DE3687175T2

DE3687175T2 - Heterodynes interferometersystem.

Info

Publication number: DE3687175T2
Application number: DE8686400506T
Authority: DE
Inventors: Gary E Sommargren
Original assignee: Zygo Corp
Current assignee: Zygo Corp
Priority date: 1985-03-12
Filing date: 1986-03-11
Publication date: 1993-05-27
Anticipated expiration: 2006-03-12
Also published as: EP0194941B1; JPS61207903A; DE194941T1; US4688940A; EP0194941A3; DE3687175D1; EP0194941A2

Description

Diese Anmeldung bezieht sich auf die hierzu gehörigen europäischen Patentanmeldungen 86 400 507.9 und 86 400 505.3 unter den Bezeichnungen "Vorrichtung zur Transformation eines linear polarisierten monofrequenten Laserstrahls in einen Strahl mit zwei orthogonal polarisierten Frequenzen" und "Vorrichtung zur Transformation eines linear polarisierten monofrequenten Laserstrahls in einen Strahl hoher Effizienz mit zwei orthogonal polarisierten Frequenzen", die beide von Gary E. Sommargren als alleinigem Erfinder stammen und welche beide zeitgleich mit eingereicht werden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Meßgeräte vom Typ optischer Interferometer. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung, bei welcher zwei optische Frequenzen verwendet werden, um sehr genau Änderungen der Länge oder der optischen Länge zu bestimmen.
Die Verwendung von optischer Interferometrie zur Messung von Änderungen in entweder der Länge, dem Abstand oder der optischen Länge hat signifikant zugenommen, nicht nur wegen der technologischen Fortschritte bei Lasern, Photosensoren und in der Mikroelektronik, sondern auch wegen der stetig steigenden Nachfrage nach hoher Präzision und nach Messungen mit hoher Genauigkeit. Die Interferometer nach dem Stand der Technik können, nach der verwendeten Signalverarbeitung, d. h. entweder homodyn oder heterodyn, im allgemeinen in zwei Typen unterteilt werden, wie man beispielsweise in H. Matsumoto "Recent Interferometric Measurements Using Stabilized Lasers", Presision Engineering, Band 6, S. 87-94 (April 1984) nachlesen kann. Im allgemeinen werden die Interferometer mit heterodyner Technik bevorzugt, da sie 1) unempfindlich gegenüber niederfrequenter Drift und Rauschen sind und sich 2) ihre Auflösung leicht verbessern läßt. Bei den heterodynen Interferometern sind diejenigen von besonderem Interesse, die für zwei optische Frequenzen ausgelegt sind, wie beispielsweise nachzulesen ist in G. Bouwhuis "Interferometrie Met Gaslasers", Ned. T. Natuurk, Band 34, S. 225-232 (August 1968), Bagley et al., US-Patent Nr. 3 458 259, Juli 29, 1969, Hewlett Packard Journal (August 1979), Bagley et al., US-Patent Nr. 3 656 853, 18. April 1972, Hewlett Packard Journal (April 1983).
Entsprechend der Erfindung nach Anspruch 1 wurde ein Heterodyn-Interferometer geschaffen, mit dem genaue Messungen der Längenänderung bzw. der Änderung der optischen Weglänge durchgeführt werden können. Es wird weiterhin auf US-A-4 188 122 verwiesen, wo ein Interferometer beschrieben wird, in welchem ein Strahl in zwei kollineare Komponenten aufgespalten wird, diese frequenzverschoben und othogonalisiert werden, bevor sie wieder überlagert werden. Dabei werden ein polarisierender Strahlteiler, zwei Bragg-Zellen, zwei Spiegel und ein polarisierender Strahlüberlagerer verwendet.
Bei den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 die schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Blockdiagramm der signalverarbeitenden Elektronik der Ausführungsform in Fig. 1,
Fig. 3 die Signale beim Einschalten der Messung bei der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4 die schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung in EP-A-86 400 507.9 vom 11. März 1986 und
