KR100418727B1 - 가스의 고유한 광학적 성질을 측정하는 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

전자장치 (109) 및 시차 평면 미러 간섭계 (69,70) 를 이용하여 가스의 고유한 광학적 성질, 특히, 가스의 역분산력을 측정하고 감시하여, 가스의 굴절율과 특히 측정경로에서의 환경 및 공기난류효과를 보정함으로써 정확도를 향상시키기 위하여 가스성질에 대한 정보가 하류측 장치들, 예컨대, 간섭거리 측정기구에 이용되도록 하는 간섭계 측정 장치 및 방법.

Description

가스의 고유한 광학적 성질을 측정하는 장치 및 방법{APPARATUS AND METHODS FOR MEASURING INTRINSIC OPTICAL PROPERTIES OF A GAS}

간섭기술은 정밀측정을 요하는 다양한 작업에 폭넓게 응용된다. 길이, 변위, 기하학적 특징, 표면구조, 및 진동 등의 정밀측정은 이 기술이 중요한 역할을 하는 흔히 볼 수 있는 응용분야이고, 더 높은 정밀도에 대한 요구가 증가하고 있기 때문에 계속적으로 증가하고 발전하고 있다. 그러나, 다른 계측에서와 마찬가지로, 종종 실제적인 문제의 개입으로 이론적으로 가능할 수 있는 것을 달성하기가 어렵다.

간섭 변위 계측의 절대적인 정확도를 제한하는 한가지 주요 요소는 주위 공기의 굴절율의 불확정성인데, 이에 대해서는, W. T. Estler의 "High-Accuracy Displacement Interferometry in Air," Appl. Opt., 24, 808-815 (1985); C.L.Farrand, V. F. Foster, 및 W. H. Grace의 1980년 8월 15일자 미국특허 제4,215,938 호; N. Bobroff의 "Residual Errors in Laser Interferometry from Air Turbulence and Non-Linearity," Appl. Opt. 26(13), 2676-2682 (1987); 및 N. Bobroff의 "Recent Advances in Displacement Measuring Interferometry," Measurement Science Tech. 4(9), 907-926 (1993)을 참조한다.

상기 인용된 참조문헌에 개시된 바와 같이, 공기 내의 간섭 변위 측정은 주위환경의 불확정성, 특히, 기압, 온도, 및 습도의 변화; 공기성분; 및 공기 내의 난기류 영향에 좌우된다. 이러한 요소들은 변위측정에 사용된 광의 파장을 변화시킨다. 통상의 조건하에서, 공기의 굴절율은 대략 1.0003 이며 편차는 1 ×10^-5내지 1 ×10^-4정도이다. 여러 응용예에서, 공기의 굴절율은 0.1 ppm 내지 0.003 ppm 미만의 상대정밀도로 공지되어야 하는데, 이 2개의 상대정밀도값은 1 미터의 간섭 변위 측정에 대해 각각 100 nm 와 3 nm 의 변위측정 정확도에 해당한다.

굴절율 변동을 검출하는 한가지 방법은 측정경로에 따른 압력 및 온도의 변화를 측정하여 이 경로의 굴절율에 미치는 영향을 계산하는 것이다. 이 계산에 대한 수학식은, F. E. Jones의 "The Refractivity Of Air", J. Res. NBS 86(1), 27-32 (1981) 에 개시되어 있다. 이 기술의 실행은 상기 Estler 의 문헌에 개시되어 있다. 유감스럽게도, 이 기술은 근사치만 제공하고, 부담스러우며, 공기밀도의 느린 전체적인 변동에 대해서만 보정한다.

주위환경의 불확정성을 보정하는 상기 유형의 종래기술은, 대기압, 온도, 및 습도를 측정하는 각각의 센서를 사용하고, 측정된 변위를 보정하기 위해 이들 측정값을 이용하는 것에 기초를 두고 있다. 휴렛패커드사의 상용 자동 보상기인 Model 5510 Opt 010 은 이 기술을 이용한다. 이 기술은 센서의 에러 및 CO₂함유량 비율과 산업가스의 존재와 같은 공기성분의 변동에서 생기는 에러때문에 부분적으로만 만족스러운데, 즉, 이 기술에서는 프레온과 용매는 무시된다.

공기의 영향을 보정하는 다른 유형의 기술은 공기의 굴절율 측정에 기초를 두고 있다. 이하, 이런 유형의 절차는 굴절율측정 기술이라 하기로 한다. 고정밀의 거리측정 간섭계에서의 사용에 대한 굴절율측정 기술에서의 더 심각한 제한 중의 하나는 기본레벨에서 일어난다. 가스의 굴절율은 일차적으로 온도와 압력과 같은 주위환경 조건에 의존하는 가스밀도에 정비례한다. 따라서, 굴절율 측정장치의 장소에서 측정된 굴절율값을 거리 측정 간섭계의 측정경로와 같은 제 2 장소와 연관시키기 위해, 제 1 장소에서의 주위환경 조건에 대한 제 2 장소에서의 주위환경 조건은 300 ppm 내지 10 ppm 미만의 상대정밀도로 공지되어야 하고, 제 2 장소에서의 굴절율에 대한 요구되는 상대정밀도는 이전에 인용된 상대정밀도에 따라 0.1 ppm 내지 0.003 ppm 미만이다. 고정밀의 거리측정 간섭계에서의 사용에 대한 이 엄격한 제한은 일반적으로 굴절 기술로 분류되는 모든 기술에서 나타날 것이다.

주위환경의 불확정성의 보정을 위한 종래 굴절 기술은 상기 C. L. Farrand, V. F. Foster, 및 W. H. Grace의 1980년 8월 15일자 미국특허 제 4,215,938 호에 기초를 두고 있다. 이 기술은 주위환경 조건에 무관하고 시간에 대해 일정하며 그 길이가 정확히 알려진 강체밀폐함을 포함한다. 이 밀폐함의 광학적 경로길이의 변화는 이 밀폐함을 비우고 주위 공기로 재충전시키는 원격제어 밸브로서 측정된다. 이 밀폐함 내의 공기의 굴절율은 광학적 경로길이에서의 측정된 변화에 비례한다. 이 기술은, 밀폐함 내의 공기의 특성이 측정경로 내의 공기의 특성을 적절히 나타내지 못하여, 계통적인 에러가 도입된다는 사실때문에 부분적으로만 만족해 왔다. 구멍이 뚫린 밀폐함에서도, 상술한 굴절 기술의 제한 외에도 밀폐함 내부 공기의 특성과 외부 공기의 특성 사이에 심각한 계통적인 차이가 존재한다는 것이 발견되었다.

고정 길이의 광 기준경로를 포함하는 다른 종래의 굴절 기술은 G. E. Sommargren 소유의 1987년 8월 11일자 미국특허공보 제 4,685,803 호 및 1988년 3월 29일자 미국특허공보 제 4,733,967 호에 개시되어 있다. 상기 Sommargren 의 2개의 특허에 개시된 발명의 주요 장점은, 측정경로의 길이가 매우 정밀하게 알려질 필요가 없고, 측정 동안의 측정경로 길이의 작은 변동이 허용가능하며, 굴절율 셀 주위의 공기가 주위환경을 정확히 나타낼 수 있다는 점이다. 그러나, 상기 Sommargren 의 2개의 특허는 가스의 굴절율을 측정하고 이에 따라 고정밀의 거리측정 간섭계에서의 사용에 대해 굴절기술의 상술한 제한에 직면하게 된다.

공기의 굴절율에 미치는 주위환경 조건의 영향에 관련된 가장 어려운 측정은, 제어되지 않은 온도 및 압력 상태에서, 미지의 또는 가변 길이의 측정경로에 대한 지수변동의 측정일 것이다. 이러한 상황은 지구물리학 및 기상측량에서 빈번히 발생하는데, 그 이유는 대기가 확실히 제어되지 않고 굴절율이 공기밀도 및 공기성분의 변동때문에 변화가 대단히 심하기 때문이다. 이 문제점은 H.Matsumoto 와 K. Tsukahara의 "Effects Of The Atmospheric Phase Fluctuation On Long-Distance Measurement", Appl. Opt. 23(19), 3388-3394 (1984) 과, G. N. Gibson, J. Heyman, J. Lugten, W. Fitelson, 및 C. H. Townes의 "Optical Path Length Fluctuation In The Atmosphere", Appl. Opt. 23(23), 4383-4389 (1984) 에 개시되어 있다.

제어되지 않은 대기 및 변화하는 굴절율에 대한 다른 예는 집적회로의 마이크로-리소그래픽 제조에서 채용되는 것과 같은 고정밀의 거리측정 간섭계이다. 예로서, 상기 N. Bobroff의 2개의 논문을 참조한다. 공기 난류에 기인한 지수변동의 보정은 보통 크기가 0.1 ppm 정도이고, 보정된 측정 경로 길이 내의 공기 난류로부터 부분적으로 야기되는 지수변동에 기인한 잔여 에러는 고정밀의 변위 간섭계에서 0.003 ppm 정도 또는 그 미만의 상대정밀도이어야 하는데, 상대정밀도는 1 미터의 간섭 변위 측정에 대해 3 nm 의 변위측정 정확도에 해당한다. 이 높은 레벨의 정밀도는 주파수 안정화된 레이저 소스와 고해상 위상 검출을 수반한다.

경로에 대한 지수변동을 검출하는 한가지 직접적인 방법은 발명의 명칭이 "Highly Accurate In-Situ Determination of the Refractivity of an Ambient Atmosphere"인 J. L. Hall, P. J. Martin, M. L. Eickhoff, 및 M. P. Winters의 1993년 6월 8일자 미국특허공보 제 5,218,426 호에 개시되어 있다. Hall 등의 시스템은, 주위 대기에 노출되고 주위 대기의 굴절율에 의존하는 광 간섭 줄무늬 패턴을 형성하도록 굴절계로 향하는 빛을 갖는 굴절계의 사용을 포함한다. 줄무늬 패턴은, 전달된 광을 검출하면서 각도가 일직선으로 평행한 입력 빔을 순차적으로 주사하거나, 발산하는 입력 빔으로 비추어진 간섭계의 각 출사 (angular exit) 공간을 (다중 소자 검출기 상으로) 촬상함으로써 각의 함수로서 측정된다. Hall 등의 상기 장치의 측정경로는 실질적으로 2개의 직원주 원뿔의 조합이고, 거리 측정 간섭계의 측정경로는 실질적으로 일군의 직원주 원통으로 구성된다. 결과적으로, Hall 등의 장치는 대기 난류에 기인한 거리 측정 간섭계의 광학적 경로 길이에서의 변동을 측정하는 데 적합하지 않다.

경로에 대해 지수변동을 검출하는 또다른 보다 더 직접적인 방법은 다중 파장 거리 측정에 의한다. 기본 원리는 다음과 같이 이해될 수 있다. 간섭계와 레이저 레이더는 대부분 개방된 공기에서 기준과 대상체 사이의 광학적 경로길이를 측정한다. 광학적 경로길이는 굴절율과 측정 빔이 거친 물리적 경로를 승산한 값이다. 굴절율이 파장에 따라 변하지만 물리적 경로는 파장에 무관하다는 점에서, 이 장치가 적어도 2개의 파장을 채용한다면, 굴절율의 기여로부터 물리적 경로 길이를 분리하는 것이 일반적으로 가능하다. 파장에 따른 굴절율 변동은 종래기술에서 분산으로서 공지되어 있고, 따라서, 이하, 이 기술을 분산 기술이라 하기로 한다.

분산 기술은 2개의 상이한 파장에서의 광학적 길이의 차이를 측정한 후, 굴절율의 성질을 이용하여 2개의 상이한 파장에서 광학적 경로에서의 측정된 차이로부터 경로길이에 미치는 굴절율의 영향을 계산한다. 이 분산 기술은 2가지 중대한 제한에 직면한다. 보다 기본적인 제한은, 정의상, 이 분산 기술이 굴절율의 파장에 대한 제 1 도함수의 성질을 이용하는 기술이라는 사실로부터 발생한다.두번째 제한은, 굴절율의 성질이 요구되는 정확도로 이용가능하여야 한다는 사실로부터 발생한다.

분산 기술의 제 1 도함수 특성은 간섭 위상 측정이 거리측정 간섭계에 대해 간섭 위상 측정이 이뤄져야 하는 상대정밀도를 크기의 1 내지 2 오더 (order) 이상 증가시킨다. 분산 기술의 제 1 도함수 특성은 또한 굴절 기술에 대해 굴절율의 성질이 공지되어야 하는 상대정밀도를 크기의 1 내지 2 오더 이상 증가시킨다. 굴절율에 관한 이용가능한 정보는 굴절 기술의 소정의 응용예에 대해 충분한 상대정밀도로 공지되어 있지 않고 결과적으로 분산 기술의 훨씬 더 적은 응용예에 대해 충분한 상대정밀도로 공지되어 있지 않다.

굴절율 측정을 위한 분산 기술은 오랜 역사를 갖고 있고, 레이저 도입 이전까지 소급된다. K. E. Erickson의 "Long-Path Interferometry Through An Uncontrolled Atmosphere", J. Opt. Soc. Am. 52(7), 781-787 (1962) 에는 지구물리학 측정에 대한 기술의 실행가능성에 대한 분석과 기본원리에 대해 개시되어 있다. 또다른 이론적 제안이, P. L. Bender 및 J. C. Owens의 "Correction Of Optical Distance Measurements for the Fluctuating Atmospheric Index of Refraction", J. Geo. Res. 70(10), 2461-2462 (1965) 에 개시되어 있다.

지수보상에 대한 분산기술에 기초한 상용의 거리측정 레이저 레이더가 1970년대에 출현하였다. K. B. Earnshaw 및 E. N. Hernandez의 "Two-Laser Optical Distance-Measuring Instrument That Corrects For The Atmospheric Index Of Refraction", Appl. Opt. 11(4), 749-754 (1972) 에는 5 내지 10 km 의 측정경로에대한 동작을 위해 마이크로웨이브 변조 HeNe 및 HeCd 레이저를 채용한 장치에 대해 개시되어 있다. 이 장치에 대한 보다 상세한 설명은 E. N. Hernandez 및 K. B. Earnshaw의 "Field Tests of a Two-Laser (4416A And 6328A) Optical Distance-Measuring Instrument Correcting for the Atmospheric Index of Refraction", J. Geo. Res. 77(35), 6994-6998 (1972) 에 개시되어 있다. 이 분산기술의 또다른 응용예는 E. Berg 및 J. A. Carter의 "Distance Corrections for Single- and Dual-Color Lasers by Ray Tracing", J. Geo. Res. 85(B11), 6513-6520 (1980) 에서 논의되고 있다.

지구물리학 측정에 대한 장치사용이 일반적으로 진폭 변조 레이저 레이더를 채용한다 하더라도, 더 짧은 거리에 대해서는 광 간섭 위상검출이 더 유리하다는 점이 종래기술에서 파악된다. 발명의 명칭이 "Apparatus For And Methods Of Obtaining Precision Dimensional Measurements"인 R. B. Zipin 및 J. T. Zalusky의 미국특허 제 3,647,302 호 (1972년 3월 공보) 에는, 온도, 압력, 및 습도와 같은 주위 조건에서의 변동을 보상하기 위해 다중 파장을 채용하는 간섭 변위측정 시스템이 개시되어 있다. 이 장치는 이동가능한 대상체, 즉, 가변 물리경로 길이와의 동작을 위해 특별히 설계된다. Zipin 등의 기술이 3개의 상이한 파장을 채용하고 측정경로에 따른 주위환경 조건에서의 변화를 보정하기 위해 파장 종속 굴절율에 대한 지식을 가정한다는 점에서, Zipin 등의 기술은 분산기술이 아니다. 분산기술이 파장에 대해 굴절율의 제 1 도함수의 성질을 이용하는 기술로서 설명된다면, Zipin 등의 기술은 파장에 대해 굴절율의 제 2 도함수의 성질을 이용하는 기술로서 설명될 수 있으므로, 이하, 제 2 도함수 굴절율 기술이라 하기로 한다.

지구물리학 실험에서의 제 2 도함수 굴절율 기술의 응용예는 L. E. Slater 및 G. R. Huggett의 "A Multi-Wavelength Distance-Measuring Instrument For Geophysical Experiments", J. Geo. Res. 81(35), 6299-6306 (1976) 에 개시되어 있다.

제 2 도함수 굴절율 기술은 2가지 중대한 제한에 직면한다. 보다 기본적인 제한은, 제 2 도함수 굴절율 기술이, 정의상, 굴절율의 파장에 대해 제 2 도함수의 성질을 이용하는 기술이라는 사실로부터 발생한다. 두번째 제한은, 굴절율의 성질이 요구되는 상대정밀도로 사용가능하여야 한다는 사실로부터 발생한다. 제 2 도함수 굴절율 기술의 제 2 도함수 특성은 간섭 위상측정이 분산기술에 대해 이뤄져야 하는 상대정밀도를 크기의 1 내지 2 오더 이상 증가시킨다. 제 2 도함수 굴절율 기술의 제 2 도함수 특성은 또한 굴절율의 성질이 분산기술과 관련하여 공지되어야 하는 상대정밀도를 크기의 1 내지 2 오더 이상 증가시킨다. 굴절율에 대한 사용가능한 정보는 굴절기술의 소정의 응용예에 대해 충분한 상대정밀도로 더 적은 분산기술의 응용예에 대해 알려져 있지 않고, 결과적으로, 훨씬 더 적은 일군의 제 2 도함수 굴절율 기술 응용예에 대해 알려져 있지 않다.

상술한 기본적인 제한을 갖는 분산기술을 채용하는 시스템에 대한 상세한 예가 Y. Zhu, H. Matsumoto, 및 T. O'ishi의 "Long-Arm Two-Color Interferometer For Measuring The Change Of Air Refractive Index", SPIE, 1319, Optics in complex systems, 538-539 (1990) 에 개시되어 있다. Zhu 등의 시스템은 쿼드러쳐 (quadrature) 위상 검출과 함께 1064 nm 파장 YAG 레이저 및 632 nm HeNe 레이저를 채용한다. 실질적으로 동일한 장치가 Zhu 등의 초기 논문인 "Measurement Of Atmospheric Phase And Intensity Turbulence For Long-Path Distance Interferometer", Proc. 3rd meeting on lightwave sensing technology, Appl. Phys. Soc. of Jpn. 39 (1989) 에 일본어로 개시되어 있다.

분산기술을 이용한 마이크로리소그래피에 대한 고정밀의 간섭계에 대한 최근의 시도는 A. Ishida의 미국특허 제 4,948,254 호 (1990년 8월 공보) 에 개시되어 있다. 유사한 장치가 Ishida의 논문인 "Two Wavelength Displacement-Measuring Interferometer Using Second-Harmonic Light To Eliminate Air-Turbulence-Induced Errors", Jpn. J. Appl. Phys. 28(3), L473-475 (1989) 에 개시되어 있다. 이 논문에는, 2개의 파장 분산 검출에 의해 굴절율에서의 변동으로 야기된 에러를 감소시키는 변위측정 간섭계가 개시되어 있다. Ar⁺레이저 소스는 종래기술에서 BBO 로서 알려진 주파수 배가 크리스탈 (frequency-doubling crystal) 에 의해 동시에 양 파장을 제공한다. BBO 배가 크리스탈을 사용한 결과, 기본적으로 위상동기된 2 개의 파장이 생겨, 분산측정의 안정도 및 정확도가 크게 향상된다. 상술한 분산기술의 기본적인 제한 이외에, 위상검출 및 신호처리수단은 다이나믹 측정에는 적합하지 않은데, 여기서, 대상체의 움직임은 정확히 검출하기 어려운 빠른 위상변동으로 된다.

발명의 명칭이 "Interferometric Measuring System With Air Turbulence Compensation"인 S. A. Lis의 미국특허 제 5,404,222 호 (1995년 4월 공보) 에는,지수변동을 검출하고 보상하는 분산기술을 채용하는 2개의 파장 간섭계가 개시되어 있다. 유사한 장치가 Lis의 "An Air Turbulence Compensated Interferometer For IC Manufacturing", SPIE 2440 (1995) 에 개시되어 있다. S. A. Lis의 미국특허 제 5,404,222 호에 대한 개선이 미국특허 제 5,537,209 호 (1996년 7월 공보) 에 개시되어 있다. Ishida 에 의해 Jpn. J. Appl. Phys. (상기 논문) 에 개시된 것에 대한 이 시스템의 주요한 새로운 사항은 위상검출수단의 정밀도를 개선하는 제 2 BBO 배가 크리스탈을 추가한 점이다. 추가한 BBO 크리스탈은 정확하게 상이한 인수 2 인 파장을 갖는 2개의 빔을 광학적으로 간섭하는 것이 가능하다. 결과적인 간섭신호는 분산에 직접적으로 종속하지만 실질적으로 스테이지 운동에 무관한 위상을 갖는다. 그러나, 상기 Lis의 특허는 모두 분산기술에 기초하므로 상술한 분산기술의 기본적인 제한을 갖는다.

임의의 분산기술의 상대정밀도는 측정경로 내의 가스의 분산 및 역분산력 모두가 알려진 정확도에 직접적으로 의존하는데, 역분산력은 제 2 및 제 3 파장 사이의 가스의 굴절율의 분산에 대한 제 1 파장에서 측정된 가스의 굴절비로서 정의된다. 제 1 파장은 관련된 거리측정 간섭계에서 사용된 것과 동일한 파장인 것이 바람직하다. 분산의 측정에 사용된 제 2 또는 제 3 파장은 굴절율의 측정에 사용된 제 1 파장과 동일할 수도 있다. 역분산력은, 예컨대, 거리측정 간섭계의 측정경로 내의 가스의 분산의 측정값으로부터 거리측정 간섭계의 측정경로 내의 가스의 굴절율을 계산하는 데 사용된다.

역분산력은 가스의 조성 뿐만 아니라 특정 역분산력이 정의되는 3개의 파장에 의존한다. 분산기술의 주요 장점은, 역분산력이 고정밀의 거리측정 간섭계에서 통상 직면하는 주위환경 조건에 대한 온도 및 압력과 같은 주위환경 조건에 무관하다는 점이다. 그러나, 가스 조성이 알려지지 않은 많은 경우에, 가스 조성은 미지의 방법으로 시간에 따라 변할 수 있고, 굴절율의 분산 및/또는 가스 구성의 굴절율은 주어진 응용예에 요구되는 정확도로 사용불가능하거나 알려져 있지 않다. 가스 조성에 대한 지식 또는 요구되는 상대정밀도에 대한 역분산력에 대한 지식이 부족하면 분산기술의 유용성에 심각한 제한이 따를 수 있다.

굴절율 및 대응하는 역분산력의 사용가능성에 대한 상기 후자의 지적에 대해, 역분산력이 수증기의 예에 대해 알려진 정확도를 고려해 보기로 한다. B. Edlen의 "The Refractive Index of Air", Metrologia 2(2), 71-80 (1966) 또는 K. P. Birch 및 M. J. Downs, Appl. Opt. 28(5), 825-826 (1989) 에 개시된 개선된 결과에서 밝혀진 광범위하게 사용되는 수증기의 굴절율에 대한 식이 수증기에 대한 역분산력을 계산하는 데 사용될 수도 있다. Birch 및 Downs가 발견한 사실은 J. Beers 및 T. Doiron의 Metrologia 29, 315-316 (1992) 에서 확인되었다. 수증기의 굴절율에 대한 상기 두 소스 중의 어느 하나를 사용하여 역분산력이 계산될 수 있는 상대정밀도는 0.1% 정도이고, 역분산력을 계산하는 데 사용된 제 1, 제 2 , 및 제 3 파장은 스펙트럼의 가시영역에 있고, 제 1 및 제 2 파장은 동일하며, 제 2 및 제 3 파장은 2:1 의 비이다. CO₂에 대한 상황은 대략 인수 3 만큼 더 낫다.

CO₂와 수증기의 굴절율에 대해 현재 알고 있는 지식이 대략 0.003 ppm 의 상대정밀도로 주위 공기에서 분산 간섭계를 사용하여 절대길이 측정을 할 만큼 충분히 정확하지 않다는 것이 상기의 주어진 예들로부터 명백하다. 이들은 또한 더 심한 난기류 환경에 대한 대기 난류 보상에 대해 충분히 정확하게 알려져 있지 않을 수도 있다. 각각의 역분산력에 관한 오염 가스에 대한 상황은 분산 간섭계의 사용으로 훨씬 더 심각한 문제를 나타낼 수도 있다 [참고: N. Bobroff, Meas. Sci. Technol. 4, 907-926, (1993)].

종래기술은 실제적이며 고속인 고정밀방법 및 가스의 굴절율의 변동을 포함하는 굴절율을 측정하고 보상하는 대응수단을 제공하지 않는다는 점은 상술한 바로부터 명백하다. 종래기술에서의 제한들은 주로 다음과 같은 미해결의 기술상 난점들로부터 발생한다. (1) 굴절기술은 예컨대 거리측정 간섭계의 측정경로 내의 가스의 굴절율을 직접 측정하지 않으므로 2개의 별개의 장소에서 주위환경 조건의 상세한 고정밀도에 대한 지식을 필요로 한다. (2) 분산기술은 거리측정 간섭계의 측정경로 내의 가스의 굴절율을 직접 측정하지 않으므로 측정경로 내의 가스구성에 대한 지식과 가스구성의 역분산력에 대한 지식을 필요로 한다. (3) 가스성분은 난기류 또는 비 난기류 가스 중 어느 하나에서 분산기술에 대해 충분한 정확도로 알려져 있지 않을 수도 있다. (4) 가스성분은 비교적 짧은 시간 스케일에서 상당히 변화할 수도 있다. (5) 조성 결정의 데이터 수명이 너무 길 수도 있다. (6) 가스구성의 굴절율 및 역분산력이 충분한 정확도로 알려지 있지 않을 수도 있다.

결과적으로, 가스의 굴절율을 측정하는 종래기술은 일부 응용예에서 유용하지만, 출원인에게 알려진 것은, 거리측정 간섭계 내의 공기의 보상을 위해 분산 간섭계에 요구되는 높은 정확도로 가스의 역분산력의 결정을 필요로 하는 응용예들을 위해 상용가능한 형태의 기술적인 성과를 제공하지 않는다.

따라서, 본 발명의 목적은 가스의 고유한 광학적 성질, 특히, 그 역분산력을 측정하고 감시하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 가스의 역분산력을 측정하고 감시하는 방법 및 장치를 제공함에 있어서, 이 방법 및 장치가 온도 및 압력과 같은 주위환경 조건을 측정하고 감시할 필요가 없는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또다른 목적은, 가스의 역분산력을 측정하고 감시하는 방법 및 장치를 제공함에 있어서, 이 방법 및 장치가 가스성분에 대한 지식을 필요로 하지 않는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또다른 목적은, 가스의 역분산력을 측정하고 감시하는 방법 및 장치를 제공함에 있어서, 이 방법 및 장치가 가스성분의 변화에 대해 광범위한 일시적 주파수범위에 대해 작용하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또다른 목적은, 가스의 역분산력을 측정하고 감시하는 방법 및 장치를 제공함에 있어서, 이 방법 및 장치가 가스구성에 대한 굴절율의 분산 및 굴절율에 대한 지식을 필요로 하지 않는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또다른 목적은, 가스의 역분산력을 측정하고 감시하는 방법 및 장치를 제공함에 있어서, 이 방법 및 장치가 위상동기된 상이한 파장의 적어도 2개의 광 빔을 사용할 수도 있지만 이를 필요로 하지 않는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또다른 목적은, 가스의 역분산력을 측정하고 감시하는 방법 및 장치를 제공함에 있어서, 간섭 측정에서의 측정경로의 길이와 역분산력의 감시링이 가스의 역분산력의 계산에서 실질적으로 사용되지 않는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또다른 목적은, 가스의 역분산력을 측정하고 감시하는 방법 및 장치를 제공함에 있어서, 간섭측정에서 사용된 광 빔의 주파수와 역분산력의 감시링이 가스의 역분산력의 계산에서 실질적으로 사용되지 않는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적들은 부분적으로 명백하고 또한 부분적으로 이하에서 나타날 것이다. 따라서, 본 발명은 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명에서 예시된 부분들의 구조, 단계, 소자의 조합, 및 배치를 구비하는 장치 및 방법으로 구성된다.

본 발명은 일반적으로 가스의 고유한 광학적 성질을 측정하고 감시하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 가스의 역분산력 (reciprocal dispersive power) 의 간섭계 측정 및 제어되지 않은 난기류의 존재하에서 높은 정확도의 변위 계측에 유용한 광학장치에 관한 것이다.

도 1a-1f 는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예를 나타낸 도면으로,

도 1a 는 소스 (1), 변조기 (3), 소스 (2), 변조기 (4), 시차 평면 미러 간섭계 (69, 70), 측정 셀 (90), 검출기 (85, 86) 사이의 광학적 경로를 나타내고, 드라이버 (5), 변조기 (3), 드라이버 (6), 변조기 (4), 검출기 (85, 286), 전자 프로세서 (109), 및 컴퓨터 (110) 사이의 전기신호의 경로를 나타내는 도면.

도 1b 는 시차 평면 미러 간섭계 (69) 를 도시한 도면.

도 1c 는 시차 평면 미러 간섭계 (70) 를 도시한 도면.

도 1d 는 시차 평면 미러 간섭계 (69) 를 위해 외부 미러를 제공하는 측정 셀 (90) 을 도시한 도면.

도 1e 는 시차 평면 미러 간섭계 (70) 를 위해 외부 미러를 제공하는 측정 셀 (90) 을 도시한 도면.

도 1f 는 처리 전자장치 (109) 의 블록도.

도 1a-1e 및 1g 는 처리 전자장치 (109A) 의 블록도를 도시하는 도 1g 와 함께 본 발명의 제 1 실시예의 바람직한 제 1 변형을 도시한 도면.

도 1h 는 본 발명의 제 1 실시예의 바람직한 제 2 변형의 구성요소, 광학적 경로, 및 전자신호의 경로를 도시한 도면.

도 1i 는 본 발명의 제 1 실시예의 제 2 변형에서 사용된 처리 전자장치 (1109) 의 블록도.

도 2a-2d 는, 소스 (1), 변조기 (3), 소스 (2), 변조기 (4), 시차 평면 미러 간섭계 (69), 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (170), 측정 셀 (90), 검출기 (85, 186, 286) 사이의 광학적 경로 및 전기신호 경로, 및 드라이버 (5), 변조기 (3), 드라이버 (6), 변조기 (4), 검출기 (85, 186, 286), 전자 프로세서 (209), 및 컴퓨터 (110) 사이의 전기신호 경로를 도시한 도 2a 와 함께 본 발명의 바람직한 제 2 실시예를 도시한 도면.

도 2b 는 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (170) 을 도시한 도면.

도 2c 는 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (170) 을 위해 외부 미러를 제공하는 측정 셀 (90) 을 도시한 도면.

도 2d 는 처리 전자장치 (209) 의 블록도.

도 2a-2c 및 2e 는 처리 전자장치 (209A) 의 블록도를 도시한 도 2e 와 함께 본 발명의 제 2 실시예의 바람직한 변형을 도시한 도면.

도 3a-3d 는, 소스 (1), 변조기 (3), 소스 (2), 변조기 (4), 시차 평면 미러 간섭계 (169, 70), 측정 셀 (90), 검출기 (185, 86) 사이의 광학적 경로 및 전기신호 경로, 및 드라이버 (5), 변조기 (3), 드라이버 (6), 변조기 (4), 검출기 (185, 86), 전자 프로세서 (309), 및 컴퓨터 (110) 사이의 전기신호 경로를 도시한 도 3a 와 함께 본 발명의 바람직한 제 3 실시예를 도시한 도면.

도 3b 는 시차 평면 미러 간섭계 (169) 로 입사하는 광 빔의 경우에 대한 시차 평면 미러 간섭계 (169) 를 도시한 도면.

도 3c 는 시차 평면 미러 간섭계 (169) 에서 출사하는 광 빔의 경우에 대한 시차 평면 미러 간섭계 (169) 를 도시한 도면.

도 3d 는 처리 전자장치 (309) 의 블록도.

도 3a-3c 및 3e 는, 처리 전자장치 (309A) 의 블록도를 도시한 도 3e 와 함께 본 발명의 제 3 실시예의 바람직한 변형을 도시한 도면.

도 4a-4f 는, 소스 (1), 변조기 (3), 소스 (2), 변조기 (4), 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (269), 시차 평면 미러 간섭계 (270), 측정 셀 (90), 검출기 (85, 1085, 1086) 사이의 광학적 경로 및 전기신호 경로, 및 드라이버 (5), 변조기 (3), 드라이버 (6), 변조기 (4), 검출기 (85, 1085, 1086), 전자 프로세서 (409), 및 컴퓨터 (110) 사이의 전기신호 경로를 도시한 도 4a 와 함께 본 발명의 바람직한 제 4 실시예를 도시한 도면.

도 4b 는 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (269) 를 도시한 도면.

도 4c 는 시차 평면 미러 간섭계 (270) 를 도시한 도면.

도 4d 는 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (269) 을 위해 외부 미러를 제공하는 측정 셀 (90) 을 도시한 도면.

도 4e 는 시차 평면 미러 간섭계 (270) 를 위해 외부 미러를 제공하는 측정 셀 (90) 을 도시한 도면.

도 4f 는 처리 전자장치 (409) 의 블록도.

도 4a-4e 및 4g 는 처리 전자장치 (409A) 의 블록도를 도시한 도 4g 와 함께 본 발명의 제 4 실시예의 바람직한 변형을 도시한 도면.

도 5a-5d 는, 소스 (1), 변조기 (3), 소스 (2), 변조기 (4), 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (269, 370), 측정 셀 (90), 검출기 (85, 1085, 1086, 1286) 사이의 광학적 경로 및 전기신호 경로, 및 드라이버 (5), 변조기 (3), 드라이버 (6), 변조기 (4), 검출기 (85, 1085, 1086, 1286), 전자 프로세서 (509), 및 컴퓨터 (110) 사이의 전기신호 경로를 도시한 도 5a 와 함께 본 발명의 바람직한 제 5 실시예를 도시한 도면.

도 5b 는 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (370) 을 도시한 도면.

도 5c 는 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (370) 을 위해 외부 미러를 제공하는 측정 셀 (90) 을 도시한 도면.

도 5d 는 처리 전자장치 (509) 의 블록도.

도 5a-5c 및 5e 는 처리 전자장치 (509A) 의 블록도를 도시한 도 5e 와 함께 본 발명의 제 5 실시예의 바람직한 변형을 도시한 도면.

도 6a-6e 는, 소스 (1), 변조기 (3), 소스 (2), 변조기 (4), 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (369), 시차 평면 미러 간섭계 (270), 측정 셀 (90), 검출기 (185, 1285, 1086) 사이의 광학적 경로 및 전기신호 경로, 및 드라이버 (5), 변조기 (3), 드라이버 (6), 변조기 (4), 검출기 (185, 1285, 1086), 전자 프로세서 (609), 및 컴퓨터 (110) 사이의 전기신호 경로를 도시한 도 6a 와 함께 본 발명의 바람직한 제 6 실시예를 도시한 도면.

도 6b 는 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (369) 으로 입사하는 광 빔 (11) 의 경우에 대한 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (369) 을 도시한 도면.

도 6c 는 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (369) 에서 출사하는 광 빔 (345, 1345) 의 경우에 대한 시차 평면 미러 간섭계 (369) 를 도시한 도면.

도 6d 는 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (369) 을 위해 외부 미러를 제공하는 측정 셀 (90) 을 도시한 도면.

도 6e 는 처리 전자장치 (609) 의 블록도.

도 6a-6d 및 6f 는 처리 전자장치 (609A) 의 블록도를 도시한 도 6f 와 함께 본 발명의 제 6 실시예의 바람직한 변형을 도시한 도면.

도 7a-7c 는, 소스 (1), 변조기 (3), 소스 (2), 변조기 (4), 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (269, 470), 측정 셀 (90), 검출기 (85, 1085, 86, 1086) 사이의 광학적 경로 및 전기신호 경로, 및 드라이버 (5), 변조기 (3), 드라이버 (6), 변조기 (4), 검출기 (85, 1085, 86, 1086), 전자 프로세서 (709), 및 컴퓨터 (110) 사이의 전기신호 경로를 도시한 도 7a 와 함께 본 발명의 바람직한 제 7 실시예를 도시한 도면.

도 7b 는 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (470) 을 도시한 도면.

도 7c 는 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (470) 을 위해 외부 미러를 제공하는 측정 셀 (90) 을 도시한 도면.

도 8a-8c 는, 소스 (1), 변조기 (3), 소스 (2), 변조기 (4), 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (269, 570), 측정 셀 (90), 검출기 (85, 1085, 186, 286, 1186, 1286) 사이의 광학적 경로 및 전기신호 경로, 및 드라이버 (5), 변조기 (3), 드라이버 (6), 변조기 (4), 검출기 (85, 1085, 186, 286, 1186, 1286), 전자 프로세서 (809), 및 컴퓨터 (110) 사이의 전기신호 경로를 도시한 도 8a 와 함께 본 발명의 바람직한 제 8 실시예를 도시한 도면.

도 8b 는 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (570) 을 도시한 도면.

도 8c 는 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (570) 을 위해 외부 미러를 제공하는 측정 셀 (90) 을 도시한 도면.

도 9 는, 소스 (1), 변조기 (3), 소스 (2), 변조기 (4), 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (369, 470), 측정 셀 (90), 검출기 (185, 1285, 86, 1086) 사이의 광학적 경로 및 전기신호 경로, 및 드라이버 (5), 변조기 (3), 드라이버 (6), 변조기 (4), 검출기 (185, 1285, 86, 1086), 전자 프로세서 (909), 및 컴퓨터 (110) 사이의 전기신호 경로를 도시한 도 9 와 함께 본 발명의 바람직한 제 9 실시예를 도시한 도면.

도 10 은 본 발명에 따른 방법을 실행할 때 수행된 다양한 단계를 도시한 하이레벨 흐름도.

본 발명은, 일반적으로, 가스의 선택된 고유한 광학적 성질에 대한 정보가 전자 광학 계측 및 다른 응용예에서의 사용을 위해 측정되고 감시될 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 상대 굴절율, 상대 분산, 및 역분산력의 측정을 제공하도록 동작하는데, 상대 굴절율, 상대 분산, 및 역분산력은 실질적으로 가스온도 및 압력과 같은 주위환경 조건에 무관하다. 이들 측정에 있어서, 가스는 난기류일 수도 있고, 가스 조성이 알려지지 않을 수도 있으며, 가스 조성이 시간에 따라 가변적일 수 있고, 가스구성에 대한 굴절율의 분산 및 굴절율의 지식이 요구되지 않는다. 본 발명의 장치에 의해 생성된 정보는 측정 레그 (leg) 에서의 굴절율, 특히 신속한 스테이지 슬루 레이트 (stage slew rate) 에 의해 유도된 난기류 및 주위환경 영향에 의해 야기된 측정 레그에서의 굴절율 변화에 관련된 에러를 보상하기 위한 간섭 거리측정기구 (DMI) 에서의 사용에 특히 적합하다.

본 발명의 몇몇 실시예는, 최종 측정에서 다소의 정확도를 필요로 하고 최종 측정양의 결정에서 사용되는 광 빔의 파장 변화에 대한 최종 측정양의 다소의 감도를 필요로 하는 3개의 그룹으로 분류된다. 다양한 실시예들은 공통의 특징을 공유하는 한편, 이들은 각각의 목적을 달성하기 위해 몇가지 세부사항에 있어서 상이하다.

일반적으로, 본 발명의 장치는 기준 레그 및 측정 레그를 갖는 간섭계 수단을 포함한다. 상기 구성 레그 각각은 소정의 물리적 경로 길이를 갖는데, 하나의 기준 레그는 소정 매체, 바람직하게는 진공에 의해 점유되도록 구성되고 배치되며, 제 2 의 기준 레그는 실질적으로 제로 (0) 인 물리적 길이를 갖도록 구성되고, 측정 레그는 고유한 광학적 성질이 측정되고 감시되는 가스에 의해 점유되도록 구성되고 배치된다. 바람직한 형태에서는, 간섭계 수단은 기준 레그 중의 하나로서 역할하는 밀폐된 내부 챔버 및 측정 레그로서 역할하며 내부 챔버를 둘러싸는 외부 챔버를 구비한 동심의 셀을 포함한다. 내부 챔버는 진공을 제공하도록 실질적으로 속이 비워지고, 외부 챔버는 주위환경에 개방되는데, 전형적인 간섭 DMI 응용에서는 주위환경이 공기이다. 동심 셀은 셀의 세로축에 수직으로 고정된 파장 선택 미러로 각 섹션이 덮힌 직원주 원통 형태인 것이 바람직하다.

