WO2007025834A1 - Interferrometric measuring device - Google Patents

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WO2007025834A1
WO2007025834A1 PCT/EP2006/065007 EP2006065007W WO2007025834A1 WO 2007025834 A1 WO2007025834 A1 WO 2007025834A1 EP 2006065007 W EP2006065007 W EP 2006065007W WO 2007025834 A1 WO2007025834 A1 WO 2007025834A1
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WO
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measuring device
light
interferometric measuring
partial beam
path
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/065007
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German (de)
French (fr)
Inventor
Pawel Drabarek
Stefan Franz
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02Interferometers
    • G01B9/02055Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
    • G01B9/02056Passive reduction of errors
    • G01B9/02058Passive reduction of errors by particular optical compensation or alignment elements, e.g. dispersion compensation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2290/00Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
    • G01B2290/35Mechanical variable delay line
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/45Interferometric spectrometry
    • G01J3/453Interferometric spectrometry by correlation of the amplitudes
    • G01J3/4535Devices with moving mirror
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J9/00Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
    • G01J9/02Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods

Definitions

  • Interferometric measuring device in Mach-Zehnder arrangement with a light source and a beam splitter which divides the coupled light beam of the light source into two partial beam paths, a deflection unit and a second deflection unit, which merge the partial beam paths in a second beam splitter, wherein the partial beam paths due to adjustable path differences in can interfere with different degrees, and at least one light exit for forwarding the interference pattern for analysis by means of an evaluation device.
  • the two partial beam paths form a parallelogram.
  • Metrological path differences are achieved by refractive index changes.
  • refractive index changes For example, a comparison of refractive index of liquids or precise pressure measurements of gases can be realized.
  • the disadvantage here is that there is currently no way to change the optical path difference by changing the position of the components.
  • DE 102 44 553 B3 describes such an interferometric measuring device for detecting the shape, the roughness or the distance of the surface of a measurement object with a modulation interferometer, which is supplied with short-coherent radiation from a light source.
  • This radiation is split in a first beam splitter into a first partial beam path guided via a first arm and a second partial beam path guided via a second arm.
  • One partial beam path is compared to the other partial beam path by means of a modulation device in its light phase or light frequency and thereby passes through an unspecified delay line. Subsequently, the two partial beam paths are combined at a further beam splitter of the modulation interferometer.
  • DE 198 08 273 A1 also describes an interferometric measuring device for detecting the shape, the roughness or the distance of the surface of a measuring object, in which a Mach-Zehnder arrangement is used in one embodiment variant.
  • optical path difference is set by a delay line (delay line), wherein the beam is coupled out of the optical fiber, reflected on a prism and coupled back into an optical fiber.
  • delay line delay line
  • a disadvantage of these arrangements is that with fiber optic elements within the partial beam paths in the interferometer, the polarization properties of the light are adversely affected, which can lead to failure of the interferometer.
  • the object is achieved in that the partial beam path is folded at one or more locations and the optical path length can be varied by a displaceable reflector arrangement in the deflection unit, wherein the path lengths in both partial beam paths are set to be the same length.
  • the folding allows the partial beam path to be guided into the displaceable reflector arrangement and back again.
  • the optical path length of the partial beam path is changed.
  • the actual change in the optical path length of the partial beam path and thus the path difference to the second partial beam beam path of the Mach-Zehnder arrangement is added to the change in the path of the displaceable reflector arrangement entering and leaving the path. the proportion of the partial beam path.
  • the arrangement allows any geometric path differences between the partial beams to be set. Since no fiber-optic elements have to be used for this purpose, the polarization properties of the light are maintained, which is achieved in particular by the folding in both partial beam paths.
  • the optical path length of the partial beam path can be varied by simply displacing the displaceable reflector arrangement along the axis of the light beam. Even if the position of the displaceable reflector arrangement is changed, the reflected beam impinges on the same location, for example of a subsequent deflecting mirror or of a subsequent beam splitter, so that its position does not have to be adjusted as a function of the setting of the displaceable reflector arrangement.
  • An implementation of the invention to be realized with a few components can be realized in that the beam folding in the variable partial beam path in the deflection unit is carried out by means of a rigid deflection mirror and the displaceable reflector arrangement. With this arrangement, the parallelism of the incoming and outgoing in the reflector array light beam can be achieved.
  • the deflection unit is preferably arranged in a corner of the parallelogram of the Mach-Zehnder interferometer, since either the incident portion of the light beam can pass directly into the displaceable reflector arrangement without further optical aids or, if the rigid deflection mirror inserted into the incident part of the partial beam path is, the reflected portion of the light beam directly to the beam splitter, in which the two partial beam paths are brought to interference, can pass.
  • the displaceable reflector arrangement has a triple prism, which is held in a triple prism version, and a linear drive.
  • the triple prism ensures that the light beam reflected by the displaceable reflector arrangement runs parallel to the incident light beam. Angular or guide errors of the linear guide have no influence on the parallelism.
  • the linear drive With the linear drive, the displaceable reflector assembly can be moved exactly in the beam direction. - A -
  • the linear drive of the displaceable reflector arrangement has a threaded spindle and a servomotor.
  • the servo motor By the servo motor, the desired path difference between the partial beam paths can be adjusted by means of a corresponding electronic control. The adjustment can be done manually or, for example, in automatic interferometer operation, by a corresponding control unit in dependence on the measurement result or a predetermined measurement routine.
  • the motor rotation Through the threaded spindle, the motor rotation is converted into a linear movement.
  • the propulsion of each motor rotation can be specified by the pitch of the threaded spindle and so a very feinstuf ⁇ ge adjustment of the displacement of the reflector assembly can be achieved.
  • the deflecting unit may have a rigid deflecting mirror and a reflector arrangement in the second partial beam path.
  • the two partial beams thus go through the same optical components, which can be achieved an exact balance of the arms.
  • the reflector arrangement of the deflection unit is designed as a hollow triple mirror.
  • the hollow triple mirror ensures that the light beam emerging from the reflector arrangement is reflected parallel to the incoming light beam, whereby mounting tolerances are compensated.
  • the light coupling into the interferometric measuring device by means of a light-guiding fiber and a collimator, so that a particularly compact measuring device can be realized. Furthermore, this allows a quick change of the light source to adapt to the measurement task.
  • the measurement and the evaluation can take place in a separate detector or in a separate evaluation unit. This achieves high flexibility.
  • the deflection unit can have one or more auxiliary mirrors and / or prisms for coupling into and / or for decoupling from the displaceable reflector. have reflector arrangement. It is thus possible that the displaceable reflector arrangement does not have to be arranged in the corners of the beam parallelogram typical for Mach-Zehnder interferometers. Rather, it can be introduced into a straight section of the partial beam path, wherein, for example, an auxiliary mirror directs the incident beam to the displaceable reflector arrangement, and a further auxiliary mirror reflects the emergent beam back into the original axis of the partial beam path.
  • the overhead of required components may be useful if, for example, in large desired path changes an arrangement in the corner of the parallelogram for reasons of space is not possible.
  • the arrangement can also be used if the displaceable reflector unit is provided in a corner of the parallelogram, but for structural reasons, for example, the displacement can not take place parallel to the incoming or outgoing beam.
  • the propagation direction and thus the displacement direction of the displaceable reflector unit can be carried out, for example, at an angle of 45 ° to the incident direction of the partial beam.
