DE10304864A1 - Interferometer unter Verwendung eines Strahlrücklaufs, um ein Strahlauseinanderlaufen zu eliminieren - Google Patents

Abstract

Ein Interferometer gibt parallele Strahlen, die einem Auseinanderlaufen unterliegen, die durch eine Reflektorfehlausrichtung verursacht wurde, für einen zusätzlichen Durchlauf durch die Interferometeroptik zurück und eliminiert dadurch ein Strahlauseinanderlaufen. Ein Rücklaufreflektor kann ein Planspiegel sein, der zurückkehrende Strahlen lenkt, um die Wege zurück durch die Interferometeroptik zurückzuverfolgen, um sich entlang der Achse des Eingangsstrahls zu kombinieren und auszutreten. Die Trennoptik kann den kombinierten Strahl vom Eingangsstrahl trennen. Alternativ reflektiert ein Rücklaufreflektor wie ein gleichschenkliges Prisma oder ein trapezförmiges Prisma die zurückkehrenden Strahlen und versetzt dieselben, so daß der kombinierte Strahl vom Eingangsstrahl versetzt ist. Der Rücklaufreflektor spricht allgemeiner auf eine Verschiebung bei einer Einfallsstrahlposition mit einer übereinstimmenden Verschiebung des reflektierten Strahls gegenüber einem Retroreflektor an, der einen reflektierten Strahl in eine Richtung entgegengesetzt zur Verschiebung im einfallenden Strahl reflektiert.

