DE102008016652B3 - Laser beam producing device for use in interferometric measuring instrument, has polarization lattice consisting of overlay of spatial frequencies for production of laser ejected beams of different wavelength and orthogonal polarization - Google Patents

Laser beam producing device for use in interferometric measuring instrument, has polarization lattice consisting of overlay of spatial frequencies for production of laser ejected beams of different wavelength and orthogonal polarization Download PDF

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Abstract

The device has an external resonator comprising a polarization lattice (5) i.e. diffraction grating, which consists of an overlay of two spatial frequencies for the production of two collinear laser ejected beams (3) of different wavelength and orthogonal polarization. A relative angle of incidence of photons delivered by a laser-active medium (1) is adjustable on the polarization lattice. The resonator has a quarter wave plate (2b), which is arranged in a path of rays between the laser-active medium and the polarization lattice.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Laserstrahles, mit der eine Differenzfrequenzstabilisierung ermöglicht ist. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine interferometrische Meßanordnung mit einer solchen Vorrichtung zur Erzeugung eines Laserstrahles und die Verwendung der interferometrischen Meßanordnung zur Vermessung von Oberflächen.The The present invention relates to a device for producing a Laser beam, with a differential frequency stabilization is enabled. Especially The present invention relates to an interferometric measuring arrangement with such a device for generating a laser beam and the use of the interferometric measuring device for measuring Surfaces.

Bei interferometrischen Meßverfahren wird die Welleneigenschaft von kohärentem Licht zur Vermessung von Oberflächen aus der Bestimmung unterschiedlicher Lichtlaufzeiten ausgenutzt. So lassen sich durch Interferenzeffekte z. B. Oberflächenverläufe mit einer Genauigkeit unterhalb der eingesetzten Wellenlänge bestimmen. Im Bereich der optischen Meßtechnik bedeutet dies eine Genauigkeit deutlich unterhalb eines Mikrometers bis hin in den Nanometerbereich.at interferometric measuring method becomes the wave property of coherent light for measurement of surfaces exploited from the determination of different light transit times. Thus, by interference effects z. B. surface courses with determine an accuracy below the wavelength used. In the field of optical metrology this means an accuracy well below a micrometer up to the nanometer range.

Allerdings ist mit der erreichbaren hohen Genauigkeit interferometrischer Meßverfahren ein geringer Eineindeutigkeitsbereich verknüpft, da die Meßverfahren auf einer relativen Phasenlage zweier Lichtwellen (Meßstrahl und Referenzstrahl) beruhen und deren Eindeutigkeitsbereich damit auf die Wellenlänge des verwendeten Lichtes (Phasenlagen von +π bis –π) beschränkt ist.Indeed is with the achievable high accuracy interferometric measurement a small uniqueness range linked since the measuring methods on a relative phase angle of two light waves (measuring beam and reference beam) and their uniqueness range with it to the wavelength of the light used (phase angles from + π to -π) is limited.

Folglich erfordert eine Bestimmung absoluter Entfernungen zusätzlichen Aufwand. Ein möglicher Ansatz zur Bestimmung absoluter Entfernungen ist das sukzessive oder gleichzeitige Messen mit mehreren Wellenlängen, wobei zwei Messungen mit unterschiedlichen Wellenlängen I1 und I2 als eine Messung mit einer „synthetischen” Wellenlänge L L = (I1·I2)/(I1 – I2) (1)interpretiert werden können.Consequently, determining absolute distances requires additional effort. One possible approach for determining absolute distances is successively or simultaneously measuring at multiple wavelengths, where two measurements with different wavelengths I1 and I2 as a measurement with a "synthetic" wavelength L L = (I1 * I2) / (I1-I2) (1) can be interpreted.