상이한 파장을 갖는 적어도 2개의 광 빔을 생성하는 수단이 포함된다. 바람직한 실시예에서는, 소스가 일군의 광 빔을 생성하고, 이 일군의 광 빔은 적어도 2개의 광 빔을 포함하고, 이 일군의 광 빔의 각 빔은 상이한 파장을 갖는다. 이 일군의 광 빔의 빔들의 파장 사이의 대략적인 관계는 알려져 있다.

일군의 주파수 시프트된 광 빔은 일군의 광 빔의 각 빔의 2개의 직교 편향된 성분 사이에 주파수 차이를 도입함으로써 이 일군의 광 빔으로부터 생성되어, 이 일군의 주파수 시프트된 광 빔의 2개의 빔이 동일한 주파수 차이를 갖지 않게 한다. 다수의 실시예에서, 파장들의 비는 각각의 상대정밀도, 즉, 파장들의 비의 각각의 상대정밀도에 대한 상기 알려진 대략적인 관계와 동일한데, 파장들의 비의 각각의 상대정밀도들의 각각의 상대정밀도는 가스의 각각의 역분산력의 측정에 요구되는 상대정밀도에 가스의 각각의 분산력을 승산한 값보다 저위의 크기이다. 상기 실시예들 중의 임의의 실시예에서는, 대략적인 관계는 일련이 비로서 표현되며, 각각의 비는 각각의 상대정밀도, 즉, 상기 일련의 비의 각각의 상대정밀도에 대한 저위 (low order) 의 0 이 아닌 정수의 비, 예컨대, 1/2 로 구성되는데, 상기 일련의 비의 각각의 상대정밀도들의 각각의 각각의 상대정밀도는 각각의 역분산력의 측정에 요구되는 상대정밀도에 가스의 각각의 분산력을 승산한 값보다 저위의 크기이다. 다른 실시예에서는, 파장들의 비의 각각의 상대정밀도가 파장들의 비의 원하는 각각의 상대정밀도에 부적절한데, 파장들의 비를 감시하고, 파장들의 비의 각각의 상대정밀도를 제어하는 피드백, 파장들의 비의 원하는 각각의 상대정밀도로부터 파장들의 비의 각각의 상대정밀도의 바람직하지 않는 이탈에 의해 영향받는 이하의 계산을 보정하는 정보를 제공하거나, 또는 이 둘의 몇몇 조합을 제공하는 수단이 제공된다.

주파수 시프트된 광 빔의 각각의 적어도 일부는 적절한 광학 수단에 의해 간섭계 수단으로 도입되어 각각의 광 빔 부분이 소정 매체의 기준 레그 및/또는 실질적으로 0 인 물리적 길이이며 소정 경로를 따른 가스의 기준 레그를 통해 이동하고, 소정 매체 및 가스의 기준 레그의 소정 경로는 실질적으로 동일한 물리적 경로 길이를 갖는다. 그후, 광 빔 부분은, 측정 레그 내의 가스를 통한 광학적 경로 길이, 하나의 기준 레그인 제 1 기준 레그 내의 소정 매체 (진공이 바람직하다) 를 통한 광학적 경로 길이, 및/또는 제 2 기준 레그인 실질적으로 0 인 물리적 길이의 제 2 기준 레그를 통한 광학적 경로 길이에 대한 정보를 포함하는 출사 빔 (exit beam) 으로서 간섭계 수단으로부터 나타난다. 바람직한 형태에서는, 광 빔 부분을 간섭계 수단으로 도입하는 광학 수단은, 동심 셀의 파장 선택 엔드 미러 (end mirror) 중의 하나를 통한 하나의 파장에 대응하는 광 빔 부분들 중의 하나와, 동심 셀의 단부 (end section) 중의 다른 파장 선택 미러를 통한 파장들 중의 다른 하나에 대응하는 광 빔 부분들 중의 다른 하나를 도입하도록 구성되고 배치된다. 바람직한 실시예 중의 하나에서는, 광 빔 부분들의 3개의 일군이 생성되는데, 하나의 파장에서의 하나는 동심 셀의 하나의 단부로 도입되고 다른 파장에서의 둘은 동심 셀의 다른 단부로 도입된다.

또다른 실시예에서, 광학 수단이 동심 셀을 통해 이동함에 따라 광학 수단은 소정의 광 빔 부분이 복수회의 통과를 겪도록 구성된다.

제 1 기준 레그와 측정 레그 및/또는 제 2 기준 레그와 측정 레그로부터의 각 광 빔 부분의 출사 빔들 사이의 위상차에 대응하는 정보를 포함하는 혼합된 광학 신호를 생성하기 위하여 출사 빔들을 수신하는 조합 수단이 제공된다. 그후, 혼합된 광학 신호는 상이한 빔 파장에서의 가스의 굴절율에 해당하는 정보, 상이한 빔 파장에서의 가스의 굴절율에 해당하는 정보, 및 빔 파장에 해당하는 정보의 조합을 포함하는 전기 간섭신호를 생성하도록 동작하는 광검출기에 의해 감지된다.

그후, 전기 간섭신호는 가스의 선택된 고유한 광학적 성질을 결정하도록 동작하는 전자적 수단에 의해 분석된다. 전자적 수단은 요구되는 계산을 수행하는 공지된 방법으로 적절히 프로그램된 일반 목적의 컴퓨터 또는 마이크로프로세서의 형태일 수 있다. 전자적 수단은 고유한 광학적 성질인 가스의 역분산력 (Γ) 을 다음과 같이 결정하도록 구성된다.

여기서, λ₁, λ₂, λ₃는 파장이고 n₁, n₂, n₃는 굴절율이며, 분모는 [n₃(λ₃)-n₁(λ₁)] 또는 [n₂(λ₂)-n₁(λ₁)]으로 대체될 수도 있다. 전자적 수단은 또한 고유한 광학적 성질인 가스의 역분산력 (Γ)을 다음과 같이 결정하도록 구성될 수 있다.

여기서, i 와 j 는 파장에 해당하는 정수이다. 전자적 수단은 또다른 고유한 광학적 성질인 상이한 빔 파장에서의 가스의 상대 분산과 상대 굴절율을 결정하도록 구성될 수 있는데, 가스의 상대 굴절율은 다음과 같은 형태이다.

그리고, 가스의 상대 분산은 다음과 같은 형태이다.

여기서, i, j, r, s 는 파장에 해당하는 정수이고, i ≠j, r ≠s 이며, 적어도 i 또는 j 중의 어느 하나는 r 또는 s 중의 어느 하나와 다르다.

바람직한 형태에서는, 전기 간섭신호는 가스의 굴절율, 가스의 상대굴절율, 및 빔 파장에 해당하는 위상정보를 포함하는 헤테로다인 신호를 포함하고, 이 장치는 가스의 굴절율의 분산에 해당하는 위상정보를 포함하는 하나 이상의 수퍼헤테로다인 신호를 생성하도록 헤테로다인 신호를 혼합, 즉, 승산하는 수단을 더 포함하는데, 가스의 굴절율 분산은 가스의 굴절율 또는 가스의 상대굴절율로부터 얻어진다. 헤테로다인 및 수퍼헤테로다인 신호의 위상 애매성을 해소하는 수단도 포함된다. 광 빔 부분들이 다양한 실시예의 간섭계 수단을 통해 이동함에 따라 광 빔 부분들에 의해 경험된 광학적 경로의 세부적인 면에 따라서, 일실시예에서, 최종 데이터 처리에 앞서 수정된 헤테로다인 신호의 생성을 필요로 하는 추가의 또는 다른 전자장치가 제공된다.

본 발명의 방법이 상기 바람직한 장치를 사용하여 수행될 수 있는 한편, 다른 잘 알려진 장치를 이용하여서도 실행될 수 있음은 명백할 것이다. 또한, 호모다인 신호를 사용하는 장치가 채용될 수도 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점과 함께, 본 발명의 구성 및 동작은 도면을 참조하여 상세한 설명에 의해 잘 이해될 것인데, 본 발명의 구성요소들에는 도면 전체에서 부재번호가 할당된다.

본 발명은, 후속의 하류측의 또는 동시의 응용예, 예컨대, 측정 경로 내의 가스의 굴절율, 특히, 신속한 스테이지 슬루 레이트에 의해 측정레그 내에 유도된 공기 난류 또는 주위환경 조건의 변화 때문에 거리측정 장치의 측정기간 동안 또는 그 직전에 발생하는 굴절율의 변화를 보상함으로써 정확도를 향상시키는 간섭 거리 측정 장치에서, 가스의 고유한 광학적 성질, 특히, 그 역분산력이 신속히 측정되고 사용될 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명의 장치의 다양한 실시예가 도시되고 설명된다. 이들은 세부적으로는 다르지만, 개시된 실시예들은 많은 공통의 소자들을 공유하고 엔드 유즈 애플리케이션 (end use application) 및 광원의 요구되는 제어 정도에 따라 자연스럽게 세 그룹으로 분류된다. 다음에서 알 수 있는 바와 같이, 각 그룹 내의 개시된 실시예들은 이들의 간섭 광학적 경로의 구현방법 및/또는 소정의 정보신호의 전자적 처리방법의 세부사항에 있어서 다르다. 설명될 실시예들의 각 그룹은 3가지 실시예 및 그 변형예로 구성된다.

제 1 그룹은, 엔드 유즈 애플리케이션이 가스의 고유한 광학적 성질이 결정되는 특정 방식의 선택에 실질적으로 영향을 미치지 않고, 그리고 채택된 광원의 안정도가 충분하며 이 채택된 광원에 의해 생성된 광 빔의 파장 비가 최종적인 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터 상에 부과된 요구되는 정밀도를 충족시키기에 충분한 상대정밀도로 기지의 비 값에 일치되는 응용을 목적으로 한다.

제 2 그룹은, 엔드 유즈 애플리케이션이 가스의 고유한 광학적 성질이 결정되는 특정 방식의 선택에 실질적으로 영향을 미치지 않고, 그리고 채택된 광원의 안정도가 충분하며 이 채택된 광원에 의해 생성된 광 빔의 파장의 비가 제 1 그룹의 대응하는 필요조건을 충족시키기에 반드시 충분하진 않더라도 최종적인 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터에 부과된 요구되는 정밀도를 충족시키기에 충분한 상대정밀도로 기지의 비 값에 일치되는 용도에 특히 적합하다.

제 3 그룹은, 광원의 안정도를 감시하고 정확도에 대한 성능 필요조건을 충족시키기 위해 상기 채택된 광원에 의해 생성된 광 빔의 파장 비를 측정할 필요가 있는 용도에 특히 적합하다. 또한, 제 3 그룹은 엔드 유즈 애플리케이션의 고려가 가스의 고유한 광학적 성질이 결정되는 특정 방식의 선택에, 각각, 실질적으로 영향을 미치던가 또는 미치지 않는, 제 1 및 제 2 그룹의 엔드 유즈 애플리케이션 범주의 어느 하나에서의 사용에 적합하다. 각 그룹에 대해, 호모다인, 헤테로다인, 및/또는 수퍼헤테로다인 신호를 분석할 때 발생할 수 있는 위상 애매성 및 위상 오프셋을 취급하는 장치, 및 본 발명의 단계들을 구현하는 방법이 개시된다.

이하, 가스의 고유한 광학적 성질, 특히, 그 역분산력을 측정하기 위해 제 1 그룹으로부터 본 발명의 장치의 바람직한 일실시예를 도식적으로 도시한 도 1a-1f 를 설명하기로 하는데, 여기서, 엔드 유즈 애플리케이션은 가스의 고유한 광학적 성질이 결정되는 특정 방식에 실질적으로 영향을 미치지 않고, 그리고 채택된 광원의 안정도가 충분하며 이 채택된 광원에 의해 생성된 광 빔의 파장 비가 최종적인 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터에 부과된 요구되는 정확도를 충족시키기에 충분한 상대정밀도로 기지의 비 값에 일치된다. 이 장치는 광범위한 방사 소스에 대해 응용되는데, 이하, 광 측정 시스템에 대한 예를 통해 설명하기로 한다.

도 1a 를 참조하고 본 발명의 바람직한 제 1 실시예의 바람직한 방법에 따르면, 소스 (1) 로부터 방사된 광 빔 (7) 은 광 빔 (9) 을 생성하는 변조기 (3) 를 통과한다. 변조기 (3) 는 드라이버 (5) 에 의해 여기된다. 소스 (1) 는, 바람직하게는 편광되고 파장이 λ₁인, 레이저 또는 코히런트 (cohoerent) 방사의 유사한 소스인 것이 바람직하다. 변조기 (3) 는 예컨대 음향 광 장치 또는 빔 (7) 의 편광성분을 선택적으로 변조하는 추가의 광학계를 구비한 음향 광 장치일 수도 있다. 변조기 (3) 는 빔 (7) 의 하나의 선형 편광 성분의 발진주파수를 직교 선형 편광 성분에 대해 f₁만큼 시프트하는 것이 바람직한데, 여기서 성분의 편광 방향은 x 와 y 로 표기된다. 제 1 실시예의 다음 설명에서는, 본 발명의 사상이나 범위에서 벗어남없이, 빔 (9) 의 x 편광성분이 빔 (9) 의 y 편광성분에 대해 f₁만큼 시프트된 발진주파수를 갖는 것으로 가정한다.

다음 단계에서, 소스 (2) 로부터 방사된 광 빔 (8) 은 변조기 (4) 를 통과하여 광 빔 (10) 을 생성한다. 변조기 (4) 는, 각각, 변조기 (3) 및 드라이버 (5) 와 마찬가지로, 드라이버 (6) 에 의해 여기된다. 소스 (1) 와 마찬가지로, 소스 (2) 는 편광된 코히런트 방사이지만 상이한 파장 (λ₂) 인 레이저 또는 유사한 소스인 것이 바람직한데, 여기서, 파장 (λ₁/λ₂) 의 비는 기지의 대략적인 비 값인l₁/l₂를 갖는다. 즉,

여기서, l₁및 l₂는 정수 및 정수 아닌 값으로 가정할 수 있다. 빔 (10) 의 x 편광 성분은 빔 (10) 의 y 편광 성분에 대해 f₂만큼 시프된 발진주파수를 갖는다. 또한, 빔 (9, 10) 의 x 성분의 주파수 시프트의 방향은 동일하다.

빔 (9, 10) 은 하나 이상의 파장을 방사하는 단일 레이저 소스, 또는, 광 주파수 배가수단과 조합된 단일 레이저 소스, 또는 적어도 2개의 파장의 광 빔을 생성할 수 있는 임의의 등가의 소스 구성에 의해서 택일적으로 제공될 수 있음은 당업자에 의해 이해될 것이다. 또한, 주파수 시프트 f₁및 f₂중의 하나 또는 둘은 지만 스플리팅 (Zeeman splitting) 또는 레이저 소스의 특징을 나타내는 유사한 현상의 결과일 수도 있다.

도 1a 를 참조하면, 빔 (9) 은 미러 (53) 에 의해 반사되어 빔 (11) 으로 되고 빔 (10) 은 미러 (54) 에 의해 반사되어 빔 (12) 으로 된다. 빔 (11) 은 시차 평면 미러 간섭계 (69) 상에 입사하고 빔 (12) 은 시차 평면 미러 간섭계 (70) 상에 입사한다. 측정 셀 (90) 에 의해 제공된 외부 미러를 갖는 시차 평면 미러 간섭계 (69, 70) 는 빔 (11) 의 x 와 y 성분 사이에 위상 시프트 (φ₁) 를 도입하고 빔 (12) 의 x 와 y 성분 사이에 위상 시프트 (φ₂) 를 도입하는 간섭 수단을 포함한다.

측정 셀 (90) 은 편의상 직원주 원통 형태의 일군의 포개진 동심 챔버로서 형성되는데, 그 내부 챔버는 진공으로 되고 외부 챔버는 고유한 광학적 성질이 감시되는 가스에 의해 점유된다.

시차 평면 미러 간섭계는 2개의 외부 평면 미러 사이에서의 광학적 경로 변화를 측정한다. 도 1b 에 도시된 바와 같은 시차 평면 미러 간섭계 (69) 는 4개의 출사/리턴 빔 (exit/return beam) (17, 25, 117, 125) 을 갖는다. 빔 (11) 의 한 주파수 성분으로부터 발생하는 빔 (17, 25) 인 제 1 주파수 성분은 하나의 측정 레그를 위한 빔들로 구성되고 빔 (11) 의 제 2 주파수 성분으로부터 발생하는 빔 (117, 125) 은 제 2 측정 레그를 위한 빔들로 구성된다. 빔 (11) 의 제 1 주파수 성분이 유일한 프로제니터 (progenitor) 인 빔은 도 1b 에 점괘선으로 표시되고 빔 (11) 의 제 2 주파수 성분이 유일한 프로제니터인 빔은 도 1b 에 점선으로 표시된다.

시차 평면 미러 간섭계 (70) 는 도 1c 에 도시된 바와 같이 4개의 출사/리턴 빔 (18, 26, 118, 126) 을 갖는다. 빔 (12) 의 한 주파수 성분으로부터 발생하는 빔 (18, 26) 은 하나의 측정 레그로 구성되고 빔 (12) 의 제 2 주파수 성분으로부터 발생하는 빔 (118, 126) 은 제 2 측정 레그로 구성된다. 빔 (12) 의 제 1 주파수 성분이 유일한 프로제니터인 빔들은 도 1c 에 점괘선으로 표시되고 빔 (12) 의 제 2 주파수 성분이 유일한 프로제니터인 빔들은 도 1c 에 점선으로 표시된다.

빔 (17, 25, 117, 125) 은 도 1d 에 도시된 측정 셀 (90) 로 입사하여 빔 (27, 127) 으로 된다 (도 1b 참조). 빔 (11) 의 제 1 주파수 성분이 유일한 프로제니터인 빔들은 도 1d 에 점괘선으로 표시되고 빔 (11) 의 제 2 주파수 성분이 유일한 프로제니터인 빔들은 도 1d 에 점선으로 표시된다. 빔 (27, 127) 은, 각각, 역분산력이 결정되는 가스를 통한 광학적 경로 길이, 및 진공을 통한 광학적 경로 길이에 대해 파장 λ₁에서의 정보를 포함한다.

빔 (18, 26, 118, 126) 은 도 1e 에 도시된 측정 셀 (90) 상에 입사하여 빔 (28, 128) 으로 된다 (도 1c 참조). 빔 (12) 의 제 1 주파수 성분이 유일한 프로제니터인 빔들은 도 1e 에 점괘선으로 표시되고 빔 (12) 의 제 2 주파수 성분이 유일한 프로제니터인 빔들은 도 1e 에 점선으로 표시된다. 빔 (28, 128) 은, 각각, 가스를 통한 광학적 경로 길이, 및 진공을 통한 광학적 경로 길이에 대해 파장 λ₂에서의 정보를 포함한다.

도 1b 를 참조하면, 빔 (27) 은 미러 (63B) 에 의해 반사되고 그 일부는 바람직하게는 비 편광형인 빔 스플리터 (63A) 에 의해 반사되어 빔 (129) 의 한 성분이 된다. 빔 (127) 의 일부는 빔 스플리터 (63A) 에 의해 전달되어 빔 (129) 의 제 2 성분이 된다. 빔 (129) 은 혼합 빔으로서 시차 평면 미러 간섭계 (69) 를 출사하는데, 빔 (129) 의 제 1 및 제 2 성분은 상이한 주파수를 갖는 동일한 선형 편광을 갖는다.

빔 (28) 은 미러 (64B) 에 의해 반사된 후 그 일부가 바람직하게는 비 편광 빔 스플리터인 빔 스플리터 (64A) 에 의해 반사되어 위상 시프트된 빔 (130) 의 제 1 성분으로 된다. 빔 (128) 의 일부는 빔 스플리터 (64A) 에 의해 전달되어 위상 시프트된 빔 (130) 의 제 2 성분으로 된다. 위상 시프트된 빔 (130) 은 혼합 빔으로서 시차 평면 미러 간섭계 (70) 를 출사하는데, 빔 (130) 의 제 1 및 제 2 성분은 상이한 주파수를 갖는 동일한 편광을 갖는다.

위상 시프트의 크기 (φ₁, φ₂) 는 다음 수학식에 따라 도 1d 및 도 1e 에 도시된 측정 경로 (97) 및 기준 경로 (98) 의 물리적 순환길이에 관련된다.

여기서, n_j,i는 파수 k_j=(2π)/λ_j에 대응하는 측정경로 (97) 의 경로 i 에서의 가스의 굴절율이고, 기준경로 (98) 내의 굴절율은 1 로 설정되었고, L_G,i와 L_V,i는 각각 측정경로 (97) 및 기준경로 (98) 의 경로 i 의 물리적 순환길이이다.

수학식 2 는, 제 1 실시예에서 본 발명의 기능을 가장 간단하게 도시하기 위해 선택된 경우인, 상이한 2개의 파장에 대한 경로가 실질적으로 같은 넓이를 가지는 경우에 대해 타당하다. 도 1b 및 도 1c 는 동일한 이유로 p = 2 인 경우이다. 당업자에게는, 2개의 상이한 파장에 대한 경로가 실질적으로 같은 넓이를가지는 경우와 p ≠2 인 경우에 대한 일반화는 자명한 절차이다.

거리 측정 간섭계에서의 비선형성을 만드는 주기적인 에러 (상기 Bobroff 의 논문 참조) 는 수학식 2 에서 생략되었다. 각 광 빔 소스로부터 간섭계로의 광 빔에 대한 전달 시스템에서의 분할된 빔 및/또는 간섭계에서의 분할된 빔을 사용하는 것과 같은 당업자에게 공지된 기술은 주기적인 에러를 무시할만한 레벨로 감소시키거나 주기적인 에러의 존재를 보상하기 위해 사용될 수 있다 [M. Tanaka, T. Yamagami, 및 K. Nakayama의 "Linear Interpolation of Periodic Error in a Heterodyne Laser Interferometer at Subnanometer Levels", IEEE Trans. Instrum. and Meas., 38(2), 552-554, 1989].

도 1a 에 도시된 바와 같은 다음 단계에서, 위상 시프트된 빔 (129, 130) 은 각각 광검출기 (85, 86) 에 닿아, 바람직하게는 광전기 검출에 의해, 각각 헤테로다인 신호 s₁및 s₂인 2개의 간섭신호로 된다. 신호 s₁은 파장 λ₁에 상응하고 신호 s₂는 파장 λ₂에 상응한다. 신호 s_j는 다음과 같은 형태를 갖는다.

여기서, 시간종속변수 α_j(t) 는 다음과 같이 주어진다.

헤테로다인 신호 (s₁과 s₂) 는, 디지털 또는 아날로그 형태, 바람직하게는 디지털 형태로, 각각 전자신호 (103, 104) 로서 분석을 위해 전자 프로세서 (109) 로 전달된다.

드라이버 (5, 6) 의 위상은, 디지털 또는 아날로그 형태, 바람직하게는 디지털 형태로, 전자신호인 기준신호 (101, 102) 에 의해 각각 전자 프로세서 (109) 로 전달된다.

헤테로다인 신호 (s₁과 s₂) 를 전자적으로 처리하기 위한 바람직한 방법은 l₁과 l₂가 저위 정수가 아닌 경우에 대해 여기 제공된다. l₁과 l₂가 저위 정수이고 파장의 비가 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터 상에 부과된 요구되는 정밀도를 충족시키기에 충분한 상대정밀도로 기지의 비 (l₁/l₂) 에 일치되는 경우에 대해, 헤테로다인 신호 (s₁및 s₂) 를 전자적으로 처리하기 위한 바람직한 절차는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예의 변형에 대해 다음에 설명된 것과 동일하다.

신호 (s₁, s₂) 의 위상 (φ₁, φ₂) 은, 각각, 바람직하게는 수퍼헤테로다인 수신기 기술의 응용에 의해 얻어지는데, 여기서, 신호 (s₁, s₂) 의 주파수는, 조건들이 고정밀도의 위상측정에 대해 일반적으로 더 유리한, f₁및 f₂보다 실질적으로 작은 주파수로 시프트된다. 도 1f 를 참조하면, 전자 프로세서 (109) 는 주파수 f₀에서 신호 s₀를 생성하는 안정한 로컬 발진기 (1090) 로 구성되는 것이 바람직한데, f₀는 일반적으로 f₁과 f₂보다 실질적으로 더 낮다. 전자 프로세서 (109) 는, 아날로그 또는 디지털 처리, 바람직하게는 디지털 처리로서, 각각이 기준신호 (101, 102) 로부터 각각 주파수 f₁-f₀와 f₂-f₀에서의 단일 사이드밴드와 신호 s₀를 갖는 2개의 혼합된 신호를 생성하기 위하여 이미지-리젝트 혼합기 (1091A, 1091B) 를 더 포함한다. 또한, 이 단일 사이드밴드신호는, 2개의 신호를 혼합한 이후에 원치 않는 이미지 사이드밴드를 리젝트하는 동조된 필터의 공지된 기술과 같은 다른 절차에 의해 생성될 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 또한, 이미지 사이드밴드인 고주파 사이드밴드는 본 발명의 범위 또는 사상으로부터 벗어나지 않는다면 보존을 위해 선택될 수 있었음은 당업자에게 명백할 것이다. 단일 사이드밴드 신호는 다음과 같은 형태이다.

여기서, φ_I1과 φ_I2는 위상 오프셋 에러이다.

전자 프로세서 (109) 는, 아날로그 또는 디지털 처리, 바람직하게는 디지털 처리로서, 다음과 같은 수학적 형태를 갖는 수퍼헤테로다인 신호 S_1×I1를 생성하기 위해 헤테로다인 신호 (s₁, s_I1) 를 전자적으로 승산하는 전자 프로세서 (1092A) 를 더 포함한다.

수퍼헤테로다인 신호 S_1×I1는 서프레스 캐리어 (suppressed carrier) 를 갖는 2개의 사이드밴드를 포함하고 다음과 같이 다시 바꿔 쓸 수 있다.

여기서,

따라서, 수퍼헤테로다인 신호 S_1×I1는 동일한 진폭의 2개의 사이드밴드 S⁺ _1×I1과S^- _1×I1을 포함하는데, 하나의 사이드밴드는 주파수 v₁과 위상 θ_1×I1을 갖고 제 2 사이드밴드는 주파수 F 와 위상 _1×I1을 갖는다.

다음 단계에서, 사이드밴드 S⁺ _1×I1과S^- _1×I1은 고대역통과 및 저대역통과 필터링을 통한 전자 프로세서 (1093A), 또는 주파수에서 분할되는 2개의 신호를 분할하는 임의의 유사한 기술에 의해 분할된다. 저주파 사이드밴드 S^- _1×I1의 주파수 F 는 고주파 사이드밴드 S⁺ _1×I1의 주파수 v₁보다 훨씬 더 작을 수 있다. 전자 프로세서 (109) 는 디지털 힐베르트 변환 위상 검출기 [R. E. Best의 McGraw-Hill (New York) 1993년 2판 "Phase-locked loops: theory, design, and applications"의 4.1.1 절; A. V. Opperheim 및 R. W. Schafer의 "Discrete Hilbert Transforms" in Discrete-Time Signal Processing, (Prentice Hall) 1989 의 제 10 장 참조] 등과 같은 시간 기반의 위상검출을 이용한 위상 _1×I1및 기준신호 (s₀) 를 결정하기 위하여 전자 프로세서 (1094A) 를 더 포함한다.

전자 프로세서 (109) 는, 아날로그 또는 디지털 처리, 바람직하게는 디지털 처리로서, 다음과 같은 수학적 형태를 갖는 수퍼헤테로다인 신호 S_2×I2를 생성하기 위하여 전자적으로 승산하는 전자 프로세서 (1092B) 를 더 포함한다.

또한, 수퍼헤테로다인 신호 S_2×I2는 서프레스 캐리어를 갖는 2개의 사이드밴드를 더 포함하고 다음과 같이 바꿔 쓸 수 있다.

여기서,

따라서, 수퍼헤테로다인 신호 S_2×I2는 동일 진폭의 2개의 사이드밴드인 S⁺ _2×I2과S^- _2×I2을 더 포함하는데, 한 사이드밴드는 주파수 v₂와 위상 θ_2×I2를 갖고 제 2 사이드밴드는 주파수 F 와 위상 _2×I2를 갖는다.

다음 단계에서, 사이드밴드S⁺ _2×I2과S^- _2×I2은 고대역통과 및 저대역통과를 통한 전자 프로세서 (1093B), 또는 주파수에서 분할되는 2개의 신호를 분할하는 임의의 유사한 기술에 의해 분할된다. 전자 프로세서 (1093A) 의 논의에서 언급된 바와 같이, 저주파 사이드밴드 S^- _2×I2의 주파수 F 는 고주파 사이드밴드 S⁺ _2×I2의 주파수 v₂보다 훨씬 더 작을 수 있는데, 프로세서 (1093B) 의 분할작업을 상당히 단순화시킨다. 전자 프로세서 (109) 는 디지털 힐베르트 변환 위상 검출기 (Best 의 상기 논문 참조) 등과 같은 시간 기반 위상 검출을 이용한 위상 _2×I2및 기준신호 s₀를 결정하기 위해 프로세서 (1094B) 를 더 포함한다.

다음에, 위상 ( _1×I1, _2×I2) 은 각각 전자 프로세서 (1095A, 1095B) 에서 각각 l₁및 l₂에 의해 승산된다. 다음에, 아날로그 또는 디지털 처리, 바람직하게는 디지털 처리에 의해, 위상 (l₁/p) _1×I1과 (l₂/p) _2×I2가 전자 프로세서 (1096A) 에서 가산되고, 전자 프로세서 (1097A) 에서 전자로부터 후자를 감산하는데, 위상 θ_1G와 _1G의 첨자 1G 는 실시예들의 제 1 그룹에 속하는 실시예에서 얻어진 위상을 표시한다.

수학식 21 및 22 로부터, θ_1G와 _1G는 측정 셀 (90) 의 반사면 (95) 또는 반사면 (96) 의 경사에 민감하지 않고 시차 평면 미러 간섭계의 사용의 결과로서 관련된 광 성분 및 간섭계 빔 스플리팅 큐브 (splitting cube) 에서 발생할 수 있는 열적 및 기계적 장애에 민감하지 않다는 것을 알 수 있다.

진공으로 구성된 측정 경로 (97) 에 대해, 위상 ( _1G) 는 측정 셀 (90) 내의 하나 또는 두개의 미러의 움직임, 즉, 미러 분할을 변화시키는 움직임에 기인한 도플러 시프트에 실질적으로 무관한 상수이어야 한다. 이것은 전기신호 (s₁, s₂) 에 의한 그룹 지연에서의 차이에 기인하여 실제적으로는 상기 경우가 아닐 수도 있다. 종종 엔벌로프 (envelope) 지연이라 불리는 그룹 지연은 한 패킷의 주파수의 지연을 설명하고 특정 주파수에서의 그룹 지연은 특정 주파수에서의 위상 곡선의 음의 경사로서 정의된다 [H. J. Blinchikoff 및 A. I. Zverev, Filtering in the Time and Frequency Domains, Section 2.6, 1976 (Wiley, New York) 참조]. 위상 ( _1G) 이 진공으로 이루어진 측정 경로에 대해 상수가 아니라면, 당업자에게 알려진 기술은 이 상수로부터 위상 ( _1G) 의 이러한 이탈을 보상하기 위해 사용될 수 있다 (Blinchikoff 및 Zverev 의 상기 인용문 참조). 특정 그룹 지연에 대한 보상은 일반적으로 특정 그룹 지연을 생성하는 처리 소자의 전 또는 후, 또는 얼마 전 및 얼마 후에 도입될 수 있다.

_1G에서의 그룹 지연 효과는 이동가능하도록 정렬된 미러 (92) 의 상이한 병진운동 속도의 함수로서 _1G를 측정함으로써 검출될 수 있을 뿐 아니라 결정될 수 있음을 주목하는 것이 중요하다. 또한, _1G에서의 그룹 지연 효과는, 차후의 아날로그 신호처리 및/또는 A/D 변환 하류측을 위해 아날로그 신호로서 신호 (s₁, s₂) 를 전달하는 것과는 전혀 달리, 각각 검출기 (85, 86) 내의 광전 검출기에 실제만큼 가깝게 신호 (s₁, s₂) 의 A/D 변환 (analog-to-digital conversion) 을 수행한 후에 디지털 신호처리를 함으로써 상당히 감소될 수 있음을 주목하는 것이 중요하다.

기준신호 (101, 102) 를 대신하는 기준신호는, 빔 스플리터, 바람직하게는 비편광 빔 스플리터를 이용하여 빔 (9, 10) 의 부분들을 분할하고, 빔 (9) 의 분할부분과 빔 (10) 의 분할부분을 혼합하고, 헤테로다인 기준신호를 생성하는 상기 혼합부분을 검출함으로써, 광 픽오프 (pick-off) 수단 및 검출기 (도시되지 않음) 에 의해 생성될 수도 있다.

다음 수학식 23 과 같이 정의되는 가스의 역분산력 (Γ) 은 수학식 24 및 수학식 25 에 의해 다른 양의 항들로 표현될 수 있다.

여기서, L_G와 L_V는 각각 측정경로 (97) 와 기준경로 (98) 에서의 물리적 경로 길이의 평균이고,

비 (λ₁/λ₂) 를 수학식 26 및 수학식 27 로부터 K/χ의 항으로 표현하면 다음과 같다.

다음 조건하에서 동작할 때,

위상 ( _1G, θ_1G) 의 비는 다음과 같은 대략적인 값을 갖는다.

따라서, 비 (λ₁/λ₂) 가, 가스의 분산력의 절반, 즉, 1/(2Γ), 또는 그 미만의 크기의 오더의 상대정밀도에 역분산력 (Γ) 의 측정을 위해 바람직한 상대정밀도 (ε) 를 승산한 값에 대한 기지의 비 (l₁/l₂) 와 동일한 경우에, 수학식 24 는 다음과 같이 더 간단한 형태로 줄어든다.

길이 L_G와 L_V의 차이 (L_G-L_V) 만이 Γ의 계산에서 보정항의 인수로서 들어가고, 인수 (1/L_G) 는 (n₁-1) 과 (n₂-n₁)_1G모두에 공통임에 주목한다. 이 양 (L_G-L_V) 은 시차 평면 미러 간섭계의 설계 및 사용과 측정 셀 (90) 의 설계의 결과로서 파장 (λ₁, λ₂) 의 크기보다 작게 될 수 있다. 따라서, 이 양 (L_G, L_V) 은 Γ의 계산을 위해 명시적으로 측정될 필요가 없고 차이 (L_G-L_V) 만이 ε(n₁-1) 정도의 L_G에 대한 정밀도에 대해 요구된다. 또한, 파수 χ가 보정항 χ(L_G-L_V) 내의 인수로서만 Γ의 계산에 들어가고, L_G와 L_V가 실질적으로 동일하므로 χ(L_G-L_V)≪(l₁/p) _1×I1임에 주목한다. 따라서, Γ의 계산에서 양 χ에 요구되는 상대정밀도는 ε(n₁-1)L_G/(L_G-L_V) 정도이고, 일반적으로 이 양은 Γ에 대해 얻어진 상대정밀도보다 실질적으로 더 크다.

수학식 33 은 역분산력 Γ를 계산하기 위해 제 1 실시예에서 사용된 식이다. 식으로 표현된 수학식 25 로부터 수학식 33 이 유도되는 파장 (λ₁, λ₂) 에 대한 조건은 다음과 같다.

비 (l₁/l₂) 가 저위의 0 이 아닌 정수로 표현가능할 때 발생하는 특별히 주목을 끄는 경우가 있다. 즉,

이것은 대략 조화롭게 관련되는 파장 (λ₁, λ₂) 에 대응한다. 이 경우, 소스 (1, 2) 가 위상동기되게 할 가능성이 존재한다. 수학식 34 는 소스 (1, 2) 에 대한 위상동기되는 필요조건의 관점에서 볼 때 실제로 위크 (weak) 조건이다. 예컨대, 거리 측정 간섭계에서의 대략 1 ×10^-9의 상대적 거리측정 정밀도에 대응하는 역분산력, (n₁-1)3 ×10^-4, 및 (n₂-n₁)1 ×10^-5에 대한 ε3 ×10^-6의 바람직한 정밀도를 고려해본다. 예를 들면, 파장 (λ₁, λ₂) 대신에 각각 소스 주파수 (ν₁, ν₂) 의 항으로 쓰여진 수학식 34 로 표현된 조건은 다음과 같다.

스펙트럼의 가시부분에서의 소스 파장에 대해, 수학식 36 은 다음과 같은 조건으로 변환한다.

수학식 37 로 표현된 결과는 명백하게 위상동기된 조건보다 소스 (1, 2) 의 주파수에 대한 조건이 훨씬 덜 제한적이다.

다음 단계에서, 가스 구성에 대한 지식없이, 주위환경 조건에 대한 지식없이, 그리고 가스 구성의 굴절율의 성질에 대한 지식없이, 전자 처리 수단 (109) 은 상이한 파장의 빔에 의한 측정경로가 같은 넓이를 가지는 정도로, 측정 경로 (97) 내의 가스의 난기류 또는 가스의 칼럼 밀도 내의 변동에 실질적으로 무관한 수학식 23, 24, 및 33 에 따라, Γ의 계산을 위해, 디지털 또는 아날로그 형태로, 전자신호 (105) 로서 _1×I1및 _1G를 컴퓨터 (110) 에 전달한다.

수학식 24 및 33 을 사용한 Γ의 계산은 Γ의 결정에서 요구되는 상대정밀도에 의해 결정된 주어진 레벨에 대해 _1×I1및 (1/l₁) _1G에서의 위상 리던던시의 분해를 필요로 할 수도 있다. 제 1 실시예에서, _1×I1및 (1/l₁) _1G로 이루어진 등가의 파장은 파장 λ₁과 λ₂중의 어느 하나보다 상당히 더 크므로, 그 결과, _1×I1및 (1/l₁) _1G에서의 위상 리던던시의 분해를 위해 실행된 절차에서 상당한 단순화를 가져온다. _1×I1및 (1/l₁) _1G에 대한 등가의 파장인및은 각각 다음과 같다.

λ₁=0.633 ㎛, (n₁-1)3×10^-4, (n₂-n₁)1×10^-5의 예에 대해, 수학식 38 및 39 에 의해 주어진 등가의 파장은 다음과 같다.

수학식 38 및 39 로 표현된 바와 같은 등가의 파장이 주어진다면, 몇가지 절차 중의 임의의 하나가 _1×I1및 (1/l₁) _1G에서의 위상 리던던시를 분해하기 위해 용이하게 채용될 수도 있다. _1×I1에서의 위상 리던던시를 분해하기 위해 채용될 수 있는 한 절차는 상기 일련의 측정 셀의 측정 및 기준경로에 대한 순환하는물리적 길이가 아닌 물리적 길이가 등비수열을 형성하는 일련의 측정 셀의 사용에 기초한다. 이 일련의 측정 셀 내의 가장 작은 또는 제 1 물리적 길이는 대략 _1×I1의 초기값이 알려진 상대정밀도에 의해 나누어진일 것이다. 상기 일련의 측정 셀 내의 제 2 측정 셀의 물리적 길이는 대략 _1×I1가 제 1 측정 셀을 이용하여 측정된 상대정밀로로 나누어진 제 1 측정 셀의 길이일 것이다. 이것이 등비수열 절차이고, 결과적인 물리적 길이는 등비수열을 형성하고, 이것은, 상기 일련의 측정 셀 내의 측정 셀의 수가 1씩 증가된다면 Γ를 측정하는 데 사용된 측정 셀의 길이가 초과될 때까지 계속된다. _1×I1의 기지의 상대정밀도와 p=2 에 대한 초기값으로서 10^-3의 값에 대해, 상기 일련의 측정 셀 내의 제 1 측정 셀에 대한 전형적인 물리적 길이는 10 cm 정도이고 상기 일련의 측정 셀 내의 제 2 측정 셀에 대한 전형적인 물리적 길이는 10 m 정도이다. (1/l₁) _1G에서의 위상 리던던시는,이므로 _1×I1에서의 위상 리던던시를 분해하는 데 사용된 것처럼 상기 동일한 일련의 측정 셀을 사용하여 분해된다.

