NL1018344C2 - Interferometer. - Google Patents

Description

Titel: Interferometer

De uitvinding betreft een interferometer voorzien van - een inkomende lichtweg; - een splitsend element voor het splitsen van licht uit een inkomende lichtweg; 5 - een eerste en tweede lichtweg vanuit het splitsend element; - een optisch stelsel dat een deel van de eerste lichtweg omvat dat niet samenvalt met de tweede lichtweg; - een interferentie-oppervlak waarop de eerste en tweede lichtweg samen invallen, waarbij er een optisch we glengte ver schil bestaat tussen de eerste 10 en tweede lichtweg van het splitsend element tot het interferentie- oppervlak, en waarin gecombineerd licht van de eerste en tweede lichtweg op het interferentie-oppervlak wordt gedetecteerd.

In de interferometer wordt gebruik gemaakt van interferentie van licht uit een inkomende lichtweg dat via lichtwegen met verschillende optische 15 weglengte naar een interferentie-oppervlak geleid wordt. Door het weglengteverschil is de intensiteit van het licht op het interferentie-oppervlak afhankelijk van de golflengte van het betrokken licht. Op het interentieoppervlak bevindt zich een detector, zoals een CCD beeldopnemer, een fotogevoelige cel, een stuk matglas etc., waarmee de integraal van de 20 intensiteit over het interferentie-oppervlak, of een deeloppervlak ervan, gemeten wordt.

Uit US octrooi nummer 6,111,644 is een interferometer bekend met lenzen of gekromde spiegels (meer algemeen, elementen met optische sterkte) in de lichtwegen. De elementen met optische sterkte worden in deze publicatie 25 gebruikt om een interferentiepatroon te generen waarvan de plaatsafhankelijkheid bepaald wordt door de hoek waaronder inkomend licht de interferometer bereikt.

4 interferentie geëlimineerd wordt als een dergelijke equivalentie bestaat. Zonder het optische stelsel zou de equivalentie echter niet optreden, omdat de lichtwegen van verschillende lengte zonder intermediaire afbeelding tot verschillende vergrotingsfactoren leiden waardoor de afbeeldingen door de 5 verschillende lichtwegen niet kunnen samenvallen. Door met het optische stelsel een intermediaire afbeelding te maken wordt ervoor gezorgd dat het verschil in optische weglengtevariaties ten gevolge van hoekvariaties van het invallend licht niet meer eenduidig gekoppeld is aan het weglengteverschil, zodat het effect daarvan ongedaan gemaakt kan worden. 10 Hierdoor wordt hetzelfde effect van hoekonafhankelijkheid bereikt als met de plan parallelle glasplaat, waarbij echter alleen discrete optische elementen voor het afbeelden voldoende zijn en geen glasplaat van een aanzienlijke dikte noodzakelijk is. Uiteraard is de uitvinding niet beperkt tot twee lichtwegen: men kan een willekeurig aantal gesplitste lichtwegen 15 gebruiken die op hetzelfde interferentie-oppervlak samenkomen en daar samenvallende afbeeldingen van het voorwerpoppervlak kunnen vormen.

In een uitvoeringsvorm wordt de genoemde maatregel om een voorwerpsvlak op het interferentie-oppervlak af te beelden daadwerkelijk genomen en is de interferometer voorzien van een lichtverzamelende optiek 20 (zoals een telescoop of een microscoop) die samen met het optisch stelsel de kijkopening van de lichtverzamelende optiek (pupil) op het interferentie-oppervlak afbeeldt. Zodoende krijgt men op een minimaal oppervlak een maximale hoeveelheid licht voor de detectie. In een andere uitvoeringsvorm wordt een voorwerp waarvan het licht afkomstig is (bijvoorbeeld het deel 25 van de ruimte waar Mie verstrooiing optreedt op het interferentie-oppervlak gefocusseerd) Ook zodoende krijgt men op een minimaal oppervlak een maximale hoeveelheid licht voor de detectie

In een uitvoeringsvorm wordt het optisch stelsel zo uitgevoerd dat de eerste en tweede lichtweg wat betreft optische weglengte en afbeeldend effect 30 alleen verschillen doordat de eerste lichtweg een extra deel bevat tussen een 3

Het is op zich bekend om hoekonafhankelijke interferometers te maken door het opnemen van een plan parallelle glasplaat in de langste lichtweg. De glasplaat staat loodrecht op de lichtweg. Door breking van lichtstralen heeft de plaat het effect dat de verschillen van de optische weglengte in deze 5 lichtweg als gevolg van verschillende invalshoeken van het licht overeenkomen met die in de kortere lichtweg zonder de glasplaat. De hoekafhankelijkheid wordt geëlimineerd door de dikte van de glasplaat zo te kiezen dat de optische weglengteveranderingen in overeenstemming gebracht worden met die van de kortere lichtweg van de interferometer.

10 Voor hoge resolutie interferometers, zoals bijvoorbeeld voor het meten aan Mie scattering nodig zijn zou de glasplaat echter wel een meter of meer dik moeten zijn. Dit is onpraktisch en geeft allerlei problemen voor de werking van de interferometer, zoals golfffontaberraties door inhomogeniteiten over een lange lichtweg in het glas en instabiliteit van het optisch 15 weglengte verschil als gevolg van temperatuur variaties van het glas.

Het is onder meer een doel van de uitvinding om te voorzien in een interferometer die niet verstoord wordt door invalshoekvariaties van het inkomende licht zonder dat een lange lichtweg door glas nodig is.

