DE3921816A1 - Zweistrahl-interferometer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Zweistrahl-Interferometer mit mindestens einem im Strahlengang vorgesehenen Strahlteiler zur Amplitudenteilung einfallender Meßstrahlung, mindestens einem im Strahlengang angeordneten Drehspiegelsystem mit zwei im wesentlichen planparallelen Spiegelflächen, welcher um eine im wesentlichen parallel zu den Spiegelflächen und quer zu dem Strahlengang ausgerichtete Achse drehbar ist und von mindestens einem Teilstrahl teilweise durchlaufen wird, mit jeweils einem Reflektorsystem für jeden der Teilstrahlen und mit mindestens einem Detektorsystem zur Auswertung der an den Reflektorsystem reflektierten und anschließend interferenzmäßig gemischten Teilstrahlen.

Ein solches Interferometer ist als Sternberg & James-Michelson-Interferometer bekanntgeworden (Sternberg, R. S. & James, J. F. (1964) J.Sci.Instrum. 41 : 514).

Bei dem bekannten Interferometer sind zwei planparallele Spiegelplatten zusammen mit einem ebenfalls zu den Spiegelplatten planparallel ausgerichteten Strahlteiler auf einer Drehstruktur angeordnet. Ein Teil der einfallenden Meßstrahlung transmittiert durch den Strahlteiler und wird an einem planen Endspiegel reflektiert und auf dem gleichen Weg zum Strahlteiler zurückgeworfen, von wo aus der reflektierte Strahl zu einem der planparallelen Spiegelplatten reflektiert und von dort unter erneuter Reflexion zum Detektor gelangt. Der andere Teil der einfallenden Meßstrahlung wird beim Auftreffen auf den Strahlteiler zu der anderen Spiegelplatte reflektiert und gelangt von dort unter erneuter Reflexion zum zweiten Endspiegel. Dieser Teilstrahl wird durch den Endspiegel reflektiert und gelangt auf dem gleichen Weg zurück zum Strahlteiler und transmittiert teilweise durch den Strahlteiler und legt ab dort den gleichen Weg zurück, wie der Teilstrahl, der an dem ersten Endspiegel reflektiert worden ist. Durch Drehung der Drehstruktur läßt sich nun eine Veränderung des optischen Hubes, d. h. eine Veränderung des durch die Teilstrahlen zurückgelegten Weges erreichen. Da jedoch beide Teilstrahlen auf ihrem Rückweg vom Strahlteiler zum Detektorsystem unabhängig von der Stellung des Drehspiegelsystems den gleichen Weg zurücklegen, wird mit der Drehung des Drehspiegelsystems nur ein geringer Unterschied in der zurückgelegten Weglänge beider Teilstrahlen erreicht. Gleichwohl hat das bekannte Interferometer den Vorteil, daß die Weglängenänderung nur durch die Drehung des Drehspiegelsystems um die zuvor erwähnte Achse erreicht wird, während Bewegungen des Drehspiegelsystems in den anderen fünf Freiheitsgraden keine Auswirkung auf die Interferenzerscheinungen haben. Diese Invarianz gegenüber fünf Freiheitsgraden ist von enormer Bedeutung, da der konstruktive Aufwand für die Bewegung des bewegbaren Spiegelsystems entsprechend gering gehalten werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Interferometer der eingangs genannten Art unter Beibehaltung der Invarianz gegenüber fünf Freiheitsgraden des bewegbaren Spiegelsystems so zu verbessern, daß der mit der Drehung des Drehspiegelsystems erreichbare Unterschied in der zurückgelegten optischen Weglänge größer wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Strahlteiler in bezug auf die Reflektorsysteme ortsfest und im Strahlengang derart vor dem Drehspiegelsystem angeordnet ist, daß das Drehspiegelsystem von zumindest einem Teilstrahl auf dem Weg zum jeweiligen Reflektorsystem unter Reflexion an beiden Spiegelflächen vollständig durchlaufen wird.

