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光學干涉儀和具有這種光學干涉儀的振動計的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種光學干涉儀，其具有用于射入輸出光束的輸出光束-光束輸入端和將輸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裝置，其中，干涉儀被設計外差干涉儀，具體而言，在干涉儀光路內設置至少一個光學頻移器；和其中，干涉儀具有一個或多個光波導元件，利用光波導元件至少在輸出光束-光束輸入端、分光裝置和頻移器之間形成光波導。本發明特征在于，頻移器設置在第一或第二部分光束的光路內。
【專利說明】光學干涉儀和具有這種光學干涉儀的振動計

【技術領域】
[0001]本發明涉及根據權利要求1的前序部分的光學干涉儀以及具有這種光學干涉儀的振動計。

【背景技術】
[0002]借助于干涉儀，輸出光束利用分光裝置分成至少一束第一和第二部分光束，這兩束部分光束至少局部通過分開的光道引導，最后，這兩束部分光束又疊加形成干涉。干涉儀已知被實施為例如馬赫曾德爾干涉儀或邁克爾遜干涉儀。
[0003]在此本發明涉及被設計成外差干涉儀的干涉儀。這種外差干涉儀在干涉儀光路內具有至少一個光學頻移器，按照典型方式在至少兩束部分光束的其中一束的光路內。
[0004]這種干涉儀尤其應用于精確確定物體長度、運動或振動的測量技術。
[0005]由EP O 448 751 BI已知一種具有鈮酸鋰晶體的外差干涉儀。該干涉儀具有偏振旋轉和頻率偏移的變頻器。在此，輸出光束尤其利用兩個聲光構件分成兩束偏振不同、強度大約相同的部分光束，這些部分光束通過偏振分光器分開。


【發明內容】

[0006]本發明任務在于進一步改進前面已知的光學干涉儀，尤其是提高干涉儀的構件的可靠性和可復制性。
[0007]該任務通過根據權利要求1的光學干涉儀解決。在權利要求2至7中以及尤其是針對包括本發明干涉儀的本發明振動計的權利要求8至14中，可以找到本發明干涉儀的有利實施方式。就此，全部權利要求的文字明確地通過參引而納入本說明書。
[0008]本發明干涉儀具有用于射入輸出光束的輸出光束-光束輸入端以及用于將輸出光束分成至少第一部分光束和第二部分光束的分光裝置。通過在所述干涉儀的光路內設置至少一個光學頻移器，使得所述干涉儀被設計成外差干涉儀(heterodynesInterferometer)。第一部分光束的頻率可以因此利用頻移器至少相對于第二部分光束的頻率而移位，從而干涉信號具有載波頻率。
[0009]所述干涉儀包括一個或多個光波導元件，利用所述光波導元件至少在輸出光束-光束輸入端、分光裝置和頻移器之間形成光波導。
[0010]重要的是，頻移器設置在第一或第二部分光束的光路內。
[0011]由于在從輸出光束-光束輸入端出發的光路內，分光裝置設置在頻移器前方，所以本發明干涉儀在結構方面原則上不同于前面已知的干涉儀，尤其是由EP O 448 751 BI已知的干涉儀。
[0012]由此得到包括前面已述結構優點的波導元件，其中可以形成僅少量且尤其是完全沒有自由光束分量的緊湊和堅固實施方式，此外通過在第一或第二部分光束的光路內設置頻移器使得對分光裝置和頻移器的構造提出的要求更少:尤其不重要的是，頻移器和分光器被設計成彼此協調一致的光偏振器件。
[0013]因而在分光裝置和頻移器的設計和參數化中，在保留應用波導元件優點的情況下，相對于已知干涉儀得到了更大的設計范圍。此外， 申請人:的研究表明，根據前述現有技術構造彼此協調一致的偏振分光裝置和頻移器對這種光學器件的生產提出非常高的要求，從而可以獲得的可復制性較低，因而在制造過程中次品率和成本較高。本發明干涉儀避免了這些缺點。
