CH680236A5 - - Google Patents

Description

1 1

CH 680 236 A5 CH 680 236 A5

2 2nd

Beschreibung description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung der Wellenlänge einer kohärenten elektromagnetischen Strahlung. The invention relates to a method for stabilizing the wavelength of a coherent electromagnetic radiation.

In der interferometrischen Längenmesstechnik ist der Interferenzstreifenabstand der Massstab für die Messung. Dieser Interferenzstreifenabstand ist im Vakuum konstant und entspricht dem Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit zur Frequenz der Strahlung. In freier Atmosphäre ändert er sich in Abhängigkeit des Brechungsindexes der Luft mit dem Wetter. Interferometer, die Gaslaser (He-Ne) als Strahlungsquellen benutzen, sind frequenzstabilisiert, da die Laserlinie selbst sich als Frequenzreferenz ausgezeichnet eignet. Die Einflüsse des Brechungsindexes der Luft werden parametrisch gemessen, nach der Edlén'schen Formel berechnet und der Messwert wird damit korrigiert. Bei dieser Methode wird ein Normalluftgemisch vorausgesetzt, das den heutigen Gegebenheiten nicht mehr entspricht und bei Präzisionsmessungen zu Fehlern führt. Wird als Strahlungsquelle eine Laserdiode benutzt, so entfällt die interne Entladungslinie als Frequenzreferenz. Es ist deshalb notwendig, eine externe Referenz zur Stabilisierung zu verwenden. Es ist somit naheliegend, die Wellenlänge zu stabilisieren. In interferometric length measurement technology, the interference fringe distance is the yardstick for the measurement. This interference fringe distance is constant in a vacuum and corresponds to the ratio of the speed of light to the frequency of the radiation. In a free atmosphere it changes depending on the refractive index of the air with the weather. Interferometers that use gas lasers (He-Ne) as radiation sources are frequency-stabilized, since the laser line itself is an excellent frequency reference. The influences of the refractive index of the air are measured parametrically, calculated according to the Edlén formula and the measurement value is corrected. With this method, a normal air mixture is assumed, which no longer corresponds to today's conditions and leads to errors in precision measurements. If a laser diode is used as the radiation source, the internal discharge line as frequency reference is omitted. It is therefore necessary to use an external reference for stabilization. It is therefore obvious to stabilize the wavelength.

Es sind frequenzstabilisierte Gas-Laser, insbesondere He-Ne Laser bekannt, die sich jedoch nicht wellenlängenstabilisieren lassen, da der Bereich für die Änderung der Frequenz (typ. 800 MHz) zu klein ist. Frequency-stabilized gas lasers, in particular He-Ne lasers, are known, but they cannot be wavelength-stabilized because the range for changing the frequency (typically 800 MHz) is too small.

Es sind frequenzstabilisierte Laserdioden bekannt, die bisher noch nicht in Interferometern eingesetzt wurden. Frequency-stabilized laser diodes are known which have not previously been used in interferometers.

Es sind Laserdioden-Interferometer bekannt, deren Strahlungsquellen temperatur- und stromstabilisiert sind, deren Frequenz oder Wellenlänge sich jedoch aufgrund von Hysterese-Effekten der Diode ändern. Laser diode interferometers are known whose radiation sources are temperature and current stabilized, but whose frequency or wavelength change due to hysteresis effects of the diode.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu beschreiben, das die Wellenlänge einer kohärenten elektromagnetischen Strahlung in Abhängigkeit der Änderungen eines wellenlängenverändernden Mediums stabilisiert. The object of the invention is to describe a method which stabilizes the wavelength of a coherent electromagnetic radiation as a function of the changes in a medium which changes the wavelength.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. This object is achieved according to the invention by the features of patent claim 1.