Anders als bei dem gattungsbildenden Interferometer wird der Strahlteiler also nicht mehr mit dem Drehspiegelsystem mitgedreht, sondern vielmehr so angeordnet, daß nur die Teilstrahlen oder einer der Teilstrahlen das Drehspiegelsystem durchläuft. Hierdurch kann der gesamte Abstand zwischen den beiden planparallelen Spiegelflächen bei einer Drehung des Drehspiegelsystems zur Weglängenänderung ausgenutzt werden. Wenn beide Teilstrahlen auf den sich gegenüberliegenden planparallelen Spiegelflächen in das Drehspiegelsystem geschickt werden, hat die Drehung des Drehspiegelsystems darüber hinaus außer der Verlängerung der Weglänge des einen Teilstrahles auch eine Verkürzung des durch den anderen Teilstrahl zurückgelegten Weges zur Folge, wodurch auch bei sehr kompakter Bauweise des Interferometers ein beträchtlicher Weglängenunterschied erzeugt werden kann. Zwar ist aus der DE-PS 30 05 520 ein Zweistrahl-Interferometer bekannt, bei dem ebenfalls der Strahlteiler in bezug auf die feststehenden Endspiegel ortsfest angeordnet ist; das an Bord beschriebene Interferometer arbeitet jedoch nach einem gänzlich anderen Prinzip. Während bei dem erfindungsgemäßen Interferometer die Weglängenänderung durch die Drehung der beiden planparallelen Spiegelflächen hervorgerufen wird, wird bei dem bekannten Interferometer die optische Weglänge durch eine translatorische Komponente einer Drehbewegung hervorgerufen. Zwar sind bei dem Interferometer gemäß der DE-PS 30 05 520 zwei Retroreflektoren auf einer gemeinsamen Drehstruktur angeordnet, so daß vordergründig die optische Weglängenänderung durch Drehung der Drehstruktur erreicht wird. Tatsächlich muß die Drehachse der Retroreflektoren stets mit Abstand von deren Symmetriezentrum angeordnet sein, so daß die Retroreflektoren neben einer geringfügigen Drehbewegung hauptsächlich eine translatorische Bewegung ausführen. Ausschließlich diese translatorische Bewegung ist für die optische Weglängenänderung verantwortlich, während die geringfügige Drehbewegung durch die gegen Kippen unempfindlichen Retroreflektoren optisch eliminiert wird. Im Gegensatz dazu ist es bei dem erfindungsgemäßen Interferometer möglich, die Drehachse in den Schwerpunkt des Drehspiegelsystems zu legen, so daß bei der Bewegung des Drehspiegelsystems nur sehr geringe Trägheitsmomente zu überwinden sind und daß zum anderen das Anbringen eines Gegengewichts zum Auswuchten des Drehspiegelsystems entfallen kann.

Aus den obengenannten Gründen ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Drehachse des Drehspiegelsystems in der Mitte zwischen beiden planparallelen Spiegelflächen angeordnet und durchläuft somit den Schwerpunkt des Drehspiegelsystems.

Um den Weglängenunterschied zu vergrößern können auch mindestens zwei Drehspiegelsysteme vorgesehen sein, von denen jeweils mindestens einer im Strahlengang eines Teilstrahles angeordnet ist. Hier ist eine Vielzahl von Möglichkeiten gegeben, so können z. B. hintereinander mehrere Drehspiegelsysteme vorgesehen sein, die auf jeweils eigenen Drehachsen sitzen.

Günstig ist auch, wenn beide Drehspiegelsysteme auf einer gemeinsamen Drehachse sitzen. Hierdurch läßt sich auf einfache Weise ein optisch symmetrisches Interferometer erreichen, wenn jeweils ein Teilstrahl ein Drehspiegelsystem durchläuft. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind beide Drehspiegelsysteme auf einem gemeinsamen Träger befestigt und stehen die planparallelen Spiegelflächen beider Drehspiegelsysteme in bezug zueinander fest. Mit dieser konstruktiven Ausgestaltung läßt sich ein Doppelpendel-Interferometer verwirklichen, das einen ähnlichen Aufbau hat, wie das Interferometer gemäß der DE-PS 30 05 520, wobei jedoch ein entscheidender Vorteil darin liegt, daß beide Drehspiegelsysteme sehr nahe an der gemeinsamen Drehachse angeordnet sein können, da der rotatorische Freiheitsgrad die Weglängenänderung bewirkt, während bei dem bekannten Interferometer die bewegten Spiegel verhältnismäßig weit weg von der Drehachse angeordnet sein müssen, um eine akzeptable Weglängenänderung zu erzielen. Auf diese Weise läßt sich erfindungsgemäß ein sehr kompaktes Doppelpendel-Interferometer herstellen.

