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光学干涉仪和具有这种光学干涉仪的振动计的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种光学干涉仪，其具有用于射入输出光束的输出光束-光束输入端和将输出光束分成至少一束第一部分光束和第二部分光束的分光装置，其中，干涉仪被设计外差干涉仪，具体而言，在干涉仪光路内设置至少一个光学频移器；和其中，干涉仪具有一个或多个光波导元件，利用光波导元件至少在输出光束-光束输入端、分光装置和频移器之间形成光波导。本发明特征在于，频移器设置在第一或第二部分光束的光路内。
【专利说明】光学干涉仪和具有这种光学干涉仪的振动计

【技术领域】
[0001]本发明涉及根据权利要求1的前序部分的光学干涉仪以及具有这种光学干涉仪的振动计。

【背景技术】
[0002]借助于干涉仪，输出光束利用分光装置分成至少一束第一和第二部分光束，这两束部分光束至少局部通过分开的光道引导，最后，这两束部分光束又叠加形成干涉。干涉仪已知被实施为例如马赫曾德尔干涉仪或迈克尔逊干涉仪。
[0003]在此本发明涉及被设计成外差干涉仪的干涉仪。这种外差干涉仪在干涉仪光路内具有至少一个光学频移器，按照典型方式在至少两束部分光束的其中一束的光路内。
[0004]这种干涉仪尤其应用于精确确定物体长度、运动或振动的测量技术。
[0005]由EP O 448 751 BI已知一种具有铌酸锂晶体的外差干涉仪。该干涉仪具有偏振旋转和频率偏移的变频器。在此，输出光束尤其利用两个声光构件分成两束偏振不同、强度大约相同的部分光束，这些部分光束通过偏振分光器分开。


【发明内容】

[0006]本发明任务在于进一步改进前面已知的光学干涉仪，尤其是提高干涉仪的构件的可靠性和可复制性。
[0007]该任务通过根据权利要求1的光学干涉仪解决。在权利要求2至7中以及尤其是针对包括本发明干涉仪的本发明振动计的权利要求8至14中，可以找到本发明干涉仪的有利实施方式。就此，全部权利要求的文字明确地通过参引而纳入本说明书。
[0008]本发明干涉仪具有用于射入输出光束的输出光束-光束输入端以及用于将输出光束分成至少第一部分光束和第二部分光束的分光装置。通过在所述干涉仪的光路内设置至少一个光学频移器，使得所述干涉仪被设计成外差干涉仪(heterodynesInterferometer)。第一部分光束的频率可以因此利用频移器至少相对于第二部分光束的频率而移位，从而干涉信号具有载波频率。
[0009]所述干涉仪包括一个或多个光波导元件，利用所述光波导元件至少在输出光束-光束输入端、分光装置和频移器之间形成光波导。
[0010]重要的是，频移器设置在第一或第二部分光束的光路内。
[0011]由于在从输出光束-光束输入端出发的光路内，分光装置设置在频移器前方，所以本发明干涉仪在结构方面原则上不同于前面已知的干涉仪，尤其是由EP O 448 751 BI已知的干涉仪。
[0012]由此得到包括前面已述结构优点的波导元件，其中可以形成仅少量且尤其是完全没有自由光束分量的紧凑和坚固实施方式，此外通过在第一或第二部分光束的光路内设置频移器使得对分光装置和频移器的构造提出的要求更少:尤其不重要的是，频移器和分光器被设计成彼此协调一致的光偏振器件。
[0013]因而在分光装置和频移器的设计和参数化中，在保留应用波导元件优点的情况下，相对于已知干涉仪得到了更大的设计范围。此外， 申请人:的研究表明，根据前述现有技术构造彼此协调一致的偏振分光装置和频移器对这种光学器件的生产提出非常高的要求，从而可以获得的可复制性较低，因而在制造过程中次品率和成本较高。本发明干涉仪避免了这些缺点。
