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    • 专利摘要:
    EinPolarisationssteuersystem umfaßteine Lichtquelle, die zwei Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Polarisationszuständen undoptischen Frequenzen erzeugt. Ein Polarisationsmodulator ändert die Polarisationszustände derbeiden Lichtstrahlen. Drei Detektorwege erzeugen ein erstes Schwebungssignal,ein zweites Schwebungssignal und ein drittes Schwebungssignal ausden beiden Lichtstrahlen. Ein Amplitudendetektor bestimmt die Amplitudedes ersten Schwebungssignals bei einer Schwebungsfrequenz. Ein Phasenkomparatorbestimmt den Phasenunterschied zwischen dem zweiten und dem drittenSchwebungssignal. Das System verwendet dann die Amplitude und denPhasenunterschied, um zu bestimmen, wie der Polarisationszustandsmodulatoreingestellt werden soll, um den ersten und den zweiten Lichtstrahlmit den gewünschtenPolarisationszuständenzu erzeugen.
    公开号:DE102004003090A1
    申请号:DE102004003090
    申请日:2004-01-21
    公开日:2004-12-09
    发明作者:Eric S. Redwood Johnstone；Joanne Y. Sunnyvale Law；Elizabeth A. Sunnywale Nevis
    申请人:Agilent Technologies Inc；
    IPC主号:G02F1-03
    专利说明:
    [0001] DieseErfindung bezieht sich auf eine aktive Steuerung einer Polarisationeiner kohärentenQuelle.
    [0002] 9 stellt ein herkömmlichesSystem 350 dar, das die Versetzung einer Stufe 352,die in der Halbleiterherstellung verwendet wird, erfaßt. Eine Lichtquelle 354 erzeugtzwei Lichtstrahlen mit orthogonalen Polarisationszuständen undoptischen Frequenzen. Ein Strahlteiler 356 führt einenStrahl einer polarisationserhaltenden (PM) Faser 358 zuund den anderen Strahl einer PM-Faser 360 zu. Die Fasern 358 und 360 tragendie beiden Strahlen zu einer Stelle weiter, an der Messungen vorgenommenwerden. Durch Verwenden der Fasern 358 und 360 kanndie Lichtquelle 354 (z. B. ein Laser) weit genug weg von derMessungsstelle positioniert sein, so daß Temperaturgefälle vonder Lichtquelle 354 nicht den Brechungsindex der Luft variierenund störendeDopplerverschiebungen in den Interferometriemessungen bewirken.Es wird keine einzelne PM-Faser verwendet, um die beiden Strahlenweiterzutragen, weil die Faser die Polarisationen für die Interferometriemessungenzu sehr ändert.
    [0003] Ander Messungsstelle werden die Polarisatoren 361, eine Ausrichtungsoptik 362,eine Ausrichtungsoptik 364 und ein Kombinierer 366 verwendet, umdie beiden Strahlen wiederzuvereinigen, so daß sie entlang eines gemeinsamenWegs wandern. Die Ausrichtungsoptik umfaßt Kollimatoren, flache durchsichtigeFenster, eine Polarisierungsoptik, Strahlteiler und Total- und Teilreflektoren,um die Strahlen zu translatieren und zu neigen. Ein Interferometriemessungssystem 368 reflektiertdann einen der Strahlen von der Stufe 352 ab und erfaßt dannden Phasenunterschied zwischen den beiden Strahlen, um eine Versetzungder Stufe 352 zu bestimmen.
    [0004] DasSystem 350 weist die folgenden Nachteile auf. Erstens istes schwierig, die Optik 362, die Optik 364 undden Kombinierer 366 auszurichten, so daß die beiden Strahlen wiederentlang des gleichen Weges wandern. Zweitens ist es kostspielig,zwei Faserwege zu nutzen, in denen die gesamte Ausrüstung dupliziertwird. Es wird somit ein Polarisationssteuersystem benötigt, dasdie Polarisation zweier Lichtstrahlen in einer einzelnen Faser aufrechterhält.
    [0005] Esist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Polarisationssteuersystemfür eineheterodyne Interferometrie und ein Verfahren zum Aufrechterhaltenvon Polarisationszuständenvon Lichtstrahlen von einer Faser in einem heterodynen Interferometriesystemmit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
    [0006] DieseAufgabe wird durch ein Polarisationssteuersystem gemäß Anspruch1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch22 gelöst.
    [0007] Beieinem Ausführungsbeispielder Erfindung umfaßtein Polarisationssteuersystem eine Lichtquelle, die zwei Lichtstrahlenmit orthogonalen Polarisationszuständen und unterschiedlichenoptischen Frequenzen erzeugt. Ein Polarisationszustandsmodulator ändert diePolarisationszustände derbeiden Lichtstrahlen. Drei Detektorwege erzeugen ein erstes Schwebungssignal,ein zweites Schwebungssignal und ein drittes Schwebungssignal vonden beiden Lichtstrahlen. Es wird ein Amplitudendetektor verwendet,um die Amplitude des ersten Schwebungssignals bei einer Schwebungsfrequenz zubestimmen. Ein Phasenkomparator bestimmt den Phasenunterschied zwischendem zweiten und dem dritten Schwebungssignal. Das System verwendet danndie Amplitude und den Phasenunterschied, um zu bestimmen, wie derPolarisationszustandsmodulator eingestellt werden soll, um den ersten undden zweiten Lichtstrahl mit den gewünschten Polarisationszuständen zuerzeugen.
    [0008] BevorzugteAusführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend aufdie beiliegenden Zeichnungen nähererläutert.
    [0009] 1 stellt ein Polarisationssteuersystem zumAufrechterhalten jeglicher polarisierter Zustände zweier orthogonal polarisierterLichtstrahlen bei einem Ausführungsbeispielder Erfindung dar.
    [0010] 2 und 3 sind Flußdiagramme von Verfahren zumBetreiben des Polarisationssteuersystems aus 1 bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    [0011] 4 stellt ein Polarisationssteuersystem zumAufrechterhalten der Polarisationszustände zweier orthogonaler linearpolarisierter Lichtstrahlen bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindungdar.
    [0012] 5 stellt einen Polarisationszustandsmodulatorin dem Polarisationssteuersystem aus 4 dar.
    [0013] 6A bis 6D stellen Polarisationssteuersystemezum Aufrechterhalten der Polarisationszustände zweier orthogonaler linearpolarisierter Lichtstrahlen bei Ausführungsbeispielen der Erfindung dar.
