ITMI981264A1

ITMI981264A1 - Sensore della focale di un laser ad alta energia (helfs)

Info

Publication number: ITMI981264A1
Application number: IT98MI001264A
Authority: IT
Inventors: Peter M Livingston
Original assignee: Trw Inc
Priority date: 1997-06-06
Filing date: 1998-06-05
Publication date: 1999-12-05
Also published as: US5841125A; KR19990006419A; DE19823951C2; DE19823951A1; JP3091840B2; CA2235238A1; JPH1114464A; CA2235238C

Description

DESCRIZIONE

Della Domanda di Breveto per Invenzione Industriale dal Titolo:

“Sensore della focale di un laser ad alta energia (HELFS)”

DESCRIZIONE

SFONDO DELL'INVENZIONE

Questa invenzione riguarda generalmente sistemi ottici attivi, e più in particolare, sensori interferometrici utilizzati per la misurazione di spostamenti focali derivanti da calore del treno ottico di grande potenza e conseguente distorsione di un fronte d’onda di un fascio ad alta potenza. Il termine “ottica attiva" si riferisce a componenti ottici le cui caratteristiche sono regolate durante l'effettivo funzionamento per controllare i fronti d’onda ottici. Il termine “raggio ottico" indica la direzione di propagazione della radiazione e un “fronte d’onda” e una superficie tridimensionale di lunghezza costante del cammino ottico, ortogonale a una famiglia di raggi generati da una sorgente di radiazione. Per formare un’immagine di una sorgente puntiforme di radiazione, tuti i raggi nella famiglia devono avere la stessa lunghezza del cammino ottico. In un mezzo con indice di rifrazione costante, ciò si ottiene generando un fronte d’onda sferico, oppure se la sorgente puntiforme è posta all’infinito, un fronte d’onda planare. Anche se i concetti geometrici dei raggi ottici e dei fronti d’onda non hanno un'esistenza fisica reale, sono preziosi per la progettazione e la comprensione dei sistemi ottici e saranno usati in questa descrizione.

In applicazioni di fasci laser di grande potenza o alta energia, la terminologia è intercambiabile, l’assorbimento del fascio laser da parte di elementi ottici con conseguente distorsione può far sì che il fronte d’onda del fascio di grande potenza subisca una distorsione primariamente con uno spostamento della messa a fuoco. Questo spostamento focale può essere sostanziale, e senza un mezzo per rivelare e correggere questo spostamento focale, l'utilità del dispositivo a laser può essere seriamente compromessa. Sistemi ottici a laser ad alta energia hanno un'emissione di energia di circa 1 milione di watt, sono di origine relativamente recente e non sono ancora largamente utilizzati in applicazioni industriali. Di conseguenza, la tecnica nota non si è dedicata direttamente al problema degli spostamenti focali di un fascio laser ad alta energia. Potenziali applicazioni industriali comprendono operazioni di saldatura e di taglio con laser, comunemente utilizzate in una varietà di industrie, che comprendono industrie automobilistiche, deH’abbigliamento, industrie di microelettronica e altre industrie di costruzione e di saldatura di precisione con laser.

Un dispositivo di rivelazione della messa a fuoco con una correzione dell’aberrazione del fronte d'onda che utilizza un calcolo elettrico è descritta nel brevetto statunitense n. 4.748.321. Questo dispositivo utilizza un calcolo numerico elettronico complesso per correggere l'aberrazione di un fronte d’onda ed è inutilmente complicato per il solo scopo di rivelare uno spostamento focale. Inoltre un sistema interferometrico accoppiato a un rivelatore per compensare l’aberrazione di un fronte d’onda è descritto nel brevetto statunitense n. 4.682.025. Tuttavia, questi dispositivi utilizzano sistemi di rivelazione complessi e molteplici elementi a specchio flessibili che di nuovo sono inutilmente complicati per il compito di rivelare solo lo spostamento focale in fasci laser ad alta energia. Per quanto può essere accertato, nessun sistema noto incorpora tutte le caratteristiche e i vantaggi della presente invenzione.

L’interferometria a eterodina è una tecnica usata in alcuni sistemi noti. In questa tecnica, le differenze dell'angolo di fase misurate su un fronte d’onda sono effettuate da un segnale “di oscillazione” (“dithering”) ad alta frequenza sovrapposto al sistema. Le differenze dell’angolo di fase vengono poi estratte in uno stadio di rivelazione sincrono. Il vantaggio principale deH'interferometria a eterodina consiste nel fatto che è altamente insensibile a segnali di rumore che diversamente altererebbero la precisione delle misure dell’angolo di fase. Un lavoro di N.A. Massie et al. dal titolo “Flow Field Testing with 64 Parallel Channel Heterodyne Interferometer”, Atti della SPIE - The International Society for Optical Engineering, voi. 351, Wavefront Sensing, pagine 141-47, agosto 1982 e altri lavori citati al suo interno, descrivono una versione di un dispositivo denominato interferometro a eterodina. Tuttavia altri sistemi a fascio non incorporano questa tecnica in un sensore interferometrico di progettazione semplice.

Nonostante questi sviluppi, esiste ancora l’esigenza di una tecnica rapida, semplice e affidabile per rivelare e misurare lo spostamento focale di un fascio laser ad alta energia. Idealmente il sensore di spostamento focale sarà uno strumento semplice con minime parti in movimento, sarà basato su una tecnologia affidabile e sperimentata, e sarà di progettazione forte e robusta che consenta misurazioni rapide e affidabili. Inoltre il sensore della focale di un laser ad alta energia dovrebbe essere meno complesso rispetto ad altri sistemi interferometrici noti e dovrebbe essere in grado di fornire un misura di spostamento focale senza complessi calcoli numerici. La presente invenzione soddisfa questi requisiti e fornisce ulteriori vantaggi rispetto a dispositivi noti.

BREVE SOMMARIO DELL’INVENZIONE

La presente invenzione nel suo senso più ampio fornisce un sensore focale autonomo in grado di fornire segnali di correzione di spostamento focale per un fascio laser ad alta energia, cioè un fascio laser con una potenza di uscita superiore a 1 milione di watt. Tuttavia, come risulterà chiaro dalla descrizione che segue, la presente invenzione non è limitata a fasci laser con una potenza di uscita compresa nel campo di 1 milione di watt. Specchi e lenti deformano in proporzione all'irraggiamento (watt/cm2), non alla potenza (watt) diretta su di loro. Pertanto, laser più piccoli che utilizzano ottica più piccola possono avere significativi problemi di distorsione. Ciò per il fatto che i valori di irradiazione nel treno ottico possono essere grandi. Al contrario, laser da un milione di watt con grande ottica possono non presentare affatto problemi di distorsione. Tuttavia, se si desidera un laser da un milione di watt con ottica del diametro di poche decine (10) di centimetri, allora la distorsione dell’elemento può costituire un problema serio. Poiché tutte le applicazioni pratiche richiedono elementi ottici di dimensioni relativamente ridotte, il controllo della messa a fuoco diventa essenziale.