Neben der klassischen Interferometrie hat sich die heterodyne Zweifrequenz-Interferometrie in der Längenmesstechnik durchgesetzt, da sie bei grösserem Signal-Rausch-Verhältnis justierunempfindlicher und daher anwenderfreundlicher ist. Das erfindungsgemässe Verfahren zur Stabilisierung der Wellenlänge kann deshalb als klassisches als auch als heterodynes Verfahren ausgebildet werden. Da es immer ein in sich abgeschlossenes Interferometer zur Stabilisierung der kohärenten Strahlung benötigt, so ist dieses ein integrierter Bestandteil des oder der messenden Interferometer, die alle eine gemeinsame Strahlungsquelle haben. Daraus ergeben sich die Kombinationen, dass das wellenlängenstabilisierende und das messende Interferometer den klassischen Typen entsprechend oder eines klassisch und das andere heterodyn oder beide he- In addition to classic interferometry, heterodyne two-frequency interferometry has become established in length measurement technology because it is less sensitive to adjustment and therefore more user-friendly with a higher signal-to-noise ratio. The method according to the invention for stabilizing the wavelength can therefore be designed as a classic as well as a heterodyne method. Since a self-contained interferometer is always required to stabilize the coherent radiation, this is an integrated component of the measuring interferometer or meters, which all have a common radiation source. This results in the combinations that the wavelength stabilizing and the measuring interferometer correspond to the classic types or one classic and the other heterodyne or both.

terodyn aufgebaut sind. Die richtige Wahl hängt von der Anwendung, den Technologien für die optischen Strahlengänge und der elektronischen Signalverarbeitung ab. Die heterodyne interferome-trische Wellenlängenstabilisierung hat einen grundsätzlich anderen Aufbau. terodyne are built. The right choice depends on the application, the technologies for the optical beam paths and the electronic signal processing. The heterodyne interferometric wavelength stabilization has a fundamentally different structure.

Wird beim heterodynen Interferometer die erste Strahlung wellenlängenstabilisiert, so muss die zweite relativ zur ersten frequenzstabilisiert werden, damit die Differenzfrequenz (Schwebungsfre-quenz) konstant bleibt. If the first radiation is wavelength-stabilized in the heterodyne interferometer, the second must be frequency-stabilized relative to the first so that the difference frequency (beat frequency) remains constant.

Der in seiner Länge konstant gehaltene Inter-ferometerarm oder die Längendifferenz von zwei Armen konstanter Längen bilden die Wellenlängenreferenz des Verfahrens. Dazu ist es notwendig, die Interferometerarme aus geeignetem Material herzustellen, welches bestmöglich unabhängig ist von den Parametern, die die Änderungen der Wellenlänge im Medium hervorrufen. The interferometer arm, which is kept constant in length, or the difference in length of two arms of constant length form the wavelength reference of the method. For this purpose, it is necessary to manufacture the interferometer arms from a suitable material which is as independent as possible from the parameters which cause the changes in the wavelength in the medium.

Im folgenden sollen Ausführungsbeispiele zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens beschrieben werden: Bei der Verwendung einer Laserdiode als Strahlungsquelle soll zweckmässigerweise ein Interferometer in Glasfasertechnik oder integrierter Optik vorausgesetzt werden. Die Strahlung einer Laserdiode kann dabei direkt oder über eine Glasfaser in die integrierte optische Schaltung eingekoppelt werden. Beim Austritt der Strahlung tritt starke Dispersion infolge des kleinen Leiterquerschnittes auf, sodass ein Objektiv zur Bündelung notwendig wird, wenn die Strahlung über eine längere Messstrecke geleitet wird. Die Messstrecke der Wellenlängenreferenz muss jedoch kurz' sein, damit sie eindeutig bleibt innerhalb des Regelbereiches (ca. 5 • 10-5), kürzer als 10* x, etwa 8 mm. Unter diesen Voraussetzungen ist eine einfache und zweckmässige Anordnung der Wellenlängenreferenz gegeben. Ein sphärischer Hohlspiegel wird halbkugelförmig in ein Glaskeramikmaterial mit sehr geringem Dilatationskoeffizient a Exemplary embodiments for carrying out the method according to the invention are to be described below: When using a laser diode as the radiation source, an interferometer in glass fiber technology or integrated optics should expediently be assumed. The radiation from a laser diode can be coupled directly or via a glass fiber into the integrated optical circuit. When the radiation emerges, strong dispersion occurs due to the small conductor cross-section, so that an objective for bundling is necessary if the radiation is conducted over a longer measuring distance. The measuring path of the wavelength reference must, however, be short so that it remains clearly within the control range (approx. 5 • 10-5), shorter than 10 * x, approx. 8 mm. Under these conditions, a simple and appropriate arrangement of the wavelength reference is given. A spherical concave mirror is hemispherical in a glass ceramic material with a very low dilation coefficient a