    [0014] 7 stellt eine nicht-entfernteKonfiguration eines Polarisationssteuersystems bei einem Ausführungsbeispielder Erfindung dar.
    [0015] 8 stellt ein Polarisationssteuersystem dar,das ein Zittern (Dithering) verwendet, um jegliche polarisierteZuständezweier orthogonaler Lichtstrahlen bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindungaufrechtzuerhalten.
    [0016] Voreiner detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindungwerden im folgenden einige Schlüsselbegriffedefiniert. Ein Verzögerer (odereine Wellenplatte) ist ein optisches Bauelement, das eine Lichtwellein zwei orthogonale Polarisationskomponenten auflöst und einePhasenverschiebung (definiert als Retardierung) zwischen denselbenerzeugt. Die sich ergebende Lichtwelle ist allgemein von einer unterschiedlichenPolarisationsform. Alle Winkelausrichtungen von Verzögerern in diesemDokument beziehen sich auf eine Ausrichtung der langsamen Achserelativ zu der horizontalen Achse (x-Achse). Ein veränderlicherVerzögererist ein Verzögerer,dessen Retardierung durch ein externes Mittel, z. B. durch das Anlegeneiner Spannung, geändertwerden kann.
    [0017] EinPolarisationszustandmodulator (PSM) ist ein Bauelement, das denEingangspolarisationszustand in einen Ausgangspolarisationszustandumwandelt. Der Ausgangspolarisationszustand wird durch ein odermehrere externe Eingangssignale, die an den PSM angelegt sind, z.B. eine Spannung, gesteuert. Der Aungangspolarisationszustand unterscheidetsich allgemein von dem Eingangspolarisationszustand. Zum Beispielkann der PSM aus mehreren veränderlichenVerzögerernzusammengesetzt sein.
    [0018] 1 stellt ein Polarisationssteuersystem 10 beieinem Ausführungsbeispielder Erfindung dar. Das System 10 ist in einer entferntenOperationskonfiguration implementiert, bei der der Polarisationszustandmodulatoreiner Faser vorgeschaltet ist, die ein Interferometriesystem zumMessen einer Versetzung speist.
    [0019] EineLichtquelle 12 erzeugt (1) einen Lichtstrahl E1mit einem Polarisationszustand P1 und einer Frequenz ω1 und (2)einen Lichtstrahl E2 mit einem Polarisationszustand P2 und einerFrequenz ω2.Bei einem Ausführungsbeispielumfaßtdie Lichtquelle 12 einen Helium-Neon-(HeNe)-Laser und elektrooptischeKomponenten, die erforderlich sind, um die ge wünschten Polarisationen undFrequenzen zu erzeugen. Zum Beispiel ist die Lichtquelle 12 ein vonAgilent Technologies hergestellter Laser 5517D. Ein spannungsgesteuerterPolarisationszustandsmodulator (PSM) 14 empfängt dieLichtstrahlen E1 und E2 und stellt ihre Polarisationszustände aufP1' bzw. P2' ein, bevor er dieselbenin eine Faser 16 einkoppelt. Der spannungsgesteuerte PSM 14 istbetreibbar, um einen beliebigen Eingangspolarisationszustand zueinem beliebigen gewünschtenAusgangspolarisationszustand zu ändern.Bei einem Ausführungsbeispielumfaßtder spannungsgesteuerte PSM 14 einen spannungsgesteuertenveränderlichenVerzögerer 18,der bei 0° ausgerichtetist, einen spannungsgesteuerten veränderlichen Verzögerer 20,der bei 45° ausgerichtetist und einen spannungsgesteuerten veränderlichen Verzögerer 22,der bei 0° ausgerichtetist. Die Verzögerer 18, 20 und 22 werdendurch die Spannungen V1, V2 und V3 gesteuert, um die Retardierungen Γ1, Γ2 bzw. Γ3 zu erzeugen.
    [0020] DieFaser 16 trägtdie Lichtstrahlen E1 und E2 stromabwärts zu einer Messungsstelleweiter. Bei einem Ausführungsbeispielist die Faser 16 eine polarisationserhaltende (PM) Faser.Experimente zeigen, daß dieFaser 16 aufgrund einer Temperaturabweichung, mechanischenVerformung der Faser und mechanischen Vibration die Polarisationszustände derLichtstrahlen E1 und E2 zu P1'' bzw. P2'' ändert. Dennocherzeugt die Faser 16 eine vernachlässigbare Änderung bezüglich der orthogonalen Beziehung zwischenden Polarisationszuständender Lichtstrahlen E1 und E2.
    [0021] Ander Messungsstelle teilt ein Strahlteiler 24 die LichtstrahlenE1 und E2 in zwei Wege. Ein Ausgangsweg 26 trägt die LichtstrahlenE1 und E2 zu dem entfernungsmessenden Interferometriesystem (imfolgenden „DMI") weiter. Ein Überwachungsweg 28 trägt die LichtstrahlenE1 und E2 zu Komponenten weiter, die die im folgenden beschriebenenPolarisationszuständevon E1 und E2 überwachenund aufrechterhalten. Einige oder alle dieser Komponenten können entwederan der Messungsstelle oder weg von der Messungsstelle positioniertsein. Zum Beispiel könnendie Lichtaustrittskomponenten 38, 52 und 62 jeweilsmit einer Multimode-Faser zusammen mit einer fokussierenden Linsegekoppelt sein, die zu den Detektorkomponenten weg von der Messungsstelleführt.
    [0022] EinStrahlteiler 30 empfängtdie Lichtstrahlen E1 und E2 von dem Weg 28 und teilt siein zwei Wege. Ein Weg 32 trägt die Lichtstrahlen E1 undE2 zu einem ersten Detektorweg 34 und ein Weg 36 trägt die LichtstrahlenE1 und E2 zu anderen Detektorwegen weiter. Der erste Detektorweg 34 umfaßt einen Polarisator 38,der es ermöglicht,daß dieKomponenten der Lichtstrahlen E1 und E2 bei einem ausgewählten PolarisationszustandP3 einen Lichtdetektor 40 erreichen. Es kann eine fokussierendeLinse zwischen den Polarisator 38 und den Lichtdetektor 40 eingefügt sein,um das Licht zu fokussieren. Ansprechend auf die empfangene Lichtintensität überträgt der Lichtdetektor 40 einSchwebungssignal B1 bei einer Schwebungstonfrequenz von (ω1 – ω2) zu einem Amplitudenerfassungsbauelement 42.Das Schwebungssignal B1 stellt die erfaßte optische Leistung dar.Es kann ein Verstärkerzwischen den Lichtdetektor 40 und das Amplitudenerfassungsbauelement 42 eingefügt sein,um das Schwebungssignal B1 zu verstärken. Vor dem Polarisator 38 kannder erste Detektorweg 34 optional eine oder mehrere Wellenplatten 37 umfassen.Die Wellenplatten 37 und der Polarisator 38 sindgemäß der gewünschtenAusrichtung der Ausgangspolarisationszustände der Lichtstrahlen E1 undE2 ausgewählt.