In breve, e in termini generali, l’apparecchio dell’invenzione comprende un mezzo per dividere un fascio di entrata in un fascio di un braccio di riferimento e un fascio campione, un mezzo per generare un fascio di riferimento avente una superficie di fase uniforme dal fascio di un braccio di riferimento, mezzi per ricombinare il fascio campione e il fascio di riferimento per produrre una figura di interferenza ed un mezzo per mettere a fuoco la figura di interferenza su un rivelatore.

L’invenzione comprende anche un mezzo di correzione di inclinazione per centrare il fascio di entrata inviato all'interferometro, un mezzo per modulare il fascio di riferimento con un segnale di sfasamento ad alta frequenza, un mezzo di rivelazione posizionati in modo da fornire un segnale elettrico indicativo dell’intensità della figura di interferenza e un circuito elettrico collegato con il mezzo di rivelazione per generare un segnale di correzione di spostamento focale. Il sistema di correzione di inclinazione comprende uno specchio di orientamento, un divisore di fascio “pick-off’ ed un rivelatore a “quad-ceir Lo specchio di orientamento è uno specchio riflettente mobile, che può essere continuamente regolato per variare l'inclinazione del fascio di entrata, mentre il divisore di fascio "pick-off semi-riflettente dirige una porzione del fascio di entrata dallo specchio di orientamento verso il rivelatore a “quad-cell". Il rivelatore a "quad-cell” genera un segnale proporzionale alla quantità di luce incidente differenzialmente sulla superficie del rivelatore a "quad-cell”, e utilizza questo segnale per azionare lo specchio di orientamento per annullare il segnale.

Il circuito elettrico comprende un amplificatore a transimpedenza, un mezzo di rivelazione sincrono per rimuovere le componenti a frequenza di oscillazione, mezzi di integrazione per fornire un segnale di errore rappresentativo dello spostamento focale nel fascio laser ad alta energia di entrata, un amplificatore di comando che emette un segnale di correzione di spostamento focale e mezzi per accoppiare il segnale di correzione di spostamento focale a una lente regolabile assialmente, usata per effettuare una variazione della curvatura di fase del fascio a fronte d’onda di riferimento. La lente regolabile è regolata automaticamente tramite un circuito elettrico a servo-anello per cambiare la curvatura di fase del fronte d’onda del fascio di riferimento per incontrare quella del fascio campione. Dal momento che il dispositivo dell’invenzione non richiede calcoli numerici complessi per rivelare lo spostamento focale del fascio e neppure impiega numerosi componenti mobili come un sistema di rivelazione o molteplici elementi a specchio flessibili o a lente, risulta meno costoso, più semplice e pertanto di configurazione più robusta.

In termini di un metodo per rivelare uno spostamento della focale di un fascio laser ad alta energia, l'invenzione comprende la fase iniziale di correzione di qualsiasi inclinazione del fascio di entrata, divisione del fascio di entrata in un fascio di un braccio di riferimento e un fascio campione, ottenimento di un fascio di riferimento dal fascio di un braccio di riferimento e combinazione del fascio campione e del fascio di riferimento per produrre una figura di interferenza che è successivamente messa a fuoco su un rivelatore tramite una lente. Il fascio campione è diretto su uno specchio riflettente collocato su un ramo dell’interferometro di tipo Michelson e può essere diretto attraverso un filtro di attenuazione se è necessaria un’attenuazione fotonica. Inoltre, l’invenzione comprende le fasi di modulazione del segnale di riferimento con un segnale di oscillazione ad alta frequenza per creare un segnale variabile nel tempo sulla superficie del rivelatore. Il rivelatore genera poi un segnale elettrico sinusoidale in risposta al segnale variabile nel tempo.

Le rimanenti fasi del metodo comprendono la rivelazione sincrona dei segnali elettrici sinusoidali del rivelatore che demodula rimuovendo le componenti a frequenza di oscillazione, integrazione dei segnali rivelati per generare un segnale di correzione di spostamento focale come l'integrale nel tempo del segnale elettrico sinusoidale demodulato, il segnale di correzione di spostamento focale essendo rappresentativo dello spostamento focale del fascio e accoppiamento del segnale di correzione di spostamento focale con una lente regolabile assialmente, la lente regolabile essendo regolata automaticamente per variare la curvatura di fase del fronte d’onda del fascio di riferimento per incontrare quella del fascio campionato. Il segnale di correzione di spostamento focale può essere usato a valle del divisore del fascio per eliminare o compensare lo spostamento focale del fascio laser ad alta energia.

Si comprenderà da quanto precede che la presente invenzione rappresenta un progresso significativo nel campo dei sistemi ottici attivi. In particolare, l’invenzione fornisce un interferometro a eterodina a inclinazione corretta di costruzione semplice e affidabile, in cui un fascio di entrata viene campionato e confrontato con un fascio di riferimento. Il fascio di riferimento viene poi regolato utilizzando una lente regolabile assialmente per ottenere una curvatura di fase che incontri quella del fascio campione. La lente regolabile assialmente costituisce un netto vantaggio dell'invenzione. Il segnale che risulta dalla regolazione del fascio di riferimento può in seguito essere usato per correggere qualsiasi spostamento focale nel fascio laser ad alta energia. Altri aspetti e vantaggi dell'invenzione risulteranno evidenti dalla descrizione più dettagliata che segue, considerata unitamente ai disegni allegati.

BREVE DESCRIZIONE DELLE NUMEROSE VISTE DEI DISEGNI

La FIG. 1 è una vista schematica che illustra il principio di un interferometro di Michelson.

La FIG. 2 è una vista schematica di un sensore della focale di un laser ad alta energia secondo l'invenzione.

La FIG. 3 è un diagramma schematico di un servo circuito elettro-ottico usato nel sensore della focale di un laser ad alta energia della FIG. 2.

