TW579436B - Interferometer, beam-combining unit and manipulator system - Google Patents

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五、發明説明（！） 組合光束會對光學系統提供許多優點。具言之，先束 可被組合來增加整體的光束強度，或供形成一具有不同特 性之多種成分的複合光束。一複合光束之例乃可見於一雙 頻干涉計中，其係使用一外差光束，而該光束含有二正交 偏極性的頻率成分。該等外差光束可由二具有不同頻率及 正父極性的輸入光束來構成。在組合之前分開地來處理各 輪入光束’將可使各別的極性分量能被操縱而來改變該光 束成分的特性。 一光學系統可利用光纖來由一或多個光源將輸入光束 傳运至一光束組合器，其可將該等輸入光束組成一複合光 束。要成功地組合來自各光纖的光，必須精確地控制由該 寺光纖發出的光束。一種用來控制導自光纖的光之傳統方 式係將一光纖固裝在一光纖固定器上，而使光纖將光導入 一準直儀中。離開該準直儀的光會呈平行，並會沿該準直 儀之-固定轴來前進。由光纖引出之光的平行調準將能以 市售的操縱器來達成。該等操縱器典型可容光纖沿二方向 (X及Y)平移，而使光纖與該準直儀的光軸對準，該準直儀 係可以或亦可不裝在—個別的操縱器±。或者，光纖纔線 總成亦態肖一預先對準的準直儀終接器來一起瞒備。此將 可由該光纖纜線總成直接輸出已調準的光束。 來自該等光纖之被調準後的光束會被送至一光束導引 裝置，其會將調準光束送入一光束組合器中。該光束導引 裝置之光機械式光束操縱器會控制進入該光來組合器的光 束路徑，而使該等光束在離開該組合器時形成 。 579436 kl ___B7_ 五、發明說明（2 ) 第1圖示出一傳統的光學系統100，其中光纖110及π5 等會由遠方的光源（未示出）來供送光束。準直儀120及125 會使離開各光纖12〇與125的光形成平行光束130與135。 光束130會通過一窗140，並在進入一光束組合器160 之前由一鏡150反射。該窗140的定向會控制在該窗140中之 光束130的折射，並使該光束13〇可在一垂直於其前進方向 的平面中平移。該鏡150的定向會控制該光束130在由該鏡 150反射之後的方向。因此，該窗14〇與鏡150之方向調整能 對進入組合器160之光束130的路徑調整提供四個自由度 (即沿著二軸平移及繞著二軸來旋轉）。 鏡145與155的調整，同樣地能為進入組合器160之光束 135的路徑控制提供四個自由度。 在第1圖中，該光束組合器160係為一分光立方體。通 過該組合器160之光束130部份，及被反射於該組合器16〇 的光束135部份會一起來形成一組合光束17〇 ^控制該等窗 140及鏡145、150、155之定向的操縱器可調整光束13〇及135 的光徑，因此組合器160會將該等光東結合成單一的共線組 合光束170。 第1圖所示的裝置因為該等光學元件之光機械式光束 操縱例如鏡及窗的高品質可用性，而被普遍地使用。該 裝置的缺點係需有較多的光機械式構件來精確地定位光束 130與135以供組合。具言之，該系統丨〇〇需要有二光纖/準 直儀操縱器來操作準直儀120與125，及四個光束操縱器來 操控窗140及鏡145、150、155等。與之倶存的是該等構件 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公爱) ................-......萃-................ΤΓ——……:…….線 (訪先閱¾背面之注*事項再«寫本頁) 579436 A7

........................裝：… (¾先^fjrlf面之注意亊項再蜞趑本頁) ,、可| 6 579436 五 、發明説明（4 ) 具有不同頻率的分開光束。該雙頻雷射會形成_外差光 束，其具有不同極性的頻率分量，而可使該分光器炉。 分開該等頻率分量。嗣該等A〇M能夠增加該等分開= 之間的頻率差距。然後該等光束會經由各別的光纖被送至 -先來組合單元’其會將該等分開的光束再組合成一外差 光束以供使用於干涉計裝置中。 本發明之一特殊實施例係為一干涉計’其包含一雷 射’-分光器’一或多個A0M，及干涉計裝置等。：雷： 可使用塞曼（Zeeman)分光法來產生一外差光東，而_^媒 元件例如卜/4波板可將該外差光東之二頻率分量的圓形: 振轉化成正交的直線偏振。該分光器會利用該直線 差異而來將該外差光束分成具有不同頻率的各別光束 設在各光束之光徑中的A0M會增加該分開光之間的頻率 差。因此，該干涉計能具有一塞曼分光雷射的頻率穩定性， 以及由AOM所形成之增加的頻率差距等優點。光纖會將分 開的光束帶至一光束組合單元，因此例如該雷射等熱源將 可遠離敏感的干涉計裝置。 本發明之另一實施例係為一光束組合單元，其可供使 用於干涉計或任何其它的光學系統中。該光束組合單元包 含一光束組合器，一光纜總成，及一操縱器。該光束組合 器可為一極化分光器或一雙折射分光器其係被相反地用來 接收多個輸入光束而輸出一組合光束。該光纜總成係可將 一第一光束帶入該光束組合單元以供組合，而會被固設在 操縱器上。該操縱器可被調整來控制第一光束在離開第一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐）

