DE19944018A1 - Architektur für ein Luftturbulenz-kompensiertes Zwei-Wellenlängen-Heterodyninterferometer - Google Patents
Architektur für ein Luftturbulenz-kompensiertes Zwei-Wellenlängen-HeterodyninterferometerInfo
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Abstract
Die Vorrichtung mißt die Positionsänderung eines Stufenspiegels bezüglich eines Referenzspiegels, wenn sich der Stufenspiegel zwischen einer ersten und einer zweiten Position bewegt. Die Vorrichtung umfaßt eine Lichtquelle zum Erzeugen eines ersten und eines zweiten zusammenfallenden Lichtstrahls, wobei der erste Lichtstrahl eine Wellenlänge lambda¶1¶ hat, und wobei der zweite Lichtstrahl eine Wellenlänge lambda¶2¶ hat, wobei lambda¶1¶ = Mlambda¶2¶ gilt. Der erste Lichtstrahl umfaßt zwei orthogonal polarisierte Komponenten, die sich frequenzmäßig um eine erste Schwebungsfrequenz F¶ref¶(lambda¶1¶) unterscheiden. Der zweite Lichtstrahl umfaßt zwei orthogonal polarisierte Komponenten, die sich frequenzmäßig um eine zweite Schwebungsfrequenz F¶ref¶(lambda¶2¶) unterscheiden, wobei F¶ref¶(lambda¶2¶) = MF¶ref¶(lambda¶1¶) gilt, und wobei M eine Ganzzahl ist, die größer als 1 ist. Ein polarisationsabhängiger Strahlteiler richtet eine der orthogonal polarisierten Komponenten jedes Lichtstrahls zu dem Referenzspiegel, und die andere der orthogonal polarisierten Komponenten jedes Lichtstrahls zu dem Stufenspiegel. Der polarisationsabhängige Strahlteiler kombiniert ferner die orthogonal polarisierten Komponenten, nachdem die orthogonal polarisierten Komponenten entweder von dem Referenzspiegel oder von dem Stufenspiegel reflektiert worden sind. Die Lichtintensitäten der kombinierten Lichtstrahlen werden in einem ersten und einem zweiten Detektor gemessen. Die Ausgangssignale dieser Detektoren werden kombiniert, um eine ...
Description
Diese Erfindung bezieht sich auf Interferometer und insbe
sondere auf Interferometer zur Abstandsmessung, die die Ef
fekte einer atmosphärischen Turbulenz auf interferometrische
Messungen kompensieren.
Interferometer, die auf Laserstrahlen basieren, werden ver
wendet, um sehr genaue Verschiebungsmessungen durchzuführen,
wie sie beispielsweise bei der Steuerung von Wafer-Steppern
erforderlich sind, die bei der Herstellung von integrierten
Schaltungen (ICs) verwendet werden. Bei einem Laserinterfe
rometer zur Abstandsmessung wird Licht von einem Laser in
zwei Strahlen aufgeteilt. Der Referenzstrahl wird von einem
festen Referenzspiegel reflektiert, während der Meßstrahl
von einem sich bewegenden Meßspiegel reflektiert wird. Die
Strahlen werden an einem Detektor wieder kombiniert. Die
optische Intensität der kombinierten Strahlen hängt von der
Differenz der optischen Länge zwischen dem Referenz- und dem
Meßweg ab. Messungen des optischen Wegs bis zu einer Ge
nauigkeit eines Bruchteils der Wellenlänge des Lasers werden
routinemäßig erreicht.
Interferometer zur Abstandsmessung werden typischerweise in
DC- und in AC-Interferometer eingeteilt. Bei einem DC-Inter
ferometer emittiert der Laser eine einzige Frequenz. Nur
wenn der Meßspiegel bewegt wird, ist das Interferenzsignal
zeitlich variierend. Wenn der Meßspiegel fest ist, ist das
Interferenzsignal eine Konstante. Ungünstigerweise können
Störungen, wie z. B. eine Leistungsdrift des Lasers und ein
elektronisches Rauschen als Bewegungssignal fehlinterpre
tiert werden, besonders wenn der Meßspiegel fest ist.