    [0023] EinStrahlteiler 44 empfängtdie Lichtstrahlen E1 und E2 von dem Weg 36 und teilt siein zwei Wege. Ein Weg 46 trägt die Lichtstrahlen E1 undE2 zu einem zweiten Detektorweg 48 und ein Weg 50 trägt die LichtstrahlenE1 und E2 zu einem anderen Detektorweg weiter. Der zweite Detektorweg 48 umfaßt einenPolarisator 52, der es ermöglicht, daß die Komponenten der LichtstrahlenE1 und E2 bei einem ausgewähltenPolarisationszustand P4 einen Lichtdetektor 54 erreichen.Es kann eine fokussierende Linse zwischen den Polarisator 52 undden Lichtdetektor 54 eingefügt sein. Ansprechend auf dieempfangene Lichtintensität überträgt der Lichtdetektor 54 ein SchwebungssignalB2 zu einem Phasendetektor 56. Es kann ein Verstärker zwischenden Lichtdetektor 54 und Phasendetektor 56 eingefügt sein.Vor dem Polarisator 52 umfaßt der zweite Detektorweg 48 optionaleine oder mehrere Wellenplatten 51. Die Wellenplatten 51 undder Polarisator 52 sind ausgewählt, um in Abhängigkeitvon der gewünschtenAusrichtung der Ausgangspolarisationszustände der Lichtstrahlen E1 undE2 ein großesSchwebungssignal B2 zu erzeugen.
    [0024] DerWeg 50 trägtdie Lichtstrahlen E1 und E2 zu einem dritten Detektorweg 58 weiter.Der dritte Detektorweg 58 umfaßt einen Polarisator 62,der es ermöglicht,daß dieKomponenten der Lichtstrahlen E1 und E2 bei einem ausgewählten PolarisationszustandP5 einen Lichtdetektor 64 erreichen. Es kann eine fokussierendeLinse zwischen den Polarisator 62 und den Lichtdetektor 64 eingefügt sein.Ansprechend auf die empfangene Lichtintensität überträgt der Lichtdetektor 64 einSchwebungssignal B3 zu dem Phasendetektor 56. Es kann einVerstärkerzwischen den Lichtdetektor 64 und den Phasendetektor 56 eingefügt sein.Vor dem Polarisator 62 umfaßt der dritte Detektorweg 58 optionaleine oder mehrere Wellenplatten 60. Die Wellenplatten 60 undder Polarisator 62 sind ausgewählt, um ein SchwebungssignalB3 zu erzeugen, das fürjede der beiden möglichenLösungenvon E1 und E2 eine unterschiedliche Phasenbeziehung mit dem SchwebungssignalB2 aufweist, die einer minimalen Amplitude entspricht, die durchdas Amplitudenerfassungsbauelement 42 in dem ersten Detektorweg 34 erfaßt wurde.Bei einem Ausführungsbeispielist die Phasenbeziehung 90° außer Phase(d. h. die Schwebungssignale B2 und B3 sind in Quadratur).
    [0025] DerPhasendetektor 56 bestimmt einen Phasenunterschied ΔΨ zwischenden Schwebungssignalen B2 und B3. Das Amplituden erfassungsbauelement 42 bestimmteine Amplitude B1' desSchwebungssignals B1 bei der Schwebungstonfrequenz (d. h. ω1 – ω2). EineSteuerung 43 verwendet die Amplitude B1' und den Phasenunterschied ΔΨ, um Steuerspannungenzu erzeugen, die an den PSM 14 angelegt werden, um diegewünschtenPolarisationszuständeder Lichtstrahlen E1 und E2 zu erreichen, während dieselben aus der Faser 16 austreten.Es könnenVerstärkerzwischen die Steuerung 43 und den PSM 14 eingefügt sein,um die Steuersignale zu verstärken.Die Steuerung 43 kann unter Verwendung von analogen oderdigitalen Komponenten implementiert sein.
    [0026] Spezifischbetrachtet, stellt die Steuerung 43 den PSM 14 ein,bis die Schwebungstonamplitude B1' eines von zwei lokalen Minima erreicht.Würden alleorthogonalen Polarisationszuständevon E1 und E2 auf das System angewendet, so würde sich herausstellen, daß die TonamplitudeB1' zwei lokaleMinima aufweist, da die Schwebungstonfunktion zwei degenerierteLösungenaufweist, die zwei möglichen Ausrichtungenvon E1 und E2 entsprechen. Die Steuerung 43 verwendet denPhasenunterschied ΔΨ, um diePolarisationszuständevon E1 und E2 eindeutig zu bestimmen, da der Phasenunterschied ΔΨ an den beidenMinima unterschiedliche Werte aufweist, die den beiden Ausrichtungenvon E1 und E2 entsprechen. Die exakte Entsprechung zwischen denWerten des Phasenunterschieds ΔΨ und denAusrichtungen von E1 und E2 kann auf herkömmliche Weise anhand der Jones-Rechenmethodeabgeleitet werden.
