DE102006031917A1

DE102006031917A1 - Monolithisches Verschiebungsmessinterferometer

Info

Publication number: DE102006031917A1
Application number: DE102006031917A
Authority: DE
Inventors: Alan B. Loveland Ray
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2005-11-23
Filing date: 2006-07-10
Publication date: 2007-05-31
Also published as: US7705994B2; NL1032924A1; JP2007147618A; CN1971202A; NL1032924C2; US20070115478A1

Abstract

Es werden ein Interferometer und ein entsprechendes System geliefert, die mehrere Aspekte aufweisen. In einem ersten Aspekt wird ein Interferometer geliefert, das angepasst ist, um einen ersten und einen zweiten Strahl f¶1¶ und f¶2¶, die getrennt sind, darin zu empfangen, wobei das Interferometer einen ersten und einen zweiten optischen Übertragungsweg, die im Wesentlichen äquivalent und getrennt sind, für den ersten und den zweiten Strahl f¶1¶ und f¶2¶ aufweist. In einem zweiten Aspekt wird ein Interferometer geliefert, das angepasst ist, um als getrennte Eingaben darin einen ersten und einen zweiten Strahl f¶1¶ und f¶2¶ zu empfangen, wobei diese Strahlen erst kurz bevor dieselben durch das Interferometer ausgegeben werden, gemischt oder kombiniert werden. In einem dritten Aspekt wird ein Interferometer geliefert, das einen oder mehrere Strahlblockierer zum Abfangen von externem oder ungewünschtem Licht und zum Verhindern, dass derartiges Licht die getrennten Strahlen f¶1¶ und f¶2¶ verunreinigt oder stört, aufweist.

Description

Die Erfinder sind der Meinung, dass die hier beschriebene vorliegende Erfindung besonders gut für bestimmte Militäranwendungen geeignet sein kann.

Verschiebungsmessinterferometer (displacement measuring interferometers – „DMIs") sind in der Technik bekannt und werden seit mehreren Jahrzehnten verwendet, um kleine Verschiebungen und Längen mit hohen Pegeln von Genauigkeit und Auflösung zu messen. Bei derartigen Vorrichtungen genießen Helium-Neon-Verschiebungsmesslaserinterferometer eine relativ weit verbreitete Anwendung aufgrund ihres hohen Grades an Stabilität und Monochromasie. Interferometer erfordern eine sorgfältige Ausrichtung von Spiegeln, die über ausgedehnte Zeitperioden gehalten werden muss, die jedoch erhebliche praktische Schwierigkeiten machen kann.

Ein Doppeldurchgangsinterferometer kann durch ein doppeltes Durchlaufen jedes Arms des Interferometers und ein Eingliedern einer Einrichtung zum Invertieren der Wellenfronten zwischen Durchgängen teilweise gegenüber Spiegelfehlausrichtungen unempfindlich gemacht werden. Es sei z. B. auf „A Double-Passed Michelson Interferometer" von S.J. Bennett in Optics Communications, Band 4, Nummer 6, Februar/März 1972, verwiesen, wo ein Doppeldurchgang unter Verwendung eines polarisierten Strahlteilers, zweier Viertelwellenplatten und eines Würfeleckenreflektors, der als eine invertierende Komponente dient, erreicht wird. Die Gesamtheit der im Vorhergehenden genannten Schrift von Bennett ist hiermit durch Bezugnahme hier aufgenommen. Als Folge ihrer Markttauglichkeit, Robustheit, Stabilität und Genauigkeit finden Doppeldurchgangsverschiebungsmessinterferometer eine relativ häufige Verwendung bei Verschiebungsmessungen hoher Genauigkeit.

Trotz der vielen Fortschritte, die auf dem Gebiet von DMIs allgemein gemacht worden sind, bleiben jedoch Messfehler und Ungenauigkeiten bestehen. Zu den Faktoren, die zu derartigen Fehlern und Ungenauigkeiten beitragen, gehören Ausrichtungsfehler und Weglängenfehler, optisches Mischen, thermische Effekte, Polarisationslecken (oder das unbeabsichtigte Mischen von Mess- und Referenzstrahlen), beugungsbedingte Streifenbildung, nichtlineare Beziehungen zwischen Phase und Verschiebung und andere Fehler. Es sei z. B. auf „Recent Advances in Displacement Measuring Interferometry" von Norman Brobroff in Meas. Sci. Technol. 4 (1993), 907–926, und „An Investigation of Two Unexplored Periodic Source Errors in Differential-Path Interferometry" von Schmitz und Beckwith in Precision Engineering 27 (2003), 311–322, verwiesen, wo einige dieser Faktoren im Detail erörtert werden. Die jeweiligen Gesamtheiten der im Vorhergehenden genannten Schriften von Broboff und Schmitz u. a. sind hiermit durch Bezugnahme hier aufgenommen.

Die meisten DMIs des Stands der Technik kombinieren Referenz- und Messstrahlen, bevor dieselben dem optischen Abschnitt eines Interferometersystems präsentiert werden. Die nicht idealen Charakteristika der Quelle und der Optikeinrichtung führen zu einem Mischen der Referenz- und Messstrahlen, bevor die gewünschte Verschiebung gemessen wird. Dies ist eines der Hauptmittel, durch die nichtlineare Fehler in DMIs eingeführt werden. Eine weitere Hauptquelle eines nichtlinearen Fehlers bei DMIs ist eine beugungsbasierte Interferenz. Einige DMIs des Stands der Technik verwenden eine reflektierende Öffnung, um einen Referenzstrahl von einem Messstrahl zu trennen, wobei die beiden Strahlen einen gemeinsamen Kreisring bis zu der reflektierenden Öffnung gemeinschaftlich verwenden. Das Ergebnis einer derartigen Architektur besteht darin, dass ein Interferenzstrahl gebildet wird, der die Leistung verschlechtern kann.

In einer Schrift, die auf dem jährlichen Treffen der ASPE 2001 mit dem Titel „Demonstration of Sub-Angstrom Cyclic Non-Linearity Using Wavefront-Division Sampling with a Common-Path Laser heterodyne Interferometer" präsentiert wurde, offenbart Feng Zhao von Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, Kalifornien, ein Heterodyn-Interferometer mit gemeinsamem Weg, das versucht, nichtlineare Fehler zu minimieren. Zhao isoliert den Referenz- und den Messstrahl über den größten Teil des optischen Wegs zu dem Detektor durch ein Verwenden von getrennten Faseroptikkanälen für den Referenz- und den Messstrahl. Der Referenzstrahl weist eine erste Frequenz auf, und der Messstrahl weist eine zweite Frequenz auf, die sich von der ersten Frequenz unterscheidet. Grob gesagt werden der erste und der zweite Strahl, die der ersten und der zweiten Frequenz entsprechen, erzeugt und an getrennten ersten und zweiten Detektoren gemessen. Bei einigen Systemen ist die Sachlage jedoch komplizierter. Stattdessen werden sogenannte „Lokaloszillator-" und „Sonden"-Strahlen durch die Quelle als zwei getrennte Strahlen emittiert, wobei die Strahlen in dem Interferometer gemischt werden, um Mess- und Referenzstrahlen an dem Ausgang zu erzeugen. Dieses Thema wird im Folgenden genauer erörtert.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit, und um Verwirrung zu vermeiden, werden hier die Begriffe „Messstrahl" und „Referenzstrahl" verwendet, es sei jedoch darauf hingewiesen, dass dieselben potentiell mit den Begriffen „Lokaloszillatorstrahl" bzw. „Sondenstrahl" austauschbar sind, abhängig von dem bestimmten Kontext, in dem einer der Begriffe erscheinen kann.