Bei einem AC-Interferometer emittiert der Laser zwei opt
ische Frequenzen mit orthogonalen Polarisationen. Die zwei
optischen Frequenzen unterscheiden sich um einen kleinen
Betrag und einer der Strahlen wird entlang des Referenzwegs
gerichtet, während der andere entlang des zu messenden Wegs
gerichtet wird. Die Frequenzen werden mit einem polarisa
tionsabhängigen Strahlteiler geteilt, wobei eine Frequenz
zu dem Referenzspiegel geht, während die andere Frequenz zu
dem Meßspiegel geht. Wenn die Strahlen wieder kombiniert
werden, wird eine Schwebungsfrequenz bei der Differenz der
optischen Frequenzen erzeugt. Wenn der Meßspiegel bewegt
wird, verschiebt sich die Schwebungsfrequenz aufgrund der
durch die Bewegung eingeführten Doppler-Verschiebung. Bei
dieser Anordnung wird die Abstandsmessung erhalten, indem
die Differenz der betrachteten Frequenz, wenn der Meßspiegel
bewegt wird, und der Frequenz genommen wird, wenn beide
Spiegel fest sind. Diese letztere Frequenz wird erhalten,
indem ein Anteil des Ausgangssignals des Lasers auf einen
geeigneten Detektor gerichtet wird, um die Schwebungsfre
quenz zu erzeugen. Da nur die Komponente des Rauschens in
nerhalb des Frequenzbandes zwischen der Referenzschwebungs
frequenz und der beobachteten Schwebungsfrequenz, die be
obachtet wird, wenn der Spiegel bewegt wird, das Signal
stören kann, werden die Auswirkungen von Rauschen bei AC-
Interferometern wesentlich reduziert.
Somit erzeugt der Detektor ein AC-Signal (AC = Alternating
Current = Wechselstrom), wenn der Meßspiegel fest ist, und
wenn er bewegt wird. Es ist einfacher, Rauschen bei einem
zeitlich variierenden Signal zu unterdrücken, als bei einem
konstanten Signal. Daher ist die AC-Interferometrie genauer
als die DC-Interferometrie aufgrund ihrer überlegenen Fähig
keit, Rauschen zu unterdrücken.
Der Abstand, der durch Beobachten der oben beschriebenen
Frequenzdifferenz oder durch Zählen von Rändern im Fall ei
nes DC-Interferometers gemessen wird, ist die Differenz des
optischen Wegs zwischen dem Referenzarm des Interferometers
und dem Arm, der den sich bewegenden Spiegel enthält. In den
meisten Fällen ist der interessierende Paramater die Dif
ferenz im physischen Abstand. Die physische Weglänge ist die
optische Weglänge geteilt durch den mittleren Brechungsindex
der Luft in dem Weg, der von den Lichtstrahlen durchschrit
ten wird. Daher müssen die interferometrischen Messungen be
züglich des Brechungsindex der Luft entlang des Wegs korri
giert werden. In der Praxis kann die Luft entlang des Meß
wegs Turbulenzen, besonders in der Region, die die Waferstu
fe eines Steppers umgibt, umfassen. Der Brechungsindex hängt
von der lokalen Luftdichte entlang des Wegs ab. Daher wer
den, wenn der Brechungsindex in dem tatsächlichen Weg zum
Zeitpunkt des Durchführens der Messung nicht bekannt ist,
beim Umwandeln von der optischen Weglänge in die physische
Distanz Fehler gemacht. Mit zunehmender Verkleinerung der
Größen von Merkmalen in Schaltungen können die Fehler, die
aufgrund einer Luftturbulenz resultieren, zu ernsthaften
Positionsmeßfehlern führen. Daher wurden Verfahren zum Mes
sen des Brechungsindexes gleichzeitig zu der optischen Weg
länge vorgeschlagen.
Ein Verfahren zum gleichzeitigen Bestimmen der Luftdichte
und der physischen Weglänge besteht darin, die gemessenen
Beziehungen zwischen dem Brechungsindex von Luft, der Dichte
von Luft und der optischen Weglänge zu verwenden. Da sich
der Brechungsindex mit der Wellenlänge verändert, können die
mittlere Dichte und daher der Brechungsindex durch Messen
der optischen Weglänge bei zwei oder mehreren Wellenlängen
abgeleitet werden.