Eine Messung mit einer möglichst großen synthetischen Wellenlänge kann daher durch zwei spektral nahe beieinander liegende, schmalbandige Lichtquellen der Wellenlängen I1 und I2 erreicht werden, deren Differenz (I1 – I2) allerdings möglichst konstant bleiben soll, um eine zeitlich unveränderliche synthetische Wellenlänge L zu gewährleisten.A Measurement with one possible great synthetic wavelength can therefore by two spectrally close, narrow-band light sources the wavelengths I1 and I2 are reached, the difference (I1 - I2), however, as constant as possible should remain to a time-invariant synthetic wavelength L to guarantee.

Hierfür könnten Laserlichtquellen verwendet werden, die gleichzeitig zwei Lasermoden unterschiedlicher Polarisation emittieren. So beschreibt die US 5,586,131 A für Anwendungen in der Telekommunikation einen Halbleiterlaser auf der Basis eines Wellenleiters mit integrierten diffraktiven Strukturen, der je nach Strom in einer von zwei möglichen Lasermoden unterschiedlicher Frequenz und Polarisation emittiert. Eine Veränderung der Differenzfrequenz zwischen den beiden möglichen Lasermoden besteht nicht.For this purpose, laser light sources could be used which simultaneously emit two laser modes of different polarization. That's how it describes US 5,586,131 A for telecommunications applications, a semiconductor laser based on a waveguide with integrated diffractive structures, which emits depending on the current in one of two possible laser modes of different frequency and polarization. There is no change in the difference frequency between the two possible laser modes.

Ebenfalls bekannt sind Laserlichtquellen, bei denen ein Beugungsgitter in der sogenannten Littrow-Konfiguration einen externen Resonator bildet (siehe z. B. die Druckschriften DE 689 12 656 T2 und US 2006/0233205 A1 ). Durch Drehung des Beugungsgitters kann die Resonanzfrequenz und somit die Wellenlänge des erzeugten Laserstrahls verändert werden. Eine Verstärkung von genau zwei Lasermoden mit unterschiedlicher Wellenlänge ist mit dieser Konfiguration aber nicht möglich.Also known are laser light sources in which a diffraction grating forms an external resonator in the so-called Littrow configuration (see, for example, the publications DE 689 12 656 T2 and US 2006/0233205 A1 ). By rotation of the diffraction grating, the resonance frequency and thus the wavelength of the generated laser beam can be changed. A gain of exactly two laser modes with different wavelengths is not possible with this configuration.

Verfahren zur Herstellung von optischen Beugungsgittern, auch solchen mit räumlich variablen Gitterperioden, sind beispielsweise aus der Druckschrift EP 1 605 288 A1 bekannt.Methods for producing optical diffraction gratings, including those with spatially variable grating periods, are known, for example, from the document EP 1 605 288 A1 known.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Laserstrahles anzugeben, mit der zumindest zwei Wellenlängen I1 und I2 auf einfache Weise erzeugbar sind und bei der eine Stabilisierung der Differenzfrequenz (I1 – I2) ermöglicht ist.It It is an object of the present invention to provide a device for Specify generating a laser beam, with the at least two wavelength I1 and I2 can be generated in a simple manner and in the stabilization the difference frequency (I1 - I2) allows is.

Die vorliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Laserstrahls mit einem laseraktiven Medium und einem externen Resonator, wobei der Resonator ein Polarisationsgitter (Beugungsgitter) aufweist, das aus einer Überlagerung von genau zwei Ortsfrequenzen besteht, zur Erzeugung zweier kollinearer, unterschiedlicher Laserstrahlen orthogonaler Polarisation.The This object is achieved by a device for Generation of a laser beam with a laser-active medium and a external resonator, wherein the resonator is a polarizing grating (Diffraction grating), which consists of an overlay of exactly two Spaces exists to create two collinear, different Laser beams of orthogonal polarization.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung eines Laserstrahles erfolgt die Differenzfrequenzstabilisierung durch das Polarisationsgitter (Beugungsgitter).at the device according to the invention to generate a laser beam, the difference frequency stabilization takes place through the polarization grating (diffraction grating).