( : ca. 10~8 pr ) eingeschliffen, (: approx. 10 ~ 8 pr) ground in,

so dass die aus der integrierten Schaltung disper-siv austretende Strahlung in sich selbst oder bei dezentrierter Anordnung leicht versetzt (ca. 0,05 mm) reflektiert und in einen zweiten Wellenleiter eingekoppelt wird. Im Fall eines grösseren Wellenleiterabstandes kann ein Ellipsoidspiegel benutzt werden, wenn die Wellenleiter in seinen beiden Brennpunkten liegen, so ist die Wegstrecke über die Spiegelung an allen Punkten konstant. Das von der Wellenlängenreferenz reflektierte Licht wird in einen Wellenleiter eingekoppelt und mit dem Referenzstrahl gemischt, so dass es interferieren kann. Dieser Wellenleiter wird wiederum geteilt und so geleitet, dass zwischen den beiden Leitern eine geringe Phasendifferenz entsteht, dadurch kann die Intensität des Interferenzstreifens an zwei benachbarten Orten detektiert werden. Die beiden detektier-ten Intensitäten werden in den Komparator einge-spiesen, der ein von der Intensitätsdifferenz abhängiges Signal zur Regelung des Injektionsstromes abgibt, bis die Intensitäten am Ausgang des In- so that the radiation emerging from the integrated circuit diffusely reflects itself or in a decentred arrangement (approx. 0.05 mm) and is coupled into a second waveguide. In the case of a larger waveguide spacing, an ellipsoid mirror can be used if the waveguides are in its two focal points, so the distance through the reflection is constant at all points. The light reflected by the wavelength reference is coupled into a waveguide and mixed with the reference beam so that it can interfere. This waveguide is in turn divided and routed in such a way that there is a slight phase difference between the two guides, as a result of which the intensity of the interference fringe can be detected at two adjacent locations. The two detected intensities are fed into the comparator, which emits a signal dependent on the intensity difference for regulating the injection current until the intensities at the output of the in-

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

CH 680 236 A5 CH 680 236 A5

4 4th

terferometers gleich sind. Damit ist der Interferenzstreifenabstand und die Anzahl aller Interferenzen im optischen Weg der Wellenlängenreferenz durch Änderung der Frequenz an der Quelle festgelegt. Der durch den Spiegel gebildete halbkugelförmige Hohlraum ist geöffnet, sodass die Luft ungehindert eintreten kann. terferometers are the same. This defines the fringe spacing and the number of all interferences in the optical path of the wavelength reference by changing the frequency at the source. The hemispherical cavity formed by the mirror is open so that the air can enter unhindered.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: The invention is described below using exemplary embodiments with reference to the drawings. Show it:

Fig. 1 a den schematischen Aufbau eines wegmessenden, wellenlängenstabilisierten Interferometers 1 a shows the schematic structure of a path-measuring, wavelength-stabilized interferometer

Fig. 1 b das Schema der Wellenleiter des Doppel-Interferometers Fig. 1 b the scheme of the waveguide of the double interferometer

Fig. 2a ein Ausführungsbeispiel in Glasfaser-Technologie mit externem Fabry-Pérot-Interferome-ter Fig. 2a shows an embodiment in glass fiber technology with an external Fabry-Perot interferometer

Fig. 2b ein weiteres Ausführungsbeispiel als Doppel-Interferometer Fig. 2b shows another embodiment as a double interferometer

Fig. 2c ein Doppel-Interferometer mit zwei Strahlungsquellen als heterodyne Variante 2c shows a double interferometer with two radiation sources as a heterodyne variant

Fig. 3 ein heterodynes Interferometer in integrierter Optik. Fig. 3 shows a heterodyne interferometer in integrated optics.