Wenn die planparallelen Spiegelflächen der beiden Drehspiegelsysteme winklig zueinander angeordnet sind, kann man aus beiden Drehspiegelsystemen einen Hohlkörper machen, dessen zur Drehachse parallelen Wände als Spiegelflächen ausgebildet sind. Im Inneren dieses Hohlkörpers, der im Idealfall ein Würfel sein kann, können dann alle ortsfesten Bauteile, nämlich Strahlteiler und Endreflektorsysteme angeordnet sein.

Wenn die planparallelen Spiegelflächen der beiden Drehspiegelsysteme planparallel zueinander angeordnet sind, kann man die beiden Drehspiegelsysteme gemeinsam aus einem Glasstreifen mit planparallelen Seiten herstellen, indem man jeweils die sich planparallel gegenüberliegenden Seiten in den Endbereichen des Glasstreifens verspiegelt.

Hierbei ist es günstig, wenn die Drehachse mit Abstand außerhalb der planparallelen Spiegelflächen eines Drehspiegelsystems liegt, da dann die von dem Strahlteiler kommenden Teilstrahlen von der Mitte des Glasstreifens her in die beiden Drehspiegelsysteme einfallen können. Auch bei auf einem gemeinsamen Träger angeordneten Drehspiegelsystemen ist es aus baulichen Gründen günstig, wenn die Drehachse den Schwerpunkt des Trägers der Drehspiegelsysteme durchläuft.

Obgleich zuvor im wesentlichen Ausführungen des erfindungsgemäßen Interferometers als sogenanntes Double-pass-Interferometer beschrieben wurden, d. h. solche Interferometer, bei denen die Teilstrahlen bei den als Endspiegel ausgebildeten Reflektorsystemen auf sich selbst reflektiert werden und auf dem gleichen Weg zurückgeschickt werden, eignet sich das erfindungsgemäße Prinzip auch für Interferometer mit zwei Meßstrahleneingängen und/oder zwei Detektorsystemen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind somit zwei Detektorsysteme vorgesehen, die in einer Strahlenebene angeordnet sind, die von der Strahlenebene des oder der Meßstrahleneingänge verschieden ist, wobei die Reflektorsysteme als einen Versatz der reflektierten Teilstrahlen im Abstand der beiden Strahlenebenen bewirkenden Retroreflektoren ausgebildet sind und wobei sich ferner der Strahlteiler und das oder die Drehspiegelsysteme über beide Ebenen erstrecken. Somit werden in der ersten Strahlenebene, in der der oder die Meßstrahleneingänge liegen die einfallenden Meßstrahlen an dem Strahlteiler geteilt und durch das Drehspiegelsystem geschickt, bis sie an den Retroreflektoren auftreffen. An den Retroreflektoren werden die Teilstrahlen parallel zu ihrer Einfallsrichtung reflektiert und durchlaufen dann in der anderen Strahlenebene erneut das Drehspiegelsystem und treffen dann erneut auf den Strahlteiler, wo sie interferenzmäßig gemischt werden. Ein solches System eignet sich zur Überlagerung zweier eingehender Meßstrahlen, z. B. zur Eliminierung von Störstrahlung aus der Umgebung des zu untersuchenden Objektes.

Gemäß einer anderen Ausführungsform sind zwei Meßstrahleneingänge und zwei Detektorsysteme vorgesehen, wobei jeweils ein Meßstrahleneingang und ein Detektorsystem in einer gemeinsamen Strahlenebene angeordnet sind und sich das Drehspiegelsystem über beide Ebenen erstreckt.

Wenn bei einem solchen System die Reflektorsysteme ebenfalls als Retroreflektoren ausgebildet sind, läßt sich ein ähnliches System verwirklichen, wie oben beschrieben. Hierbei können auch zwischen den Strahlenebenen der Meßstrahleneingänge und der Detektorsysteme weitere Retroreflektoren angeordnet sein, die die Teilstrahlen auch auf Zwischenebenen durch das Drehspiegelsystem schicken. Das hat den Vorteil, daß der zurückgelegte optische Weg und damit auch der erreichbare Weglängenunterschied beträchtlich vergrößert werden kann, was sich für bestimmte Anwendungsfälle eines Interferometers als günstig erweisen kann.

