DE3737426A1 - Interferometer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Interferometer, bei dem ein Lichtstrahl in zwei Lichtstrahlen mittels eines Strahlteilers aufgeteilt wird. Die beiden Lichtstrahlen werden dann, nachdem sie über unterschiedlich lange optische Wege geschickt worden sind, miteinander mit Hilfe eines Strahlteilers zur Interferenz gebracht. Ein Interferometer dieser Art kann in weiten Bereichen eingesetzt werden. Es wird beispielsweise zur Untersuchung optischer Bauteile, als Entfernungsmesser oder als Interferenzspektrometer eingesetzt.

Im Stand der Technik ist z. B. eine Vorrichtung bekannt, die unter Verwendung eines derartigen Interferometers arbeitet, nämlich ein Doppelinterferenzspektrometer, wie es in Fig. 7 dargestellt ist. Wie Fig. 7 zeigt, wird der Lichtstrahl einer Lichtquelle 1, nachdem er durch eine Blendenöffnung 2 hindurch getreten ist, mit Hilfe eines reflektierenden Kollimatorspiegels 3 parallelisiert. Der so erzeugte parallele Lichtstrahl wird mit Hilfe eines durchscheinenden Films 5, der auf einem Träger 4, beispielsweise durch Vakuumabscheidung, aufgetragen worden ist, in zwei Lichtstrahlen 6 und 7 aufgeteilt. Der Träger 4 besitzt die allgemeine Form einer planparallelen Platte, die ausreichend Licht durchläßt. Im Falle eines Spektroskopes, das im sichtbaren Wellenlängenbereich arbeitet, besteht der Träger aus Glas oder einem geschmolzenen Quarz. Im Falle eines Spektroskops für den Infrarotbereich besteht der Träger 4 aus einem Einkristall aus KBr, CsI oder KRS-5. Im Falle eines Spektroskops für den fernen Infrarotbereich ist es nicht notwendig, den Träger 4 und eine Korrekturplatte 8 zu verwenden. Es wird dabei ein Makromolekularfilm aus Polyethyleneterephthalat oder dergl. als durchscheinender Film 5 eingesetzt.

Die Korrekturplatte 8 entspricht im Material und in ihrer Dicke dem Träger 4. Die Korrekturplatte 8 ist so angeordnet, daß der durchscheinende Film 5 zwischen der Platte 8 und dem Träger 4 zu liegen kommt. Wenn beispielsweise der Lichtstrahl in zwei Lichtstrahlen an der Stelle A aufgeteilt wird, kommen die beiden Lichtstrahlen, die an dem beweglichen ebenen Spiegel 9 bzw. dem stationären ebenen Spiegel 10 reflektiert werden, miteinander im Punkt B zur Interferenz. Wenn in diesem Fall keine Korrekturplatte am Träger 4 verwendet wird, gelangt der Strahl 7 nach der Strahlaufteilung zweimal durch den Träger 4, während der Strahl 6 jedoch nicht durch den Träger 4 hindurch tritt. Da der Brechungsindex des Trägers 4 von der Lichtwellenlänge abhängt, verändert sich auch der optische Abstand zwischen dem stationären Reflexionsspiegel 10 und dem durchscheinenden Film 5 mit der Wellenlänge. In dem Fall, in dem es erforderlich ist, daß die beiden Lichtstrahlen miteinander mit einer konstanten optischen Weglängendifferenz unabhängig von der Wellenlänge interferieren, ist es notwendig, die Korrekturplatte 8 mit gleicher Dicke und dem gleichen Material wie den Träger 4 in den Lichtstrahl 6 einzusetzen, so daß für den Lichtstrahl 6 ein optischer Abstand erzeugt wird, der in ähnlicher Weise wie der des Lichtstrahls 7 von der Wellenlänge abhängt.

Bei der Zweistrahlinterferenzspektrometrie nach Fig. 7 sollen alle Lichtstrahlen in ihrem spektralen Wellenlängenbereich mit denselben optischen Weglängenabständen zur Interferenz gebracht werden, und es ist daher wesentlich, daß die Korrekturplatte 8 eingesetzt wird.

Die Antriebsvorrichtung 11 wird eingesetzt, um den ebenen Spiegel 9 zu bewegen. Diese Bewegung, d. h., die Differenz in den optischen Wellenlängen zwischen den Lichtstrahlen 6 und 7, wird mit einer Laserinterferenzlängenmeßeinrichtung 12 in Laserwellenlängen erfaßt und in Realzeit dem Rechner 13 zugeführt. Wenn der bewegliche ebene Spiegel 9 und der stationäre ebene Spiegel 10 auch nur leicht geneigt sind, führt die Lichtstrahlreflexionsrichtung und die optische Weglängendifferenz zu Fehlern, die die Messung stark nachteilig beeinflussen. Aus diesem Grund verwendet die Antriebseinrichtung 11 normalerweise Luftlager und der stationäre Planspiegel 10 ist mit einer Erhebungswinkeleinstellvorrichtung ausgestattet, so daß der Erhöhungswinkel des Spiegels 10 periodisch eingestellt wird.

Die so der Interferenz mit einem vorbestimmten optischen Weglängenunterschied unterzogenen Lichtstrahlen werden über einen Belichtungsspiegel 14 auf eine Probe 15 gerichtet, wobei Strahlen mit verschiedenen Wellenlängen entsprechend der spektralen Eigenschaften der Probe 15 absorbiert werden. Das Licht, das durch die Probe 15 hindurch tritt und am Spiegel 16 reflektiert wird, wird mittels eines Erfassungsspiegels 17 auf einen Detektor 18 gerichtet. Der Detektor 18 liefert ein elektrisches Eingangssignal an den Rechner 13. Im Rechner 13 wird der Detektorausgang als Funktion der optischen Weglängendifferenz, die mit der Laserinterferenzlängenmeßvorrichtung gemessen worden ist, als Datenwert gespeichert. Nachdem eine Anzahl entsprechend der vorbestimmten optischen Weglängendifferenz entsprechender Daten abgespeichert worden ist, werden die spektralen Eigenschaften durch Fourier-Transformation ermittelt.