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士纜總成時的方向，而該第-操縱器的調整將會控制該第 “束於光束組合斋上的入射角度。詳言之，該操縱器能 夠直接將光束導人該组合器，或經由-平移窗來導入組合 器，或經由一固定光學元件來導入組合器。 在本發明之一典型的實施例構造中，有一第二光纜總 f係H第二光束帶入該光束組合單it，而會被設在I 弟二操縱器上。該第二操縱器可藉控制該第二光束在由第 -光纜總成離開時的方向，而可被調整來控制該第二光東 在光束組合器上的入射角度。 ^本發明之又另一實施例係為一操縱器系統，其包含— 第-板’-第二板，及作動器等可控制該二板在多個點， 例如三點處的間距。各作動器可被螺合於一承裝在苐一板 之凹穴中的螺接球，及另一承裝在第二板之凹穴中的螺接 球。该寺作動器可以人工或自動地操作。該等作動器的調 正把&制第一板相對於第一板的定向，而通常會控制該第 二板及一元件例如被設在該第二板上之一光纜總成的斜傾 與偏轉。 圖式之簡單說明 第1圖係不出一種習知的光學系統，其可將來自光纖的 光束導入一光束組合器。 第2圖為本發明一實施例之雙頻干涉計的方塊圖，其係 使用光纖來將不同頻率及正交極性的光束送至一組合器。 第3A與3B圖為本發明一變化實施例之光束組合單元 的方塊圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 579436 A7 B7 五、發明説明（ 第4A、4B、4C圖為本發明一實施例之操縱器的惻視、 正視及頂視圖，其可提供一光纖纜線總成的微弧度控制。 ........*.裝..... 〈先 R^ifm;之>1*事项^^、^衣頁) 第4D圖為本發明另一實施例之操縱器的側視圖。 第）圖為本發明一實施例之含有一主動調整單元的光 束組合單元之方塊圖。 在各圖式中之相同的標號係指相同或類似的構件。 依據本發明之一態樣，一雙頻干涉計係使用一雷射以 f曼（Zeeman)分光法來產生一外差光束，一極化光束分光 器可將.該外差光束分成各別的單色光束，及—或多個八⑽ 來增加該等單色光束之間的頻率差。因此，該干涉計可具 有一較大的頻率差來測量快速移動的物體，並可保持該

Zeeman分光所提供的頻率穩定性。光纖能將光束送至一光 束組合單元，該單元會將該等單色光束重組成一組合光束 ，供使用以該干涉計中。利用光纖可使該雷射及a〇m遠離 斜涉计裝置，俾使該雷射與八⑽等不會影響該干涉計的 .線......... 熱環境。以不同的光纖來傳送各別的光束將可避免各極化 分量之間的串擾。 人依據本發明之另一態樣’一光束導引光機械系統係結 :一光纖準直儀及-操縱器，該操縱器可調整由該光纖射 之破調準的光束。在一用來將輸入光束控制至一組合器 ^束^丨錢中，各準直儀/操縱器係可被設成，能將光 導入、.且°态中’或穿過-窗再導入該組合器中。 小=成的系統會具有較少的元件’而可改善穩定性並減 ^复雜性和成本。該光束導引方式可被應用於各種光學系 本纸張尺度_ A4規格⑵ 579436

統，包括但不限於一雙頻干涉計c 第2圖係本發明一實施例之干涉計系統2〇〇的方塊圖 該干涉計系統200乃包含一雷射21〇，一 1/4波板215 一塗 層的極化光束分光器220，聲光調變器（A〇M)23〇與235，光 纖250與255，一光束組合單元260，及干涉計裝置29〇等。 该雷射210與1/4波板2 15會形成一外差光束之射源該 光束具有二呈正交直線偏極性（偏振）的不同頻率分量兮 雷射·2 10之一實施例係為一種市售可得的He_Ne雷射，例如

