DE19681406C2 - Laser-Strahlteiler zum Erzeugen von einer Mehrzahl von parallelen Strahlen - Google Patents
Laser-Strahlteiler zum Erzeugen von einer Mehrzahl von parallelen StrahlenInfo
- Publication number
- DE19681406C2 DE19681406C2 DE19681406T DE19681406T DE19681406C2 DE 19681406 C2 DE19681406 C2 DE 19681406C2 DE 19681406 T DE19681406 T DE 19681406T DE 19681406 T DE19681406 T DE 19681406T DE 19681406 C2 DE19681406 C2 DE 19681406C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- beam splitter
- interferometer
- splitter
- coated
- incident
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/10—Beam splitting or combining systems
- G02B27/14—Beam splitting or combining systems operating by reflection only
- G02B27/144—Beam splitting or combining systems operating by reflection only using partially transparent surfaces without spectral selectivity
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/10—Beam splitting or combining systems
- G02B27/14—Beam splitting or combining systems operating by reflection only
- G02B27/145—Beam splitting or combining systems operating by reflection only having sequential partially reflecting surfaces
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
Ein Laserstrahlleiter zum Erzeugen einer Mehrzahl von parallelen Strahlen (101, 102, 103) weist auf einen ersten Strahlleiter (30) und einen zweiten Strahlleiter (32). Der erste und der zweite Strahlleiter (30, 32) sind aus Glasplatten mit genau parallelen Oberflächen hergestellt, wobei die Vorderseite (36) mit einer reflektierenden Beschichtung und die Rückseite (38) mit einer strahlleitenden Beschichtung derart beschichtet ist, dass ein in einem vorgegebenen Einfallswinkel durch den ersten Strahlleiter (30) hindurchtretender anfänglicher Laserstrahl (99) in einen ersten Strahl (100) und einen zweiten Strahl (101) geteilt wird. der Zweite Strahlleiter ist realtiv zu dem ersten Strahlteiler derart positioniert, dass der erste Strahl (100) durch den zweiten Strahlteiler hindurchtritt und in einen dritten Strahl (102) und einen vierten Strahl (103) geteilt wird.
Description
Die Erfindung betrifft einen Laser-Strahlteiler zum Erzeugen
einer Mehrzahl von parallelen Strahlen und insbesondere einen
Laser-Strahlteiler zum Erzeugen einer Mehrzahl von parallelen
Strahlen zum Verwenden in einem Interferometer, einem Spektro
meter oder einer anderen Vorrichtung, die eine Parallel-
Strahlungsquelle erfordert oder nutzt.
Ein typisches Fouriertransformations-Spektrometer weist ein
Michelson-Interferometer mit einem ortsfesten Spiegel, einem
bewegbaren Spiegel und einem primären Strahlteiler auf. Ein
Infrarotstrahl (der zu analysieren ist) und ein
monochromatischer Strahl (zum Bereitstellen einer Positions
referenz) werden auf ein Interferometer gerichtet. Sowohl der
Infraroteingangsstrahl, als auch der monochromatische Eingangs
strahl werden von dem primären Strahlteiler geteilt, wobei ein
Anteil jedes Strahls einen Weg einschlägt, der zu einer
Reflexion der Strahlen an dem ortsfesten Spiegel führt, und der
andere Anteil jedes Strahls einen Weg einschlägt, der zu einer
Reflexion der Strahlen an dem bewegbaren Spiegel führt.
Die Bewegung des bewegbaren Spiegels auf den primären Strahl
teiler zu und von diesem weg hat das Abtasten von konstruktiv
und destruktiv interferierenden Wellenlängen zur Folge, da die
relative Position des bewegbaren Spiegels hinsichtlich des
primären Strahlteilers und des ortsfesten Spiegels bestimmt,
welche Wellenlängen konstruktiv und destruktiv miteinander
interferieren, wenn die von den beiden Spiegeln reflektierten
Strahlen an dem primären Strahlteiler wiedervereinigt werden.
Die wiedervereinigten infraroten und monochromatischen Strahlen
werden auf ein Erfassungssystem mit Detektoren gerichtet.
Als Resultat der optischen Interferenz zwischen zwei
abgeteilten Anteilen jedes Strahls, wird die Intensität des
monochromatischen Strahls mit einer Frequenz moduliert, die
proportional zu seiner optischen Frequenz und der Geschwindig
keit des bewegbaren Spiegels ist, während jede Frequenz
komponente des Infrarotstrahls mit einer Frequenz moduliert
wird, die proportional zu der optischen Frequenz dieser
Komponente und der Geschwindigkeit des bewegbaren Spiegels ist.
Der Detektor erzeugt ein Ausgangssignal, das die Superposition
dieser Komponenten repräsentiert, und wenn in regelmäßigen
Abstandsintervallen abgetastet wird, liefert der Detektor ein
Interferogramm, dessen Fouriertransformierte ein gewünschtes
Spektrum hervorbringt.
Es ist entscheidend für die Ausgestaltung solcher Spektrometer,
daß die Oberflächen des ortsfesten Spiegels und des bewegbaren
Spiegels in einer solchen Position gehalten werden, daß der
Strahlteiler in einer Ebene parallel zu der Winkelhalbierenden
des Winkels zwischen dem ortsfesten und dem bewegbaren Spiegel
liegt. Die Genauigkeit der Spiegelpositionierung ist
entscheidend, da Abweichungen in der Spiegelausrichtung kleine
Fehler im Zeitbereich-Interferogramm erzeugen, die sich als
große Fehler im Frequenzbereich-Spektrum auswirken können. In
einem typischen Interferometer werden Spiegel-Winkelab
weichungen von mehr als 1/10 einer Wellenlänge quer zum Strahl
der empfangenen Strahlung als wesentlich betrachtet und können
die Qualität des Spektrometers bedeutend herabsetzen.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, daß ein Abfühl
mechanismus geschaffen werden kann, der den Ausrichtungszustand
eines abtastenden Michelson-Interferometers kontinuierlich
abfühlt, so daß Fehlersignale proportional zu kleinen Neigungen
entlang von zwei linearen, unabhängigen Achsen erzeugt werden.
Die Fehlersignale werden verstärkt und einem Stellgeber
zugeführt, der entweder an dem ortsfesten oder dem bewegbaren
Spiegel derart montiert ist, daß die erfaßten Neigungsfehler
mittels einer Regelkreis-Servo-Steuervorrichtung beseitigt
werden können. Auf diese Art und Weise kann ein Interferometer
mit einer mäßig genauen mechanischen Spiegelbewegungsführung
für Spektroskopie verwendet werden, die genau parallele und
weit ausgedehnte Spiegelverschiebungen erfordert.
Das Abfühlen der Ausrichtung wird unter Verwendung eines
kontinuierlich betriebenen Lasers implementiert, der einen im
wesentlichen monochromatischen Lichtstrahl erzeugt. Die
Intensitätsabweichung dieses Strahls am Ausgang des Inter
ferometers ist im wesentlichen sinusförmig, eine Funktion der
Spiegelverschiebung und einem vollen Zyklus für eine Spiegel
verschiebung unterzogen, die einer halben Laserwellenlänge
entspricht.
Ein typisches Fouriertransformations-Spektrometer ist im US-
Patent 4345838 von Buijs et al beschrieben. Da der Betrieb
eines typischen Fouriertransformations-Spektrometers aus dem
Stand der Technik bekannt ist, wird hierin keine detaillierte
Beschreibung geliefert. Das Buijs '838 Patent erläutert den
typischen Betrieb eines solchen Spektrometers und bemerkt, daß
es "üblich geworden ist, einen gewöhnlichen rechteckigen
Laserreferenzstrahl zu verwenden". Wie im Buijs '838 Patent
beschrieben, wird ein typisches Interferometer eingerichtet,
wobei der Laser-Referenzstrahl dem Spektrometer zugeführt wird.
Drei an den Spitzen eines rechtwinkligen Dreiecks angeordnete
Detektoren erfassen Interferogramme, die drei Punkten in dem
optischen Strahl entsprechen, und die Phasendifferenz zwischen
diesen Interferogrammen liefert Fehlersignale an ein Spiegel
steuersystem.
Die Verbesserungen nach dem Buijs '838 Patent bestehen darin,
daß die Strahlteiler hinsichtlich des Referenzstrahls derart
orientiert sind, daß Störbilder entlang einer Diagonalen des
rechteckigen Strahls verschoben werden, und der rechteckige
Referenzstrahl mit einer L-förmigen Öffnung derart maskiert
wird, daß Störsignale beseitigt werden. Solche Verbesserungen
sind für die Erfindung nicht von Bedeutung.