  • beam folding and the variation of the optical path length can be carried out by means of displaceable reflector arrangements in both partial beam paths.
  • An inexpensive interferometer structure with a reduced number of components can be achieved by causing the partial beam path in one of the light exits to interfere with the non-reflected portion of the beam entrance from the light source.
  • the displaceable reflector arrangement can be arranged directly behind a first beam splitter and the reflected light beam in a second beam splitter, which is arranged in the extension of the optical axis between the light source and the first beam splitter, brought to interference.
  • the non-varied partial beam passes through the first beam splitter and impinges directly on the second beam splitter.
  • the beam path can be folded like a Michelson interferometer.
  • the interferometer offers the possibility of setting large differences in the path between the partial beam paths.
  • the displaceable reflector unit can be constructed equal to the described reflector units. drawing
  • Figure 1 is a schematic representation of a Mach-Zehnder interferometer according to the
  • FIG. 2 is a schematic representation of an embodiment variant of a machine
  • FIG. 3 is a schematic representation of an embodiment variant of a machine
  • FIG. 4 is a sectional view of a machine according to the invention.
  • FIG. 5 is a schematic representation of an embodiment variant of a machine
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a further embodiment of a
  • Figure 7 shows a schematic representation of a Mach-Zehnder interferometer with a reduced number of deflecting mirrors
  • FIG. 8 is a schematic representation of another variant of a Mach-Zehnder
  • Figure 1 shows a schematic representation of a Mach-Zehnder interferometer according to the prior art.
  • this arrangement includes a light source 10 and a beam splitter 20 which divides the coupled light beam of the light source 10 into two partial beam paths 21, 22.
  • a deflection unit 30 and a second deflection unit 40 which in the simplest case may each be a plane mirror, the partial beam paths 21, 22 merge in a second beam splitter 50, wherein the partial beam paths 21, 22 may interfere due to gear differences.
  • the thus modulated light can be analyzed at one or both light exits 60 of the interferometer arrangement or for be decoupled from further use. The analysis is preferably carried out in a detector.
  • FIG. 2 shows an interferometric measuring device 1 in an inventive embodiment.
  • the deflecting unit 30 is constructed from a rigid deflecting mirror 31 and a displaceable reflector unit 32 in comparison to the arrangement shown in FIG.
  • the optical path is folded in the partial beam path 21 in such a way that the displacement of the displaceable reflector unit 32 does not change the direction of the beams during the displacement. Only the path length is varied.
  • the deflection unit 40 is also constructed in the partial beam path 22 from a rigid deflection mirror 41 and a stationary reflector unit 42.
  • variable beam folding it may be necessary for such variable beam folding to be used in both partial beam paths. This makes it possible to make the optical path in both partial beam paths of the same length. It is particularly appropriate to replace the deflecting units 30, 40 at the corners of the known Mach-Zehnder interferometer by such arrangements.
  • the advantage of this arrangement is that the difficult-to-control polarization influence of fiber-optic components within the partial beam paths 21, 22, which are usually used for modulation, is avoided and, at the same time, the state of the interferometer adjustment is more easily adjustable.
  • FIG. 3 is a schematic representation of an embodiment variant of a Mach-Zehnder interferometer in which the light coupling into the interferometric measuring device 1 is carried out by means of a light-guiding fiber 11 and a collimator 12 in contrast to the variant shown in FIG.
  • the light extraction from the Mach-Zehnder arrangement of the interferometric measuring device 1 takes place at the two light exits 60 in the example shown by means of a collimator 61 and a light-guiding fiber 62.
  • the first beam splitter 20 is designed as a beam splitter cube.
  • the one partial beam path 21 initially strikes the displaceable reflector unit 32, which has a triple prism 32.1, which is held in a triple prism version 32.2, which is guided in a linear bearing.
  • the triple prism 32.1 has three reflector surfaces, which are arranged orthogonal to each other and therefore reflect the light beam exactly in the same direction back.
  • the displacement takes place by means of a linear drive 32.3 parallel to the axis of the partial beam path 21.
  • the linear drive 32.2 of the displaceable reflector assembly 32 of a threaded spindle 32.4 and a servomotor 32.5 constructed.
  • the deflecting unit 40 has a rigid deflection mirror 41 and a likewise fixed reflector arrangement 42, which is designed as a hollow triple mirror. Similar to the triple prism 32.1, the reflective surfaces are also arranged orthogonally here and can reflect the light back exactly in the same direction.
  • the interferometric measuring device 1 is designed as a solid block of metal or glass ceramic, are incorporated in the channels in which the partial beam paths 21, 22 extend.
  • the optical components such as beam splitters 20, 50, deflecting units 30, 40 with the individual components, such as rigid deflecting mirrors 31, 41 as the displaceable reflector assembly 32 in the variable partial beam path 21 and the fixed reflector assembly 42 in the partial beam path 22 of the extended Mach-Zehnder arrangement introduced.
  • additional optical components 70 may be incorporated into the device.
  • the light is coupled from a light source 10, not shown here, by means of a light-guiding fiber 11 and passes through a collimator 12.
  • the other branch of the interferometer arrangement of the partial beam path 22 is passed after passing through an optical device 70 in the direction of the reflector assembly 42 of the deflection unit 40, which is designed as a solid triple mirror.
  • the partial beam path 22 is reflected at the rigid deflection mirror 41 in the direction of the second beam splitter 50 and can there interfere with the partial beam path 21.
  • beam couplings 63 are arranged for the light-guiding fibers 62.
  • the linear displacement of the displaceable reflector arrangement 32 takes place by means of a linear drive 32.3.
  • the triple prism 32.1 is held in a triple prism socket 32.2, which is guided linearly in a corresponding recess.
  • the triple prism version is rigidly connected to an actuator of the linear drive 32.3.
  • FIGS. 5 and 6 show a schematic representation of variants of a Mach-Zehnder interferometer in which the deflection unit 30 has one or more auxiliary mirrors 33, 34 and / or prisms for coupling in and / or decoupling from the displaceable reflector arrangement 32.
  • Figures 7 and 8 show a schematic representation of a respective Mach-Zehnder arrangement with a reduced number of deflecting mirrors.
  • the partial beam path 21 in one of the light exits 60 with the non-reflected portion of the beam entrance from the light source 10 can be made to interfere.
  • the convolution can also lead to an interferometer arrangement which resembles a Michelson interferometer. Maintaining the advantage of the two freely accessible jet outlets 60 in the Mach-Zehnder arrangement, the beam path is folded.
  • the known Mach-Zehnder arrangement can be adapted in an interferometric measuring device in a wide range of the respective measurement task. Only relatively simple optical components are required. In this case, the variation of the optical path differences in the partial beam paths, depending on the measurement task, is possible in a wide range without negatively influencing the polarization properties of the light.

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Abstract

Interferrometric measuring device in a Mach-Zehnder arrangement comprising a light source and a beam splitter, which splits the coupled-in light beam from the light source into two partial beam paths, a deflection unit and a second deflection unit, which combine the partial beam paths in a second beam splitter, wherein the partial beam paths can interfere to different extents on account of adjustable path differences, and at least one light exit for forwarding the interference pattern for analysis by means of evaluation device, wherein the partial beam path is folded at one or a plurality of locations and the optical path length can be varied by a displaceable reflector arrangement in the deflection unit, wherein the path lengths in both partial beam paths can be set with an identical length. This arrangement enables an arbitrarily broad variation of the optical path differences in the interferometer without adversely influencing the polarization properties of the light.