[0014]本發明基于這樣的認識，S卩，在聲光頻移器中總會保留未移位的頻率部分，存在朝向相反移位方向的分量和更高階的諧波分量。這些干擾光線分量對干涉儀的信號特性產生極其負面的影響。本發明目的是由此降低干擾分量，即，在頻移器前利用附加的分光器，尤其是非偏振分光器得到干涉儀臂的光線。這些分光器按照特別有利的方式可在集成LiNbO3光學器件中制成，比偏振分光器更為可靠。因此，可給干涉儀臂提供噪聲和干擾非常少的光線。干擾光線分量可能僅出現在帶頻移器的臂中。為此可以在頻移器后通過偏振濾波器將錯誤偏振的干擾光線降至最低。在EP O 448 751 BI所述的解決方案中，在基準光線中不可避免地用到這些分量，而此處所述解決方案允許通過偏振濾波來進行降低。EP O 448 751 BI中的偏振分光器結構的任務還包括能夠調節兩個臂中的輻射功率分配。本發明在此基于這樣的認識，即，在非偏振波導分光器中，在頻移器之前就可以通過固定或可調節的尤其是可電子調節的分光比例進行分光。因而具有偏振分光器的、根據自由光束光學系統已知的系統現在也可以利用非偏振波導分光器轉用于波導系統。
[0015]優選至少在輸出光束-光束輸入端、分光裝置和頻移器之間的光路僅被設計成中間連接了或尤其優選沒有連接其他光學器件的波導。由此得到堅固結構并且避免了自由光束射入波導元件或從波導元件射出時的強度損失。因而尤其有利的是，至少在輸出光束-光束輸入端、分光裝置和頻移器之間，按照一個優選實施方式的本發明干涉儀不具有自由光束，即，在波導之外沒有光路，尤其沒有自由光束作為在外部環境中的光路。
[0016]本發明干涉儀的波導元件優選被設計成平面波導和/或光纖。尤其優選的是，本發明干涉儀的所有波導元件優選被設計成平面波導和/或光纖。
[0017]在本發明范圍內，干涉儀的光路局部利用平面波導以及局部利用光纖構成。如此得到特別堅固的結構，即，至少在輸出光束-光束輸入端、分光裝置和頻移器之間，整個光路僅利用平面波導構成。應用光纖情況下尤其可以應用自身已知的玻璃纖維。
[0018]應用光纖尤其可以實現利用光纖的商業標準插頭尤其是FC/APC插頭來連接光學干涉儀與其他器件，如光源或測量光學器件。
[0019]在本發明干涉儀的另一優選實施方式中，分光裝置是非偏振的。 申請人:研究表明，由此與根據現有技術已知的利用波導構造的干涉儀相比干擾頻率得到抑制(如前已述)。
[0020]在另一優選實施方式中，頻移器被設計成雙折射波導。由此，一方面頻移器直接與干涉儀的光學波導元件相連，從而避免強度損失。另外通過被設計為雙折射波導避免了根據現有技術已知的頻移器(例如布拉格盒)尤其由于溫度依賴性而顯示出的缺點。
[0021]因而頻移器優選被設計成聲光頻移器。
[0022]尤其有利的是，頻移器尤其被設計成可受到壓電影響的波導。由此可以其自身已知的方式利用相應構造的電子控制單元簡單操控頻移器。按照有利方式，頻移器如此構造，即，利用電聲轉換器的幫助生成表面聲波，之后在波導的選定范圍內與光線如此相互作用，即，一部分光線朝向另一偏振方向頻移地轉換。尤其有利的是，頻移器被設計成鈮酸鋰頻移器，尤其是LiNbO3頻移器，例如由EP O 448 751 BI已知。
[0023]通過將頻移器設計成雙折射波導，利用頻移器使偏振頻移地朝向第二偏振方向轉移。對此，優選利用溫度(影響與波長有關的折射指數)的幫助，將波長和/或移頻準確設定為用于頻移的脈沖和能量條件。
[0024]因而，干涉儀優選具有至少一個偏振濾波器，在其中設有頻移器的部分光束內，偏振濾波器設置在頻移器下游，從而頻移器設置在偏振濾波器和分光裝置之間。偏振濾波器與頻移器相互作用，從而偏振濾波器僅可透過下述光線，所述光線具有通過頻移器頻移后的光線的偏振。由于偏振濾波器中可能出現的具有其他偏振的其他光束分量被吸收，所以頻移后的光束利用偏振濾波器得到了 “清潔”。
[0025]在另一有利實施方式中，光學干涉儀具有至少一個附加頻移器。頻移器設置在部分光束的光路內，而附加頻移器設置在兩束部分光束的另一部分光束的光路內。附加頻移器如此構造，即，其產生“對立于頻移器的頻率變化”的頻率變化。因而在該有利實施方式中通過附加頻移器產生了第一和第二部分光束之間的增大的頻率差。此外，與頻率影響相對較大地應用僅一個頻移器相比，應用頻移器和附加頻移器的優點在于形成干涉信號的更小載波頻率。