20 De interferometer volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat het optisch stelsel zo is ingericht dat de lichtwegen voldoen aan een eis dat een maatregel mogelijk is in de inkomende lichtweg om via de eerste en de tweede lichtweg op het interferentie-oppervlak samenvallende afbeeldingen van een gemeenschappelijk voorwerpsoppervlak te vormen, waarbij het 25 voorwerpsoppervlak door de eerste lichtweg met het optisch stelsel via een intermediair beeld op het interferentie-oppervlak afgebeeld wordt om de afbeeldingen ondanks het weglengteverschii te laten samenvallen.

De genoemde maatregel maakt dus geen deel uit van de uitvinding, maar dient om een equivalentie van de overdrachtskarakteristiek langs beide 30 lichtwegen te specificeren. Het blijkt dat de hoekafhankelijkheid van de 6

In een uitvoeringsvorm werkt het splitsend en combinerende element op basis van polarisatie, zodat componenten van het inkomende licht met verschillende polarisatierichtingen elk in een verschillende lichtweg worden doorgelaten. De lichtwegen bevatten polarisatiedraaiers, zodat het licht in 5 een andere polarisatie richting dan de inkomende lichtweg weer uit het splitsend en combinerend element uittreedt. Dit maakt een efficiënt gebruik van het licht mogelijk, omdat geen deel van het licht verloren hoeft te gaan om inkomend licht en terugkomend licht te scheiden.

In een nog verdere uitvoeringsvorm bevat het gemeenschappelijke deel van 10 de lichtwegen na het combinerend element een polarisatie filterend element dat componenten van het licht uit de beide lichtwegen extraheert, zo dat de componenten parallel staan. Hiermee verkrijgt men interferentie ook als de polarisatie in de beide lichtwegen oorspronkelijk onderling loodrecht was.

In het algemeen bevat de interferometer bijvoorkeur een telescoop in de 15 inkomende lichtweg. Hiermee kunnen zwakke bronnen onderzocht worden. Het effect van ruimtelijke spreiding van deze bronnen, die tot golffronten met verschillende richtingen leidt, wordt door de interferometer te niet gedaan.

Bijvoorkeur wordt een satelliet voor observatie van de windsnelheid in de 20 aardatmosfeer uitgerust met een interferometer volgens de uitvinding. Het effect van de snelle beweging van de satelliet en van de spreiding in kijkhoek op de nauwkeurigheid van de metingen wordt door de interferometer te niet gedaan.

25 Deze en andere doelen en voordelen van de interferometer volgens de uitvinding zullen nader worden beschreven aan de hand van de volgende figuren.

Figuur 1 toont een configuratie voor het meten van Mie scattering.

5 eerste en tweede oppervlak, waarvan de overeenkomstige oppervlakken in de tweede lichtweg samenvallen. Het optisch stelsel beeld de oppervlakken in het extra deel met een vergrotingsfactor van 1 op elkaar af. Zo wordt op eenvoudig wijze gerealiseerd dat de lichtwegen ondanks een verschil in 5 weglengte op dezelfde manier afbeelden via een intermediair beeld.

In een andere uitvoeringsvorm wordt het optisch stelsel zo uitgevoerd dat de eerste en tweede lichtweg wat betreft optische weglengte en afbeeldend effect alleen tussen een eerste en tweede oppervlak verschillen. Het optisch stelsel beeldt de oppervlakken in de eerste lichtweg met een 10 vergrotingsfactor op elkaar af en er is een eerste optische weglengte tussen de oppervlakken. De tweede lichtweg bevat een verder optisch stelsel dat een derde oppervlak gelegen op dezelfde afstand van het splitsend element als het eerste oppervlak en een vierde oppervlak gelegen op dezelfde afstand van het interferentie-oppervlak als het tweede oppervlak met dezelfde 15 vergrotingsfactor op elkaar afbeeldt, maar via een andere optische weglengte. Zodoende kunnen aberratieverschillen tussen de lichtwegen eenvoudig voorkomen worden, bijvoorbeeld door optische stelsels met groot f-getal te kiezen, of door stelsels met nagenoeg dezelfde aberratie te kiezen. In een verdere uitvoeringsvorm wordt het licht van de beide lichtwegen 20 naar een combinerend element geleid, waarmee de laatste delen van eerste en tweede lichtweg worden samengevoegd dan wel nagenoeg samengevoegd tot een uitgaande lichtweg van het combinerend element tot het interferentie-oppervlak. In dit gemeenschappelijke deel van de lichtwegen kunnen voor de lichtwegen gezamenlijk optische maatregelen genomen 25 worden. Zodoende wordt het ontwerp van de interferometer vereenvoudigd. In een verdere uitvoeringsvorm wordt het licht via de lichtwegen terug gereflecteerd naar het splitsend element dat tevens een combinerende functie heeft, en vanwaar de beide lichtwegen verder samen naar het interferentie-oppervlak lopen. Zodoende wordt de uitlijning van beide 30 lichtwegen sterk vereenvoudigd.

8 golflengte moet het patroon snel op en neer gaan als functie van de golflengte. Gaat het echter te snel op en neer, dan zal de spreiding in de spectrale verdeling van het verstrooide licht de intensiteitsvariaties doen uitmiddelen. De maximaal wenselijke gevoeligheid van de interferometer 5 wordt zodoende bepaald door de spectrale spreiding van het verstrooide licht.