Der Träger 4 und der durchscheinende Film 5, die zusammen mit der Korrekturplatte 8 einen Strahlteiler bilden, sind in Fig. 8 detaillierter gezeigt. Im allgemeinen hat der Träger 4 die Form einer Scheibe, deren Durchmesser ungefähr 10% des Durchmessers betragen sollte, weil eine Politur, wie noch weiter unten beschrieben werden wird, durchgeführt werden muß. Der Träger 4 und die Korrekturplatte 8 sind aus durchscheinendem Material hergestellt. Für den mittleren Infrarotbereich werden sie im allgemeinen aus einem teuren KBr-Einzelkristall gefertigt. Die Oberflächen des Trägers 4 und der Korrekturplatte 8 müssen optisch poliert werden. Diese Endbearbeitung führt jedoch zu beträchtlichen Kosten, weil der KBr-Einzelkristall relativ weich und zerfließend ist. Außerdem muß der Träger 4 und die Korrekturplatte 8 gleich dick sein, wobei im Falle eines hoch auflösenden Spektrometers die Dickenabweichungstoleranzen in der Größenordnung von ±10 µm liegen müssen. Es ist daher zusätzlich zu dem Oberflächenbearbeitungsschritt (polishing) auch noch erforderlich, die Korrekturplatte und den Träger gleich dick zu machen. Dies erhöht weiter die Herstellungskosten. Für den sichtbaren Wellenlängenbereich kann der Träger und die Korrekturplatte aus geschmolzenem Quarz bestehen. In diesem Falle sind die Materialkosten relativ gering, jedoch muß hier aufgrund der mehr zur kurzwelligen Seite gelegenen Wellenlängenbereiche die Politur so durchgeführt werden, daß sie zu einer noch größeren Ebenheit führt, wie das für den Infrarotbereich der Fall ist. Zusätzlich darf auch hier der Unterschied zwischen den Dicken des Trägers 4 und der Korrekturplatte 8 nur sehr klein sein. Daher sind die Herstellungskosten eines Strahlteilers für den sichtbaren Wellenlängenbereich im wesentlichen gleich derjenigen eines Strahlteilers für den Zwischeninfrarotbereich. D. h., der Strahlteiler 19 geht mit einem hohen Anteil in die Gesamtherstellungskosten des Spektrometers ein. Für diesen Strahlteiler müssen 20 bis 40% der unmittelbaren Materialkosten des Spektrometers einschließlich des Rechners 13 aufgewendet werden. Verglichen mit einem Gitterspektrometer weist ein Interferenzspektrometer eine bedeutend bessere Empfindlichkeit auf. Daher werden Interferenzspektrometer immer mehr in der Industrie eingesetzt und sind für die HighTech-Industrie ein wichtiges Instrument. Wie erwähnt, ist jedoch das Interferenzspektrometer mit wesentlich höheren Kosten, verglichen mit einem Gitterspektrometer, verbunden. Beim Spektrometerkörper stellt der Strahlteiler 19 und der Rechner 13, der für die Fourier-Transformation benötigt wird, einen hohen Anteil an den Herstellungskosten. Die verfügbaren Rechner 13 wurden zwar in zunehmendem Maße durch die Fortschritte in der Elektronik billiger und trotzdem leistungsfähiger, andererseits werden für die Strahlteiler 19 immer noch Strahlteiler verwendet, wie man das schon vor einigen Jahrzehnten getan hat. Es hat daher schon immer ein starker Wunsch nach der Herstellung eines Strahlteilers 19 bestanden, der eine hohe Qualität aufweist, trotzdem aber billig hergestellt werden kann.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Interferometer mit einem neuen Strahlteiler vorzuschlagen, der billig hergestellt werden kann, trotzdem aber eine hohe Qualität aufweist. Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Interferometer der im Anspruch 1 beschriebenen Art.

Mit diesen Merkmalen schafft die Erfindung einen Strahlteiler, der eine planparallele Platte ist, deren beide Oberflächen durchscheinende Oberflächen sind. Zwei Umkehrreflektoren sind in vorbestimmten Abständen zu beiden Oberflächen des Strahlteilers angeordnet. Bei dem erfindungsgemäßen Interferometer wird ein einfallender Lichtstrahl in zwei Strahlen mittels einer Fläche des Strahlteilers aufgeteilt, und es werden die beiden Strahlen mit Hilfe der Umkehrreflektoren reflektiert, so daß sie miteinander auf der anderen Fläche des Strahlteilers interferieren. Das erfindungsgemäße Interferometer benötigt daher keine Korrekturplatte, wie sie bei herkömmlichen Interferometern erforderlich ist. Es entfällt außerdem die Notwendigkeit, bei dem erfindungsgemäßen Interferometer ein so fließendes Material wie KBr zu verwenden, das, wie erwähnt, nur schwer oberflächenbearbeitet oder auch zur Vakuumbeschichtung verwendet werden kann. Das erfindungsgemäße Interferometer ist gegen Umgebungsbedingungen unempfindlich und arbeitet stabil.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der ausführlichen Beschreibung dieser in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele weiter erläutert.

Fig. 1 ist ein teilweise als Blockdiagramm dargestelltes Diagramm zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels für eine Interferenzspektroskopeinheit, die ein erfindungsgemäßes Interferometer verwendet;

Fig. 2, 3 und 4 sind Erläuterungsdiagramme, die erfindungsgemäße Interferometer zeigen;

Fig. 5A, B und C zeigen jeweils Busführungsbeispiele von Umkehrreflektoren;

Fig. 6 zeigt - teilweise in einer Blockdarstellung - eine Anordnung für ein Anwendungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Interferometers;

Fig. 7 zeigt ein Erläuterungsdiagrammblock einer herkömmlichen Interferenzspektroskopeinheit mit einem Interferometer;

Fig. 8 zeigt einen herkömmlichen Strahlteiler;

Fig. 9 ist eine Skizze zur Erläuterung der Funktion des erfindungsgemäßen Strahlteilers, der mit ebenen Spiegeln kombiniert ist;

Fig. 10A, B und C sind Diagramme zur Erläuterung der Funktionsweise eines Umkehrreflektors;

Fig. 11, 12A, 12B, 13, 15A, 15B und 16 zeigen Darstellungen von erfindungsgemäßen Strahlteilern und die

Fig. 14, 17A und 17B zeigen Erläuterungsdiagramme von weiteren Beispielen für Anordnungen eines erfindungsgemäßen Interferometers.

Wesentlich für das volle Verständnis der Erfindung ist der Aufbau des Umkehrreflektors, der im folgenden erläutert wird. Ein Beispiel eines Umkehrreflektors, nämlich eines kubischen Eckenreflektors 20, ist in Fig. 10A gezeigt. Fig. 10A zeigt genauer gesagt eine Außenansicht des kubischen Eckenreflektors 20, der aus drei ebenen Spiegeln, die senkrecht zueinander stehen, aufgebaut ist. Ein einfallender Lichtstrahl 21 wird von den drei Spiegeln dreimal reflektiert. Der resultierende Lichtstrahl, nämlich der reflektierende Lichtstrahl 22 ist parallel zu dem einfallenden Lichtstrahl 21, jedoch ist seine Richtung entgegengesetzt zu derjenigen des einfallenden Lichtstrahls 21.