Meßsysteme, die auf einem Messen der optischen Weglänge bei
zwei sehr weit voneinander beabstandeten Frequenzen basie
ren, sind in der Technik bekannt. Beispielsweise beschreibt
Lis (U.S.-Patent Nr. 5,404,222) ein System, bei dem zwei
Laser verwendet werden, um die optische Weglänge bei unter
schiedlichen Frequenzen zu messen. Das von Lis offenbarte
System erfordert ein viel komplexeres optisches System, als
es bei einem herkömmlichen AC-Interferometer verwendet wird.
Dieses System erfordert drei Wellenlängen und mehrere Ab
standsmessungen, um eine Luftturbulenz zu korrigieren.
Zusätzlich hat das System ein schlechtes Signal/Rausch-
Verhältnis, da es auf einer nicht-resonanten Erzeugung der
zweiten Harmonischen aufbaut, um die mehreren Wellenlängen
zu liefern. Das System baut ferner auf teuren optischen
Techniken auf, um ein Korrektursignal zu erzeugen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
einfachere Vorrichtung zum Messen einer Positionsänderung zu
schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Patentan
spruch 1 gelöst.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß
sie ein Interferometer beschafft, das automatisch Turbu
lenzen entlang des gemessenen optischen Weges kompensiert.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht
darin, daß sie ein Interferometer schafft, das weniger kom
plex als bekannte Interferometer ist, die Turbulenzen kom
pensieren.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
zum Messen der Positionsänderung eines Stufenspiegels be
züglich eines Referenzspiegels, wenn der Stufenspiegel zwi
schen einer ersten und einer zweiten Position bewegt wird.
Die Vorrichtung umfaßt eine Lichtquelle zum Erzeugen eines
ersten und eines zweiten zusammenfallenden Lichtstrahls,
wobei der erste Lichtstrahl eine Wellenlänge λ1 aufweist,
und wobei der zweite Lichtstrahl eine Wellenlänge λ2 auf
weist, wobei gilt: λ1 = M = λ2. Der erste Lichtstrahl umfaßt
zwei orthogonal polarisierte Komponenten, die sich frequenz
mäßig um eine erste Schwebungsfrequenz Fref(λ1) unterschei
den und der zweite Lichtstrahl umfaßt zwei orthogonal pola
risierte Komponenten, die sich frequenzmäßig um eine zweite
Schwebungsfrequenz Fref(λ2) unterscheiden, wobei gilt:
Fref(λ2) = M Fref(λ1), und wobei ferner gilt, daß M eine
Ganzzahl ist, die größer als 1 ist. Ein polarisationsabhän
giger Strahlteiler richtet eine der orthogonal polarisierten
Komponenten jedes Lichtstrahls zu dem Referenzspiegel und
die andere der orthogonal polarisierten Komponenten jedes
Lichtstrahls zu einem Stufenspiegel. Der polarisationsabhän
gige Strahlteiler rekombiniert ferner die orthogonal polari
sierten Komponenten, nachdem die orthogonal polarisierten
Komponenten entweder durch den Referenzspiegel oder durch
den Stufenspiegel reflektiert worden sind. Ein erster Detek
tor mißt die Lichtintensität in dem ersten Lichtstrahl,
nachdem die orthogonal polarisierten Komponenten des ersten
Lichtstrahls durch den polarisationsabhängigen Strahlteiler
wieder kombiniert worden sind, um ein erstes Detektorsignal
mit einem Betrag zu erzeugen, der gleich der Lichtintensität
an dem ersten Detektor ist, wobei das erste Detektorsignal
mit einer Augenblicksfrequenz F1(t) oszilliert. Ein zweiter
Detektor mißt die Lichtintensität in dem zweiten Licht
strahl, nachdem die orthogonal polarisierten Komponenten des
zweiten Lichtstrahls durch den polarisationsabhängigen
Strahlteiler wieder kombiniert worden sind. Der zweite De
tektor erzeugt ein zweites Detektorsignal mit einem Betrag
gleich der Lichtintensität an dem zweiten Detektor, wobei
das zweite Detektorsignal mit einer Augenblicksfrequenz
F2(t) oszilliert. Ein Referenzsignalgenerator erzeugt ein
Referenzsignal, das mit Fref(λ1) oszilliert. Eine Schaltung
zur Messung des optischen Weges mißt die Differenz der An