DETTAGLIATA DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE

Come illustrato nei disegni a titolo illustrativo, la presente invenzione riguarda l'uso di un sistema ottico attivo per rivelare spostamenti focali di un fascio laser ad alta energia. La rivelazione di spostamento focale si è basata in passato principalmente sulle tecniche di ricostruzione del fronte d’onda. Queste tecniche richiedono complessi calcoli numerici digitali e/o componenti ottici complessi, come specchi flessibili sotto controllo a servo-anello. Queste tecniche, benché in grado di rivelare spostamenti focali in applicazioni di fasci laser ad alta energia, richiedono numerosi e complessi componenti e meccanismi di controllo, rendendole inutilmente costosi, scomode e inaffidabili. La presente invenzione utilizza una configurazione robusta molto più semplice, che fornisce misurazioni rapide e affidabili di spostamento focale.

Secondo l’invenzione, la rivelazione di spostamento focale è attuata rapidamente e semplicemente per mezzo di un sensore di spostamento focale che comprende un interferometro' di tipo Michelson. L'interferometro è controllato automaticamente in modo da variare la curvatura di fase del fascio di riferimento per corrispondere con quella del fascio campione. I segnali di controllo elettrici utilizzati per controllare l'interferometro sono indicativi delio spostamento focale del fascio di entrata campione e possono essere usati per correggere lo spostamento focale di un fascio laser ad alta energia.

A titolo informativo, nella FIG. 1 è illustrato un interferometro di Michelson. Un fascio di entrata, indicato con il numero di riferimento 10, colpisce un divisore semi-riflettente 12 del fascio. Una porzione del fascio di entrata passa attraverso il divisore 12 del fascio ad uno specchio piano di riferimento 14, mentre la parte restante viene riflessa con un angolo di 90° su uno specchio piano mobile 16. Parte della luce riflessa dello specchio di riferimento 14 viene nuovamente riflessa al divisore 12 del fascio e passa attraverso una lente di campo 18 e su un piano di osservazione 20. Analogamente, parte della luce riflessa dallo specchio mobile 16 passa attraverso il divisore 12 del fascio, dopo di che si combina con la luce proveniente dallo specchio di riferimento 14 e passa attraverso la lente di campo 18 e sul piano di osservazione 20. I due fasci di luce che giungono al piano di osservazione 20 hanno attraversato cammini ottici differenti, e in genere avranno una fase relativa differente. Nell'interferometro di Michelson originale, lo specchio 16 poteva essere spostato per mezzo di una vite micrometrica e le frange di interferenza risultanti nel piano di osservazione 20 usate per regolare la differenza del cammino ottico fra i bracci a zero (sorgente di luce bianca) o a un multiplo di questa lunghezza d'onda (sorgente coerente). L’interferometro della presente invenzione utilizza il principio di Michelson in una nuova struttura illustrata nella FIG. 2. La presente invenzione usa un sistema di correzione di inclinazione generalmente indicato con 25 per garantire che il fascio di entrata inviato nell'interferometro sia centrato. Il sistema di correzione di inclinazione 25 comprende uno specchio di orientamento 30, un divisore di fascio “pick-off1 32 ed un rivelatore a “quad-cell" 36. Un fascio di entrata 40 dell'interferometro colpisce un divisore 42 del fascio 50-50 ad un angolo di 45°, dividendo il fascio in un fascio campione 44 e un fascio di un braccio di riferimento 50. Il fascio di un braccio di riferimento 50 è messo a fuoco da una lente 52 attraverso un filtro spaziale a punta di spillo 54 e ricollimato da una lente 56 su uno specchio 58. La luce riflessa dallo specchio 58 è messa a fuoco dalla lente 56 attraverso il filtro spaziale a punta di spillo 54 ed è ricollimata dalla lente 52 sul divisore 42 del fascio 50-50. La luce riflessa a ritroso attraverso il filtro spaziale 54 e ricollimata sul divisore 42 del fascio 50-50 ha una superficie di fase uniforme creata dal doppio passaggio attraverso il filtro spaziale 54 e sembra essere generata da una sorgente puntiforme collocata ad una distanza infinita. Questo fascio riflesso costituisce il fascio di riferimento 50, ha un fronte d’onda pressoché planare ed è almeno parzialmente riflesso dal divisore 42 del fascio 50-50 attraverso un angolo di 90° verso un rivelatore 64.

Nell’altro ramo dell'interferometro, il fascio campione 44 può passare attraverso un filtro di attenuazione 46 e su uno specchio piano 48. Il fascio campione 44 è poi riflesso a ritroso attraverso il filtro di attenuazione 46 e in direzione del divisore 42 del fascio 50-50, il quale trasmette una porzione sostanziale di questo fascio per la ricombinazione con il fascio di riferimento. Il fascio campione 44 e il fascio di riferimento 50 ricombinati colpiscono una lente 62, dove è prodotta una figura di interferenza. Il fascio campione 44 e il fascio di riferimento 50 sono messi a fuoco dalla lente 62 sul rivelatore 64. Il rivelatore 64 è un trasduttore fotoelettrico che produce un segnale elettrico corrispondente su una linea di uscita 68 (vedasi FIG. 3), che è poi accoppiato ad un modulo di elettronica che calcola un sègnale di correzione di spostamento focale rappresentativo di spostamento focale del fascio di entrata, e trasmette questo segnale di correzione di spostamento focale su una linea 84 (vedasi FIG. 3) alla lente 52 che è regolabile assialmente.

Lo specchio di orientamento 30 del sistema di correzione di inclinazione 25 è uno specchio riflettente mobile che può essere continuamente regolato per variare l'inclinazione del fascio di entrata 40 inviato all'interferometro, mentre il divisore di fascio "pick-off 32 semi riflettente dirige una porzione di un fascio di entrata riflesso 28 dallo specchio di orientamento 30 verso il rivelatore a “quad-cell 36. Il divisore di fascio “pick-off 32 genera un fascio campione 34 di inclinazione che è usato per determinare se il fronte d’onda incidente è inclinato. Il fascio campione di inclinazione 34 è diretto verso il rivelatore a "quad-cell" 36. Il rivelatore a “quad-cell” 36 è un rivelatore standard a forma di torta capace di rivelare la luce incidente e di produrre un segnale di rivelazione differenziale 38 proporzionale alla quantità di luce differenzialmente incidente sulla superficie 64 del rivelatore. Se il fronte d'onda del fascio di entrata 28 riflesso è inclinato, il “quad-cell" 36 rileva uno squilibrio fra elementi del rivelatore opposti del "quad-cell” 36 e genera il segnale di rivelazione differenziale 38 usato per azionare lo specchio di orientamento 30 per annullare il segnale di rivelazione differenziale 38. Il segnale di rivelazione differenziale 38 generato dal sistema a “quad-cell” 36 dell'invenzione può essere usato per dedurre il grado di inclinazione del fronte d'onda del fascio di entrata riflesso 28, che può poi essere corretto. La lente 52 regolabile assialmente è spostata per variare la curvatura di fase del fascio di riferimento 50 per incontrare quella del fascio campione 44. In una forma di realizzazione, la lente 52 è regolata assialmente da un ingranaggio a vite senza fine. Pertanto i segnali elettrici di rivelazione sulla linea 68 (vedasi FIG. 3) sono indicativi dello spostamento focale del fascio di entrata 22. Lo strumento illustrato nella FIG. 2 funziona come un sensore interferometrico autonomo, che fornisce segnali di correzione di spostamento focale sulla linea 84 (vedasi FIG. 3) indicativi di spostamento focale del fascio di entrata 22. L’interferometro illustrato nella FIG. 2 può essere efficacemente usato in un apparecchio con fascio laser ad alta energia per compensare attivamente spostamenti focali.

