ES2323601T3 - Equipo de medicion interferometrico. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para un equipo de medición interferométrico (1) con un primer interferómetro (10), un segundo interferómetro (20), una fuente de radiación (30) y un primer divisor de haz (11.1), asimismo, al primer interferómetro (10) le es suministrada una radiación coherente corta (31) a través de la fuente de radiación (30), dicha radiación es dividida en dos haces parciales (32.1, 32.2) a través del primer divisor de haz (11.1), asimismo, la longitud de recorrido óptico en un haz parcial (32.1, 32.2) es más larga que en el otro haz parcial (32.1, 32.2), a fin de que la diferencia de trayectorias ópticas sea mayor que la longitud de coherencia de la radiación (31), asimismo, ambos haces parciales (32.1, 32.2) son reunidos nuevamente antes de la salida del primer interferómetro (10) y son suministrados al segundo interferómetro (20), que separa la radiación en otros dos haces parciales (35.1, 35.2), asimismo, la longitud de recorrido óptico de ambos haces parciales (35.1, 35.2) es diferente, a fin de que se compense la diferencia de trayectorias ópticas inscrita en el primer interferómetro (10), caracterizado porque la longitud de recorrido óptico para, respectivamente, un haz parcial (32.1, 35.1), se puede ajustar en el primer y en el segundo interferómetro (10, 20) a través de, al menos, un elemento constructivo óptico desplazable (13, 23, 50, 60) que pertenece al dispositivo y porque los elementos constructivos ópticos desplazables (13, 23, 50, 60) están acoplados mecánicamente entre sí.
Description
Equipo de medición interferométrico.
La presente invención comprende un dispositivo
para un equipo de medición interferométrico con un primer
interferómetro, y un segundo interferómetro, una fuente de
radiación y un primer divisor de haz, asimismo, al primer
interferómetro le es suministrada una radiación coherente corta a
través de la fuente de radiación, dicha radiación es dividida en
dos haces parciales a través del primer divisor de haz, asimismo, la
longitud de recorrido óptico en un haz parcial es más larga que en
el otro haz parcial, a fin de que la diferencia de trayectorias
ópticas sea mayor que la longitud de coherencia de la radiación,
asimismo, ambos haces parciales son reunidos nuevamente antes de la
salida del primer interferómetro y son suministrados al segundo
interferómetro, que separa la radiación en otros dos haces
parciales, asimismo, la longitud de recorrido óptico de ambos haces
parciales es diferente, a fin de que se compense la diferencia de
trayectorias ópticas inscrita en el primer interferómetro.
La invención comprende, además, un procedimiento
para la compensación de la diferencia de recorrido óptico en un
equipo de medición interferométrico con dos interferómetros
sucesivos, en el cual, al primer interferómetro le es suministrada
una radiación coherente corta a través de una fuente de radiación,
dicha radiación es dividida, a través de un primer divisor de haz,
en dos haces parciales, de los cuales un haz parcial recorre una
mayor longitud de recorrido óptico que el otro haz parcial a fin de
que la diferencia de trayectorias ópticas entre los haces parciales
sea mayor que la longitud de coherencia de la radiación, asimismo,
ambos haces parciales son reunidos nuevamente antes de la salida
del primer interferómetro y son suministrados al segundo
interferómetro, que separa la radiación en otros dos haces
parciales, asimismo, la longitud de recorrido óptico de ambos haces
parciales es diferente, a fin de que se compense la diferencia de
trayectorias ópticas inscrita en el primer interferómetro.
La presente invención se define mediante las
reivindicaciones independientes 1 y 12.
Un equipo de medición interferométrico de este
tipo se conoce por la revelación de la memoria DE 102 44 553. La
memoria presenta un dispositivo de medición interferométrico para
detectar la forma, la rugosidad o la distancia de la superficie de
un objeto de medición con un interferómetro de modulación al cual
una fuente de radiación le suministra radiación coherente corta, y
que presenta un primer divisor de haz para dividir la radiación
suministrada en un primer haz parcial conducido por un primer brazo
y un segundo haz parcial conducido por un segundo brazo, de los
cuales, mediante un dispositivo de modulación, uno de los haces está
desplazado respecto del otro en su fase de luz o frecuencia de luz
y recorre una línea de retardo, y a continuación son reunidos en
otro divisor de haz del interferómetro de modulación, con una sonda
de medición separada espacialmente del interferómetro de modulación
y acoplada o acoplable a él a través de una disposición de
guiaondas, en la cual los haces parciales reunidos son divididos en
un haz de medición, conducido a la superficie por una unidad
guiaondas de sondas con una superficie de salida inclinada en el
lado del objeto, y un haz de referencia, y, en el cual el haz
reflejado en la superficie (r_{1} (t)) y el haz de referencia
(r_{2} (t)) reflejado en un plano de referencia son superpuestos,
y con un dispositivo de recepción y una unidad de evaluación para
la conversión de la radiación conducida hacia él en señales
eléctricas y para la evaluación de las señales en base a una
diferencia de fase. A su vez, el ángulo de inclinación (y) de la
superficie de salida respecto de la normal del eje óptico de la
sonda es de, al menos, 46º.
También la memoria DE 198 08 273 describe un
equipo de medición interferométrico de este tipo, para detectar la
forma o la distancia, especialmente, de superficies rugosas, con, al
menos, una unidad de generación de radiación espacial coherente,
cuya radiación es dividida, en una sonda de medición, en un haz de
medición de referencia conducido por una rama de referencia de
medición y reflejado en ella, y en un haz de medición conducido por
una rama de medición y reflejado en la superficie rugosa, con un
dispositivo para la modulación de la fase de luz o para desplazar
la frecuencia de luz (frecuencia heterodina) de un primer haz
parcial respecto de la fase de luz o de la frecuencia de luz de un
segundo haz parcial, con una unidad de superposición para
superponer el haz de referencia de medición a un haz de medición
reflejado, con una unidad de descomposición de haz y de recepción
de haz para descomponer la radiación superpuesta a, al menos, dos
haces con diferente longitud de onda y para la conversión de la
radiación a señales eléctricas, y con un dispositivo de evaluación
en la cual se puede determinar la forma o la distancia de la
superficie rugosa en base a una diferencia de fase de las señales
eléctricas. A su vez, la radiación emitida por la unidad de
generación de haz es temporalmente coherente corta y de banda
ancha.