zahl der Schwingungen des zweiten Detektorsignals und des
Referenzsignalgenerators während der Zeitdauer, in der sich
der Stufenspiegel von der ersten Position zu der zweiten
Position bewegt. Eine Korrekturausdruckschaltung mißt die
Anzahl von Schwingungen in einem Signal mit einer Augen
blicksfrequenz gleich MF1(t) - F2(t) während der Zeitdauer, in
der sich der Stufenspiegel von der ersten Position zu der
zweiten Position bewegt. Bei dem bevorzugten Ausführungs
beispiel der vorliegenden Erfindung beträgt M = 2.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegende Figur
erörtert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Laserinterferometers gemäß
der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Laserinterferometers 10
gemäß der vorliegenden Erfindung, um die Abstandsdifferenz
zwischen einem Referenzspiegel 21 und einem bewegbaren Spie
gel 22 zu messen. Eine Lichtquelle 11 erzeugt zwei orthogo
nal polarisierte Teilfrequenz-Wellen bei zwei Wellenlängen
λ1 und λ2 = λ1/2. Die Wellen sind als zwei getrennte Strahlen
gezeichnet, um die Zeichnung zu vereinfachen. Es sei jedoch
darauf hingewiesen, daß die zwei Strahlen räumlich zusam
menfallend sind. Der Strahl mit λ1 ist bei 12 gezeigt. Der
Strahl mit λ2 ist bei 13 gezeigt. Jeder Strahl besteht aus
zwei orthogonal polarisierten Komponenten, die sich fre
quenzmäßig um 5 bis 10 MHz unterscheiden. Die optimale
Frequenzdifferenz wird durch die maximale Geschwindigkeit
bestimmt, mit der sich die Stufe bewegt. Ein Laser mit den
erforderlichen Eigenschaften ist in dem U.S.-Patent Nr.
5,732,095 beschrieben, das hierin durch Bezugnahme aufgenom
men ist.
Jeder Strahl wird durch einen Polarisationsstrahlteiler 17
aufgeteilt, so daß eine Komponente auf einen Referenzspiegel
21 gerichtet wird, und die andere Komponente zu einem Stu
fenspiegel 22 gerichtet wird. Eine Viertelwellenplatte 14
liefert eine 90°-Drehung der Polarisation der Komponenten,
die von dem Referenzspiegel reflektiert werden. Daher laufen
bei ihrer Rückkehr zu dem Strahlteiler 17 diese Komponenten
durch den Strahlteiler und erreichen die Detektoren 23 und
24 über einen Polarisationsanalysator 25. Der Analysator 25
erzeugt ein Schwebungssignal aus den orthogonal polarisier
ten Strahlen, die von dem Referenz- und dem Meßspiegel kom
men. Derselbe ist mit 45° zu den Polarisationsrichtungen
dieser Strahlen ausgerichtet. Auf ähnliche Art und Weise
liefert eine Viertelwellenplatte 15 eine 90°-Drehung der
Polarisation der Komponenten, die durch den Strahlteiler 17
laufen und von dem Stufenspiegel 22 reflektiert werden.
Daher werden bei ihrer Rückkehr zu dem Strahlteiler 17 diese
Komponenten ebenfalls in die Detektoren 23 und 24 reflek
tiert. Der Detektor 23 hat ein geeignetes Filter, um seine
Erfassung auf das Licht bei den Frequenzen in dem Strahl 12
zu begrenzen. Der Detektor 24 hat ein Filter, um seine Er
fassung auf das Licht bei den Frequenzen in dem Strahl 13 zu
begrenzen.
Ein dritter Detektor 27 und ein zweiter Analysator 28 erzeu
gen ein Referenzsignal aus dem Ausgangssignal der Lichtquel
le 11 bei λ2. Ein nicht-polarisierender Strahlteiler 16 wird
verwendet, um einen Abschnitt des Laserausgangssignals zu
dem Detektor 27 umzuleiten, der ein Filter hat, das Licht
mit der Wellenlänge λ1 blockiert.
Für diese Erörterung sei angenommen, daß die zwei Komponen
ten der Schwebung mit einer Wellenlänge λ1 um 10 MHz unter
schiedlich sind, und daß M = 2 gilt, d. h. λ1 = 2λ2. Daher wird
das Ausgangssignal des Detektors 27 eine Schwebungsfrequenz
bei 10 MHz haben. Das Ausgangssignal wird allein durch das
Aufteilen in der Laserlinie bestimmt. Die Schwebungsfre
quenz, die durch den Detektor 24 erzeugt wird, wird bezüg
lich dieser Referenzfrequenz um einen Betrag Doppler-ver
schoben, der von der Geschwindigkeit abhängt, mit der sich
die Stufe bewegt.