[0026]在本發明干涉儀的另一有利實施方式中，分光器用于分開至少兩束強度不同的部分光束。該優選實施方式基于 申請人:這樣的認識，即，針對典型應用和尤其在將本發明干涉儀集成到振動計內時(如下所述)有利的是:一束部分光束具有更強的強度。第一部分光束的強度優選大于等于兩束部分光束的總強度的60%，優選大于等于70%，進一步優選大于等于80%,尤其是大約為85%。因而尤其有利的是,第一部分光束與第二部分光束的劃分比例為60:40至90:10優選70:30至85:15。
[0027]按照有利方式，分光器被設計成能夠生成可選預定的強度比例，尤其是根據前面作為有利方式所述的強度比例。從而第一和第二測量光束之間的強度比例可以適用于測量條件。尤其有利的是可電子控制的分光器。
[0028]本發明干涉儀適用于單光束以及多通道振動計的多種應用，例如適用于所有裝有1550nm紅外線的外差干涉儀。通過該結構可以實現的與外差相關聯的增強允許通過強度振幅調制按照最大限度限制散粒噪聲的方式檢測相位。因此，移位器也可以有利地用于電信、LIDAR和生成頻率室。
[0029]本發明干涉儀尤其適于集成到振動計中:
[0030]因而，本發明包括一種用于干涉儀式測量物體的振動計，其包括輻射源、本發明干涉儀或與此有關的優選實施方式、光學疊加裝置和至少一個第一檢測器。輻射源和干涉儀如此相互作用，即，由輻射源生成的光束作為輸出光束可以射入干涉儀的輸出光束-光束輸入端。
[0031]干涉儀以其自身已知的方式構造，S卩，第一部分光束可以作為測量光束成像到要測量物體上，而疊加裝置和第一檢測器如此相互作用，即，作為接收光束的、由物體至少部分反射的測量光束與基準光束在第一檢測器的至少一個檢測器表面上至少部分疊加以形成干涉。本發明振動計因而原則上可以對應于此前已知的外差干涉儀的結構。然而重要的是，振動計的干涉儀被設計成本發明干涉儀或者與此相關的優選實施方式。
[0032]利用本發明振動計可以其自身已知的方式確定要測量物體在測量光束的光軸方向上的物體表面運動以及基于外差結構也確定物體表面的運動方向。
[0033]在此，本發明振動計可以如此構造，即，第一部分光束是測量光束。
[0034]優選地，振動計具有成像光學器件，其用于將測量光束成像到要測量物體表面的對應測量點上。尤其是，成像光學器件按照有利方式用于將測量光束聚焦到遠離的測量物體上，尤其是超過5m，超過10m，尤其是超過10m遠的測量物體上。
[0035]在此優選的是，在成像光學器件和干涉儀之間，測量光束和接收光束的光路利用波導元件尤其是利用光纖形成。由此得到這樣的優點，即，獲得堅固結構，并且在成像光學器件和干涉儀之間不需要空間調整，而是僅在波導元件的射入點與成像光學器件之間需要。
[0036]在本發明振動計中有利的是，如前述，分光器被構造用于分開至少兩束強度不同的部分光束。在此，測量光束與基準光束相比優選具有更強的強度，尤其是大于等于測量光束和基準光束的總強度的60%，優選大于等于70%，進一步優選大于等于80%。
[0037]此優選實施方式的優點是，按照典型方式，基準光線的相對較弱的強度足以實現利用檢測器充分分析干涉信號，尤其是得到散粒噪聲閾值。相反，在測量光束中期望一個盡量強的強度，尤其是假如待測量物體不具有鏡反射和/或散射的表面。
[0038]因而尤其有利的是，頻移器設置在基準光束的光路內，這是因為經過頻移器時通過轉換產生的損失至少略微降低，強度也至少略微削弱。
[0039]本發明振動計優選被設計成多通道振動計。在此設置附加的測量光束-分光器和附加的基準光束-分光器。利用測量光束-分光器生成大量測量部分光束，它們相應成像到要測量物體，優選成像到要測量物體表面的不同位置點，由物體反射和/或漫射的測量部分光束作為接收部分光束又進入振動計的光路。相應地，利用基準光束分光器將基準光束分為多束基準部分光束。振動計至少針對各個測量部分光束包括檢測器，在所述檢測器上，對應于測量部分光束的接收部分光束與基準部分光束疊加。