Description

Interferometrische MesseinrichtungInterferometric measuring device
Stand der TechnikState of the art
Interferometrische Messeinrichtung in Mach-Zehnder- Anordnung mit einer Lichtquelle und einem Strahlteiler, der den eingekoppelten Lichtstrahl der Lichtquelle in zwei Teilstrahlengänge teilt, einer Umlenkeinheit und einer zweiten Umlenkeinheit, die die Teilstrahlengänge in einem zweiten Strahlteiler zusammenführen, wobei die Teilstrahlengänge aufgrund von einstellbaren Gangunterschieden in unterschiedlichem Maße interferieren können, und zumindest einem Lichtaustritt zur Weiterleitung des Interferenzbildes zur Analyse mit- tels einer Auswertevorrichtung.Interferometric measuring device in Mach-Zehnder arrangement with a light source and a beam splitter which divides the coupled light beam of the light source into two partial beam paths, a deflection unit and a second deflection unit, which merge the partial beam paths in a second beam splitter, wherein the partial beam paths due to adjustable path differences in can interfere with different degrees, and at least one light exit for forwarding the interference pattern for analysis by means of an evaluation device.
Im bekannten Mach-Zehnder-Interferometer, der aus Bauteilen, wie Spiegel und Strahlteilerplatten aufgebaut ist, bilden die beiden Teilstrahlengänge ein Parallelogramm. Messtechnische Gangunterschiede werden durch Brechzahländerungen erreicht. So lassen sich damit beispielsweise ein Brechzahlvergleich von Flüssigkeiten oder auch präzise Druckmessungen von Gasen realisieren. Nachteilig ist dabei, dass es derzeit keine Möglichkeit gibt, den optischen Gangunterschied durch Änderung der Lage der Bauteile zu verändern.In the known Mach-Zehnder interferometer, which is made up of components such as mirrors and beam splitter plates, the two partial beam paths form a parallelogram. Metrological path differences are achieved by refractive index changes. Thus, for example, a comparison of refractive index of liquids or precise pressure measurements of gases can be realized. The disadvantage here is that there is currently no way to change the optical path difference by changing the position of the components.
Erst durch die Kombination aus Faseroptischen Bauteilen, Kollimatoren und akustooptischen Modulatoren wurde es möglich, die optische Weglänge in den beiden Teilstrahlengängen geometrisch zu verändern.It was only through the combination of fiber-optic components, collimators and acousto-optic modulators that it became possible to geometrically change the optical path length in the two partial beam paths.
Die DE 102 44 553 B3 beschreibt eine derartige interferometrische Messvorrichtung zum Erfassen der Form, der Rauhigkeit oder des Abstandes der Oberfläche eines Messobjektes mit einem Modulationsinterferometer, dem von einer Lichtquelle kurzkohärente Strahlung zugeführt wird. Diese Strahlung wird in einem ersten Strahlteiler in einen über einen ersten Arm geführten ersten Teilstrahlengang und einen über einen zweiten Arm geführten zweiten Teilstrahlengang aufgeteilt. Der eine Teilstrahlengang wird dabei gegenüber dem anderen Teil- strahlengang mittels einer Modulationseinrichtung in seiner Licht-Phase oder Lichtfrequenz verschoben und durchläuft dabei eine nicht näher bestimmte Verzögerungsstrecke. Anschließend werden die beiden Teilstrahlengänge an einem weiteren Strahlteiler des Modu- lationsinterferometers vereinigt.DE 102 44 553 B3 describes such an interferometric measuring device for detecting the shape, the roughness or the distance of the surface of a measurement object with a modulation interferometer, which is supplied with short-coherent radiation from a light source. This radiation is split in a first beam splitter into a first partial beam path guided via a first arm and a second partial beam path guided via a second arm. One partial beam path is compared to the other partial beam path by means of a modulation device in its light phase or light frequency and thereby passes through an unspecified delay line. Subsequently, the two partial beam paths are combined at a further beam splitter of the modulation interferometer.
Die DE 198 08 273 Al beschreibt ebenfalls eine interferometrische Messvorrichtung zum Erfassen der Form, der Rauhigkeit oder des Abstandes der Oberfläche eines Messobjektes, bei der in einer Ausführungsvariante eine Mach-Zehnder- Anordnung zum Einsatz kommt.DE 198 08 273 A1 also describes an interferometric measuring device for detecting the shape, the roughness or the distance of the surface of a measuring object, in which a Mach-Zehnder arrangement is used in one embodiment variant.
Weitere interferometrische Messvorrichtungen nach dem Stand der Technik sind komplett aus fasergekoppelten Elementen aufgebaut. Der optische Gangunterschied wird durch eine Verzögerungsstrecke (Delay-Line) eingestellt, wobei der Strahl aus der Lichtleitfaser ausgekoppelt wird, an einem Prisma reflektiert und wieder in eine Lichtleitfaser eingekoppelt wird.Other prior art interferometric measuring devices are constructed entirely of fiber-coupled elements. The optical path difference is set by a delay line (delay line), wherein the beam is coupled out of the optical fiber, reflected on a prism and coupled back into an optical fiber.
Nachteilig ist bei diesen Anordnungen, dass mit faseroptischen Elementen innerhalb der Teilstrahlengänge im Interferometer die Polarisationseigenschaften des Lichtes negativ beein- flusst werden, was bis zum Ausfall des Interferometers führen kann.A disadvantage of these arrangements is that with fiber optic elements within the partial beam paths in the interferometer, the polarization properties of the light are adversely affected, which can lead to failure of the interferometer.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine interferometrische Messeinrichtung bereit zustellen, die oben genannte Nachteile nicht aufweist, aber dennoch eine beliebig weite Variation der optischen Wegunterschiede zulässt.It is therefore an object of the invention to provide an interferometric measuring device ready, which does not have the above-mentioned disadvantages, but still allows an arbitrarily wide variation of the optical path differences.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Teilstrahlengang an einer oder mehreren Stellen gefaltet ist und die optische Weglänge durch eine verschiebbare Reflektoranordnung in der Umlenkeinheit variierbar ist, wobei die Weglängen in beiden Teilstrahlengängen gleich lang einstellbar sind. Dabei ermöglicht die Faltung, dass der Teilstrahlengang in die verschiebbare Reflektoranordnung hinein und wieder zurück geleitet wird. Durch Verschieben der Reflektoranordnung wird die optische Weglänge des Teilstrahlenganges verändert. Dabei addiert sich die tatsächliche Änderung der optischen Weglänge des Teilstrahlengangs und somit der Gangunterschied zu dem zweiten Teilstrahlstrahlengang der Mach-Zehnder- Anordnung aus der Wegänderung des in die verschiebbare Reflektoranordnung einfallenden und austreten- den Anteils des Teilstrahlengangs. Durch die Anordnung können beliebige geometrische Gangunterschiede zwischen den Teilstrahlen eingestellt werden. Da dazu keine faseroptischen Elemente eingesetzt werden müssen, bleiben die Polarisationseigenschaften des Lichtes erhalten, was insbesondere durch die Faltung in beiden Teilstrahlengängen erreicht wird.The object is achieved in that the partial beam path is folded at one or more locations and the optical path length can be varied by a displaceable reflector arrangement in the deflection unit, wherein the path lengths in both partial beam paths are set to be the same length. The folding allows the partial beam path to be guided into the displaceable reflector arrangement and back again. By moving the reflector arrangement, the optical path length of the partial beam path is changed. In this case, the actual change in the optical path length of the partial beam path and thus the path difference to the second partial beam beam path of the Mach-Zehnder arrangement is added to the change in the path of the displaceable reflector arrangement entering and leaving the path. the proportion of the partial beam path. The arrangement allows any geometric path differences between the partial beams to be set. Since no fiber-optic elements have to be used for this purpose, the polarization properties of the light are maintained, which is achieved in particular by the folding in both partial beam paths.