Verrà ora descritto un ulteriore aspetto dell'interferometro della FIG. 2. Lo specchio 58 utilizzato per generare il fascio di riferimento 50 è anch’esso mobile assialmente. Un segnale di oscillazione (“dither”) di fase derivato da un generatore 74 è applicato sulla linea 86 per far oscillare lo specchio 58 lungo il suo asse ottico per mezzo di un appropriato trasduttore piezoelettrico (vedasi FIG. 3). Poiché la frequenza di oscillazione è tipicamente selezionata per evitare un rumore del tipo 1/f, la frequenza di oscillazione è di circa 10 KHz. Questo è l’aspetto di eterodinazione della struttura. A causa dello sfasamento dello specchio 58, il fascio di riferimento 50 contiene componenti di frequenza rappresentative della somma della frequenza del fascio di entrata e della frequenza di oscillazione, nonché della differenza fra questi valori.

Come verrà brevemente descritto con riferimento alla FIG. 3, la componente di oscillazione è rimossa in un modulo di elettronica 90 mediante una rivelazione sincrona utilizzando un segnale di oscillazione (“dither") elettrico 76 trasmesso al modulo 90 dal generatore 74. Il principale vantaggio del funzionamento a eterodina dell'interferometro consiste nel fatto che i segnali di spostamento focale sono efficacemente modulati su una portante a frequenza di oscillazione, e il sistema è intrinsecamente insensibile al rumore.

La FIG. 3 illustra i componenti del modulo di elettronica 90. I componenti comprendono un amplificatore a transimpedenza 70, un rivelatore sincrono 72, un integratore 78, ed un amplificatore di comando 82 per comandare la lente 52 regolabile assialmente. I segnali elettrici ottenuti dal rivelatore 68 sono dapprima amplificati nel l'amplificatore a transimpedenza 70. L’amplificatore a transimpedenza è un pre-amplificatore di un tipo generalmente usato con fotorivelatori allo scopo di adattare l'impedenza ed è usato per impedire il carico del rivelatore 64. Dopo l'amplificazione, un segnale elettrico 71 ricevuto dal rivelatore 68 è rivelato sincronicamente da 72 e passato a un integratore 78. L'integratore 78 è di un tipo standard e comprende un resistore 92, un condensatore 94 e un amplificatore operazionale 96. Dall’integratore 78 emerge sulla linea 80 un segnale di errore che è amplificato dall’amplificatore di comando 82 per emettere un segnale 84 di correzione di spostamento focale. Il segno del segnale 84 di correzione di spostamento focale determina la direzione di movimento e la sua ampiezza determina la velocità di movimento. In una forma di realizzazione, il segnale 84 di correzione di spostamento focale è accoppiato a un ingranaggio a vite senza fine azionato elettricamente, usato per comandare la lente 52 regolabile assialmente.

La misurazione di spostamento focale comporta la combinazione del segnale elettrico 71 del rivelatore amplificato con un segnale 76 a frequenza di oscillazione di riferimento sincrono per ottenere un segnale di uscita demodulato sulla linea 73 che è proporzionale alla differenza fra le curvature di fase del fronte d’onda del fascio di riferimento 50 e del fascio campione 44. Il segnale di uscita demodulato 73 viene poi integrato per generare un segnale di correzione di spostamento focale in cui il segnale di correzione di spostamento focale è l’integrale nel tempo del segnale di uscita demodulato 73. Il segnale a frequenza di oscillazione generato all’oscillatore 74 è quindi trasmesso sulla linea 86 allo specchio 58. Il circuito a servo-anello illustrato è un cosiddetto servo-anello alla ricerca dello zero. Secondo l’equazione 6, la caratteristica di errore si annulla a Δf=0 con un segno corrispondente al segno della differenza di lunghezza focale. Tale circuito bloccherà rapidamente le fasi del fascio campione 44 e del fascio di riferimento 50 che interferiscono e genererà un segnale 84 di correzione di spostamento focale che mantiene il fascio di riferimento 50 bloccato in fase con il fascio campione 44. Il segnale 84 di correzione di spostamento focale è indicativo di spostamento focale del fascio di entrata 22.

Il segnale di correzione di spostamento focale può essere analiticamente quantificato valutando una caratteristica di errore. Si suppone un'onda campione Es e un’onda di riferimento Eref aventi la forma seguente:

In questo caso a e b sono costanti complesse, f1, f2 sono le due lunghezze focali in questione e η, Θ descrivono l’estensione dello specchio di oscillazione 58 ad alta frequenza e la sua frequenza, espressa in forma angolare, vale a dire il prodotto della frequenza angolare per il tempo. Al divisore 42 del fascio i due campi si combinano come illustrato nella equazione (1). Questo campo somma passa attraverso la lente 62 ed è raffigurato sul rivelatore 64. Il campo lontano sul rivelatore 64 è la trasformata di Fourier dei campi che riempiono l'apertura della lente 62. La trasformata è approssimata assumendo che il diametro della lente 62 sia di parecchie lunghezze d’onda lasciando il raggio della lente 62 tendente all'infinito, permettendo la valutazione analitica deile trasformate. L’integrale chiave ha l'identità:

(2)

Con questa trasformata, la definizione dei campi nell’equazione 1 e la lunghezza focale f3 della lente 62, l'irraggiamento nel piano del rivelatore 64 possono essere scritte nel modo seguente:

In questo caso Φ è un angolo di fase arbitrario fra il fascio di riferimento 50 e il fascio campione 44. L'irraggiamento riempie o riempie eccessivamente l’apertura del rivelatore 64, avente un diametro d. Pertanto, la corrente I del rivelatore è l'integrale di I sull'area di apertura:

d

Qui ξ è l'efficienza quantica del rivelatore, h è la costante di Planck, e λ è la lunghezza d’onda operativa. Una corrente elettrica proporzionale a quella dell’equazione 4 è rivelata in modo sincrono in 72 e integrata in 78. Matematicamente, l’uscita del generatore di oscillazione 76 moltiplica la corrente presentata nell’equazione di cui sopra e fa la media del risultato su un periodo di oscillazione:

Quindi Ve è la tensione di errore desiderata rappresentativa del segnale 84 di correzione di spostamento focale, oltre a moltiplicatori costanti di guadagno non essenziali. La costante κ raccoglie tutti i fattori dimensionali quali l’efficienza quantica, la carica di elettroni, la costante di Planck ecc. Si osserva che il primo termine nelle parentesi è una funzione pari di Δf/λ mentre il secondo è dispari. In effetti un valore non zero di φ “depolarizzerà” (“biasoff) l'intersezione a zero così che il servo-circuito si bloccherà a una differenza di fase media fissa ma non zero fra i fronti d’onda del fascio campione 44 e del fascio di riferimento 50. Questo angolo di fase può essere attentamente eliminato in un interferometro correttamente costruito. Quindi la forma funzionale finale appropriata per la caratteristica di errore è:

È chiaro che la caratteristica di errore è proporzionale all’ampiezza e al segno di Δf e all’ampiezza di oscillazione nonché al guadagno totale attraverso il preamplificatore 70, l’integratore 78 e l'amplificatore di comando 82. La caratteristica di errore esce dall’amplificatore di comando 82 come un segnale di correzione di spostamento focale, in cui il segnale di correzione di spostamento focale è accoppiato alla lente 52 regolabile assialmente, adatta per far combaciare la curvatura di fase del fascio di riferimento 50 con

quella del fascio campione 44.