제 2 절차는 일련의 기지의 파장의 소스 (도 1a-1f 에 도시되지 않음) 의 사용과 이들 파장에 대한 _1×I1및 (1/l₁) _1G의 측정에 기초한다. 위상 리던던시의 분해에 필요한 기지의 파장 수는 일반적으로 수학식 38 및 39 로 표현된 비교적 큰 등가의 파장의 직접적인 결과로서의 소일군으로 이루어진다.

_1×I1및 (1/l₁) _1G에서의 위상 리던던시를 분해하는 또다른 절차는, _1×I1및 (1/l₁) _1G에서의 위상 리던던시를 분해하기 위해, 기준경로 (98) 가 측정경로 (97) 내에 존재하는 상태의 가스로부터 배출된 상태 (진공펌프 및 필수적인 가스취급 시스템은 도 1a-1e 에 도시되지 않음) 로 변화할 때 _1×I1및 (1/l₁) _1G에서의 변화를 관찰하는 것이다. 가스압을 0 이 아닌 값에서 진공으로 변화하는 것에 부분적으로 기초한 굴절율의 분산 및 굴절율에 대한 절대값을 측정할 때 통상 직면하는 문제는 수학식 38 및 39 로 표현된 바와 같이 비교적 큰 등가의 파장때문에 바람직한 제 1 실시예에서는 존재하지 않는다.

수학식 33 에 존재하고 수학식 2, 5, 및 29 에 정의된 Z 및 ( ₁-φ_I1) 을 포함하는 오프셋 항은, χ가 시간에 대해 가변이면, Γ및 χ의 결정시 요구되는 상대정밀도에 의해 결정된 정밀도의 주어진 레벨에 대한 결정과 감시링을 필요로 할 수 있는 항들인데, χ에 요구되는 상대정밀도는 또한 (L_G-L_V) 의 크기에 의해 부분적으로 결정된다. ( ₁-φ_I1) 및 Z 의 결정을 위한 한 절차는, 파장 λ₁에 대한 반사면이 되도록 코팅된 미러 (91) 의 표면 (93) 에 대응하는 표면 (R93), 및 파장 λ₂에 대한 반사면이 되도록 코팅된 미러 (91) 의 표면 (95) 에 대응하는 제 2 표면 (R95) 을 구비한 단일 미러 (R91) (도 1d 및 1e 에 도시되지 않음) 로 측정 셀 (90) 을 대체하는 것과 _1×I1및 _1G의 결과 값을 측정하는 것에 기초한다. _1×I1및 _1G의 결과 값을 각각 ( _1×I1)_R및 ( _1G)_R로 한다. ( ₁-φ_I1) 및 Z 는 다음 수학식에 의해 각각 ( _1×I1)_R및 ( _1G)_R에 관계된다 (수학식 2, 13, 및 25 참조).

( ₁-φ_I1) 및 Z 에 대한 비전자적 기여 (non-electronic contribution) 는 시차 평면 미러 간섭계 (69), 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (70), 및 측정 셀 (90) 에서 발생하는 보상의 중대한 레벨때문에 시간에 대해 실질적으로 일정하여야 한다. ( ₁-φ_I1) 및 Z 에 대한 전자적 기여는 순수하게 전자적 수단 (도시되지 않음) 에 의해 감시될 수 있다.

제 2 역분산력 (Γ₂) 은 또한 가스에 대해 정의될 수도 있는데, 다음식과 같다.

그러나, Γ₂는 다음 식에 따라 Γ로부터 직접 구해질 수 있다.

따라서, Γ₂에 대한 바람직한 제 1 실시예의 설명은 Γ에 대한 바람직한 제 1 실시예의 설명과 실질적으로 동일하다.

Γ로 표현된 가스의 고유한 성질은 비 (n₁-1)/(n₂-1) 와 같은 또다른 형태로 구해질 수 있고 후속의 하류측에 사용될 수도 있다. 비 (n₁-1)/(n₂-1) 는 다음 식에 의해 측정된 양의 항으로 쓰여질 수 있다.

또한, 비 (n₁-1)/(n₂-1) 는 Γ또는 Γ및 Γ₂의 항으로 다음 식에 의해 표현될 수 있다.

수학식 47 의 결과로서, 비 (n₁-1)/(n₂-1) 를 측정하고 감시하는 것에 대한 제 1 실시예의 설명은 Γ및 Γ₂에 대한 바람직한 제 1 실시예의 설명과 실질적으로 동일하다.

상대 분산 (n_i-n_j)/(n_r-n_s) 의 측정을 필요로 하는 응용예들에 대해, 상대 분산은 상대 분산의 분자 및 분모의 결정을 위해 수학식 33 을 사용하여 결정될 수 있음은 당업자에게 명확할 것이다. 상대 분산에서, i ≠j, r ≠s 이며, 적어도 i 또는 j 는 r 또는 s 의 어느 하나와 다르다.

또한, 역분산력 Γ₃은 다음 식에 따라 3개의 상이한 파장 λ₁, λ₂, λ₃에서의 굴절율의 항으로 정의될 수 있음은 당업자에게 인식될 것이다.

여기서, n₃은 본 발명의 사상과 범위에 벗어남없이 λ₃에서의 굴절율이다.

위상 (φ₁, φ₂) 은 최종적인 엔드 유즈 애플리케이션 출력에 의해 출력 데이터에 부과된 요구되는 정확도를 충족시키기에 충분한 상대정밀도로 아날로그 또는 디지털 기술을 이용하여 직접 측정될 수 있음은 당업자에게 더 잘 인식될 것이다. 직접적인 위상측정으로, 수퍼헤테로다인 수신기 기술은 제 1 실시예에서 생략될 수 있고, 제 1 실시예의 범위와 사상에서 벗어남없이, 언급된 바와 같이 이후의 실시예에서 생략될 수 있다.

빔 (129, 130) 은 2개의 다른 검출기인 검출기 (85, 86) 에서 각각 검출되는것으로서 도 1a 에 도시되어 있다. 빔 (129, 130) 은 신호 프로세서 (109) 의 적절한 수정으로 단일 검출기에 의해 검출될 수 있음은 당업자에게 인식될 것이다. 단일 검출기의 사용은 일반적으로 2개의 별개의 검출기를 사용할 때 발생하는 그룹 지연 차이에 비해 감소된 그룹 지연 차이를 생성할 것이다.

또한, 제 1 실시예에 대해 프로세서 (1095A, 1095B) 에 의해 수행된 승산으로 구성된 데이터 처리 단계는 대신 제산(除算)으로 구성될 수 있고 본 발명의 사상과 범위에 벗어남없이 l₁에 의한 승산은 l₂에 의한 제산으로 대체되고 그 반대 연산도 가능함은 당업자에게 인식될 것이다.

제 1 실시예의 설명은, 도 1a-1e 에서 예시된 간섭계의 구성이 시차 평면 미러 간섭계로서 알려져 있음을 언급하였다. 시차 평면 미러 간섭계의 다른 형태들 및 시차 평면 미러 간섭계, 각도 보상 간섭계, 또는 C. Zanoni의 "Differential interferometer arrangements for distance and angle measurements: Principles, advantages and applications", VDI Berichte Nr. 749, 93-106 (1989) 에서 기술된 바와 같은 유사한 장치와 같은 다른 간섭계의 형태들은 본 발명의 사상 또는 범위에서 벗어남없이 본 발명의 제 1 실시예의 장치에 포함될 수 있다.

도 1b 는 도 1a 에 도시된 시차 평면 미러 간섭계 (69) 의 일실시예를 도식적인 형태로 표현한 것이다. 이것은 다음과 같이 동작한다. 빔 (11) 이 빔 스플리터 (55A), 바람직하게는 편광 빔 스플리터에 입사하는데, 빔 (11) 의 일부가 빔 (13) 으로서 전달된다. 빔 (11) 의 제 2 부분은 빔 스플리터 (55A) 에 의해 반사되고 이어서 미러 (55B) 에 의해 반사된 후 빔 (113) 으로서 반파 위상 지연 플레이트 (79A) 에 의해 전달되는데, 반파 위상 지연 플레이트 (79A) 는 빔 (11) 의 반사된 부분의 편광면을 90°회전시킨다. 빔 (13, 113) 은 동일 편광을 갖지만 상이한 주파수를 갖는다. 빔 (13) 및 빔 (13) 이 유일한 프로제니터인 빔들은 도 1b 및 1d 에 점괘선으로 표시되어 있고 빔 (113) 및 빔 (113) 이 유일한 프로제니터인 빔들은 도 1b 및 1d 에 점선으로 표시되어 있다. 빔 스플리터 (55A) 와 미러 (55B) 의 기능은 종래의 편광 기술을 사용하여 빔 (11) 의 2개의 주파수 성분을 공간적으로 분할하는 것이다.

빔 (13, 113) 은 편광 코팅 (73) 을 갖는 편광 빔 스플리터 (71) 로 들어가고, 각각 빔 (15, 115) 으로서 전달된다. 빔 (15, 115) 은 1/4 파 위상 지연 플레이트 (77) 를 통과하고 원형 편광된 빔 (17, 117) 으로 각각 변환된다. 빔 (17, 117) 은 측정 셀 (90) 내의 미러에 의해 그 자신으로 다시 반사되고, 1/4 파 지연 플레이트 (77) 을 다시 통과하고, 원래의 입사 빔 (15, 115) 에 직교 편광된 선형 편광된 빔으로 다시 변환된다. 이들 빔은 편광 코팅 (73) 에 의해 반사되어 각각 빔 (19, 119) 이 된다. 빔 (19, 119) 은 역반사기 (75) 에 의해 반사되어 각각 빔 (21, 121) 이 된다. 빔 (21, 121) 은 편광 코팅 (73) 에 의해 반사되어 각각 빔 (23, 123) 이 된다. 빔 (23, 123) 은 1/4 파 위상 지연 플레이트 (77) 를 통과하고 각각 원형 편광된 빔 (25, 125) 으로 변환된다. 빔 (25, 125) 은 측정 셀 (90) 내의 미러에 의해 자신으로 다시 반사되어, 1/4 파 지연 플레이트 (77) 를 다시 통과하고 원래의 입사 빔 (15, 115) 과 동일한 선형 편광된 빔으로 다시 변환된다. 이들 빔은 코팅 (73) 에 의해 전달되어 각각 빔 (27,127) 이 된다. 빔 (27, 127) 은 역분산력 Γ이 결정되는 가스를 통한 광학적 경로 길이 및 진공을 통한 광학적 경로 길이에 대한 파장 λ₁에서의 정보를 각각 포함한다.

빔 (27) 은 미러 (63B) 에 의해 반사된 후, 그 일부가 빔 스플리터 (63A), 바람직하게는 비편광형의 빔 스플리터에 의해 빔 (129) 의 제 1 성분으로서 반사된다. 빔 (127) 은 빔 스플리터 (63A) 에 입사하는데, 빔 (127) 의 일부가 빔 (129) 의 제 2 성분으로서 전달되고, 빔 (129) 의 제 1 및 제 2 성분은 동일한 선형 편광을 갖지만 상이한 주파수를 갖는다.

도 1c 는 도 1a 에 도시된 시차 평면 미러 간섭계 (70) 의 일실시예를 도식적으로 표현한 것이다. 이것은 다음과 같이 동작한다. 빔 (12) 이 빔 스플리터 (56A), 바람직하게는 편광 빔 스플리터에 입사하는데, 빔 (12) 의 일부가 빔 (14) 으로서 전달된다. 빔 (12) 의 제 2 부분은 빔 스플리터 (56A) 에 의해 반사되고, 이어서 미러 (56B) 에 의해 반사된 후, 빔 (114) 으로서 반파 위상 지연 플레이트 (80A) 에 의해 전달되는데, 반파 위상 지연 플레이트 (80A) 는 빔 (12) 의 반사된 부분의 편광면을 90°회전시킨다. 빔 (14, 114) 은 동일한 편광을 갖지만 상이한 주파수를 갖는다. 빔 (14) 및 빔 (14) 이 유일한 프로제니터인 빔들은 도 1c 및 1e 에 점괘선으로 표시되어 있고 빔 (114) 및 빔 (114) 이 유일한 프로제니터인 빔들은 도 1c 및 1e 에 점선으로 표시되어 있다. 빔 스플리터 (56A) 및 미러 (56B) 의 부분적인 기능은 종래의 편광기술을 사용하여 빔 (12) 의 주파수성분을 공간적으로 분할하는 것이다.

빔 (14, 114) 은 편광 코팅 (74) 을 갖는 편광 빔 스플리터 (72) 로 들어가고, 각각 빔 (16, 116) 으로서 전달된다. 빔 (16, 116) 은 1/4 파 위상 지연 플레이트 (78) 를 통과하고 각각 원형 편광된 빔 (18, 118) 으로 변환된다. 빔 (18, 118) 은 측정 셀 (90) 내의 미러에 의해 자신으로 다시 반사되고, 1/4 파 지연 플레이트 (78) 를 다시 통과하고, 원래의 입사 빔 (16, 116) 에 직교 편광된 선형 편광 빔으로 다시 변환된다. 이들 빔은 편광 코팅 (74) 에 의해 반사되어 각각 빔 (20, 120) 으로 된다. 빔 (20, 120) 은 역반사기 (76) 에 의해 반사되어 각각 빔 (22, 122) 으로 된다. 빔 (22, 122) 은 편광 코팅 (74) 에 의해 반사되어 각각 빔 (24, 124) 으로 된다. 빔 (24, 124) 은 1/4 파 위상 지연 플레이트 (78) 를 통과하고 각각 원형 편광 빔 (26, 126) 으로 변환된다. 빔 (26, 126) 은 측정 셀 (90) 내의 미러에 의해 자신으로 다시 반사되고, 1/4 파 지연 플레이트 (78) 를 다시 통과하고, 원래의 입사 빔 (16, 116) 과 동일한 선형 편광 빔으로 다시 변환된다. 이들 빔은 코팅 (74) 에 의해 전달되어 각각 빔 (28, 128) 으로 된다. 빔 (28, 128) 은 역분산력 Γ이 결정되는 가스를 통한 광학적 경로 길이 및 진공을 통해 광학적 경로 길이에 대한 파장 λ₂에서의 정보를 각각 포함한다.

빔 (28) 은 미러 (64B) 에 의해 반사된 후, 그 일부가 빔 스플리터 (64A), 바람직하게는 비편광형의 빔 스플리터에 의해 빔 (130) 의 제 1 성분으로서 반사된다. 빔 (128) 은 빔 스플리터 (64A) 에 입사하는데, 빔 (128) 의 일부가 빔 (130) 의 제 2 성분으로서 전달되고, 빔 (130) 의 제 1 및 제 2 성분은 동일한 선형 편광을 갖지만 상이한 주파수를 갖는다.

가스의 고유한 광학적 성질, 특히, 그 역분산력을 측정하기 위한 본 발명의 바람직한 제 1 실시예의 변형을 도식적으로 도시한 도 1a-1e 및 1e 에 대해 설명하기로 하는데, 여기서, 엔드 유즈 애플리케이션은 가스의 고유한 광학적 성질이 결정되는 특정 방식의 선택에 실질적으로 영향을 미치지 않고, 채택된 광원의 안정도가 충분하며 채택된 광원에 의해 생성된 광 빔의 파장이 최종적인 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터에 부과된 요구되는 정밀도를 충족하기에 충분한 상대정밀도에 대해 조화롭게 관련된다. 파장이 대략 조화롭게 관련되는 조건은 비 (l₁/l₂) 가 저위의 0 이 아닌 정수의 비 (p₁/p₂) 로 표현가능한 제 1 실시예의 특별한 경우에 상응한다 (수학식 35 참조).

제 1 실시예의 변형에 대한 광 빔 (9, 10) 및 광 빔 (9, 10) 의 소스의 설명은, 광빔들의 파장들이 최종적인 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터에 부과된 요구되는 정밀도를 충족시키기에 충분한 상대정밀도에 대해 조화롭게 관련되어야 한다는 추가의 필요조건과 함께, 제 1 실시예에 대해 주어진 광 빔 (9, 10) 및 광 빔 (9, 10) 의 소스의 설명에 대한 것과 동일하다. 제 1 실시예의 변형에 대한 장치의 설명은 제 1 실시예에 대해 주어진 설명의 대응 부분과 동일하다.

위상 (φ₁, φ₂) 에 포함된 분산정보는 바람직하게는 수퍼헤테로다인 신호의 생성을 통해 제 1 실시예의 변형에서 얻어지는데, 수퍼헤테로다인 신호의 주파수는 f₁및 f₂보다 훨씬 더 낮은 주파수에 있고 일반적으로 더 정확한 위상측정이 가능하다. 도 1g 를 참조하고 제 1 실시예의 변형의 바람직한 방법에 따르면, 전자 처리 수단 (109A) 은, 다음과 같은 형태를 갖는 2개의 수정된 헤테로다인 신호및를 생성하기 위하여, 헤테로다인 신호 s₁및 s₂의 시간종속변수 α₁(t) 및 α₂(t) 를 각각 계수 p₁및 p₂로 전자적으로 승산하는 수단인 혼합기 (1092C, 1092D) 를 포함하는 것이 바람직하다.

승산은 신호 스퀘어링 (squaring) 후에 전자 필터링, 바람직하게는 디지털 프로세스와 같은 종래기술에서의 공지된 종래의 주파수 승산 기술 중의 하나에 의해 달성될 수 있다.

도 1g 를 다시 참조하면, 전자 처리 수단 (109A) 은 다음과 같은 형태를 갖는 수퍼헤테로다인 신호를 생성하도록 수정된 헤테로다인 신호및를 아날로그 또는 디지털 처리 중의 어느 하나, 바람직하게는 디지털 처리로서, 전자적으로 승산하는 수단인 혼합기 (1092E) 를 포함하는 것이 바람직하다.

수퍼헤테로다인 신호는 서프레스 캐리어를 갖는 2개의 사이드밴드로 구성되고 다음과 같이 바꿔 쓸 수 있다.

여기서,

따라서, 수퍼헤테로다인 신호는 동일 진폭의 2개의 사이드밴드인및으로 구성되는데, 한 사이드밴드는 주파수가이고 위상이이며, 제 2 사이드밴드는 주파수가이고 위상이이다.

전자 프로세서 (109A) 는 디지털 힐베르트 변환 위상 검출기 (Best 의 상기 논문 참조) 등과 같은 시간 기반 위상 검출 및 기준신호 (101, 102) 를 이용하여 위상을 결정하는 프로세서 (1094D) 와 위상을 결정하는 전자 프로세서 (1094E) 를 더 포함한다. 전자 프로세서 (109A) 는 기준신호 (101) 와 함께 위상 감지 검출에 의해 φ₁의 결정을 위한 전자 프로세서 (1094C) 또는 헤테로다인 신호의 위상의 결정을 위한 유사한 기술을 더 포함한다. 다음 단계에서, φ₁,,은 Γ의 계산을 위해 아날로그 또는 디지털 형태 중 어느 하나로 컴퓨터 (110) 에 전달되는데, 위상 오프셋및은 다음과 같이 정의된다.

위상 φ₁,, 및와, 위상 오프셋및은 각각 제 1 실시예의 _1×1R, θ_1G, _1G,, 및 Z 와 형식상 등가이며, 이때 φ_I1및 φ_I2는 0 이고,l₁=p₁, l₂=p₂이다. 따라서, 제 1 실시예의 변형의 나머지 설명은 제 1 실시예에 대해 주어진 설명의 대응하는 부분과 동일하다.

제 1 실시예의 변형의 주요 이점은, 상당히 상이한 주파수를 갖는 수정된 헤테로다인 신호 및/또는 헤테로다인에 의한 그룹지연에서의 차이에 기인하여 주파수 민감성 위상 오프셋 에러를 크게 할 위험이 있어도 제 1 실시예의 것과 관련하여 전자 처리를 단순화시킬 수 있다는 점이다. 제 1 실시예의 변형에 대한 그룹 지연의 영향에 대한 논의는 제 1 실시예에 대해 주어진 설명의 대응하는 부분과 동일하다.

대안의 데이터 처리는 본 발명의 사상과 범위에 벗어남없이 바람직한 제 1 실시예의 변형에 대해 고려될 수 있음은 당업자에 의해 인식될 것이다. 예를 들면, 다음과 같은 형태를 갖는 2개의 수정된 헤테로다인 신호및를 생성하기 위하여, 헤테로다인 신호 s₁및 s₂의 시간종속변수 α₁(t) 및 α₂(t) 를 각각 계수 p₂및 p₁에 의해 전자적으로 제산함으로써 수정된 헤테로다인 신호를 생성하는 것이 유용함을 입증할 수 있다.

변수가 2 로 나누어지는 신호의 제로 크로싱 (zero crossing) 하나 걸러마다 부호를 변경하는 장방형 파 신호의 생성 또는 위상동기루프의 사용과 같은 종래기술에서 공지된 종래의 주파수분할기술 중의 하나에 의해 제산이 달성될 수 있다. 수정된 헤테로다인 신호및에 기초한 제 1 실시예의 변형에 대한 차후의 설명은 수학식들에서 p₁을 p₂로, p₂를 p₁으로 대체한 상태에서 수정된 헤테로다인 신호및에 기초한 제 1 실시예의 변형에 대해 주어진 설명의 대응 부분과 동일하다.

본 발명의 사상과 범위에 벗어남없이 제 1 실시예의 변형에 대해 고려될 수 있는 다른 대안의 데이터 처리는 상기에서 제안된 바와 같이 이들을 승산하는 대신, 수정된 헤테로다인 신호및를 가산하는 것으로, 다음 수학식과 같은 형태로 된다.

수퍼헤테로다인 신호는 제곱법칙 검출과 같은 종래기술의 공지된 기술, 또는 신호 정류에 의해로부터 얻어질 것이다 (Dandliker 등의 상기 논문, 및 Redman 및 Wall 의 상기 논문 참조). 또한,에 대한 다른 대안의 신호는 위상 민감성 검출의 사용을 통해 (s₁+s₂)^p+q의 이항전개로 적절한 항을 선택함으로써 생성될 수도 있다.

가스의 역분산력 또는 다른 고유한 광학적 성질을 측정하기 위하여, 바람직한 제 1 실시예의 제 1 변형의 변형인 본 발명의 바람직한 제 1 실시예의 제 2 변형을 도식적으로 도시한 도 1h 및 도 1i 를 참조하기로 한다. 제 1 실시예의 제 2 변형과 제 1 실시예의 제 1 변형 사이의 주요 차이는 기본적으로 입력 광 빔을 생성하는 수단 및 헤테로다인 신호를 생성하는 수단에 있다.

도 1h 에 도시된 광 빔 (7) 의 소스 및 광 빔 (7) 에 대한 설명은 제 1 실시예의 제 1 변형의 광 빔 (7) 의 소스 및 광 빔 (7) 에 대해 주어진 설명과 동일하다. 비편광 빔 스플리터 (51) 에 의해 전달된 빔 (7) 의 일부로부터 유도되는 제 1 실시예의 제 2 변형의 광 빔 (11) 에 대한 설명은 빔 (7) 로부터 유도된 광 빔 (11) 에 대한 제 1 실시예의 제 1 변형에서 주어진 설명의 대응부분과 동일하다.

도 1h 에 도시된 바와 같이, 빔 (7) 의 제 2 부분은 비편광 빔 스플리터 (51) 에 의해 반사되고, 비선형 크리스탈 (66) 을 통과하고, 미러 (52) 에 의해 반사되고, 그 부분이 광 필터 (81A) 에 의해 전달되어 광 빔 (8) 을 형성한다. 비선형 크리스탈 (66), 예컨대 β- BaB₂O₄(BBO) 는 제 2 조화적 생성, 즉, SHG 에 의해 비선형 크리스탈 (66) 을 통과하는 빔 (7) 의 제 2 부분의 일부의 주파수를 2배로 하도록 정렬된다. 광 필터 (81A) 에 의해 전달된 그 부분은 비선형 크리스탈 (66) 을 통과하는 빔 (7) 의 제 2 부분의 주파수 배가된 부분이다. 결과적으로, 빔 (8) 의 파장에 대한 빔 (7) 의 파장의 비는 2/1 이다. 제 1 실시예의 제 2 변형에 대하여 빔 (8) 으로부터 유도된 광 빔 (12) 에 대한 설명은 제 1 실시예의 제 1 변형의 빔 (8) 으로부터 유도된 광 빔 (12) 에 대해 주어진 설명의 대응부분과 동일하다. 택일적으로, 비선형 크리스탈은 레이저의 캐비티 내에 있는 SHG 에 의해 생성된 빔 (8) 에 대응하는 제 2 빔과 빔 (7) 의 소스에 대해 사용된 레이저의 캐비티 내에 위치될 수 있다.

출력 빔 (129, 130) 을 형성하기 위해 각각 간섭계 (69, 70) 를 통한 제 1 실시예의 제 2 변형의 빔 (11, 12) 의 전파에 대한 설명은 출력 빔 (129, 130) 을 형성하기 위해 각각 간섭계 (69, 70) 를 통한 제 1 실시예의 제 1 변형의 빔 (11, 12) 의 전파에 대해 주어진 설명의 대응부분과 동일하다. 측정 셀 (90) 에 의해 제공된 외부 미러를 갖는 시차 평면 미러 간섭계 (69, 70) 는 빔 (11) 의 x 와 y 성분 사이의 위상 시프트 (φ₁) 및 빔 (12) 의 x 와 y 성분 사이의 위상 시프트 (φ₂) 을 도입하기 위한 간섭수단을 포함하는데, φ₁및 φ₂는 제 1 실시예의 φ₁및 φ₂에 대한 수학식 2 와 동일한 수학식으로 주어진다.

도 1h 에 도시된 다음 단계에서, 위상 시프트된 빔 (129) 의 일부는 비편광 빔 스플리터 (65A) 에 의해 반사되고, 미러 (65B) 에 의해 반사되고, 비선형 크리스탈 (67) 을 통과하여 광 빔 (131) 을 형성한다. 빔 (131) 은 2쌍의 성분으로 이루어지는데, 성분의 한 쌍은 빔 (129) 의 주파수와 동일한 주파수를 갖고 성분의 제 2 쌍은 빔 (129) 의 성분의 주파수의 두배의 주파수를 갖는다. 비선형 크리스탈 (67), 예컨대 BBO 는 빔 (131) 의 성분의 제 2 쌍을 형성하기 위해 비선형 크리스탈 (67) 로 들어가는 빔 (129) 의 일부의 일부의 주파수를 SHG 에 의해 두배로 하도록 정렬된다. 빔 (131) 의 성분의 제 1 쌍은 비선형 크리스탈 (67) 로 들어가는 빔 (129) 의 일부의 나머지 일부이며 이것은 두배로 된 주파수가 아니다. 비선형 크리스탈 (67) 과 측정 셀 (90) 에 의해 제공된 외부 미러를 갖는 시차 평면 미러 간섭계 (69) 는 빔 (131) 의 성분의 제 2 쌍의 x 와 y 성분 사이에 위상시프트 (φ_D1) 를 도입하기 위한 간섭수단을 포함한다. 위상 (φ_D1) 은 실질적으로 빔 (129) 의 위상 (φ₁) 의 두배이며 다음 식으로 주어진다.

여기서, 위상 오프셋 ( _D1) 은 측정경로 (97) 또는 기준경로 (98) 에 관련되지 않은 위상 (φ_D1) 에 대한 모든 기여를 포함한다.

도 1h 에 도시된 이후의 단계에서, 위상 시프트된 빔 (129) 의 제 2 부분은 비선형 빔 스플리터 (65A) 에 의해 전달되어 검출기 (85) 에 닿고, 빔 (131) 의 성분의 제 2 쌍은 광 필터 (81B) 에 의해 전달되어 검출기 (1085) 에 닿는데, 빔 (131) 의 성분의 제 1 및 제 2 쌍의 주파수는 광 필터 (81B) 의 통과대역의 외부 및 내부에 각각 위치되고, 위상 시프트된 빔 (130) 은 검출기 (86) 에 닿아, 바람직하게는 광전 검출에 의해 3개의 전기 간섭신호인 헤테로다인 신호 (s₁, s_D1, s₂) 로 된다. 신호 (s₁, s_D1) 는 파장 (λ₁) 에서의 광학적 경로정보에 상응하고 신호 (s₂) 는 파장 (λ₂) 에서의 광학적 경로정보에 상응한다.

신호 s₁및 s₂는 제 1 실시예의 제 1 변형의 형태인 s₁및 s₂와 각각 동일한 형태를 갖고 s_D1은 다음과 같은 형태를 갖는다.

여기서,

헤테로다인 신호 (s₁, s_D1, s₂) 는 바람직하게는 디지털 형태로 각각 전자신호 (103, 1103, 104) 로서 분석을 위해 전자 프로세서 (1109) 로 전달된다.

도 1i 를 참조하면, 전자 프로세서 (1109) 는 위상 민감성 검출에서 기준신호로서 역할하는 신호 (101) 와 함께 제 1 실시예에 대해 설명된 것과 동일한 위상 시프트 (φ₁) 를 결정하기 위해 전자 프로세서 (1094C) 를 포함한다. 전자 프로세서 (1109) 는 아날로그 또는 디지털 처리에 의해 헤테로다인 신호 (s_D1, s₂) 를 전자적으로 승산하여 수퍼헤테로다인 신호 (S_D1×2) 를 생성하기 위한 수단 (1092E) 을 더 포함한다. 수퍼헤테로다인 신호 (S_D1×2) 는 다음과 같은 형태를 갖는다.

수퍼헤테로다인 신호 (S_D1×2) 는 서프레스 캐리어를 갖는 2개의 사이드밴드로 구성되며 다음과 같이 바꿔 쓰여질 수 있다.

여기서,

다음 단계에서, 수학식 71 의 위상 ( _1G) 은 위상결정에서 수학식 (70) 의 주파수 F 를 사용하여 전자 프로세서 (1109) 의 전자 프로세서 (1094E) 에 의해 결정되는데, 이 프로세스에 대한 설명은 제 1 실시예의 제 1 변형의 위상 ( _1G) 의 결정에 대해 주어진 설명의 대응부분과 동일하다.

수학식 23 에 의해 정의된 가스의 역분산력 (Γ) 에 대한 식은 다음 수학식에 의해 제 1 실시예의 제 2 변형의 양의 항으로 표현될 수 있다.

여기서,

본 발명의 제 1 실시예의 제 2 변형에 대한 나머지 설명은 본 발명의 제 1 실시예의 제 1 변형에 대해 주어진 설명의 대응부분과 동일하다.

제 2 조화적 생성은, 본 발명의 범위와 사상에 벗어남없이, 이하에서 설명되는 제 1 실시예의 제 3 변형에서와 같은, 제 1 실시예의 제 1 변형의 다른 변형들에 포함될 수 있다. 제 1 실시예의 제 3 변형에서 (도면에 도시되지 않음), SHG 는 소스 및 헤테로다인 신호 검출구성 모두에서 채용된다. 제 1 실시예의 제 3 변형과 제 2 변형 사이의 주요 차이는 기본적으로 간섭계 내의 기준 및 측정경로의 정의 및 사용과 가스에 대해 결정된 각각의 고유한 성질에 있다.

제 1 실시예의 제 3 변형에 대한 입력 빔은 3개의 주파수 성분으로 구성되는데, 이는 단일의 주파수 레이저 빔의 일부로 구성된 제 1 의 저주파 성분, 예컨대 음향 광 변조기에 의해 상기 단일의 주파수 레이저 빔의 다른 부분으로부터 생성된 주파수 시프트된 성분인 제 2 의 저주파 성분, 및 SHG 에 의해 상기 단일의 주파수 레이저 빔의 또다른 부분으로부터 생성된 제 3 의 고주파수 성분이다. 레이저 소스에 대한 설명은 제 1 실시예의 제 2 변형의 레이저 소스에 대해 주어진 설명의 대응부분과 동일하다.

3개의 주파수 성분은 성분들의 소스로부터 간섭계로 실질적으로 같은 넓이를 가지는 빔 성분으로서 전달된다. 간섭계에서, 입력 빔은 편광 빔 스플리터, 비편광 빔 스플리터, 및 다이크로익 빔 스플리터를 3개의 입력 빔으로 결합함으로써 분할된다. 3개의 입력 빔 중 제 1 입력 빔은 입력 빔의 주파수 시프트된 성분인 저주파수 각각의 부분들로 구성되고 제 2 및 제 3 입력 빔의 각각은 입력 빔의 주파수 시프트된 성분인 저주파수와 입력 빔의 고주파 성분의 각각의 다른 부분들로 구성된다.

위상 시프트 (φ₁) 는 제 1 입력 빔에 대응하는 측정 출력 빔과 기준 출력 빔 사이에서 제 1 실시예의 제 3 변형의 간섭계에 의해 도입된다. 제 1 실시예의 제 3 변형에 대한 위상 시프트 (φ₁) 의 도입 및 검출에 대한 설명은 제 1 실시예의 제 2 변형의 위상 시프트 (φ₁) 의 도입 및 검출에 대해 주어진 설명의 대응부분과 동일하다.

위상 ( _2G) 는 제 1 실시예의 제 3 변형에 대해 결정되는데, 위상 ( _2G) 은 바람직한 실시예의 제 2 그룹에 대해 이하에서 설명되는 위상 ( _2G) 에 대응한다. 제 2 입력 빔은 간섭계로 입사하고 중간의 제 2 출력 빔으로서 간섭계로부터 출사하는데, 제 2 입력 빔의 두 주파수 성분에 대한 광학적 경로는 가스로 구성된 측정경로에 대해 그리고 간섭계 내에서 실질적으로 같은 넓이를 갖는다. 제 3 입력 빔은 간섭계로 입사하고 중간의 제 3 입력 빔으로서 간섭계로부터 출사하는데, 제 3 입력 빔의 두 주파수 성분에 대한 광학적 경로는 진공경로로 구성된 측정경로에 대해 그리고 간섭계 내에서 실질적으로 같은 넓이를 갖는다. 가스 내의 제 2 입력 빔의 경로의 물리적 길이는 진공 내의 제 3 입력 빔의 경로의 물리적 길이와 명목상 동일하다. 간섭계에서 제 2 및 제 3 입력 빔에 대한 광학적 경로는 가스 및 진공 내의 경로의 각 부분에 대한 것을 제외하고는 실질적으로 동일하다.

다음 단계에서, 중간의 제 2 및 제 3 출력 빔은 제 2 및 제 3 출력 빔을 형성하기 위해 비선형 크리스탈을 각각 통과한다. 제 2 및 제 3 출력 빔의 각각은, SHG 에 의해 주파수 배가된, 저주파수의 각각의 주파수 배가된 부분, 각각 중간의 제 2 및 제 3 출력 빔의 주파수 시프트된 성분, 및 각각 중간의 제 2 및 제 3 출력 빔의 주파수 배가되지 않은 고주파 성분의 각각의 부분으로 구성된다.

제 2 및 제 3 간섭 전기신호는 주파수 배가되고 주파수 시프트된 성분 및 제 2 와 제 3 출력 빔의 각각의 주파수 배가되지 않은 고주파 성분의 광전 검출에 의해 각각 생성된다. 제 2 및 제 3 간섭 전기신호의 위상차 ( _2G) 는 가스 내의 광학적 경로의 부분들의 광학적 경로 길이의 분산에 대한 정보를 포함한다.

위상차 ( _2G) 는 바람직한 실시예의 제 2 그룹에 대해 이하에서 설명되는 바와 같이 가스의 역분산력을 결정하기 위해 φ₁에 관련된 가스의 굴절율의 측정과 함께 사용된다.

본 발명의 제 1 실시예의 제 3 변형에 대한 나머지 설명은 제 1 실시예의 제 2 변형에 대해 주어진 설명의 대응부분 및 바람직한 실시예의 제 2 그룹으로부터의 실시예들에 대해 주어진 설명의 대응부분과 동일하다.

제 1 실시예의 제 3 변형의 제 3 입력 빔에 대한 진공경로의 길이는 _2G의 성질을 실질적으로 변화시키지 않고 또한 본 발명의 범위와 사상에 벗어남없이 0 의 값으로 감소될 수 있음은 당업자에게 인식될 것이다.

이하, 가스의 고유한 광학적 성질, 특히, 그 역분산력을 측정하기 위한 바람직한 실시예들의 제 1 그룹으로부터 본 발명의 바람직한 제 2 실시예를 도식적으로 도시한 도 2a-2d 를 참조하기로 하는데, 여기서, 엔드 유즈 애플리케이션은 가스의 고유한 광학적 성질이 결정되는 특정 방식의 선택에 실질적으로 영향을 미치지 않고, 그리고 채택된 광원의 안정도가 충분하며 채택된 광원에 의해 생성된 광 빔의 파장의 비가 최종적인 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터에 부과된 요구되는 정밀도를 충족하기에 충분한 상대정밀도에 대한 기지의 비값에 일치된다. 제 2 실시예는 제 1 실시예 및 그 변형에서 사용되는 시차 평면 미러 간섭계의 구성과는 다른 시차 평면 미러 간섭계의 구성을 사용한다. 제 2 실시예에서의 시차 평면 미러 간섭계의 구성은 제 2 파장에 대한 측정경로를 통한 복수회의 통과의 수와는 상이한 하나의 파장에서의 측정경로를 통한 복수회의 통과의 수를 생성하는 효과를 갖는데, 2개의 파장에 대한 측정경로는 실질적으로 같은 넓이를 갖는다.

제 2 실시예에 대한 광 빔 (9, 10) 의 소스와 광 빔 (9, 10) 에 대한 설명은 바람직한 제 1 실시예에 대해 주어진 광 빔 (9, 10) 의 소스와 광 빔 (9, 10) 에 대한 설명과 동일하다.

도 2a 를 참조하면, 빔 (9) 은 미러 (53) 에 의해 반사되어 빔 (11) 이 된다. 빔 (10) 의 일부는 빔 스플리터 (54A), 바람직하게는 비편광형의 빔 스플리터에 의해 빔 (12) 으로서 반사되고, 빔 (10) 의 제 2 부분은 빔 스플리터 (54A) 에 의해 전달되고 그후에 미러 (54B) 에 의해 반사되어 빔 (212) 이 된다. 빔 (11) 은 시차 평면 미러 간섭계 (69) 에 입사하고 빔 (12, 212) 은 2개의 시차 평면 미러 간섭계로 구성된 시차 평면 미러 간섭계 그룹에 입사한다. 측정 셀 (90) 에 의해 제공된 외부 미러를 갖는 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (70) 과 시차 평면 미러 간섭계 (69) 는 빔 (11) 의 x 와 y 성분 사이에 위상시프트 (φ₁) 을, 빔 (12) 의 x 와 y 성분 사이에 위상시프트 (φ₃) 을, 그리고 빔 (212) 의 x 와 y 성분 사이에 위상시프트 (φ₄) 를 도입하기 위한 간섭수단을 포함한다.

시차 평면 미러 간섭계 (69) 와 시차 평면 미러 간섭계 (69) 내의 빔의 전파에 대한 설명은 도 1b 에 도시된 제 1 실시예의 시차 평면 미러 간섭계 (69) 와 시차 평면 미러 간섭계 (69) 내의 빔의 전파에 대한 설명의 대응부분에서 주어진 것과 동일하다.

도 2b 에 도시된 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (170) 의 한 시차 평면 미러 간섭계는 2개의 출사/리턴 빔 (18, 118) 을 갖는다. 빔 (12) 의 한 주파수 성분으로부터 발생하는 빔 (18) 인 제 1 주파수 성분은 한 측정레그에 대한 빔으로 구성되고 빔 (12) 의 제 2 주파수 성분으로부터 발생하는 빔 (118) 은 제 2 측정레그에 대한 빔으로 구성된다. 빔 (12) 의 제 1 주파수 성분이 유일한 프로제니터인 빔들은 도 2b 에 점괘선으로 표시되어 있고 빔 (12) 의 제 2 주파수성분이 유일한 프로제니터인 빔들은 도 2b 에 점선으로 표시되어 있다.

도 2b 에 도시된 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (170) 의 제 2 시차 평면 미러 간섭계는 2개의 출사/리턴 빔 (218, 318) 을 갖는다. 빔 (212) 의 한 주파수성분으로부터 발생하는 빔 (218) 인 제 1 주파수성분은 한 측정레그에 대한 빔으로 구성되고 빔 (212) 의 제 2 주파수성분으로부터 발생하는 빔 (318) 은 제 2 측정레그에 대한 빔으로 구성된다. 빔 (212) 의 제 1 주파수성분이 유일한 프로제니터인 빔들은 도 2b 에 일점쇄선으로 표시되어 있고 빔 (212) 의 제 2 주파수성분이 유일한 프로제니터인 빔들은 도 2b 에 이점쇄선으로 표시되어 있다.