Ist in dem variablen Teilstrahlengang der Lichtstrahl derart gefaltet, dass er über eine Teilstrecke parallel zu sich selbst verläuft, kann die optische Weglänge des Teilstrahlenganges durch einfaches Verschieben der verschiebbaren Reflektoranordnung entlang der Achse des Lichtstrahls variiert werden. Der reflektierte Strahl trifft auch bei veränderter Position der verschiebbaren Reflektoranordnung auf die gleiche Stelle zum Beispiel eines nachfolgenden Umlenkspiegels oder eines nachfolgenden Strahlteilers, so dass deren Position nicht in Abhängigkeit von der Einstellung der verschiebbaren Reflektoranordnung angepasst werden muss.If the light beam is folded in the variable partial beam path in such a way that it runs parallel to itself over a partial section, the optical path length of the partial beam path can be varied by simply displacing the displaceable reflector arrangement along the axis of the light beam. Even if the position of the displaceable reflector arrangement is changed, the reflected beam impinges on the same location, for example of a subsequent deflecting mirror or of a subsequent beam splitter, so that its position does not have to be adjusted as a function of the setting of the displaceable reflector arrangement.
Eine mit wenigen Komponenten zu realisierende Umsetzung der Erfindung ist dadurch zu realisieren, dass die Strahlfaltung in dem variablen Teilstrahlengang in der Umlenkeinheit mittels eines starren Umlenkspiegels und der verschiebbaren Reflektoranordnung ausgeführt ist. Mit dieser Anordnung kann die Parallelität des in die Reflektoranordnung ein- und ausfallenden Lichtstrahls erreicht werden. Dabei ist die Umlenkeinheit bevorzugt in einer Ecke des Parallelogramms des Mach-Zehnder-Interferometers angeordnet, da so entweder der einfallende Anteil des Lichtstrahls ohne weitere optische Hilfsmittel direkt in die verschiebbare Reflektoranordnung gelangen kann oder, wenn der starre Umlenkspiegel in den einfallenden Teil des Teilstrahlengangs eingefügt ist, der reflektierte Anteil des Lichtstrahls direkt zu dem Strahlteiler, in dem die beiden Teilstrahlengänge zur Interferenz gebracht werden, gelangen kann.An implementation of the invention to be realized with a few components can be realized in that the beam folding in the variable partial beam path in the deflection unit is carried out by means of a rigid deflection mirror and the displaceable reflector arrangement. With this arrangement, the parallelism of the incoming and outgoing in the reflector array light beam can be achieved. In this case, the deflection unit is preferably arranged in a corner of the parallelogram of the Mach-Zehnder interferometer, since either the incident portion of the light beam can pass directly into the displaceable reflector arrangement without further optical aids or, if the rigid deflection mirror inserted into the incident part of the partial beam path is, the reflected portion of the light beam directly to the beam splitter, in which the two partial beam paths are brought to interference, can pass.
In bevorzugter Ausführungsform weist die verschiebbare Reflektoranordnung ein Tripel- prisma, welches in einer Tripelprismafassung gehalten ist, und einen Linearantrieb auf. Das Tripelprisma gewährleistet dabei, dass der von der verschiebbaren Reflektoranordnung reflektierte Lichtstrahl parallel zum einfallenden Lichtstrahl verläuft. Winkel- bzw. Führungsfehler der Linearführung haben keinen Einfluss auf die Parallelität. Mit dem Linearantrieb kann die verschiebbare Reflektoranordnung exakt in Strahlrichtung verschoben werden. - A -In a preferred embodiment, the displaceable reflector arrangement has a triple prism, which is held in a triple prism version, and a linear drive. The triple prism ensures that the light beam reflected by the displaceable reflector arrangement runs parallel to the incident light beam. Angular or guide errors of the linear guide have no influence on the parallelism. With the linear drive, the displaceable reflector assembly can be moved exactly in the beam direction. - A -
In einer konkreten Ausfuhrungsvariante weist der Linearantrieb der verschiebbaren Reflektoranordnung eine Gewindespindel und einen Stellmotor auf. Durch den Stellmotor kann der gewünschte Gangunterschied zwischen den Teilstrahlengängen mit Hilfe einer entsprechenden elektronischen Steuerung eingestellt werden. Dabei kann die Einstellung manuell erfolgen oder, zum Beispiel bei automatischem Interferometer-Betrieb, durch eine entsprechende Steuereinheit in Abhängigkeit von dem Messergebnis oder einer vorgegebenen Messroutine. Durch die Gewindespindel wird die Motordrehung in eine Linearbewegung umgesetzt. Dabei kann durch die Steigung der Gewindespindel der Vortrieb je Motordrehung vorgegeben werden und so eine sehr feinstufϊge Einstellung der Verschiebung der Reflektoranordnung erzielt werden.In a specific embodiment, the linear drive of the displaceable reflector arrangement has a threaded spindle and a servomotor. By the servo motor, the desired path difference between the partial beam paths can be adjusted by means of a corresponding electronic control. The adjustment can be done manually or, for example, in automatic interferometer operation, by a corresponding control unit in dependence on the measurement result or a predetermined measurement routine. Through the threaded spindle, the motor rotation is converted into a linear movement. In this case, the propulsion of each motor rotation can be specified by the pitch of the threaded spindle and so a very feinstufϊge adjustment of the displacement of the reflector assembly can be achieved.
In einer Variante der interferometrischen Messeinrichtung kann die Umlenkeinheit im zweiten Teilstrahlengang einen starren Umlenkspiegel und eine Reflektoranordnung aufweisen. Die beiden Teilstrahlen durchlaufen somit gleiche optische Bauteile, wodurch sich ein exakter Abgleich der Teilarme erreichen lässt.In a variant of the interferometric measuring device, the deflecting unit may have a rigid deflecting mirror and a reflector arrangement in the second partial beam path. The two partial beams thus go through the same optical components, which can be achieved an exact balance of the arms.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Reflektoranordnung der Umlenkeinheit als Hohltripel- spiegel ausgebildet ist. Der Hohltripelspiegel gewährleistet, dass der aus der Reflektoranordnung austretende Lichtstrahl parallel zum eintretenden Lichtstrahl reflektiert wird, wobei Montagetoleranzen ausgeglichen werden.It is particularly advantageous if the reflector arrangement of the deflection unit is designed as a hollow triple mirror. The hollow triple mirror ensures that the light beam emerging from the reflector arrangement is reflected parallel to the incoming light beam, whereby mounting tolerances are compensated.
