NL1031618C2 - Interferometer voor kleine niet-lineaire foutverplaatsingsmeting. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Interferometer voor kleine niet-lineaire foutverplaatsings- meting.

Opmerking ten aanzien van potentiële militaire toepassingen 5 De uitvinders zijn van mening dat de onderhavige hierin beschreven uitvinding in het bijzonder geschikt is voor bepaalde militaire toepassingen. Achtergrond

Verplaatsingsmetingsinterferometers (“Displacement Measuring Interferometers”) (“DMI’s”) zijn op zichzelf reeds geruime tijd bekend en zijn gebruikt 10 voor het meten van kleine verplaatsingen en lengtes met een hoge mate van nauwkeurigheid en resolutie. Onder deze inrichtingen genieten helium-neon-verplaatsingsmetingslaserinterferometers een relatief ruime toepassing als gevolg van hun hoge mate van stabiliteit en monochromaticiteit. Interferometers vereisen een zorgvuldige oplijning van spiegels die over een langere tijdsperiode in stand 15 dient te blijven, hetgeen echter aanzienlijk praktische moeilijkheden met zich mee kan brengen.

Een interferometer met dubbel doorloop kan praktisch ongevoelig worden gemaakt voor misoplijningen door het dubbel doorlopen van elke arm van de interferometer en middelen omvatten voor het inverteren van de golffronten tussen 20 de doorlopen. Zie bijvoorbeeld “A Double-Passed Michelson Interferometer” door S.J. Bennett in Opties Communications, jaargang 4, nummer 6, februari/maart 1972, waarin een dubbele doorloop wordt bewerkstelligd middels het gebruik van een polariserende bundelsplitser, twee kwartgolfplaten en een kubische hoekreflector die als een inverterende component dienst doet. Het geheel van het 25 voorgaande document door Bennett is hierin door verwijzing opgenomen. Als gevolg van hun commerciële haalbaarheid, robuustheid, stabiliteit en nauwkeurigheid worden verplaatsingsmetingsinterferometers met dubbele doorloop relatief algemeen gebruikt voor verplaatsingsmetingen met hoge nauwkeurigheid.

Ondanks de grote vooruitgang die in het algemeen op het gebied 30 van DMI’s is gemaakt, zijn meetfouten en onnauwkeurigheden persistent. Onder de factoren die aan dergelijke fouten en onnauwkeurigheden bijdragen bevinden zich oplijnfouten en padlengtefouten, optische menging, thermische effecten, 1031618 2 polarisatielek (of het ongewild mengen van meet- en referentiebundels), door diffractie geïnduceerde dubbelbreking, niet-lineaire relaties tussen fase en verplaatsing en andere fouten. Zie bijvoorbeeld: "Recent Advances in Displacement Measuring Interferometry” door Norman Brobroff in Meas. Sci. Technol. 4 (1993) 5 907-926, en “An Investigation of Two Unexplored Periodic Source Errors in

Differential-Path Interferometry” door Schmitz en Beckwith in Precision Engineering 27 (2003) 311-322, waarin sommige van deze factoren in detail zijn besproken. Het geheel van de voorgaande documenten door Brobroff en Schmitz et al. is hierin door verwijzing opgenomen.

10 De meeste DMI’s volgens de stand van de techniek combineren referentie- en meetbundels voordat deze aan het optische deel van een interferometersysteem worden aangeboden. De niet-ideale karakteristieken van de bron en de optiek resulteren in het mengen van de referentie- en meetbundels voordat de gewenste verplaatsing wordt gemeten. Dit is een van de principiële 15 middelen waarmee niet-lineaire fouten in DMI’s worden geïntroduceerd. Een andere principiële bron van niet-lineaire fouten in DMI’s is op diffractie gebaseerde interferentie. Sommige DMI's volgens de stand van de techniek maken gebruik van een reflecterende apertuur om een referentiebundel van een meetbundel te scheiden, waarbij de twee bundels een gemeenschappelijke cirkelring delen tot aan 20 de reflecterende apertuur. Het resultaat van een dergelijke architectuur is dat een interferentiebundel wordt gevormd, welke de prestaties kan verminderen.

In een document gepresenteerd op de jaarlijkse bijeenkomst van de ASPE in 2001, getiteld “Demonstration of Sub-Angstrom Cyclic Non-Linearity Using Wavefront-Division Sampling with a Common-Path Laser heterodyne 25 Interferometer”, door Feng Zhao van het Jet Propulsion Laboratory, Californië Institute of Technology, Pasadena, Californië, wordt een heterodyne interferometer met een gemeenschappelijk pad geopenbaard die poogt om niet-lineaire fouten te minimaliseren. Zhao isoleert de referentie- en meetbundels over het grootste deel van het optische pad naar de detector door het toepassen van gescheiden 30 vezeloptische kanalen voor de referentie- en de meetbundels. De referentiebundel heeft een eerste frequentie en de meetbundel heeft een tweede frequentie verschillend van de eerste frequentie. In grove termen, de eerste en tweede bundels 3 corresponderend met de eerste en tweede frequenties worden in gescheiden eerste en tweede detectoren opgewekt en gemeten. In sommige systemen zijn de zaken echter gecompliceerder dan deze. In plaats hiervan worden zogeheten "lokale-oscillator"- en “sonde"-bundels als twee afzonderlijke bundels door de bron 5 geëmitteerd, waarbij de bundels in de interferometer worden gemengd voor het aan de uitgang produceren van meet- en referentiebundels. Dit onderwerp wordt onderstaand meer in detail besproken. Zie ook Figuur 8. Omwille van de duidelijkheid en om verwarring te vermijden, worden hierin de termen “meetbundeP en “referentiebundel” gebruikt, echter begrepen dient te worden dat deze in potentie 10 onderling verwisselbaar zijn met respectievelijk de termen “lokale-oscillatorbundeP en “sondebundel", afhankelijk van de betreffende context waarin elk van deze termen kan voorkomen.