Vorzugsweise ist ein relativer Einfallswinkel der vom laseraktiven Medium abgegebenen Photonen auf das Polarisationsgitter (Beugungsgitter) einstellbar, wodurch eine einfache Einstellung der Differenzfrequenz in einem besonders weiten Bereich ermöglicht ist.Preferably is a relative angle of incidence of that emitted by the laser-active medium Photons can be adjusted to the polarization grating (diffraction grating), making a simple adjustment of the difference frequency in one particularly wide range allows is.

Vorzugsweise ist das Polarisationsgitter (Beugungsgitter) drehbar gelagert.Preferably the polarization grating (diffraction grating) is rotatably mounted.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Resonator weiterhin eine Viertelwellenplatte auf, die im Strahlengang zwischen laseraktivem Medium und Beugungsgitter angeordnet ist. Durch die Viertelwellenplatte werden rückgekoppelte (vorliegend zirkulare) Wellen in horizontal bzw. vertikal polarisierte Strahlung im laseraktiven Medium transferiert. Hierbei ist zu bevorzugen, wenn das laseraktive Medium beide Polarisationen gleichermaßen verstärken kann, damit beide Moden nebeneinander emittiert werden. Eine solche Ausbildung ist insbesondere bei Gaslasern (z. B. Helium-Neonlasern), bei diodengepumpten Festkörperlasern (z. B. Nd:YAG) und vertikal emittierenden Halbleiterlasern (VCSEL) vorteilhaft.According to a further preferred embodiment, the resonator further comprises a quarter-wave plate, which is arranged in the beam path between the laser-active medium and the diffraction grating. Through the quarter-wave plate are fed back (in the present circular) waves in horizontally or vertically polarized radiation in the laser-active medium. In this case, it is preferable if the laser-active medium can amplify both polarizations equally, so that both modes ne be emitted together. Such a design is particularly advantageous in the case of gas lasers (eg helium neon lasers), diode-pumped solid state lasers (eg Nd: YAG) and vertically emitting semiconductor lasers (VCSEL).

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Polarisationsgitter einen zweikomponentigen ortsabhängigen Brechungsindexvektor n →(x), auf der die Brechzahl des Gittermaterials für zwei orthogonal linear polarisierte elektromagnetische Wellen beschreibt und damit den Brechungsindexellipsoid, der sich durch folgende Formel beschreiben lässt: n →(x)= [A1sin(2πw1x + p1), A1cos(2πw1x + p1)] + [A2sin(2πw2x + p2), A2cos(2πw2x + p2)], (2)wobei w1 und w2 die Liniendichten der beiden Ortsfrequenzen sind, A1 und A2 die Amplituden der jeweiligen Ortsfrequenzen wiedergeben, p1 und p2 die Phasen der Ortsfrequenzen beschreiben und die Differenz (p1 – p2) die Lage des (willkürlich wählbaren) Nullpunktes angibt.According to a further preferred embodiment, the polarization grating has a two-component spatially dependent refractive index vector n → (x), on which the refractive index of the grating material for two orthogonally linearly polarized electromagnetic waves describes and thus the refractive index ellipsoid, which can be described by the following formula: n → (x) = [A1sin (2πw1x + p1), A1cos (2πw1x + p1)] + [A2sin (2πw2x + p2), A2cos (2πw2x + p2)], (2) where w1 and w2 are the line densities of the two spatial frequencies, A1 and A2 represent the amplitudes of the respective spatial frequencies, p1 and p2 describe the phases of the spatial frequencies and the difference (p1 - p2) indicates the position of the (arbitrarily selectable) zero point.

Mit der vorliegenden Vorrichtung Erzeugung eines Laserstrahles sind zwei Laserstrahlen mit unterschiedlicher Wellenlänge erzeugbar, so dass diese in besonders vorteilhafter Weise in einer interferometrischen Messanordnung einsetzbar sind, mit der Oberflächen durch Bestimmung einer relativen Phasenlage zwischen den erzeugten Laserstrahlen mittels Interferenz derselben vermessen werden können.With the present device generating a laser beam are two laser beams with different wavelengths can be generated, so that these are in particularly advantageous manner in an interferometric measuring arrangement can be used with the surfaces by determining a relative phase angle between the generated Laser beams can be measured by means of interference of the same.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Figuren näher beschrieben. In diesen zeigen:The The present invention will be described below with reference to preferred embodiments in conjunction with the associated Figures closer described. In these show:

1 ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Erzeugung eines Laserstrahles mit laseraktivem Medium und externem Resonator aus Beugungsgitter, Viertelwellenplatte und Spiegel, 1 an embodiment of the apparatus for generating a laser beam with laser-active medium and external resonator diffraction grating, quarter wave plate and mirror,

2 ein Beugungsbild des vorliegenden Polarisationsgitters (Beugungsgitters) und 2 a diffraction pattern of the present polarization grating (diffraction grating) and

3 ein Beugungsbild für eine Rückkopplung in das laseraktive Medium, bei dem der aus dem Lasermedium emittierte Strahl 4a und die jeweiligen minus ersten Beugungsordnungen 7 und 8 kolinear sind. 3 a diffraction image for a feedback into the laser-active medium, wherein the beam emitted from the laser medium beam 4a and the respective minus first diffraction orders 7 and 8th are colinear.

Der in 1 gezeigte externe Resonator weist ein Beugungsgitter (Polarisationsgitter) 5 und ein Viertelwellenplättchen 2b auf, welche auf einer Seite eines laseraktiven Mediums 1 angeordnet sind. Das Beugungsgitter 5 ist senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung drehbar angeordnet. Auf der dem Beugungsgitter 5 und Viertelwellenplättchen 2b gegenüber liegenden Seite des laseraktiven Mediums 1 ist zudem ein Spiegel 2a angeordnet.The in 1 shown external resonator has a diffraction grating (polarizing grating) 5 and a quarter-wave plate 2 B on which on one side of a laser-active medium 1 are arranged. The diffraction grating 5 is rotatably arranged perpendicular to the light propagation direction. On the the diffraction grating 5 and quarter-wave plates 2 B opposite side of the laser-active medium 1 is also a mirror 2a arranged.

Vorliegend wird die erfindungsgemäße Aufgabe also durch ein Lasermedium 1 mit einem externen Resonator 2 gelöst, wobei der externe Resonator 2 ausschließlich die gewünschten Frequenzen I1 und I2 in zwei orthogonalen Polarisationszuständen zurück in die Laserdiode koppelt und wobei der externe Resonator 2 in der sogenannten Littrow-Anordnung durch ein drehbares Polarisationsgitter 5 realisiert ist.In the present case, the object according to the invention is thus achieved by a laser medium 1 with an external resonator 2 solved, wherein the external resonator 2 couples only the desired frequencies I1 and I2 in two orthogonal polarization states back into the laser diode and wherein the external resonator 2 in the so-called Littrow arrangement by a rotatable polarization grid 5 is realized.

Mit dieser Anordnung von Beugungsgitter 5, Viertelwellenplättchen 2b und Spiegel 2a als externem Resonator vor einem laseraktiven Medium 1 sind daher zwei kollineare, unterschiedliche Laserstrahlen 3 orthogonaler Polarisation erzeugbar.With this arrangement of diffraction gratings 5 , Quarter-wave plate 2 B and mirrors 2a as an external resonator in front of a laser-active medium 1 are therefore two collinear, different laser beams 3 orthogonal polarization generated.

Im Unterschied zur bekannten Littrow-Anordnung, die auf einem einfachen Gitter bzw. einem „blazed grating” beruht und eine einzige Ortsfrequenz ins laseraktive Medium rückkoppelt, beinhaltet die hier beschriebene Anordnung ein solches Polarisationsgitter 5, das aus der Überlagerung von genau zwei Ortsfrequenzen besteht.In contrast to the known Littrow arrangement, which is based on a simple grating or a "blazed grating" and feeds back a single spatial frequency into the laser-active medium, the arrangement described here contains such a polarization grating 5 , which consists of the superposition of exactly two spatial frequencies.