    [0027] 2 stellt ein Verfahren 100 zumVerwenden des Systems 10 zum Verriegeln in eine gewünschte Polarisationsausrichtungbei einem Ausführungsbeispieldar. Bei einem Schritt 104 führt die Steuerung 43 eineglobale Suche nach einer Anfangslösung der Retardierungen Γ1, Γ2 und Γ3 durch, dieein lokales Minimum mit der korrekten Polarisationsausrichtung liefernwürde.Die Werte von Γ1, Γ2 und Γ3 in derAnfangslösungwerden als Anfangsretardierungswerte verwen det. Ein Ausführungsbeispieldes Schritts 104 wird später unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
    [0028] Beiden Schritten 106 bis 114 stellt die Steuerung 43 dieRetardierung Γ1eines Verzögerers 18 ein,um den Minimalwert der Schwebungstonamplitude B1' zu finden, der mit der Retardierung Γ1 erreicht werdenkann. Spezifisch betrachtet wähltdie Steuerungsvorrichtung 43 bei Schritt 106 denVerzögerer 18 aus.Bei Schritt 108 erhöhtdie Steuerung 43 durch Einstellen der Spannung V1 die RetardierungP1 inkrementweise. Bei Schritt 110 bestimmt die Steuerung 43,ob die Schwebungstonamplitude B1' gesunkenist. Wenn dies der Fall ist, folgt auf Schritt 110 der Schritt 108.Ansonsten folgt auf Schritt 110 der Schritt 112.
    [0029] BeiSchritt 112 verringert die Steuerung 43 durchEinstellen der Spannung V1 die Retardierung Γ1 inkrementweise. Bei Schritt 114 bestimmtdie Steuerung 43, ob die Schwebungstonamplitude B1' gesunken ist. Wenndies der Fall ist, folgt auf Schritt 114 der Schritt 112.Ansonsten folgt auf Schritt 114 der Schritt 116.
    [0030] Beiden Schritten 116 bis 124 stellt die Steuerung 43 dieRetardierung Γ2eines Verzögerers 20 ein,um den Minimalwert der Schwebungstonamplitude B1' zu finden, der mit der Retardierung Γ2 erreicht werdenkann. Auf Schritt 124 folgt Schritt 126, sobald derMinimalwert der Schwebungstonamplitude B1' erreicht wurde. Bei den Schritten 126 bis 134 stellt dieSteuerung 43 die Retardierung Γ3 eines Verzögerers 22 ein, umden Minimalwert der Schwebungstonamplitude B1' zu finden, der mit der Retardierung Γ3 erreichtwerden kann. Auf Schritt 134 folgt Schritt 136,sobald der Minimalwert der Schwebungstonamplitude B1' erreicht wurde.
    [0031] BeiSchritt 136 zeichnet die Steuerung 43 den Wertder Schwebungstonamplitude B1' für die aktuelleIteration auf. Bei Schritt 138 bestimmt die Steuerung 43 denPhasenunterschied ΔΨ zwischen denSchwebungssignalen B2 und B3. Bei Schritt 140 bestimmtdie Steuerung 43, ob der Wert des Phasenunterschieds ΔΨ den gewünschtenAusgangspolarisationszuständenvon E1 und E2 entspricht. Der Phasenunterschied ΔΨ entspricht unter Umständen nichtden gewünschtenAusgangspolarisationszuständen,wenn eine starke und plötzliche Änderung desZustands der Faser 16 auftritt, die eine starke und plötzliche Änderungder Polarisationszustände vonE1 und E2 bewirkt, was unter Umständen bewirkt, daß die Steuerschleifebzw. Regelschleife vorübergehenddie Verriegelung verliert, wodurch das System danach unter Umständen nichtauf die gleiche Anfangslösungverriegelt ist. Wenn dies der Fall ist, dann folgt auf Schritt 140 derSchritt 104, bei dem das Verfahren 100 wiederholtwird, um nach einer anderen Anfangslösung der Retardierungen Γ1, Γ2 und Γ3 zu suchen.Wenn der Phasenunterschied ΔΨ den gewünschtenAusgangspolarisationszuständenvon E1 und E2 entspricht, dann folgt auf Schritt 140 der Schritt 142.
    [0032] BeiSchritt 142 bestimmt die Steuerung 43, ob dieaktuelle Schwebungstonamplitude B1' die gleiche ist wie die SchwebungstonamplitudeB1', die aus dervorangegangenen Iteration aufgezeichnet wurde. Wenn dies der Fallist, dann folgt auf Schritt 142 der Schritt 136 unddas Verfahren 100 durchläuft die Schleife, bis die SchwebungstonamplitudeB1' ihren Wert ändert. Wenndie aktuelle Schwebungstonamplitude B1' nicht die gleiche ist wie die SchwebungstonamplitudeB1', die aus dervorangegangenen Iteration aufgezeichnet wurde, dann folgt auf Schritt 142 derSchritt 106 und das Verfahren 100 wird wiederholt,um nach einer anderen minimalen Schwebungstonamplitude B1' zu suchen.
    [0033] 3 stellt ein Ausführungsbeispieldes Schritts 104 dar, bei dem die Steuerung 43 einige oderalle Polarisationszuständevon E1 und E2 nach einer Anfangslösung der Retardierungen Γ1, Γ2 und Γ3 durchsucht,die die gewünschteAusrichtung der Polarisationszustände von E1 und E2 erzeugt.Bei Schritt 174 initialisiert die Steuerung 43 dieRetardierungen Γ1, Γ2 und Γ3 auf 0.Es werden hier Minimalwerte einer Nullretardierung angenommen, doch kanndie Suche von einem beliebigen Minimalwert der Retardierungen Γ1, Γ2 und Γ3, die durchdie Verzögerererreichbar sind oder gesucht werden sollen, starten. Bei Schritt 176 zeichnetdie Steuerung 43 den Phasenunterschied ΔΨ zwischen den SchwebungssignalenB2 und B3 auf, die mit den aktuellen Werten der Retardierungen Γ1, Γ2 und Γ3 erzeugt wurden.Bei Schritt 178 bestimmt die Steuerung 43, obdie Retardierung Γ3ihren maximalen Wert überschreitet.Der maximale Wert kann die maximale Retardierung sein, die ein Verzögerer erreichenkann oder gesucht werden soll. Wenn die Retardierung Γ3 ihren maximalenWert überschreitet,dann folgt auf Schritt 178 der Schritt 182. Wenndie Retardierung Γ3 ihrenmaximalen Wert nicht überschrittenhat, dann folgt auf Schritt 178 der Schritt 180.Bei Schritt 180 erhöhtdie Steuerung 43 durch Einstellen der Spannung V3 die Retardierung Γ3 inkrementweise.Auf Schritt 180 folgt Schritt 176 und die obigenSchritte durchlaufen eine Schleife, bis die Retardierung Γ3 ihren maximalenWert überschreitet.