[0040]因而在該有利實施方式中尤其可以按照位置解析的方式測量物體，不必非要應用掃描方法。同樣在本發明范圍內的是，除了按照位置解析的方式測量之外，還執行掃描方法以便執行多個彼此并行的按照位置解析方式的測量。
[0041]振動計的檢測器優選被設計成“平衡檢測器”。在檢測器的這種其自身已知的構造方式中，檢測器具有至少兩個部分檢測器，其中，在各個部分檢測器上，相應一對測量部分光束和基準部分光束疊加。根據兩個部分檢測器的測量信號以其自身已知的方式算出總測量信號。這種平衡檢測器也被稱為差分檢測器。尤其是在振動計被設計成多通道振動計中有利的是，所有部分光束的檢測器均被設計成平衡檢測器。
[0042]在另一有利實施方式中，本發明振動計尤其根據DE102012211549作為“分集振動計”構成并根據接收分集原理分析測量信號:
[0043]為此,分光裝置用于將輸出光束分成測量光束、第一基準部分光束和至少一個第二基準部分光束，并且用于將接收光束分成第一接收部分光束和至少一個第二接收部分光束。振動計具有至少一個第二檢測器并且是如此構造的，即，相應在形成光學干涉情況下，第一接收部分光束與第一基準部分光束在第一檢測器的檢測表面上疊加，第二接收部分光束與第二基準部分光束在第二檢測器的檢測表面上疊加。振動計包括分析單元，其用于分析第一和第二檢測器的測量信號。所述分析單元被構成為按照接收分集原理分析兩個檢測器的測量信號。在此有利的是，頻移器設置在測量光束的光路內，這是因為在基準光束的光路內已經設有旨在將基準光束分為至少兩束基準部分光束的分光裝置。
[0044]這種作為分集振動計的優選實施方式基于 申請人:這樣的認識，S卩，物體表面往往如此影響測量光束，即，導致測量精度降低或者甚至測量失敗:
[0045]干涉儀式測量物體的裝置以及尤其是振動計的廣泛使用性歸功于，這些裝置不僅用于測量具有被認為理想的光學反射表面的測量物體，而且用于測量具有不配合且尤其粗糙的表面的物體。測量光束按照典型方式從粗糙表面漫射，因而接收光束的強度分布出現散斑。散斑源于測量光束的相位差，其基于測量物體表面粗糙度而在與裝置保持間距的不同物體點上被散射，由此導致在各個方向上與產生的總強度無關地得到彼此明顯不同的值。因而視測量物體的特性和取向而定可以得到非常強的總強度；然而同樣可能的是，基于相位區別得到非常弱或者甚至為O的強度。在檢測器的檢測器表面上，具有不同相位的許多漫射光線量值的干涉導致總強度出現強烈波動。
[0046]因為物體上待測位置或速度的噪聲級隨著信號強度的下降而增大，所以測量質量與散斑圖案有關。然而散斑圖案是可變的，并且尤其是與物體表面的當前測量點和取向有關地波動。
[0047]此外，散斑之間的前述相位差作為“虛假”的運動而被測量:基于散斑之間的相位差可以在測量信號強度內形成深的丟失(所謂的“信號失落”)，這是因為光線量值可能會完全相互抵消。檢測器測量信號的分析在物體測量表面位置處得到“虛假”的跳變，該跳變大約相當于測量光束所用波長的四分之一。由此相應例如在所分析的速度中得到較高峰值，然而該峰值在物體真實運動中未找到對應。
[0048]如果還執行掃描測量(其中測量光束移動經過物體的多個測量點)和/或當裝置的輻射源和物體表面未彼此最優固定和/或當通過大氣環境的紋影效果得到測量光束的偏轉，那么接收的散斑圖案發生變化，可分析信號失真并且尤其是暫時具有深的信號丟失。
[0049]分集振動計現在利用這樣的認識，即前述信號丟失按照典型方式偶爾(然而在統計學上可說明)出現，在常見測量條件下僅涉及測量時間或物體表面上要測量的測量點的較低百分比。如果現在兩個或多個無關原始信號在不同時間點具有前述信號失落，而原始信號在統計學上是獨立的或者至少大約或優選大致在統計學上是獨立的，那么在兩個測量信道中同時出現丟失的概率等于各個單獨信道其概率的乘積。組合概率與針對單獨信道相比非常低。因此，這意味著，可以明顯降低前述信號失落的概率。
