DE3700275A1

DE3700275A1 - Optical double-pass interferometer and method for manufacturing it

Info

Publication number: DE3700275A1
Application number: DE19873700275
Authority: DE
Inventors: Charles R Anderson
Original assignee: Nicolet Instrument Corp
Current assignee: Thermo Electron Scientific Instruments LLC
Priority date: 1986-03-17
Filing date: 1987-01-07
Publication date: 1987-09-24

Abstract

A device and a method for converting a customary Michelson interferometer into a double-pass interferometer with a high resolution are disclosed. The Michelson interferometer contains means (14) for dividing an incident beam into a first and second beam, means (10, 12) for propagating the first and second beam through a first and second optical path (18, 20), means (14) for reuniting the first and the second beam forming a composite output beam and means (26) for identifying an interference pattern in the composite output beam. According to the invention, a beam splitter (32) is provided which is positioned in such a way that it directs back part of the composite output beam to the interferometer as a composite incident beam, and a band filter (34) is provided which is positioned between the beam splitter (32) and the detector (26) in order to filter out from the composite output beam part of it which has been passed twice through the interferometer. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf optische Interferometer, insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Umwandlung eines Michelson-Interferometers in ein Doppeldurchgangsinterferometer.The invention relates to optical interferometers, in particular to an apparatus and a method to convert a Michelson interferometer into a Double pass interferometer.

Interferometer sind bekannte optische Geräte, die üblicher weise zum Messen unbekannter Längen vermittels bekannter Lichtwellenlängen verwendet werden. Ultrapräzisions positioniersysteme, Präzisionslängenmessung, Dickenbe stimmung und Fourier-Spektroskopie sind nur einige der vielen Anwendungen, bei denen Interferometer gefunden werden.Interferometers are known optical devices that are more common way of measuring unknown lengths using known ones Light wavelengths are used. Ultra precision positioning systems, precision length measurement, Dickenbe mood and Fourier spectroscopy are just a few of the many applications where interferometers are found will.

Bei einem typischen Amplituden-spaltenden Interferometer trifft ein Einfallstrahlenbündel auf einen Strahlspalter und wird in einen ersten und einen zweiten Strahl ge spalten. Jeder dieser beiden Strahlen wird durch einen separaten optischen Weg fortgepflanzt und vor der Wieder vereinigung moduliert. Die rekombinierten Strahlen bilden ein Ausgangsstrahlenbündel, welches auf einen Detektor fällt. Ein Interferenzmuster oder Interferogramm in dem Ausgangsstrahl zeigt die Differenz in der Länge zwischen dem ersten und dem zweiten optischen Weg an. Der Detektor er zeugt ein elektrisches Signal als Funktion des Interferenz musters.In a typical amplitude splitting interferometer an incident beam hits a beam splitter and is ge in a first and a second beam columns. Each of these two rays is represented by one propagated separate optical path and before re union modulated. Form the recombined rays an output beam which is directed onto a detector falls. An interference pattern or interferogram in the Output beam shows the difference in length between the first and the second optical path. The detector he generates an electrical signal as a function of interference pattern.

Spiegel, Tripelprismen oder ähnliche optische Reflexions mittel werden gewöhnlich verwendet, um den ersten und den zweiten Strahl durch ihre getrennten optischen Wege zu leiten. Mindestens einer dieser Reflektoren ist beweg bar, um die Länge von einem der optischen Wege einstellen zu können. Das einfallende Strahlenbündel wird dadurch moduliert und das Interferenzmuster in dem Ausgangsstrahlen bündel erzeugt.Mirrors, triple prisms or similar optical reflections means are usually used to the first and the second beam through their separate optical paths to lead. At least one of these reflectors is moving bar to adjust the length of one of the optical paths to be able to. The incident beam of rays is thereby modulates and the interference pattern in the output beams bundle generated.

In der Praxis wird der bewegbare Reflektor in einer linearen Richtung zyklisch und mit einer konstanten Geschwindigkeit zwischen zwei Endstellungen bewegt. Der Abstand, welcher die beiden Endstellungen voneinander trennt, ist als die Überstreichlänge (stroke length) bekannt. Die Breite der Seitenstrahlungslappen in dem Interferenzmuster und daher das Auflösevermögen ist proportional der Überstreich länge. Das Interferenzmuster wird mit einer Frequenz auf die Mitte eingestellt, die proportional der Geschwindig keit ist und daher mit der Frequenz, mit welcher der bewegliche Reflektor zwischen den zwei Endstellungen periodisch hin- und herläuft. In practice, the movable reflector is linear Direction cyclically and at a constant speed moved between two end positions. The distance which separating the two end positions is as the stroke length is known. The width of the side radiation lobes in the interference pattern and therefore the resolving power is proportional to the sweep length. The interference pattern is at a frequency set to the middle, which is proportional to the speed speed and therefore with the frequency with which the movable reflector between the two end positions runs back and forth periodically.