Die Frequenzdifferenz zwischen den Komponenten des Strahls
bei λ2 wird durch die Differenz bei λ1 bestimmt. Daher wird
bei dem vorliegenden Beispiel das Ausgangssignal des Detek
tors 23 eine Schwebungsfrequenz von 20 MHz haben, die um ei
nen Betrag Doppler-verschoben ist, der von der Geschwindig
keit abhängt, mit der sich die Stufe bewegt.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Beobachtung, daß
die optische Weglänge PAB(λ), die dem Spiegel entspricht,
der von einer Position A zu einer Position B bewegt wird,
auf den Abstand LAB, der von dem Spiegel zurückgelegt wird,
und auf den Brechungsindex von Luft bei der Meßwellenlänge
bezogen ist. Der Zusammenhang lautet folgendermaßen:
Dabei ist n(λ) der Brechungsindex von Luft bei λ. Wenn Glei
chung (1) auf die zwei Frequenzen angewendet wird und nach
LAB aufgelöst wird, ergibt sich Gleichung (2):
Es gilt:
Für i gilt: i = 1,2. Hier ist p die Dichte von Luft. Es sollte
angemerkt werden, daß Gleichung (2) nicht von p abhängt. Da
her ist der aus Gleichung (2) berechnete Abstand bezüglich
jeglicher Turbulenz korrigiert.
Für AC-Interferometriemessungen ist die optische Weglänge
auf die Frequenzdifferenz der zwei polarisierten Zustände
bei der Strahlenfrequenz bezogen, die durch die Augenblicks
stufengeschwindigkeit Doppler-verschoben ist. Es gilt:
Hier ist Fλ(t) die Schwebungsfrequenz gemessen zum Zeitpunkt
t von dem Detektor, der abgestimmt ist, um die Wellenlänge λ
zu erfassen. Fref(λ) ist die Referenzschwebungsfrequenz bei
der Wellenlänge λ, d. h. die Schwebungsfrequenz, wenn sich
die Stufe nicht bewegt. Wie es oben angemerkt worden ist,
gilt: λ1 = 2λ2 und Fref(λ2) = 2Fref(λ1). Damit ergibt sich:
Es sollte angemerkt werden, daß das Integral nur der Zähl
wert ist, der von einem Zähler akkumuliert wird, dessen
Eingangssignal die Differenz zwischen dem Doppelten der
unteren Schwebungsfrequenz und der höheren Schwebungs
frequenz während der Zeit ist, während der sich die Stufe
von einer Position A zu einer Position B bewegt. Bei dem
bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
wird diese Frequenz unter Verwendung einer Frequenzverdopp
lungsschaltung 34 erzeugt, um die Schwebungsfrequenz von dem
Detektor 23 zu verdoppeln, und unter Verwendung eines Mi
schers 32, um die Differenz der verdoppelten Schwebungsfre
quenz und der Schwebungsfrequenz, die durch den Detektor 24
gemessen wird, zu bilden. Das resultierende Differenzsignal
wird durch einen Korrekturgenerator 33 integriert, der die
Korrektur ferner mit folgender Größe multipliziert:
Der optische Weg bei λ2 wird durch die Schaltung 31 erzeugt,
die die Differenz zwischen der Schwebungsfrequenz von dem
Detektor 24 und der Referenzfrequenz von dem Detektor 27
während der Zeitdauer akkumuliert, während der die Stufe von
einer Position A zu einer Position B bewegt wird. Die akku
mulierte Differenz wird mit λ2/4π multipliziert, um die op
tische Wegmessung PAB(λ2) zu erzeugen. Ein Subtrahierer 34
liefert die korrigierte Abstandsmessung durch Berechnen der
Differenz zwischen der Messung des optischen Wegs und dem
Korrekturterm.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung verwenden zwei Strahlen, die sich frequenzmäßig um
einen Faktor 2 unterscheiden. Es sei jedoch darauf hingewie
sen, daß die vorliegende Erfindung mit zwei Strahlen prakti
ziert werden kann, die sich um einen beliebigen ganzzahligen
Faktor frequenzmäßig unterscheiden.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung verwenden ferner spezifische Schaltungsanordnungen
zum Berechnen der Differenz der Schwebungsfrequenzen. Es ist
jedoch offensichtlich, daß andere Schaltungen verwendet wer
den können, ohne von den Lehren der vorliegenden Erfindung
abzuweichen. Beispielsweise können die einzelnen Schwebungs
frequenzen über die Bewegung der Stufe und den Korrektur
term, der aus den akkumulierten Differenzen bestimmt wird,
getrennt integriert werden.