Der erste Strahl kann als ein Referenzstrahl bezeichnet werden, der mittels des Strahls erster Frequenz erzeugt wird, der auf eine feststehende Öffnung auftrifft. Der zweite Strahl kann als ein Messstrahl bezeichnet werden, der durch den Strahl zweiter Frequenz erzeugt wird, der auf ein sich bewegendes Ziel auftrifft. Die Phasendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Strahl stellt die Position des Ziels dar. Die Interferometerarchitektur von Zhao verringert nichtlineare Fehler bei gemessenen Verschiebungen. Zhao verwendet jedoch ein Wellenfrontteilungsschema, bei dem beugungsbasierte Interferenzfehler wichtig bleiben, da Mess- und Referenzstrahlen ringförmig voneinander über im Wesentlichen den gleichen optischen Weg beabstandet sind. Außerdem ist es nicht klar, wie der Lösungsansatz von Zhao auf mehr als eine optische Achse erweitert werden könnte.

Es wird ein DMI benötigt, das nichtlineare und beugungsbedingte Fehler weiter minimiert und das nach oben oder nach unten über mehrere optische Achsen in einer einfachen und wirtschaftlichen Weise skaliert werden kann.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein monolithisches Verschiebungsmessplanspiegelinterferometer, ein Verschiebungsmessplanspiegelinterferometer und ein monolithisches Verschiebungsmessplanspiegelinterferometersystem mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein Interferometer gemäß Anspruch 1, ein Interferometer gemäß Anspruch 12 sowie ein System gemäß Anspruch 21 gelöst.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Planspiegelinterferometer geliefert, das angepasst ist, um zwei getrennte Eingangslichtstrahlen f₁ bzw. f₂ zu empfangen, wobei das Interferometer die beiden Lichtstrahlen f₁ und f₂ voneinander getrennt hält, bis dieselben in einer polarisierenden oder nichtpolarisierenden Rhombusunteranordnung kombiniert werden, kurz bevor dieselben durch das Interferometer ausgegeben werden, wodurch Messfehler reduziert werden, die durch eine Polarisation und anderes Mischen eingeführt werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Planspiegelinterferometer geliefert, das angepasst ist, um zwei getrennte Eingangslichtstrahlen f₁ bzw. f₂ zu empfangen, wobei die beiden Weglängen, die in dem Interferometer durch die beiden Lichtstrahlen durchlaufen werden, im Wesentlichen äquivalent sind, wodurch thermisch bedingte Messfehler reduziert werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Planspiegelinterferometersystem geliefert, das angepasst ist, um zwei getrennte Eingangslichtstrahlen f₁ bzw. f₂ zu empfangen, wobei das System ein oder mehr Strahlblockierer aufweist, die zwischen ein oder mehr Viertelwellenplatten und ein oder mehr feststehenden oder sich bewegenden Planspiegeln positioniert sind, wobei die Strahlblockierer positioniert und konfiguriert sind, um externes Licht abzufangen, wodurch Messfehler reduziert werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Interferometer geliefert, das einen oder mehr der vorhergehenden Aspekte aufweist und ferner eine beliebige Anzahl von optischen Achsen skalierbar ist.

Verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung umfassen innerhalb ihres Schutzbereichs Komponenten, Vorrichtungen und Systeme, die die im Vorhergehenden genannten Aspekte umfassen oder einsetzen, und Verfahren zum Herstellen und Verwenden von Komponenten, Vorrichtungen und Systemen, die die im Vorhergehenden genannten Aspekte einsetzen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm eines Linearverschiebungsmessinterferometriesystems gemäß dem Stand der Technik;
2 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Messinterferometriesystems der vorliegenden Erfindung;
3 ein Ausführungsbeispiel eines Einwürfeleckeninterferometers der vorliegenden Erfindung, das redundante Ausgangssignale liefert und eine nichtpolarisierende Strahlteilgrenzfläche aufweist;
4 ein Ausführungsbeispiel eines Einwürfeleckeninterferometers der vorliegenden Erfindung, das ein einziges Ausgangssignal liefert und eine polarisierende Strahlteilgrenzfläche aufweist;
5 ein Ausführungsbeispiel eines Zweiwürfeleckeninterferometers der vorliegenden Erfindung, das redundante Ausgangssignale liefert und eine nichtpolarisierende Strahlteilgrenzfläche aufweist; und
6 ein Ausführungsbeispiel eines Zweiwürfeleckeninterferometers der vorliegenden Erfindung, das ein einziges Ausgangssignal liefert und eine polarisierende Strahlteilgrenzfläche aufweist.
1 zeigt ein Blockdiagramm eines Linearverschiebungsmessinterferometriesystems gemäß dem Stand der Technik. Eine Zweifrequenz-Zeeman-Teilung-Helium-Neon-Laserquelle 10 erzeugt und emittiert einen ersten und einen zweiten Strahl, die Frequenzen f₁ und f₂ aufweisen, wobei der erste Strahl einen ersten Zirkularpolarisationszustand aufweist und der zweite Strahl einen zweiten Zirkularpolarisationszustand aufweist, der sich von dem ersten Polarisationszustand unterscheidet (im Folgenden „Strahlen f₁ und f₂"). Die Strahlen f₁ und f₂, die von der Quelle 10 emittiert werden, sind normalerweise rechts- bzw. linksdrehend polarisiert. Zwei Lasermoden werden in einem Resonator der Quelle 10 verstärkt, wobei die beiden Moden den beiden Polarisationszuständen entsprechen. Bei einem Zeeman-Teilungslaser sind die beiden Polarisationen zirkular und von entgegengesetzter Gängigkeit. Ein Teleskop 15 liefert eine Einrichtung zum Erweitern und Kollimieren der Strahlen f₁ und f₂, die durch die Quelle 10 emittiert werden, zur Lieferung an den Rest des Interferometriesystems.
Die Strahlen f₁ und f₂ gehen als Nächstes durch eine Viertelwellenplatte (QWP) 20, wo dieselben von zirkular polarisierten Zuständen zu linear polarisierten Zuständen umgewandelt werden und dann zu einem nichtpolarisierenden Strahlteiler 30 geleitet werden. (Es sei darauf hingewiesen, dass eine Einrichtung zum geeigneten Ausrichten der linear polarisierten Strahlen mit der Einfallsebene eines Polarisierter-Strahl-Teilers 204 oder „PBS 204" (polarized beam splitter) in 1 nicht gezeigt ist.)
Wenn die linear polarisierten Strahlen geeignet mit der Einfallsebene des Polarisierter-Strahl-Teilers 204 des Interferometers 40 ausgerichtet sind, wird der Strahl f₁ zu einer Messwürfelecke 110 durchgelassen, während der Strahl f₂ zu einer Referenzwürfelecke 100 reflektiert wird. Nachdem die Strahlen f₁ und f₂ von ihren jeweiligen Würfelecken 100 und 110 retroreflektiert worden sind, werden die Strahlen f₁ und f₂ bei dem Polarisierter-Strahl-Teiler 204 (oder „PBS 204") rekombiniert. Das Interferometer 40 empfängt die durchgelassenen Teile der linear polarisierten Strahlen f₁ und f₂ und leitet dann jeweilige Teile derartiger Strahlen zu der Referenzwürfelecke 100 und der Messwürfelecke 110.
Die Strahlen f₁ und f₂, die von der Referenzwürfelecke 100 und dem Messwürfel 110 reflektiert werden, werden durch einen zweiten 45-Grad-Polarisator 120 geleitet. Der erste bzw. der zweite 45-Grad-Polarisator 90 und 120 rekombinieren den Mess- und den Referenzstrahl f₁ und f₂. Ausgangssignale von Phasendetektoren 130 und 140 werden in Phasenregelschleifen-(PLL) Detektoren 150 und 160 eingegeben, die zusammen eine Differenz Δf ergeben, aus der die Verschiebung bestimmt wird, die sich die Messwürfelecke 110 bewegt hat. Die rekombinierten Strahlen f₁ und f₂ gehen durch den Polarisator 120 hindurch, was zu einer Interferenz zwischen den zwei orthogonal polarisierten Strahlen führt. Der sich ergebende Interferenzstrahl wird durch den Polarisator 120 zu einer Photodiode 140 zur Erfassung durchgelassen. Die Frequenz des sich ergebenden Interferenzstrahls entspricht der relativen Geschwindigkeit entlang der Achse des Messstrahls der Messwürfelecke 110 bezüglich der Referenzwürfelecke 100. Die Phase des Interferenzstrahls entspricht der relativen Position der Messwürfelecke 110 entlang der Achse des Messstrahls.
Unter weiterer Bezugnahme auf 1 wird auf ein Austreten von der Viertelwellenplatte 20 hin ein Teil jedes der Strahlen f₁ und f₂ durch den Strahlteiler 30 in der Richtung des Interferometers 40 (bei dem es sich um den optischen Teil des Interferometersystems handelt) durchgelassen. Die verbleibenden Teile jedes der Strahlen f₁ und f₂ werden zu einem nichtpolarisierenden Strahlteiler 50 und dem ersten 45-Grad-Polarisator 90 reflektiert. Ein Flüssigkristallpolarisator 60, ein Leistungsdetektor 70 und ein Laserabstimmservo 80 weisen eine Rückkopplungssteuereinrichtung zum Überwachen und Steuern der Konstanz des Ausgangssignals der Laserquelle 10 auf. Aus Gründen der Stabilität wird der Laserresonator der Quelle 10 unter Verwendung einer Rückkopplung von dem Leistungsgleichgewicht der zwei Lasermoden, die durch die Quelle 10 erzeugt werden, temperaturgesteuert. Ein Teil des Strahls, der durch die nichtpolarisierenden Strahlteiler 30 und 50 geliefert wird, wird zu dem Flüssigkristallpolarisator 60 geleitet, der abwechselnd Licht durchlässt, das einen ersten und einen zweiten Polarisationszustand aufweist. Die Photodiode 70 misst das Leistungsgleichgewicht über der Zeit und liefert diese Informationen an den Laserabstimmservo 80.
Es sei darauf hingewiesen, dass, wie derselbe in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen hiervon verwendet wird, und im Zusammenhang mit einem Erörtern, Beschreiben und/oder Beanspruchen eines DMI, eines Teils eines DMI oder eines DMI-Systems, der Begriff „monolithisch" ein Interferometer bedeutet, das zumindest eine polarisierende oder nichtpolarisierende Strahlteilerunteranordnung, die Glas oder ein optisch äquivalentes Material aufweist, und zumindest eine Würfelecke-Eingang-Ausgang-Reflexion- oder Retroreflexion-Rhombusunteranordnung aufweist, die ebenfalls Glas oder ein optisch äquivalentes Material aufweist, wobei der Strahlteiler und die zumindest eine Würfelecke-Eingang-Ausgang-Reflexion- oder Retroreflexion-Rhombusunteranordnung physisch benachbart zueinander angeordnet sind und direkt durch Haftmittel, eine mechanische (z. B. Schrauben), chemische, elektromagnetische und/oder magnetische Einrichtung derart aneinander angebracht sind, dass der optische Teil des Interferometers (der nicht die Quelle, die Detektoren oder den Messwürfel oder Planspiegel eines DMI oder DMI-Systems umfasst) eine einzige Anordnung bildet.
1 und die begleitende Beschreibung, die hier dargelegt ist, beschreiben Aspekte des Linearinterferometers Modellnummer 10705 von Agilent. In Übereinstimmung mit der Definition des Begriffs „monolithisch", die hier dargelegt ist, weist das 10705-Linearinterferometer einen monolithischen Entwurf und eine monolithische Struktur auf.