Agileqt Technologies公司所產銷的Model 55 1 7D，其係使用 塞曼分光法來在同一雷射穴中產生該二頻率分量。在本方 法中的塞曼分光將能產生一外差光束，其具有二不同頻率 fl’及f2·的分量，且其頻率差f2、fl•約有2ΜΗζ。該二頻率 分量具有相反的圓偏極性，而該1 /4波板2 1 5會改變該二頻 千分$的偏振，以使它們具有正交的直線偏極性。 極化光束分光器220會分開該二頻率分量。該分光器 一 2 0乃可由市面購得高品質的光東分裂器，其能對在透射光 束中之一直線偏極光，及在反射光束中的正交直線偏極光 來形成兩消光率。該極化光束分光器220可為一種塗層的極 化光束分光器，其係利用一薄膜塗層來透射一直線偏極 光，而反射一正交的直線偏極光。或者，該極化光束分光 為220亦可為一雙折射光學元件，其能利用一雙折射材料的 特性來分開具有不同極性的光束。 當使用一塗層式極化光束分光器時，乃可藉將該分光 器220旋轉至一能提供最佳效果及使該二頻率分量最清楚 10 (if先閲it背面之注Φ事項辱填趑本頁) •訂丨 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（2]〇x297公釐） 579436 A7 —______Β7_ ’五、發明説明（8 ) 分開之偏轉角度，而來提升其消光率。因此、該輸入光束 的輸入通常不會垂直於一塗層分光器的輸入表面。一名稱 為··塗層式極化光束分光器之最佳消光率的調準方法··之美 國專利申請案，代理人編號為1〇〇1〇512，其内容併此附送， 已進一步詳述調準一塗層式極化光束分光器來分開該二頻 率分量至最高效能的方法。 在圖示之例中’該較低頻率的分量具有一極性，會被 έ玄塗層式PBS(極化光束分光器）22〇透射至α〇μ 230，而較 高頻率的分量具有一極性會被該PBS 22〇反射至αομ 。ΑΟΜ 230與235會以不同的頻率（例如來 标作，並改變該二光束的頻率而更進一步地分開該二光束 的頻率。由AOM 230與235輸出的光束乃各具有不同的頻 率，即fl=f「+ 80 MHz，f2 = f2，+ 86 MHz，兩者相差約有 8 MHz。更大的頻率差距可使該干涉計系統2〇〇能精確測量更 快移動的物體。 在第2圖之例中，係使用二以可比較之頻率（例8〇及％ MHz)來操作的AOM 230與235。其優點係可使該二分開的 光束之光徑及影響更容易比較。此外，A〇M亦不必以一低 頻率（如6 MHz)來操作，而以一相對較小的量來增加該頻率 差。但，在本發明之一變化例中，亦可使用單一的A〇M來 改變其一光束的頻率以增加該頻率差。 透鏡240與245會分別將各光束聚焦於分開的極性保持 光纖250及255中。在本發明之一實施例中，該等極性保持 光纖250及255係為可市面購得的光纖，例如由c〇rning公 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（2K3X297公^ ...... ..........裝-..............…訂..............-·:線· f if先閲讀背面之注*事項再蜞筘本頁) 579436 A7 B7 五、發明説明（9 司’或Fujikura America公司所產銷的"Panda·· PM光纖：在 某些情況下’該等光纖250及255乃可被橫向隔框或其它的 固定物所固定。極性保持光纖250及255會將該二分開的光 束送至該光束組合單元260,其會將該二光束導入一光束組 合器270。 使用光纖250與255將可容雷射210及AOM 230、235等 能被設在遠離干涉計裝置290處。因此，在雷射2 10及AOM 230、:_235中所產生的熱，將不會干擾該干涉計裝置29〇的熱 環境。而且，該雷射210及AOM 230、235等不須要有一相 對於干涉計裝置290的固定位置，此將能在該受測物體附近 可用空間有限的情況下形成很大的優勢。 •訂· 該光束組合單元260會精確地調準來自光纖250與255 之輸入光束INR與INT，以便在組合器270中組合而形成一 共線的輸出光束COut。該光束組合器270係可為一以相反 方式來使用的塗層PBS。在一變化例中，該光束組合器270 包含一雙折射材料例如calcite。一申請中的美國專利申請 案’名稱為··在干涉計中之極化光東的雙折射光束組合 器··，代理人編號為No· 1 〇() 1 〇5 1 1 ,係揭述含有雙折射材料 之光束組合為’其内容併此附送。 組合的光束COut會輸八至該干涉計裝置290。在該裝 置290中，有一分光器275會將部份的光束c〇ut反射至分析 乐統280’而該分析系統280會使用在分光器275中反射的光 之兩種頻率分量，來作為第一與第二基準光束。該組合光 束COut的剩餘部份在進入一極化分光器292之前，會被以