Verschiedene Typen von Antriebssystemen werden verwendet, um den beweglichen Reflektor zwischen seinen Endstellungen periodisch hin- und herzubewegen. Bei den optischen Frequenzen, bei welchen ein Interferometer arbeitet, sind die Systemtoleranzen kritisch. Der Reflektor muß mit einer extrem konstanten Geschwindigkeit bewegt werden, eigentlich ohne jede Schwingung. Änderungen in jedem dieser beiden Parametern verursacht, daß das Interferenzmuster aus seiner Mittenfrequenz verschoben wird. Es wird zunehmend schwieriger, ein Antriebssystem zu entwerfen, das diesen Zwängen gerecht wird, wenn die Überstreichlänge, über welche der Reflektor getrieben werden muß, vergrößert wird. Wie schon erwähnt, steigt das Systemauflösevermögen, wenn die Überstreichlänge zunimmt. Der Systemaufbau verlangt daher technisches Ausbalancieren zwischen Geschwindigkeits- und Schwingungs höhe einerseits und dem Auflösevermögen andererseits.Different types of drive systems are used around the movable reflector between its end positions periodically back and forth. With the optical Frequencies at which an interferometer works are the system tolerances critical. The reflector must be fitted with a extremely constant speed, actually without any vibration. Changes in either of these Parameters caused the interference pattern from its Center frequency is shifted. It's getting increasingly difficult to design a drive system that meets these constraints if the sweep length over which the reflector must be driven, is enlarged. As already mentioned, the system resolving power increases when the stroke length increases. The system structure therefore requires technical Balancing between speed and vibration height on the one hand and the resolving power on the other.

Es ist bekannt, daß das Auflösevermögen eines Interfero meters verdoppelt werden kann, wenn das Ausgangsstrahlungs bündel ein zweites Mal durch das Interferometer zurückge leitet wird. Das Einfallstrahlenbündel wird dadurch zweimal moduliert, wobei die Breite der Seitenlappen des Interferenzmusters verdoppelt wird. Diese Zunahme des Auflösevermögens wird ohne Erhöhung des Abstandes, über welchen der bewegliche Reflektor periodisch hin- und herbewegt wird, erhalten und daher ohne die zusätzlichen Kosten und geringeren Toleranzen eines Antriebssystems, das zur Verwirklichung dieser Änderung benötigt wird.It is known that the resolving power of an Interfero meters can be doubled if the output radiation bundle back through the interferometer a second time is leading. As a result, the incident beam is twice modulated, the width of the side tabs of the Interference pattern is doubled. This increase in Resolving power is about without increasing the distance which the movable reflector periodically reciprocates is received and therefore without the additional cost and lower tolerances of a drive system that Realization of this change is needed.

