DE4333423A1 - Verfahren und Anordnung zur Absolutinterferometrie mit durch Diodenlaser erzeugter Strahlung - Google Patents
Verfahren und Anordnung zur Absolutinterferometrie mit durch Diodenlaser erzeugter StrahlungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur
Absolutinterferometrie mit durch Diodenlaser erzeugter Strah
lung nach den Patentansprüchen 1, 4 und 9.
Es ist bekannt, auf der Basis der Absolutinterferometrie mit
durchstimmbaren Halbleiterlasern Abstände statisch ohne Ver
schieben eines Meßreflektors, wie dies bei Michelson-Interfe
rometern erforderlich ist, zu bestimmen. Bei der Absolutinter
ferometrie mit durchstimmbaren Halbleiterlasern wird durch
eine kontinuierliche Wellenlängenänderung des Lasers eine Än
derung der Interferenzphase hervorgerufen. Diese Phasenände
rung wird zu einer Phasenänderung in Beziehung gesetzt, die in
einem Referenzinterferometer mit konstanter Länge gemessen
wird. Aus der Kenntnis der Referenzstreckenlänge läßt sich
dann der absolute Abstand zwischen Detektor und Reflektor be
rechnen.
Ein derartiges absolutinterferometrisches Verfahren wurde bei
spielsweise von T. Pfeifer und J. Thiel in "Technisches Mes
sen" 60 (1993), Heft 5, S. 185 bis 191 beschrieben.
Bei der absolutinterferometrischen Messung wird die Wellenlänge
eines Halbleiterlasers kontinuierlich durchgestimmt, wobei die
Laserwellenlänge ohne Modensprung beispielsweise von λ₁ nach
λ₂ geändert wird. Eine derartige Durchstimmung kann bei der
Verwendung von Halbleiterlasern beispielsweise dadurch erfol
gen, daß ein unterschiedlicher Injektionsstrom eingestellt
wird. Für einen gegebenen Absolutabstand Labs des Meßspiegels
gelten für die Wellenlängen λ₁ und λ₂ folgende Beziehungen:
Labs = (m₁ + ϕ₁) λ₁/2 = Φ₁ λ₁/2
Labs = (m₂ + ϕ₂) λ₂/2 = Φ₂ λ₂/2
Nach Multiplikation der oben genannten Gleichungen mit der je
weils anderen Wellenlänge und anschließender Subtraktion er
gibt sich:
wobei ΛS die Schwebungswellenlänge darstellt.
Da die Wellenlängen λ₁ und λ₂ vom jeweils verwendeten Halblei
terlaser nicht ohne weitere Maßnahmen exakt reproduzierbar
eingestellt werden können, variiert die Schwebungswellenlänge
ΛS. Sie variiert deshalb so stark, da in ihre Berechnung die
geringe Wellenlängendifferenz (λ₂-λ₁) im Nenner eingeht.
Beim bekannten Stand der Technik ist es daher erforderlich,
einen Längenvergleich mit einem Referenzinterferometer kon
stanter Länge durchzuführen.
Dieses bekannte absolutinterferometrische Verfahren mit einem
zusätzlichen Referenzinterferometer mit konstanter Länge ba
siert darauf, während der kontinuierlichen Wellenlängendurch
stimmung die Interferenzphasenänderung sowohl in dem Meß- als
auch in dem Referenzinterferometer zu detektieren. Wenn die
Länge der Referenzstrecke Lref bekannt ist, so ergibt sich der
Meßabstand Labs aus der Phasenänderung der Referenzstrecke
Φref und der Phasenänderung der Meßstrecke Φabs nach folgender
Beziehung
Bei diesem Verfahren ist die Kenntnis der Wellenlängen und des
Abstandes Δλ nicht erforderlich und die Meßunsicherheit wird
lediglich von der Genauigkeit der Phasenmessung und der Be
stimmung der Referenzstreckenlänge abhängig.
Es gilt allerdings, daß mit einer Vergrößerung des Durchstimm
bereiches der Laserwellenlänge die relative Unsicherheit der
Phasenmessung geringer wird.