[0014]本发明基于这样的认识，S卩，在声光频移器中总会保留未移位的频率部分，存在朝向相反移位方向的分量和更高阶的谐波分量。这些干扰光线分量对干涉仪的信号特性产生极其负面的影响。本发明目的是由此降低干扰分量，即，在频移器前利用附加的分光器，尤其是非偏振分光器得到干涉仪臂的光线。这些分光器按照特别有利的方式可在集成LiNbO3光学器件中制成，比偏振分光器更为可靠。因此，可给干涉仪臂提供噪声和干扰非常少的光线。干扰光线分量可能仅出现在带频移器的臂中。为此可以在频移器后通过偏振滤波器将错误偏振的干扰光线降至最低。在EP O 448 751 BI所述的解决方案中，在基准光线中不可避免地用到这些分量，而此处所述解决方案允许通过偏振滤波来进行降低。EP O 448 751 BI中的偏振分光器结构的任务还包括能够调节两个臂中的辐射功率分配。本发明在此基于这样的认识，即，在非偏振波导分光器中，在频移器之前就可以通过固定或可调节的尤其是可电子调节的分光比例进行分光。因而具有偏振分光器的、根据自由光束光学系统已知的系统现在也可以利用非偏振波导分光器转用于波导系统。
[0015]优选至少在输出光束-光束输入端、分光装置和频移器之间的光路仅被设计成中间连接了或尤其优选没有连接其他光学器件的波导。由此得到坚固结构并且避免了自由光束射入波导元件或从波导元件射出时的强度损失。因而尤其有利的是，至少在输出光束-光束输入端、分光装置和频移器之间，按照一个优选实施方式的本发明干涉仪不具有自由光束，即，在波导之外没有光路，尤其没有自由光束作为在外部环境中的光路。
[0016]本发明干涉仪的波导元件优选被设计成平面波导和/或光纤。尤其优选的是，本发明干涉仪的所有波导元件优选被设计成平面波导和/或光纤。
[0017]在本发明范围内，干涉仪的光路局部利用平面波导以及局部利用光纤构成。如此得到特别坚固的结构，即，至少在输出光束-光束输入端、分光装置和频移器之间，整个光路仅利用平面波导构成。应用光纤情况下尤其可以应用自身已知的玻璃纤维。
[0018]应用光纤尤其可以实现利用光纤的商业标准插头尤其是FC/APC插头来连接光学干涉仪与其他器件，如光源或测量光学器件。
[0019]在本发明干涉仪的另一优选实施方式中，分光装置是非偏振的。 申请人:研究表明，由此与根据现有技术已知的利用波导构造的干涉仪相比干扰频率得到抑制(如前已述)。
[0020]在另一优选实施方式中，频移器被设计成双折射波导。由此，一方面频移器直接与干涉仪的光学波导元件相连，从而避免强度损失。另外通过被设计为双折射波导避免了根据现有技术已知的频移器(例如布拉格盒)尤其由于温度依赖性而显示出的缺点。
[0021]因而频移器优选被设计成声光频移器。
[0022]尤其有利的是，频移器尤其被设计成可受到压电影响的波导。由此可以其自身已知的方式利用相应构造的电子控制单元简单操控频移器。按照有利方式，频移器如此构造，即，利用电声转换器的帮助生成表面声波，之后在波导的选定范围内与光线如此相互作用，即，一部分光线朝向另一偏振方向频移地转换。尤其有利的是，频移器被设计成铌酸锂频移器，尤其是LiNbO3频移器，例如由EP O 448 751 BI已知。
[0023]通过将频移器设计成双折射波导，利用频移器使偏振频移地朝向第二偏振方向转移。对此，优选利用温度(影响与波长有关的折射指数)的帮助，将波长和/或移频准确设定为用于频移的脉冲和能量条件。
[0024]因而，干涉仪优选具有至少一个偏振滤波器，在其中设有频移器的部分光束内，偏振滤波器设置在频移器下游，从而频移器设置在偏振滤波器和分光装置之间。偏振滤波器与频移器相互作用，从而偏振滤波器仅可透过下述光线，所述光线具有通过频移器频移后的光线的偏振。由于偏振滤波器中可能出现的具有其他偏振的其他光束分量被吸收，所以频移后的光束利用偏振滤波器得到了 “清洁”。
[0025]在另一有利实施方式中，光学干涉仪具有至少一个附加频移器。频移器设置在部分光束的光路内，而附加频移器设置在两束部分光束的另一部分光束的光路内。附加频移器如此构造，即，其产生“对立于频移器的频率变化”的频率变化。因而在该有利实施方式中通过附加频移器产生了第一和第二部分光束之间的增大的频率差。此外，与频率影响相对较大地应用仅一个频移器相比，应用频移器和附加频移器的优点在于形成干涉信号的更小载波频率。