Ein solches Doppeldurchlaßinterferometer ist beschrieben von S. J. Bennett in Optical Communications, Vol. 4, Nr. 6, Seiten 428-430, März 1972. Die einfallende Strahlung trifft auf einen polarisierenden Strahlenspalter, wodurch die reflektierten und durchgelassenen Strahlen orthogonal polarisiert und entlang der separaten optischen Wege fortgepflanzt werden. Eine Viertel-Wellen-Platte wird in jedem optischen Weg in Stellung gebracht. Daher geht jeder Strahl durch eine Viertel-Wellen-Platte hindurch, bevor er von einem der Interferometerspiegel reflektiert wird, und passiert die Viertel-Wellen-Platte ein zweites Mal. Die Polarisationsebene jedes Strahles wird daher um 90° gedreht, bevor er zu dem Strahlenspalter zurückkehrt. Beide Strahlen treten dann aus dem Würfeleckenreflektor aus, wobei der Strahl, der zuerst reflektiert worden ist, jetzt durch den Strahlenspalter hindurchgeht, während der Strahl, der zuerst durchgelassen wurde, jetzt reflektiert wird. Die retro-reflektierten Strahlen, die aus dem Würfeleckenreflektor austreten, werden zu dem Strahlenspalter zurückgeführt, welcher sie ein zweites Mal durch die separaten optischen Wege leitet. Nachdem sie um weitere 90° durch zwei weitere Durchgänge durch die Viertel-Wellen- Platten gedreht worden sind, treffen die beiden Strahlen auf den Strahlenspalter und verlassen das Interferometer parallel zum einfallenden Strahl. Das Interferenzmuster dieser doppelt durchgegangenen Ausgangsstrahlung kann dann nachgewiesen werden.Such a double-pass interferometer is described by S. J. Bennett in Optical Communications, Vol. 4, No. 6, pages 428-430, March 1972. The incident radiation strikes a polarizing beam splitter, causing the reflected and transmitted rays are orthogonal polarized and along the separate optical paths be propagated. A quarter-wave plate is in positioned in every optical path. So everyone goes Beam through a quarter-wave plate before it is reflected by one of the interferometer mirrors, and passes the quarter-wave plate a second time. The polarization plane of each beam is therefore 90 ° rotated before returning to the beam splitter. Both rays then emerge from the cube corner reflector off, with the beam that was first reflected now goes through the splitter while the Beam that was first transmitted is now reflected becomes. The retro-reflected rays emanating from the Cube corner reflectors emerge, become the beam splitter , which led them a second time through the separate optical paths. After looking for more 90 ° through two further passes through the quarter-wave Plates have been turned, hit the two beams on the beam splitter and leave the interferometer parallel to the incident beam. The interference pattern this double-passed output radiation can then be detected.

In dem U.S. Patent 43 34 778 (Pardue et al) ist ein Dual- Oberflächen-Interferometer offenbart, das nach einem ähnlichen Prinzip arbeitet wie das in dem Artikel von Bennett beschriebene. Lichtstrahlen von zwei verschiedenen Frequenzen werden orthogonal polarisiert und durch ein Interferometer geleitet. Die Doppler-Frequenzverschiebung in einem der Strahlen entspricht der Richtung und Geschwindigkeit der relativen Versetzung der entgegengesetzt reflektierenden Oberflächen.In the U.S. Patent 43 34 778 (Pardue et al) is a dual Surface interferometer disclosed that according to a Similar principle works as that in the article by Bennett described. Beams of light from two different Frequencies are polarized orthogonally and by a Interferometer directed. The Doppler frequency shift in one of the rays corresponds to the direction and Speed of relative displacement of the opposite reflective surfaces.

In der US-PS 31 09 049 (Williams) ist ein Interferometer beschrieben, in welchem einfallendes Licht gespalten und zweimal durch zwei optische Wege geleitet wird, bevor die Strahlen rekombiniert werden. Jeder optische Weg enthält ein Paar lichtreflektierende Elemente, die Licht zurück reflektieren auf einen Weg, der parallel zum Einfallweg aber dazu verschoben ist. In US-PS 31 09 049 (Williams) is an interferometer described in which incident light split and twice through two optical paths before the Rays can be recombined. Every optical path contains a pair of light reflecting elements that light back reflect on a path parallel to the path of incidence but is postponed to it.

In der US-PS 34 19 331 sind ein Einstrahl- und ein Doppel strahl-Interferometer offenbart. Das Einstrahlinterferometer ist gegenüber Kosinus-Fehler in der Spurverfolgung empfindlich und wird benutzt, um den Abstand zu messen, in dem sich der bewegliche Reflektor bewegt hat. Das Doppelstrahl- Interferometer hat, obwohl gegenüber Kosinus-Fehlern in der Spurverfolgung unempfindlich, die doppelte Empfindlichkeit wie das Einstrahl-Interferometer. Die Vorteile der beiden, dem Einstrahl- und dem Doppelstrahl-Interferometer, werden in einem einzigen optischen Block vereint.In US-PS 34 19 331 are a single beam and a double beam interferometer disclosed. The single-beam interferometer is sensitive to tracking tracking cosine errors and is used to measure the distance in which the movable reflector has moved. The double jet Interferometer has, although compared to cosine errors in the Tracking insensitive, twice the sensitivity like the single-beam interferometer. The advantages of the two the single-beam and the double-beam interferometer united in a single optical block.