빔 (17, 25, 117, 125) 은 측정 셀 (90) 에 입사하여 빔 (27, 127) 이 되는데, 이는 도 1b 및 1d 의 제 1 실시예에 대해 도시된 것과 동일하다. 빔 (27, 127) 은 역분산력이 결정되는 가스를 통한 광학적 경로길이 및 진공을 통한 광학적 경로길이에 대한 파장 (λ₁) 에서의 정보를 각각 포함한다.

마찬가지로, 빔 (18, 118) 은 도 2c 에 도시된 측정 셀 (90) 에 입사하여 빔 (20, 120) 으로 된다 (도 2b 참조). 빔 (12) 의 제 1 주파수성분이 유일한 프로제니터인 빔들은 도 2c 에 점괘선으로 표시되어 있고 빔 (12) 의 제 2 주파수성분이 유일한 프로제니터인 빔들은 도 2c 에 점선으로 표시되어 있다. 마찬가지로, 빔 (218, 318) 은 도 2c 에 도시된 바와 같이 측정 셀 (90) 에 입사하여 빔 (220, 320) 으로 된다 (도 2b 참조). 빔 (212) 의 제 1 주파수성분이 유일한 프로제니터인 빔들은 도 2c 에 일점쇄선으로 표시되어 있고 빔 (212) 의 제 2 주파수성분이 유일한 프로제니터인 빔들은 도 2c 에 이점쇄선으로 표시되어 있다. 빔 (20, 220) 은 역분산력이 결정되는 가스를 통한 광학적 경로길이에 대한 파장 (λ₂) 에서의 정보를 포함하고 진공을 통한 광학적 경로길이에 대한 파장 (λ₂) 에서의 정보를 포함한다.

빔 (27) 과 빔 (127) 은 결합되어 빔 (129) 을 형성하고, 이는 제 1 실시예의 대응부분에 대해 설명한 것과 동일하다. 빔 (129) 은 혼합 빔으로서 시차 평면 미러 간섭계 (69) 로부터 출사하는데, 빔 (129) 의 제 1 및 제 2 성분은 동일한 선편광을 갖는다.

도 2b 를 참조하면, 빔 (20) 은 미러 (64B) 에 의해 반사되고, 그 일부는 빔 스플리터 (64A), 바람직하게는 비편광 빔 스플리터에 의해 반사되어 빔 (122) 의 제 1 성분으로 된다. 빔 (120) 의 일부는 빔 스플리터 (64A) 에 의해 전달되어 빔 (122) 의 제 2 성분으로 된다. 빔 (122) 은 혼합 빔인데, 빔 (122) 의 제 1 및 제 2 성분은 동일한 선편광을 갖는다. 빔 (220) 은 미러 (64D) 에 의해 반사되고, 그 일부는 빔 스플리터 (64C), 바람직하게는 비편광 빔 스플리터에 의해 반사되어 빔 (322) 의 제 1 성분으로 된다. 빔 (320) 의 일부는 빔 스플리터 (64C) 에 의해 전달되어 빔 (322) 의 제 2 성분으로 된다. 빔 (322) 은 혼합 빔이며, 빔 (322) 의 제 1 및 제 2 성분은 동일한 선편광을 갖는다. 빔 (122, 322) 은 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (170) 으로부터 출사한다.

위상시프트 (φ₁, φ₃, φ₄) 의 크기는 p₁= 2p₂의 경우에 대해 다음 수학식에 따라 측정경로 (97) 및 기준경로 (98) 의 물리적 순환길이에 관련된다 (도 1d, 2c 참조).

위상 오프셋 ( _j) 은 측정경로 (97) 또는 기준경로 (98) 에 관련되지 않은 위상시프트 (φ_j) 에 대한 모든 기여를 포함한다. 수학식 77 은 2개의 상이한 파장에 대한 경로가 실질적으로 같은 넓이를 갖는 경우, 즉, 제 2 실시예에서 본 발명의 기능을 가장 간단한 방식으로 도시하도록 선택된 경우에 대해 타당하다.

거리측정 간섭계에서 비선형성을 생성하는 순환에러 (Bobroff 의 상기 인용논문 참조) 는 수학식 77 에서 생략되었다. 당업자에게 공지된 기술은 순환에러를 무시할만한 레벨로 감소시키거나 순환에러의 존재를 보상하는 데 사용될 수 있는데, 상기 공지된 기술은 예컨대 간섭계에서의 분리된 빔 및/또는 각 광 빔 소스로부터 간섭계로의 광 빔에 대한 전달 시스템에서의 분리된 빔을 사용하는 것이다 (Tanaka, Yamagami, 및 Nakayama 의 상기 논문).

당업자에게는, 2개의 상이한 파장에 대한 경로가 실질적으로 같은 넓이가 아닌 경우와 p₁≠2p₂가 자명한 절차인 경우에 대한 일반화이다. 도 2a-2c 에서, 시차 평면 미러 간섭계 (69), 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (70), 및 셀 (90) 은 제 2 실시예의 장치의 기능을 가장 간단한 방식으로 도시하도록 p₁= 2 및 p₂= 1 로 구성된다.

도 2a 에 도시된 다음 단계에서, 빔 (129, 122, 322) 은 각각 광검출기 (85, 186, 386) 에 닿아, 바람직하게는 광전 검출에 의해, 각각 3개의 간섭신호인 헤테로다인 신호 (s₁, s₃, s₄) 로 된다. 신호 (s₁) 는 파장 (λ₁) 에 해당하고 신호(s₃, s₄) 는 파장 (λ₂) 에 해당한다. 신호 (s_j) 는 다음과 같은 형태를 갖는다.

여기서, 시간종속변수 α_j(t) 는 다음과 같이 주어진다.

헤테로다인 신호 (s₁, s₃, s₄) 는 분석을 위해 바람직하게는 디지털 형태로 전자신호 (103, 204, 404) 로서 각각 프로세서 (209) 로 전달된다.

헤테로다인 신호 (s₁, s₃, s₄) 를 전자적으로 처리하기 위한 바람직한 방법은 l₁과 l₂가 저위 정수가 아닌 경우에 대해 여기 제시된다. l₁과 l₂가 저위 정수이고 그 파장의 비가 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터에 부과된 요구되는 정밀도를 충족시키기에 충분한 상대정밀도로 비 (l₁/l₂) 에 일치되는 경우에 대해, 헤테로다인 신호 (s₁, s₃, s₄) 를 전자적으로 처리하기 위한 바람직한 절차는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예의 변형에 대해 이하에서 기재된 것과 동일하다.

신호 (s₁, s₃, s₄) 의 각각의 위상 (φ₁, φ₃, φ₄) 은 바람직하게는 수퍼헤테로다인 수신기 기술의 응용에 의해 얻어지는데, 여기서, s₁, s₃, s₄의 주파수는 f₁과 f₂보다 실질적으로 낮은 주파수로 시프트되고 여기서의 조건은 고정밀 위상 측정을 위해 일반적으로 더 유리하다.

도 2d 를 참조하면, 전자 프로세서 (209) 는 문자숫자식으로 번호를 붙인 소자로 구성되는 것이 바람직한데, 문자숫자식 번호의 숫자성분은 소자의 기능을 나타내며, 도 1f 에 도시된 제 1 실시예의 전자 처리 소자에 대해 설명된 것과 동일한 숫자성분/기능 관련이다. 전자 프로세서 (209) 에 의한 헤테로다인 신호 (s₁, s₃, s₄) 의 처리 단계에 대한 설명은, 소자들의 문자숫자식의 숫자성분에 따라, 전자 프로세서 (109) 에 의한 제 1 실시예의 헤테로다인 신호 (s₁, s₂) 의 처리단계에 대한 설명과 동일하다. 프로세서 (209) 에 의한 헤테로다인 신호 (s1, s3, s4) 의 처리는 다음과 같은 3개의 사이드밴드 위상 ( _1×I1, _3×I2, _4×I2) 을 생성한다.

여기서, φ_I1과 φ_I2는 위상 오프셋 에러이다 [수학식 5 참조].

도 2d 를 다시 참조하면, 전자 프로세서 (209) 는 _3×I2과 _4×I2를 가산하기 위하여 전자 프로세서 (1096B) 를 포함한다. 다음에, 위상 ( _1×I1) 과 결과적인 위상 합 ( _3×I2+ _4×I2) 은 각각 전자 프로세서 (1095C, 1095D) 에서 각각 l₁/p₁과 (l₂/p₂)(1/2) 로 승산되어, 위상 (l₁/p₁) _1×I1과 (l₂/p₂)( _3×I2+ _4×I2)/2 로 된다. 위상 (l₁/p₁) _1×I1과 (l₂/p₂)( _3×I2+ _4×I2)/2 는, 각각 위상 (θ_1G, _1G) 를 생성하기 위해, 아날로그 또는 디지털 처리, 바람직하게는 디지털 처리에 의해, 전자 프로세서 (1096C) 에서 가산되고 전자 프로세서 (1097B) 에서 전자로부터 후자를 감산한다.

수학식 81 과 82 로부터, θ_1G와 _1G는 측정 셀 (90) 의 반사면 (95) 또는 반사면 (96) 의 경사에 민감하지 않고 시차 평면 미러 간섭계의 사용 결과로서 연관된 광 성분 및 간섭계 빔 스플리팅 큐브에서 발생할 수 있는 열적 및 기계적 장애에 민감하지 않다는 것에 주목한다. 위상 _1×1I, θ_1G, _1G는 바람직하게는 디지털 형태로 신호 (105) 로서 컴퓨터 (110) 로 전달된다.

수학식 23 에 의해 정의된 가스의 역분산력 Γ는 다음 식에 의해 제 2 실시예에서 얻어진 다른 양의 항으로 표현될 수 있다.

여기서, χ와 K 는 수학식 26 과 27 에 의해 주어지고, 제 2 오더의 보정항은 생략되었다.

보정항은 측정경로를 따른 굴절율의 변동 및 각각의 평균 물리적 길이로부터 측정경로 및 기준경로에서의 경로 i 의 물리적길이의 차이에 기인한다. 또한, 수학식 84 는 2개의 상이한 파장에 대한 경로가 실질적으로 같은 넓이를 갖는 경우, 즉, 제 2 실시예에서 본 발명의 기능을 가장 간단한 방식으로 예시하도록 선택된 경우에 대해 타당하다. 당업자에게, 상이한 파장에 대한 경로가 실질적으로 같은 넓이를 갖지 않는 경우에 대한 일반화는 자명한 절차이다.

제 2 실시예의 나머지 설명은 제 1 실시예에 대해 주어진 설명의 대응부분과 동일하다.

이하, 가스의 고유한 광학적 성질, 특히, 가스의 역분산력을 측정하기 위해 본 발명의 바람직한 제 2 실시예의 변형을 도식적으로 도시된 도 2a-2c 및 2e 를 참조하기로 하는데, 여기서, 엔드 유즈 애플리케이션은 가스의 고유한 광학적 성질이 결정되는 특정 방식의 선택에 실질적으로 영향을 미치지 않고, 그리고 채택된 광원의 안정도는 충분하며 채택된 광원에 의해 생성된 광 빔의 파장은 최종적인 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터에 부과된 요구되는 정밀도를 충족시키기에 충분한 상대정밀도에 조화롭게 관련된다. 파장이 대략 조화롭게 관련되는 조건은 비 (l₁/l₂) 가 저위의 0 이 아닌 정수 의 비 (p₁/p₂) 로서 표현가능한 제 1 실시예의 특별 경우에 대응한다 (수학식 35 참조).

제 2 실시예의 변형에 대한 광 빔 (9, 10) 의 소스 및 광 빔 (9, 10) 에 대한 설명은, 파장이 최종적인 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터에 부과된 요구되는 정밀도를 충족시키기에 충분한 상대정밀도에 조화롭게 관련되어야 한다는 추가 조건과 함께, 제 1 실시예에 대해 주어진 광 빔 (9, 10) 의 소스 및 광 빔 (9, 10) 에 대한 설명부분과 동일하다. 도 2a-2c 에 도시된 제 2 실시예의 변형에 대한 장치의 설명은 p₁=2 및 p₂=1 인 경우의 제 2 실시예에 대한 설명의 대응부분과 동일하다.

도 2e 를 참조하면, 전자 프로세서 (209A) 는 다음과 같은 수학식을 갖는 수퍼헤테로다인 신호 (S_{1 ×3}) 를 생성하기 위해, 아날로그 또는 디지털 처리, 바람직하게는 디지털 처리로서, 헤테로다인 신호 (s₁, s₃) 를 전자적으로 승산하기 위한 전자 프로세서 (1092H) 를 포함하는 것이 바람직하다.

수퍼헤테로다인 신호 (S_{1 ×3}) 는 다음과 같이 바꿔 쓸 수 있다.

여기서,

따라서, 수퍼헤테로다인 신호 (S_{1 ×3}) 는 동일 진폭의 두 사이드밴드인 S⁺ _{1 ×3}및 S^- _{1 ×3}으로 구성되는데, 한 사이드밴드는 주파수 ν및 위상 θ_{1 ×3}을 갖고 제 2 사이드밴드는 주파수 F 및 위상 _{1 ×3}을 갖는다.

다음 단계에서, 사이드밴드 S⁺ _{1 ×3}및 S^- _{1 ×3}은 고대역 통과 및 저대역 통과 필터링을 통한 전자 프로세서 (1093G), 또는 주파수에서 분할된 2개의 신호를 분할하는 임의의 동일한 기술에 의해 분할된다. 수퍼헤테로다인 신호의 저주파 사이드밴드의 주파수 F 는 제 1 실시예에 대한 논의의 대응부분에서 설명된 수퍼헤테로다인 신호의 고주파수 사이드밴드의 주파수 ν보다 훨씬 더 작을 수 있어, 프로세서 (1093G) 의 분할작업을 상당히 단순화시킨다. 전자 프로세서 (209A) 는 디지털 힐베르트 변환 위상 검출기 (R. E. Best 의 상기 논문 ; Oppenheim 및 Schafer 의 상기 논문 참조) 등과 같은 시간 기반의 위상 검출을 이용하여 위상 (θ_{1 ×3}, Φ_{1 ×3}) 을 결정하고 드라이버 (5, 6) 의 위상을 결정하기 위하여 전자 프로세서 (1094H) 를 더 포함한다.

전자 프로세서 (209A) 는 다음과 같은 수학식을 갖는 수퍼헤테로다인 신호 (S_{1 ×4}) 를 생성하기 위해, 아날로그 또는 디지털 처리, 바람직하게는 디지털 처리로서, 헤테로다인 신호 (s₁, s₄) 를 전자적으로 승산하는 전자 프로세서 (1092I) 를 더 포함한다.

수퍼헤테로다인 신호 (S_{1 ×4}) 는 또한 서프레스 캐리어를 갖는 2개의 사이드밴드로 구성되고 다음과 같이 바꿔 쓰여질 수 있다.

여기서,

따라서, 수퍼헤테로다인 신호 (S_{1 ×4}) 는 동일 진폭의 2개의 사이드밴드인 S⁺ _{1 ×4}및 S^- _{1 ×4}으로 구성되는데, 한 사이드밴드는 주파수 ν및 위상 θ_{1 ×4}를 갖고 제 2 사이드밴드는 주파수 F 및 위상 _{1 ×4}을 갖는다.

다음 단계에서, 사이드밴드 S⁺ _{1 ×4}및 S^- _{1 ×4}은 고대역 통과 및 저대역 통과 필터링을 통한 전자 프로세서 (1093H) 또는 주파수에서 분할되는 2개의 신호를 분할하는 임의의 유사한 기술에 의해 분할된다. 전자 프로세서 (1093G) 에 대한 논의에서 주목된 바와 같이, 수퍼헤테로다인 신호 (S_{1 ×4}) 의 저주파수 사이드밴드의 주파수 F 는 수퍼헤테로다인 신호 (S_{1 ×4}) 의 고주파수 사이드밴드의 주파수 ν보다 훨씬 더 작을 수 있어, 프로세서 (1093H) 의 분할작업을 상당히 단순화시킨다. 전자 프로세서 (209A) 는 디지털 힐베르트 변환 위상 검출기 (Best 의 상기 논문; Oppenheim 및 Schafer 의 상기 논문 참조) 등과 같은 시간 기반의 위상검출을 이용하여 위상 (θ_{1 ×4}및 _{1 ×4}) 을 결정하고 드라이버 (5, 6) 의 위상을 결정하기 위해 프로세서 (1091I) 를 더 포함한다.

다음에, 위상 (θ_{1 ×3}, θ_{1 ×4}) 이 전자 프로세서 (1096D) 에서 아날로그 또는 디지털 처리에 의해 가산되고, 위상 (2θ_1G, 2 _1G) 을 각각 생성하기 위해, 위상 ( _{1 ×3}, _{1 ×4}) 은, 아날로그 또는 디지털 처리, 바람직하게는 디지털 처리에 의해, 전자 프로세서 (1097C) 에서 전자로부터 후자를 감산한다.

수학식 101 및 102 로부터, θ_1G와 _1G는 반사면 (95) 또는 반사면 (96) 의 경사에 민감하지 않으며 시차 평면 미러 간섭계의 사용의 결과로서 연관된 광 성분 및 간섭계 빔 스플리팅 큐브에서 발생할 수 있는 열적 및 기계적 장애에 민감하지 않음에 주목한다.

도 2e 에 도시된 전자 프로세서 (209A) 는 기준신호 (101) 등과 함께 시간기반의 위상 민감성 검출을 이용하여 헤테로다인 신호 (s₁) 로부터 위상 (φ₁) 을 결정하기 위해 전자 프로세서 (1094C) 를 포함한다. 위상 (φ₁, θ_1G, _1G) 은 Γ의 계산을 위한 신호 (105) 로서 바람직하게는 디지털 형태로 컴퓨터 (110) 에 전달된다.

수학식 23 에 의해 정의된 가스의 역분산력 (Γ) 은 다음 수학식과 함께 수학식 26, 27, 83, 84, 85, 86 에 의해 제 2 실시예의 변형으로 얻어진 다른 양의 항으로 표현될 수 있다.

제 2 실시예의 변형에 대한 나머지 설명은 제 2 실시예에 대해 주어진 설명의 대응부분과 동일하다.

제 2 실시예의 변형의 주요 이점은, 헤테로다인 및/또는 상당히 다른 주파수를 갖는 수정된 헤테로다인 신호에 의한 그룹지연에서의 차이에 기인한 주파수 민감성 위상 오프셋 에러를 증가시킬 위험없이 제 1 실시예 및 그 변형의 것과 제 2 실시예의 것에 대해 단순화된 전자 처리으로, 실질적으로 동일한 주파수, 즉, 실질적으로 동일한 헤테로다인 신호 (s₁, s₃, s₄) 의 주파수에 비해 낮은 주파수에서의 위상 ( _{1 ×3}, _{1 ×4}) 의 결정과 같은, 중요한 전자 처리 단계의 실행에 대한 선택이다. 제 2 실시예의 변형에 대한 그룹지연의 영향에 대한 논의는 제 2 실시예에 대해 주어진 설명의 대응부분과 동일하다.

이하, 가스의 역분산력 또는 가스의 다른 고유한 광학적 성질, 특히, 가스의 역분산력을 측정하기 위한 바람직한 실시예들의 제 1 그룹으로부터 본 발명의 바람직한 제 3 실시예를 도식적으로 도시한 도 3a-3d 를 참조하기로 하는데, 여기서, 엔드 유즈 애플리케이션은 가스의 고유한 광학적 성질이 결정되는 특정 방식의 선택에 영향을 미치지 않고, 그리고 채택된 광원의 안정도가 충분하며 채택된 광원에 의해 생성된 광 빔의 파장의 비가 최종적인 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터에 부과된 요구되는 정밀도를 충족시키기에 충분한 상대정밀도로 기지의 비 값에 일치된다. 제 3 실시예는 제 1 및 제 2 실시예와 그 변형들에서 사용된 시차 평면 미러 간섭계의 구성과는 상이한 시차 평면 미러 간섭계의 구성을 사용한다. 제 3 실시예에서의 시차 평면 미러 간섭계의 구성은, 제 2 실시예 및 그 변형에서와 같이, 제 2 파장에 대한 측정경로를 통한 다중의 통과 회수에 대해 하나의 파장에서 측정경로를 통한 상이한 다중의 통과 회수를 생성하는 효과를 갖는다. 제 3 실시예와 제 1 및 제 2 실시예 사이의 기본 차이는 시차 평면 미러 간섭계의 비교적 더 복잡한 시스템 및 신호 프로세서에서의 일반적으로 감속된 소자 수에 있다.

제 3 실시예에 대한 광 빔 (9, 10) 의 소스 및 광 빔 (9, 10) 에 대한 설명은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 대해 주어진 광 빔 (9, 10) 의 소스 및 광 빔 (9, 10) 에 대한 설명 부분과 동일하다.

도 3a 에 도시된 바와 같이, 빔 (9) 은 미러 (53) 에 의해 반사되어 빔 (11) 이 되고 빔 (10) 은 미러 (54) 에 의해 반사되어 빔 (12) 이 된다. 빔 (11) 은 시차 평면 미러 간섭계 (169) 에 입사하고 빔 (12) 은 시차 평면 미러 간섭계 (70) 에 입사하는데, 제 3 실시예의 시차 평면 미러 간섭계 (70) 는 바람직한 제 1 실시예에 대해 도 1a 및 도 1c 에 도시된 시차 평면 미러 간섭계 (70) 와 동일하다. 빔 (11) 의 제 1 주파수 성분이 유일한 프로제니터인 빔들은 도 3b 및 도 3c 에서 점괘선으로 표시되고 빔 (11) 의 제 2 주파수 성분이 유일한 프로제니터인 빔들은 도 3b 및 도 3c 에서 점선으로 표시된다. 측정 셀 (90) 에 의해 제공된 외부미러를 갖는 시차 평면 미러 간섭계 (169, 70) 는 빔 (11) 의 x 와 y 성분 사이에 위상시프트 (φ₅) 를, 빔 (12) 의 x 와 y 성분 사이에서 위상시프트 (φ₂) 를 도입하기 위한 간섭수단을 포함한다.

시차 평면 미러 간섭계 (169) 는 8개의 출사/리턴 빔, 도 3b 에 도시된 4개의 출사/리턴 빔 (217, 225, 317, 325), 및 도 3c 에 도시된 4개의 출사/리턴 빔 (233, 241, 333, 341) 을 갖는다. 빔 (11) 의 한 주파수성분으로부터 발생하는 빔 (217, 225, 233, 241) 은 하나의 측정레그를 포함하고 빔 (11) 의 제 2 주파수성분으로부터 발생하는 빔 (317, 325, 333, 341) 은 제 2 측정레그를 포함한다. 빔 (217, 225, 233, 241, 317, 325, 333, 341) 은 도 3b 및 도 3c 에 도시된 바와 같이 측정 셀 (90) 에 입사하여, 빔 (243, 343) 으로 된다. 측정 셀 (90) 내의 빔 (217, 225, 233, 241) 의 전파에 대한 설명은 각각 바람직한 제 1 실시예에 대해 측정 셀 (90) 내의 빔 (17, 25, 33, 41) 의 전파에 대해 주어진 설명의 대응부분과 동일하다. 마찬가지로, 측정 셀 (90) 내의 빔 (317, 325, 333, 341) 의 전파에 대한 설명은 각각 바람직한 제 1 실시예에 대해 측정 셀 (90) 내의 빔 (17, 25, 33, 41) 의 전파에 대해 주어진 설명의 대응부분과 동일하다. 빔 (243, 343) 은 역분산력 (Γ) 이 결정되는 가스를 통한 광학적 경로길이 및 진공을 통한 광학적 경로길이에 대하여 각각 파장 (λ₁) 에서의 정보를 포함한다.

시차 평면 미러 간섭계 (70) 및 시차 평면 미러 간섭계 (70) 내의 빔의 전파에 대한 설명은 도 1b 에 도시된 제 1 실시예의 시차 평면 미러 간섭계 (70) 및 시차 평면 미러 간섭계 (70) 내의 빔의 전파에 대한 설명의 대응부분에 대해 주어진 것과 동일하다.

빔 (18, 26, 118, 126) 은 측정 셀 (90) 에 입사하여 빔 (28, 128) 으로 되는데, 도 1c 및 도 1e 의 제 1 실시예에 대해 예시된 것과 동일하다. 빔 (28, 128) 은 역분산력이 결정되는 가스를 통한 광학적 경로길이 및 진공을 통한 광학적 경로길이에 대하여 각각 파장 (λ₂) 에서의 정보를 포함한다.

위상시프트 (φ₅, φ₂) 의 크기는 다음 식에 따라 제 1 실시예에 대해 도 1d 및 도 1e 에 도시된 것과 동일한 측정경로 (97) 또는 기준경로 (98) 의 경로 (i) 의 물리적 순환길이인 L_i에 연관된다.

여기서, 도 3b, 3c, 1c 는, 제 3 실시예에 대해 사용된 바와 같이, 바람직한 제 3 실시예에서 본 발명의 기능을 가장 간단한 방식으로 예시하기 위하여 p₁=4 및 p₂=2 에 대한 것이다.

거리 측정 간섭계에서의 비선형성을 생성하는 순환에러 (Bobroff 의 상기 논문 참조) 는 수학식 104 에서 생략되었다. 당업자에게 알려진 기술은 순환에러를 무시할만한 레벨로 감소하거나 순환에러의 존재에 대해 보상하는 데 사용될 수 있는데, 이 기술은 간섭계에서의 별개의 빔 및/또는 각 광 빔으로부터 간섭계로의 광 빔에 대한 전달 시스템에서의 별개의 빔을 사용하는 것과 같은 것이다 (Tanaka, Yamagami, 및 Nakayama 의 상기 논문).

도 3b 및 도 3c 에 도시된 시차 평면 미러 간섭계 (169) 의 동작은, 입력 빔 (11) 의 두 주파수성분을 분할하는 데 사용된 수단 및 혼합된 출력 빔 (345) 을 생성하는 데 사용된 수단을 제외하고는 시차 평면 미러 간섭계 (69) 에 대해 설명된 동작과 동일하다. 도 3b 를 참조하면, 빔 (11) 의 제 1 부분은 빔 스플리터 (55A), 바람직하게는 편광 빔 스플리터에 의해 반사되고, 미러 (55B) 에 의해 반사되고, 반파 위상지연 플레이트 (79A) 에 의해 전달되고, 빔 스플리터 (61C), 바람직하게는 편광 빔 스플리터에 의해 전달되고, 패러데이 로테이터 (179B) 에 의해 전달되고, 반파 위상지연 플레이트 (79D) 에 의해 전달되어 빔 (313) 으로 된다. 패러데이 로테이터 (179B) 및 반파 위상지연 플레이트 (79D) 는 전달된 빔의 편광 면을 각각 ±45°와45°회전시켜, 전달된 빔의 편광 면의 네트 (net) 회전을 생성하지 않는다.

빔 (11) 의 제 2 부분은 빔 스플리터 (55A) 에 의해 전달되고, 빔 스플리터 (61A), 바람직하게는 편광 빔 스플리터에 의해 전달되고, 패러데이 로테이터 (179A) 에 의해 전달되고, 반파 위상지연 플레이트 (79C) 에 의해 전달되어 빔 (213) 으로 된다. 패러데이 로테이터 (179A) 및 반파 위상지연 플레이트 (79C) 는 전달된 빔의 편광 면을 각각 ±45°와45°회전시켜, 전달된 빔의 편광 면의 네트 회전을 생성하지 않는다. 반파 위상지연 플레이트 (79) 는 전달된 빔의 편광 면을 90°회전시켜 빔 (213, 313) 이 동일한 편광이지만 상이한 주파수를 갖게 한다. 패러데이 로테이터 (179A, 179B) 와 반파 위상지연 플레이트 (79C, 79D) 의 목적은 빔 (213, 313) 의 성질에 실질적으로 영향을 미치지 않지만 빔 (243, 343) 의 편광을 90°회전시켜 빔 (11) 의 경로로부터 빔 (243, 343) 의 효율적인 공간 분할을 달성하는 것이다.

도 3c 를 참조하면, 빔 (243) 은 반파 위상지연 플레이트 (79C) 및 패러데이 로테이터 (179A) 에 의해 전달되고, 빔 스플리터 (61A) 에 의해 반사되고, 빔 스플리터 (61B) 에 의해 전달된 후, 미러 (63) 에 의해 반사되어 위상 시프트된 빔 (345) 의 제 1 성분으로 된다. 반파 위상지연 플레이트 (79C) 및 패러데이 로테이터 (179A) 는 각각 빔 (243) 의 편광을 회전시켜, 위상 시프트된 빔 (345) 의 제 1 성분이 빔 (243) 의 편광에 직교편광되도록 한다. 빔 스플리터 (61A) 는 편광 빔 스플리터인 것이 바람직하고 빔 스플리터 (61B) 는 비편광 빔 스플리터인 것이 바람직하다. 빔 (343) 은 반파 위상지연 플레이트 (79D) 및 패러데이 로테이터 (179B) 에 의해 전달되고, 빔 스플리터 (61C) 에 의해 반사되고, 미러 (61D) 에 의해 반사되고, 빔 스플리터 (61B) 에 의해 반사된 후, 미러 (63) 에 의해 반사되어 위상시프트된 빔 (345) 의 제 2 성분으로 된다. 반파 위상지연 플레이트 (79D) 및 페러데이 로테이터 (179B) 는 각각 빔 (343) 의 편광을 45°회전시켜, 위상시프트된 빔 (345) 의 제 2 성분이 빔 (343) 의 편광에 직교편광되도록 한다. 빔 스플리터 (61C) 는 편광 빔 스플리터인 것이 바람직하다. 위상시프트된 빔 (345) 는 혼합 빔인데, 위상시프트된 빔 (345) 의 제 1 및 제 2 성분은 동일한 편광이지만 상이한 주파수를 갖는다.

빔 (28) 과 빔 (128) 은 빔 (130) 을 형성하기 위해 결합되는데, 제 1 실시예의 대응부분에 대한 설명과 동일하다. 빔 (130) 은 혼합 빔으로서 시차 평면 미러 간섭계 (70) 를 출사하는데, 빔 (130) 의 제 1 및 제 2 성분은 동일한 선형 편광을 갖는다.

도 3a 에 도시된 다음 단계에서, 위상시프트된 빔 (345, 130) 은 광검출기 (185, 86) 에 각각 닿아, 바람직하게는 광전 검출에 의해, 각각, 2개의 간섭신호인 헤테로다인 신호 (s₅, s₂) 로 된다. 신호 (s₅) 는 파장 (λ₁) 에 상응하고 신호(s₂) 는 파장 (λ₂) 에 상응한다. 신호 (s_j) 는, j = 1 및 2 대신에 각각 5 및 2 인 점을 제외하고는 수학식 4 로 표현된 형태의 시간종속변수 α_j(t) 를 갖는 수학식 3 으로 표현된 형태를 갖는다. 헤테로다인 신호 (s₅, s₂) 는, 디지털 또는 아날로그 형태로, 각각, 전자신호 (203, 104) 로서 분석을 위해 전자 프로세서 (309) 로 전달된다.

헤테로다인 신호 (s₅, s₂) 를 전자적으로 처리하는 바람직한 방법은 l₁및 l₂가 저위 정수가 아닌 경우에 대해 여기 제시된다. l₁및 l₂가 저위 정수이고 파장의 비가 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터에 부과된 요구되는 정밀도를 충족하기에 충분한 상대정밀도로 비 (l₁/l₂) 에 일치되는 경우에 대해, 헤테로다인 신호 (s₅, s₂) 를 전자적으로 처리하는 바람직한 절차는 본 발명의 바람직한 제 3 실시예의 변형에 대해 이하에서 기재된 것과 동일하다.

신호 (s₅, s₂) 의 위상 (φ₅, φ₂) 은 수퍼헤테로다인 수신기 기술의 응용에 의해 얻어지는 것이 바람직한데, 신호 (s₅, s₂) 의 주파수는 f₁및 f₂보다 실질적으로 작은 주파수로 시프트되며, 조건들은 고정밀 위상측정에 대해서 일반적으로 보다 더 유리하다.

도 3d 를 참조하면, 전자 프로세서 (309) 는 문자숫자로 표기된 소자로 구성되는 것이 바람직한데, 문자숫자 표기의 숫자성분은 소자의 기능을 나타내고 도 1f 에 도시된 제 1 실시예의 전자 처리 소자에 대해 설명된 것과 동일한 숫자 성분/기능 결합이다. 전자 프로세서 (309) 에 의한 헤테로다인 신호 (s₅, s₂) 의 처리에서의 단계들의 설명은, 소자들의 문자숫자표기의 숫자성분에 따라, 전자 프로세서 (109) 에 의한 제 1 실시예의 헤테로다인 신호 (s₁, s₂) 의 처리에서의 단계들의 설명부분과 동일하다. 전자 프로세서 (309) 에 의한 헤테로다인 신호 (s₅, s₂) 의 처리는 다음과 같은 2개의 사이드밴드 위상 ( _5×I1, _2×I2) 을 생성한다.

여기서, φ_I1과 φ_I2는 위상 오프셋 에러이다 (수학식 5 참조).

도 3d 를 다시 참조하면, 위상 ( _5×I1, _2×I2) 은 각각 전자 프로세서 (1095E, 1095B) 에서 각각 (l₁/p₁) 과 (l₂/p₂) 에 의해 승산되어, 위상 (l₁/p₁) _5×I1과 (l₂/p₂) _2×I2로 된다. 위상 (l₁/p₁) _5×I1과 (l₂/p₂) _2×I2은 아날로그 또는 디지털 처리에 의해 전자 프로세서 (1096E) 에서 가산되고 전자 프로세서 (1097D) 에서 전자로부터 후자를 감산하여, 각각 위상 θ_1G와 _1G를 생성한다.

수학식 106 및 107 로부터, θ_1G와 _1G는 측정 셀 (90) 의 반사면 (95) 또는 반사면 (96) 의 경사에 민감하지 않고 시차 평면 미러 간섭계의 사용 결과로서 연관된 광 소자 및 간섭계 빔 스플리팅 큐브에서 발생할 수 있는 열적 및 기계적 장애에 민감하지 않음에 주목한다.

수학식 23 에 의해 정의된 가스의 역분산력 (Γ) 은 다음 식에 의해 제 3 실시예에서 얻어진 다른 양의 항으로 표현될 수 있다.

여기서, χ와 K 는 각각 수학식 26 과 27 에 의해 주어지고,와 Z 는 다음과 같다.

수학식 109 는 2개의 상이한 파장에 대한 경로가 실질적으로 같은 넓이를 갖는 경우, 즉, 제 2 실시예에서 본 발명의 기능을 가장 간단한 방식으로 도시하도록 선택된 경우에 대해 타당하다. 당업자에게, 2개의 상이한 파장에 대한 경로가 실질적으로 같은 넓이를 갖는 경우에 대한 일반화는 자명한 절차이다.

제 3 실시예의 나머지 설명은 제 1 및 제 2 실시예에 대해 주어진 설명의 대응부분과 동일하다.

이하, 가스의 고유한 광학적 성질, 특히, 가스의 역분산력을 측정하기 위한 본 발명의 바람직한 제 3 실시예의 변형을 도식적으로 도시한 도 3a-3c 및 3e 를 참조하기로 하는데, 여기서, 엔드 유즈 애플리케이션은 가스의 고유한 광학적 성질이 결정되는 특정 방식의 선택에 실질적으로 영향을 미치지 않고, 그리고 채택된 광원의 안정도가 충분하며 채택된 광원에 의해 생성된 광 빔의 파장이 최종적인 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터에 부과된 요구되는 정밀도를 충족시키기에 충분한 상대정밀도에 조화롭게 관련된다. 파장이 대략 조화롭게 관련되는 조건은 비 (l₁/l₂) 가 저위의 0 이 아닌 정수의 비 (p₁/p₂) 로 표현가능한 제 1 실시예의 특별 경우에 대응한다 (수학식 35 참조).

제 3 실시예의 변형에 대한 광 빔 (9, 10) 의 소스 및 광 빔 (9, 10) 에 대한 설명은, 파장이 최종적인 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터에 부과된 요구되는 정밀도를 충족시키기에 충분한 상대정밀도에 조화롭게 관련되는 추가적인 필요조건과 함께 제 1 실시예에 대해 주어진 광 빔 (9, 10) 의 소스 및 광 빔 (9, 10) 에 대한 설명 부분과 동일하다. 도 3a-3c 에 도시된 제 3 실시예의 변형에 대한 장치의 설명은 p₁=4 및 p₂=2 인 경우의 제 3 실시예에 대해 주어진 설명의 대응부분과 동일하다.

도 3e 를 참조하면, 전자 처리 수단 (309A) 는 다음과 같은 수학식을 갖는 수퍼헤테로다인 신호 S_5×2를 생성하기 위하여 2개의 헤테로다인 신호 (s₅, s₂) 를 전자적으로 혼합하기 위한 수단 (1092K) 을 포함하는 것이 바람직하다.

수퍼헤테로다인 신호 S_5×2는 서프레스 캐리어를 갖는 2개의 사이드밴드로 구성되는데, 다음과 같이 바꿔 쓰여질 수 있다.

여기서,

따라서, 수퍼헤테로다인 신호 S_5×2는 동일 진폭인 2개의 사이드밴드, 즉, S⁺ _5×2및 S^- _5×2으로 구성되는데, 한 사이드밴드는 주파수 ν와 위상 θ_1G를 갖고 제 2 사이드밴드는 주파수 F 와 위상 _1G를 갖는다.

다음 단계에서, 사이드밴드 S⁺ _5×2및 S^- _5×2는 고대역 통과 및 저대역 통과 필터링을 통한 전자 프로세서 (1093J) 또는 주파수에서 분할되는 2개의 신호를 분할하는 임의의 유사한 기술에 의해 분할된다. 수퍼헤테로다인 신호의 저주파 사이드밴드의 주파수 F 는 제 1 실시예에 대한 논의의 대응부분에서 설명된 바와 같이 수퍼헤테로다인 신호의 고주파 사이드밴드의 주파수 ν보다 훨씬 더 작을 수 있어, 프로세서 (1093I) 의 분할작업을 상당히 단순화시킨다. 전자 프로세서 (209A) 는 디지털 힐베르트 변환 위상 검출기 (R. E. Best 의 상기 논문; Oppenheim 및 Schafer 의 상기 논문) 등과 같은 시간 기반의 위상검출을 이용한 위상 (θ_1G, _1G) 및 드라이버 (5, 6) 의 위상을 각각 결정하기 위하여 전자 프로세서 (1094L, 1094M) 를 더 포함한다.

도 3e 에 도시된 전자 프로세서 (309A) 는 기준신호 (101) 등과 함께 시간 기반의 위상 민감성 검출을 사용하여 헤테로다인 신호 (s₅) 로부터 위상 (φ₅) 을 결정하기 위하여 전자 프로세서 (1094K) 로 구성된다. 위상 (φ₅, θ_1G, _1G) 은 Γ의 계산을 위해 신호 (105) 로서 컴퓨터 (110) 에 디지털 또는 아날로그 형태, 바람직하게는 디지털 형태로 전달된다.

수학식 23 에 의해 정의된 가스의 역분산력 (Γ) 은 다음 식과 함께 수학식 108, 109, 110, 및 111 에 대응하는 식에 의해 제 3 실시예의 변형에서 얻어진 다른 양의 항으로 표현될 수 있다.

제 3 실시예의 변형에 대한 나머지 설명은 본 발명의 제 3 실시예에 대해 주어진 설명의 대응부분과 동일하다.

제 3 실시예의 변형의 주요 이점은, 헤테로다인 및/또는 상당히 다른 주파수를 갖는 수정된 헤테로다인 신호에 의한 그룹지연에서의 차이에 기인한 주파수 민감성 위상 오프셋 에러를 증가시킬 위험없이 제 1 실시예 및 그 변형과 제 2 실시예의 것에 대해 단순화된 전자 처리으로, 실질적으로 동일한 신호인 신호 s₅와 s₂의 혼합과 같은 중요한 전자 처리 단계의 실행에 대한 선택이다. 제 3 실시예의 변형에 대한 그룹지연의 영향의 논의는 제 3 실시예에 대해 주어진 설명의 대응부분과 동일하다.