[0026]在本发明干涉仪的另一有利实施方式中，分光器用于分开至少两束强度不同的部分光束。该优选实施方式基于 申请人:这样的认识，即，针对典型应用和尤其在将本发明干涉仪集成到振动计内时(如下所述)有利的是:一束部分光束具有更强的强度。第一部分光束的强度优选大于等于两束部分光束的总强度的60%，优选大于等于70%，进一步优选大于等于80%,尤其是大约为85%。因而尤其有利的是,第一部分光束与第二部分光束的划分比例为60:40至90:10优选70:30至85:15。
[0027]按照有利方式，分光器被设计成能够生成可选预定的强度比例，尤其是根据前面作为有利方式所述的强度比例。从而第一和第二测量光束之间的强度比例可以适用于测量条件。尤其有利的是可电子控制的分光器。
[0028]本发明干涉仪适用于单光束以及多通道振动计的多种应用，例如适用于所有装有1550nm红外线的外差干涉仪。通过该结构可以实现的与外差相关联的增强允许通过强度振幅调制按照最大限度限制散粒噪声的方式检测相位。因此，移位器也可以有利地用于电信、LIDAR和生成频率室。
[0029]本发明干涉仪尤其适于集成到振动计中:
[0030]因而，本发明包括一种用于干涉仪式测量物体的振动计，其包括辐射源、本发明干涉仪或与此有关的优选实施方式、光学叠加装置和至少一个第一检测器。辐射源和干涉仪如此相互作用，即，由辐射源生成的光束作为输出光束可以射入干涉仪的输出光束-光束输入端。
[0031]干涉仪以其自身已知的方式构造，S卩，第一部分光束可以作为测量光束成像到要测量物体上，而叠加装置和第一检测器如此相互作用，即，作为接收光束的、由物体至少部分反射的测量光束与基准光束在第一检测器的至少一个检测器表面上至少部分叠加以形成干涉。本发明振动计因而原则上可以对应于此前已知的外差干涉仪的结构。然而重要的是，振动计的干涉仪被设计成本发明干涉仪或者与此相关的优选实施方式。
[0032]利用本发明振动计可以其自身已知的方式确定要测量物体在测量光束的光轴方向上的物体表面运动以及基于外差结构也确定物体表面的运动方向。
[0033]在此，本发明振动计可以如此构造，即，第一部分光束是测量光束。
[0034]优选地，振动计具有成像光学器件，其用于将测量光束成像到要测量物体表面的对应测量点上。尤其是，成像光学器件按照有利方式用于将测量光束聚焦到远离的测量物体上，尤其是超过5m，超过10m，尤其是超过10m远的测量物体上。
[0035]在此优选的是，在成像光学器件和干涉仪之间，测量光束和接收光束的光路利用波导元件尤其是利用光纤形成。由此得到这样的优点，即，获得坚固结构，并且在成像光学器件和干涉仪之间不需要空间调整，而是仅在波导元件的射入点与成像光学器件之间需要。
[0036]在本发明振动计中有利的是，如前述，分光器被构造用于分开至少两束强度不同的部分光束。在此，测量光束与基准光束相比优选具有更强的强度，尤其是大于等于测量光束和基准光束的总强度的60%，优选大于等于70%，进一步优选大于等于80%。
[0037]此优选实施方式的优点是，按照典型方式，基准光线的相对较弱的强度足以实现利用检测器充分分析干涉信号，尤其是得到散粒噪声阈值。相反，在测量光束中期望一个尽量强的强度，尤其是假如待测量物体不具有镜反射和/或散射的表面。
[0038]因而尤其有利的是，频移器设置在基准光束的光路内，这是因为经过频移器时通过转换产生的损失至少略微降低，强度也至少略微削弱。
[0039]本发明振动计优选被设计成多通道振动计。在此设置附加的测量光束-分光器和附加的基准光束-分光器。利用测量光束-分光器生成大量测量部分光束，它们相应成像到要测量物体，优选成像到要测量物体表面的不同位置点，由物体反射和/或漫射的测量部分光束作为接收部分光束又进入振动计的光路。相应地，利用基准光束分光器将基准光束分为多束基准部分光束。振动计至少针对各个测量部分光束包括检测器，在所述检测器上，对应于测量部分光束的接收部分光束与基准部分光束叠加。