De eerste bundel is een referentiebundel geproduceerd doordat de eerste frequentiebundel op een stationaire apertuur invalt. De tweede bundel is een 15 meetbundel die wordt geproduceerd doordat de tweede frequentiebundel op een bewegend doel invalt. Het faseverschil tussen de eerste en tweede bundels representeert de positie van het doel. De interferometerarchitectuur volgens Zhao reduceert niet-lineaire fouten in gemeten verplaatsingen. Zhao maakt gebruikt van een golffrontdelingsschema, waarin echter op diffractie gebaseerde 20 interferentiefouten belangrijk blijven omdat de meet* en referentiebundels ringvormig van elkaar gescheiden zijn over in wezen hetzelfde optische pad. Bovendien is het niet duidelijk hoe de benadering van Zhao voor meer dan één optische as kan worden uitgebreid.

Hetgeen noodzakelijk is is een DMI die niet-lineaire en door 25 diffractie geïnduceerde fouten verder minimaliseert en die kan worden opgeschaald of omlaag geschaald over meerdere optische assen op een rechttoe-rechtaan en economische wijze.

Samenvatting van de Uitvinding

Overeenkomstig een aspect van de onderhavige uitvinding worden 30 referentie- en meetbundels evenwijdig aan elkaar op een niet-coaxiale wijze op een optisch deel van een parallelle interferometer gericht, waarbij de bundels niet ringvormig ten opzichte van elkaar zijn gescheiden, voor het op deze wijze 4 reduceren van door diffractie geïnduceerde fouten.

Overeenkomstig een verder aspect van de onderhavige uitvinding zijn referentie- en meetbundels ten opzichte van elkaar geïsoleerd over significante delen van hun betreffende optische paden en worden afgegeven aan ruimtelijk 5 gescheiden amplitudesplitsende, polariserende of niet-polariserende ingangs-romboëders voor het reduceren van interferentie-effecten en bijbehorende niet-lineariteiten.

Overeenkomstig een nog verder aspect van de onderhavige uitvinding is een interferometer verschaft die op compacte wijze naar een willekeurig 10 aantal optische assen kan worden geschaafd.

Overeenkomstig een nog verder aspect van de onderhavige uitvinding is een interferometersamenstel verschaft dat meet- en referentiebundels recombineert maar dat deze bundels niet splitst, resulterend in geen of een minimale faseverandering van de referentiebundel op zijn weg naar de detector.

15 Korte Beschrijving van de Tekeningen

Figuur 1 toont een blokschema van een lineaire verplaatsings-metingsinterferometer volgens de stand van de techniek;

Figuur 2 toont een blokschema van een uitvoeringsvorm van een lineaire verplaatsingsmetingsinterferometer volgens de onderhavige uitvinding; 20 Figuur 3 toont een uitvoeringsvorm van een amplitudesplitsende niet-polariserende bundelsplitser volgens de onderhavige uitvinding en het daar doorheen gevolgde optische pad door een referentiebundel met frequentie f,;

Figuur 4 toont een uitvoeringsvorm van een amplitudesplitsende niet-polariserende bundelsplitser volgens de onderhavige uitvinding en het daar 25 doorheen gevolgde optische pad door een meetbundel met frequentie f2;

Figuur 5 toont een uitvoeringsvorm van een verplaatsingsmetings-interferometer volgens de onderhavige uitvinding met dubbel doorloop en de door referentie- en meetbundels daar doorheen gevolgde optische paden;

Figuur 6 toont een uitvoeringsvorm van een isolator en 30 interferometer volgens de onderhavige uitvinding;

Figuur 7 toont een verdere uitvoeringsvorm van een vezeloptische isolator en interferometer volgens de onderhavige uitvinding, en 5

Figuur 8 toont hoe in sommige uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding door een bron 10 geëmitteerde lokale-oscillator- en sondebundels in een interferometer of interferometrisch systeem worden gemengd voor het respectievelijk verschaffen van referentie- en meetbundels.

5 Gedetailleerde Beschrijvingen van de Voorkeursuitvoeringsvormen

Figuur 1 toont een blokschema van een lineaire verplaatsings-metingsinterferometer volgens de stand van de techniek. Een dubbele-frequentie Zeemansplitsingshelium-neonlaserbron 10 genereert en emitteert eerste en tweede bundels met frequenties f, en f2, waarbij de eerste bundel een eerste circulaire 10 polarisatietoestand en de tweede bundel een tweede circulaire polarisatietoestand verschillend van de eerste polarisatietoestand heeft (hierna “bundels f, en f2“ genoemd). De door de bron 10 geëmitteerde bundels f, en f2 zijn typisch respectievelijk rechts- en linksdraaiend gepolariseerd. De twee lasermodi worden in een holte van de bron 10 versterkt, waarbij de twee modi corresponderen met de 15 twee polarisatietoestanden. In een Zeemansplitsingslaser zijn de twee polarisaties circulair en tegengesteld van teken. De telescoop 15 verschaft middelen voor het uitbreiden en collimeren van de door de bron 10 geëmitteerde bundels f, en f2 voor afgifte aan de rest van het interferometrisch systeem.

De bundels f, en f2 doorlopen vervolgens een kwartgolfplaat 20, 20 waarin ze worden getransformeerd van circulair gepolariseerde toestanden naar lineair gepolariseerde toestanden en vervolgens gericht naar een niet-polariserende bundelsplitser 30. (Merk op dat de middelen voor het geschikt uitlijnen van de lineair gepolariseerde bundels met het vlak van inval van de gepolariseerde bundelsplitser 204 of “PBS 204" in Figuur 1 niet zijn getoond).

25 Zodra de lineair gepolariseerde bundels geschikt zijn uitgelijnd met het vlak van inval van de gepolariseerde bundelsplitser 204 van de interferometer 40, wordt de bundel f, naar de kubische meethoekreflector 110 gezonden, terwijl de bundel f2 naar de kubische referentiehoekreflector 100 wordt gereflecteerd. Nadat de bundels f, en f2 door hun betreffende kubische hoekreflectoren 100 en 110 zijn 30 terug gereflecteerd, worden de bundels f, en f2 bij de polariserende bundelsplitser 204 (of “PBS 204”) gerecombineerd. De interferometer 40 ontvangt de overgedragen delen van de lineair gepolariseerde bundels f, en f2 en richt dan de 6 betreffende delen van deze bundels naar de kubische referentiehoekreflector 100 en de kubische meethoekreflector 110.

