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Aus
der
DE 41 36 300 C1 oder
der
DE 197 56 936
C1 ist ein Michelson-Interferometer bekannt, bei dem optische
Wegdifferenzen mittels eines Retroreflektors erzeugt werden, dessen
Rotationsachse gegenüber
seinem Tripelpunkt seitlich versetzt ist. Ein Strahlteiler teilt
einen von einer Strahlungsquelle kommenden Lichtstrahl in zwei Teilstrahlen
auf, die direkt oder mit Hilfe von Umlenkspiegeln spiegelsymmetrisch
zur Rotationsachse des Retroreflektors unter jeweils gleichem Winkel
in den Retroreflektor geleitet werden. Von dem Retroreflektor aus
werden die Teilstrahlen auf ihnen zugeordnete Planspiegel reflektiert,
welche die Teilstrahlen senkrecht in den rotierenden Retroreflektor
zurückreflektieren.
Von dem Retroreflektor aus gelangen die Teilstrahlen, ggf. über die
Umlenkspiegel, wieder zu dem Strahlteiler, der die Teilstrahlen
vereinigt und zur Interferenz bringt. Die interferierenden Teilstrahlen
werden einem Detektor zur Erzeugung eines Interferenzsignals zugeführt.
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Die
exakte Vereinigung der Teilstrahlen und damit die Qualität des Interferenzsignals
sind sehr empfindlich gegenüber
Winkeländerungen
(Verkippungen) der beiden Planspiegel, die exakt senkrecht zu den
von dem Retroreflektor auf sie reflektierten Teilstrahlen ausgerichtet
sein müssen.
Daher sind in der Regel Mittel zur Justierung der Planspiegel erforderlich,
was mit einem entsprechend hohen konstruktiven Aufwand verbunden
ist.
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Aus
der bereits genannten
DE
197 56 936 C1 ist es bekannt, anstelle der Planspiegel
ortsfeste Retroreflektoren vorzusehen, bei denen Winkeländerungen
(Verkippungen) vergleichsweise unkritisch sind, weil sie einfallende
Strahlen immer senkrecht zurück
reflektieren. Allerdings kommt es zwischen den einfallenden und
zurückreflektierten
Strahlen zu einem Versatz, so dass eine Fokussieroptik benötigt wird,
um die zur Interferenz zu bringenden Teilstrahlen zu vereinigen
und einen akzeptablen Modulationsgrad zu erreichen.
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Aus
der
EP 0 034 325 B1 ist
ein Michelson-Interferometer bekannt, bei dem die optischen Wegdifferenzen
mittels eines oder zweier Retroreflektoren erzeugt werden, die pendelnd
gelagert sind und dabei vor und zurück schwingen. Bei entsprechender
Dimensionierung des Strahlteilers bzw. genügend kleiner Pendelbewegung
kann auf die Anordnung der rückreflektierenden
winkelempfindlichen Planspiegel verzichtet werden; d. h. die von
dem Strahlteiler in den vor und zurück pendelnden Retroreflektor
geführten
Teilstrahlen werden von diesem unmittelbar in Richtung zu dem Strahlteiler
zurück
reflektiert.
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Gegenüber der
Pendellagerung des Retroreflektors hat die Verwendung eines rotierenden
Retroreflektors den Vorteil, dass die Rotationsbewegung leicht mit
höheren
Frequenzen realisiert werden kann und damit höhere Messraten möglich sind.
Weiterhin ist eine Rotationsbewegung weniger anfällig auf Erschütterungen
und Vibrationen als eine Pendelbewegung. Diese Vorteile sind vor
allem beim Einsatz des Interferometers in rauher Umgebung, z. B.
in der Prozessmesstechnik, von Bedeutung.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Michelson-Interferometer mit
rotierendem Retroreflektor die Abhängigkeit des Interferenzsignals von
Winkelstellungen oder Verkippungen optischer Komponenten zu minimieren
und dabei einen hohen Modulationsgrad, also eine hohe Deckung der
zur Interferenz gebrachten Teilstrahlen, zu erreichen.