[0040]因而在该有利实施方式中尤其可以按照位置解析的方式测量物体，不必非要应用扫描方法。同样在本发明范围内的是，除了按照位置解析的方式测量之外，还执行扫描方法以便执行多个彼此并行的按照位置解析方式的测量。
[0041]振动计的检测器优选被设计成“平衡检测器”。在检测器的这种其自身已知的构造方式中，检测器具有至少两个部分检测器，其中，在各个部分检测器上，相应一对测量部分光束和基准部分光束叠加。根据两个部分检测器的测量信号以其自身已知的方式算出总测量信号。这种平衡检测器也被称为差分检测器。尤其是在振动计被设计成多通道振动计中有利的是，所有部分光束的检测器均被设计成平衡检测器。
[0042]在另一有利实施方式中，本发明振动计尤其根据DE102012211549作为“分集振动计”构成并根据接收分集原理分析测量信号:
[0043]为此,分光装置用于将输出光束分成测量光束、第一基准部分光束和至少一个第二基准部分光束，并且用于将接收光束分成第一接收部分光束和至少一个第二接收部分光束。振动计具有至少一个第二检测器并且是如此构造的，即，相应在形成光学干涉情况下，第一接收部分光束与第一基准部分光束在第一检测器的检测表面上叠加，第二接收部分光束与第二基准部分光束在第二检测器的检测表面上叠加。振动计包括分析单元，其用于分析第一和第二检测器的测量信号。所述分析单元被构成为按照接收分集原理分析两个检测器的测量信号。在此有利的是，频移器设置在测量光束的光路内，这是因为在基准光束的光路内已经设有旨在将基准光束分为至少两束基准部分光束的分光装置。
[0044]这种作为分集振动计的优选实施方式基于 申请人:这样的认识，S卩，物体表面往往如此影响测量光束，即，导致测量精度降低或者甚至测量失败:
[0045]干涉仪式测量物体的装置以及尤其是振动计的广泛使用性归功于，这些装置不仅用于测量具有被认为理想的光学反射表面的测量物体，而且用于测量具有不配合且尤其粗糙的表面的物体。测量光束按照典型方式从粗糙表面漫射，因而接收光束的强度分布出现散斑。散斑源于测量光束的相位差，其基于测量物体表面粗糙度而在与装置保持间距的不同物体点上被散射，由此导致在各个方向上与产生的总强度无关地得到彼此明显不同的值。因而视测量物体的特性和取向而定可以得到非常强的总强度；然而同样可能的是，基于相位区别得到非常弱或者甚至为O的强度。在检测器的检测器表面上，具有不同相位的许多漫射光线量值的干涉导致总强度出现强烈波动。
[0046]因为物体上待测位置或速度的噪声级随着信号强度的下降而增大，所以测量质量与散斑图案有关。然而散斑图案是可变的，并且尤其是与物体表面的当前测量点和取向有关地波动。
[0047]此外，散斑之间的前述相位差作为“虚假”的运动而被测量:基于散斑之间的相位差可以在测量信号强度内形成深的丢失(所谓的“信号失落”)，这是因为光线量值可能会完全相互抵消。检测器测量信号的分析在物体测量表面位置处得到“虚假”的跳变，该跳变大约相当于测量光束所用波长的四分之一。由此相应例如在所分析的速度中得到较高峰值，然而该峰值在物体真实运动中未找到对应。
[0048]如果还执行扫描测量(其中测量光束移动经过物体的多个测量点)和/或当装置的辐射源和物体表面未彼此最优固定和/或当通过大气环境的纹影效果得到测量光束的偏转，那么接收的散斑图案发生变化，可分析信号失真并且尤其是暂时具有深的信号丢失。
[0049]分集振动计现在利用这样的认识，即前述信号丢失按照典型方式偶尔(然而在统计学上可说明)出现，在常见测量条件下仅涉及测量时间或物体表面上要测量的测量点的较低百分比。如果现在两个或多个无关原始信号在不同时间点具有前述信号失落，而原始信号在统计学上是独立的或者至少大约或优选大致在统计学上是独立的，那么在两个测量信道中同时出现丢失的概率等于各个单独信道其概率的乘积。组合概率与针对单独信道相比非常低。因此，这意味着，可以明显降低前述信号失落的概率。