Claims (5)
1. Vorrichtung (10) zum Messen der Positionsänderung eines
Stufenspiegels (22) bezüglich eines Referenzspiegels
(21), wenn sich der Stufenspiegel zwischen einer ersten
und einer zweiten Position bewegt, mit folgenden Merkma
len:
einer Lichtquelle (11) zum Erzeugen eines ersten und ei nes zweiten zusammenfallenden Lichtstrahls, wobei der erste Lichtstrahl (12) eine Wellenlänge λ1 hat, und wo bei der zweite Lichtstrahl (13) eine Wellenlänge λ2 hat, wobei λ1 = Mλ2 gilt, wobei der erste Lichtstrahl (12) zwei orthogonal polarisierte Komponenten aufweist, die sich in der Frequenz um eine erste Schwebungsfrequenz Fref(λ1) unterscheiden, und wobei der zweite Lichtstrahl (13) zwei orthogonal polarisierte Komponenten aufweist, die sich in der Frequenz um eine zweite Schwebungsfre quenz Fref(λ2) unterscheiden, wobei Fref(λ2) = M Fref(λ1) gilt, wobei M eine Ganzzahl größer als 1 ist;
einem polarisationsabhängigen Strahlteiler (17) zum Richten von einer der orthogonal polarisierten Komponen ten jedes Lichtstrahls zu dem Referenzspiegel (21), und der anderen der orthogonal polarisierten Komponenten jedes Lichtstrahls zu dem Stufenspiegel (22), und zum Kombinieren der orthogonal polarisierten Komponenten, nachdem die orthogonal polarisierten Komponenten von entweder dem Referenzspiegel (21) oder dem Stufenspiegel (22) reflektiert worden sind;
einem ersten Detektor (23) zum Erfassen der Lichtinten sität in dem ersten Lichtstrahl (12), nachdem die ortho gonal polarisierten Komponenten des ersten Lichtstrahls (12) von dem polarisationsabhängigen Strahlteiler (17) kombiniert worden sind, wobei der erste Detektor (23) ein erstes Detektorsignal mit einem Betrag gleich der Lichtintensität an dem ersten Detektor (23) erzeugt, wobei das erste Detektorsignal mit einer Augenblicksfre quenz F1(t) oszilliert;
einem zweiten Detektor (24) zum Erfassen der Lichtinten sität in dem zweiten Lichtstrahl (13), nachdem die or thogonal polarisierten Komponenten des zweiten Licht strahls (13) durch den polarisationsabhängigen Strahl teiler (17) kombiniert worden sind, wobei der zweite Detektor (24) ein zweites Detektorsignal mit einem Betrag gleich der Lichtintensität an dem zweiten Detek tor (24) erzeugt, wobei das zweite Detektorsignal mit einer Augenblicksfrequenz F2(t) oszilliert;
einem Referenzsignalgenerator (27) zum Erzeugen eines Referenzsignals, das bei der zweiten Schwebungsfrequenz oszilliert;
einer Schaltung (31) zum Messen des optischen Wegs, um die Differenz der Anzahl der Schwingungen des zweiten Detektorsignals und des Referenzsignalgenerators (27) während der Zeitdauer zu messen, in der sich der Stufen spiegel (22) von der ersten Position zu der zweiten Po sition bewegt, und zum Erzeugen eines Optischer-Weg- Signals, das die Differenz anzeigt; und
einer Korrekturtermschaltung (33) zum Messen der Anzahl von Schwingungen in einem Signal, das MF1(t) - F2(t) auf weist, während der Zeitdauer, in der sich der Stufen spiegel (22) von der ersten Position zu der zweiten Position bewegt, und zum Erzeugen eines Korrektursi gnals, das die gemessene Anzahl von Schwingungen an zeigt.