Bij gebruik van een interferometer waarin licht interfereert dat via twee lichtwegen aankomt wordt voor Mie verstrooiing de maximaal wenselijke gevoeligheid gerealiseerd als er een verschil is van ongeveer 1,5 meter 10 tussen de optische weglengtes in de verschillende lichtwegen. Eén van de lichtwegen moet dus minstens 1,5 meter lang zijn. In conventionele interferometers leidt een dergelijke grote weglengte tot sterke afhankelijkheid van de hoek waaronder het licht de interferometer inkomt. Bij gebruik van een telescoop met een grote opening nodig om het licht te 15 verzamelen van een zwakke lichtbron ontstaat echter een grote hoekspreiding als van het verzamelde licht een smalle bundel gemaakt wordt voor analyse in de interferometer. Wil de interferometer ook zwakke verstrooiingsintensiteiten kunnen meten dan is het daarom juist wenselijk dat de interferometer licht uit verschillende hoeken tegelijk aankan. Dit 20 wordt een werkbare oplossing als er een interferometer voorzien wordt die hoekonafhankelijk werkt.

Figuur 2 toont een hoekonafhankelijke interferometer volgens de uitvinding. Getoond worden een telescoop 21 met een kijkopening 21a, een inkomende lichtweg 20 vanuit de telescoop 21 (gesymboliseerd door een 25 enkele lijn), een splitser 22, twee lichtwegen 25a,b en een interferentie-oppervlak 24 met daarin een detectiepunt 24a waarop beide lichtwegen 25a,b uitkomen. De eerste lichtweg bevat een optisch afbeeldend stelstel 28a,b. Op het detectie punt 24a wordt een element opgenomen dat lichtsterkte geïntegreerd over een deeloppervlak van het interferentie-30 oppervlak (of over het hele interferentie-oppervlak 24) in elektrische 7

Figuur 2 toont een interferometer.

Figuur 3, 4, 5 tonen verdere interferometers.

Figuur 6 toont een interferometer, waarin de optische componenten met optische sterkte uitsluitend uit spiegels bestaan.

5 Figuur 7, 8 tonen optische stelsels, waarin de optische sterkte met lenzen wordt gerealiseerd.

Figuur 1 toont een configuratie voor het meten van Mie scattering (niet op schaal). De configuratie bevat het aardoppervlak 10, opeenvolgende 10 luchtlagen (aangegeven door symbolische grenzen 12, 14 van verschillende lagen) en een satelliet 16a,b (getoond op opeenvolgende posities) die een lichtstraal 18 uitstuurt en verstrooid licht 19 terugontvangt.

Verstrooiing in de hogere luchtlagen (tussen grenzen 12 en 14) betreft vooral Rayleigh verstrooiing (aan moleculen). In de lagere luchtlagen 15 (tussen grenzen 10 en 12) komt de verstrooiing behalve van Rayleigh verstrooiing ook in belangrijke mate van Mie verstrooiing (aan macroscopische deeltjes). Het verstrooide licht 19 heeft, ten gevolge van het doppler effect, een andere golflengte dan het verstuurde licht 18. De golflengteverschuiving bevat een gemiddelde verschuiving ten gevolge van 20 de gemiddelde bewegingssnelheid van de deeltjes en een spreiding (spectrale lijnbreedte) tengevolge van snelheidsverschillen tussen deeltjes. De lijnbreedte van Mie verstrooiing is over het algemeen veel kleiner dan die van Rayleigh verstrooiing.

In de satelliet 16a,b wordt de piek positie van spectrale verdeling van het 25 verstrooide licht gemeten met een zo groot mogelijke nauwkeurigheid. Bij gebruik van een interferometer is daarbij een compromis nodig tussen gevoeligheid voor golflengteverschillen en contrast. Een interferometer veroorzaakt bij ontvangst van licht van een enkele golflengte een interferentie patroon waarvan de intensiteit op een bepaalde plaats als 30 functie van de golflengte op en neer gaat. Voor grote nauwkeurigheid in 10 voorwerpsoppervlak via de verschillende beide lichtwegen verbinden met daaraan geconjugeerde punten van een interferentie-oppervlak is dus vast, onafhankelijk van de invalshoek van de paden. Het effect van verschillende invalshoeken op de interferentie, dat zonder maatregelen verschillend zou 5 zijn voor de eerste en tweede lichtweg en evenredig zou zijn met het weglengteverschil tussen de lichtwegen, en zodoende, afhankelijk van het invalshoekbereik, al bij weglengteverschillen van bijvoorbeeld meer dan 10 mm onoverkomelijk zou worden, wordt zo te niet gedaan.

Voor een goede werking van de interferometer hoeven de afbeeldingen niet 10 precies samen te vallen. Het volstaat dat het samenvallen zo nauwkeurig is dat, over het oppervlak waarover de intensiteit van het interfererende licht geïntegreerd wordt, de intensiteitsverschillen van de interferentie onder verschillende optredende invalshoeken niet het hele bereik van minimale tot maximale intensiteit beloopt.