Der Durchstimmbarkeit eines Halbleiterlasers sind jedoch, je
nach konkreter Realisierungsform des pn-Übergangs und des
Laserresonators, Grenzen gesetzt.
Die Realisierung des oben beschriebenen absolutinterferometri
schen Verfahrens ist aufgrund der Notwendigkeit eines
Referenzinterferometers bzw. einer Referenzstrecke mit einem
erhöhten optisch-mechanischem Aufwand verbunden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine An
ordnung zur Absolutinterferometrie mit durch Diodenlaser er
zeugter Strahlung anzugeben, welches eine relative oder abso
lute Abstandsmessung ohne Referenzinterferometer ermöglicht,
wobei die Schwebungswellenlänge ΛS konstant ist und das die
Voraussetzung für eine hoch aufgelöste Phasenmessung mit ent
sprechender genauer Meßstreckenbestimmung schafft.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit den Merkmalen
der Patentansprüche 1, 4 und 9, wobei die Unteransprüche vor
teilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
umfassen.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die mittels ei
nes Diodenlasers erzeugte Strahlung derart zu modulieren, daß
dem Diodenlaser mindestens eine diskrete Frequenz aufgeprägt
wird, die dann mit einem an sich bekannten phasenempfindlichen
Detektionsverfahren nachgewiesen wird. Durch die Modulation
der ursprünglichen Strahlung des Diodenlasers wird quasi ein
zweiter Laserstrahl erzeugt, so daß in einem einzigen Strah
lengang ein Meß- und Referenzstrahl resultieren. Beide Strah
len besitzen jeweils eine andere Frequenz, weisen jedoch par
allele Wellenfronten auf und legen exakt den gleichen opti
schen Weg zurück und interferieren auf einem einzigen Detek
tor.
Bei der vorerwähnten Modulation wird der Diodenlaser bzw. die
Trägerfrequenz des Lasers derart moduliert, daß im Frequenzbe
reich im Abstand der Modulationsfrequenz mindestens ein Sei
tenband entsteht. Die Schwebungswellenlänge hängt damit nur
noch von der Modulationsfrequenz ab, die mit bekannten Fre
quenzgeneratoren, z. B. Quarzoszillatoren sehr präzise und
genau vorgegeben werden kann.
Es wird also bei der Erfindung in neuartiger Weise ein abso
lutinterferometrisches Verfahren vorgestellt, bei dem die Pha
senverschiebung eines Modulationssignals gemessen wird und der
Diodenlaser bzw. die durch ihn erzeugte Strahlung nur Träger
funktion hat und die Meßstrecke eindeutig festlegt. Es liegt
im Sinne der Erfindung, daß das Verfahren mit und ohne Reflek
torspiegel realisiert werden kann, wobei im Falle des Ver
zichtes auf einen Reflektorspiegel die Meßstrecke durch den
Abstand zwischen Diodenlaser und Detektor definiert ist.
Es liegt ebenfalls im Sinne der Erfindung, eine Intensitäts
normierung der gemessenen Signale auf die Lichtleistung am De
tektor vorzusehen, um eine Beeinflussung der Messung durch un
erwünschte Absorptionen im optischen Strahlengang auszuschlie
ßen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der zur Realisierung
des Verfahrens angegebenen Anordnung wird also entgegen dem
eingangs beschriebenen Stand der Technik eine konstante Schwe
bungswellenlänge ΛS erreicht. Durch eine hochaufgelöste Pha
senmessung ΔΦ, die nur durch Rauschen bzw. Quantisierungsfeh
ler eines verwendeten Analog-Digital-Wandlers begrenzt ist,
kann eine erhebliche Erhöhung der Meßgenauigkeit erreicht wer
den. Durch den Fortfall eines ansonsten notwendigen Durchstim
mens des Diodenlasers sind Fehler, die durch Fluktuationen
oder Parameteränderungen während der Durchstimmzeit entstehen,
von vornherein ausgeschlossen. Es könnten also Relativmessun
gen bei konstanten Systemparametern, wie Laserstrom, Lasertem
peratur und Lasermodulation durchgeführt werden, da nur ein
elektronisches Vermessen einer Phasenänderung erforderlich
ist.