五、發明說明（10) 光束擴大裔（未示出）來擴大尺寸。 該極化分光器292會反射該等極化光n(g卩 光束)，來形成-第三基準光束導至一參照反射器298，、： 透射其匕的直線偏極光（即另一頻率光束），來作為一測量 光束奴向要被測量的物體。在該干涉計裝置的另一種變化 例中’-極化分光器亦可透射形成測量光束的分量，而 射形成基準光束的分量。 :測物體的運動會在該測量光束的頻率中造成一都卜 勒（Doppler)頻移。該分析系統28〇可藉將該測量光束=苐 三基準光束組合成一拍差信號而來❹，該拍差信號的頻 率係等於言玄第三基準&束與由該物體反射後之測量光東的 頻率之差。為精確地測出都卜勒頻移，該拍差信號的頻率 可被相較於，由該第一與第二基準光束組合所產生之一'基 準拍差信號的頻率。該分析系統28〇會分析該都卜勒頻移來 決定該物體的速度及/或移動距離。 第圖為光束組合單元2 60之一實施例的方塊圖。於 此實施例中，該光束組合單元260乃包含該二準直儀32〇與 325之一基板（未示出），該二準直儀32〇、325的微弧度操縱 器（未示出）’二平行窗340與345，該二窗340、345的各毫 5瓜度操縱夯’光束組合器270 A，及一光束組合器操縱器.(未 示出）。 光纖2 5 0及2 5 5皆為單一模式之極性保持光纖，而連接 於各準直儀320與325。一光纖250(或255)與一準直儀 320(或325)的組合於此有時稱為一光纖總成（f〇CA)。由各 13 本紙張尺度適用中國國家標準（®S) A4規格（210X297公釐） 579436 五、發明說明（1】 、:^ J 一）射出的光束330與335會被平行調準並具有 直線偏極性。 在子刀始的调整過程中，準直儀320與325會被旋轉， 直到由其射出之二光束的直線偏極性具有互呈正交的所需 ’方向為止。當該等直線偏極性具有所需方向時二準直儀 320與325即會被11定在各自的度操縱器上。 在斤丁之例中，所有的操縱器皆可被裝設在一固定的 j貝基板上。對需要一條、二條或更多組合光束的系統而 言’-基板可將光束組合單元容裝在一面上或在兩面上。 因此，各光束組合單元將可被疊設成一多光束結構。 該等微弧度操縱器會控制由準直儀320、325所射出 光束的方向’而將該等光束以適當的入射角度導至組合 2—70上。該各微弧度操縱器能夠進行俯仰斜傾、偏轉及位 等之凋整，但一般而言，該等準直儀320、325僅會使用 斜傾及偏轉的調整。此外’該各微弧度操縱器亦能提供 束之可調平移，以免除該窗340、345的需要。 雖準直儀j20與325係被固設於各微弧度操縱器，而 纖2:>0與255則尾隨於各準直儀32〇與325之後。但光纖〕 與255亦可被以適當的鬆弛度來設置而減輕張力。因此， 一操縱器傾斜或偏轉時，整個F0CAm會傾斜或偏轉 由該FOCA射出之光束的方向亦會隨著改變。 光束組合單元260係使用具有平行面之光學品級玻璃 的窗340與345來平移各光束330與335。（該等窗在本發明的 其它實施例中，當準直儀320與325的操縱器能夠將光束 之 器 置 到 光 光 50 當 而 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公爱）

579436 A7 _—_ —__B7 '五、發明説明（12 ) jjO 平移至目標點時，即可不需要卜該各窗或 係介於一對應的準直儀320或325與該光束組合器27〇之 間’並被固設於一毫弧度操縱器上。該窗34〇會水平及或 垂直地平移該光束330，其平移量係視該光束33〇對該窗的 入射角而定。同樣地，窗345會以一該光束335之入射角所 決定之量來水平及/或垂直地平移光束335。該等毫弧度操 縱器會控制各窗340與345的定向，而來控制各光束33〇與 335相:對於該光束組合器27〇a的平移： 。玄準直儀320或：>25之操縱器及該窗340或345之操縱器 的組合應用，將可對一光束330或335的光徑調整提供四個 自由度。雖準直儀320與325的操縱器可提供微弧度的解析 度，但該等窗340與345的操縱器可使用一較粗糙（例如毫弧 度）的解析度。此係因為準直儀32〇與325的操縱器係控制光 束的方向，而角度的不精確將會使該光束隨著距離的增加 而逐漸更與該組合器分開。相對地，該等光束的平移不精 確僅會在該二光束的中心之間產生一固定的偏差。於第1 圖中所示之習知光束組合單元中，所有會影響光束角度的 操縱器皆須有精細的解析度。 通常，僅有一窗340或345及其所配設的操縱器須要被 用來平移一光束330或335。例如，一 FOCA的微弧度操縱 器可將一光束330或335直接導至光束組合器270A上，而另 一光東335或330的鏡可平移該光束，以使由該組合器27〇a 所輸出的光束能成為該複合光束COut的共線分量。惟使用 二個窗及其操縱器等，將可使二光束皆能被平移至該組合 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐）

...........裝…...............^.....-.....-......線. (ff先^^背面之注&事項疋：坺灼本頁) 579436 A7 ------ B7 五、發明說明（13 ) 器270上之一所需的入射點處ε 一般而言，該光束組合器270係為一以相反方式來使用 的分光器，且可為一種依該干涉計2〇〇之需求來選擇的類 型。在第3Α圖的實施例中，該光束組合器27〇八係為一極化 分光器’而一極化分光器的操縱器將能調整該組合器27〇α 的偏轉角度以得最佳的效能。第38圖乃示出本發明之另一 f 實施例，其中之光束組合器27〇Β係為一雙折射稜鏡。具言 之 Α光束組合為270Β係為一羅歇（Roch〇n)稜鏡，但各種 不同的雙折射梭鏡，諸如Wollaston· Cotton·或Glan_