De door de kubische referentiehoekreflector 100 en de kubische meethoekreflector 110 gereflecteerde bundels f, en f2 worden via een tweede 5 45-graden polarisator 120 gericht. Eerste en tweede 45-graden polarisators 90 en 120 recombineren respectievelijk de meet- en referentiebundels f, en f2. Uitgangssignalen van de fasedetectoren 130 en 140 worden toegevoerd aan fasevergrendelde lusdetectoren 150 en 160, welke samen een verschil Af opleveren, waaruit wordt bepaald dat de kubische verplaatsingsmeethoekreflector 110 is 10 verplaatst. De gerecombineerde bundels f, en f2 doorlopen de polarisator 120, hetgeen leidt tot interferentie tussen de twee orthogonaal gepolariseerde bundels. De resulterende interferentiebundel wordt door de polarisator 120 ter detectie aan de fotodiode 140 overgedragen. De frequentie van de resulterende interferentiebundel correspondeert met de relatieve snelheid langs de as van de 15 meetbundel van de kubische meethoekreflector 110 ten opzichte van de kubische referentiehoekreflector 110. De fase van de interferentiebundel correspondeert met de relatieve positie van de kubische meethoekreflector 110 langs de as van de meetbundel.

Verder verwijzend naar Figuur 1, bij het verlaten van de 20 kwartgolfplaat 20 wordt een gedeelte van elk van de bundels f, en f2 via de bundelsplitser 30 in de richting van de interferometer 40 overgedragen (hetgeen het optische deel van het interferometersysteem is). De resterende delen van elk van de bundels f, en fz worden naar een niet-polariserende bundelsplitser 50 en een eerste 45-graden polarisator 90 gereflecteerd. Een vloeibaar-kristalpolarisator 60, een 25 vermogensdetector 70 en een laserafstemservo 80 vormen terugkoppelstuur-middelen voor het bewaken en sturen van de constantheid van het uitgangssignaal van de laserbron 10. Omwille van de stabiliteit wordt de laserholte van de bron 10 in temperatuur gestuurd met behulp van terugkoppeling uit de vermogensbalans van de twee door de bron 10 geproduceerde lasermodi. Een deel van de door de niet-30 polariserende bundelsplitsers 30 en 50 afgegeven bundel wordt naar de vloeibaar-kristalpolarisator 60 gericht, welke op zijn beurt licht met eerste en tweede polarisatietoestanden uitzendt. De fotodiode 70 meet de vermogensbalans 7 gedurende de tijd en verschaft deze informatie aan de laserafstemservo 80.

Figuur 1 en de hierin verschafte bijbehorende beschrijving, beschrijven aspecten van de “Linear Interferometer” van Agilent modelnummer 10705. De “Linear Interferometer” 10705 heeft een monolithisch ontwerp en 5 structuur.

Merk op dat, zoals gebruikt in de beschrijving, tekeningen en conclusies hiervan en in de context van het bespreken, beschrijven en/of concluderen van een DMI, een deel van een DMI of een DMI-systeem, de term “monolithisch” betekent dat een interferometer met ten minste één polariserend of 10 niet-polariserend bundelsplitserdeelsamenstel omvattende glas of een optisch equivalent materiaal en ten minste één kubische hoekreflector, ingangs-, uitgangs-, reflecterend of terug reflecterend romboëder-deelsamenstel ook glas of een optisch equivalent materiaal omvat, waarbij de bundelsplitser en de ten minste ene kubische hoekreflector, ingangs-, uitgangs-, reflecterend of terug reflecterend romboëder-15 deelsamenstel fysisch aangrenzend aan elkaar zijn gelegen en direct aan elkaar zijn bevestigd door middel van een kleefmiddel, mechanische, chemische, elektromagnetische en/of magnetische middelen, zodanig dat het optische deel van de interferometer (dat de bron, de detectoren of de kubische meethoekreflector of vlakke spiegel van een DMI of DMI-systeem niet omvat) een enkel samenstel vormt. 20 Aspecten van de in Figuur 1 geïllustreerde DMI zijn geopenbaard in de navolgende U.S. octrooien, waarvan de inhoud hierin door verwijzing is opgenomen: U.S, octrooinummer 5.064.28Ö van Boekman, getiteld “Linear-and-angular measuring plane mirror interferometer”; U.S. octrooinummer 6.542.247 van Boekman, getiteld "Multi-axis interferometer with integrated optical structure and 25 method for manufacturing rhomboid assemblies"; en U.S. octrooinummer 5.667.768 van Boekman, getiteld “Method and interferometric apparatus for measuring changes in displacement of an object in a rotating reference frame”.

In overeenstemming met Figuur 8 en om verwarring te vermijden, wordt opgemerkt dat de term “referentiebundel” zoals toegepast in de beschrijving, 30 tekeningen en conclusies hiervan, en in de context van het bespreken, beschrijven en/of concluderen van een DMI, een deel van een DMI of een DMI-systeem, afhankelijk van de betreffende context waarin dit wordt gebruikt, een “lokale- 8 oscillatorbundel" of “referentiebundel” kan betekenen. Merk verder op dat in overeenstemming met Figuur 8 de term “meetbundel” zoals toegepast in de beschrijving, tekeningen en conclusies hiervan, en in de context van het bespreken, beschrijven en/of concluderen van een DMI, een deel van een DMI of een DMI-5 systeem, afhankelijk van de betreffende context waarin dit wordt toegepast, “sondebundel" of “meetbundel” kan betekenen.

Figuur 8 toont dat in overeenstemming met sommige uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding “lokale-oscillator”- en “sonde”-bundels door de bron worden geëmitteerd, waarbij de lokale-oscillator- en 10 referentiebundels in de interferometer worden gemengd voor het aan de uitgang produceren van meet- en referentiebundels. Hoewel omwille van de eenvoud onderstaand verder wordt gegaan met een verwijzing naar “referentiebundels” en “meetbundels”, dienen deze termen te worden geïnterpreteerd zoals uiteengezet in de direct hieraan voorafgaande paragraaf, afhankelijk van de betreffende context 15 waarin ze worden gebruikt.