Aspekte des DMI, das in 1 veranschaulicht ist, sind in den folgenden U.S.-Patenten offenbart, deren jeweilige Gesamtheiten hiermit durch Bezugnahme hier aufgenommen sind: U.S.-Patent Nr. 5,064,280 an Bockman mit dem Titel „Linear-and-angular measuring plane mirror interferometer"; U.S.-Patent Nr. 6,542,247 an Bockman mit dem Titel „Multiaxis interferometer with integrated optical structure and method for manufacturing rhomboid assemblies"; und U.S.-Patent Nr. 5,667,768 an Bockman mit dem Titel „Method and interferometric apparatus for measuring changes in displacement of an object in a rotating reference frame".
Um Verwirrung zu vermeiden, sei darauf hingewiesen, dass der Begriff „Referenzstrahl", wie derselbe in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen hiervon verwendet wird, und im Zusammenhang mit einem Erörtern, Beschreiben und/oder Beanspruchen eines DMI, eines Teils eines DMI oder eines DMI-Systems abhängig von dem bestimmten Kontext, in dem derselbe verwendet wird, „Lokaloszillatorstrahl" oder „Referenzstrahl" bedeuten kann. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass der Begriff „Messstrahl", wie derselbe in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen hiervon verwendet wird, und im Zusammenhang mit einem Erörtern, Beschreiben und/oder Beanspruchen eines DMI, eines Teils eines DMI oder eines DMI-Systems abhängig von dem bestimmten Kontext, in dem derselbe verwendet wird, „Sondenstrahl" oder „Messstrahl" bedeuten kann.
Gemäß einiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden „Lokaloszillator"- und „Sonden"-Strahlen durch die Quelle emittiert, wobei die Lokaloszillator- und Referenzstrahlen in dem Interferometer gemischt werden, um Mess- und Referenzstrahlen an dem Ausgang zu erzeugen. Obwohl aus Gründen der Vereinfachung im Folgenden weiterhin auf „Referenzstrahlen" und „Messstrahlen" Bezug genommen wird, sollen diese Begriffe so interpretiert werden, wie es in dem unmittelbar vorhergehenden Absatz dargelegt ist, abhängig von dem bestimmten Kontext, in dem dieselben erscheinen.
Unter jetziger Bezugnahme auf 2 ist ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Messinterferometriesystems der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei eine Strahlquelle 10 eine Laserquelle aufweist, die in der Lage ist, drei Ausgangsstrahlen zu erzeugen: einen ersten Strahl, der eine Frequenzen f₁ und einen ersten Linearpolarisationszustand aufweist, einen zweiten Strahl, der eine Frequenz f₂ und einen zweiten Linearpolarisationszustand aufweist, der zu dem ersten Polarisationszustand orthogonal ist, und einen dritten Strahl, der Licht aufweist, das die kombinierten Frequenzen f₁ und f₂ aufweist. Der dritte Strahl wird zu einem Polarisator 110 geleitet, wo die Frequenzen f₁ und f₂ kombiniert werden, um einen einzigen Polarisationszustand zu bilden, und wird zu einem Detektor 130 durchgelassen. Der erste und der zweite Strahl werden zu einem Interferometer 45 der vorliegenden Erfindung geleitet.
Unter weiterer Bezugnahme auf 2 werden ein erster und ein zweiter Eingangsstrahl f₁ und f₂, die optisch getrennt sind, die durch die Strahlquelle 10 emittiert werden, zu dem Interferometer 45 geliefert. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist das Interferometer 45 eine Rhombusunteranordnung 190 auf, die eine nichtpolarisierende oder polarisierende Strahlteilgrenzfläche 192 oder 194 enthält. Planspiegel 110 und 112 retroreflektieren den Referenz- und den Messstrahl f₁ und f₂, die darauf auftreffen und von dem Interferometer 45 ausgehen (in 2 nicht im Detail gezeigt). Der Planspiegel 110 ist bezüglich des Interferometers 45 fest oder feststehend, während sich der Planspiegel 112 bezüglich des Interferometers 45 bewegt.
Die kombinierten Strahlen, die durch das Interferometer 45 ausgegeben werden, werden dann durch einen 45-Grad-Polarisator 120 derart geleitet, dass dieselben daraus so austreten, dass dieselben einen gemeinsamen Polarisationszustand aufweisen. Das Ausgangssignal von dem Phasendetektor 140 wird in einen Phasenregelschleifendetektor 160 eingegeben, der in Kombination mit einem Aufwärts-/Abwärts-Zähler 200 eine Differenz Δf ergibt, aus der die Entfernung oder Verschiebung bestimmt werden kann, die sich der Planspiegel 112 bezüglich des Interferometers 45 bewegt hat. Die 3 bis 6 zeigen weitere Details verschiedener Ausführungsbeispiele des Interferometers 45.
Bei den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, die in den 3, 4, 5 und 6 gezeigt sind, sind Viertelwellenplatten 170 und 180 in das Interferometer 45 eingegliedert. Die Viertelwellenplatten 170 und 180 weisen eine nicht verspiegelte Oberfläche auf. Folglich werden linear polarisierte Strahlen, die auf die Platten 170 und 180 auftreffen und durch dieselben durchgelassen werden, in zirkular polarisierte Zustände umgewandelt. Die Rhombusunteranordnung 190, die in den 3 bis 6 gezeigt ist, kann gemäß den Lehren des U.S.-Patents Nr. 6,542,247 für Bockman mit dem Titel „Multi-axis interferometer with integrated optical structure and method for manufacturing rhomboid assemblies" aufgebaut sein.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Einwürfeleckeninterferometers der vorliegenden Erfindung, das redundante Ausgangssignale liefert und eine nichtpolarisierende Strahlteilgrenzfläche 192 aufweist. In 3 ist ersichtlich, dass der erste Strahl f₁ und der zweite Strahl f₂ als getrennte Strahlen in das Interferometer 45 eintreten. Der erste Strahl f₁ tritt in eine erste Seite 207 einer polarisierenden Strahlteilerunteranordnung 206 ein und läuft weiter zu einer Polarisationsstrahlteiler-(PBS-) Grenzfläche 204, von der derselbe nach oben reflektiert wird, um durch eine Viertelwellenplatte 170 hindurch zu gehen, von einem feststehenden Planspiegel 110 reflektiert zu werden und zurück nach unten durch die Viertelwellenplatte 170 weiterzulaufen. Der erste Strahl f₁ befindet sich auf ein Eintreten in das Interferometer 45 hin in einem S-polarisierten Zustand und wird somit von der Grenzfläche 204 reflektiert, wenn derselbe darauf auftrifft. Wenn derselbe zum ersten Mal durch die Viertelwellenplatte 170 hindurchgeht, wird der erste Strahl f₁ in einem ersten Sinn zirkular polarisiert, und wenn derselbe von dem Spiegel 110 reflektiert wird, wird derselbe in einem zweiten Sinn zirkular polarisiert, und wenn derselbe ein zweites Mal durch die Viertelwellenplatte 170 hindurchgeht, wird derselbe linear p-polarisiert und geht deshalb durch die Grenzfläche 204 hindurch, während sich derselbe nach unten zu der Würfelecke 101 fortpflanzt.
Die Würfelecke 101 bewirkt, dass der erste Strahl f₁ nach oben reflektiert wird, wo derselbe ein zweites Mal durch die Grenzfläche 204 hindurchgeht, ein drittes Mal durch die Viertelwellenplatte 170 hindurchgeht, in einem Sinn zirkular polarisiert wird und ein zweites Mal von dem Spiegel 110 reflektiert wird, in dem entgegengesetzten Sinn zirkular polarisiert wird und ein viertes Mal durch die Viertelwellenplatte 170 hindurchgeht, und s-polarisiert wird, so dass derselbe nun von der Grenzfläche 204 zu dem Rhombus 190 reflektiert wird. Nachdem derselbe durch eine Ausgangsseite 193 in den Rhombus 190 eingetreten ist, wird der erste Strahl f₁ nach oben von einer Ecke der Rhombusunteranordnung 190 reflektiert, zum Auftreffen auf und zur Reflexion von einem nichtpolarisierenden Strahlteiler 192, wo der erste Strahl f₁ mit dem zweiten Strahl f₂ kombiniert wird, wobei der kombinierte Ausgangsstrahl die Informationen delta f enthält, die verwendet werden, um die Verschiebung oder Position des sich bewegenden Planspiegels 112 zu berechnen. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass der Rhombus 190 zwei Sätze von identischen kombinierten Strahlausgaben 220 und 221 zur Redundanz für den Fall liefert, dass eine dieser Ausgaben nicht mehr verwendbar wird. Jede derartige kombinierte Strahlausgabe 220 oder 221 enthält die Informationen (f₁ – f₂) ± Δf, die bei nachfolgenden Schritten verwendet werden, um die Verschiebung oder Position des sich bewegenden Spiegels 112 zu berechnen.