본 발명의 바람직한 실시예들의 제 2 그룹은 차후의 하류측 사용을 위해 Γ와 같은 고유한 광학적 성질의 결정에 대한 바람직한 모드를 나타내는데, 차후의 하류측 사용의 성질은 고유한 광학적 성질이 결정되는 특정 방식의 선택에 영향을 미친다. 이러한 성질을 갖는 하류측 사용 예는 거리측정 간섭계에서 발견되는데, 여기서 분산 간섭계는 측정경로 내의 가스의 칼럼 (column) 밀도를 위한 프록시로서 (n₂-n₁) 의 측정값을 얻는 데 사용되고 측정경로에 존재하는 가스에 대한 보정을 하기 위해 (n₂-n₁) 의 측정값을 사용한다.

Γ에 대해 바람직한 실시예의 제 1 그룹과 바람직한 실시예의 제 2 그룹 사이의 구별은, 예컨대, 분모 (n₂-n₁) 가 수학식 23 에 따라 Γ의 계산에서의 사용을 위해 얻어진 특정 방식에 있다. 바람직한 실시예의 제 1 그룹에 대해, 각각의 분모 (n₂-n₁)_1G의 측정값은 2개의 굴절율, (n₂-1) 과 (n₁-1) 의 차이로서 얻어진다 (수학식 2 참조). 바람직한 실시예의 제 2 그룹에 대해, 각각의 분모 (n₂-n₁)_2G는 2개의 측정된 굴절율 n₂와 n₁의 차이로서 얻어진다. 분산 간섭계가 측정경로 내의 가스 칼럼 밀도에 대한 프록시 (n₂-n₁) 로서 얻는 데 사용되는 거리 측정 간섭계에서, 프록시 (n₂-n₁)_DMI는 2개의 측정된 굴절율 n₂와 n₁의 차이로서 역시 얻어진다. 결과로서, (n₂-n₁)_DMI와 (n₂-n₁)_2G의 측정비는 (n₂-n₁) 의 낮은 공간 주파수성분에 대한 파장 (λ₂, λ₁) 의 측정값에서의 에러와 실질적으로 무관한 반면, (n₂-n₁)_DMI와 (n₂-n₁)_1G의 측정비는 일반적으로 (n₂-n₁) 의 공간 주파수성분의 스펙트럼의 임의의 부분에 대한 파장 (λ₂, λ₁) 의 측정값에서의 에러와 실질적으로 무관하지 않다. (n₂-n₁) 의 낮은 공간 주파수성분에 대해 λ₂와 λ₁의 측정값에서의 에러에 대한 (n₂-n₁)_DMI와 (n₂-n₁)_2G의 측정비의 실질적으로 제로의 민감도는 바람직한 제 4 실시예의 설명에서 더 논의되고 마이크로리소그래피에서 요구되는 것과 같은 정밀 거리 측정 간섭계에서의 중요한 이점으로 될 수 있다.

이하, 가스의 고유한 광학적 성질, 특히, 역분산력 (Γ) 을 측정하기 위해, 바람직한 실시예의 제 2 그룹으로부터, 본 발명의 바람직한 제 4 실시예를 도식적으로 도시한 도 4a-4f 를 참조하기로 하는데, 여기서, 엔드 유즈 애플리케이션은 가스의 고유한 광학적 성질이 결정되는 특정 방식의 선택에 영향을 미치고, 그리고 채택된 광원의 안정도가 충분하며 채택된 광원에 의해 생성된 광 빔의 파장 비가 최종적인 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터에 부과된 요구되는 정밀도를 충족시키기에 충분한 상대정밀도로 기지의 비 값에 일치된다. 제 4 실시예에서의 시차 평면 미러 간섭계의 구성은 분자로서의 사용을 위한 굴절율 (n₁-1) 의 측정을 허용하고 Γ의 계산에서 수학식 23 의 분모로서의 사용을 위한 2개의 측정된 굴절율 n₂와 n₁의 차이로서 (n₂-n₁) 의 측정값에 등가인 (n₂-n₁)_2G의 측정값을 허용한다.

제 4 실시예에 대한 광 빔 (9, 10) 의 소스 및 광 빔 (9, 10) 의 설명은 바람직한 제 1 실시예에 대해 주어진 광 빔 (9, 10) 의 소스 및 광 빔 (9, 10) 의 설명 부분과 동일하다.

도 4a 를 참조하면, 빔 (9) 은 미러 (53) 에 의해 반사되어 빔 (11) 으로 된다. 빔 (10) 은 미러 (54) 에 의해 반사되어 빔 (212) 으로 된다. 빔 (11) 은 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (269) 에 입사하고 빔 (212) 은 시차 평면 미러 간섭계 (270) 에 입사한다. 측정 셀 (90) 에 의해 제공된 외부미러를 갖는 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (269) 와 시차 평면 미러 간섭계 (270) 는 빔 (11) 의 x 와 y 성분의 제 1 부분 사이의 위상시프트 (φ₁), 빔 (11) 의 x 와 y 성분의 제 2 부분 사이의 위상시프트 (φ₆), 및 빔 (212) 의 x 와 y 성분 사이의 위상시프트 (φ₇) 를 도입하기 위한 간섭수단을 포함한다.

도 4b 를 참조하면, 빔 (11) 의 일부는 빔 스플리터 (55A), 바람직하게는 편광형 빔 스플리터에 의해 빔 (13) 으로서 전달되고 빔 (11) 의 제 2 부분은 빔 스플리터 (55C), 바람직하게는 비편광형 빔 스플리터에 닿는 빔 스플리터 (55A) 에 의해 반사된다. 빔 (11) 의 제 2 부분의 제 1 부분은 빔 스플리터 (55C) 에 의해 반사된 후 반파 위상지연 플레이트 (79) 에 의해 빔 (113) 으로서 전달된다. 빔 (11) 의 제 2 부분의 제 2 부분은 빔 스플리터 (55C) 에 의해 전달되고, 미러 (55D) 에 의해 반사된 후 빔 (1113) 으로서 반파 위상지연 플레이트 (79) 에 의해 전달된다. 반파 위상지연 플레이트 (79) 는 빔 (11) 의 제 2 부분의 제 1 및 제 2 부분의 편광 면을 90°회전시키도록 오리엔트되어 빔 (13, 113, 1113) 이 동일한 편광을 갖게 한다. 그러나, 빔 (13) 은 빔 (113, 1113) 의 주파수와는 다른 주파수를 갖고 빔 (113) 과 빔 (1113) 의 주파수는 동일하다. 빔 (11) 의 제 1 주파수성분이 유일한 프로제니터인 빔들은 도 4b 에 점괘선으로 표시되고 빔 (11) 의 제 2 주파수성분이 유일한 프로제니터인 빔들은 도 4b 에 점선 또는 일점쇄선으로 표시된다.

시차 평면 미러 간섭계 그룹 (269) 은 제 1 실시예의 시차 평면 미러 간섭계 (69) 와 동일한 소자들을 많이 포함하는데, 2개의 시차 평면 미러 간섭계에서의 동일한 부재번호는 동일한 기능을 수행한다. 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (269) 에 대해 도 4b 에 도시된 많은 빔들은 시차 평면 미러 간섭계 (69) 에 대해 도 1b 에 도시된 빔들과 동일한 성질을 갖는데, 2개의 시차 평면 미러 간섭계에서의 동일한 숫자의 빔들은 동일한 성질을 갖는다. 또한, 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (269) 에 대해 도 4b 에 도시된 (1000+N) 의 숫자를 갖는 빔들은, 진공경로 (98) 내의 대응하는 기준경로의 길이가 0 의 명목값을 갖는다는 점을 제외하고는, 시차 평면 미러 간섭계 (69) 에 대해 도 1b 에 도시된 N 의 숫자를 갖는 빔들과 동일한 성질을 갖는다. 시차 평면 미러 간섭계 (269) 에 의해 생성된 빔 (27, 127, 1127) 과 측정 셀 (90) (도 4b 참조) 은 역분산력이 결정되는 가스를 통한 광학적 경로길이, 진공을 통한 광학적 경로길이, 및 0 의 길이의 광학적 경로길이에 대한 파장 (λ₁) 에서의 정보를 포함한다.

도 4b 를 참조하면, 빔 (27) 의 제 1 부분은 빔 스플리터 (63C), 바람직하게는 비편광형 빔 스플리터에 의해 전달되고 미러 (63B) 에 의해 반사되며 빔 (27) 의 제 1 부분의 일부는 빔 스플리터 (63A), 바람직하게는 비편광형 빔 스플리터에 의해 반사되어 빔 (129) 의 한 성분으로 된다. 빔 (127) 의 일부는 빔 스플리터 (63A) 에 의해 전달되어 빔 (129) 의 제 2 부분으로 된다. 빔 (129) 은 혼합 빔으로서 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (269) 을 출사하는데, 빔 (129) 의 제 1 및 제 2 성분은 상이한 주파수를 갖는 동일한 선편광을 갖는다. 빔 (27) 의 제 2 부분은 빔 스플리터 (63C) 에 의해 반사되고 빔 (27) 의 제 2 부분의 일부는 빔 스플리터 (63D), 바람직하게는 비편광형 빔 스플리터에 의해 반사되어 빔 (1129) 의 한 성분으로 된다. 빔 (1127) 의 일부는 빔 스플리터 (63D) 에 의해 전달되어 빔 (1129) 의 제 2 성분으로 된다. 빔 (1129) 은 혼합 빔으로서 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (269) 을 출사하는데, 빔 (1129) 의 제 1 및 제 2 성분은 상이한 주파수를 갖는 동일한 선형 편광을 갖는다.

도 4c 에 도시된 시차 평면 미러 간섭계 (270) 는 제 1 실시예의 시차 평면 미러 간섭계 (70) 와 동일한 소자를 많이 포함하는데, 2개의 시차 평면 미러 간섭계의 동일 번호의 소자들은 동일한 기능을 수행한다. 시차 평면 미러 간섭계 (270) 에 대해 도 4c 에 도시된 많은 빔들은 시차 평면 미러 간섭계 (70) 에 대해 도 1c 에 도시된 빔들과 동일한 성질을 갖는데, 2개의 시차 평면 미러 간섭계의 동일 번호의 빔들은 동일한 성질을 갖는다. 또한, 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (270) 에 대해 도 4c 에 도시된 (1000+N) 의 숫자를 갖는 빔들은, 진공경로 (98) 내의 대응하는 기준경로의 길이가 0 의 명목값을 갖는다는 점을 제외하고는, 시차 평면 미러 간섭계 (70) 에 대해 도 1c 에 도시된 N 의 숫자를 갖는 빔들과 동일한 성질을 갖는다. 시차 평면 미러 간섭계 (270) 에 의해 생성된 빔 (28, 1128) 과 측정 셀 (90) (도 4b 참조) 은 역분산력이 결정되는 가스를 통한 광학적 경로길이, 및 0 의 길이의 광학적 경로길이를 갖는 기준경로에 대한 파장 (λ₂) 에서의 정보를 포함한다.

도 4c 를 참조하면, 빔 (28) 은 미러 (64B) 에 의해 반사되고 빔 스플리터 (64A), 바람직하게는 비편광형 빔 스플리터에 의해 반사된 빔 (28) 의 일부는 빔 (1130) 의 한 성분으로 된다. 빔 (1128) 의 일부는 빔 스플리터 (64A) 에 의해 전달되어 빔 (1130) 의 제 2 성분으로 된다. 빔 (1130) 은 혼합 빔으로서 시차 평면 미러 간섭계 (270) 를 출사하는데, 빔 (1130) 의 제 1 및 제 2 성분은 상이한 주파수를 갖는 동일한 선편광을 갖는다.

위상시프트 (φ₁, φ₆, φ₇) 의 크기는 다음 수학식에 따라 도 4d 에 도시된 바와 같이 측정경로 (97), 기준경로 (98), 또는 0 의 물리적 길이의 기준경로의 경로 i 의 순환 물리적 길이 L_i에 관련된다.

여기서, 기준경로 (98) 내의 굴절율은 1 로 설정되어 있다. 도 4b 및 도 4c 의 예시는 제 4 실시예에서 본 발명의 기능을 가장 간단한 방식으로 도시하기 위하여 p=2 인 경우에 대한 것이다. 당업자에게, p ≠2 인 경우에 대한 일반화는 자명한 절차이다.

거리 측정 간섭계에서 비선형성을 생성하는 순환에러 (Bobroff 의 상기 논문 참조) 는 수학식 121 에서 생략되었다. 당업자에게 알려진 기술은 순환에러를 무시할만한 레벨로 감소시키거나 순환에러의 존재를 보상하는 데 사용될 수 있는데, 이 기술은 간섭계에서의 분할된 빔 및/또는 각 광 빔원으로부터 간섭계로의 광 빔에 대한 전달시스템에서의 분할된 빔과 같은 기술이다 (Tanaka, Yamagami, 및 Nakayama 의 상기 논문).

도 4a 에 도시된 다음 단계에서, 위상시프트된 빔 (129, 1129, 1130) 은 각각 광검출기 (85, 1085, 1186) 에 닿아, 바람직하게는 광전 검출에 의해, 각각 3개의 간섭신호인 헤테로다인 신호 (s₁, s₆, s₇) 로 된다. 신호 (s₁, s₆) 는 파장 (λ₁) 에 상응하고 신호 (s₇) 는 파장 (λ₂) 에 상응한다. 신호 (s_j) 는 다음과 같은 형태를 갖는다.

여기서, 시간종속변수 α_j(t) 는 다음과 같이 주어진다.

헤테로다인 신호 (s₁, s₆, s₇) 는 디지털 또는 아날로그 형태, 바람직하게는 디지털 형태로 각각 전자신호 (103, 1103, 1104) 로서 분석을 위해 전자 프로세서 (409) 로 전달된다.

드라이버 (5, 6) 의 위상은 바람직하게는 디지털 형태로 전자신호인 기준신호 (101, 102) 에 의해 각각 전자 프로세서 (409) 로 전달된다.

헤테로다인 신호 (s₁, s₆, s₇) 를 전자적으로 처리하기 위한 바람직한 방법은 l₁과 l₂가 저위의 정수가 아닌 경우에 대해 여기 제공된다. l₁과 l₂가 저위의 정수이고 파장의 비가 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터에 부과된 요구되는 상대정밀도로 기지의 비 (l₁/l₂) 에 일치되는 경우에 대해, 헤테로다인 신호 (s₁, s₆, s₇) 를 전자적으로 처리하기 위한 바람직한 방법은 본 발명의 바람직한 제 4 실시예의 변형에 대해 차후에 기재된 것과 동일하다.

신호 (s₁, s₆, s₇) 의 위상 (φ₁, φ₆, φ₇) 은 각각 바람직하게는 수퍼헤테로다인 수신기 기술의 응용에 의해 얻어지는데, 신호 (s₁, s₆, s₇) 의 주파수는 각각의 주파수 (f₁, f₂) 보다 실질적으로 낮은 주파수로 시프트되며 (수학식 123 참조), 이 조건들은 고정밀의 위상측정에 대해 일반적으로 더 유리하다.

도 4f 를 참조하면, 전자 프로세서 (409) 는 문자숫자표기의 소자들을 포함하는 것이 바람직한데, 문자숫자표기의 숫자 성분은 소자의 기능을 나타내고, 이는 도 1f 에 도시된 제 1 실시예의 전자 처리 소자들에 대해 설명된 것과 동일한 숫자성분/기능 결합이다. 제 4 실시예의 헤테로다인 신호 (s₁, s₆) 는 제 1 실시예의 신호 (s₁) 와 동일한 전자 처리 단계들의 순서에 의해 각각 처리되며 제 4 실시예의 신호 (s₇) 는 제 1 실시예의 신호 (s₂) 와 동일한 순서의 전자 처리 단계들에 의해 처리된다. 도 4f 에 도시된 이 분석의 결과는 다음과 같다.

여기서, φ_I1과 φ_I2는 수학식 5 에서 정의된다.

다음에, 위상 ( _6×I1, _7×I2) 은 각각 전자 프로세서 (1095F, 1095G) 에 의해 각각 (l₁/p) 와 (l₂/p) 로 승산된다. 다음에, (l₁/p) _6×I1와 (l₂/p) _7×I2는 아날로그 또는 디지털 처리에 의해 전자 프로세서 (1096F) 에서 가산되고 전자 프로세서 (1097E) 에서 전자로부터 후자를 감산하여 각각 위상 (θ_2G, _2G) 을 생성한다.

수학식 125 및 126 으로부터, θ_2G와 _2G는 측정 셀 (90) 의 반사면 (95) 또는 반사면 (96) 의 경사에 민감하지 않고 시차 평면 미러 간섭계의 사용결과로서 연관된 광 성분 및 간섭계 빔 스플리팅 큐브에서 발생할 수 있는 열적 및 기계적 장애에 민감하지 않다.

굴절율 (n₁-1), 분산 (n₂-n₁)_2G, 및 파수 (k₁) 는 다음 식에 의해 제 4 실시예에서 얻어진 다른 양의 항으로 표현될 수 있다.

여기서, χ와 K 는 각각 수학식 26 및 27 에 의해 주어지고,와 Z 는 다음과 같이 주어진다.

수학식 128 은 2개의 상이한 파장에 대한 경로가 실질적으로 같은 넓이인 경우, 즉, 제 2 실시예에서 본 발명의 기능을 가장 간단한 방식으로 도시하도록 선택된 경우에 대해 타당하다. 당업자에게, 2개의 상이한 파장에 대한 경로가 실질적으로 같은 넓이를 갖지 않는 경우에 대한 일반화는 자명한 절차이다.

비 (λ₁/λ₂) 는 수학식 30 에서 주어진 것과 동일한 결과와 함께 (K/χ) 의 항으로 수학식 26 및 27 로부터 표현될 수 있다. 다음 조건하에서 동작할 때,

위상 ( _2G및 θ_2G) 의 비는 다음과 같은 대략적인 값을 갖는다.

따라서, 비 (λ₁/λ₂) 가, 역분산력 (Γ) 의 측정을 위해 바람직한 상대정밀도 (ε) 에 가스의 굴절율의 분산 (n₂-n₁) 을 곱한 크기 또는 그보다 더 저위의 크기의 상대정밀도에 대한 기지의 비 (l₁/l₂) 와 동일한 경우에 대해, 수학식 128 은 다음과 같은 더 간단한 형태로 줄어든다.

식으로 표현된 수학식 134 로 되는 파장 (λ₁, λ₂) 에 대한 조건은 다음과 같다.

수학식 135 는 수학식 34 에 의해 표현된 바람직한 실시예의 제 1 그룹에 대한 대응하는 제한에 비해 기지의 비 (l₂/l₁) 로부터 파장의 비의 허용가능한 편차에 대해 더 엄격한 제한을 나타낸다. 더 엄격한 제한에 대한 기초는 수학식 32 및 133 의 검사로부터 명백한데, 비 ( _2G/θ_2G)/( _1G/θ_1G) 와 동일한 인수에 의한, 바람직한 실시예의 제 2 그룹을 대표하는, 바람직한 실시예의 제 1 그룹에 의해 얻어진 Γ는 제 4 실시예에 의해 얻어진 Γ에 대한 (K/χ) 에서의 에러에 덜 민감하다.

따라서, 바람직한 실시예의 제 1 그룹은 (K/χ) 에서의 에러에 대한 최종 사용 결과의 민감도에 대해 역분산력 (Γ) 의 결정을 위한 제 4 실시예에 관한 실시예의 바람직한 그룹이다.

분산간섭계가 측정경로 내의 가스의 칼럼 밀도에 대한 프록시로서 (n₂-n₁) 의 측정값을 얻는 데 이용되고 측정경로 내에 존재하는 가스에 대한 보정을 위해 (n₂-n₁) 의 측정값을 사용하는 거리 측정 간섭계 내에 엔드 유즈 애플리케이션이 있는 때, 제 4 실시예는 Γ의 결정을 위해 바람직한 실시예의 제 1 그룹의 실시예보다 더 바람직하다는 것은 바람직한 실시예의 제 2 그룹에 대한 도입절에 기재되었다. 상기 기재에 대한 기초는 수학식 32 및 133 에 의해 표현된 성질로부터 이해된다. (K/χ) 에서의 에러에 대한 (n₂-n₁)_DMI및 (n₂-n₁)_1G의 비의 민감도는 수학식 136 에 의해 표현된 것과 동일하다. 대조적으로, 제 4 실시예에 의해 얻어진 바와 같이 (K/χ) 에서의 에러에 대한 (n₂-n₁)_DMI및 (n₂-n₁)_2G의 비의 민감도는 실질적으로 동일하다. 결과로서, 제 4 실시예에 의해 얻어진 바와 같이 (K/χ) 에서의 에러에 대한 (n₂-n₁)_DMI및 (n₂-n₁)_2G의 비의 네트 (net) 민감도는 (K/χ) 에서의 에러에 대한 (n₂-n₁)_DMI및 (n₂-n₁)_1G의 비의 대응 민감도에 비해 실질적으로 감소될 수 있다. 제 4 실시예에 의해 얻어진 바와 같이 (K/χ) 에서의 에러에 대한 (n₂-n₁)_DMI및 (n₂-n₁)_2G의 비의 네트 민감도가 (K/χ) 에서의 에러에 대한 (n₂-n₁)_DMI및 (n₂-n₁)_1G의 비의 대응 민감도보다 작은 값으로 감소되는 정도까지는, 바람직한 실시예의 제 2 그룹은 Γ의 결정에 대해 바람직한 실시예이다.

제 4 실시예에 의해 얻어진 바와 같이 (K/χ) 에서의 에러에 대한 (n₂-n₁)_DMI및 (n₂-n₁)_2G의 비의 감소된 네트 민감도의 정도는 (n₂-n₁)_DMI및 (n₂-n₁)_2G가 공간적으로 상관된 정도에 따를 것인데, 즉, 상관도가 클수록 네트 민감도의 감소가 크다.

(n₂-n₁) 의 낮은 공간 주파수성분에 대해, (n₂-n₁)_DMI와 (n₂-n₁)_2G사이의 크로스 상관 계수는 실질적으로 1 일 것이다. (n₂-n₁)_DMI와 (n₂-n₁)_2G사이의 크로스 상관 계수가 최대값 1 로부터 상당히 벗어나는 공간 주파수는 거리 측정/분산 간섭계의 장치 및 제 4 실시예의 장치의 공간 분할의 기능일 것이다.

제 4 실시예에 대한 수학식 135 으로 표현된 파장 (λ₁, λ₂) 에 대한 조건은, 1 에서 거리 측정 간섭계의 엔드 유즈 애플리케이션에 대한 (n₂-n₁)_DMI와 (n₂-n₁)_2G사이의 크로스 상관 계수를 감산한 것에 관련된 인수에 의해 완화될 것인데, 여기서, 분산 간섭계는 측정경로 내의 가스의 칼럼 밀도에 대한 프록시로서 (n₂-n₁) 의 측정값을 얻는 데 사용되고 (n₂-n₁) 의 측정값은 측정경로 내에 존재하는 가스에 대한 보정을 위해 사용된다는 것은 당업자에게 명백할 것이다.

다음 단계에서, 전자 처리 수단 (409) 은, 가스 구성에 대한 지식없이, 주위환경 조건에 대한 지식없이, 그리고 가스 구성의 굴절율의 성질에 대한 지식없이, 상이한 파장의 빔에 의해 경험된 측정경로가 같은 넓이를 갖는 정도까지 측정경로 (97) 내의 가스의 난기류 또는 가스의 칼럼 밀도의 변동에 실질적으로 무관하게, 수학식 23 및 수학식 127, 128, 129 에 따른 Γ의 계산 및 필요하다면 k₁의 계산을 위해, 바람직하게는 디지털 형태로, 전자신호 (105) 로서 _1×I1, _6×I1, θ_2G, _2G를 컴퓨터 (110) 에 전달한다.

제 4 실시예의 나머지 설명은 본 발명의 제 1 실시예에 대해 주어진 설명의 대응부분과 동일하다.

이하, 가스의 고유한 광학적 성질, 특히 역분산력을 측정하기 위해 본 발명의 바람직한 제 4 실시예의 변형을 도식적으로 도시한 도 4a-4e, 및 도 4g 를 참조하기로 하는데, 여기서, 엔드 유즈 애플리케이션은 가스의 고유한 광학적 성질이 결정되는 특정 방식의 선택에 영향을 미치고, 그리고 채택된 광원의 안정도가 충분하며 채택된 광원에 의해 생성된 광 빔의 파장은 최종적인 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터에 부과된 요구되는 정밀도를 충족하기에 충분한 상대정밀도에 조화롭게 관련된다. 파장이 대략 조화롭게 관련되는 조건은 비 (l₁/l₂) 가 저위의 0 이 아닌 정수의 비 (p₁/p₂) 로서 표현가능한 제 4 실시예의 특별 경우에 대응한다 (수학식 35 참조).

제 4 실시예의 변형에 대한 광 빔 (9, 10) 의 소스 및 광 빔 (9, 10) 에 대한 설명은, 파장이 최종적인 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터에 부과된 요구되는 정밀도를 충족시키기에 충분한 상대정밀도로 조화롭게 관련되어야 한다는추가적인 필요조건과 함께 제 1 실시예에 대해 주어진 광 빔 (9, 10) 의 소스 및 광 빔 (9, 10) 에 대한 설명 부분과 동일하다. 도 4a-4e 에 도시된 제 4 실시예의 변형에 대한 장치의 설명은 제 4 실시예에 대해 주어진 설명의 대응부분과 동일하다.

위상 (φ₁, φ₆, φ₇) 에 포함된 위상정보는 바람직하게는 수퍼헤테로다인 신호의 생성을 통해 제 4 실시예의 변형에서 얻어지는데, 여기서, 수퍼헤테로다인 신호의 주파수는 f₁및 f₂보다 훨씬 더 작은 주파수이고 일반적으로 더 정확한 위상측정이 가능하다.

도 4g 를 참조하고, 제 4 실시예의 변형의 바람직한 방법에 따르면, 전자 프로세서 (409A) 는 문자숫자표기의 소자를 포함하는 것이 바람직한데, 여기서, 문자숫자표기의 숫자성분은 소자의 기능을 나타내고 도 1f 에 도시된 제 1 실시예의 전자 처리 소자들에 대해 설명된 것과 동일한 숫자성분/기능결합이다. 도 4g 에 도시된 바와 같이, 제 4 실시예의 변형의 헤테로다인 신호 (s₁, s₆) 는 제 1 실시예의 변형의 신호 (s₁) 와 동일한 순서의 전자 처리 단계에 의해 처리되고 제 4 실시예의 변형의 신호 (s₆, s₇) 는 제 1 실시예의 변형의 신호 (s₂) 와 동일한 순서의 전자 처리 단계에 의해 처리되는데, s₆에 대해 2개의 별개의 순서의 전자 처리 단계가 있다. 이 분석의 결과는 φ₁, φ₆,, 및이다.

및는 각각 수학식 53 및 55 에 의해 주어진다.

다음 단계에서, φ₁, φ₆,, 및는 굴절율 (n₁-1), 분산 (n₂-n₁)_2G, Γ, 및/또는 k₁의 계산을 위해 바람직하게는 디지털 형태로 컴퓨터 (110) 로 전달된다. 제 4 실시예의 변형의 φ₁, φ₆,,,, 및은, φ_I1및 φ_I2를 0 으로 설정하고, l₁=p₁, 및 l₂=p₂인 조건과 함께 제 4 실시예의 _1×I1, _6×I1, θ_2G, _2G,, 및 Z 와 형식상 각각 등가이다. 따라서, 굴절율 (n₁-1), 분산 (n₂-n₁)_2G, 및 k₁은, 이 절에서 인용된 관계들, 즉, 수학식 26 및 27 로 주어진 χ및 K, φ_I1및 φ_I2를 0 으로 설정, l₁=p₁, 및 l₂=p₂를 이용하여, 수학식 127, 128, 및 129 와 함께 제 4 실시예의 변형에 의해 측정된 양의 항으로 각각 표현될 수 있다. 제 4 실시예의 변형에 대한 나머지 설명은 제 4 실시예에 대해 주어진 설명의 대응부분과 동일하다.

이하, 가스의 고유한 광학적 성질, 특히, 역분산력 (Γ) 을 측정하기 위한 바람직한 실시예의 제 2 그룹으로부터 본 발명의 바람직한 제 5 실시예를 도식적으로 도시한 도 5a-5d 를 참조하기로 하는데, 여기서, 엔드 유즈 애플리케이션은 가스의 고유한 광학적 성질이 결정되는 특정 방식의 선택에 영향을 미치고, 채택된 광원의 안정도가 충분하며 채택된 광원에 의해 생성된 광 빔의 파장 비가 최종적인 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터에 부과된 요구되는 정밀도를 충족하기에 충분한 상대정밀도로 기지의 비 값에 일치된다. 제 5 실시예의 시차 평면 미러 간섭계의 구성은 분자로서의 사용을 위한 굴절율 (n₁-1) 의 측정, 및 Γ의 계산에서 수학식 23 의 분모로서의 사용을 위한 2개의 측정 굴절율 n₂와 n₁의 차이로서 (n₂-n₁) 의 측정값과 등가인 (n₂-n₁)_2G의 측정을 허용한다.

제 5 실시예에 대한 광 빔 (9, 10) 의 소스 및 광 빔 (9, 10) 에 대한 설명은 바람직한 제 2 실시예에 대해 주어진 광 빔 (9, 10) 의 소스 및 광 빔 (9, 10) 에 대한 설명부분과 동일하다.

도 5a 를 참조하면, 빔 (9) 은 미러 (53) 에 의해 반사되어 빔 (11) 으로 된다. 빔 (10) 의 일부는 빔 스플리터 (54A), 바람직하게는 비편광형의 빔 스플리터에 의해 반사되어 빔 (12) 이 된다. 빔 (10) 의 제 2 부분은 빔 스플리터 (54A) 에 의해 전달된 후 미러 (54B) 에 의해 전달되어 빔 (212) 으로 된다. 빔 (11) 은 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (269) 에 입사되고 빔 (12, 212) 은 2개의 시차 평면 미러 간섭계로 이루어진 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (370) 에 입사한다. 측정 셀 (90) 에 의해 제공된 외부미러를 갖는 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (370) 및 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (269) 은 빔 (11) 의 x 성분과 y 성분의 제 1 부분 사이에 위상 시프트 (φ₁) 를, 빔 (11) 의 x 성분과 y 성분의 제 2 부분 사이에 위상 시프트 (φ₆) 를, 빔 (12) 의 x 성분과 y 성분 사이에 위상시프트 (φ₈) 을, 그리고 빔 (212) 의 x 성분과 y 성분 사이에 위상시프트 (φ₉) 를 도입하기 위한 간섭수단을 포함한다.

시차 평면 미러 간섭계 그룹 (269) 및 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (269) 내의 빔의 전파에 대한 설명은 도 4b 에 도시된 제 4 실시예의 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (269) 및 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (269) 내의 빔의 전파에 대한 설명의 대응부분과 동일하다.

시차 평면 미러 간섭계 그룹 (370) 은 제 2 실시예의 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (170) 과 동일한 소자를 많이 포함하는데, 2개의 시차 평면 미러 간섭계 그룹내의 동일한 번호의 소자는 동일한 기능을 수행한다. 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (370) 에 대해 도 5b 에 도시된 많은 빔들은 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (170) 에 대해 도 2b 에 도시된 빔과 동일한 성질을 갖는데, 2개의 시차 평면 미러 간섭계 그룹 내의 동일 번호의 빔들은 동일한 성질을 갖는다. 또한, 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (370) 에 대해 도 5b 에 도시된 (1000+N) 번호를 갖는 빔들은, 진공경로 (98) 내의 대응하는 기준경로의 길이가 0 의 명목값을 갖는다는 점을 제외하고는 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (170) 에 대해 도 2b 에 도시된 N 번호를 갖는 빔들과 동일한 성질을 갖는다 (도 5c 참조). 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (370) 및 측정 셀 (90) 에 의해 생성된 빔 (20, 220, 1120, 1320) (도 5b 참조) 은, 역분산력이 결정되는 가스를 통한 광학적 경로길이 및 0 의 길이의 광학적 경로길이에 대한 파장 (λ₂) 에서의 정보를 각각 포함한다.

도 5b 에 도시된 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (370) 의 하나의 시차 평면 미러 간섭계는 2개의 출사/리턴 빔 (18, 1118) 을 갖는다. 빔 (12) 의 한 주파수 성분인 제 1 주파수성분으로부터 발생하는 빔 (18) 은 하나의 측정레그에 대한 빔을 포함하고 빔 (12) 의 제 2 주파수성분으로부터 발생하는 빔 (1118) 은 제 2 측정레그에 대한 빔을 포함한다. 빔 (12) 의 주파수성분이 유일한 프로제니터인 빔들은 도 5b 에 점괘선으로 표시되고 빔 (12) 의 제 2 주파수성분이 유일한 프로제니터인 빔들은 도 5b 에 점선으로 표시된다.

도 5b 에 도시된 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (370) 의 제 2 시차 평면 미러 간섭계는 2개의 출사/리턴 빔 (218, 1318) 을 갖는다. 빔 (212) 의 한 주파수성분인 제 1 주파수성분으로부터 발생하는 빔 (218) 은 하나의 측정레그에 대한 빔을 포함하고 빔 (212) 의 제 2 주파수성분으로부터 발생하는 빔 (1318) 은 제 2 측정레그에 대한 빔을 포함한다. 빔 (212) 의 제 1 주파수성분이 유일한 프로제니터인 빔들은 도 5b 에 일점쇄선으로 표시되고 빔 (212) 의 제 2 주파수성분이 유일한 프로제니터인 빔들은 도 5b 에 이점쇄선으로 표시된다.

도 5b 를 참조하면, 빔 (20) 은 미러 (64B) 에 의해 반사되고, 그 일부는 빔 스플리터 (64F), 바람직하게는 비편광 빔 스플리터에 의해 반사되어 빔 (1122) 의 제 1 성분으로 된다. 빔 (1120) 의 일부는 빔 스플리터 (64F) 에 의해 전달되어 빔 (1122) 의 제 2 성분으로 된다. 빔 (1122) 은 혼합 빔이며, 빔 (1122) 의 제 1 및 제 2 성분은 동일한 선편광을 갖는다. 빔 (220) 은 미러 (64D) 에 의해 반사되고, 그 일부는 빔 스플리터 (64G), 바람직하게는 비편광 빔 스플리터에 의해 반사되어 빔 (1322) 의 제 1 성분으로 된다. 빔 (1320) 의 일부는 빔 스플리터 (64G) 에 의해 전달되어 빔 (1322) 의 제 2 성분으로 된다. 빔 (1322) 은 혼합 빔이며, 빔 (1322) 의 제 1 및 제 2 성분은 동일한 선편광을 갖는다. 빔 (1122, 1322) 은 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (370) 을 출사한다.

위상시프트 (φ₁, φ₆, φ₈, φ₉) 의 크기는, p₁=2p₂의 경우에 대해, 다음 식에 따라 도 4d 에 도시된 측정레그 (97), 기준경로 (98), 또는 0 의 물리적길이의 기준경로의 순환 물리적길이에 연관된다.

위상 오프셋 ( _j) 은 측정경로 (97) 또는 기준경로 (98) 에 연관되지 않은 위상시프트 (φ_j) 에 대한 모든 기여를 포함한다. 당업자에게, p₁≠2p₂인 경우에 대한 일반화는 자명한 절차이다. 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (269) (도 4b 참조) 및 도 5b 에 도시된 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (370) 은, 측정 셀 (90) 과 함께, 제 5 실시예의 장치의 기능을 가장 간단한 방식으로 도시하기 위하여 p₁=2 및 p₂=1 인 경우로 구성된다.

거리 측정 간섭계에서 비선형성을 생성하는 순환에러 (Bobroff 의 상기 논문 참조) 는 수학식 139 에서 생략되었다. 당업자에게 알려진 기술은 순환에러를 무시할만한 레벨로 감소시키거나 순환에러의 존재를 보상하는 데 사용될 수 있는데, 이 기술은 간섭계 내의 분할된 빔 및/또는 각 광 빔원으로부터 간섭계로의 광 빔에 대한 전달시스템 내의 분할된 빔을 사용하는 것과 같은 것이다 (Tanaka, Yamanagi, 및 Nakayama 의 상기 논문).

도 5a 에 도시된 다음 단계에서, 위상시프트된 빔 (129, 1129, 1122, 1322) 은 각각 광검출기 (85, 1085, 1186, 1286) 에 닿아, 바람직하게는 광전 검출에 의해, 각각 4개의 간섭신호인 헤테로다인 신호 (s₁, s₆, s₈, s₉) 로 된다. 신호 (s₁, s₆) 는 파장 (λ₁) 에 상응하고 신호 (s₈, s₉) 는 파장 (λ₂) 에 상응한다. 신호 (s_j) 는 다음과 같은 형태를 갖는다.

여기서, 시간종속변수 α_j(t) 는 다음과 같이 주어진다.

헤테로다인 신호 (s₁, s₆, s₈, s₉) 는 디지털 또는 아날로그 형태로 각각 전자신호 (103, 1103, 1204, 1404) 로서 분석을 위해 전자 프로세서 (509) 로 전달된다.

드라이버 (5, 6) 의 위상은 전기신호인 기준신호 (101, 102) 에 의해 각각 디지털 또는 아날로그 형태, 바람직하게는 디지털 형태로 전자 프로세서 (509) 에 전달된다.

헤테로다인 신호 (s₁, s₆, s₈, s₉) 를 전자적으로 처리하기 위한 바람직한 방법은 l₁및 l₂가 저위 정수가 아닌 경우에 대해 여기 제공된다. l₁및 l₂가 저위 정수이고 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터에 부과된 요구되는 정밀도를 충족시키기에 충분한 상대정밀도로 파장의 비가 비 (l₁/l₂) 에 일치되는 경우에 대해, 헤테로다인 신호 (s₁, s₆, s₈, s₉) 를 전자적으로 처리하기 위한 바람직한 절차는 본 발명의 바람직한 제 5 실시예의 변형에 대해 이하에 개시된 것과 동일하다.

도 5d 를 참조하면, 전자 프로세서 (509) 는 문자숫자표기의 소자들을 포함하는 것이 바람직한데, 문자숫자표기의 숫자성분은 소자의 기능을 나타내며, 도 1f 에 도시된 제 1 실시예의 전자 처리 소자에 대해 설명된 것과 동일한 숫자성분/기능결합이다. 전자 프로세서 (509) 에 의한 헤테로다인 신호 (s₁, s₆, s₈, s₉) 의 처리에서의 단계들의 설명은, 문자숫자표기의 소자들의 숫자성분에 따라, 전자 프로세서 (109) 에 의한 제 1 실시예의 헤테로다인 신호 (s₁, s₂) 의 처리에서의 단계들의 설명의 대응부분과 동일하다. 전자 프로세서 (509) 에 의한 헤테로다인 신호 (s₁, s₆, s₈, s₉) 의 처리는 4개의 사이드밴드 위상 ( _1×I1, _6×I1, _8×I2, _9×I2) 을 생성한다.

여기서, φ_I1및 φ_I2는 수학식 5 에서 정의된다.

도 5d 를 참조하면, 전자 프로세서 (509) 는 _8×I2및 _9×I2를 함께 가산하기 위하여 전자 프로세서 (1096G) 를 포함한다. 다음에, 위상 _6×I1및 결과적인 위상합 ( _8×I2+ _9×I2) 은 각각 전자 프로세서 (1095H, 1095I) 에서 각각 l₁/p₁및 (l₂/p₂)(1/2) 에 의해 승산되어, 위상 (l₁/p₁) _4×I1및 (l₂/p₂)( _8×I2+ _9×I2)/2 로 된다. 다음에, 위상 (l₁/p₁) _1×I1및 (l₂/p₂)( _8×I2+ _9×I2)/2 는 전자 프로세서 (1096H) 에서 가산되고 아날로그 또는 디지털 처리, 바람직하게는 디지털 처리에 의해 전자 프로세서 (1096F) 에서 전자로부터 후자가 감산되어 각각 위상 (θ_2G, _2G) 을 생성한다.

수학식 143 및 144 로부터, θ_2G와 _2G는 측정 셀 (9) 의 반사면 (95) 또는 반사면 (96) 의 경사에 민감하지 않고 시차 평면 미러 간섭계의 사용결과로서 연관된 광 소자 및 간섭계 빔 스플리팅 큐브 내에서 발생할 수 있는 열적 및 기계적 장애에 민감하지 않다.

굴절율 (n₁-1), 분산 (n₂-n₁)_2G, 및 파수 k₁은 다음 식에 의해 제 5 실시예에서 얻어진 다른 양의 항으로 표현될 수 있다.