Erfolgt die Lichteinkopplung in die interferometrische Messeinrichtung mittels einer lichtführenden Faser und einem Kollimator, kann damit eine besonders kompakte Messeinrichtung realisiert werden. Weiterhin wird dadurch ein schneller Wechsel der Lichtquelle zur Anpassung an die Messaufgabe ermöglicht.If the light coupling into the interferometric measuring device by means of a light-guiding fiber and a collimator, so that a particularly compact measuring device can be realized. Furthermore, this allows a quick change of the light source to adapt to the measurement task.
Ist der Lichtaustritt aus der interferometrischen Messeinrichtung mittels einem Kollimator und einer lichtführenden Faser ausgeführt, können die Messung und die Auswertung in einem separaten Detektor bzw. in einer separaten Auswerteeinheit erfolgen. Damit wird eine hohe Flexibilität erreicht.If the light emission from the interferometric measuring device is carried out by means of a collimator and a light-guiding fiber, the measurement and the evaluation can take place in a separate detector or in a separate evaluation unit. This achieves high flexibility.
In weiteren Ausführungsvarianten kann die Umlenkeinheit ein oder mehrere Hilfsspiegel und / oder Prismen zur Einkopplung in und / oder zur Auskopplung aus der verschiebbaren Re- flektoranordnung aufweisen. Damit ist es möglich, dass die verschiebbare Reflektoranordnung nicht in den Ecken des für Mach-Zehnder-Interferometer typischen Strahl- Parallelogramms angeordnet werden muss. Sie kann vielmehr in einen geraden Abschnitt des Teilstrahlengangs eingeführt werden, wobei zum Beispiel ein Hilfsspiegel den einfallenden Strahl zur verschiebbaren Reflektoranordnung lenkt und ein weiterer Hilfsspiegel den ausfallenden Strahl wieder in die ursprüngliche Achse des Teilstrahlengangs reflektiert. Der Mehraufwand an benötigten Bauteilen kann sinnvoll sein, wenn zum Beispiel bei großen gewünschten Wegänderungen eine Anordnung in der Ecke des Parallelogramms aus Platzgründen nicht möglich ist. Die Anordnung kann auch eingesetzt werden, wenn die verschiebbare Reflektoreinheit in einer Ecke des Parallelogramms vorgesehen ist, aber zum Beispiel aus baulichen Gründen die Verschiebung nicht parallel zu dem ein- oder austretenden Strahl erfolgen kann. Durch geeignete Umlenkung des Teilstrahls kann die Ausbreitungsrichtung und somit die Verschieberichtung der verschiebbaren Reflektoreinheit beispielsweise in einem Winkel von 45° zur Einfallrichtung des Teilstrahls erfolgen.In further embodiment variants, the deflection unit can have one or more auxiliary mirrors and / or prisms for coupling into and / or for decoupling from the displaceable reflector. have reflector arrangement. It is thus possible that the displaceable reflector arrangement does not have to be arranged in the corners of the beam parallelogram typical for Mach-Zehnder interferometers. Rather, it can be introduced into a straight section of the partial beam path, wherein, for example, an auxiliary mirror directs the incident beam to the displaceable reflector arrangement, and a further auxiliary mirror reflects the emergent beam back into the original axis of the partial beam path. The overhead of required components may be useful if, for example, in large desired path changes an arrangement in the corner of the parallelogram for reasons of space is not possible. The arrangement can also be used if the displaceable reflector unit is provided in a corner of the parallelogram, but for structural reasons, for example, the displacement can not take place parallel to the incoming or outgoing beam. By suitable deflection of the partial beam, the propagation direction and thus the displacement direction of the displaceable reflector unit can be carried out, for example, at an angle of 45 ° to the incident direction of the partial beam.
Für bestimmte Messaufgaben kann es vorteilhaft sein, wenn eine Strahlfaltung und die Variation der optischen Weglänge mittels verschiebbarer Reflektoranordnungen in beiden Teilstrahlengänge durchführbar sind.For certain measuring tasks, it may be advantageous if beam folding and the variation of the optical path length can be carried out by means of displaceable reflector arrangements in both partial beam paths.
Ein kostengünstiger Interferometeraufbau mit reduzierter Anzahl an Bauteilen lässt sich dadurch erreichen, dass der Teilstrahlengang in einem der Lichtaustritte mit dem nicht reflektierten Anteil des Strahleintritts aus der Lichtquelle zur Interferenz gebracht ist. Dazu kann die verschiebbare Reflektoranordnung unmittelbar hinter einem ersten Strahlteiler angeordnet sein und der reflektierte Lichtstrahl in einem zweiten Strahlteiler, der in der Verlängerung der optischen Achse zwischen Lichtquelle und erstem Strahlteiler angeordnet ist, zur Interferenz gebracht werden. Der nicht variierte Teilstrahl durchläuft den ersten Strahlteiler und trifft direkt auf den zweiten Strahlteiler.An inexpensive interferometer structure with a reduced number of components can be achieved by causing the partial beam path in one of the light exits to interfere with the non-reflected portion of the beam entrance from the light source. For this purpose, the displaceable reflector arrangement can be arranged directly behind a first beam splitter and the reflected light beam in a second beam splitter, which is arranged in the extension of the optical axis between the light source and the first beam splitter, brought to interference. The non-varied partial beam passes through the first beam splitter and impinges directly on the second beam splitter.
Unter Beibehaltung des Vorteils der zwei frei zugänglichen Strahlaustritte kann der Strahlengang ähnlich einem Michelson-Interferometer gefaltet sein. Dabei bietet das Interferometer die Möglichkeit, große Gangunterschiede zwischen den Teilstrahlengängen einzustellen. Die verschiebbare Reflektoreinheit kann dabei gleich den beschriebenen Reflektoreinheiten aufgebaut sein. ZeichnungWhile retaining the advantage of the two freely accessible jet outlets, the beam path can be folded like a Michelson interferometer. The interferometer offers the possibility of setting large differences in the path between the partial beam paths. The displaceable reflector unit can be constructed equal to the described reflector units. drawing
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausfuhrungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment shown in the figures. Show it:
Figur 1 in schematischer Darstellung ein Mach-Zehnder-Interferometer gemäß demFigure 1 is a schematic representation of a Mach-Zehnder interferometer according to the
Stand der Technik,State of the art,
Figur 2 in schematischer Darstellung eine Ausführungsvariante eines Mach-FIG. 2 is a schematic representation of an embodiment variant of a machine
Zehnder-Interferometer in erfinderische Ausgestaltung,Zehnder interferometer in an inventive embodiment,
Figur 3 in schematischer Darstellung eine Ausführungsvariante eines Mach-FIG. 3 is a schematic representation of an embodiment variant of a machine
Zehnder-Interferometer mit einer Lichtfaserkopplung,Zehnder interferometer with optical fiber coupling,
Figur 4 eine Schnittdarstellung einer gemäß der Erfindung erweiterten Mach-FIG. 4 is a sectional view of a machine according to the invention.