Estos equipos de medición interferométricos que
consisten en dos interferómetros pueden estar constituidos con
diferentes tipos de interferómetros. El interferómetro de modulación
puede estar construido como interferómetro de
Mach-Zehnder, mientras que el interferómetro de
medición, o la sonda de medición, está construida de modo compacto,
por ejemplo, como interferómetro de Mirau. Los equipos de medición
interferométricos tienen en común que una diferencia de
trayectorias, inscrita en el primer interferómetro, entre dos haces
parciales de una fuente de radiación coherente corta, es compensada
nuevamente en el segundo interferómetro de medición o sonda de
medición y, de ese modo, los haces parciales son conducidos a la
formación de interferencia. La diferencia de trayectorias, inscrita
a través de un elemento de retardo, de la memoria DE 198 08 273,
también puede, a su vez, ser generada por brazos parciales de
diferente longitud, que son atravesados por los haces parciales,
como se describe en la memoria DE 198 08 273 en un interferómetro de
modulación constituido con conductores de luz.
Para mejorar la exactitud de la medición del
equipo de medición interferométrico se conoce el procedimiento de
conectar un interferómetro de referencia en una segunda salida del
interferómetro de modulación. Ópticamente está constituido del
mismo modo que el interferómetro de medición, es decir, compensa
nuevamente la diferencia de trayectorias inscrita en el
interferómetro de modulación, entre los dos haces parciales. Sin
embargo, la construcción del interferómetro de referencia se
diferencia de la del interferómetro de medición. La exactitud de
medición del equipo de medición interferométrico se puede mejorar
mediante la comparación de las señales del interferómetro de
referencia con las del interferómetro de medición.
La diferencia de trayectorias por inscribir en
el interferómetro de modulación se orienta a la ejecución
constructiva del interferómetro de medición, es decir, de la sonda
de medición. Tras un cambio del interferómetro de medición o de la
sonda de medición se debe adaptar, entonces, la diferencia de
trayectorias en el interferómetro de modulación. Esto ocurre, en
general, de forma motora, desplazando los componentes de
construcción ópticos.
También en el interferómetro de referencia se
debe adaptar correspondientemente la diferencia de trayectorias. En
este caso es usual ajustar la diferencia de trayectorias a través
del intercambio de una unidad ajustada previamente. La desventaja
de ello es que debe contarse con unidades adaptadas
correspondientemente al interferómetro de medición. A su vez, el
intercambio de las unidades es muy costoso.
El documento B.T. Meggitt, C.J. Hall, K. Weir:
"An all fibre white light interferometric strain measurement
system", en Sensors and Actuators 79 (2000), páginas
1-7, publica un equipo de medición interferométrico
con una fuente de radiación coherente corta y dos interferómetros,
asimismo, la diferencia de trayectorias ópticas entre los brazos
del primer interferómetro es mayor que la longitud de coherencia de
la radiación y, asimismo, esta diferencia de trayectorias se
compensa nuevamente en el segundo interferómetro.
El objeto de la invención es presentar un
dispositivo para un equipo de medición interferométrico que permita
una adaptación simple de las diferencias de trayectorias inscritas
entre los haces parciales de interferómetros acoplados
ópticamente.
Es, además, objeto de la invención, presentar un
procedimiento para ello.
El objetivo correspondiente al dispositivo se
logra a través de las características de la reivindicación 1.
Acorde a ello, está previsto que la longitud de recorrido óptico
para un haz parcial respectivo se puede ajustar en el primer y en
el segundo interferómetro a través de, al menos, un elemento
constructivo óptico, y porque los elementos constructivos ópticos
están acoplados mecánicamente entre sí. A través del acoplamiento
mecánico, una modificación de la longitud de recorrido óptico en un
interferómetro se lleva a cabo, al mismo tiempo, también en el otro
interferómetro. De esta manera, no es necesaria una adaptación por
separado de la diferencia de trayectorias en los interferómetros o
un intercambio de una unidad óptica, la adaptación se lleva a cabo
en un solo paso de trabajo.
Una adaptación adecuada de las diferencias de
trayectorias en ambos interferómetros se logra gracias a que el
signo de la modificación de la longitud de recorrido óptico en ambos
haces parciales del primer y del segundo interferómetro es igual o
contrario y/o porque el valor de la modificación de la longitud de
recorrido óptico en ambos haces parciales es igual. Dado que ambos
haces parciales son reunidos en la salida del primer interferómetro
y separados nuevamente en el comienzo del segundo interferómetro, en
ambos haces parciales del segundo interferómetro se encuentra una
proporción de radiación tanto del haz parcial no retardado como del
haz parcial retardado del primer interferómetro. Una reducción de
la longitud de recorrido óptico de uno de los haces parciales en el
segundo interferómetro tiene, de ese modo, el mismo efecto sobre el
desarrollo temporal de las proporciones de radiación que una
prolongación de la longitud de recorrido óptico del otro haz
parcial. Con ello se puede provocar una superposición de las
proporciones de radiación respectivas, mediante una modificación
tanto en el mismo sentido, cono así también en sentido contrario,
de las longitudes de recorrido óptico en los haces parciales
correspondientes del primer y del segundo interferómetro, y los
haces parciales pueden ser conducidos a interferencia.
El acoplamiento mecánico de los elementos
constructivos ópticos desplazables de ambos interferómetros puede
lograrse montando los elementos constructivos ópticos desplazables
en un soporte desplazable común.