einer Lichtquelle (11) zum Erzeugen eines ersten und ei nes zweiten zusammenfallenden Lichtstrahls, wobei der erste Lichtstrahl (12) eine Wellenlänge λ1 hat, und wo bei der zweite Lichtstrahl (13) eine Wellenlänge λ2 hat, wobei λ1 = Mλ2 gilt, wobei der erste Lichtstrahl (12) zwei orthogonal polarisierte Komponenten aufweist, die sich in der Frequenz um eine erste Schwebungsfrequenz Fref(λ1) unterscheiden, und wobei der zweite Lichtstrahl (13) zwei orthogonal polarisierte Komponenten aufweist, die sich in der Frequenz um eine zweite Schwebungsfre quenz Fref(λ2) unterscheiden, wobei Fref(λ2) = M Fref(λ1) gilt, wobei M eine Ganzzahl größer als 1 ist;
einem polarisationsabhängigen Strahlteiler (17) zum Richten von einer der orthogonal polarisierten Komponen ten jedes Lichtstrahls zu dem Referenzspiegel (21), und der anderen der orthogonal polarisierten Komponenten jedes Lichtstrahls zu dem Stufenspiegel (22), und zum Kombinieren der orthogonal polarisierten Komponenten, nachdem die orthogonal polarisierten Komponenten von entweder dem Referenzspiegel (21) oder dem Stufenspiegel (22) reflektiert worden sind;
einem ersten Detektor (23) zum Erfassen der Lichtinten sität in dem ersten Lichtstrahl (12), nachdem die ortho gonal polarisierten Komponenten des ersten Lichtstrahls (12) von dem polarisationsabhängigen Strahlteiler (17) kombiniert worden sind, wobei der erste Detektor (23) ein erstes Detektorsignal mit einem Betrag gleich der Lichtintensität an dem ersten Detektor (23) erzeugt, wobei das erste Detektorsignal mit einer Augenblicksfre quenz F1(t) oszilliert;
einem zweiten Detektor (24) zum Erfassen der Lichtinten sität in dem zweiten Lichtstrahl (13), nachdem die or thogonal polarisierten Komponenten des zweiten Licht strahls (13) durch den polarisationsabhängigen Strahl teiler (17) kombiniert worden sind, wobei der zweite Detektor (24) ein zweites Detektorsignal mit einem Betrag gleich der Lichtintensität an dem zweiten Detek tor (24) erzeugt, wobei das zweite Detektorsignal mit einer Augenblicksfrequenz F2(t) oszilliert;
einem Referenzsignalgenerator (27) zum Erzeugen eines Referenzsignals, das bei der zweiten Schwebungsfrequenz oszilliert;
einer Schaltung (31) zum Messen des optischen Wegs, um die Differenz der Anzahl der Schwingungen des zweiten Detektorsignals und des Referenzsignalgenerators (27) während der Zeitdauer zu messen, in der sich der Stufen spiegel (22) von der ersten Position zu der zweiten Po sition bewegt, und zum Erzeugen eines Optischer-Weg- Signals, das die Differenz anzeigt; und
einer Korrekturtermschaltung (33) zum Messen der Anzahl von Schwingungen in einem Signal, das MF1(t) - F2(t) auf weist, während der Zeitdauer, in der sich der Stufen spiegel (22) von der ersten Position zu der zweiten Position bewegt, und zum Erzeugen eines Korrektursi gnals, das die gemessene Anzahl von Schwingungen an zeigt.
2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, die ferner eine Schal
tung (34) zum Bilden einer linear gewichteten Differenz
des Optischer-Weg-Signals und des Korrektursignals auf
weist.
3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die
Korrekturtermschaltung (33) eine Frequenzmultiplikati
onsschaltung (34) zum Erzeugen eines Signals, das das
M-fache der Frequenz des ersten Detektorsignals hat, und
einen Mischer (32) zum Subtrahieren des erzeugten
Signals von dem zweiten Detektorsignal aufweist.
4. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, bei der M = 2 gilt.
5. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, bei der der Referenzsignalgenerator (27) einen
Strahlteiler (16) zum Richten eines Abschnitts des zwei
ten Lichtstrahls (13) auf einen Lichtdetektor (27) auf
weist, der das Referenzsignal erzeugt.
Applications Claiming Priority (2)
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US09/227,998 US6014216A (en) | 1999-01-08 | 1999-01-08 | Architecture for air-turbulence-compensated dual-wavelength heterodyne interferometer |
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