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Gemäß der Erfindung
wird die Aufgabe durch ein Michelson-Interferometer mit einem Strahlteiler
und einem rotierenden Retroreflektor gelöst, dessen Rotationsachse gegenüber seinem
Tripelpunkt seitlich versetzt ist,
- – wobei
der Strahlteiler einen von einer Strahlungsquelle kommenden Lichtstrahl
in zwei Teilstrahlen aufteilt, die spiegelsymmetrisch zu einer zur
Rotationsachse parallelen Geraden unter jeweils gleichem Winkel
in den rotierenden Retroreflektor geführt werden,
- – wobei
der rotierende Retroreflektor die in ihn geführten Teilstrahlen entweder
unmittelbar oder nach Reflexion an zwei ortsfesten Retroreflektoren
in Richtung zu dem Strahlteiler zurück reflektiert, der die Teilstrahlen
zum Empfang in einem Detektor wieder vereinigt, und
- – wobei
im Verlauf zumindest eines der beiden Teilstrahlen zwischen dem
rotierenden Retroreflektor und dem Strahlteiler mindestens ein Umlenkspiegel
angeordnet ist und im Verlauf des anderen Teilstrahls eine um eine
ungerade Zahl geringere Anzahl von Umlenkspiegeln angeordnet ist,
wobei die geringere Anzahl größer oder
gleich Null ist.
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Die
in den rotierenden Retroreflektor fallenden Teilstrahlen beschreiben
beim Austritt aus dem Retroreflektor eine elliptische Rotationsbewegung, wobei
die Weite der Ellipse von dem Einfallswinkel nicht aber von dem
Einfallsort abhängig
ist. Diese Rotationsbewegung der Teilstrahlen wird wieder aufgehoben,
wenn die rotierenden Teilstrahlen über Planspiegel in den Retroreflektor
zurückgespiegelt werden,
so wie dies aus der
DE
41 36 300 C1 oder der
DE 197 56 936 C1 bekannt ist. Diese Planspiegel sind
jedoch bei dem erfindungsgemäßen Interferometer
wegen ihres störenden
Einflusses auf das Interferenzsignal nicht vorgesehen; statt dessen
werden die in den rotierenden Retroreflektor geführten Teilstrahlen entweder
unmittelbar oder nach Reflexion an zwei ortsfesten Retroreflektoren
in Richtung zu dem Strahlteiler zurück reflektiert. Dadurch bleibt
jedoch die elliptische Rotationsbewegung der Teilstrahlen erhalten.
Um die Teilstrahlen später
exakt zur Deckung zu bringen und einen hohen Modulationsgrad zu
erreichen, ist es erforderlich, dass die Teilstrahlen bei ihrer
Vereinigung gleichsinnig rotieren. Dies wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, dass die von dem rotierenden Retroreflektor kommenden
Teilstrahlen bis zu ihrer Vereinigung jeweils dieselbe Anzahl von
Reflexionen erfahren. Da nur einer der Teilstrahlen an dem Strahlteiler
reflektiert wird, während
der andere Teilstrahl durch den Strahlteiler hindurch tritt, ist
erfindungsgemäß im Verlauf
zumindest eines der beiden Teilstrahlen zwischen dem rotierenden
Retroreflektor und dem Strahlteiler mindestens ein Umlenkspiegel
und im Verlauf des anderen Teilstrahls eine um eine ungerade Zahl
geringere Anzahl von Umlenkspiegeln angeordnet, wobei die geringere
Anzahl größer oder gleich
Null ist. Im einfachsten Fall ist also nur ein Umlenkspiegel vorhanden.
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Ein
wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Interferometers besteht
auch darin, dass mögliche
Verkippungen sowohl der Umlenkspiegel als auch des Strahlteilers
keine Auswirkung auf den Deckungsgrad der von dem Strahlteiler vereinigten Teilstrahlen
haben.