Diese beiden Ortsfrequenzen sind derart beschaffen, dass diese vorliegend entgegengesetzte Händigkeit besitzen, d. h. die von ihnen erzeugten Fernfeldbeugungsbilder liegen nahezu (aber nicht exakt) symmetrisch zur null-ten Beugungsordnung, was durch die spezifische Eigenschaft von Polarisationsgittern ohne weiteres realisierbar ist.These Both spatial frequencies are such that they are present opposite handedness own, d. H. the far field diffraction images they generate lie almost (but not exactly) symmetric to the zeroth order of diffraction, which by the specific property of polarization gratings without Another is feasible.

Bei diesem Ausführungsbeispiel lässt sich das vorliegende Polarisationsgitter im Detail beschreiben durch einen ortsabhängigen Vektor, der die Lage z. B. der langen Achse des Brechungsindexellipsoids des Polarisationsgitters angibt. Dieser lässt sich beschreiben durch einen 2-komponentigen Vektor n ⇀(x), der durch folgende Formel wiedergegeben werden kann: n →(x) = [A1sin(2πw1 x + p1), A1cos(2πw1x + p1)] + [A2sin(2πw2x + p2), A2cos(2πw2x + p2)],wobei w1 und w2 für die Liniendichte der beiden Ortsfrequenzen stehen und wobei A1 und A2 für die Amplituden der jeweiligen Ortsfrequenzen stehen.In this embodiment, the present polarization grating can be described in detail by a location-dependent vector, the location z. B. indicates the long axis of the refractive index ellipsoid of the polarization grating. This can be described by a 2-component vector n ⇀ (x), which can be represented by the following formula: n → (x) = [A1sin (2πw1 x + p1), A1cos (2πw1x + p1)] + [A2sin (2πw2x + p2), A2cos (2πw2x + p2)], where w1 and w2 represent the line density of the two spatial frequencies and where A1 and A2 represent the amplitudes of the respective spatial frequencies.

Durch eine Wahl des Vorzeichens der Liniendichten w1 und w2 der beiden Ortsfrequenzen lässt sich die Händigkeit der beiden Beugungsordnungen einstellen, so entspricht es sign(w1) = sign(w2) gleicher Händigkeit.By a choice of the sign of the line densities w1 and w2 of the two Location frequencies can be the handedness set the two diffraction orders, it corresponds to sign (w1) = sign (w2) of equal handedness.

Die in vorgenannter Formel angegebenen Phasen p1 und p2 der Ortsfrequenzen haben in diesem Zusammenhang keine besondere Bedeutung. Physikalisch betrachtet gibt eine Differenz der Phasen (p1–p2) die willkürlich wählbare Lage des Nullpunktes an.The phases p1 and p2 of the spatial frequencies given in the aforementioned formula have no particular significance in this connection. Physically, a difference of the phases (p1-p2) indicates the arbitrary position of the zero point.

Durch das Polarisationsgitter 5 der vorgenannten Art wird das in 2 gezeigte Beugungsbild erzeugt. Genauer wird durch das spezielle Polarisationsgitter 5 aus dem einfallenden Strahl 4a ein Strahl null-ter Beugungsordnung 4b, zwei Strahlen erster Beugungsordnung 6, 9 und zwei Strahlen minus erster Ordnung 7, 8 erzeugt.Through the polarization grid 5 of the aforementioned type is the in 2 shown diffraction image generated. Accurate is due to the special polarization grating 5 from the incoming beam 4a a beam of zeroth diffraction order 4b , two rays of first diffraction order 6 . 9 and two rays minus the first order 7 . 8th generated.

Der Strahl null-ter Beugungsordnung 4b weist die gleiche Polarisation auf wie der einfallende Strahl 4a.The beam of zeroth diffraction order 4b has the same polarization as the incident beam 4a ,

Der Strahl erster Beugungsordnung der tieferen Ortsfrequenz 6 weist eine definierte Händigkeit, im Folgenden linkshändige Polarisation LHP auf.The beam of first diffraction order of the lower spatial frequency 6 has a defined handedness, hereinafter left-handed polarization LHP.