In der US-PS 37 88 746 ist ein optisches Dilatometer offenbart, eine Vorrichtung zur Messung des linearen Ausdehnungskoeffizienten eines Probeblocks. Informationen werden aus dem Interferenzmuster zwischen einem Bezugs lichtstrahl und einem Lichtstrahl, der den Abstand zu der Oberfläche, deren Bewegung zu überwachen ist, zweimal durchlaufen hat, erhalten. Bei der offenbarten Anordnung wird kein genau ausgerichteter Ausgangsstrahlenspalter an einem Punkt, an dem das Interferenzmuster gebildet wird, benötigt.In US-PS 37 88 746 is an optical dilatometer discloses a device for measuring the linear Expansion coefficient of a sample block. information become from the interference pattern between a reference beam of light and a beam of light that is the distance too the surface whose movement is to be monitored twice has gone through. With the arrangement disclosed does not become a precisely aligned output beam splitter at a point where the interference pattern is formed needed.

Auch in der US-PS 39 76 379 ist ein Interferometer beschrieben. Die Vorrichtung erzeugt zwei Lichtstrahlen, die entlang eines gemeinsamen Weges so weit wie möglich aufeinander einwirken sollen. Selbst wenn das Interferometer aus irgendwelchen Gründen etwas fehleinge stellt ist, werden die Lichtwege daran gehindert, in einer Wegdifferenz geändert zu werden, wodurch stabilisierte Interferenzstreifen erhalten werden.An interferometer is also used in US Pat. No. 3,976,379 described. The device generates two beams of light, the along a common path as far as possible should interact with each other. Even if that Interferometer a little bit wrong for some reason is, the light paths are prevented in one Path difference to be changed, thereby stabilizing Interference fringes can be obtained.

Die erhöhte Empfindlichkeit und andere Vorteile der Doppeldurchgangsinterferometer machen diese optischen Geräte für die verschiedensten Anwendungszwecke sehr geeignet. Wie aus dem vorstehend geschilderten Stand der Technik zu ersehen, sind jedoch die optischen Systeme, die zur Verwirklichung solcher Interferometer erforderlich sind, relativ kompliziert.The increased sensitivity and other advantages of Double-pass interferometers make these optical Devices for a wide variety of applications suitable. As from the state described above the technology, however, are the optical systems, necessary to implement such interferometers are relatively complicated.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Doppeldurch gangsinterferometer anzugeben, das wenig optische Elemente erfordert und einfach und wirtschaftlich herstellbar ist. Es soll durch Nachrüsten allgemein verwendeter und vor handener Einmaldurchgangsinterferometer gebaut werden können. Es sollte vollen Gebrauch von der maximalen Durchgangsleistung der Interferometer-Geometrie machen.The invention has for its object a double through gangsinterferometer indicate that little optical elements required and is simple and economical to manufacture. It is said to be more commonly used and retrofitted by retrofitting existing one-time interferometer can be built can. There should be full use of the maximum Make continuity of the interferometer geometry.

Ein optisches Interferometer enthält Elemente zum Teilen eines einfallenden Strahlenbündels in einen ersten und einen zweiten Strahl, Mittel zum Fortpflanzen des ersten und des zweiten Strahls durch einen ersten und einen zweiten optischen Weg, Mittel zum Wiedervereinigen des ersten und des zweiten Strahls unter Bildung eines Ausgangsstrahlenbündels, und Mittel zum Nachweisen eines Interferenzmusters in dem Ausgangsstrahlenbündel.An optical interferometer contains elements for sharing of an incident beam of rays into a first and a second ray, means for propagating the first and the second beam through first and one second optical way, means to reunite the first and second beams to form a Output beam, and means for detecting a Interference pattern in the output beam.

Erfindungsgemäß sind Mittel zum Zurückführen mindestens eines Teils des Ausgangsstrahlenbündels zum Interferometer als ein Einfallstrahlenbündel, und Mittel zum Herausfiltern aus dem Ausgangsstrahlenbündel eines Teils, der mindestens zweimal durch das Interferometer fortgepflanzt worden ist, vorgesehen.According to the invention, means for recycling are at least part of the output beam to the interferometer as an incident beam, and means for filtering out from the output beam of a part that is at least has been propagated twice by the interferometer, intended.

In bevorzugten Ausführungsformen sind die Mittel zum Zurückführen mindestens eines Teils des Ausgangsstrahlen bündels zu dem Interferometer ein halbversilberter Spiegel. Die Mittel zum Filtern sind ein optisches Banddurchlaß filter. Bei weiteren Ausführungsformen ist das Interfero meter ein Doppeldurchgangsinterferometer, bei welchem die Filtermittel aus dem Ausgangsstrahlenbündel einen Teil herausfiltern, der zweimal durch das Interferometer fortgepflanzt worden ist.In preferred embodiments, the means for Returning at least part of the output beams bundle with the interferometer a silver-plated mirror. The means for filtering are an optical band passage filter. In other embodiments, the interfero a double-pass interferometer, in which the Part of the filter medium from the output beam filter out twice by the interferometer has been propagated.