Eines der Hauptprobleme, das bei dem üblicherweise verwendeten
erweiterten Laser-Referenzstrahl in einem typischen Fouriertransformations-Spektrometer
existiert, sind die strengen
Anforderungen, die erforderlich sind, um einen gut justierten
Strahl zu erzeugen. Ferner erfordert das Erweitern eines Laser
referenzstrahls in einen Strahl mit erweitertem Querschnitt das
Verwenden von vielen Linsen, für die eine Ausrichtung
hinsichtlich des Lasers erforderlich ist. Diese vielen Linsen
erhöhen die Gesamtkosten eines solchen Systems. Außerdem ist
für diese Linsen eine sehr genaue Einstellung erforderlich.
Um eine geeignete Erweiterung des Strahls zu erreichen, ist
selbst unter Verwendung vieler Linsen eine Testentfernung von
wenigstens zehn Metern zwischen der Laserstrahlquelle und dem
Testschirm erforderlich. Bei kürzeren Testabständen wird es
schwieriger, die Strahlabweichung zu messen.
Die in einem typischen Spektrometer verwendeten drei Detektoren
werden eingerichtet, um drei diskrete Bereiche eines einzigen
erweiterten Strahls zu erfassen. Drei Detektoren werden
verwendet, da drei Punkte erforderlich sind, um eine Ebene zu
definieren. Dadurch, daß die Detektoren drei getrennte Bereiche
des einzigen erweiterten Strahls überwachen, kann das System
berechnen, ob irgendwelche Unterschiede in der Verzögerung
zwischen den Punkten 1 und 3 oder den Punkten 2 und 3 oder den
Punkten 1 und 3 bestehen. Falls Unterschiede bestehen, ist dies
ein Anzeichen dafür, daß die Interferometerspiegel nicht
perfekt ausgerichtet sind. Mit anderen Worten, falls das Signal
von einem der drei Strahlbereiche mit einem der Signale von den
anderen zwei Strahlbereichen nicht in Phase ist, zeigt dies an,
daß der eine Bereich des Strahls einen anderen Weg zurücklegen
muß als die anderen Bereiche, wodurch angezeigt wird, daß das
Interferometer nicht perfekt in dieser Richtung ausgerichtet
ist.
Da es sehr schwierig ist, einen erweiterten Strahl präzise zu
justieren, ist es möglich, daß Synchronisationsunterschiede
zwischen den drei Bereichen des einzigen erweiterten Strahls
eher aufgrund schlechter Justierung, als aufgrund eines ungenau
augerichteten Spiegel auftreten können. Ein erweiterter Strahl
läuft auseinander, und es ist schwierig, eine genau parallele
Ausrichtung der Strahlen aufrechtzuerhalten.
Ferner führt die Erweiterung des einzigen Strahls zu einer
Abnahme der für den Detektor verfügbaren Lichtintensität, was
das erreichbare Signal-Rausch-Verhältnis, daß von dem Detektor
erreichbar ist, reduziert. Für maximale Leistung ist es
wünschenswert, das die maximale Lichtstärke an den Detektoren
ankommt.
Deshalb ist eine bessere Lösung zum Schaffen eines Referenz
laserstrahls zum Verwenden in Vorrichtungen erforderlich, die
eine genaue Parallel-Strahlungsquelle nutzen, so wie ein
Erfassungssystem, das zum Aufrechterhalten der Spiegelaus
richtung in einem typischen Fouriertransformations-Spektrometer
verwendet wird.
Ein erfindungsgemäßer Laserstrahlteiler zum Erzeugen von einer
Mehrzahl von parallelen Strahlen liefert parallele Laser
strahlen zum Verwenden in Vorrichtungen, die eine genaue
Parallel-Strahlungsquelle nutzen, so wie ein Erfassungssystem,
das zum Aufrechterhalten der Spiegelausrichtung in einem
typischen Fouriertransformations-Spektrometer verwendet wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der erfindungs
gemäße Laserstrahlteiler in Verbindung mit einer Laserreferenz
quelle in einem Spektrometer zum Erzeugen von drei parallelen
Laserstrahlen mit einer Abweichung verwendet, die bevorzugt
kleiner oder gleich 3 × 10-4 rads beträgt. Der erfindungsgemäße
Laserstrahlteiler in Verbindung mit der Laserreferenzquelle
erzeugt unter Verwendung eines ersten und eines zweiten
Strahlteilers drei parallele Strahlen, die zueinander in einer
dreieckigen Orientierung konfiguriert sind. Die Parallelität
dieser Ausgangsstrahlen hängt nur von der Parallelität der
Oberflächen der Glasplatten ab, die in den ersten und den
zweiten Strahlteiler verwendet werden. Das Erzeugen paralleler
Oberflächen von Glasplatten ist unter Anwendung gebräuchlicher
Herstellungsprozesse einfach und ökonomisch zu erreichen und
liefert deshalb Vorteile gegenüber dem Stand der Technik, weil
dafür kein optisches Ausrichten erforderlich ist. Ein Einfalls-
Laserstrahl von der Laserreferenzquelle durchläuft den ersten
Strahlteiler und wird in zwei Strahlen geteilt. Einer dieser
Strahlen durchläuft dann den zweiten Strahlteiler und wird
erneut in zwei Strahlen geteilt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der erste Strahl
teiler ein kreisförmiges Glasstück und der zweite Strahlteiler
ein rechteckiges Glasstück auf. Da ein Ausrichten des Einfalls
strahls und des ersten Strahlteilers nicht die gleiche
Genauigkeit erfordert, die zwischen dem zweiten Strahlteiler
und den geteilten Strahlen erforderlich ist, die aus dem ersten
Teilstrahler austreten, wird ein einfach herzustellendes
kreisförmiges Glasstück für den ersten Strahlteiler verwendet,
und ein genaueres, aber schwerer herzustellendes rechteckiges
Glasstück wird für den zweiten Strahlteiler verwendet. Der
zweite Strahlteiler muß derart positioniert sein, daß ihn ein
einziger der Teilstrahlen von dem ersten Strahlteiler nicht
durchlaufen kann, wohingegen der andere Teilstrahl den zweiten
Teilstrahler durchlaufen muß und erneut geteilt wird. Somit ist
es wegen der geraden Kante der rechteckigen Form einfacher, den
zweiten Strahlteiler derart auszurichten, daß ihn nur ein
einziger Strahl durchläuft.
Die Glasrückseite des ersten Strahlteilers ist vom oberen Ende
aus nach unten bis zu einer horizontalen Linie jenseits des
Mittelpunktes beschichtet. Die Glasvorderseite ist vom unteren
Ende aus nach oben bis zu einer horizontalen Linie jenseits des
Mittelpunktes beschichtet. Somit überlappen sich die vordere
Beschichtung und die hintere Beschichtung, so daß ein Strahl
mit einem Einfallswinkel von null Grad das Glas nicht durch
laufen könnte, ohne wenigstens eine der Beschichtungen zu
durchlaufen. Der Einfallsstrahl wird auf den oberen
unbeschichteten Vorderabschnitt des Glases oberhalb des Mittel
punktes mit einem bevorzugten Einfallswinkel von fünfzig (50)
Grad gerichtet. Der Einfallsstrahl durchläuft dann das Glas und
trifft auf den oberen beschichteten Hinterabschnitt des Glases
oberhalb des Mittelpunktes. Diese Beschichtung ist eine
strahlteilende Beschichtung, weil ein Teil des Strahls durch
sie hindurchläuft, und ein anderer Teil des Strahls reflektiert
wird. Ein Anteil des Strahls durchläuft diese hintere
Beschichtung (und bildet Strahl 0), während ein anderer Anteil
des Strahls durch das Glas nach unten zurück reflektiert wird,
wobei der Strahl von dem unteren beschichteten Vorderabschnitt
des Glases weg reflektiert wird. Die untere Beschichtung ist
bevorzugt eine ausschließlich reflektierende Beschichtung, weil
kein Anteil des Strahls durch sie hindurchtritt. Der Strahl
wird von der vorderen Beschichtung weg reflektiert und läuft
durch das Glas zurück und tritt durch den unteren
unbeschichteten Abschnitt auf der Glasrückseite aus (und bildet
Strahl 1). Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der
erste Strahlteiler nach vorne in einer vertikalen Ebene um eine
horizontale Achse derart geneigt, daß der Einfallsstrahl einen
Einfallswinkel zu dem oberen beschichteten Abschnitt des Glases
von fünfzig (50) Grad aufweist.
Die Glasrückseite des zweiten Strahlteilers ist vom linken Ende
aus quer bis zu einer vertikalen Linie jenseits des Mittel
punkts mit einer strahlteilenden Beschichtung beschichtet. Die
Vorderseite des Glases ist vom rechten Ende aus quer bis zu
einer vertikalen Linie jenseits des Mittelpunkts mit einer aus
schließlich reflektierenden Beschichtung beschichtet. Somit
überlappen sich die vordere Beschichtung und die hintere
Beschichtung, so daß ein Strahl mit einem Einfallswinkel von
null Grad das Glas nicht durchlaufen könnte, ohne wenigstens
eine der Beschichtungen zu durchlaufen. Der zweite Strahlteiler
ist derart positioniert, daß Strahl 1 unter den zweiten Strahl
teiler gelenkt wird. Strahl 0 wird auf den linken
unbeschichteten Vorderabschnitt des Glases links des Mittel
punktes mit einem bevorzugten Einfallswinkel von fünfzig (50)
Grad gerichtet. Strahl 0 durchläuft dann das Glas und trifft
auf den linken beschichteten Hinterabschnitt des Glases links
des Mittelpunktes. Ein Anteil des Strahls durchläuft diese
hintere Beschichtung (und bildet Strahl 2), während ein anderer
Anteil des Strahls nach rechts durch das Glas zurück
reflektiert wird, wobei der Strahl von dem rechten
beschichteten Vorderabschnitt des Glases weg reflektiert wird.