Es zeigt die Fig. 1a die schematische Anordnung eines wegmessenden, wellenlängenstabilisierten Interferometers aufgebaut in integrierter Optik. Die Platte (11) trägt den integrierten optischen Strahlengang von zwei Interferometern mit der gleichen Strahlungsquelle einer Laserdiode (1) und den Aus-und Einkoppelobjektiven (2), einen Planspiegel (12) und die Wellenlängenreferenz (5). Das Tripelprisma (4) stellt das bewegliche Messglied für die Längenmessung dar, die aus dem Messstrahi (a) und dem Referenzstrahl (b) besteht. Der Referenzstrahl (b) wird am Spiegel (12) nochmals aufgeteilt in den Messstrahl (c) und den Referenzstrahl (d) eines zweiten Interferometers zur Stabilisierung der Wellenlänge. Am Rande der integrierten Lichtleiterschaltung tritt der Messstrahl (c) aus, durchläuft die Luftstrecke der Wellenlängenreferenz und wird vom halbkugelförmigen Spiegel reflektiert und in den gegenüber dem ersten Teil des Wellenleiters (c) etwas versetzten zweiten Teil eingekoppelt. Mess-(c) und Referenzstrahl (d) werden gemischt und danach noch einmal in (e, f) geteilt, um zwei phasenversetzte Ausgänge zu erzielen. Die Phasenversetzung in Wellenleitern kann auf unterschiedliche Art erfolgen: 1a shows the schematic arrangement of a path-measuring, wavelength-stabilized interferometer constructed in an integrated optic. The plate (11) carries the integrated optical beam path of two interferometers with the same radiation source of a laser diode (1) and the coupling and decoupling objectives (2), a plane mirror (12) and the wavelength reference (5). The triple prism (4) represents the movable measuring element for the length measurement, which consists of the measuring beam (a) and the reference beam (b). The reference beam (b) is divided again at the mirror (12) into the measuring beam (c) and the reference beam (d) from a second interferometer to stabilize the wavelength. At the edge of the integrated light guide circuit, the measuring beam (c) emerges, passes through the air gap of the wavelength reference and is reflected by the hemispherical mirror and coupled into the second part, which is slightly offset from the first part of the waveguide (c). Measuring (c) and reference beam (d) are mixed and then divided again into (e, f) to achieve two phase-shifted outputs. The phase shift in waveguides can be done in different ways:

- durch ungleiche Weglängen in (e) und (f) - due to unequal path lengths in (e) and (f)

- durch einen zweidimensionalen Wellenleiter genau berechneter Abmessungen zum Auskoppeln definierter Phasenzustände - By means of a two-dimensional waveguide of precisely calculated dimensions for coupling out defined phase states

- durch Übertragung in einen parallel laufenden Wellenleiter, wenn z. B. (f) zu (e) parallel geführt wird. - By transmission in a parallel waveguide, if z. B. (f) to (e) is performed in parallel.

Die beiden Photodioden (6,7) sind mit den Eingängen des Komparators (20) verbunden, der die Signale vergleicht und eine Regelsgannung am Ausgang generiert, die abhängig ist von der Intensitätsdifferenz der phasenversetzten Signale. Die Ausgangsspannung des Komparators regelt den Injektionsstrom der Laserdiode über die geregelte Stromstabilisierung (21), wodurch sich die Frequenz The two photodiodes (6, 7) are connected to the inputs of the comparator (20), which compares the signals and generates a control voltage at the output, which is dependent on the intensity difference of the phase-shifted signals. The output voltage of the comparator regulates the injection current of the laser diode via the regulated current stabilization (21), whereby the frequency

ändert, diese wiederum bewirkt eine Änderung der Wellenlänge und damit eine Verschiebung der Interferenzstreifen an den Detektoren so lange, bis dieser symmetrisch erfasst wird und die Intensitäten gleich sind. changes, this in turn causes a change in the wavelength and thus a shift in the interference fringes on the detectors until it is detected symmetrically and the intensities are the same.

Die Fig. 1 b zeigt das Schema der Wellenleiter des Doppel-Interferometers. Fig. 1 b shows the scheme of the waveguide of the double interferometer.