Fig. 5 die schematische Darstellung der Fortpflanzung des Lichtes durch das doppelbrechende Prisma in Fig. 4 im Detail.
Fig. 1 zeigt die schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Obgleich die Vorrichtung in einem weiten Bereich von Strahlung eingesetzt werden kann, bezieht sich die folgende Beschreibung anhand der Beispiele nur auf ein optisches System. Der Begriff "Strahlungsenergie", wie er hierin verwendet wird, bedeutet elektromagnetische Energie in irgendeinem Frequenzbereich. Eine Lichtquelle (10), die einen Laser umfaßt, sendet einen optischen stabilisierten, monofrequenten Energiestrahl (12) aus, welcher linear polarisiert ist. Die Lichtquelle (10) kann dabei irgendeinen aus der Vielzahl der Laser umfassen. Beispielsweise kann es ein Gaslaser sein, z. B. ein Helium-Neon, der in irgendeiner der vielen dem Fachmann bekannten Arten stabilisiert ist, wie es beispielsweise in T. Baer et al. "Frequency stabilization of a 0.633 um He-Ne longitudinal Zeeman laser", Applied Optics, Band 19, S. 3173-3177 (1980); Burgwald et al., US-Patent Nr. 3 889 207, 10. Juni 1975; und Sandstrom et al., US-Patent Nr. 3 662 279, 9. Mai 1972, beschrieben ist. Als Lichtquelle (10) kann auch ein frequenzstabilisierter Diodenlaser dienen, der einen Strahl (12) erzeugt, wie es beispielsweise in T. Okoshi und K. Kikuchi "Frequency Stabilization of Semiconductor Lasers for Heterodyne-type Optical Communication Systems", Electronic Letters, Band 16, S. 179-181 (1980) und S. Yamaguchi und M. Suzuki "Simultaneous Stabilization of the Frequency and Power of an AlGaAs Semiconductor Laser by Use of the Optogalvanic Effect of Krypton", IEEE J. Quantum Electronics, Band QE-19, S. 1514-1519 (1983) beschrieben ist. Die spezielle Lichtquelle (10) bestimmt den Durchmesser und die Divergenz des Strahls (12). Für einige Quellen, beispielsweise Diodenlaser, ist es nötig, eine Strahlformungsoptik (14) zu verwenden, beispielsweise ein Mikroskopobjektiv, um einen Eingangsstrahl (18) mit für die folgenden Elemente günstigem Durchmesser und günstiger Divergenz zu schaffen. Wenn die Quelle (10) ein Helium-Neon-Laser ist, können eventuell strahlformende Optiken (14) erforderlich werden. Die Elemente (10) und (14) sind in einem gestrichelten Kasten (16) gezeigt, welcher die Quelle des Eingangsstrahls (18) darstellt, wobei der Strahl eine stabilisierte Frequenz fL hat und linear polarisiert ist. Der elektronische Oszillator (30) liefert ein frequenzstabilisiertes Referenzsignal (32) der Frequenz fo an den Leistungsverstärker (34). Der elektrische Ausgang (36) des Leistungsverstärkers (34) steuert den akustooptischen (A-O) Wandler (20) an. Der A-O-Wandler (20) mit beispielsweise einer Bragg-Zelle ist vorzugsweise eine Einrichtung, wie sie in der dazugehörigen gleichzeitig eingereichten europäischen Patentanmeldung 86 400 507.9 mit dem Titel "Vorrichtung zur Transformation eines monofrequenten linear polarisierten Laserstrahls in einen Strahl mit zwei orthogonal polarisierten Frequenzen" offenbart ist. Um das Verständnis zu erleichtern, werden die relevanten Teile des A-O- Wandlers (20) aus der europäischen Patentanmeldung hier in Fig. 4 und 5 wiederholt, welche den Fig. 1 und 2 der genannten Patentanmeldung entsprechen, mit der Ausnahme einiger Bezugszeichen, welche geändert wurden, um Verwechslung auszuschließen.