Description

• Interferometer verwenden üblicherweise eine Polarisierungskodierung, um Referenzstrahlen von Meßstrahlen zu unterscheiden. Bei einem Planspiegel-Interferometer 100, das in Fig. 1 dargestellt ist, enthält ein Eingangsstrahl IN beispielsweise zwei geradlinig polarisierte Komponenten, die orthogonale, geradlinige Polarisierungen aufweisen. Ein Polarisierungsstrahlteiler 110 im Interferometer 100 trennt die zwei Komponenten, wodurch ein Referenzstrahl und ein Meßstrahl erzeugt werden.
• In Fig. 1 reflektiert der Polarisierungsstrahlteiler 110 die Komponente, die dem Referenzstrahl entspricht. Der Referenzstrahl bewegt sich daher entlang eines Wegs R1, durch eine Viertelwellenplatte 120 zu einem Referenzspiegel 130. Der Referenzspiegel 130 weist eine feststehende Halterung relativ zum Polarisierungsstrahlteiler 110 auf und ist senkrecht zum Weg R1 so ausgerichtet, daß der Referenzstrahl von einem Referenzspiegel 130 reflektiert wird und sich zurück zur Viertelwellenplatte 120 entlang dem Weg R1 bewegt. Durch ein zweimaliges Durchlaufen der Viertelwellenplatte 120 wird die Polarisierung des Referenzstrahls effektiv um 90° gedreht, so daß der Referenzstrahl, der auf dem Weg R1 zurückkehrt, durch den Polarisierungsstrahlteiler 110 gelangt und in einen Würfeleckenreflektor 140 entlang einem Weg R1 eintritt.
• Der Würfeleckenreflektor 140 reflektiert den Referenzstrahl auf einen versetzten Weg R3, und der Referenzstrahl quert den Polarisierungsstrahlteiler 110 direkt zu einem kollinearen Weg R4. Der Referenzstrahl setzt dann seinen Weg entlang einem Weg R1 durch die Viertelwellenplatte 120 fort, bevor er erneut vom Referenzspiegel 130 reflektiert wird und durch die Viertelwellenplatte 120 entlang dem Weg R4 zurückkehrt. Das zweite Paar von Durchläufen durch die Viertelwellenplatte 120 verändert die Polarisierung des Referenzstrahls, so daß der Polarisierungsstrahlteiler 110 den Referenzstrahl vom Weg R4 auf einen Ausgangsweg ROUT reflektiert.
• Der Polarisierungsstrahlteiler 110 von Fig. 1 überträgt die eingegebene Polarisierungskomponente entsprechend dem Meßstrahl, so daß sich der Meßstrahl entlang einem Weg M1 durch eine Viertelwellenplatte 150 zu einem Meßspiegel 16 G bewegt. Der Meßspiegel 160 befindet sich auf einem Objekt, wie z. B. einer Translationsstufe in einem Verarbeitungsgerät zur Herstellung integrierter Schaltungen. Der Meßspiegel 160 ist idealerweise senkrecht zum Weg M1, jedoch kann der Meßspiegel 160 allgemein eine winkelmäßige Ausrichtung aufweisen, die, während sich das Objekt bewegt, Schwankungen unterliegt. Fig. 1 zeigt eine Konfiguration, wo der Meßspiegel 160 einen Nicht-Null-Gierwinkel relativ zu Weg M1 aufweist. Infolgedessen kehrt der Meßstrahl, der vom Meßspiegel 160 reflektiert wird, entlang einem Weg M1', der einen Nicht-Null-Winkel (d. h. zweimal den Gierungswinkel) mit dem Weg M1 bildet, zurück.
• Der Meßstrahl, der die Viertelwellenplatte 150 zweimal durchlief, lies seine lineare Polarisierung um 90° drehen, so daß der Polarisierungsstrahlteiler 110 den Meßstrahl vom Weg M1' zu einem Weg M2 in die Würfelecke 140 reflektiert. Von der Würfelecke 140 bewegt sich der Meßstrahl entlang dem Weg M1, wird im Polarisierungsstrahlteiler 110 zu einem Weg M4 durch die Viertelwellenplatte 50 zu einem Meßreflektor 160 reflektiert. Der Meßstrahl kehrt dann vom Meßreflektor entlang einem Weg M4' durch die Viertelwellenplatte 150 zurück. Der Weg M4' bildet mit dem Weg M4 einen Winkel gemäß der Ausrichtung des Meßspiegels 160 und verläuft parallel zum Weg M1. Der Polarisierungsstrahlteiler 110 überträgt den Meßstrahl vom Weg M4' auf einen Ausgangsweg MOUT.
• Eine Interferometerelektronik (nicht gezeigt) kann Phaseninformationen aus einer Kombination aus Referenz- und Meßstrahlen analysieren, um die Bewegung des Referenzspiegels 160 zu messen. Speziell kann ein kombinierter Strahl, der aus dem Kombinieren des Referenz- und Meßstrahls resultiert, so gestaltet sein, daß er interferiert, um ein Meßsignal zu erzeugen. Jede Reflexion des Meßstrahls vom Meßspiegel 160, wenn sich der Meßspiegel 160 entlang der Richtung des Meßstrahls bewegt, bewirkt eine Dopplerverschiebung der Frequenz des Meßstrahls und eine entsprechende Veränderung der Schwebungsfrequenz des kombinierten Strahls. In einem Gleichstrominterferometer, wo der Meßstrahl und der Referenzstrahl anfangs die gleiche Frequenz aufweisen, entspricht die Schwebungsfrequenz des kombinierten Strahls der Doppler-Verschiebung. In einem Wechselstrominterferometer, wo der Meßstrahl und der Referenzstrahl anfangs leicht unterschiedliche Frequenzen aufweisen, zeigt die Veränderung der Schwebungsfrequenz die Doppler-Verschiebung an.
• Wechselstrominterferometer verwenden üblicherweise einen Eingangsstrahl mit orthogonalen, geradlinigen Polarisierungskomponenten mit leicht unterschiedlichen Frequenzen. Eine unvollständige Polarisierungsseparation der Frequenzkomponenten des Eingangsstrahls kann bei der Doppler- Verschiebungsmessung zyklische Fehler verursachen. Wenn der Referenzstrahl beispielsweise bei der für den Meßstrahl beabsichtigten Frequenz Licht enthält, verursacht der Referenzstrahl selbst ein Fehlersignal, das die Schwebungsfrequenz aufweist, die von den Frequenzen der eingegebenen Komponenten abhängt. Wenn das Fehlersignal im Vergleich zum Meßsignal zu groß wird, erschwert dies die Ausführung exakter Messungen. Dementsprechend ist eine Maximierung des Meßsignals für die Ausführung exakter Messungen von Bedeutung.
• Das Maximieren des Meßsignals für Wechselstrom- oder Gleichstrominterferometer erfordert eine effiziente Kombination aus einem Meßstrahl und einem Referenzstrahl, und eine Kombination aus einem Referenzstrahl und einem Meßstrahl ist am effizientesten, wenn die Ausgangswege ROUT und MOUT für den Referenzstrahl und den Meßstrahl kollinear verlaufen. Ein Erreichen von kollinearen Ausgangsstrahlen vom Interferometer 100 hängt von einer richtigen Ausrichtung des Referenzspiegels 130 und des Meßspiegels 160 ab.
• Bei der ordnungsgemäß ausgerichteten Konfiguration ist der Meßspiegel 160 senkrecht zum Weg M1, und die reflektierten Wege M1' und M4' sind kollinear mit den einfallenden Wegen M1 und M4. Infolgedessen fallen die Meßwege M2, M3 und MOUT jeweils mit den Referenzwegen R2, R3 und ROUT zusammen, wenn der Meßspiegel 160 ideal ausgerichtet ist. Wenn sich der Meßspiegel 160 außerhalb der Ausrichtung befindet, bilden die Wege M1 und M1' einen Winkel, der von der Fehlausrichtung des Meßspiegels 160 abhängig ist, und die Referenz- und Meßwege sind relativ zueinander schräg angeordnet. Die winkelmäßige Fehlausrichtung oder winkelmäßige Differenz zwischen dem Meßweg und dem Referenzweg hält bis zur zweiten Reflexion vom Meßspiegel 160 an, wobei an diesem Punkt der Meßweg M4' und der Ausgangsweg MOUT parallel zum Ausgangsweg ROUT für den Referenzstrahl werden. Die winkelmäßige Abweichung des Referenzspiegels 160 verschiebt jedoch noch den Meßstrahlausgangsweg MOUT relativ zum Referenzstrahl-Ausgangsweg ROUT. Dieses Phänomen wird allgemein als ein Strahlauseinanderlaufen (Beam Walkoff) bezeichnet.
• Wenn das Strahlauseinanderlaufen im Vergleich zu den Durchmessern für die Referenz- und Meßstrahlen vernachlässigbar ist, liefert der kombinierte Strahl ein starkes Meßsignal. Eine Fehlausrichtung des Meßspiegels 160 um etwa 0,001 Radian oder mehr zusammen mit einer großen Entfernung (in der Ordnung von 0,5 Metern oder mehr) zwischen dem Strahlteiler 110 und dem Spiegel 160 bewirkt jedoch bei einigen Präzisionsinterferometern ein Auseinanderlaufen, die einen erheblichen Bruchteil der Strahldurchmesser darstellt. (Das Auseinanderlaufen in einem Planspiegel-Interferometer beträgt allgemein etwa 4Lα, wobei L die Entfernung zwischen dem Interferometer und dem Meßspiegel 160 und α die Winkelfehlausrichtung des Meßspiegels 160 ist). Die resultierende Abnahme des überlappten Bereichs des Meßstrahls und des Referenzstrahls bewirkt eine beträchtliche Absenkung des Meßsignals, wodurch das zyklische Fehlersignal signifikanter und die Ausführung exakter Messungen erschwert wird.
• Ein weiteres Problem, das aus einem Strahlauseinanderlaufen entsteht, ist der dynamische Bereich des Meßsignals während des Betriebs des Interferometers 100. Speziell kann die Lichtintensität in dem überlappten Strahl zwischen einem besten Fall mit einer maximalen Überlappung und einem schlechtesten Fall mit einer relativ kleinen Überlappung variieren. Die Intensität hängt daher von der Ausrichtung des Meßspiegels 160 ab, und die Ausrichtung verändert sich während des Betriebs des Interferometers 100, speziell wenn sich das Objekt, das gemessen wird, bewegt. Der Eingangsstrahl muß eine ausreichende Leistung aufweisen, um ein meßbares Signal bei der Schlechtester-Fall-Ausrichtung zu liefern, was die Energieeffizienz des Interferometers 100 beträchtlich verringert. Zusätzlich müssen der optische Empfänger und die Meßelektronik einen dynamischen Bereich aufweisen, der ausreicht, um sowohl die niedrigen Meßsignalpegel des schlechtesten Falls als auch die hohen Meßsignalpegel des besten Falls zu handhaben.
• Noch ein weiterer Nachteil des Strahlauseinanderlaufens entsteht aus einer Uneinheitlichkeit der Wellenfronten der Strahlen. Typischerweise können eine Strahlkrümmung, Keilwinkel und Aberrationen der Strahlen an sich und optische Oberflächen, die durch einen Strahl, jedoch nicht durch den anderen gequert werden, Wellenfront-Phasendifferenzen bewirken. Das Messstrahlauseinanderlaufen kann die Überlappung verändern und speziell bewirken, daß sich die gemessene Phase des Signals verändert, selbst wenn sich die Entfernung zwischen dem Spiegel 160 und dem Strahlteiler 110 nicht veränderte.
• Das Interferometer 100 verwendet einen Würfeleckenreflektor 140, um die Referenz- und Meßstrahlen für zusätzliche Reflexionen von den jeweiligen Planspiegel-Reflektoren 130 und 160 umzulenken. Wie vorstehend angemerkt wurde, verhindern der Würfeleckenreflektor 140 und die zusätzlichen Reflexionen winkelmäßige Separationen zwischen den Ausgangsstrahlwegen ROUT und MOUT. Die zusätzlichen Reflexionen erhöhen (d. h. verdoppeln) auch die Doppler- Verschiebung des Meßstrahls und können die Meßauflösung des Interferometers erhöhen. Ein weiterer Würfeleckenreflektor kann hinzugefügt werden, um die Anzahl von Reflexionen des Meßstrahls vom Meßreflektor 160 (und die Anzahl von Reflexionen des Referenzstrahls vom Referenzreflektor 130) weiter zu erhöhen. Ein Nachteil der Verwendung eines Würfeleckenreflektors ist der resultierende Anstieg des Strahlauseinanderlaufen (z. B. Verdoppelung des Strahlauseinanderlaufen beim Verdoppeln der Anzahl von Reflexionen).
• Ein dynamisches Strahlsteuerungssystem könnte die relative Position des Meßstrahls und des Referenzstrahl während des Betriebs des Interferometers 100 messen und dann den Referenzspiegel 130 oder ein anderes optisches Element im Interferometer 100 dynamisch einstellen, um das Auseinanderlaufen zu minimieren. Ein solches dynamisches Steuerungssystem ist tendenziell komplex, kostspielig und anfällig für Ausfälle. Dementsprechend sind effizientere und weniger komplexe Systeme und Verfahren zum Reduzieren oder Eliminieren eines Auseinanderlaufens erwünscht.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Vorrichtungen und Verfahren zu schaffen, die eine Interferometrie mit reduziertem Strahlauseinanderlaufen ermöglichen.
• Diese Aufgabe wird durch ein Interferometer gemäß den Ansprüchen 1 und 15, ein Verfahren gemäß Anspruch 19, ein Planspiegel-Interferometer gemäß Anspruch 24 sowie ein Linearinterferometer gemäß Anspruch 30 gelöst.
• Gemäß einem Aspekt der Erfindung gibt ein Interferometer den Meßstrahl und den Referenzstrahl für einen zusätzlichen Durchlauf durch die Interferometeroptik entlang den Wegen zurück, die entweder einen ersten Durchgang durch die Interferometeroptik zurückverfolgen oder Wegen parallel zum ersten Durchgang folgen. Infolgedessen eliminieren zusätzliche Reflexionen des Meßstrahls und des Referenzstrahls von ihren jeweiligen Reflektoren das Auseinanderlaufen zwischen dem Meßstrahl und dem Referenzstrahl in einem endgültigen kombinierten Strahl.
• Bei einem Ausführungsbeispiel lenkt ein Planspiegel- Rücklaufreflektor parallele Strahlen, die einmal durch ein Interferometer zurück in das Interferometer gelangt sind, so daß der zweite Durchlauf der Strahlen durch das Interferometer den ersten Durchlauf zurückverfolgt. Die resultierenden ausgegebenen Referenz- und Meßstrahlen verlaufen daher kollinear und entlang der Achse des ursprünglichen Eingangsstrahls. Ein Trennsystem kann den kombinierten Ausgangsstrahl von der Achse des Eingangsstrahls trennen.
• Um zu vermeiden, daß Eingangs- und Ausgangsstrahlen auf der gleichen Achse vorliegen, verwendet ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Rücklaufreflektor, der die Referenz- und Meßstrahlen versetzt, die für den zweiten Durchlauf durch das Interferometer zurückgegeben werden. Ein gleichschenkliges oder trapezförmiges Prisma, von denen ein jedes zur Herstellung oder aus anderen Gründen abgestumpft werden kann, kann diesen Typ von Reflexion ausführen. Die zurückgegebenen Strahlen folgen Wegen, die parallel zu, jedoch versetzt von den Wegen, die für den ersten Durchlauf verfolgt wurden, verlaufen. Die finalen ausgegebenen Referenz- und Meßstrahlen sind vom Eingangsstrahl versetzt und kollinear zu einander.
• Ein spezifisches Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Interferometer, das einen Strahlteiler, ein erstes und ein zweites Reflektorsystem und einen Rücklaufreflektor umfaßt. Der Strahlteiler teilt einen Eingangsstrahl typischerweise gemäß einer Polarisierung in einen ersten Strahl und einen zweiten Strahl, z. B. einen Meßstrahl und einen Referenzstrahl. Das erste Reflektorsystem, das einen Planspiegel- Reflektor oder Retroreflektor umfassen kann, empfängt den ersten Stahl vom Strahlteiler und reflektiert den ersten Strahl zurück zum Strahlteiler. Das zweite Reflektorsystem, das einen Reflektor des gleichen Typs wie das erste Reflektorsystem umfaßt, empfängt den zweiten Strahl vom Strahlteiler und reflektiert den zweiten Strahl zurück zum Strahlteiler.