Zehnder-Anordnung,Zehnder,
Figur 5 in schematischer Darstellung eine Ausführungsvariante eines Mach-FIG. 5 is a schematic representation of an embodiment variant of a machine
Zehnder-Interferometers mit HilfsSpiegeln,Zehnder interferometers with auxiliary mirrors,
Figur 6 in schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsvariante eines6 shows a schematic representation of a further embodiment of a
Mach-Zehnder-Interferometers mit HilfsSpiegeln,Mach-Zehnder interferometers with auxiliary mirrors,
Figur 7 in schematischer Darstellung ein Mach-Zehnder-Interferometer mit reduzierter Anzahl an UmlenkspiegelnFigure 7 shows a schematic representation of a Mach-Zehnder interferometer with a reduced number of deflecting mirrors
Figur 8 in schematischer Darstellung eine weitere Variante eines Mach-Zehnder-FIG. 8 is a schematic representation of another variant of a Mach-Zehnder
Interferometers mit reduzierter Anzahl an Umlenkspiegeln.Interferometers with reduced number of deflecting mirrors.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Mach-Zehnder-Interferometer gemäß dem Stand der Technik. Als Hauptkomponenten enthält diese Anordnung eine Lichtquelle 10 und einen Strahlteiler 20, der den eingekoppelten Lichtstrahl der Lichtquelle 10 in zwei Teilstrahlengänge 21, 22 teilt. In einer Umlenkeinheit 30 und einer zweiten Umlenkeinheit 40, was im einfachsten Fall jeweils ein ebener Spiegel sein kann, werden die Teilstrahlengänge 21, 22 in einem zweiten Strahlteiler 50 zusammenführen, wobei die Teilstrahlengänge 21, 22 aufgrund von Gangunterschieden interferieren können. Das derart modulierte Licht kann an einem oder an beiden Lichtaustritten 60 der Interferometer- Anordnung analysiert oder zur weiteren Benutzung ausgekoppelt werden. Die Analyse erfolgt vorzugsweise in einem Detektor.Figure 1 shows a schematic representation of a Mach-Zehnder interferometer according to the prior art. As main components, this arrangement includes a light source 10 and a beam splitter 20 which divides the coupled light beam of the light source 10 into two partial beam paths 21, 22. In a deflection unit 30 and a second deflection unit 40, which in the simplest case may each be a plane mirror, the partial beam paths 21, 22 merge in a second beam splitter 50, wherein the partial beam paths 21, 22 may interfere due to gear differences. The thus modulated light can be analyzed at one or both light exits 60 of the interferometer arrangement or for be decoupled from further use. The analysis is preferably carried out in a detector.
Die in Figur 2 schematisch dargestellte Ausführungsvariante eines Mach-Zehnder-Interfero- meters zeigt eine interferometrische Messeinrichtung 1 in erfinderischer Ausgestaltung.The embodiment of a Mach-Zehnder interferometer shown schematically in FIG. 2 shows an interferometric measuring device 1 in an inventive embodiment.
Im gezeigten Beispiel ist gegenüber der in Figur 1 dargestellten Anordnung die Umlenkeinheit 30 aus einem starren Umlenkspiegel 31 und einer verschiebbaren Reflektoreinheit 32 aufgebaut. Der optische Weg wird im Teilstrahlengang 21 derart gefaltet, dass die Verschiebung der verschiebbaren Reflektoreinheit 32 die Richtung der Strahlen bei der Verschiebung nicht ändert. Es wird lediglich die Weglänge variiert. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist im Teilstrahlengang 22 weiterhin die Umlenkeinheit 40 aus einem starren Umlenkspiegel 41 und einer fest stehenden Reflektoreinheit 42 aufgebaut.In the example shown, the deflecting unit 30 is constructed from a rigid deflecting mirror 31 and a displaceable reflector unit 32 in comparison to the arrangement shown in FIG. The optical path is folded in the partial beam path 21 in such a way that the displacement of the displaceable reflector unit 32 does not change the direction of the beams during the displacement. Only the path length is varied. In the exemplary embodiment shown, the deflection unit 40 is also constructed in the partial beam path 22 from a rigid deflection mirror 41 and a stationary reflector unit 42.
In bestimmten Fällen kann es erforderlich werden, dass in beiden Teilstrahlengängen eine derartige variable Strahlfaltung zum Einsatz kommt. Damit ist es möglich, den optischen Weg in beiden Teilstrahlengängen gleich lang zu gestalten. Es bietet sich insbesondere an, die Umlenkeinheiten 30, 40 an den Ecken des bekannten Mach-Zehnder-Interferometers durch solche Anordnungen zu ersetzen.In certain cases, it may be necessary for such variable beam folding to be used in both partial beam paths. This makes it possible to make the optical path in both partial beam paths of the same length. It is particularly appropriate to replace the deflecting units 30, 40 at the corners of the known Mach-Zehnder interferometer by such arrangements.
Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass der schwer beherrschbare Polarisationsein- fluss von faseroptischen Bauteilen innerhalb der Teilstrahlengänge 21, 22, die üblicherweise zur Modulation eingesetzt werden, vermieden wird und gleichzeitig der Zustand des Interfe- rometerabgleichs leichter einstellbar ist.The advantage of this arrangement is that the difficult-to-control polarization influence of fiber-optic components within the partial beam paths 21, 22, which are usually used for modulation, is avoided and, at the same time, the state of the interferometer adjustment is more easily adjustable.
In Figur 3 ist in schematischer Darstellung eine Ausführungsvariante eines Mach-Zehnder- Interferometers gezeigt, bei der gegenüber der in Figur 2 dargestellten Variante die Lichteinkopplung in die interferometrische Messeinrichtung 1 mittels einer lichtführenden Faser 11 und einem Kollimator 12 ausgeführt ist. Die Lichtauskopplung aus der Mach-Zehnder- Anordnung der interferometrischen Messeinrichtung 1 erfolgt an den beiden Lichtaustritten 60 im gezeigten Beispiel mittels einem Kollimator 61 und einer lichtführenden Faser 62. Innerhalb des Mach-Zehnder-Interferometers ist der erste Strahlteiler 20 als Strahlteilerwürfel ausgeführt. Der eine Teilstrahlengang 21 trifft dabei zunächst auf die verschiebbare Reflektoreinheit 32, die ein Tripelprisma 32.1 aufweist, welches in einer Tripelprismafassung 32.2 gehalten ist, die in einem Linearlager geführt ist. Das Tripelprisma 32.1 besitzt drei Reflektorflächen, die orthogonal zueinander angeordnet sind und daher den Lichtstrahl exakt in die gleiche Richtung zurück reflektieren.FIG. 3 is a schematic representation of an embodiment variant of a Mach-Zehnder interferometer in which the light coupling into the interferometric measuring device 1 is carried out by means of a light-guiding fiber 11 and a collimator 12 in contrast to the variant shown in FIG. The light extraction from the Mach-Zehnder arrangement of the interferometric measuring device 1 takes place at the two light exits 60 in the example shown by means of a collimator 61 and a light-guiding fiber 62. Within the Mach-Zehnder interferometer, the first beam splitter 20 is designed as a beam splitter cube. The one partial beam path 21 initially strikes the displaceable reflector unit 32, which has a triple prism 32.1, which is held in a triple prism version 32.2, which is guided in a linear bearing. The triple prism 32.1 has three reflector surfaces, which are arranged orthogonal to each other and therefore reflect the light beam exactly in the same direction back.