Wie in Fig. 4 gezeigt, ist die Lichtquelle (10) dieselbe, die anhand der Fig. 1 beschrieben wurde und die einen monofrequenten stabilisierten optischen Energiestrahl (12) abstrahlt, der linear polarisiert ist. Wie vorher erwähnt, kann die Lichtquelle (10) irgendeine aus der Vielzahl von Lasern sein. Wie bereits in Fig. 1 gezeigt, ist es für einige Quellen, wie beispielsweise Diodenlaser, notwendig, Strahlformungsoptiken (14) zu verwenden, wie beispielsweise ein Mikroskopobjektiv, um dem Eingangsstrahl (18) einen für die folgenden Elemente günstigen Durchmesser und eine günstige Divergenz zu geben. Bei einem Helium- Neon-Laser als Quelle (10) müssen Strahlformungsoptiken (14) nicht unbedingt erforderlich sein. Die Elemente (10) und (14) sind in einem gestrichelten Kasten (16) dargestellt, welcher die Quelle des einfallenden Strahls (18) ist, der auf der Frequenz fL stabilisiert ist und linear polarisiert ist. Die Polarisierungsrichtung ist z. B. vorzugsweise 45º in bezug auf die Figurenebene. Ein elektronischer Oszillator (30) liefert ein elektrisches frequenzstabilisiertes Signal (32) mit den Frequenzen f&sub1; und f&sub2; an den Leistungsverstärker (34). Der elektrische Ausgang (36) des Leistungsverstärkers (34) steuert den piezoelektrischen Wandler (138) an der akustooptischen Bragg-Zelle (120) an. Fig. 5 zeigt im Detail die schematische Fortpflanzung des einfallenden Strahls (18) durch die akustooptische Bragg-Zelle (120) und durch das doppelbrechende Prisma (144). Die Bragg-Zelle (120) transformiert den einfallenden Strahl (18) in zwei intermediäre Strahlen (140) und (142). Während die lineare Polarisierung der Strahlen (140) und (142) dieselbe ist wie die des Eingangsstrahls (18), unterscheiden sich die Fortpflanzungsrichtungen und Frequenzen von den entsprechenden Größen des Eingangsstrahls (18). Insbesondere weicht die Fortpflanzungsrichtung des Strahls (140) um einen kleinen Winkel δ von der des Strahls (142) ab. Außerdem weicht die Frequenz fL + f&sub2; des Strahls (140) von der Frequenz fL + f&sub1; des Strahls (142) um einen Betrag f&sub2; - f&sub1; ab, d. h. um die Differenz der Antriebsfrequenzen der Bragg- Zelle (120). Der elektrische Ausgang (36) des Leistungsverstärkers (34) ist so eingestellt, daß die Strahlen (140) und (142) ungefähr dieselbe Intensität haben, also etwa die Hälfte des Eingangsstrahls (18).
Die Strahlen (140) und (142) fallen auf das doppelbrechende Prisma (144) ein, welches ein Kristall (beispielsweise Quarz) mit einer optischen Achse parallel zur Schnittkante ist. Der Schnittwinkel α wird so gewählt, daß die folgende Gleichung erfüllt ist.
wobei no und ne der ordentliche bzw. außerordentliche Brechungsindex und R der Ausgangswinkel des Ausgangsstrahls (146) ist. Durch das doppelbrechende Prisma (144) werden die intermediären Strahlen (140) und (142) jeweils in zwei orthogonal zueinander polarisierte Strahlen aufgespalten, wobei einer parallel und einer senkrecht zur Figurenebene verläuft, und womit sich ein Ausgangsstrahl (146) und zwei Nebenstrahlen (148) und (150) ergeben. Der Ausgangsstrahl (146) hat zwei orthogonale Polarisationskomponenten, die den Strahlen (40) und (50) in Fig. 1 entsprechen, und er hat eine Frequenzdifferenz f&sub2; - f&sub1; zwischen den beiden orthogonal polarisierten Komponenten. Der räumliche Abstand der Komponenten unterschiedlicher Polarisation ist gering, nur ein kleiner Bruchteil des Strahldurchmessers. Zur Erläuterung ist es stark übertrieben in der Figur dargestellt. Die Nebenstrahlen (148) und (150) haben unterschiedliche Fortpflanzungsrichtungen zum Ausgangsstrahl (146), so daß sie durch Blenden (152) und (154) ausgeblendet werden können. Die Ausblendung der Nebenstrahlen (148) und (150) könnte ebensogut mit einem konventionellen Lochblenden- Raumfilter vorgenommen werden.
In einigen Fällen, in denen die gewünschte Frequenzverschiebung 20 MHz oder größer ist, kann die vorliegende Erfindung insofern vereinfacht werden, als die Frequenz f&sub1; im elektrischen Signal (32) weggelassen wird (d. h. f&sub1;= 0), was dazu führt, daß der Strahl (42) die gleiche Fortpflanzungsrichtung und Frequenz wie der Eingangsstrahl (18) hat, sonst aber die Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung nicht ändert.