Absolutmessungen werden durch eine Veränderung der Modula
tionsfrequenz über einen vorgegebenen Bereich durchgeführt,
wobei die Bestimmung des absoluten Abstandes dann auf die Mes
sung der Frequenz, die mit bekannten Methoden hochgenau mög
lich ist, zurückgeführt wird. Eine notwendige Richtungsdetek
tion erfolgt vorteilhaft durch elektronische Erzeugung von
90°, 180° und/oder 270° phasenverschobenen Signalen und mit
nur einem einzigen Detektor.
Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen und Figu
ren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine prinzipielle Anordnung zur Bestimmung der Ände
rung der Größe einer Meßstrecke bzw. Entfernung auf
der Basis des erfindungsgemäßen absolutinterferome
trischen Verfahrens;
Fig. 2 eine prinzipielle Anordnung zur Bestimmung der Ände
rung der Größe einer Meßstrecke bzw. Entfernung un
ter gleichzeitiger Bestimmung der Änderungsrichtung;
und
Fig. 3 eine prinzipielle Anordnung zur Bestimmung der abso
luten Größe einer Meßstrecke auf der Basis des er
findungsgemäßen absolutinterferometrischen Verfah
rens mit veränderlicher Modulation.
Bei der Anordnung zur Bestimmung der Änderung der Größe einer
Meßstrecke bzw. Entfernung auf der Basis des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird ein Diodenlaser 1 über eine Steuereinheit 2
hinsichtlich Injektionsstrom, Temperatur und pn-Übergang be
trieben. Die Laserstrahlung des Diodenlasers 1 gelangt auf z. B.
einen (Retro)Reflektor 3 und von dort zurück auf einen
Detektor 4. Die Meßstrecke L ist durch den Abstand zwischen
(Retro)Reflektor 3 und Detektor 4 definiert. Der Diodenlaser 1
wird über einen Modulator 5 frequenzmoduliert. Die Modulation
der Strahlung νl des Diodenlasers erfolgt derart, daß im
Frequenzbereich im Abstand der Modulationsfrequenz νm
mindestens ein Seitenband νs entsteht. Durch die derart
erfolgende Modulation wird neben dem ursprünglichen ersten
Strahl ein virtueller, zweiter Strahl mit geänderter Frequenz,
aber parallelen Wellenfronten, erzeugt, wobei der erste und
der zweite Strahl jeweils den gleichen optischen Weg
zurücklegen und die Strahlen auf dem Detektor 4 interferieren.
Der Ausgang des Detektors 4 steht mit dem ersten Eingang eines
phasenempfindlichen Detektors 6 in Verbindung, an dessen zwei
ten Eingang ein Modulationsreferenzsignal aus dem Modulator 5
anliegt.
Das am Ausgang des phasenempfindlichen Detektors 6 bereitste
hende Phasenänderungssignal wird mit einer Signalverarbei
tungseinheit 7 derart bewertet, daß die Änderungsgröße der
Meßstrecke L bestimmbar ist.
Der phasenempfindliche Detektor 6 kann beispielsweise durch
einen Lock-In-Verstärker oder einen Double-Balanced-Mixer re
alisiert werden.
Mittels des Modulators 5 wird der Diodenlaser 1 bzw. die Trä
gerfrequenz νl derart moduliert, daß im Frequenzbereich im Ab
stand der Modulationsfrequenz νm mindestens ein Seitenband mit
νs = νl+νm bzw.
resultiert.
Demnach hängt die Schwebungswellenlänge
nur noch von der Modulationsfrequenz νm ab, die innerhalb des
Modulators 5 durch einen hochgenauen frequenzstabilisierten
Generator erzeugt werden kann.
Die Genauigkeitsgrenzen der Längenbestimmung L ist gegeben
durch ΔLmin = ΔΦmin·ΛS/2.
Mittels phasenempfindlicher Detektion können Phasenänderungen
ΔΦmin 10-3 gemessen werden. Dies ist beispielsweise durch
einen 12 Bit Analog-Digital-Wandler mit einer Auflösung von
1/4096 möglich.