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Die
vom Strahlteiler vereinigten rotierenden Teilstrahlen können mittels
einer Fokussieroptik (z. B. Spiegel oder Linse) auf den Detektor
fokussiert werden, wobei die Fokussieroptik vorzugsweise eine Öffnung enthält, durch
die hindurch ein Referenz-Laserstrahl auf den Strahlteiler gerichtet
ist, der den Referenz-Laserstrahl in zwei das Interferometer durchlaufende
Laser-Teilstrahlen aufteilt. In entsprechender Weise können dann
die nach Durchlaufen des Interferometers von dem Strahlteiler vereinigten
rotierenden Laser-Teilstrahlen mittels einer weiteren Fokussieroptik
auf einen Laserdetektor fokussiert werden, wobei die weitere Fokussieroptik
eine Öffnung
enthält,
durch die hindurch der Lichtstrahl der Strahlungsquelle auf den
Strahlteiler gerichtet ist. Das Kalibrieren eines Interferometers
mittels eines Lasers, dessen Laserstrahl in die Strahlungswege des
Interferometers eingekoppelt und nach deren Durchlaufen anschließend mit
einem Laserdetektor erfasst wird, ist beispielsweise aus der
US 5,341,207 bekannt.
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Die
Rotationsbewegung der vom Strahlteiler vereinigten Teilstrahlen
bzw. Laser-Teilstrahlen kann in vorteilhafter Weise wieder aufgehoben
werden, indem sie über
mindestens einen zusätzlichen
Spiegel parallel zu einem der von dem rotierenden Retroreflektor
kommenden Teilstrahlen in den rotierenden Retroreflektor gelenkt
und erst nach dem Austritt aus diesem zu dem Detektor bzw. Laserdetektor
geführt werden,
wobei die Anzahl der zusätzlichen
Spiegel so gewählt
ist, dass die Summe der Reflexionen jedes Teilstrahls bzw. Laser-Teilstrahls
auf dem Weg von dem Retroreflektor über die gegebenenfalls vorhandenen
Umlenkspiegel, den Strahlteiler und den mindestens einen zusätzlichen
Spiegel ungerade ist. Wie oben bereits erwähnt, beschreiben die in den
rotierenden Retroreflektor fallenden Teilstrahlen beim Austritt
aus dem Retroreflektor eine elliptische Rotationsbewegung, wobei
die Weite der Ellipse von dem Einfallswinkel nicht aber von dem
Einfallsort abhängig
ist. Wenn also die in den Retroreflektor zurückgeführten vereinigten Teilstrahlen
bzw. Laser-Teilstrahlen parallel zu den von dem rotierenden Retroreflektor
kommenden Teilstrahlen sind, mit diesen gleichsinnig rotieren und
die gleiche Weite der Rotationsellipse aufweisen, werden sie von
dem rotierenden Retroreflektor in einen nichtrotierenden Lichtstrahl
bzw. Laserstrahl vereinigt, der dann ohne Fokussieroptik von dem
Detektor bzw. Laserdetektor erfasst werden kann. Damit die in den
Retroreflektor zurückgeführten vereinigten
Teilstrahlen bzw. Laser-Teilstrahlen gleichsinnig mit den von dem
rotierenden Retroreflektor kommenden Teilstrahlen rotieren, muss
die Summe der Reflexionen jedes Teilstrahls bzw. Laser-Teilstrahls
auf dem Weg von dem Retroreflektor über die gegebenenfalls vorhandenen
Umlenkspiegel, den Strahlteiler und den mindestens einen zusätzlichen
Spiegel ungerade sein.