Anhand der beiliegenden Fig. 2a-c werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Einrichtung in Glasfasertechnologie beschrieben. Es zeigt die Fig. 2a die schematische Anordnung eines wellenlängenstabilisierten Interferometers in Glasfasertechnologie. Der Diodenlaser (1) strahlt in die Fasern (a), (b) und (c) ein. Die Objektive (2) kuppeln die Strahlung in die Messstrecke aus und ein, wobei das Tripelprisma (3) den Messweg abfährt. Die Faser (b) führt den Referenzstrahl und wird mit der Faser (a) so verbunden, dass der Lichtfiuss in die jeweilige Nachbarfaser eintreten und interferieren kann. Die Interferenz wird von der Fotodiode (4) detektiert. Die Faser (c) leitet die Strahlung in ein Fabry-Pérot-Interferometer (5) mit Luftabstand als Wellenlängenreferenz ein. Eine Doppelfotodiode (6, 7) detektiert den Interferenzring und hält dessen Durchmesser konstant. Exemplary embodiments of the device according to the invention in glass fiber technology are described with the aid of the attached FIGS. 2a shows the schematic arrangement of a wavelength-stabilized interferometer in glass fiber technology. The diode laser (1) shines into the fibers (a), (b) and (c). The objectives (2) couple the radiation into and out of the measuring section, whereby the triple prism (3) travels the measuring path. The fiber (b) guides the reference beam and is connected to the fiber (a) so that the light flux can enter and interfere with the neighboring fiber. The interference is detected by the photodiode (4). The fiber (c) introduces the radiation into a Fabry-Pérot interferometer (5) with an air gap as a wavelength reference. A double photodiode (6, 7) detects the interference ring and keeps its diameter constant.

Es zeigt die Fig. 2b die schematische Anordnung eines Doppel-Interferometers in Glasfasertechnologie. Der Diodenlaser (1) strahlt in die Fasern (a), (b), (c), (d) ein, die Fasern (a) und (b) haben die gleiche Funktion wie in Fig. 2a. Die Faser (c) strahlt in den halbkugelförmigen Reflektor der Wellenlängenreferenz (5) und reflektiert die Strahlung wieder heraus, wo sie mit der Faser (d) des Referenzstrahles gemischt wird und interferiert, wiederum aufgeteilt in (e) und (f) und phasenversetzt den Fotodioden (6 und 7) zugeleitet wird. 2b shows the schematic arrangement of a double interferometer in glass fiber technology. The diode laser (1) radiates into the fibers (a), (b), (c), (d), the fibers (a) and (b) have the same function as in FIG. 2a. The fiber (c) radiates into the hemispherical reflector of the wavelength reference (5) and reflects the radiation out again, where it is mixed with the fiber (d) of the reference beam and interferes, again divided into (e) and (f) and out of phase Photodiodes (6 and 7) is fed.

Es zeigt die Fig. 2c die schematische Anordnung eines heterodynen Interferometers in Kombination mit einem klassischen für die Wellenlängenstabiiisa-tion der Laserdiode (1). Die Komponenten (1 bis 7) entsprechen der Beschreibung zur Fig. 2b. Zusätzlich strahlt die Laserdiode (8) eine zweite Frequenz, die zur Laserdiode (1 ) auf eine konstante Frequenzdifferenz (Schwebungsfrequenz) stabilisiert ist, in die Fasern (g und h) ein. Faser (h) wird mit (b) gemischt und vom Fotodetektor (9) für die heterodyne Referenzfrequenz empfangen, Faser (g) wird mit (a) gemischt und vom Fotodetektor (4) für die heterodyne Messfrequenz empfangen, 2c shows the schematic arrangement of a heterodyne interferometer in combination with a classic one for the wavelength stabilization of the laser diode (1). The components (1 to 7) correspond to the description of FIG. 2b. In addition, the laser diode (8) radiates a second frequency, which is stabilized to the laser diode (1) at a constant frequency difference (beat frequency), into the fibers (g and h). Fiber (h) is mixed with (b) and received by the photodetector (9) for the heterodyne reference frequency, fiber (g) is mixed with (a) and received by the photodetector (4) for the heterodyne measurement frequency,