Die Erfindung wird nun anhand der Figuren näher beschrieben.The invention will now be described in more detail with reference to the figures.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht der Interferometer-Optik nach der Erfindung. Fig. 1 is a perspective view of the interferometer optics according to the invention.

Fig. 2 ist eine grafische Darstellung, in der die Intensität gegen die Frequenz aufgetragen ist, das Interferenzmuster in dem Ausgangsstrahlenbündel eines Einmaldurchgangsinterferometers veran schaulichend. Fig. 2 is a graphical representation plotting intensity versus frequency to illustrate the interference pattern in the output beam of a single pass interferometer.

Fig. 3 ist eine grafische Darstellung, in der die Intensität gegen die Frequenz aufgetragen ist, das Interferenzmuster in dem Ausgangsstrahlenbündel aus dem Interferometer nach der Erfindung ver anschaulichend. Fig. 3 is a graphical representation in which the intensity is plotted against the frequency, illustrating the interference pattern in the output beam from the interferometer according to the invention.

Das Doppeldurchgangsinterferometer nach der Erfindung läßt sich leicht aus dem bekannten und allgemein ver wendeten Michelson-Interferometer konstruieren. In seiner einfachsten Form, wie in Fig. 1 dargestellt, enthält ein Michelson-Interferometer eine fest gelagerte Reflektor oberfläche, wie einen planen Spiegel 10, und eine bewegbar gelagerte Reflektoroberfläche, wie einen bewegbaren Spiegel 12. Wie gezeigt, sind der fest gelagerte Spiegel 10 und der bewegbar gelagerte Spiegel 12 rechtwinklig zueinander in Stellung gebracht. In einem Winkel von 45° zu diesen Spiegeln ist ein Strahlspalter 14 angeordnet. In seiner einfachsten Form ist der Strahlspalter 14 ein Amplituden strahlspalter, bestehend aus einem halbversilberten Spiegel. Andere Strahlspaltertypen können ebenfalls verwendet werden.The double-pass interferometer according to the invention can be easily constructed from the known and generally used Michelson interferometer. In its simplest form, as shown in FIG. 1, a Michelson interferometer contains a fixed reflector surface, such as a flat mirror 10 , and a movably mounted reflector surface, such as a movable mirror 12 . As shown, the fixed mirror 10 and the movably mounted mirror 12 are positioned at right angles to each other. A beam splitter 14 is arranged at an angle of 45 ° to these mirrors. In its simplest form, the beam splitter 14 is an amplitude beam splitter consisting of a semi-silver-plated mirror. Other types of beam splitters can also be used.

Ein Strahl einfallender, von einer Quelle, wie einem Laser 16, erzeugter Strahlung wird einem Interferometer zugeführt und trifft auf einen Strahlspalter 14. Der Strahlspalter 14 teilt das Einfallstrahlenbündel in einen ersten und einen zweiten Strahlenteil. Der erste Strahl wird von dem Strahlspalter 14 reflektiert und entlang eines ersten optischen Weges 18 fortgepflanzt. Wenn er sich durch den ersten optischen Weg 18 fortgepflanzt hat, wird der erste Strahl von dem fest gelagerten Spiegel 10 reflektiert und zum Strahlspalter 14 zurückgeleitet. Der zweite Strahl wird durch den Strahlspalter 14 hindurchgelassen und entlang eines zweiten optischen Weges 20 fortgepflanzt. Der zweite Strahl trifft auf den bewegbar gelagerten Spiegel 12, wird von ihm reflektiert und zum Strahlspalter 14 zurückgeleitet.A beam of incident radiation generated by a source such as a laser 16 is fed to an interferometer and strikes a beam splitter 14 . The beam splitter 14 divides the incident beam into a first and a second beam part. The first beam is reflected by the beam splitter 14 and propagated along a first optical path 18 . When it has propagated through the first optical path 18 , the first beam is reflected by the fixed mirror 10 and returned to the beam splitter 14 . The second beam is passed through the beam splitter 14 and propagated along a second optical path 20 . The second beam strikes the movably mounted mirror 12 , is reflected by it and is returned to the beam splitter 14 .