Die Verschiebung erfolgt mittels eines Linearantriebs 32.3 parallel zur Achse des Teilstrahlenganges 21. Im gezeigten Beispiel ist der Linearantrieb 32.2 der verschiebbaren Reflektoranordnung 32 aus einer Gewindespindel 32.4 und einen Stellmotor 32.5 aufgebaut.The displacement takes place by means of a linear drive 32.3 parallel to the axis of the partial beam path 21. In the example shown, the linear drive 32.2 of the displaceable reflector assembly 32 of a threaded spindle 32.4 and a servomotor 32.5 constructed.
Die Umlenkeinheit 40 weist im gezeigten Beispiel einen starren Umlenkspiegel 41 und eine ebenfalls feststehende Reflektoranordnung 42 auf, die als Hohltripelspiegel ausgebildet ist. Ähnlich wie bei dem Tripelprisma 32.1 sind auch hier die reflektierenden Flächen orthogonal angeordnet und können das Licht exakt in die gleiche Richtung zurück reflektieren.In the example shown, the deflecting unit 40 has a rigid deflection mirror 41 and a likewise fixed reflector arrangement 42, which is designed as a hollow triple mirror. Similar to the triple prism 32.1, the reflective surfaces are also arranged orthogonally here and can reflect the light back exactly in the same direction.
In Figur 4 ist eine Schnittdarstellung einer gemäß der Erfindung erweiterten Mach-Zehnder- Anordnung dargestellt. Die interferometrische Messeinrichtung 1 ist als massiver Block aus Metall oder Glaskeramik ausgeführt, in dem Kanäle eingearbeitet sind, in denen die Teilstrahlgänge 21, 22 verlaufen. In speziell dafür vorhandenen Ausnehmungen sind die optischen Komponenten, wie Strahlteiler 20, 50, Umlenkeinheiten 30, 40 mit den Einzelkomponenten, wie starre Umlenkspiegel 31, 41 so wie die verschiebbare Reflektoranordnung 32 im variablen Teilstrahlengang 21 und die feststehende Reflektoranordnung 42 im Teilstrahlengang 22 der erweiterten Mach-Zehnder- Anordnung eingebracht. Im Bedarfsfall können, wie dargestellt, noch zusätzliche optische Bauelemente 70 in die Anordnung eingebracht sein.4 shows a sectional view of an enlarged according to the invention Mach-Zehnder arrangement is shown. The interferometric measuring device 1 is designed as a solid block of metal or glass ceramic, are incorporated in the channels in which the partial beam paths 21, 22 extend. In specially provided recesses are the optical components, such as beam splitters 20, 50, deflecting units 30, 40 with the individual components, such as rigid deflecting mirrors 31, 41 as the displaceable reflector assembly 32 in the variable partial beam path 21 and the fixed reflector assembly 42 in the partial beam path 22 of the extended Mach-Zehnder arrangement introduced. If necessary, as shown, additional optical components 70 may be incorporated into the device.
Das Licht wir von einer hier nicht dargestellten Lichtquelle 10 mittels einer Lichtführenden Faser 11 eingekoppelt und passiert einen Kollimator 12. Der Lichtstrahl teilt sich im Strahlteiler 20 in die zwei Teilstrahlengänge 21, 22 auf und passieren im gezeigten Beispiel weitere optische Bauelement 70. Der Teilstrahlengang 21 trifft zunächst auf den starren Umlenkspiegel 31 der Umlenkeinheit 30 und wird dabei in die verschiebbare Reflektoranordnung 32 geleitet, die als Tripelprisma 32.1 ausgeführt ist. Diese reflektiert das Licht exakt in die gleiche Richtung zurück in Richtung zum zweiten Strahlteiler 50, der als Strahlteilerplatte ausgeführt ist. Im anderen Ast der Interferometer- Anordnung wird der Teilstrahlengang 22 nach Passieren eines optischen Bauelements 70 in Richtung der Reflektoranordnung 42 der Umlenkeinheit 40 geleitet, die als fester Tripelspiegel ausgeführt ist. Nach Reflektion wird der Teilstrahlengang 22 am starren Umlenkspiegel 41 in Richtung des zweiten Strahlteilers 50 reflektiert und kann dort mit dem Teilstrahlengang 21 interferieren. An den beiden Lichtaustritten 60 sind Strahleinkopplungen 63 für die Lichtführenden Fasern 62 angeordnet.The light is coupled from a light source 10, not shown here, by means of a light-guiding fiber 11 and passes through a collimator 12. The light beam splits in the beam splitter 20 into the two partial beam paths 21, 22 and, in the example shown, passes through another optical component 70 first encounters the rigid deflecting mirror 31 of the deflecting unit 30 and is guided in the displaceable reflector assembly 32, which is designed as a triple prism 32.1. This reflects the light exactly in the same Direction back toward the second beam splitter 50, which is designed as a beam splitter plate. In the other branch of the interferometer arrangement of the partial beam path 22 is passed after passing through an optical device 70 in the direction of the reflector assembly 42 of the deflection unit 40, which is designed as a solid triple mirror. After reflection, the partial beam path 22 is reflected at the rigid deflection mirror 41 in the direction of the second beam splitter 50 and can there interfere with the partial beam path 21. At the two light exits 60 beam couplings 63 are arranged for the light-guiding fibers 62.
Die Linearverschiebung der verschiebbaren Reflektoranordnung 32 erfolgt mittels eines Linearantriebs 32.3. Das Tripelprisma 32.1 ist dabei in einer Tripelprismafassung 32.2 gehalten, die linear in einer entsprechenden Ausnehmung geführt ist. Die Tripelprismafassung ist dabei starr mit einem Aktor des Linearantriebs 32.3 verbunden.The linear displacement of the displaceable reflector arrangement 32 takes place by means of a linear drive 32.3. The triple prism 32.1 is held in a triple prism socket 32.2, which is guided linearly in a corresponding recess. The triple prism version is rigidly connected to an actuator of the linear drive 32.3.
Figur 5 und 6 zeigen in schematischer Darstellung Ausführungsvarianten eines Mach- Zehnder-Interferometers, bei die Umlenkeinheit 30 ein oder mehrere Hilfsspiegel 33, 34 und / oder Prismen zur Einkopplung in und / oder zur Auskopplung aus der verschiebbaren Reflektoranordnung 32 aufweisen.FIGS. 5 and 6 show a schematic representation of variants of a Mach-Zehnder interferometer in which the deflection unit 30 has one or more auxiliary mirrors 33, 34 and / or prisms for coupling in and / or decoupling from the displaceable reflector arrangement 32.
Figur 7 und 8 zeigen in schematischer Darstellung jeweils eine Mach-Zehnder- Anordnung mit reduzierter Anzahl an Umlenkspiegeln. In den gezeigten Varianten kann der Teilstrahlengang 21 in einem der Lichtaustritte 60 mit dem nicht reflektierten Anteil des Strahleintritts aus der Lichtquelle 10 zur Interferenz gebracht werden.Figures 7 and 8 show a schematic representation of a respective Mach-Zehnder arrangement with a reduced number of deflecting mirrors. In the variants shown, the partial beam path 21 in one of the light exits 60 with the non-reflected portion of the beam entrance from the light source 10 can be made to interfere.