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Von
den die vereinigten Teilstrahlen bzw. Laser-Teilstrahlen in den
rotierenden Retroreflektor lenkenden zusätzlichen Spiegeln liegt einer
im Strahlungsweg zwischen dem Strahlteiler und der Strahlungsquelle
bzw. dem Detektor, weswegen der betreffende zusätzliche Spiegel als Strahlteiler
ausgebildet sein muss. Alternativ kann vorgesehen werden, dass die
Gerade, bezüglich
derer die beiden Teilstrahlen spiegelsymmetrisch unter jeweils gleichem
Winkel in den rotierenden Retroreflektor geführt werden, gegenüber der
Rotationsachse des Retroreflektors senkrecht zu der von den Teilstrahlen aufgespannten
Ebene versetzt ist. Dadurch wird der Strahlenverlauf in dem Interferometer
in zwei Teilverläufe
unterteilt, die in zwei unterschiedlichen Ebenen liegen. Die von dem
Strahlteiler kommenden vereinigten Teilstrahlen bzw. Laser-Teilstrahlen
sind dann beispielsweise gegenüber
dem Lichtstrahl von der Strahlungsquelle zu dem Strahlteiler räumlich getrennt,
so dass der die vereinigten Teilstrahlen bzw. Laser-Teilstrahlen
in den rotierenden Retroreflektor lenkende zusätzliche Spiegel außerhalb
des Lichtstrahl von der Strahlungsquelle zu dem Strahlteiler liegen
kann und daher für
diesen nicht mehr transparent sein muss.
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Die
räumliche
Trennung der in das Interferometer ein- und aus diesem auslaufenden
Strahlen kann statt in zwei Ebenen auch durch Strahlversatz in einer
Ebene erreicht werden, wobei der Lichtstrahl und der Referenz-Laserstrahl
innerhalb der Ebene an verschiedenen Stellen auf den Strahlteiler
treffen.
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Die
Spiegel und/oder der Strahlteiler des erfindungsgemäßen Interferometers
können
in an sich bekannter Weise jeweils von Prismenflächen eines oder mehrerer Prismenkörper gebildet
werden, wobei der Strahlteiler vorzugsweise von aneinander anliegenden
Prismenflächen
zweier Prismenkörper
gebildet wird. Diejenigen Prismenflächen, durch die Strahlen in
den Prismenkörper
ein- oder austreten, sind dabei vorzugsweise senkrecht zu den betreffenden
Strahlen ausgerichtet, so dass Strahlungsbrechungen vermieden und
Dispersionseffekte reduziert werden. Als Retroreflektoren kommen
Tripelspiegel, als Vollprismen ausgebildete Kubusecken, Katzenaugen
in Spiegel- oder
Linsenausführung
sowie Dachkantspiegel oder -prismen infrage.
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Im
Weiteren wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispielen des
erfindungsgemäßen Michelson-Interferometers erläutert; dabei
zeigen im Einzelnen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Michelson-Interferometers
mit einem rotierenden Retroreflektor und einem Strahlteiler, der
einen Lichtstrahl in zwei Teilstrahlen aufteilt und diese nach Durch laufen
des Interferometers wieder vereinigt,
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2 ein
Beispiel für
die Unempfindlichkeit der vereinigten Teilstrahlen in Bezug auf
Verkippungen des Strahlteilers,
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3 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
mit zusätzlichen
Spiegeln, die die vereinigten Teilstrahlen nochmals zurück in den
Retroreflektor leiten,
-
4 das
Ausführungsbeispiel
nach 3 in Draufsicht und Seitenansicht, wobei der der
Strahlenverlauf in dem Interferometer in zwei Teilverläufe unterteilt
ist, die in unterschiedlichen Ebenen liegen,
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5 ein
weiteres Ausführungsbeispiel,
wobei der Strahlenverlauf in dem Interferometer in zwei Teilverläufe unterteilt,
die innerhalb einer Ebene gegeneinander versetzt sind,
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6 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
mit sich kreuzenden Strahlenverläufen,
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7 bis 11 unterschiedliche
Ausführungsbeispiele
mit Prismenkörpern
zur Realisierung von Spiegeln und/oder des Strahlteilers oder zur
Verkürzung
optischer Weglängen
und
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12 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
mit ortsfesten Retroreflektoren.
