DE19940981C1 - Fourier transformation IR spectrometer uses vertical-cavity surface-emitting laser diode as reference radiation source for adjustment of movable mirror of interferometer - Google Patents
Fourier transformation IR spectrometer uses vertical-cavity surface-emitting laser diode as reference radiation source for adjustment of movable mirror of interferometerInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Fourier-Transform-Infrarot- Spektrometer, mit einer Infrarot-Meß-Strahlungsquelle, der ein Interferometer, eine Meßprobe sowie ein erster Detektor nachge ordnet sind, sowie mit einem Steuerkreis zum Einstellen eines beweglichen Spiegels des Interferometers, wobei der Steuerkreis zur Bestimmung des optischen Gangunterschiedes zwischen dem be weglichen Spiegel und einem raumfesten Spiegel des Interferome ters eine auf das Interferometer gerichtete Referenz- Strahlungsquelle sowie einen zugehörigen zweiten Detektor um faßt. The invention relates to a Fourier transform infrared Spectrometer, with an infrared measuring radiation source, the one Interferometer, a test sample and a first detector nachge are arranged, as well as with a control circuit for setting a movable mirror of the interferometer, the control circuit to determine the optical path difference between the be movable mirror and a fixed mirror of the interferome ters a reference to the interferometer Radiation source and an associated second detector sums up.
Die Erfindung betrifft ferner ein Interferometer mit einem raumfesten Spiegel, einem beweglichen Spiegel und einem halb durchlässigen Spiegel, sowie mit einem Steuerkreis zum Einstel len des beweglichen Spiegels, wobei der Steuerkreis zur Bestim mung des optischen Gangunterschiedes zwischen dem beweglichen Spiegel und dem raumfesten Spiegel eine auf das Interferometer gerichtete Referenz-Strahlungsquelle sowie einen zugehörigen Detektor umfaßt.The invention further relates to an interferometer with a fixed mirror, a movable mirror and a half translucent mirror, as well as with a control circuit for adjustment len of the movable mirror, the control circuit for determ measurement of the optical path difference between the movable Mirror and the fixed mirror one on the interferometer directed reference radiation source and an associated Detector includes.
Ein Spektrometer und ein Interferometer der vorstehend genann ten Art sind bekannt.A spectrometer and an interferometer mentioned above ten species are known.
In der Infrarot-Spektroskopie wird zum Durchstimmen des zu un tersuchenden Spektralbereiches üblicherweise ein Michelson- Interferometer verwendet. Dieses Interferometer besteht aus ei nem raumfesten Spiegel und einem dazu unter einem rechten Win kel angeordneten, beweglichen Spiegel. Ferner ist auf der Win kelhalbierenden zwischen den beiden Spiegeln ein halbdurchläs siger Spiegel angeordnet. Durch Verfahren des beweglichen Spie gels in einer Richtung senkrecht zu seiner Oberfläche kann der Gangunterschied zwischen dem festen Spiegel und dem beweglichen Spiegel variiert werden. Wenn nun Infrarot-Licht aus einer ge eigneten Infrarot-Meß-Strahlungsquelle auf den halbdurchlässi gen Spiegel sowie den raumfesten Spiegel geleitet wird, so wird ein Teil des einfallenden Lichtes vom halbdurchlässigen Spiegel auf den beweglichen Spiegel umgelenkt und von diesem reflek tiert. Das reflektierte Licht bewegt sich gleichachsig mit dem Licht, das vom raumfesten Spiegel reflektiert und von der Rück seite des halbdurchlässigen Spiegels umgelenkt wurde. In infrared spectroscopy is used to tune the un searching spectral range usually a Michelson Interferometer used. This interferometer consists of egg a fixed mirror and one with a right win arranged, movable mirror. Furthermore, on the Win halving between the two mirrors half-transparent siger mirror arranged. By moving the movable game gel in a direction perpendicular to its surface Path difference between the fixed mirror and the movable mirror Mirrors can be varied. If now infrared light from a ge suitable infrared measuring radiation source on the semitransparent is directed towards the mirror as well as the fixed mirror part of the incident light from the semi-transparent mirror redirected to the movable mirror and from this reflec animals. The reflected light moves coaxially with the Light that reflects from the fixed mirror and from the back side of the semi-transparent mirror was deflected.