Th〇mpson稜鏡等亦可被使用。使用該等對極性敏感的光學 疋件，將有助於釐清該組合光束c〇ut的極性/頻率純度，因 •訂- 為該等元件會由該複合光束C0ut*區別或分開不要的極 化光。 在第3B圖中所示的光束組合單元26〇亦示出僅使用一 輸入光束330的平移能力。針對該構造，一調準程序會以微 弧度操縱器來調整輸入光束330與335的方向，然後再平移 光束j30，而使該二光束330與335於由組合器⑽輸出時 能重合。因此，該輸出光束的位置係由光束335來決定，而 該輸入光束335不能被平移至一目標。但是，調整一窗35〇 即可將輸出光束平移至一目標位置。 第3A與3B圖中的光束組合單元26〇可將光束33〇與335 幾乎直接地由準直儀320與325導入各別的光束組合界 270A與270B中。故該組合單元·的大小乃視該f〇ca^ 束組合器之間的所需距離及角度而定。第3八與则中所示 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 16 579436 A 7 ________B7_ •五、發明説明（Μ ) 之光束組合單元的另一精簡形式，亦可包含固定的鏡（例如 設在不能自行調整之固定座上）。 第4A、4B與4C圖分別為一可供裝接一光纖纜線總成之 微弧度操縱器400實施例的·側視、正視及底視圖。該操縱器 400包含一底板410, 一固定板42〇,及一斜傾/偏轉板43〇。 如第4C圖所示，底板41〇具有三個支腳4丨2，當該操縱器4〇〇 被設在一光學系統時，該等支腳會接觸其基板。螺絲444 與445會將固定板420固接於底板41〇。 三個切向彎曲件425與三個差動螺絲441、442、443會 將該斜傾/偏轉板430附裝於固定板420。切向彎曲件425， 斜傾/偏轉板430，及固定板420係可全部由同一片材料來加 工製成，而使該切向彎曲件425，斜傾/偏轉板430，及固定 板420形成同一連續構件的不同部份。該等彎曲件425基本 上係是S形，並薄得足以彎曲移動而來改變該斜傾/偏轉板 430與固定板420之間的間隔。但，該等彎曲件425能使斜傾 /偏轉板430保持與該固定板420對齊，而防止該斜傾/偏轉 板430繞一垂直於板420與430之軸來旋轉。 第4B圖示出該斜傾/偏轉板430上之一f〇ca(未示出） 的裝設區域432。有一開孔434設在該斜傾/偏轉板430中， 可容裝該光纖纜線，並能變形而將該FOCA失固於定位。 亦可另擇或附加地，以一準直儀的裝設結構來將該f〇CA 固定在該斜傾/偏轉板430上，因此被調準光束的方向會隨 著該板430的定向而改變。 該等差動螺絲441、442、443的調整能控制斜傾/偏轉 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） ::...... .....^------------------tr------------------線 {^先閲沭背面之注意事項再蜞?.?，本頁) 17 579436