    [0034] BeiSchritt 182 initialisiert die Steuerung 43 Γ3 erneutauf 0. Bei Schritt 184 erhöht die Steuerung 43 durchEinstellen der Spannung V2 die Retardierung Γ2 inkrementweise. Bei Schritt 186 bestimmtdie Steuerung 43, ob die Retardierung Γ2 ihren maximalen Wert überschreitet.Wenn dies der Fall ist, dann folgt auf Schritt 186 derSchritt 188. Wenn die Retardierung Γ2 ihren maximalen Wert nicht überschritten hat,dann folgt auf Schritt 186 der Schritt 176 unddie obigen Schritte durchlaufen eine Schleife, bis beide Retardierungen Γ3 und Γ2 ihre maximalenWerten überschreiten.
    [0035] BeiSchritt 188 initialisiert die Steuerung 43 P2erneut auf 0. Bei Schritt 190 erhöht die Steuerung 43 durchEinstellen der Spannung V1 die Retardierung Γ1 inkrementweise. Bei Schritt 192 bestimmtdie Steuerung 43, ob die Retardierung Γ1 ihren maximalen Wert überschreitet.Wenn dies der Fall ist, dann folgt auf Schritt 192 derSchritt 194. Wenn die Retardierung Γ1 ihren maximalen Wert nicht überschrit ten hat,dann folgt auf Schritt 192 der Schritt 176 unddie obigen Schritte durchlaufen eine Schleife, bis die Retardierungen Γ3, Γ2 und Γ1 ihre maximalenWerte überschreiten.Bei Schritt 194 wähltdie Steuerung 43 die Werte der Retardierungen Γ3, Γ2 und Γ1, die einengewünschtenPhasenunterschied ΔΨ0 erzeugten, der den gewünschten Ausgangspolarisationszuständen vonE1 und E2 entspricht, als Anfangslösung für das Verfahren 100 aus.
    [0036] 4 stellt eine Implementierungdes Systems 10 aus 1,im folgenden System 10A, dar, die auf eine spezifischeAusrichtung der Polarisationszustände bei einem Ausführungsbeispielder Erfindung anwendbar ist. Bei dem System 10A erzeugt dieLichtquelle 12 einen vertikal linear polarisierten (VLP)E1 und einen horizontal linear polarisierten (HLP) E2. Bei dem System 10A istes erwünscht,die Polarisationszuständevon E1 und E2 an dem Ausgang der Faser 16 aufrechtzuerhalten.Somit ist der Polarisator 38 bei 90° ausgerichtet, der Polarisator 52 bei45° ausgerichtet,die Wellenplatte 60 ausgewählt, eine bei 45° ausgerichteteViertelwellenplatte zu sein, und der Polarisator 62 bei90° ausgerichtet.
    [0037] 5 stellt ein Ausführungsbeispieleines PSM 14A dar, der verwendet wird, um die Polarisationszustände vonE1 und E2 in dem System 10A (4)einzustellen. Der PSM 14A ist ein drehbarer veränderlicherVerzögerer,der aus einem elektrooptischen Kristall, wie z. B. Lithiumniobatkristall (LiNbO3) hergestellt ist, wobei die Lichtausbreitungin der z-Richtung erfolgt und Spannungen in der x- und y-Richtungangelegt sind. Die Polarisationsachsen und -retardierung des LiNbO3 werden durch Ändern der Spannungen Vx und Vy gesteuert,so daß einbeliebiger Eingangspolarisationszustand in einen beliebigen Ausgangspolarisationszustandumgewandelt werden kann, wenn sowohl Vx alsauch Vy übereinen Bereich [–Vπ,Vπ]wirksam sind, wobei die Halbwellenspannung Vπ = λd/(2n 3 / 0r22L), λ dieWellenlängedes Lichtstrahls, d die Breite und Höhe des LiNbO3,n0 der gewöhnli che Index des LiNbO3 und r22 der elektrooptischeKoeffizient des LiNbO3 ist.
    [0038] Beieinem Ausführungsbeispielkann das System 10A ein dem Verfahren 100 (2 und 3) ähnlichesVerfahren verwenden, um die gewünschtenPolarisationszuständevon E1 und E2 aufrechtzuerhalten. Die Steuerung 43 führt zunächst eineglobale Suche durch, um Anfangswerte der Spannungen Vx undVy zu finden, die einen gewünschtenPhasenunterschied ΔΨ0 erzeugen. Die Steuerung 43 führt dannfortlaufend eine Minimumsuche durch, um auf das Minimum zu verriegeln,das dem gewünschten Phasenunterschied ΔΨ0 entspricht.
    [0039] Wennbei den oben beschriebenen Systemen eine PM-Faser verwendet wird,machen E1 und E2 in der Regel eine kleine Polarisationsänderung(z. B. weniger als 20 % Leistungsveränderung durch den Polarisator)durch. Es besteht somit unter Umständen kein Bedarf nach einemPSM, der alle möglichen Eingangspolarisationszustände erzeugenkann, um die gewünschtenAusgangspolarisationszuständezu finden und auf dieselben zu verriegeln. In der Tat kann ein geeigneterEntwurf den Polarisationszustandsbereich, der durchsucht werdenmuß, reduzieren,wodurch die Beseitigung einiger veränderlicher Verzögerer undmöglicherweiseder Quadraturerfassung ermöglichtwird. Zum Beispiel müssenunter Umständennur Polarisationszuständegesucht werden, die die Hälfteder Poincare-Kugel (eine mathematische Konstruktion, die alle Polarisationszustände beschreibt)bedecken.
    [0040] 6A stellt eine Implementierungdes Systems 10 aus 1,im folgenden System 10B, dar, die auf kleine Änderungender Polarisationszustände beieinem Ausführungsbeispielder Erfindung anwendbar ist. Bei dem System 10B erzeugtdie Lichtquelle 12 einen VLP E1 und einen HLP E2. Bei dem System 10B istes erwünscht,die Polarisationszuständevon E1 und E2 an dem Ausgang der Faser 16 aufrechtzuerhalten.
    [0041] Eswerden ein Verzögerer 252 undein PSM 14B verwendet, um einen Teilsatz der möglichenPolarisationszuständevon E1 und E2 zu erzeugen. Der Verzögerer 252 ist einebei 22,5° ausgerichteteHalbwellenplatte. Der PSM 14B umfaßt (1) einen veränderlichenVerzögerer 254,der bei 0° ausgerichtetist und eine veränderlicheRetardierung aufweist, die zwischen 0 und λ/2 liegt, und umfaßt (2)einen veränderlichenVerzögerer 256,der bei 45° ausgerichtetist und eine veränderlicheRetardierung aufweist, die zwischen 0 und λ/2 liegt. Der Verzögerer 252 undder PSM 14B ermöglichenes, daß ungefähr die Hälfte derPoincare-Kugel durchsucht wird, so daß das System 10B nurauf eines der beiden Minima der Schwebungstonamplitude B1' verriegelt, da dieandere Lösungdurch den Entwurf ausgeschlossen ist. Des weiteren ermöglichenes der Verzögerer 252 undder PSM 14B, daß Polarisationszustände, dieansonsten einen oder mehrere zusätzlicheveränderlicheVerzögerererfordern würden,um eine endlose (d. h. rücksetzungsfreie)Polarisationssteuerung zu liefern, fortlaufend ohne Unterbrechungeninnerhalb der interessierenden Region (z. B. die Hälfte derPoincare-Kugel) abgetastet werden.
    [0042] DasSystem 10B umfaßtnur einen Detektorweg, d. h. den ersten Detektorweg 34,der ein Schwebungssignal B1 erzeugt. Die Steuerung 43 verwendetnur das Schwebungssignal B1, um auf das einzige Minimum innerhalbder Eingangspolarisationszustände,die durch den PSM 14B erzeugt werden können, zu verriegeln. Es wirdkeine globale Suche nach einer Anfangslösung benötigt, da innerhalb der Eingangspolarisationszustände, diedurch die Verzögerungsplatte 252 undden PSM 14B erzeugt werden können, nur ein Minimum zugreifbarist.
    [0043] 6B stellt ein System 10C dar,das bei einem Ausführungsbeispielder Erfindung dem System 10B bis auf einen unterschiedlichenVerzögererund einen unterschiedlichen PSM ähnlichist. Das System 10C umfaßt eine Viertelwellenplatte 262,die bei –45° ausgerichtetist, und einen PSM 14A (5).Wie oben beschrieben, ist der PSM 14A ein drehbarer veränderlicherVerzögerer,der durch die Spannungen Vx und Vy gesteuert wird, wobei die Spannung Vx übereinen Bereich [0, Vπ] wirksam ist und dieSpannung Vy über einen Bereich [–Vπ,Vπ]wirksam ist. Der Verzögerer 262 undder PSM 14A ermöglichenes, daß ungefähr die Hälfte derPoincare-Kugel fortlaufend durchsucht wird, ohne Unterbrechungenin den Polarisationszuständen,die ansonsten einen oder mehrere zusätzliche drehbare, veränderlicheVerzögerererfordern würden,um eine endlose Polarisationssteuerung bereitzustellen.
    [0044] Zwarentsprechen die gewünschtenPolarisationszuständefür eineheterodyne Interferometrie in der Regel einem VLP E1 und HLP E2,doch ist es möglich,ein System zu entwerfen, das den E1 und E2 auf Polarisationszustände verriegelt,die nicht VLP und HLP sind, wobei aber immer noch VLP- und HLP-Zustände erhaltenwerden, bevor E1 und E2 in das Interferometer eintreten. 6C stellt ein derartigesSystem 10D bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindungdar. Das System 10D ist bis auf unten beschriebene Modifizierungenden Systemen 10B und 10C ähnlich. Die Eingangspolarisationszustände sindein VLP E1 und ein HLP E2. Der Verzögerer 252 (6A) und der Verzögerer 262 (6B) werden in dem System 10D nichtverwendet. Der PSM 14D umfaßt (1) einen veränderlichenVerzögerer 254D,der bei 45° ausgerichtetist und übereinen Retardierungsbereich von 0 bis λ/2 wirksam ist, und (2)einen veränderlichenVerzögerer 256D,der bei 0° ausgerichtetist und übereinen Retardierungsbereich von λ/2bis 3 λ/2wirksam ist. Eine bei 45° ausgerichtete Viertelwellenplatte 600 istin dem Detektorweg 34 vor dem Polarisator 38 enthalten,so daß dieminimale Schwebungsamplitude einem links-zirkular-Polarisations(LCP)-ZustandE1 und einem rechts-zirkular-Polarisations(RCP)-Zustand E2 entspricht.Eine zweite bei 45° ausgerichteteViertelwellenplatte 602 ist in dem Weg 26 enthalten,um den LCP-E1 und RCP-E2 in einen VLP E1 und einen HLP E2 umzuwandeln,bevor dieselben in das Interferometer eintreten.
    [0045] 6D stellt ein System 10E,das die Merkmale des Systems 10B und des Systems 10D kombiniert,bei einem Ausführungsbeispielder Erfindung dar. Bei dem System 10E erzeugt die Lichtquelle 12 einenE1 und einen E2, wobei die Polarisationszustände von der Anwendung abhängen. DieRetardierung und Ausrichtung des Verzögerers 252E hängen vonden Eingangspolarisationszuständenund den gewünschtenAusgangspolarisationszuständenvon E1 und E2 ab. Ähnlichwie bei dem System 10B werden ein Verzögerer 252E und einPSM 14E verwendet, um einen Teilsatz der möglichenPolarisationszuständevon E1 und E2 zu erzeugen. Ähnlichwie bei dem System 10D ist ein Verzögerer 600E in demDetektorweg 34 vor dem Polarisator 38 enthalten,so daß dieminimale Schwebungsamplitude den gewünschten Polarisationszuständen vonE1 und E2 entspricht. Ein Verzögerer 602E istin dem Weg 26 enthalten, um E1 und E2 in die gewünschtenPolarisationszuständeumzuwandeln, bevor dieselben in das Interferometer eintreten. Auchhier hängendie Retardierung und die Ausrichtung des Verzögerers 602E von dengewünschtenPolarisationszuständen vonE1 und E2 ab.