Um die Lage des beweglichen Spiegels relativ zum raumfesten Spiegel, d. h. den optischen Gangunterschied zwischen beiden Spiegeln, präzise bestimmen und ggf. nachstellen zu können, ist es bekannt, einen separaten Steuerkreis zu verwenden. Dieser weitere Steuerkreis arbeitet ebenfalls auf optischem Wege, bspw. ebenfalls im infraroten Bereich. Es wird dabei eine zwei te Strahlungsquelle, nämlich eine Referenz-Strahlungsquelle verwendet, die parallel zur Meßstrahlung eingespeist wird. Dies kann entweder innerhalb der Meßstrahlung selbst geschehen oder neben dieser mit leichtem seitlichem Versatz, so daß innerhalb des Steuerkreises z. B. ein Randbereich der Spiegel ausgenutzt wird.To the position of the movable mirror relative to the fixed Mirror, d. H. the optical path difference between the two To be able to mirror, precisely determine and, if necessary, readjust it is known to use a separate control circuit. This further control circuit also works optically, For example, also in the infrared range. It will be a two te radiation source, namely a reference radiation source used, which is fed in parallel to the measuring radiation. This can either happen within the measuring radiation itself or next to this with a slight lateral offset, so that inside the control circuit z. B. an edge area of the mirror is used becomes.
Der von der Referenz-Strahlungsquelle ausgesandte und durch das Interferometer gelaufene Lichtstrahl wird dann von einem zwei ten Detektor erfaßt, dessen Ausgangssignal ein Maß für den op tischen Gangunterschied zwischen dem raumfesten und dem beweg lichen Spiegel ist.The one emitted by the reference radiation source and by the Interferometer-run light beam is then emitted by a two detected th detector, the output signal is a measure of the op table path difference between the fixed and the moving mirror.
Da das Licht des Referenz-Strahlenganges eine genau definierte Wellenlänge haben muß, die überdies noch konstant zu sein hat, sind bei den bekannten Vorrichtungen im wesentlichen HeNe-Laser eingesetzt worden. Ein Fourier-Transform-Infrarot-Spektrometer mit einem derartigen Steuerkreis ist z. B. in dem DE-Buch "Ullmann's Enzyklopädie der technischen Chemie", Band 5, Seite 351, abgebildet und beschrieben.Since the light of the reference beam path must have a precisely defined wavelength, which moreover has to be constant, HeNe lasers have essentially been used in the known devices. A Fourier transform infrared spectrometer with such a control circuit is e.g. B. in the DE book "Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry", Volume 5 , page 351, shown and described.
Ein Nachteil dieser bekannten Vorrichtungen besteht im wesent lichen darin, daß der verwendete HeNe-Laser eine erhebliche Baugröße hat und daß zu seinem Betrieb eine Hochspannung erforderlich ist. Ein Einsatz bei beengten Raumverhältnissen und bspw. im Vakuum ist damit nicht möglich.A disadvantage of these known devices is essentially Lichen that the HeNe laser used a significant Has size and that a high voltage is required for its operation is. Use in confined spaces and For example, in a vacuum is not possible.
Ein HeNe-Laser der hier interessierenden Art hat darüber hinaus nur eine begrenzte Lebensdauer von typischerweise 20 Stunden. Danach muß er ausgetauscht werden, was für den Benutzer wegen der erforderlichen Justierarbeiten mit einigem Aufwand und ei ner Ausfallzeit verbunden ist. Weiterhin hat die Laser-Röhre eines HeNe-Lasers eine thermische Verlustleistung von typi scherweise 2,5 Watt, so daß sie ihre Umgebung aufheizt und da her eine Unterbringung in einiger Entfernung vom Interferometer nötig ist. Die bereits erwähnten Abmessungen eines HeNe-Lasers belaufen sich typischerweise auf 25 mm Durchmesser bei einer axialen Länge von 150 mm, so daß keine direkte Unterbringung in kompakteren Interferometern möglich ist.A HeNe laser of the type of interest here also has only a limited lifespan of typically 20 hours. Then it has to be replaced, which is because of the user the necessary adjustment work with some effort and egg downtime. Furthermore, the laser tube of a HeNe laser a thermal power loss of typi usually 2.5 watts, so that it heats up its surroundings and there an accommodation at some distance from the interferometer is necessary. The dimensions of a HeNe laser already mentioned are typically 25 mm in diameter at one axial length of 150 mm, so that no direct accommodation in more compact interferometers is possible.