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1 zeigt
ein Michelson-Interferometer mit einer Strahlungsquelle 1,
von der aus ein Lichtstrahl 2 unter einem vorgegebenen
Winkel auf einen Strahlteiler 3 fällt. Der Strahlteiler 3 teilt
den Lichtstrahl 2 in zwei amplitudengleiche Teilstrahlen 4, 5 auf,
wobei der an dem Strahlteiler 3 re flektierte Teilstrahl 4 über zwei
Umlenkspiegel 6, 7 und der von dem Strahlteiler 3 durchgelassene
Teilstrahl 5 über einen
Umlenkspiegel 8 in einen Retroreflektor 9 gelangt.
Der Retroreflektor 9 rotiert exzentrisch um eine gegenüber dem
Tripelpunkt des Retroreflektors 9 seitlich versetzte Rotationsachse 10.
Die beiden Teilstrahlen 4 und 5 werden von den
Umlenkspiegeln 6, 7, 8 spiegelsymmetrisch
zur Rotationsachse 10 bzw. einer dazu parallelen Geraden 10' unter jeweils
gleichem Einfallswinkel α in
den rotierenden Retroreflektor 9 eingeleitet. Die Umlenkspiegel 6, 7, 8 sind
ferner derart angeordnet, dass die optischen Weglängen der
Teilstrahlen 4, 5 von dem Strahlteiler 3 zu
dem Retroreflektor 9 gleich sind. Der Retroreflektor 9 reflektiert
die Teilstrahlen 4, 5 unter jeweils demselben Winkel α, aber mit
einem Parallelversatz, so dass die aus dem rotierenden Retroreflektor 9 austretenden Teilstrahlen 4', 5' jeweils eine
elliptische Rotationsbewegung beschreiben. Die Weite der Ellipse
der Rotationsbewegung ist von dem Winkel α, nicht aber von dem Einfallsort,
abhängig.
Die von dem Retroreflektor 9 kommenden rotierenden Teilstrahlen 4', 5' werden über dieselben
Umlenkspiegel 6, 7, 8 wie die Teilstrahlen 4, 5 zu
dem Strahlteiler 3 zurückgeführt. Die
von dem Strahlteiler 3 vereinigten Teilstrahlen 11 gelangen
auf der von der Strahlungsquelle 1 abgewandten Seite zu
einer Fokussieroptik 12 in Form eines Fokussierspiegels,
der die vereinigten Teilstrahlen 11 auf einen Detektor 13 fokussiert.
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Die
exzentrische Drehbewegung des Retroreflektors 9 führt zu einer
gegensinnigen Änderung der
optischen Weglängen
der beiden Teilstrahlen 4, 4' und 5, 5' von dem Strahlteiler 3 zu
dem Retroreflektors 9 und zurück, so dass bei der Vereinigung
der Teilstrahlen 4, 4' und 5, 5' in dem Strahlteiler 3 ein
Interferogramm entsteht, welches die Fourier-Transformierte des
von der Strahlungsquelle 1 kommenden Lichtstrahls 2 darstellt.
Das gezeigte Michelson-Interferometer ist daher für die Fourier-Transform-(FT-)Spektroskopie
verwendbar.
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Spiegelsymmetrisch
zu dem Strahlteiler 3 ist hinter der Fokussieroptik 12 ein
Laser 14 angeordnet, der durch eine Öffnung 15 in der Fokussieroptik 12 einen
Referenz-Laserstrahl 16 auf den Strahlteiler 3 richtet.
Der Referenz-Laserstrahl 16 wird
derselben Weise wie der Lichtstrahl 2, aber in Bezug auf
den Strahlteiler 3 gespiegelt, in Laser-Teilstrahlen 17, 18 aufgeteilt,
die parallel oder zumindest annähernd
deckungsgleich mit den Teilstrahlen 4, 5 verlaufen. Nach
Reflexion in dem Retroreflektor 9 werden die jetzt rotierenden
Laser-Teilstrahlen 17', 18' wieder zu dem
Strahlteiler 3 geführt
und dort vereinigt. Die vereinigten Laser-Teilstrahlen 19 gelangen von
dem Strahlteiler 3 auf der von der Strahlungsquelle 1 abgewandten
Seite zu einer weiteren Fokussieroptik 20 in Form eines
Fokussierspiegels, der die vereinigten Laser-Teilstrahlen 19 auf
einen Laserdetektor 21 fokussiert. Die weitere Fokussieroptik 20 enthält ebenfalls
eine Öffnung 22 durch
die hindurch die Strahlungsquelle 1 den Lichtstrahl 2 auf
den Strahlteiler 3 richtet.