De Figuren 2, 3 en 4 tonen verschillende aspecten van een uitvoeringsvorm van een lineaire of verplaatsingsmetingsinterferometer met enkele-doorloop volgens de onderhavige uitvinding.

Verwijzend naar Figuur 2, de dubbele-frequentielaserbron 10 20 genereert en emitteert de eerste en tweede bundels met frequenties f, en f2, (hierna “bundels f, en f2”) genoemd. De eerste bundel f, is in een eerste circulaire polarisatietoestand en de tweede bundel f2 is in een tweede circulaire polarisatietoestand verschillend van de eerste polarisatietoestand, waarbij de bundels f, en f2 ten opzichte van elkaar orthogonaal zijn gepolariseerd. De eerste 25 bundels f, en f2 doorlopen vervolgens de kwartgolfplaat 20, waarin ze worden getransformeerd naar eerste en twee lineair gepolariseerde bundels ^ en f2.

Vervolgens doorlopen de eerste en tweede lineair gepolariseerde bundels 1, en f2 de niet-polariserende bundelsplitser 30, waarin een deel van de energie van elke bundel via de bundelsplitser 30 wordt overgedragen in de richting 30 van de isolator 35, en het resterende deel van de energie van elke bundel naar de vloeibaar-kristalpolarisator 60, de vermogensdetector 70 en de laserafstemservo 80 wordt gereflecteerd (welke, zoals in Figuur 1, worden toegepast als terugkoppel- g stuurmiddelen voor het bewaken en sturen van de constantheid van het uitgangssignaal van de laserbron 10).

In een uitvoeringsvorm omvat de isolator 35 een polariserende bundelsplitser in serie met een vezeloptisch afgifte- en collimatiesysteem, welk 5 systeem de eerste en tweede bundels f, en f2 over het grootste deel van hun betreffende optische padlengten tussen de isolator 35 en de interferometer 45 van elkaar splitst en isoleert. De isolator 35 en sommige van zijn componenten zijn beschreven in de in behandeling zijnde U.S. octrooiaanvrage publicatienummer US 2005/0008322 A1 van Sullivan et al., getiteld "Direct combination of fiber optie 10 light beams”.

De optisch gescheiden eerste en tweede bundels ^ en f2 worden vervolgens aan de interferometer 45 afgegeven, die in een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding twee ingangsbundel-amplitudesplitsende, niet-polariserende, bundelsplitserdeelsamenstellen 200 en 190 omvat. De kubische meethoekreflector 15 110 reflecteert de daarop invallende en van de interferometer 45 afkomstige meetbundel f2 terug.

In de uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding zoals getoond in de Figuren 2, 3 en 4, zijn kwartgolfplaten 170 en 180 in de interferometer 45 opgenomen. De kwartgolfplaat 170 omvat een spiegelend reflecterend oppervlak, 20 terwijl de kwartgolfplaat 180 geen spiegelend oppervlak heeft. Als gevolg hiervan wordt een op de plaat 170 invallende lineair gepolariseerde bundel naar een circulair gepolariseerde toestand getransformeerd, terwijl een op de plaat 180 invallende lineair gepolariseerde bundel lineair gepolariseerd blijft.

De ingangsbundel-amplitudesplitsende niet-polariserende 25 romboëder-deelsamenstellen 190 en 200 kunnen worden vervaardigd overeenkomstig de leer van U.S. octrooinummer 6.542.247 van Boekman, getiteld “Multi-axis interferometer with integrated optical structure and method for manufacturing rhomboid assemblies”. In de uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding zoals geïllustreerd in de Figuren 2, 3 en 4, is voor elke referentie- en 30 meetbundel een romboëder-deelsamenstel verschaft. De door de, in de Figuren 2, 3 en 4 getoonde, interferometer 45 verschafte uitgangsbundels hebben bij voorkeur een gelijk vermogen, waarbij de referentiebundel verticaal is gepolariseerd en de 10 meetbundei horizontaal is gepolariseerd.

De door de interferometer 45 afgegeven referentie- en meetbundels worden vervolgens door betreffende 45-graden polarisators 90 en 120 geleid, zodanig dat zij bij het verlaten daarvan een gemeenschappelijke polarisatietoestand 5 delen. De uitgangssignalen van de fasedetectoren 130 en 140 worden toegevoerd aan fasevergrendelde lusdetectoren 150 en 160, die in combinatie met een op-/neerteller 200 een verschil Af opleveren, waaruit de afstand of verplaatsing kan worden bepaald waarover de kubische meethoekreflector 110 ten opzichte van de interferometer 45 is verplaatst. De referentiebundel of kanaaluitgang wordt gebruikt 10 voor het meten van de gemeenschappelijke drift van het systeem, welke typisch wordt gedomineerd door isotropische thermische drift of Aftherm. De hoeveelheid Af,herm wordt bij voorkeur van elk meetkanaal of elke bundel afgetrokken. De Figuren 3 en 4 tonen verdere details van de interferometer 45.

Figuur 3 toont het optische pad van de referentiebundel f1f terwijl 15 Figuur 4 het optische pad van de meetbundei f2 toont. De padlengten la en lb zijn nominaal gelijk van lengte, zodat er dus geen differentiële verandering in de padlengte optreedt wanneer de schaal van de interferometer 45 met de temperatuur verandert. De referentie- en meetbundels ^ en f2 ondergaan aanvullende optische padlengten, gelijk aan een lengte van het polariserende bundelsplitserdeel-20 samenstel 206, plus tweemaal de optische padlengten door de kwartgolfplaten 170 en 180. Bijgevolg, wanneer de schaal van de interferometer 45 met de temperatuur verandert, veranderen de betreffende padlengten van de referentie- en meetbundei f., en f2 in dezelfde mate, resulterend in een athermisch ontwerp.