Obwohl im Bereich der Infrarot-Spektrometer, wie erwähnt, für den Steuerkreis des beweglichen Spiegels vornehmlich HeNe-Laser als Referenz-Strahlungsquelle vorgeschlagen worden sind (vgl. auch US 5 406 090 A), sind vereinzelt für Anwendungen bei In terferometern auch schon Laserdioden vorgeschlagen worden (US 5 305 330 A).Although in the field of infrared spectrometers, as mentioned, for the control circuit of the movable mirror primarily HeNe-Laser have been proposed as a reference radiation source (cf. also US 5 406 090 A), are isolated for applications at In Laser diodes have already been proposed for terferometers (US Pat. No. 5,305,330 A).
Laserdioden herkömmlicher Bauart haben jedoch den Nachteil, daß das von ihnen emittierte Licht spektral unrein und vor allem in der Abstrahlungscharakteristik nicht konstant ist. Insbesondere sind derartige Laserdioden in mehreren Moden emittierfähig, wo bei die Dioden stochastisch zwischen den Moden (Spektrallinien) hin- und herschwingen. Darüber hinaus ändern bekannte Laserdi oden ihr Emissionsverhalten stark in Abhängigkeit von der Tem peratur und vom Betriebsstrom. However, conventional laser diodes have the disadvantage that the light they emit is spectrally impure and especially in the radiation pattern is not constant. In particular such laser diodes are emissable in several modes where for the diodes stochastically between the modes (spectral lines) swing back and forth. In addition, known laserdi change or their emission behavior strongly depending on the tem temperature and the operating current.
Es sind über diese herkömmlichen Laserdioden hinaus mittlerwei le auch sogenannte "Distributed Feedback"-Laserdioden bekannt geworden. Diese Bauart von Laserdioden emittiert nur in einem einzigen Mode, d. h. nur mit einer spektralen Linie. Sofern bei dieser Laserdioden-Bauart die Umgebungstemperatur und der Strom konstant gehalten werden, ist auch die Linie konstant.In addition to these conventional laser diodes, there are also two le also known as "distributed feedback" laser diodes become. This type of laser diode only emits in one single fashion, d. H. only with a spectral line. If at this type of laser diode, the ambient temperature and the current the line is constant.
Distributed Feedback-Laserdioden haben jedoch den Nachteil, daß das Strahlprofil geometrisch unsymmetrisch ist. Es ist nämlich in einer Ebene breit und in der dazu senkrechten Ebene schmal, insgesamt also elliptisch.However, distributed feedback laser diodes have the disadvantage that the beam profile is geometrically asymmetrical. Because it is wide in one plane and narrow in the plane perpendicular to it, overall elliptical.
Distributed Feedback-Laserdioden haben darüber hinaus den Nach teil, daß sie nicht-sichtbares Licht emittieren, dessen Wellen länge typischerweise bei 1,3 µm liegt. Damit diese Dioden zwar für die Zwecke der Telekommunikation geeignet, nicht jedoch für Justagezwecke, insbesondere in Interferometern oder Infrarot- Spektrometern, wo es beim manuellen Justieren äußerst erwünscht ist, wenn der Referenzstrahl auch mit bloßem Auge gesehen wer den kann.Distributed feedback laser diodes also have the aftermath partly that they emit invisible light, its waves length is typically 1.3 µm. So that these diodes suitable for the purposes of telecommunications, but not for Adjustment purposes, especially in interferometers or infrared Spectrometers, where it is extremely desirable for manual adjustment is when the reference beam is seen with the naked eye that can.
Wegen der vorerwähnten Tatsache, daß Distributed Feedback- Laserdioden im nicht-sichtbaren Bereich emittieren, ist nämlich ein Infrarotsichtgerät zum Einjustieren erforderlich.Because of the fact that distributed feedback To emit laser diodes in the invisible range is namely an infrared viewer is required for adjustment.