五、發明說明（l5 ) 板430的定向’故而亦會控制由該FOCA射出之調準光束的 方向。具言之’差動螺絲442的調整將能改變調準光束的斜 傾角度’而差動螺絲441與443等之反向調整將會改變調準 光束的偏轉角度。 各差動螺絲44 1、442、443皆彈性壓抵並螺合於一對螺 接球牦1與461，452與462,或453與463中。螺接球45卜452、 ••犧. •、^丨 4)3等係各被設在固定板420的錐形槽中，而螺接球461、 462、463等則各被設在斜傾/偏轉板430的錐形槽中。（如苐 4A圖所示’於此稱之為··球’’係表示該元件的一部份表面呈 球形’而非指其為一完整的球體）。各球451、452、453的 螺距係稍微不同於各球461、462、463的螺距，而各差動螺 絲441、442、443具有一端其螺距匹配於各球45 1、452、453 的螺距’且其相反端的螺距匹配於各球46 1、462、463的螺 距。因此，當螺絲44 1、442、443轉動而對應的螺接球保持 固疋時，則該二板420與430的間距會以一依前述之螺距差 異而定的量來改變。 各差動螺絲45卜452、453皆具有一微調模式及一粗調 模式。在該微調模式中，各螺接球451、452、453、461、 462、463等皆會保持固定，因此如前所述，螺絲的旋轉將 會以由螺距之差來決定的量而來移動斜傾/偏轉板43〇。在 各差動螺絲441、442、443上之一凸銷，及在各球461、462、 46j上之一端緣將可提供該粗調模式。當該凸銷被轉成與對 應的端緣接觸時，一螺接球461、462或463將會與一螺絲 441、442、或443—起來轉動，因此該斜傾/偏轉板43〇的移 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（2】〇χ297公釐〉 18 579436 A7 --------- B7 一 •五、發明説明（16 ) 動，將由另一螺接球45:1、452或453的螺距來決定。在本發 明之一貫施例中，該粗調模式乃可容許一大約±5〇的較大角 度调整乾圍，而該微調模式可容該操縱器4〇〇達到大約一微 弧度的解析度。 各差動螺絲44卜442、443乃可被以人工或以作動器來 驅動。作動器能供遙控調整該操縱器4〇〇。具言之，保持一 • 固疋方向的微馬達在被啟動時，將能轉動螺絲44 1等以供調 整，並可在調整完成之後被關閉，俾免在操作時使該系統 生熱。 針對一溫度變化的環境，該操縱器400的所有構件皆必 須小心選擇並妥當製備。具言之，該各板4丨〇、42〇、43〇 的、、。構必須是為單片的，而係由一材料片加工製成。而且， 該操縱器400幾乎完全使用具有低線性熱脹係數的材料（例 如Invar)。此當在溫度變化時，將有助於該操縱器4〇〇中的 差動移動能減至最小。接合處應能容許由於鎖接物被適當 ^ 地扭I所造成的材料變形。該底板4 10所具之三個支腳4 12 滬夠承受不同的熱膨脹率。如此加上在各接合介面的平滑 表面將可使黏滯/'滑動移動的滯後問題能減至最小。 彳呆縱器400亦最好能使各差動螺絲441、442、443等以 丨2〇°的間隔來環繞該裝設區域432，並繞一被裝設的F〇ca 之光轴呈對稱地來定位，而具有環軸對稱性。該二板42〇 與430亦皆具有該對稱性，因此溫度變化所造成的軸向膨脹 將不會改變由所設的F〇CA發出之光束的方向。 第4D圖係示出本發明之一變化例的操縱器4〇〇d之側 本紙張尺度適财Hi(輯準（CNS) _格（21G、X297公爱） I..........-...........裝-.................訂..................線· (詩先閲讀背面之;.!*.事項辱坺寫本頁) 19 579436 A7 五、發明説明（l7 ) 視圖。該操縱器4〇〇D具有單一構件41 5 ,其會同時形成一 底板（如底板410)可固設在一基板上，及一固定板（如固定 板420)。此外，該操縱器4〇〇D具有一裝設部47〇可將一準 直儀固持於定位。 雖上述之光束組合單元的實施例等能夠組合光束至微 弧度的角度及毫米的光束疊合，但較不如此精密的態樣亦 可被構建。在某些情況下，所需的光束疊合亦可使用不能 调整的機械式定位，例如運動裝設，精密製造技術或甚至 標準製造技術等來達成。在此等較簡單之例中，一準直儀 會被牢固地裝設，因此可具有適當程度的調準。而苐二個 準直儀會被設在一微弧度操縱器上，因此能達到適當的光 束®合。藉著調整固設該第二準直儀的微弧度操縱器，將 可達成光束的共線。最簡單的實施例應為固設該等準直儀 而使所需的光束疊合及共線能夠達到者。在該種形式中， W不會有任何平移或旋轉調整。其調準將會由其製造的精 密度來提供及限制。 在一通常的實施例中，該光束組合單元會首先將一光 束調準至某一程度，例如在限定的容差内，該苐一光束會 被調準成具有一特定方向及相對於一基板的特定位置。^ 第二光束則會被調準成與第一光束共線。固設著該等準直 儀之微弧度操縱器的角度調整，將會控制入射角度而使輸 出光束高度平行。旋轉在一毫弧度操縱器中之窗則可將該 一或二光束平移成最大的光束重疊狀態。 一般而言，外部檢測器可測出該等光束的調準程度。 本紙張尺度财g目雜準M規格⑵QX297公爱)—^ ----

