DE1085350B - Interferometer - Google Patents

Interferometer

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DE1085350B
DE1085350B DEL27990A DEL0027990A DE1085350B DE 1085350 B DE1085350 B DE 1085350B DE L27990 A DEL27990 A DE L27990A DE L0027990 A DEL0027990 A DE L0027990A DE 1085350 B DE1085350 B DE 1085350B
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analyzer
interferometer
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Pending
Application number
DEL27990A
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English (en)
Inventor
Fromund Hock
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Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Original Assignee
Ernst Leitz Wetzlar GmbH
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Publication date
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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02Interferometers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Description

  • Interferometer Bei einem Durchgang eines natürlichen Lichtstrahls durch eine doppelbrechende Platte entstehen zwei senkrecht zueinander polarisierte und phasenverschobene Strahlen, die bekanntlich nicht miteinander interferieren.
  • Die Erfindung beruht auf der Tatsache, daß jeder der beiden Strahlen mit dem ihm parallel polarisierten Anteil eines dritten Strahles, der aus demselben ursprünglich einfallenden Strahl abgezweigt ist, interferiert.
  • Die Erfindung besteht demgemäß in einem Interferometer, in dessen von einem Strahlenleiter getrennten Teilstrahlen Mittel angeordnet sind, welche in dem einen oder beiden der Teilstrahlen für zwei aufeinander senkrecht polarisierte Schwingungen verschiedene Gangunterschiede erzeugen, so daß in dem Teilstrahl zwei Strahlen mit verschiedenen Wellenfronten entstehen, von denen jeder Strahl nach Vereinigung mittels eines Strahlenvereinigers mit dem ihm parallel polarisierten Anteil des anderen Teilstrahls interferiert. Es entstehen also zwei senkrecht zueinander polarisierte Interferenzerscheinungen, deren Intensitäten sich addieren. Dutch einen Analysator kann die eine oder die andere der Interferenzerscheinungen unterdrückt werden. In einer Zwischenstellung des Analysators kann eine additive Intensitätsmischung erzeugt werden, deren Intensitätsmaxima zwischen den Maxima der beiden obengenannten einzelnen Interferenzerscheinungen liegen.
  • In einer bevorzugten Ausführung benutzt man einen aus zwei nebeneinanderliegenden, senkrecht zueinander polarisierenden Teilen bestehenden Analysator, der die beiden Interferenzerscheinungen und ihre Mischungen nebeneinander darstellt.
  • Man kann in einem Teil des letztgenannten Analysators eine Stelle und in dem anderen Analysatorteil eine andere Stelle des zu untersuchenden Objekts abbilden, das sich im Wege des einen Interferometer-Teilstrahls befindet, und man kann durch Änderung der relativen Lage der Schwingungsrichtungen der beiden phasenverschobenen Wellen zu den Schwingungsrichtungen des Analysators die Interferenz-Streifenlage in beiden Teilen des Analysators gleichmachen. Hierdurch lassen sich Unterschiede der optischen Dicke der beiden Stellen des Objekts mit der Genauigkeit von etwa einem Fünfhundertstel der Lichtwellenlänge messen.
  • In einer Ausführungsform des Interferometers ist das den Gangunterschied erzeugende Mittel eine drehbare doppelbrechende Platte. Von der Lage ihrer Hauptschwingungsrichtungen zum Analysator ist die Lage der resultierenden Interferenzstreifen abhängig, so daß die Messung durch Drehen der doppelbrechenden Platte oder des Analysators erfolgen kann.
  • An Stelle der doppelbrechenden Platte kann auch die bereits bekannte Anordnung dienen, in der durch einen polarisierenden Teiler die beiden Wellen verschiedener Schwingungsrichtungen auf verschieden lange Wege geschickt werden und danach durch einen polarisierenden Teiler wieder vereinigt werden.
  • Man kann zur Erzeugung des Gangunterschiedes totalreflektierende Flächen z. B. von Prismen benutzen, denn die Phasen änderung bei Totalreflexion ist für die Schwingungsrichtung parallel und senkrecht zur Einfallsebene verschieden. Auch kann man die Phasenänderungen durch Belegen der totalreflektierenden Fläche mit Schichten eines anderen Brechungsindex beeinflussen. Ferner ist die Phasenverschiebung abhängig von dem Brechungsindex des Glaskörpers, an dem die totalreflektierende Fläche angebracht ist. Man kann daher den Strahlenteiler aus einer Prismenkombination bilden, derart, daß in einem Teilstrahl eine oder zwei Totalreflektionen mehr stattfinden als in dem anderen, wobei zusätzlich die Glassorten verschieden sein können.
  • Der Analysator kann aus zwei Polarisationsfolien bestehen, deren jede eine Hälfte des Okulargesichtsfeldes bedeckt. Man kann aber auch ein an sich bekanntes Nicolsches Prisma anwenden, das eine Austrittsfläche für den außerordentlichen und eine Austrittsfläche für den ordentlichen Strahl besitzt. Dann werden die beiden Strahlen so weit voneinander getrennt, daß genügend Platz für die Anordnung von Fotozellen vorhanden ist.
  • Hierzu sind auch an sich bekannte Strahlenteiler brauchbar, die eine polarisierende Teilerschicht haben.
  • Um die Fotozellen mit Wechsellicht zu betreiben, was des nachfolgenden Verstärkers halber von Vorteil ist, kann das Interferometer anstatt mit natürlichem Licht mit polarisiertem Licht beleuchtet werden, dessen Schwingungsrichtung periodisch von einer zur anderen Hauptschwingungsrichtung des doppelbrechenden Teiles des Interferometers bzw. des den Fotozellen vorgeschalteten polarisierenden Teilers wechselt.