En modos de ejecución preferidos de la
invención, los elementos constructivos ópticos desplazables están
ejecutados como espejo plano, espejo triple o elementos de acople
para elementos conductores de luz. Estos elementos constructivos
también se implementan en equipos de medición interferométricos
usuales del tipo descrito, sin el acople mecánico acorde a la
invención, y demostraron ser eficaces.
El acoplamiento mecánico de los elementos
constructivos ópticos desplazables de ambos interferómetros también
puede lograrse integrando los elementos constructivos ópticos
desplazables de ambos interferómetros en un elemento constructivo
óptico desplazable. Esto posibilita una construcción muy compacta y
económica del interferómetro, asimismo, se garantiza una
exploración reducida en fallas de los elementos constructivos
ópticos desplazables en los haces parciales de ambos
interferómetros.
La reunión de ambos elementos constructivos
ópticos desplazables en un elemento constructivo óptico integrado
se puede obtener gracias a que el elemento constructivo óptico
integrado está configurado como prisma triple con una entrada de
haz para el primer inferómetro y una entrada de haz para el segundo
inferómetro, así como una salida de haz para el primer inferómetro
y una salida de haz para el segundo inferómetro. Esta disposición
es adecuada para el caso de dos interferómetros, en los cuales los
haces incidentes en el elemento constructivo óptico integrado y los
haces que salen discurren de manera separada, como se conoce, por
ejemplo, por los interferómetros de Mach-Zehnder.
En esta ejecución es ventajosa la alineación simple del elemento
constructivo en las trayectorias de los haces de ambos
interferómetros, en base a un prisma triple, gracias a la tolerancia
a errores en la conducción de los haces en el caso de un prisma
triple. Además, las longitudes de recorrido óptico pueden
mantenerse iguales en el paso por el prisma triple en ambas
trayectorias de haces.
Otra posibilidad de integrar ambos elementos
constructivos ópticos desplazables consiste en extender el elemento
constructivo óptico integrado como prisma triple, con una superficie
parcialmente espejada en el lado de entrada, asimismo, un haz
parcial de un interferómetro con recorridos de haz separados es
desviado a través de una entrada de haz y una salida de haz por
medio del prisma triple, y un haz parcial del otro interferómetro es
desviado con recorridos de haz superpuestos, en la superficie
espejada. Esta ejecución es adecuada para equipos de medición
interferométricos en los que, en un interferómetro, un haz que
incide en el elemento constructivo óptico desplazable y un haz que
sale de él discurren por separado, mientras que en el otro
interferómetro, el haz que incide en el elemento constructivo
óptico y el haz que sale se encuentran superpuestos, cono es usual,
por ejemplo, en un inferómetro de
Michelson.
Michelson.
Una compensación simple y precisa de las
diferencias de trayectorias se puede obtener si se prevé un
accionamiento lineal manual o motórico para el desplazamiento de
los elementos constructivos ópticos desplazables. A su vez, el
accionamiento motórico puede ser, especialmente, una parte de un
dispositivo de medición automatizado en el cual la compensación de
las diferencias de trayectorias es realizada por una unidad de
control electrónica.
Un área de aplicación de la invención de amplio
espectro para diferentes interferómetros acoplado ópticamente se
puede obtener si el acople de haces en el equipo de medición
interferométrico, la unión óptica entre ambos interferómetros y/o
la conducción de los haces de salida se llevan a cabo mediante
conductores de luz o mediante haces de luz libres.
Si los elementos constructivos ópticos
desplazables de ambos interferómetros no pueden ser acoplados
mecánicamente, por ejemplo, a través de un soporte común
desplazable, a causa de condiciones de la construcción, entonces
puede lograrse una modificación simultanea y del mismo tipo de las
longitudes de recorrido óptico en los brazos parciales respectivos
del interferómetro si se prevén elementos constructivos ópticos
desplazables por separado en ambos interferómetros, para ajustar
las diferencias ópticas de trayectoria entre los haces parciales y
el acople del movimiento de los elementos constructivos ópticos se
realiza electrónicamente, a través del mismo tipo de accionamientos
de elementos de accionamiento eléctricos.
En un modo de ejecución preferido de la
invención, el primer interferómetro es un interferómetro de
modulación, mientras que el segundo interferómetro es un
interferómetro de referencia o una sonda de referencia o un punto
de medición de referencia. A su vez, el interferómetro de
referencia, la sonda de referencia, o el punto de medición de
referencia, están conectados en una salida del interferómetro de
modulación, mientras que en la otra salida del interferómetro de
modulación usualmente está conectada una sonda de medición o un
interferómetro de medición. La sonda de medición o el
interferómetro de medición pueden estar unidos al interferómetro de
modulación de manera conocida, como unidad constructiva compacta,
por ejemplo, de modo flexible, a través de conductores de luz, y
servir a la determinación de las rugosidades de superficie. Si un
cambio de la sonda de medición o del interferómetro de medición
hace necesaria una adaptación de las diferencias de trayectoria en
el interferómetro de modulación y la sonda de referencia, o el
interferómetro de referencia, o la sonda de referencia, esto puede
realizarse entonces de manera simple en un solo paso, desplazando
los elementos constructivos ópticos acoplados
mecánica-
mente.
mente.
El objeto de la invención, correspondiente al
procedimiento, se logra gracias a que las diferencias ópticas de
trayectorias entre los haces parciales en ambos interferómetros se
modifican a través de elementos constructivos ópticos desplazables
acoplados mecánicamente, al mismo tiempo y por el mismo valor. La
adaptación de las diferencias de trayectorias inscritas entre los
haces parciales se realiza, con ello, de manera sincrónica, a
través de la modificación de la longitud de recorrido óptico en
ambos haces parciales de ambos interferómetros. Si, por ejemplo, el
cambio de un tercer interferómetro acoplado ópticamente al primer
interferómetro genera la necesidad de una adaptación de las
diferencias de trayectorias en el primer y en el segundo
interferómetro, esto se realiza en un solo paso de trabajo, sin que
sea necesario un intercambio de componentes ópticos.