Unter weiterer Bezugnahme auf 3 tritt der zweite Strahl f₂ durch eine Eingangsseite 191 der Rhombusunteranordnung in das Interferometer 45 ein, geht durch die Grenzfläche 204 aufgrund seines p-Polarisationszustandes hindurch, wird durch die Viertelwellenplatte 180 durchgelassen und zu einem ersten Zirkularpolarisationszustand verändert und von dem sich bewegenden Planspiegel 112 reflektiert, was den Sinn der Zirkularpolarisation ändert. Der reflek tierte Strahl f₂ tritt erneut in die Viertelwellenplatte 180 ein, wo derselbe zu einem linear s-polarisierten Zustand verändert wird und dann von der Grenzfläche 204 nach unten reflektiert wird. Der nach unten reflektierte Strahl f₂ wird dann durch die Würfelecke 101 zur Seite und nach oben reflektiert, zum Auftreffen auf und zur Reflexion von der Grenzfläche 204 zu dem Spiegel 112, von wo derselbe zurück in das Interferometer 45 reflektiert wird, um aus dem Rhombus 190 als ein Teil der kombinierten Strahlen 220 und 221 auszutreten.
In 3 sind Strahlblockierer 120, 122 und 124 strategisch zwischen den Viertelwellenplatten 170 und 190 und den Spiegeln 110 und 112 positioniert, um externe oder unerwünschte Lichtstrahlen, die darauf auftreffen, die ansonsten die Strahlen f₁ und f₂, die auf die Spiegel 110 und 112 auftreffen und davon reflektiert werden, verunreinigen oder stören könnten, einzufangen, zu absorbieren, zu streuen, zu diffundieren oder geeignet oder harmlos zu reflektieren. Viele externe oder unerwünschte Lichtstrahlen, die sich außerhalb der gewünschten Strahlwege der Strahlen f₁ und f₂ bewegen, die in 3 veranschaulicht sind, werden durch die Strahlblockierer 120, 122 und 124 eingefangen, diffundiert, harmlos reflektiert oder absorbiert.
Der Strahlblockierer 110, der der Viertelwellenplatte 170 und dem feststehenden Spiegel 110 entspricht, ist mittig oder zwischen gewünschten Strahlwegen 231 und 233 des Strahls f₂ angeordnet, während die Strahlblockierer 112 und 124 nicht mittig oder auf beiden Seiten von gewünschten Strahlwegen 235 und 237 angeordnet sind. Es sei darauf hingewiesen, dass die Strahlwege 235 und 237 und die Strahlblockierer 122 und 124 auf beiden Seiten einer imaginären Mittelachse 250 in den 3 und 4 angeordnet sind.
Die Strahlblockierer 120, 122 und 124 sind aus geeigneten Materialien gebildet, die in der Lage sind, externe oder unerwünschte Lichtstrahlen geeignet zu absorbieren, diffun dieren, streuen, reflektieren, brechen oder anderweitig geeignet umzuleiten, mit der Absicht, zu verhindern, dass derartiges externes oder unerwünschtes Licht die Lichtstrahlen f₁ und f₂ verunreinigt oder stört. Dementsprechend können die Strahlblockierer 120, 122 und 124 optisch undurchlässige oder aufgeraute Oberflächen aufweisen, die darauf angeordnet sind, oder können aus einem optisch reflektierenden oder brechenden Material gebildet sein, das abgefangenes externes Licht weg von den Strahlwegen 231, 233, 235 und 237 leitet. Andere Materialien, die Fachleuten bekannt sind, können natürlich zu dem gleichen Zweck verwendet werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in 3 veranschaulicht ist, ausgeglichene oder äquivalente Glaswege für jeden der Strahlen f₁ und f₂ aufweist. Das heißt, die Menge an Glas oder einem anderen optisch transparenten oder im Wesentlichen transparenten Material, die durch die Strahlen f₁ und f₂ durchlaufen wird, ist im Wesentlichen identisch. Derartige ausgeglichene Glaswege verringern Fehler, die durch eine thermische Ausdehnung und Kontraktion der verschiedenen Komponenten des Interferometers 45 eingeführt werden, erheblich, da die gleiche Menge an Ausdehnung oder Kontraktion entlang jedes der Wege auftritt, die durch die Strahlen f₁ und f₂ durchlaufen werden. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass erst kurz bevor die Strahlen f₁ und f₂ kombiniert und als die kombinierten Strahlen 220 und 221 durch den Rhombus 190 ausgegeben werden, ein Vermischen der polarisierten Lichtstrahlen f₁ und f₂ auftritt. Ein derartiges reduziertes Vermischen von polarisierten Lichtstrahlen verringert durch Lichtmischung bedingte Fehler erheblich.
Unter weiterer Bezugnahme auf 3 weist das Interferometer 45 eine Rhombusunteranordnung 190 auf, die eine erste Eingangsoberfläche 191 und eine erste Ausgangsoberfläche 193 aufweist, wobei eine nichtpolarisierende Strahlteil grenzfläche 192 darin angeordnet ist. Eine polarisierende Strahlteilerunteranordnung 206 weist zumindest eine erste, eine zweite und eine dritte und eine vierte Seite 207, 208, 209 bzw. 210 auf und umfasst eine polarisierende Strahlteilergrenzfläche 204, die darin angeordnet ist. Die polarisierende Strahlteilergrenzfläche 204 weist bevorzugt eine eingebettete polarisierende Strahlteilbeschichtung oder eine dielektrische Beschichtung auf, die zwischen zwei Schichten von optischem Glas angeordnet ist, wobei die Beschichtung in der Lage ist, selektiv Lichtstrahlen zu polarisieren, die darauf auftreffen. Die erste Viertelwellenplatte 170 weist eine erste Eingangsseite 172 auf, während die zweite Viertelwellenplatte 180 eine zweite Eingangsseite 182 aufweist.
Die erste Ausgangsoberfläche 193 der Rhombusunteranordnung 190 ist bevorzugt an der ersten Seite 207 der Strahlteilerunteranordnung 206 mittels eines optisch transparenten oder im Wesentlichen optisch transparenten Haftmittels oder Klebers angebracht. Die erste und die zweite Eingangsseite 172 und 182 der ersten und der zweiten Viertelwellenplatte 170 und 180 sind an der dritten Seite 209 der Strahlteilerunteranordnung 206 erneut bevorzugt mittels eines optisch transparenten oder im Wesentlichen optisch transparenten Haftmittels oder Klebers angebracht. Alternativ dazu können die Viertelwellenplatten 170 und 180 optisch mit den PBS-Anordnungsoberflächen 208 und 209 in Kontakt sein.
Wie es in den 3 bis 6 gezeigt ist, sind die Rhombusunteranordnung 190, die Viertelwellenplatten 170 und 180 und die Strahlteilerunteranordnung 206 konfiguriert und aneinander angebracht, um zu ermöglichen, dass der erste Strahl f₁ und der zweite Strahl f₂ in die Interferometeranordnung 45 eintreten, ohne anfangs durch die nichtpolarisierende oder polarisierende Strahlteilgrenzfläche 192 oder 194 hindurchzugehen, derart, dass der erste Strahl f₁ und der zweite Strahl f₂ in die Strahlteilerunteranordnung 206 eintreten, ohne anfangs geteilt und von Teilen der Grenzfläche 192 oder 194 reflektiert zu werden.
Die Rhombusunteranordnung 190, die Würfelecken 101 und 103, die polarisierende Strahlteilerunteranordnung 206 und die Viertelwellenplatten 180 und 190 weisen jede bevorzugt Stapel von geeignet maschinell bearbeiteten (oder anderweitig gebildeten) und beschichteten Glasplatten oder Komponenten auf, wie es in dem U.S.-Patent Nr. 6,542,247 für Bockman beschrieben ist. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird die Rhombusunteranordnung 190 durch ein Aneinanderhaften oder -kleben von zwei Glasstücken gebildet, wobei die Haftmittel- oder Klebergrenzfläche die Amplituden- oder Strahlteilgrenzflächen derselben bildet. Die Seiten 193 und 207, 172 und 208, 182 und 209 sowie 103 und 210 sowie 105 und 210 derartiger Unteranordnungen werden bevorzugt aneinandergeklebt, wie es ebenfalls in dem U.S.-Patent Nr. 6,542,247 für Bockman beschrieben ist. Dementsprechend und übereinstimmend mit der Definition des Begriffs „monolithisch", die im Vorhergehenden dargelegt ist, ist das Interferometer 45, das in den 3 bis 6 gezeigt ist, monolithisch.
Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass der feststehende Spiegel 110 durch verschiedene geeignete Mittel an dem Interferometer 45 angebracht sein kann, ebenso wie die Strahlblockierer 120, 122 und 124. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der sich bewegende Spiegel 112 nicht an dem Interferometer 45 angebracht.