Darüber hinaus benötigt eine derartige Laserdiode einen relativ hohen Betriebsstrom von typischerweise 50 mA bei 1,7 V Versor gungsspannung. Der Temperaturgang der Emissionswellenlänge von typischerweise 0,07 nm/K erfordert den Einsatz einer thermo elektrischen Temperaturstabilisierung, wodurch sich die gesamte thermische Verlustleistung auf mehr als 1 W erhöht. Der an sich kompakte Laser wird durch den benötigten Kühlkörper vergrößert und die Umgebung erwärmt.In addition, such a laser diode needs a relative high operating current of typically 50 mA at 1.7 V supply voltage. The temperature response of the emission wavelength from typically 0.07 nm / K requires the use of a thermo electrical temperature stabilization, which makes the whole thermal power loss increased to more than 1 W. The one in itself compact laser is enlarged by the required heat sink and warmed the environment.
Aus der US 5 790 250 A sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Aufnahme von Echtzeit-Fourier-Transform Infrarot-Spektren bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung werden ausgewählte Was serdampflinien innerhalb eines Meßpfades gemessen, und die Mit tellinie des aufgenommenen Spektrums wird mit einer Referenz bibliothek verglichen. Die hierzu verwendete Vorrichtung umfaßt einen HeNe-Laser als Signalquelle für ein Interferometer, das ein monofrequentes Sinussignal als Zeitbasis erzeugt.A device and a method are known from US Pat. No. 5,790,250 for recording real-time Fourier transform infrared spectra known. In the known device selected What steam lines measured within a measurement path, and the Mit tellinie of the recorded spectrum is with a reference library compared. The device used for this purpose comprises a HeNe laser as a signal source for an interferometer, the generates a monofrequent sinusoidal signal as a time base.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Spektrometer sowie ein Interferometer der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die vorstehend genannten Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll ein sehr kompak ter Aufbau erreicht werden, der hinsichtlich der Präzision der Lageregelung des beweglichen Spiegels mindestens ebenso zuver lässig arbeitet wie bekannte Vorrichtungen.In contrast, the invention is based on the object Spectrometer and an interferometer of the aforementioned Art to train in that the above Disadvantages are avoided. In particular, a very compact ter structure can be achieved, the precision of the Position control of the movable mirror at least as verver casually works like known devices.
Diese Aufgabe wird bei einem Spektrometer sowie einem Inter ferometer der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Referenz-Strahlungsquelle eine Vertical Cavity Surface-Emitting-Laserdiode (VCSEL) ist.This task is carried out with a spectrometer and an inter ferometer of the type mentioned according to the invention solved that the reference radiation source has a vertical cavity Surface-emitting laser diode (VCSEL) is.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Wei se vollkommen gelöst. The object of the invention is based on this Wei se completely solved.
VDSEL-Laserdioden zeichnen sich nämlich durch einen stabilen Betrieb ohne Modensprünge oder thermische Hysterese aus. Das heißt, daß sie konstant bei nur einer Linie emittieren und thermisch weitgehend unanfällig sind. Es ist nur eine einfache Regelung zur thermischen Stabilisierung notwendig, die z. B. die Temperatur auf 0,1°C stabilisiert. Bei einem Temperaturgang der Emissionswellenlänge von typischerweise nur 0,06 nm/K ergibt sich damit eine Stabilität in der Emissionswellenlänge von bes ser als 1 : 100.000. Daher können Interferometer bzw. Spektro meter mit derartigen Interferometern mit einem Auflösungsvermö gen bis ca. 20.000 realisiert werden. VDSEL laser diodes are characterized by a stable one Operation without mode jumps or thermal hysteresis. The means that they emit constantly on only one line and are largely thermally insensitive. It's just an easy one Regulation for thermal stabilization necessary, the z. B. the Temperature stabilized at 0.1 ° C. With a temperature change of Emission wavelength of typically only 0.06 nm / K results thus a stability in the emission wavelength of esp more than 1: 100,000. Therefore interferometers or Spektro meters with such interferometers with a resolution up to approximately 20,000.
Eine VCSEL-Laserdiode hat darüber hinaus gegenüber den bekann ten Bauelementen im Stand der Technik, wie man sie bisher als Referenz-Strahlungsquelle eingesetzt hat, erhebliche Vorteile:A VCSEL laser diode has also been known to the ten components in the prior art, as they were previously Reference radiation source has significant advantages:
So ist zunächst die lange Lebensdauer von typischerweise 200.000 Stunden zu nennen. Es ist daher ein Austausch der Refe renz-Strahlungsquelle während der gesamten Lebensdauer des In terferometers normalerweise nicht erforderlich.First of all, the long lifespan is typical To call 200,000 hours. It is therefore an exchange of the Refe reference radiation source throughout the life of the In terferometers not normally required.