  • Diese Beleuchtungsart kann z. B. dadurch erzeugt werden, das dem Interferometer ein rotierender Polarisator vorgeschaltet wird, oder es wird ein feststehender Polarisator venvendet, dem ein elektrooptisch wirkendes Glied nachgeschaltet ist, in dem der Gangunterschied periodisch zwischen 0 und 2 durch eine zugeführte elektrische Spannung geändert wird; dadurch dreht sich, wie bekannt, die Schwingungsebene des Lichts um 900 In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Interferometers nach der Erfindung dargestellt.
  • Fig. 1 zeigt eine Anordnung nach Michelson. Mit 1 ist eine Lichtquelle, mit 2 eine Kollektorlinse, mit 3 der Strahlenteilerwürfel, mit 4, 5 und 6 sind Objektive bezeichnet. Dem Objektiv 5 gegenüber ist das Objekt 7 angeordnet, das beispielsweise eine Vertiefung haben möge. In der Bildebene ist ein Analysator 8 angeordnet, dessen beide Hälften senkrecht zueinander polarisieren, wie durch die Zeichen l und 11 angegeben ist. Er ist durch das Okular 9 zu betrachten. In dem Weg zwischen dem Strahlenteiler und dem Referenzspiegel 10 ist eine doppelbrechende Platte 11 angebracht, die um die Strahlenachse drehbar ist. Sie zerlegt das einfallende natürliche Licht in zwei hintereinander herlaufende Wellen, die senkrecht zueinander polarisiert sind. Die Wellenfronten sind mit 12 und 13 schematisch angedeutet.
  • Jede dieser Wellen interferiert mit dem ihr parallel polarisierten Anteil des vom Objekt reflektierten Strahles.
  • Die Überlagerung dieser beiden Interferenzerscheinungen wird durch den Analysator in seinen beiden Hälften komplementär dargestellt. Durch Drehen der Platte 11 kann man die Helligkeit bzw. Lage der Interferenzstreifen der beiden Gesichtsfeldhälften gleichmachen, so daß die Einstellung der Platte 11 ein Maß für den vom Objekt erzeugten Gangunterschied ist.
  • Fig. 2 zeigt eine Anordnung nach Mach-Zehnder.
  • Bei dieser fällt das Licht der Lampe 1 durch den Kollektor 2 auf einen Strahlenteiler 14 und wird durch den Strahlenteiler 15 wieder vereinigt, nachdem jeder Teilstrahl an einer der Spiegelflächen 16, 17 total reflektiert wurde. In einem Teilstrahl ist das Objekt 18 angeordnet.
  • Bei jeder Totalreflexion entstehen für die Schwingungsrichtungen parallel und senkrecht zur Einfallsebene verschiedene Phasenverzögerungen. Man macht diese zwei Verzögerungen in den beiden Teilstrahlen dadurch ungleich, daß man die Prismen 16a und 17a aus verschiedenen Glassorten bildet oder (und) daß man verschiedene dünne Belagschichten auf die Hypotenusenflächen bringt, was in der Zeichnung durch Striche angedeutet ist. In dem wiedervereinigten Strahl ist ein an sich bekanntes Nicolsches Prisma 19 angeordnet, das eine zusätzliche Austrittsfläche 20 für den ordentlichen Strahl hat. Hierdurch werden die beiden senkrecht zueinander polarisierten Interferenzerscheinungen räumlich getrennt, so daß zwei Fotozellen 21, 22 angeordnet werden können.
  • Fig. 3 zeigt eine Anordnung nach Michelson mit einem Teilerprisma zwischen zwei Spiegeln 23, 24, die einander gegenüberstehen. Vor dem Spiegel 24 ist das Objekt 25 angeordnet, das beispielsweise mit einerDickenstufe dargestellt ist. Vor dem Okular 9 ist der beschriebene geteilte Analysator 8 dargestellt. Das Teilerprisma besteht aus zwei verkitteten Prismen 26, 27, die in ihrer Kittfläche mit der halbdurchlässigen Schicht 28 versehen sind.
  • Die Prismen sind so gestaltet, daß in dem Prisma 26 nur eine, in dem Prisma 27 aber zwei Totalreflexionen stattfinden. Die Differenzen der Phasenverzögerungen können dadurch noch beeinflußt werden, daß man die beiden Prismen aus verschiedenen Glassorten bildet oder auf die totalreflektierenden Flächen Belagschichten aufbringt.
  • Die Anordnung nach Fig. 3 gibt auch die Möglichkeit, durch Verschieben eines der Spiegel 23, 24 oder des Teiler- prismas in Richtung des Pfeiles 29 auf die Interferenzen einzuwirken.
  • Fig. 4 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig. 3. Das Teilerprisma ist hier eine Abwandlung des bekannten Prismas nach Köster, das in der Winkelhalbierenden die Teilerfläche 30 besitzt. Jedoch sind noch die zwei totalreflektierenden Flächen 31, 32 vorgesehen. Die beiden Teilprismen 33, 34 können aus verschiedenen Glassorten bestehen, und (oder) es können auch hier die Flächen 31, 32 belegt sein. Der Analysator 8 kann ersetzt werden durch eine polarisierende Mehrfach-Interferenzschicht, welche den durchgehenden Strahl senkrecht zu dem reflektierten Strahl polarisiert.
  • Fig. 5 zeigt eine Anordnung, bei der der Gangunterschied zwischen den Wellen 12 und 13 durch eine Teilung des einen Strahls durch den polarisierenden Teiler 32 ermöglicht wird, indem die Wege zu den Spiegeln 33 und 33 von der Teilerfläche 32 aus verschieden lang gemacht werden.
  • Fig. 6 zeigt eine Anordnung zur Wechsellichtbeleuchtung der Fotozellen 21 und 22, die dadurch erreicht wird, daß dem Polarisator 34, dessen Durchlaßrichtung mit einer Hauptschwingungsrichtung der doppelbrechenden Platte 11 und einer Durchlaßrichtung des polarisierenden Teiler 35 übereinstimmt, ein elektrooptisches Glied 36 nachgeschaltet ist. Dieses Glied 36 dreht die Schwingungsebene des aus dem Polarisator34 austretenden Lichtes periodisch um 90°, indem der Gangunterschied im Glied 36 periodisch zwischen 0 und- durch einen Generator 37 2 geändert wird. Das Glied 36 kann eine Kerrzelle, eine elektrooptisch anregbare Kristallplatte, z. B. Kupferchlorid, oder ein zu Ultraschallschwingungen angeregtes optisch isotropes Material sein.