15 De telescoop 21 en de afbeelding van de kijkopening 21a op het interferentie-oppervlak is hiervoor niet wezenlijk. Het zal duidelijk zijn dat als de weglengte-onafhankelijkheid geldt voor golffronten met verschillende richtingen in de inkomende lichtweg 20 die door de telescoop 21 gevormd zijn, dat de weglengte onafhankelijkheid dan ook geldt voor willekeurige 20 golffronten, onafhankelijk of ze met een telescoop 21 gevormd zijn. Het gaat er dus niet zozeer om dat er daadwerkelijk samenvallende afbeeldingen van de kijkopening 21a gevormd worden, maar wel dat er een equivalentie bestaat tussen de beide lichtwegen 25a,b die vastgesteld kan worden doordat zodanige samenvallende afbeeldingen mogelijk zijn.

25 Verder zijn de mogelijke voorzieningen voor het verkrijgen van samenvallende afbeeldingen niet beperkt tot het optisch stelsel 28a,b dat in de figuur in de eerste lichtweg 28a,b getoond wordt. Meer algemeen kunnen allerhande optische elementen in de beide lichtwegen 25a,b worden opgenomen, zolang deze het wezenlijke effect hebben dat het verschil in 9 signalen omzet die naar een registratie eenheid (niet getoond) gestuurd worden. Het interferentie-oppervlak 24 is bijvoorbeeld het oppervlak van een CCD detector, waarvan de pixels detectie elementen vormen, of het is als matglas uitgevoerd met daarachter een elektrische opnemer enz.

5 De splitser 22 splitst het licht van de inkomende lichtweg in twee delen, die respectievelijk via de eerste en de tweede lichtweg 25a,b naar het interferentie-oppervlak 24 lopen. Voor de inzichtelijkheid is het interferentie-oppervlak 24 daarom twee keer getekend, respectievelijk in de eerste en tweede lichtweg 25a,b, maar men dient te begrijpen dat het hier 10 één oppervlak betreft en dat de lichtwegen voorzieningen (niet getoond) bevatten die ervoor zorgen dat de lichtwegen 25a,b op hetzelfde interferentie-oppervlak 24 uitkomen.

Het licht in de eerste lichtweg 25a loopt naar het detectie punt 24a via het optisch afbeeldings- stelsel 28a,b. Het afbeeldingstelsel 28a,b beeldt 15 bijvoorbeeld de kijkopening 21a van de telescoop af op een intermediair beeldoppervlak 28c, en het beeldt vandaar het intermediaire beeldoppervlak 28c weer af op het interferentie-oppervlak (het intermediaire oppervlak 28c is tussen beide optische elementen 28a,b getekend, maar het intermediaire oppervlak 28c mag ook virtueel zijn, waarbij het niet tussen beide 20 elementen 28a,b valt). Via de tweede lichtweg wordt de kijkopening 21a direct op het inteferentieoppervlak 24 afgebeeld. Het optische stelsel 28a,b is zo ingericht dat de afbeeldingen van de kijkopening 21a, zoals die door de eerste en tweede licht weg 25a,b op het interferentie-oppervlak 24 verkregen worden, nagenoeg samenvallen, dat wil zeggen dat de vergroting 25 en de plaats van afbeelding nagenoeg gelijk zijn.

Volgens het principe van Fermat zullen zodoende alle optische paden van een punt in het voorwerpsopperviak (de kijkopening 21a) naar een daarmee geconjugeerd beeldpunt in het interferentie-oppervlak 24 dezelfde optische weglengte hebben omdat het voorwerpspunt daar afgebeeld wordt. Het 30 verschil in optische weglengte tussen paden, die punten van een 12

Ter illustratie van een eenvoudige uitvoering van de uitvinding zijn congruente oppervlakken 26a,b,c getekend in de lichtwegen. De eerste en tweede lichtweg 25a,b zijn optisch identiek vanaf de splitser tot respectievelijk het voorwerpsoppervlak 26a en het oppervlak 26c. Verder 5 zijn de eerste en tweede lichtweg 25a,b optisch identiek vanaf respectievelijk het beeldoppervlak 26b en oppervlak 26c tot aan het interferentie-oppervlak 24.

Een eenvoudige uitvoering verkrijgt men als het optisch stelsel 28a,b het voorwerpsoppervlak 26a in de eerste lichtweg 25a congruent afbeeldt op 10 oppervlak 26b, waarbij lichtstralen als ze onder een hoek intreden op het voorwerpsoppervlak 26a, ze onder dezelfde hoek uittreden uit het beeldoppervlak 26b. In deze uitvoeringsvorm bevat de eerste lichtweg 25a,b, in vergelijking met de tweede lichtweg 25b een extra stuk tussen het voorwerps- en beeldoppervlak 26a,b. Dit extra stuk bevat afbeeldend stelsel 15 28a,b dat het voorwerpsoppervlak 26a identiek op het beeldoppervlak 26b afbeeldt. Volgens het principe van Fermat is daarom de weglengte van een eerste punt op het voorwerpsoppervlak 26a naar een tweede punt op het beeldoppervlak 26b waarop het eerste punt wordt afgebeeld, voor elke lichtstraal even lang, onafhankelijk van de hoek waaronder de lichtstraal op 20 het voorwerpsoppervlak invalt. Het effect van het extra stuk op het interferentie patroon is daardoor hoekonafhankelijk, terwijl de rest van de lichtwegen in beide lichtwegen dezelfde hoekafhankelijkheid introduceert. Het zal duidelijk zijn dat dit resultaat niet afhankelijk is van de aanwezigheid van extra optische elementen in de delen van de eerste en 25 tweede lichtweg 25a,b die identiek zijn. Ook is dit resultaat onafhankelijk van mogelijke extra vouwingen en vlakke spiegelingen die in één van de lichtwegen 25a,b kunnen worden aangebracht.