Verder verwijzend naar de Figuren 3 en 4, de interferometer 45 25 omvat een eerste romboëder-deelsamenstel 200 met een eerste ingangsoppervlak 201 en een tweede uitgangsoppervlak 203 met een daarin aangebrachte eerste amplitudesplitsende niet-polariserende interface 202. Het tweede ingangsromboëder-deelsamenstel omvat een tweede ingangsoppervlak 191 en een tweede uitgangsoppervlak 192, met een daarin aangebrachte tweede 30 amplitudesplitsende niet-polariserende interface 195. Een polariserend bundelsplitserdeelsamenstel 206 omvat ten minste eerste, tweede en derde vlakken, respectievelijk 207, 208 en 209 en omvat een daarin gelegen 11 bundelsplitsingsinterface 204. De bundel-splitsingsinterface 204 omvat bij voorkeur een gedompelde polariserende bundelsplitsingsbekleding of een diëlektrische bekleding, opgenomen tussen twee lagen optisch glas, waarbij de bekleding geschikt is voor het selectief polariseren van daarop invallende lichtbundels. Een 5 eerste kwartgolfplaat 170 heeft een eerste ingangsvlak 171, terwijl een tweede kwartgolfplaat 180 een tweede ingangsvlak 181 heeft.

Het eerste uitgangsoppervlak 203 van het eerste ingangsromboëder-deelsamenstel 200 is aan het eerste vlak 208 van het bundelsplitsingsdeelsamenstel 206 bevestigd, bij voorkeur door middel van een 10 optisch transparant of in hoofdzaak optisch transparant kleefmiddel of lijm. Het tweede uitgangsoppervlak 192 van het tweede ingangsromboëder-deelsamenstel 190 is aan het tweede vlak 207 van het bundelsplitsingsdeelsamenstel 206 bevestigd, eveneens bij voorkeur door middel van een optisch transparant of in hoofdzaak optisch transparant kleefmiddel of lijm. De eerste en tweede 15 ingangsvlakken 171 en 181 van de eerste en tweede kwartgolfplaten 170 en 180 zijn aan een derde vlak 209 van het bundelsplitsingsdeelsamenstel 206 bevestigd, opnieuw bij voorkeur door middel van een optisch transparant of in hoofdzaak optisch transparant kleefmiddel of lijm.

De ingangsromboëder-deelsamenstellen 200 en 190, de kwartgolf-20 platen 170 en 180 en het bundelsplitsingsdeelsamenstel 206 zijn ingericht en aan elkaar bevestigd om het mogelijk te maken dat de eerste bundel f1 en de tweede bundel f2 het interferometersamenstel 45 gescheiden kunnen binnentreden via eerste en tweede ingangsoppervlakken 191 en 201, waarbij eerste en tweede amplitudesplitsingsinterfaces 202 en 195 delen van de eerste en tweede bundels f, 25 en f2 splitsen en reflecteren.

De ingangsromboëder-deelsamenstellen 200 en 190, het polariserende bundelsplitsingsdeelsamenstel 206 en de kwartgolfplaten 180 en 190 omvatten elk bij voorkeur stapels van geschikt mechanisch bewerkte (of anderszins gevormde) en beklede glasplaten of componenten zoals beschreven in U.S. 30 octrooinummer 6.542.247 van Boekman. In voorkeursuitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding is elk van de amplitudesplitsende niet-polariserende ingangsromboëder-deelsamenstellen 200 en 190 gevormd door het aan elkaar 12 bevestigen of lijmen van twee stukken glas, waarbij het kleefmiddel of de lijminterface de amplitudesplitsende interfaces daarvan vormen.

Zoals boven genoemd, zijn de vlakken 203 en 208, 192 en 207, 171 en 209 en 181 en 209 van deze deelsamenstellen bij voorkeur aan elkaar gelijmd, 5 zoals ook beschreven in het U.S. octrooinummer 6.542.247 van Boekman. Bijgevolg en consistent met de definitie van de therm “monolithisch” zoals in het bovenstaande uiteengezet, is de in de Figuren 2, 3 en 4 getoonde interferometer 45 monolithisch.

Figuur 5 toont een uitvoeringsvorm van een vlakke-spiegel 10 amplitudesplitsende niet-polariserende bundelsplitser met dubbele doorloop volgens de onderhavige uitvinding en de door de referentie- en meetbundels daardoorheen gevolgde optische paden. De uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding zoals getoond in Figuur 5 omvat eerste en tweede amplitudesplitsende niet-polariserende ingangsromboëder-deelsamenstellen 200 en 190 voor het respectievelijk ontvangen 15 van ruimtelijk gescheiden toegevoerde referentie- en meetbundels f, en f2, welke bijvoorbeeld worden verschaft door een isolator van het in Figuur 2 getoonde type (isolator 35). De amplitudesplitsende niet-polariserende interfaces 195 en 202 zenden en reflecteren betreffende delen van de ingangsbundels f, en f2. De polariserende bundelsplitsingsinterface 204 van het polariserende 20 bundelsplitsingsdeelsamenstel 206 werkt voor het blokkeren en reflecteren of doorlaten van verticaal of horizontaal gepolariseerde bundels (of P- of S-gepolariseerde bundels) die daarop invallen.

Kwartgolfplaten 173, 183 en 193 zijn bekleed met een hoog-reflecterende bekleding om polarisatieveranderingstoestanden te induceren in 25 bundels die daarop invallen en daarvandaan worden gereflecteerd. De kwartgolfplaat 187 is met een anti-reflecterende bekleding bekleed om een efficiënte transmissie van de meetbundel f2 daardoorheen te faciliteren. De kwartgolfplaten 173 en 187 zijn ingericht voor het ontvangen en reflecteren of doorlaten van de meetbundel f2, terwijl de kwartgolfplaten 183 en 193 zijn ingericht voor het 30 ontvangen en reflecteren van de referentiebundel f^

In plaats van de kubische meethoekreflector 110 zoals getoond in Figuur 2, is in de uitvoeringsvorm met dubbele doorloop volgens de onderhavige 13 uitvinding zoals geïllustreerd in Figuur 5, een meetspiegel 112 voorzien. Merk op dat anders dan de uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding, zoals geïllustreerd in Figuur 2, waarin de kubische meethoekreflector 110 is verschaft, de vlakke spiegel 112 langs een verticale as kan worden getransleerd, terwijl de meetnauwkeurigheid 5 van de interferometer 47 wordt behouden. Additioneel kunnen kubische hoekreflectoren 101 en 102 in de uitvoeringsvorm met dubbele doorloop volgens de onderhavige uitvinding zoals geïllustreerd in Figuur 5 worden opgenomen om een functionaliteit te verschaffen equivalent aan die zoals verschaft door een klassieke vlakke-spiegelinterferometer met dubbele doorloop.