[0050]接收分集原理在无线电传输【技术领域】是已知的，在那里也称为天线分集。在天线分集中，无线信号接收器至少具有两个天线，相应地在电平或最优信噪比方面评估这两个天线的信号并基于此评估将其中一个信号用于分析。
[0051]现在分集振动计将接收分集原理转用于干涉仪式测量物体:
[0052]通过将基准光束分成第一和第二基准部分光束以及将接收光束分为第一和第二接收部分光束并且通过在第一和第二检测器的检测器表面上相应如前所述的叠加而提供了至少两个检测器的独立测量信号，它们可以类似于天线分集中的两个接收器进行比较。
[0053]在分集振动计中还重要的是，结合质量标准进行分析，该质量标准可以实现第一检测器测量数据质量与第二检测器测量数据质量的比较分析，根据相应算出的质量，这种分析或者基于两个检测器之一的仅一个测量信号或者基于两个检测器的组合测量信号，其中，上述组合也可以视当前质量而定地包括加权。
[0054]因而，对于分集振动计而言重要的不仅是利用两个检测器分析接收光束的数据，而且还有利用两个检测器关于不同标准分析接收光束。因此，利用第一检测器至少局部分析接收光束内所含的其他信息，与(至少局部)利用第二检测器分析的接收光束信息相比较。
[0055] 申请人:的研究表明，优选关于至少其中一个下列标准执行接收光束内所含信息的前述信息分开以及分配给第一检测器(一方面)和分配给第二检测器(另一方面):
[0056]a)关于偏振的分开
[0057]在此接收光束的不同偏振分量成像到第一和第二检测器上。这尤其对具有漫射表面的要测量物体是有利的。尤其是非金属表面按照典型方式是漫射面。已知的是，在非金属表面上漫射的光线丧失其预先定义的偏振，因而是随机偏振的，参见Goodman, Jospeh W.的“Speckle phenomena in optics，，,第 47 页，2007Roberts and Company Publishers。
[0058]尤其是在这种漫射表面上，关于偏振的拆分提供了可廉价实现的在第一和第二检测器上生成测量信号的可能性，其中，第一测量检测器测量信号的信号丢失与第二测量检测器测量信号的信号丢失在统计学上是无关的或至少大致在统计学上无关的。
[0059]b)空间分开
[0060]在此，接收光束在空间上分成光束横截面的至少第一和第二子区域，第一子区域传输至第一检测器，第二子区域传输至第二检测器。
[0061]因而如此实施空间分开，S卩，光束横截面的子区域或者传输至检测器I或者传输至检测器2。在一个优选实施方式中，接收光束分成右半部分作为第一子区域和左半部分作为第二子区域，即，光束横截面一半属于第一子区域，一半属于第二子区域。
[0062]在该变形方式中，接收光束的空间信息因此而被分开。 申请人:研究表明，尤其在金属表面情况下，这种接收光束的空间分开同样使得第一检测器信号的信号丢失与第二检测器测量信号的信号丢失按照期望在统计学上无关或至少大致在统计学上无关。
[0063]c)模分开
[0064]在此如此分开接收光束，即，相对于检测器2，至少局部不同的光束模尤其是光束横模传导至检测器I。例如可以仅将接收光束的高斯基模传导至检测器1，仅将接收光束的其他分量传导至检测器2，尤其是无高斯基模的更高光束模。
[0065]关于接收光束的不同光束模的分开，使得第一检测器测量信号的信号丢失与第二检测器测量信号的信号丢失在统计学上无关或者至少在统计学上几乎无关。
[0066]分集振动计在此可以类似于根据DE102012211549.8的实施方式来实施。DE102012211549.8明确地通过参引纳入本说明书。

【专利附图】

【附图说明】
[0067]以下结合【专利附图】

【附图说明】其他优选特征和实施方式。图中:
[0068]图1是本发明干涉仪的一个实施例；
[0069]图2是本发明振动计的一个实施例，其被设计成多通道振动计；以及
[0070]图3是本发明振动计的一个实施例，其可以根据接收分集原理进行测量。