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Um
die von dem Retroreflektor 9 kommenden rotierenden Teilstrahlen 4', 5' bzw. Laser-Teilstrahlen 17', 18' in dem Strahlteiler 3 exakt
zur Deckung zu bringen und einen hohen Modulationsgrad zu erreichen,
ist es erforderlich, dass die Teilstrahlen 4', 5' (Laser-Teilstrahlen 17', 18') bei ihrer
Vereinigung gleichsinnig rotieren. Dies wird dadurch erreicht, dass
die von dem rotierenden Retroreflektor 9 kommenden Teilstrahlen 4', 5' (Laser-Teilstrahlen 17', 18') bis zu ihrer
Vereinigung jeweils dieselbe Anzahl von Reflexionen erfahren. Da
bezogen auf den Detektor 13 nur der Teilstrahl 5' (bezogen auf
den Laserdetektor 21 nur der Laser-Teilstrahl 18') an dem Strahlteiler 3 reflektiert
wird, während
der jeweils andere Teilstrahl 4' (Laser-Teilstrahl 17') durch den Strahlteiler 3 hindurch
tritt, ist die Anzahl der im Verlauf des Teilstrahls 4' (Laser-Teilstrahls 18') angeordneten
Umlenkspiegel 6, 7 um eine ungerade Zahl größer oder
keiner, hier um Eins größer, als
in dem entsprechenden Verlauf des anderen Teilstrahls 5' (Laser-Teilstrahls 17').
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Anstelle
der gezeigten Fokussierspiegel 12, 20 kommen auch
andere Fokussieroptiken, wie z.B. Linsen, infrage.
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Da
die Teilstrahlen 4', 5' bzw. Laser-Teilstrahlen 17', 18' auf beiden
Seiten des Strahlteilers 3 jeweils mit halber Amplitude
vereinigt werden können der
Detektor 13 und der Laserdetektor 21 vertauscht werden.
In 1 verlaufen dann die vereinigten Teilstrahlen 11' anstelle der
vereinigten Laser-Teilstrahlen 19 zu dem Detektor 13', der an der
Stelle des Laserdetektors 21 angeordnet ist, und umgekehrt.
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Ein
wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Interferometers besteht
auch darin, dass mögliche
Verkippungen sowohl der Umlenkspiegel 6, 7, 8 als
auch des Strahlteilers 3 keine Auswirkung auf die von dem
Strahlteiler 3 vereinigten Teilstrahlen 11, 11' bzw. Laser-Teilstrahlen 19, 19' haben. Da die
in den rotierenden Retroreflektor 9 einfallenden Strahlen
von diesem in der gleichen Richtung zurückreflektiert werden, werden
Winkelfehler, die die Strahlen auf ihrem Weg zu dem Retroreflektor 9 an
den Umlenkspiegeln 6, 7, 8 erfahren,
beim Rücklauf
der Strahlen von dem Retroreflektor 9 zu dem Strahlteiler 3 wieder
aufgehoben. Im Falle eines Winkelfehlers des Strahlteilers 3 würden, wie 2 zeigt,
die vereinigten Teilstrahlen 11' ihre Richtung beibehalten, während die
vereinigten Teilstrahlen 11 gemeinsam den doppelten Winkelfehler
erfahren würden,
der Deckungsgrad der vereinigten Teilstrahlen 11, 11' bleibt von
dem Winkelfehler des Strahlteilers 3 unbeeinflusst.