Die Strahlen (40) und (50) sind kollinear, werden aber in Fig. 1 der Klarheit wegen zueinander verschoben dargestellt. Sie haben nahezu die gleiche Intensität und sind orthogonal zueinander polarisiert. Sie unterscheiden sich in der Frequenz um die Frequenz des elektrischen Referenzsignals, d. h. um fo. Die Strahlen (40) und (50) durchlaufen das Interferometer (70), welches aus einem Paar von Retroprismen (74) und (76) und Polarisationsstrahlteilern (72) aufgebaut ist, obschon dies nicht der einzig mögliche Aufbau des Interferometers ist. Die vorliegende Erfindung kann im Zusammenhang mit einer großen Vielzahl von Polarisationsinterferometern verwendet werden. Der Polarisationsstrahlteiler (72) läßt das p-polarisierte Licht vollständig durch, d. h. Licht, dessen Polarisationsvektor in der Einfallsebene liegt, und reflektiert vollständig das s-polarisierte Licht, d. h. Licht, dessen Polarisationsvektor senkrecht zu der Einfallsebene steht.
Die Diagonale (73) ist die Oberfläche des Polarisationsstrahlteilers (72). Daher wird der Strahl (40) durch den Polarisationsstrahlteiler (72) durchgelassen und bildet den Strahl (42) und der Strahl (50) wird durch den Polarisationsstrahlteiler (72) reflektiert und bildet den Strahl (52). Der Strahl (52) wird durch das Retroprisma (74) zurückreflektiert und bildet den Strahl (54), der wieder durch den Polarisationsstrahlteiler (72) reflektiert wird und den Strahl (56) bildet. Das Retroprisma (74) ist in bezug auf den Polarisationsstrahlteiler (72) fest. Die Retroprismen (74) und (76) lassen den Polarisationszustand zwischen Eingangs- und Ausgangsstrahl unverändert. Daher ist der Strahl (54) rein s-polarisiert und der Strahl (44) ist rein p-polarisiert. Der Polarisationsstrahlteiler (72) reflektiert den Strahl (54) und läßt den Strahl (44) durch als Strahlen (56) und (46), die kollinear und orthogonal polarisiert sind. Das Retroprisma (76) ist parallel zum Strahl (42) beweglich, siehe Pfeil in Fig. 1. Der Mischpolarisator (60) mischt die parallelen und überlappenden Teile der Strahlen (46) und (56) und mischt beiden Strahlen Komponenten ähnlicher Polarisation bei, d. h. Strahlen (62) und (64). Diese ähnlich polarisierten Strahlen (62) und (64) werden durch den Photodetektor (65) gemischt und ergeben ein elektrisches Signal (66) mit der Frequenz fc. Der Photodetektor (65) hat eine quadratisch verlaufende Empfindlichkeitskurve. Wie aus den anderen Figuren hervorgeht, liegen das Signal (32) und das Signal (66) am Phasendetektor/Akkumulator (68) an, der ein Ausgangssignal (80) entsprechend der Längenänderung des optischen Weges des Interferometers (70) ausgibt.
Die Frequenz des Meßsignals (66) ergibt sich aus
fc = fo + 2v/λ
wobei fo die Frequenz des Referenzsignals (32) und v die Geschwindigkeit des bewegten Retroprismas (76) ist. v ist positiv bzw. negativ, wenn die Bewegung auf den Strahlteiler (72) hin bzw. von ihm weg ist. λ ist die Wellenlänge des Meßstrahls (42). Das Ausgangssignal (80), welches proportional zur Verschiebung des bewegten Retroprismas (76) ist, wird abgeleitet durch Integration des Frequenzunterschiedes zwischen dem Meßsignal (76) und dem Referenzsignal (32).
Integration der abgezogenen Frequenzen ist äquivalent zur Addition der Phasenunterschiede zwischen diesen von Zyklus zu Zyklus.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des Blockdiagramms des Phasendetektors/Akkumulators (68). Ein sinusförmiges Meßsignal (66) wird durch den Rechteckwellengenerator (78) in ein Rechteckwellen-Meßsignal (67) umgewandelt, wie im Detail in Fig. 3c gezeigt. Ein sinusförmiges Referenzsignal (32) wird durch ein Rechteckwellengenerator (79) in ein Rechteckwellen-Referenzsignal (33) umgewandelt, wie im Detail in Fig. 3a gezeigt. Das Signal (33) wird dann durch ein Dreieckswellengenerator (81) in ein Dreieckswellen-Referenzsignal (82) gewandelt, wie im Detail in Fig. 3b gezeigt. Das Signal (82) wird von einem Hochgeschwindigkeits-Analog-Digital-Wandler (83) bei jedem Zyklus des Meßsignals (67) abgetastet (Fig. 3b und 3c).