• In einem Planspiegel-Interferometer, das ein Differenzialinterferometer oder ein Interferometer mit einem feststehenden internen Referenzweg sein kann, umfaßt jeweils das erste und das zweite Reflektorsystem typischerweise einen Planspiegel und eine Viertelwellenplatte, und das Interferometer verwendet ferner einen Retroreflektor. Bei dem Retroreflektor folgt der erste Strahl einem Weg, der zwei Reflexionen von dem ersten Reflektorsystem umfaßt, bevor er den Rücklaufreflektor erreicht. Der Retroreflektor zwischen den zwei Reflexionen im Interferometer eliminiert die Wirkung, die die winkelmäßige Fehlausrichtung des ersten Reflektorsystems auf die Richtung des ersten Strahls hat, jedoch unterliegt die Position des ersten Strahls immer noch den Schwankungen, die von der Fehlausrichtung und der Entfernung des ersten Reflektorsystems abhängen. Desgleichen folgt der zweite Strahl einem Weg, der zwei Reflexionen von dem zweiten Reflektorsystem umfaßt, bevor er den Rücklaufreflektor erreicht, was dazu führt, daß der zweite Strahl die gewünschte Richtung, jedoch eine Position, die von der Ausrichtung von dem und der Entfernung zu dem zweiten Reflektorsystem abhängt, aufweist.
• Bei einem Linearinterferometer umfaßt jeweils das erste und das zweite Reflektorsystem typischerweise einen Retroreflektor. Der erste Strahl wird von dem Retroreflektor in das erste Reflektorsystem einmal reflektiert, bevor er den Rücklaufreflektor erreicht, und der zweite Strahl wird vom Retroreflektor in das erste Reflektorsystem einmal reflektiert, bevor er den Rücklaufreflektor erreicht. Die Verwendung von Retroreflektoren sorgt dafür, daß die Strahlen anhaltend in die gewünschten Richtungen wandern, eliminiert jedoch nicht das Auseinanderlaufen, das aus der linearen und winkelmäßigen Fehlausrichtung der Retroreflektoren resultiert.
• Der Strahlteiler bildet einen ersten kombinierten Strahl aus dem ersten und dem zweiten Strahl und lenkt den kombinierten Strahl zum Rücklaufreflektor. Der erste und der zweite Strahl in dem kombinierten Strahl verlaufen parallel zueinander, laufen jedoch um eine Entfernung auseinander, die von einer relativen Fehlausrichtung des ersten und des zweiten Reflektorsystems abhängt. Der Rücklaufreflektor gibt den ersten kombinierten Strahl an den Strahlteiler zurück. Nach der Reflexion vom Rücklaufreflektor weisen der erste und der zweite Strahl die gleiche Anzahl von Reflexionen von dem jeweiligen ersten und zweiten Reflektorsystem auf, die der erste und der zweite Strahl vor der Reflexion von dem Rücklaufreflektor aufwiesen. Speziell teilt der Strahlteiler erneut die Strahlen, lenkt sie in die entsprechenden Reflektorsysteme und kombiniert dann den zurückkehrenden ersten und zweiten Strahl, um einen zweiten kombinierten Strahl zu bilden. Der erste und der zweite Strahl sind im zweiten kombinierten Strahl kollinear.
• Der Rücklaufreflektor kann ein Planspiegel sein, der senkrecht zum ersten kombinierten Strahl verläuft. In diesem Fall verfolgen der erste und der zweite Strahl ihre ursprünglichen Wege zurück, um das Auseinanderlaufen präzise aufzuheben. Infolgedessen tritt der zweite kombinierte Strahl entlang einer Achse des Eingangsstrahls aus. Eine Trennoptik kann den zweiten kombinierten Strahl von Eingangsstrahl trennen, um Konflikte zwischen der Anlieferung des Eingangsstrahls und der Messung des kombinierten Strahls zu vermeiden. Bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt die Trennoptik einen Strahlteiler, der den Eingangsstrahl durchläuft und den Ausgangsstrahl reflektiert. Alternativ umfaßt die Trennoptik ein doppelbrechendes Prisma und ein Polarisierungsdrehelement.
• Der Rücklaufreflektor kann alternativ ein optisches Element oder System sein, daß einen einfallenden Strahl empfängt und einen parallel reflektierten Strahl, der vom einfallenden Strahl versetzt ist, zurückgibt. Der Versatz ist so festgelegt, daß eine Verschiebung im einfallenden Strahl eine übereinstimmende Verschiebung des reflektierten Strahls bewirkt. Beispiele von Rücklaufreflektoren, die Reflexionen mit den gewünschten Eigenschaften liefern, umfassen ein gleichschenkliges Prisma mit einer reflektiven Basis, einen Planspiegel und ein transparentes gleichschenkliges Prisma und ein trapezförmiges Prisma, sind jedoch nicht auf dieselben beschränkt. Bei diesem Typ eines Rücklaufreflektors ist der zweite kombinierte Strahl vom Eingangsstrahl versetzt, jedoch weisen der erste und der zweite Strahl immer noch kein Auseinanderlaufen im kombinierten Strahl auf.
• Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Interferometer, das ein gleichschenkliges Prisma verwendet, das die Strahlen zur herkömmlichen Interferometeroptik zurückgibt, um das Strahlauseinanderlaufen aufzuheben. Während eines ersten Durchlaufs des Lichts durch die Interferometeroptik teilt die Interferometeroptik einen Eingangsstrahl in einen Referenzstrahl und einen Meßstrahl. Der Meßstrahl reflektiert von einem Meßreflektor, der einer Fehlausrichtung unterliegen kann. Die Optik kombiniert die Referenz- und Meßstrahlen zu einem ersten erneut umkombinierten Strahl um, bei dem die Referenz- und Meßstrahlen parallel verlaufen, jedoch einem Auseinanderlaufen unterliegen, die von der Ausrichtung des Meßreflektors abhängt. Das gleichschenklige Prisma gibt den ersten umkombinierten Strahl zur Optik zurück, wo die Optik den Referenzstrahl und den Meßstrahl vom ersten umkombinierten Strahl trennt, den Meßstrahl vom Meßreflektor reflektiert und dann den ersten und den zweiten Strahl zu einem zweiten umkombinierten Strahl umkombiniert, bei dem die Referenz- und Meßstrahlen kollinear verlaufen. Bei einer spezifischen Konfiguration trifft der erste umkombinierte Strahl auf eine der gleichlangen Facetten des gleichschenkligen Prismas, vorzugsweise in der Mitte der Facette, auf, und eine Basis des gleichschenkligen Prismas verläuft senkrecht zum ersten umkombinierten Strahl.
• Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Interferometers. Das Verfahren umfaßt ein Umlenken eines Eingangsstrahls in das Interferometer für einen ersten Durchlauf durch die Interferometeroptik, ein Reflektieren des erste und des zweiten Strahls, um einen ersten und einen zweiten zurückkehrenden Strahl zu erzeugen, die für einen zweiten Durchlauf durch die Interferometeroptik zurückgelenkt werden, und ein Messen eines kombinierten Strahls, der von der Interferometeroptik in Folge des zweiten Durchlaufs hervorgeht. Während des ersten Durchlaufs teilt die Interferometeroptik den Eingangsstrahl in einen ersten Strahl und einen zweiten Strahl und bewirkt, daß entweder der erste oder der zweite Strahl zumindest einmal von einem Reflektor, der auf einem Objekt, das gemessen wird, angebracht ist, reflektiert wird. Der erste Durchlauf endet damit, daß der erste und der zweite Strahl die Interferometeroptik entlang den Wegen verlassen, die parallel verlaufen und ein Nicht-Null- Auseinanderlaufen voneinander aufweisen. Der erste und der zweite zurückkehrende Strahl verlaufen parallel zum ersten und zum zweiten Strahl und sind jeweils vom ersten und vom zweiten Strahl um eine feststehende Entfernung versetzt, die größer als oder gleich 0 sein kann.
• Ein Planspiegel-Rücklaufreflektor reflektiert den ersten und den zweiten austretenden Strahl, um den ersten und den zweiten zurückkehrenden Strahl mit einem Null-Versatz zurück entlang den jeweiligen Wegen des ersten und des zweiten austretenden Strahls zu lenken. Der zweite Durchlauf verfolgt dann den Weg zurück, der für den ersten Durchlauf verfolgt wurde, und der finale kombinierte Strahl tritt entlang der Achse der Ausbreitung des Eingangsstrahls aus.
• Für einen Nicht-Null-Versatz zwischen dem Eingangs- und. Ausgangsstrahl verläuft der erste zurückkehrende Strahl parallel zu und versetzt vom ersten austretenden Strahl, und der zweite zurückkehrende Strahl verläuft parallel zu und versetzt vom zweiten zurückkehrenden Strahl. Systeme, die ein gleichschenkliges Prisma oder ein trapezförmiges Prisma umfassen, können den ersten und dem zweiten austretenden Strahl reflektieren, um den ersten und den zweiten zurückkehrenden Strahl mit dem gewünschten Versatz für den zweiten Durchlauf zurückzulenken. Der finale kombinierte Strahl wird vom Eingangsstrahl versetzt und frei von eines Strahlauseinanderlaufens sein.
• Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
• Fig. 1 ein herkömmliches Interferometer mit einem fehlausgerichteten Meßspiegel, der ein Strahlauseinanderlaufen bewirkt.
• Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das ein Auseinanderlaufen unter Verwendung eines Reflektors eliminiert, der einen Meßstrahl und einen Referenzstrahl zurücksendet, um ihren jeweiligen Weg zurückzuverfolgen.
• Fig. 3A und Fig. 3B eine Interferometeroptik für Ausführungsbeispiele der Erfindung mit alternativen Systemen zum Trennen von Eingangs- und Ausgangsstrahlen.
• Fig. 4A, 4B und 4C alternative Ausführungsbeispiele der Erfindung, die ein Strahlauseinanderlaufen unter Verwendung von optischen Elementen eliminieren, die den Meßstrahl und den Referenzstrahl zurücksenden und versetzen.
• Fig. 5 ein Differenztial-Planspiegel-Interferometer gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
• Fig. 6 ein Interferometer gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das Würfeleckenreflektoren für Referenz- und Meßreflektoren verwendet.
• Fig. 7 ein Linearinterferometer gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das einen Planspiegel als einen Rücklaufreflektor verwendet, der den Referenzstrahl und den Meßstrahl lenkt, um Wege durch das Interferometer zurückzuverfolgen.
• Fig. 8 ein Linearinterferometer gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das einen Rücklaufreflektor verwendet, der den Referenzstrahl und den Meßstrahl lenkt, um die Wege parallel zu, jedoch versetzt von den ursprünglichen Wegen durch das Interferometer zurückzuverfolgen.
• Fig. 9 ein Differential-Linear-Interferometer gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
• Die Verwendung der gleichen Bezugszeichen in den unterschiedlichen Figur weist auf ähnliche oder identische Elemente hin.
• Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist ein Interferometer ein passives optisches System auf, das den Meßstrahl und den Referenzstrahl für zusätzliche Durchgänge durch die Interferometeroptik zum Aufheben eines Strahlauseinanderlaufens im finalen Ausgangsstrahl zurücksendet. Bei einem Ausführungsbeispiel verfolgen die zurückgesendeten Strahlen ihre jeweiligen Wege exakt zurück, um als kollineare Strahlen auszutreten, die mit dem Eingangsstrahl zusammenfallen. Für dieses Ausführungsbeispiel kann ein Planspiegel senkrecht zum Ausgangsweg eines herkömmlichen Interferometers Referenz- und Meßstrahlen für das Zurückverfolgen zurücksenden. Alternativ können die zurückkehrenden Referenz- und Meßstrahlen parallel zu, jedoch versetzt von den ursprünglichen Ausgangswegen verlaufen. Ein optisches Element, wie z. B. ein gleichschenkliges Prisma, kann die Strahlen mit der gewünschten Richtung und dem gewünschten Versatz zurücksenden.
• Fig. 2 zeigt eine Draufsicht von optischen Elementen eines Interferometers 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie dargestellt ist, enthält das Interferometer 200 eine Optik, die einen Polarisierungsstrahlteiler 110, Viertelwellenplatten 120 und 150, einen Referenzreflektor 130, einen Würfeleckenreflektor 140 und einen Meßreflektor 160 aufweist, die in herkömmlicher Weise konzipiert sein können.
• Ein Interferometer 200 empfängt einen Eingangsstrahl entlang einem Weg IN/OUT. Das Interferometer kann entweder ein Gleichstrominterferometer sein, in dem der Eingangsstrahl vorzugsweise monochromatisch ist, oder ein Wechselstrominterferometer, in dem der Eingangsstrahl vorzugsweise ein Strahl ist, der zwei orthogonal polarisierte Komponenten enthält, die leicht unterschiedliche Frequenzen aufweisen. Die Wechselstrom- und Gleichstrominterferometer sind in der Technik hinreichend bekannt. Zu Veranschaulichungszwecken wird nachstehend ein exemplarisches Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das Interferometer 200 ein Wechselstrominterferometer ist, beschrieben. Ein Gleichstrominterferometer würde jedoch Strahlenwege aufweisen, die mit jenen, die nachstehend beschrieben sind, identisch sind, und unterscheidet sich von einem Wechselstrominterferometer in der Beschaffenheit des Eingangsstrahls und der Verarbeitung des kombinierten Ausgangsstrahls, um die Bewegung eines Objekts zu messen.
• Bei einem Wechselstrominterferometer weist jede Frequenzkomponente des Eingangsstrahls eine lineare Polarisierung auf, die orthogonal zur linearen Polarisierung der anderen Frequenzkomponente ist. Aktuelle Strahlquellen können einen heterodynen Strahl mit Frequenzkomponenten liefern, die Polarisierungen aufweisen, die in hohem Maße, wenn nicht vollkommen linear und orthogonal sind. Ein Zeeman- Teilungslaser mit entsprechenden polarisierenden optischen Elementen kann einen Eingangsstrahl mit den gewünschten Eigenschaften erzeugen.
• Bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Quelle des Eingangsstrahls ein im Handel erhältlicher Laserkopf, wie z. B. ein 5517D, der bei Agilent Technologies Inc. erhältlich ist. Die 5517-Familie von Laserköpfen wendet ein axiales Magnetfeld auf den Laserresonator eines He-Ne-Lasers an, um ein Zeeman-Teilen (Zeeman- Splitting) zu bewirken. Das in dieser Weise erfolgende Zeeman-Teilen erzeugt einen Strahl, der Frequenzkomponenten mit einer Frequenzdifferenz f2 - f1 von etwa 2 bis 6 MHz und eine Durchschnittswellenlänge von etwa 633 nm enthält. Die zwei Frequenzkomponenten aus dem Laserresonator weisen entgegengesetzte zirkulare Polarisierungen auf, und eine Viertelwellenplatte oder ein anderes optisches System wandeln die zirkularen Polarisierungen der Frequenzkomponenten in orthogonale lineare Polarisierungen um.
• Die Strahlquelle, z. B. der Laser, wird allgemein von der Interferometeroptik entfernt aufbewahrt, um Wärmewirkungen auf das Meßsystem zu vermeiden, und ein optisches System unter Verwendung einer Faseroptik oder eine direkte Strahlübertragung kann den Eingangsstrahl von der Strahlquelle zur Interferometeroptik entlang dem Weg IN/OUT liefern. Die linearen Polarisierungen der gelieferten Frequenzkomponenten verlaufen entlang der Separationsachsen des Polarisierungsstrahlteilers 110.
• Der Polarisierungsstrahlteiler 110 empfängt den Eingangsstrahl und teilt den Eingangsstrahl in Komponenten gemäß der linearen Polarisierung. Bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Strahlteiler 110 einen viereckigen Querschnitt auf und umfaßt zwei Prismen mit einer intervenierenden Strahlteilerbeschichtung 115 bei 45° mit jeder Fläche des Strahlteilers 110. Alternativ könnte eine andere Geometrie oder ein Polarisierungsstrahlteiler, der ein doppelbrechendes Material enthält, verwendet werden. Der Strahlteiler 110 liefert idealerweise eine totale Auslöschung des Lichts, das die eine lineare Polarisierung von dem übertragenen Strahl aufweist, und eine totale Auslöschung des Lichts, das die andere lineare Polarisierung von dem reflektierten Strahl aufweist, jedoch wird allgemein eine gewisse Leckage der falschen Polarisierung vorhanden sein.