In der nachstehenden Tabelle sind minimal detektierbare Län
genänderungen bzw. Genauigkeiten für eine Phasenauflösung
ΔΦmin von 10-3 bzw. 10-4 als Funktion der Modulationsfrequenz
νm gezeigt. Für größere oder kleinere Phasenauflösungen können
die Werte entsprechend skaliert werden. Ebenso für andere
Modulationsfrequenzen νm.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 zeigt die erfindungsge
mäße Anordnung zur Bestimmung der Änderung der Größe einer
Meßstrecke mit Richtungsbestimmungsoption.
Die Meßstrecke ändert sich hier in Betrag und Richtung z.
Ebenso wie beim ersten Ausführungsbeispiel ist ein Diodenlaser
1 vorgesehen, dessen Strahlung auf einen Retroreflektor 3
fällt und anschließend von einem Detektor 4 empfangen wird.
Der Modulator 5 erzeugt ein Modulationssignal A·sin(ωm·t),
wobei dieses Modulationssignal wie auch beim ersten Ausfüh
rungsbeispiel zusätzlich auf den Referenzeingang, d. h. den
zweiten Eingang des phasenempfindlichen Detektors 6 gelangt.
Der Ausgang des Detektors 4 steht mit dem ersten Eingang des
vorerwähnten phasenempfindlichen Detektors 6 in Verbindung.
Der modulierte Laserstrahl durchläuft die Meßstrecke und er
zeugt auf dem Detektor 4 ein Schwebungssignal B·sin(ωm·t +
Φ). Dieses Signal hat eine Frequenz, die genau der Modula
tionsfrequenz entspricht, jedoch um den Betrag Φ phasenver
schoben ist. Am Ausgang des phasenempfindlichen Detektors 6
ergibt sich nach einem Mischprozeß und geeigneter Filterung
ein Gleichspannungspegel C·sin(Φ), der von der Phase Φ ab
hängt. Bei einer Änderung der Phase von 0 bis 2π wird ein
Gleichspannungspegel von 2C durchlaufen. Die Pegeländerung
kann nach geeigneter Verstärkung entweder analog oder digital
bestimmt werden und stellt die gesuchte Meßgröße dar.
Für Relativmessungen ist es notwendig, die Änderungsrichtung
ebenfalls zu detektieren. Hierfür wird das Detektorausgangs
signal in zwei oder mehrere gleiche Anteile aufgespalten und
mehreren phasenempfindlichen Detektoren zugeführt, wobei die
Referenzsignale der phasenempfindlichen Detektoren um 90, 180
oder 270° phasenverschoben sind.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist ein zweiter phasen
empfindlicher Detektor 8 vorgesehen, dessen zweiten Eingang
ein Referenzsignal zugeführt wird, welches um 90° phasenver
schoben ist. Am ersten Eingang des zweiten phasenempfindlichen
Detektors 8 liegt das Ausgangssignal des Detektors 4 an. Durch
den Vergleich der Ausgangssignale des ersten und des zweiten
phasenempfindlichen Detektors 6, 8, die das In-Phase und ein
Quadratur-Signal führen, kann auf elektronischem Wege die Än
derungsrichtung des Betrages z bestimmt werden.
Es liegt im Sinne der Erfindung, daß auf den Retroreflektor 3
verzichtet werden kann, wobei dann die Meßstrecke durch den
sich gegenüberstehenden Diodenlaser 1 und Detektor 4 definiert
ist.
Vorteilhafterweise werden zur Realisierung des erfindungsgemä
ßen Verfahrens Halbleiterlaser eingesetzt, da diese bis in den
Gigahertzbereich, z. B. über den Injektionsstrom moduliert
werden können.
Wird z. B. eine Hochfrequenzmodulation mit einer Modulations
frequenz von ca. 100 MHz angewendet, so wird bei einem Modula
tionsindex von β < 1 im Abstand der Modulationsfrequenz vom
Träger je ein oberes und unteres Seitenband mit entgegenge
setzter Phasenlage erzeugt. Dies ist im oberen Teil der Fig. 1
symbolisch dargestellt.