Der digitale Ausgang (84) des Analog-Digital-Wandlers (83) ist proportional zur Phase des Referenzsignals zum Abtast-Zeitpunkt.
Die Phasendifferenz-Ausgabe (87) wird vom Phasendifferenzrechner (86) aus dem digitalen Ausgang (84) des Analog- Digital-Wandlers (83) und dem entsprechenden vorhergehenden Zyklusausgang (85) berechnet, der im Speicher (92) abgespeichert war. Der Phasendifferenzausgang (87) ist ein Maß für die Phasendifferenz zwischen dem Referenzsignal (32) und dem Meßsignal (66) an jedem Abtastpunkt. Beispielsweise wird in Fig. 3 der Phasendifferenzausgang (87) zum Zeitpunkt der Abtastung (i) berechnet zu:
Abtastung (i) - Abtastung (i-1).
Die Phasendifferenzen (87), die zu jedem Zyklus des Meßsignals berechnet werden, werden zum Inhalt des Akkumulators (88) addiert. Der Ausgang (80) des Akkumulators (88), d. h. die Summe der Phasendifferenzen, ist proportional zur Bewegung des Retroprismas (76). Die gemessene Verschiebung d wird gegeben durch die Gleichung
d = N·λ/4·(2m-1)
wobei H das Ausgangssignal (80) des Akkumulators (88) ist, λ die Wellenlänge des Meßstrahls (42) und m die Zahl der Bits des Analog-Digital-Wandlers (83).
Wie der obigen Gleichung zu entnehmen ist, ist die Auflösung der Messung gegeben durch
λ/4·(2m-1)
Mit beispielsweise einem 7-Bit Analog-Digital-Wandler (83) ist die Auflösung der Messung λ/508, was wesentlich höher ist, als die intrinsische Interferometerauflösung von λ/2.
Bei dem Meßsystem, wie es von Bagley et al., US-Patent 3 656 853, 18. April 1972, beschrieben ist, wurde zur Steigerung der Auflösung über λ/4 hinaus sowohl die Referenz als auch die Meßfrequenz mit dem erforderlichen Faktor multipliziert, welches zu einer Erniedrigung der maximal erlaubten Geschwindigkeit des bewegten Retroprismas führt. Das heißt, je höher die Auflösung gewählt wird, desto niedriger ist die maximal erlaubte Geschwindigkeit.
Im Gegensatz dazu kann bei der vorliegenden Erfindung, bei der die Meßgenauigkeit durch die Zahl der Bits des Analog-Digital-Wandlers (83) gegeben ist, eine hohe Meßgenauigkeit erreicht werden, ohne daß dadurch die maximal erlaubte Geschwindigkeit des beweglichen Retroprismas eingeschränkt wäre.
Außerdem ermöglicht die Verwendung einer relativ großen Frequenzdifferenz zwischen den Strahlen (40) und (50) gegenüber der begrenzten Frequenzdifferenz einer Zeemanaufgespaltenen Laserquelle Messungen mit der vorliegenden Erfindung bei wesentlich höheren Geschwindigkeiten des bewegten Retroprismas (76).
Außerdem ermöglicht der Gebrauch eines Oszillators (30) zur Erzeugung einer Frequenzdifferenz zwischen den Strahlen (40) und (50) bei der vorliegenden Erfindung die Erzeugung eines Referenzsignals (32) dieser Frequenz und macht einen zweiten optischen Mischer überflüssig, wie er im System im zitierten US-Patent von Bagley et al. nötig ist.
Die prinzipiellen Vorteile der vorliegenden Erfindung sind: (1) höhere Meßgenauigkeit, (2) die Möglichkeit sich schnell ändernde Längen oder optische Weglängen zu bestimmen, (3) daß nur ein optischer Mischer benötigt wird und (4) daß ein großer Bereich von Laserquellen verwendet werden kann.
Es wurde hier nur eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, die natürlich modifiziert werden kann, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie er in den folgenden Ansprüchen definiert ist.