【具体实施方式】
[0071]图1至图3示出示意性视图。在图中,相同附图标记表示相同或作用相同的元件。
[0072]图1示出本发明干涉仪的一个实施例。该光学干涉仪具有被设计成光纤输入端的输出光束-光束输入端I。设有第一光纤Fl,以便福射源的光线能够射入第一光纤F1。光学干涉仪具有平面波导结构2。在该平面波导结构中，全部光路被设计成平面波导。
[0073]该平面波导结构被设计成LiNbO3波导结构。
[0074]第一光纤Fl将输出光束-光束输入端的输出光束射入平面波导结构2。将输出光束利用分光装置3分成第一部分光束4和第二部分光束5。
[0075]该干涉仪被设计成外差干涉仪，其中，在第一部分光束4的光路中设置被设计成LiNbO3频移器的光学频移器6。
[0076]第一部分光束在经过频移器6之后射入第二光纤F2,第二部分光束5射入第三光纤F3。
[0077]由于利用光纤或平面波导形成全部光路并且由于应用了 LiNbO3频移器，所以获得了极其坚固和可良好再现的结构，该结构还可以紧凑地构造。
[0078]此外，分光装置3被设计成非偏振分光器，从而进一步提高可再现性。
[0079]分光装置3还如此构造，即，输出光束以约20:80的强度比分开，从而第一部分光束4的强度与第二部分光束5的强度相比更弱。频移器6也可以设置在其强度与第一部分光束4相比更弱的第二部分光束5的光路内。
[0080]此外，在其中设置频移器6的那些部分光束的光路内，根据图1因而在此可以在第一部分光束4光路内，在平面波导结构2和第二光纤F2之间的过渡部上设置偏振滤波器(附图标记Pl)，偏振滤波器匹配于利用频移器6频移的光束的偏振，从而利用偏振滤波器Pl滤出第一部分光束4的其他分量光束(它们不具有由频移器6规定的偏振)，第一部分光束4由此“得到清洁”。
[0081]根据图1的干涉仪还具有未示出的光学元件，以便将第一部分光束与第二部分光束叠加以形成干涉。
[0082]图2示出本发明振动计的第一实施例，其被设计成多通道振动计。
[0083]振动计包括辐射源7用于在红外线范围内生成例如波长为1550nm的输出光束。辐射源7的输出光束直接射入光纤，辐射源7利用商用标准FC/APC插头与振动计的干涉仪8 (虚线圈内)的第一光纤Fl相连。
[0084]干涉仪8具有平面波导结构2，其与根据图1的平面波导结构2相同并且具有图1示出而图2未示出的元件:
[0085]利用第一光纤Fl射入平面波导结构2的输出光束利用设计成非偏振分光器的分光装置3被分成第一部分光束4和第二部分光束5。在第一部分光束4的光路内设置被设计成LiNbO3频移器的频移器。第一部分光束4射入第二光纤F2，第二部分光束5射入第三光纤F3。
[0086]分光装置3如此构造，即，第一部分光束具有第一和第二部分光束的总强度的大约 80%。
[0087]第一部分光束4在根据图2的振动计中充当测量光束:通过多束光纤将第一部分光束4传导至测量光束分光器9并利用测量光束分光器将其分成强度大约相同的五束测量光束。这五束测量光束同样利用光纤传导至测量光束-光束输出端(参见第一测量光束-光束输出端的示例性附图标记MSA)。在那里连接了其他光纤，它们将相应的部分测量光束传导至成像光学器件(图2中示例性示出第一测量部分光束的成像光学器件AO)。利用成像光学器件将该部分测量光束成像到要测量物体MO表面上的对应测量点上。至少局部反射和/或漫射的部分测量光束作为接收光束通过成像光学器件AO又射入光纤并且传导至振动计的接收光束-光束输入端(图2中附图标记ESE示例性表示第一接收部分光束的接收光束-光束输入端)。在各个接收部分光束-光束输入端上均设有光纤(示例性示出第一接收部分光束的第四光纤F4)。利用第四光纤F4将第一接收部分光束传导至第一平衡分光器10。
[0088]射入第三光纤F3的第二部分光束5充当基准光束:
[0089]基准光束利用光纤传导至基准光束分光器10并且分成强度大约相同的五束基准部分光束。