Bei einer entsprechend breitbandigen Ausführung des Detektors
4 entstehen nun Signale bei allen Frequenzmischprodukten, so
auch bei der Modulationsfrequenz. Da das obere und untere Sei
tenband eine entgegengesetzte Phasenlage aufweisen, ergibt
sich auch für die Detektorausgangsströme bei der Modulations
frequenz eine Phasenverschiebung von 180°, so daß beide
Signale sich bei einer phasenempfindlichen Detektion zu einem
Netto-Null Signal aufheben.
Bei der direkten Modulation von Halbleiterlasern über den In
jektionsstrom liegt jedoch, wie im bereits erwähnten oberen
Bildteil der Fig. 1 symbolisch dargestellt, immer eine Kopp
lung von Frequenz- und Amplitudenmodulation vor. Werden über
einen Modulationsstrom Ladungsträger periodisch in den pn-
Übergang des Diodenlasers injiziert, ändern sich nämlich
sowohl die Ladungsträgerdichte (Amplitudenmodulation) als auch
der Brechungsindex im Laserresonator (Frequenzmodulation).
Hieraus resultiert entsprechend den Parametern des jeweiligen
Lasers eine Restamplitudenmodulation, die beim vorliegenden
Verfahren aber vorteilhaft ausgenutzt wird.
In der Praxis erhält man, dargestellt mit dem oberen Bildteil
der Fig. 2, eine quasi Einseitenbandmodulation durch
Differenzbildung der Schwebungssignale von einerseits oberem
Seitenband und Träger und andererseits dem unteren Seitenband
und dem Träger. Die maximale Amplitude des Differenzsignals am
Ausgang des phasenempfindlichen Detektors 4 ist Weise abhängig
von der Größe der vorerwähnten Restamplitudenmodulation und
wird somit zur Bildung der gesuchten Meßgröße herangezogen.
Es liegt im Sinne der Erfindung, eine Intensitätsnormierung
der gemessenen Signale auf die empfangene Lichtleistung am De
tektor vorzunehmen, so daß unerwünschte Absorptionen im Strah
lengang nicht zu einer Verfälschung der Meßergebnisse führen.
Ebenso können mittels der Modulatoren 5 verschiedene Modula
tionsarten, nämlich die Einton-Modulation oder die Zweiton-
Modulation, bei der der Träger mit zwei verschiedenen Fre
quenzen moduliert wird und eine Detektion der Differenzfre
quenz erfolgt, genutzt werden.
Durch den einfachen Aufbau der in den Ausführungsbeispielen
gezeigten Anordnung können kostengünstig Vibrations-Überwa
chungsinterferometer, z. B. an Brückenbauwerken, installiert
werden.
Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 können also Relativmessungen
bei konstanten Systemparametern durchgeführt werden, da nur
die Phasenänderung elektronisch bestimmt wird. Der Arbeits
punkt des Diodenlasers 1 wird über die Steuereinrichtung 2
festgelegt. Entsprechend des konkreten Anwendungsfalles wird
eine geeignete Modulationsfrequenz ausgewählt. Bestimmt wird,
wie dargelegt, die Phasenverschiebung ΔΦ. Gemäß oben genannter
Tabelle entspricht also z. B. eine gemessene Phasenverschie
bung von 10-3 einer Längenänderung von 1,5 mm bei einer Modu
lationsfrequenz von 100 MHz und mit c Lichtgeschwindigkeit im
Vakuum.
Unter Hinweis auf die Fig. 3 sei eine Anordnung erläutert, mit
deren Hilfe Absolutmessungen über eine Veränderung der Modula
tionsfrequenz des Modulators 5 durchgeführt werden können. Die
Abstandsmessung kann bei diesem Ausführungsbeispiel auf eine
Frequenzmessung Δν oder Phasenmessung ΔΦ zugeführt werden.
So kann z. B., wie dies mit dem oberen Teil der Fig. 3
prinzipiell dargestellt ist, die Frequenz ausgehend von ν₁ so
lange erhöht werden, bis eine Phase um 2π durchlaufen ist, d. h.