Eine VCSEL-Diode hat darüber hinaus ein kreisförmiges Strahl profil und nicht etwa ein elliptisches Strahlprofil, wie dies bei Distributed Feedback-Laserdioden oder bei sogenannten Distributed Bragg Reflector-Laserdioden der Fall ist. Das kreisförmige Strahlprofil von VCSEL-Laserdioden hat typischer weise einen Öffnungsvollwinkel von 10°, und zwar ohne jeden Astigmatismus. Dies ermöglicht eine gute Kollimierung des Strahls bereits mit einer einfachen Linse.A VCSEL diode also has a circular beam profile and not an elliptical beam profile like this with distributed feedback laser diodes or with so-called Distributed Bragg reflector laser diodes is the case. The circular beam profile of VCSEL laser diodes has more typical have an opening angle of 10 °, without any Astigmatism. This enables good collimation of the Already with a simple lens.
Weiterhin hat eine VCSEL-Diode nur einen geringen Betriebsstrom von typischerweise 6 mA und eine geringe thermische Verlustlei stung. Die Verlustleistung der Diode selbst liegt bei typi scherweise 15 mW, die des Kühlers bei unter 200 mW. Diese ge ringe Verlustleistung erwärmt die Umgebung nur unwesentlich, so daß die Diode innerhalb des Interferometergehäuses unterge bracht werden kann.Furthermore, a VCSEL diode has only a low operating current of typically 6 mA and a low thermal loss stung. The power loss of the diode itself is typi typically 15 mW, that of the cooler at less than 200 mW. This ge heat dissipation heats the environment only marginally, so that the diode within the interferometer housing can be brought.
Aus diesen Gründen sind sehr kompakte Abmessungen für das In terferometer möglich. Beispielsweise kann das Gehäuse einen Durchmesser von 8 mm und eine Länge von ebenfalls 8 mm haben, was die Unterbringung auch in kompakten Interferometern er laubt. For these reasons, very compact dimensions for the In terferometer possible. For example, the housing can 8 mm in diameter and 8 mm in length, what the placement even in compact interferometers he leaves.
Vor allem ist bei VCSEL-Dioden von Vorteil, daß die Emissions wellenlänge von typischerweise 770 nm im sichtbaren Bereich liegt und daher eine Einjustierung mit bloßem Auge und ohne In frarotsichtgerät möglich ist. Es ist auch eine unmittelbare Kontrolle des Einschaltzustandes möglich, weil die Referenz- Strahlungsquelle mit unbewaffnetem Auge dahingehend beobachtet werden kann, ob sie strahlt oder nicht.It is particularly advantageous with VCSEL diodes that the emissions Wavelength of typically 770 nm in the visible range lies and therefore an adjustment with the naked eye and without In infrared viewer is possible. It is also an immediate one Control of the switch-on status possible because the reference Radiation source observed with the naked eye whether it shines or not.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung ist für die Referenz-Strahlungsquelle eine Temperaturstabilisierung vorge sehen. Diese umfaßt weiter bevorzugt ein thermoelektrisches Element.In preferred embodiments of the invention is for Reference radiation source pre-temperature stabilization see. This further preferably comprises a thermoelectric Element.
Weiterhin wurde bereits erwähnt, daß besonders bevorzugt solche Laserdioden eingesetzt werden, die im sichtbaren Licht emittie ren.Furthermore, it has already been mentioned that those are particularly preferred Laser diodes are used that emit in visible light ren.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der bei gefügten Zeichnung.Further advantages result from the description and the at added drawing.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the above and the following standing features to be explained not only in each specified combination, but also in other combinations or can be used alone, without the scope of to leave the present invention.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.An embodiment of the invention is in the drawing shown and is described in more detail in the following description explained.
Die einzige Figur zeigt ein äußerst schematisiertes Block schaltbild eines Fourier-Transform-Infrarot-Spektrometers gemäß der vorliegenden Erfindung.The only figure shows an extremely schematic block circuit diagram of a Fourier transform infrared spectrometer according to of the present invention.
In der Figur ist mit 10 insgesamt ein Fourier-Transform- Infrarot-Spektrometer von an sich üblicher Bauweise darge stellt.In the figure, a Fourier transform is a total of 10 Infrared spectrometer of conventional construction Darge poses.