[0090]如示例性针对第一基准部分光束所述的那样，第一基准部分光束利用第五光纤F5和其他光纤同样传导至平衡分光器10。利用平衡分光器10使得第一基准部分光束和第一接收部分光束叠加，该叠加光束在此利用偏振分光器按照已知的平衡检测器的方式分成两束部分光束。
[0091]第一检测器12a相应具有两个部分检测器，两个平衡部分光束的其中一个相应成像在它们的检测表面上，从而可以按照平衡检测器自身已知的方式进行信号分析。
[0092]四个其他平衡检测器12b至12e的光束引导以类似方式构成。
[0093]因而利用根据图2的振动计可以非扫描地且按照位置解析的方式测量物体MO上的位置不同的五个测量点，其中，针对各个测量点分别执行根据平衡检测器分析的分析。
[0094]就许多应用而言，能够看到测量光束对于使用者是重要的。因而在本实施例中规定，测量光线通过WDM(波分复用:Wave length Devis1n Multiplexing)稱合器将附加可见的光线(其在此利用LED100生成)射入红外激光光束的成像光学器件。然而因为这种耦合器非常昂贵，所以另选可以将用于发射光线的FC/APC光纤接口连接在可见光线的接口上。
[0095]除了成像光学器件A0，振动计的组件设置在壳体101内，从而测量部分光束的取向调整可以仅通过调准成像光学器件来实施，而不需要移动壳体。
[0096]图3示出本发明振动计的第二实施例，其可以按照分集原理进行分析:
[0097]基本结构与根据图2的振动计结构相同:
[0098]利用辐射源7生成红外线范围内的输出光束(例如波长为1550nm)，其通过分光装置3分成第一部分光束4和第二部分光束5。第一部分光束4充当测量光束并且经过其光束输出端上设有偏振滤波器Pl的频移器6。利用光纤将测量光束传导至成像光学器件A0，以便成像到测量物体MO表面的测量点上。
[0099]由测量物体表面至少局部反射和/或漫射的测量光束作为接收光束再次通过成像光学器件AO进入振动计光路。
[0100]现在重要的是，通过偏振分光器PBS将接收光束分成两束接收部分光束。
[0101]在根据图2的振动计中同样存在多束接收部分光束，然而在这里，在根据图2的振动计中，各束接收部分光束分别被分配给测量物体表面上的另一位置点。
[0102]相反，在根据图3的振动计中，两束接收部分光束被分配给测量物体表面的相同位置点，然而基于通过偏振分光器PBS的划分，关于它们的偏振彼此区别开来。
[0103]由此生成两束接收部分光束，它们可以按照分集接收方式分析两个在统计学方面不相关的检测信号:
[0104]振动计包括第一检测器12A以及第二检测器12B。这两个检测器以其自身已知的方式被设计成平衡检测器。
[0105]此外，振动计还包括基准光束分光器11，利用基准光束分光器将基准光束分成强度大约相同的两束部分光束。
[0106]利用第一检测器12A分析第一基准部分光束和第一接收部分光束之间的干涉信号。类似地利用第二检测器12B分析第二基准部分光束和第二接收部分光束的干涉信号，相应按照平衡检测器分析方式。
[0107]现在重要的是，检测器12A和检测器12B的干涉信号分配给测量物体MO表面上的相同测量点，然而基于不同偏振而在统计学方面彼此不相关。
[0108]因而可以按照分集接收方式形成总干涉信号，例如相应应用两个信号中的更强信号进行分析，或者与它们信号强度成比例地加权两个信号形成总干涉信号。
【权利要求】
1.一种光学干涉仪， 其具有用于射入输出光束的输出光束-光束输入端(I)和用于将所述输出光束分成至少第一部分光束(4)和第二部分光束(5)的分光装置(3), 其中，所述干涉仪通过在所述干涉仪的光路内设置至少一个光学频移器(6)而被构成为外差干涉仪，并且 其中，所述干涉仪具有一个或多个光波导元件(2、F2、F3、F4)，利用所述光波导元件至少在所述输出光束-光束输入端(I)、所述分光装置(3)和所述频移器(6)之间形成光波导， 其特征在于， 所述频移器(6)设置在其中一束部分光束的光路内。