Fig. 10B zeigt die Reflexion des kubischen Eckenreflektors zweidimensional. Der von der Stelle A einfallende Lichtstrahl 21 wird an den Stellen B und D reflektiert und erreicht dann als reflektierter Lichtstrahl 22 die Stelle E. Wenn der kubische Eckenreflektor 20 um den Punkt P auslenkt, wie das mit den zweipunkt-gestrichelten Linien in Fig. 10B gezeigt ist, werden die Reflektionsstellen nach B′ und D′ verschoben. Der reflektierende Lichtstrahl 22 bleibt jedoch nach Lage und Richtung konstant und

Dasselbe kann geometrisch auch für drei Dimensionen nachgewiesen werden.

Fig. 10C zeigt den kubischen Eckenreflektor 20, wobei die Spiegel jeweils unter gleichem Winkel betrachtet werden. Der einfallende Lichtstrahl 21 ist senkrecht zur Zeichnungsebene und wird, wie das durch die durchgezogenen Linien angedeutet ist, reflektiert, so daß er dann zum Lichtstrahl 22 wird. In der Fig. 10C sind die Stellen A und E und die Stellen B und D symmetrisch bezüglich des Scheitels P, weil der Reflektor in Richtung des Lichtstrahls 22 (oder in Richtung des reflektierten Lichtstrahls 22) betrachtet wird. Wenn der Reflektor um den Scheitelpunkt P eine Schwingung ausführt, bleibt die Länge unverändert und beträgt zweimal OP.

Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Interferometers. In dem Interferometer ist ein stationärer kubischer Eckenreflektor 123 und ein beweglicher kubischer Eckenreflektor 124 bezüglich einer planparallelen Platte 125 aus Germanium (Ge), wie in Fig. 2 gezeigt, angeordnet. Ein einfallender Lichtstrahl 121 wird z.T. an der Vorderfläche 126 der planparallelen Platte 125 an einer Stelle A₀ reflektiert. Der Lichtstrahl, der durch die Vorderfläche 26 hindurch tritt, wird teilweise an der rückwärtigen Fläche 127 der Platte 125 im Punkt B₀ reflektiert. Der restliche Teil des Lichtstrahls tritt durch die rückwärtige Oberfläche hindurch.

In Fig. 2 schneidet die Achse, die durch den Scheitel P₁ des stationären kubischen Eckenreflektors 123 hindurch geht und parallel zu dem im Punkt A₀ reflektierten Lichtstrahl 128 verläuft, die Vorderfläche 126 im Punkt O₁. Die Achse, die durch den Scheitel P₂ des beweglichen kubischen Eckenreflektors 124 verläuft und parallel zu dem durch die rückwärtige Oberfläche 127 im Punkt B₀ durchtretenden Lichtstrahl 129 verläuft, schneidet die rückwärtige Fläche 127 im Punkt O₂. Der stationäre kubische Eckenreflektor 123 wird bezüglich des beweglichen kubischen Eckenreflektors 124 mit einem für den Reflektor 123 vorgesehenen XY-Tisch so eingestellt, daß senkrecht zur Vorderfläche 126 (und demgemäß zur rückwärtigen Fläche 127) verläuft. Die Bewegungsrichtung des beweglichen kubischen Eckenreflektors 124 ist über eine nicht dargestellte Neigungswinkelsteuereinrichtung einstellbar, so daß sie parallel mit dem im Punkt B₀ hindurch getretenen Lichtstrahl liegt. Bei einer derartigen Anordnung der kubischen Eckenreflektoren 123 und 124 bezüglich der planparallelen Platte 125 fällt der Punkt D₀, an dem das durch den stationären Eckenreflektor 123 reflektierte Licht 130 die rückwärtige Fläche 127 der Platte 125 erreicht, mit dem Punkt zusammen, an dem der an dem beweglichen kubischen Eckenreflektor 124 reflektierte Lichtstrahl 131 die rückwärtige Fläche erreicht. Das wird nachgewiesen. Aufgrund der Reflektions- und Brechungsgesetze verlaufen drei gerade Linien in derselben Ebene (die im folgenden als "eine Ebene S₁") bezeichnet wird. Diese Linien entsprechen dem reflektierten Lichtstrahl 128, dem gebrochenen Lichtstrahl A₀, B₀ und der Senkrechten 132 zu der Vorderfläche 126 im Punkt A₀. In ähnlicher Weise liegt der Lichtstrahl 130, der gebrochene Lichtstrahl C₀, D₀ und die Senkrechte 133 auf die Vorderfläche 126 in der Stelle C₀ in ein und der­ selben Ebene, die im folgenden als Ebene S₂ bezeichnet wird. Da die Lichtstrahlen 128 und 130 parallel zueinander sind und auch die Senkrechten 132 und 133 parallel zueinander sind, sind auch die Ebene S₁ und S₂ parallel zueinander. Wenn man daher die Schnittpunkte der Senkrechten 132 und der rückwärtigen Fläche 127 bzw. der Senkrechten 133 und der rückwärtigen Fläche 127 mit A′₀ bzw. C′₀ bezeichnet, wird A′₀B₀ die Schnittlinie der Ebene S₁ und der rückwärtigen Fläche 127, während C′₀D₀ die Schnittlinie der Ebene S₂ mit der rückwärtigen Fläche 127 bildet. Daher ist A′₀B₀ parallel zu C′₀D₀ und beide haben, da dieselben Brechungswinkel vorliegen, dieselbe Länge.

Da andererseits aufgrund der Eigenschaften des stationären kubischen Eckenreflektors 123 liegen die Punkte A₀ und C₀ symmetrisch zum Punkt O und es wird die Strecke O₁O₂ senkrecht zur Vorderfläche 126 (und entsprechend zur rückwärtigen Fläche 127) eingestellt. Daher liegen die Punkte A′₀ und C′₀ symmetrisch zum Punkt O′ und ebenso sind die Punkte B₀ und D₀ symmetrisch zum Punkt O₂. Der Punkt, an dem der reflektierte Lichtstrahl 131 die rückwärtige Fläche erreicht, ist bezüglich des Punktes O₂ symmetrisch zum Punkt B₀ und fällt daher mit dem Punkt D₀ zusammen, so daß die Lichtstrahlen 131 und 130 miteinander interferieren. Der an der rückwärtigen Fläche im Punkt B₀ reflektierte Lichtstrahl wird in durchtretende Lichtstrahlen und reflektierte Lichtstrahlen an den Stellen A₁, B₁, A₂, B₂ usw. aufgeteilt. Diese Lichtstrahlen interferieren miteinander an den Stellen C₁, D₁, C₂, D₂ usw. Die Lichtstrahlen, die miteinander an der Vorderseite 126 in den Stellen C₁, C₂ usw. interferieren, werden auf die Lichteinfallseite zurückgerichtet, während die Lichtstrahlen, die miteinander auf der rückwärtigen Seite 127 an den Stellen D₀, D₁, D₂ usw. interferieren, Ausgänge des Interferometers darstellen. Es sei angenommen, daß die einfallende Lichtmenge 1 ist und daß die Amplitude der austretenden Lichtstrahlen, die durch optische Interferenz an den Stellen D₀, D₁, D₂ usw. entstehen, E₀, E₁, E₂ usw. betragen sollen. Z. B. umfaßt E₂ Lichtstrahlen, die verschiedene Wege gegangen sind, wie z. B. einen Lichtstrahl A₀C₀D₀C₁D₁C₂D₂ und einen Lichtstrahl A₀B₀A₁C₁D₁C₂D₂ und einen Lichtstrahl A₀B₀A₁B₁D₁C₂D₂. Diese Lichtstrahlen interferieren miteinander. Es sei angenommen, daß Amplitudenreflexion und die Amplitudendurchlässigkeit der ebenen Platte 125 und von Luft durch r₁ bzw. t wiedergegeben werden. Es ist weiterhin angenommen, daß die optische Länge (Brechungsindex×Länge) von A₀B₀ bezüglich eines Lichtstrahls, der eine Wellenlänge λ hat, l ( λ ) beträgt. Unter diesen Umständen ermittelt sich die Amplitude des Lichtstrahls A₀C₀D₀C₁D₁C₂D₂ und die Phasendifferenz an der Stelle A₀ wie folgt:

Amplitude = (-r)t rrrrt = r⁵t² (1)

Das negative Vorzeichen (-) von (-r) in Gleichung (1) bedeutet, daß, wenn der Lichtstrahl von Luft in die planparallele Platte 125 eintritt, an der Stelle A₀ reflektiert wird, und dann ein Phasensprung um stattfindet. Die Amplituden- und die Phasendifferenzgleichungen können wie folgt kombiniert werden.

Die Amplituden- und Phasendifferenzen von E₀, E₁ und E₂ . . . und E _n ergeben sich wie folgt.

Mit einem Energiereflexionsgrad R = r² und einem Energiedurchlässigkeitsgrad T = t² errechnet sich die Energie J = F² wie folgt:

Aus obigem ergibt sich, daß alle J₀ bis J _n Lichtstrahlen darstellen, die mit der optischen Weglängendifferenz

unabhängig von l ( λ ) sind.

Das liegt daran, daß jeder der den Punkt D _n erreichenden Lichtstrahlen durch die planparallele Platte 125 gleich oft (2n + 1) hindurch tritt. Daher ist es nicht notwendig, eine Korrekturplatte 8, die in Material und Stärke dem Träger 4 gleicht, an dem durchscheinenden Film 5, der auf dem Träger 4 aufgebracht ist, anzuordnen, wie das bei dem herkömmlichen Interferometer nach Fig. 7 noch geschehen mußte. Das bedeutet, daß das Interferometer durch Anordnung der planparallelen Platte 125 und von Umkehrreflektoren, wie z. B. den kubischen Eckenreflektoren 123 und 124, wie in Fig. 2 gezeigt, gebildet werden. Bei diesem so gebildeten Interferometer sind die Lichtstrahlen phasenkorrigiert und interferieren miteinander mit einem vorbestimmten optischen Weglängenunterschied.

Ein Interferometer, das ohne die Verwendung von Umkehrreflektoren gebildet ist, d. h. ein Interferometer, das mit ebenen Spiegeln 9 und 16 anstelle von Umkehrreflektoren und mit einer planparallelen Platte 25 arbeitet, wird nun als Vergleichsbeispiel in bezug auf Fig. 9 erläutert. In Fig. 9 umfaßt das Ausgangssignal E₀ beispielsweise einen Lichtstrahl A₀C₀A₀B₀, einen Lichtstrahl A₀B₁D₁B₁A₀B₀, einen Lichtstrahl A₀B₁A₁C₁A₁B₁A₀B₀ usw. Diese Lichtstrahlen unterscheiden sich in ihrer Phase voneinander. Als Beispiel kann der Ausgang E₀ wie folgt berechnet werden, wobei in der folgenden Rechnung ψ für den Brechungswinkel des gebrochenen Lichtstrahls A₀B₀ steht.

Daher interferieren in diesem Beispiel eine Anzahl von Lichtstrahlen miteinander, die verschiedene Phasen haben. Der Ausgang E₀ kann durch den intensitätsstärksten der an dem stationären reflektierenden Spiegel 10 und dem beweglichen reflektierenden Spiegel 9 reflektierten Lichtstrahlen wie folgt angenähert werden:

Die Energie S₀ ergibt sich dann wie folgt:

Dies zeigt die Interferenz einer optischen Weglängendifferenz von 2B₁D₁ - 2A₀C₀ + 2l ( λ ) + λ/2, was bedeutet, daß l ( λ ) noch in der optischen Weglängendifferenz verbleibt. Daher wird selbst unter der Näherungsannahme, die in Gleichung (12) gemacht worden ist, keine Phasenkorrektur durchgeführt. Diese obige Erläuterung kann gleichermaßen auch auf die übrigen Ausgänge E₁, E₂ usw. angewendet werden. Folglich ist es unmöglich, ein Interferometer mit ebenen Spiegeln 9 und 10 und einer planparallelen Platte 25 zu bilden. Es ist vielmehr notwendig, Umkehrreflektoren 23 und 24 anstelle von ebenen Spiegeln 9 und 10 einzusetzen, wie das beim Interferometer nach Fig. 2 gezeigt ist. In Fig. 2 ist der einfallende Lichtstrahl durch die Linie 21 angedeutet. Andererseits werden bei einem herkömmlichen Zweistrahlinterferenzspektrometer, wie es in Fig. 7 gezeigt ist, parallele, durch reflektierende Kollimationsspiegel 3 erzeugte Lichtstrahlen als einfallende Lichtstrahlen verwendet. Im Falle eines einzelnen einfallenden Lichtstrahls 121 werden die Ausgänge E₀, E₁, E₂ usw. unabhängig voneinander und verursachen keine gegenseitige Interferenz. Wenn jedoch parallele Lichtstrahlen als einfallende Lichtstrahlen verwendet werden, muß die gegenseitige Interferenz der Ausgänge mit betrachtet werden. Der Fall, in dem das erfindungsgemäße Interferometer mit parallelen Strahlen als einfallende Lichtstrahlen arbeitet, ist in Fig. 3 gezeigt. Wie Fig. 3 zeigt, wird die Wellenfläche W eines einfallenden Lichtstrahls 21 geteilt und mittels der planparallelen Platte 125, dem stationären kubischen Eckenreflektor 123 und dem beweglichen kubischen Eckenreflektor 124 zur Interferenz gebracht, so daß Wellenflächen W₀, W₁, W₂ usw. entstehen, die die austretenden Lichtstrahlen des Interferometers bilden. Wenn die gegenseitige Interferenz der Fronten W₀, W₁, W₂ usw. nicht in Betracht gezogen wird, können die Intensitäten der Lichtstrahlen durch E₀, E₁, E₂ usw. gemäß den Gleichungen (3) bis (7) und einer Einfallsenergie gemäß (1) wiedergegeben werden. Die Wellenflächen W₀, W₁, W₂ usw. erscheinen in Intervallen von a in senkrechter Richtung zur Ausbreitungsrichtung des Lichts. Das Intervall a ist:

a = 2d tan ψ cos R (14)

wobei d für die Dicke der planparallelen Platte, R für den Einfallswinkel des einfallenden Lichtstrahls 21 und ψ für den Brechungswinkel steht.