10 De ingangsromboëder-deelsamenstellen 200 en190, het polariserende bundelsplitsingsdeelsamenstel 206 en de kwartgolfplaten 173, 183, 187 en 193 omvatten elk stapels van geschikt machinaal bewerkte (of anderszins gevormde) en beklede glasplaten zoals beschreven in U.S. octrooinummer 6.542.247 van Boekman. De vlakken 203 en 208, 192 en 207, 171 en 209 en 181 en 15 209 van deze deelsamenstellen zijn bij voorkeur aan elkaar bevestigd, gelijmd of anderszins vastgemaakt of aangrenzend aan elkaar bevestigd, zoals eveneens beschreven in het U.S. octrooinummer 6.542.247 van Boekman. Bijgevolg en consistent met de definitie van de therm “monolithisch” zoals in het bovenstaande uiteengezet, is de interferometer 47 met dubbele doorloop zoals getoond in Figuur 5 20 monolithisch.

De Figuren 6 en 7 tonen verschillende vezeloptische afgifte-uitvoeringsvormen van de isolator 35 en de bijbehorende interferometer 45/47 volens de onderhavige uitvinding. Merk op dat de in de Figuren 6 en 7 geïllustreerde interferometers 45/47 monolithisch zijn en optische elementen omvatten die direct 25 aan elkaar zijn bevestigd en geen frames of dergelijke vereisen voor het houden of positioneren van de verschillende optische elementen daarvan.

Hoewel gebleken is dat Schott BK-7-glas in het bijzonder goed geschikt is voor monolithische interferometers van het hierin beschreven type, kunnen ook andere optisch geschikte materialen dan glas worden toegepast voor 30 het vormen van de ingangsromboëder- en polariserende bundelsplitsings- samenstellen volgens de onderhavige uitvinding. Zoals boven beschreven kan de onderhavige uitvinding worden toegepast in interferometers met enkele of dubbele 14 doorloop, alsmede in interferometers met drie of meer optische assen. Er kunnen ook laserbronnen anders dan helium-neonbronnen in de verschillende uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding worden toegepast. Bovendien kunnen de verschillende structuren, architecturen, systemen, samenstellen, deelsamenstellen, 5 componenten en hierin geopenbaarde concepten worden toegepast in niet-monolithische interferometers.

Bijgevolg zijn bepaalde van de hierin gepresenteerde conclusies niet bestemd om beperkt te zijn tot monolithische uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding, terwijl andere conclusies niet bestemd zijn om te worden 10 beperkt tot de verschillende uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding die expliciet zijn getoond in de tekeningen of expliciet in de beschrijving hiervan zijn besproken.

15 15

Tabel met verwiizinqsciifers 10 2-Frequentielaser 15 Telescoop 5 20 Kwartgolfplaat 35 Isolator 60 Vloeibaar-kristalpolarisator 80 Laserafstemservo 90 Polarisator 10 120 Polarisator

150 PLL-XP

160 PLL-XP

205 Op/neerteller 210 Compensatie- en eenhedenconversie 15 220 Display 300 Ingangsbundels van bron 10 310 Uitgangsbundels 320 Lokale-oscillatorbundei 330 Sondebundel 20 340 Meetbundel of kanaal 350 Referentiebundel of kanaal 1031618.

Claims (40)

1. Monolithisch interferometersamenstel, omvattende: een eerste ingangsromboëder-deelsamenstel met een eerste 5 ingangsoppervlak en een eerste uitgangsoppervlak, waarin een eerste amplitudesplitsende niet-polariserende interface is aangebracht; een tweede ingangsromboëder-deelsamenstel met een tweede ingangsoppervlak en een tweede uitgangsoppervlak, waarin een tweede amplitudesplitsende niet-polariserende interface is aangebracht; 10 een polariserend bundelsplitserdeelsamenstel omvattende ten minste eerste, tweede en derde vlakken en met een daarin gelegen polariserende bundelsplitsingsinterface; waarbij het eerste uitgangsoppervlak van het eerste ingangsromboëder-deelsamenstel aan het eerste vlak van het polariserende 15 bundelsplitsingsdeelsamenstel is bevestigd, het tweede uitgangsoppervlak van het tweede ingangsromboëder-deelsamenstel aan het tweede vlak van het polariserende bundelsplitsingsdeelsamenstel is bevestigd, de ingangsromboëder-en de polariserende bundelsplitsingsdeelsamenstelien zijn ingericht en aan elkaar bevestigd om het mogelijk te maken dat eerste en tweede bundels met 20 respectievelijk eerste en tweede frequenties ruimtelijk gescheiden het interferometersamenstel kunnen binnengaan via respectievelijk de eerste en tweede ingangsoppervlakken, waarbij de eerste en tweede amplitudesplitsende niet-polariserende interfaces de eerste en tweede bundels splitsen.

2. Monolithisch interferometersamenstel volgens conclusie 1, verder 25 omvattende een eerste kwartgolfpiaat met een eerste ingangsvlak.

3. Monolithisch interferometersamenstel volgens conclusie 2, waarin het eerste ingangsvlak van de eerste kwartgolfpiaat aan het derde vlak van het polariserende bundelsplitsingsdeelsamenstel is bevestigd.

4. Monolithisch interferometersamenstel volgens conclusie 1, verder 30 omvattende een tweede kwartgolfpiaat met een tweede ingangsvlak.

5. Monolithisch interferometersamenstel volgens conclusie 4, waarin het tweede ingangsvlak van de tweede kwartgolfpiaat aan het derde vlak van het 10316180' polariserende bundelsplitsingsdeelsamenstel is bevestigd.

6. Monolithisch interferometersamenstel volgens conclusie 1, waarin het interferometersamenstel is ingericht om te werken als een interferometer met enkele doorloop.