Der erste und der zweite Teilstrahl, die den ersten bzw. zweiten optischen Weg 18 und 20 durchlaufen haben, sind moduliert worden und beeinflussen sich daher gegenseitig bei ihrer Wiedervereinigung am Strahlspalter 14. Das resultierende Interferogramm 22, das in Fig. 2 gezeigt ist, wird von dem Interferometer entlang eines Ausgangsweges 24 fortgepflanzt und trifft auf einen Detektor 26. Das Interferogramm 22 enthält eine Information, die die Längendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten optischen Weg 18 und 20 anzeigt. Der Detektor 26 zeigt das Interferogramm 22 an und erzeugt ein elektrisches Signal als eine Funktion davon. Dieses Signal wird dann nach bekannten Techniken verarbeitet.The first and second partial beams, which have passed through the first and second optical paths 18 and 20 , have been modulated and therefore influence one another when they are reunited at the beam splitter 14 . The resulting interferogram 22 , shown in FIG. 2, is propagated by the interferometer along an exit path 24 and strikes a detector 26 . The interferogram 22 contains information indicating the difference in length between the first and second optical paths 18 and 20 . Detector 26 displays interferogram 22 and generates an electrical signal as a function thereof. This signal is then processed according to known techniques.

Der bewegbar gelagerte Spiegel 12 wird durch ein (nicht gezeigtes) Antriebssystem entlang eines Verschiebungsweges 28, der mit dem zweiten optischen Weg 20 kolinear ist, angetrieben. Das Antriebssystem bewegt den Spiegel 12 über den Verschiebungsweg 28 zwischen den Endpunkten x ₀ und x ₁ periodisch hin und her. Diese Endpunkte sind durch einen Abstand d, welcher die Überstreichlänge des Interferometers darstellt, voneinander getrennt. Das Antriebssystem bewegt den bewegbar gelagerten Spiegel 12 mit einer konstanten Geschwindigkeit über den Ver schiebungsweg 28 periodisch hin und her. Wie aus Fig. 2 zu ersehen, wird das Interferogramm 22 bei einer Frequenz f ₀ auf die Mitte eingestellt sein. f ₀ ist eine Funktion der Frequenz, mit der der bewegbare Spiegel 12 über den Verschiebungsweg 28 hin- und herbewegt wird. Das Interferogramm 22 schließt auch Seitenstrahlungslappen 30 ein, die voneinander und von der Mittenfrequenz f ₀ durch eine Frequenz f ₁ getrennt sind. Die Größenfrequenz f ₁ ist eine Funktion der Überstreichlänge d. Je größer die Überstreichlänge d ist, um so größer ist im allgemeinen die Frequenz f ₁, durch welche die Seitenlappen 30 getrennt werden, und um so besser ist das Auflösevermögen des Interferometers.The movably mounted mirror 12 is driven by a (not shown) drive system along a displacement path 28 that is collinear with the second optical path 20. The drive system periodically moves the mirror 12 back and forth over the displacement path 28 between the end points x ₀ and x ₁ . These end points are separated from one another by a distance d , which represents the sweep length of the interferometer. The drive system moves the movably mounted mirror 12 periodically back and forth at a constant speed via the displacement path 28 . As can be seen from FIG. 2, the interferogram 22 will be set to the center at a frequency f ₀ . f ₀ is a function of the frequency with which the movable mirror 12 is moved back and forth over the displacement path 28 . The interferogram 22 also includes side radiation flaps 30 which are separated from one another and from the center frequency f ₀ by a frequency f ₁ . The size frequency f ₁ is a function of the sweep length d . In general, the greater the sweep length d , the greater the frequency f ₁ by which the side tabs 30 are separated, and the better the resolving power of the interferometer.

Das Doppeldurchgangsinterferometer nach der Erfindung wird durch Instellungbringen eines Strahlspalters 32 und eines Filters 34 in einen Ausgangsweg 24 zwischen dem Strahlspalter 14 und dem Detektor 26 konstruiert. Der Strahlspalter 32 führt mindestens einen Teil des Ausgangsstrahlenbündels zum Interferometer als Eingangs strahlenbündel zurück. Ein übrigbleibender Teil des Ausgangsstrahls wird durch den Strahlspalter 32 hindurchge lassen und trifft auf das Filter 34. Das Filter 34 filtert einen Teil aus dem Ausgangsstrahl heraus, welcher sich mindestens zweimal durch das Interferometer fortgepflanzt hat. Bei Verwendung eines Doppeldurchgangs interferometers läßt das Filter 34 den Teil des Ausgangs strahls durch, der sich zweimal durch das Interferometer fortgepflanzt hat. Dieser zweimal durchgelassene Teil trifft dann auf den Detektor 26.The double-pass interferometer according to the invention is constructed by placing a beam splitter 32 and a filter 34 in an exit path 24 between the beam splitter 14 and the detector 26 . The beam splitter 32 returns at least part of the output beam to the interferometer as an input beam. A remaining part of the output beam is passed through the beam splitter 32 and strikes the filter 34 . The filter 34 filters out a portion of the output beam that has propagated through the interferometer at least twice. When using a double pass interferometer, the filter 34 passes the part of the output beam that has propagated twice through the interferometer. This twice-passed part then hits the detector 26 .