Es sei ferner darauf hingewiesen, dass die Strahlblockierer 120, 122 und 124 eine beliebige Anzahl von geeigneten Formen annehmen können, wie z. B. Kreise, Ellipsen, Quadrate, Rechtecke oder Dreiecke, und ferner Formen aufweisen können, die ein oder mehr Löcher aufweisen, die durch dieselben angeordnet sind, zum Ermöglichen des Hindurchgehens von gewünschten Strahlwegen 231, 233, 235 und 237 durch dieselben. Außerdem kann mehr als eine Oberfläche eines Beliebigen der Strahlblockierer 120, 122 und 124 texturiert oder konfiguriert sein, um Licht abzufangen, das auf eine beliebige Oberfläche derartiger Strahlblockierer auftrifft. Somit können nur beispielhaft die linke, die rechte, die obere und die untere Oberfläche des Strahlblockierers 122, der in 3 gezeigt ist, texturiert oder konfiguriert sein, um Licht abzufangen, das darauf auftrifft und aus der Richtung der polarisierenden Strahlteilerunteranordnung 206, aus der Richtung des Planspiegels 112, der Richtung des Planspiegels 110, der Richtung des Strahlwegs 233 oder der Richtung des Strahlwegs 235 oder 237 ankommt.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Einwürfeleckeninterferometers der vorliegenden Erfindung, das ein einziges Ausgangssignal liefert und eine polarisierende Strahlteilgrenzfläche 194 aufweist. Das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in 4 gezeigt ist, umfasst eine Amplitudenteilpolarisationsrhombusunteranordnung 190, die eine Grenzfläche 194 enthält, die den Strahl f₁ reflektiert und den Strahl f₂, der darauf auftrifft, durchlässt, und die einen kombinierten Ausgangsstrahl 220 liefert, der die Strahlen f₁ und f₂ aufweist. Wie bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in 3 veranschaulicht ist, blockiert und reflektiert die polarisierende Strahlteilergrenzfläche 204 der polarisierenden Strahlteilerunteranordnung 206 P- oder S-polarisierte Strahlen, die darauf auftreffen, oder lässt dieselben durch. Wie in 3 bewirken die Viertelwellenplatten 170 und 180 Veränderungen des Polarisationszustands bei Strahlen, die durch dieselben durchgelassen werden. Es sei darauf hingewiesen, dass das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in 4 veranschaulicht ist, nur eine einzige kombinierte Strahlenausgabe 220 liefert.
Die Rhombusunteranordnung 190, die polarisierende Strahlteilerunteranordnung 206, die Würfelecke 101 und die Vier telwellenplatten 170 und 180 weisen jede bevorzugt einen oder mehr Stapel von geeignet maschinell bearbeiteten (oder anderweitig gebildeten) und beschichteten Glasplatten auf, wie es in dem U.S.-Patent Nr. 6,542,247 für Bockman beschrieben ist. Die Seiten 193 und 207, 172 und 208, 182 und 209 sowie 103 und 210 sowie 105 und 210 derartiger Unteranordnungen werden bevorzugt aneinandergeklebt, wie es ebenfalls in dem U.S.-Patent Nr. 6,542,247 für Bockman beschrieben ist. Alternativ dazu können die Seiten 172, 208, 182 und 209 optisch in Kontakt sein. Dementsprechend und übereinstimmend mit der Definition des Begriffs „monolithisch", die im Vorhergehenden dargelegt ist, ist das Interferometer 45, das in 4 gezeigt ist, monolithisch.
Wie bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in 3 gezeigt ist, sind die Strahlblockierer 120, 122 und 124 strategisch zwischen den Viertelwellenplatten 170 und 190 und den Spiegeln 110 und 112 positioniert, um externe oder unerwünschte Lichtstrahlen, die darauf auftreffen, die ansonsten die Strahlen f₁ und f₂, die darauf auftreffen und von den Spiegeln 110 und 112 reflektiert werden, verunreinigen oder stören könnten, einzufangen, zu streuen, zu diffundieren oder geeignet oder harmlos zu reflektieren. Viele externe oder unerwünschte Lichtstrahlen, die sich außerhalb der gewünschten Strahlwege der Strahlen f₁ und f₂ bewegen, die in 3 veranschaulicht sind, werden durch die Strahlblockierer 120, 122 und 124 eingefangen, diffundiert, harmlos reflektiert oder absorbiert. Wie in 3 ist der Strahlblockierer 120, der der Viertelwellenplatte 170 und dem feststehenden Spiegel 110 entspricht, mittig oder zwischen den gewünschten Strahlwegen 231 und 233 des Strahls f₂ angeordnet, während die Strahlblockierer 112 und 124 nicht mittig oder auf beiden Seiten der gewünschten Strahlwege 235 und 237 angeordnet sind. Die Strahlblockierer 120, 122 und 124 können aus den geeigneten Materialien gebildet sein und können konfiguriert sein, wie es im Vorhergehenden beschrieben ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in 4 veranschaulicht ist, ausgeglichene oder äquivalente Glaswege aufweist. Das heißt, die Menge an Glas oder einem anderen optisch transparenten oder im Wesentlichen transparenten Material, die durch die Strahlen f₁ und f₂ durchlaufen wird, ist im Wesentlichen identisch. Derartige ausgeglichene oder äquivalente Glaswege verringern Fehler, die durch eine thermische Ausdehnung und Kontraktion der verschiedenen Komponenten des Interferometers 45 eingeführt werden, erheblich, da die gleiche Menge an Ausdehnung oder Kontraktion entlang jedes der Wege auftritt, die durch die Strahlen f₁ und f₂ durchlaufen werden. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass, wie bei 3, ein Vermischen der polarisierten Lichtstrahlen f₁ und f₂ erst kurz bevor die Strahlen f₁ und f₂ kombiniert und durch den Rhombus 190 als kombinierter Strahl 220 ausgegeben werden, erfolgt. Ein derartiges verringertes Vermischen von polarisierten Lichtstrahlen verringert durch Lichtmischen bedingte Fehler erheblich.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Zweiwürfeleckeninterferometers der vorliegenden Erfindung, das redundante Ausgangssignale liefert und eine nichtpolarisierende Strahlteilgrenzfläche 192 aufweist. Das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in 5 gezeigt ist, umfasst eine Rhombusunteranordnung 190, die die nichtpolarisierende Grenzfläche 192 enthält, die die Strahlen f₁ und f₂, die darauf auftreffen, abhängig von ihrem Polarisationszustand sowohl durchlässt als auch reflektiert und zwei redundante kombinierte Ausgangsstrahlen 220 und 221 liefert, die jeder die Strahlen f₁ und f₂ aufweisen.
Wie bei den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, die in den 3 und 4 veranschaulicht sind, blockiert und reflektiert die polarisierende Strahlteilergrenzfläche 204 der polarisierenden Strahlteilerunteranordnung 206 P- oder S-polarisierte Strahlen, die darauf auftreffen, oder lässt dieselben durch. Die Viertelwellenplat ten 170 und 180 bewirken Veränderungen des Polarisationszustands bei Strahlen, die durch dieselben durchgelassen werden. Es sei darauf hingewiesen, dass das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in 5 veranschaulicht ist, zwei getrennte Würfelecken 101 und 102 aufweist, die über Seiten 103 und 105 an einer Seite 210 der Strahlteilerunteranordnung 206 angebracht sind. Die Würfelecke 102 reflektiert den Strahl f₁ und leitet denselben um, während die Würfelecke 101 den Strahl f₂ reflektiert und umleitet.
Die Rhombusunteranordnung 190, die polarisierende Strahlteilerunteranordnung 206, die Würfelecke 101 und die Viertelwellenplatten 170 und 180 sind bevorzugt gemäß den im Vorhergehenden dargelegten Lehren aufgebaut und gebildet. Dementsprechend und in Übereinstimmung mit der Definition des Begriffs „monolithisch", die im Vorhergehenden dargelegt ist, ist das Interferometer 45, das in 5 gezeigt ist, monolithisch.