7. Monolithisch interferometersamenstel volgens conclusie 1, waarin het interferometersamenstel is ingericht om te werken als een interferometer met dubbele doorloop.

8. Monolithisch interferometersamenstel volgens conclusie 1, waarin het interferometersamenstel is ingericht om te werken als een interferometer met 10 drie of meer optische assen.

9. Monolithisch interferometersamenstel volgens conclusie 1, waarin het interferometersamenstel verder ten minste één kubische hoekreflector omvat voor het reflecteren van ten minste één van een meetbundel en een referentiebundel.

10. Interferometrielaserbron en afgiftesysteem, omvattende: een laserbron voor het genereren en emitteren van eerste en tweede laserbundels, waarbij de eerste en tweede laserbundels eerste en tweede frequenties hebben, waarbij de eerste frequentie verschilt van de tweede frequentie, waarbij de laserbron een eerste uitgangssignaal verschaft omvattende de eerste en 20 tweede laserbundels; een polariserende bundelsplitser in serie met het eerste door de laserbron verschafte uitgangssignaal, waarbij de polariserende bundelsplitser ontvangt en door middel van niet-ringvormige middelen de eerste laserbundel van de tweede laserbundel scheidt, waarbij de polariserende bundelsplitser ruimtelijk 25 gescheiden tweede en derde uitgangssignalen verschaft, respectievelijk omvattende de eerste laserbundel en de tweede laserbundel; een vezeloptisch systeem in serie met de door de polariserende bundelsplitser verschafte eerste en tweede uitgangssignalen, waarbij het vezeloptische systeem de eerste en tweede laserbundels afzonderlijk ontvangt en 30 deze optisch ten opzichte van elkaar in het vezeloptische systeem isoleert over ten minste delen van de betreffende optische padlengten van de eerste en tweede bundels.

11. Interferometrielaserbron en afgiftesysteem volgens conclusie 10, waarin de laserbron een helium-neonlaserbron is.

12. Interferometrielaserbron en afgiftesysteem volgens conclusie 10, waarin de eerste bundel van de tweede bundel is gescheiden over hoofddelen van 5 de betreffende optische padlengten in het systeem corresponderend met de eerste en tweede bundels.

13. Systeem voor afgifte aan een interferometer van ruimtelijk gescheiden, niet ringvormig gescheiden, eerste en tweede laserbundels met respectievelijk eerste en tweede frequenties, omvattende: 10 middelen voor het genereren en emitteren van de eerste en tweede laserbundels; polarisatiemiddelen voor het ontvangen van de geëmitteerde eerste en tweede bundels; waarbij de polarisatiemiddelen de eerste bundel niet ringvormig scheiden van de tweede bundel en eerste en tweede uitgangssignalen verschaffen 15 respectievelijk omvattende niet ringvormig gescheiden eerste en tweede bundels; middelen voor het ontvangen van de ruimtelijk gescheiden eerste en tweede bundels en voor het instandhouden van de ruimtelijke scheiding daarvan, waarbij de ontvang- en in standhoudmiddelen verder middelen omvatten voor het afgeven van de ruimtelijk gescheiden eerste en tweede bundels aan afzonderlijke 20 amplitudesplitsende niet-polariserende ingangsromboëder-deelsamenstellen.

14. Systeem volgens conclusie 13, waarin de genererende en emitterende middelen een helium-neonlaserbron zijn.

15. Systeem volgens conclusie 13, waarin de eerste bundel in de ontvangst-, instandhoud- en afgiftemiddelen ruimtelijk is gescheiden van de tweede 25 bundel over hoofddelen van de optische padlengten daarvan.

16. Interferometersamenstel omvattende eerste en tweede ingangsromboëder-amplitudesplitsende niet-polariserende deelsamenstellen en een polariserend bundelsplitsingsdeelsamenstel, waarbij de eerste en tweede ingangsromboëder-deelsamenstellen zijn ingericht voor het door amplitude- 30 splitsingsmiddelen ontvangen, doorgeven en reflecteren van respectievelijk ruimtelijk gescheiden eerste en tweede bundels, waarbij de eerste en tweede bundels eerste en tweede frequenties hebben, waarbij uitgangsbundels van de ingangsromboëder-samenstellen in de polariserende bundelsplitser zijn gericht en een daarin aangebrachte polariserende bundelsplitsingsinterface.

17. Interferometersamenstel volgens conclusie 16, verder omvattende een eerste aan het polariserende bundelsplitsingsdeelsamenstel bevestigde 5 kwartgolfplaat, waarbij de eerste kwartgolfplaat is ingericht voor het ontvangen en reflecteren van de eerste bundel.

18. Interferometersamenstel volgens conclusie 16, verder omvattende een tweede aan het polariserende bundelsplitsingsdeelsamenstel bevestigde kwartgolfplaat, waarbij de tweede kwartgolfplaat is ingericht voor het ontvangen en 10 doorlaten van de tweede bundel.

19. Interferometersamenstel volgens conclusie 16, waarin ten minste één van het eerste ingangsromboëder-deelsamenstel en het tweede Ingangsromboëder-deelsamenstel eerste en tweede volumes van optisch kwaliteitsglas omvatten die langs eerste en tweede oppervlakken aan elkaar zijn 15 gelijmd, waarbij de lijminterface tussen de eerste en tweede vlakken een amplitudesplitsingsinterface vormt.

20. Interferometersamenstel volgens conclusie 16, verder omvattende ten minste één derde ingangsromboëder-amplitudesplitsend niet-polariserend deelsamenstel voor het ontvangen van een derde bundel, waarbij de derde bundel 20 een frequentie verschillend van de eerste en tweede bundels heeft.