Es zeigt die Fig. 3 die schematische Anordnung eines heterodynen Doppel-Interferometers in integrierter Optik, für die Längenmessung mit wellenlängenstabilisierter gemeinsamer Strahlungsquelle (1) und der auf die Differenzfrequenz stabilisierten gemeinsamen Strahlungsquelle (8). Die Laserdiode (1) strahlt in die Wellenleiter (a, b, c), die Laserdiode (8) in (d, g, h) ein. Das Längenmessinterferometer wird aus den Leiterbahnen (a, b, g, h) gebildet. Die Referenzdiode (9) empfängt die Differenzfrequenz über (b und h), die Messdiode (4) über (a und g) von (1 und 8). Der Reflektor (3) ist das bewegliche Län-genmessmittel, zu dem die Strahlung über die Objektive (2) aus- und eingekoppelt wird. Die Frequenzen der Dioden (4 und 9) werden in je einen Mess- und Referenzzähler eingezählt, mit einem Komparator 3 shows the schematic arrangement of a heterodyne double interferometer with integrated optics, for length measurement with wavelength-stabilized common radiation source (1) and the common radiation source (8) stabilized to the difference frequency. The laser diode (1) radiates into the waveguide (a, b, c), the laser diode (8) into (d, g, h). The length measuring interferometer is formed from the conductor tracks (a, b, g, h). The reference diode (9) receives the difference frequency over (b and h), the measuring diode (4) over (a and g) from (1 and 8). The reflector (3) is the movable length measuring device to which the radiation is coupled in and out via the lenses (2). The frequencies of the diodes (4 and 9) are counted into a measuring and reference counter, with a comparator

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

5 5

CH 680 236 A5 CH 680 236 A5

6 6

ständig verglichen und die Differenz ist das Messresultat in halben Wellenlängen. Diese Schaltung wird in der Zeichnung nicht gezeigt. constantly compared and the difference is the measurement result in half wavelengths. This circuit is not shown in the drawing.

Durch Strahlteilung wird ein zweiter Messarm (c) aufgebaut, in welchem die konstante Luftstrecke der Wellenlängenreferenz (5) integriert ist. Die Strahlung in (c) aus (1) bildet mit (d) aus (8) eine Schwebungsfrequenz, die von der Fotodiode (10) detektiert wird. A second measuring arm (c) is built up by beam splitting, in which the constant air gap of the wavelength reference (5) is integrated. The radiation in (c) from (1) forms with (d) from (8) a beat frequency, which is detected by the photodiode (10).

Die Differenzfrequenz zwischen den Laserdioden (1 und 8) wird zweckmässigerweise gewählt und durch eine externe Frequenzreferenz (23), die ein Quarzoszillator sein kann, verwirklicht. Die Frequenzen von (9 und 23) werden im Frequenzkompa-rator (27) verglichen und über die geregelte Stromstabilisierung (28) der Diodenspeisung geregelt. Damit folgt die Frequenz der Laserdiode (8) derjenigen von (1) mit konstanter Differenz, die durch (23) gegeben ist. The difference frequency between the laser diodes (1 and 8) is expediently chosen and implemented by an external frequency reference (23), which can be a quartz oscillator. The frequencies of (9 and 23) are compared in the frequency comparator (27) and regulated via the regulated current stabilization (28) of the diode supply. The frequency of the laser diode (8) thus follows that of (1) with a constant difference, which is given by (23).

Die von der Fotodiode (10) detektierte Frequenz ist gleich gross wie die von (9), aber gegenüber dieser phasenverschoben, da die Strahlung den Luftweg der Wellenlängenreferenz durchläuft. Diese ist so dimensioniert, dass eine Phasenverschiebung < +/- 180° innerhalb des Messbereiches auftreten kann. Zur Stabilisierung der Wellenlänge muss die Laserdiode (1) in ihrer Frequenz geregelt werden. Das Signal aus (10) wird im Phasenkompara-tor (25) mit dem der Frequenzreferenz (23) verglichen und auf Null geregelt durch Einwirkung des Regelsignales aus (25) in die geregelte Stromstabilisierung (21) der Speisung der Laserdiode (1), die ihre Frequenz in Abhängigkeit des Injektionsstromes ändert und somit die Wellenlänge konstant hält. The frequency detected by the photodiode (10) is the same as that of (9), but is phase-shifted with respect to this, since the radiation travels through the airway of the wavelength reference. This is dimensioned so that a phase shift <+/- 180 ° can occur within the measuring range. The frequency of the laser diode (1) must be regulated to stabilize the wavelength. The signal from (10) is compared in the phase comparator (25) with that of the frequency reference (23) and regulated to zero by the action of the control signal from (25) in the regulated current stabilization (21) of the supply to the laser diode (1) their frequency changes depending on the injection current and thus keeps the wavelength constant.

