三维干涉仪和用于确定电场相位的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于测量由物体(110)产生的光场的三维干涉仪(100)，具有：第一干涉仪臂(150)，第二干涉仪臂(152)，安排在一方面所述物体(110)的物点(112)与另一方面所述第一干涉仪臂(150)和第二干涉仪臂(152)之间的分束器(101)，所述分束器被配置为将从所述物点(112)发出的射束在所述分束器(101)处分割成所述第一射束和所述第二射束，检测平面(131)或检测面，所述检测平面或检测面安排在所述第一干涉仪臂(150)和所述第二干涉仪臂(152)之后并且被配置为在所述检测平面或检测面上使所述第一射束和所述第二射束在干涉区域(132)中发生干涉，以及安排一方面在所述检测平面(131)与另一方面所述第一干涉仪臂(150)和第二干涉仪臂(152)之间的重叠装置(106)。IFij＝|E1ij|·|E2ij|·exp(i·Ψij) (A)；

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】三维干涉仪和用于确定电场相位的方法
本专利技术涉及一种三维干涉仪、一种用于确定三维干涉仪的干涉区域的至少一个点处的相位差的方法、一种用于确定在三维干涉仪的干涉区域中的一部分的电场相位的方法以及用于执行所述方法的一种计算机程序和计算机程序产品。
技术介绍
干涉仪可以根据其空间安排进行区分。常见的干涉仪例如马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪、迈克尔逊(Michelson)干涉仪或萨尼亚克(Sagnac)干涉仪是二维干涉仪。在二维和三维干涉仪之间的分界线在总体说明部分中给出。在现有技术中还已知全息图像。全系图像是干涉型技术，它允许存储、重建或测量波前的振幅信息和相位信息。应用这种技术的结果称为全息图。在数字全息图像的情况下将全息图以数字方式存储。全息图像型摄影机是记录全息图的设备。在本申请的范围内，全息图像型摄影机理解为如下设备：所述设备对于入射的场、尤其光场测量相位或者相位和振幅。另外，现有技术中已知用于测量光场的振幅和相位的全息图像型测量系统。用于全息图像的常见结构由光源、分束器组成，所述分束器将光分成参比射束和物体射束，其中物体射束被指向待测量的物体，在其上反射/散射并且然后与参比射束发生干涉。这种技术的前提是存在真实的物体，也就是说待成像的物体不能是虚拟物体。空间相位测量的另一个例子是特怀曼-格林(Twyman-Green)干涉仪，迈克尔逊干涉仪的一种特殊形式。特怀曼-格林干涉仪是二维干涉仪，其中干涉仪臂之一包含待探测的物体，例如透镜、棱镜或表面。空间测量因此不涉及输入场而是涉及干涉仪的特性。因此，这里并非是对输入场的空间测量。干涉图包含关于待探测物体的空间表面特性。特殊之处在于，待探测物体是干涉仪的一部分。在所述功能的另一个角度上看，相干光在待探测的物体处反射，所述相干光与通过迈克尔逊干涉仪的另一臂产生的探测射束进行干涉。在这个图示中，待探测物体也是干涉仪结构的一部分并且因此必须满足对机械稳定性、无尘性和一般对可重现性的高标准。特怀曼-格林衍射仪因而不是用于输入场的空间相位测量的干涉仪。特怀曼-格林干涉仪可以理解为是一种全息图像型测量系统，其中迈克尔逊干涉仪的臂之一用于产生参比射束。在特怀曼-格林干涉仪中，参比射束和物体射束的叠加通过同时还用于分割出物体射束和参比射束的相同分束器来进行。特怀曼-格林干涉仪以及全息图像型测量系统都使用参比射束。参比射束的前提是，能够在光到达物体之前实现光与光源的退耦。因此必须适当地适配光源、物体和测量装置的空间排列，因为否则就无法进行测量。这样提供参比射束被称为从外部提供参比射束。从后续公开的文件编号为DE102014111979.7的德国专利申请中已知一种三维干涉仪，其中对于待成像物体的每个点，对从物点向所述设备方向发出的光线在其波向量方面进行测量。在此使用的方法的前提是，不同物点的光是彼此不相干的，也就是说，在不同物点的光之间不存在干涉并且因此仅在由相同物点发出的不同光线之间存在相干。在此测量单独像点的空间位置的空间角度，而不测量波前或类似的量。其原因是，不相干源(物点)的叠加产生了不具有受限定的空间相位并因此也不具有波前的照射场。波前在此理解为在照射场中相同相位的点。