Wenn die Wellenfronten in einer Richtung senkrecht zur Fortschreitungsrichtung des Lichts, wie oben erwähnt, sich verschieben, hängt das Ausmaß der Interferenz stark von der Art des Lichtes und des Oberflächenzustandes des reflektierenden Sammelspiegels 3 ab.

Wenn der einfallende Lichtstrahl ein Laserstrahl ist, kann die Wellenfront W₀ im wesentlichen über ihre gesamte Oberfläche Interferenzen verursachen. D. h., Interferenzen treten auf, wann immer die Wellenfronten W₀ und W₁ sich einander überlappen. Im Falle einer gewöhnlichen Lichtquelle ist die seitliche Kohärenz gering. Wenn die Strahlkollimation mit einem polierten konkaven Spiegel durchgeführt wird, ist die Kohärenz mit einer Verschiebung in der Größenordnung von ±500 M für mittlere Infrarotstrahlen ausreichend beseitigt, wobei die Verschiebung für sichtbare Strahlen wesentlich kleiner ist. In jüngster Zeit wurde es möglich, einen nichtsphärischen Spiegel mit 30 M als Oberflächenrauhigkeit durch Bearbeitung eines Aluminiummaterials herzustellen. Mit einem so erzeugten Spiegel läßt sich die Kohärenz mit einer Verschiebung in der Größenordnung von ±100 M ausreichend beseitigen. Die seitliche Kohärenz kann durch Verwendung eines reflektierenden Sammelspiegels 3 mit einer geeigneten Oberflächenrauhigkeit oder durch Steigern der Dicke der planparallelen Platte 125 oder durch Vergrößern des Einfallswinkels R des einfallenden Lichtstrahls 121 begrenzt werden. Aus obiger Beschreibung ergibt sich, daß die Ausgänge E₀, E₁, E₂ usw. als unabhängige Lichtstrahlen behandelt werden können. Daher führt das erfindungsgemäße Interferometer zu einer Interferenz von parallelen Lichtstrahlen, die von einer gewöhnlichen Lichtquelle (keine Laserquelle) kommen, wobei die vorbestimmte optische Weglängendifferenz

Es soll nun der Fall betrachtet werden, in dem die Amplituden der Interferenzsignale durch die Gleichungen (8) und (9) wiedergegeben werden und in dem die planparallele Platte 125 aus Germanium (Ge) besteht. Germanium hat einen Energieübertragungsgrad in der Größenordnung von 0,3 (T = 0,3) für einen rötlichen Lichtstrahl mit 20 µm Wellenlänge. Wenn der Energiereflexionsgrad R auf 0,7 (R = 0,7) unter Vernachlässigung der Absorption angenommen wird, ergibt sich

Für R = 0,7 und T = 0,3 in der Gleichung (18) ergibt sich als resultierende Interferenzstärke 0,30. Das bedeutet 71% der maximalen Effizienz (2RT) 0,42 für die Werte R = 0,7 und T = 0,3. Die Wellenflächen W₁, W₂ usw. sind aufgrund der Verschiebung a verdeckt. Für den ersten Term (Wellenfläche W₀) der Gleichung (18) ist jedoch die Interferenzstärke 0,13 und wenigstens 60% der maximalen Effizienz sind sichergestellt. Für Infrarotstrahlung im Wellenlängenbereich von 2 µm bis 10 µm ist Germanium im wesentlichen ideal, weil T in der Größenordnung von 0,5 liegt. Wenn R = 0,5 ist, wird 2RT² = 0,25, was in ausreichendem Maße an die maximale Effizienz herankommt. In der Praxis ist die Amplitude eines Interferenzsignals unterschiedlich zu dem, was die obige Gleichung ergibt. Mit anderen Worten, wird im Falle einer herkömmlichen Lichtquelle aufgrund des Anwachsens der optischen Wellenlängendifferenz

die Anzahl kohärenter Strahlung vermindert und entsprechend wird auch der Ausgang des Interferometers geringer. Dies gilt in genau gleicher Weise auch für die Interferometer nach dem Stand der Technik. Daher ist die Stärke des Interferenzsignals genauso akzeptabel wie beim Stand der Technik. Ein Ausführungsbeispiel für die Anwendung eines erfindungsgemäßen Interferometers für die Zweistrahlinterferenzspektrometrie nach Fig. 7 ist in Fig. 1 gezeigt. Der Unterschied zwischen Fig. 7 und Fig. 1 ergibt sich aus dem direkten Vergleich dieser Figuren.