Bei bevorzugten Ausführungsformen ist der Strahlspalter 32 irgendeiner der üblicherweise verwendeten Amplituden strahlspalter, wie ein halbversilberter Spiegel. Der Teil des Ausgangsstrahls, der zum Interferometer zurückgeführt wird, wird durch den Strahlspalter 32 reflektiert und trifft wieder auf den Strahlspalter 14. Der Strahlspalter 14 spaltet diesen zurückgeführten Strahl in einen ersten und einen zweiten Teil, welche wieder durch den ersten und den zweiten optischen Weg 18 und 20 fortgepflanzt werden. Der zurückgeführte Teil des Ausgangsstrahls wird dadurch wieder moduliert, bevor er durch den Strahlspalter 14 wieder vereint und von dem Interferometer als ein Ausgangsstrahlenbündel ausgestrahlt wird.In preferred embodiments, beam splitter 32 is any of the commonly used amplitudes, such as a semi-silver mirror. The part of the output beam which is returned to the interferometer is reflected by the beam splitter 32 and hits the beam splitter 14 again . The beam splitter 14 splits this returned beam into a first and a second part, which are propagated again through the first and the second optical paths 18 and 20 . The returned part of the output beam is thereby modulated again before it is reunited by the beam splitter 14 and is emitted by the interferometer as an output beam.

Fig. 3 ist eine Frequenzbereichsdarstellung eines Ausgangsstrahls, ausgesandt von dem Interferometer nach der vorstehend beschriebenen Erfindung. Zusätzlich zu dem Interferogramm 22 schließt der Ausgangsstrahl Interfero gramme bei ganzen Mehrfachen der Mittenfrequenz f ₀ ein. Es sind nur die Interferogramme der ersten und zweiten Mehrfachen gezeigt. Wie zu sehen, ist das Inter ferogramm 40 zweiter Ordnung bei einer Frequenz gleich 2 f ₀ mittig eingestellt. Die Intensität seines Mittel- Lappens 42 ist nur 1/4 der Intensität des Mittellappens des Interferogramms 22. Die Seitenlappen 44 des Inter ferogramms 40 zweiter Ordnung haben auch proportional geringere Intensität. Da jedoch das Interferogramm 40 zweiter Ordnung zweimal durch das Interferometer moduliert worden ist, sind die Seitenlappen 44 voneinander und von der Mittenfrequenz 2fT0 durch zweimal die Frequenz f ₁, durch welche die Seitenlappen 30 erster Ordnung getrennt wurden, getrennt. Dadurch wird die Auflösung verdoppelt. Figure 3 is a frequency domain representation of an output beam emitted from the interferometer according to the invention described above. In addition to the interferogram 22 , the output beam includes interferograms at whole multiples of the center frequency f ₀ . Only the interferograms of the first and second multiples are shown. As can be seen, the second order interferogram 40 is set in the center at a frequency equal to 2 f ₀ . The intensity of its central lobe 42 is only 1/4 of the intensity of the central lobe of the interferogram 22 . The side lobes 44 of the second order interferogram 40 also have proportionally lower intensity. However, since the second order interferogram 40 has been modulated twice by the interferometer, the side lobes 44 are separated from each other and from the center frequency 2 fT0 by twice the frequency f ₁ by which the first order side lobes 30 have been separated. This doubles the resolution.