• Um ein endgültiges Beispiel zu liefern, bezieht sich die nachfolgende Beschreibung auf die Komponente des Eingangsstrahls, der anfangs von der Strahlteilerbeschichtung 115 als ein Referenzstrahl reflektiert wird, und bezieht sich auf die anfangs übertragene Komponente als ein Meßstrahl. Alternativ könnte der reflektierte Strahl der Meßstrahl sein, und der übertragene Strahl könnte der Referenzstrahl sein.
• In Fig. 2 folgt der Referenzstrahl nach der Reflexion von Strahlteilerbeschichtung 115 einem Weg R1 durch die Viertelwellenplatte 120 zum Referenzreflektor 130. Der Referenzreflektor 130 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Planspiegel, der auf demselben Aufbau wie der Strahlteiler 110 angebracht ist. Der Planspiegel ist senkrecht zum Weg R1 und reflektiert daher den Referenzstrahl zurück entlang dem Weg R1. Das Wandern nach unten und zurück entlang dem Weg R1 durch die Viertelwellenplatte 120 rotiert die Polarisierung des Referenzstrahls effektiv um 90°, und der Referenzstrahl gelangt durch die Strahlteilerbeschichtung 115 zum Weg R2.
• Der Referenzstrahl-Wanderweg R2 reflektiert vom Würfeleckenreflektor 140 und tritt am Würfeleckenreflektor 140 entlang einem versetzten Weg R3 zum Strahlteiler 110 zurück aus. Vom Weg R3 gelangt der Referenzstrahl durch die Strahlteilerbeschichtung 115 zu einem Weg R4. Der Referenzstrahl quert den Weg R4 durch die Viertelwellenplatte 120 zum Reflektor 130, reflektiert vom Referenzreflektor 130 und kehrt entlang dem Weg R4 zurück durch die Viertelwellenplatte 120 in den Polarisierungsstrahlteiler 110 zurück. Der Referenzstrahl reflektiert dann von der Strahlteilerbeschichtung 115 zu einem Weg R5, der zu einem Rücklaufreflektor 210 führt.
• Der Weg R5 entspricht dem Ausgangsweg ROUT in dem herkömmlichen Interferometer 100 von Fig. 1. Beim Interferometer 200 ist der Rücklaufreflektor 210 ein Planspiegel, der senkrecht vom Weg R5 ausgerichtet ist und daher den Referenzstrahl zurücksendet, um den Weg R5 in den Polarisierungsstrahlteiler 110 zurück zu verfolgen. Bei der Rückkehr auf dem Weg R5 verfolgt der Referenzstrahl die Wege R5, R4 (in beide Richtungen), R3, R2 und R1 (in beide Richtungen) zurück, um entlang dem Weg IN/OUT auszutreten. Die in Fig. 2 für die Wege des Referenzstrahls (und des Meßstrahls) gezeigten Richtungen sind die Richtungen entsprechend einem ersten Durchlauf durch die Interferometeroptik, und die Richtungen des Referenzstrahls nach der Reflexion vom Rücklaufreflektor 210 verlaufen entgegengesetzt zu den in Fig. 2 dargestellten Richtungen.
• Die Komponente des Eingangsstrahls, die durch die Strahlteilerbeschichtung 115 bei einem ersten Auftreffen übertragen wird, bildet den Meßstrahl. Der Meßstrahl folgt dann einem Weg M1 durch die Viertelwellenplatte 150 zum Meßreflektor 160. Der Meßreflektor 160 ist der gleiche Typ wie der Referenzreflektor 130, und im Interferometer 200 ist ein Planspiegel, der senkrecht zum Weg M1 nominal ausgerichtet ist. Der Meßreflektor 160 ist auf einem Objekt, wie z. B. einer Translationsstufe, die gemessen wird, angebracht und unterliegt allgemein einer Schwankung der winkelmäßigen Ausrichtung. Fig. 2 zeigt den Meßspiegel 160 außerhalb der idealen Ausrichtung befindlich. Bei der dargestellten Fehlausrichtung des Planspiegels reflektiert der Meßreflektor 160 den Meßstrahl zum Weg M1', der mit dem Weg M1 in einem Winkel liegt.
• Das zweimalige Durchwandern durch die Viertelwellenplatte 120 entlang den Wegen M1 und M' rotiert die Polarisierung des Meßstrahls effektiv um 90°. Bei seinem zweitem Auftreffen auf die Strahlteilerbeschichtung 115 reflektiert der Meßstrahl von der Strahlteilerbeschichtung 115 zum Weg M2. Wenn der Meßreflektor 160 perfekt auf den Weg M1 ausgerichtet wäre, würden die Wege M1 und M1' zusammenfallen und die Wege M2 und R2 würden zusammenfallen. Bei der dargestellten Fehlausrichtung sind die Wege R2 und M2 schräg angeordnet und voneinander versetzt.
• Der Meßstrahl-Wanderweg M2 reflektiert vom Würfeleckenreflektor 140 und tritt aus dem Würfeleckenreflektor 140 entlang einem versetzten Weg M3 zurück zum Strahlteiler 110 aus. Ab dem Weg M3 reflektiert der Meßstrahl von der Strahlteilerbeschichtung 115 zu einem Weg M4. Der Meßstrahl quert den Weg M4 durch die Viertelwellenplatte 150 zum Meßreflektor 160 und reflektiert vom Meßreflektor 160 auf den Weg M4'. Der Meßstrahl kehrt dann entlang dem Weg M4' zurück durch die Viertelwellenplatte 150 in den Polarisierungsstrahlteiler 110.
• Die Polarisierungsveränderungen durch zweimaliges Durchlaufen der Viertelwellenplatte 150 bewirkt, daß der Meßstrahl auf dem Weg M4' durch die Strahlteilerbeschichtung 115 zu einem Weg M5 gelangt, der zu einem Rücklaufreflektor 210 führt. Der Meßweg M5 (wie der Weg M4') verläuft parallel zum Referenzweg R5, weil der Würfeleckenreflektor 140 den Weg M3 parallel zum Weg M2 macht, und die zweite Reflexion vom Referenzreflektor 160 hebt die winkelmäßige Schwankung auf, die aus der ersten Reflexion vom Meßreflektor 160 stammt.
• Der Weg M5 entspricht dem Ausgangsweg MOUT bei der herkömmlichen Interferometeroptik von Fig. 1. Der Rücklaufreflektor 210 sendet den Meßstrahl zurück, um die Wege M5, M4', M4, M3, M2, M1' und M1 zurückzuverfolgen, und tritt aus dem Polarisierungsstrahlteiler 110 entlang dem Weg IN/OUT aus. Der ausgegebene Meßstrahl verläuft daher kollinear mit dem ausgegebenen Referenzstrahl und befindet sich auf der gleichen Achse wie der Eingangsstrahl. Da der Meßstrahl seinen Weg durch die Interferometeroptik zurückverfolgt, hebt der Rückwegdurchlauf jegliche Wirkungen der Gier- oder Abstands-Schwankung des Meßreflektors 160 auf. Wäre der Referenzreflektor 130 fehlausgerichtet, würde das Zurücksenden des Referenzstrahls, um seinen Weg durch die Interferometeroptik zurückzuverfolgen, desgleichen jedes Strahlauseinanderlaufen aufheben, die die Fehlausrichtung des Referenzreflektors 130 ansonsten bewirkt haben könnte.
• Ein weiteres Merkmal des Interferometers 200 ist, daß der Meßstrahl vom Meßreflektor 160 viermal reflektiert. Dementsprechend ist die Doppler-Verschiebung der Frequenz des ausgegebenen Meßstrahls zweimal so groß wie die des herkömmlichen Interferometers 100 von Fig. 1, wodurch die Meßauflösung effektiv verdoppelt wird. Herkömmliche elektronische Systeme, die die Doppler-Verschiebung bei der Schwebungsfrequenz eines kombinierten Strahls messen und dann die Bewegung, die die Verschiebung bewirkte, berechnen, können für die größeren Doppler-Verschiebungen angepaßt werden.
• Der zweite Durchlauf des Meßstrahls und des Referenzstrahls durch das Interferometer 200 nach dem Rücklaufreflektor 210 bewirkt eine Dämpfung oder einen Verlust der optischen Leistung. Die optische Leistung bei der Strahlüberlappung, die das gemessene Signal liefert, bleibt jedoch konstant und ist allgemein größer als die Leistung von der Strahlüberlappung des schlechtesten Falls, die bei einem herkömmlichen Interferometer geliefert wird, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Dementsprechend kann das Interferometer 200 eine geringere Leistungsstrahlquelle verwenden und eine Empfängerelektronik mit einem geringeren dynamischen Bereich als herkömmliche Interferometer möglicherweise erfordern verwenden.
• Das Vorliegen eines kombinierten Ausgangsstrahls entlang der gleichen Achse wie der Eingangsstrahl erfordert allgemein ein System, um ein Blockieren des Eingangsstrahls zu verhindern, wenn der Ausgangsstrahl in einen Empfänger für die Meßelektronik gelenkt wird. Fig. 3A stellt ein Interferometer 300A dar, das ein Eingangs-/Ausgangs- Separationssystem 320 umfaßt, das einen Strahlteiler 310 (z. B. einen halbversilberten Spiegel) verwendet, um den Ausgangsstrahl vom Eingangsstrahl zu trennen. Der Strahlteiler 310 empfängt den Eingangsstrahl und reflektiert einen Abschnitt des Eingangsstrahls in den Polarisierungsstrahlteiler 110. Ein Rest 315 des Eingangsstrahls wird durch den Strahlteiler übertragen und geht verloren, wenn der Rest 315 nicht zu einer anderen Verwendung, wie z. B. für Messungen entlang einer anderen Achse in einem Multiachseninterferometer, gelenkt werden kann. Der Strahlteiler 310 empfängt auch den umkombinierten Strahl, der vom Polarisierungsstrahlteiler 110 ausgegeben wurde, überträgt den Teil des umkombinierten Strahls zur Messung und reflektiert einen Teil, der verloren gegangen ist.
• Fig. 38 stellt ein Interferometer 3008 dar, das ein Eingans-/Ausgangsstrahl-Separationssystem 320 umfaßt, das die Ausgangsstrahlen zu einem Weg umlenkt, der vom Eingangsstrahlweg versetzt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3B umfaßt das Strahlseparationssystem 320 ein doppelbrechendes Prisma 330 und ein Polarisierungsdrehelement Element 240.
• Der Eingangsstrahl für das Interferometer 3008 ist mit dem Eingangsstrahl für das Interferometer 200 von Fig. 2 mit Ausnahme der Richtungen der linearen Polarisierungen identisch. Die Frequenzkomponenten des Eingangsstrahls für das Interferometer 3008 weisen lineare Polarisierungen auf, die mit den Doppelbrechungsachsen vom Prisma 330 und in einem Winkel, wie z. B. 45°, mit den Achsen des Polarisierungsstrahlteilers 110 ausgerichtet sind.
• Das doppelbrechende Prisma 330, das ein Kalzit- Strahlverschieber, wie z. B. ein Verschieber, der von Anbietern wie Karl Lambrecht im Handel erhältlich ist, sein kann, empfängt den Eingangsstrahl und trennt die Polarisierungskomponente Min, die dem Meßstrahl entspricht, von einer Polarisierungskomponente Rin, die dem Referenzstrahl entspricht. Die Polarisierungskomponenten Min und Rin treten aus dem Prisma 330 versetzt voneinander aus.
• Das Polarisierungsdrehelement 330, das ein Viertelwellen- Faraday-Rotator sein kann, rotiert die Polarisierungen der Strahlen Min und Rin um einen feststehenden Winkel, d. h. 45°, so daß die Strahlen Min und Rin lineare Polarisierungen aufweisen, die den Achsen des Polarisierungsstrahlteilers 110 entsprechen.
• Der Meßstrahl Min folgt den Wegen M1, M1', M2, M3, M4, M4 und M5 und reflektiert dann vom Rücklaufspiegel 210, um die Wege M5, M4', M4, M3, M2, M1' und M1, wie vorstehend beschrieben, zurückzuverfolgen. Der Polarisierungsstrahlteiler 110 gibt dann den Meßstrahl entlang der gleichen Achse aus, entlang der der Meßstrahl in den Polarisierungsstrahlteiler 110 eintrat.
• Der Referenzstrahl folgt den Wegen R1', R2' (in beide Richtungen), R3', R4' (in beide Richtungen) und R5' und reflektiert dann vom Spiegel 210, um die Wege R5', R4' (in beide Richtungen), R3', R2' und R1' (in beide Richtungen) zurückzuverfolgen. Die Referenzwege R1', R2', R3', R4' und R5' von Fig. 3 unterscheiden sich von den Referenzwegen R1. R2, R3, R4 und R5 von Fig. 2, weil der Eingangsreferenzstrahl Rin von Fig. 3B vom Eingangsstrahl in Fig. 2 versetzt ist. Der Polarisierungsstrahlteiler 110 gibt dann den Referenzstrahl entlang derselben Achse aus, in die der Referenzstrahl Rin in den Polarisierungsstrahlteiler 110 eintrat.
• Der Meßstrahl und Referenzstrahl verlassen den Polarisierungsstrahlteiler 110 versetzt voneinander um eine Entfernung gleich dem Versatz, den das Prisma 330 erzeugte. Dieser Versatz unterscheidet sich von einem Versatz, der des Strahlauseinanderlaufen entspricht, weil der Versatz im Interferometer 300B feststeht und von Schwankungen bei den Ausrichtungen des Meßreflektors 160 oder des Referenzreflektors 130 unabhängig ist.
• Das Polarisierungselement 340 dreht die Polarisierungen der Ausgangsstrahlen erneut um 45°. Die Eintritts- und Austrittsdurchläufe durch das Polarisierungselement 340 drehen die Polarisierungen des Meßstrahls und des Referenzstrahls um 90°, so daß das doppelbrechende Prisma 330 den Meßstrahl ablenkt und den Referenzstrahl überträgt. Der ausgegebene Referenzstrahl und der ausgegebene Meßstrahl treten entlang einem Ausgangsweg OUT aus, der vom Eingangsweg IN getrennt ist, und können daher einfacher in die Meßvorrichtungen gelenkt werden, ohne den Eingangsstrahl zu blockieren.
• Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung kann ein Reflektor, der den Meßstrahl und den Referenzstrahl für einen zusätzlichen Durchlauf durch die Interferometeroptik zurücksendet, die zurückgesendeten Strahlen versetzen. Fig. 4A zeigt ein Interferometer 400A einschließlich eines Rücklaufreflektors 410A, der einen reflektierten Strahl liefert, der vom einfallenden Strahl versetzt ist.
• Das Interferometer 400 verwendet eine Strahlquelle (nicht gezeigt) und einen Eingangsstrahl, die im wesentlichen mit der Strahlquelle und einem Eingangsstrahl identisch sind, die vorstehend für das Interferometer 200 von Fig. 2 beschrieben wurden. Bei einem ersten Durchlauf durch die Interferometeroptik folgen der Referenzstrahl und der Meßstrahl den gleichen Wegen, wie vorstehend bezüglich Fig. 2 beschrieben wurde. Speziell quert der Referenzstrahl die Wege R1 (in beide Richtungen), R2, R3, R4 (in beide Richtungen) und R5, bevor er den Rücklaufreflektor 410A erreicht. Der Meßstrahl quert die Wege M1, M1', M2, M3, M4 M4' und R5, bevor er den Rücklaufreflektor 410 erreicht.
• Der Rücklaufreflektor 410A reflektiert den einfallenden Referenzstrahl vom Weg R5 auf einen versetzten Weg R6 zurück zum Polarisierungsstrahlteiler 115 und reflektiert den einfallenden Meßstrahl vom Weg M5 zu einen versetzten Weg M6 zurück zum Polarisierungsstrahlteiler 115. Für einen beliebigen Meßstrahl oder Referenzstrahl, der auf den Rücklaufreflektor 410A auffällt, weist der reflektierte Strahl eine Richtung entgegengesetzt der Richtung des einfallenden Strahls auf und wird vom einfallenden Strahl um die gleiche Entfernung ungeachtet der Position des einfallenden Strahls versetzt. Ein Planspiegel senkrecht zu den einfallenden Strahlen weist diese Eigenschaften für den einschränkenden Fall einer versetzten Entfernung gleich Null auf.
• Im Interferometer 400A weist der Rücklaufreflektor 410A optische Flächen auf, die als ein gleichschenkliges Prisma 410A mit einer reflektiven Basis senkrecht zu den einfallenden Referenz- und Meßstrahlen dienen. Die gleichschenkligen Prismen 410A können ohne weiteres als ein dreieckiges Prisma mit Innenwinkeln 90°, 45° und 45° konstruiert werden. Die Basis des gleichschenkligen Prismas 410A kann mit einer hochreflektiven Beschichtung beschichtet sein, oder das gleichschenklige Prisma 410A kann alternativ einen ausreichend hohen Brechungsindex aufweisen, um eine totale Innenreflexion an der Basis zu liefern, wenn das Licht auf einer der anderen Seiten entlang einer Richtung senkrecht zur Basis auffällt. Die Position und Ausrichtung des gleichschenkligen Prismas 410A in Fig. 4A ist so beschaffen, daß den Meßstrahl und den Referenzstrahl auf der gleichen Fläche des gleichschenkligen Prismas 410A für einen vollen Bereich der tolerierten Strahlauseinanderlaufentfernung auftreffen. Der Referenzstrahl fällt vorzugsweise in der Mitte der Fläche auf.