Der Strahl wird dann von der Vorderbeschichtung weg reflektiert
und läuft durch das Glas zurück und tritt durch den rechten
unbeschichteten Abschnitt auf der Rückseite des Glases aus (und
bildet Strahl 3).
Die Beschichtungen können entweder oben und unten oder links
und rechts aufgetragen werden, da eine Drehung des Strahl
teilers um neunzig (90) Grad zu einer gleichen Orientierung der
Beschichtungen führt.
Da der Ausgangsstrahl in Strahl 0 und Strahl 1 geteilt ist, und
Strahl 0 in Strahl 2 und Strahl 3 geteilt ist, sind die aus dem
Einfalls-Eingangsstrahl resultierenden Ausgangsstrahlen die
Strahlen 1, 2 und 3. Falls eine die Strahlen 0 und 1 senkrecht
verbindende imaginäre Linie gezogen würde und eine die Strahlen
2 und 3 senkrecht verbindende imaginäre Linie gezogen würde,
würden diese beiden Linien nach einer bevorzugten
Ausführungsform senkrecht zueinander verlaufen, da der erste
und der zweite Strahlteiler tatsächlich um 90° gegeneinander
hinsichtlich des Aufteilens der Strahlen nach oben und unten
oder nach links und rechts verdreht sind. Somit erzeugt der
erfindungsgemäße Laserstrahlteiler drei parallele Strahlen, die
relativ zueinander in einer dreieckigen Konfiguration
orientiert sind. Mit anderen Worten, falls die drei Strahlen
auf eine Oberfläche strahlten, die senkrecht zum Weg der
Laserstrahlen gerichtet ist, würden die drei Strahlen als drei
Punkte erscheinen, die nach einer bevorzugten Ausführungsform
ein gleichseitiges Dreieck definieren. Um die drei Strahlen in
einer gleichseitigen Dreieckskonfiguration auszurichten, muß
der zweite Strahlteiler die Strahlen 2 und 3 etwas weiter
voneinander trennen, als der erste Strahlteiler die Strahlen 0
und 1 trennt. Der relative Trennungsabstand kann durch Steuern
der Dicke des ersten und des zweiten Strahlteilers gesteuert
werden. Zusätzlich, falls der erste und der zweite Strahlteiler
derart positioniert sind, daß die Ausgangsstrahlen 1, 2 und 3
relativ zueinander in einer Dreieckskonfiguration orientiert
sind, zeigen Abweichungen zwischen zwei Punkten des Dreiecks,
die eine vertikale Linie definieren, an, daß der Spiegel
fehlausgerichtet und um eine horizontale Achse geneigt ist,
wohingegen Abweichungen zwischen Punkten des Dreicks, die eine
andere Linie definieren, anzeigen, daß der Spiegel
fehlausgerichtet und um eine Achse senkrecht zu der Linie
zwischen den beiden betrachteten Punkten geneigt ist.
Für die Einfachheit und die Klarheit der Beschreibung wird die
Positionierung des ersten Strahlteilers als vertikale Position
bezeichnet, so daß die Strahlen 0 und 1 in einen oberen und
einen unteren Strahl geteilt sind, und die Positionierung des
zweiten Strahlteilers wird als horizontale Position bezeichnet,
so daß die Strahlen 1 und 2 in einen linken und einen rechten
Strahl geteilt sind.
Ungleich dem Stand der Technik, wo viele Linsen zum Erweitern
des Laserstrahls erforderlich sind, so daß drei separate
Bereiche eines einzigen Strahls mittels Detektoren überwacht
werden, erzeugt der erfindungsgemäße Laserstrahlteiler drei
diskrete, individuelle und genau parallele Strahlen zum
individuellen Überwachen unter Verwendung des ersten und des
zweiten Strahlteilers. Das Verwenden von Glas, daß mit zwei
genau parallelen Oberflächen hergestellt worden ist, ist
weniger kostenintensiv und leichter zu beherrschen als bei
Vorrichtungen nach dem Stand der Technik, die viele Linsen
verwenden. Somit sind bei einem Interferometer, daß den
erfindungsgemäßen Laserstrahlteiler verwendet, die mit dem
Verwenden von vielen Linsen verbundenen Kosten für erweiterte
Strahlen beseitigt. Die vielen Linsen und der erforderliche
Einstellmechanismus gemäß dem Stand der Technik kosten
typischerweise mehr als der erste und der zweite Strahlteiler,
die für die erfindungsgemäße Ausführungsform verwendet werden.
Außerdem erzeugen der erste und der zweite Strahlteiler
parallele Strahlen, ohne daß ein ständiges Einstellen
erforderlich ist, da die Parallelität der Strahlen durch die
Parallelität der optischen Planflächen oder der einander gegenüberliegenden
Flächen der Strahlteiler bestimmt ist. Die
Herstellung von genau parallelen optischen Planflächen ist
weniger kostenaufwendig als die Herstellung eines Einstell
mechanismus, der für herkömmliche Ausführungsformen mit vielen
Linsen erforderlich ist. Ferner erzeugt der erfindungsgemäße
Laserstrahlteiler Strahlen, die genauer parallel zueinander
verlaufen, als der herkömmliche Laserreferenzstrahl mit
erweitertem Querschnitt, wodurch eine genauere Ausrichtung der
Spiegel geschaffen wird, und die gesamte Strahlintensität von
den Detektoren für einen effizienteren Betrieb des Inter
ferometers verwendet wird.
Entsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Laser
strahlteiler zum Erzeugen einer Mehrzahl von parallelen
Strahlen zu schaffen.
Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Laser
strahlteiler zum Erzeugen einer Mehrzahl von parallelen
Strahlen zum Verwenden in einem Interferometer, einem
Spektrometer oder einer anderen Vorrichtung zu schaffen, die
eine Parallel-Strahlungsquelle erfordert oder nutzt.
Eine zusätzliche Aufgabe der Erfindung ist das Schaffen von
drei parallelen Laserstrahlen, die in Vorrichtungen verwendet
werden, die eine genaue Parallel-Strahlungsquelle nutzen, wie
ein Erfassungssystem, das zum Aufrechterhalten der Spiegel
ausrichtung in einem typischen Fouriertransformations-Spektro
meter verwendet wird.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist das Schaffen von
Ausgangsstrahlen, die im wesentlichen die gleiche Intensität
aufweisen, indem Beschichtungen auf der Vorderseite und der
Rückseite des ersten und des zweiten Strahlteilers derart
ausgewählt werden, daß die Ausgangsstrahlen bei Normalbetrieb
im wesentlichen die gleiche Intensität aufweisen.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist das Bereitstellen eines
Verfahrens, eine Mehrzahl von parallelen Strahlen zu erzeugen,
wobei das Verfahren weniger kostenintensiv als das Verwenden
vieler Linsen ist, und das manuelle Ausrichten nicht
erforderlich ist, daß bei herkömmlichen Ausführungsformen
erforderlich ist, die viele Linsen verwenden.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung
näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm, aus dem die Basiselemente
eines Fouriertransformations-Spektrometers ersichtlich sind,
das einen erfindungsgemäßen Strahlteiler verwendet.
Fig. 2a zeigt eine Seitenansicht eines ersten Strahlteilers,
der in einer vertikalen Position orientiert ist, und einen
Einfallsstrahl von der Laserreferenzquelle in einen oberen
Strahl und einen unteren Strahl teilt.
Fig. 2b zeigt eine Vorderansicht des ersten Strahlteilers.
Fig. 3a zeigt eine obere Schnittansicht eines zweiten Strahl
teilers, der den oberen Strahl in einen linken Strahl und einen
rechten Strahl teilt, wobei der untere Strahl unter dem zweiten
Strahlteiler verläuft.
Fig. 3b zeigt eine Vorderansicht des zweiten Strahlteilers.
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht des ersten und des
zweiten Strahlteilers, die den Einfallsstrahl in drei
Ausgangsstrahlen teilen.