Darüber hinaus weist der Strahl erster Beugungsordnung der zweiten Ortsfrequenz 7 aufgrund der oben beschriebenen Beschaffenheit des Polarisationsgitters 5 eine Händigkeit entgegengesetzt zur Händigkeit des Strahles der ersten Ordnung der ersten tieferen Ortsfrequenz auf. Im Folgenden wird die Händigkeit der ersten Ordnung der zweiten höheren Ortsfrequenz 7 als rechtshändige Polarisation RHP bezeichnet.In addition, the beam of first diffraction order of the second spatial frequency 7 due to the nature of the polarization grating described above 5 a handedness opposite to the handedness of the first order beam of the first lower spatial frequency. In the following, the handedness of the first order of the second higher spatial frequency 7 referred to as right-handed polarization RHP.

Für eine Rückkopplung in das laseraktive Medium sind der aus dem Lasermedium emittierte Strahl 4a und die jeweiligen minus ersten Beugungsordnungen 7 und 8 kolinear. Dieser Fall ist in 3 dargestellt. Der Winkel a in den folgenden Gleichungen, der zwischen einfallendem Strahl 4a und der Flächennormalen 10 des Polarisationsgitters 5 vorliegt, ist durch Nummer 11 gekennzeichnet.For feedback into the laser-active medium, the beam emitted from the laser medium is 4a and the respective minus first diffraction orders 7 and 8th collinear. This case is in 3 shown. The angle a in the following equations, that between incident beam 4a and the surface normal 10 of the polarization grating 5 is present, is by number 11 characterized.

Die zur Rückkopplung verwendeten minus ersten Ordnungen 7, 8 der beiden Ortsfrequenzen besitzen dann entgegengesetzte Händigkeiten, so dass im laseraktiven Medium 1 zwei orthogonal polarisierte Lasermoden anschwingen können, deren Wellenlängen über die folgenden Bedingungen gegeben sind: I1 = sin(2a)/(2w1) (3a) I2 = sin(2a)/(2w2) (3b)definiert ist, wobei „a” einen relativen Auftreffwinkel der Photonen auf das Beugungsgitter (gemessen an der Normalen auf dem Beugungsgitter) angibt.The minus first orders used for feedback 7 . 8th The two spatial frequencies then have opposite hand, so that in the laser-active medium 1 can oscillate two orthogonally polarized laser modes whose wavelengths are given by the following conditions: I1 = sin (2a) / (2w1) (3a) I2 = sin (2a) / (2w2) (3b) where "a" indicates a relative angle of incidence of the photons on the diffraction grating (as measured on the normal on the diffraction grating).

Für die synthetische Wellenlänge L ergibt sich aus vorgenannten Gleichungen (1) und (3a, b): L = sin(2a)/[2(w2 – w1)] For the synthetic wavelength L, it follows from the aforementioned equations (1) and (3a, b): L = sin (2a) / [2 (w2-w1)]

Somit lässt sich aufgrund einer Veränderung des relativen Auftreffwinkels auf das Gitter die synthetische Wellenlänge kontinuierlich variieren.Consequently let yourself due to a change in the relative incidence angle on the grating the synthetic wavelength continuously vary.

Damit das Lasermedium zwei Moden unterschiedlicher Polarisation synchron und mit gleicher Intensität emittiert, kann es von Vorteil sein, die Amplituden A1 und A2 des Polarisationsgitters 5 derart zu wählen, dass das Medium zu gleich starker Emission der Photonen stimuliert wird. Je nach dem individuellen Verstärkungsprofil des Mediums kann dies bedeuten, dass unterschiedliche Amplituden A1 und A2 zu erwählen sind.So that the laser medium emits two modes of different polarization synchronously and with the same intensity, it may be advantageous to use the amplitudes A1 and A2 of the polarization grating 5 to be chosen such that the medium is stimulated to equal emission of photons. Depending on the individual gain profile of the medium, this may mean that different amplitudes A1 and A2 are to be selected.

