專利名稱：來自模式選擇調(diào)諧器的光學反饋的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學反饋系統(tǒng)，包括用于獲取用于調(diào)節(jié)相關(guān)光源輸出的信息或者用于處理相關(guān)于測量光束特征的干涉數(shù)據(jù)的光束監(jiān)視器。例如，測量光束的頻率和強度信息可從對與其它干涉數(shù)據(jù)相比很明顯的相位變化的測量而獲得。使用頻移干涉儀的可調(diào)諧源，對于使用頻率和強度信息存在特定實用性。
背景技術(shù)：
尤其是頻移干涉儀的干涉儀基于有關(guān)用于解釋干涉信息的測量光束頻率的假設(shè)。例如，干涉圖案通常通過將強度信息轉(zhuǎn)換成測量光束干涉部分之間的以2π相位為模的偏移而一個像素一個像素地解釋。然后將相位的角度測量轉(zhuǎn)換成作為測量光束波長的分數(shù)部分的距離的測量。
頻移干涉儀通過在不同的測量光束頻率處產(chǎn)生的連續(xù)干涉圖案，將干涉圖案的光強信息轉(zhuǎn)換成距離的測量。像素強度數(shù)據(jù)根據(jù)測量光束頻率的變化以對應(yīng)于測量光束干涉部分之間的距離偏移的不同速率波動。計算通常假設(shè)連續(xù)干涉圖案通過相等間隔的測量光束頻率產(chǎn)生，且測量準確度取決于該假設(shè)的正確性。測量準確度也取決于不同測量光束總光強不變的假設(shè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在一個或多個其較佳實施方式中監(jiān)控干涉儀的測量光束以支持對精確干涉數(shù)據(jù)的獲取或處理。除了用于對由測量光束不同部分經(jīng)過的光程長度差進行所需測量的第一干涉儀外，根據(jù)本發(fā)明可使用第二干涉儀對測量光束自身進行測量。額外的干涉數(shù)據(jù)可根據(jù)本發(fā)明解釋以提供光束頻率和強度的量度，這可用來支持獲取或處理第一干涉儀的干涉數(shù)據(jù)。
第一干涉儀可以是其中將測量光束頻率逐次變化的干涉效果解釋為距離量度的頻移干涉儀，且第二干涉儀可以是其中將距離逐次變化的干涉效果解釋為光束頻率量度的位移干涉儀。本發(fā)明的特殊的益處是使用具有可在一組測量光束頻率中調(diào)諧的相干光源的頻移干涉儀。例如，同日提交的題為“模式選擇頻率調(diào)諧系統(tǒng)(MODE-SELECTIVE FREQUENCYTUNING SYSTEM)”共同授讓美國申請公開了可在對應(yīng)于激射腔共振模式中選擇的一組測量光束頻率中可調(diào)諧的激光源。位移干涉儀可配置有測量腔或用于在時間上隔開測量光束的不同部分的其它結(jié)構(gòu)。測量腔可具有與相干光源激射腔的限定關(guān)系用于監(jiān)控測量光束頻率組。
例如，光束頻率可根據(jù)本發(fā)明使用共光路(例如菲佐(Fizeau))干涉儀測量。該干涉儀的測量腔具有分隔開測量光束相干長度內(nèi)的距離的兩個部分反射參考表面。一個參考表面以規(guī)則方式與另一表面分開(例如相對另一表面稍微傾斜)以產(chǎn)生用于實現(xiàn)位移功能的一個或多個條紋?；趤碜詢蓚€參考表面交疊反射的干涉條紋圖案在探測器上成像，諸如在傳感器陣列上成像。腔的參考表面較佳地為平面，從而在平面之間相對傾斜的條件下(即稍微偏離平行)，干涉圖案呈現(xiàn)為平行條紋圖案，且探測器陣列取向在條紋變化方向以監(jiān)控條紋位置的改變。
測量腔可匹配于激射腔使由測量腔產(chǎn)生的條紋的相位偏移對處于預(yù)定的激射腔頻率模式的測量光束保持恒定。測量光束從其預(yù)定頻率模式的任何偏離顯然可作為可被轉(zhuǎn)換成光束頻率改變的量度的相位移動。對應(yīng)于其自由光譜范圍的測量腔的大小可與激射腔模式之間同樣對應(yīng)于其自由光譜范圍的頻率間隔設(shè)定，來解決測量模糊度(measureing ambiguity)或?qū)崿F(xiàn)所需的測量準確度。