    [0046] Dieoben beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele des Polarisationssteuersystemswurden alle in einer entfernten Operationskonfiguration gezeigt,bei der der PSM der Faser und der Messungsstelle vorgeschaltet ist. 7 stellt ein Ausführungsbeispieleines nicht-entfernten Polarisationssteuersystems 300 dar,bei dem ein PSM 314 einer Faser 316 an der Messungsstellenachgeschaltet ist. Wie ersichtlich, koppelt eine Lichtquelle 312 zwei Lichtstrahlenmit orthogonalen Polarisationszuständen und unterschiedlichenFrequenzen in die Faser 316 ein. Die Faser 316 trägt danndie beiden Lichtstrahlen zu dem PSM 314 weiter. Der PSM 314 stellt diePolarisationszuständeder beiden Lichtstrahlen ein, bevor er dieselben zu einem Ausgangswegund einem Überwachungswegsendet. Der PSM 314 kann wie oben in den 1, 4, 5, 6A und 6B beschriebenimplementiert sein. Der Ausgangsweg führt zu einem Interferometriesystemzum Messen einer Versetzung. Der Überwachungsweg führt zu einemErfassungs- und Steuerblock 334, der die Rückkopplungssteuerungzu dem PSM 314 erzeugt, um die gewünschten Ausgangspolarisationszustände derbeiden Lichtstrahlen aufrechtzuerhalten. Der Block 334 kannwie in den 1, 4, 6A und 6B beschriebenimplementiert sein.
    [0047] 8 stellt eine Implementierungdes Systems 10 aus 1,im folgenden System 10D, dar, die unter Verwendung einesZitterns auf die gewünschteSchwebungstonamplitude B1' verriegelt. DieTechnik des Zitterns erzeugt kleine Modulationsterme bezüglich jedesSteuersignals, um die Erfassung der Ableitung des erfaßten Signals(einschließlichVorzeichen) zu unterstützen.Diese Technik filtert auch durch das Amplitudenerfassungsbauelement 42 erfaßte Änderungender Amplitude aufgrund anderer Faktoren, wie z. B. mechanischerVibration und Temperaturabweichungen, heraus. Das System 10D istdem System 10 bis auf die Hinzufügung der Signalgeneratoren 402, 404 und 406 und derAddierer 408, 410 und 412 ähnlich.Die Signalgeneratoren 402, 404 und 406 erzeugendie kleinen orthogonalen Modulationssignale s1, s2, s3 (die bei denFrequenzen f1, f2 und f3 sinusförmigsein könnten).Die Steuerung 43 erfaßtdie Signale s1, s2 und s3 und erzeugt unter Verwendung von Korrelationstechnikendie drei Signale 414, 416 und 418, die zuentsprechenden Steuerzittersignalen s1, s2 und s3 addiert werden,um die Steuersignale V1, V2 und V3 zu den veränderlichen Verzögerern 18, 20 bzw. 22 zuerzeugen.
    [0048] Verschiedeneandere Anpassungen und Kombinationen von Merkmalen der offenbartenAusführungsbeispieleliegen innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung. Es sei auch daraufhingewiesen, daß diegewünschtenAusgangspolarisationszuständenicht die gleichen wie die aus der Lichtquelle hervorgehenden Eingangspolarisationszustände seinmüssen.Zum Beispiel kann ein Ausführungsbeispieldes Systems 10B aus 6A für Eingangspolarisationszustände verwendetwerden, die einem links zirkular polarisierten E1 und einem rechtszirkular polarisierten E2 aus dem Laser entsprechen, und zum ErzeugengewünschterAusgangspolarisationszustände,die einem VLP E1 und einem HLP E2 entsprechen. Bei einem derartigenAusführungsbeispiel wäre der Verzögerer 252 einebei 90° orientierteViertelwellenplatte. In ähnlicherWeise kann ein Ausführungsbeispieldes Systems 10C aus 6B für Eingangspolarisationszustände verwendetwerden, die einem links zirkular polarisierten E1 und einem rechts zirkularpolarisierten E2 aus dem Laser entsprechen, und zum Erzeugen gewünschterAusgangspolarisationszustände,die einem VLP E1 und einem HLP E2 entsprechen. Bei einem derartigenAusführungsbeispielwürde derVerzögerer 262 nichtbenötigt.
    [0049] Zwarwurden oben verschiedene Ausführungsbeispieledes PSM beschrieben, doch können zusätzlicheAusführungsbeispieledes PSM verwendet werden. Ein Ausführungsbeispiel des PSM umfaßt zweioder mehr Faserquetschvorrichtungen, deren Doppelbrechungseigenschaftendurch die Ausübungmechanischer Belastungen variiert werden. Mechanische Belastungenwerden ansprechend auf die Steuersignale von der Steuerung 43 aufdie Faserquetschvorrichtungen ausgeübt. Ein weiteres Ausführungsbeispieleines PSM umfaßtzwei oder mehr Flüssigkristallzellen,deren Retardierungen und/oder Polarisationsachsen ansprechend aufdie Steuersignale von der Steuerung 43 variiert werden. Nochein weiteres Ausführungsbeispieleines PSM umfaßtzwei oder mehr mechanisch drehbare Wellenplatten mit einer festenRetardierung. Die Wellenplatten werden ansprechend auf die Steuersignale vonder Steuerung 43 gedreht. Noch ein weiteres Ausführungsbeispieldes PSM umfaßtzwei oder mehr photoelastische Modulatoren, deren lineare Doppelbrechungendurch die Ausübungmechanischer Belastungen induziert werden. Mechanische Belastungenwerden ansprechend auf die Steuersignale von der Steuerung 43 aufdiese photoelastischen Modulatoren ausgeübt. Die folgenden Ansprüche umfassenzahlreiche Ausführungsbeispiele.
    权利要求:
    Claims (30)
    [1] Polarisationssteuersystem für eine heterodyne Interferometrie,das folgende Merkmale aufweist: eine Lichtquelle (12),die einen ersten Lichtstrahl (E1) mit einem ersten Polarisationszustandund einer ersten Frequenz und einen zweiten Lichtstrahl (E2) mit einemzweiten Polarisationszustand und einer zweiten Frequenz erzeugt; einenPolarisationszustandsmodulator (PSM, 14; 14A; 14B; 14D; 14E),der den ersten und den zweiten Lichtstrahl von der Lichtquelle (12)empfängt,wobei der PSM zumindest zwei Polarisationssteuergrade aufweist,wobei der PSM den ersten und den zweiten Polarisationszustand ändert; einenersten Detektorweg (34), der den ersten (E1) und den zweiten(E2) Lichtstrahl von dem PSM empfängt, wobei der erste Detektorweg(34) ansprechend auf den ersten (E1) und den zweiten (E2)Lichtstrahl ein erstes Schwebungssignal erzeugt; einen Amplitudendetektor(42), der das erste Schwebungssignal empfängt, wobeider Amplitudendetektor (42) ein Schwebungsamplitudensignalerzeugt; und eine Steuerung (43), die das Schwebungsamplitudensignalempfängt,wobei die Steuerung (43) eine Mehrzahl von Steuersignalenzum Steuern der zumindest zwei Polarisationssteuergrade ansprechend aufdas Schwebungsamplitudensignal erzeugt.