Beim Zweistrahlinterferenzspektrometer nach der Fig. 1 ist es nicht notwendig, die Korrekturplatte zu verwenden. Dies führt sowohl zur Verminderung der Materialkosten als auch zur Verminderung der Oberflächenbearbeitungskosten des Strahlteilers 19. Weiterhin ist bei dem herkömmlichen hochauflösenden Spektrometer die Dickentoleranz des Trägers 4 und der Korrekturplatte 8 beträchtlich hoch und liegt in der Größenordnung von ±10 µm. Demgegenüber entfällt bei der Erfindung das Angleichen der Dicken des Trägers 4 und der Korrekturplatte. Die Herstellung einschließlich das wiederholte Oberflächenpolieren und der Meßbetrieb benötigt eine beträchtlich lange Zeit. Auch unter diesem Aspekt bietet das Doppelstrahlinterferenzspektrometer nach der Erfindung große Vorteile. Beim herkömmlichen Spektrometer nach Fig. 7 ist außerdem beim Zusammenbau des Trägers 4 und der Korrekturplatte 8 die Anordnung eines Distanzstückes dazwischen in einem Halter erforderlich. Beim Zusammenbau bildet sich eine Luftschicht zwischen dem Träger 4 und der Platte 8. Es kann daher passieren, daß eine Vielstrahlinterferenz zwischen dem Träger 4 und der Platte 8 auftritt und daß Lichtstrahlen einer bestimmten Wellenlänge oft absorbiert werden. Diese Schwierigkeit ließe sich durch ein leichtes gegenseitiges Neigen des Trägers 4 und der Platte 8 beseitigen. Demgegenüber ist bei dem erfindungsgemäßen Spektrometer der unbeschriebene Zusammenbau und die damit verbundene Arbeit nicht erforderlich. Es wird lediglich die planparallele Platte in einen Halter gesteckt. Es tritt daher keine Vielstrahlinterferenz auf. Dies reduziert weiter die Herstellungskosten. Beim Spektrometer nach Fig. 1 ist es auch nicht notwendig, einen durchscheinenden Film 5 zu erzeugen. Im allgemeinen wird der Film 5 durch Vakuumdampfabscheidung unter Heizen des Substrates 4 geschaffen. Wenn beispielsweise ein Germaniumfilm aus dem Vakuum auf einen KBr-Träger 4 abgeschieden wird, hängt die Qualität und die Dicke des erzeugten Films von der Temperatur des Trägers 4 ab. Wenn die Temperatur jedoch einen bestimmten Wert übersteigt, wird die polierte KBr-Trägerfläche durch Rauhigkeiten zerstört. Die Steuerung ist entsprechend schwierig. Beim Spektrometer nach der Erfindung fällt diese Arbeit weg, so daß die Herstellungskosten des Strahlteilers 19 weiter verringert werden können. Jedoch senkt die Beseitigung des durchscheinenden Films nicht nur die Herstellungskosten, sondern verbessert gleichzeitig die Wirkungsweise. Bei dem herkömmlichen Strahlteiler, der beispielsweise mit einem durchscheinenden Germaniumfilm auf dem KBr-Träger durch Vakuumabscheidung aufgetragen worden ist, wird die Interferenz des Germaniumfilms verwendet, so daß auch der Wellenlängenbereich, in dem Lichtstrahlen aufgeteilt werden können, durch den Germaniumfilm begrenzt ist. Z. B. kann der KBr-Träger Lichtstrahlen im Bereich von 400 cm^-1 (Infrarotlicht) bis 30000 cm^-1 (sichtbares Licht) übertragen. Wenn jedoch der Strahlteiler aus einem Germaniumfilm besteht, können nur noch Lichtstrahlen in der Größenordnung von 400 cm^-1 bis nicht mehr als 5000 cm^-1 übertragen werden. Bei der Erfindung kann jedoch der Lichtdurchlässigkeitsbereich von KBr voll ausgenützt werden. Weil aber in diesem Falle der Brechungsindex von KBr in der Größenordnung von 1,5 bis 1,7 in diesem Bereich liegt und weil die Reflektivität R bei einem senkrecht einfallenden Lichtstrahl nur wenige Prozent beträgt, ist es erforderlich, den Neigungswinkel zu vergrößern, um dadurch auch die Reflektivität zu erhöhen. In jedem Fall läßt sich durch die Erfindung ein Strahlteiler schaffen, der in einem Bereich von 400 cm^-1 bis 30000 cm^-1 arbeiten kann. Das Material für den Strahlteiler ist nicht nur auf KBr begrenzt. Es können z. B. auch KRS-5 oder KRS-6 mit hohem Brechungsindex eingesetzt werden. In diesem Fall kann der Neigungswinkel herabgesetzt werden.

In dem obigen Ausführungsbeispiel besteht die planparallele Platte aus Germanium oder KRS-5. Jedoch ist die Erfindung auch hier nicht auf diese Materialien beschränkt. Es kann beispielsweise auch ein Halbleitermaterial, wie z. B. Silizium oder Galliumarsenit oder ein dielektrisches Material, wie Zinkselen (ZnSe) verwendet werden.

Wenn es nicht möglich ist, den Einfallswinkel zu steigern, können auf beiden Seiten der planparallelen Platte 25 durch Vakuumabscheidung, wie in Fig. 4 gezeigt, Filme 134 und 135 erzeugt werden. In diesem Falle geht natürlich wieder der oben erwähnte Vorteil, der durch die Nichtverwendung eines Films gegenüber dem Stand der Technik begründet war, verloren. Trotzdem bleibt der Vorteil, daß keine Korrekturplatte benötigt wird. Wenn die planparallele Platte 125 mit dem Träger 4 des in Fig. 7 gezeigten Strahlteilers verglichen wird, sieht man, daß die Herstellungskosten für die planparallele Platte insofern höher sind, als für den Träger 4, weil die Platte, die Filme auf beiden Seiten trägt, während der Träger 4 den aus dem Vakuum abgeschiedenen Film nur auf einer Fläche trägt. Wenn jedoch eine geeignete Anordnung gewählt wird, ist es ohne weiteres möglich, beide Oberflächen der Platte im Vakuum zu beschichten, wobei die Vakuumbedingungen in der Vakuumabscheidekammer gleich gehalten werden können, so daß tatsächlich keine nennenswert höheren Herstellungskosten anfallen.

Fig. 16 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel sind, ähnlich wie bei der planparallelen Platte nach Fig. 4, durchscheinende Filme auf beiden Flächen des Trägers 204 erzeugt. Es ist jedoch zu bemerken, daß jede Oberfläche nicht ganz mit der Schicht bedeckt ist. Genauer gesagt, zeigt Fig. 16 das von der Vorderfläche 224 des Trägers 204, der eine planparallele Platte aus durchsichtigem Material darstellt, die obere Hälfte durch einen durchscheinenden Film 252 und an der Rückseite 226 des Trägers 204 die untere Hälfte mit einem weiteren durchscheinenden Film 227 bedeckt ist.

Fig. 17 zeigt ein optisches Wegdiagramm, bei dem der Strahlteiler 219, wie er in Fig. 16 gezeigt ist, mit den Umkehrreflektoren 9 und 10 kombiniert ist. Genauer gesagt, trifft in Fig. 17A ein einfallender Lichtstrahl AB auf den auf der oberen Hälfte der Vorderfläche 224 des Strahlteilers 219 aufgebrachten durchscheinenden Film 225 auf. In Fig. 17B trifft ein einfallender Lichtstrahl AB auf den durchscheinenden Film 227, der auf der unteren Hälfte der rückwärtigen Fläche 226 des Strahlteilers 219 gebildet ist, auf. In Fig. 17A wird der einfallende Lichtstrahl AB durch den durchscheinenden Film 225 des Strahlteilers 219 in zwei Lichtstrahlen und aufgeteilt, wie das ähnlich auch in Fig. 2 der Fall ist, so daß die Punkte F und F′, die miteinander zusammenfallen, eine optische Interferenz hervorrufen. Die Lichtstrahlen verzweigen an der Stelle B, wobei jeder einmal durch den Träger 204 hindurchtritt, so daß eine Phasenkorrektur stattfindet. Diese Beschreibung gilt in gleichem Maße auch für den Fall der Fig. 17B.

Beim Strahlteiler 219 wird der Lichtstrahl, anders als bei dem Strahlteiler nach Fig. 2, nicht mehrmals unterteilt. Der Strahlteiler 219 kann daher bei einem Lichtstrahl mit z. B. einem Laserstrahl mit hoher Kohärenz, verwendet werden. In ähnlicher Weise wie beim Interferometer nach Fig. 7, ist beim Interferometer mit dem Strahlteiler, wie er in Fig. 16 gezeigt ist, die Vakuumabscheidung des durchscheinenden Films auf den Träger erforderlich. Jedoch hat das Interferometer nach der Erfindung immer noch die oben erwähnten Vorteile und Eigenschaften.