• Fig. 4B stellt ein alternatives Interferometer 400B dar, das mit dem Interferometer 400A von Fig. 4A identisch ist, außer daß der Rücklaufreflektor 410 im Interferometer 400B ein trapezförmiges Prisma 410B ist. Das trapezförmige Prisma 410B weist eine reflektive Basis und eine reflektive Oberseite auf, die senkrecht zu den einfallenden Meß- und reflektiven Strahlen sind. Der Referenzstrahl und der Meßstrahl fallen auf einer der geneigten Flächen des trapezförmigen Prismas 410B auf, treten in das trapezförmige Prisma 410 ein und reflektieren zumindest einmal von der Basis und der Oberseite des Prismas, bevor sie durch die gegenüberliegende geneigte Fläche austreten. Die geneigten Facetten weisen die gleiche Länge auf und befinden sich im gleichen Winkel mit der Basis des trapezförmigen Prismas 410B. Das trapezförmige Prisma 410B arbeitet im wesentlichen in der gleichen Weise wie das gleichschenklige Prisma 410A, liefert jedoch einen relativ größeren Versatz. Zusätzlich ermöglicht die Oberseite des trapezförmigen Prismas, die flach ist, daß das Prisma 410B direkt am Polarisierungsstrahlteiler 110 befestigt werden kann.
• Fig. 4C stellt noch ein weiteres alternatives Interferometer 400C gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, bei dem ein Rücklaufreflektor 410C ein gleichschenkliges Prisma umfaßt, wobei seine Basis zum Polarisierungsstrahlteiler 110 hin geneigt ist. Die Spitze des gleichschenkligen Prismas im Rücklaufreflektor 410C ist zu einem Planspiegel hingeneigt. Ein kombinierter Strahl, der auf die Basis des gleichschenkligen Prismas auftrifft, wird nach dem Austreten aus dem gleichschenkligen Prisma gebrochen, reflektiert vom Planspiegel und wird nach dem erneuten Eintreten in das gleichschenklige Prisma gebrochen. Der Rücklaufreflektor 410C sendet den reflektierten Strahl entlang einem Weg parallel zu und versetzt durch eine feststehende Entfernung vom Weg des einfallenden Strahls zurück.
• Fig. 4A, 4b und 4C stellen spezifische optische Elemente 410A, 410B und 410C für die Rücklaufreflektoren dar, die den auftreffenden Meßstrahl und Referenzstrahl entlang den Rücklaufwegen, die parallel zu den entsprechenden einfallenden Wegen verlaufen und die die Rücklaufwege verschieben, um mit einer beliebigen Verschiebung in den einfallenden Wegen übereinzustimmen, zurückgeben. Allgemeiner können die Rücklaufreflektoren 410A, 410B und 410C und andere optische Systeme die erforderlichen Eigenschaften eines Rücklaufreflektors implementieren und werden hierin allgemein als Rücklaufreflektoren 410 bezeichnet. Die Fig. 4A, 4B und 4C zeigen auch jeweils eine Konfiguration, wo ein Rücklaufreflektor 410 einen horizontalen Versatz liefert, der sich in einer Ebene befindet, die die Referenzwege enthält, wenn das Interferometer die ideale Ausrichtung aufweist. Alternativ kann die Ausrichtung des Rücklaufreflektors 410 einen Versatz mit einem Winkel mit der Ebene liefern, die die Referenzwege und spezieller den vertikalen Versatz enthält, der senkrecht zur Ebene der Referenzstrahlen ist. In den dargestellten Ansichten würden die Referenz- und Meßstrahlen, wenn sie mit einem vertikalen Versatz zurückgegeben werden, in Erscheinung treten, um ihren ersten Durchlauf durch die Interferometeroptik exakt zurückzuverfolgen.
• Für den horizontalen Versatz folgt der zurückgegebene Referenzstrahl den Wegen R6, R7 (in beide Richtungen), R8, R9 und R10 (in beide Richtungen), bevor er von der Strahlteilerbeschichtung 115 auf einen Ausgangsweg OUT reflektiert wird. Der zurückgesendete Meßstrahl folgt den Wegen M6, M7, M7', M8, M9, M10 und M10', bevor er durch die Strahlteilerbeschichtung 115 zum Ausgangsweg OUT gelangt. Der ausgegebene Meßstrahl und der ausgegebene Referenzstrahl verlaufen auf dem Ausgangsweg OUT kollinear, vorausgesetzt, daß die optischen Oberflächen (z. B. die Strahlteilerbeschichtung 115, die Viertelwellenplatten 120 und 150, die Würfelecke 140 und die Reflektoren 130 und 160) räumlich einheitlich sind und die Normale zur reflektiven Oberfläche des Rücklaufreflektors 410 parallel zu den Strahlwegen M5 und R4 ist. Der Ausgangsweg OUT, der vom Eingangsweg IN geteilt wird, erleichtert das Messen des kombinierten Strahls, ohne mit dem Eingangsstrahl zu blockieren.
• Die Aspekte der Erfindung können auf viele Interferometerkonfigurationen angewendet werden. Fig. 5 zeigt ein Differenzialinterferometer 500 als ein weiteres exemplarisches Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Differenzialinterferometer 500 mißt die Differenz in den Positionen eines ersten Objekts, auf dem ein Meßreflektor 160 angebracht ist, und ein zweites Objekt, auf dem ein Referenzreflektor 530 angebracht ist. Das Interferometer 500 von Fig. 5 unterscheidet sich vorwiegend dahingehend vom Interferometer 400 von Fig. 4A, daß der Referenzreflektor 530 (mit einem zugeordneten Faltspiegel 510) den feststehenden Referenzreflektor 130 ersetzt, wie in Fig. 4A dargestellt ist.
• Die Strahlwege, die in Fig. 5 dargestellt sind, sind die Wege, die verfolgt werden, wenn die Reflektoren 160 und 530und andere optische Elemente des Interferometers 500 ideal ausgerichtet sind. Beim Differentialinterferometer 500 können jedoch beide Reflektoren 160 und 530 unabhängigen Winkelvariationen unterliegen, die in einem herkömmlichen Differenzialinterferometer ein Strahlauseinanderlaufen bewirken würden. Das Differentialinterferometer 500 verwendet den Rücklaufreflektor 410, um beide Meßstrahlen für einen zweiten Durchlauf durch die Interferometeroptik zurückzulenken, und hebt dadurch das Strahlauseinanderlaufen auf, die ansonsten die Fehlausrichtung der Reflektoren 160, 510 oder 530 verursachen würden.
• Fig. 6 stellt ein lineares Mehrdurchlaufs-Interferometer 600 dar, bei dem ein Referenzreflektor 630 und ein Meßreflektor 660 die Retroreflektoren sind, wie z. B. die Würfeleckenreflektoren. Die Retroreflektoren 630 und 660 ersetzen die Planspiegelreflektoren 130 und 160 des Interferometers 400A (Fig. 4A), jedoch enthält das Interferometer 600 ansonsten die gleichen Elemente, wie vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 4A beschrieben wurde.
• Die Retroreflektoren geben einen einfallenden Strahl entlang einem reflektierten Weg zurück, der parallel zu, jedoch versetzt von dem einfallenden Weg verläuft. Dementsprechend unterscheiden sich die Wege des Referenz- und Meßstrahls im Interferometer 600 von den Wegen im Interferometer 400. Mit der idealen Ausrichtung des Interferometers 600 kreuzt der Referenzstrahl die Wege A1, A2, C1, C2, A1, A2 und D1 bei einem ersten Durchlauf durch die Interferometeroptik. Der Rücklaufreflektor 410 gibt dann den Referenzstrahl zurück, um den Wegen C2, A3, A4, C3, C4, A3, A4 und OUT zu folgen. Bei der idealen Ausrichtung quert der Meßstrahl bei einem ersten Durchlauf durch die Interferometeroptik die Wege B1, B2, C1, C2, B1, B2 und D1. Der Rücklaufreflektor 410 gibt dann den Meßstrahl zurück, um den Wegen D2, B3, B4, C3, C4, B3, B4 und OUT zu folgen.
• Der Betrag des Versatzes, den eine Würfelecke liefert, hängt von der Entfernung des einfallenden Strahls vom Scheitelpunkt der Würfelecke ab, und die ideale Ausrichtung erfordert eine Ausrichtung des Scheitelpunkts des Meßreflektors 660 relativ zum Scheitelpunkt des Referenzreflektors 630. Wenn die Scheitelpunkte der Reflektoren nicht ordnungsgemäß zueinander ausgerichtet sind, trifft der reflektierte Meßweg B2 nicht an demselben Punkt rauf die Strahlteilerbeschichtung 115 auf, wo der reflektierte Referenzweg A2 auf die Strahlteilerbeschichtung 115 auftrifft. Infolgedessen wird einer der Referenz- oder Meßstrahlen vom Weg D1 versetzt werden, was das Strahlauseinanderlaufen für herkömmliche Interferometer verursacht. Das Interferometer 600 eliminiert dieses Auseinanderlaufen durch Zurückgeben des Meßstrahls oder Referenzstrahls für einen weiteren Durchlauf durch die Interferometeroptik, und die Fehlausrichtung bewirkt einen Versatz, der den Versatz, der während des ersten Durchlaufs erzeugt wurde, eliminiert. Das Interferometer 600 hebt so das Strahlauseinanderlaufen auf.
• Fig. 7 zeigt ein Interferometer 700 gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Interferometer 700 ist ein Linearinterferometer, das einen Polarisierungsstrahlteiler 110, einen Referenzreflektor 720 und einen Meßreflektor 730 umfaßt. Wie bei anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann das Linearinterferometer 700 einen monochromatischen Eingangsstrahl oder einen Zwei- Frequenz-Eingangsstrahl aufweisen, der zwei orthogonale lineare Polarisierungskomponenten umfaßt, die leicht unterschiedliche Frequenzen aufweisen. Der Polarisierungsstrahlteiler 110 teilt einen Eingangsstrahl, der entlang dem Weg IN/OUT empfangen wurde, in eine erste Polarisierungskomponente, die von der Strahlteilerbeschichtung 115 reflektiert, um einen Referenzstrahl zu bilden, und eine zweite Polarisierungskomponente gelangt durch die Strahlteilerbeschichtung 115, um einen Meßstrahl zu bilden.
• Während eines ersten Durchlaufs durch die Interferometeroptik reflektiert der Referenzstrahl von dem Eingangsstrahl auf einen Weg LR1, der zum Referenzreflektor 720 führt. Der Referenzreflektor 720 ist ein Retroreflektor, wie z. B. ein Würfeleckenreflektor und reflektiert den Referenzstrahl vom Weg LR1 auf einen Versatzweg LR2, der die entgegengesetzte Richtung vom Referenzstrahl LR1 aufweist. Der Referenzstrahl auf dem Weg LR2 reflektiert von der Strahlteilerbeschichtung 115 auf einen Weg LR3 zum Rücklaufreflektor 710.
• Der Meßstrahl während eines ersten Durchlaufs durch die Interferometeroptik gelangt durch die Strahlteilerbeschichtung 115 auf einem Weg LM1 zum Meßreflektor 730. Der Meßreflektor 730 ist wie der Referenzreflektor 720 ein Retroreflektor. Wenn der Meßreflektor 730 in einer Position 735 ist, die mit der Position des Referenzreflektors 720 ausgerichtet ist, tritt der Meßstrahl aus dem Meßreflektor 730 entlang einem Weg LM2' aus und gelangt durch die Strahlteilerbeschichtung 115 auf den Weg LR3. Dementsprechend, wenn die Reflektoren 720 und 730 ordnungsgemäß ausgerichtet sind, sind der Referenz- und Meßstrahl kollinear entlang dem Weg LR3 und können dann als ein kombinierter Strahl für die Messung der Bewegung des Meßreflektors 730 entlang seiner Achse ausgegeben werden.
• Wenn der Meßreflektor 730 von der idealen Position 735 versetzt ist, z. B. durch eine Entfernung X, wie in Fig. 7 dargestellt ist, reflektiert der Meßreflektor 730 den Meßstrahl vom Weg LM1 zum Weg LM2, der von dem idealen Meßweg LM2' um 2X versetzt ist. Nach dem Zurückbewegen durch die Strahlteilerbeschichtung 115 erfolgt die Messung folglich auf einem Weg LM3, der von dem Referenzweg LR3 um eine Entfernung versetzt ist, die von der Fehlausrichtungsentfernung X abhängt. Bei einem herkömmlichen Linearinterferometer ist die Entfernung zwischen den Wegen LM3 und LR3 das Strahlauseinanderlaufen.
• Der Rücklaufreflektor 710 gibt den Meßstrahl und den Referenzstrahl für einen weiteren Durchlauf durch die Interferometeroptik zurück, so daß der Meßstrahl und der Referenzstrahl seinen Weg zurückverfolgt und als ein kollinearer Strahl entlang der Achse IN/OUT austritt. In Fig. 7 ist der Rücklaufreflektor 710 ein Planspiegel senkrecht zu den Wegen LR3 und LM3, so daß der Referenz- und Meßstrahl bei einem zweiten Durchlauf durch die Interferometeroptik den Weg LR3, LR2 und LR1 bzw. LM3, LM2 und LM1 zurückverfolgt. Fig. 7 stellt die Wege LR1, LR2, LR3, LM1, LM2 und LM3 mit Richtungen entsprechend dem ersten Durchlauf durch die Interferometeroptik dar, und die Strahlen weisen während des zweiten Durchlaufs Richtungen entgegengesetzt zu jenen auf, die in Fig. 7 dargestellt sind. Der Referenz- und der Meßstrahl treten beide entlang dem Eingangsweg IN/OUT aus, und die Auseinanderlaufen ist aufgehoben.
• Fig. 8 stellt ein Linearinterferometer 800 dar, bei dem ein Rücklaufreflektor 810 den Meßstrahl und Referenzstrahl reflektiert und versetzt. In einem Interferometer 800 folgt der Referenzstrahl vom Eingangsweg IN den Wegen LR1, LR2 und LR3 zum Rücklaufreflektor 810 und kehrt vom Rücklaufreflektor 810 entlang den Wegen LR4, LR5 und LR6 zum Ausgangsweg OUT zurück. Der Meßstrahl vom Eingangsweg IN folgt den Wegen LM1, LM2 und LM3 zum Rücklaufreflektor 810 und kehrt vom Rücklaufreflektor 810 entlang den Wegen LM4, LM5 und LM6 zum Ausgangsweg OUT zurück. Für die effizienteste Kombination sind der ausgegebene Referenzstrahl und Meßstrahl somit kollinear und vom Eingangsweg IN versetzt, was das Messen des kombinierten Strahls ohne Blockieren des Eingangsstrahls erleichtert.
• Fig. 9 stellt noch ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, das ein Differential-Linear- Interferometer 900 ist. Das Interferometer 900 weist einen Referenzreflektor 720 auf, der auf einem Objekt angebracht ist, anstatt eine feststehende Anbringung aufzuweisen, und ein Reflektor 920 lenkt den Referenzstrahl zwischen den Polarisierungsstrahlteiler 110 und den Referenzreflektor 720. Im Interferometer 900 können sich sowohl der Referenzreflektor 720 als auch der Meßreflektor 730 bewegen und die relative Ausrichtung der Reflektoren 720 verändern. Der Rücklaufreflektor 810 lenkt jedoch den Referenzstrahl und den Meßstrahl für einen zweiten Durchlauf durch die Interferometeroptik, um das Strahlauseinanderlaufen, die ansons-. ten entstehen würde, zu eliminieren.
• Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist die Beschreibung nur ein Beispiel der Anwendung der Erfindung und sollte nicht als Einschränkung verstanden werden. Obwohl die vorstehenden Ausführungsbeispiele spezifische Geometrien für Interferometer darstellen, können die Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielsweise allgemeiner auf Geometrien und Systeme angewendet werden, die ein Strahlauseinanderlaufen eliminieren müssen. Zusätzlich, obwohl die vorstehenden Ausführungsbeispiele Interferometer mit einer einzelnen Meßachse zeigen, gelten die gleichen Grundsätze für Mehrachseninterferometer in gleichem Maße. Verschiedene Anpassungen und Kombinationen von Merkmalen der Ausführungsbeispiele, die offenbart sind, befinden sich im Schutzbereich der Erfindung, die durch die nachstehenden Ansprüche definiert ist.