[0050]接收分集原理在無線電傳輸【技術領域】是已知的，在那里也稱為天線分集。在天線分集中，無線信號接收器至少具有兩個天線，相應地在電平或最優信噪比方面評估這兩個天線的信號并基于此評估將其中一個信號用于分析。
[0051]現在分集振動計將接收分集原理轉用于干涉儀式測量物體:
[0052]通過將基準光束分成第一和第二基準部分光束以及將接收光束分為第一和第二接收部分光束并且通過在第一和第二檢測器的檢測器表面上相應如前所述的疊加而提供了至少兩個檢測器的獨立測量信號，它們可以類似于天線分集中的兩個接收器進行比較。
[0053]在分集振動計中還重要的是，結合質量標準進行分析，該質量標準可以實現第一檢測器測量數據質量與第二檢測器測量數據質量的比較分析，根據相應算出的質量，這種分析或者基于兩個檢測器之一的僅一個測量信號或者基于兩個檢測器的組合測量信號，其中，上述組合也可以視當前質量而定地包括加權。
[0054]因而，對于分集振動計而言重要的不僅是利用兩個檢測器分析接收光束的數據，而且還有利用兩個檢測器關于不同標準分析接收光束。因此，利用第一檢測器至少局部分析接收光束內所含的其他信息，與(至少局部)利用第二檢測器分析的接收光束信息相比較。
[0055] 申請人:的研究表明，優選關于至少其中一個下列標準執行接收光束內所含信息的前述信息分開以及分配給第一檢測器(一方面)和分配給第二檢測器(另一方面):
[0056]a)關于偏振的分開
[0057]在此接收光束的不同偏振分量成像到第一和第二檢測器上。這尤其對具有漫射表面的要測量物體是有利的。尤其是非金屬表面按照典型方式是漫射面。已知的是，在非金屬表面上漫射的光線喪失其預先定義的偏振，因而是隨機偏振的，參見Goodman, Jospeh W.的“Speckle phenomena in optics，，,第 47 頁，2007Roberts and Company Publishers。
[0058]尤其是在這種漫射表面上，關于偏振的拆分提供了可廉價實現的在第一和第二檢測器上生成測量信號的可能性，其中，第一測量檢測器測量信號的信號丟失與第二測量檢測器測量信號的信號丟失在統計學上是無關的或至少大致在統計學上無關的。
[0059]b)空間分開
[0060]在此，接收光束在空間上分成光束橫截面的至少第一和第二子區域，第一子區域傳輸至第一檢測器，第二子區域傳輸至第二檢測器。
[0061]因而如此實施空間分開，S卩，光束橫截面的子區域或者傳輸至檢測器I或者傳輸至檢測器2。在一個優選實施方式中，接收光束分成右半部分作為第一子區域和左半部分作為第二子區域，即，光束橫截面一半屬于第一子區域，一半屬于第二子區域。
[0062]在該變形方式中，接收光束的空間信息因此而被分開。 申請人:研究表明，尤其在金屬表面情況下，這種接收光束的空間分開同樣使得第一檢測器信號的信號丟失與第二檢測器測量信號的信號丟失按照期望在統計學上無關或至少大致在統計學上無關。
[0063]c)模分開
[0064]在此如此分開接收光束，即，相對于檢測器2，至少局部不同的光束模尤其是光束橫模傳導至檢測器I。例如可以僅將接收光束的高斯基模傳導至檢測器1，僅將接收光束的其他分量傳導至檢測器2，尤其是無高斯基模的更高光束模。
[0065]關于接收光束的不同光束模的分開，使得第一檢測器測量信號的信號丟失與第二檢測器測量信號的信號丟失在統計學上無關或者至少在統計學上幾乎無關。
[0066]分集振動計在此可以類似于根據DE102012211549.8的實施方式來實施。DE102012211549.8明確地通過參引納入本說明書。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0067]以下結合【專利附圖】

【附圖說明】其他優選特征和實施方式。圖中:
[0068]圖1是本發明干涉儀的一個實施例；
[0069]圖2是本發明振動計的一個實施例，其被設計成多通道振動計；以及
[0070]圖3是本發明振動計的一個實施例，其可以根據接收分集原理進行測量。

【具體實施方式】