Fig. 11 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, wobei zwei Arten von durchscheinenden Schichten, nämlich ein durchscheinender Film 128 für Infrarotstrahlung (im folgenden als "Infrarotfilm 128" bezeichnet) und ein durchscheinender Film 129 für sichtbare Strahlung (im folgenden als "für sichtbares Licht durchlässiger Film 124" bezeichnet) auf den Träger eines Strahlteilers 119 erzeugt werden. Der Strahlteiler 119 wird bei einem Laserstrahl eingesetzt, der von einem Laserinterferenzlängenmeßgerät 12 in Fig. 1 oder Fig. 7 ausgesandt wird. Bei einem herkömmlichen Verfahren zur Erzeugung von durchscheinenden Filmen wird die Anordnung des für die sichtbare Strahlung gedachten durchscheinenden Films auf einen Bereich A in Fig. 12 begrenzt. Dagegen wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren eine klare Trennung des Infratrotfilmes und des sichtbaren Lichtfilmes durchgeführt, d. h., wenn diese Herstellung auf dem Träger vorgenommen wird, sind die Maskenbereiche klar voneinander getrennt, wie sich das aus Fig. 11 ergibt. Dadurch werden verschiedene Schwierigkeiten, wie sie bei herkömmlichen Verfahren aufgrund der Grenzbereiche zwischen den zwei verschiedenen Arten von durchscheinenden Filmen auftreten können, vermieden. Die beiden Arten von Filmschichten werden auf beiden Flächen des Trägers so erzeugt, daß sie auf der einen Oberfläche symmetrisch zu denen auf der anderen Oberfläche liegen. Der so erzeugte Strahlteiler 119 kann zur gleichzeitigen Messung von Strahlen im Infrarotbereich und im sichtbaren Bereich eingesetzt werden. Fig. 12A zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Strahlteilers. Der Strahlteiler nach Fig. 12A unterscheidet sich vom Strahlteiler nach der Fig. 16 dadurch, daß in beiden Oberflächen des Strahlteilers ein kurzer Abstand d zwischen der Sehne eines halbkreisförmigen durchscheinenden Films 125 (oder 127) und dem Strahlteilerdurchmesser parallel mit der Sehne belassen ist. Die Fig. 12B zeigt eine Abwandlung des in Fig. 4 dargestellten Strahlteilers. Wie oben bereits erwähnt wurde, ist im Interferometer nach der Fig. 1 oder nach der Fig. 7 die Öffnung 2 in ihrer Größe begrenzt, so daß der an das Interferometer gelangende Lichtstrahl nicht vollständig parallel ist. Mit anderen Worten, umfaßt der Lichtstrahl leicht divergende Komponenten, wobei der Divergenzwinkel nicht mehr als 3° beträgt. Ein solcher geneigter Strahl, wie er in Fig. 12B gezeigt ist, wird im Punkt B und wiederum im Punkt C geteilt. Wenn die durchscheinenden Filme ideales Verhalten zeigen, beträgt die Intensität des Lichtstrahls CD ein viertel (1/4) derjenigen des Lichtstrahls AB, während die Intensität des Lichtstrahls C′D′ ein viertel (1/4) derjenigen des Lichtstrahls AB beträgt. Die Intensität des Lichtstrahls BC′ ist die Hälfte derjenigen des Lichtstrahls AB. Das führt zu der Schwierigkeit, daß der Lichtstrahl CD, der ursprünglich für die optische Interferenz verwendet werden soll, in seiner Intensität geschwächt wird und daß die Lichtstrahlen CD′ und CD miteinander interferieren. Die Abnahme der Intensität, die nur einen Teil der Intensität des gesamten einfallenden Lichtstrahls betrifft, führt im allgemeinen nicht zu Schwierigkeiten in der Funktion. Wenn jedoch ein Lichtstrahl im wesentlichen auf die Mitte des Strahlteilers mit relativ hoher Intensität gerichtet wird, dann erscheint dieser Lichtstrahlteil als Streulichtstrahl. Diese Schwierigkeit läßt sich mit dem Strahlteiler nach Fig. 12A beseitigen. Wenn z. B. der Brechungsindex des Trägers 4 1,5 beträgt und die Dicke 6 mm und wenn der Neigungswinkel des einfallenden Lichtstrahls bezüglich der parallelen Lichtstrahlrichtung maximal 3° beträgt, dann gilt aufgrund des Brechungsgesetzes

Fig. 13 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Strahlteilers, bei dem die durchscheinenden Filme senkrecht angeordnet sind. Fig. 14 zeigt ein Interferometer, das den Strahlteiler 119 der Fig. 13 verwendet. In dem Strahlteiler 119 ist ein Spalt zwischen dem durchscheinenden Film 125 auf der Vorderfläche des Trägers und dem durchscheinenden Film 127 auf der Rückseite des Trägers vorgesehen, so daß ein Lichtstrahl, der an der Stelle B aufgeteilt wird, im Punkt F optisch interferiert, wobei ein Lichtstrahl, der an der Stelle F aufgeteilt wird, an der Stelle B interferiert, was zu dem Ergebnis führt, daß der austretende Lichtstrahl um CG verschoben ist. Andererseits wird in Fig. 7 der Beleuchtungspiegel 14 und der Konvergenzspiegel 16 zur Messung einer Probe 15, die durchlässig ist, eingesetzt. Diese Spiegel sind abnehmbar so befestigt, daß sie durch andere optische Einrichtungen, beispielsweise solche, mit denen man reflektierende Proben oder lichtstreuendes Pulver untersuchen kann, ausgetauscht werden können. Beim Austausch ist es erforderlich, die optischen Achsen der optischen Vorrichtungen zu justieren. Im Interferometer der Fig. 14 wird die Verschiebung CG dazu verwendet, so daß ein optischer Achsenjustierlaserstrahl 103 sich mittels des reflektierenden Spiegels 131 austreten kann.

In den Fig. 15A und 15B ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Strahlteilers gezeigt. In der Fig. 15A ist der Strahlteiler in mehrere Teile unterteilt. In der Fig. 16B ist die optische Achse verschoben.

In den oben genannten Ausführungsbeispielen werden kubische Eckenreflektoren 23 und 24 als Umkehrreflektoren, wie in Fig. 2 gezeigt, verwendet. Es versteht sich jedoch von selbst, daß auch andere Typen von Umkehrreflektoren eingesetzt werden können. Beispielsweise kann ein kubisches Eckenprisma, wie in Fig. 10A, eingesetzt werden, ein Umkehrreflektor, den man "Katzenaugenreflektor" nennt und wie er in Fig. 10B gezeigt ist, eine Spiegelvorrichtung, die aus zwei ebenen Spiegeln, wie in Fig. 10C gezeigt, angeordnet ist oder auch ein Dreieckprisma mit zwei senkrecht zueinanderstehenden Flächen eingesetzt werden. Das kubische Eckenprisma stellt einen kubischen Eckenreflektor in der Form eines Prismas dar und wird bei Abstandsmessungen unter Verwendung von Lasern häufig eingesetzt.