Claims (36)

1. Interferometer, das folgende Merkmale aufweist:
einen Strahlteiler (110), der ausgerichtet ist, um einen Eingangsstrahl zu empfangen und den Eingangsstrahl in einen ersten Strahl und einen zweiten Strahl zu trennen;
ein erstes Reflektorsystem (130; 530; 630; 720), das positioniert ist, um den ersten Strahl vom Strahlteiler (110) zu empfangen, wobei das erste Reflektorsystem den ersten Strahl zurück zum Strahlteiler (110) lenkt;
ein zweites Reflektorsystem (160, 660, 730), das positioniert ist, um den zweiten Strahl vom Strahlteiler (110) zu empfangen, wobei das zweite Reflektorsystem den zweiten Strahl zurück zum Strahlteiler lenkt, wobei der Strahlteiler einen ersten kombinierten Strahl aus dem ersten Strahl von dem ersten Reflektorsystem und dem zweiten Strahl von dem zweiten Reflektorsystem bildet, wobei der erste und der zweite Strahl in dem ersten kombinierten Strahl parallel zueinander und um eine Entfernung auseinandergelaufen sind, die von einer relativen Fehlausrichtung des ersten und des zweiten Reflektorsystems abhängt; und
einen Rücklaufreflektor (210; 410; 710; 810), der positioniert ist, um den ersten kombinierten Strahl zum Strahlteiler (110) zurückzugeben, wodurch der erste und der zweite Strahl von dem ersten kombinierten Strahl erneut getrennt und dann erneut kombiniert werden, um einen zweiten kombinierten Strahl zu bilden, in dem der erste und der zweite Strahl kollinear sind.