Die Funktionen des Spektrometers 10 werden von einer Steuerein heit 12 gesteuert. So verläuft von der Steuereinheit 12 eine erste Leitung 14 zu einer Infrarot-Meß-Strahlungsquelle 16, bspw. einem Glühstift. Das von der Quelle 16 ausgestrahlte Licht wird von einem ersten halbdurchlässigen sphärischen Spie gel 18 reflektiert und gelangt in den Bereich eines insgesamt mit dem Bezugszeichen 20 bezeichneten Michelson- Interferometers.The functions of the spectrometer 10 are controlled by a control unit 12 . Thus, a first line 14 runs from the control unit 12 to an infrared measuring radiation source 16 , for example a glow plug. The light emitted by the source 16 is reflected by a first semitransparent spherical mirror 18 and reaches the area of a Michelson interferometer, generally designated by the reference number 20 .
Das Interferometer 20 umfaßt einen raumfesten Planspiegel 22, einen dazu unter 90° angeordneten beweglichen Planspiegel 24 sowie einen unter 45° zu beiden Spiegeln 22 und 24 angeordneten halbdurchlässigen und beidseits reflektierenden Spiegel 26.The interferometer 20 comprises a spatially fixed plane mirror 22 , a movable plane mirror 24 arranged at 90 ° and a semitransparent mirror 26 which is arranged at 45 ° to both mirrors 22 and 24 and reflects on both sides.
Der bewegliche Planspiegel 24 ist senkrecht zu seiner Oberflä che verstellbar, und zwar über einen Aktuator 30, der von einer Stelleinheit 32 verfahren wird. Die Stelleinheit 32 ist über eine zweite Leitung 34 mit der Steuereinheit 12 verbunden.The movable plane mirror 24 is adjustable perpendicular to its surface, via an actuator 30 which is moved by an actuating unit 32 . The actuating unit 32 is connected to the control unit 12 via a second line 34 .
Das aus dem Interferometer 20 austretende Licht fällt auf einen zweiten halbdurchlässigen sphärischen Spiegel 40, wird dort ge bündelt und durchsetzt im Brennpunkt eine Probe 42. Von der Probe 42 gelangt das Licht auf einen ersten sphärischen Spiegel 44, wird von diesem wieder parallel ausgerichtet, fällt auf ei nen zweiten sphärischen Spiegel 46 und wird von diesem auf ei nen ersten Detektor 48 gebündelt. Der erste Detektor 48 emp fängt somit das Meßsignal der Probe 42. Der erste Detektor 48 ist über eine dritte Leitung 50 mit der Steuereinheit 12 ver bunden.The light emerging from the interferometer 20 falls on a second semi-transparent spherical mirror 40 , is bundled there and passes through a sample 42 at the focal point. From the sample 42 , the light reaches a first spherical mirror 44 , is aligned by this again in parallel, falls onto a second spherical mirror 46 and is bundled by the latter onto a first detector 48 . The first detector 48 thus receives the measurement signal of the sample 42 . The first detector 48 is connected to the control unit 12 via a third line 50 .
Um den spektralen Bereich durchzustimmen und damit ein IR- Spektrum der Probe 42 aufnehmen zu können, muß der optische Gangunterschied zwischen den Spiegeln 22 und 24 des Interfero meters 20 variiert werden. Dies geschieht durch Verfahren des beweglichen Spiegels 24 mittels des Aktuators 30.In order to tune the spectral range and thus be able to record an IR spectrum of the sample 42 , the optical path difference between the mirrors 22 and 24 of the interferometer 20 must be varied. This is done by moving the movable mirror 24 by means of the actuator 30 .
Um insoweit eine Lagesteuerung oder -regelung durchführen zu können, wird das Interferometer 20 in einem Referenzzweig auch zu diesem Zweck ausgenutzt.In order to be able to carry out position control or regulation in this respect, the interferometer 20 in a reference branch is also used for this purpose.