Claims

1. Heterodynes Interferometersystem mit:

- einer Lichtquelle (10), die einen Laser aufweist, zum Erzeugen eines linear polarisierten, stabilisierten monofrequenten optischen Eingangsstrahls (18) mit einer ersten Frequenz;

- Mitteln (30) zum Erzeugen eines frequenzstabilisierten elektrischen Bezugssignals (32) mit einer zweiten Frequenz;

- akustooptischen Organen (20), die mit der Lichtquelle und den Mitteln zum Erzeugen eines Referenzsignals gekoppelt sind, um den Eingangsstrahl in ein Paar orthogonal polarisierter Strahlen (40, 50) umzuwandeln, die zugehörige optische Frequenzen haben, die sich voneinander durch die zweite Frequenz des Bezugssignals unterscheiden, wobei die akusto-optischen Organe eine einzelne akusto-optische Zelle (138) zur Umwandlung des einzelnen Eingangsstrahls in zwei linear polarisierte zwischengeordnete Strahlen (140, 142) mit zugehörigen optischen Frequenzen, die sich untereinander durch die zweite Frequenz des Referenzsignals unterscheiden und zwei doppelbrechende Prismen (144) zum Umwandeln der linear polarisierten zwischengeordneten Strahlen in das Paar kolinearer orthogonal polarisierter Strahlen (40, 50) aufweist;

- einer Vorrichtung (70), die mit den akustooptischen Organen gekoppelt ist und eine feste optische Weglänge aufweist, die von einem der beiden orthogonal polarisierten Strahlen durchlaufen wird und eine variable optische Weglänge aufweist, die von dem anderen der beiden orthogonal polarisierten Strahlen durchquert wird, um interferometrische Ausgangsstrahlen (46, 56) zu liefern;

- einer Vorrichtung (60), die mit der Vorrichtung zum Liefern eines interferometrischen Ausgangsstrahls gekoppelt ist, um diese interferometrischen Ausgangsstrahlen zu mischen;

- einer mit der Mischvorrichtung gekoppelte gemeinsame photoelektrische Detektor-Vorrichtung (65), die ein elektrisches Meßsignal (66) von den gemischten interferometrischen Ausgangsstrahlen liefert und

- einer Vorrichtung (68), die mit der gemeinsamen photoelektrischen Detektorvorrichtung und der Vorrichtung zum Liefern eines Bezugssignals gekoppelt ist, um ein Ausgangssignal (80) zu liefern, das auf der Phasendifferenz zwischen dem Bezugssignal und dem Meßsignal basiert, wobei diese Phasendifferenz in der Änderung der Länge der optischen Weglänge in der Vorrichtung zum Liefern eines interferometrischen Ausgangsstrahls begründet ist.