2. Interferometer gemäß Anspruch 1, bei dem, nach der Reflexion vom Rücklaufreflektor (210; 410), der erste Strahl einen Weg zurückverfolgt, der parallel zu einem Weg ist, den der erste Strahl beim Erreichen des Rücklaufreflektors (210, 410) zurücklegte, und der zweite Strahl einen Weg zurückverfolgte, der parallel zu einem Weg ist, den der zweite Strahl beim Erreichen des Rücklaufreflektors (210; 410) zurücklegte.

3. Interferometer gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der Rücklaufreflektor einen Planspiegel (210, 710) aufweist, der senkrecht zum ersten kombinierten Strahl ist.

4. Interferometer gemäß Anspruch 3, bei dem der zweite kombinierte Strahl entlang einer Achse des Eingangsstrahls ist.

5. Interferometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, das ferner eine Trennoptik (320) aufweist, die den zweiten kombinierten Strahl vom Eingangsstrahl trennt.

6. Interferometer gemäß Anspruch 5, bei dem die Trennoptik (320B) ein doppelbrechendes Prisma (330) und ein Polarisierungsdrehelement (340) aufweist.

7. Interferometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Rücklaufreflektor (210, 410, 710, 810), ein gleichschenkliges Prisma (410A) aufweist, das eine Basis senkrecht zum ersten kombinierten Strahl aufweist.

8. Interferometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem:
das erste Reflektorsystem (130, 530, 630, 730) eine erste Viertelwellenplatte (120) und einen Referenzreflektor (130, 630) aufweist; und
das zweite Reflektorsystem (160, 660, 730) eine zweite Viertelwellenplatte (150) und einen Meßreflektor (160, 660) aufweist, wobei der Meßreflektor auf einem Objekt angebracht ist, das durch das Interferometer gemessen wird.

9. Interferometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem:
ein erstes Reflektorsystem (130; 530; 630; 730) einen ersten Retroreflektor (630; 720) aufweist; und
das zweite Reflektorsystem (160; 660; 730) einen zweiten Retroreflektor (660; 730) aufweist.

10. Interferometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, das ferner einen Retroreflektor aufweist, der positioniert ist, um den ersten und den zweiten Strahl vom Strahlteiler (110) zu empfangen, und den ersten und den zweiten Strahl zum Strahlteiler zurückzugeben, wobei, zwischen dem Eingangsstrahl und dem ersten kombinierten Strahl, der erste Strahl zum Strahlteiler vom ersten Reflektorsystem (130; 530; 630; 730) zweimal zurückkehrt und der zweite Strahl zum Strahlteiler (110) vom zweiten Reflektorsystem (160; 660; 730) zweimal zurückkehrt.

11. Interferometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, das ferner einen Retroreflektor aufweist, der positioniert ist, um den ersten und den zweiten Strahl vom Strahlteiler (110) zu empfangen und um den ersten und den zweiten Strahl zum Strahlteiler zurückzugeben, wobei, zwischen dem Eingangsstrahl und dem zweiten kombinierten Strahl, der erste Strahl vom ersten Reflektorsystem (130, 530, 630, 730) zum Strahlteiler viermal zurückkehrt und der zweite Strahl vom zweiten Reflektorsystem (160, 660, 730) zum Strahlteiler viermal zurückkehrt.

12. Interferometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem das Interferometer ein Linearinterferometer ist.

13. Interferometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem das Interferometer ein Planspiegelinterferometer ist.

14. Interferometer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem das Interferometer ein Differentialinterferometer ist.

15. Interferometer, das folgende Merkmale aufweist:
eine Optik (330B), die einen Eingangsstrahl in einen Referenzstrahl und einen Meßstrahl teilt und den Meßstrahl für zumindest eine Reflexion von einem Meßreflektor (160, 660) auf ein Objekt lenkt, das gemessen wird, wobei die Optik den Referenz- und Meßstrahl in einen ersten kombinierten Strahl wieder kombiniert, in dem der Referenzstrahl und der Meßstrahl parallel sind, jedoch einem Auseinanderlaufen unterliegen, das von der Ausrichtung des Meßreflektors abhängt; und
einen Rücklaufreflektor (210, 410, 710, 810), der positioniert ist, um den ersten kombinierten Strahl zu empfangen und den ersten kombinierten Strahl zur Optik zurückzugeben, wobei die Optik den ersten kombinierten Strahl in den Referenzstrahl und den Meßstrahl teilt und den Meßstrahl für zumindest eine Reflexion vom Meßreflektor lenkt, wobei die Optik den Referenzstrahl und den Meßstrahl wieder in einen zweiten kombinierten Strahl kombiniert, in dem der Referenzstrahl und der Meßstrahl kollinear sind, wobei
der Rücklaufreflektor (210; 410; 710; 810) so beschaffen ist, daß eine Verschiebung eines einfallenden Weges des ersten kombinierten Strahls eine Verschiebung eines reflektierten Weges des ersten kombinierten Strahls bewirkt, und die Verschiebung des reflektierten Weges in Größe und Richtung zu der Verschiebung des einfallenden Weges identisch ist.