In plaats van de congruente afbeelding van deze uitvoeringsvorm (vergrotingsfactor 1) mag het optisch stelsel 28a,b ook een andere afbeelding 30 (vergrotingsfactor) van het oppervlak 26a op het oppervlak 26b produceren, 11 optische weglengte tussen de beide lichtwegen onafhankelijk is van de hoek van inval van het inkomende licht.

Dit valt bijvoorbeeld als volgt te realiseren. Kies een willekeurig paar afbeeldende stelsels van optische elementen die voorwerpsoppervlak in 5 beeldoppervlak kan afbeelden, waarbij beide stelsels dezelfde vergroting hebben, maar een verschillende optische weglengte tussen het voorwerpsoppervlak en het beeldoppervlak. Neem die gedeeltes waar de beide stelsels verschillen respectievelijk in de eerste en tweede lichtweg 25a,b op. Delen vooraan of achteraan de stelsels die in beide stelsels 10 identiek zijn mogen weggelaten worden. Ook kunnen natuurlijk allerhande vouwingen en spiegelingen van de lichtwegen opgenomen worden, zolang uiteindelijke afbeeldingen maar samenvallen (dezelfde vergrotingsfactor en teken van de vergroting enz.).

Figuur 2 is een principe tekening, waarin de beide lichtwegen zoveel 15 mogelijk rechtlijnig doorlopend getekend zijn. Dit hoeft in de praktijk niet het geval te zijn.Voor de inzichtelijkheid is het interferentie-oppervlak 24 in de tekening van figuur 2 twee keer getekend, respectievelijk in de eerste en tweede lichtweg 25a,b, maar men dient te begrijpen dat het hier één oppervlak betreft. Allerhande voorzieningen, zoals reflectors om de 20 lichtwegen 25a,b te vouwen en een combinerend element om de beide lichtwegen weer samen te voegen, kunnen gebruikt worden om de beide lichtwegen naar hetzelfde interferentie-oppervlak 24 te leiden. Deze voorzieningen zijn voor de overzichtelijkheid weggelaten in figuur 2 omdat hun uitvoering niet wezenlijk is voor de uitvinding.

25 Het optisch stelsel is getekend met twee elementen 28a,b met optische sterkte, maar kan bijvoorbeeld ook gerealiseerd worden met een enkel element en een reflector die de eerste lichtweg 25a twee keer door dat element leidt. Ook kunnen de elementen 28a.b als reflectoren met optische sterkte uitgevoerd worden.

14 lichtwegen tussen het splitsend/combinerend element 32 en de respectievelijke oppervlakken 38a,b zijn identiek in beide lichtwegen 25a,b. De optische weglengte door de eerste lichtweg 25a, heen en terug naar het eerste oppervlak 38a via reflector 34 verschilt van de optische weglengte in 5 de tweede lichtweg 25b, heen en terug naar het tweede oppervlak via reflector 36. Het eerste stelsel 33, 34 is zo uitgevoerd dat het bij de gegeven weglengte het eerste oppervlak 38a in de eerste lichtweg 25a op zichzelf afbeeldt en het tweede stelsel 35, 36 is zo uitgevoerd dat het bij de gegeven weglengte het tweede oppervlak 38b in de tweede lichtweg 25b op zichzelf io afbeeldt. De afbeelding van beide oppervlakken 38a,b op zichzelf hebben dezelfde vergrotingsfactor. Zodoende wordt het effect van het weglengteverschil op de hoekafhankelijkheid van de interferentie geëlimineerd.

Als alternatief kunnen het optische element 35 en reflector 36 in de tweede 15 lichtweg vervangen worden door een vlakke reflector ter plaatse van het oppervlak 38b in de tweede lichtweg. De vlakke reflector implementeert op triviale manier een afbeelding van het oppervlak 38b op zichzelf. Daarbij introduceert deze vervanging echter wel een verschil in beeldomkering (vergrotingsfactor -1) tussen de lichtwegen, die in één van beide lichtwegen 20 door optische maatregelen voor het verkrijgen van nog een beeldomkering tenietgedaan moet worden. Algemeen zullen, als de afbeelding in de verschillende lichtwegen zo verschillen dat ze verschillen in beeldomkering, compenserende beeldomkeringen in de lichtwegen moeten worden opgenomen om de afbeelding door de lichtwegen te laten samenvallen.

25

De uitlijning van de interferometer van figuur 3 is betrekkelijk eenvoudig, omdat de eerste en tweede lichtweg 25a,b op zichzelf teruggevouwen worden en er in de eerste en tweede lichtweg slechts twee elementen geplaatst en gericht hoeven te worden. Een bezwaar van de uitvoeringsvorm van figuur 3 13 mits in de tweede lichtweg 25b in plaats van het oppervlak 26c een extra stuk lichtweg is opgenomen met daarin een verder optisch stelsel dat het oppervlak aan het begin van het extra stuk lichtweg met dezelfde vergrotingsfactor op het eind van het extra stuk lichtweg afbeeldt als het 5 optische stelsel 28a,b tussen de oppervlakken 26a,b doet.

Figuur 3 toont een uitvoeringsvorm van de interferometer. Deze uitvoeringsvorm bevat een splitsend/combinerend element 32, een eerste en tweede reflector 34, 36, afbeeldende elementen 33, 35 en het interferentie-oppervlak 24. De inkomende lichtweg ontvangt een gecollimeerde bundel.