Fig. 5 zeigt eine Erläuterung des relativen Verlaufs jedes
Strahls, falls angenommen wird, daß der Einfallsstrahl und der
obere Strahl entlang ihres ursprünglichen Weges unverändert
durch die Strahlteiler laufen, und die Strahlen auf eine Ebene
strahlten, die senkrecht zu den Strahlen verläuft. Der Verlauf
jedes der Strahlen relativ zueinander schafft eine Dreiecks-
Konfiguration, die durch den linken, den rechten und den
unteren Strahl definiert ist, wobei der ursprüngliche Weg des
Einfallsstrahls ungefähr auf die Mitte des ausgebildeten
Dreiecks gerichtet ist.
Aus Fig. 1 sind die Basiselemente eines typischen
Fouriertransformations-Spektrometers 10 ersichtlich, das die
erfindungsgemäßen Merkmale aufweist. Das Spektrometer 10 weist
ein Interferometer mit einem erfindungsgemäßen Laserstrahl
teiler 12 in Verbindung mit einer Laserreferenzquelle 14, einen
primären Strahlteiler 16, einen Detektor 18, einen Signal
generator 20, einen Transducer 22, einen ortsfesten Spiegel 24
und einen bewegbaren Spiegel 26 auf. Es ist anzumerken, daß
anstelle einer Vorrichtung zum Schaffen eines gewöhnlichen,
allgemeinen Laserreferenzstrahls mit erweitertem Querschnitt
(nicht gezeigt), die Laserreferenzquelle 14 in Verbindung mit
dem erfindungsgemäßen Laserstrahlteiler 12 zum Erzeugen einer
Mehrzahl von parallelen Strahlen, wie ersichtlich, verwendet
wird. Der Betrieb des typischen Fouriertransformations-Spektro
meters 10 ist für die Erfindung nur deshalb relevant, weil das
Spektrometer 10 ein Beispiel für eine Anwendung ist, die den
erfindungsgemäßen Laserstrahlteiler 12 nutzen kann. Der Betrieb
des typischen Fouriertransformations-Spektrometers 10 mit einem
herkömmlichen erweiterten Laserreferenzstrahl (nicht gezeigt)
ist in dem Buijs '838 Patent erörtert und aus dem Stand der
Technik bekannt. Deshalb wird der Betrieb des Spektrometers 10
nicht detaillierter erörtert. Die restliche Beschreibung zielt
auf die Struktur und den Betrieb des Laserstrahlteilers 12 ab.
Der erfindungsgemäße Laserstrahlteiler 12 weist einen ersten
Strahlteiler 30 und einen zweiten Strahlteiler 32 auf, die in
einer vorbestimmten Position relativ zu der Laserreferenzquelle
14 orientiert sind. Die Laserreferenzquelle 14 erzeugt einen
Einfallsstrahl 99.
Aus Fig. 2a ist eine seitliche Schnittansicht des ersten
Strahlteilers 30 ersichtlich. Der erste Strahlteiler 30 weist
ein kreisförmiges Glasteil 34, eine erste vordere Beschichtung
36 und eine erste hintere Beschichtung 38 auf. Das kreisförmige
Glasstück 34 wird manchmal als optisches Planflächenteil mit
parallelen Oberflächen bezeichnet. Die erste vordere
Beschichtung 36 ist eine ausschließlich reflektierende
Beschichtung, weil kein Anteil des Strahls durch die Schicht
hindurchtritt. Die erste hintere Beschichtung 38 ist eine
strahlteilende Beschichtung, weil ein Teil des Strahls durch
die Beschichtung hindurchtritt und ein Teil des Strahls
reflektiert wird. Die Rückseite des kreisförmigen Glases 34,
die von der Laserreferenzquelle 14 abgewandt ist, ist mit der
ersten hinteren Beschichtung 38 vom oberen Ende aus nach unten
bis zu einer horizontalen Linie 40 jenseits eines ersten
Mittelpunkts 41 (wie aus Fig. 2b ersichtlich) beschichtet. Die
Vorderseite des kreisförmigen Glases 34, die der
Laserreferenzquelle 14 zugewandt ist, ist mit der ersten
vorderen Beschichtung 36 vom unteren Ende aus nach oben bis zu
einer zweiten horizontalen Linie 42 jenseits des Mittelpunkts
41 (wie aus Fig. 2b ersichtlich) beschichtet. Somit überlappen
sich die erste vordere Beschichtung 36 und die erste hintere
Beschichtung 38, so daß ein Strahl mit einem Einfallswinkel von
null Grad nicht das kreisförmige Glas 34 durchlaufen könnte,
ohne wenigstens eine der Beschichtungen 36 oder 38 zu
durchlaufen. Ein Einfallsstrahl 99 ist auf den oberen
unbeschichteten Vorderbereich des kreisförmigen Glases 34 des
vorderen Strahlteilers 30 oberhalb des ersten Mittelpunktes 41
mit einem bevorzugten Einfallswinkel von fünfzig (50) Grad
gerichtet. Der Einfallsstrahl 99 läuft dann durch das
kreisförmige Glas 34 und trifft auf den oberen Bereich der
ersten hinteren Beschichtung 38 oberhalb des ersten Mittel
punktes 41. Ein Anteil des Einfallsstrahls 99 durchläuft die
erste hintere Beschichtung 38 als ein oberer Strahl 100,
während ein anderer Anteil des Einfallsstrahls 99 durch das
kreisförmige Glas 34 nach unten zurück reflektiert wird, wobei
der reflektierte Strahl von dem unteren Abschnitt der ersten
vorderen Beschichtung 36 weg reflektiert wird und durch das
kreisförmige Glas 34 läuft und durch den unteren
unbeschichteten Abschnitt auf der Rückseite des kreisförmigen
Glases 34 als unterer Strahl 101 austritt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Strahl
teiler 30 vorwärts um eine horizontale Achse geneigt, so daß
der Einfallsstrahl 99 einen Einfallswinkel zu dem oberen
unbeschichteten Abschnitt des kreisförmigen Glases 34 von
fünfzig (50) Grad aufweist. Der fünfzig (50) Grad Winkel wurde
gewählt, da für einen bevorzugten, spezifizierten Brechungs
index des Glases die zwei Ausgangsstrahlen äquidistant zu dem
Weg des Einfallsstrahls unter der Annahme verlaufen, daß der
Weg des Einfallsstrahls den Strahlteiler unverändert
durchlaufen würde.
Aus Fig. 3a ist eine obere Schnittansicht des zweiten Strahl
teilers 32 ersichtlich. Der zweite Strahlteiler 32 weist ein
rechteckiges Glasstück 44, eine zweite vordere Beschichtung 46
und eine zweite hintere Beschichtung 48 auf. Das rechteckige
Glasstück 44 wird manchmal als optisches Planflächenteil mit
parallelen Oberflächen bezeichnet. Die zweite vordere
Beschichtung 46 ist eine ausschließlich reflektierende
Beschichtung, weil kein Anteil des Strahls durch die
Beschichtung hindurchtritt. Die zweite hintere Beschichtung 48
ist eine strahlteilende Beschichtung, weil ein Teil des Strahls
durch die Beschichtung hindurchtritt und ein Teil des Strahls
reflektiert wird. Die Rückseite des rechteckigen Glases 44, die
von der Laserreferenzquelle 14 abgewandt ist, ist mit der
zweiten hinteren Beschichtung 48 vom linken Ende aus quer bis
zu einer vertikalen Linie 50 jenseits eines zweiten
Mittelpunktes 51 (wie aus Fig. 3b ersichtlich) beschichtet.
Die Vorderseite des rechteckigen Glases 44, die der
Laserreferenzquelle 14 zugewandt ist, ist mit der zweiten
vorderen Beschichtung 46 vom rechten Ende aus quer bis zu einer
zweiten vertikalen Linie 52 jenseits des zweiten Mittelpunktes
51 (wie aus Fig. 3b ersichtlich) beschichtet. Somit überlappen
sich die zweite vordere Beschichtung 46 und die zweite hintere
Beschichtung 48, so daß ein Strahl mit einem Einfallswinkel von
null Grad nicht das rechteckige Glas 44 durchlaufen könnte,
ohne wenigstens eine der Beschichtungen 46 oder 48 zu
durchlaufen. Der zweite Strahlteiler 32 ist derart
positioniert, daß der untere Strahl 101 unterhalb des zweiten
Strahlteilers 32 verläuft. Der obere Strahl 100 ist auf den
linken unbeschichteten Vorderabschnitt des rechteckigen Glases
44 des zweiten Strahlteilers 32 links des zweiten Mittelpunktes
51 mit einem bevorzugten Einfallswinkel von fünfzig (50) Grad
gerichtet. Der obere Strahl 100 durchläuft dann das rechteckige
Glas 44 und trifft auf den linken Abschnitt der zweiten
hinteren Beschichtung 48 links von dem zweiten Mittelpunkt 51.