Können bei einem Interferometer mit jeweils einem Meßstrahleneingang und einem Detektorsystem in einer Strahlenebene die Reflektorsysteme als plane Endspiegel ausgebildet sind, die die Teilstrahlen auf sich selbst reflektieren, kann über einen Meßstrahleneingang eine Referenzstrahlung, z. B. die eines Lasers, aufgegeben werden, die zur Regelung der Drehbewegung des Drehspiegelsystems benutzt wird, so daß die durch die Drehung des Drehspiegelsystems erreichbare Weglängenänderung pro Zeiteinheit konstant ist.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein sogenanntes Zweistrahl-double-pass-Interferometer in einer Grundversion,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines Double-pass-Interferometers,

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines Double-pass-Interferometers,

Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines Double-pass-Interferometers,

Fig. 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Double-pass-Interferometers,

Fig. 6 ein sechstes Ausführungsbeispiel eines Double-pass-Interferometers,

Fig. 7 ein siebtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Interferometers mit zwei Ausgängen,

Fig. 8 ein achtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Interferometers, und

Fig. 9 ein neuntes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Interferometers.

Allen nachfolgend beschriebenen Interferometern ist es gemeinsam, daß sie mindestens einen Meßstrahleneingang S und einen Detektor D aufweisen. Im Strahlengang der einfallenden Meßstrahlung 1 ist stets ein Strahlteiler 2 angeordnet, der eine Amplitudenteilung der einfallenden Meßstrahlung 1 vornimmt, indem eine Hälfte der einfallenden Meßstrahlung 1 als erster Teilstrahl 3 durch den Strahlteiler 2 transmittiert, während ein zweiter Teilstrahl 4 am Strahlteiler 2 reflektiert wird. Beide Teilstrahlen 3 und 4 werden an einem feststehenden Reflektorsystem 5 bzw. 6 reflektiert und erneut einem Strahlteiler 7 zugeführt, wo die beiden reflektierten Teilstrahlen 3′ und 4′ interferenzmäßig gemischt und dem Detektor D zugeleitet werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist der Strahlteiler 7 mit dem Strahlteiler 2 als ein und dasselbe Bauteil ausgebildet.

Weiterhin ist allen Ausführungsbeispielen gemeinsam, daß in mindestens einem Teilstrahl 3 bzw. 4 mindestens ein Drehspiegelsystem 8 mit zwei planparallelen Spiegelflächen 9 und 10 angeordnet ist, und zwar derart, daß das Drehspiegelsystem 8 von dem jeweiligen Teilstrahl 3 bzw. 4 vollständig, d. h. unter Reflexion an beiden Spiegelflächen 9 und 10 durchlaufen wird, bevor der betreffende Teilstrahl dann an dem jeweiligen Reflektorsystem 5 bzw. 6 zurückgeworfen wird. Das Drehspiegelsystem 8 sind um eine parallel zu den planparallelen Spiegelflächen 9 und 10 und quer zum einfallenden Teilstrahl 3 bzw. 4 angeordnete Achse 11 drehbar.

Die prinzipielle Funktionsweise der im folgenden beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Interferometers läßt sich am einfachsten anhand der Fig. 1 beschreiben.