[0071]圖1至圖3示出示意性視圖。在圖中,相同附圖標記表示相同或作用相同的元件。
[0072]圖1示出本發明干涉儀的一個實施例。該光學干涉儀具有被設計成光纖輸入端的輸出光束-光束輸入端I。設有第一光纖Fl,以便福射源的光線能夠射入第一光纖F1。光學干涉儀具有平面波導結構2。在該平面波導結構中，全部光路被設計成平面波導。
[0073]該平面波導結構被設計成LiNbO3波導結構。
[0074]第一光纖Fl將輸出光束-光束輸入端的輸出光束射入平面波導結構2。將輸出光束利用分光裝置3分成第一部分光束4和第二部分光束5。
[0075]該干涉儀被設計成外差干涉儀，其中，在第一部分光束4的光路中設置被設計成LiNbO3頻移器的光學頻移器6。
[0076]第一部分光束在經過頻移器6之后射入第二光纖F2,第二部分光束5射入第三光纖F3。
[0077]由于利用光纖或平面波導形成全部光路并且由于應用了 LiNbO3頻移器，所以獲得了極其堅固和可良好再現的結構，該結構還可以緊湊地構造。
[0078]此外，分光裝置3被設計成非偏振分光器，從而進一步提高可再現性。
[0079]分光裝置3還如此構造，即，輸出光束以約20:80的強度比分開，從而第一部分光束4的強度與第二部分光束5的強度相比更弱。頻移器6也可以設置在其強度與第一部分光束4相比更弱的第二部分光束5的光路內。
[0080]此外，在其中設置頻移器6的那些部分光束的光路內，根據圖1因而在此可以在第一部分光束4光路內，在平面波導結構2和第二光纖F2之間的過渡部上設置偏振濾波器(附圖標記Pl)，偏振濾波器匹配于利用頻移器6頻移的光束的偏振，從而利用偏振濾波器Pl濾出第一部分光束4的其他分量光束(它們不具有由頻移器6規定的偏振)，第一部分光束4由此“得到清潔”。
[0081]根據圖1的干涉儀還具有未示出的光學元件，以便將第一部分光束與第二部分光束疊加以形成干涉。
[0082]圖2示出本發明振動計的第一實施例，其被設計成多通道振動計。
[0083]振動計包括輻射源7用于在紅外線范圍內生成例如波長為1550nm的輸出光束。輻射源7的輸出光束直接射入光纖，輻射源7利用商用標準FC/APC插頭與振動計的干涉儀8 (虛線圈內)的第一光纖Fl相連。
[0084]干涉儀8具有平面波導結構2，其與根據圖1的平面波導結構2相同并且具有圖1示出而圖2未示出的元件:
[0085]利用第一光纖Fl射入平面波導結構2的輸出光束利用設計成非偏振分光器的分光裝置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的光路內設置被設計成LiNbO3頻移器的頻移器。第一部分光束4射入第二光纖F2，第二部分光束5射入第三光纖F3。
[0086]分光裝置3如此構造，即，第一部分光束具有第一和第二部分光束的總強度的大約 80%。
[0087]第一部分光束4在根據圖2的振動計中充當測量光束:通過多束光纖將第一部分光束4傳導至測量光束分光器9并利用測量光束分光器將其分成強度大約相同的五束測量光束。這五束測量光束同樣利用光纖傳導至測量光束-光束輸出端(參見第一測量光束-光束輸出端的示例性附圖標記MSA)。在那里連接了其他光纖，它們將相應的部分測量光束傳導至成像光學器件(圖2中示例性示出第一測量部分光束的成像光學器件AO)。利用成像光學器件將該部分測量光束成像到要測量物體MO表面上的對應測量點上。至少局部反射和/或漫射的部分測量光束作為接收光束通過成像光學器件AO又射入光纖并且傳導至振動計的接收光束-光束輸入端(圖2中附圖標記ESE示例性表示第一接收部分光束的接收光束-光束輸入端)。在各個接收部分光束-光束輸入端上均設有光纖(示例性示出第一接收部分光束的第四光纖F4)。利用第四光纖F4將第一接收部分光束傳導至第一平衡分光器10。
[0088]射入第三光纖F3的第二部分光束5充當基準光束:
[0089]基準光束利用光纖傳導至基準光束分光器10并且分成強度大約相同的五束基準部分光束。
