkel bedeutet, dass die ungewollten Strahlen in einem kürzeren Abstand ausgesondert werden können. Beide Strahlen, die durch den AOM 108 erzeugt werden, sind frequenzmäßig verschoben, so dass der AOM 108 ein besserer optischer Isolator für den Laser 102 ist als die bekannte Lösung eines Verwendens eines einzigen isotropen AOM.
Spezifische Ausführungsbeispiele gemäß den vorliegenden Lehren sind dahingehend weniger komplex als die bekannten Lösungen, die zwei hochfrequente AOMs verwenden, dass ein Polarisationsstrahlteiler nicht vor der AOM-Vorrichtung 108 verwendet wird, um einen Strahl einer einzigen Polarisation in zwei orthogonal polarisierte Strahlen zu teilen und die Richtung der Strahlen zu ändern. Zusätzlich ist der AOM 108 ferner gegenüber vielen bekannten Lösungen dahingehend unterscheidbar, dass der AOM 108 eine anisotrope Wechselwirkung anstelle der isotropen Wechselwirkung verwendet, die bei diesen vorhergehenden Lösungen verwendet wird.
Bei einem bekannten Ansatz wird ein anisotroper AOM mit zwei akustischen Frequenzen in Reihe verwendet, um aus einer optischen Quelle mit einer einzigen Polarisation orthogonal polarisierte frequenzverschobene Strahlen zu erzeugen. Im Gegensatz dazu erzeugen spezifische Ausführungsbeispiele gemäß den vorliegenden Lehren, die den Dualakustikwellen-AOM 108 verwenden, keine zwei orthogonalen Polarisationen aus einer einzigen Eingangspolarisation. Anstelle dessen bewahrt der AOM 108 die zwei Polarisationen des Lasers 102 in der gesamten Vorrichtung 108, während ein Strahl nach oben verschoben wird und der andere Strahl nach unten verschoben wird.
Bei anderen spezifischen Ausführungsbeispielen gemäß den vorliegenden Lehren ist der AOM 108 konfiguriert, um aus einer optischen Quelle mit einer einzigen Polarisation orthogonal polarisierte frequenzverschobene Strahlen zu erzeugen. Ungeachtet dessen, ob der AOM 108 mit einer Einzelpolarisationsquelle oder einer Zweipolarisationsquelle verwendet wird, wie beispielsweise einem Zeeman-Laser, bewahrt oder erhält der AOM 108 gemäß einem spezifischen Ausführungsbeispiel die optische Leistung des Eingangsstrahls, der zu dem AOM 108 geliefert wird. Somit weisen in beiden dieser Fälle die Ausgangsstrahlen, die aus dem AOM 108 austreten, eine kombinierte optische Leistung auf, die im Wesentlichen gleich der optischen Leistung des Eingangsstrahls ist, der in den AOM 108 eintritt.
Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele hierin dargestellt und beschrieben wurden, ist Durchschnittsfachleuten auf dem Gebiet ersichtlich, dass eine Vielfalt von anderen und/oder äquivalenten Implementierungen die spezifischen Ausführungsbeispiele, die gezeigt und beschrieben sind, ersetzen können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll jegliche Adaptionen oder Variationen der hierin erörterten spezifischen Ausführungsbeispiele abdecken. Deshalb ist beabsichtigt, dass diese Erfindung lediglich durch die Ansprüche und die Äquivalente derselben begrenzt sein soll.