여기서, χ와 K 는 각각 수학식 26 및 27 에 의해 주어지고, 제 2 오더의 보정항은 생략되었다. 보정항은 측정경로를 따른 굴절율의 변동 및 각각의 평균 물리적길이로부터 측정경로 및 기준경로 내의 경로 i 의 물리적 길이에서의 차이에 기인한다. 또한, 수학식 146 은, 2개의 상이한 파장에 대한 경로가 실질적으로 같은 넓이를 갖는 경우, 즉, 제 5 실시예에서 본 발명의 기능을 가장 간단한 방식으로 도시하도록 선택된 경우에 대해 타당하다. 당업자에게, 2개의 상이한 파장이 실질적으로 같은 넓이를 갖는 경우에 대한 일반화는 자명한 절차이다.

다음 단계에서, 전자 처리 수단 (509) 은, 가스구성에 대한 지식없이, 주위환경 조건에 대한 지식없이, 그리고 가스구성의 굴절율의 성질에 대한 지식없이, 상이한 파장의 빔에 의한 측정경로가 같은 넓이를 갖는 정도까지 측정경로 (97) 내의 가스의 난기류 또는 가스의 칼럼밀도 내의 변동에 실질적으로 무관하게, 수학식 23, 145, 146, 147 에 따라 Γ의 계산, 및 필요하다면 k₁의 계산을 위해, 디지털 또는 아날로그 형태로, 전자신호 (105) 로서 _1×I1, _6×I1, θ_2G, 및 _2G를 컴퓨터 (110) 에 전달한다.

제 5 실시예에 대한 나머지 설명은 본 발명의 제 2 실시예에 대한 설명의 대응부분과 동일하다.

이하, 가스의 고유한 광학적 성질, 특히, 역분산력을 측정하기 위한 본 발명의 바람직한 제 5 실시예의 변형을 도식적으로 도시한 도 5a-5c 및 5e 를 참조하기로 하는데, 여기서, 엔드 유즈 애플리케이션은 가스의 고유한 광학적 성질이 결정되는 특정 방식의 선택에 영향을 미치고, 그리고 채택된 광원의 안정도가 충분하며 채택된 광원에 의해 생성된 광 빔의 파장은 최종적인 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터에 부과된 요구되는 정밀도를 충족하기에 충분한 상대정밀도에 조화롭게 관련된다. 파장이 대략 조화롭게 관련되는 조건은 비 (l1/l2) 가 저위의 0 이 아닌 정수의 비 (p1/p2) 로서 표현가능한 제 5 실시예의 특별한 경우에 상응한다 (수학식 35 참조).

제 5 실시예의 변형에 대한 광 빔 (9, 10) 의 소스 및 광 빔 (9, 10) 에 대한 설명은, 최종적인 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터에 부과된 요구되는 정밀도를 충족하기에 충분한 상대정밀도에 파장이 조화롭게 관련되어야 하는 추가적인 필요조건과 함께 제 1 실시예에 대해 주어진 광 빔 (9, 10) 의 소스 및 광 빔 (9, 10) 에 대한 설명 부분과 동일하다. 도 5a-5c 에 도시된 제 5 실시예의 변형에 대한 장치의 설명은 제 5 실시예에 대해 주어진 설명의 대응부분과 동일하다.

신호 (s₁, s₆, s₈, s₉) 각각의 위상 (φ₁, φ₆, φ₈, φ₉) 에 포함된 정보는 바람직하게는 수퍼헤테로다인 신호의 생성을 통해 제 5 실시예의 변형에서 얻어지는데, 여기서, 수퍼헤테로다인 신호의 주파수는 f₁및 f₂보다 훨씬 더 낮은 주파수이고 일반적으로 더 정확한 위상측정이 가능하다.

도 5e 를 참조하고, 제 5 실시예의 변형의 바람직한 방법에 따르면, 전자 프로세서 (509A) 는 문자숫자표기의 소자를 포함하는 것이 바람직한데, 여기서, 문자숫자표기의 숫자성분은 소자의 기능을 나타내고, 도 1f 에 도시된 제 1 실시예의 전자 처리 소자에 대해 설명한 것과 동일한 숫자성분/기능결합이다. 도 5e 에 도시된 바와 같이, 제 5 실시예의 변형의 헤테로다인 신호 (s₁, s₆) 는 각각 제 2 실시예의 변형의 신호 (s₁) 와 동일한 순서의 전자 처리 단계에 의해 처리되고 제 5 실시예의 변형의 헤테로다인 신호 (s₈, s₉) 는 제 2 실시예의 변형의 신호 (s₃, s₄) 와 동일한 순서의 전자 처리 단계에 의해 처리된다. 이 분석의 결과는 φ₁, φ₆, θ_2G, _2G이다.

수학식 150 및 151 로부터, θ_2G와 _2G는 반사면 (95) 또는 반사면 (96) 의 경사에 민감하지 않고 시차 평면 미러 간섭계의 사용결과로서 연관된 광소자 및 간섭계 빔 스플리팅 큐브에서 발생할 수 있는 열적 및 기계적 장애에 민감하지 않다.

다음 단계에서, φ₁, φ₆, θ_2G, _2G는 굴절율, 분산, Γ및/또는 k₁의 계산을 위해 바람직하게는 디지털 형태로 컴퓨터 (110) 에 전달된다. 제 5 실시예의 변형의 양 (φ₁, φ₆, θ_2G, _2G,, 및 Z) 은, φ_I1및 φ_I2를 0 으로 설정, l₁=p₁, 및 l₂=p₂와 함께 제 5 실시예의 _1×I1, _6×I1, θ_2G, _2G,, 및 Z 와 각각 등가이다. 따라서, Γ, 굴절율 (n₁-1), 분산 (n₂-n₁)_2G, 및 k₁은 각각 수학식 23, 145, 146, 147 의 변형에 의해 측정된 양들의 항으로 표현될 수 있는데, 여기서, 위상 오프셋 (, Z) 은 각각 수학식 148 및 149 에 대응하는 식에 의해 정의되고, χ및 K 는, φ_I1및 φ_I2를 0 으로 설정, l₁=p₁, 및 l₂=p₂와 함께 각각 수학식 26 및 27 에 의해 주어진다. 제 5 실시예의 변형에 대한 나머지 설명은 제 5 실시예에 대해 주어진 설명의 대응부분과 동일하다.

이하, 가스의 고유한 광학적 성질, 특히, 역분산력 (Γ) 을 측정하기 위한 바람직한 실시예의 제 2 그룹으로부터 본 발명의 바람직한 제 6 실시예를 도식적으로 도시하는 도 6a-6e 를 참조하는데, 여기서, 엔드 유즈 애플리케이션은 가스의 고유한 광학적 성질이 결정되는 특정 방식의 선택에 영향을 미치고, 그리고 채택된 광원의 안정도가 충분하며 채택된 광원에 의해 생성된 광 빔의 파장의 비가 최종적인 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터에 부과된 요구되는 정밀도를 충족하기에 충분한 상대정밀도로 기지의 비 값에 일치된다. 제 6 실시예에서 시차 평면 미러 간섭계의 구성은 분자로서의 사용을 위한 굴절율 (n₁-1) 의 측정, 및 Γ의 계산에서 수학식 23 의 분모로서의 사용을 위한 2개의 측정된 굴절율 (n₂, n₁) 의 차이로서 (n₂-n₁) 의 측정값과 등가인 (n₂-n₁)_2G의 측정값을 허용한다.

제 6 실시예에 대한 광 빔 (9, 10) 의 소스 및 광 빔 (9, 10) 의 설명은 바람직한 제 1 실시예에 대해 주어진 광 빔 (9, 10) 의 소스 및 광 빔 (9, 10) 의 설명부분과 동일하다.

도 6a 를 참조하면, 빔 (9) 은 미러 (53) 에 의해 반사되어 빔 (11) 으로 되고 빔 (10) 은 미러 (54) 에 의해 반사되어 빔 (212) 으로 된다. 빔 (11) 은 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (369) 에 입사하고 빔 (212) 은 시차 평면 미러 간섭계 (270) 에 입사한다. 측정 셀 (90) 에 의해 제공된 외부미러를 갖는 시차 평면 미러 간섭계 (270) 및 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (369) 은 빔 (11) 의 x 성분과 y 성분의 제 1 부분 사이에 위상시프트 (φ₅) 를, 빔 (11) 의 x 성분과 y 성분의 제 2 부분 사이에 위상시프트 (φ₁₀) 를, 그리고 빔 (212) 의 x 성분과 y 성분 사이에 위상시프트 (φ₇) 를 도입하는 간섭수단을 포함한다.

시차 평면 미러 간섭계 그룹 (369) 은 제 3 실시예의 시차 평면 미러 간섭계 (169) 와 동일한 소자들을 많이 포함하고, 2개의 시차 평면 미러 간섭계 내의 동일번호의 소자들은 동일한 기능을 수행한다. 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (369) 에 대해 도 6b 및 6c 에 도시된 많은 빔들은 시차 평면 미러 간섭계 (169) 에 대해 도 3b 및 3c 에 도시된 빔들과 동일한 성질을 갖는데, 2개의 시차 평면 미러 간섭계 내의 동일번호의 빔들은 동일한 성질을 갖는다. 또한, 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (369) 에 대해 도 6b 및 6c 에 도시된 (1000+N) 번호를 갖는 빔들은, 진공경로 (98) 내의 대응하는 기준경로의 길이가 0 의 명목값을 갖는다는 점을 제외하고는, 시차 평면 미러 간섭계 (169) 에 대해 도 3b 및 3c 에 도시된 N 번호를 갖는 빔들과 동일한 성질을 갖는다 (도 6d 참조). 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (369) 및 측정 셀 (90) 에 의해 생성된 빔 (243, 343, 1343) (도 6c 참조) 은 각각 역분산력이 결정되는 가스를 통한 광학적 경로길이, 진공을 통한 광학적 경로길이, 및 0 의 길이의 광학적 경로길이에 대한 파장 (λ₁) 에서의 정보를 포함한다.

시차 평면 미러 간섭계 (270) 및 시차 평면 미러 간섭계 (270) 내의 빔의 전파에 대한 설명은 도 4c 에 도시된 제 4 실시예의 시차 평면 미러 간섭계 (270) 및 시차 평면 미러 간섭계 (270) 내의 빔의 전파에 대한 설명의 대응부분과 동일하다.

빔 (11) 의 제 1 부분은 빔 스플리터 (55C), 바람직하게는 편광 빔 스플리터에 의해 전달된다. 빔 (11) 의 제 1 부분의 일부는 다음에 빔 스플리터 (61A), 바람직하게는 편광 빔 스플리터에 의해 전달되고, 패러데이 로테이터 (179A) 에 의해 전달된 후, 반파 위상지연 플레이트 (79C) 에 의해 전달되어 빔 (213) 으로 된다. 패러데이 로테이터 (179A) 및 반파 위상지연 플레이트 (79C) 는 전달된 빔의 편광 면을 각각 ±45°및45°회전시켜, 전달된 빔의 편광 면의 네트 회전을 생성하지 않는다. 빔 (11) 의 제 2 부분은 빔 스플리터 (55C) 에 의해 반사된다. 빔 (11) 의 제 2 분분의 제 1 부분은 빔 스플리터 (55D), 바람직하게는 편광 빔 스플리터에 의해 반사되고, 반파 위상지연 플레이트 (79A) 에 의해 전달되고, 빔 스플리터 (61C), 바람직하게는 편광 빔 스플리터에 의해 전달되고, 패러데이 로테이터 (179B) 에 의해 전달되고, 반파 위상지연 플레이트 (79D) 에 의해 전달되어 빔 (313) 으로 된다. 빔 (11) 의 제 2 부분의 제 2 부분은 빔 스플리터 (55D) 에 의해 전달되고, 미러 (55E) 에 의해 반사되고, 반파 위상지연 플레이트 (79B) 에 의해 전달되고, 다음에 빔 스플리터 (61H), 바람직하게는 편광 빔 스플리터에 의해 전달되고, 패러데이 로테이터 (179C) 에 의해 전달된 후, 반파 위상지연 플레이트 (79E) 에 의해 전달되어 빔 (1313) 으로 된다. 반파 위상지연 플레이트 (79A, 79B) 는 전달된 빔의 편광 면을 90°회전시켜, 빔 (213, 313, 1313) 이동일한 편광을 갖지만 빔 (213) 이 동일 주파수를 갖는 빔 (313) 및 빔 (1313) 의 주파수와는 다른 주파수를 갖게 한다. 패러데이 로테이터 (179A, 179B, 179C) 및 반파 위상지연 플레이트 (79C, 79D, 79E) 의 목적은 빔 (213, 313, 1313) 의 성질에 실질적으로 아무런 영향을 미치지 않지만 빔 (11) 의 경로로부터 빔 (243, 343, 1343) 의 효율적인 공간 분할을 얻기 위하여 빔 (243, 343, 1343) 의 편광을 90°회전시키는 것이다 (도 6c 참조).

도 6c 를 참조하면, 반파 위상지연 플레이트 (79C) 및 패러데이 로테이터 (179A) 에 의해 전달된 빔 (243) 의 일부는 빔 스플리터 (61A) 에 의해 반사된다. 빔 (243) 의 상기 일부의 제 1 부분은 빔 스플리터 (61E), 바람직하게는 비편광형에 의해 반사되고 미러 (61F) 에 의해 반사된다. 빔 (243) 의 상기 일부의 제 1 부분의 일부는 빔 스플리터 (61B), 바람직하게는 비편광형 빔 스플리터에 의해 반사되어 위상시프트된 빔 (345) 의 제 1 성분으로 된다. 반파 위상지연 플레이트 (79C) 및 패러데이 로테이터 (179A) 각각은 빔 (243) 의 편광을 45°회전시켜, 위상시프트된 빔 (345) 의 제 1 부분이 빔 (243) 의 편광에 직교편광되게 한다. 빔 스플리터 (61A) 는 편광 빔 스플리터인 것이 바람직하다. 반파 위상지연 플레이트 (79D) 및 패러데이 로테이터 (179B) 에 의해 전달된 빔 (343) 의 일부는 빔 스플리터 (61C) 에 의해 반사된다. 미러 (61D) 에 의해 반사된 빔 (343) 의 상기 일부의 일부는 빔 스플리터 (61B) 에 의해 전달되어 위상시프트된 빔 (345) 의 제 2 성분으로 된다. 반파 위상지연 플레이트 (79D) 및 패러데이 로테이터 (179B) 각각은 빔 (343) 의 편광을 45°회전시켜, 위상시프트된 빔 (345)의 제 2 성분이 빔 (343) 의 편광에 직교편광되게 한다. 빔 스플리터 (61C) 는 편광 빔 스플리터인 것이 바람직하다. 위상시프트된 빔 (345) 은 혼합 빔이며, 위상시프트된 빔 (345) 의 제 1 및 제 2 성분은 동일한 편광이지만 상이한 주파수를 갖는다.

빔 (243) 의 상기 일부의 제 2 부분은 빔 스플리터 (61E) 에 의해 전달된다. 빔 (243) 의 상기 일부의 제 2 부분의 일부는 빔 스플리터 (61G), 바람직하게는 비편광형 빔 스플리터에 의해 반사되어 위상시프트된 빔 (1345) 의 제 1 성분으로 된다. 반파 위상지연 플레이트 (79E) 및 패러데이 로테이터 (179C) 에 의해 전달된 빔 (1343) 의 일부는 빔 스플리터 (61H) 에 의해 반사된다. 미러 (61H) 에 의해 반사된 빔 (1343) 의 상기 일부의 일부는 빔 스플리터 (61G) 에 의해 전달되어 위상시프트된 빔 (1345) 의 제 2 부분으로 된다. 반파 위상지연 플레이트 (79E) 및 패러데이 로테이터 (179C) 각각은 빔 (1343) 의 편광을 45°회전시켜, 위상시프트된 빔 (1345) 의 제 2 성분이 빔 (1343) 의 편광에 직교편광되게 한다. 빔 스플리터 (61H) 는 편광 빔 스플리터인 것이 바람직하다. 위상시프트된 빔 (1345) 은 혼합 빔이며, 위상시프트된 빔 (1345) 의 제 1 및 제 2 성분은 동일한 편광이지만 상이한 주파수를 갖는다.

위상시프트 (φ₅, φ₁₀, φ₇) 의 크기는, p₁=2p₂의 경우와 기준경로 (98) 에서의 굴절율이 1 로 설정된 다음 식에 따라, 도 4d 및 6d 에 도시된 바와 같이 측정경로 (97), 기준경로 (98), 또는 0 의 물리적길이의 기준경로의 순환 물리적길이에 관련된다.

위상오프셋 (e) 은 측정경로 (97) 또는 기준경로 (98) 에 관련되지 않은 위상시프트 (φ_j) 에 대한 모든 기여를 포함한다. 당업자에게, p₁≠2p₂인 경우에 대한 일반화는 자명한 절차이다. 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (369) (도 6b 및 6c 참조) 및 도 4c 에 도시된 시차 평면 미러 간섭계 (270) 는, 측정 셀 (90) 과 함께, 제 6 실시예의 장치의 기능을 가장 간단한 방식으로 도시하기 위하여 p₁=2 및 p₂=1 로 구성된다.

거리 측정 간섭계에서 비선형성을 생성하는 순환에러 (Bobroff 의 상기 논문 참조) 는 수학식 137 에서 생략되었다. 당업자에게 알려진 기술은 순환에러를 무시할만한 레벨로 감소시키거나 순환에러의 존재를 보상하는 데 사용될 수 있는데, 이 기술은 간섭계 내의 분할된 빔들 및/또는 각 광 빔으로부터 간섭계로의 광 빔에 대한 전달시스템에서의 분할된 빔들을 이용하는 것과 같은 기술이다 (Tanaka, Yamagami, 및 Nakayama 의 상기 논문).

도 6a 에 도시된 다음 단계에서, 위상시프트된 빔 (345, 1345, 1130) 은 각각 광검출기 (185, 1285, 1086) 에 닿아, 바람직하게는 광전 검출에 의해, 각각 3개의 간섭신호인 헤테로다인 신호 (s₅, s₁₀, s₇) 로 된다. 신호 (s₅, s₁₀) 는 파장 (λ₁) 에 대응하고 신호 (s₇) 는 파장 (λ₂) 에 대응한다. 신호 (s_j) 는 다음 형태를 갖는다.

시간종속변수 α_j(t) 는 다음과 같이 주어진다.

헤테로다인 신호 (s₅, s₁₀, s₇) 는, 디지털 또는 아날로그 형태, 바람직하게는 디지털 형태로 각각 전자신호 (203, 1203, 1104) 로서 분석을 위해 전자 프로세서 (609) 에 전달된다.

드라이버 (5, 6) 의 위상은 디지털 또는 아날로그 형태로 각각 전자신호인 기준신호 (101, 102) 에 의해 전자 프로세서 (609) 에 전달된다.

헤테로다인 신호 (s₅, s₁₀, s₇) 를 전자적으로 처리하기 위한 바람직한 방법은 l₁및 l₂가 저위 정수가 아닌 경우에 대해 여기 제공된다. l₁및 l₂가 저위 정수이고 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터에 부과된 요구되는 정밀도를 충족하기에 충분한 상대정밀도로 비 (l₁/l₂) 에 일치되는 경우에 대해, 헤테로다인 신호 (s₅, s₁₀, s₇) 를 전자적으로 처리하는 바람직한 절차는 본 발명의 바람직한 제 6 실시예의 변형에 대해 이하에서 기재된 것과 동일하다.

신호 (s₅, s₁₀, s₇) 의 각각의 위상 (φ₅, φ₁₀, φ₇) 은 바람직하게는 수퍼헤테로다인 수신기의 응용에 의해 얻어지는데, 신호 (s₅, s₁₀, s₇) 의 주파수는 f₁및 f₂보다 실질적으로 낮은 주파수로 시프트되며 (수학식 154 참조) 이 조건들은 고정밀의 위상측정에 대해 일반적으로 더 유리하다.

도 6e 를 참조하면, 전자 프로세서 (609) 는 문자숫자표기의 소자들을 포함하는 것이 바람직한데, 여기서, 문자숫자표기의 숫자성분은 소자의 기능을 나타내고, 도 1f 에 도시된 제 1 실시예의 전자 처리 소자들에 대해 설명된 것과 동일한 숫자성분/기능결합이다. 전자 프로세서 (609) 에 의해 헤테로다인 신호 (s₅, s₁₀, s₇) 의 처리에서의 단계들의 설명은, 소자들의 문자숫자표기의 숫자성분에 따라, 전자 프로세서 (109) 에 의한 제 1 실시예의 헤테로다인 신호 (s₁, s₂) 의 처리에서의 단계들의 설명의 대응부분과 동일하다. 전자 프로세서 (609) 에 의한 헤테로다인 신호 (s₅, s₁₀, s₇) 의 처리는 3개의 사이드밴드 위상 ( _5×I1, _10×I1, _7×I2) 을 생성한다.

여기서, φ_I1및 φ_I2는 수학식 5 에서 정의된다.

다음에, 위상 ( _10×I1, _7×I2) 은 각각 전자 프로세서 (1095J, 1095K) 에서 각각 l₁/p₁및 l₂/p₂에 의해 승산된다. 다음에, 위상 (l₁/p₁) _5×I1및 (l₂/p₂) _10×I2는, 아날로그 또는 디지털 처리, 바람직하게는 디지털 처리에 의해, 전자 프로세서 (1096J) 에서 가산되고 전자 프로세서 (1097H) 에서 전자로부터 후자가 감산되어, 각각 위상 (θ_2G, _2G) 을 생성한다.

수학식 156 및 157 로부터, θ_2G및 _2G는 측정 셀 (90) 의 반사면 (95) 또는 반사면 (96) 의 경사에 민감하지 않고 시차 평면 미러 간섭계의 사용결과로서 연관된 광 소자 및 간섭계 빔 스플리팅 큐브에서 발생할 수 있는 열적 및 기계적 장애에 민감하지 않다.

굴절율 (n₁-1), 분산 (n₂-n₁)_2G, 및 파수 k₁는 다음 식에 의해 제 6 실시예에 의해 얻어진 다른 양의 항으로 표현될 수 있다.

여기서, χ와 K 는 각각 수학식 26 및 27 에 의해 주어진다.

다음 단계에서, 전자 처리 수단 (609) 은, 가스구성에 대한 지식없이, 주위환경 조건에 대한 지식없이, 그리고 가스구성의 굴절율의 성질에 대한 지식없이, 상이한 파장의 빔에 의한 측정경로가 같은 넓이를 갖는 정도까지 측정경로 (97) 내의 가스의 난기류 또는 가스의 칼럼밀도 내의 변동에 실질적으로 무관하게, 수학식 23, 158, 159, 160 에 따라, Γ의 계산 및 필요하다면 k₁의 계산을 위해, 디지털 또는 아날로그 형태, 바람직하게는 디지털 형태로, 전자신호 (105) 로서 _5×I1, _10×I1, θ_2G, _2G를 컴퓨터 (110) 에 전달한다.

제 6 실시예에 대한 나머지 설명은 본 발명의 제 3 실시예에 대한 설명의 대응부분과 동일하다.

이하, 가스의 고유한 광학적 성질, 특히, 역분산력을 측정하기 위한 본 발명의 바람직한 제 6 실시예의 변형을 도식적으로 도시한 도 6a-6d 및 6f 를 참조하는데, 여기서, 엔드 유즈 애플리케이션은 가스의 고유한 광학적 성질이 결정되는 특정 방식의 선택에 영향을 미치고, 그리고 채택된 광원의 안정도가 충분하며 채택된 광원에 의해 생성된 광 빔의 파장이 최종적인 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터에 부과된 요구되는 정밀도를 충족시키기에 충분한 상대정밀도에 조화롭게 관련된다. 파장이 대략 조화롭게 관련되는 조건은 비 (l₁/l₂) 가 저위의 0 이 아닌 정수의 비 (p₁/p₂) 로서 표현가능한 제 6 실시예의 특별 경우에 대응한다 (수학식 35 참조).

제 6 실시예의 변형에 대한 광 빔 (9, 10) 의 소스 및 광 빔 (9, 10) 에 대한 설명은, 최종적인 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터에 부과된 요구되는 정밀도를 충족시키기에 충분한 상대정밀도에 파장이 조화롭게 관련되어야 한다는 추가적인 필요조건과 함께 제 1 실시예에 대해 주어진 광 빔 (9, 10) 의 소스 및 광 빔 (9, 10) 에 대한 설명과 동일하다. 도 6a-6d 에 도시된 제 6 실시예의 변형에 대한 장치의 설명은 제 6 실시예에 대해 주어진 설명의 대응부분과 동일하다.

신호 (s₅, s₁₀, s₇) 의 각각의 위상 (φ₅, φ₁₀, φ₇) 에 포함된 정보는 바람직하게는 수퍼헤테로다인 신호의 생성을 통해 제 6 실시예의 변형에서 얻어지는데, 여기서, 수퍼헤테로다인 신호의 주파수는 f₁및 f₂보다 훨씬 더 작고 일반적으로 정확한 위상측정이 가능하다.

도 6f 를 참조하고 제 6 실시예의 변형의 바람직한 방법에 따르면, 전자 프로세서 (609A) 는 문자숫자표기의 소자들을 포함하는 것이 바람직한데, 여기서, 문자숫자표기의 숫자성분은 소자의 기능을 나타내고, 도 1f 에 도시된 제 1 실시예의 전자 처리 소자들에 대해 설명된 것과 동일한 숫자성분/기능결합이다. 도 6f 에 도시된 바와 같이, 제 6 실시예의 변형의 헤테로다인 신호 (s₅, s₁₀) 는 제 3 실시예의 변형의 신호 (s₅) 와 동일한 순서의 전자 처리 단계들에 의해 각각 처리되고 제 6 실시예의 변형의 헤테로다인 신호 (s₇) 는 제 3 실시예의 변형의 신호 (s₂) 와 동일한 순서의 전자 처리 단계들에 의해 처리된다. 이 분석의 결과는 φ₅, φ₁₀, θ_2G, Φ_2G이다.

수학식 163 및 164 로부터, θ_2G및 _2G는 반사면 (95) 또는 반사면 (96) 의 경사에 민감하지 않고 시차 평면 미러 간섭계의 사용결과로서 연관된 광 소자 및 간섭계 빔 스플리팅 큐브에서 발생할 수 있는 열 및 기계적 장애에 민감하지 않다.

다음 단계에서, φ₅, φ₁₀, θ_2G, _2G는 굴절율, 분산, Γ, 및/또는 k₁의 계산을 위해 바람직하게는 디지털 형태로 컴퓨터 (110) 에 전달된다. 제 6 실시예의 변화의 양 (φ₅, φ₁₀, θ_2G, _2G,, Z) 은, φ_I1및 φ_I2를 0 으로 설정, l₁=p₁, 및 l₂=p₂인 조건하에서 제 6 실시예의 φ_5×I1, φ_10×I1, θ_2G, _2G,, Z 와 각각 형식상 등가이다. 따라서, Γ, 굴절율 (n₁-1), 분산 (n₂-n₁)_2G, 및 k₁은, 각각 수학식 23, 158, 159, 160 에 의해 제 6 실시예의 변형에 의해 측정된 양의 항으로 표현될 수 있는데, 여기서, 위상 오프셋 (, Z) 은 각각 수학식 161 및 162 에 대응하는 식에 의해 정의되고, χ및 K 는, φ_I1및 φ_I2를 0 으로 설정, l₁=p₁, 및 l₂=p₂인 조건과 함께, 각각 수학식 26 및 27 에 의해 주어진다. 제 6실시예의 변형의 나머지 설명은 제 6 실시예에 대해 주어진 설명의 대응부분과 실질적으로 동일하다.

본 발명의 바람직한 실시예의 제 3 그룹은 후속의 하류측 사용을 위해 Γ와 같은 고유한 광학적 성질의 결정을 위한 바람직한 모드를 나타내는데, 여기서, 후속의 하류측 사용의 성질은, 고유한 광학적 성질이 결정되고 채택된 광원의 안정도가 충분하지 않으며 채택된 광원에 의해 생성된 광 빔의 파장 비가 최종적인 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터에 부과된 요구되는 정밀도를 충족하기에 충분한 상대정밀도로 기지의 비 값에 일치되지 않는 특정 방식의 선택에 영향을 미치거나 또는 미치지 않을 수 있다. 제 3 그룹은 바람직한 제 7, 제 8, 및 제 9 실시예, 및 그 변형들을 포함한다.

이하, 제 3 그룹으로부터 본 발명의 제 7 실시예를 도식적으로 도시한 도 7a-7c 를 참조하기로 한다. 제 7 실시예에 대한 광 빔 (9, 10) 의 소스 및 광 빔 (9, 10) 에 대한 설명은 바람직한 제 1 실시예에 대해 주어진 광 빔 (9, 10) 의 소스 및 광 빔 (9, 10) 에 대한 설명부분과 동일하다.

도 7a 를 참조하면, 빔 (9) 은 미러 (53) 에 의해 반사되어 빔 (11) 으로 되고 빔 (10) 은 미러 (54) 에 의해 반사되어 빔 (12) 으로 된다. 빔 (11) 은 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (269) 에 입사하고 빔 (12) 은 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (470) 에 입사한다. 측정 셀 (90) 에 의해 제공된 외부미러와 함께 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (269, 470) 은, 빔 (11) 의 x 성분과 y 성분의 제 1 부분 사이에 위상시프트 (φ₁) 를, 빔 (11) 의 x 성분과 y 성분의 제 2 부분 사이에 위상시프트 (φ₆) 를, 빔 (12) 의 x 성분과 y 성분의 제 1 부분 사이에 위상시프트 (φ₂) 를, 그리고 빔 (12) 의 x 성분과 y 성분의 제 2 부분 사이에 위상시프트 (φ₇) 를 도입하기 위한 간섭수단을 포함한다.

시차 평면 미러 간섭계 그룹 (269) 은 제 4 실시예의 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (269) 과 동일하다. 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (470) 은 도 7b 에 도시된 바와 같이 제 1 실시예의 시차 평면 미러 간섭계 (70) 및 제 4 실시예의 시차 평면 미러 간섭계 (270) 를 포함한다. 도 7b 를 참조하면, 빔 (12) 의 일부는 빔 스플리터 (56A), 바람직하게는 편광형 빔 스플리터에 의해 전달되어 빔 (14) 으로 된다. 빔 (12) 의 제 2 부분은 빔 스플리터 (56A) 에 의해 반사된다. 빔 (12) 의 제 2 부분의 제 1 부분은 빔 스플리터 (56E), 바람직하게는 비편광형 빔 스플리터에 의해 전달되고, 미러 (56B) 에 의해 반사되고, 반파 위상지연 플레이트 (80A) 에 의해 전달되어 빔 (114) 으로 된다. 빔 (12) 의 제 2 부분의 제 2 부분은 빔 스플리터 (56E) 에 의해 반사되고 반파 위상지연 플레이트 (80C) 에 으해 전달되어 빔 (1114) 으로 된다. 반파 위상지연 플레이트 (80A, 80C) 의 기능은 빔 (14, 114, 1114) 이 동일한 편광을 갖도록 빔 (114, 1114) 의 편광 면을 각각 90°회전시키는 것이다. 측정 셀 (90) 에 대한 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (470) 의 외부 빔 (18, 118, 1118, 26, 126, 1126) 의 경로는 도 7c 에 도식적으로 도시되어 있다.

위상시프트 (φ1, φ6, φ2, φ7) 의 크기는 다음 식에 따라 도 4d 및 7c 에도시된 바와 같이 측정경로 (97), 기준경로 (98), 또는 0 의 물리적길이의 기준경로의 순환 물리적길이에 관련된다.

여기서, 기준경로 (98) 내의 굴절율은 1 로 설정되었다. 도 4b 및 7b 의 예시는 제 7 실시예에서의 본 발명의 기능을 가장 간단한 방식으로 도시하기 위하여 p=2 에 대한 것이다. 당업자에게, p≠2 인 경우에 대한 일반화는 자명한 절차이다.

거리 측정 간섭계에서의 비선형성을 생성하는 순환에러 (Bobroff 의 상기 논문 참조) 는 수학식 165 에서 생략되었다. 당업자에게 알려진 기술은 순환에러를 무시할만한 레벨로 감소시키거나 순환에러의 존재를 보상하는 데 사용될 수 있는데, 이 기술은 간섭계 내의 분할된 빔들 및/또는 각 광 빔원으로부터 간섭계로의 광 빔에 대한 전달시스템에서의 분할된 빔들을 사용하는 것과 같은 기술이다 (Tanaka, Yamagami, 및 Nakayama 의 상기 논문).

도 7a 에 도시된 다음 단계에서, 위상시프트된 빔 (129, 1129, 130, 1130) 은 각각 광검출기 (85, 1085, 86, 1086) 에 닿아, 바람직하게는 광전 검출에 의해, 각각, 4 개의 간섭신호인 헤테로다인 신호 (s₁, s₆, s₂, s₇) 로 된다. 신호 (s₁,s₆) 는 파장 (λ₁) 에 대응하고 신호 (s₂, s₇) 는 파장 (λ₂) 에 대응한다. 신호 (s_j) 는 다음과 같은 형태를 갖는다.

여기서, 시간종속변수 α_j(t) 는 다음에 의해 주어진다.

헤테로다인 신호 (s₁, s₆, s₂, s₇) 는, 바람직하게는 디지털 형태로, 각각 전자신호 (103, 1103, 104, 1104) 로서 분석을 위해 전자 프로세서 (709) 에 전달된다.

드라이버 (5, 6) 의 위상은, 디지털 또는 아날로그 형태로, 각각 전기신호인 기준신호 (101, 102) 에 의해 전자 프로세서 (709) 에 전달된다.

헤테로다인 신호 (s₁, s₆, s₂, s₇) 를 전자적으로 처리하기 위한 바람직한 방법은 l₁및 l₂가 저위 정수가 아닌 경우에 대해 여기 제공된다. l₁및 l₂가 저위 정수인 경우에, 헤테로다인 신호 (s₁, s₆, s₂, s₇) 를 전자적으로 처리하기 위한 바람직한 절차는 본 발명의 바람직한 제 7 실시예의 변형에 대해 이하에서 기재된 것과 동일하다.

도 7a 를 참조하면, 전자 프로세서 (709) 는, 명백히 중복되는 것은 생략한 채로, 각각 도 1f 및 4f 에 도시된 바와 같은 전자 프로세서 (109, 409) 를 포함한다. 더 명시적으로, 전자 프로세서 (709) 는, 일군이론에서 사용된 바와 같이, 전자 프로세서 (109, 409) 의 소자들의 결합이다. 따라서, 제 7 실시예의 헤테로다인 신호 (s₁, s₆, s₇) 는 각각 제 4 실시예의 신호 (s₁, s₆, s₇) 와 동일한 순서의 전자 처리 단계들에 의해 처리되고 제 7 실시예의 신호 (s₁, s₂) 는 제 1 실시예의 신호 (s₁, s₂) 와 동일한 순서의 전자 처리 단계들에 의해 처리된다. 이 해석의 결과는 다음과 같은 위상이다.

굴절율 (n₁-1), 분산 (n₂-n₁)_1G와 (n₂-n₁)_2G, 및 파수 k₁과 k₂는 다음 식에 의해 다른 양의 항으로 표현될 수 있다.

여기서, χ와 K 는 각각 수학식 26 및 27 로 주어진다.

다음 단계에서, 전자 처리 수단 (709) 은, 가스구성에 대한 지식없이, 주위환경 조건에 대한 지식없이, 그리고 가스구성의 굴절율의 성질에 대한 지식없이, 상이한 파장의 빔에 의한 측정경로가 같은 넓이를 갖는 정도까지, 측정경로 (97) 내의 가스의 난기류 또는 가스의 칼럼밀도 내의 변동에 실질적으로 무관하게, 수학식 23, 169, 170 또는 171, 171, 및 173 에 따라, Γ, K/χ 의 계산 및 필요하다면 k₁의 계산을 위해, 디지털 또는 아날로그 형태, 바람직하게는 디지털 형태로 전자신호 (105) 로서 위상 ( _1×I1, _6×I1, θ_1G, θ_2G, _1G, _2G) 를 컴퓨터 (110) 에 전달한다.

제 7 실시예에 대한 나머지 설명은 본 발명의 제 1 및 제 4 실시예에 대해 주어진 설명의 대응부분과 동일하다.

이하, 본 발명의 바람직한 제 7 실시예의 변형을 도식적으로 도시한 도 7a-7c 를 참조하기로 하는데, 여기서 도 7a 의 전자 프로세서 (709) 는 전자 프로세서 (709A) 로 대체되고, 광 빔의 파장은 대략 조화롭게 관련되며, 채택된 광원에 의해 생성된 광 빔의 파장의 대략적인 조화비는 요구되는 정밀도를 충족하기에 충분한 상대정밀도로 기지의 조화비에 일치되지 않으며 그리고/또는 채택된 광원의 안정도는 최종적인 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터에 부과된 요구되는 정밀도를 충족하기에 충분하지 않다. 파장이 대략 조화롭게 관련되는 조건은 비 (l₁/l₂) 가 저위의 0 이 아닌 정수의 비 (p₁/p₂) 로서 표현가능한 제 7 실시예의 특별한 경우에 대응한다 (수학식 35 참조).

제 7 실시예의 변형에 대한 광 빔 (9, 10) 의 소스 및 광 빔 (9, 10) 에 대한 설명은, 최종적인 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터에 부과된 요구되는 정밀도를 충족하기에 충분한 상대정밀도에 대한 기지의 조화비에 일치되지 않더라도 파장이 대략 조화롭게 관련되어야 한다는 필요조건과 함께 제 1 실시예에 대해 주어진 광 빔 (9, 10) 의 소스 및 광 빔 (9, 10) 에 대한 설명부분과 동일하다.

전자 프로세서 (709) 가 전자 프로세서 (709A) 로 대체된 도 7a 를 참조하면, 전자 프로세서 (709A) 는, 명백히 중복된 것을 생략한 채로, 각각 도 1g 및 4g 에 도시된 바와 같은 전자 프로세서 (109A, 409A) 를 포함한다. 더 명시적으로, 전자 프로세서 (709A) 는, 일군이론에서 사용된 바와 같이, 전자 프로세서 (109A, 409A) 의 소자들의 결합이다. 따라서, 제 7 실시예의 변형의 헤테로다인 신호 (s₁, s₆, s₇) 는 각각 제 4 실시예의 변형의 신호 (s₁, s₆, s₇) 와 동일한 순서의 전자 처리 단계에 의해 처리되고 제 7 실시예의 변형의 신호 (s₁, s₂) 는 제 1 실시예의 변형의 신호 (s₁, s₂) 와 동일한 순서의 전자 처리 단계들에 의해 처리된다. 이 분석의 결과는 위상 (φ₁, φ₆) 이다.

다음 단계에서, φ₁, φ₆,,,, 및은 Γ, (K/χ), 및 필요하다면 k1 의 계산을 위해, 디지털 또는 아날로그 형태, 바람직하게는 디지털 형태로, 컴퓨터 (110) 에 전달된다. φ₁, φ₆,,,,,, 및은, φ_I1및 φ_I2을 0 으로 설정, l₁=p₁, 및 p₁=p₂와 함께, 각각, 제 7 실시예의 _1×I1, _6×I1, θ_1G, _1G, θ_2G, _2G, ₁, Z₁, ₂, Z₂와 명시적으로 등가이다. 결과로서, 굴절율 (n₁-1), 분산 (n₂-n₁)_1G, 분산 (n₂-n₁)_2G, k₁, 및 k₂는, φ_I1및 φ_I2을 0 으로 설정, l₁=p₁, 및 p₁=p₂와 함께, 수학식 169, 170, 171, 172, 173 에 따라, 제 7 실시예의 변형에 의해 측정된 양의 항으로 표현될 수 있다. 따라서, Γ, K/χ, 및 필요하다면 k₁의 계산은, 가스구성에 대한 지식없이, 주위환경 조건에 대한 지식없이, 그리고 가스구성의 굴절율의 성질에 대한 지식없이, 상이한 파장의 빔에 의한 측정경로가 같은 넓이를 갖는 정도까지, 측정경로 (97) 내의 가스의 난기류 또는 가스의 칼럼밀도 내의 변동에 실질적으로 무관하게, φ_I1및 φ_I2을0 으로 설정, l₁=p₁, 및 p₁=p₂과 함께, 수학식 23, 169, 170 또는 171, 172, 및 173 에 따라 수행된다. 제 7 실시예의 변형에 대한 나머지 설명은 제 7 실시예에 대해 주어진 설명의 대응부분과 동일하다.