[0090]如示例性針對第一基準部分光束所述的那樣，第一基準部分光束利用第五光纖F5和其他光纖同樣傳導至平衡分光器10。利用平衡分光器10使得第一基準部分光束和第一接收部分光束疊加，該疊加光束在此利用偏振分光器按照已知的平衡檢測器的方式分成兩束部分光束。
[0091]第一檢測器12a相應具有兩個部分檢測器，兩個平衡部分光束的其中一個相應成像在它們的檢測表面上，從而可以按照平衡檢測器自身已知的方式進行信號分析。
[0092]四個其他平衡檢測器12b至12e的光束引導以類似方式構成。
[0093]因而利用根據圖2的振動計可以非掃描地且按照位置解析的方式測量物體MO上的位置不同的五個測量點，其中，針對各個測量點分別執行根據平衡檢測器分析的分析。
[0094]就許多應用而言，能夠看到測量光束對于使用者是重要的。因而在本實施例中規定，測量光線通過WDM(波分復用:Wave length Devis1n Multiplexing)稱合器將附加可見的光線(其在此利用LED100生成)射入紅外激光光束的成像光學器件。然而因為這種耦合器非常昂貴，所以另選可以將用于發射光線的FC/APC光纖接口連接在可見光線的接口上。
[0095]除了成像光學器件A0，振動計的組件設置在殼體101內，從而測量部分光束的取向調整可以僅通過調準成像光學器件來實施，而不需要移動殼體。
[0096]圖3示出本發明振動計的第二實施例，其可以按照分集原理進行分析:
[0097]基本結構與根據圖2的振動計結構相同:
[0098]利用輻射源7生成紅外線范圍內的輸出光束(例如波長為1550nm)，其通過分光裝置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充當測量光束并且經過其光束輸出端上設有偏振濾波器Pl的頻移器6。利用光纖將測量光束傳導至成像光學器件A0，以便成像到測量物體MO表面的測量點上。
[0099]由測量物體表面至少局部反射和/或漫射的測量光束作為接收光束再次通過成像光學器件AO進入振動計光路。
[0100]現在重要的是，通過偏振分光器PBS將接收光束分成兩束接收部分光束。
[0101]在根據圖2的振動計中同樣存在多束接收部分光束，然而在這里，在根據圖2的振動計中，各束接收部分光束分別被分配給測量物體表面上的另一位置點。
[0102]相反，在根據圖3的振動計中，兩束接收部分光束被分配給測量物體表面的相同位置點，然而基于通過偏振分光器PBS的劃分，關于它們的偏振彼此區別開來。
[0103]由此生成兩束接收部分光束，它們可以按照分集接收方式分析兩個在統計學方面不相關的檢測信號:
[0104]振動計包括第一檢測器12A以及第二檢測器12B。這兩個檢測器以其自身已知的方式被設計成平衡檢測器。
[0105]此外，振動計還包括基準光束分光器11，利用基準光束分光器將基準光束分成強度大約相同的兩束部分光束。
[0106]利用第一檢測器12A分析第一基準部分光束和第一接收部分光束之間的干涉信號。類似地利用第二檢測器12B分析第二基準部分光束和第二接收部分光束的干涉信號，相應按照平衡檢測器分析方式。
[0107]現在重要的是，檢測器12A和檢測器12B的干涉信號分配給測量物體MO表面上的相同測量點，然而基于不同偏振而在統計學方面彼此不相關。
[0108]因而可以按照分集接收方式形成總干涉信號，例如相應應用兩個信號中的更強信號進行分析，或者與它們信號強度成比例地加權兩個信號形成總干涉信號。
【權利要求】
1.一種光學干涉儀， 其具有用于射入輸出光束的輸出光束-光束輸入端(I)和用于將所述輸出光束分成至少第一部分光束(4)和第二部分光束(5)的分光裝置(3), 其中，所述干涉儀通過在所述干涉儀的光路內設置至少一個光學頻移器(6)而被構成為外差干涉儀，并且 其中，所述干涉儀具有一個或多個光波導元件(2、F2、F3、F4)，利用所述光波導元件至少在所述輸出光束-光束輸入端(I)、所述分光裝置(3)和所述頻移器(6)之間形成光波導， 其特征在于， 所述頻移器(6)設置在其中一束部分光束的光路內。