Es ist daher eine Infrarot-Referenz-Strahlungsquelle 60 vorge sehen. Die Strahlungsquelle 60 wird vorzugsweise mittels eines thermoelektrischen Elementes 61 temperaturstabilisiert. Außer dem wird sie in nicht weiter dargestellter Weise stromstabili siert. Hierzu dient eine vierte Leitung 62, die entsprechende Steuersignale von der Steuereinheit 12 überträgt.It is therefore seen an infrared reference radiation source 60 easily. The radiation source 60 is preferably temperature-stabilized by means of a thermoelectric element 61 . In addition, it is current stabilized in a manner not shown. A fourth line 62 is used for this purpose, which transmits corresponding control signals from the control unit 12 .
Das von der Referenz-Strahlungsquelle 60 ausgesandte Licht ge langt auf einen Umlenkspiegel 64 und wird dann im ersten halb durchlässigen sphärischen Spiegel 18 dem Meßlicht parallel bei gemischt. Es fällt somit in das Interferometer 20. Es wird folglich vom halbdurchlässigen Spiegel 26 direkt auf den beweg lichen Spiegel 24 umgelenkt und ein weiterer, durch den halb durchlässigen Spiegel 26 hindurchgetretener Anteil wird vom raumfesten Planspiegel 22 reflektiert und von der Rückseite des halbdurchlässigen Spiegels 26 in der Figur nach unten abge lenkt. Die beiden vorgenannten Teilstrahlen werden also am Aus gang des Interferometers 20 wieder zur Interferenz gebracht. Durch den zweiten halbdurchlässigen sphärischen Spiegel 40 wird der Referenzstrahl ausgekoppelt und gelangt auf einen zweiten Detektor 66. Der zweite Detektor 66 bildet ein Referenzsignal, das dem optischen Gangunterschied zwischen den Spiegeln 22 und 24 entspricht. Das Signal wird über eine fünfte Leitung 68 ebenfalls der Steuereinheit 12 zugeführt, die daraus ein geeig netes Stellsignal auf der zweiten Leitung 34 für die Stellein heit 32 erzeugt.The light emitted by the reference radiation source 60 reaches a deflecting mirror 64 and is then mixed in parallel in the first semitransparent spherical mirror 18 . It therefore falls into the interferometer 20 . It is consequently deflected by the semi-transparent mirror 26 directly onto the movable mirror 24 and a further portion which has passed through the semi-transparent mirror 26 is reflected by the fixed plane mirror 22 and deflected downward from the rear of the semi-transparent mirror 26 in the figure. The two aforementioned partial beams are thus brought back to interference at the output of the interferometer 20 . The reference beam is coupled out through the second semitransparent spherical mirror 40 and reaches a second detector 66 . The second detector 66 forms a reference signal which corresponds to the optical path difference between the mirrors 22 and 24 . The signal is also fed via a fifth line 68 to the control unit 12 , which generates a suitable actuating signal on the second line 34 for the actuating unit 32 therefrom.
Als Referenz-Strahlungsquelle 60 wird eine sogenannte Vertical Cavity Surface-Emitting-Laserdiode, abgekürzt "VCSEL" verwen det.A so-called vertical cavity surface-emitting laser diode, abbreviated "VCSEL", is used as the reference radiation source 60 .
Im Gegensatz zu herkömmlichen Strahlungsquellen, wie man sie bislang als Referenz-Strahlungsquellen zur Lageregelung beweg licher Spiegel in Interferometern eingesetzt hat, sind VCSEL- Dioden in der eingangs bereits erwähnten Weise langlebig, haben einen kreisförmiges Strahlprofil, eine geringe Verlustleistung sowie kompakte Abmessungen. Weiterhin gibt es VCSEL- Laserdioden, die im sichtbaren Bereich emittieren, bspw. bei 770 nm, so daß eine Justage mit unbewaffnetem Auge möglich ist.In contrast to conventional radiation sources, how to use them hitherto moved as reference radiation sources for position control mirror used in interferometers, VCSEL Long-lasting diodes in the manner already mentioned at the beginning a circular beam profile, low power dissipation as well as compact dimensions. There are also VCSEL Laser diodes that emit in the visible range, for example 770 nm, so that adjustment is possible with an unarmed eye.
VCSEL-Dioden der hier interessierenden Art sind kommerziell er hältlich, bspw. unter der Typenbezeichnung V-GMP-770-MTE von der Firma Laser Components GmbH, 82140 Olching.VCSEL diodes of the type of interest here are commercial available, for example under the type designation V-GMP-770-MTE from from Laser Components GmbH, 82140 Olching.
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