Zur Erzeugung eines Interferogramms ist es, wie allgemein bekannt, erforderlich, daß einer der beiden Teilstrahlen eine Weglänge durchläuft, die sich gegenüber der Weglänge des anderen Teilstrahls verändert, und zwar gewöhnlicherweise mit einer konstanten Geschwindigkeit. Bei den erfindungsgemäßen Interferometern wird diese Weglängenänderung erreicht durch eine Drehung des Drehspiegelsystems 8 um seine Drehachse 11. Diese Drehung allein bewirkt, wie anhand des in Fig. 1 gestrichelt dargestellten Strahlenverlaufs erkennbar ist, eine Weglängenänderung des jeweiligen Teilstrahls. Andere Bewegungen des Drehspiegelsystems 8 haben keinen Einfluß auf die Weglängenänderung. Das Drehspiegelsystem ist in seiner optischen Auswirkung auf den von dem Teilstrahl zurückgelegten Weg invariant bezüglich sämtlicher drei translatorischer Freiheitsgrade, wie auch der beiden anderen rotatorischen Freiheitsgrade. Allein die Drehung um die senkrecht zum Strahlenverlauf des jeweiligen Teilstrahls und parallel zu den beiden planparallelen Spiegelflächen 9 und 10 angeordnete Drehachse 11 bewirkt eine Weglängenänderung. Damit sind diese Interferometer verhältnismäßig einfach zu konstruieren.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Drehachse 11 zugleich Schwerpunktsachse des Drehspiegelsystems 8, d. h. die Achse 11 läuft in der Mitte zwischen den beiden Spiegelflächen 9 und 10. Hierdurch kann man sich ein Auswuchten des Drehspiegelsystems sparen.

Fig. 2 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig. 1, wobei jedoch die Mittellage des Drehspiegelsystems 8 so gewählt ist, daß seine beiden planparallelen Spiegelflächen 9 und 10 in dieser Lage in etwa parallel zu den Strahlteilerflächen 2 bzw. 7 stehen. Hierdurch wird bewirkt, daß beide Teilstrahlen 3 und 4 das Drehspiegelsystem unter zweimaliger Reflexion, jeweils an den Spiegelflächen 9 und 10 bzw. 10 und 9 durchlaufen, bevor sie an den, hier als plane Endspiegel ausgebildeten Reflektorsystem 5 und 6 zurückgeworfen werden und das Drehspiegelsystem 8 auf demselben Weg wieder verlassen. Der Vorteil dieses Ausführungsbeispieles liegt darin, daß beim Verdrehen des Drehspiegelsystems 8 um seine Achse 11 die Weglänge des einen Strahlenganges, z. B. Strahlengang 3 vergrößert wird, während die Weglänge des anderen Teilstrahles, z. B. des zweiten Teilstrahles 4, verringert wird.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem bei einer ähnlichen Anordnung wie in Fig. 2 ein zweites Drehspiegelsystem zwischen dem Strahlteiler und dem anderen Drehspiegelsystem angeordnet ist. Beide Drehachsen 11 und 11′ sind parallel zueinander und liegen auf einer Symmetrieebene des Strahlenganges. Die Teilstrahlen 3 und 4 treffen, nachdem sie das erste Drehspiegelsystem 8′ durchlaufen haben, auf eine in der Symmetrieebene liegende Spiegelfläche 12 und werden von dort in das zweite Drehspiegelsystem 8 reflektiert, bis sie unter Reflexion an den Endspiegeln 5 und 6 auf dem gleichen Weg zurücklaufen, bis sie nach interferenzmäßiger Mischung in dem Strahlteiler 7 in den Detektor D gelangen. Bei diesen Ausführungsbeispielen, bei welchen der Raum zwischen den beiden Spiegelflächen 9 und 10 frei von Einbauten ist, lassen sich die Drehspiegelsysteme auf einfache Weise durch Glaswürfel herstellen, bei denen zwei sich gegenüberliegende Würfelseiten beschichtet werden, so daß diese Seiten als Reflektoren wirken.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Drehspiegelsysteme 8 und 8′ auf einem gemeinsamen Träger 13 angeordnet, der nur schematisch durch die gestrichelte Umrandung angedeutet ist. Die Spiegelflächen beider Drehspiegelsysteme 8 und 8′ sind planparallel zueinander angeordnet, wobei der Strahlteiler 2 bzw. 7 wieder parallel zu den Spiegelflächen 9 und 10 bzw. 9′ und 10′ in ihrer Nullage angeordnet sind. Der Strahlteiler 2 bzw. 7 besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus einer Substratplatte 14, die mit einer halbdurchlässigen Schicht 15 bedampft ist. Aus Symmetriegründen ist im Strahlengang des zweiten Teilstrahles 4 ein Kompensator 16 in Form einer unbedampften Substratplatte vorgesehen, damit die Glaswege beider Teilstrahlen 3 und 4 gleich sind.

Wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen auch, sind die Endspiegel 5 und 6 senkrecht zu den jeweiligen, in die Drehspiegelsysteme 8 bzw. 8′ einfallenden Teilstrahlen 3 und 4 ausgerichtet.