2. Heterodynes Interferometersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Liefern eines interferometrischen Ausgangsstrahls ein Polarisationsinterferometer (70) aufweist.

3. Heterodynes Interferometersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung eines Interferometerausgangsstrahls ein Interferometer ist und die Mischvorrichtung die Interferometerausgangsstrahlen mischt, nachdem diese das Interferometer durchlaufen haben.

4. Heterodynes Interferometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Interferometer ein Polarisationsinterferometer umfaßt.

5. Heterodynes Interferometersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Polarisationsinterferometer ein Paar orthogonal zueinander angeordnete Retroreflektoren (74), 76) und einen Polarisationsstrahlteiler (72), der optisch dazu ausgerichtet ist, aufweist.

6. Heterodynes Interferometersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar kolinearer orthogonal polarisierter Strahlen im wesentlichen die gleiche Intensität aufweist.

7. Heterodynes Interferometersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung eines Referenzsignals einen frequenzstabilisierten Oszillator aufweist.

8. Heterodynes Interferometersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung eines Bezugssignals ferner einen Leistungsverstärker aufweist, der elektrisch zwischen den Oszillator und die akusto-optische Vorrichtung zu deren Steuerung geschaltet ist.

9. Heterodynes Interferometersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser ein Neon-Gaslaser ist.

10. Heterodynes Interferometersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser ein Diodenlaser ist.

11. Heterodynes Interferometersystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle ferner Strahlformungsoptiken aufweist, die mit dem Diodenlaser zusammenwirken, um den einzelnen Eingangsstrahl zu bilden.

12. Heterodynes Interferometersystem nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisationsstrahlteiler das Licht, dessen Polarisationsvektor in der Einfallsebene liegt, vollständig durchläßt und das Licht, dessen Polarisationsvektor senkrecht auf der Einfallsebene steht vollständig reflektiert, zur Erzeugung eines durchgelassenen und eines reflektierten Strahls aus dem Paar kolinearer orthogonal polarisierter Strahlen.

13. Heterodynes Interferometersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer des Paares von Retroreflektoren bezüglich des Polarisationsstrahlteilers fest angeordnet ist und der andere des Paares von Retroreflektoren bezüglich des Polarisationsstrahlteilers beweglich angeordnet ist, in einer Richtung, die parallel zu der Richtung des transmittierten Strahls des orthogonal polarisierten Strahlenpaars (40, 50) verläuft.

14. Heterodynes Interferometersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischvorrichtung einen Mischpolarisator aufweist, zum Anlegen eines Paares gemischter Interferometerausgangsstrahlen mit einer Komponente ähnlicher Polarisation an die Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Meßsignals.

15. Heterodynes Interferometersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Meßsignals einen photoelektrischen Detektor aufweist.

16. Heterodynes Interferometersystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor eine quadratische Detektorcharakteristik hat.

17. Heterodynes Interferometersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals eine Vorrichtung zur Messung und Akkumulierung der Phasen aufweist.

18. Heterodynes Interferometersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Meßsignal (66) eine Frequenz fc hat, die durch folgenden Ausdruck definiert ist:

fc = fo + 2v/λ, wobei

fo die Frequenz des Bezugssignals,

v die Geschwindigkeit des beweglichen Retroreflektors (76) ist, wobei diese positiv ist, wenn die Bewegung in Richtung auf den Strahlteiler (72) erfolgt und negativ, wenn die Bewegung vom Strahlteiler weg gerichtet ist und wobei λ die Wellenlänge des Meßstrahls ist, der von dem durchgelassenen Strahl von dem Paar der orthogonal durch den Strahlteiler polarisierten Strahlen abgeleitet ist.