Claims

Lichtquellensystem (100A oder 100B), das folgende Merkmale aufweist: eine Strahlquelle (102 oder 702), die einen ersten Eingangslichtstrahl (104 oder 704) erzeugt; einen anisotropen akustooptischen Modulator (AOM = acousto-optic modulator) (108), der positioniert ist, um den ersten Eingangsstrahl zu empfangen, wobei der AOM eine Mehrzahl von Wandlern (110) zum Empfangen von Steuersignalen und Erzeugen entsprechender akustischer Wellen umfasst, die an dem ersten Eingangsstrahl wirksam sind, um einen ersten und einen zweiten Ausgangsstrahl (114A und 114B oder 714A und 714B) mit unterschiedlichen Frequenzen und orthogonalen linearen Polarisationen zu erzeugen; und wobei der erste und der zweite Ausgangsstrahl (114A und 114B oder 714A und 714B) eine kombinierte optische Leistung aufweisen, die im Wesentlichen die gleiche wie eine optische Leistung des ersten Eingangsstrahls (102 oder 702) für einen ersten Eingangsstrahl mit einer Polarisation und für einen ersten Eingangsstrahl mit zwei Polarisationen ist.
Lichtquellensystem gemäß Anspruch 1, bei dem der erste Eingangslichtstrahl eine erste und eine zweite Strahlkomponente (106A und 106B) umfasst, wobei die erste Komponente eine erste lineare Polarisation und eine erste Frequenz aufweist, wobei die zweite Komponente eine zweite lineare Polarisation und eine zweite Frequenz aufweist, wobei die erste und die zweite lineare Polarisation orthogonal sind.
Lichtquellensystem gemäß Anspruch 2, bei dem der AOM (108) wirksam ist, um die Polarisation und Frequenz der ersten und der zweiten Strahlkomponente (106A und 106B) ansprechend auf ein Steuersignal zu verändern und dadurch den ersten und den zweiten Ausgangsstrahl entsprechend der ersten bzw. der zweiten Komponente zu erzeugen.
Lichtquellensystem gemäß Anspruch 3, bei dem der erste Ausgangsstrahl die zweite lineare Polarisation aufweist und bei dem der zweite Ausgangsstrahl die erste lineare Polarisation aufweist.
Lichtquellensystem gemäß Anspruch 3 oder 4, bei dem der AOM (108) konfiguriert ist, um die Frequenz der ersten Strahlkomponente (106A) um eine erste Größe zu erhöhen und die Frequenz der zweiten Strahlkomponente (106B) um eine zweite Größe zu verringern.
Lichtquellensystem gemäß Anspruch 5, bei dem die erste Größe und die zweite Größe jeweils in dem Bereich von etwa 10 bis 450 MHz liegen.
Lichtquellensystem gemäß Anspruch 6, bei dem die erste Größe und die zweite Größe die gleiche sind.
Lichtquellensystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der erste Eingangslichtstrahl ein Lichtstrahl mit einer einzigen Frequenz und einer einzigen Polarisation ist.
Lichtquellensystem gemäß Anspruch 8, bei dem der AOM (108) aus dem ersten Eingangslichtstrahl eine erste und eine zweite Strahlkomponente (106A und 106B) erzeugt, wobei die erste Komponente eine erste lineare Polarisation aufweist, wobei die zweite Komponente eine zweite lineare Polarisation aufweist, wobei die erste und die zweite lineare Polarisation orthogonal sind.
Lichtquellensystem gemäß Anspruch 9, bei dem der AOM (108) wirksam ist, um die Polarisation und Frequenz der ersten und der zweiten Strahlkomponente (106A und 106B) ansprechend auf ein Steuersignal zu verändern und dadurch den ersten und den zweiten Ausgangsstrahl zu erzeugen, die der ersten bzw. der zweiten Strahlkomponente entsprechen.
Lichtquellensystem gemäß Anspruch 10, bei dem der erste Ausgangsstrahl die zweite lineare Polarisation aufweist und bei dem der zweite Ausgangsstrahl die erste lineare Polarisation aufweist.
Lichtquellensystem gemäß Anspruch 10 oder 11, bei dem der AOM (108) konfiguriert ist, um die Frequenz der ersten Strahlkomponente (106A) um eine erste Größe zu erhöhen und die Frequenz der zweiten Strahlkomponente (106B) um eine zweite Größe zu verringern.