Die Berechnung des Polarisationsgitters kann analytisch nach Gleichung (2) erfolgen. Alternativ dazu kann das Polarisationsgitter auch mit den bekannten Methoden zur Berechnung von Computer generierten Hologrammen bestimmt werden, wie z. B. iterative Fourier-Transformationsalgorithmus oder Simulated annealing.The Calculation of the polarization grating can be analytic according to equation (2). Alternatively, the polarizing grating may also be generated using the known methods for calculating computer Holograms are determined, such. B. iterative Fourier transform algorithm or simulated annealing.

Die Herstellung der Polarisationsgitter erfolgt nach den bekannten Methoden der Polarisationsholografie, wie z. B. Generierung von Sub-Wellenlängen-Gittern oder Verwendung doppelbrechender Materialien (z. B. Kunststoffe, Kristalle). Als Herstellungsmethoden sind die bekannten Methoden der Halbleiterfertigung, wie z. B. Masken-, Elektronenstrahl- oder Interferenzlithographie, oder Methoden der Materialbearbeitung denkbar, wie zum Beispiel Laserablation, direktes optisches Schreiben in photoaddressierbare Polymere oder Ultrapräzisionsbearbeitung.The Production of the polarization grating takes place according to the known methods the polarization holography, such as. B. generation of sub-wavelength gratings or use of birefringent materials (eg plastics, Crystals). As production methods, the known methods Semiconductor manufacturing, such. B. mask, electron beam or Interference lithography, or methods of material processing conceivable, such as laser ablation, direct optical writing in photoaddressable polymers or ultraprecision machining.

Wenn die kleinsten noch aufgelösten Strukturen des Polarisationsgitters die Größe d haben und das Polarisationsgitter eine Kantenlänge von X hat, kann es als Beugungsgitter aufgefasst werden, das sich aus N×N Pixeln zusammensetzt, mit: N = X/d If the smallest structures of the polarization lattice that are still resolved have the size d and the polarization lattice has an edge length of X, it can be considered as a diffraction grating made up of N × N pixels, with: N = X / d

Die Ortsfrequenzen w1 und w2, die zur größtmöglichen virtuellen Wellenlänge führen, sind dann gegeben durch: w1 = 2N/[(N + 4)d] w2 = 2/d The spatial frequencies w1 and w2, which lead to the largest possible virtual wavelength, are then given by: w1 = 2N / [(N + 4) d] w2 = 2 / d

Die resultierende größtmögliche synthetische Wellenlänge beträgt dann für hinreichend große N: L = Xsin(2a)/16 The resulting largest possible synthetic wavelength is then for sufficiently large N: L = Xsin (2a) / 16

Für typische Abmessungen z. B. X = 10 mm und a = 45° können damit synthetische Wellenlängen bis zu 625 μm generiert werden.For typical Dimensions z. For example, X = 10mm and a = 45 ° allow synthetic wavelengths up to to 625 μm to be generated.

Es kann bei bestimmten Anwendungen auch von Vorteil sein, wenn die Wellenlängen I1 und I2 mit unterschiedlicher Intensität emittiert werden – auch dies kann durch eine entsprechende Wahl von A1 und A2 erzielt werden.It may also be beneficial in certain applications if the wavelength I1 and I2 are emitted with different intensity - this too can be achieved by an appropriate choice of A1 and A2.

Durch eine Wahl des Polarisationsgitters 5 als Überlagerung von zwei Ortsfrequenzen mit gleicher Händigkeit wiederum lässt sich bewerkstelligen, dass zwei Moden mit gleicher Polarität emittiert werden, was bei bestimmten Anwendungen ebenfalls von Vorteil sein kann.By a choice of the polarization grating 5 As a superposition of two spatial frequencies with the same handedness, in turn, it is possible to emit two modes with the same polarity, which may also be advantageous in certain applications.