19. Heterodynes Interferometersystem nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals eine Vorrichtung zum Integrieren des Frequenzunterschieds zwischen dem Meßsignal und dem Bezugssignal aufweist, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das proportional zur Bewegung des beweglichen Retroreflektors ist.

20. Heterodynes Interferometersystem nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenmesser-/Akkumulatorvorrichtung (86) Mittel zum Integrieren der Frequenzdifferenz zwischen dem Meßsignal und dem Bezugssignal aufweist, um ein Ausgangssignal zu liefern, das proportional zur Verschiebung des beweglichen Retroreflektors ist.

21. Heterodynes Interferometersystem nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Integriermittel Mittel zum Addieren der Phasendifferenzen zwischen dem Meßsignal und dem Bezugssignal auf "cycle-by-cycle"-Basis aufweist.

22. Heterodynes Interferometersystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Addieren der Phasendifferenz auf "cycle-by-cycle"-Basis einen analog-Digitalwandler (83) aufweist, der mit der Meßvorrichtung und der Vorrichtung zum Liefern eines Referenzsignals verbunden ist, um ein digitales Ausgangssignal zu liefern, das zum Zeitpunkt des Abnehmens des Meßwerts proportional zur Phase des Bezugssignals ist.

23. Heterodynes Interferometersystem nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Addierung der Phasendifferenz eine Vorrichtung zur Erzeugung von Dreieckswellen aufweist, die zwischen den Analog-Digital-Wandler und der Vorrichtung zur Erzeugung eines Bezugssignals geschaltet ist, wodurch eine Vorrichtung zur Erzeugung eines dreieckförmigen Bezugssignals aus dem frequenzstabilisierten Bezugssignal geschaffen wird, wobei das dreieckförmige Bezugssignal in jedem Zyklus des Meßsignals durch die Analog-Digital-Wandlervorrichtung abgetastet wird.

24. Heterodynes Interferometersystem nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasendifferenzaddiermittel ferner ein Speicherregister (92) aufweist, das mit dem Ausgang des Analog-Digitalwandlers verbunden ist, um das Ausgangssignal des entsprechenden vorhergehenden Zyklus des Analog-Digitalwandlers (83) zu speichern.

25. Heterodynes Interferometersystem nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Addieren der Phasendifferenz ferner einen Phasendifferenzrechner (86) aufweist, der mit dem Analog-Digital-Wandler (83) -ausgang und dem Speicherregister (92) verbunden ist, um ein Phasendifferenzausgangssignal (87) zu liefern, das von dem digitalen Ausgangssignal abgeleitet ist und dem Ausgangssignal des vorhergehenden Zyklus entspricht, das in dem Speicherregister gespeichert ist, wobei das Phasendifferenzausgangssignal ein Maß für die Phasendifferenz zwischen dem Bezugssignal und dem Meßsignal zu jedem Meßzeitpunkt ist.

26. Heterodynes Interferometersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasendifferenzaddiermittel ferner einen Akkumulator (88) aufweist, der mit dem Phasendifferenzrechner (86) verbunden ist, um die Phasendifferenzen zu addieren, die bei jedem Zyklus des Meßsignals berechnet worden sind, wobei das Ausgangssignal (80) des Akkumulators die Summe der Phasendifferenzen ist und wobei das Ausgangssignal proportional zur Verschiebung des beweglichen Retroreflektors (76) ist, und wobei die gemessene Verschiebung d des beweglichen Retroreflektors durch den Ausdruck gegeben ist:

d = N λ/4(2m-1), wobei

N das Ausgangssignal des Akkumulators,

λ die Wellenlänge des Meßstrahls,

m die Anzahl der Bits des Analog-Digitalwandlers und

λ/4(2m-1) die Meßauflösungsgenauigkeit des Systems ist.

27. Heterodynes Interferometersystem nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Analog-Digital-Wandler einen 7-Bit-Analog- Digital-Wandler aufweist, und die Meßauflösung λ/508 beträgt.