專利名稱：產(chǎn)生期望的光束模式的差分干涉儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及干涉儀，更具體地，涉及產(chǎn)生期望的光束模式的差分干涉儀。
背景技術(shù)：
在一些差分干涉儀的應(yīng)用中，期望具有由兩個參考光束通路(pass)在兩個測量光束通路之間(或相反)構(gòu)成的串行光束模式，或者由左上和右下測量光束通路以及右上和左下參考光束通路(或相反)構(gòu)成的二維光束模式。美國專利No.4,693,605(“Sommargren”)公開了一種構(gòu)建差分干涉儀系統(tǒng)的方式，其使用剪切片(shear plate)和單獨(dú)的偏振分束器(polarizing beam-splitter，PBS)組件來實(shí)現(xiàn)所期望的二維光束模式。在Sommargren專利中，為正常工作而將半波片(half-wave plate)插入剪切片和PBS之間。這是一種產(chǎn)生所期望的測量和參考光束模式的復(fù)雜且昂貴的方式。因此，需要一種更簡單的干涉儀系統(tǒng)，其在用最少的玻璃器件實(shí)現(xiàn)所期望的光束模式的同時，去掉了單獨(dú)的PBS組件。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，一種干涉儀系統(tǒng)包括第一光學(xué)堆和安裝在其上的第二光學(xué)堆。第一光學(xué)堆包括具有斜面(例如傾斜45度)的第一棱鏡，所述斜面安裝到第二棱鏡的斜面(例如傾斜45度)上。這些斜面之間的界面包括第一偏振分束器。第二光學(xué)堆包括具有斜面(例如傾斜45度)的第三棱鏡，所述斜面安裝到第四棱鏡的斜面(例如傾斜45度)上。這些斜面之間的界面包括第二偏振分束器。第一棱鏡和第二棱鏡的斜面與第四棱鏡的斜面對齊。第一、第二、第三和第四波片元件位于菱形組件與測量光學(xué)元件和參考光學(xué)元件中至少一個之間的光束路徑中。重定向光學(xué)元件至少與第一和第三棱鏡的垂直面相鄰。


圖1、2、3、4、5、6、7、8A、8B、8C、9A、9B和9C圖示了本發(fā)明實(shí)施例中的干涉儀系統(tǒng)。
在不同的圖中使用相同標(biāo)號來表示相似或等同的元件。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，差分干涉儀系統(tǒng)用菱形組件或剪切片組件結(jié)合了剪切片和偏振分束器(PBS)的功能，由此去掉了傳統(tǒng)干涉儀系統(tǒng)中常見的大的正方形PBS和與其相伴的大的立方角回射器(retroreflector)。這些系統(tǒng)用最少的玻璃器件實(shí)現(xiàn)了所期望的光束模式。此外，這些系統(tǒng)由于其固有性質(zhì)而更小，并可以緊密嵌套在一起并堆疊用于多軸測量。因此，提供了更小、更輕并更便宜的干涉儀系統(tǒng)。
圖1圖示了本發(fā)明一個實(shí)施例中的差分干涉儀系統(tǒng)100。干涉儀系統(tǒng)100包括菱形組件，該組件具有安裝在下光學(xué)堆(optical stack)頂部上的上光學(xué)堆。下光學(xué)堆包括棱鏡102和棱鏡104。棱鏡102具有垂直面102A、水平面102B和斜面102C(例如傾斜45度)。棱鏡104具有斜面104A(例如傾斜45度)、水平面104B、斜面104C(例如傾斜45度)和水平面104D。具有抗反射(AR)涂層的光學(xué)窗115A(以下稱為“AR窗”)被安裝到水平面104D上，用作對于輸入光束105A的輸入端口。注意，斜面104C用作全內(nèi)反射(TIR)鏡。
通過將斜面102C固定(例如粘接)到斜面104A上，棱鏡102被安裝到棱鏡104上。偏振分束器(PBS)106形成在棱鏡102和104之間的界面處。在一個實(shí)施例中，PBS 106是形成在斜面102C或104A上的PBS涂層。
上光學(xué)堆包括棱鏡112和棱鏡114。棱鏡112具有垂直面112A、水平面112B、斜面112C(例如傾斜45度)和水平面112D。棱鏡114具有斜面114A(例如傾斜45度)、水平面114B、斜面114C(例如傾斜45度)和水平面114D。AR窗115B被安裝到水平面114D上，用作對于輸出光束105B的輸出端口。注意，斜面114C用作TIR鏡。
通過將斜面112C固定到斜面114A上，棱鏡112被安裝到棱鏡114上。在棱鏡112和114之間的界面處形成PBS 116。在一個實(shí)施例中，PBS 116是形成在斜面112C或114A上的PBS涂層。PBS 116和106通過傳播一個線偏振(例如垂直偏振)并反射另一個正交線偏振(例如水平偏振)，來提供光路隔離和重組。注意，斜面112C與斜面104C對齊。
通過將水平面112D固定到水平面102B和104B上，上光學(xué)堆被安裝到下光學(xué)堆頂部上。
四分之一波片(quarter-wave plate)元件122、124和126直接安裝在水平面112B頂部或間接安裝在其上方，分別與PBS 106、鏡104C和PBS116相對。四分之一波片(QWP)元件128直接安裝在水平面114B頂部或間接安裝在其上方，與鏡114C相對。QWP 130直接安裝在垂直面102A和112A上或間接與其相鄰。重定向光學(xué)元件132(例如立方角回射器)的入射/出射面直接安裝到QWP 130上或間接與其相鄰。雖然是分別示出的，但QWP元件122、124、126和128可以是獨(dú)立的QWP或單個QWP的一部分。
下面解釋通過干涉儀100的光路。激光源(未示出)產(chǎn)生到輸入端口115A的相干準(zhǔn)直輸入光束105A。輸入光束105A由兩個正交偏振頻率分量構(gòu)成。一個頻率分量fA(例如最初具有水平偏振的線偏振測量光束，由粗虛線示出)進(jìn)入系統(tǒng)的測量光路，而另一頻率分量fB(例如最初具有垂直偏振的線偏振參考光束，由細(xì)線示出)進(jìn)入系統(tǒng)的參考光路。
在測量光路中，輸入光束105A傳播通過輸入端口115A并入射到PBS106。利用其初始偏振，測量光束傳播通過PBS 106，而參考光束從PBS106反射。測量光束隨后通過QWP 122傳播，并傳播到測量平面鏡142上。通常安裝到可動臺上的測量平面鏡142將測量光束反射回其自身上并通過QWP 122。因?yàn)闇y量光束兩次穿過QWP 122，所以返回的偏振旋轉(zhuǎn)了90度，現(xiàn)在是垂直偏振的測量光束被PBS 106正交反射通過QWP 130并進(jìn)入回射器132。
回射器132使測量光束在偏移但平行的光路中返回通過QWP 130。因?yàn)闇y量光束兩次穿過QWP 130，所以返回的偏振旋轉(zhuǎn)了90度，現(xiàn)在是水平偏振的測量光束傳播通過PBS 116，并傳播到鏡114C上。鏡114C將測量光束正交反射通過QWP 128并到測量平面鏡142上。測量平面鏡142將測量光束反射回其自身上，并且測量光束按其光路折回到PBS 116。在兩次穿過QWP 128后，垂直偏振的測量光束現(xiàn)在從PBS 116反射，使其傳播通過輸出端口115B并進(jìn)入檢測器(未示出)。
在參考光路中，PBS 106將參考光束正交反射到鏡104C。鏡104C將參考光束正交反射通過QWP 124，并到靜止的參考平面鏡144上。參考平面鏡144將參考光束反射回其自身上，并且參考光束按其光路折回到PBS116。在兩次穿過QWP 124后，水平偏振的參考光束現(xiàn)在傳播通過PBS106和QWP 130，并進(jìn)入回射器132。
回射器132使參考光束在偏移但平行的光路中返回通過QWP 130。在兩次穿過QWP 130后，垂直偏振的參考光束現(xiàn)在從PBS 116反射，使其傳播通過QWP 126并到參考平面鏡144上。參考平面鏡144將參考光束反射回其自身上，通過QWP 126并回到PBS 116。在兩次穿過QWP 126后，水平偏振的參考光束現(xiàn)在傳播通過PBS 116，并與測量光束重組，以形成輸出光束105B。輸出光束105B隨后傳播通過輸出端口115B并進(jìn)入檢測器。檢測器可以檢測相位變化來確定測量平面鏡142的位移變化。
如上所述，干涉儀100產(chǎn)生這樣的光束模式，其中兩個參考光束通路夾在兩個測量光束通路之間。當(dāng)然，可以將測量光路和參考光路的方向翻轉(zhuǎn)，以使得輸入光束105A進(jìn)入端口115B而輸出光束105B從端口115A出來。另外，可以交換測量光路和參考光路，以使得兩個測量光束通路夾在兩個參考光束通路之間。
在一個實(shí)施例中，QWP 130被半波片(HWP)代替，該半波片(HWP)直接安裝在垂直面102A或112A上或者間接與垂直面102A或112A相鄰，以產(chǎn)生相同的光束模式。在另一個實(shí)施例中，完全去掉QWP130，以產(chǎn)生由第一測量光束通路、第一參考光束通路、第二測量光束通路和第二參考光束通路構(gòu)成的不同光束模式。
圖2圖示了本發(fā)明一個實(shí)施例中的差分干涉儀系統(tǒng)200。干涉儀系統(tǒng)200包括菱形組件，該組件具有由棱鏡202、204和206構(gòu)成的光學(xué)堆。棱鏡202具有垂直面202A、水平面202B和斜面202C(例如傾斜45度)。棱鏡204具有斜面204A(例如傾斜45度)、水平面204B、斜面204C(例如傾斜45度)和水平面204D。棱鏡206具有斜面206A(例如傾斜45度)、水平面206B、斜面206C(例如傾斜45度)和水平面206D。注意，斜面206C用作TIR鏡。
通過將斜面202C固定(例如粘接)到斜面204A上，棱鏡202被安裝到棱鏡204上。PBS 208形成在棱鏡202和204之間的界面的下半部處。在一個實(shí)施例中，PBS 208是形成在面202C或204A上的PBS涂層。
通過將斜面204C固定到斜面206A上而將棱鏡204安裝到棱鏡206上。PBS 210形成在棱鏡204和206之間的界面的上半部處，并且鏡212形成在棱鏡204和206之間的界面的下半部處。在一個實(shí)施例中，PBS210是形成在面204C或206A上的PBS涂層，并且鏡212是形成在面204C或206A上的高反射(HR)涂層。PBS 210和208通過傳播一個線偏振(例如垂直偏振)并反射另一個正交線偏振(例如水平偏振)來提供光路隔離和重組。
AR窗215安裝到水平面204D和206D上，以用作對于輸入/輸出光束105A和105B的輸入/輸出端口。
QWP元件214和216直接安裝在水平面202B頂部或間接安裝在其上方，分別與PBS 208和鏡212相對。QWP 218直接安裝在水平面204B頂部或間接安裝在其上方，與PBS 210相對。QWP 220直接安裝在水平面206B頂部或間接安裝在其上方，與鏡206C的上部相對。雖然是分別示出的，但QWP元件214、216、218和220可以是安裝在光學(xué)堆上或上方的單個QWP的一部分。HWP 222直接安裝在垂直面202A的上部上或間接與其相鄰?；蛘?，HWP 222可以用覆蓋整個垂直面202A的QWP代替。重定向光學(xué)元件224(例如立方角回射器)的入射/出射面直接安裝到HWP 222上或間接與其相鄰。
在測量光路中，輸入光束105A傳播通過AR窗215并入射到PBS208。利用其初始偏振，測量光束傳播通過PBS 208，而參考光束從PBS208反射。測量光束隨后通過QWP 214傳播，并傳播到測量平面鏡142上。測量平面鏡142將測量光束反射回其自身上，通過QWP 214并回到PBS 208。在兩次穿過QWP 214后，垂直偏振的測量光束現(xiàn)在從PBS 208正交反射并傳播進(jìn)入回射器224。
回射器224使測量光束在偏移但平行的光路中返回通過HWP 222。因?yàn)闇y量光束穿過HWP 222，所以其偏振旋轉(zhuǎn)90度，現(xiàn)在是水平偏振的測量光束傳播通過PBS 210。測量光束隨后傳播到鏡206C的上部。鏡206C將測量光束正交反射通過QWP 220并到測量平面鏡142上。測量平面鏡142將測量光束反射回其自身上，并且測量光束按其光路折回到PBS210。在兩次穿過QWP 220后，垂直偏振的測量光束現(xiàn)在從PBS 210正交反射，并傳播到鏡206C的下部。鏡206C將測量光束正交反射到鏡212上，該鏡212將測量光束正交反射通過AR窗215并進(jìn)入檢測器。
在參考光路中，PBS 208將參考光束正交反射到鏡212。鏡212將參考光束正交反射通過QWP 216并射到參考平面鏡144上。參考平面鏡144將參考光束反射回具自身上，通過QWP 216并回到鏡212。鏡212將參考光束正交反射回到PBS 208。在兩次穿過QWP 216后，水平偏振的參考光束現(xiàn)在傳播通過PBS 208并進(jìn)入回射器224。
回射器224使參考光束在偏移但平行的光路中返回通過HWP 222。在穿過HWP 222后，垂直偏振的參考光束現(xiàn)在從PBS 210反射，使其傳播通過QWP 218并射到參考平面鏡144上。參考平面鏡144將參考光束反射回其自身上，通過QWP 218并回到PBS 210。在兩次穿過QWP 218后，水平偏振的參考光束現(xiàn)在傳播通過PBS 210，并與測量光束重組，以形成輸出光束105B。鏡206C將輸出光束105B正交反射到鏡212上，鏡212將輸出光束105B正交反射通過AR窗215并進(jìn)入檢測器。
如上所述，干涉儀200產(chǎn)生這樣的光束模式，其中兩個參考光束通路夾在兩個測量光束通路之間。當(dāng)然，可以將測量光路和參考光路的方向翻轉(zhuǎn)，并且可以交換測量光路和參考光路。在一個實(shí)施例中，HWP 222被QWP代替，該QWP直接安裝在整個垂直面202A上或者間接與整個垂直面202A相鄰，以產(chǎn)生相同的光束模式。在另一個實(shí)施例中，完全去掉HWP 222以產(chǎn)生由第一測量光束通路、第一參考光束通路、第二測量光束通路和第二參考光束通路構(gòu)成的不同光束模式。
圖3圖示了本發(fā)明一個實(shí)施例中的差分干涉儀系統(tǒng)300。干涉儀系統(tǒng)300與干涉儀系統(tǒng)200(圖2)相似，除了用更短的棱鏡306來代替棱鏡206使得斜面204C的下部暴露給另一介質(zhì)(例如空氣)之外。從而，斜面204C的下部用作TIR鏡。注意，棱鏡306的斜面306C用作TIR鏡。此外，AR窗315A安裝到水平面204D上，用作對于輸入光束105A的輸入端口，并且AR窗315B安裝到水平面306D上，用作對于輸出光束105B的輸出端口。
在測量光路中，輸入光束105A傳播通過輸入端口315A并入射到PBS208。利用其初始偏振，測量光束傳播通過PBS 208，而參考光束從PBS208反射。測量光束隨后傳播通過QWP 214，并傳播到測量平面鏡142上。測量平面鏡142將測量光束反射回其自身上，通過QWP 214并回到PBS 208。在兩次穿過QWP 214后，垂直偏振的測量光束現(xiàn)在從PBS 208正交反射并傳播進(jìn)入回射器224。
回射器224使測量光束在偏移但平行的光路中返回通過HWP 222。在穿過HWP 222后，水平偏振的測量光束現(xiàn)在傳播通過PBS 210并射到鏡306C上。鏡306C將測量光束正交反射通過QWP 220并到測量平面鏡142上。測量平面鏡142將測量光束反射回其自身上，通過QWP 220并回到鏡306C。鏡306C隨后將測量光束正交反射到PBS 210。在兩次穿過QWP220后，垂直偏振的測量光束現(xiàn)在從PBS 210正交反射，使得其傳播通過輸出端口315B并進(jìn)入檢測器。
在參考光路中，PBS 208將參考光束正交反射到鏡204C。鏡204C將參考光束正交反射通過QWP 216并到參考平面鏡144上。參考平面鏡144將參考光束反射回其自身上，通過QWP 216并回到鏡204C。鏡204C將參考光束正交反射回到PBS 208。在兩次穿過QWP 216后，水平偏振的參考光束現(xiàn)在傳播通過PBS 208并進(jìn)入回射器224。
回射器224使參考光束在偏移但平行的光路中返回通過HWP 222。在穿過HWP 222后，垂直偏振的參考光束現(xiàn)在從PBS 210反射，使其傳播通過QWP 218并到參考平面鏡144上。參考平面鏡144將參考光束反射回其自身上，通過QWP 218并回到PBS 210。在兩次穿過QWP 218后，水平偏振的參考光束現(xiàn)在傳播通過PBS 210并與測量光束重組，以形成輸出光束105B。輸出光束105B隨后傳播通過輸出端口315B而進(jìn)入檢測器。
如上所述，干涉儀300產(chǎn)生這樣的光束模式，其中兩個參考光束通路夾在兩個測量光束通路之間。當(dāng)然，可以將測量光路和參考光路的方向翻轉(zhuǎn)，并且可以交換測量光路和參考光路。和干涉儀系統(tǒng)200相似，HWP222可以用QWP代替以產(chǎn)生相同的光束模式，或者完全去掉以產(chǎn)生由第一測量光束通路、第一參考光束通路、第二測量光束通路和第二參考光束通路構(gòu)成的不同光束模式。
圖4圖示了本發(fā)明一個實(shí)施例中的差分干涉儀系統(tǒng)400。干涉儀系統(tǒng)400包括具有平行面404和414的剪切片402。面404包括輸入端口406、與輸入端口406相鄰的鏡407、與鏡407相鄰的輸出端口408，以及與輸出端口408相鄰的鏡409。輸入端口406和輸出端口408可以由面404上的AR涂層或AR窗構(gòu)成。鏡407和409可以由面404上的HR涂層或鏡光學(xué)元件構(gòu)成。
面414包括PBS 416、與PBS 416相鄰的中間端口417、與中間端口417相鄰的PBS 418，以及與PBS 418相鄰的中間端口419。PBS 416和418通過傳播一個線偏振(例如垂直偏振)并反射另一個正交線偏振(例如水平偏振)來提供光路隔離和重組。PBS 416定位為(1)在與方向A平行的光束路徑中與輸入端口406相對，并且(2)在與方向B平行的光束路徑中與鏡407相對。方向A和B最終取決于剪切片402相對于輸入光束105A的角度。中間端口417定位為在與方向A平行的光束路徑中與鏡407相對。PBS 418定位為(1)在與方向A平行的光束路徑中與輸出端口408相對，并且(2)在與方向B平行的光束路徑中與鏡409相對。中間端口419在與方向A平行的光束路徑中與鏡409相對。PBS 416和418可以由面414上的PBS涂層或PBS光學(xué)元件構(gòu)成。中間端口417和419可以由面414上的AR涂層或AR窗構(gòu)成。
QWP元件426在與方向C平行的測量光束路徑中布置在PBS 416和測量平面鏡142之間。方向C是輸入光束105A最初的方向。QWP元件427在與方向C平行的參考光束路徑中布置在中間端口417和參考平面鏡144之間。QWP元件428在與方向C平行的另一參考光束路徑中布置在PBS 418和參考平面鏡144之間。QWP元件429在與方向C平行的另一測量光束路徑中布置在中間端口419和測量平面鏡142之間。QWP元件426、427、428和429可以是獨(dú)立的QWP或單個QWP的一部分。
QWP 430和重定向光學(xué)元件432(例如立方角回射器)在與方向D平行的光路中與PBS 416和418相對布置。方向D最終取決于剪切片402相對于輸入光束105A的角度。
在測量光路中，輸入端口406處的空氣玻璃界面折射輸入光束105A。輸入光束105A傳播通過剪切片402而到PBS 416。利用其初始偏振，測量光束傳播通過PBS 416，而參考光束從PBS 416反射。在PBS416處，空氣-玻璃界面折射測量光束，使其傳播通過QWP 426并到測量平面鏡142上。測量平面鏡142將測量光束反射回其自身上，通過QWP426并回到PBS 416。在兩次穿過QWP 426后，垂直偏振的測量光束現(xiàn)在從PBS 416反射，使其傳播通過QWP 430并進(jìn)入回射器432。
回射器432使測量光束在偏移但平行的光路中通過QWP 430并到PBS 418上。在兩次穿過QWP 430后，水平偏振的測量光束現(xiàn)在傳播通過PBS 418。在PBS 418處，空氣-玻璃界面折射測量光束，使其傳播通過剪切片402并到鏡409上。鏡409將測量光束反射到中間端口419。在中間端口419處，空氣-玻璃界面折射測量光束，使其傳播通過QWP 429并到測量平面鏡142上。測量平面鏡142將測量光束反射回其自身上，并且測量光束按其光路折回到PBS 418。在兩次穿過QWP 429后，垂直偏振的測量光束現(xiàn)在從PBS 418反射，并傳播到輸出端口408上。在輸出端口408處，空氣-玻璃界面折射測量光束，使其傳播到檢測器。
在參考光路中，PBS 416將參考光束反射到鏡407，并且鏡407將參考光束反射到中間端口417上。在中間端口417處，空氣-玻璃界面折射參考光束，使其傳播通過QWP 427并到參考平面鏡144上。參考平面鏡144將參考光束反射回其自身上，并且參考光束按其光路折回到PBS 416。在兩次穿過QWP 427后，水平偏振的參考光束現(xiàn)在傳播通過PBS 416。在PBS 416處，空氣-玻璃界面折射參考光束，使其傳播通過QWP 430而進(jìn)入回射器432。
回射器432使參考光束在偏移但平行的光路中返回通過QWP 430并到PBS 418上。在兩次穿過QWP 430后，垂直偏振的參考光束現(xiàn)在從PBS418反射，使其傳播通過QWP 428并到參考平面鏡144上。參考平面鏡144將參考光束反射回其自身上，通過QWP 428并回到PBS 418。在兩次穿過QWP 428后，水平偏振的參考光束現(xiàn)在傳播通過PBS 418。在PBS418處，參考光束被空氣-玻璃界面折射，并隨后與測量光束重組而形成輸出光束105B。輸出光束105B隨后傳播通過剪切片402到輸出端口408。在輸出端口408處，空氣-玻璃界面折射輸出光束105B，使其傳播到檢測器。
如上所述，干涉儀400產(chǎn)生這樣的光束模式，其中兩個參考光束通路夾在兩個測量光束通路之間。當(dāng)然，可以將測量光路和參考光路的方向翻轉(zhuǎn)，并且可以交換測量光路和參考光路。在一個實(shí)施例中，QWP 430可以完全去掉以產(chǎn)生由第一測量光束通路、第一參考光束通路、第二測量光束通路和第二參考光束通路構(gòu)成的不同光束模式。
圖5圖示了本發(fā)明一個實(shí)施例中的差分干涉儀系統(tǒng)500。干涉儀系統(tǒng)500包括具有平行面504和514的剪切片502。面504包括輸入端口506A、與輸入端口506A相鄰的輸出端口506B、與輸出端口506B相鄰的鏡元件508A，以及與鏡元件508A相鄰的鏡元件508B。輸入端口506A和輸出端口506B可以由面504上的相同AR涂層或AR窗506構(gòu)成，而鏡元件508A和508B可以由面504上的相同HR涂層或鏡光學(xué)元件508構(gòu)成。
面514包括PBS元件516A、與PBS 516A相鄰的PBS元件516B、與PBS 516B相鄰的中間端口518A，以及與中間端口518A相鄰的中間端口518B。PBS元件516A定位為(1)在與方向A平行的光束路徑中與輸入端口506A相對，并且(2)在與方向B平行的光束路徑中與鏡元件508A相對。方向A和B最終取決于剪切片502相對于輸入光束105A的角度。PBS元件516B定位為(1)在與方向A平行的光束路徑中與輸出端口506B相對，并且(2)在與方向B平行的光束路徑中與鏡元件508B相對。PBS元件516A和516B通過傳播一個線偏振(例如垂直偏振)并反射另一個正交線偏振(例如水平偏振)來提供光路隔離和重組。中間端口518A定位為在與方向A平行的光束路徑中與鏡元件508A相對。中間端口518B定位為在與方向A平行的光束路徑中與鏡元件508B相對。PBS元件516A和516B可以由面514上的相同PBS涂層或PBS光學(xué)元件516構(gòu)成，而中間端口518A和518B可以由面514上的相同AR涂層或AR窗518構(gòu)成。
QWP元件522在與方向C平行的測量光束路徑中布置在PBS元件516A和測量平面鏡142之間。方向C是輸入光束105A最初的方向。QWP元件524在與方向C平行的參考光束路徑中布置在PBS元件516B和參考平面鏡144之間。QWP元件526在與方向C平行的另一參考光束路徑中布置在中間端口518A和參考平面鏡144之間。QWP元件528在與方向C平行的另一測量光束路徑中布置在中間端口518B和測量平面鏡142之間。QWP元件522、524、526和528可以是獨(dú)立的QWP或單個QWP的一部分。
QWP 530和重定向光學(xué)元件532(例如立方角回射器)在與方向D平行的光束路徑中與PBS元件516A和516B相對布置。方向D最終取決于剪切片502相對于輸入光束105A的角度。
在測量光路中，輸入端口506A處的空氣-玻璃界面折射輸入光束105A，使其傳播通過剪切片502而到PBS 516A上。利用其初始偏振，測量光束傳播通過PBS 516A，而參考光束從PBS 516反射。測量光束隨后傳播通過QWP 522并到測量平面鏡142上。測量平面鏡142將測量光束反射回其自身上，通過QWP 522并回到PBS 516A。在兩次穿過QWP 522后，垂直偏振的測量光束現(xiàn)在從PBS 516A反射，使其傳播通過QWP 530并進(jìn)入回射器532。
回射器532使測量光束在偏移但平行的光路中通過QWP 530并到PBS 516B上。在兩次穿過QWP 530后，水平偏振的測量光束現(xiàn)在傳播通過PBS 516B。在PBS 516B處，空氣-玻璃界面折射測量光束，使其傳播通過剪切片502并到鏡508B上。鏡508B將測量光束反射到中間端口518B。在中間端口518B處，空氣-玻璃界面折射測量光束，使其傳播通過QWP 528并到測量平面鏡142上。測量平面鏡142將測量光束反射回其自身上，并且測量光束按其光路折回到PBS 516B。在兩次穿過QWP 528后，垂直偏振的測量光束現(xiàn)在從PBS 516B反射，并傳播到輸出端口506B。在輸出端口506B處，空氣-玻璃界面折射測量光束，使其傳播到檢測器。
在參考光路中，PBS 516A將參考光束反射到鏡508A，并且鏡508A將參考光束反射到中間端口518A上。在中間端口518A處，空氣-玻璃界面折射參考光束，使其傳播通過QWP 526并到參考平面鏡144上。參考平面鏡144將參考光束反射回其自身上，并且參考光束按其光路折回到PBS516A。在兩次穿過QWP 526后，水平偏振的參考光束現(xiàn)在傳播通過PBS516A。在PBS 516A處，空氣-玻璃界面折射參考光束，使其傳播通過QWP 530而進(jìn)入回射器532。
回射器532使參考光束在偏移但平行的光路中返回通過QWP 530并到PBS 516B上。在兩次穿過QWP 530后，垂直偏振的參考光束現(xiàn)在從PBS516B反射，使其傳播通過QWP 524并到參考平面鏡144上。參考平面鏡144將參考光束反射回其自身上，通過QWP 524并回到PBS 516B。在兩次穿過QWP 524后，水平偏振的參考光束現(xiàn)在傳播通過PBS 516B。在PBS 516B處，參考光束被空氣-玻璃界面折射，并隨后與測量光束重組以形成輸出光束105B。輸出光束105B隨后傳播通過剪切片502并到輸出端口506B上。在輸出端口506B處，空氣-玻璃界面折射輸出光束105B，使其傳播到檢測器。
如上所述，干涉儀500產(chǎn)生這樣的光束模式，其中兩個參考光束通路夾在兩個測量光束通路之間。當(dāng)然，可以將測量光路和參考光路的方向翻轉(zhuǎn)，并且可以交換測量光路和參考光路。在一個實(shí)施例中，完全去掉QWP 530以產(chǎn)生由第一測量光束通路、第一參考光束通路、第二測量光束通路和第二參考光束通路構(gòu)成的不同光束模式。
圖6圖示了本發(fā)明一個實(shí)施例中的差分干涉儀系統(tǒng)600。干涉儀系統(tǒng)600包括菱形組件，該組件具有安裝在下光學(xué)堆頂部的上光學(xué)堆。下光學(xué)堆包括棱鏡602和棱鏡604。棱鏡602具有垂直面602A、水平面602B、斜面602C(例如傾斜45度)和水平面602D。AR窗615A安裝到水平面602D的左側(cè)部分，用作對于輸入光束105A的輸入端口。棱鏡604具有斜面604A(例如傾斜45度)、水平面604B、斜面604C(例如傾斜45度)和水平面604D。AR窗615B安裝到水平面604D，用作對于輸出光束105B的輸出端口。注意，斜面604C用作TIR鏡。
通過將斜面602C固定(例如粘接)到斜面604A上，棱鏡602被安裝到棱鏡604上。PBS 606形成在棱鏡602和604之間的界面處。在一個實(shí)施例中，PBS 606是形成在斜面602C或604A上的PBS涂層。
上光學(xué)堆包括棱鏡612和棱鏡614。棱鏡612具有垂直面612A、水平面612B和斜面612C(例如傾斜45度)。校鏡614具有斜面614A(例如傾斜45度)、水平面614B、斜面614C(例如傾斜45度)和水平面614D。注意，斜面614C用作TIR鏡。
通過將斜面612C固定到斜面614A上，棱鏡612被安裝到棱鏡614上。在棱鏡612和614之間的界面處形成PBS 616。在一個實(shí)施例中，PBS 616是形成在斜面612C或614A上的PBS涂層。PBS 616和606通過傳播一個線偏振(例如垂直偏振)并反射另一個正交線偏振(例如水平偏振)來提供光路隔離和重組。
通過將水平面614D固定到水平面602B的左側(cè)部分上，上光學(xué)堆被安裝到下光學(xué)堆頂部上，使得PBS 616定位為與輸入端口615A相對。
QWP元件622直接安裝在水平面612B頂部或間接安裝在其上方，與PBS 616相對。QWP元件624直接安裝在水平面614B頂部或間接安裝在其上方，與鏡614C相對。QWP元件626直接安裝在水平面602B右側(cè)部分的頂部或間接安裝在其上方，與PBS 606相對。QWP元件628直接安裝在水平面604B頂部或間接安裝在其上方，與鏡604C相對。雖然是分別示出的，但QWP元件622、624、626和628可以是安裝在菱形組件上方的單個QWP的一部分。或者，QWP元件622和624可以是單個QWP，而QWP元件626和628可以是單個QWP。
QWP 630直接安裝在垂直面602A和612A上或間接與其相鄰。重定向光學(xué)元件632(例如立方角回射器)的入射/出射面直接安裝到QWP 630上或間接與其相鄰。
在測量光路中，輸入光束105A傳播通過輸入端口615A并入射到PBS616。利用其初始偏振，測量光束傳播通過PBS 616，而參考光束從PBS616反射。測量光束隨后傳播通過QWP 622，并到測量平面鏡142上。測量平面鏡142將測量光束反射回其自身上，通過QWP 622并回到PBS616。在兩次穿過QWP 622后，垂直偏振的測量光束現(xiàn)在從PBS 616反射，使其傳播通過QWP 630并進(jìn)入回射器632。
回射器632使測量光束在偏移但平行的光路中返回通過QWP 630并到PBS 606上。在兩次穿過QWP 630后，水平偏振的測量光束現(xiàn)在傳播通過PBS 606并到鏡604C上。鏡604C將測量光束正交反射通過QWP 628并到測量平面鏡142上。測量平面鏡142將測量光束反射回其自身上，并且測量光束按其光路折回到PBS 606。在兩次穿過QWP 628后，垂直偏振的測量光束現(xiàn)在從PBS 606反射，使其傳播通過輸出端口615B并進(jìn)入檢測器。
在參考光路中，PBS 616將參考光束正交反射到鏡614C。鏡614C將參考光束正交反射通過QWP 624并到參考平面鏡144上。參考平面鏡144將參考光束反射回其自身上，并且參考光束按其光路折回到PBS 616。在兩次穿過QWP 624后，水平偏振的參考光束現(xiàn)在傳播通過PBS 616和QWP 630，并進(jìn)入回射器632。
回射器632使參考光束在偏移但平行的光路中返回通過QWP 630。在兩次穿過QWP 630后，垂直偏振的參考光束現(xiàn)在從PBS 606反射，使其傳播通過QWP 626并到參考平面鏡144上。參考平面鏡144將參考光束反射回其自身上，通過QWP 626并回到PBS 606。在兩次穿過QWP 626后，水平偏振的參考光束現(xiàn)在傳播通過PBS 606，并與測量光束重組以形成輸出光束105B。輸出光束105B隨后傳播通過輸出端口615B并進(jìn)入檢測器。
如上所述，干涉儀600產(chǎn)生這樣的光束模式，其中兩個參考光束通路夾在兩個測量光束通路之間。當(dāng)然，可以將測量光路和參考光路的方向翻轉(zhuǎn)，并且可以交換測量光路和參考光路。在一個實(shí)施例中，完全去掉QWP 630以產(chǎn)生由第一測量光束通路、第一參考光束通路、第二測量光束通路和第二參考光束通路構(gòu)成的不同光束模式。
圖7圖示了本發(fā)明一個實(shí)施例中的差分干涉儀系統(tǒng)700。干涉儀系統(tǒng)700包括菱形組件，該組件具有安裝在下光學(xué)堆頂部的上光學(xué)堆。下光學(xué)堆包括棱鏡702和棱鏡704。棱鏡702具有垂直面702A、水平面702B、斜面702C(例如傾斜45度)和水平面702D。棱鏡704具有斜面704A(例如傾斜45度)、水平面704B、斜面704C(例如傾斜45度)和水平面704D。AR窗715安裝到水平面702D以及水平面704D的左側(cè)部分，用作對于輸入光束105A和輸出光束105B的輸入/輸出端口。注意，斜面704C用作TIR鏡。
通過將斜面702C固定(例如粘接)到斜面704A上，棱鏡702被安裝到棱鏡704上。PBS 706形成在棱鏡702和704之間的界面處。在一個實(shí)施例中，PBS 706是形成在斜面702C或704A上的PBS涂層。
上光學(xué)堆包括棱鏡712和棱鏡714。棱鏡712具有垂直面712A、水平面712B和斜面712C(例如傾斜45度)。棱鏡714具有斜面714A(例如傾斜45度)、水平面714B、斜面714C(例如傾斜45度)和水平面714D。注意，斜面714C用作TIR鏡并且與斜面702C和704A對齊。
通過將斜面712C固定到斜面714A上，棱鏡712被安裝到棱鏡714上。在棱鏡712和714之間的界面處形成PBS 716。在一個實(shí)施例中，PBS 716是形成在斜面712C或714A上的PBS涂層。PBS 716和706通過傳播一個線偏振(例如垂直偏振)并反射另一個正交線偏振(例如水平偏振)來提供光路隔離和重組。
通過將水平面714D固定到水平面702B上，上光學(xué)堆被安裝到下光學(xué)堆頂部。
QWP元件722直接安裝在水平面712B頂部或間接安裝在其上方，與PBS 716相對。QWP元件724和726直接安裝在水平面714B頂部或間接安裝在其上方，分別與PBS 706和鏡714C相對。QWP元件728直接安裝在水平面704B右側(cè)部分的頂部或間接安裝在其上方，與鏡704C相對。QWP元件730直接安裝在垂直面702A和712A上或間接與其相鄰。重定向光學(xué)元件732(例如立方角回射器)的入射/出射面直接安裝到QWP 730上或間接與其相鄰。
在測量光路中，輸入光束105A通過AR窗715傳播到PBS 716。利用其初始偏振，測量光束傳播通過PBS 716，而參考光束從PBS 716反射。測量光束隨后傳播通過QWP 722，并到測量平面鏡142上。測量平面鏡142將測量光束反射回其自身上，通過QWP 722并回到PBS 716。在兩次穿過QWP 722后，垂直偏振的測量光束現(xiàn)在從PBS 716反射，使其傳播通過QWP 730并進(jìn)入回射器732。
回射器732使測量光束在偏移但平行的光路中返回通過QWP 730并到PBS 706上。在兩次穿過QWP 730后，水平偏振的測量光束現(xiàn)在傳播通過PBS 706并到鏡704C上。鏡704C將測量光束正交反射通過QWP 728并到測量平面鏡142上。測量平面鏡142將測量光束反射回其自身上，并且測量光束按其光路折回到PBS 706。在兩次穿過QWP 728后，垂直偏振的測量光束現(xiàn)在從PBS 706反射，使其傳播通過AR窗715并進(jìn)入檢測器。
在參考光路中，PBS 716將參考光束正交反射到鏡714C。鏡714C將參考光束正交反射通過QWP 726并到參考平面鏡144上。參考平面鏡144將參考光束反射回其自身上，并且參考光束按其光路折回到PBS 716。在兩次穿過QWP 726后，水平偏振的參考光束現(xiàn)在傳播通過PBS 716和QWP 730并進(jìn)入回射器732。
回射器732使參考光束在偏移但平行的光路中返回通過QWP 730并到PBS 706上。在兩次穿過QWP 730后，垂直偏振的參考光束現(xiàn)在從PBS706反射，使其傳播通過QWP726并到參考平面鏡144上。參考平面鏡144將參考光束反射回其自身上，通過QWP 724并回到PBS 706。在兩次穿過QWP 724后，水平偏振的參考光束現(xiàn)在傳播通過PBS 706，并與測量光束重組以形成輸出光束105B。輸出光束105B隨后傳播通過AR窗715并進(jìn)入檢測器。
如上所述，干涉儀700產(chǎn)生這樣的光束模式，其中兩個參考光束通路夾在兩個測量光束通路之間。當(dāng)然，可以將測量光路和參考光路的方向翻轉(zhuǎn)，并且可以交換測量光路和參考光路。在一個實(shí)施例中，完全去掉QWP 730以產(chǎn)生由第一測量光束通路、第一參考光束通路、第二測量光束通路和第二參考光束通路構(gòu)成的不同光束模式。
圖8A、8B和8C圖示了本發(fā)明一個實(shí)施例中的差分干涉儀系統(tǒng)800。干涉儀系統(tǒng)800包括菱形組件，該組件具有下棱鏡802和上棱鏡804。下棱鏡802具有垂直面802A、斜面802B、垂直面802C和斜面802D。注意，斜面802D用作TIR鏡。AR窗815安裝到垂直面802A上，用作對于輸入光束105A和輸出光束105B的輸入/輸出端口。
棱鏡804包括水平面804A、垂直面804B和斜面804C。通過將斜面804C固定(例如粘接)到斜面802B上，棱鏡804被安裝到棱鏡802頂部。PBS 805形成在棱鏡802和804之間的界面處。在一個實(shí)施例中，PBS 805是形成在斜面804C或802B上的PBS涂層。PBS 805通過傳播一個線偏振(例如垂直偏振)并反射另一個正交線偏振(例如水平偏振)來提供光路隔離和重組。
QWP元件806A和806B直接安裝在垂直面802C上或間接與其相鄰。QWP元件808A和808B直接安裝在垂直面804B上或間接與其相鄰。QWP元件806A、806B、808A和808B可以是獨(dú)立的QWP或單個QWP的一部分。QWP元件810直接安裝在水平面804A上或間接與其相鄰。重定向光學(xué)元件812(例如立方角回射器)直接安裝在QWP 810頂部或間接安裝在其上方。
在測量光路中，輸入光束105A傳播通過AR窗815，到PBS 805上。利用其初始偏振，測量光束傳播通過PBS 805，而參考光束從PBS 805反射。測量光束隨后沿著方向A傳播通過QWP 808A并到測量平面鏡142上。在一個實(shí)施例中，參考平面鏡144具有這樣的開口，測量光束穿過該開口到達(dá)測量平面鏡142。測量平面鏡142將測量光束反射回其自身上，通過QWP 808A并回到PBS 805。在兩次穿過QWP 808A后，垂直偏振的測量光束現(xiàn)在從PBS 805反射，使其沿著與方向A正交的方向B傳播通過QWP 810并進(jìn)入回射器812。
回射器812使測量光束沿著與方向A和B兩者正交的方向C偏移，并隨后使測量光束在平行的光路中返回通過QWP 810并到PBS 805上。在兩次穿過QWP 810后，水平偏振的測量光束現(xiàn)在沿著方向B傳播通過PBS 805并到鏡802D上。鏡802D沿著方向A將測量光束正交反射通過QWP 806B并到測量平面鏡142上。如上所述，參考平面鏡144可以具有這樣的開口，測量光束穿過該開口而到達(dá)測量平面鏡142。
測量平面鏡142將測量光束反射回其自身上，并且測量光束按其光路折回到PBS 805。在兩次穿過QWP 806B后，垂直偏振的測量光束現(xiàn)在從PBS 805反射，使其沿著方向A傳播通過AR窗815并進(jìn)入檢測器。
在參考光路中，PBS 805將參考光束沿著方向B正交反射到鏡802D上。鏡802D將參考光束沿著方向A正交反射通過QWP 806A并到參考平面鏡144上。
參考平面鏡144將參考光束反射回其自身上，并且參考光束按其光路折回到PBS 805。在兩次穿過QWP 806A后，水平偏振的參考光束現(xiàn)在傳播通過PBS 805和QWP 810，并進(jìn)入回射器812。
回射器812使參考光束沿著方向C偏移，并隨后使參考光束在平行的光路中返回通過QWP 810并到PBS 805上。在兩次穿過QWP 810后，垂直偏振的參考光束現(xiàn)在從PBS 805反射，使其沿著方向A傳播通過QWP808B并到參考平面鏡144上。
參考平面鏡144將參考光束反射回其自身上，通過QWP 808B并回到PBS 805。在兩次穿過QWP 808B后，水平偏振的參考光束現(xiàn)在傳播通過PBS 805，并與測量光束重組以形成輸出光束105B。輸出光束105B隨后傳播通過AR窗815并進(jìn)入檢測器。
如上所述以及圖8B所示，干涉儀800產(chǎn)生這樣的光束模式，其具有左上和右下測量通路，以及右上和左下參考通路。當(dāng)然，可以將測量光路和參考光路的方向翻轉(zhuǎn)，并且可以交換測量光路和參考光路。在一個實(shí)施例中，完全去掉QWP 810以產(chǎn)生由左上和右上測量通路以及左下和右下參考通路構(gòu)成的不同光束模式。
圖9A、9B和9C圖示了本發(fā)明一個實(shí)施例中的差分干涉儀系統(tǒng)900。干涉儀系統(tǒng)900包括具有平行面904和914的剪切片902。面904包括輸入端口906A、沿方向A從輸入端口906A偏移的輸出端口906B、鏡元件908A，以及沿方向A從鏡908A偏移的鏡元件908B。輸入端口906A和輸出端口906B可以由面904上的相同AR涂層或AR窗構(gòu)成，而鏡元件908A和908B可以由面904上的相同HR涂層或鏡光學(xué)元件構(gòu)成。
面914包括PBS元件916A、沿方向A從PBS元件916A偏移的PBS元件916B、與PBS 916A相鄰的中間端口918A，以及沿方向A從中間端口918A偏移的中間端口918B。PBS元件916A定位為(1)在與方向B平行的光束路徑中與輸入端口906A相對，并且(2)在與方向C平行的光束路徑中與鏡元件908A相對。方向B和C最終取決于剪切片902相對于輸入光束10SA的角度。PBS元件916B定位為(1)在與方向B平行的光束路徑中與輸出端口906B相對，并且(2)在與方向C平行的光束路徑中與鏡元件908B相對。PBS元件916A和916B通過傳播一個線偏振(例如垂直偏振)并反射另一個正交線偏振(例如水平偏振)來提供光路隔離和重組。中間端口918A在與方向B平行的光束路徑中與鏡元件908A相對。中間端口918B在與方向B平行的光束路徑中與鏡元件908B相對。PBS元件916A和916B可以由面914上的相同PBS涂層或PBS光學(xué)元件構(gòu)成，而中間端口918A和918B可以由面914上的相同AR涂層或AR窗構(gòu)成。
QWP元件922A沿方向D布置在PBS 916A和測量平面鏡142之間的測量光束路徑中。方向D是輸入光束105A最初的方向。QWP元件922B沿方向D布置在PBS 916B和參考平面鏡144之間的參考光束路徑中。QWP元件924A沿方向D布置在中間端口918A和參考平面鏡144之間的另一參考光束路徑中。QWP元件924B平行于方向D布置在中間端口918B和測量平面鏡142之間的另一測量光束路徑中。QWP元件922A、922B、924A和924B可以是獨(dú)立的QWP或單個QWP的一部分。
QWP 930和重定向光學(xué)元件932(例如立方角回射器)在沿方向E的光束路徑中與PBS 916A和916B相對布置。方向E最終取決于剪切片902相對于輸入光束105A的角度。方向B、C、D和E全都在與方向A正交的平面中。
在測量光路中，輸入端口906A處的空氣-玻璃界面折射輸入光束105A，使其傳播通過剪切片902而到PBS 916A上。利用其初始偏振，測量光束傳播通過PBS 916A，而參考光束從PBS 916A反射。在PBS 916A處，玻璃-空氣界面折射測量光束，使其傳播通過QWP 922A并到測量平面鏡142上。在一個實(shí)施例中，參考平面鏡144具有這樣的開口，測量光束穿過該開口到達(dá)測量平面鏡142。測量平面鏡142將測量光束反射回其自身上，通過QWP 922A并回到PBS 916A上。在兩次穿過QWP 922A后，垂直偏振的測量光束現(xiàn)在從PBS 916A反射，并傳播通過QWP 930而進(jìn)入回射器932。
回射器932使測量光束沿方向A偏移，并隨后使測量光束在平行光路中返回通過QWP 930而到PBS 916B上。在兩次穿過QWP 930后，水平偏振的測量光束現(xiàn)在傳播通過PBS 916B。在PBS 916B處，空氣-玻璃界面折射測量光束，使其傳播通過剪切片902并到鏡908B上。
鏡908B將測量光束反射到中間端口918B上。在中間端口918B處，玻璃-空氣界而折射測量光束，使其傳播通過PBS 924B并到測量平面鏡142上。在一個實(shí)施例中，參考平面鏡144具有這樣的開口，測量光束穿過該開口而到達(dá)測量平面鏡142。測量平面鏡142將測量光束反射回其自身上，并且測量光束按其光路折回到PBS 916B。在兩次穿過QWP 924B后，垂直偏振的測量光束現(xiàn)在從PBS 916B反射，并傳播到輸出端口906B。在輸出端口906B處，玻璃-空氣界面折射測量光束，使其傳播到檢測器。
在參考光路中，PBS 916A將參考光束反射到鏡908A。鏡908A將參考光束反射到中間端口918A。在中間端口918A處，玻璃-空氣界面折射參考光束，使其傳播通過QWP 924A并到參考平面鏡144上。
參考平面鏡144將參考光束反射回其自身上，并且參考光束按其光路折回到PBS 916A。在兩次穿過QWP 924A后，水平偏振的參考光束現(xiàn)在傳播通過PBS 916A。在PBS 916A處，玻璃-空氣界面折射參考光束，使其傳播通過QWP 930而進(jìn)入回射器932。
回射器932使參考光束沿方向A偏移，并隨后使參考光束在平行光路中返回通過QWP 930并到PBS 916B上。在兩次穿過QWP 930后，垂直偏振的參考光束現(xiàn)在從PBS 916B反射，并傳播通過QWP 922B，到參考平面鏡144上。參考平面鏡144將參考光束反射回其自身上，通過QWP922B并回到PBS 916B。在兩次穿過QWP 922B后，水平偏振的參考光束現(xiàn)在傳播通過PBS 916B，并與測量光束重組以形成輸出光束105B。在PBS 916B處，空氣-玻璃界面折射輸出光束105B，使其傳播通過剪切片902并到輸出端口906B上。在輸出端口906B處，玻璃-空氣界面折射輸出光束105B，使其傳播進(jìn)入檢測器。
如上所述和圖9B中所示，干涉儀900產(chǎn)生具有左上和右下測量通路以及右上和左下參考通路的光束模式。當(dāng)然，可以將測量光路和參考光路的方向翻轉(zhuǎn)，并且可以交換測量光路和參考光路。在一個實(shí)施例中，完全去掉QWP 930以產(chǎn)生由左上和右上測量通路以及左下和右下參考通路構(gòu)成的不同光束模式。
所公開實(shí)施例的特征的各種其他改變和組合都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。雖然光學(xué)部件示為安裝到其他部件上，但是這些部件可以僅僅在光束路徑中彼此相鄰布置。另外，雖然描述了QWP和HWP，但是可以調(diào)節(jié)這些波片的延遲，以補(bǔ)償測量光束和參考光束的實(shí)際偏振。所附權(quán)利要求包括了各種實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種干涉儀系統(tǒng)，包括菱形組件，包括第一光學(xué)堆，包括包括第一垂直面和第一斜面的第一棱鏡；包括第二斜面和第三斜面的第二棱鏡，其中通過將所述第一斜面固定到所述第二斜面上，所述第一棱鏡被安裝到所述第二棱鏡上；所述第一和第二斜面之間的第一界面包括第一偏振分束器；所述第三斜面包括第一鏡；在所述第一光學(xué)堆頂部的第二光學(xué)堆，包括包括第二垂直面和第四斜面的第三棱鏡；包括第五斜面和第六斜面的第四棱鏡，其中通過將所述第四斜面固定到所述第五斜面上，所述第三棱鏡被安裝到所述第四棱鏡上；所述第四和第五斜面之間的第二界面包括第二偏振分束器；所述第六斜面包括第二鏡；第一波片元件、第二波片元件、第三波片元件和第四波片元件，位于所述菱形組件與測量光學(xué)元件和參考光學(xué)元件中的至少一個之間的光束路徑中；和重定向光學(xué)元件，定位為至少與所述第一垂直面和所述第二垂直面相鄰。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括第五波片元件，位于所述重定向光學(xué)元件與所述第一垂直面和所述第二垂直面之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述第四斜面和所述第五斜面基本與所述第三斜面對齊；所述第一波片元件在所述第一偏振分束器與所述測量光學(xué)元件和所述參考光學(xué)元件中的一個之間的第一光束路徑中與所述第一偏振分束器相對地安裝；所述第二波片元件在所述第一鏡與所述測量光學(xué)元件和所述參考光學(xué)元件中的另外一個之間的第二光束路徑中與所述第一鏡相對地安裝；所述第三波片元件在所述第二偏振分束器與所述測量光學(xué)元件和所述參考光學(xué)元件中的所述另外一個之間的第三光束路徑中與所述第二偏振分束器相對地安裝；所述第四波片元件在所述第二鏡與所述測量光學(xué)元件和所述參考光學(xué)元件中的所述一個之間的第四光束路徑中與所述第二鏡相對地安裝。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述第一、第二、第三、第四和所述第五波片元件是四分之一波片；所述第一和第二偏振分束器包括偏振分束器涂層；所述第一和第二鏡包括全內(nèi)反射鏡；所述重定向光學(xué)元件是回射器；所述測量光學(xué)元件是測量平面鏡；并且所述參考光學(xué)元件是參考平面鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述第一、第二、第三、第四和第五波片元件是獨(dú)立的四分之一波片。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述第一偏振分束器定位為與所述第二棱鏡中的輸出端口相對；所述第二偏振分束器定位為與所述第一棱鏡中的輸入端口相對；所述第一波片元件在所述第二偏振分束器與所述測量光學(xué)元件和所述參考光學(xué)元件中的一個之間的第一光束路徑中與所述第二偏振分束器相對地安裝；所述第二波片在所述第二鏡與所述測量光學(xué)元件和所述參考光學(xué)元件中的另外一個之間的第二光束路徑中與所述第二鏡相對地安裝；所述第三波片在所述第一偏振分束器與所述測量光學(xué)元件和所述參考光學(xué)元件中的所述另外一個之間的第三光束路徑中與所述第一偏振分束器相對地安裝；所述第四波片在所述第一鏡與所述測量光學(xué)元件和所述參考光學(xué)元件中的所述一個之間的第四光束路徑中與所述第一鏡相對地安裝。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述第一、第二、第三、第四和第五波片元件是四分之一波片；所述第一和第二偏振分束器包括偏振分束器涂層；所述第一和第二鏡包括全內(nèi)反射鏡；所述重定向光學(xué)元件是回射器；所述測量光學(xué)元件是測量平面鏡；并且所述參考光學(xué)元件是參考平面鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述第一、第二、第三和第四波片元件是獨(dú)立的四分之一波片。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述第六斜面基本與所述第一斜面和所述第二斜面對齊；所述第一波片在所述第二偏振分束器與所述測量光學(xué)元件和所述參考光學(xué)元件中的一個之間的第一光束路徑中與所述第二偏振分束器相對地安裝；所述第二波片在所述第一偏振分束器與所述測量光學(xué)元件和所述參考光學(xué)元件中的另外一個之間的第二光束路徑中與所述第一偏振分束器相對地安裝；所述第三波片在所述第二鏡與所述測量光學(xué)元件和所述參考光學(xué)元件中的所述另外一個之間的第三光束路徑中與所述第二鏡相對地安裝；所述第四波片在所述第一鏡與所述測量光學(xué)元件和所述參考光學(xué)元件中的所述一個之間的第四光束路徑中與所述第一鏡相對地安裝。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述第一、第二、第三、第四和第五波片元件是四分之一波片；所述第一和第二偏振分束器包括偏振分束器涂層；所述第一和第二鏡包括全內(nèi)反射鏡；所述重定向光學(xué)元件是回射器；所述第一光學(xué)元件是測量平面鏡；并且所述第二光學(xué)元件是參考平面鏡。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述第一、第二、第三和第四波片元件是獨(dú)立的四分之一波片。
12.一種干涉儀，包括光學(xué)堆，包括包括垂直面和第一斜面的第一棱鏡；包括第二斜面和第三斜面的第二棱鏡，其中通過將所述第一斜面固定到所述第二斜面上，所述第一棱鏡被安裝到所述第二棱鏡上；所述第一和第二斜面之間的第一界面的下部包括第一偏振分束器；包括第四斜面和第五斜面的第三棱鏡，其中通過將所述第三斜面固定到所述第四斜面上，所述第二棱鏡被安裝到所述第三棱鏡上；所述第三和第四斜面之間的第二界面至少包括第二偏振分束器；所述第五斜面包括第一鏡；第一波片元件、第二波片元件、第三波片元件和第四波片元件，位于所述光學(xué)堆與測量光學(xué)元件和參考光學(xué)元件中的至少一個之間的光束路徑中；重定向光學(xué)元件，至少與所述垂直面相鄰地安裝。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，還包括第五波片元件，位于所述重定向光學(xué)元件與所述垂直面的至少一部分之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述第二偏振分束器包括所述第二界面的上部，并且所述第二界面的下部包括第二鏡。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述第一波片元件在所述第一偏振分束器與所述測量光學(xué)元件和所述參考光學(xué)元件中的一個之間的第一光束路徑中與所述第一偏振分束器相對地安裝；所述第二波片元件在所述第二鏡與所述測量光學(xué)元件和所述參考光學(xué)元件中的另外一個之間的第二光束路徑中與所述第二鏡相對地安裝；所述第三波片元件在所述第二偏振分束器與所述測量光學(xué)元件和所述參考光學(xué)元件中的所述另外一個之間的第三光束路徑中與所述第二偏振分束器相對地安裝；所述第四波片元件在所述第一鏡的上部與所述測量光學(xué)元件和所述參考光學(xué)元件中的所述一個之間的第四光束路徑中與所述第一鏡的上部相對地安裝。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述第一、第二、第三和第四波片元件是四分之一波片；所述第五波片元件選自由與所述垂直面的僅僅一部分相對應(yīng)的半波片或者與整個所述垂直面相對應(yīng)的四分之一波片組成的組；所述第一和第二偏振分束器包括偏振分束器涂層；所述第一鏡包括全內(nèi)反射鏡；所述第二鏡包括高反射涂層；所述重定向光學(xué)元件是回射器；所述測量光學(xué)元件是測量平面鏡；并且所述參考光學(xué)元件是參考平面鏡。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述第一、第二、第三和第四波片元件是獨(dú)立的四分之一波片。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述第二界面包括所述第三斜面的上部和第四斜面，其中所述第三斜面的下部包括第二鏡。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述第一波片元件在所述第一偏振分束器與所述測量光學(xué)元件和所述參考光學(xué)元件中的一個之間的第一光束路徑中與所述第一偏振分束器相對地安裝；所述第二波片元件在所述第二鏡與所述測量光學(xué)元件和所述參考光學(xué)元件中的另外一個之間的第二光束路徑中與所述第二鏡相對地安裝；所述第三波片元件在所述第二偏振分束器與所述測量光學(xué)元件和所述參考光學(xué)元件中的所述另外一個之間的第三光束路徑中與所述第二偏振分束器相對地安裝；所述第四波片元件在所述第一鏡與所述測量光學(xué)元件和所述參考光學(xué)元件中的所述一個之間的第四光束路徑中與所述第一鏡相對地安裝。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述第一、第二、第三和第四波片元件是四分之一波片；所述第五波片元件選自由與所述垂直面的僅僅一部分相對應(yīng)的半波片或者與整個所述垂直面對應(yīng)的四分之一波片組成的組；所述第一和第二偏振分束器包括偏振分束器涂層；所述第一和第二鏡包括全內(nèi)反射鏡；所述重定向光學(xué)元件是回射器；所述測量光學(xué)元件是測量平面鏡；并且所述參考光學(xué)元件是參考平面鏡。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述第一、第二、第三和第四波片元件是獨(dú)立的四分之一波片。
22.一種干涉儀，包括剪切片，包括第一面，包括輸入端口；與所述輸入端口相鄰的第一鏡；與所述第一鏡相鄰的輸出端口；和與所述輸出端口相鄰的第二鏡；與所述第一面平行的第二面，所述第二面包括第一偏振分束器，沿第一方向與所述輸入端口相對，并沿第二方向與所述第一鏡相對；第一中間端口，與所述第一偏振分束器相鄰，并沿所述第一方向與所述第一鏡相對；第二偏振分束器，與所述第一中間端口相鄰，并且沿所述第一方向并與所述輸出端口相對，并沿所述第二方向與所述第二鏡相對；第二中間端口，與所述第二偏振分束器相鄰，并沿所述第一方向與所述第二鏡相對；第一波片，沿第三方向在所述第一偏振分束器和第一光學(xué)元件之間的第一光束路徑中與所述第一偏振分束器相對；第二波片，沿所述第三方向在所述第一中間端口和第二光學(xué)元件之間的第二光束路徑中與所述第一中間端口相對；第三波片，沿所述第三方向在所述第二偏振分束器和所述第二光學(xué)元件之間的第三光束路徑中與所述第二偏振分束器相對；第四波片，沿所述第三方向在所述第二中間端口和所述第一光學(xué)元件之間的第四光束路徑中與所述第二中間端口相對；和重定向光學(xué)元件，在沿第四方向的光束路徑中與所述第一和第二偏振分束器相對。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，還包括第五波片，位于所述重定向光學(xué)元件與所述第一和第二偏振分束器之間。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中，所述重定向光學(xué)元件被定向成使光在由所述第一、第二、第三和第四方向界定的平面中的偏移但平行的路徑中返回。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中所述第一、第二、第三、第四和第五波片是四分之一波片；所述第一和第二偏振分束器包括偏振分束器涂層；所述輸入端口、所述輸出端口、所述第一中間端口和所述第二中間端口包括抗反射涂層；所述第一和第二鏡包括鏡涂層；所述重定向光學(xué)元件是回射器；所述第一光學(xué)元件是測量平面鏡；并且所述第二光學(xué)元件是參考平面鏡。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中，所述第一、第二、第三和第四波片元件是獨(dú)立的四分之一波片。
27.一種干涉儀系統(tǒng)，包括第一棱鏡，包括第一垂直面、第一斜面、第二垂直面、第二斜面，其中所述第二斜面包括用于使光在第一方向和與所述第一方向正交的第二方向之間反射的鏡；第二棱鏡，包括水平面、第三垂直面和第三斜面，其中通過將所述第三斜面固定到所述第一斜面上，所述第二棱鏡被安裝到所述第一棱鏡上；所述第一和第三斜面之間的界面包括與所述鏡相對的偏振分束器，用于沿所述第一和第二方向中的一個方向傳輸光，并在所述第一和第二方向之間反射光；第一波片元件和第二波片元件，被安裝為至少與所述第二垂直面相鄰，在所述鏡與測量光學(xué)元件和參考光學(xué)元件中的至少一個之間的第一多條光束路徑中與所述鏡相對；第三波片元件和第四波片元件，被安裝為至少與所述第三垂直面相鄰，在所述偏振分束器與所述測量光學(xué)元件和所述參考光學(xué)元件中的至少一個之間的第二多條光束路徑中與所述偏振分束器相對；和重定向光學(xué)元件，被安裝為至少與所述第二棱鏡的所述水平面相鄰，所述重定向光學(xué)元件在沿著與所述第一和第二方向正交的第三方向偏移的平行路徑中使光返回。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，還包括第五波片元件，位于所述重定向光學(xué)元件與所述第二棱鏡的所述水平面之間。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中所述第一、第二、第三、第四和第五波片元件是四分之一波片；所述偏振分束器包括偏振分束器涂層；所述鏡包括全內(nèi)反射鏡；所述重定向光學(xué)元件是回射器；所述測量光學(xué)元件是測量平面鏡；并且所述參考光學(xué)元件是參考平面鏡。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其中，所述第一、第二、第三、第四和第五波片元件是獨(dú)立的四分之一波片。
31.一種干涉儀系統(tǒng)，包括剪切片，包括第一斜面，包括輸入端口；與所述輸入端口相鄰的輸出端口；第一鏡元件；與所述輸出端口相鄰的第二鏡元件；與所述第一斜面平行的第二斜面，所述第二斜面包括第一偏振分束器元件，沿第一方向與所述輸入端口相對，并沿第二方向與所述第一鏡相對；第二偏振分束器元件，沿所述第一方向與所述輸出端口相對，并沿所述第二方向與所述第二鏡相對；第一中間端口，沿所述第一方向與所述第一鏡相對；第二中間端口，沿所述第一方向與所述第二鏡相對；第一波片元件，沿第三方向在所述第一偏振分束器和第一光學(xué)元件之間的第一光束路徑中與所述第一偏振分束器相對；第二波片元件，沿所述第三方向在所述第二偏振分束器和第二光學(xué)元件之間的第二光束路徑中與所述第二偏振分束器相對；第三波片元件，沿所述第三方向在所述第一中間端口和所述第二光學(xué)元件之間的第三光束路徑中與所述第一中間端口相對；第四波片元件，沿所述第三方向在所述第二中間端口和所述第一光學(xué)元件之間的第四光束路徑中與所述第二中間端口相對；和重定向光學(xué)元件，在沿第四方向的第五光束路徑中與所述第一和第二偏振分束器相對。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，還包括第五波片元件，位于所述重定向光學(xué)元件與所述第一和第二偏振分束器之間。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中，所述重定向光學(xué)元件被定向成使光在位于由所述第一、第二、第三和第四方向界定的平面中的偏移但平行的路徑中返回。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中所述輸入端口和所述輸出端口包括一抗反射涂層；所述第一鏡元件和所述第二鏡元件包括一高反射涂層；所述第一偏振分束器元件和所述第二偏振分束器元件包括一偏振分束器涂層；并且所述第一中間端口和所述第二中間端口包括一抗反射涂層。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中所述第一、第二、第三、第四和第五波片元件是四分之一波片；所述重定向光學(xué)元件是回射器；所述第一光學(xué)元件是測量平面鏡；并且所述第二光學(xué)元件是參考平面鏡。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中，所述第一、第二、第三、第四和第五波片元件是獨(dú)立的波片。
37.根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中，所述重定向光學(xué)元件被定向成使光在沿著第五方向偏移的平行路徑中返回，所述第五方向與由所述第一、第二、第三和第四方向界定的平面正交。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其中所述輸入端口和所述輸出端口包括抗反射涂層；所述第一鏡元件和所述第二鏡元件包括高反射涂層；所述第一偏振分束器元件和所述第二偏振分束器元件包括偏振分束器涂層；并且所述第一中間端口和所述第二中間端口包括抗反射涂層。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中所述第一、第二、第三、第四和第五波片元件是四分之一波片；所述輸入端口和所述輸出端口沿所述第五方向彼此偏移；所述第一和第二鏡元件沿所述第五方向彼此偏移；所述第一和第二偏振分束器元件沿所述第五方向彼此偏移；所述第一和第二中間端口沿所述第五方向彼此偏移；所述重定向光學(xué)元件是回射器；所述第一光學(xué)元件是測量平面鏡；并且所述第二光學(xué)元件是參考平面鏡。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其中，所述第一、第二、第三、第四和第五波片元件是獨(dú)立的四分之一波片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種產(chǎn)生期望的光束模式的差分干涉儀。干涉儀系統(tǒng)包括菱形組件，該組件具有第一光學(xué)堆和安裝在第一堆上的第二光學(xué)堆。第一堆包括具有斜面的第一棱鏡，該斜面安裝到第二棱鏡的斜面上。這些斜面之間的界面包括第一偏振分束器。第二堆包括具有斜面的第三棱鏡，該斜面安裝到第四棱鏡的斜面上。這些斜面之間的界面包括第二偏振分束器。第一、第二、第三和第四波片元件位于菱形組件與測量光學(xué)元件和參考光學(xué)元件中至少一個之間的光束路徑中。重定向光學(xué)元件至少與第一和第三棱鏡的垂直面相鄰。
文檔編號G01J9/02GK1727837SQ20051007669
公開日2006年2月1日 申請日期2005年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月28日
發(fā)明者凱文·R·費(fèi)恩, 格雷格·C·菲利克斯, 約翰·J·伯克曼, 道格拉斯·P·伍爾韋爾托 申請人:安捷倫科技有限公司