21. Interferometersamenstel volgens conclusie 16, waarin het samenstel monolithisch is.

22. Verplaatsingsmetingsinterferometersysteem, omvattende: een laserbron voor het genereren en emitteren van ten minste 25 eerste referentie- en tweede meetlaserbundels, waarbij de eerste laserbundel een eerste frequentie verschillend van de tweede frequentie heeft; een eerste polariserende bundelsplitser voor het ontvangen van de door de laserbron geëmitteerde eerste en tweede bundels, waarbij de polariserende bundelsplitser de eerste bundel niet ringvormig scheidt van de tweede bundel en 30 gescheiden eerste en tweede uitgangsbundels verschaft, en een interferometersamenstel omvattende eerste en tweede ingangsromboëder-amplitudesplitsende niet-polariserende deelsamenstellen, en een tweede polariserend bundelsplitsingsdeelsamenstel, waarbij de ingangsromboëder-deelsamenstellen zijn ingericht voor het ontvangen van de eerste en tweede uitgangsbundels van de eerste polariserende bundelsplitser, waarbij de eerste en tweede ingangsromboëder-deelsamenstellen afgesplitste 5 amplitudedelen van de eerste en tweede bundels reflecteren en doorlaten naar de tweede polariserende bundelsplitser en een daarin aangebrachte polariserende bundelsplitsingsinterface.

23. Verplaatsingsmetingsinterferometersysteem volgens conclusie 22, verder omvattende een eerste kwartgolfplaat met een eerste ingangsvlak.

24. Verplaatsingsmetingsinterferometersysteem volgens conclusie 23, waarin het eerste ingangsvlak van de eerste kwartgolfplaat aan een vlak van de polariserende bundelsplitser is bevestigd.

25. Verplaatsingsmetingsinterferometersysteem volgens conclusie 23, verder omvattende een tweede kwartgolfplaat met een tweede ingangsvlak.

26. Verplaatsingsmetingsinterferometersysteem volgens conclusie 25, waarin het tweede ingangsvlak van de tweede kwartgolfplaat aan een vlak van de polariserende bundelsplitser is bevestigd.

27. Verplaatsingsmetingsinterferometersysteem volgens conclusie 22, waarin het systeem is ingericht om te werken als een interferometersysteem met 20 enkele doorloop.

28. Verplaatsingsmetingsinterferometersysteem volgens conclusie 22, waarin het systeem is ingericht om te werken als een interferometersysteem met dubbele doorloop.

29. Verplaatsingsmetingsinterferometersysteem volgens conclusie 22, 25 waarin het systeem is ingericht om te werken als een interferometersysteem met drie of meer optische assen.

30. Verplaatsingsmetingsinterferometersysteem volgens conclusie 22, waarin het systeem verder ten minste één kubische hoekreflector omvat voor het reflecteren van ten minste één van een meetbundel en een referentiebundel.

31. Verplaatsingsmetingsinterferometersysteem volgens conclusie 22, waarin ten minste één van het eerste ingangsromboëder-deelsamenstel, het tweede ingangsromboëder-deelsamenstel en het tweede polariserende bundelsplitsings- deelsamenstel monolithisch is.

32. Verplaatsingsmetingsinterferometersysteem volgens conclusie 22, waarin de verplaatsingsinterferometer monolithisch is.

33. Verplaatsingsmetingsinterferometersysteem volgens conclusie 22, 5 waarin het systeem verder ten minste één terug reflecterende kubische hoekreflector en een vlakke spiegel omvat voor het ontvangen en reflecteren van de tweede meetbundel.

34. Verplaatsingsmetingsinterferometersysteem volgens conclusie 22, waarin het systeem verder eerste en tweede detectoren omvat voor het ontvangen 10 van door het interferometersamenstei afgegeven eerste en tweede bundels.

35. Verplaatsingsmetingsinterferometersysteem volgens conclusie 22, waarin het systeem verder een terugkoppelstuursysteem omvat voor het instandhouden van een constant uitgangssignaal van de laserbron.

36. Verplaatsingsmetingsinterferometersysteem volgens conclusie 22, 15 waarin het systeem verder een tussen de eerste polariserende bundelsplitser en het interferometersamenstei aangebrachte isolator omvat, waarbij de isolator ten minste gedeeltelijk de eerste bundel ruimtelijk en optisch isoleert van de tweede bundel.

37. Verplaatsingsmetingsinterferometersysteem volgens conclusie 36, waarin de isolator eerste en tweede vezeloptische middelen omvat voor het isoleren 20 van de eerste en tweede bundels.

38. Werkwijze voor het vervaardigen van een monolithisch interferometersamenstei, welke werkwijze omvat het: verschaffen van een eerste ingangsromboëder-deelsamenstel met een eerste ingangsoppervlak en een eerste uitgangsoppervlak, waarin een eerste 25 amplitudesplitsende niet-polariserende interface is aangebracht; verschaffen van een tweede ingangsromboëder-deelsamenstel met een tweede ingangsoppervlak en een tweede uitgangsoppervlak, waarin een tweede amplitudesplitsende niet-polariserende interface is aangebracht; verschaffen van een polariserend bundelsplitserdeelsamenstel 30 omvattende ten minste eerste, tweede en derde vlakken en met een daarin aangebrachte polariserende bundelsplitsingsinterface; direct bevestigen van het eerste uitgangsoppervlak van het eerste ingangsromboëder-deelsamenstel aan het eerste vlak van het polariserende bundelsplitsingsdeelsamenstel; direct bevestigen van het tweede uitgangsoppervlak van het tweede ingangsromboëder-deelsamenstel aan het tweede vlak van het polariserende 5 bundelsplitsingsdeelsamenstel; waarbij in de ingangsromboëder- en de polariserende bundel-splitsingsdeelsamenstellen zijn ingericht en aan elkaar bevestigd om het mogelijk te maken dat eerste en tweede bundels die respectievelijk eerste en tweede frequenties hebben het interferometersysteem ruimtelijk gescheiden kunnen 10 binnengaan via respectievelijk de eerste en tweede ingangsoppervlakken, waarbij de eerste en tweede ampiitudesplitsende, niet-polariserende interfaces zijn ingericht om de eerste en tweede bundels te splitsen.

39. Werkwijze voor het vervaardigen van een monolithisch interferometersamenstel volgens conclusie 38, waarin het eerste uitgangsoppervlak 15 aan het eerste vlak is gelijmd.

40. Werkwijze voor het vervaardigen van een monolithisch interferometersamenstel volgens conclusie 38, waarin het tweede uitgangsoppervlak aan het eerste vlak is gelijmd. 20 1031618