10 Voor de eenvoud is slechts één bundel (met één invalshoek op splitsend element 32) getekend. In het algemeen zal de gecollimeerde inkomende bundel echter bestaan uit een reeks van invallende richtingen overeenkomstig de kijkhoek van het voorafgaande optische systeem. In de interferometer van figuur 3 worden beide lichtwegen 25a,b in zichzelf 15 teruggereflecteerd. Het splitsend/combinerend element 32 splitst de inkomende lichtweg 20 in een eerste en tweede lichtweg 25a,b.

Het licht dat de eerste lichtweg 25a volgt wordt door het afbeeldend element 33 op de eerste reflector 34 afgebeeld. De eerste reflector 34 reflecteert dit licht terug naar het afbeeldend element 33 over het pad waarover het licht 20 gekomen is. Het afbeeldend element leidt dit terugkerende licht weer terug naar het splitsend/combinerend element 32, die het naar het interferentie-oppervlak 24 reflecteert. Op analoge wijze volgt het licht in de tweede lichtweg de optische elementen van de tweede lichtweg met dit verschil, dat deze lichtweg door het splitsend/combinerend element 32 naar het 25 interferentie-oppervlak wordt doorgelaten.

Het afbeeldend element 33 en de eerste reflector 34 vormen een eerste afbeeldend stelsel, terwijl het afbeeldende element 35 en de tweede reflector 36 een tweede afbeeldend stelsel vormen, waarbij de reflectoren 34 en 36 in het algemeen gekromde spiegels zullen zijn, maar ook vlak mogen zijn. In 30 elk van beide lichtwegen is een oppervlak 38a,b getekend. De delen van de 16 lineair zijn en onderling loodrecht georiënteerd zijn. Na de splitsende functie van element 52 is zowel in de eerste lichtweg 25a als in de tweede lichtweg 25b een kwart lambda plaatje 53a,b opgenomen.

De polariserende coating en de half en kwart lambda plaatjes werken 5 samen om zo min mogelijk licht verloren te laten gaan, met name om reflectie naar de ingang van de interferometer te voorkomen. Het inkomende licht is lineair gepolariseerd. Het splitsend/combinerend element 52 laat licht met een eerste polarisatierichting door naar de eerste lichtweg 25a en reflecteert licht met een tweede polarisatierichting naar de tweede 10 lichtweg 25b. De kwart lambda plaatjes 53a,b zijn zo opgesteld dat ze de polarisatierichtingen van het licht in beide lichtwegen elk in totaal (heen en terug) een kwart slag draaien, waardoor het uit de lichtwegen 25a,b terugkerende licht bij de combinerende functie van element 52 niet aan de ingang naar buiten komt, maar slechts aan een uitgang, in de richting van 15 een tweede splitsend element 56, waarbij de polarisatierichtingen van het licht uit de twee lichtwegen nu loodrecht op elkaar staan.

Uiteenlopende maatregelen kunnen toegepast worden om deze twee loodrechte polarisatierichtingen te laten interfereren. Bij wijze van voorbeeld wordt in figuur 5 een configuratie getoond die elk van deze 20 polarisatie richtingen in twee componenten splitst, die elk langs een ander uittrede pad de configuratie verlaten. De componenten waarin het licht uit de verschillende lichtwegen gesplitst wordt staan in elk uittrede pad parallel aan elkaar en interfereren daarom.

De getoonde configuratie bevat een half lambda dan wel een kwart lambda 25 plaatje 55 en een tweede splitsend element 56 achter het splitsend/combinerend element 52, in het pad naar het interferentie-oppervlak 54a,b. Het tweede splitsend element 56 heeft een polariserende coating, zodat het licht met een eerste polarisatie component doorlaat en licht met een tweede polarisatie component over een hoek reflecteert. Het 30 half dan wel kwart lambda plaatje 55 dient om de polarisatietoestand van 15 is, dat er bij de combinerende functie van element 32 licht verloren gaat (dat wordt terug gestuurd in de inkomende lichtweg 20).

In de figuren 4 en 5 staan twee verdere uitvoeringsvormen van de interferometer, waarbij dit lichtverlies wordt vermeden.

5 Figuur 4 toont een ruimtelijke scheiding van de beide lichtwegen door reflectie aan de elementen 44 en 46 in de eerste en tweede lichtweg. De combinerende functie van element 42 vindt plaats op een ander deel van het oppervlak van element 42 dan de splitsende functie. Op deze wijze worden twee interferentie/detectieoppervlakken 47a en 47b verkregen, die beide 10 toegankelijk zijn voor detectie van het interferentie signaal. Tezamen bevatten deze beide detectieoppervlakken de totale inkomende lichtenergie, behoudens de normale optische absorptie en reflectie verliezen aan de optische elementen van figuur 4. Een bezwaar van de uitvoeringsvorm van figuur 4 is, dat de uitlijning ervan minder eenvoudig is, omdat de eerste en 15 tweede lichtweg niet meer in zichzelf teruggereflecteerd worden door de spiegels 44 en 46.

Indien de inkomende lichtweg 20 gepolariseerd licht (in dat geval aangeduid met 50) bevat, is er een andere uitvoeringsvorm mogelijk op basis van polariserende elementen, die de voordelen van de uitvoeringsvormen van 20 figuren 3 en 4 verenigt, te weten geen lichtverlies in de richting van de inkomende lichtweg en een eenvoudige uitlijnbaarheid.