訂--- 請先ftit背面之>1*事項*蠄寫本頁) 運動接合 該等光束之調準亦可使用在光束組合單元内部的檢測 器來測出。如同使用外部檢測器—般，内建式的檢測器能 、發明說明 位置感測裝置（PSDMH如與一電荷耦合裝置（CCD)連接的 微透鏡障列將可決定該二光束的方向及疊合。光“疊合 7、了使用一调準望遠鏡及C c d相機來計測。 組合光束的共線度及穩定度，將可使用一具有光東集 中能力的精密自動準直儀來計測。針對該計測，組合光東 會被導入一自動準直儀中，其設有一 CCD相機而聚焦於自 動平直儀的目鏡。將一光束擋住後，該自動準直儀，一栂 幀抓.取器，及分析軟體等將會決定該未被擋住之（第一）光 東的中·心或廓形。嗣再將該第一光束擋住，而以相同的程 序來決定第二光束的中心或廓形。該自動準直儀會測出該 光束之間的角度(即該二光束的共線度卜該自動準直儀 可藉在光束的光徑中有使用及無使用一精密光學楔塊來 觀不同光束，而來校準。在兩次測量中之差異及該已知 的精岔楔塊角度將會示出角度變化的結果。 測計該組合光束之共線度與穩定度的另一種方法，係 將一連串的位置感測裝置(PSD)設於一固定的基板上。 使用時，光束組合單元會被設在一尺寸穩定的框或檯 上。若該光組組合單元已被預先調準過，則該單元與該檯 ’的”面相*重要。具言之’該檯必須類同用來預調該 單元的表面。否則，該二光束之重點調準可能會受影響。 一種確保該介面-致性的方法係在該單元與該擾之間使用 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（2]〇><297公釐） ------------------------裝….............:訂............!.線· f #先^讀背面之;.!*卞^卉填寫iv頁) 在。周整该等微弧度操縱器3寺，將調準資訊提供給操作者： 該等檢測器亦可在一主動調準系統中操作，其中該等檢測 會產生一誤差信號，並指示作動器適當地移動操縱器（即 封閉迴路控制）。 第）圖不出一光束组合單元260,其包含上述於第3八圖 中所示的結構，並再加上一主動調準系統5〇〇。在此例中， 光束330具有S偏極性，而光束335具有p偏極性。在組合光 束C0ut離開光束組合器27〇之後，分光器51〇與56()會在沿 著光徑的不同點處來裁取該組合光束COut。由該二分光器 3 1 〇與560所戴取的光束將會分別進入兩個極化分光器 52〇、570。極化分光器52〇會將該s及P偏振光分開，並分 引將。亥S與P偏振光經由透鏡5 3 5與5 4 5分別送至檢測器5 3 Θ 與540。極化分光器57〇亦會將s&p偏振光分開，而分別經 由透鏡585與595來送至檢測器580與590。 褕測益530與5 80的輸出會顯示S極化光束的方向及位 置’而檢測器540與590的輸出會顯示p極化光束的方向及 位置i藉著由一組檢測器（如530與580)的輸出減去另一組 檢測器（如540與590)的輸出，將會產生一誤差信號來顯示s 與P偽振光分量的光徑之間的差異。在檢測該等光束分量 之間的角度差異時，其誤差信號的解析度將會隨著檢測器 之間的距離增加而增加。該誤差信號會反饋至作動器，其 將會4呆作一或多個準直儀的微弧度操縱器而來消除所測得 的光徑差異。 雖本發明已參照特定實施例來詳細說明，惟所述僅為 22 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) M規格（21〇χ297公釐） 579436 A7 五、發明説明（2〇) 本發明的應用例，而不應被作為限制。例 ^ .. 雖一 4呆缓器 二皮二用於一光束組合器的領域中，惟該等操縱器亦 遍地使用於任何系統中，尤其是有需要精確的斜 傾=偏轉控制者。同樣地，雖光束組合器係被揭述使用於 又頻干涉计中，但於此所揭的光束組合器實施例，亦可 被使用於任何需要將二或更多光束組合的系統中。所揭各 貫杞例中之構造特徵的各種其它調變及組合，皆包含於以 下申·请專利範圍所界定之本發明的範疇内。 .....裝----- 2Ϊ先/¾^背面之汶^事项^填垮本頁」 •二叮丨 23 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 579436 A7 B7 五、發明説明（21 ) 元件標號對照 10 0…光學系統 110、115、250、255…光纖 120、125、320、325…準直儀 13 0、13 5…平行光東 140 >:350".窗 145、150、155..·鏡 160、270…光束組合器 1 70···組合光束 200···干涉計系統 210…雷射 215··· 1/4 波板 220···分光器（PBS) 230、235···聲光調變器(ΛΟΜ) 240、245、535、545、585、 595…透鏡 260···光束組合單元 275、510、560…分光器 280···分析系統 290…干涉計裝置 292…極化分光器 298···參照反射器 330、335…光束 340、345…平行窗 400…操縱器 410…底板 412…支腳 415…構件 420···固定板 4 2 5…切向蠻曲件 430···斜傾/偏轉板 432···裝設區域 434···開孔 441、442、443···差動螺絲 444、445…螺絲 451、452、453、461、462、 463…螺接球 470…裝設部 500···主動調準系統 520、570···極化分光器 530、540、580、590···檢 測器 f-L'f先閱沭ItmJ之：/¾.¾事Jfi再球、$本頁) ’訂· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 24

Claims (1)