Ein Anteil des oberen Strahls 100 durchläuft die zweite hintere
Beschichtung 48 als linker Strahl 102, während ein anderer
Anteil des Strahls 100 durch das Glas 34 nach rechts zurück
reflektiert wird, wobei der reflektierte Strahl von dem rechten
Abschnitt der zweiten vorderen Beschichtung 46 weg reflektiert
wird und zurück durch das rechteckige Glas 44 läuft und durch
den rechten unbeschichteten Abschnitt der Rückseite des
rechteckigen Glases 44 als rechter Strahl 103 austritt. Gemäß
einer bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Strahlteiler
32 um eine vertikale Achse geneigt, wobei die linke Seite näher
an dem ersten Strahlteiler 30 ist, so daß der obere Strahl 100
einen Einfallswinkel zu dem linken unbeschichteten Abschnitt
des rechteckigen Glases 44 von fünfzig (50) Grad aufweist.
Falls eine den oberen Strahl 100 und den unteren Strahl 101
senkrecht verbindende imaginäre Linie gezeichnet würde, und
eine den linken Strahl 102 und den rechten Strahl 103 senkrecht
verbindende imaginäre Linie gezeichnet würde, würden diese
beiden Linien senkrecht zueinander verlaufen, da gemäß einer
bevorzugen Ausführungsform der erste und der zweite Strahl
teiler 30 und 32 derart orientiert sind, daß die Strahlen 100
und 101 nach oben und nach unten geteilt werden, wohingegen die
Strahlen 102 und 103 nach links und nach rechts geteilt werden
(wie aus Fig. 4 ersichtlich). Somit erzeugt der erfindungs
gemäße Strahlteiler 12 drei Strahlen 101, 102 und 103, die
parallel zueinander verlaufen, und falls sie auf eine Ober
fläche strahlten, die senkrecht zu dem Weg des Einfallsstrahls
99 ausgerichtet ist, würden die drei Strahlen 101, 102 und 103
als drei Punkte erscheinen, die gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform ein gleichseitiges Dreieck definieren (wie aus
Fig. 5 ersichtlich). Um derartige Abstände zwischen den
Strahlen zu schaffen, daß diese ein gleichseitiges Dreieck
bilden, müssen die Strahlen 102 und 103 ein wenig weiter
voneinander getrennt sein, als die Strahlen 100 und 101. Dies
kann durch eine unterschiedliche Dicke für den ersten und den
zweiten Strahlteiler 30 und 32 erreicht werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform werden der erste und der
zweite Strahlteiler 30 und 32 in Übereinstimmung mit den
folgenden Spezifikation hergestellt. Ein bevorzugtes Glas
material zum Herstellen des ersten und des zweiten Strahl
teilers 30 und 32 ist BK7 optisches Kronenglas oder anderes
Glas mit N = 1,45/1,55 bei 632,8 nm (der Brechungsindex des
Glases soll zwischen 1,45 und 1,55 bei der Wellenlänge von 633
Nanometer liegen), daß eine zentrierte freie Öffnung von
mindestens 20 mm aufweist, die den Bereich definiert, für den
die Spezifikationen für die Oberfläche zutreffen. Die vordere
und die hintere Oberfläche des ersten und des zweiten Strahl
teilers 30 und 32 weisen eine Flachheit auf, die beidseitig
besser als eine Welle bei 6328 Ångström ist. Dies betrifft eine
maximale Abweichung von einer Idealebene, gemessen in Wellen
längen des Lichts der spezifizierten Wellenlänge, hier 633 nm.
Der maximale Keilwinkel beträgt bevorzugt 0,1 m rad, welches
der Winkel zwischen den zwei Seiten des Glases ist, und das
Verhältnis "scratch/dig" beträgt bevorzugt 60/40, welches die
Qualität der Oberfläche definiert. Ein bevorzugter Einfalls
winkel für die Strahlen 99 und 100 ist fünfzig (50) Grad zu der
Oberfläche des ersten und des zweiten Laserstrahlteilers 30 und
32, wobei ein Brechungswinkel der Strahlen 99 und 100 30,7°
beträgt.
Die erste vordere Beschichtung 36 des ersten Strahlteilers 30
ist bevorzugt eine Aluminiumbeschichtung, und die erste hintere
Beschichtung 38 ist bevorzugt eine semitransparente, strahl
teilende Beschichtung. Die erste vordere Beschichtung 36
liefert einen Ausgangsstrahl 101 mit 29% ± 3% der einge
strahlten Lichtintensität des Strahls 99. Die erste hintere
Beschichtung 38 liefert einen Ausgangsstrahl 100 mit 54% ± 6%
der eingestrahlten Lichtintensität des Strahls 99. Die zweite
vordere Beschichtung 46 des zweiten Strahlteilers 32 ist
bevorzugt eine Aluminiumbeschichtung, und die zweite hintere
Beschichtung 48 ist bevorzugt eine semitransparente, strahl
teilende Beschichtung. Die zweite vordere Beschichtung 46
liefert einen Ausgangsstrahl 103 mit 47% ± 5% der von dem
Strahl 100 eingestrahlten Lichtintensität, wobei diese selbst
54% ± 6% der des Strahls 99 beträgt. Die zweite hintere
Beschichtung 48 liefert einen Ausgangsstrahl 102 mit 47% ± 5%
der von dem Strahl 100 eingestrahlten Lichtintensität, wobei
diese selbst 54% ± 6% der des Strahls 99 beträgt. Dement
sprechend wird der Strahl 99, der in den erfindungsgemäßen
Laserstrahlteiler 12 mit 100% Intensität eintritt, als die
Strahlen 101, 102 und 103 mit Intensitäten von ungefähr 29% ±
3% ausgegeben, wodurch drei parallele Ausgangsstrahlen mit im
wesentlichen gleicher Intensität bereitgestellt werden.
Eine bevorzugte Dicke der Laserstrahlteiler 30 und 32 ist eine
Dicke von ungefähr 6-8 mm, so daß die erzeugten parallelen
Strahlen ungefähr 5 mm auseinanderliegen, da die Separation der
Ausgangsstrahlen nur von der Dicke der Strahlteiler 30 oder 32
und dem Einfallswinkel abhängt. Die Messungen werden derart
definiert und selektiert, daß die Strahlen 100 und 101 näher
aneinander verlaufen, als die Strahlen 102 und 103, da eine
Beziehung zwischen den Strahlen in Form eines gleichseitigen
Dreiecks gewünscht ist. Es versteht sich von selbst, daß
einfache geometrische Berechnungen die genauen Messungen
liefern werden, die erforderlich sind, um eine Beziehung
zwischen den Strahlen in Form eines gleichseitigen Dreiecks
sicherzustellen. Ein bevorzugter Abstand zwischen dem ersten
und dem zweiten Strahlteiler 30 und 32 ist ungefähr 2 cm. Die
strahlteilenden Beschichtungen sind derart ausgewählt, daß die
drei Ausgangsstrahlen im wesentlichen die gleiche Intensität
aufweisen. Die Wirkung der Orientierung der Polarisation des
eingestrahlten Laserstrahls muß bei der Auswahl der vorderen
und der hinteren Beschichtungen 36, 38, 46 und 48 in Betracht
gezogen werden, um die gewünschte äquivalente Intensität zu
erreichen.
Die drei parallelen Ausgangsstrahlen 101, 102 und 103 sind
bevorzugt äquidistant zu dem ursprünglichen Weg des Einfalls
strahls 99. Mit anderen Worten, falls der Einfallsstrahl 99
durch die Strahlteiler 30 und 32 entlang seines ursprünglichen
Weges hindurch projiziert würde ohne geteilt zu werden, würde
dieser ungefähr auf die Mitte des durch die Strahlen 101, 102
und 103 definierten gleichseitigen Dreiecks gerichtet sein.
Obwohl die obenstehende Beschreibung viele Spezifizierungen
aufweist, sollten diese nicht als Beschränkungen des Bereiches
der Erfindung aufgefaßt werden, sondern eher als eine
Veranschaulichung von bevorzugten Ausführungsformen der
Erfindung. Viele andere Variationen sind möglich. Zum Beispiel
werden der erste und der zweite Strahlteiler 30 und 32 derart
beschrieben, daß sie um eine horizontale und eine vertikale
Achse geneigt sind. Der erste und der zweite Strahlteiler 30
und 32 könnten auch in davon abweichenden Verdrehgraden relativ
zueinander angeordnet sein und unterschiedliche Dicken und
Einfallswinkel aufweisen und immer noch drei parallele Strahlen
erzeugen, obwohl die resultierenden Strahlen relativ zueinander
in einer anderen dreieckigen Konfiguration orientiert wären.
Solche Änderungen der Variablen der Ausführungsformen sind mit
dem hierin offenbarten in Betracht gezogen worden.