Die Faltung kann auch zu einer Interferometeranordnung führen, die einem Michelson-Inter- ferometer ähnelt. Unter Beibehaltung des Vorteils der zwei frei zugänglichen Strahlaustritte 60 bei der Mach-Zehnder- Anordnung ist der Strahlengang gefaltet.The convolution can also lead to an interferometer arrangement which resembles a Michelson interferometer. Maintaining the advantage of the two freely accessible jet outlets 60 in the Mach-Zehnder arrangement, the beam path is folded.
Mit den dargestellten Ausführungsvarianten kann die bekannte Mach-Zehnder- Anordnung in einer interferometrischen Messeinrichtung in weiten Bereichen an die jeweilige Messaufgabe angepasst werden. Dabei sind nur relativ einfache optische Bauelemente erforderlich. Dabei ist die Variation der optischen Wegunterschiede in den Teilstrahlengängen, abhängig von der Messaufgabe, in weiten Bereichen möglich, ohne dass dabei die Polarisationseigenschaften des Lichtes negativ beeinflusst werden. With the illustrated embodiments, the known Mach-Zehnder arrangement can be adapted in an interferometric measuring device in a wide range of the respective measurement task. Only relatively simple optical components are required. In this case, the variation of the optical path differences in the partial beam paths, depending on the measurement task, is possible in a wide range without negatively influencing the polarization properties of the light.

Claims

Ansprüche claims
1. Interferometrische Messeinrichtung (1) in Mach-Zehnder- Anordnung mit einer Lichtquelle (10) und einem Strahlteiler (20), der den eingekoppelten Lichtstrahl der Lichtquelle (10) in zwei Teilstrahlengänge (21, 22) teilt, einer Umlenkeinheit (30) und einer zweiten Umlenkeinheit (40), die die Teilstrahlengänge (21, 22) in einem zweiten Strahlteiler (50) zusammenfuhren, wobei die Teilstrahlengänge (21, 22) aufgrund von einstellbaren Gangunterschieden in unterschiedlichem Maße interferieren können, und zumindest einem Lichtaustritt (60) zur Weiterleitung des Interferenzbildes zur Analyse mittels einer Auswertevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrahlengang (21) an einer oder mehreren Stellen gefaltet ist und die optische Weglänge durch eine verschiebbare Reflektoranordnung (32) in der Umlenkeinheit (30) variierbar ist, wobei die Weglängen in beiden Teilstrahlengängen (21, 22) gleich lang einstellbar sind.1. Interferometric measuring device (1) in Mach-Zehnder arrangement with a light source (10) and a beam splitter (20) which divides the coupled light beam of the light source (10) into two partial beam paths (21, 22), a deflection unit (30) and a second deflection unit (40), which merge the partial beam paths (21, 22) in a second beam splitter (50), wherein the partial beam paths (21, 22) can interfere to varying degrees due to adjustable gait differences, and at least one light exit (60). for forwarding the interference image for analysis by means of an evaluation device, characterized in that the partial beam path (21) is folded at one or more locations and the optical path length by a displaceable reflector assembly (32) in the deflection unit (30) is variable, wherein the path lengths in Both partial beam paths (21, 22) are the same length adjustable.
2. Interferometrische Messeinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem variablen Teilstrahlengang (21) der Lichtstrahl derart gefaltet ist, dass er über eine Teilstrecke parallel zu sich selbst verläuft.2. Interferometric measuring device (1) according to claim 1, characterized in that in the variable partial beam path (21) of the light beam is folded such that it runs parallel to itself over a partial distance.
3. Interferometrische Messeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlfaltung in dem variablen Teilstrahlengang (21) in der Umlenkeinheit (30) mittels eines starren Umlenkspiegels (31) und der verschiebbaren Reflektoranordnung (32) ausgeführt ist.3. Interferometric measuring device (1) according to one of claims 1 or 2, characterized in that the beam folding in the variable part of the beam path (21) in the deflection unit (30) by means of a rigid deflecting mirror (31) and the displaceable reflector assembly (32) is executed ,
4. Interferometrische Messeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiebbare Reflektoranordnung (32) ein Tripelprisma (32.1), welches in einer Tripelprismafassung (32.2) gehalten ist, und einen Linearantrieb (32.3) aufweist. 4. Interferometric measuring device (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the displaceable reflector arrangement (32) has a triple prism (32.1), which is held in a triple Prisma (32.2), and a linear drive (32.3).
5. Interferometrische Messeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb (32.3) der verschiebbaren Reflektoranordnung (32) eine Gewindespindel (32.4) und einen Stellmotor (32.5) aufweist.5. Interferometric measuring device (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the linear drive (32.3) of the displaceable reflector arrangement (32) has a threaded spindle (32.4) and a servomotor (32.5).
6. Interferometrische Messeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinheit (40) einen starren Umlenkspiegel (41) und eine Reflektoranordnung (42) aufweist.6. Interferometric measuring device (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the deflection unit (40) has a rigid deflection mirror (41) and a reflector arrangement (42).
7. Interferometrische Messeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektoranordnung (41) der Umlenkeinheit (40) als Hohltripel- spiegel ausgebildet ist.7. Interferometric measuring device (1) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the reflector arrangement (41) of the deflection unit (40) is designed as Hohltripel- mirror.
8. Interferometrische Messeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteinkopplung in die interferometrische Messeinrichtung (1) mittels einer lichtführenden Faser (11) und einem Kollimator (12) ausgeführt ist.8. Interferometric measuring device (1) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the light coupling into the interferometric measuring device (1) by means of a light-guiding fiber (11) and a collimator (12) is executed.
9. Interferometrische Messeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtaustritt (60) aus der interferometrischen Messeinrichtung (1) mittels einem Kollimator (61) und einer lichtführenden Faser (62) ausgeführt ist.9. Interferometric measuring device (1) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the light exit (60) from the interferometric measuring device (1) by means of a collimator (61) and a light-guiding fiber (62) is executed.
10. Interferometrische Messeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinheit (30) ein oder mehrere Hilfsspiegel (33, 34) und / oder Prismen zur Einkopplung in und / oder zur Auskopplung aus der verschiebbaren Reflektoranordnung (32) aufweist.10. Interferometric measuring device (1) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the deflecting unit (30) one or more auxiliary mirrors (33, 34) and / or prisms for coupling in and / or out of the displaceable reflector assembly ( 32).
11. Interferometrische Messeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahlfaltung und die Variation der optischen Weglänge mittels verschiebbarer Reflektoranordnungen in beiden Teilstrahlengänge (21, 22) durchführbar ist.11. Interferometric measuring device (1) according to one of claims 1 to 10, characterized in that a beam folding and the variation of the optical path length by means of displaceable reflector arrangements in both partial beam paths (21, 22) is feasible.
12. Interferometrische Messeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrahlengang (21) in einem der Lichtaustritte (60) mit dem nicht reflektierten Anteil des Strahleintritts aus der Lichtquelle (10) zur Interferenz gebracht ist.12. Interferometric measuring device (1) according to one of claims 1 to 11, characterized in that the partial beam path (21) in one of the light exits (60) with the unreflected portion of the beam entrance from the light source (10) is brought to interference.
13. Interferometrische Messeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlengang ähnlich einem Michelson-Interferometer gefaltet ist. 13. Interferometric measuring device (1) according to one of claims 1 to 12, characterized in that the beam path is folded similar to a Michelson interferometer.
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