作為激光器模式監(jiān)控系統(tǒng)的本發(fā)明一實施方式包括具有定義得到放大的一組額定光束頻率模式的第一光程長度的激光器激射腔。調(diào)諧器增量改變額定光束頻率模式內(nèi)的激光器輸出。光學連接于激射腔的測量腔具有額定上分隔開第二光程長度的參考表面，該第二光程長度定義相關(guān)于額定光束頻率模式之間預(yù)定頻率間隔的自由光譜范圍。探測器接收來自測量腔的干涉圖案形式的輸出用于檢測從激光器輸出的光束頻率之間的相位偏移變化。
較佳地，激射腔的第一光程長度和測量腔的第二光程長度通過整數(shù)倍相關(guān)聯(lián)。處理器可配置來接收來自用于測量一個或多個光束頻率模式之間的光束頻移的調(diào)諧器和探測器兩者的信息。根據(jù)來自調(diào)諧器的信息來確定近似光束頻移(即方向和近似幅度)，測量腔的自由光譜范圍可設(shè)置為額定光束頻率模式之間等分的頻率間隔以優(yōu)化頻率測量的準確度?；蛘?，測量腔或者較佳地第二測量腔可配置有更大的自由光譜范圍以解決頻移的方向或近似幅度的任何模糊度(ambiguity)。
作為具有光學反饋的干涉儀的測量系統(tǒng)的本發(fā)明另一實施方式包括頻移干涉儀和位移干涉儀。頻移干涉儀通過收集處于多個測量光束頻率的點的每一個的干涉數(shù)據(jù)來測量測試表面和參考表面上相應(yīng)點之間的高度變化。位移干涉儀通過收集處于兩個參考表面上多個對應(yīng)點的頻率的每一個的干涉數(shù)據(jù)來測量多個測量光束頻率之間的頻率變化。處理器將各個頻率的干涉數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成光束頻率變化的量度并將光束頻率變化的量度并入用于將各個點的干涉數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成測試表面和參考表面的相應(yīng)點之間的高度變化的量度的過程。
此外，處理器可配置用來將各個頻率的同一干涉數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成光束強度變化的量度并用來將光束強度變化的量度并入用來將各個點的干涉數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成測試表面和參考表面的相應(yīng)點之間高度變化的量度的過程。例如，光束強度變化的量度可用來歸一化不同測量光束頻率之間的像素強度數(shù)據(jù)。
作為模式選擇調(diào)諧器的光束監(jiān)控系統(tǒng)的本發(fā)明再一實施方式包括用于將從模式選擇調(diào)諧器輸出的處于不同頻率模式的多個測量光束的每一個的一部分轉(zhuǎn)向的分束器。用于產(chǎn)生各個不同頻率模式的干涉圖案的位移干涉儀包括一對參考表面，該參考表面建立(a)經(jīng)轉(zhuǎn)向的測量光束部分的干涉部分之間的額定光程長度差以及(b)幾乎跨越干涉圖案至少一個條紋的兩個參考表面上相應(yīng)點之間的額定光程長度差的變化。探測器對兩個參考表面上的相應(yīng)點處的干涉圖案進行采樣，且處理器將干涉圖案中的變化轉(zhuǎn)換成光束頻率變化的量度。
探測器較佳地包括可取向在干涉圖案內(nèi)條紋變化方向的傳感器陣列。傳感器分開一個條紋的分數(shù)部分用來收集可被轉(zhuǎn)換成不同測量光束的相位偏移量度的強度信息。例如，處理器較佳地使用用于將來自傳感器的強度信息轉(zhuǎn)換成相位偏移量度的常規(guī)相移算法。傳感器陣列較佳地可旋轉(zhuǎn)，來調(diào)節(jié)探測器之間的條紋間距以有助于將強度信息轉(zhuǎn)換成相位偏移量度。
處理器可收集除了來自探測器的信息外的來自模式選擇調(diào)諧器的信息以提供不同頻率模式之間光束頻移的明確量度。處理器也可配置來向模式選擇調(diào)諧器提供反饋用來調(diào)節(jié)模式選擇調(diào)諧器的頻率輸出。


圖1是將用于測量距離的頻移干涉儀與用于測量光束頻率的位移干涉儀組合的干涉儀測量系統(tǒng)的視圖。
圖2是由位移干涉儀的測量腔產(chǎn)生的干涉圖案以及用于在一條紋的等份劃分處對強度采樣的傳感器線性陣列的示圖。