Claims (28)
1. Interferometer (10) mit
einer Laserreferenzquelle (14),
einem primären Strahlteiler (16),
einem ortsfesten Spiegel (24),
einem bewegbaren Spiegel (26),
einem System zum Erfassen von Abweichungen in der Ausrichtung zwischen dem ortsfesten Spiegel (24) und dem bewegbaren Spiegel (26), das drei Detektoren aufweist, die zu einem Laserstrahlausgangsfeld benachbart und an den Spitzen eines Dreiecks angeordnet sind,
einem Laserstrahlteiler (12), wobei
der Laserstrahlteiler (12)
einen ersten Strahlteiler (30) mit einem optischen Planflächenteil aufweist, das eine erste teilweise beschichtete Fläche und eine parallel zu dieser verlaufende zweite teilweise beschichtete Fläche aufweist,
einen zweiten Strahlteiler (32) mit einem optischen Planflächenteil aufweist, das eine dritte teilweise beschichtete Fläche und eine parallel zu dieser verlaufende vierte teilweise beschichtete Fläche aufweist, wobei
der erste Strahlteiler (30) derart positioniert ist, dass ein Einfallsstrahl (99), der in den ersten Strahlteiler (30) eintritt, in einen ersten Strahl (100) und einen parallel zu diesem verlaufenden zweiten Strahl (101) geteilt wird, und
der zweite Strahlteiler (32) relativ zu dem ersten Strahlteiler (30) derart positioniert ist, dass wenigstens der erste Strahl (100) oder der zweite Strahl (101) in den zweiten Strahlteiler (32) eintritt und in einen dritten Strahl (102) und einen parallel zu diesem und dem zweiten Strahl (101) verlaufenden vierten Strahl (103) geteilt wird.
einer Laserreferenzquelle (14),
einem primären Strahlteiler (16),
einem ortsfesten Spiegel (24),
einem bewegbaren Spiegel (26),
einem System zum Erfassen von Abweichungen in der Ausrichtung zwischen dem ortsfesten Spiegel (24) und dem bewegbaren Spiegel (26), das drei Detektoren aufweist, die zu einem Laserstrahlausgangsfeld benachbart und an den Spitzen eines Dreiecks angeordnet sind,
einem Laserstrahlteiler (12), wobei
der Laserstrahlteiler (12)
einen ersten Strahlteiler (30) mit einem optischen Planflächenteil aufweist, das eine erste teilweise beschichtete Fläche und eine parallel zu dieser verlaufende zweite teilweise beschichtete Fläche aufweist,
einen zweiten Strahlteiler (32) mit einem optischen Planflächenteil aufweist, das eine dritte teilweise beschichtete Fläche und eine parallel zu dieser verlaufende vierte teilweise beschichtete Fläche aufweist, wobei
der erste Strahlteiler (30) derart positioniert ist, dass ein Einfallsstrahl (99), der in den ersten Strahlteiler (30) eintritt, in einen ersten Strahl (100) und einen parallel zu diesem verlaufenden zweiten Strahl (101) geteilt wird, und
der zweite Strahlteiler (32) relativ zu dem ersten Strahlteiler (30) derart positioniert ist, dass wenigstens der erste Strahl (100) oder der zweite Strahl (101) in den zweiten Strahlteiler (32) eintritt und in einen dritten Strahl (102) und einen parallel zu diesem und dem zweiten Strahl (101) verlaufenden vierten Strahl (103) geteilt wird.
2. Interferometer (10) nach Anspruch 1, wobei die erste
teilweise beschichtete Fläche mit einer strahlteilenden
Beschichtung beschichtet ist, und die zweite teilweise
beschichtete Fläche mit einer reflektierenden Beschichtung
beschichtet ist.
3. Interferometer (10) nach Anspruch 2, wobei die dritte
teilweise beschichtete Fläche mit einer strahlteilenden
Beschichtung beschichtet ist, und die vierte teilweise
beschichtete Fläche mit einer reflektierenden Beschichtung
beschichtet ist.
4. Interferometer (10) nach Anspruch 1, wobei der erste
Strahlteiler (30) und der zweite Strahlteiler (32) relativ
zueinander derart positioniert und orientiert sind, dass
wenigstens der erste Stahl (100) oder der zweite Strahl (101)
mit dem dritten Strahl (102) und dem vierten Strahl (103) auf
einer imaginären Ebene, die senkrecht zu dem Einfallsstrahl
(99) verläuft, in einer dreieckigen Beziehung steht.
5. Interferometer (10) nach Anspruch 4, wobei der
dreieckigen Beziehung ein gleichseitiges Dreieck zugeordnet
ist, so dass jeder Strahl äquidistant zu jedem anderen Strahl
ist.
6. Interferometer (10) nach Anspruch 1, wobei die
reflektierende Beschichtung der ersten Fläche und der dritten
Fläche, und die strahlteilende Beschichtung der zweiten
Fläche und der vierten Fläche derart ausgewählt sind, dass
wenigstens einer der Strahlen von dem ersten Strahl (100),
dem zweiten Strahl (101), dem dritten Strahl (102) und dem
vierten Strahl (103) eine im wesentlichen gleiche Intensität
zueinander aufweisen.
7. Interferometer (10) nach Anspruch 1, wobei wenigstens
einer der Strahlen von dem ersten Strahl (100), dem zweiten
Strahl (101), dem dritten Strahl (102) und dem vierten Strahl
(103) parallel zu dem Einfallsstrahl (99) verlaufen.
8. Interferometer (10) nach Anspruch 1, wobei der erste
Strahlteiler (30) kreisförmig ist und der zweite Strahlteiler
(32) rechteckig ist.
9. Interferometer (10) nach Anspruch 1, wobei der
Einfallsstrahl (99) in den ersten Strahlteiler (30) unter
einem Einfallswinkel von fünfzig Grad eintritt und wenigstens
der erste Strahl (100) oder der zweite Strahl (101) in den
zweiten Strahlteiler (32) unter einem Einfallswinkel von
fünfzig Grad eintritt.
10. Interferometer (10) nach Anspruch 1, wobei der
Einfallsstrahl (99) eine Wellenlänge von 633 Nanometer
aufweist.
11. Interferometer (10) nach Anspruch 1, wobei das optische
Planflächenteil des ersten Strahlteilers (30) und des zweiten
Strahlteilers (32) einen Brechungsindex zwischen 1,45 und
1,55 aufweisen.
12. Interferometer (10) nach Anspruch 1, wobei eine Dicke
des ersten Strahlteilers (30) und des zweiten Strahlteilers
(32) ungefähr 6 Millimeter betragen, so dass der erste Strahl
(100) und der zweite Strahl (101) ungefähr 5 Millimeter
voneinander entfernt verlaufen, und der dritte Strahl (102)
und der vierte Strahl (103) ungefähr 5 Millimeter voneinander
entfernt verlaufen.
13. Interferometer (10) nach Anspruch 1, wobei der zweite
Strahlteiler (32) ungefähr 2 Zentimeter von dem ersten
Strahlteiler (30) entfernt angeordnet ist.
14. Interferometer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
welches eine Infrarotlichtquelle aufweist und als
Spektrometer vorgesehen ist.
15. Interferometer (10) mit
einer Laserreferenzquelle (14),
einem primären Strahlteiler (16),
einem ortsfesten Spiegel (24),
einem bewegbaren Spiegel (26),
einem System zum Erfassen von Abweichungen in der Ausrichtung zwischen dem ortsfesten Spiegel (24) und dem bewegbaren Spiegel (26), das drei Detektoren aufweist, die benachbart zu einem Laserstrahlausgangsfeld und an den Spitzen eines Dreiecks angeordnet sind,
einem Laserstrahlteiler (12) zum Teilen eines Einfallsstrahls (99) in wenigstens drei parallele Strahlen mit
einem ersten Strahlteiler (30)
der ein optisches Planflächenteil mit einer ersten Fläche und einer parallel zu dieser verlaufenden zweiten Fläche aufweist, wobei
ein erster Abschnitt der ersten Fläche mit einer reflektierenden Beschichtung beschichtet ist, und ein zweiter Abschnitt der ersten Fläche nicht mit der reflektierenden Beschichtung beschichtet ist, die erste Fläche derart positioniert ist, dass ein Einfallsstrahl (99) in den ersten Strahlteiler (30) durch den zweiten Abschnitt der ersten Fläche eintritt,
ein erster Abschnitt der zweiten Fläche mit einer strahlteilenden Beschichtung beschichtet ist, und ein zweiter Abschnitt der zweiten Fläche nicht mit der strahlteilenden Beschichtung beschichtet ist, die zweite Fläche derart positioniert ist, dass ein Einfallsstrahl (99) teilweise durch den ersten Abschnitt der zweiten Fläche hindurchtritt und aus dem ersten Strahlteiler (30) als der erste Strahl (100) austritt, und teilweise gegen den ersten Abschnitt der ersten Fläche zurück reflektiert wird und dann von dem ersten Abschnitt der ersten Fläche aus dem ersten Strahlteiler (30) durch den zweiten Abschnitt der zweiten Fläche parallel zu dem ersten Strahl (100) als der zweite Strahl (101) heraus reflektiert wird,
einem zweiten Strahlteiler (32)
der ein optisches Planflächenteil mit einer dritten Fläche und einer parallel zu dieser verlaufenden vierten Fläche aufweist, wobei
ein erster Abschnitt der dritten Fläche mit einer reflektierenden Beschichtung beschichtet ist, und ein zweiter Abschnitt der dritten Fläche nicht mit der reflektierenden Beschichtung beschichtet ist, die dritte Fläche derart positioniert ist, dass wenigstens der erste Strahl (100) oder der zweite Strahl (101) in den zweiten Strahlteiler (32) durch den zweiten Abschnitt der dritten Fläche eintritt,
ein erster Abschnitt der vierten Fläche mit einer strahlteilenden Beschichtung beschichtet ist, und ein zweiter Abschnitt der vierten Fläche nicht mit der strahlteilenden Beschichtung beschichtet ist, die vierte Fläche derart positioniert ist, dass der Strahl, der in den zweiten Strahlteiler (32) eintritt, teilweise durch den ersten Abschnitt der vierten Fläche hindurchtritt und aus dem zweiten Strahlteiler (32) als ein dritter Strahl (102) austritt, und teilweise gegen den ersten Abschnitt der dritten Fläche zurück reflektiert wird und dann von dem ersten Abschnitt der dritten Fläche aus dem zweiten Strahlteiler (32) durch den zweiten Abschnitt der zweiten Fläche als der vierte Strahl (103) heraus reflektiert wird, und
der erste Strahlteiler (30) und der zweite Strahlteiler (32) relativ zueinander derart positioniert und orientiert sind, dass wenigstens der erste Strahl (100) oder der zweite Strahl (101) mit dem dritten Strahl (102) und dem vierten Strahl (103) auf einer imaginären Ebene, die senkrecht zu dem Einfallsstrahl (99) verläuft, in einer dreieckigen Beziehung steht.