Claims (10)

  1. PATENTANSPRUCHE: 1. Interferometer, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der vom Strahlenteiler getrennten Teilstrahlen oder in beiden Mittel angeordnet sind, die in demTeilstrahl für zwei senkrecht aufeinanderstehende Schwingungsrichtungen verschiedene Gangunterschiede erzeugen, so daß in dem Teilstrahl zwei Strahlen mit verschiedenen Wellenfronten entstehen, von denen jeder mit dem ihm parallel polarisierten Anteil des anderen Teilstrahles nachVereinigung durch einen Strahlenvereiniger interferiert.
  2. 2. Interferometer nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, daß ein Analysator angeordnet ist, der vorzugsweise aus zwei senkrecht zueinander polarisierenden, nebeneinanderliegenden Teilen besteht.
  3. 3. Interferometer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Gangunterschiedes eine drehbare doppelbrechende Platte dient.
  4. 4. Interferometer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Gangunterschiedes ein polarisierender Teiler und verschieden lange Wege der Teilstrahlen bis zu einem Strahlenvereiniger vorgesehen sind.
  5. 5. Interferometer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Gangunterschiedes totalreflektierende Flächen z. B. von Prismen dienen.
  6. 6. Interferometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem einen Teilstrahl mindestens eine Totalreflexion mehr als in dem anderen vorgesehen ist.
  7. 7. Interferometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebung der totalreflektierenden Flächen infolge verschiedener Prismenglassorten verschieden sind, so daß ihre Differenz wirksam ist.
  8. 8. Interferometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung des Gangunterschiedes durch dünne Schichten auf der totalreflektierenden Fläche erfolgt.
  9. 9. Interferometer nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Analysator ein Nicol mit aus- tretendem ordentlichem und außerordentlichem Strahl dient.
  10. 10. Interferometer nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Analysator ein polarisierender Teiler dient.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 315 930.
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