Figuur 5 toont een uitvoeringsvorm van zo een interferometer. Deze uitvoeringsvorm volgt een aantal van de principes van figuur 3. Het splitsend/combinerend element 52 is voorzien van een polariserende coating. 25 Vóór het splitsend/combinerend element 52 kan een eerste half lambda of kwart lambda plaatje 51 worden opgenomen, dat dient om de polarisatietoestand van het inkomende gepolariseerde licht 50 indien nodig te veranderen, zodanig dat het polariserende splitsend/combinerend element 52 het licht in hoofdzaak gelijkelijk verdeelt over de eerste en tweede 30 lichtweg, waarbij de polarisatie toestanden in eerste en tweede lichtweg 18 opgenomen. Door middel van vlakke vouwspiegels in één of elk der beide lichtwegen wordt, indien nodig door verschillen in beeldomkering in de optische stelsels, het beeldoppervlak gespiegeld om in beide lichtwegen op dezelfde wijze aan het combinerend element te worden aangeboden.

5 In figuur 8 wordt nog een modificatie van het stelsel van figuur 7 getoond, waarbij een vlakke spiegel in het eerste beeldoppervlak B een tweede beeldoppervlak ter plaatse van het voorwerpsoppervlak V tot stand doet komen. Indien de tweede lichtweg alleen een vlakke spiegel bevat in een vlak, dat geconjugeerd is aan het voorwerpsoppervlak van de eerste 10 lichtweg, heeft men op deze wijze een optisch weglengteverschil tussen de beide lichtwegen van 8 maal de brandpuntsafstand van de afzonderlijke lenzen verkregen met vergroting 1. Het optisch stelsel van figuur 8 kan bij voorbeeld gebruikt worden in een interferometer volgens figuur 6, waarbij dit optisch stelsel de elementen 61 en 62 van figuur 6 vervangt.

17 het gepolariseerde licht uit beide lichtwegen zodanig te veranderen, dat het polariserende splitsend element 56 lichtcomponenten uit zowel de eerste als de tweede lichtweg met gelijke polarisatierichting doorlaat naar interferentie-oppervlak 54a dan wel reflecteert naar interferentie-oppervlak 5 54b, zodat de polarisaties in de uittredende lichtwegen na splitsend element 56 kunnen interfereren in de interferentie/detectieoppervlakken 54a en 54b. Figuur 6 toont een verdere uitvoeringsvorm van de interferometer voor gepolariseerd inkomend licht 50, waarbij de functies van de elementen 51, 52, 53a, 53b, 55 en 56 gelijk zijn aan die van figuur 5. In dit geval echter is 10 in de eerste lichtweg 25a het afbeeldend stelsel gerealiseerd door een gekromde (bijvoorbeeld parabolische) reflector 61, en een gekromde (bij voorkeur sferische) reflector 62. De bij voorkeur sferische reflector 62 heeft zijn kromtemiddelpunt in het focus van de gekromde reflector 61, zodat de aan spiegel 61 teruggereflecteerde bundel dezelfde oriëntatie heeft als de 15 oorspronkelijk bij spiegel 61 aankomende bundel. In de tweede lichtweg 25b wordt volstaan met een vlakke spiegel 63 om het licht terug te reflecteren naar het splitsend/combinerend element 52.

Uiteraard zijn behalve de getoonde uitvoeringsvormen allerlei andere uitvoeringsvormen mogelijk voor het afbeeldend stelsel 28 van figuur 2. Zo 20 kan men bijvoorbeeld, zoals getoond in figuur 7 een tweetal identieke lenzen gebruiken, op twee keer de brandpuntsafstand, f, van elkaar. Deze beelden een voorwerpsoppervlak V op een brandpuntsafstand voor het tweetal lenzen met vergroting -1 af op een beeldoppervlak B gelegen op een brandpuntsafstand achter het paar lenzen. De voorzieningen, die worden 25 getroffen om de eerste en tweede lichtweg naar hetzelfde interferentie-oppervlak 24 te leiden dienen dan zodanig te zijn ingericht, dat in één van beide lichtwegen een beeldomkering plaatsvindt, zodat de golffronten via beide lichtwegen congruent zijn.

Ook kan (zoals in de figuren 3, 4 en 5) een optisch stelsel met optische 30 sterkte zowel in de eerste lichtweg als in de tweede lichtweg worden 20 3. Interferometer volgens conclusie 1, voorzien van ingangsoptiek in de inkomende lichtweg, waarbij de interferometer een voorwerp via de ingangsoptiek op het interferentie-oppervlak focusseert.

4. Interferometer volgens conclusie 1, 2 of 3, waarin het optisch 5 stelsel een eerste en tweede oppervlak in de eerste lichtweg met een vergroting nagenoeg gelijk 1 op elkaar afbeeldt en waarin de tweede lichtweg wat betreft optische weglengte en afbeeldend effect equivalent is aan een eerste deel van de eerste lichtweg tot aan het eerste oppervlak, als dit eerste deel direct gevolgd zou worden door een tweede deel van de eerste 10 lichtweg vanaf het tweede oppervlak.