圖3是示出位移干涉儀可選腔配置的示圖。
具體實施例方式
具有光學反饋的干涉儀測量系統(tǒng)10作為兩個干涉儀12和14的組合在圖1中示出。干涉儀12是通過收集多個測量光束頻率處點的每一個的干涉數(shù)據(jù)來測量參考和測試表面16和18上相應(yīng)點之間高度變化的頻移干涉儀。干涉儀14是通過收集兩個參考表面20和22上多個相應(yīng)點處頻率的每一個的干涉數(shù)據(jù)來測量多個測量光束頻率之間頻率變化的位移干涉儀。
干涉儀12和14的較佳相干光源是包括激射腔26和反饋腔28的模式選擇頻率可調(diào)諧激光器24。激射腔26具有定義得到放大的一組額定光束頻率模式的第一光程長度D1。激射腔26的自由光譜范圍(FSR)對應(yīng)于額定光束頻率模式之間的頻率間隔Δv1，如下表達式給出Δv1=c2D1]]>其中c是光速。
示作角度可調(diào)節(jié)的衍射光柵30的頻率調(diào)節(jié)器形成反饋腔28的一端并可圍繞樞軸32在角度θ的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)用于在來自頻率可調(diào)諧激光器24的輸出的額定光束頻率模式中選擇。角度可調(diào)節(jié)衍射光柵30將第一階衍射光回射到激射腔26用于影響受到最小損耗的激射頻率。作為衍射光柵30的傾角θ的函數(shù)的不同頻率被返回激射腔26。為了簡化頻移干涉儀12數(shù)據(jù)處理操作的目的，衍射光柵30可在用于在由激射腔26支持的額定光束頻率模式中選擇來將頻率可調(diào)諧激光器24的頻率輸出改變一個或多個模式間隔Δv1增量的位置之間轉(zhuǎn)動。來自衍射光柵30的零階反射將測量光束34反射在與頻率可調(diào)諧激光器24的輸出不同的方向。折疊鏡(未示出)可與衍射光柵30一起轉(zhuǎn)動以保持測量光束的單個輸出方向。該折疊鏡在題目為“具有可調(diào)節(jié)外部腔的可調(diào)諧激光器系統(tǒng)(TUNABLE LASER SYSTEM HAVINGAN ADJUSTABLE EXTERNAL CAVITY)”的美國專利No.6,690,690中示出，該專利通過引用結(jié)合于此。
這種頻率可調(diào)諧激光器的附加細節(jié)在同日提交的題目為“模式選擇頻率調(diào)諧系統(tǒng)(MODE-SELECTIVE FREQUENCYTUNING SYSTEM)”的共同授讓美國申請中給出，該申請通過引用結(jié)合于此。也可根據(jù)本發(fā)明使用其它頻率可調(diào)諧激光器，包括可配置來輸出多個離散光束頻率的連續(xù)可調(diào)諧激光器。
分束器36將從模式選擇頻率可調(diào)諧激光器24發(fā)射的測量光束34分成傳輸通過頻移干涉儀12的主測量光束38和傳輸通過位移干涉儀14的次測量光束40。大部分光較佳地作為主測量光束38透射通過分束器36到達頻移干涉儀12，且小部分光較佳地作為次測量光束40從分束器36反射到達位移干涉儀14。傾斜玻璃板或其它部分反射器可用于此目的。分束器22的反射和透射功能可在提供測量光束34的類似劃分時顛倒。
而且，來自測量光束34的光可諸如通過收集鄰近測試表面18的干涉儀12的視場內(nèi)的光來從頻移干涉儀12內(nèi)提取。該光較佳地從其中來自參考表面和測試表面16和18的反射之間形成干涉的共用區(qū)域外的測量光束34橫截部分提取。實際上，光可在頻移干涉儀12內(nèi)從未參與測試表面18的實際測量的測量光束34的任何橫截面提取。
頻移干涉儀12具有共光路干涉儀(例如菲佐(Fizeau)干涉儀)的形式用來將主測量光束38沿共用路徑傳輸?shù)皆谖镧R44上形成的參考表面16。主測量光束38的一部分從參考表面16反射作為參考光束，且主測量光束38的另一部分透射通過參考表面16并從測試表面18反射作為測試光束。允許主測量光束38透過到參考和測試表面16和18的另一分束器46將參考和測試光束導(dǎo)向記錄作為測試表面18的圖像的參考和測試光束之間干涉圖案的相機48。對于從頻率可調(diào)諧激光器24發(fā)射的多個測量光束頻率的每一個記錄各個干涉圖案。
位移干涉儀14也具有共光路干涉儀的形式用來沿共用光路將次測量光束40傳輸?shù)接深~定上分開第二光程長度D2的兩個參考表面20和22限定的測量腔52。參考表面20和22都至少部分反射以用來返回次測量光束40的不同部分。然而，參考表面20部分透光以允許光進入腔52并發(fā)射來自腔52的光。參考表面20反射次測量光束40的一部分作為第一參考光束。參考表面22反射次測量光束40的另一部分作為第二參考光束。兩個參考光束在時間上偏移第二光程長度D2的約兩倍并彼此干涉形成兩個干涉表面20和22之間的比較。
允許將次測量光束40透射到兩個參考表面20和22的分束器50將從腔52返回的干涉參考光束導(dǎo)向穿過成像光學元件54到達探測器60。參考表面20和22較佳地為平面或者否則形式類似，除了參考表面22相對參考表面20傾斜以產(chǎn)生直平行條紋的條紋圖案。然而，與頻移干涉儀12不同，位移干涉儀14的成像干涉圖案不旨在測量表面之間的差異而是旨在測量測量光束34的特征變化。
探測器60較佳地采用傳感器線性陣列形式。例如，探測器60的四個緊密綁定光纖62、64、66和68收集干涉圖案內(nèi)預(yù)定間距處的采樣數(shù)據(jù)點的光。圖2示出這種具有兩個條紋寬度的干涉圖案70。較佳地，參考表面20和22彼此相對傾斜成光纖62、64、66和68的線性陣列跨越約一個條紋間距。此外，光纖62、64、66和68的線性陣列可通過角度α進行角度調(diào)節(jié)，從而四個光纖以單個相長或相消干涉周期的等分π/2弧度(90度)間距(即單個條紋間距的相等分區(qū))分開。
條紋圖案70經(jīng)歷的頻率變化(即條紋間距的變化)對測量光束頻率的變化相應(yīng)較慢，但是條紋圖案經(jīng)歷的相位變化(即條紋圖案內(nèi)條紋位置的變化)快得多。模擬兩個參考表面20和22之間差異(即它們的相對傾斜)的條紋圖案70從圖案70的一端到另一端經(jīng)歷了作為距離(即參考表面20和22之間的間距)的規(guī)則改變的函數(shù)的相位的規(guī)則改變。可立即將來自圖案70中任何一個數(shù)據(jù)點的強度數(shù)據(jù)作為圖案70中其它規(guī)則間隔的數(shù)據(jù)點的參考，用于確定圖案中數(shù)據(jù)點的相對相位。相位確定可通過對單個條紋的四個等間距分區(qū)采樣而得到簡化。實際上這是從等同于一個條紋間距地規(guī)則改變距離的常規(guī)相位移動過程獲得的相同信息。
次測量光束40頻率的變化導(dǎo)致的干涉相位變化可通過比較由不同光束頻率形成的干涉圖案內(nèi)的強度變化來測量。給定干涉圖案中數(shù)據(jù)點的相位可通過根據(jù)常規(guī)相移算法對在一整個干涉循環(huán)(即一個條紋間距)中平均分布的數(shù)據(jù)點強度求值來測量。
假設(shè)光在干涉條紋圖案的采樣長度上平均分布，干涉圖案上所選點的相位φ可根據(jù)以下方程確定φ=tan-1(I2-I4I1-I3)]]>其中I1、I2、I3和I4為間隔開0、π/2、π和3π/2弧度相位、作為一個條紋間距的四等分的數(shù)據(jù)點強度。四個強度通過探測器60的π/2相位間距的光纖62、64、66和68收集。傳感器的線性陣列或傳感器的其它組合也可用來收集干涉條紋圖案內(nèi)不同位置處的強度數(shù)據(jù)。不同干涉圖案中共用數(shù)據(jù)點的相位φ作為相位偏移是可比較的。相位偏移比較較佳地在分開額定光程長度D2的參考表面20和22的數(shù)據(jù)點之間進行。該相位偏移也可由包括不規(guī)則間隔的采樣數(shù)據(jù)的采樣數(shù)據(jù)點的其它配置使用少至三個數(shù)據(jù)點確定，但是計算更復(fù)雜。用于將干涉數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相位偏移的量度的其它算法在J.E.Greivenkamp發(fā)表在1984年7月/8月“光學工程(OpticalEnginerring)”23(4)卷350-352頁上的題為“外差干涉測量的一般數(shù)據(jù)減少(Generalized Data Reduction for Heterodyne Interferometry)”，該文獻通過引用結(jié)合于此。
腔52具有如下基于分隔參考表面20和22的額定光程長度D2的自由光譜范圍Δv2Δv2=c2D2]]>測量光束頻率改變激射腔26的模式之間頻率間隔(FSR)Δv1可預(yù)期導(dǎo)致由測量腔50產(chǎn)生的干涉圖案60的相位偏移Δφ的如下變化Δφ=modulo2π(4πD2Δv1c)]]>其中因為來自強度局域變化的相位量度僅在等于2π的角度間隔內(nèi)是確定的，所以相位偏移Δφ的變化被認為是模2π的函數(shù)。
通過替代，注意到相位偏移Δφ的期望變化也可如下地重新寫為激射腔26和測量腔52的自由光譜范圍的比值Δφ=modulo2π(2πΔv1Δv2)]]>因此，如果自由光譜范圍Δv1和Δv2彼此相等或者彼此為整數(shù)倍，則對于Δv1或Δv1的整數(shù)倍的預(yù)定測量光束頻移，相位偏移的期望變化Δφ等于零。例如，如果激射腔26的自由光譜范圍(即頻率間隔)Δv1是測量腔52的自由光譜范圍Δv2的整數(shù)倍，則每個Δv1的頻移增加可預(yù)期不導(dǎo)致測量腔50內(nèi)的相位的變化。類似地，如果Δv2是Δv1的整數(shù)倍，則Δv1的各個整數(shù)倍可預(yù)期造成零相位變化。
實際上，包括激光器輸入、環(huán)境條件和制造公差的許多變量能影響在激射腔26中相關(guān)于各個模式放大的光束頻率。即使調(diào)諧可用于在激射腔26的不同頻率模式之間選擇，從可調(diào)諧激光源24輸出的特定頻率可在受限范圍內(nèi)變化。較佳地，測量腔52的自由光譜范圍Δv2至少與輸出光束頻率可預(yù)期在相關(guān)于各個模式的額定頻率改變的受限范圍相等或比其更大。
偏離激射腔模式之間預(yù)定頻率間隔Δv1的整數(shù)倍的光束頻移關(guān)聯(lián)于測量腔52內(nèi)相位Δφ的非零變化。相位Δφ的非零變化可轉(zhuǎn)換成光束頻率誤差vE的量度，作為從光束頻率預(yù)期移動的偏離出現(xiàn)如下vE=cΔφ4πD2]]>或者經(jīng)過替換vE=Δv2Δφ2π]]>因此，通過已知參考表面20與22之間的額定距離D2或測量腔52的自由光譜范圍Δv2，經(jīng)檢測的相位變化Δφ可被轉(zhuǎn)換成從測量光束頻率的偏離間隔Δv1的預(yù)期偏移的光束頻率偏離vE的量度。觀察后一個方程，同樣顯然自由光譜范圍Δv2必須比光束頻率偏離vE更大以確定地測量作為小于2π的相位變化的光束頻率偏離vE。
因此，較佳地為激射腔24的間距D1的整數(shù)倍的測量腔52間距D2應(yīng)當滿足以下用于對光束頻率偏離vE進行確定測量的不等式條件D2<c2vE]]>較佳地，間距D2在以上不確定限制內(nèi)盡可能地大，從而檢測到相位變化Δφ提供光束頻率變化最精細的量度。然而，受衍射光柵30的傾斜變化影響的實際頻移的確定需要除了光束頻率偏離vE外已知光束頻率變化的方向、變化進行的模式數(shù)目和模式之間額定頻率間隔Δv1。頻率可調(diào)諧激光器24的校準與衍射光柵30傾斜的監(jiān)控或其它頻率調(diào)節(jié)器一起可用來提供這種信息。例如，從光柵控制器74到處理器76的反饋或者處理器76到光柵控制器74的指令可解釋用來確定預(yù)定頻移的方向以及預(yù)定移動的模式數(shù)目。
或者，具有更大自由光譜范圍的較小腔52或更佳地如圖3所示通過分束器78和80耦合于第一測量腔的第二測量腔82可用來測量測量光束頻率移動的方向和模式數(shù)量。分隔參考表面84和86的額定光程長度差D3較佳地如下選擇成確定地測量對應(yīng)于至少兩個將各個頻率模式從其最近鄰隔開的頻率間隔的頻率范圍D3<c4Δv1]]>或者經(jīng)過替代D3<D12]]>除了測量頻率，同一干涉測量信息可用于測量次測量光束40的總的光強變化。通常，假設(shè)不同頻率輸出之間相同的強度變化在光束橫截方向上是顯然的。強度信息可通過測量條紋的幅度從條紋圖案70提取。測量光束中相同橫截位置內(nèi)的條紋的幅度可用作不同測量頻率的次測量光束40之間的光強變化的量度。
從次測量光束40收集的頻率和強度信息可傳送給處理器76用來影響頻移干涉儀12的操作。例如，頻率和強度信息可用作驅(qū)動器74的反饋信號用來調(diào)節(jié)衍射光柵30的角度取向。或者，頻率或強度信息可用來更好地解釋由相機48收集的干涉結(jié)果。
計算機處理通過在一組等間隔(例如Δv1或Δv1的整數(shù)倍)測量光束頻率上步調(diào)測量光束34而得以簡化。然而，如果已知從規(guī)則性的偏離(例如vE)，則可在不規(guī)則步調(diào)的光束頻率處獲得可比較結(jié)果?？偟墓馐鴱姸茸兓牧慷瓤捎脕須w一化在不同光束頻率處收集的強度數(shù)據(jù)。頻移干涉儀中不規(guī)則步調(diào)光束頻率的計算機處理示例在同日提交的題為“頻移干涉儀的相位分辨測量(PHASE-RESOLVEDMEASURMENT FOR FREQUENCY-SHIFTING INTERFEROMETRY)”的共同授讓美國申請中詳細公開，該申請通過引用結(jié)合于此。
雖然因為是較佳的，上述干涉儀12和14均為共光程干涉儀，但是也可使用包括邁克耳孫(Michelson)干涉儀或馬赫-曾德爾(Mach-Zehnder)干涉儀的其它干涉儀。在回射條件下操作的較佳測量腔52也可操作用來進一步透射干涉參考光束。本發(fā)明也尤其適于與其中可通過各種方法實現(xiàn)調(diào)諧的可增量調(diào)諧激光器一同使用。根據(jù)本發(fā)明的示教這些和其它變化對本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種用于激光器的模式監(jiān)控系統(tǒng)，包括所述激光器的激射腔，它具有定義得到放大的一系列額定光束頻率模式的第一光程長度；調(diào)諧器，用于在所述額定光束頻率模式之間增量改變所述激光器的輸出；測量腔，它光學連接于所述激射腔并具有額定地分開第二光程長度的參考表面，所述第二光程長度定義與所述額定光束頻率模式之間的預(yù)期頻率間隔相關(guān)的自由光譜范圍；以及探測器，它接收干涉圖案形式的來自所述測量腔的輸出，用于檢測從所述激光器輸出的所述光束頻率之間的相位偏移變化。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述激射腔的所述第一光程長度和所述測量腔的所述第二光程長度按整數(shù)倍相關(guān)。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括接收來自所述調(diào)諧器和所述探測器的信息用于測量一個或多個頻率模式之間頻移的處理器。
4.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述額定光束頻率模式之間的所述頻率間隔是所述自由光譜范圍的倍數(shù)。
5.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，測量光束頻率的移動對應(yīng)于所述自由光譜范圍的倍數(shù)，且對來自所述調(diào)諧器的信息進行處理以確定所述自由光譜范圍的相應(yīng)整數(shù)倍數(shù)且來自所述探測器的信息用來確定所述測量光束頻率移動的所述自由光譜范圍的剩余分數(shù)部分。
6.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述自由光譜范圍是所述額定頻率模式之間的所述頻率間隔的倍數(shù)，用來確定一個或多個所述光束頻率模式之間頻率移動的方向。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述測量腔的所述參考表面相對傾斜，用來產(chǎn)生橫跨等于額定測量光束波長幾乎至少一半的距離變化范圍的條紋圖案。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述探測器包括為對所述參考表面之間等于額定測量光束波長幾乎至少一半的距離變化范圍進行采樣而定向的傳感器陣列。