1. 々、申請專利範圍 第91107731號專利申請案申請專利範圍修正本”年6月μ曰 1 · 一種干涉計，包含： 一雷射能產生一外差光束； 一分光器可將該外差.光束分成為具有不同頻率之 一第一光束與一第二光束； 一第一聲光調變器（AOM)設在第—光束的光徑 中，該第一AOM會操作來增加該第一與第二光束之間 的頻率差；及 干涉计裝置能由該第一與第二光束產生測量結果 及基準光束等。 2.如申請專利範圍第1項之干涉計，更包含一第二a〇Ms 在第二光束的光徑中，該第二AOM會改變第二光束的 頻率。 3·如申請專利範圍第1或2項之干涉計，其中該雷射係使用 塞曼（Zeeman)分光法，來使該外差光束賦具一第一分量 具有第一頻率，及一第二分量具有第二頻率。 4. 如申睛專利範圍第3項之干涉計，更包含一光學元件設 在該外差光束的光徑中，而當該外差光束離開該光學元 件時，該第一分量具有一第一直線偏極性，第二分量具 有一第二直線偏極性其係正交於第一直線偏極性。 5. 如申請專利範圍第4項之干涉計，其中該分光器包含一 極化分光器，其會利用該第一與第二分量的第一與第二 直線偏極性來分開該第一與第二分量，而將該外差光束 分成第一與第二光束。 25 本紙張尺度適用中國國家標準（ΟΒ) A4規格（21〇><297公楚） A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 6·如申請專利範圍第卜2、4或5項之干涉計，更包含一光 束組合單元被定位成可承接該第一與第二光束，並能提 供一重組的外差光束至該干涉計。 7·如申請專利範圍第6項之干涉計，其中該光束組合單元 包含： 一光束組合器； 一第一光纜總成可將第一光束帶至該光束組合器； 一第一操縱器其上設有該第一光纜總成，該第一操 縱器可被調整來控制該第一光束在由第一光纜總成離 開時的方向，其中該第一操縱器之調整會控制該第一光 束於光束組合器上的入射角度。 、一-T· 8.如申凊專利範圍第7項之干涉計，其中該光束組合單元 更包含； 第一光纟覽總成可將該第二光束帶至光束組合單 元；及 :線_ 一第二操縱器其上設有該第二光纜總成，該第二操 縱器可被調整來控制該第二光束在由第二光纜總成離 開時的方向，其中該第二操縱器之調整會控制該第二光 束於光束組合器上的入射角度。 9·如申請專利範圍第7項之干涉計，其中該第一操縱器係 亦可被調整而在該第一光束離開時將之平移，以控制第 一光束於光束組合器上的入射位置。 i〇· —種光束組合單元，包含： 一光束組合器； 本紙張尺度適用巾國國家標準（CNS) A4規格（2獻297公爱） A8 B8 C8 ---~---— D8 六、申請專利範圍 一 一 一第一魏總成會將—第-光束帶至該光束組合 單元；及 -第-裝設構件可固定該第一光纜總成，而使該第 一光束在由第-域總成離開時具有—方向，該方向會 直接控制第-光束於光束組合器上的入射角度。 η.如申請專利範圍第1〇項之光束組合單元，其中該第一裝 設構件乃包含一第一操縱器，其可被調整來控制該第一 光束在由第-練總成離開時的方向，而該第―操縱器 的調整會控制該第一光束於光束組合器上的入射角度。 12. 如申請專利範圍第η項之光束組合單^其中該第—裝 設構件係可被調整而在該第—光束離開時將之平移以 控制該第一光束於光束組合器上的入射位置。 13. 如申請專利範圍第_之光束組合單元，其中該第一裝 設構件會使該第-光束賦具—固定方向可控制該入射角 度’而該固定方向係在製造該光束組合單元時所設定者。 14. 如申請專利範圍第1〇至13項中任一項之光束組合單 元，更包含： 一第二光纜總成會將一第二光束帶至該光束組合 單元；及 一第二裝設構件可固定該第二光纜總成，而使該第 二光束在由第二光纜總成離開時具有一方向，該方向會 直接控制第二光束於光束組合器上的入射角度。 b·如申請專利範圍第14項之光束組合單元，其中該各第一 與第二裝設構件皆包含一操縱器，其可被調整以控制光 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •許丨 27 A8 B8 C8

   /^436 /^436

   申請專利範圍 22· —種操縱器系統，包含： 一第一板； 一第二板； 彎曲件固接該第一板與第二板而能防止第一板相 對於第二板旋轉，該彎曲件可撓曲以容許第一與第二板 之間距的變化；及 作動器等將第二板連接於第一板，可被調整來控制 該第二板相對於第一板的斜傾及偏轉。 3.如申晴專利範圍第22項之系統，更包含一光纟覽總成固接 於該第二板上之一裝設區域。 24·如申請專利範圍第22項之系統，其中該等作動器乃包含 自動裝置可回應一信號來操作改變該第一與第二板的 間距。 25.如申請專利範圍第22或23項之系統，其中該等作動器乃 包含螺絲等可操作而在第一與第二板之間的多個點處 來各自獨立地改變其間距。 26·如申請專利範圍第25項之系統，其中該等螺絲會螺合與 該第一及第二板接觸的螺接球。 27.如申請專利範圍第25項之系統’其中該等螺絲係為差動 螺絲’而具有一第一螺距螺合於與該第一板接觸的螺接 球，及一第二螺距螺合於與該第二板接觸的螺接球。 28·如申請專利範圍第25項之系統，其中該等螺絲係能以人 工來操作。 本紙張尺度適财關家標準（㈣A4規格（210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

   29 579436 第91107731號專利申請案囷式修正頁92年6月16曰1/5