ΔΦ = 1 ist. Aus der Frequenzdifferenz Δν = ν₂-ν₁ kann
direkt auf die absolute Länge der Meßstrecke L geschlossen
werden.
Die Meßstrecke L ergibt sich demnach wie folgt:
L = c/(2·(ν₂-ν₁)) = c/(2·Δν).
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung kann der Modulator 5
beispielsweise ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) sein,
welcher von der Signalverarbeitungseinheit 7 angesteuert wird.
Aus dem oben genannten ergibt sich, daß, wenn z. B. die Modu
lationsfrequenz von 100 MHz auf 110 MHz durchgestimmt werden
muß, um eine Phase von 2π zu durchlaufen, die erforderliche
Frequenzänderung einer Weglänge von 14,99 m entspricht. Die
Genauigkeit der Bestimmung der Weglänge hängt dabei entspre
chend dem anmeldungsgemäßen Prinzip lediglich von der Genauig
keit der Phasenmessung mittels des phasenempfindlichen Detek
tors 6 ab. Besonders vorteilhaft ist, wenn eine Mittelung über
mehrere Phasen unter Nutzung der Signalverarbeitungseinheit 7
durchgeführt wird.
Wenn ein fester Frequenzhub Δν vorgegeben ist, läßt sich die
Länge bei Kenntnis des festen Frequenzhubes auch unmittelbar
aus der Phasenmessung ΔΦ bestimmen.
Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen kann die Änderung der
Größe der Meßstrecke zwischen Diodenlaser und Reflektor pro
Zeiteinheit erfaßt werden. Hieraus kann dann die Bewegungsge
schwindigkeit zwischen Diodenlaser 1 und Reflektor 3 ermittelt
werden. Des weiteren kann in Verbindung mit einem Scanner ein
Meßobjekt dreidimensional abgetastet und dessen Oberflächen
konfiguration bestimmt werden.
Mittels der Erfindung ist es also in überraschender Weise mög
lich, ohne Verwendung eines Referenzinterferometers relative
oder absolute Abstandsmessungen bei Anwendungen von Modula
tionstechniken und phasenempfindlicher Detektion durchzu
führen. Insbesondere Relativmessungen können bei konstanten
Systemparametern des verwendeten Diodenlasers erfolgen,
wodurch der Aufbau auf ein derartiges Prinzip zurückgehender
Meßanordnungen deutlich vereinfacht wird und sich durch
kostengünstige Meßanordnungen neue Anwendungsgebiete er
schließen. Über das unkritische Durchstimmen der Modula
tionsfrequenz bei gleichzeitiger Frequenzmessung und
Bestimmung der Phasenänderung kann die Bestimmung der Größe
einer Meßstrecke auf eine einfache, in bekannter Weise
realisierbare Frequenzmessung zurückgeführt bzw. reduziert
werden.
Mittels der Erfindung sind also absolutinterferometrische
Messungen auf der Basis einer durch Diodenlaser erzeugten
Strahlung ohne separaten Referenzstrahlengang und ohne
Referenzdetektor in hoher Genauigkeit möglich.
Die Messung und Auswertung selbst erfolgt mit rein
elektronischen Mitteln, d. h. ohne mechanisch bewegte Teile,
wie diese bei einem herkömmlichen Michelson-Interferometer
notwendig sind.