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于將從所述傳感器陣列采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成從所述激光器輸出的各個光束頻率的相位偏移的量度的處理器。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器被配置成在從所述激光器輸出的所述光束頻率的相位偏移之間進行比較，用來測量從所述激光器輸出的所述光束頻率相對于所述額定頻率模式之間的所述預(yù)期頻率間隔的偏離。
11.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器還用于將從所述傳感器陣列采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成從所述激光器輸出的所述各個光束頻率的總光強的量度。
12.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述測量腔是具有定義不同自由光譜范圍的分隔在不同光程長度的參考表面的多個測量腔中的第一個。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，所述第一測量腔具有第一自由光譜范圍且所述測量腔中的第二個具有用于在更大范圍上測量光束頻率變化的第二自由光譜范圍。
14.一種具有光學反饋的干涉測量系統(tǒng)，包括頻移干涉儀，它通過收集多個測量光束頻率處的點的每一個的干涉數(shù)據(jù)來測量測試表面和參考表面上相應(yīng)點之間的高度變化；位移干涉儀，它通過收集兩個參考表面上多個對應(yīng)點處的頻率的每一個的干涉數(shù)據(jù)來測量所述多個測量光束頻率之間的頻率變化；處理器，它將每一所述頻率的所述干涉數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成所述光束頻率變化的量度并將所述光束頻率變化的量度并入用于將每一所述點的所述干涉數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成所述測試表面和參考表面的所述相應(yīng)點之間的所述高度變化的量度的過程中。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述頻移干涉儀包括具有激射腔的可調(diào)諧激光源，所述激射腔具有對應(yīng)于額定光束頻率模式之間的頻率間隔的自由光譜范圍。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述位移干涉儀包括具有相關(guān)于所述激射腔的所述自由光譜范圍的自由光譜范圍的測量腔用于測量所述頻移干涉儀的所述光束頻率變化。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述激射腔和所述測量腔的所述自由光譜范圍按整數(shù)倍關(guān)聯(lián)。
18.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述測量腔在所述參考表面之間形成，且所述兩個參考表面通過所述多個相應(yīng)點彼此相對傾斜。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個相應(yīng)點彼此相關(guān)地在幾乎等于由所述位移干涉儀為每一所述測量光束頻率形成的干涉圖案的至少一個條紋的高度變化范圍內(nèi)變化。
20.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器也將每一所述頻率的干涉數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成光束強度變化的量度并將所述光束強度變化的所述量度并入用于將每一所述點的所述干涉數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成所述測試表面和參考表面的所述相應(yīng)點之間的所述高度變化的量度的過程中。