Das erfindungsgemäße Interferometer hat noch viele andere Anwendungsbereiche. Fig. 6 zeigt z. B. eine Entfernungsmeßvorrichtung, die ein erfindungsgemäßes Interferometer verwendet.

In Fig. 6 wird ein XY-Tisch 36 in Richtung der Pfeile mittels eines Antriebsmotors, der nicht gezeigt ist, bewegt. Auf dem XY-Tisch 36 ist ein X-Koordinatenumkehrreflektor 37 und Y-Koordinatenumkehrreflektor 38 der Art, wie sie in Fig. 10C gezeigt sind, befestigt. Der Strahlteiler 41 teilt einen von einer Laserquelle 39 ausgehenden Laserstrahl 40 in zwei Strahlen auf. Ein Strahl wird zur Messung der X-Koordinaten und der andere zur Messung der Y-Koordinaten eingesetzt. Die Messung der X-Koordinaten entspricht der Messung der Y-Koordinaten. Es genügt daher, nur eine dieser Messungen zu beschreiben. Dies geschieht dann an den X-Koordinaten. Der zur Messung der X-Koordinaten eingesetzte Laserstrahl wird vom Strahlteiler 42 nach der Erfindung an der Stelle A in zwei Strahlen aufgeteilt. Einer der beiden Strahlen wird am X-Koordinatenumkehrreflektor reflektiert, während der andere am Umkehrreflektor 43 reflektiert wird, so daß im Punkt B auf dem Strahlteiler 42 eine optische Interferenz stattfindet. Nach der optischen Interferenz wird der am Strahlteiler reflektierte Strahl vom Längenmeßdetektor 44 erfaßt, während der durch den Strahlteiler hindurchtretende Strahl vom Richtungsdetektor 45 erfaßt wird. Der Laserstrahl 40, der linear polarisiertes Licht darstellt, hat P- und S-Komponenten bezüglich des durchscheinenden Films auf dem Strahlteiler 42.

Die P-Komponente wird um 1/4 Wellenlänge mit einem λ/4 Plättchen 46 verzögert und mit Hilfe der Polarisierungsplatte 47 im Richtungsdetektor 45 erfaßt. Die S-Komponente interferiert ohne Phasenverschiebung und wird vom Detektor 44 mit Hilfe der Polarisationsplatte 48 erfaßt. Aus der obigen Beschreibung wird deutlich, daß die Ausgänge der Detektoren 44 und 45 um etwa λ/4 voneinander phasenverschoben sind, wobei die Richtung mit demselben Prinzip wie in einem Drehkodierer erfaßt wird. Bei diesem Betrieb ist es wesentlich, daß der Strahlteiler 42 und der Bezugsumkehrreflektor 43 stationär gehalten werden. Wenn bei der Messung der Strahlteiler 42 und der Bezugsumkehrreflektor 43 bewegt werden, würde man Ausgangssignale erhalten, wie wenn der XY-Tisch entsprechend bewegt worden wäre. Das bedeutet, daß die Messung dann einen Fehler enthalten würde. Da ein Laserstrahl monochromatisch ist, entstehen keine Probleme aufgrund von chromatischen Dispersionen des Materials des Strahlteilers. Wenn anstelle des Strahlteilers 42 ein herkömmlicher Strahlteiler ohne Korrekturplatte 8 eingesetzt wird, verändert sich die optische Weglängendifferenz auf der einen Seite aufgrund der Wärmeausdehnung des Materials. In diesem Falle ist es daher erforderlich, den Strahlteiler unter Verwendung eines teuren Materials, das einen kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, zu verwirklichen. Diese Schwierigkeit kann unter Verwendung der Korrekturplatte beseitigt werden. Jedoch führt die Verwendung der Korrekturplatte zu den oben erwähnten Nachteilen, wobei es, wie erwähnt, hier auf die Einhaltung enger Toleranzen in der Dicke ankommt und daher die Herstellungskosten hoch sind.

Der Strahlteiler 42 wird daher bezüglich der Seite des Punktes A in Richtung auf die Seite des Punktes B expandierbar gemacht, so daß die oben erwähnten Wärmeausdehnungsprobleme vollständig beseitigt sind. Der Strahlteiler ist daher in der Konstruktion einfach und hat trotzdem die oben beschriebenen Vorteile.

Wie beschrieben, besteht der Strahlteiler bei einem erfindungsgemäßen Interferometer aus einer planparallelen Platte mit durchscheinenden Oberflächen auf beiden Seiten sowie aus einem Paar Umkehrreflektoren, die so eingesetzt werden, daß ein Lichtstrahl der auf der Oberfläche des Strahlteilers aufgeteilt wird, auf der anderen Fläche optisch interferiert. Die durch Aufteilung des einfallenden Lichtstrahls beim erfindungsgemäßen Interferometer gebildeten Lichtstrahlen laufen denselben Weg in dem Träger des Strahlteilers, bevor sie miteinander interferieren. Dies führt zu derselben Wirkung, wie das beim herkömmlichen Interferometer nur mit der Korrekturplatte erreicht werden konnte. Das erfindungsgemäße Interferometer benötigt eine solche Korrekturplatte nicht und ist daher nicht nur in der Herstellung billiger sondern auch im Aufbau einfacher.

Claims (10)

1. Interferometer, gekennzeichnet durch einen Strahlteiler, der von einer planparallelen Platte (25, 125) mit durchscheinenden Flächen auf beiden Seiten gebildet wird und durch ein Paar Umkehrreflektoren (23, 24; 123, 124), die jeweils an einer Stelle mit einem bestimmten Abstand zu jeder gegenüberliegenden Seite des Strahlteilers angeordnet sind.

2. Interferometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die planparallele Platte (25, 125) aus einem Halbleitermaterial hergestellt ist.

3. Interferometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die planparallele Platte aus einem durchscheinenden Material hergestellt ist und auf beiden Seiten einen durchscheinenden Film (134, 135) aufweist, wobei die durchscheinenden Filme in ihrer Lage versetzt zueinander angeordnet sind.

4. Interferometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial Germanium ist.

5. Interferometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial Silizium ist.

6. Interferometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial Galliumarsenit ist.

7. Interferometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die planparallele Platte (25, 125) aus einem dielektrischen Material hergestellt ist.

8. Interferometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Material Zinkselen (ZnSe) ist.

9. Interferometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Material Thallium-Bromid Iodid (KRS-5) ist.

10. Interferometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Material Thallium-Bromid Chlorid (KRS-6) ist.