제 7 실시예의 변형의 주요 이점은, 헤테로다인 및/또는 상당히 상이한 주파수를 갖는 수정된 헤테로다인 신호에 의한 그룹지연에서의 차이에 기인하여 주파수 민감성 위상오프셋 에러를 증가시킬 위험에도 불구하고, 제 7 실시예의 것에 대해 단순화된 전자 처리에 있다. 제 7 실시예의 변형에 대한 그룹지연의 영향에 대한 논의는 제 7 실시예에 대해 주어진 설명의 대응부분과 동일하다.

이하, 제 3 그룹으로부터 본 발명의 제 8 실시예를 도식적으로 도시한 도 8a-8c 를 참조하기로 한다. 제 8 실시예에 대한 광 빔 (9, 10) 의 소스 및 광 빔 (9, 10) 에 대한 설명은 바람직한 제 1 실시예에 대해 주어진 광 빔 (9, 10) 의 소스 및 광 빔 (9, 10) 에 대한 설명부분과 동일하다.

도 8a 를 참조하면, 빔 (9) 은 미러 (53) 에 의해 반사되어 빔 (11) 으로 된다. 빔 (10) 의 제 1 부분은 빔 스플리터 (54A), 바람직하게는 비편광형 빔 스플리터에 의해 반사되어 빔 (12) 으로 되고 빔 스플리터 (54A) 에 의해 전달된 빔 (10) 의 제 2 부분은 미러 (54B) 에 의해 반사되어 빔 (212) 으로 된다. 빔 (11) 은 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (269) 에 입사하고 빔 (12, 212) 은 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (570) 에 입사한다. 측정 셀 (90) 에 의해 제공된 외부미러를 갖는 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (269, 570) 은 빔 (11) 의 x 성분과 y 성분의 제 1 부분 사이에 위상시프트 (φ₁) 를, 빔 (11) 의 x 성분과 y 성분의 제 2 부분 사이에 위상시프트 (φ₆) 를, 빔 (12) 의 x 성분과 y 성분 사이에 위상시프트 (φ₈) 를, 그리고 빔 (212) 의 x 성분과 y 성분 사이에 위상시프트 (φ₉) 를 도입하기 위한 간섭수단을 포함한다.

시차 평면 미러 간섭계 그룹 (269) 은 제 5 실시예의 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (269) 와 동일하다. 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (570) 은, 도 8b 에 도시된 바와 같이, 제 2 실시예의 시차 평면 미러 간섭계 (170), 제 5 실시예의 시차 평면 미러 간섭계 (370), 및 바람직하게는 비편광형의 빔 스플리터 (56G, 56H) 를 포함한다. 측정 셀 (90) 에 대해 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (570) 의 외부 빔 (18, 118, 1118, 218, 318, 1328) 의 경로는 도 8c 에 도시되어 있다.

위상 시프트 (φ₁, φ₆, φ₃, φ₄, φ₈, φ₉) 의 크기는, 기준경로 (98) 에서의 굴절율을 1 로 하고 p₁=2p₂인 경우에 대해, 다음 식에 따라, 도 5c 및 8c 에 도시된 바와 같이, 측정경로 (97), 기준경로 (98), 또는 0 의 물리적길이의 기준경로의 순환 물리적길이에 관련된다.

위상 오프셋 ( _j) 은 측정경로 (97) 또는 기준경로 (98) 에 관련되지 않은 위상시프트 (φ_j) 에 대한 모든 기여를 포함한다. 당업자에게, p₁≠2p₂인 경우에 대한 일반화는 자명한 절차이다. 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (269) (도 4b 참조) 및 도 8b 에 도시된 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (570) 은, 측정 셀 (90) 과 함께, 제 8 실시예의 장치의 기능을 가장 간단한 방식으로 도시하기 위하여 p₁=2 및 p₂=1 로 구성된다.

거리 측정 간섭계에서의 비선형성을 생성하는 순환에러 (상기 Bobroff 의 논문 참조) 는 수학시 179 에서 생략되었다. 당업자에게 알려진 기술은 순환에러를 무시할만한 레벨로 감소시키거나 순환에러의 존재를 보상하는데 사용될 수 있는데, 이 기술은 간섭계 내의 분할된 빔들 및/또는 각 광 빔원으로부터 간섭계로의 광 빔에 대한 전달시스템에서의 분할된 빔들을 이용하는 것과 같은 기술이다 (Tanaka, Yamagami, 및 Nakayama 의 상기 논문).

도 8a 에 도시된 다음 단계에서, 위상시프트된 빔 (129, 1129, 122, 1122, 322, 1322) 은 각각 광검출기 (85, 1085, 186, 1186, 286, 1286) 에 닿아, 바람직하게는 광전 검출에 의해, 각각, 6개의 간섭신호인 헤테로다인 신호 (s₁, s₆, s₃, s₄, s₈, s₉) 로 된다. 신호 (s₁, s₆) 는 파장 (λ₁) 에 상응하고 신호 (s₃, s₄, s₈, s₉) 는 파장 (λ₂) 에 상응한다. 신호 (s_j) 는 다음과 같은 형태를 갖는다.

여기서, 시간종속변수 α_j(t) 는 다음과 같이 주어진다.

헤테로다인 신호 (s₁, s₆, s₃, s₄, s₈, s₉) 는 바람직하게는 디지털 형태로 각각 전자신호 (103, 1103, 204, 404, 1204, 1404) 로서 분석을 위해 전자 프로세서 (809) 에 전달된다.

드라이버 (5, 6) 의 위상은 디지털 또는 아날로그 형태로 각각 전기신호인 기준신호 (101, 102) 에 의해 전자 프로세서 (809) 에 전달된다.

헤테로다인 신호 (s₁, s₆, s₃, s₄, s₈, s₉) 를 전자적으로 처리하기 위한 바람직한 방법은 l₁및 l₂가 저위 정수가 아닌 경우에 대해 여기 제공된다. l₁및 l₂가 저위 정수인 경우에 대해, 헤테로다인 신호 (s₁, s₆, s₃, s₄, s₈, s₉) 를 전자적으로 처리하기 위한 바람직한 절차는 본 발명의 바람직한 제 8 실시예의 변형에 대해 이하에서 기재된 것과 동일하다.

도 8a 를 참조하면, 전자 프로세서 (809) 는, 명백히 중복된 것을 생략한 채로, 각각, 도 2d 및 5d 에 도시된 바와 같은 전자 프로세서 (209, 509) 를 포함한다. 더 명시적으로, 전자 프로세서 (809) 는, 일군이론에서 사용된 바와 같이, 전자 프로세서 (209, 509) 의 소자들의 결합이다. 따라서, 제 8 실시예의 헤테로다인 신호 (s₁, s₆, s₈, s₉) 는 각각 제 5 실시예의 신호 (s₁, s₆, s₈, s₉) 와 동일한 순서의 전자 처리 단계들에 의해 처리되고 제 8 실시예의 s₁, s₃, s₄는 각각 제 2 실시예의 신호 s₁, s₃, s₄와 동일한 순서의 전자 처리 단계들에 의해 처리된다. 이 분석의 결과는 다음과 같은 위상이다.

굴절율 (n₁-1), 분산 (n₂-n₁)_1G와 (n₂-n₁)_2G, 및 파수 k₁과 k₂는 다음 식에 의해 다른 양의 항으로 표현될 수 있다.

여기서, χ와 K 는 각각 수학식 26 및 27 에 의해 주어진다.

다음 단계에서, 전자 처리 수단 (809) 은, 가스구성에 대한 지식없이, 주위환경 조건에 대한 지식없이, 그리고 가스구성의 굴절율의 성질에 대한 지식없이, 상이한 파장의 빔에 의한 측정경로가 같은 넓이를 갖는 정도까지, 측정경로 (97) 내의 가스의 난기류 또는 가스의 칼럼밀도 내의 변동에 실질적으로 무관하게, 수학식 23, 183, 184, 185, 186, 187 에 따라, Γ, K/χ의 계산, 및 필요하다면 k₁의 계산을 위해, 디지털 또는 아날로그 형태, 바람직하게는 디지털 형태로, 전자신호 (105) 로서 위상 ( _1×I1, _6×I1, θ_1G, _1G, θ_2G, _2G) 을 컴퓨터 (110) 에 전달한다.

제 8 실시예에 대한 나머지 설명은 본 발명의 제 2 및 제 5 실시예에 대해 주어진 설명의 대응부분과 동일하다.

이하, 본 발명의 바람직한 제 8 실시예의 변형을 도식적으로 도시한 도 8a-8c 를 참조하는데, 여기서, 도 8a 의 전자 프로세서 (809) 는 전자 프로세서 (809A) 로 대체되고, 광 빔의 파장은 대략적으로 조화롭게 관련되며, 채택된 광원에 의해 생성된 광 빔의 파장의 대략적인 조화비는 요구되는 정밀도를 충족하기에 충분한 상대정밀도로 기지의 조화비에 일치되지 않으며 그리고/또는 채택된 광원의 안정도는 최종적인 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터에 부과된 요구되는 정밀도를 충족하기에 충분하지 않다. 파장이 대략적으로 조화롭게 관련되지 않은 조건은 비 (l₁/l₂) 가 저위의 0 이 아닌 정수의 비 (p₁/p₂) 로서 표현가능한 제 8 실시예의 특별 경우에 대응한다 (수학식 35 참조).

제 8 실시예의 변형에 대한 광 빔 (9, 10) 의 소스 및 광 빔 (9, 10) 에 대한 설명은, 최종적인 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터에 부과된 요구되는 정밀도를 충족하기에 충분한 상대정밀도에 대한 기지의 조화비에 일치되지 않더라도 파장이 대략적으로 조화롭게 관련되어야 한다는 추가적인 필요조건과 함께, 제 1 실시예에 대해 주어진 광 빔 (9, 10) 의 소스 및 광 빔 (9, 10) 에 대한 설명부분과 동일하다. 도 8a-8c 에 도시된 제 8 실시예의 변형에 대한 장치의 설명은 제 8 실시예에 대해 주어진 설명의 대응부분과 동일하다.

전자 프로세서 (809) 를 전자 프로세서 (809A) 로 대체한 도 8a 를 참조하면, 전자 프로세서 (809A) 는, 명백히 중복된 것은 생략한 채로, 각각 도 2e 및 5e 에 도시된 바와 같은 전자 프로세서 (209A, 509A) 를 포함한다. 더 명시적으로, 전자 프로세서 (809A) 는, 일군이론에서 사용된 바와 같이, 전자 프로세서 (209A, 509A) 의 소자들의 결합이다. 따라서, 제 8 실시예의 변형의 헤테로다인 신호 (s₁, s₆, s₈, s₉) 는 각각 제 5 실시예의 변형의 신호 (s₁, s₆, s₈, s₉) 와 동일한 순서의 전자 처리 단계들에 의해 처리되고 제 8 실시예의 변형의 s₁, s₃, s₄는 각각 제 2 실시예의 변형의 신호 s₁, s₃, s₄와 동일한 순서의 전자 처리 단계들에 의해 처리된다. 이 분석의 결과는 위상 (φ₁, φ₆) 이다.

다음 단계에서, φ₁, φ₆, θ_1G, _1G, θ_2G, _2G는, Γ, (K/χ), 및 필요하다면 k₁의 계산을 위해, 바람직하게는 디지털 형태로 컴퓨터 (110) 에 전달된다. φ₁, φ₆, θ_1G, _1G, θ_2G, _2G, ₁, Z₁, ₂, Z₂는, φ_I1및 φ_I2를 0 으로 설정, l₁=p₁, 및 l₂=p₂와 함께, 제 8 실시예의 _1×I1, _6×I1, θ_1G, _1G, θ_2G, _2G, ₁, Z₁, ₂, Z₂와 각각 등가이다. 결과로서, 굴절율 (n₁-1), 분산 (n₂-n₁)_1G와 (n₂-n₁)_2G, k₁, 및 k₂는, φ_I1및 φ_I2를 0 으로 설정, l₁=p₁, 및 l₂=p₂와 함께, 수학식 183, 184, 185, 186, 187 에 따라 제 8 실시예의 변형에 의해 측정된 양의 항으로 표현될 수 있다. 따라서, Γ, K/χ의 계산, 및 필요하다면 k₁의 계산은, 가스구성에 대한 지식없이, 주위환경 조건에 대한 지식없이, 그리고 가스구성의 굴절율의 성질에 대한 지식없이, 상이한 파장의 빔에 의한 측정경로가 같은 넓이를 갖는 정도까지, 측정경로 (97) 내의 가스의 난기류 또는 가스의 칼럼밀도 내의 변동에 실질적으로 무관하게, φ_I1및 φ_I2를 0 으로 설정, l₁=p₁, 및 l₂=p₂과 함께, 수학식 23, 183, 184 또는 185, 186, 및 187 에 따라 수행된다. 제 8 실시예의변형에 대한 나머지 설명은 제 8 실시예에 대해 주어진 설명의 대응부분과 동일하다.

제 8 실시예에 대해 제 8 실시예의 변형의 주요 이점은 제 2 실시예에 대해 제 2 실시예의 변형의 이점에 대해 설명된 것과 동일하다.

이하, 제 3 그룹으로부터 본 발명의 제 9 실시예를 도식적으로 도시한 도 9 를 참조하기로 한다. 제 9 실시예에 대한 광 빔 (9, 10) 의 소스 및 광 빔 (9, 10) 에 대한 설명은 바람직한 제 1 실시예에 대해 주어진 광 빔 (9, 10) 의 소스 및 광 빔 (9, 10) 에 대한 설명부분과 동일하다.

도 9 를 참조하면, 빔 (9) 는 미러 (53) 에 의해 반사되어 빔 (11) 으로 되고 빔 (10) 은 미러 (54) 에 의해 반사되어 빔 (12) 으로 된다. 빔 (11) 은 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (369) 에 입사하고 빔 (12) 은 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (470) 에 입사한다. 측정 셀 (90) 에 의해 제공된 외부미러를 갖는 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (369, 470) 은, 빔 (11) 의 x 성분과 y 성분의 제 1 부분 사이에 위상시프트 (φ₅) 를, 빔 (11) 의 x 성분과 y 성분의 제 2 부분 사이에 위상시프트 (φ₁₀) 를, 빔 (12) 의 x 성분과 y 성분의 제 1 부분 사이에 위상시프트 (φ₂) 를, 그리고 빔 (12) 의 x 성분과 y 성분의 제 2 부분 사이에 위상시프트 (φ₇) 를 도입하기 위한 간섭수단을 포함한다.

시차 평면 미러 간섭계 그룹 (369) 은 제 6 실시예의 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (369) 과 동일하고 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (470) 은 제 7 실시예의 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (470) 과 동일하다.

위상시프트 (φ₅, φ₁₀, φ₂, φ₇) 의 크기는, 기준경로 (98) 내의 굴절율을 1 로 하고 p₁=2p₂인 경우에 대해, 다음 식에 따라, 도 6d 및 7c 에 도시된 바와 같이 측정경로 (97), 기준경로 (98), 또는 0 의 물리적길이의 기준경로의 순환 물리적길이에 관련된다.

위상 오프셋 ( _j) 은 측정경로 (97) 또는 기준경로 (98) 에 관련되지 않은 위상시프트 (φ_j) 에 대한 모든 기여를 포함한다. 당업자에게, p₁≠2p₂인 경우에 대한 일반화는 자명한 절차이다. 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (369) (도 6b 및 6c 참조) 및 시차 평면 미러 간섭계 그룹 (470) (도 7b 참조) 은, 측정 셀 (90) 과 함께, 제 8 실시예의 장치의 기능을 가장 간단한 방식으로 도시하기 위하여 p₁=2 및 p₂=1 로 구성된다.

거리 측정 간섭계 내의 비선형성을 생성하는 순환에러 (상기 Bobroff 의 논문 참조) 는 수학식 193 에서 생략되었다. 당업자에게 알려진 기술은 순환에러를 무시할만한 레벨로 감소시키거나 순환에러의 존재를 보상하는 데 사용될 수 있는데, 이 기술은 간섭계 내의 분할된 빔들 및/또는 각 광 빔으로부터 간섭계로의 광 빔에 대한 전달시스템에서의 분할된 빔들을 사용하는 것과 같은 기술이다 (Tanaka, Yamagami, 및 Nakayama 의 상기 논문).

도 9 에 도시된 다음 단계에서, 위상시프트된 빔 (345, 1345, 130, 1130) 은 각각 광검출기 (185, 1285, 86, 1086) 에 닿아, 바람직하게는 광전 검출에 의해, 각각, 4개의 간섭신호인 헤테로다인 신호 (s₅, s₁₀, s₂, s₇) 로 된다. 신호 (s₅, s₁₀) 는 파장 (λ₁) 에 대응하고 신호 (s₂, s₇) 는 파장 (λ₂) 에 대응한다. 신호 (s_j) 는 다음과 같은 형태를 갖는다.

여기서, 시간종속변수 α_j(t) 는 다음과 같이 주어진다.

헤테로다인 신호 (s₅, s₁₀, s₂, s₇) 는, 디지털 또는 아날로그 형태, 바람직하게는 디지털 형태로, 각각, 전자신호 (203, 1203, 104, 1104) 로서 분석을 위해 전자 프로세서 (909) 에 전달된다.

드라이버 (5, 6) 의 위상은, 디지털 또는 아날로그 형태, 바람직하게는 디지털 형태로, 각각, 전자신호인 기준신호 (101, 102) 에 의해 전자 프로세서 (909) 에 전달된다.

헤테로다인 신호 (s₅, s₁₀, s₂, s₇) 를 전자적으로 처리하기 위한 바람직한 방법은 l₁및 l₂가 저위 정수가 아닌 경우에 대해 여기 제공된다. l₁및 l₂가 저위 정수인 경우에 대해, 헤테로다인 신호 (s₅, s₁₀, s₂, s₇) 를 전자적으로 처리하기 위한 바람직한 절차는 본 발명의 바람직한 제 9 실시예의 변형에 대해 이하에서 기재된 것과 동일하다.

도 9 를 참조하면, 전자 프로세서 (909) 는 헤테로다인 신호 (s₅, s₁₀, s₂, s₇) 를 처리하는 전자 프로세서 (309, 609) 의 전자 프로세서들을 포함한다. 따라서, 제 9 실시예의 헤테로다인 신호 (s₅, s₁₀, s₇) 는 각각 제 6 실시예의 신호 (s₅, s₁₀, s₇) 와 동일한 순서의 전자 처리 단계에 의해 처리되고 제 9 실시예의 s₅, s₂는 각각 제 3 실시예의 신호 (s₅, s₂) 와 동일한 순서의 전자 처리 단계에 의해 처리된다. 이 분석의 결과는 다음과 같은 위상이다.

굴절율 (n₁-1), 분산 (n₂-n₁)_1G와 (n₂-n₁)_2G, 및 파수 k₁과 k₂는 다음 식에 의해 다른 양의 항으로 표현될 수 있다.

여기서, χ와 K 는 각각 수학식 26 및 27 에 의해 주어진다.

다음 단계에서, 전자 처리 수단 (909) 은, 가스구성에 대한 지식없이, 주위환경 조건에 대한 지식없이, 그리고 가스구성의 굴절율의 성질에 대한 지식없이, 상이한 파장의 빔들에 의한 측정경로가 같은 넓이를 갖는 정도까지, 측정경로 (97) 내의 가스의 난기류 또는 가스의 칼럼밀도 내의 변동에 실질적으로 무관하게, 수학식 23, 197, 198 또는 199, 200, 및 201 에 따라, Γ, K/χ의 계산, 및 필요하다면 k₁의 계산을 위해, 디지털 또는 아날로그 형태, 바람직하게는 디지털 형태로, 전자신호 (105) 로서, 위상 ( _5×I1, _10×I1, θ_1G, θ_2G, _1G, _2G) 를 컴퓨터 (110) 에 전달한다.

제 9 실시예의 나머지 설명은 본 발명의 제 3 및 제 6 실시예에 대해 주어진 설명의 대응부분과 동일하다.

이하, 본 발명의 바람직한 제 9 실시예의 변형을 도식적으로 도시한 도 9 를 참조하는데, 여기서, 도 9 의 전자 프로세서 (909) 는 전자 프로세서 (909A) 로 대체되고, 광 빔의 파장은 대략 조화롭게 관련되고, 채택된 광원에 의해 생성된 광 빔의 파장의 대략적인 조화비는 요구되는 정밀도를 충족하기에 충분한 상대정밀도로 기지의 조화비에 일치되지 않으며 그리고/또는 채택된 광원의 안정도는 최종적인 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터에 부과된 요구되는 정밀도를 충족하기에 충분하지 않다. 파장이 대략적으로 조화롭게 관련되는 조건은 비 (l₁/l₂) 가 저위의 0 이 아닌 정수의 비 (p₁/p₂) 로서 표현가능한 제 9 실시예의 특별 경우에 대응한다 (수학식 35 참조).

제 9 실시예의 변형에 대한 광 빔 (9, 10) 의 소스 및 광 빔 (9, 10) 에 대한 설명은, 최종적인 엔드 유즈 애플리케이션에 의해 출력 데이터에 부과된 요구되는 정밀도를 충족시키기에 충분한 상대정밀도에 대한 기지의 조화비에 일치되지 않더라도 파장이 대략 조화롭게 관련되어야 한다는 추가적인 필요조건과 함께, 제 1 실시예에 대해 주어진 광 빔 (9, 10) 의 소스 및 광 빔 (9, 10) 에 대한 설명부분과 동일하다. 도 9 에 도시된 제 9 실시예의 변형에 대한 장치의 설명은 제 9 실시예에 대해 주어진 설명의 대응부분과 동일하다.

전자 프로세서 (909) 가 전자 프로세서 (909A) 로 대체된 도 9 를 참조하면, 전자 프로세서 (909A) 는 헤테로다인 신호 (s₅, s₁₀, s₂, s₇) 를 처리하는 전자 프로세서 (309A, 609A) 의 전자 프로세서를 포함한다. 따라서, 제 9 실시예의 변형의 헤테로다인 신호 (s₅, s₁₀, s₇) 는 제 6 실시예의 변형의 신호 (s₅, s₁₀, s₇) 와 동일한 순서의 전자 처리 단계에 의해 각각 처리되고 제 9 실시예의 변형의 신호 (s₅, s₂) 는 제 3 실시예의 변형의 신호 (s₅, s₂) 와 동일한 순서의 전자 처리 단계에 의해 각각 처리된다. 이 분석의 결과는 위상 (φ₅, φ₁₀, θ_1G, _1G, θ_2G, _2G) 이다.

다음 단계에서, φ₅, φ₁₀, θ_1G, _1G, θ_2G, _2G는, Γ, (K/χ), 및 필요하다면 k₁의 계산을 위해, 바람직하게는 디지털 형태로 컴퓨터 (110) 에 전달된다. 제 9 실시예의 변형의 양 (φ₅, φ₁₀, θ_1G, _1G, θ_2G, _2G, ₁, Z₁, ₂, Z₂) 은, φ_I1및 φ_I2를 0 으로 설정, l₁=p₁, 및 l₂=p₂와 함께 제 9 실시예의 _5×I1, _10×I1, θ_1G, _1G, θ_2G, _2G, ₁, Z₁, ₂, Z₂와 각각 명시적으로 등가이다. 결과로서, 굴절율 (n₁-1), 분산 (n₂-n₁)_1G와 (n₂-n₁)_2G, k₁, 및 k₂는, φ_I1및 φ_I2를 0 으로 설정, l₁=p₁, 및 l₂=p₂와 함께, 수학식 197, 198, 199, 200, 201 에 따라 제 9 실시예의 변형에 의해 측정된 양의 항으로 표현될 수 있다. 따라서, Γ, K/χ의 계산, 및 필요하다면 k₁의 계산은, 가스구성에 대한 지식없이, 주위환경 조건에 대한 지식없이, 그리고 가스구성의 굴절율의 성질에 대한 지식없이, 상이한 파장의 빔에 의한 측정경로가 같은 넓이를 갖는 정도까지, 측정경로 (97) 내의 가스의 난기류 또는 가스의 칼럼밀도 내의 변동에 실질적으로 무관하게, φ_I1및 φ_I2를 0 으로 설정, l₁=p₁, 및 l₂=p₂과 함께, 수학식 23, 197, 198 또는 199, 200, 및 201 에 따라 수행된다. 제 9 실시예의 변형에 대한 나머지 설명은 제 9 실시예에 대해 주어진 설명의 대응부분과 동일하다.

제 9 실시예에 대해 제 9 실시예의 변형의 주요 이점은 제 3 실시예에 대해 제 3 실시예의 변형의 이점에 대해 설명된 것과 동일하다.

임의의 실시예에서는, 간섭계를 통한 통로의 수가 상이한 광 빔에 대해 다를때 광 빔에 의한 광 지연에서의 차이가 존재할 것이다. 이러한 지연에서의 차이는, 측정 셀 (90) 의 두 미러가 고정되어 있고 가스 난기류가 전형적으로 작은 크기, 저주파수 영향을 생성함에 따라, 일반적으로 무시할만한 영향을 생성할 것임은 당업자에게 명백할 것이다.

여기 개시된 본 발명의 제 2, 제 3 , 제 5, 제 6, 제 8, 및 제 9 실시예와 그 변형들은 헤테로다인 신호에 의한 그룹지연에서의 상대적 차이에 대해 감소된 민감도로 위상 ( _1G, _2G) 을 전형적으로 생성할 것임은 당업자에게 명백할 것인데, 주어진 실시예 또는 그 변형에 대한 각각의 헤테로다인 신호들은 제 1, 제 4, 및 제 7 실시예와 그 변형들에 대해 실질적으로 동일한 주파수 스펙트럼을 갖는다.

바람직한 실시예들 및 그 변형들의 빔 (9) 및/또는 빔 (10) 의 x 와 y 편광성분은 본 발명의 범위와 사상에서 벗어남없이 주파수 시프트될 수 있는데, f₁은 빔 (9) 의 x 및 y 편광성분의 주파수에서의 차이가 잔류하고 f₂는 빔 (10) 의 x 및 y 편광성분의 주파수에서의 차이가 잔류한다. 간섭계 및 레이저 소스의 개선된 격리는 일반적으로 빔의 x 및 y 편광성분을 주파수 시프트함으로써 가능하고, 개선된 격리의 정도는 주파수 시프트를 생성하기 위해 사용된 수단에 의존한다.

빔 (9) 과 빔 (10) 중 어느 하나 또는 둘 모두의 2개의 주파수성분은 주파수 시프트를 도입하는 수단 다음 및 본 발명의 범위와 사상에서 벗어남없이 상기 설명된 바람직한 실시예들 및 그 변형들의 각각의 간섭계에 들어가기 전의 임의의 지점에서 공간적으로 분할될 수 있다. 2개의 빔 중 어느 하나의 2개의 주파수성분이 각각의 간섭계로부터 임의의 상당한 거리에 대해 공간적으로 분할된다면, 제 1 실시예에서 설명된 것과 같은 대안의 기준 빔을 채용할 필요가 있을 수 있다.

도 1a-1e, 1h, 2a-2c, 3a-3c, 4a-4e, 5a-5c, 6a-6d, 7a-7c, 8a-8c, 및 9 의 도시는 본 발명의 바람직한 제 9 실시예들 및 그 변형들을 도시하는데, 여기서 한 실시예 또는 한 실시예의 변형에 대한 모든 광 빔은 단일 면 내에 있다. 명백히, 본 발명의 범위 또는 사상에서 벗어남없이 제 9 실시예 및 그 변형 중의 하나 또는 그 이상에 대해 다중 면을 사용한 변경이 가능하다.

본 발명의 바람직한 제 9 실시예들 및 그 변형들은 측정 셀 (90) 을 갖는데, λ₁및 λ₂에 대한 측정경로는 동일한 물리적 길이를 갖고 λ₁및 λ₂에 대한 기준경로는 동일한 물리적길이를 갖는다. 청구범위에서 정의된 바와 같은 본 발명의 범위 및 사상에서 벗어남없이 λ₁및 λ₂에 대한 측정경로는 상이한 물리적길이를 가질 수 있고 λ₁및 λ₂에 대한 기준경로는 상이한 물리적길이를 가질 수 있음은 당업자에게 인식될 것이다. 청구범위에서 정의된 바와 같은 본 발명의 범위와 사상에서 벗어남없이 λ₁및 λ₂에 대한 측정경로는 전자로부터 후자가 물리적으로 치환될 수 있고 λ₁및 λ₂에 대한 기준경로는 전자로부터 후자가 물리적으로 치환될 수 있다.

본 발명의 바람직한 제 9 실시예들 및 그 변형들은 모두 헤테로다인 검출의 사용을 위해 구성된다. 청구범위에서 정의된 바와 같은 본 발명의 범위와 사상에서 벗어남없이 제 9 실시예들 및 그 변형들 각각에서 호모다인 검출이 채용될 수있음은 당업자에게 인식될 것이다. P. de Groot 의 이름으로 1997년 9월 2일에 공개된, 발명의 명칭이 "Homodyne Interferometric Receiver and Method" 인 공유의 미국특허 제 5,663,793 호에 개시된 것과 같은 호모다인 수신기가 채용될 것이다. 역분산력 (Γ) 의 계산은 예컨대 바람직한 제 1 실시예에서 호모다인 위상 (φ_1H, φ_2H) 으로부터 직접 얻어질 것인데, 호모다인 위상 (φ_1H, φ_2H) 은 바람직한 제 1 실시예의 위상 (φ₁, φ₂) 에 대응한다.

본 발명의 바람직한 실시예들 및 그 변형들의 제 3 그룹은 비 (K/χ) 를 측정하고 역분산력 (Γ) 의 계산에서 (K/χ) 의 측정된 값을 사용한다. (K/χ) 의 측정된 값은, 청구범위에서 정의된 바와 같은 본 발명의 범위와 사상에서 벗어남없이 수학식 34 또는 수학식 135 에 의해 표현된 조건이 만족되도록 피드백 시스템에서 에러신호로서 사용될 수 있음은 당업자에게 인식될 것이다. 피드백 시스템에서 (K/χ) 의 측정된 값은 소스 1 또는 소스 2 중의 어느 하나로 보내지고, 예컨대, 다이오드 레이저의 주입전류 및/또는 온도, 또는 외부의 캐비티 다이오드 레이저의 캐비티 주파수를 제어함으로써, 소스 1 또는 소스 2 중의 어느 하나의 각각의 파장을 제어하는 데 사용된다.

시차 평면 미러 간섭계 및 측정 셀은, 청구범위에서 정의된 바와 같은 본 발명의 범위 또는 사상에서 벗어남없이, 둘 또는 그 이상의 상이한 파장에 대응하는 광 빔이 바람직한 실시예들 및 그 변형들에 개시된 바와 같은 반대쪽 단부 와는 대조적으로 측정 셀의 동일 단부로 들어가고 나올 수 있다.

이하, 가스의 고유한 광학적 성질, 특히, 역분산력을 측정하기 위한 신규한 방법을 실시하는 다양한 단계들을 블록 (1600-1626) 을 통해 도시한 일반화된 흐름도인 도 10 을 참조하기로 한다. 도 10 에 도시된 신규한 방법은 상기 개시된 신규한 장치를 이용하여 수행될 수도 있음은 명백하지만, 상기 개시된 것이 아닌 다른 장치로 실시될 수도 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들면, 바람직한 실시예에서 사용된 것과 같은 동심의 측정 셀 장치를 사용할 필요없이, 요구되는 기준 및 측정레그가 존재하는 한, 종래의 간섭계 측정장치를 사용할 수도 있음은 명백할 것이다. 또한, 호모다인 접근법 또는 헤테로다인 기술이 채용되는 것을 사용할 수도 있음은 명백할 것이다. 더 잘 인식되는 바와 같이, 도 10 의 많은 단계들은 일반적인 목적의 컴퓨터에서 실행되는 적절한 소프트웨어 또는 적절히 프로그램된 마이크로프로세서를 통해 수행될 수 있는데, 그 중 어느 것이라도 요구되는 시스템의 다른 소자들을 제어하는 데 사용될 수 있다.

도 10 에 도시된 바와 같이, 바람직하게는 상기된 바와 같이 기지의 대략적인 비를 갖는 상이한 파장을 갖는 둘 또는 그 이상의 광 빔을 제공함으로써 블록 (1600) 에서 시작한다. 블록 (1602) 에서, 광 빔은, 블록 (1604) 에서 편광 또는 공간 인코딩, 또는 주파수 시프팅 중의 어느 하나, 또는 둘 모두에 의해 바람직하게 변경되는 성분으로 분할된다. 그렇지 않으면, 광 빔은 변경되지 않은 채로 남아 블록 (1606) 으로 통과될 수 있다.

블록 (1622, 1624) 에서 도시된 바와 같이, 광 빔의 파장의 관계는 감시될 수 있고 이 파장들이 이전에 논의된 제한범위 내에 있지 않으면, 파장들의 원하는 관계로부터 파장들의 관계의 이탈을 보상하는 보정조치를 채택할 수 있다. 이 이탈은 광 빔원의 파장을 제어하기 위하여 피드백을 제공하는 데 사용될 수 있거나, 또는 보정은 이탈에 의해 영향받는 이하의 계산에서 사용될 수 있고, 또는 두 접근법의 임의의 조합이 실행될 수 있다.

블록 (1600) 에서 광 빔을 생성하는 것과 병행 또는 동시에, 2개의 레그를 갖는 간섭계를 블록 (1626) 에서 표시된대로 제공하는데, 한 레그는 바람직하게는 진공에 의해 점유되고 (기준레그) 다른 레그는 고유한 광학적 성질이 측정되는 가스에 의해 점유된다.

블록 (1606, 1608) 에 의해 도시된 바와 같이, 미리 생성된 광 빔 성분들은, 각 성분이, 할당된 레그의 물리적길이를 통해 이동시 겪는 광학적 경로길이에 기초하여 시프트된 위상을 갖도록 간섭계 레그로 도입된다. 바람직하게는, 공통으로 관련된 성분 쌍에 대한 물리적길이는 동일하다.

빔들이 블록 (1608) 로부터 나타난 후에, 이들은 블록 (1610) 에서 결합되어 혼합된 광학 신호를 생성한다. 그후, 이 혼합된 광학 신호는 블록 (1612) 으로 보내지는데, 여기서, 광검출에 의해, 대응하는 전기신호, 바람직하게는 헤테로다인이 생성되고, 이들 전기신호는 광 빔 성분들 사이의 상대적 위상에 대한 정보를 포함한다. 전기신호는 사전에 주파수 시프트 처리에 의해 야기된 헤테로다인 신호인 것이 바람직하다.

블록 (1614) 에서, 전기신호는 상대적인 위상정보를 추출하기 위해 직접 분석될 수 있고, 그 후, 이 정보는, 바람직하게는 수퍼헤테로다인 신호 처리기술에의해, 블록 (1616-1620) 으로 전달될 수 있다. 대안으로, 원래의 빔들과, 이들이 이후 이동되는 광학적 경로 사이의 파장 관계에 따라, 수정된 헤테로다인 신호는 수퍼헤테로다인 신호 처리에 앞서 생성된다.

블록 (1616) 에서, 바람직하게는, 바람직한 장치에 대한 설명과 관련하여 사전에 설명된 수단 및 계산에 의해, 호모다인, 헤테로다인, 및/또는 수퍼헤테로다인 신호에서의 위상 애매성이 해소된다.

블록 (1618) 에서, 상대적인 분산력을 포함한 고유한 광학적 성질이 계산되고, 사전에 결정된대로 보정이 행해지고, 후속의 하류측 응용 또는 데이터 형식 필요조건에 대한 출력신호가 생성된다.

당업자는 본 발명의 범위 및 사상에서 벗어남없이 신규한 장치 및 방법으로의 다른 변경이 가능할 수 있다. 따라서, 설명된 실시예들은 예시적인 것이지 제한하는 의미로 간주되어서는 안된다.