16. Interferometer gemäß Anspruch 15, bei dem der Rücklaufreflektor (210; 410; 710; 810) ein gleichschenkliges Prisma (410A, 410C) mit einer Basis und zwei gleichlangen Facetten aufweist, wobei dasr gleichschenklige Prisma so ausgerichtet ist, daß der erste kombinierte Strahl auf eine der gleichlangen Facetten auftrifft und die Basis senkrecht zum ersten kombinierten Strahl ist.

17. Interferometer gemäß Anspruch 15 oder 16, bei dem der Rücklaufreflektor (210, 410, 710, 810) ein trapezförmiges Prisma (410B) mit einer Basis, einer Oberseite und zwei gleichlangen Facetten aufweist, wobei das trapezförmige Prisma so ausgerichtet ist, daß der erste kombinierte Strahl auf eine der gleichlangen Facetten auftrifft und die Basis und die Oberseite senkrecht zum ersten kombinierten Strahl sind.

18. Interferometer gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem der Rücklaufreflektor (210, 410, 710, 810) folgende Merkmale aufweist:
ein gleichschenkliges Prisma (410A, 410C) mit einer Basis und zwei gleichlangen Facetten, wobei das gleichschenklige Prisma so ausgerichtet ist, daß der erste kombinierte Strahl auf die Basis auftrifft; und
einen Planspiegel (210, 710), der so positioniert ist, daß der kombinierte Strahl nach dem Durchlaufen durch das gleichschenklige Prisma (410A, 410C) von dem Planspiegel zurück in das gleichschenklige Prisma reflektiert wird.

19. Verfahren zum Betreiben eines Interferometers, das folgende Schritte aufweist:
Lenken eines Eingangsstrahls in das Interferometer für einen ersten Durchlauf durch eine Interferometeroptik, wobei, während des ersten Durchlaufs, die Interferometeroptik den Eingangsstrahl in einen ersten und einen zweiten Strahl teilt und bewirkt, daß einer der ersten und der zweiten Strahlen von einem Reflektor (160; 530; 660; 720; 730), der auf einem Objekt, das gemessen wird, angebracht ist, reflektiert wird, wobei der erste Durchlauf damit endet, daß der erste und der zweite Strahl aus der Interferometeroptik entlang Wegen austreten, die parallel sind und ein Nicht-Null- Auseinanderlaufen bezüglich zueinander aufweisen;
Reflektieren des ersten und des zweiten austretenden Strahls, um einen ersten und einen zweiten zurückkehrenden Strahl zu erzeugen, die für einen zweiten Durchlauf durch die Interferometeroptik zurückgelenkt werden, wobei der erste und der zweite zurückkehrende Strahl parallel zum ersten und zum zweiten austretenden Strahl verlaufen und der erste und der zweite zurückkehrende Strahl vom ersten bzw. zweiten Strahl um eine feststehende Entfernung versetzt sind; und
Messen eines kombinierten Strahls, der als Ergebnis des zweiten Durchlaufs aus der Interferometeroptik hervorgeht.

20. Verfahren gemäß Anspruch 19, bei dem der Planspiegel (210; 710) den ersten und den zweiten austretenden Strahl reflektiert, um den ersten und den zweiten zurückkehrenden Strahl zurück entlang der jeweiligen Wege des ersten und des zweiten austretenden Strahls zu lenken.

21. Verfahren gemäß Anspruch 19 oder 20, bei dem der zweite Durchlauf einen Weg zurückverfolgt, dem für den ersten Durchlauf gefolgt wurde, und der zweite kombinierte Strahl entlang einer Ausbreitungsachse des Eingangsstrahls ist.

22. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 19 bis 21, bei dem der erste zurückkehrende Strahl parallel zu und versetzt vom ersten austretenden Strahl ist, und der zweite zurückkehrende Strahl parallel zu und versetzt vom zweiten austretenden Strahl ist.

23. Verfahren gemäß Anspruch 22, bei dem ein gleichschenkliges Prisma (410A; 410C) den ersten und den zweiten austretenden Strahl reflektiert, um den ersten und den zweiten zurückkehrenden Strahl für den zweiten Durchlauf zurückzulenken.

24. Planspiegelinterferometer, das folgende Merkmale aufweist:
einen Polarisierungsstrahlteiler (110), der positioniert ist, um einen Eingangsstrahl in einen Meßstrahl und einen Referenzstrahl zu teilen;
ein Meßreflektorsystem, das einen Planspiegel (160) umfaßt, der positioniert ist, um den Meßstrahl vom Polarisierungsstrahlteiler (110) zu empfangen;
ein Referenzreflektorsystem, das einen Planspiegel umfaßt, der positioniert ist, um den Referenzstrahl vom Polarisierungsstrahlteiler zu empfangen;
einen Retroreflektor (140); und
einen Rücklaufreflektor (210; 410), der einen einfallenden Strahl auf eine solche Weise reflektiert, daß eine Verschiebung des einfallenden Strahls eine übereinstimmende Verschiebung eines reflektierten Strahls zur Folge hat, wobei der Rücklaufreflektor (210, 410) und der Retroreflektor (140) so angeordnet sind, daß:
der Meßstrahl in das Meßreflektorsystem eintritt und dasselbe verläßt, in den Retroreflektor eintritt und denselben verläßt und erneut in das Meßreflektorsystem eintritt und dasselbe verläßt, bevor er auf -den Rücklaufreflektor (210; 410) trifft, und in das Meßreflektorsystem eintritt und dasselbe verläßt, in den Retroreflektor eintritt und denselben verläßt und erneut in das Meßreflektorsystem eintritt und dasselbe verläßt, nachdem er von dem Rücklaufreflektor (210; 410) reflektiert worden ist; und
der Referenzstrahl in das Referenzreflektorsystem eintritt und dasselbe verläßt, in den Retroreflektor eintritt und denselben verläßt und erneut in das Referenzreflektorsystem eintritt und dasselbe verläßt, bevor er auf den Rücklaufreflektor (210; 410) trifft, und in das Referenzreflektorsystem eintritt und dasselbe verläßt, in den Retroreflektor eintritt und denselben verläßt und erneut in das Referenzreflektorsystem eintritt und dasselbe verläßt, nachdem er vom Rücklaufreflektor (210; 410) reflektiert worden ist.

25. Interferometer gemäß Anspruch 24, bei dem:
das Meßreflektorsystem ferner eine Viertelwellenplatte (150) aufweist; und
das Referenzreflektorsystem ferner eine Viertelwellenplatte (120) aufweist.

26. Interferometer gemäß Anspruch 24 oder 25, bei dem der Rücklaufreflektor ein gleichschenkliges Prisma (410A; 410C) aufweist.

27. Interferometer gemäß Anspruch 26, bei dem das gleichschenklige Prisma (410A) eine reflektive Basis aufweist, die senkrecht zum Meßstrahl und Referenzstrahl ist.

28. Interferometer gemäß Anspruch 26, bei dem der Meßstrahl und der Referenzstrahl zuerst auf eine Basis des gleichschenkligen Prismas (410C) auftreffen und der Rücklaufreflektor ferner einen Planspiegel aufweist, von dem der Meßstrahl und der Referenzstrahl nach dem Durchlaufen durch das gleichschenklige Prisma (410C) reflektiert werden.

29. Interferometer gemäß Anspruch 24, bei dem der Rücklaufreflektor ein trapezförmiges Prisma (41%) aufweist.

30. Linearinterferometer, das folgende Merkmale aufweist:
einen Polarisierungsstrahlteiler (110), der positioniert ist, um einen Eingangsstrahl in einen Meßstrahl und einen Referenzstrahl zu teilen;
einen Meßretroreflektor (660, 730), der positioniert ist, um den Meßstrahl vom Polarisierungsstrahlteiler (110) zu empfangen und den Meßstrahl zurück zum Polarisierungsstrahlteiler (110) zu reflektieren;
einen Referenzretroreflektor (630, 720), der positioniert ist, um den Referenzstrahl vom Polarisierungsstrahlteiler (110) zu empfangen und den Referenzstrahl zurück zum Polarisierungsstrahlteiler (110) zu reflektieren; und
einen Rücklaufreflektor (410, 710, 810), der positioniert ist, um den Referenzstrahl vom Polarisierungsstrahlteiler (110) nach einer Reflexion von dem Referenzretroreflektor (630; 720) zu empfangen und zu reflektieren und den Meßstrahl vom Polarisierungsstrahlteiler (110) nach einer Reflexion vom Meßretroreflektor (660; 730) zu empfangen und zu reflektieren, wobei der Rücklaufreflektor wirksam ist, um einen einfallenden Strahl auf eine solche Weise zu reflektieren, daß eine Verschiebung des einfallenden Strahls zu einer übereinstimmenden Verschiebung eines reflektierten Strahls führt.

31. Interferometer gemäß Anspruch 30, bei dem der Rücklaufreflektor ein gleichschenkliges Prisma (410A, 410C) aufweist.

32. Interferometer gemäß Anspruch 31, bei dem das gleichschenklige Prisma (410A) eine reflektive Basis aufweist, die senkrecht zu dem Meßstrahl und dem Referenzstrahl ist.

33. Interferometer gemäß Anspruch 31, bei dem der Meßstrahl und der Referenzstrahl zuerst auf eine Basis des gleichschenkligen Prismas (410C) auftreffen und der Rücklaufreflektor (410, 710, 810) ferner einen Planspiegel aufweist, von dem der Meßstrahl und der Referenzstrahl nach dem Durchlaufen durch das gleichschenklige Prisma reflektiert werden.

34. Interferometer gemäß einem der Ansprüche 30 bis 33, bei dem der Rücklaufreflektor ein trapezförmiges Prisma aufweist.

35. Interferometer nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei dem der Rücklaufreflektor (210; 410; 710; 810), ein gleichschenkliges Prisma (410A) aufweist, das eine Basis senkrecht zum ersten kombinierten Strahl aufweist.

36. Interferometer nach Anspruch 30, bei dem der Rücklaufreflektor einen Planspiegel (210) aufweist, der so positioniert ist, daß der Meßstrahl und der Referenzstrahl senkrecht zu dem Planspiegel (210) einfallen.