In 5 sind Strahlblockierer 120 und 122 strategisch lateral bezüglich Strahlwegen 231, 233, 235 und 237 positioniert, um externe oder unerwünschte Lichtstrahlen, die darauf auftreffen, die ansonsten die Strahlen f₁ und f₂ verunreinigen oder stören könnten, einzufangen, zu streuen, zu diffundieren oder geeignet oder harmlos zu reflektieren. Viele externe oder unerwünschte Lichtstrahlen, die sich außerhalb der erwünschten Strahlwege der Strahlen f₁ und f₂ bewegen, die in 5 veranschaulicht sind, werden durch die Strahlblockierer 120 und 122 eingefangen, diffundiert, harmlos reflektiert oder absorbiert.
Anders als bei den 3 und 4 sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Strahlwege 231 und 233 nebeneinander positioniert sind, und folglich ist der Strahlblockierer 120 bezüglich der Viertelwellenplatte 170 lateral verschoben. Ebenfalls anders als bei den 3 und 4 wird nur ein einziger Strahlblockierer 122 verwendet, um externes Licht abzufangen, das ansonsten die Strahlwege 235 und 237 verunreinigen oder stören könnte. Es sei darauf hingewiesen, dass die Strahlwege 235 und 237 und der Strahlblockierer 122 auf beiden Seiten der imaginären Mittelachse 250 in den 5 und 6 angeordnet sind.
Die Strahlblockierer 120 und 122 können aus den geeigneten Materialien gebildet sein und können konfiguriert sein, wie es im Vorhergehenden beschrieben ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in 5 veranschaulicht ist, ausgeglichene oder äquivalente Glaswege aufweist. Das heißt, die Menge an Glas oder einem anderen optisch transparenten oder im Wesentlichen transparenten Material, die durch die Strahlen f₁ und f₂ durchlaufen wird, ist im Wesentlichen identisch. Derartige ausgeglichene Glaswege verringern Fehler, die durch eine thermische Ausdehnung und Kontraktion der verschiedenen Komponenten des Interferometers 45 eingeführt werden, erheblich, da die gleiche Menge an Ausdehnung oder Kontraktion entlang jedes der Wege erfolgt, die durch die Strahlen f₁ und f₂ durchlaufen werden. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass wie bei den 3 und 4 ein Mischen der polarisierten Lichtstrahlen f₁ und f₂ erst kurz bevor die Strahlen f₁ und f₂ kombiniert und durch den Rhombus 190 als kombinierter Strahl 220 ausgegeben werden, erfolgt. Ein derartiges verringertes Vermischen von polarisierten Lichtstrahlen verringert durch Lichtmischen bedingte Fehler erheblich.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Zweiwürfeleckeninterferometers der vorliegenden Erfindung, das ein einziges Ausgangssignal liefert und eine polarisierende Strahlteilgrenzfläche 194 aufweist. Das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in 6 gezeigt ist, umfasst eine Amplitudenteilpolarisationsrhombusunteranordnung 190, die die polarisierende Grenzfläche 194 enthält, die die Strahlen f₁ und f₂, die darauf auftreffen, abhängig von ihrem Polarisationszustand sowohl durchlässt als auch reflektiert, jedoch nur einen einzigen kombinierten Ausgangsstrahl 220 liefert, der die Strahlen f₁ und f₂ aufweist.
Wie in 5 sind zwei getrennte Würfelecken 101 und 102 vorgesehen, die über Seiten 103 und 105 an einer Seite 210 einer Strahlteilerunteranordnung 206 angebracht sind. Die Würfelecke 102 reflektiert den Strahl f₁ und leitet denselben um, während die Würfelecke 101 den Strahl f₂ reflektiert und umleitet. Die Rhombusunteranordnung 190, die polarisierende Strahlteilerunteranordnung 206, die Würfelecke 101 und die Viertelwellenplatten 170 und 180 sind bevorzugt gemäß den im Vorhergehenden dargelegten Lehren aufgebaut und gebildet. Dementsprechend und in Übereinstimmung mit der Definition des Begriffs „monolithisch", die im Vorhergehenden dargelegt ist, ist das Interferometer 45, das in 6 gezeigt ist, monolithisch.
Ebenfalls wie in 5 sind Strahlblockierer 120 und 122 strategisch lateral bezüglich Strahlwegen 231, 233, 235 und 237 positioniert, um externe oder unerwünschte Lichtstrahlen, die darauf auftreffen, die ansonsten die Strahlen f₁ und f₂ verunreinigen oder stören könnten, einzufangen, zu streuen, zu diffundieren oder geeignet oder harmlos zu reflektieren. Viele externe oder unerwünschte Lichtstrahlen, die sich außerhalb der erwünschten Strahlwege der Strahlen f₁ und f₂ bewegen, die in 6 veranschaulicht sind, werden durch die Strahlblockierer 120 und 122 eingefangen, diffundiert, harmlos reflektiert oder absorbiert.
Wie in 5 sind die Strahlwege 231 und 233 nebeneinander positioniert. Folglich ist der Strahlblockierer 120 bezüglich der Viertelwellenplatte 170 lateral verschoben. Ebenfalls wie in 5 wird nur ein einziger Strahlblockierer 122 verwendet, um externes Licht abzufangen, das ansonsten die Strahlwege 235 und 237 verunreinigen oder stören könnte. Die Strahlblockierer 120 und 122 können aus den geeig neten Materialien gebildet sein und können konfiguriert sein, wie es im Vorhergehenden beschrieben ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in 6 veranschaulicht ist, ausgeglichene Glaswege aufweist. Das heißt, die Menge an Glas oder einem anderen optisch transparenten oder im Wesentlichen transparenten Material, die durch die Strahlen f₁ und f₂ durchlaufen wird, ist im Wesentlichen identisch. Derartige ausgeglichene Glaswege verringern Fehler, die durch eine thermische Ausdehnung und Kontraktion der verschiedenen Komponenten des Interferometers 45 eingeführt werden, erheblich, da die gleiche Menge an Ausdehnung oder Kontraktion entlang jedes der Wege auftritt, die durch die Strahlen f₁ und f₂ durchlaufen werden. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass wie bei den 3, 4 und 5 ein Vermischen der polarisierten Lichtstrahlen f₁ und f₂ erst kurz bevor die Strahlen f₁ und f₂ kombiniert und durch den Rhombus 190 als kombinierter Strahl 220 ausgegeben werden, erfolgt. Ein derartiges verringertes Vermischen von polarisierten Lichtstrahlen verringert durch Lichtvermischen bedingte Fehler erheblich.
Es sei darauf hingewiesen, dass, da einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung Interferometer aufweisen, die monolithisch sind und die optische Elemente aufweisen, die direkt aneinander angebracht sind, es sein kann, dass keine Rahmen oder dergleichen zum Halten oder Positionieren der verschiedenen optischen Elemente derselben erforderlich sind.
Obwohl festgestellt wurde, dass Schott-BK-7-Glas ein besonders gut geeignetes Glas für monolithische Interferometer des hier beschriebenen Typs ist, können andere optisch geeignete Materialien außer Glas verwendet werden, um den Eingangsrhombus und die polarisierenden Strahlteilerunteranordnungen der vorliegenden Erfindung herzustellen. Wie es im Vorhergehenden beschrieben ist, kann die vorliegende Erfindung bei Ein- oder Zweidurchgangsinterferometern sowie bei Interferometern, die drei oder mehr optische Achsen aufweisen, verwendet werden. Andere Laserquellen als Helium-Neon-Quellen können ebenfalls bei verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Folglich umfasst die vorliegende Erfindung in ihrem Schutzbereich Mehrachseninterferometer, wobei Eingangsstrahlen f₁ und f₂ unter Verwendung von Eingangsrhomben in die erforderliche Anzahl von Achsen geteilt werden, gemäß der Lehre, die in dem U.S.-Patent Nr. 6,542,247 für Bockman dargelegt ist. Außerdem können die verschiedenen hier offenbarten Strukturen, Architekturen, Systeme, Anordnungen, Unteranordnungen, Komponenten und Konzepte bei nicht-monolithischen Interferometern verwendet werden.
Dementsprechend sollen einige Ansprüche, die hier präsentiert sind, nicht auf monolithische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschränkt sein, während andere Ansprüche nicht auf die verschiedenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschränkt sein sollen, die explizit in den Zeichnungen gezeigt sind oder explizit in der Beschreibung hiervon erörtert sind. Alle Patente und Veröffentlichungen, die im Vorhergehenden beschrieben sind, sind hiermit hier durch Bezugnahme aufgenommen, jedes in seiner jeweiligen Gesamtheit.