Lichtquellensystem gemäß Anspruch 12, bei dem die erste Größe und die zweite Größe jeweils in dem Bereich von etwa 10 bis 450 MHz liegen.
Lichtquellensystem gemäß Anspruch 12 oder 13, bei dem die erste Größe und die zweite Größe die gleiche sind.
Lichtquellensystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem eine erste der akustischen Wellen mit einer ersten Strahlkomponente (106A) des Eingangsstrahls in Wechselwirkung steht und eine zweite der akustischen Wellen mit einer zweiten Strahlkomponente (106B) des Eingangsstrahls in Wechselwirkung steht.
Lichtquellensystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem die Strahlquelle einen Laser aufweist.
Lichtquellensystem gemäß Anspruch 16, bei dem der Laser einen Zeeman-Laser aufweist.
Lichtquellensystem gemäß Anspruch 16, bei dem der Laser einen frequenzstabilisierten Zweimodenlaser aufweist.
Lichtquellensystem gemäß Anspruch 16, bei dem der Laser ein Laser mit einer einzigen Frequenz und einer einzigen Polarisation ist.
Lichtquellensystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, das ferner zumindest eine optische Faser aufweist, die positioniert ist, um den ersten und den zweiten Ausgangsstrahl von dem AOM (108) zu empfangen.
Lichtquellensystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20, das ferner ein doppelbrechendes Prisma aufweist, das positioniert ist, um den ersten und den zweiten Ausgangsstrahl von dem AOM (108) zu empfangen und den ersten und den zweiten Ausgangsstrahl parallel zu machen.
Lichtquellensystem gemäß Anspruch 21, das ferner zumindest eine optische Faser aufweist, die positioniert ist, um den parallelen ersten und zweiten Ausgangsstrahl von dem doppelbrechenden Prisma zu empfangen.
Lichtquellensystem gemäß Anspruch 21 und 22, das ferner ein Walk-Off-Prisma aufweist, das konfiguriert ist, um den parallelen ersten und zweiten Ausgangsstrahl zu einem kombinierten Strahl zusammenzubringen.
Lichtquellensystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 23, das ferner einen isotropen akustooptischen Modulator (AOM) (202) aufweist.
Lichtquellensystem gemäß Anspruch 24, bei dem der isotrope AOM (202) konfiguriert ist, um eine Frequenz des Eingangsstrahls um eine erste Größe zu verändern.
Lichtquellensystem gemäß Anspruch 25, bei dem die erste Größe in dem Bereich von etwa 30 bis 500 MHz liegt.
Lichtquellensystem gemäß einem der Ansprüche 24 bis 26, bei dem der anisotrope AOM (108) und der isotrope AOM (202) in einem einzigen Gehäuse vorausgerichtet sind.
Verfahren zum Erzeugen von Lichtstrahlen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines anisotropen akustooptischen Modulators (AOM = acousto-optic modulator) (108); Richten eines ersten Eingangsstrahls in den AOM (108); und Anlegen von Steuersignalen an den AOM (108), wobei bewirkt wird, dass der AOM (108) eine Mehrzahl von akustischen Wellen erzeugt, die auf den ersten Eingangsstrahl wirken, um einen ersten und einen zweiten Ausgangsstrahl mit unterschiedlichen Frequenzen und orthogonalen linearen Polarisationen zu erzeugen, wobei eine kombinierte optische Leistung des ersten und des zweiten Ausgangsstrahls im Wesentlichen die gleiche wie eine optische Leistung des ersten Eingangsstrahls für einen ersten Eingangsstrahl mit einer Polarisation und für einen ersten Eingangsstrahl mit zwei Polarisationen ist.
Verfahren gemäß Anspruch 28, bei dem der erste Eingangsstrahl eine erste und eine zweite Strahlkomponente umfasst, wobei die erste Komponente eine erste lineare Polarisation und eine erste Frequenz aufweist, wobei die zweite Komponente eine zweite lineare Polarisation und eine zweite Frequenz aufweist, wobei die erste und die zweite lineare Polarisation orthogonal sind.