Anche se sono stati illustrati e descritti elementi, forme di realizzazione e applicazioni particolari della presente invenzione, si comprenderà naturalmente che l'invenzione non è limitata ad essi poiché modifiche possono essere realizzate dagli esperti nel campo, in particolare alla luce degli insegnamenti di cui sopra. L’invenzione è pertanto intesa dalle rivendicazioni allegate a copertura di tale modifiche in quanto incorporano le caratteristiche che rientrano nello spirito e nello scopo dell'invenzione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Un sensore della focale di un laser ad alta energia comprendente: - un mezzo di correzione di inclinazione per correggere l inclinazione di un fascio di entrata; - un mezzo di divisione di fascio per dividere il fascio di entrata in un fascio di un braccio di riferimento e un fascio campione; - un mezzo per generare un fascio di riferimento dal fascio di un braccio di riferimento; - un mezzo per modulare il fascio di riferimento con un segnale di oscillazione ad alta frequenza; - un mezzo a lente regolabile assialmente per effettuare variazioni del fronte d’onda nel fascio di riferimento; - un mezzo per ricombinare il fascio campione e il fascio di riferimento per produrre una figura di interferenza; - un mezzo di rivelazione per generare segnali elettrici indicativi della figura di interferenza; - un circuito elettrico collegato con il mezzo di rivelazione, il circuito elettrico comprendendo un mezzo rivelatore sincrono per rimuovere componenti a frequenza di oscillazione dai segnali elettrici, e un mezzo per fornire un segnale di correzione di spostamento focale dai segnali elettrici; e - un mezzo per accoppiare il segnale di correzione di spostamento focale al mezzo a lente regolabile assialmente, in modo che il mezzo a lente regolabile sia regolato automaticamente per far incontrare una curvatura di fase del fronte d’onda del fascio di riferimento con quella del fascio campione.
2. Un sensore della focale di un laser ad alta energia come descritto nella rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che: - il mezzo di correzione di inclinazione comprende uno specchio di orientamento che riflette il fascio di entrata verso un divisore di fascio "pick-off"; - il divisore di fascio “pick-off’ dirige un fascio campione di inclinazione verso un rivelatore a “quad-cell” avente elementi del rivelatore; - il rivelatore a “quad-cell” genera un segnale di rivelazione differenziale in risposta a qualsiasi squilibrio fra gli elementi del rivelatore; e - il segnale di rivelazione differenziale aziona lo specchio di orientamento per annullare il segnale di rivelazione differenziale.
3. Un sensore della focale di un laser ad alta energia come descritto nella rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che: - il mezzo per generare un fascio di riferimento comprende uno specchio che riflette il fascio di riferimento a ritroso verso il mezzo di divisione di fascio; - il mezzo a lente regolabile assialmente è posizionato per dirigere il fascio di riferimento a ritroso verso il mezzo di divisione di fascio, e - il mezzo di divisione di fascio ricombina i fasci di riferimento e campione.
4. Un sensore della focale di un laser ad alta energia come descritto nella rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che il mezzo per modulare il fascio di riferimento con un segnale di oscillazione ad alta frequenza comprende: - un generatore di segnale a frequenza di oscillazione; e - un mezzo trasduttore accoppiato al generatore di segnale a frequenza di oscillazione per far oscillare lo specchio utilizzato per generare il fascio di riferimento.
5. Un sensore della focale di un laser ad alta energia per rivelare spostamenti focali in un fascio di entrata, il sensore comprendendo: - un mezzo di correzione di inclinazione per correggere l’inclinazione del fascio di entrata; - un mezzo per ottenere un fascio campione dal fascio di entrata; - un mezzo per generare un fascio di riferimento dal fascio di entrata; - un mezzo per combinare il fascio campione con il fascio di riferimento per produrre una figura di interferenza corrispondente; - un mezzo per mettere a fuoco la figura di interferenza su un rivelatore, in cui detto rivelatore è posizionato per rivelare la figura di interferenza e genera un corrispondente segnale elettrico indicativo della figura di interferenza; e - mezzi di circuito elettrico per generare segnali di correzione di spostamento focale dai segnali elettrici di rivelazione, e per accoppiare i segnali di correzione di spostamento focale ad una lente regolabile assialmente, la lente essendo automaticamente regolabile per variare la curvatura di fase del fronte d’onda del fascio di riferimento per incontrare quella del fascio campione e i segnali di correzione di spostamento focale forniscono un’indicazione del grado di spostamento focale nel fascio di entrata.
6. Un sensore della focale di un laser ad alta energia come descritto nella rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che: - il mezzo di correzione di inclinazione comprende uno specchio di orientamento che riflette il fascio di entrata verso il divisore di fascio “pick-off; - il divisore di fascio “pick-off’ dirige un fascio campione di inclinazione verso un rivelatore a “quad-cell avente elementi del rivelatore; - il rivelatore a “quad-cell” genera un segnale di rivelatore differenziale in risposta a qualsiasi squilibrio fra gli elementi del rivelatore; e - il segnale di rivelazione differenziale aziona lo specchio di orientamento per annullare il segnale di rivelazione differenziale.
7. Un sensore della focale di un laser ad alta energia come descritto nella rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che il mezzo per generare un fascio di riferimento dal fascio di entrata comprende: - un divisore di fascio per ottenere una porzione di riferimento del fascio di entrata; - un filtro spaziale a punta di spillo disposto per ricevere la porzione di riferimento del fascio di entrata messo a fuoco dalla lente regolabile assialmente; - uno specchio per riflettere la porzione di riferimento del fascio a ritroso attraverso il filtro spaziale a punta di spillo in modo che il fascio di riferimento abbia una superficie di fase uniforme.
8. Un sensore della focale di un laser ad alta energia come descritto nella rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che: - il mezzo per generare un fascio di riferimento comprende anche una lente di ricollimazione per ricollimare la porzione di riferimento del fascio che emerge dal filtro spaziale a punta di spillo; - la lente regolabile assialmente funge da lente di ricollimazione; e - lo specchio per riflettere la porzione di riferimento del fascio è uno specchio piano.
9. Un sensore della focale di un laser ad alta energia come descritto nella rivendicazione 8, comprendente anche: - un generatore di frequenza di oscillazione e un mezzo per applicare il movimento assiale alla frequenza di oscillazione allo specchio nel mezzo per generare il fascio di riferimento; e - il mezzo di circuito elettrico comprende un mezzo rivelatore sincrono per demodulare i segnali elettrici di rivelazione, e un mezzo di integrazione per generare i segnali di correzione di spostamento focale come l’integrale nel tempo dei segnali elettrici di rivelazione demodulati.
10. Un sensore della focale di un laser ad alta energia come descritto nella rivendicazione 5, comprendente anche: - un mezzo per eterodinizzare il fascio di riferimento a una frequenza di oscillazione; e - un mezzo all'interno del circuito elettrico per rivelare in modo sincrono i segnali elettrici di rivelazione.
11. Un sensore della focale di un laser ad alta energia, comprendente. - un mezzo di correzione di inclinazione per correggere l'inclinazione del fascio di entrata; - un mezzo di divisione di fascio per dividere il fascio di entrata in un fascio di un braccio di riferimento e un fascio campione; - un mezzo per generare un fascio di riferimento dal fascio di un braccio di riferimento, comprendente un filtro spaziale a punta di spillo, una lente di ricollimazione e uno specchio del fascio di riferimento per riflettere il fascio di riferimento a ritroso attraverso il filtro spaziale verso il mezzo di divisione di fascio; - uno specchio del fascio campione posizionato per riflettere il fascio campione a ritroso verso il mezzo di divisione di fascio, il mezzo di divisione di fascio ricombinando il fascio campione e il fascio di riferimento per produrre una figura di interferenza; - un mezzo per far oscillare lo specchio del fascio di riferimento per modulare il fascio di riferimento con un segnale di oscillazione ad alta frequenza; - un mezzo di rivelazione posizionato per ricevere i fasci di riferimento e campione ricombinati e per fornire segnali elettrici di rivelazione indicativi della figura di interferenza risultante; - un circuito elettrico collegato con il mezzo di rivelazione, in cui il circuito elettrico comprende un mezzo rivelatore sincrono per rimuovere componenti a frequenza di oscillazione, e un mezzo per fornire un segnale di correzione di spostamento focale dai segnali elettrici; e - un mezzo per accoppiare il segnale di correzione di spostamento focale a una lente regolabile assialmente in modo che la lente regolabile venga regolata automaticamente per variare la curvatura di fase del fronte d’onda del fascio di riferimento per incontrare quella del fascio campione, la lente regolabile fungendo anche da lente di ricollimazione.