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Das
in 3 gezeigte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Michelson-Interferometers unterscheidet
sich von dem nach 1 dadurch, dass die vereinigten
rotierenden Teilstrahlen 11 über einen zusätzlichen
Spiegel 23 parallel zu dem Teilstrahl 5, 5' in den rotierenden
Retroreflektor 9 geleitet werden. Weiterhin werden die
vereinigten rotierenden Laser-Teilstrahlen 19 über zwei
weitere zusätzliche
Spiegel 24, 25 parallel zu dem Laser-Teilstrahl 18, 18' in den rotierenden
Retroreflektor 9 geleitet. Die Anzahl der zusätzlichen
Spiegel 23 (bzw. 24, 25) ist dabei so
gewählt,
dass die Summe der Reflexionen jedes Teilstrahls bzw. Laser-Teilstrahls
auf dem Weg von dem Retroreflektor 9 über den (die) Umlenkspiegel 8 (6, 7)
den Strahlteiler 3 und den (die) zusätzlichen Spie gel 23 (24, 25)
ungerade ist. Dies führt
dazu, dass die in den Retroreflektor 9 über den (die) zusätzlichen
Spiegel 23 (24, 25) zurückgeführten vereinigten
Teilstrahlen 11 (Laser-Teilstrahlen 19) gleichsinnig
mit den von dem rotierenden Retroreflektor 9 kommenden
Teilstrahlen 5' (Laser-Teilstrahlen 18') rotieren.
Wie bereits erwähnt,
beschreiben die in den rotierenden Retroreflektor 9 fallenden
Teilstrahlen 4, 5, bzw. Laser-Teilstrahlen 17, 18 beim Austritt
aus dem Retroreflektor 9 eine elliptische Rotationsbewegung,
wobei die Weite der Ellipse von dem Einfallswinkel α nicht aber
von dem Einfallsort abhängig
ist. Wenn also die in den Retroreflektor 9 zurückgeführten vereinigten
Teilstrahlen 11 bzw. Laser-Teilstrahlen 19 parallel zu
den von dem rotierenden Retroreflektor 9 kommenden Teilstrahlen 5' bzw. Laser-Teilstrahlen 18' sind, mit diesen
gleichsinnig rotieren und die gleiche Weite der Rotationsellipse aufweisen,
werden sie von dem rotierenden Retroreflektor 9 in einen
nichtrotierenden Lichtstrahl 26 bzw. Laserstrahl 27 vereinigt,
der dann einfacher auf den jeweiligen Detektor bzw. Laserdetektor
(hier nicht gezeigt) fokussiert werden kann, als im Falle eines
rotierenden Strahls.
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Da
die zusätzlichen
Spiegel 23 und 24 im Strahlungsweg des Referenz-Laserstrahls 16 bzw. des
Lichtstrahls 2 liegen, müssen sie als Strahlteiler ausgebildet
sein.
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4 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Interferometers
in Draufsicht (oben) und Seitenansicht (unten), wobei der der Strahlenverlauf
in dem Interferometer in zwei Teilverläufe unterteilt ist, die in
unterschiedlichen Ebenen liegen. Dies wird dadurch erreicht, dass
die Gerade 10',
bezüglich
derer die beiden Teilstrahlen 4, 5 spiegelsymmetrisch
unter jeweils gleichem Winkel α in den
Retroreflektor 9 geführt
werden, gegenüber
der Rotationsachse 10 des Retroreflektors 9 senkrecht zu
der von den Teilstrahlen 4, 5 aufgespannten Ebene
versetzt ist. Die von dem Strahlteiler 3 kommenden vereinigten
Teilstrahlen 11 bzw. Laser-Teilstrahlen 19 sind
dann gegenüber
dem Lichtstrahl 2 und dem Referenz-Laserstrahl 16 räumlich getrennt,
so dass die zu sätzlichen
Spiegel 23 und 24 außerhalb des Lichtstrahls 2 bzw.
Referenz-Laserstrahls 16 liegen können und daher für diese
nicht mehr transparent sein müssen.
Bezogen auf 1 bedeutet dies, dass die Fokussieroptiken 12, 20 keine Öffnungen 15, 22 benötigen, sondern
in einer anderen Ebene als die des Lichtstrahls 2 und des
Referenz-Laserstrahls 16 angeordnet sein können.