Claims (9)
1. Verfahren zur Absolutinterferometrie mit durch Diodenlaser
erzeugter Strahlung, wobei die Änderung der Größe einer Meß
strecke bzw. Entfernung zwischen dem Diodenlaser und einem Re
flektor mittels eines Detektors durch folgende Schritte be
stimmt wird:
- - Modulation der Strahlung νl (Referenzstrahl) des Diodenlasers derart, daß im Frequenzbereich im Abstand einer Modulationsfrequenz νm mindestens ein quasi resultierendes Seitenband νs (Meßstrahl) mit νs = νl + νm entsteht, wodurch der Diodenlaser neben dem ursprünglichen ersten Strahl einen zweiten Strahl mit geänderter Frequenz, aber parallelen Wellenfronten, erzeugt, wobei der erste und der zweite Strahl jeweils den gleichen opti schen Weg zurücklegen und die Strahlen auf dem Detektor interferieren,
- - Ermittlung der Phasenverschiebung ΔΦ bzw. der Phasenände rung des Modulationssignals als Maß für die Änderung der Meßstrecke bzw. Entfernung.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Änderung der Meßstrecke oder Entfernung ΔL wie folgt
bestimmt wird:
ΔL = ΔΦ·c/(2·νm),wobei c gleich der Lichtgeschwindigkeit im Medium ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß für Relativmessungen eine Bestimmung der Verschiebungs
richtung durch elektronisches Aufspalten des Ausgangssignals
des Detektors erfolgt, wobei das in gleiche Anteile aufgespal
tene Signal mindestens zwei phasenempfindlichen Detektoren zu
geführt wird und wobei die Referenzsignale der phasenempfind
lichen Detektoren um 90 bzw. 180 oder 270° phasenverschoben
sind, so daß ein In-Phase und eine Quadratursignal zur Ver
schiebungsrichtungsbestimmung entsteht.
4. Verfahren zur Absolutinterferometrie mit durch Diodenlaser
erzeugter Strahlung, wobei die absolute Größe einer Meßstrecke
bzw. Entfernung zwischen dem Diodenlaser und einem Reflektor
mittels eines Detektors durch folgende Schritte bestimmt wird:
- - Modulation und Veränderung der Modulationsfrequenz von ν1 nach ν2 so lange, bis mittels des Detektors eine Phasen verschiebung von vorzugsweise 2π bzw. ΔΦ = 1 zwischen dem ursprünglichen ersten Strahl des Diodenlasers und einem durch Modulation erzeugten zweiten Strahl mit geänderter Frequenz, aber parallelen Wellenfronten, erkannt wurde bzw. durchlaufen ist, wobei der erste und der zweite Strahl den gleichen optischen Weg zurücklegen;
- - Messen der Modulationsfrequenz ν2, bei welcher die Phasen verschiebung von 2π erreicht ist und Differenzbildung zur Ausgangsmodulationsfrequenz ν1 nach Δν = ν2-ν1 und
- - Bestimmung der absoluten Größe der Meßstrecke bzw. Entfer nung L nach der Beziehung L = c/(2·Δν),wobei c eine Konstante und gleich der Lichtgeschwindigkeit im Medium ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Strahlung des Diodenlasers mit zwei verschiedenen Fre
quenzen moduliert wird und daß die sich ergebende Differenz
frequenz detektiert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
eine Intensitätsnormierung der gewonnenen Signale auf die
Strahlungsleistung am Detektor.
7. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß aus der Änderung der Größe der Meßstrecke zwischen Dioden
laser und Reflektor pro Zeiteinheit die Bewegungsgeschwindig
keit zwischen Diodenlaser und Reflektor ermittelt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 5 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Änderung der Größe einer Meßstrecke bzw. Entfernung
zwischen Diodenlaser und Detektor bestimmt wird.
9. Anordnung zur Absolutinterferometrie mit durch Diodenlaser
erzeugter Strahlung umfassend
eine Steuereinheit zum Betreiben des Diodenlasers, einen De
tektor und einen Modulator,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Modulator (5) die Strahlung des Diodenlasers (1) der
art frequenzmoduliert, daß neben der Strahlung mit einer Trä
gerfrequenz Strahlung mit einer Seitenbandfrequenz entsteht,
die Strahlung mit Trägerfrequenz und die Strahlung mit Seiten
bandfrequenz eine Meßstrecke durchlaufen und auf den Detektor
(4) gelangen und daß der Ausgang des Detektors (4) mit einem
phasenempfindlichen Detektor (6) in Verbindung steht, welchem
an seinem Referenzeingang die Modulationsfrequenz des Modula
tors (5) zugeführt ist, wobei am Ausgang des phasenempfindli
chen Detektors eine der Phasendifferenz zwischen der Strahlung
mit Trägerfrequenz und der Strahlung mit Seitenbandfrequenz
entsprechende Größe anliegt und daß diese Größe mit der
Meßstrecke bzw. dem Abstand zwischen Diodenlaser (1) und De
tektor (4) korreliert.
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