2.根據權利要求1所述的干涉儀，其特征在于， 至少在所述輸出光束-光束輸入端(I)、所述分光裝置(3)和所述頻移器(6)之間的光路無自由光束地且優選僅被構成為波導，尤其是至少在所述輸出光束-光束輸入端、所述分光裝置和所述頻移器之間的光路不具有自由光束。
3.根據前述權利要求之一所述的干涉儀，其特征在于， 所述分光裝置(3)是按照非偏振的方式構成的。
4.根據前述權利要求之一所述的干涉儀，其特征在于， 所述頻移器(6)被設計成雙折射波導，尤其是可按壓電方式受到影響的波導，優選的是，所述頻移器被設計成聲光鈮酸鋰頻移器，尤其是LiNbO3頻移器。
5.根據前述權利要求之一所述的干涉儀，其特征在于， 所述干涉儀具有至少一個偏振濾波器(P1)，在其中布置有所述頻移器的部分光束內，所述頻移器(6)設置在所述偏振濾波器(Pl)和所述分光裝置(3)之間。
6.根據前述權利要求之一所述的干涉儀，其特征在于， 所述分光裝置(3)被構造用于分開至少兩束強度不同的部分光束，尤其是，第一部分光束的強度大于等于兩束部分光束的總強度的60%，優選大于等于70 %，進一步優選大于等于80%。
7.根據前述權利要求之一所述的干涉儀，其特征在于， 一個或多個光波導元件被設計成平面波導道和/或光纖，尤其是，至少在所述光束輸入端、所述分光裝置和所述頻移器之間的光路利用平面波導道構成。
8.一種用于干涉儀式測量物體(MO)的振動計，其包括輻射源(7)、根據前述權利要求之一所述的干涉儀和至少一個第一檢測器(12a)，其中，所述輻射源和所述干涉儀如此協同工作，即，由所述輻射源(7)生成的光束能夠作為輸出光束射入所述輸出光束-光束輸入端， 其中，所述干涉儀被構成用于將作為測量光束的所述第一部分光束成像到所述物體(MO)上；并且 其中，所述干涉儀和所述第一檢測器如此協同工作，即，作為接收光束的、由所述物體(MO)至少部分反射的測量光束與基準光束在所述第一檢測器(12a)的至少一個檢測器表面上至少部分疊加。
9.根據至少根據權利要求6的權利要求8所述的振動計，其特征在于， 所述第一部分光束(4)是測量光束。
10.根據權利要求8至9之一所述的振動計，其特征在于， 所述振動計具有成像光學器件(AO)，其用于將測量光束成像到要測量物體(MO)表面的對應測量點上。
11.根據權利要求10所述的振動計，其特征在于， 在所述成像光學器件(AO)和所述干涉儀之間，測量光束和接收光束的光路是利用波導元件、尤其是利用光纖形成的。
12.根據權利要求8至11之一所述的振動計，其特征在于， 所述分光裝置被構造用于將輸出光束分成測量光束、第一基準部分光束和至少一束第二基準部分光束以及用于將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， 所述振動計具有至少一個第二檢測器(12b)并且如此構造，即，在形成光學干涉情況下，所述第一接收光束與第一基準部分光束在所述第一檢測器(12a)的檢測表面上疊加，并且所述第二接收部分光束與第二基準部分光束在所述第二檢測器(12b)的檢測表面上疊加，并且 所述振動計具有分析單元，其用于分析所述第一檢測器(12a)和所述第二檢測器(12b)的測量信號，所述分析單元被構成為按照接收分集原理分析兩個檢測器的測量信號，尤其是所述頻移器(6)設置在測量光束的光路內。
13.根據權利要求12所述的振動計，其特征在于， 所述裝置包括至少一個分光單元(PBS)，所述分光單元設置在接收光束和/或第一和/或第二接收部分光束的光路內并且如此構造，即，利用第一檢測器和第二檢測器能夠分析接收光束的不同偏振分量和/或不同光束橫截面分量和/或不同的模。
【文檔編號】G01H9/00GK104180892SQ201410228112
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年5月27日 優先權日:2013年5月27日
【發明者】邁克爾·沃爾特格, 克里斯蒂安·倫貝, 亞歷山大·德雷本施泰特, 托比亞斯·布勞恩 申請人:綜合工藝有限公司