Der Vorteil der vorliegenden Anordnung liegt im besonders großen Durchstimmbereich der synthetischen Wellenlänge L. Insbesondere ist der Durchstimmbereich nicht auf einen freien Spektralbereich des eingesetzten externen Laserresonators begrenzt. Insbesondere bei Verwendung des drehbaren Polarisationsgitters kann eine Durchstimmbarkeit von I1 und I2 über einen breiten Bereich auf einfache Art erreicht werden.Of the Advantage of the present arrangement is in the particularly large tuning range the synthetic wavelength L. In particular, the tuning range is not for a free one Spectral range of the external laser resonator used limited. In particular, when using the rotatable polarization grating can a tuneability of I1 and I2 over a wide range easy way to be achieved.

Claims (7)

Vorrichtung zur Erzeugung eines Laserstrahles mit einem laseraktiven Medium (1) und einem externen Resonator (2), wobei der Resonator (2) ein Polarisationsgitter (5) aufweist, das aus einer Überlagerung von genau zwei Ortsfrequenzen besteht, zur Erzeugung zweier kollinearer Laserausgangsstrahlen (3) unterschiedlicher Wellenlänge und orthogonaler Polarisation.Device for generating a laser beam with a laser-active medium ( 1 ) and an external resonator ( 2 ), wherein the resonator ( 2 ) a polarization grating ( 5 ), which consists of a superposition of exactly two spatial frequencies, for generating two collinear laser output beams ( 3 ) of different wavelength and orthogonal polarization. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein relativer Einfallswinkel (a) der vom laseraktiven Medium abgegebenen Photonen auf das Polarisationsgitter (5) einstellbar ist.Device according to claim 1, wherein a relative angle of incidence (a) of the photons emitted by the laser-active medium onto the polarization grating ( 5 ) is adjustable. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Polarisationsgitter (5) drehbar gelagert ist.Apparatus according to claim 2, wherein the polarization grating ( 5 ) is rotatably mounted. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Resonator (2) weiterhin ein Viertelwellenplättchen (2b) aufweist, das im Strahlengang zwischen laseraktivem Medium (1) und Beugungsgitter (5) angeordnet ist.Device according to one of claims 1 to 3, wherein the resonator ( 2 ) further a quarter-wave plate ( 2 B ), which in the beam path between laser-active medium ( 1 ) and diffraction gratings ( 5 ) is arranged. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Polarisationsgitter (5) einen ortsabhängigen Brechungsindexvektor n →(x) besitzt, er sich durch folgende Formel beschreiben lässt: n →(x) = [A1sin(2πw1x + p1), A1cos(2πw1x + p1)] + [A2sin(2πw2x + p2), A2cos(2πw2x + p2)],wobei w1 und w2 die Liniendichten der beiden Ortsfrequenzen sind, A1 und A2 die Amplituden der jeweiligen Ortsfrequenzen wiedergeben und die Differenz der Phasen (p1–p2) die Lage des Nullpunktes angibt.Device according to one of claims 1 to 4, wherein the polarization grating ( 5 ) has a location-dependent refractive index vector n → (x), it can be described by the following formula: n → (x) = [A1sin (2πw1x + p1), A1cos (2πw1x + p1)] + [A2sin (2πw2x + p2), A2cos (2πw2x + p2)], where w1 and w2 are the line densities of the two spatial frequencies, A1 and A2 represent the amplitudes of the respective spatial frequencies and the difference of the phases (p1-p2) indicates the position of the zero point. Interferometrische Messanordnung mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Laserstrahles nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit der zwei Laserstrahlen mit unterschiedlicher Wellenlänge (I1, I2) erzeugbar sind.Interferometric measuring arrangement with a device for generating a laser beam according to one of claims 1 to 5, with which two laser beams with different wavelengths (I1, I2) can be generated. Verwendung der interferometrischen Messanordnung nach Anspruch 6 zur Vermessung von Oberflächen durch Bestimmung einer relativen Phasenlage zwischen den erzeugten Laserstrahlen mittels Interferenz dieser Laserstrahlen.Use of the interferometric measuring arrangement according to claim 6 for measuring surfaces by determining a relative phase position between the generated laser beams by means of Interference of these laser beams.
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