Claims

Monolithisches Verschiebungsmessplanspiegelinterferometer, das angepasst ist, um einen ersten und einen zweiten Strahl f₁ und f₂, die getrennt sind, darin zu empfangen, wobei das Interferometer einen ersten und einen zweiten optischen Übertragungsweg, die im Wesentlichen äquivalent und getrennt sind, für den ersten und den zweiten Strahl f₁ und f₂ aufweist.
Interferometer gemäß Anspruch 1, das ferner zumindest einen polarisierenden Strahlteiler (204) aufweist.
Interferometer gemäß Anspruch 1 oder 2, das ferner eine Rhombusunteranordnung (190) aufweist.
Interferometer gemäß Anspruch 3, bei dem die Rhombusunteranordnung (190) ferner eine nichtpolarisierende Strahlteilgrenzfläche (192) aufweist.
Interferometer gemäß Anspruch 3, bei dem die Rhombusunteranordnung (190) ferner eine polarisierende Strahlteilpolarisationsgrenzfläche (194) aufweist.
Interferometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, das ferner zumindest eine Würfelecke (101) aufweist.
Interferometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, das ferner zumindest einen Strahlblockierer (120) aufweist.
Interferometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, das ferner zumindest zwei Strahlblockierer (120, 122) aufweist.
Interferometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, das ferner zumindest drei Strahlblockierer (120, 122, 124) aufweist.
Interferometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, das ferner zumindest eine Viertelwellenplatte (170) aufweist.
Interferometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, das ferner zumindest zwei Viertelwellenplatten (170, 180) aufweist.
Verschiebungsmessplanspiegelinterferometer, das angepasst ist, um als getrennte Eingaben darin einen ersten und einen zweiten Strahl f₁ und f₂ zu empfangen, wobei das Interferometer eine polarisierende Strahlteilerunteranordnung (206) und eine Rhombusunteranordnung (190) aufweist, die an einer Seite der polarisierenden Strahlteilerunteranordnung angebracht ist, wobei die Rhombusunteranordnung konfiguriert ist, um die Strahlen f₁ und f₂, die derselben als Ausgaben durch die polarisierende Strahlteilerunteranordnung geliefert werden, zu empfangen und zu kombinieren, wobei die Strahlen f₁ und f₂ nicht anderweitig kombiniert werden, während dieselben die polarisierende Strahlteilerunteranordnung durchlaufen.
Interferometer gemäß Anspruch 12, bei dem die Rhombusunteranordnung (190) ferner eine nichtpolarisierende Strahlteilgrenzfläche (192) aufweist.
Interferometer gemäß Anspruch 12, bei dem die Rhombusunteranordnung (190) ferner eine polarisierende Strahlteilgrenzfläche (194) aufweist.
Interferometer gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, das ferner zumindest eine Würfelecke (101) aufweist.
Interferometer gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, das ferner zumindest einen Strahlblockierer (120) aufweist.
Interferometer gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, das ferner zumindest zwei Strahlblockierer (120, 122) aufweist.
Interferometer gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, das ferner zumindest drei Strahlblockierer (120, 122, 124) aufweist.
Interferometer gemäß einem der Ansprüche 12 bis 18, das ferner zumindest eine Viertelwellenplatte (170) aufweist.
Interferometer gemäß einem der Ansprüche 12 bis 18, das ferner zumindest zwei Viertelwellenplatten (170, 180) aufweist.
Monolithisches Verschiebungsmessplanspiegelinterferometersystem, das angepasst ist, um als getrennte Eingaben darin einen ersten und einen zweiten Strahl f₁ und f₂ zu empfangen, wobei das Interferometersystem eine Polarisationsstrahlteiler-(PBS-) Unteranordnung (206), eine erste Viertelwellenplatte (170), die an einer ersten Seite der PBS-Unteranordnung angebracht ist, eine zweite Viertelwellenplatte (180), die an einer zweiten Seite der PBS-Unteranordnung angebracht ist, einen feststehenden Spiegel (110), der wirksam bezüglich der ersten Viertelwellenplatte positioniert ist, einen sich bewegenden Spiegel (112), der wirksam bezüglich der zweiten Viertelwellenplatte positioniert ist, und einen ersten Strahlblockierer (120) aufweist, der zwischen dem feststehenden Spiegel und der ersten Viertelwellenplatte positioniert ist.
System gemäß Anspruch 21, das ferner zumindest einen zweiten Strahlblockierer (122) aufweist, der nicht mittig bezüglich einer imaginären Mittelachse positioniert ist, die zwischen dem sich bewegenden Spiegel (112) und der zweiten Viertelwellenplatte (180) angeordnet ist.
System gemäß Anspruch 22, das ferner einen dritten Strahlblockierer (124) aufweist, der nicht mittig bezüglich einer imaginären Mittelachse positioniert ist, die zwischen dem sich bewegenden Spiegel (112) und der zweiten Viertelwellenplatte (180) angeordnet ist.
System gemäß einem der Ansprüche 21 bis 23, das ferner einen ersten und einen zweiten optischen Übertragungsweg, die im Wesentlichen äquivalent und getrennt sind, für den ersten und den zweiten Strahl f₁ und f₂ aufweist.
System gemäß einem der Ansprüche 21 bis 24, das ferner eine Rhombusunteranordnung (190) aufweist, die an einer Seite der polarisierenden Strahlteilerunteranordnung (206) angebracht ist, wobei die Rhombusunteranordnung konfiguriert ist, um Strahlen f₁ und f₂, die derselben als Ausgaben durch die polarisierende Strahlteilerunteranordnung geliefert werden, zu empfangen und zu kombinieren, wobei die Strahlen f₁ und f₂ anderweitig nicht kombiniert werden, während dieselben die polarisierende Strahlteilerunteranordnung durchlaufen.
System gemäß Anspruch 25, bei dem die Rhombusunteranordnung (190) ferner eine nichtpolarisierende Strahlteilgrenzfläche (192) aufweist.
System gemäß Anspruch 25, bei dem die Rhombusunteranordnung (190) ferner eine polarisierende Strahlteilgrenzfläche (194) aufweist.
System gemäß einem der Ansprüche 21 bis 27, das ferner zumindest eine Würfelecke (101) aufweist.