Verfahren gemäß Anspruch 29, bei dem die akustischen Wellen die Polarisation und Frequenz der ersten und der zweiten Strahlkomponente verändern und dadurch den ersten und den zweiten Ausgangsstrahl erzeugen, die der ersten bzw. der zweiten Strahlkomponente entsprechen.
Verfahren gemäß Anspruch 30, bei dem der erste Ausgangsstrahl die zweite lineare Polarisation aufweist und bei dem der zweite Ausgangsstrahl die erste lineare Polarisation aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 30 oder 31, bei dem die akustischen Wellen die Frequenz der ersten Strahlkomponente um eine erste Größe erhöhen und die Frequenz der zweiten Strahlkomponente um eine zweite Größe verringern.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 30 bis 32, bei dem eine erste der akustischen Wellen mit der ersten Strahlkomponente in Wechselwirkung tritt und eine zweite der akustischen Wellen mit der zweiten Strahlkomponente in Wechselwirkung tritt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 28 bis 33, bei dem der erste Eingangsstrahl ein Lichtstrahl mit einer einzigen Frequenz und einer einzigen Polarisation ist.
Verfahren gemäß Anspruch 34, bei dem der AOM (108) eine erste und eine zweite Strahlkomponente aus dem ersten Eingangslichtstrahl erzeugt, wobei die erste Komponente eine erste lineare Polarisation aufweist, wobei die zweite Komponente eine zweite lineare Polarisation aufweist, wobei die erste und die zweite lineare Polarisation orthogonal sind.
Verfahren gemäß Anspruch 35, bei dem der AOM (108) wirksam ist, um die Polarisation und Frequenz der ersten und der zweiten Strahlkomponente ansprechend auf die Steuersignale zu verändern und dadurch den ersten und den zweiten Ausgangsstrahl zu erzeugen, die der ersten bzw. der zweiten Strahlkomponente entsprechen.
Verfahren gemäß Anspruch 36, bei dem der erste Ausgangsstrahl die zweite lineare Polarisation aufweist und bei dem der zweite Ausgangsstrahl die erste lineare Polarisation aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 36 oder 37, bei dem der AOM (108) wirksam ist, um die Frequenz der ersten Strahlkomponente um eine erste Größe zu erhöhen und die Frequenz der zweiten Strahlkomponente um eine zweite Größe zu verringern.
Verfahren gemäß Anspruch 38, bei dem die erste Größe die gleiche wie die zweite Größe ist.
Interferometersystem (600), das folgende Merkmale aufweist: eine Strahlquelle (102 oder 702), die einen ersten Eingangslichtstrahl (104 oder 704) erzeugt; einen anisotropen akustooptischen Modulator (AOM = acousto-optic modulator) (108), der positioniert ist, um den ersten Eingangsstrahl zu empfangen, wobei der AOM eine Mehrzahl von Wandlern (110) zum Empfangen von Steuersignalen und Erzeugen einer Mehrzahl von akustischen Wellen umfasst, die an dem ersten Eingangsstrahl wirksam sind, um einen ersten und einen zweiten Ausgangsstrahl (114A und 114B oder 714A und 714B) mit unterschiedlichen Frequenzen und orthogonalen linearen Polarisationen zu erzeugen, und wobei der erste und der zweite Ausgangsstrahl eine kombinierte optische Leistung aufweisen, die im Wesentlichen die gleiche wie eine optische Leistung des ersten Eingangsstrahls für einen ersten Eingangsstrahl mit einer Polarisation und für einen ersten Eingangsstrahl mit zwei Polarisationen ist; Interferometeroptiken (690) zum Erzeugen eines Referenzstrahls und eines Messstrahls basierend auf dem ersten und dem zweiten Ausgangsstrahl; und ein Analysesystem (680) zum Bestimmen von Bewegungsinformationen basierend auf dem Referenzstrahl und dem Messstrahl.