Zwischen der Frequenzreferenz (23) und dem Phasenkomparator (25) ist ein Phasenschieber (24) zwischengeschaltet, mit dem gegebenenfalls eine konstante Phasendifferenz als Grundjustierung eingestellt werden kann, falls dies erforderlich ist. A phase shifter (24) is interposed between the frequency reference (23) and the phase comparator (25), with which, if necessary, a constant phase difference can be set as a basic adjustment.

Durch die Stabilisierung der Wellenlänge in freier Atmosphäre ist ein Verfahren geschaffen, welches gegenüber der bekannten Frequenzstabilisierung und der parametrischen Messung des Brechungsindexes der Luft und dessen nachträgliche Korrektur wesentlich einfacher im Aufbau und in der Anwendung für die interferometrische Längenmesstechnik ist. By stabilizing the wavelength in a free atmosphere, a method is created which, compared to the known frequency stabilization and the parametric measurement of the refractive index of the air and its subsequent correction, is much simpler in structure and use for interferometric length measurement technology.

Claims (5)

PatentansprücheClaims 1. Verfahren zur Stabilisierung der Wellenlänge einer kohärenten elektromagnetischen Strahlung, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Arm eines interferometrischen Strahlenganges im wellenlängenverändernden Medium verläuft und dass diese konstante Längen aufweisen und am Ausgang des interferometers mindestens zwei zueinander phasenversetzte Signale der Interferenzerscheinung erzeugt werden, die auf eine Regelung zur Konstanthaltung der Wellenlänge der Strahlung wirken, weiche diejenigen Parameter der Strahlungsquelle beeinflussen, die die Frequenz der Strahlung verändert.1. A method for stabilizing the wavelength of a coherent electromagnetic radiation, characterized in that at least one arm of an interferometric beam path extends in the wavelength-changing medium and that these have constant lengths and at least two phase-shifted signals of the interference phenomenon are generated at the output of the interferometer, which on a Regulation to keep the wavelength of the radiation effective, which affect those parameters of the radiation source that change the frequency of the radiation. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verwendung von mindestens zwei kohärenten Strahlungen unterschiedlicher Frequenzen die eine wellenlängenstabilisiert und die anderen gegenüber Frequenznormalen auf konstante Differenzfrequenzen zur wellenlängenstabilisierten Frequenz geregelt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that when using at least two coherent radiations of different frequencies, the one wavelength-stabilized and the other compared to frequency standards are regulated to constant differential frequencies to the wavelength-stabilized frequency. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Konstanthaltung der Wellenlänge der Strahlung die Interferometerarme im wellenlängenverändernden Medium aus einem Material hergestellt werden, welches bestmöglich unabhängig ist von den Parametern, die die Änderungen der Wellenlänge im Medium hervorrufen.3. The method according to claim 1, characterized in that in order to keep the wavelength of the radiation constant, the interferometer arms in the wavelength-changing medium are made of a material which is as independent as possible from the parameters which cause the changes in the wavelength in the medium. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge oder Längendifferenz der konstanten Interferometerarme so bemessen ist, dass die Eindeutigkeit der Messung im Regelbereich gewährleistet ist.4. The method according to claim 3, characterized in that the length or length difference of the constant interferometer arms is dimensioned such that the uniqueness of the measurement is ensured in the control range. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wellenlängenstabilisierende und das messende Interferometer eine gemeinsame kohärente Strahlungsquelle aufweisen.5. The method according to claim 4, characterized in that the wavelength stabilizing and the measuring interferometer have a common coherent radiation source. 55 1010th 1515 2020th 2525th 3030th 3535 4040 4545 5050 5555 6060 6565 44th