所述设备因此不适合用于波前的干涉法分析或者作为全息图像型摄影机。在DE102014111979.7中公开的干涉仪既不具有评价单元也不具有计算机程序产品。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种允许干涉法确定入射波的空间相位的三维干涉仪或三维设备。在此应以高分辨率来进行确定。所述三维干涉仪应通过简单、尤其紧凑的结构来实现这个任务。还应能够成本低廉地制造所述干涉仪。本专利技术的另一个目的是提供一种方法，所述方法在使用所述三维干涉仪的情况下对于所述三维干涉仪的干涉区域的至少一个点来确定源自第一干涉臂的第一电场与源自第二干涉臂的第二电场之间的相位差。本专利技术的另一个目的是提供一种方法，所述方法在使用所述三维干涉仪的情况下确定在所述三维干涉仪的干涉区域的一部分中的电场的相位。本专利技术的另一个目的是提供一种方法，所述方法在使用所述三维干涉仪的情况下对于所述三维干涉仪的干涉区域的至少一个点来确定干涉项的振幅或者源自延伸穿过第一或第二干涉仪臂的光场的第一或第二电场的振幅。本专利技术的另一个目的是提供一种计算机程序和一种计算机程序产品，用于执行所述方法。本专利技术的一个目的通过一种用于测量由物体产生的光场的三维干涉仪来实现。为了在物理上正确地说明在下文中描述的三维干涉仪，需要使入射到干涉仪上的光场或电场根据一般的物理方程(例如惠更斯、瑞利或索末菲的衍射公式)穿过干涉仪(也就是说通过第一干涉仪臂以及通过第二干涉仪臂传播直到检测平面)传播，以便随后计算这两个场在检测平面上的重叠。然而可能的是，通过满足几何近似的光场来表征本专利技术相关的干涉仪。几何光学器件(也称为射束光学器件)在数学上被理解为是用于极小光波长的波长光学器件的极限情况。当所使用的波长相对于在干涉仪中所使用的部件的尺寸而言很小时，这种近似是应用于当前情况。对于任意的物点，存在中央光线。然而，在主权利要求中以单一的中央光线为基础来表征本专利技术相关的干涉仪。中央光线取决对于物点和检测平面的选择。干涉仪用于测量由物体产生的光场。这尤其是指确定电场的至少一个量。在此，电场的相位是主要的关注点。但是也可以确定电场的相位和强度或振幅。干涉仪尤其适合用于确定电场的量，无论是电场的相位还是相位和强度。在此，可以相对地、即与规定量值相比较地确定电场或强度。在此情况下，不知电场或强度的绝对值。优选地确定电场或强度的绝对值。波前可以理解为在波的传播中具有相同相位的点。术语“测量波前”在此可以作为“测量平面上的相位”的同义词使用，其中所述平面不能与传播方向共线性，因为对于此类平面而言具有相同相位的点是没有意义的。干涉仪具有第一干涉仪臂、第二干涉仪臂、分束器、检测平面、和重叠装置。待测量的光场的光至少局部或部分是相干的。所述光特别优选是相干光。术语“部分相干的光”在参照所选的测量情形时理解为，其中在相干光的情况下所有进行叠加的波部分都是彼此相干的，也就是说，存在时间上固定的相对相位。在部分相干光的情况下，不具有暂时的彼此固定的相位关系的叠加。当干涉场的路程长度差比相干长度更长时，就出现这种情况。由于干涉仪的臂之间的路径差的改变，可能将两个进行叠加的场或多或少向相干区域中移动。尤其存在以下情况，即在某一种干涉仪结构中波前仍然可以看做相干光场，而它在不同的干涉仪结构中必须看作部分相干光源。为了该目的的在干涉仪结构中的原始差异在于，这两个干涉仪臂之间的路程长度差是比光源的相干长度更长还是更短。相干长度是光源或光场的特性。在本专利技术相关的干涉仪结构中出现的路程长度差(对于参比点的射束的光线测量的)优选比入射光场的相干长度更短。第一干涉仪臂能够被配置或调节为，使第一射束延伸穿过所述第一干涉仪臂。第二干涉仪臂能够被设置或调节为，使第二射束延伸穿过所述第二干涉仪臂。优选所述第一干涉仪臂被设置为，使第一射束延伸穿过所述第一干涉仪臂。优选所述第二干涉仪臂被设置为，使第二射束延伸穿过所述第二干涉仪臂。在此，术语“射束延伸穿过干涉仪臂或设备”优选理解为，不通过障碍物阻碍或晕染射束的光线。