Claims (119)

1. 가스의 선택된 고유한 광학적 성질을 감시하는 간섭계 측정장치로서,

   기준레그 및 측정레그를 포함하고, 상기 기준레그는 소정 매체에 의해 점유되도록 구성되고 정렬되며 상기 측정레그는 상기 가스에 의해 점유되도록 구성되고 정렬되는 간섭계 수단;

   상이한 파장을 갖는 적어도 2개의 광 빔을 생성하는 수단;

   상기 광 빔의 각각의 적어도 일부를 상기 간섭계 수단에 도입하여, 각 빔의 일부분이 상기 가스를 통해 소정 경로를 따라 진행하도록 하고, 또한, 상기 각 빔의 적어도 하나의 다른 부분이 상기 소정 매체를 통해 소정 경로를 따라 진행하도록 하는 수단으로서, 상기 각 빔의 일부분과 상기 다른 부분이, 상기 기준레그에 있어서 상기 소정 매체를 통하는 각각의 광학적 경로길이에 대한 정보, 및 상기 측정레그에 있어서 상기 가스를 통하는 각각의 광학적 경로길이에 대한 정보를 포함하는 출사 빔으로서, 상기 간섭계 수단으로부터 나타나도록 하는, 도입수단;

   상기 출사 빔을 조합하여, 상기 기준레그와 측정레그의 상기 소정 경로 중의 대응하는 것으로부터 나온 상기 각 출사 빔간의 위상차에 대응하는 정보를 포함하는 혼합된 광학 신호를 생성하는 수단; 및

   상기 혼합된 광학 신호를 검출하여, 상기 가스의 선택된 고유한 광학적 성질에 대응하는 정보를 포함하는 전기 간섭신호를 생성하는 수단;

   을 포함하는 간섭계 측정장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 파장의 하나에 대응하는 2개의 상기 출사 빔은 상기 가스 및 상기 소정 매체를 통해 각각 진행하여, 상기 조합수단에 의해 조합될 때, 상기 하나의 파장에 있어서의 상기 가스의 굴절율에 대한 정보를 포함하는 혼합된 광학 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 도입수단은, 추가로, 상기 광 빔의 각각의 부분이 상기 소정 매체를 통해 소정 경로를 따라 진행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 출사 빔을 조합하여 상기 혼합된 광학 신호를 생성하기 전에, 상기 출사 빔의 적어도 하나의 주파수를 배가시키는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 파장의 하나에 대응하는 상기 출사 빔의 제 1 빔은 상기 측정레그에 있어서 상기 가스를 통해 진행하고, 상기 파장의 다른 하나에 대응하는 상기 출사 빔의 제 2 빔은 상기 측정레그에 있어서 상기 가스를 통해 진행하고, 상기 하나의 파장에 대응하는 상기 출사 빔의 제 3 빔은 상기 기준레그의 상기 소정 매체를 통해 진행하고, 상기 다른 파장에 대응하는 상기 출사 빔의 제 4 빔은 상기 기준레그의 상기 소정 매체를 통해 진행하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 출사 빔을 수용하고 그중 적어도 2개의 주파수를 배가시켜, 상기 가스의 분산에 대한 정보를 포함하는 신호를 생성하는 비선형 광학 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 광 빔의 각각의 적어도 일부를 상기 간섭계 수단에 도입하는 상기 수단은, 상기 광 빔의 각각의 다른 부분을 상기 간섭계 수단에 도입하는 수단을 더 포함하고, 상기 다른 부분은, 상기 기준레그 및 상기 측정레그를 따라 진행하지 않고, 또다른 일군의 출사 빔으로서 복귀하며, 상기 또다른 일군의 출사 빔은, 상기 기준레그 및 상기 측정레그의 것 이외에, 상기 간섭계 측정장치의 광학적 경로길이에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 출사 빔을 조합하여 상기 혼합된 광학 신호를 생성하기 전에, 상기 출사 빔과 상기 또다른 일군의 출사 빔중 적어도 하나의 주파수를 배가시키는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
9. 제 7 항에 있어서,

   상기 파장의 하나에 대응하는 상기 출사 빔의 제 1 빔은 상기 측정레그에 있어서 상기 가스를 통해 진행하고, 상기 파장의 다른 하나에 대응하는 상기 출사 빔의 제 2 빔은 상기 측정레그에 있어서 상기 가스를 통해 진행하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 제 1, 제 2 출사 빔, 및 상기 또다른 일군의 출사 빔을 수광하고 이들의 주파수를 배가시켜, 상기 가스의 분산에 대한 정보를 포함하는 신호를 생성하는 비선형 광학 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
11. 제 1 항에 있어서,

    상이한 파장을 갖는 적어도 2개의 광 빔을 생성하는 상기 수단은, 상기 파장 중의 하나를 갖는 광 빔을 제공하는 적어도 하나의 광원과, 상기 파장 중의 하나를 갖는 상기 광 빔의 주파수를 배가시키는 상기 하나의 광원과 연관되어, 상기 파장 중의 다른 파장에서 상기 2개의 광 빔중의 다른 것을 제공하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 적어도 하나의 광원은 레이저를 포함하고, 상기 파장 중의 하나를 갖는 상기 광 빔의 주파수를 배가시키는 상기 수단은, 제 2 의 조화적 생성을 위한 비선형 광학 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
13. 제 1 항에 있어서,

    상기 장치는, 상기 전기 간섭신호를 분석하고, 상기 가스의 상기 선택된 고유한 광학적 성질을 결정하는 전자적 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 전자적 수단은, 상기 가스의 고유한 광학적 성질인 역분산력 (Γ) 을

    로서 결정하도록 구성되고 (여기서, λ₁, λ₂, λ₃은 파장, n₁, n₂, n₃는 굴절율), 분모는 [n₃(λ₃)-n₁(λ₁)] 또는 [n₂(λ₂)-n₁(λ₁)] 에 의해 치환될 수 있는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
15. 제 13 항에 있어서,

    상기 전자적 수단은, 각각의 광 빔 파장에 대응하는 상기 가스의 굴절율을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
16. 제 13 항에 있어서,

    상기 전자적 수단은, 가스의 고유한 광학적 성질인 역분산력 (Γ) 을

    로서 계산하도록 구성 및 정렬되는 것 (여기서, i 와 j 는 파장에 대응하는 정수) 을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
17. 제 13 항에 있어서,

    상기 전자적 수단은 가스의 고유한 광학적 성질, 즉 상이한 빔 파장에서의 상대 굴절율을 결정하도록 구성되고, 여기서, 상기 상대 굴절율은

    와 같은 형태이며, i 와 j 는 파장에 대응하는 정수이고 서로 상이한 것임을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
18. 제 13 항에 있어서,

    상기 전자적 수단은, 후속의 하류측 응용에 대해, 상기 가스의 상기 선택된 고유한 광학적 성질을 나타내는 출력신호를 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
19. 제 1 항에 있어서,

    상기 소정 매체는 진공을 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
20. 제 1 항에 있어서,

    상기 간섭계 수단은 동심원 셀을 포함하고, 이 동심원 셀은, 상기 기준레그로서 역할하는 밀폐된 내부 챔버, 및 상기 측정레그로서 역할하는, 상기 내부 챔버를 둘러싸는 외부 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
21. 제 20 항에 있어서,

    상기 내부 챔버는 상기 소정 매체가 진공상태이도록 실질적으로 비워지고, 상기 외부 챔버는 주위환경에 개방되는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
22. 제 21 항에 있어서,

    상기 주위환경은 공기를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
23. 제 20 항에 있어서,

    상기 동심원 셀은 단부를 갖는 직원주 형태이고, 이 단부의 각각은 상기 간섭계수단의 일부로서 파장 선택 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
24. 제 23 항에 있어서,

    상기 광 빔의 각각의 적어도 일부를 상기 간섭계 수단에 도입하는 상기 수단은, 하나의 파장에 대응하는 상기 광 빔의 상기 각 부분중의 하나를 상기 동심원 셀의 상기 단부중의 하나에 도입하고, 또한 상기 파장의 다른 하나에 대응하는 상기 광 빔의 상기 각 부분중의 다른 하나를 상기 동심원 셀의 상기 단부중의 다른 하나에 도입하도록 구성되고 정렬되는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
25. 제 1 항에 있어서,

    상기 광 빔을 생성하는 상기 수단은, 상기 광 빔의 각각의 직교 편광된 성분을 생성하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
26. 제 25 항에 있어서,

    직교편광된 성분을 갖는 상기 광 빔을, 공통 파장을 갖는 복수쌍의 직교 편광된 성분으로 분할하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
27. 제 26 항에 있어서,

    상기 간섭계 수단에서의 후속의 하류측 사용에 대해, 상기 복수쌍의 직교편광된 성분의 각 성분을 공간적으로 분할하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
28. 제 26 항에 있어서,

    상기 광 빔의 상기 파장은 서로 대략적인 조화 관계를 갖고, 상기 대략적인 조화 관계는 일련의 비로서 표현되며, 각 비는 저위의 0 이 아닌 정수의 비로 구성되는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
29. 제 28 항에 있어서,

    상이한 파장을 갖는 적어도 2개의 광 빔을 생성하는 상기 수단은, 상기 파장 중 하나를 갖는 광 빔을 제공하는 적어도 하나의 광원과, 상기 파장중의 하나를 갖는 상기 광 빔의 주파수를 배가시키는 상기 하나의 광원과 연관되어, 상기 파장중의 다른 파장에서 상기 2개의 빔 중의 다른 것을 제공하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
30. 제 28 항에 있어서,

    상기 일련의 비로서 표현된 상기 대략적인 조화 관계의 상대정밀도는, 상기 가스의 분산력을, 상기 가스의 역분산력의 측정에 요구되는 상대정밀도로 승산한 값보다 저위의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
31. 제 28 항에 있어서,

    상기 일련의 비로서 표현된 상기 대략적인 조화 관계의 상대정밀도를 감시하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
32. 제 31 항에 있어서,

    상기 대략적인 조화 관계의 상기 상대정밀도를 감시하는 상기 수단에 응답하여 피드백신호를 제공하고 상기 광 빔을 생성하는 상기 수단을 제어하여, 상기 대략적인 조화 관계의 상기 상대정밀도가, 상기 가스의 분산력을 상기 가스의 역분산력의 측정에 요구되는 상대정밀도로 승산한 값보다 저위의 크기를 갖도록 하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
33. 제 31 항에 있어서,

    상기 대략적인 조화 관계의 상기 상대정밀도를 감시하는 상기 수단에 응답하여, 상기 선택된 고유한 광학적 성질을, 상기 선택된 고유한 광학적 성질을 분석하고 결정하는 상기 전자적 수단에 의해 결정된대로 보정하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
34. 제 28 항에 있어서,

    상기 광 빔의 각각의 상기 직교편광된 성분들간의 주파수 차이를 도입하여 일군의 주파수 시프트된 광 빔을 생성하고, 상기 일군의 주파수 시프트된 광 빔중 2개의 빔이 동일한 주파수 차이를 갖지 않도록 하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
35. 제 34 항에 있어서,

    상기 일군의 주파수 시프트된 광 빔의 각 빔을 하나 또는 그 이상의 빔으로 나누어, 상기 일군의 주파수 시프트된 광 빔으로부터 적어도 3개의 주파수 시프트된 광 빔으로 이루어지는 확장된 일군을 제공하고, 상기 확장된 일군의 주파수 시프트된 광 빔에서의 각 파장에 대한 주파수 시프트된 광 빔의 수가, 상기 대략적인 조화 관계에 따라 역비례 관계가 되도록 하는 광학 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
36. 제 35 항에 있어서,

    상기 간섭계 수단은, 상기 확장된 일군의 적어도 3개의 주파수 시프트된 광 빔의 각 빔의 상기 직교편광된 성분들 사이에 위상시프트를 도입하여, 상기 출사 빔을 일군의 위상시프트된 주파수 시프트된 광 빔으로서 생성함과 아울러, 상기 확장된 일군의 적어도 3개의 주파수 시프트된 광 빔의 상기 각 빔들을 정렬하여 방향지시하고, 또한, 위상시프트된 주파수 시프트된 광 빔의 각 부일군에 의해 경과되는 상기 조합된 측정경로 및 기준경로가 실질적으로 동일해지도록 하고, 이 경우, 상기 위상시프트된 주파수 시프트된 광 빔의 부일군은, 동일 파장을 갖는 위상시프트된 주파수 시프트된 광 빔의 빔을 포함하고, 위상시프트된 주파수 시프트된 광 빔의 부일군의 임의의 2개의 빔에 의해 경과되는 측정경로 및 기준경로는, 실질적으로 서로 중첩되지 않는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
37. 제 36 항에 있어서,

    상기 위상시프트된 주파수 시프트된 광 빔의 임의의 빔의 상기 측정레그 및 상기 기준레그에 대한 상기 물리적 경로길이는, 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
38. 제 37 항에 있어서,

    상기 확장된 일군의 주파수 시프트된 광 빔의 각 빔에 도입되는 상기 위상시프트의 크기는, 상기 측정레그 및 기준레그에 대한 상기 각 빔의 통과 회수, 즉 상기 측정레그 및 기준레그의 물리적길이와, 상기 측정레그에 있어서의 가스의 굴절률과 상기 기준레그에 있어서의 상기 소정 매체의 굴절율과의 차이를 곱한 값에 비례하며, 위상시프트된 주파수 시프트된 광 빔의 각 부일군에 대한 상기 측정레그에 있어서의 상기 가스의 굴절율은 서로 상이하고, 상기 가스의 굴절율은 파장의 함수인 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
39. 제 38 항에 있어서,

    상기 조합수단은, 상기 일군의 위상시프트된 주파수 시프트된 광 빔의 각 빔의 상기 2개의 상이한 주파수성분을 혼합하여, 적어도 3개의 혼합된 출력 빔으로 구성된 일군의 혼합된 출력빔으로서 상기 혼합된 광학 신호를 생성하고, 상기 일군의 혼합된 출력 빔의 각 빔은, 상기 일군의 위상시프트된 주파수 시프트된 광 빔중 하나의 빔으로부터 파생되는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
40. 제 39 항에 있어서,

    상기 조합수단에 들어가기 전에 상기 위상시프트된 주파수 시프트된 광 빔의 상기 빔들 중 하나의 주파수를 배가시키는 비선형 광학 재료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
41. 제 39 항에 있어서,

    상기 검출수단은, 상기 일군의 혼합된 출력 빔의 세기로부터 일군의 적어도 3개의 헤테로다인 신호로서 상기 전기 간섭신호를 생성하기 위한 광검출기를 포함하고, 상기 일군의 적어도 3개의 헤테로다인 신호는, 상기 확장된 일군의 주파수 시프트된 광 빔의 각 빔의 상기 직교편광된 성분들간의 상기 주파수 차이에 관련된 헤테로다인 주파수에서의 발진을 특징으로 하고, 상기 일군의 적어도 3개의 헤테로다인 신호는 일군의 헤테로다인 위상을 추가로 특징으로 하고, 상기 일군의 적어도 3개의 헤테로다인 신호는 일군의, 헤테로다인 신호의 부일군으로 구성되고, 헤테로다인 신호의 부일군은, 위상시프트되고 주파수 시프트된 광 빔의 부일군으로부터 생성된 헤테로다인 신호인 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
42. 제 41 항에 있어서,

    각 부일군의 상기 헤테로다인 신호의 상기 헤테로다인 신호를 가산하여 일군의 수퍼헤테로다인 신호를 생성하기 위한 수단을 더 포함하고, 상기 일군의 헤테로다인 신호의 각 수퍼헤테로다인 신호는, 상기 수퍼헤테로다인 신호를 생성하기 위해 가산된 상기 부일군의 헤테로다인 신호의 헤테로다인 주파수에 등가인 수퍼헤테로다인 주파수와, 상기 수퍼헤테로다인 신호를 생성하기 위해 가산된 상기 부일군의 헤테로다인 신호의 헤테로다인 위상의 평균에 등가인 수퍼헤테로다인 위상과를 갖는 신호로 구성되고, 상기 수퍼헤테로다인 위상은, 상기 일군의 위상시프트되고 주파수 시프트된 광 빔의 상기 측정레그에 있어서의 상기 가스의 굴절률과, 상기 기준레그에 있어서의 상기 소정 매체의 굴절율과에 기인한 차이를 제외하고는, 실질적으로 제로인 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
43. 제 42 항에 있어서,

    상기 전자적 수단은, 상기 일군의 수퍼헤테로다인 신호 중 2개의 신호를 추출하고 이 신호들을 혼합하여, 제 2 레벨의 수퍼헤테로다인 신호를 생성하는 수단을 더 포함하고, 상기 제 2 레벨의 수퍼헤테로다인 신호는, 제 2 레벨의 수퍼헤테로다인 신호를 생성하기 위해 혼합된 수퍼헤테로다인 신호의 수퍼헤테로다인 주파수의 합 및 차에 각각 등가인 주파수, 즉 합의 주파수 및 차의 주파수를 갖고, 또한, 제 2 레벨의 수퍼헤테로다인 신호를 생성하기 위해 혼합된 수퍼헤테로다인 신호의 수퍼헤테로다인 위상의 합 및 차에 각각 등가인 위상, 즉 합의 위상 및 차의 위상을 갖는 2개의 사이드밴드, 즉 합의 사이드밴드 및 차의 사이드밴드로 구성되고, 상기 차의 위상은, 상기 일군의 위상시프트되고 주파수 시프트된 광 빔의 상기 측정레그에 있어서의 상기 가스의 굴절율과, 상기 기준레그에 있어서의 상기 소정 매체의 굴절율과의 분산에 기인한 차이를 제외하고는, 실질적으로 제로인 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
44. 제 43 항에 있어서,

    상기 일련의 비로서 표현된 상기 대략적인 조화 관계의 상대정밀도는, 상기 가스의 분산력을 상기 가스의 역분산력의 측정에 요구되는 상대정밀도로 승산한 값보다 저위의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
45. 제 44 항에 있어서,

    상기 전자적 수단은, 상기 합의 위상 및 상기 차의 위상, 그리고 상기 수퍼헤테로다인 위상 중의 하나를 기초로 동작하여, 가스의 역분산력을 결정하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
46. 제 43 항에 있어서,

    상기 일련의 비로서 표현된 상기 대략적인 조화 관계의 상대정밀도를 감시하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
47. 제 46 항에 있어서,

    상기 대략적인 조화 관계의 상기 상대정밀도를 감시하는 상기 수단에 응답하여 피드백신호를 제공하고, 상기 광 빔을 생성하는 상기 수단을 제어하여, 상기 대략적인 조화 관계의 상기 상대정밀도가, 상기 가스의 분산력을 상기 가스의 역분산력의 측정에 요구되는 상대정밀도로 승산한 값보다 저위의 크기를 갖도록 하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
48. 제 47 항에 있어서,

    상기 전자적 수단은, 상기 합의 위상 및 상기 차의 위상, 그리고 상기 수퍼헤테로다인 위상들 중의 하나를 기초로 동작하여, 가스의 역분산력을 결정하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
49. 제 46 항에 있어서,

    상기 대략적인 조화 관계의 상기 상대정밀도를 감시하는 상기 수단에 응답하여, 가스의 역분산력을 분석하고 결정하는 상기 전자적 수단에 의해 결정된대로 가스의 역분산력을 보정하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
50. 제 49 항에 있어서,

    상기 전자적 수단은, 상기 합의 위상 및 상기 차의 위상 중의 하나, 그리고 상기 수퍼헤테로다인 위상들 중의 하나를 기초로 동작하여, 가스의 역분산력을 결정하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
51. 제 39 항에 있어서,

    상기 조합수단은, 적어도 2개의 혼합된 출력 빔으로 구성된 일군의 혼합된 출력 빔으로서 상기 혼합된 광학 신호를 생성하도록 구성되고 정렬되며, 각각의 혼합된 출력 빔은, 위상시프트되고 주파수 시프트된 광 빔의 하나의 부일군으로부터 생성되는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
52. 제 28 항에 있어서,

    광원의 파장의 대략적인 조화비를 측정하고, 또한, 상기 선택된 고유한 광학적 성질의 결정시에 행해지는 계산을 보정하는 신호를 제공하는 전자처리수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
53. 제 34 항에 있어서,

    상기 간섭계 수단은, 상기 일군의 주파수 시프트된 광 빔의 각 빔의 직교편광된 성분들 사이에 위상 시프트를 도입하여, 일군의 위상시프트되고 주파수 시프트된 광 빔을 생성함과 아울러, 상기 일군의 주파수 시프트된 광 빔의 각 빔을 정렬하고 방향지시하여, 상기 일군의 위상시프트되고 주파수 시프트된 광 빔의 각 빔에 의해 경과되는 상기 측정레그 및 기준레그가 실질적으로 동일해지도록 하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
54. 제 53 항에 있어서,

    상기 위상시프트되고 주파수 시프트된 광 빔의 임의의 빔의 상기 측정레그 및 상기 기준레그에 대한 상기 물리적 경로길이가 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
55. 제 54 항에 있어서,

    상기 일군의 주파수 시프트된 광 빔의 각 빔에 도입되는 위상시프트의 크기는, 상기 측정레그 및 기준레그에 대한 상기 각 빔의 통과 회수와, 즉 측정레그 및 기준레그의 물리적길이와, 상기 측정레그에 있어서의 상기 가스의 굴절률과 상기 기준레그에 있어서의 상기 소정 매체의 굴절율과의 차를 곱한 값에 비례하고, 위상시프트되고 주파수 시프트된 광 빔의 각 빔에 대한 상기 측정레그에 있어서의 상기 가스의 굴절율은 서로 상이하며, 상기 가스의 굴절율은 파장의 함수인 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
56. 제 55 항에 있어서,

    상기 조합수단은, 상기 일군의 위상시프트되고 주파수 시프트된 광 빔의 각 빔의 상기 2개의 상이한 주파수 성분을 혼합하여, 적어도 2개의 혼합된 출력 빔으로 구성된 일군의 혼합된 출력 빔으로서 상기 혼합된 광학 신호를 생성하고, 상기 일군의 혼합된 출력 빔의 각 빔은, 상기 일군의 위상시프트되고 주파수 시프트된 하나의 빔, 그리고 단 하나의 빔으로부터 파생되는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
57. 제 56 항에 있어서,

    상기 검출수단은, 상기 일군의 혼합된 출력 빔의 세기로부터, 일군의 헤테로다인 신호로서 상기 전기 간섭신호를 생성하는 광검출기 수단을 포함하고, 상기 일군의 헤테로다인 신호는, 적어도 2개의 헤테로다인 신호로 구성되며, 또한, 상기 일군의 주파수 시프트된 광 빔의 상기 각 빔의 상기 직교편광된 성분들 사이의 상기 주파수 차이에 관련된 헤테로다인 주파수에서의 발진을 특징으로 하고, 상기 일군의 헤테로다인 신호는 일군의 헤테로다인 위상을 추가로 특징으로 하며, 상기 헤테로다인 위상은, 상기 측정레그에 있어서의 상기 가스의 굴절율에 관련된 차이를 제외하고는, 상기 광 빔 파장들 사이의 상기 대략적인 조화 관계에 실질적으로 역비례 관계에 있는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
58. 제 57 항에 있어서,

    상기 일군의 헤테로다인 신호를 처리하여 일군의 수정된 헤테로다인 신호를 생성하는 수단을 더 포함하며, 상기 일군의 수정된 헤테로다인 신호는 수정된 헤테로다인 주파수를 특징으로 하고, 상기 수정된 헤테로다인 주파수는, 상기 광빔 파장들 사이의 상기 대략적인 조화 관계에 따라 상기 헤테로다인 주파수와 조화관계에 있고, 상기 일군의 수정된 헤테로다인 신호는 수정된 헤테로다인 위상을 특징으로 하고, 상기 수정된 헤테로다인 위상은, 상기 파장들 사이의 상기 대략적인 조화 관계에 따라 상기 헤테로다인 위상과 조화관계에 있고, 상기 일군의 수정된 헤테로다인 신호의 상기 일군의 수정된 헤테로다인 위상은, 상기 일군의 위상시프트되고 주파수 시프트된 광 빔의 상기 측정레그에 있어서의 상기 가스의 굴절률과, 상기 기준레그에 있어서의 상기 소정 매체의 굴절율에 기인한 차이를 제외하고는, 실질적으로 등가인 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
59. 제 58 항에 있어서,

    상기 수정된 헤테로다인 신호중 2개를 혼합하여, 즉 한쌍의 수정된 헤테로다인 신호를 혼합하여, 상기 한쌍의 수정된 헤테로다인 신호의 상기 수정된 헤테로다인 주파수의 합 및 차에 각각 등가인 주파수, 즉 합의 주파수 및 차의 주파수를 가짐과 동시에, 상기 한쌍의 수정된 헤테로다인 신호의 상기 수정된 헤테로다인 위상의 합 및 차에 각각 등가인 위상, 즉 합의 위상 및 차의 위상을 갖는 2개의 사이드밴드, 즉 합의 사이드밴드 및 차의 사이드밴드로 구성된 수퍼헤테로다인 신호를 생성하는 전자적 수단을 더 포함하며, 상기 차의 위상은 상기 일군의 위상시프트되고 주파수 시프트된 광 빔의 상기 측정레그에 있어서의 상기 가스의 굴절률과, 상기 기준레그에 있어서의 상기 소정 매체의 굴절율과의 분산에 기인한 차이를 제외하고는, 실질적으로 제로인 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
60. 제 59 항에 있어서,

    상기 일련의 비로서 표현된 상기 대략적인 조화 관계의 상대정밀도는, 상기 가스의 분산력을 상기 가스의 역분산력의 측정에 요구되는 상대정밀도로 승산한 값보다 저위의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
61. 제 60 항에 있어서,

    상기 전자적 수단은, 상기 차의 위상과, 상기 한쌍의 수정된 헤테로다인 신호중 하나의 상기 수정된 헤테로다인 위상을 분석하여, 상기 측정레그에 있어서의 상기 가스의 역분산력을 결정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
62. 제 59 항에 있어서,

    상기 일련의 비로서 표현된 상기 대략적인 조화 관계의 상대정밀도를 감시하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
63. 제 62 항에 있어서,

    상기 대략적인 조화 관계의 상기 상대정밀도를 감시하는 상기 수단에 응답하여 피드백신호를 제공하고, 상기 광 빔을 생성하는 상기 수단을 제어하여, 상기 대략적인 조화 관계의 상기 상대정밀도가, 상기 가스의 분산력을 상기 가스의 역분산력의 측정에 요구되는 상대정밀도로 승산한 값보다 저위의 크기를 갖도록 하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
64. 제 63 항에 있어서,

    상기 전자적 수단은, 상기 차의 위상과, 상기 한쌍의 수정된 헤테로다인 신호중 하나의 상기 수정된 헤테로다인 위상을 분석하여, 상기 측정레그에 있어서의 상기 가스의 역분산력을 결정하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
65. 제 62 항에 있어서,

    상기 대략적인 조화 관계의 상기 상대정밀도를 감시하여, 상기 가스의 상기 역분산력을 분석하고 결정하는 상기 전자적 수단에 의해 결정된대로 상기 가스의 역분산력을 보정하는 수단에 응답하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
66. 제 65 항에 있어서,

    상기 전자적 수단은, 상기 차의 위상과, 상기 한쌍의 수정된 헤테로다인 신호중 하나의 상기 수정된 헤테로다인 위상을 분석하여, 상기 측정레그에 있어서의 상기 가스의 역분산력을 결정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
67. 제 53 항에 있어서,

    상기 간섭계 수단은, 상기 일군의 위상시프트되고 주파수 시프트된 광 빔에 대해 상기 측정레그 및 상기 기준레그에 대한 복수회의 통과를 생성하는 수단을 포함하고, 상기 일군의 위상시프트되고 주파수 시프트된 광 빔의 빔에 대한 복수 통과의 회수는, 상기 일군의 위상시프트되고 주파수 시프트된 광 빔의 빔의 파장에 비례하고, 상기 일군의 위상시프트되고 주파수 시프트된 광 빔의 임의의 빔의 상기 측정레그 및 기준레그의 물리적길이는 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
68. 제 67 항에 있어서,

    상기 일군의 주파수 시프트된 광 빔의 각 빔에 도입되는 위상 시프트의 크기는, 상기 측정레그 및 기준레그에 대한 통과 회수의, 즉 상기 측정레그 및 기준레그의 물리적길이의 상기 측정레그에 있어서의 상기 가스의 굴절률과 상기 기준레그 에 있어서의 상기 소정 매체의 굴절율과의 차이를 곱한 값에 비례하고, 상기 위상시프트되고 주파수 시프트된 광 빔의 각 빔에 대한 상기 측정레그에 있어서의 상기 가스의 굴절율은 서로 상이하며, 상기 가스의 굴절율은 파장의 함수인 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
69. 제 68 항에 있어서,

    상기 조합수단은, 상기 일군의 위상시프트되고 주파수 시프트된 광 빔의 각 빔의 상기 2개의 상이한 주파수성분을 혼합하여, 적어도 2개의 혼합된 출력 빔으로 구성된 일군의 혼합된 출력 빔으로서 혼합된 광학 신호를 생성하고, 상기 일군의 혼합된 출력 빔의 각 빔은, 상기 일군의 위상시프트되고 주파수 시프트된 광 빔중 하나, 그리고 단 하나의 빔으로부터 파생되는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
70. 제 69 항에 있어서,

    상기 검출수단은, 상기 일군의 혼합된 출력 빔의 세기로부터, 일군의 헤테로다인 신호로서 상기 전기 간섭신호를 생성하는 광검출기 수단을 포함하고, 상기 일군의 헤테로다인 신호는, 적어도 2개의 헤테로다인 신호로 구성되며, 또한, 상기 일군의 주파수 시프트된 광 빔의 상기 빔의 상기 직교편광된 성분들 사이의 상기 주파수 차이에 관련된 헤테로다인 주파수에서의 발진을 특징으로 하고, 상기 일군의 헤테로다인 신호는 일군의 헤테로다인 위상을 추가로 특징으로 하고, 상기 헤테로다인 위상은, 상기 측정레그에 있어서의 상기 가스의 굴절율과, 상기 기준레그에 있어서의 상기 소정 매체의 굴절율에 관련된 차이를 제외하고는, 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
71. 제 70 항에 있어서,

    상기 헤테로다인 신호중 2개를 혼합하여, 즉 한쌍의 상기 헤테로다인 신호를 혼합하여, 상기 한쌍의 헤테로다인 신호의 상기 헤테로다인 주파수의 합 및 차에 각각 등가인 주파수, 즉 합의 주파수 및 차의 주파수를 가짐과 동시에, 상기 한쌍의 헤테로다인 신호의 상기 헤테로다인 위상의 합 및 차에 각각 등가인 위상, 즉 합의 위상 및 차의 위상을 갖는 2개의 사이드밴드, 즉 합의 사이드밴드 및 차의 사이드밴드로 구성된 수퍼헤테로다인 신호를 생성하는 전자적 수단을 더 포함하며, 상기 차의 위상은, 상기 일군의 위상시프트되고 주파수 시프트된 광 빔의 상기 측정레그에 있어서의 상기 가스의 굴절률과, 상기 기준레그에 있어서의 상기 소정 매체의 굴절율과의 분산에 기인한 차이를 제외하고는, 실질적으로 제로인 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
72. 제 71 항에 있어서,

    상기 일련의 비로서 표현된 상기 대략적인 조화 관계의 상대정밀도는, 상기 가스의 분산력을 상기 가스의 역분산력의 측정에 요구되는 상대정밀도로 승산한 값보다 저위의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
73. 제 72 항에 있어서,

    상기 전자적 수단은, 상기 차의 위상과, 상기 한쌍의 헤테로다인 신호중 하나의 상기 헤테로다인 위상을 분석하여, 상기 측정레그에 있어서의 상기 가스의 역분산력을 결정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
74. 제 71 항에 있어서,

    상기 일련의 비로서 표현된 상기 대략적인 조화 관계의 상대정밀도를 감시하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
75. 제 74 항에 있어서,

    상기 대략적인 조화 관계의 상기 상대정밀도를 감시하는 상기 수단에 응답하여 피드백신호를 제공하고, 상기 광 빔을 생성하는 상기 수단을 제어하여, 상기 대략적인 조화 관계의 상기 상대정밀도가, 상기 가스의 분산력을 상기 가스의 역분산력의 측정에 요구되는 상대정밀도로 승산한 값보다 저위의 크기를 갖도록 하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
76. 제 75 항에 있어서,

    상기 전자적 수단은, 상기 차의 위상과, 상기 한쌍의 헤테로다인 신호중 하나의 상기 헤테로다인 위상을 분석하여, 상기 측정레그에 있어서의 상기 가스의 역분산력을 결정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
77. 제 74 항에 있어서,

    상기 대략적인 조화 관계의 상기 상대정밀도를 감시하는 상기 수단에 응답하여, 상기 측정레그에 있어서의 상기 가스의 역분산력을 분석하고 결정하는 상기 전자적 수단에 의해 결정된대로 상기 측정레그에 있어서의 상기 가스의 역분산력을 보정하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
78. 제 77 항에 있어서,

    상기 전자적 수단은, 상기 차의 위상과, 상기 한쌍의 헤테로다인 신호중 하나의 상기 헤테로다인 위상을 분석하여, 상기 측정레그에 있어서의 상기 가스의 역분산력을 결정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
79. 제 1 항에 있어서,

    상기 전기 간섭신호는, 상기 가스의 굴절율에 대응하는 위상정보를 포함하는 헤테로다인 신호를 포함하고, 상기 장치는, 상기 헤테로다인 신호를 혼합하여, 상기 가스의 굴절율의 분산에 대응하는 위상정보를 포함하는 적어도 하나의 수퍼헤테로다인 신호를 생성하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
80. 제 79 항에 있어서,

    상기 헤테로다인 신호 및 상기 수퍼헤테로다인 신호의 위상 애매성을 해소하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
81. 가스의 선택된 고유한 광학적 성질을 감시하는 간섭계 측정방법에 있어서,

    상기 간섭계 측정방법은,

    기준레그 및 측정레그를 포함하며, 상기 기준레그는 소정 매체에 의해 점유되도록 구성되고 정렬되며 상기 측정레그는 상기 가스에 의해 점유되도록 구성되고 정렬되는 간섭계수단을 제공하는 단계;

    상이한 파장을 갖는 적어도 2개의 광 빔을 생성하는 단계;

    상기 간섭계수단에 상기 광 빔의 각각의 적어도 일부를 도입하여, 각 빔의 일부분이 상기 가스를 통해 진행하도록 하고, 또한, 상기 각 빔의 적어도 하나의 다른 부분이 상기 소정 매체를 통해 소정 경로를 따라 진행하도록 하며, 상기 기준레그에 있어서의 상기 소정 매체를 통한 각각의 광학적 경로길이에 대한 정보 및 상기 측정레그에 있어서의 상기 가스를 통한 각각의 광학적 경로길이에 대한 정보를 포함하는 출사 빔으로서, 상기 간섭계 수단으로부터 나타나도록 하는 단계;

    상기 출사 빔을 조합하여, 상기 기준레그 및 측정레그의 소정 경로의 대응하는 것으로부터 나온 상기 각 출사 빔간의 위상차에 대응하는 정보를 포함하는 혼합된 광학 신호를 생성하는 단계; 및

    상기 혼합된 광학 신호를 검출하고, 상기 가스의 선택된 고유한 광학적 성질에 대응하는 정보를 포함하는 전기 간섭신호를 생성하는 단계;

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
82. 제 81 항에 있어서,

    상기 파장 중 하나에 대응하는 상기 출사 빔중 2개는 각각 상기 가스 및 상기 소정 매체를 통해 진행하고, 상기 조합수단에 의해 조합될 때, 상기 하나의 파장에서의 상기 가스의 굴절율에 대한 정보를 포함하는 혼합된 광학 신호를 제공하도록 하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
83. 제 81 항에 있어서,

    상기 도입단계는, 상기 광 빔의 각각의 부분이 상기 소정 매체를 통해 소정 경로를 따라 진행하도록 상기 광 빔을 도입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
84. 제 83 항에 있어서,

    상기 출사 빔을 조합하여 상기 혼합된 광학 신호를 생성하기 전에, 상기 출사 빔중 적어도 하나의 주파수를 배가시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
85. 제 83 항에 있어서,

    상기 파장중 하나에 대응하는 상기 출사 빔중 제 1 빔은 상기 측정레그에 있어서의 상기 가스를 통해 진행하고, 상기 파장중 다른 하나에 대응하는 상기 출사 빔중 제 2 빔은 상기 측정레그에 있어서의 상기 가스를 통해 진행하고, 상기 하나의 파장에 대응하는 상기 출사 빔중 제 3 빔은 상기 기준레그의 상기 소정 매체를 통해 진행하고, 상기 다른 파장에 대응하는 상기 출사 빔중 제 4 빔은 상기 기준레그의 상기 소정 매체를 통해 진행하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
86. 제 85 항에 있어서,

    상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 출사 빔을 수용하고 이들중 적어도 2개의 출사 빔의 주파수를 배가하여, 상기 가스의 분산에 대한 정보를 포함하는 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
87. 제 81 항에 있어서,

    상기 광 빔의 각각의 적어도 일부를 상기 간섭계 수단에 도입하는 단계는, 상기 광 빔의 각각의 다른 부분을 상기 간섭계 수단에 도입하여, 상기 다른 부분이 상기 기준레그 및 상기 측정레그를 따라 진행하지 않고, 다른 일군의 출사 빔으로서 복귀되도록 하는 단계를 더 포함하며, 상기 다른 일군의 상기 출사 빔은, 상기 기준레그 및 상기 측정레그의 것 이외에, 상기 간섭계 측정장치의 광학적 경로길이에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
88. 제 87 항에 있어서,

    상기 출사 빔을 조합하여 상기 혼합된 광학 신호를 생성하기 전에, 상기 출사 빔중 적어도 하나의 주파수와 상기 다른 일군의 출사 빔의 주파수를 배가시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
89. 제 87 항에 있어서,

    상기 파장중 하나에 대응하는 상기 출사 빔중 제 1 빔은 상기 측정레그에 있어서의 상기 가스를 통해 진행하고, 상기 파장의 다른 하나에 대응하는 상기 출사 빔중 제 2 빔은 상기 측정레그에 있어서의 상기 가스를 통해 진행하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
90. 제 89 항에 있어서,

    상기 제 1, 제 2 출사 빔, 및 상기 다른 일군의 출사 빔을 수광하고 이들의 주파수를 배가하여, 상기 가스의 분산에 대한 정보를 포함하는 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
91. 제 81 항에 있어서,

    상기 간섭신호를 전자적으로 분석하여, 상기 가스의 선택된 고유한 광학적 성질을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
92. 제 81 항에 있어서,

    상이한 파장을 갖는 적어도 2개의 광 빔을 생성하는 상기 단계는, 상기 파장중 하나를 갖는 상기 광 빔중 적어도 하나의 주파수를 배가시켜, 상기 파장중 다른 하나에 있는 상기 2개의 빔중 다른 하나를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
93. 제 91 항에 있어서,

    상기 전자적으로 분석하는 단계는, 상기 가스의 고유한 광학적 성질인 가스의 역분산력 (Γ) 을

    로서 결정하고 (λ₁, λ₂, λ₃는 파장이고 n₁, n₂, n₃는 굴절율), 이 경우, 분모는 [n₃(λ₃)-n₁(λ₁)] 또는 [n₂(λ₂)-n₁(λ₁)] 에 의해 치환될 수 있는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
94. 제 91 항에 있어서,

    상기 전자적으로 분석하는 단계는, 각 광 빔 파장에 대응하는 가스의 굴절율을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
95. 제 91 항에 있어서,

    상기 전자적으로 분석하는 단계는, 상기 가스의 고유한 광학적 성질인 역분산력 (Γ) 을

    로서 결정하는 것 (i 및 j 는 파장에 대응하는 정수) 을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
96. 제 91 항에 있어서,

    상기 전자적으로 분석하는 단계는, 고유한 광학적 성질인, 상이한 빔 파장에서의 상대 굴절율을 결정하는 단계를 포함하고, 여기서, 상기 상대 굴절율은

    의 형태인 것 (i 및 j 는 파장에 대응하는 정수이며 서로 상이함) 을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
97. 제 91 항에 있어서,

    후속의 하류측 응용에 대해, 상기 가스의 선택된 고유한 광학적 성질을 나타내는 출력신호를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
98. 제 81 항에 있어서,

    상기 소정 매체는 진공을 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
99. 제 81 항에 있어서,

    상기 간섭계 수단은 동심원 셀을 포함하고, 이 동심원 셀은, 상기 기준레그로서 역할하는 밀폐된 내부 챔버, 및 상기 측정레그로서 역할하는, 상기 내부 챔버를 둘러싸는 외부 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
100. 제 99 항에 있어서,

     상기 내부 챔버는, 상기 소정 매체가 진공이 되도록 실질적으로 비워지고 상기 외부 챔버는 주위환경에 개방되는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
101. 제 100 항에 있어서,

     상기 주위환경은 공기를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
102. 제 99 항에 있어서,

     상기 동심원 셀은 단부를 구비한 직원주 형태이고, 이 단부의 각각은 상기 간섭계수단의 일부로서 파장 선택 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
103. 제 102 항에 있어서,

     상기 광 빔의 각각의 적어도 일부를 상기 간섭계 수단에 도입하는 단계는, 상기 하나의 파장에 대응하는 상기 광 빔의 상기 부분중 하나를 상기 동심원 셀의 상기 단부중의 하나에 도입하고, 상기 파장중 다른 하나에 대응하는 상기 광 빔의 상기 부분중 다른 하나를 상기 동심원 셀의 상기 단부중의 다른 하나에 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
104. 제 81 항에 있어서,

     상기 광 빔을 생성하는 상기 단계는, 상기 광 빔의 각각의 직교편광된 성분을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
105. 제 104 항에 있어서,

     상기 광 빔을, 공통의 파장을 갖는 복수쌍의 직교편광된 성분으로 분할하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
106. 제 105 항에 있어서,

     상기 간섭계 수단에서의 후속의 하류측 사용에 대해, 상기 직교편광된 복수쌍의 성분들의 각 성분을 공간적으로 분할하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
107. 제 105 항에 있어서,

     상기 광 빔의 상기 파장은 서로 대략적인 조화 관계를 갖고, 상기 대략적인 조화 관계는 일련의 비로서 표현되고, 각 비는 저위의 0 이 아닌 정수의 비율로 구성되는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
108. 제 107 항에 있어서,

     상기 파장중 하나를 갖는 상기 광 빔중 적어도 하나의 주파수를 배가시켜, 상기 파장중의 다른 파장의 상기 2개의 빔중 다른 하나를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
109. 제 107 항에 있어서,

     상기 일련의 비로서 표현된 상기 대략적인 조화 관계의 상대정밀도는, 상기 가스의 분산력을 상기 가스의 역분산력의 측정에 요구되는 상대정밀도로 승산한 값보다 저위의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
110. 제 107 항에 있어서,

     상기 일련의 비로서 표현된 상기 대략적인 조화 관계의 상대정밀도를 감시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
111. 제 110 항에 있어서,

     상기 감시 단계에 응답하여 피드백신호를 제공하고, 상기 광 빔을 제어하여, 상기 대략적인 조화 관계의 상기 상대정밀도가, 상기 가스의 분산력을 상기 가스의 역분산력의 측정에 요구되는 상대정밀도로 승산한 값보다 저위의 크기를 갖도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
112. 제 110 항에 있어서,

     상기 선택된 고유한 광학적 성질을, 상기 선택된 고유한 광학적 성질을 전자적으로 분석하고 결정하는 상기 단계에 의해 결정된대로 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
113. 제 107 항에 있어서,

     상기 광 빔의 각각의 상기 직교편광된 성분들간의 주파수 차이를 도입하여 일군의 주파수 시프트된 광 빔을 생성하고, 상기 일군의 주파수 시프트된 광 빔의 2개의 빔이 동일한 주파수 차이를 갖지 않도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
114. 제 113 항에 있어서,

     광원의 파장의 대략적인 조화비를 측정하고, 상기 선택된 고유한 광학적 성질의 결정시에 행해지는 계산을 보정하는 신호를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
115. 제 113 항에 있어서,

     상기 전기 간섭신호는, 가스의 굴절률 및 소정 매체의 굴절율에 대응하는 위상정보를 포함하는 헤테로다인 신호를 포함하고, 상기 방법은, 상기 헤테로다인 신호를 혼합하여, 상기 가스의 굴절율의 분산에 대응하는 위상정보를 포함하는 적어도 하나의 수퍼헤테로다인 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
116. 제 115 항에 있어서,

     상기 헤테로다인 신호 및 수퍼헤테로다인 신호에서의 위상 애매성을 해소하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
117. 제 81 항에 있어서,

     상기 광 빔을 상기 간섭수단에 도입하기 전에, 상기 광 빔을 공간적으로 분할하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.
118. 제 1 항에 있어서,

     상기 전기 간섭신호를 수신하고, 이로부터 가스의 선택된 고유한 광학적 성질에 대응하는 위상정보를 직접 추출하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정장치.
119. 제 81 항에 있어서,

     상기 전기 간섭신호를 수신하고, 이로부터 가스의 선택된 고유한 광학적 성질에 대응하는 위상정보를 직접 추출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계 측정방법.