Ein Teil des Ausgangsstrahls, wie er in dem Frequenzbereich der Fig. 3 wiedergegeben ist, wird durch den Strahlspalter 32 durchgelassen und trifft auf das Filter 34. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Filter 34 ein optisches Bandfilter mit einem Durchlaßband, das durch die gestrichelte Linie 46 in Fig. 3 dargestellt ist. Das Durchlaßband ist bei einer Frequenz 2f ₀ mittig eingestellt und hat eine Breite, die ausreicht, das meiste des Interferogramms 40 zweiter Ordnung durchzulassen, während es Interferogramme höherer und niedrigerer Ordnung zurückweist. Bandfilter mit diesen Charakteristiken sind dem Fachmann bekannt. Nachdem das Interferogramm 40 zweiter Ordnung aus dem Ausgangsstrahl herausgefiltert ist, wird es fortgepflanzt und trifft auf den Detektor 26. Auf diese Weise spricht der Detektor 26 nur auf das Interferogramm 40 zweiter Ordnung an.A portion of the output beam, as represented in the frequency range of FIG. 3, is transmitted through the beam splitter 32 and strikes the filter 34 . In a preferred embodiment, the filter 34 is an optical bandpass filter with a pass band, which is represented by the dashed line 46 in FIG. 3. The pass band is centered at a frequency 2 f ₀ and has a width sufficient to pass most of the second order interferogram 40 while rejecting higher and lower order interferograms. Band filters with these characteristics are known to those skilled in the art. After the second order interferogram 40 is filtered out of the output beam, it is propagated and strikes the detector 26 . In this way, the detector 26 responds only to the second order interferogram 40 .

Aus der vorstehenden Beschreibung ist klar zu ersehen, daß das Doppeldurchgangsinterferometer nach der Erfindung leicht aus bereits vorhandenen Interferometern konstruiert werden kann. Ein System, das ein Michelson-Interferometer einschließt, kann z.B. durch Instellungbringen des Strahlspalters 32 und des Ordnungssortierfilters 34 in dem Ausgangsweg vor dem Detektor 26 auf einfache Weise umgerüstet werden. Auf diese Weise kann ein Einmaldurchgangs interferometer leicht und wirtschaftlich in ein Doppel durchgangsinterferometer mit einer höheren Auflösung umgewandelt werden.It can be clearly seen from the above description that the double-pass interferometer according to the invention can easily be constructed from existing interferometers. A system that includes a Michelson interferometer can be easily retrofitted, for example, by placing the beam splitter 32 and the order sorting filter 34 in the exit path in front of the detector 26 . In this way, a single-pass interferometer can be easily and economically converted into a double-pass interferometer with a higher resolution.

Obwohl die Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungs formen beschrieben worden ist, wird der Fachmann erkennen, daß Änderungen in der Form und in Einzelheiten daran vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Besonders erwähnt sei, daß, obwohl die Erfindung mit Bezug auf ein Interferometer vom Michelson- Typ beschrieben worden ist, das offenbarte Konzept in gleicher Weise zur Verwendung mit Interferometern anderer Typen ebenso gut geeignet ist.Although the invention is related to preferred embodiment has been described, those skilled in the art will recognize that changes in form and details of it can be made without the scope of the invention to leave. It is particularly worth mentioning that, although the Invention with reference to a Michelson interferometer Type has been described, the concept disclosed in same way for use with other interferometers Types is equally suitable.

Claims

1. An optical interferometer of the type having means for splitting an incident beam into first and second beams, means for propagating the first and second beams through first and second optical paths, means for reuniting the first and second beams to form an output beam, and means for detecting an interference pattern in the output beam, characterized by means for returning at least a portion of the output beam to the interferometer as an incident beam, and means for filtering out a portion that propagates through the interferometer at least twice has been.

2. Interferometer according to claim 1, characterized in that the means for returning at least a part of the output beam to the interferometer is an amplitude beam splitter ( 32 ).

3. Interferometer according to claim 2, characterized in that the amplitude beam splitter ( 32 ) is a semi-silvered mirror which reflects at least a part of the output beam and propagates a remaining part.

4. Interferometer according to claim 1, characterized in that the means for filtering the output beam filter out a part that is at least twice has been propagated by the interferometer.

5. Interferometer according to claim 1, characterized in that the means for filtering from the output beam filter out a part that passes twice through the Interferometer has been propagated.

6. A device for double passing an output beam through a Michelson-type interferometer, characterized by a beam splitter ( 32 ) for reflecting a first part of the output beam back into the interferometer and for propagating a second part of the output beam, and a band filter ( 34 ) for filtering from the propagated second part of the output beam a part that has passed twice through the interferometer.

7. The device according to claim 6, characterized in that the beam splitter ( 32 ) is a semi-silver-plated mirror.

8. Method of converting an optical interferometer of the type in which an incident beam of rays is modulated along an output path as a Output beam is propagated and on one Detector hits, in a double-pass interferometer, characterized in that means for splitting a Beam positioned in the exit path and band filter means in the exit path between the means for beam splitting and the detector in Position.