2.根据权利要求1所述的干涉仪，其特征在于， 至少在所述输出光束-光束输入端(I)、所述分光装置(3)和所述频移器(6)之间的光路无自由光束地且优选仅被构成为波导，尤其是至少在所述输出光束-光束输入端、所述分光装置和所述频移器之间的光路不具有自由光束。
3.根据前述权利要求之一所述的干涉仪，其特征在于， 所述分光装置(3)是按照非偏振的方式构成的。
4.根据前述权利要求之一所述的干涉仪，其特征在于， 所述频移器(6)被设计成双折射波导，尤其是可按压电方式受到影响的波导，优选的是，所述频移器被设计成声光铌酸锂频移器，尤其是LiNbO3频移器。
5.根据前述权利要求之一所述的干涉仪，其特征在于， 所述干涉仪具有至少一个偏振滤波器(P1)，在其中布置有所述频移器的部分光束内，所述频移器(6)设置在所述偏振滤波器(Pl)和所述分光装置(3)之间。
6.根据前述权利要求之一所述的干涉仪，其特征在于， 所述分光装置(3)被构造用于分开至少两束强度不同的部分光束，尤其是，第一部分光束的强度大于等于两束部分光束的总强度的60%，优选大于等于70 %，进一步优选大于等于80%。
7.根据前述权利要求之一所述的干涉仪，其特征在于， 一个或多个光波导元件被设计成平面波导道和/或光纤，尤其是，至少在所述光束输入端、所述分光装置和所述频移器之间的光路利用平面波导道构成。
8.一种用于干涉仪式测量物体(MO)的振动计，其包括辐射源(7)、根据前述权利要求之一所述的干涉仪和至少一个第一检测器(12a)，其中，所述辐射源和所述干涉仪如此协同工作，即，由所述辐射源(7)生成的光束能够作为输出光束射入所述输出光束-光束输入端， 其中，所述干涉仪被构成用于将作为测量光束的所述第一部分光束成像到所述物体(MO)上；并且 其中，所述干涉仪和所述第一检测器如此协同工作，即，作为接收光束的、由所述物体(MO)至少部分反射的测量光束与基准光束在所述第一检测器(12a)的至少一个检测器表面上至少部分叠加。
9.根据至少根据权利要求6的权利要求8所述的振动计，其特征在于， 所述第一部分光束(4)是测量光束。
10.根据权利要求8至9之一所述的振动计，其特征在于， 所述振动计具有成像光学器件(AO)，其用于将测量光束成像到要测量物体(MO)表面的对应测量点上。
11.根据权利要求10所述的振动计，其特征在于， 在所述成像光学器件(AO)和所述干涉仪之间，测量光束和接收光束的光路是利用波导元件、尤其是利用光纤形成的。
12.根据权利要求8至11之一所述的振动计，其特征在于， 所述分光装置被构造用于将输出光束分成测量光束、第一基准部分光束和至少一束第二基准部分光束以及用于将接收光束分成第一接收部分光束和至少一束第二接收部分光束， 所述振动计具有至少一个第二检测器(12b)并且如此构造，即，在形成光学干涉情况下，所述第一接收光束与第一基准部分光束在所述第一检测器(12a)的检测表面上叠加，并且所述第二接收部分光束与第二基准部分光束在所述第二检测器(12b)的检测表面上叠加，并且 所述振动计具有分析单元，其用于分析所述第一检测器(12a)和所述第二检测器(12b)的测量信号，所述分析单元被构成为按照接收分集原理分析两个检测器的测量信号，尤其是所述频移器(6)设置在测量光束的光路内。
13.根据权利要求12所述的振动计，其特征在于， 所述装置包括至少一个分光单元(PBS)，所述分光单元设置在接收光束和/或第一和/或第二接收部分光束的光路内并且如此构造，即，利用第一检测器和第二检测器能够分析接收光束的不同偏振分量和/或不同光束横截面分量和/或不同的模。
【文档编号】G01H9/00GK104180892SQ201410228112
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年5月27日 优先权日:2013年5月27日
【发明者】迈克尔·沃尔特格, 克里斯蒂安·伦贝, 亚历山大·德雷本施泰特, 托比亚斯·布劳恩 申请人:综合工艺有限公司