A su vez, se puede lograr la adaptación de las
diferencias ópticas de trayectorias si la modificación de las
longitudes de recorrido óptico se lleva a cabo en el mismo sentido o
en sentido contrario en ambos haces parciales
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A continuación, se describe en detalle la
invención a partir de los ejemplos de ejecución representados en
las figuras.
Estas muestran:
Figura 1 una representación esquemática de un
equipo de medición interferométrico con elementos constructivos
ópticos desplazables acoplados mecánicamente de dos
interferómetros,
Figura 2 un equipo de medición interferométrico
con elementos constructivos ópticos desplazables acoplados
mecánicamente en un interferómetro de Mach-Zehnder y
un interferómetro de Michelson,
Figura 3 una variante de un equipo de medición
interferométrico con elementos constructivos ópticos desplazables
acoplados mecánicamente de dos interferómetros,
Figura 4 un elemento constructivo óptico
integrado para interferómetros acoplados mecánicamente con
recorridos de haz separados,
Figura 5 un elemento constructivo óptico
integrado para interferómetros acoplados mecánicamente con
recorridos de haz separados y superpuestos,
Figura 6 un equipo de medición interferométrico
con acople directo de la desviación de haz de dos
interferómetros.
La figura 1 muestra un equipo de medición
interferométrico 1 en una representación esquemática, con una fuente
de radiación coherente corta 30, un primer interferómetro 10 y un
segundo interferómetro 20 así como dos elementos constructivos
ópticos desplazables 13, 23 y un soporte 40 desplazable en dirección
de avance, correspondientemente con la dirección de avance
representada 43. Al interferómetro 10 se le suministra una radiación
coherente corta 31 de la fuente de radiación 30. En el primer
interferómetro 10 se separa la radiación coherente corta 31
suministrada, no representada aquí, en dos haces parciales 32.1,
32.2, asimismo, un haz parcial 32.1 es suministrado al elemento
constructivo óptico desplazable 13. El elemento constructivo óptico
desplazable 13 está ejecutado como desviador de haz para el haz
parcial 32.1. El haz parcial 32.1, no representado, conducido de
regreso por el elemento constructivo óptico desplazable 13, es
superpuesto nuevamente, de modo no representado aquí, con el primer
interferómetro 10, al haz parcial 32.2 no representado y es
conducido nuevamente por la salida de haz 33 y el paso de haz 34
hacia el segundo interferómetro 20. En el segundo interferómetro 20
se separa la radiación no representada aquí en dos haces parciales
35,1, 35,2, a través del paso de haz 34, asimismo, un haz parcial
35,1 es suministrado al elemento constructivo óptico desplazable 23
que también está configurado como desviador de haz. Los haces
parciales 35.1, y, el no representado, 35.2, son luego superpuestos
nuevamente al elemento constructivo óptico desplazable 23 en el
segundo interferómetro 20 y suministrados a una salida de haz
36.
Los elementos constructivos ópticos desplazables
13, 23 son mantenidos en el soporte común desplazable 40 y, de ese
modo, acoplados mecánicamente. Un movimiento del soporte desplazable
40 correspondientemente a la dirección de avance 43 provoca, por
ello, un movimiento del mismo tipo de los elementos constructivos
ópticos desplazables 13, 23. De ese modo se modifica, en el mismo
valor, la longitud de recorrido óptico para el primer haz parcial
32.1 del primer interferómetro 10 que la longitud de recorrido
óptico del primer haz parcial 35.1 del segundo interferómetro 20.
Esto provoca una modificación igual de las diferencias ópticas de
trayectorias entre los haces parciales 32.2, 35.2 no
representados, que atraviesan un recorrido óptico fijo y los haces
parciales 32.1, 35.1 ajustables de manera variable en su longitud de
recorrido óptico. Si las diferencias de trayectorias inscritas en
ambos interferómetros 10, 20 son al menos aproximadamente iguales,
esto produce, en el caso de la radiación coherente corta 31
utilizada, una formación de interferencia en la salida de haz 36
del segundo interferómetro 20. Dado que las longitudes de recorrido
óptico en ambos haces parciales 32.1, 35.1 se modifican del mismo
modo a través del soporte común desplazable 40 y a través de los
elementos constructivos 13, 23 acoplados mecánicamente a través de
él, la diferencia de trayectorias ópticas en el segundo
interferómetro 20 aún corresponde, en el caso de desplazamiento de
los elementos constructivos ópticos desplazables 13, 23 a la
diferencia de trayectorias ópticas en el primer interferómetro 10,
de modo que se mantiene la condición para una formación de
interferencia en la salida del segundo interferómetro 20.
La figura 2 muestra un equipo de medición
interferométrico 1 con elementos constructivos ópticos desplazables
acoplados mecánicamente 13, 23 en un modo de ejecución con un primer
interferómetro 10 como interferómetro de modulación en una
ejecución de Mach-Zehnder y un segundo
interferómetro 20 como interferómetro de referencia en una
ejecución de Michelson. También en este caso se le suministra al
primer interferómetro 10 la radiación coherente corta 31 de una
fuente de radiación 30 espacialmente coherente, pero temporalmente
coherente corta. El primer interferómetro 10 está constituida en
una disposición de Mach-Zehnder, a partir de dos
divisores de haz 11.1, 11.2 y dos espejos de desviación 12.1, 12.2.