优选在干涉仪中不晕染射束本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维干涉仪(100)，所述三维干涉仪(100)用于测量由物体(110)产生的光场，尤其用于确定电场(E1ij，E2ij)、特别是所述电场(E1ij，E2ij)的相位(Φ1ij，Φ2ij)或者相位(Φ1ij，Φ2ij)和强度或者绝对值，所述三维干涉仪(100)具有：第一干涉仪臂(150)，所述第一干涉仪臂(150)能够如此被配置或调节为、尤其被配置为，使第一射束延伸穿过所述第一干涉仪臂(150)，第二干涉仪臂(152)，所述第二干涉仪臂(152)能够如此被配置或调节为、尤其被配置为，使第二射束延伸穿过所述第二干涉仪臂(152)，分束器(101)，所述分束器(101)被定位在一方面所述物体(110)的物点(112)与另一方面所述第一干涉仪臂(150)和第二干涉仪臂(152)之间；所述分束器(101)被配置为将在所述分束器(101)处从所述物点(112)发出的射束分割成所述第一射束和所述第二射束，检测平面(131)或检测表面，所述检测平面(131)或检测表面被定位在所述第一干涉仪臂(150)和所述第二干涉仪臂(152)之后并且被配置为使得所述第一射束和所述第二射束在所述检测平面(131)或检测表面上在干涉区域(132)中发生干涉，以及重叠装置(106)，所述重叠装置(106)被定位在一方面所述检测平面(131)与另一方面所述第一干涉仪臂(150)和第二干涉仪臂(152)之间，其中所述分束器(101)、所述第一干涉仪臂(150)、所述第二干涉仪臂(152)、所述重叠装置(106)和所述检测平面(131)能够被配置或调节为、尤其被配置为，对于所述物体(110)的物点(112)存在正好一条从所述物点(112)发出的中央光线(114)，所述中央光线(114)在所述分束器(101)处被分割成第一中央光线(120)和第二中央光线(121)，其中所述中央光线(114)为所述射束的一部分，所述第一中央光线(120)为所述第一射束的一部分并穿过所述第一干涉仪臂(150)，并且所述第二中央光线(121)为所述第二射束的一部分并穿过所述第二干涉仪臂(152)，并且其中所述第一中央光线(120)和所述第二中央光线(121)在所述检测平面(131)上在所述干涉区域(132)中在中央像点(133)中重叠；以及对于从所述物体(110)的所述物点(112)发出并且为所述射束一部分但不是所述中央光线(114)的每条光线(115)，给出穿过所述第一干涉仪臂(150)的第一光线(125)和穿过所述第二干涉仪臂(152)的第二光线(126)，所述第一光线(125)和第二光线(126)在所述分束器(101)处从所述光线(115)分割并且在不同的点(134，135)处击中所述检测平面(131)，并且对于所述干涉区域(132)的不是中央像点(133)的每个像点(134)，存在正好一条第三光线(116)并且存在正好一条第四光线(117)，所述第三光线(116)从所述物点(112)发出、不是所述中央光线(114)、穿过所述第一干涉仪臂(150)并且击中所述检测平面(131)上的所述像点(134)，所述第四光线(117)从所述物点(112)发出、不是在所述分束器之前的所述第三光线(116)、不是所述中央光线(114)、穿过所述第二干涉仪臂(152)并且在所述检测平面(131)上在所述像点(134)处与所述第三光线(116)重叠，其中在所述分束器(101)之前的所述第三光线(116)和所述第四光线(117)为所述射束的一部分。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.24 DE 102016103295.61.一种三维干涉仪(100)，所述三维干涉仪(100)用于测量由物体(110)产生的光场，尤其用于确定电场(E1ij，E2ij)、特别是所述电场(E1ij，E2ij)的相位(Φ1ij，Φ2ij)或者相位(Φ1ij，Φ2ij)和强度或者绝对值，所述三维干涉仪(100)具有：第一干涉仪臂(150)，所述第一干涉仪臂(150)能够如此被配置或调节为、尤其被配置为，使第一射束延伸穿过所述第一干涉仪臂(150)，第二干涉仪臂(152)，所述第二干涉仪臂(152)能够如此被配置或调节为、尤其被配置为，使第二射束延伸穿过所述第二干涉仪臂(152)，分束器(101)，所述分束器(101)被定位在一方面所述物体(110)的物点(112)与另一方面所述第一干涉仪臂(150)和第二干涉仪臂(152)之间；所述分束器(101)被配置为将在所述分束器(101)处从所述物点(112)发出的射束分割成所述第一射束和所述第二射束，检测平面(131)或检测表面，所述检测平面(131)或检测表面被定位在所述第一干涉仪臂(150)和所述第二干涉仪臂(152)之后并且被配置为使得所述第一射束和所述第二射束在所述检测平面(131)或检测表面上在干涉区域(132)中发生干涉，以及重叠装置(106)，所述重叠装置(106)被定位在一方面所述检测平面(131)与另一方面所述第一干涉仪臂(150)和第二干涉仪臂(152)之间，其中所述分束器(101)、所述第一干涉仪臂(150)、所述第二干涉仪臂(152)、所述重叠装置(106)和所述检测平面(131)能够被配置或调节为、尤其被配置为，对于所述物体(110)的物点(112)存在正好一条从所述物点(112)发出的中央光线(114)，所述中央光线(114)在所述分束器(101)处被分割成第一中央光线(120)和第二中央光线(121)，其中所述中央光线(114)为所述射束的一部分，所述第一中央光线(120)为所述第一射束的一部分并穿过所述第一干涉仪臂(150)，并且所述第二中央光线(121)为所述第二射束的一部分并穿过所述第二干涉仪臂(152)，并且其中所述第一中央光线(120)和所述第二中央光线(121)在所述检测平面(131)上在所述干涉区域(132)中在中央像点(133)中重叠；以及对于从所述物体(110)的所述物点(112)发出并且为所述射束一部分但不是所述中央光线(114)的每条光线(115)，给出穿过所述第一干涉仪臂(150)的第一光线(125)和穿过所述第二干涉仪臂(152)的第二光线(126)，所述第一光线(125)和第二光线(126)在所述分束器(101)处从所述光线(115)分割并且在不同的点(134，135)处击中所述检测平面(131)，并且对于所述干涉区域(132)的不是中央像点(133)的每个像点(134)，存在正好一条第三光线(116)并且存在正好一条第四光线(117)，所述第三光线(116)从所述物点(112)发出、不是所述中央光线(114)、穿过所述第一干涉仪臂(150)并且击中所述检测平面(131)上的所述像点(134)，所述第四光线(117)从所述物点(112)发出、不是在所述分束器之前的所述第三光线(116)、不是所述中央光线(114)、穿过所述第二干涉仪臂(152)并且在所述检测平面(131)上在所述像点(134)处与所述第三光线(116)重叠，其中在所述分束器(101)之前的所述第三光线(116)和所述第四光线(117)为所述射束的一部分。2.根据权利要求1所述的干涉仪(100)，进一步具有：评价单元，所述评价单元被配置为，测量在所述检测平面(131)的所述干涉区域(132)的至少一个点(134)处发生干涉的两条光线之间的相位差(Ψ)和/或击中的光线的相位(Φ)。3.根据权利要求1或2所述的干涉仪(100)，进一步具有：计算机程序产品，所述计算机程序产品存储在能够用于计算机中的介质中，所述计算机程序产品包括：计算机可读的程序手段，通过所述程序手段，计算机能够实施根据权利要求12所述的方法和/或一种用于确定在第一电场(E1ij)与第二电场(E2ij)之间的干涉区域(132)的至少一个像点(134)处、尤其检测表面(131)的像素格栅(i，j)的点或像素处的相位差(Ψij)的方法，所述第一电场(E1ij)和第二电场(E2ij)在所述至少一个像点(134)处发生干涉，其中所述第一电场(E1ij)源自第一干涉臂(152)并且所述第二电场(E2ij)源自第二干涉臂(152)。4.根据以上权利要求之一所述的干涉仪(100)，进一步具有：检测器(130)，所述检测器(130)在所述检测平面(131)中。5.根据以上权利要求之一所述的干涉仪(100)，其中所述第一干涉仪臂(150)和/或所述第二干涉仪臂(152)在所述分束器(101)与所述重叠装置(106)之间具有至少一个射束偏转元件(171，172，181，182)。6.根据以上权利要求之一所述的干涉仪(100)，其中所述分束器(101)、所述第一干涉仪臂(150)、所述第二干涉仪臂(152)、所述重叠装置(106)和所述检测平面(131)能够被配置或调节为，尤其被配置为，使得对于第五光线和第六光线的射束偏转的总和为5、6或7次，所述第五光线在所述分束器(101)之前为所述中央光线(114)并且在所述分束器(101)之后...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁·贝尔茨，
申请(专利权)人：马丁·贝尔茨，
类型：发明
国别省市：德国,DE