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Bei
der in 5 gezeigten Ausführungsvariante verlaufen der
Lichtstrahl (2) und der Referenz-Laserstrahl (16)
im Unterschied zu dem Beispiel nach 4 in einer
gemeinsamen Ebene verlaufen und treffen an verschiedenen Stellen
auf den Strahlteiler (3), so dass dadurch eine räumliche
Trennung der in das Interferometer einlaufenden Strahlen 2, 16 und
aus diesem auslaufenden Strahlen 11, 19 erreicht
wird.
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6 zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
bei dem zur Vermeidung zu großer
Einfallswinkel an den Umlenkspiegeln 6 und 7 der
Strahlengang zwischen dem Strahlteiler 3 und dem Retroreflektor 9 über die Umlenkspiegel 6, 7 über Kreuz
geführt
ist.
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Bei
dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel sind der Strahlteiler 3 und
der Umlenkspiegel 6 von Prismenflächen eines Prismenkörpers 28 gebildet.
Mit Ausnahme des Strahlteilers 3 sind diejenigen Prismenflächen, durch
die Strahlen in den Prismenkörper 28 ein-
oder austreten, senkrecht zu den betreffenden Strahlen ausgerichtet,
so dass Strahlungsbrechungen vermieden und Dispersionseffekte reduziert
werden.
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8 zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
bei dem der Strahlteiler 3 und die Umlenkspiegel 6 und 7 jeweils
von Prismenflächen
eines Prismenkörpers 29 gebildet
sind und zur Verringerung der Baugröße des Interferometers der
Strahlengang teilweise über Kreuz
verläuft.
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9 zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
das im Unterschied zu den vorangehenden Ausführungsbeispielen nur einen
einzigen Umlenkspiegel 30 aufweist. Außerdem ist im Strahlenweg des
kürzeren
der beiden Teilstrahlen von dem Strahlteiler 3 zu dem Retroreflektor 9 ein
Element aus einem optisch dichteren Medium, hier ein Glaskörper 31 vorgegebener Länge, eingefügt, um so
den optischen Weg des betreffenden Teilstrahls zu verlängern und
an den des anderen, über
den Umlenkspiegel 30 geführten Teilstrahls anzupassen.
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Das
in 10 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet
sich von dem nach 9 dadurch, dass der Glaskörper 32 als
Prismenkörper
ausgebildet ist und eine seiner Prismenflächen den Strahlteiler 3 bildet.
Zur Reduzierung von Dispersionseffekten ist der Prismenkörper 32 derart
ausgebildet, dass der von dem Retroreflektor 9 kommende
Strahl beim Eintritt in den Prismenkörper 32 dieselbe Brechung
erfährt
wie bei seinem Austritt aus dem Prismenkörper 32 an der den
Strahlteiler 3 bildenden Prismenfläche.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 11 ist zur Reduzierung des Dispersionsproblems
ein zusätzlicher
Prismenkörper 33 vorhanden,
der an dem Prismenkörper 32 anliegt,
wobei die aneinander anliegenden Prismenflächen beider Prismenkörper 32 und 33 den
Strahlteiler 3 bilden. Alle Prismenflächen, durch die Strahlen in
die Prismenkörper 32, 33 ein- oder
austreten, sind senkrecht zu den betreffenden Strahlen ausgerichtet.
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Schließlich zeigt 12 ein
Ausführungsbeispiel,
bei dem im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen,
insbesondere nach 1, der rotierende Retroreflektor 9 die
in ihn geführten
Teilstrahlen 4, 5 nicht unmittelbar sondern nach
vorheriger Reflexion an zwei ortsfesten Retroreflektoren 34, 35 in
Richtung zu dem Strahlteiler 3 zurück reflektiert. Durch Verschieben
eines der beiden ortsfesten Retroreflektoren 34, 35 kann
die optische Weglänge
des betreffenden Teilstrahl variiert werden, um so in dem Interferometer
für beide
Teilstrahlen gleiche Weglängen
einstellen zu können.