21.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括將所述頻移干涉儀的測量光束分成形成所述頻移干涉儀的所述測試表面和參考表面之間的干涉圖案的主光束和形成所述位移干涉儀的所述參考表面之間干涉圖案的次光束的分束器。
22.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述主光束和次光束包括所述測量光束實質(zhì)上共同的橫截面。
23.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述主光束和次光束包括所述測量光束實質(zhì)上不同的橫截面。
24.一種用于模式選擇調(diào)諧器的光束監(jiān)控系統(tǒng)，包括分束器，用于使從所述模式選擇調(diào)諧器以不同頻率模式輸出的多個測量光束的每一個的一部分轉(zhuǎn)向；位移干涉儀，用于產(chǎn)生所述不同頻率模式的每一個下的干涉圖案并具有一對參考表面，它們建立(a)所述被轉(zhuǎn)向的測量光束部分的干涉部分之間的額定光程長度差，以及(b)幾乎跨越所述干涉圖案的至少一個條紋的所述兩個參考表面上的相應(yīng)點之間所述額定光程長度差的變化；探測器，它對所述兩個參考表面上的所述相應(yīng)點處的所述干涉圖案進行采樣；以及處理器，它將所述干涉圖案中的變化轉(zhuǎn)換成光束頻率變化的量度。
25.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述探測器包括可被定向在所述干涉圖案內(nèi)的條紋變化方向的傳感器陣列。
26.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器隔開條紋的分數(shù)部分的距離，用于采集可被轉(zhuǎn)換成所述不同測量光束的相位偏移的量度的強度信息。
27.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器使用傳統(tǒng)相移算法將來自所述傳感器的所述強度信息轉(zhuǎn)換成所述相位偏移的量度。
28.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器陣列可被旋轉(zhuǎn)，用來調(diào)節(jié)所述探測器之間的條紋間距。
29.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器采集除了來自所述探測器的信息外的來自所述模式選擇調(diào)諧器的信息以提供所述不同頻率模式之間的光束頻移的確定量度。
30.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器向所述模式選擇調(diào)諧器提供反饋，用于調(diào)節(jié)所述模式選擇調(diào)諧器的頻率輸出。
全文摘要
一種與離散光束頻率可調(diào)諧激光器相關(guān)使用的模式監(jiān)控系統(tǒng)提供可用于調(diào)節(jié)該激光器或與使用激光器相關(guān)聯(lián)的其它處理的光學反饋。例如，頻移干涉儀的頻率可調(diào)諧源的輸出可監(jiān)控來支持更加精確的干涉數(shù)據(jù)的獲取或處理。用于進行由測量光束不同部分傳輸通過的光程長度差的所需測量的第一干涉儀可聯(lián)系于用于進行測量光束自身測量的第二干涉儀。附加干涉數(shù)據(jù)可根據(jù)本發(fā)明解釋以提供光束頻率和強度的測量。
文檔編號H01S3/098GK101023567SQ200580031528
公開日2007年8月22日 申請日期2005年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月22日
發(fā)明者T·J·鄧恩, N·O·法米加, A·W·庫拉維克, J·C·馬龍 申請人:康寧股份有限公司