12. Un sensore della focale di un laser ad alta energia come descritto nella rivendicazione 11 , caratterizzato dal fatto che: - il mezzo di correzione di inclinazione comprende uno specchio di orientamento che riflette il fascio di entrata verso un divisore di fascio “pick-or; - il divisore di fascio “pick-or dirige un fascio campione di inclinazione verso un rivelatore a "quad-cell avente elementi del rivelatore; - il rivelatore a "quad-cell” genera un segnale di rivelazione differenziale in risposta a qualsiasi squilibrio fra gli elementi del rivelatore; e - il segnale di rivelazione differenziale aziona lo specchio di orientamento per annullare il segnale di rivelazione differenziale.
13. Un metodo per rivelare uno spostamento della focale di un fascio laser ad alta energia comprendente le fasi di: - divisione di un fascio di entrata in un fascio di un braccio di riferimento e un fascio campione; - generazione di un fascio di riferimento dal fascio di un braccio di riferimento; - modulazione del fascio di riferimento con un segnale di oscillazione ad alta frequenza; - combinazione del fascio campione e del fascio di riferimento per produrre una figura di interferenza; - messa a fuoco della figura di interferenza con una lente su un rivelatore e generazione di segnali elettrici indicativi della figura di interferenza; - rivelazione sincrona dei segnali elettrici di rivelazione rimuovendo le componenti a frequenza di oscillazione; - integrazione dei segnali elettrici rivelati in modo sincrono per fornire segnali di correzione di spostamento focale; e - applicazione dei segnali di correzione di spostamento focale a una lente regolabile assialmente in modo che la lente regolabile sia regolata automaticamente per variare la curvatura di fase del fronte d'onda del fascio di riferimento per incontrare quella del fascio campione.
14. Un metodo come descritto nella rivendicazione 13, comprendente anche le fasi di: - correzione di inclinazione del fascio di entrata con uno specchio di orientamento, un divisore di fascio '‘pick-off’ e un rivelatore a "quadcell”; - lo specchio di orientamento riflettendo il fascio di entrata verso il divisore di fascio “pick-off”; - il divisore di fascio “pick-off” dirigendo un fascio campione di inclinazione verso il rivelatore a “quad-ceH" avente elementi del rivelatore; - il rivelatore a “quad-cell” generando un segnale di rivelazione differenziale in risposta a qualsiasi squilibrio fra gli elementi del rivelatore; e - il segnale di rivelazione differenziale azionando lo specchio di orientamento per annullare il segnale di rivelazione differenziale.
15. Un metodo come descritto nella rivendicazione 13, comprendente anche le fasi di posizionamento della lente regolabile assialmente all'interno di un sensore interferometrico; e ottenimento di una misura di spostamento focale nel fascio di entrata usando i segnali di correzione di spostamento focale.
16. Un sensore della focale di un laser ad alta energia, comprendente: - un mezzo di correzione di inclinazione per correggere l'inclinazione di un fascio di entrata; - un mezzo per generare un fascio di riferimento e un fascio campione da un fascio di entrata; - un mezzo per modulare il fascio di riferimento con un segnale di oscillazione ad alta frequenza. - un mezzo per combinare il fascio di riferimento e il fascio campione per produrre una figura di interferenza; - un mezzo di rivelazione posizionato per fornire segnali elettrici indicativi della figura di interferenza; - un mezzo a lente regolabile assialmente per effettuare variazioni del fronte d'onda nel fascio di riferimento; e - un circuito elettrico collegato con il mezzo di rivelazione per derivare segnali di correzione di spostamento focale dai segnali elettrici di rivelazione, in cui i segnali di correzione di spostamento focale sono accoppiati al mezzo a lente regolabile assialmente, in modo che il mezzo a lente regolabile sia regolato automaticamente per variare la curvatura di fase del fronte d’onda del fascio di riferimento per incontrare quella del fascio campione, e in cui i segnali di correzione di spostamento focale accoppiati al mezzo a lente regolabile sono indicativi di spostamento focale del fascio di entrata.
17. Un sensore della focale di un laser ad alta energia come descritto nella rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto che: - il mezzo di correzione di inclinazione comprende uno specchio di orientamento che riflette il fascio di entrata verso un divisore di fascio "pick-off’; - il divisore di fascio “pick-or dirige un fascio campione di inclinazione verso un rivelatore a "quad-cell" avente elementi del rivelatore; - il rivelatore a "quad-cell” genera un segnale di rivelatore differenziale in risposta a qualsiasi squilibrio fra gli elementi del rivelatore; e - il segnale di rivelazione differenziale aziona lo specchio di orientamento per annullare il segnale di rivelazione differenziale.
18. Un metodo di rivelazione di uno spostamento della focale di un fascio laser ad alta energia, comprendente le fasi di: - derivazione di un fascio campione e di un fascio di riferimento da un fascio di entrata; - modulazione del fascio di riferimento con un segnale di oscillazione ad alta frequenza; - combinazione del fascio campione e del fascio di riferimento per produrre una figura di interferenza; - rivelazione della figura di interferenza con un rivelatore e generazione di segnali elettrici indicativi della figura di interferenza; - derivazione di segnali di correzione di spostamento focale dai segnali elettrici di rivelazione; e - applicazione dei segnali di correzione di spostamento focale a una lente regolabile assialmente, in cui la lente regolabile è regolata automaticamente per variare la curvatura di fase del fronte d’onda del fascio di riferimento per incontrare quella del fascio campione e in cui i segnali di correzione di spostamento focale sono indicativi del grado di spostamento focale nel fascio campione.
19. Un metodo come descritto nella rivendicazione 18, comprendente anche le fasi di: - correzione di inclinazione del fascio di entrata con uno specchio di orientamento, un divisore di fascio “pick-off' e un rivelatore a "quadcell”; - lo specchio di orientamento riflettendo il fascio di entrata verso il divisore di fascio “pick-off; - il divisore di fascio "pick-off dirigendo un fascio campione di inclinazione verso il rivelatore a "quad-cell” avente elementi del rivelatore; - il rivelatore a “quad-cell" generando un segnale di rivelazione differenziale in risposta a qualsiasi squilibrio fra gli elementi del rivelatore; e - il segnale di rivelazione differenziale azionando lo specchio di orientamento per annullare il segnale di rivelazione differenziale.
20. Un sensore della focale di un laser ad alta energia comprendente: - un mezzo di correzione di inclinazione per correggere l'inclinazione di un fascio di entrata; - un mezzo di divisione di fascio per dividere il fascio di entrata in un fascio di un braccio di riferimento e un fascio campione; - un mezzo per generare un fascio di riferimento dal fascio di un braccio di riferimento; - un mezzo per modulare il fascio di riferimento con un segnale di oscillazione oscillatorio; - un mezzo per ricombinare il fascio campione e il fascio di riferimento per produrre una figura di interferenza; - un mezzo di rivelazione posizionato per generare segnali elettrici indicativi della figura di interferenza; - un circuito elettrico collegato ad un mezzo di rivelazione, il circuito elettrico comprendendo un mezzo rivelatore sincrono per rimuovere componenti a frequenza di oscillazione dai segnali elettrici di rivelazione, e un mezzo per fornire un segnale di correzione di spostamento focale dai segnali elettrici; - una lente regolabile assialmente posizionata per effettuare variazioni del fronte d’onda nel fascio di riferimento; e - un mezzo per accoppiare i segnali di correzione di spostamento focale al mezzo a lente regolabile, in modo che la lente regolabile sia regolata automaticamente per variare la curvatura di fase del fronte d’onda del fascio di riferimento per incontrare quella del fascio campione.