5. Interferometer volgens conclusie 1, 2 of 3, waarin het optisch stelsel een eerste en tweede oppervlak in de eerste lichtweg over een eerste optische weglengte met een vergrotingsfactor op elkaar afbeeldt en welke interferometer een verder optisch stelsel bevat dat een derde en een vierde 15 oppervlak in de tweede lichtweg over een tweede optische weglengte met tenminste nagenoeg dezelfde vergrotingsfactor op elkaar afbeeldt, waarbij de eerste en tweede optische weglengte onderling verschillen, en waarbij een eerste deel van de eerste en tweede lichtweg tot aan respectievelijk het eerste en derde oppervlak wat betreft optische weglengte en afbeeldend 20 effect equivalent zijn en een tweede deel van de eerste en tweede lichtweg vanaf respectievelijk het tweede en vierde oppervlak wat betreft optische weglengte en afbeeldend effect equivalent zijn.

6. Interferometer volgens één der conclusies 1 tot en met 5, voorzien van een combinerend element, waarbij de laatste delen van eerste en 25 tweede lichtweg tot het interferentie-oppervlak worden samengevoegd dan wel nagenoeg samengevoegd.

7. Interferometer volgens één der conclusies 1 tot en met 5, voorzien van

Claims (7)

1. Interferometer voorzien van - een inkomende lichtweg; - een splitsend element voor het splitsen van licht uit een inkomende lichtweg; 5. een eerste en tweede lichtweg vanuit het splitsend element; - een optisch stelsel dat een deel van de eerste lichtweg omvat dat niet samenvalt met de tweede lichtweg; - een interferentie-oppervlak waarop de eerste en tweede lichtweg samen invallen, waarbij er een optisch weglengteverschil bestaat tussen de eerste 10 en tweede lichtweg van het splitsend element tot het interferentie- oppervlak, en waarin gecombineerd licht van de eerste en tweede lichtweg op het interferentie-oppervlak wordt gedetecteerd; met het kenmerk dat het optisch stelsel zo is ingericht dat de lichtwegen voldoen aan een eis dat een maatregel mogelijk is in de inkomende lichtweg 15 om via de eerste en de tweede lichtweg op het interferentie-oppervlak tenminste nagenoeg samenvallende afbeeldingen van een gemeenschappelijk voorwerpsoppervlak te vormen, waarbij het voorwerpsoppervlak door de eerste lichtweg met het optisch stelsel via een intermediair beeld op het interferentie-oppervlak afgebeeld wordt om de 20 afbeeldingen ondanks het weglengteverschil te laten samenvallen.

2. Interferometer volgens conclusie 1, voorzien van een lichtverzamelende optiek in de inkomende lichtweg, met een kijkopening waarbinnen licht wordt doorgelaten, waarbij de interferometer de kijkopening via de eerste en de tweede lichtweg op het interferentie- 25 oppervlak afbeeldt. 22 - een eerste deel van het gesplitste licht via een optisch stelsel in een eerste lichtweg naar een interferentie-oppervlak leiden; - een tweede deel van het gesplitste licht via een tweede lichtweg naar het interferentie-oppervlak leiden, waarbij de tweede lichtweg verschilt met de 5 eerste lichtweg door een weglengteverschil en het optisch stelsel; - uitlezen van een detector voor gecombineerd licht van de eerste en tweede lichtweg op het interferentie-oppervlak; met het kenmerk dat het optisch stelsel zo is ingericht dat de lichtwegen voldoen aan een eis dat een maatregel mogelijk is in de inkomende lichtweg 10 om via de eerste en de tweede lichtweg op het interferentie-oppervlak tenminste nagenoeg samenvallende afbeeldingen van een gemeenschappelijk voorwerpsoppervlak te vormen, waarbij het voorwerpsoppervlak door de eerste lichtweg met het optisch stelsel via een intermediair beeld op het interferentie-oppervlak afgebeeld wordt om de 15 afbeeldingen ondanks het weglengteverschil te laten samenvallen. - reflecterende elementen in de eerste en tweede lichtweg vooir het terugreflecteren van het licht naar het splitsend element door de eerste en tweede lichtweg; - een uitgaande lichtweg van het splitsend element naar het interferentie-5 oppervlak; - waarin het splitsend element een splitsend en combinerend element is dat teruggereflecteerd licht uit de eerste en tweede lichtweg naar de uitgaande lichtweg leidt.

8. Interferometer volgens conclusie 7, 10. waarin het splitsend en combinerend element polariserend is, zo dat licht uit de inkomende lichtweg gesplitst in een eerste en tweede polarisatie-component naar respectievelijk de eerste en tweede lichtweg geleid wordt, - waarbij de eerste en tweede lichtweg elk een polarisatiedraaier bevatten, zodat het gereflecteerde licht dat via de eerste en tweede lichtweg 15 terugkeert het splitsend en combinerend element tenminste voor een deel via de uitgaande lichtweg verlaat.

9. Interferometer volgens conclusie 8, voorzien van een polariserend element in de uitgaande lichtweg, georiënteerd om licht met een geselecteerde polarisatie richting verder te leiden, waarbij de geselecteerde 20 richting met geen van de polarisatierichtingen van het licht uit de eerste en tweede lichtweg een loodrechte hoek maakt.

10. Interferometer volgens één der voorgaande conclusies, waarbij het verschil in optische weglengte tussen de eerste en tweede lichtweg groter is dan 0,5 meter.

11. Satelliet voorzien van een interferometer volgens één der voorafgaande conclusies.

12. Werkwijze voor het verkrijgen van een meting van een golflengte van inkomend licht, welke werkwijze de stappen bevat van - splitsen van licht uit een inkomende lichtweg;