In Fig. 5 ist eine ähnliche Anordnung dargestellt wie in Fig. 4, wobei jedoch der Strahlteiler 2 bzw. 7 senkrecht zu den Spiegelflächen 9 und 10 bzw. 9′ und 10′ der beiden Drehspiegelsysteme 8 und 8′ ausgerichtet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Spiegelflächen der beiden Drehspiegelsysteme 8 und 8′ nicht nur parallel zueinander, sie liegen sogar paarweise in derselben Ebene. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel liegt die Drehachse 11, die als gemeinsame Drehachse für beide Drehspiegelsysteme 8 und 8′ ausgebildet ist, im Schwerpunkt des Trägers 13. Der Vorteil dieses Ausführungsbeispieles besteht darin, daß der Träger 13 einschließlich der beiden Drehspiegelsysteme 8 und 8′ aus einem Glasstreifen mit planparalleler Vorderseite und Rückseite ausgebildet sein kann, wobei an den Bereichen, wo die Spiegelflächen 9 und 10 bzw. 9′ und 10′ vorgesehen sind, einfach eine reflektierende Schicht aufgedampft ist.

Die Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ebenfalls zwei Drehspiegelsysteme 8 und 8′ auf einem gemeinsamen Träger 13 angeordnet sind. Anders als bei den beiden vorangegangenen Ausführungsbeispielen sind jedoch die Spiegelflächen 9 und 10 des ersten Drehspiegelsystems im rechten Winkel zu den Spiegelflächen 9′ und 10′ des zweiten Drehspiegelsystems 8′ angeordnet. Sämtliche ortsfesten Bauteile, d. h. der Meßstrahleneingang S, der Detektor D, der Strahlteiler 2 bzw. 7 sowie beide Endreflektorsysteme 5 und 6 sind innerhalb der Spiegelflächen 9, 9′, 10, 10′ angeordnet. Die Zuordnung der planen Endspiegel 5 und 6 zu den einfallenden, den Strahlteiler 2 verlassenden Teilstrahlen 3 und 4 ist jedoch dieselbe, wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen. Anders als bei den zuvor genannten Ausführungsbeispielen durchlaufen die beiden Teilstrahlen jedoch nicht nur ein Drehspiegelsystem 8 bzw. 8′, sondern beide Drehspiegelsysteme, wodurch die Weglängenänderung noch erhöht wird. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß die Drehspiegelsysteme nicht hin und her schwingend angetrieben werden müssen, sondern sich auch kontinuierlich in einer Richtung der Drehachse 11 bewegen können, da die Teilstrahlen 3 und 4 die Drehspiegelsysteme 8 und 8′ nie verlassen. Zu erwähnen bleibt noch, daß auch bei diesem Ausführungsbeispiel die Drehachse 11 in der Mitte zwischen den Spiegelflächen 9 und 10 bzw. 9′ und 10′ angeordnet ist.

In Fig. 7 ist nun ein Interferometer dargestellt, bei dem die Endreflektorsysteme 5 und 6 als Dachkantspiegel ausgebildet sind, so daß die reflektierten Teilstrahlen 3′ und 4′ zu den Teilstrahlen 3 und 4 parallel versetzt und in einer anderen Strahlenebene durch das Drehspiegelsystem 8 zurücklaufen. Bei einer solchen Ausführungsform ist es möglich, zwei Detektoren D₁ und D₂ vorzusehen, wie in Fig. 7 ersichtlich ist. Ansonsten entspricht der Aufbau dem in Fig. 2 gezeigten Interferometertyp. Das Vorsehen des zweiten Detektors ist deswegen möglich, da die reflektierten Teilstrahlen 3′ und 4′ nicht mehr auf demselben Weg zurücklaufen und daher die Hälfte der interferenzmäßig gemischten Teilstrahlen nicht zu dem Meßstrahleneingang S, sondern in einer davon verschiedenen Ebene zurückgeworfen werden. Obgleich in Fig. 7 nur ein Meßstrahleneingang gezeigt ist, kann auf der gegenüberliegenden Seite des Strahlteilers 2 ein weiterer Meßstrahleneingang S vorgesehen sein, auf welchem eine Referenzstrahlung zugeführt werden kann, deren Interferenzen in den Detektorsystemen D₁ bzw. D₂ zu dem Interferogramm der Meßstrahlung addiert werden können. Nähere Vorteile eines solchen Interferometers mit zwei Meßstrahleneingängen und zwei Detektorsystemen sind in der Literatur bereits beschrieben.

In Fig. 8 ist ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem in zwei Ebenen übereinander jeweils ein Interferometer angeordnet ist. Die prinzipielle Anordnung dieser beiden Interferometer ist dieselbe, wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2, d. h. es sind als Endreflektorsysteme 5 und 6 plane Endspiegel vorgesehen, so daß die jeweiligen Teilstrahlen 3 und 4 in derselben Ebene zurückgeworfen werden. Das besondere bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 8 ist jedoch, daß das Drehspiegelsystem 8 sich mit seinen beiden Spiegelflächen 9 und 10 über beide Ebenen erstreckt, die durch die dicken, strichlierten Linien schematisch gekennzeichnet sind. Das gleiche gilt für den Strahlteiler 2 bzw. 7. Aufgrund dieser Bauweise sind beide Interferometer miteinander synchronisiert, so daß z. B. in der ersten Ebene eine Referenzstrahlung eingespeist werden kann, die lediglich zur Steuerung der Drehbewegung des Drehspiegelsystems 8 verwendet wird, indem man die Drehbewegung des Drehspiegelsystems 8 so regelt, daß das Interferogramm der Referenzstrahlung einen sinusförmigen Verlauf mit konstanter Frequenz aufweist. Um die Regelung empfindlicher zu machen, kann die Referenzstrahlung auch unter einem steileren Winkel als 45° in der ersten Ebene auf den Strahlteiler 2 auftreffen, so daß sie mehrfach an den einzelnen Spiegelflächen 9 bzw. 10 reflektiert wird, bevor sie auf die planen Endspiegel 5 und 6 auftrifft. Die Weglängenänderung ist bei gleicher Drehwinkeländerung des Drehspiegelsystems dann größer als in der zweiten Ebene.

In Fig. 9 ist nun noch ein letztes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem, wie schematisch dargestellt ist, mehrere Dachkantspiegel auf diametral gegenüberliegenden Seiten des Drehspiegelsystems 8 als Endreflektorsysteme 5 und 6 angeordnet. Die Dachkantspiegel reflektieren die Teilstrahlen 3 und 4 versetzt zu der ersten Strahlenebene, wo die reflektierten Teilstrahlen 3′, 4′ nach Durchlaufen des Drehspiegelsystems erneut auf einen Dachkantspiegel 5′ bzw. 6′ treffen, von wo aus die Teilstrahlen als Teilstrahlen 3′′ bzw. 4′′ an einem Dachkantspiegel 5′′ bzw. 6′′ reflektiert werden usw. Die Teilstrahlen durchlaufen auf diese Weise das Drehspiegelsystem mehrfach, wodurch bereits eine kleine Drehwinkeländerung des Drehspiegelsystems eine verhältnismäßig große Weglängenänderung der Teilstrahlen bewirkt. Bei dem in Fig. 9 dargestellten System ist die optische Weglängenänderung je Drehwinkel ungefähr viermal so groß wie bei dem Interferometer gemäß Fig. 2.

Es sind noch weitere Ausführungsbeispiele denkbar, die hier nicht alle gezeigt werden können. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß auch eine Kombination der obenbeschriebenen Ausführungsbeispiele möglich ist, so kann z. B. auch ein Interferometer mit zwei Eingängen und zwei Ausgängen, wie es in Fig. 7 dargestellt ist, in einer Doppelanordnung gemäß Fig. 8 beschrieben werden.

Es ist auch denkbar, die beiden Spiegelflächen des Drehspiegelsystems nicht vollkommen planparallel anzuordnen; das System verliert dann jedoch seine Invarianz gegenüber einem weiteren Drehfreiheitsgrad.