einer Laserreferenzquelle (14),
einem primären Strahlteiler (16),
einem ortsfesten Spiegel (24),
einem bewegbaren Spiegel (26),
einem System zum Erfassen von Abweichungen in der Ausrichtung zwischen dem ortsfesten Spiegel (24) und dem bewegbaren Spiegel (26), das drei Detektoren aufweist, die benachbart zu einem Laserstrahlausgangsfeld und an den Spitzen eines Dreiecks angeordnet sind,
einem Laserstrahlteiler (12) zum Teilen eines Einfallsstrahls (99) in wenigstens drei parallele Strahlen mit
einem ersten Strahlteiler (30)
der ein optisches Planflächenteil mit einer ersten Fläche und einer parallel zu dieser verlaufenden zweiten Fläche aufweist, wobei
ein erster Abschnitt der ersten Fläche mit einer reflektierenden Beschichtung beschichtet ist, und ein zweiter Abschnitt der ersten Fläche nicht mit der reflektierenden Beschichtung beschichtet ist, die erste Fläche derart positioniert ist, dass ein Einfallsstrahl (99) in den ersten Strahlteiler (30) durch den zweiten Abschnitt der ersten Fläche eintritt,
ein erster Abschnitt der zweiten Fläche mit einer strahlteilenden Beschichtung beschichtet ist, und ein zweiter Abschnitt der zweiten Fläche nicht mit der strahlteilenden Beschichtung beschichtet ist, die zweite Fläche derart positioniert ist, dass ein Einfallsstrahl (99) teilweise durch den ersten Abschnitt der zweiten Fläche hindurchtritt und aus dem ersten Strahlteiler (30) als der erste Strahl (100) austritt, und teilweise gegen den ersten Abschnitt der ersten Fläche zurück reflektiert wird und dann von dem ersten Abschnitt der ersten Fläche aus dem ersten Strahlteiler (30) durch den zweiten Abschnitt der zweiten Fläche parallel zu dem ersten Strahl (100) als der zweite Strahl (101) heraus reflektiert wird,
einem zweiten Strahlteiler (32)
der ein optisches Planflächenteil mit einer dritten Fläche und einer parallel zu dieser verlaufenden vierten Fläche aufweist, wobei
ein erster Abschnitt der dritten Fläche mit einer reflektierenden Beschichtung beschichtet ist, und ein zweiter Abschnitt der dritten Fläche nicht mit der reflektierenden Beschichtung beschichtet ist, die dritte Fläche derart positioniert ist, dass wenigstens der erste Strahl (100) oder der zweite Strahl (101) in den zweiten Strahlteiler (32) durch den zweiten Abschnitt der dritten Fläche eintritt,
ein erster Abschnitt der vierten Fläche mit einer strahlteilenden Beschichtung beschichtet ist, und ein zweiter Abschnitt der vierten Fläche nicht mit der strahlteilenden Beschichtung beschichtet ist, die vierte Fläche derart positioniert ist, dass der Strahl, der in den zweiten Strahlteiler (32) eintritt, teilweise durch den ersten Abschnitt der vierten Fläche hindurchtritt und aus dem zweiten Strahlteiler (32) als ein dritter Strahl (102) austritt, und teilweise gegen den ersten Abschnitt der dritten Fläche zurück reflektiert wird und dann von dem ersten Abschnitt der dritten Fläche aus dem zweiten Strahlteiler (32) durch den zweiten Abschnitt der zweiten Fläche als der vierte Strahl (103) heraus reflektiert wird, und
der erste Strahlteiler (30) und der zweite Strahlteiler (32) relativ zueinander derart positioniert und orientiert sind, dass wenigstens der erste Strahl (100) oder der zweite Strahl (101) mit dem dritten Strahl (102) und dem vierten Strahl (103) auf einer imaginären Ebene, die senkrecht zu dem Einfallsstrahl (99) verläuft, in einer dreieckigen Beziehung steht.
16. Interferometer (10) nach Anspruch 15, wobei die erste
teilweise beschichtete Fläche mit einer strahlteilenden
Beschichtung beschichtet ist, und die zweite teilweise
beschichtete Fläche mit einer reflektierenden Beschichtung
beschichtet ist.
17. Interferometer (10) nach Anspruch 16, wobei die dritte
teilweise beschichtete Fläche mit einer strahlteilenden
Beschichtung beschichtet ist, und die vierte teilweise
beschichtete Fläche mit einer reflektierenden Beschichtung
beschichtet ist.
18. Interferometer (10) nach Anspruch 15, wobei der erste
Strahlteiler (30) und der zweite Strahlteiler (32) relativ
zueinander derart angeordnet und orientiert sind, dass
wenigstens der erste Strahl (100) oder der zweite Strahl
(101) mit dem dritten Strahl (102) und dem vierten Strahl
(103) auf einer imaginären Ebene, die senkrecht zu dem
Einfallsstrahl (99) verläuft, in einer dreieckigen Beziehung
steht.
19. Interferometer (10) nach Anspruch 18, wobei der
dreieckigen Beziehung ein gleichseitiges Dreieck zugeordnet
ist, so dass jeder Strahl äquidistant zu jedem anderen Strahl
verläuft.
20. Interferometer (10) nach Anspruch 15, wobei die
reflektierende Beschichtung auf der ersten Fläche und der
dritten Fläche, und die strahlteilende Beschichtung auf der
zweiten Fläche und der vierten Fläche derart ausgewählt sind,
dass wenigstens einer der Strahlen von dem ersten Strahl
(100), dem zweiten Strahl (101), dem dritten Strahl (102) und
dem vierten Strahl (103) eine im wesentlichen gleiche
Intensität zueinander aufweisen.
21. Interferometer (10) nach Anspruch 15, wobei wenigstens
einer der Strahlen von dem ersten Strahl (100), dem zweiten
Strahl (101), dem dritten Strahl (102) und dem vierten Strahl
(103) parallel zu dem Einfallsstrahl (99) verlaufen.
22. Interferometer (10) nach Anspruch 15, wobei der erste
Strahlteiler (30) kreisförmig und der zweite Strahlteiler
(32) rechteckig ist.
23. Interferometer (10) nach Anspruch 15, wobei der
Einfallsstrahl (99) in den ersten Strahlteiler (30) unter
einem Einfallswinkel von fünfzig Grad eintritt, und
wenigstens der erste Strahl (100) oder der zweite Strahl
(101) in den zweiten Strahlteiler (32) unter einem
Einfallswinkel von fünfzig Grad eintritt.
24. Interferometer (10) nach Anspruch 15, wobei der
Einfallsstrahl (99) eine Wellenlänge von 633 Nanometer
aufweist.
25. Interferometer (10) nach Anspruch 15, wobei das
optische Planflächenteil des ersten Strahlteilers (30) und
des zweiten Strahlteilers (32) einen Brechungsindex zwischen
1,45 und 1,55 aufweisen.
26. Interferometer (10) nach Anspruch 15, wobei eine Dicke
des ersten Strahlteilers (30) und des zweiten Strahlteilers
(32) ungefähr 6 Millimeter betragen, so dass der erste Strahl
(100) und der zweite Strahl (101) ungefähr 5 Millimeter
voneinander entfernt verlaufen, und der dritte Strahl (102)
und der vierte Strahl (103) ungefähr 5 Millimeter voneinander
entfernt verlaufen.