La radiación coherente corta 31 incidente es dividida, por el
primer divisor de haz 11.1, en dos haces parciales 32.1, 32.2. En
las trayectorias de haz de ambos haces parciales 32.1, 32.2 están
dispuestos dos moduladores acusto-óptico s 14.1, 14.2 para la
realización de un interferómetro de modulación según un tipo
conocido. En la trayectoria de haz del primer haz parcial 32.1 está
dispuesto un elemento constructivo óptico desplazable 13 en forma de
un prisma triple, que refleja el primer haz parcial 32.1
proveniente del modulador acusto-óptico 14.1, en dirección al
espejo de desviación 12.1 y desde allí, al segundo divisor de haz
11.2. El segundo haz parcial 32.2 es reflejado, tras el modulador
acusto-óptico 14.2 al segundo divisor de haz 11.2 mediante el
espejo de desviación 12.2, en dicho divisor de haz ambos haces
parciales 32.1 y 32.2 son superpuestos y suministrados a la salida
de haz 33 y el paso de haz 34.
A través de un espejo de desviación 37 se le
suministra la radiación del paso de haz 34 al segundo interferómetro
20. El segundo interferómetro 20 consiste, como interferómetro de
Michelson, en un divisor de haz 21, un espejo fijo 24 y un elemento
constructivo óptico desplazable 23 en forma de un espejo. La
radiación proveniente del paso de haz 34 y el espejo 37 es dividida
en el divisor de haz 21 en dos haces parciales 35.1, 35.2. El haz
parcial 35.2 es reflejado nuevamente al divisor de haz 21, por el
espejo fijo 24, el haz parcial 35.1, por el elemento constructivo
óptico desplazable 23, y desde el divisor de haz 21 son conducidos,
superpuestos, a la salida de haz 36.
Los elementos constructivos ópticos desplazables
13, 23 están montados en un soporte común 40, unido con un
accionamiento lineal 41 al motor 42. El motor 42 y el accionamiento
lineal 41 posibilitan un movimiento del soporte 40 y, y con ello,
también de los elementos constructivos ópticos desplazables 13, 23
correspondientemente a la dirección de avance representada 43.
Debido a una longitud de recorrido óptico
diferente en las trayectorias de los haces de los haces parciales
32.1, 32.2 del primer interferómetro 10 y de la diferencia de
trayectorias originada por ello entre los haces parciales 32.1,
32.2, no se produce la formación de interferencia, tras la reunión
de los haces parciales 32.1, 32.2 en el segundo divisor de haz 11.2
en el caso de la radiación coherente corta 31 utilizada. La
diferencia de trayectorias puede ser variada a través del
desplazamiento del soporte 40 y del elemento constructivo óptico 13
unido a él.
En el segundo interferómetro 20 se inscribe,
entre los haces parciales 35.1 y 35.2, una diferencia de
trayectorias aproximadamente igual al del primer interferómetro 10,
a través de longitudes de recorrido óptico correspondientemente
diferentes en las trayectorias de haces de ambos haces parciales
35.1 y 35.2. De ese modo es compensada la diferencia de
trayectorias del primer interferómetro 10 y ambos haces parciales
35.1 y 35.2 pueden interferir tras la reunión en el divisor de haz
21.
Un equipo de medición interferométrico 1 de este
tipo usualmente es ejecutado en relación con un interferómetro de
medición no representado en este caso, acoplado óptimamente en la
salida de haz 33 del primer interferómetro 10. Este interferómetro
de medición puede estar ejecutado de manera compacta y estar unido,
por ejemplo, a través de guíaondas de luz, al interferómetro 10, de
manera flexible, y, por ejemplo, percibir tareas de medición en
objetos de medición inaccesibles. También en este interferómetro de
medición se introduce una diferencia de trayectorias ópticas entre
sus haces parciales, que compensa la diferencia de trayectorias
inscrita en el primer interferómetro 10 y, de ese modo, también
produce una interferencia. La diferencia de trayectorias en
interferómetros de medición de ese tipo en general está
predeterminada de manera fija y varía de interferómetro de medición
a interferómetro de medición. Un cambio del interferómetro de
medición, como puede ser necesario para diferentes tareas de
medición, requiere, por ello, de una adaptación de la diferencia de
trayectorias en el interferómetro de modulación 10 y, con ello,
también en el interferómetro de referencia 20. Desplazando el
soporte común 40 y los elementos constructivos 13, 23 ópticos
desplazables acoplados mecánicamente a través de él 13, 23 se puede
adaptar correspondientemente la diferencia de trayectorias entre los
haces parciales 32.1, 32.2 del primer interferómetro 10 y la
diferencia de trayectorias entre los haces parciales 35.1, 35.2 del
segundo interferómetro 20 en un solo paso de trabajo, a un
interferómetro de medición modificado. De ese modo se puede
prescindir de una adaptación individual de la diferencia de
trayectorias en el segundo interferómetro, constituido como
interferómetro de referencia 20, como es necesario hoy en día
mediante el intercambio de componentes ópticos o ajustando un
tornillo micrométrico.
A su vez, se modifican las longitudes de
recorrido óptico de los haces parciales 32.1, 35.1 en el modo de
ejecución representado, por el mismo valor, pero en sentido
contrario. El desplazamiento en sentido contrario de las longitudes
de recorrido óptico en los haces parciales 32.1, 35.1 de ambos
interferómetros 10, 20 corresponde, desde el punto de vista óptico,
a una modificación de la longitud de recorrido óptico. Dado que
ambos haces parciales 32.1, 32.2 son reunidos en la salida del
segundo divisor de haz 11.2 del primer interferómetro 10 y
separados nuevamente en el divisor de haz 21 del segundo
interferómetro 20, obteniendo dos haces parciales 35.1, 35.2, en
ambos haces parciales 35.1, 35.2 del segundo interferómetro 20 se
encuentra una proporción de radiación tanto del haz parcial no
retardado como del haz parcial retardado 32.1, 32.2 del primer
interferómetro 10. Una reducción de la longitud de recorrido óptico
de ambos haces parciales 35.1, 35.2 en el segundo interferómetro 20
tiene, de ese modo, el mismo efecto sobre el desarrollo temporal de
las proporciones de radiación que una prolongación de la longitud
de recorrido óptico del otro haz parcial respectivo 35.1, 35.2. Con
ello se puede provocar una superposición de las proporciones de
radiación respectivas, mediante una modificación tanto en el mismo
sentido, cono así también en sentido contrario, de las longitudes de
recorrido óptico en los haces parciales 32.1, 35.1 correspondientes
del primer y del segundo interferómetro 10, 20, y los haces
parciales 35.1, 35.2 pueden ser conducidos a interferencia.
La figura 3 muestra otra variante de un equipo
de medición interferométrico 1 con elementos constructivos ópticos
desplazables 13, 23, acoplados mecánicamente, en dos interferómetros
acoplados ópticamente 10, 20. En ese caso el primer interferómetro
10 está ejecutado nuevamente como interferómetro de
Mach-Zehnder, como interferómetro de modulación,
con los elementos constructivos ya descritos en la figura 2. El
segundo interferómetro 20 también está constituido a modo de
interferómetro de Michelson, como descrito en la figura 2. También
aquí a fuente de radiación 30 facilita una radiación coherente corta
31. A diferencia de la figura 2, el paso de haz 34 se lleva a cabo
del primer interferómetro 10 al segundo interferómetro 20 de manera
directa, sin desviación a través de otro espejo. Los elementos
constructivos ópticos desplazables 13, 23 están dispuestos de
manera tal en un soporte común 40 que un desplazamiento iniciado por
un accionamiento lineal 41 y un motor 42 correspondientemente a una
dirección de avance 43 provoca un desplazamiento en el mismo sentido
de ambos elementos constructivos ópticos desplazables 13, 23 en la
misma longitud de recorrido. Una diferencia de trayectorias
inscrita en el primer interferómetro 10, entre los haces parciales
32.1, 32.2, es compensada nuevamente en el segundo interferómetro
20 a través de una diferencia de trayectorias correspondiente entre
los haces parciales 35.1, 35.2 y ambos haces parciales 35.1, 35.2
son conducidos, en el divisor de haz 21, a una interferencia. Una
modificación de la diferencia de trayectorias entre los haces
parciales 32.1 y 32.2 y entre los haces parciales 35.1 y 35.2,
como, por ejemplo, la que se hace necesaria el cambio de un
interferómetro de medición no representado, acoplado ópticamente a
la salida de haz 36 del primer interferómetro 10, puede realizarse
en un solo paso de trabajo desplazando el soporte común 40 y los
elementos constructivos ópticos desplazables 13, 23 acoplados
mecánicamente a través de él.
A través del acople mecánico de los elementos
constructivos ópticos desplazables 13, 23 y con ello, de las
longitudes de recorrido de los haces parciales 32.1, 35.1 se logra
que sean iguales las diferencias ópticas de longitudes de recorrido
en ambos interferómetros 10, 20. En la salida de haz 36 del segundo
interferómetro 20 siempre se presentarán, por ello, manifestaciones
de interferencias evaluables.
En la realización de un equipo de medición
interferométrico 1 de ese tipo ambos interferómetros 10, 20 están
dispuestos espacialmente de modo tal que la desviación de haces
desplazable, en forma de elementos constructivos ópticos
desplazables 13, 23, se pueden unir mecánicamente entre sí a través
del soporte común 40. El acoplamiento de la radiación 31, la unión
óptica de los interferómetros 10, 20 y la conducción de los haces de
salida en las salidas de haz 33, 36 de los interferómetros 10, 20
se llevan a cabo, como está representado, a modo de haz de luz
libre en conductores de luz. Para el desplazamiento de los
elementos constructivos ópticos desplazables 13, 23, o del soporte
común 40, se pueden utilizar todos los procedimientos conocidos.
La ventaja del equipo de medición
interferométrico 1 representado en la figura 3, respecto del equipo
de medición interferométrico 1 representado en la figura 2 es la
eficiencia mejorada del rendimiento del haz.
La figura 4 representa un elemento constructivo
óptico integrado 50 para interferómetros 10, 20 no representados,
acoplados mecánicamente, con recorridos de haz separados. El
elemento constructivo óptico integrado 50 está configurado como
prisma triple 55 con, respectivamente, una entrada de haz 51, 52 y,
respectivamente, una salida de haz 53, 54 para un primer y un
segundo interferómetro 10, 20. El elemento constructivo óptico
integrado 50 está, a su vez, ejecutado para interferómetros 10, 20
con recorridos de haz separados, es decir, las proporciones
incidentes y reflejadas de los haces parciales 32.1, 35.1 no se
extienden en una sola línea de haz.
La figura 5 representa una variante de un
elemento constructivo óptico integrado 60 para interferómetros 10,
20 no representados, acoplados mecánicamente, peor en este caso, con
recorridos de haz separados y superpuestos. El elemento
constructivo óptico integrado 60 está ejecutado como prisma triple
con una superficie parcialmente espejada 64. Para el interferómetro
10, 20 con los recorridos de haz separados se cuenta con una entrada
de haz 61 y una salida de haz 62, mientras que para el
interferómetro 10, 20 con recorridos de haz superpuestos está
prevista una entrada y salida de haz 63 común. Un haz parcial 32.1,
32.2 no representado, acoplado en la entrada de haz 61, de un
interferómetro 10, 20 es reflejado a través del prisma triple 65 en
dirección a la salida de haz 62, mientras que un haz parcial 32.1,
32.2 que incide en la entrada y salida de haz 63 común es reflejado
nuevamente por la superficie espejada 64 en dirección a la entrada y
salida de haz 63 común.
Los elementos ópticos integrados 50, 60,
representados en las figuras 4 y 5 reúnen los elementos ópticos
desplazables 13, 23 representados en las figura 1 a 3, en,
respectivamente, un elemento óptico 50, 60. Ambos interferómetros
no representados 10, 20 deben disponerse de manera tal que los haces
parciales 32.1, 35.1 modificables en sus longitudes de recorrido
óptico sean desviados en los elementos ópticos integrados 50, 60
utilizados. Un desplazamiento de la posición del elemento
constructivo óptico integrado 50, 60 provoca, entonces una
modificación óptica del recorrido en los haces parciales 32.1, 35.1
y, con ello, una modificación en el mismo sentido y por el mismo
valor de la diferencia de trayectorias ópticas en ambos
interferómetros 10, 20.
La figura 6 muestra una variante de un equipo de
medición interferométrico 1 con acople directo de la desviación de
haces de dos interferómetros 10, 20. El interferómetro 10 está
ejecutado, a su vez, a modo de interferómetro de
Mach-Zehnder, como interferómetro de modulación, y
el interferómetro 20, como interferómetro de Michelson, con los
elementos constructivos y haces parciales ya descritos en la figura
2. Una fuente de radiación 30 provee, a su vez, una radiación
coherente corta 31. La desviación de haces de ambos haces parciales
32.1, 35.1 ajustables en su longitud de recorrido óptico, de ambos
interferómetros 10, 20, se lleva a cabo a través de un elemento
constructivo óptico integrado 60, como se describe en la figura 5.
La posición del elemento constructivo óptico integrado,
desplazable, 60 montado en un soporte desplazable 40 se puede
ajustar a través de un accionamiento lineal 41 con un motor 42,
correspondientemente a la dirección de avance representada 43.
El haz parcial 32.1 proveniente del primer
divisor de haz 11.1 y el modulador acusto-óptico 14.1 es conducido
por un espejo de desviación 12.1 a una entrada de haz 61 del
elemento constructivo óptico integrado 60 y desde su prisma triple
65 es reflejado, a través de una salida de haz 62, a un segundo
divisor de haz 11.2. La conducción del haz a través del prisma
triple 65 es, por ello, componente del primer interferómetro 10. En
el divisor de haz 11.2 se reúne el haz parcial 32.1 con el haz
parcial 32.2, lo cual, debido a las diferentes longitudes de
recorrido óptico de los haces parciales 32.1, 32.2 y de la radiación
coherente corta 31 utilizada no provoca una conformación de
interferencia. Los haces parciales 32.1, 32.2 reunidos alcanzan,
tras el divisor de haz 11.2, una salida de haz 33 en la cual puede
estar conectado un interferómetro de medición no representado, y, a
través de un paso de haz 34 y un espejo de desviación 37, al segundo
interferómetro 20. En el segundo interferómetro 20 la radiación
incidente es dividida por un divisor de haz 21 en dos haces
parciales 35.1, 35.2. Un haz parcial 35.2 con una longitud de
recorrido óptico fija es reflejado por un espejo fijo 24 nuevamente
en dirección al divisor de haz 21. El otro haz parcial 35.2 variable
en su longitud de recorrido óptico accede, a través de la entrada y
salida de haz 63 común del elemento constructivo óptico integrado 60
a la superficie espejada 64, desde la cual es reflejado nuevamente
a través de la entrada y salida de haz 63 al divisor de haz 21. En
el divisor de haz 21 se superponen los haces parciales 35.1, 35.2. A
través de las diferentes longitudes de recorrido óptico, que
recorren ambos haces parciales 35.1, 35.2, se compensa la diferencia
de trayectorias inscrita en el primer interferómetro 10, por lo
cual ambos haces parciales 35.1, 35.2 pueden interferir en el
divisor de haz 21.
Un desplazamiento de la posición del elemento
constructivo óptico integrado 60, correspondiente a la dirección de
avance 43 modifica la longitud de recorrido óptico en ambos haces
parciales 32.1 y 35.1 en el mismo sentido y por el mismo valor. Una
modificación de las diferencias de trayectorias entre los haces
parciales 32.2, 35.2 con longitudes de recorrido óptico fijas y los
haces parciales respectivos 32.1, 35.1 con longitudes de recorrido
óptico variables, como puede ser necesario en la forma descrita, a
través de un intercambio de un interferómetro de medición no
representado, conectado en la salida de haz 33, puede realizarse en
un solo paso de trabajo, desplazando el elemento constructivo
óptico integrado 60. A su vez, el acople mecánico de los elementos
ópticos desplazables en ambos interferómetros 10, 20 no se realiza a
través del montaje de elementos constructivos individuales
desplazables 13, 23 en un soporte común 40, como representado en las
figuras 1, 2 y 3, sino a través de la integración de tales
elementos constructivos desplazables 13, 23 en un elemento
constructivo óptico integrado 60.
Claims (13)
1. Dispositivo para un equipo de medición
interferométrico (1) con un primer interferómetro (10), un segundo
interferómetro (20), una fuente de radiación (30) y un primer
divisor de haz (11.1), asimismo, al primer interferómetro (10) le
es suministrada una radiación coherente corta (31) a través de la
fuente de radiación (30), dicha radiación es dividida en dos haces
parciales (32.1, 32.2) a través del primer divisor de haz (11.1),
asimismo, la longitud de recorrido óptico en un haz parcial (32.1,
32.2) es más larga que en el otro haz parcial (32.1, 32.2), a fin
de que la diferencia de trayectorias ópticas sea mayor que la
longitud de coherencia de la radiación (31), asimismo, ambos haces
parciales (32.1, 32.2) son reunidos nuevamente antes de la salida
del primer interferómetro (10) y son suministrados al segundo
interferómetro (20), que separa la radiación en otros dos haces
parciales (35.1, 35.2), asimismo, la longitud de recorrido óptico
de ambos haces parciales (35.1, 35.2) es diferente, a fin de que se
compense la diferencia de trayectorias ópticas inscrita en el primer
interferómetro (10), caracterizado porque la longitud de
recorrido óptico para, respectivamente, un haz parcial (32.1, 35.1),
se puede ajustar en el primer y en el segundo interferómetro (10,
20) a través de, al menos, un elemento constructivo óptico
desplazable (13, 23, 50, 60) que pertenece al dispositivo y porque
los elementos constructivos ópticos desplazables (13, 23, 50, 60)
están acoplados mecánicamente entre sí.
2. Dispositivo para un equipo de medición
interferométrico (1) acorde a la reivindicación 1,
caracterizado porque el signo de modificación de las
longitudes de recorrido óptico en ambos haces parciales (32.1, 35.1)
del primer y del segundo interferómetro (10, 20) es igual o
contrario y/o porque el valor de modificación de las longitudes de
recorrido óptico en ambos haces parciales (32.1, 35.1) es el
mismo.
3. Dispositivo para un equipo de medición
interferométrico (1) acorde a una de las reivindicaciones 1 a 2,
caracterizado porque los elementos constructivos ópticos
desplazables (13, 23) están montados en un soporte desplazable común
(40).
4. Dispositivo para un equipo de medición
interferométrico (1) acorde a una de las reivindicaciones 1 a 3,
caracterizado porque los elementos constructivos ópticos
desplazables (13, 23) están ejecutados como espejo plano, como
espejo triple o como elementos de acople para elementos conductores
de luz.
5. Dispositivo para un equipo de medición
interferométrico (1) acorde a una de las reivindicaciones 1 a 4,
caracterizado porque los elementos constructivos ópticos
desplazables (13, 23) de ambos interferómetros (10, 20) están
integrados en un elemento constructivo óptico (50, 60).
6. Dispositivo para un equipo de medición
interferométrico (1) acorde a la reivindicación 5,
caracterizado porque el elemento constructivo óptico
integrado (50) está configurado como prisma triple (55) con una
entrada de haz (51) para el primer interferómetro (10) y una
entrada de haz (52) para el segundo interferómetro (20) así como
una salida de haz (53) para el primer interferómetro (10) y una
salida de haz (54) para el segundo interferómetro (20).
7. Dispositivo para un equipo de medición
interferométrico (1) acorde a la reivindicación 5,
caracterizado porque el elemento constructivo óptico
integrado (60) está ejecutado como prisma triple (65) con una
superficie parcialmente espejada en el lado de entrada (64), en el
cual un haz parcial (32.1, 35.1) de un interferómetro (10, 20) es
desviado a través del prisma triple (65) con recorridos de haz
separados por una entrada de haz (61) y una salida de haz (62), y
un haz parcial (32.1, 35.1) del otro interferómetro (10, 20) es
desviado en la superficie espejada (64) con recorridos de haz
superpuestos.
8. Dispositivo para un equipo de medición
interferométrico (1) acorde a una de las reivindicaciones 1 a 7,
caracterizado porque para desplazar los elementos
constructivos ópticos desplazables (13, 23, 50, 60) de ambos
interferómetros está previsto un accionamiento lineal (41) accionado
manualmente o mediante un motor.
9. Dispositivo para un equipo de medición
interferométrico (1) acorde a una de las reivindicaciones 1 a 8,
caracterizado porque el acople de haces en el equipo de
medición interferométrico (1), la unión óptica entre ambos
interferómetros (10, 20) y/o la conducción de los haces de salida se
llevan a cabo mediante conductores de luz o mediante haces de luz
libres.
10. Dispositivo para un equipo de medición
interferométrico (1) acorde a una de las reivindicaciones 1 a 9,
caracterizado porque en ambos interferómetros (10, 20) están
previstos elementos constructivos ópticos desplazables separados
para ajustar las diferencias ópticas de trayectorias entre los haces
parciales (32.1, 32.2; 35.1, 35.2), y el acople del movimiento de
los elementos constructivos ópticos está ejecutado electrónicamente
a través del mismo accionamiento de elementos de accionamiento
electrónicos.
11. Dispositivo para un equipo de medición
interferométrico (1) acorde a una de las reivindicaciones 1 a 10,
caracterizado porque el primer interferómetro (10) representa
un interferómetro de modulación y el segundo interferómetro (20) es
un interferómetro de referencia o una sonda de referencia o un punto
de medición de referencia.
12. Procedimiento para la compensación de la
diferencia de recorrido óptico en un equipo de medición
interferométrico (1) con dos interferómetros sucesivos (10, 20), en
el cual, al primer interferómetro (10) le es suministrada una
radiación coherente corta (31) a través de una fuente de radiación
(30), dicha radiación es dividida, a través de un primer divisor de
haz (11. 1), en dos haces parciales (32.1, 32.2), de los cuales un
haz parcial (32.1, 32.2) recorre una mayor longitud de recorrido
óptico que el otro haz parcial (32.1, 32.2) a fin de que la
diferencia de trayectorias ópticas entre los haces parciales (32.1,
32.2) sea mayor que la longitud de coherencia de la radiación (31),
asimismo, ambos haces parciales (32.1, 32.2) son unidos nuevamente
antes de la salida del primer interferómetro (10) y son
suministrados al segundo interferómetro (20), que separa la
radiación en otros dos haces parciales (35.1, 35.2), asimismo, la
longitud de recorrido óptico de ambos haces parciales (35.1, 35.2)
es diferente, a fin de que se compense la diferencia de trayectorias
ópticas inscrita en el primer interferómetro (10),
caracterizado porque las diferencias ópticas de trayectorias
entre los haces parciales (32.1, 32.2; 35.1, 35.2) en ambos
interferómetros (10, 20) so modificadas al mismo tiempo y por el
mismo valor, a través de elementos constructivos ópticos
desplazables, acoplados mecánicamente (13, 23, 50, 60).
13. Procedimiento para la compensación de la
diferencia de recorrido óptico en un equipo de medición
interferométrico (1) acorde a la reivindicación 12,
caracterizado porque la modificación de la longitud de
recorrido óptico en ambos haces parciales (32.1, 35.1) se lleva a
cabo en el mismo sentido o en sentido contrario.
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