Claims (14)

1. Zweistrahl-Interferometer mit mindestens einem im Strahlengang vorgesehenen Strahlteiler (2, 7) zur Amplitudenteilung einfallender Meßstrahlung (1), mindestens einem im Strahlengang angeordneten Drehspiegelsystem (8, 8′) mit zwei im wesentlichen planparallelen Spiegelflächen (9, 10; 9′, 10′), welcher um eine im wesentlichen parallel zu den Spiegelflächen und quer zum Strahlengang ausgerichtete Achse (11) drehbar ist und von mindestens einem Teilstrahl (4) zumindest teilweise durchlaufen wird, mit jeweils einem Reflektorsystem (5, 6) für jeden der Teilstrahlen (3, 4) und mindestens einem Detektorsystem (D) zur Auswertung der an dem Reflektorsystem (5, 6) reflektierten und anschließend interferenzmäßig gemischten Teilstrahlen (3′, 4′), dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler (2) in bezug auf die Reflektorsysteme (5, 6) ortsfest und im Strahlengang derart vor dem Drehspiegelsystem (8, 8′) angeordnet ist, daß das Drehspiegelsystem (8, 8′) von zumindest einem Teilstrahl (3, 4) auf dem Weg zum jeweiligen Reflektorsystem (5; 6) unter Reflexion an beiden Spiegelflächen (9, 10) vollständig durchlaufen wird.

2. Interferometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (11) des Drehspiegelsystems (S) in der Mitte zwischen beiden planparallelen Spiegelflächen (9, 10) angeordnet ist.

3. Interferometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Drehspiegelsysteme (8, 8′) vorgesehen sind, von denen jeweils mindestens einer im Strahlengang eines Teilstrahles (3, 4) angeordnet ist.

4. Interferometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Drehspiegelsysteme (8, 8′) eine gemeinsame Drehachse (11) aufweisen.

5. Interferometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Drehspiegelsysteme auf einem gemeinsamen Träger (13) befestigt sind, und daß die planparallelen Spiegelflächen (9, 10, 9′, 10′) beider Drehspiegelsysteme (8, 8′) in bezug zueinander feststehen.

6. Interferometer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die planparallelen Spiegelflächen (9, 9′; 10, 10′) beider Drehspiegelsysteme (8, 8′) winklig zueinander angeordnet sind.

7. Interferometer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die planparallelen Spiegelflächen (9, 9′; 10, 10′) der beiden Drehspiegelsysteme (8, 8′) planparallel zueinander angeordnet sind.

8. Interferometer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (11) mit Abstand außerhalb der planparallelen Spiegelflächen (9, 10) eines Drehspiegelsystems (8) liegt.

9. Interferometer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (11) den Schwerpunkt des Trägers (13) der Drehspiegelsysteme (8, 8′) durchläuft.

10. Interferometer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Detektorsysteme (D₁, D₂) vorgesehen sind, die in einer Strahlebene angeordnet sind, die von der Strahlebene des oder der Meßstrahleneingänge (S) verschieden ist, und daß die Reflektorsysteme (5, 6) als einen Versatz der reflektierten Teilstrahlen (3′, 4′) im Abstand der beiden Strahlenebenen bewirkenden Retroreflektoren ausgebildet sind, wobei sich der Strahlteiler (2; 7) und der oder die Drehspiegelsysteme (8, 8′) über beide Ebenen erstrecken.

11. Interferometer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Meßstrahleneingänge (S₁, S₂) und zwei Detektorsysteme (D₁, D₂) vorgesehen sind, wobei jeweils ein Meßstrahleneingang (S₁; S₂) und ein Detektorsystem (D₁, D₂) in einer gemeinsamen Strahlenebene angeordnet sind und sich das Drehspiegelsystem (8) über beide Ebenen erstreckt.

12. Interferometer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorsysteme (5, 6) als plane Endspiegel ausgebildet sind, die die Teilstrahlen (3, 4) auf sich selbst reflektieren.

13. Interferometer nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorsysteme (5, 6) als einen Versatz der reflektierten Teilstrahlen (3′, 4′) bewirkenden Retroreflektoren ausgebildet sind.

14. Interferometer nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Strahlenebenen der Meßstrahleneingänge (S) und der Detektorsysteme (D) weitere Retroreflektoren (5′, 6′, 5′′, 6′′ . . .) angeordnet sind, die die Teilstrahlen (3, 4) auch auf Zwischenebenen durch das Drehspiegelsystem (8) schicken.