27. Interferometer (10) nach Anspruch 15, wobei der zweite
Strahlteiler (32) ungefähr 2 Zentimeter von dem ersten
Strahlteiler (30) entfernt angeordnet ist.
28. Interferometer (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 27,
welches eine Infrarotlichtquelle aufweist und als
Spektrometer vorgesehen ist.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/441,126 US5671047A (en) | 1995-05-15 | 1995-05-15 | Laser beamsplitter for generating a plurality of parallel beams |
PCT/US1996/006345 WO1996036848A1 (en) | 1995-05-15 | 1996-05-06 | Laser beamsplitter for generating a plurality of parallel beams |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19681406T1 DE19681406T1 (de) | 1998-07-02 |
DE19681406C2 true DE19681406C2 (de) | 2002-09-19 |
Family
ID=23751636
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19681406T Expired - Fee Related DE19681406C2 (de) | 1995-05-15 | 1996-05-06 | Laser-Strahlteiler zum Erzeugen von einer Mehrzahl von parallelen Strahlen |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5671047A (de) |
JP (1) | JP3323510B2 (de) |
CA (1) | CA2221170A1 (de) |
DE (1) | DE19681406C2 (de) |
GB (1) | GB2316766B (de) |
WO (1) | WO1996036848A1 (de) |
Families Citing this family (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004079313A1 (ja) * | 1993-11-17 | 2004-09-16 | Isao Tokumoto | マイケルソン干渉計 |
DE19904592C2 (de) * | 1999-02-05 | 2001-03-08 | Lavision Gmbh | Strahlteilervorrichtung |
EP1031868B1 (de) | 1999-02-26 | 2003-05-14 | Dr. Johannes Heidenhain GmbH | Kompensierter Parallel-Strahlteiler mit zwei Platten sowie Interferometer |
CA2385905A1 (en) | 1999-08-23 | 2001-03-22 | Parviz Tayebati | Wavelength reference device |
AT408092B (de) * | 1999-10-19 | 2001-08-27 | Vae Ag | Einrichtung zum messen von achs- bzw. lagertemperaturen zur ortung von heissläufern oder überhitzten bremsen im rollenden bahnverkehr |
GB2369452B (en) | 2000-07-27 | 2002-07-17 | Michael John Downs | Beam splitting blocks |
EP1445634B1 (de) * | 2003-02-05 | 2007-05-02 | Avago Technologies Fiber IP (Singapore) Pte. Ltd. | Optische Strahlteiler-Vorrichtung mit deformierbarer Verbindung zwischen zwei Strahlteilern |
GB0425419D0 (en) * | 2004-11-18 | 2004-12-22 | Sira Ltd | Interference apparatus and method and probe |
US7551359B2 (en) * | 2006-09-14 | 2009-06-23 | 3M Innovative Properties Company | Beam splitter apparatus and system |
EP2307917B1 (de) * | 2008-06-27 | 2019-02-20 | Panavision Federal Systems, Llc | Wellenlängentrennender strahlteiler |
US9001334B2 (en) * | 2010-11-11 | 2015-04-07 | Thermo Electron Scientific Instruments Llc | Interferometer velocity control of beamsplitter and moving mirrors |
FR2972797B1 (fr) * | 2011-03-17 | 2019-12-13 | Thales | Systeme et procede de metrologie applique a un interferometre d'analyse a distance d'un compose |
DE102018206519B3 (de) * | 2018-04-26 | 2019-07-18 | Bruker Optik Gmbh | Retrointerferometer mit aktiver Nachjustierung |
WO2023069651A1 (en) * | 2021-10-20 | 2023-04-27 | Bio-Rad Laboratories, Inc. | Fluorescence detection system |
US20240133743A1 (en) * | 2022-10-17 | 2024-04-25 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Three phase spectral interferometry |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB706806A (en) * | 1950-11-16 | 1954-04-07 | Leitz Ernst Gmbh | Improvements in or relating to beam-splitting devices |
US3743378A (en) * | 1971-07-30 | 1973-07-03 | Ampex | Optical intensity matching means for two light beams |
US4053231A (en) * | 1975-12-18 | 1977-10-11 | Nasa | Interferometer mirror tilt correcting system |
US4345838A (en) * | 1979-08-31 | 1982-08-24 | Buijs Henry L | Apparatus for spectrometer alignment |
US4797696A (en) * | 1985-07-24 | 1989-01-10 | Ateq Corporation | Beam splitting apparatus |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB8605419D0 (en) * | 1986-03-05 | 1986-04-09 | Chelsea Instr Ltd | Beam splitter & spectrometer |
-
1995
- 1995-05-15 US US08/441,126 patent/US5671047A/en not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-05-06 GB GB9724020A patent/GB2316766B/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-05-06 DE DE19681406T patent/DE19681406C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1996-05-06 CA CA002221170A patent/CA2221170A1/en not_active Abandoned
- 1996-05-06 JP JP53487496A patent/JP3323510B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1996-05-06 WO PCT/US1996/006345 patent/WO1996036848A1/en active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB706806A (en) * | 1950-11-16 | 1954-04-07 | Leitz Ernst Gmbh | Improvements in or relating to beam-splitting devices |
US3743378A (en) * | 1971-07-30 | 1973-07-03 | Ampex | Optical intensity matching means for two light beams |
US4053231A (en) * | 1975-12-18 | 1977-10-11 | Nasa | Interferometer mirror tilt correcting system |
US4345838A (en) * | 1979-08-31 | 1982-08-24 | Buijs Henry L | Apparatus for spectrometer alignment |
US4797696A (en) * | 1985-07-24 | 1989-01-10 | Ateq Corporation | Beam splitting apparatus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB2316766B (en) | 1999-05-12 |
GB9724020D0 (en) | 1998-01-14 |
GB2316766A (en) | 1998-03-04 |
GB2316766A8 (en) | 2003-10-24 |
DE19681406T1 (de) | 1998-07-02 |
JP2001507117A (ja) | 2001-05-29 |
WO1996036848A1 (en) | 1996-11-21 |
CA2221170A1 (en) | 1996-11-21 |
US5671047A (en) | 1997-09-23 |
JP3323510B2 (ja) | 2002-09-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE19681406C2 (de) | Laser-Strahlteiler zum Erzeugen von einer Mehrzahl von parallelen Strahlen | |
EP0011708B1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Ebenheit, der Rauhigkeit oder des Krümmungsradius einer Messfläche | |
DE10207186C1 (de) | Niederkohärenz-interferometrisches Gerät zur lichtoptischen Abtastung eines Objektes | |
DE102005047162B4 (de) | Interferometersysteme zur Messung von Verlagerungen und diese Systeme benutzende Belichtungssysteme | |
EP1082580B1 (de) | Modulationsinterferometer und faseroptisch getrennte messsonde mit lichtleitern | |
DE60015239T2 (de) | Wellenlängenüberwachung für Laser | |
DE4031637A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum messen einer verschiebung zwischen zwei objekten sowie eines spaltabstands zwischen den beiden objekten | |
DE2814006A1 (de) | Abtastinterferometer | |
CH678108A5 (de) | ||
WO1984004810A1 (en) | Method and device for the contact-free measurement of the actual position and/or the profile of rough surfaces | |
DE102006023996A1 (de) | Interferometer zum Messen senkrechter Translationen | |
EP1031868B1 (de) | Kompensierter Parallel-Strahlteiler mit zwei Platten sowie Interferometer | |
DE69017159T2 (de) | Laser-interferometrischer Messapparat. | |
WO1996035100A1 (de) | Vorrichtung zur messung der dicke transparenter gegenstände | |
EP0670467A1 (de) | Interferometer | |
EP3924764A1 (de) | Vorrichtung zum optischen messen und mehrfachspiegel | |
DE19930687A1 (de) | Optisches Verschiebungsmeßsystem | |
EP3531064A1 (de) | Strahlenführung im interferometer | |
DE2758149C2 (de) | Interferometrisches Verfahren mit λ /4-Auflösung zur Abstands-, Dicken- und/oder Ebenheitsmessung | |
DE19721882C2 (de) | Interferometrische Meßvorrichtung | |
DE102006031917A1 (de) | Monolithisches Verschiebungsmessinterferometer | |
DE69923489T2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Strukturtiefen einer Probenoberfläche | |
DE3737426C2 (de) | Interferometer | |
DE69627419T2 (de) | Fourier Spektrometer mit dichroitischen Michelson-Spiegeln für zwei Wellenlängenbänder | |
DE102006017235A1 (de) | Diskrete Viertelwellenplättchen für Verschiebungs-Mess-Interferometer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8125 | Change of the main classification |
Ipc: G01J 3/02 |
|
8607 | Notification of search results after publication | ||
D2 | Grant after examination | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DIGILAB,LLC (N.D.GES.D.STAATES DELAWARE), RANDOLPH |
|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |