单块式位移测量用干涉仪制造技术

本发明专利技术提供了干涉仪和相应的系统，具有几个方面。在第一个方面，提供了一种适于将分离的第一光束和第二光束接收于其中的干涉仪，该干涉仪包括对于第一光束和第二光束基本等效的分离的第一光路和第二光路。在第二个方面，提供了一种适于将第一光束和第二光束作为分离的输入而接收于其中的干涉仪，其中这些光束直到刚刚由干涉仪输出之前都未混合或合并。在第三个方面，提供了一种干涉仪，它具有一个或多个光束阻挡器用于拦截外来的或不期望的光，并防止这些光混入各光束或与之干涉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及单块式位移测量用干涉仪。
技术介绍
位移测量干涉仪(“DMI”)是本领域熟知的，并且用于以高精度和分辨率水平测量小位移和长度已有数十年。在这些设备中，氦氖位移测量激光干涉仪由于其高度的稳定性和单色性而得到了比较普遍的应用。干涉仪需要对反射镜进行仔细的对准，这种对准必须长期维持，但是这可能存在相当大的实际困难。通过经过干涉仪的每个臂两次并在两次经过之间加入对波前进行倒转的装置，双程干涉仪可以对反射镜失调表现出部分的不敏感性。参见例如S.J.Bennett的“A Double-Passed Michelson Interferometer”，OpticsCommunications，Volume4，Number6，February/March，1972，其中用偏振分束器、两个四分之一波片和一个用作倒转元件的角隅反射器实现了两次经过。Bennett的前述论文的全部内容通过引用而结合于此。由于其产业意义、鲁棒性、稳定性和精度，双程位移测量干涉仪在高精度位移测量中得到了比较普遍的应用。尽管在DMI领域已经普遍取得了许多进步，但是仍然存在测量误差和不准确性。对这种误差和不准确性有影响的因素中包括对准误差和程长误差、光学混合、热效应、偏振态泄漏(即测量光束与参考光束的不希望的混合)、衍射引起的条纹、相位与位移之间的非线性关系、以及其他误差。参见例如Norman Bobroff的“Recent Advances in DisplacementMeasuring Interferometry”，Meas.Sci.Technol.4(1993)，907-926，以及Schmitz和Beckwith的“An Investigation of Two Unexplored Periodic SourceErrors in Differential-Path Interferometry”，Precision Engineering，27(2003)，311-322，其中详细讨论了这些因素中的某些因素。Bobroff和Schmitz等人的前述论文各自的全部内容通过引用而结合于此。现有技术的大多数DMI在参考光束和测量光束进入干涉仪系统的光学部分之前对其进行合并。光源和光学器件的特性并非理想，使参考光束和测量光束在测得期望的位移之前就已经混合。这是DMI中引入非线性误差的主要方式之一。DMI中非线性误差的另一个主要来源是基于衍射的干涉。一些现有技术的DMI使用反射式孔径将参考光束与测量光束隔离开，这两个光束直到反射式孔径之前共有一个公共的环形区域。这种结构导致形成干涉光束，它可能使性能下降。在2001年的ASPE年会上发表的一篇题为“Demonstration of Sub-Angstrom Cyclic Non-Linearity Using Wavefront-Division Sampling with aCommon-Path Laser heterodyne Interferometer”的论文中，Jet PropulsionLaboratory，Califomia Institute of Technology，Pasadena，Califomia的FengZhao公开了一种意在使非线性误差最小化的共路外差干涉仪。Zhao通过对参考光束和测量光束使用分离的光纤通道使参考光束和测量光束在通往检测器的大部分光路上隔离开来。参考光束具有第一频率，测量光束具有不同于第一频率的第二频率。粗略地说，就是产生与第一频率和第二频率相应的第一光束和第二光束并在独立的第一检测器和第二检测器处进行检测。但是，在某些系统中，情况比这样更加复杂。所谓的“本地振荡器”光束和“探测”光束由光源发射作为两个分离的光束，这些光束在干涉仪中混合以在输出端产生测量光束和参考光束。这个问题在下面有更加详细的讨论。为了清楚起见以免混淆，此处使用了术语“测量光束”和“参考光束”，但是应当理解为取决于各术语可能出现的特定上下文，它们与术语“本地振荡器光束”和“探测光束”可能分别互换。第一光束可以指由照射到静止孔径上的第一频率光束产生的参考光束。第二光束可以指由照射到移动目标上的第二频率光束产生的测量光束。第一光束与第二光束之间的相位差代表了目标的位置。Zhao的干涉仪结构减小了测得的位移中的非线性误差。Zhao使用波前分割方案，但是其中基于衍射的干涉误差仍然影响很大，因为测量光束和参考光束是在基本上同一光路上彼此环形隔开的。此外，还不清楚Zhao的方案怎样才能扩展到多于一个光轴。需要一种DMI，它可以将非线性误差和衍射引起的误差进一步最小化，并可以以简单经济的方式增减多个光轴。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种平面反射镜干涉仪，它适于分别接收两个分离的输入光束f1和f2，其中，直到两光束f1和f2在偏振的或非偏振的菱体子组件中合并之前，该干涉仪都使两光束保持彼此分开，所述合并发生在光束即将由干涉仪输出之前。由此减小了由偏振以及其他混合引起的测量误差。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种平面反射镜干涉仪，它适于分别接收两个分离的输入光束f1和f2，其中，两光束在干涉仪中行进的两条路径长度基本等效，从而减小了热引起的测量误差。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种平面反射镜干涉仪系统，它适于分别接收两个分离的输入光束f1和f2，其中，系统包括一个或多个光束阻挡器，所述光束阻挡器位于一个或多个四分之一波片与一个或多个静止的或运动的平面反射镜之间，所述光束阻挡器所具有的位置和构造能够拦截外来光，从而减小测量误差。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种干涉仪，它包括前述的一个或多个方面，还可以增减任意数量的光轴。本专利技术各种实施例在其范围内包括结合或应用了前述方面的元件、器件和系统，以及制造和使用应用了前述方面的元件、器件和系统的方法。附图说明图1示出了现有技术的线性位移测量干涉系统的框图；图2示出了本专利技术的测量干涉系统一种实施例的框图；图3示出了本专利技术的单角隅干涉仪的一种实施例，它提供了冗余输出并包括非偏振分束界面；图4示出了本专利技术的单角隅干涉仪的一种实施例，它提供了单一的输出并包括偏振分束界面；图5示出了本专利技术的双角隅干涉仪的一种实施例，它提供了冗余输出并包括非偏振分束界面；图6示出了本专利技术的双角隅干涉仪的一种实施例，它提供了单一的输出并包括偏振分束界面。具体实施例方式图1示出了现有技术的线性位移测量干涉系统的框图。双频Zeeman(塞曼)分裂氦氖激光源10产生并发射具有频率f1和f2的第一光束和第二光束(下文称为“光束f1和f2”)，其中第一光束具有第一圆偏振态，第二光束具有不同于第一偏振态的第二圆偏振态。从光源10发射的光束f1和f2通常分别是右旋和左旋偏振的。两个激光模式在光源10的腔内受到放大，所述两个模式对应于两种偏振态。在Zeeman分裂激光器中，两个偏振态是圆偏振并具有相反手性。望远镜15提供了用于对光源10发射的光束f1和f2进行扩束和准直，以便传送到干涉测量系统其余部分的手段。接下来，光束f1和f2经过四分之一波片20，它们在该处从圆偏振态转换为线偏振态，然后被导向非偏振的分束器30。(注意图1中未示出用于将线偏振光束与偏振本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单块式位移测量用平面反射镜干涉仪，适于将分离的第一光束和第二光束接收于其中，所述干涉仪包括对于所述第一光束和所述第二光束基本等效的分离的第一光路和第二光路。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：艾伦B雷，
申请(专利权)人：安捷伦科技有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]