21. Un sensore della focale di un laser ad alta energia come descritto nella rivendicazione 20, caratterizzato dal fatto che: - il mezzo di correzione di inclinazione comprende uno specchio di orientamento che riflette il fascio di entrata verso un divisore di fascio '‘pick-off’; - il divisore di fascio “pick-off dirige un fascio campione di inclinazione verso un rivelatore a "quad-cell” avente elementi del rivelatore; - il rivelatore a “quad-cell” genera un segnale di rivelazione differenziale in risposta a qualsiasi squilibrio fra gli elementi del rivelatore; e - il segnale di rivelazione differenziale aziona lo specchio di orientamento per annullare il segnale di rivelazione differenziale.
22. Un sensore della focale di un laser ad alta energia, come descritto nella rivendicazione 20, caratterizzato dal fatto che: - il mezzo a lente regolabile assialmente è posizionato per dirigere il fascio di riferimento a ritroso al mezzo di divisione di fascio e in cui la lente regolabile funge da lente di ricollimazione; - il mezzo per generare un fascio di riferimento comprende una lente di ricollimazione che dirige il fascio di riferimento su uno specchio che riflette il fascio di riferimento a ritroso verso il mezzo di divisione di fascio; e - il mezzo di divisione di fascio funge anche da mezzo per ricombinare i fasci di riferimento e campione.
23. Un sensore della focale di un laser ad alta energia, come descritto nella rivendicazione 22, caratterizzato dal fatto che il mezzo per modulare il fascio di riferimento con un segnale di oscillazione oscillatorio comprende anche: - un generatore di segnali a frequenza di oscillazione; e - un mezzo trasduttore accoppiato al generatore di segnali a frequenza di oscillazione per far oscillare lo specchio usato per generare il fascio di riferimento.
24. Un sensore della focale di un laser ad alta energia per rivelare spostamenti focali in un fascio di entrata, il sensore comprendendo: - un mezzo di correzione di inclinazione per correggere l’inclinazione del fascio di entrata; - un mezzo per ottenere un fascio campione dal fascio di entrata; - un mezzo per generare un fascio di riferimento dal fascio di entrata; - un mezzo per combinare il fascio campione con il fascio di riferimento per produrre una figura di interferenza; - un rivelatore posizionato per rivelare la figura di interferenza e per generare corrispondenti segnali elettrici, indicativi della figura di interferenza; e - mezzi di circuito elettrico per generare segnali di correzione di spostamento focale dai segnali elettrici di rivelazione e per accoppiare i segnali di correzione di spostamento focale a una lente regolabile assialmente in modo che la lente regolabile sia regolata automaticamente per cambiare la curvatura di fase del fronte d'onda del fascio di riferimento per incontrare quella del fascio campione e i segnali di correzione di spostamento focale forniscono un'indicazione di spostamento focale nel fascio di entrata.
25. Un sensore della focale di un laser ad alta energia come descritto nella rivendicazione 24, caratterizzato dal fatto che: - il mezzo di correzione di inclinazione comprende uno specchio di orientamento che riflette il fascio di entrata verso un divisore di fascio "pick-off'; - il divisore di fascio "pick-off dirige un fascio campione di inclinazione verso un rivelatore a "quad-cell” avente elementi del rivelatore; - il rivelatore a “quad-cell” genera un segnale di rivelazione differenziale in risposta a qualsiasi squilibrio fra gli elementi del rivelatore; e - il segnale di rivelazione differenziale aziona lo specchio di orientamento per annullare il segnale di rivelazione differenziale.
26. Un sensore della focale di un laser ad alta energia come descritto nella rivendicazione 24, caratterizzato dal fatto che il mezzo per generare un fascio di riferimento dal fascio di entrata comprende anche: - un divisore di fascio per ottenere una porzione di riferimento del fascio di entrata; - un filtro spaziale a punta di spillo attraverso il quale la porzione di riferimento del fascio di entrata è messa a fuoco con la lente regolabile assialmente, in cui la lente regolabile funge anche da lente di ricollimazione; e - uno specchio che riflette la porzione di riferimento del fascio di entrata, in modo che il fascio di riferimento abbia una superficie di fase uniforme.
27. Un sensore della focale di un laser ad alta energia come descritto nella rivendicazione 26, caratterizzato dal fatto che: - lo specchio per riflettere la porzione di riferimento del fascio è uno specchio piano; e - il mezzo per generare il fascio di riferimento comprende anche una lente di ricollimazione.
28. Un sensore della focale di un laser ad· alta energia come descritto nella rivendicazione 26, comprendente anche: - un generatore di frequenza di oscillazione e un mezzo per applicare, alla frequenza di oscillazione, un movimento assiale allo specchio nel mezzo per generare il fascio di riferimento; e - il mezzo di circuito elettrico comprende un mezzo di rivelazione sincrono per demodulare i segnali elettrici di rivelazione, e un mezzo di integrazione per generare i segnali di correzione di spostamento focale come l’integrale nel tempo dei segnali elettrici di rivelazione demodulati.
29. Un sensore della focale di un laser ad alta energia come descritto nella rivendicazione 24, comprendente anche; - un mezzo per eterodinizzare il fascio di riferimento ad una frequenza di oscillazione; e - un mezzo all'interno del mezzo di circuito elettrico per rivelare in modo sincrono i segnali elettrici di rivelazione.
30. Un metodo per rivelare uno spostamento focale ottico, comprendente le fasi di: - generazione di un fascio campione dal fascio di entrata; - generazione di un fascio di riferimento dallo stesso fascio di entrata; - modulazione del fascio di riferimento con un segnale di oscillazione oscillatorio; - combinazione del fascio campione e del fascio di riferimento per produrre una figura di interferenza; - rivelazione della figura di interferenza con un rivelatore e generazione di segnali elettrici indicativi della figura di interferenza; - rivelazione sincrona dei segnali di differenza di fase nei segnali elettrici di rivelazione, rimuovendo le componenti a frequenza di oscillazione; - integrazione dei segnali rivelati per fornire un segnale di correzione di spostamento focale; e - applicazione del segnale di correzione di spostamento focale a una lente regolabile assialmente in modo che la lente regolabile sia regolata automaticamente per variare la curvatura di fase del fronte d'onda del fascio di riferimento per incontrare quella del fascio campione.
31. Un metodo come descritto nella rivendicazione 30, comprendente anche le fasi di: - correzione di inclinazione del fascio di entrata con uno specchio di orientamento, un divisore di fascio “pick-off" e un rivelatore a “quadcell”; - lo specchio di orientamento riflettendo il fascio di entrata verso il divisore di fascio “pick-off’; - il divisore di fascio “pick-off” dirigendo un fascio campione di inclinazione verso il rivelatore a “quad-cell” avente elementi del rivelatore; - il rivelatore a “quad-cell” generando un segnale di rivelazione differenziale in risposta a qualsiasi squilibrio fra gli elementi del rivelatore; e - il segnale di rivelazione differenziale azionando lo specchio di orientamento per annullare il segnale di rivelazione differenziale.
32. Un metodo per rivelare uno spostamento focale ottico, comprendente le fasi di: - derivazione di un fascio campione e di un fascio di riferimento da un fascio di entrata; - combinazione del fascio campione e del fascio di riferimento per produrre una figura di interferenza; - modulazione del fascio di riferimento con un segnale di oscillazione oscillatorio; - messa a fuoco della figura di interferenza con una lente su un rivelatore e generazione di segnali elettrici indicativi della figura di interferenza; - derivazione di segnali di correzione di spostamento focale dai segnali elettrici; e - applicazione dei segnali di correzione di spostamento focale a una lente regolabile assialmente, in modo che la lente regolabile sia regolata automaticamente per variare la curvatura di fase del fronte d’onda del fascio di riferimento per incontrare quella del fascio campione e in cui i segnali di correzione di spostamento focale sono indicativi del grado di spostamento focale nel fronte d’onda del fascio campione.