    [2] System gemäß Anspruch1, bei dem der PSM (14; 14A; 14B; 14D; 14E)aus der Gruppe ausgewähltist, die folgendes umfaßt: zumindesteine Flüssigkristallzelle,wobei zumindest entweder (1) eine Retardierung oder (2)Polarisationsachsen der Flüssigkristallzelleansprechend auf die Mehrzahl von Steuersignalen variiert bzw. variieren; zumindesteine Faserquetschvorrichtung, deren Doppelbrechungseigenschaftenansprechend auf mechanische Belastungen, die ansprechend auf die Mehrzahlvon Steuersignalen ausgeübtwerden, variieren; zumindest einen elektrooptischen Kristall,bei dem zumindest entweder (1) eine Retardierung oder (2) Polarisationsachsendes elektrooptischen Kristalls ansprechend auf die Mehrzahl vonSteuersignalen variiert bzw. variieren; zumindest eine mechanischdrehbare Wellenplatte (37; 51; 60) mitfesten Retardierungen, deren Polarisationsachsen ansprechend aufdie Mehrzahl von Steuersignalen gedreht werden; und zumindesteinen photoelastischen Modulator, dessen lineare Doppelbrechungseigenschaftendurch mechanische Belastungen induziert werden, die ansprechendauf die Mehrzahl von Steuersignalen ausgeübt werden.
    [3] System gemäß Anspruch1 oder 2, das ferner zumindest einen Verzögerer (18; 20; 22; 254; 256; 254D; 256D; 254E; 256E)zwischen der Lichtquelle (12) und dem PSM (14; 14A; 14B; 14D; 14E)aufweist, wobei der Verzögererden ersten und den zweiten Polarisationszustand ändert.
    [4] System gemäß Anspruch3, bei dem: der erste Lichtstrahl (E1) ein im wesentlichenvertikal linear polarisiertes Licht ist; der zweite Lichtstrahl(E2) ein im wesentlichen horizontal linear polarisiertes Licht ist; derVerzögerereine im wesentlichen bei 22,5° orientierteHalbwellenplatte ist; und der PSM folgende Merkmale aufweist: einenersten veränderlichenVerzögerer,der im wesentlichen bei 0° ausgerichtetist und eine veränderlicheRetardierung von ungefähr0 bis λ/2aufweist; und einen zweiten veränderlichen Verzögerer, derim wesentlichen bei 45° ausgerichtetist und eine veränderlicheRetardierung von ungefähr0 bis λ/2aufweist.
    [5] System gemäß Anspruch3, bei dem: der erste Lichtstrahl (E1) ein im wesentlichenlinks zirkular polarisiertes Licht ist; der zweite Lichtstrahl(E2) ein im wesentlichen rechts zirkular polarisiertes Licht ist; derVerzögerereine im wesentlichen bei 90° ausgerichteteViertelwellenplatte ist; und der PSM folgende Merkmale aufweist: einenersten veränderlichenVerzögerer,der im wesentlichen bei 0° ausgerichtetist und eine veränderlicheRetardierung von ungefähr0 bis λ/2aufweist; und einen zweiten veränderlichen Verzögerer, derim wesentlichen bei 45° ausgerichtetist und eine veränderlicheRetardierung von ungefähr0 bis λ/2aufweist.
    [6] System gemäß Anspruch3, bei dem: der erste Lichtstrahl (E1) ein im wesentlichenvertikal linear polarisiertes Licht ist; der zweite Lichtstrahl(E2) ein im wesentlichen horizontal linear polarisiertes Licht ist; derVerzögerereine im wesentlichen bei –45° ausgerichteteViertelwellenplatte ist; und der PSM einen drehbaren veränderlichenVerzögerer aufweist,der einen elektrooptischen Kristall aufweist, der eine erste Spannungin der x-Achse und eine zweite Spannung in der y-Achse empfängt, wobei sichdas Licht entlang der z-Achse ausbreitet.
    [7] System gemäß Anspruch3, bei dem: der erste Lichtstrahl (E1) ein im wesentlichenlinks zirkular polarisiertes Licht ist; der zweite Lichtstrahl(E2) ein im wesentlichen rechts zirkular polarisiertes Licht ist;und der PSM einen drehbaren veränderlichen Verzögerer aufweist,der einen elektrooptischen Kristall aufweist, der eine erste Spannungin der x-Achse und eine zweite Spannung in der y-Achse empfängt, wobei sichdas Licht entlang der z-Achse ausbreitet.
    [8] System gemäß einemder Ansprüche1 bis 7, bei dem der erste Detektorweg (34) folgende Merkmaleaufweist: einen Polarisator (38), der den ersten (E1)und den zweiten (E2) Lichtstrahl empfängt; und einen Lichtdetektor(40), der den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahlvon dem Polarisator (38) empfängt, wobei der Lichtdetektor(40) das erste Schwebungssignal ansprechend auf den ersten(E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl erzeugt.
    [9] System gemäß Anspruch8, das ferner zumindest einen Verzögerer vor dem Polarisator aufweist, wobeider zumindest eine Verzögererden ersten und den zweiten Polarisationszustand ändert.
    [10] System gemäß Anspruch8 oder 9, das ferner folgende Merkmale aufweist: einen Strahlteiler(24), der den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahlvon dem PSM in einen Ausgangsweg (26) und einen Überwachungsweg(28) teilt, wobei der erste Detektorweg (34) denersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl von dem Überwachungsweg(28) empfängt;und zumindest einen Verzögerernach dem Strahlteiler (24) in dem Ausgangsweg (26),wobei der zumindest eine Verzögererden ersten und den zweiten Polarisationszustand ändert.
    [11] Das Steuersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis10, das ferner folgende Merkmale aufweist: einen ersten Strahlteiler(24), der den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahlvon dem PSM in einen Ausgangsweg (26) und einen ersten Überwachungswegteilt; einen zweiten Strahlteiler (30), der den ersten(E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl von dem ersten Überwachungswegempfängt,wobei der zweite Strahlteiler (30) den ersten (E1) undden zweiten (E2) Lichtstrahl in einen zweiten Überwachungsweg und einen dritten Überwachungswegteilt, wobei der erste Detektorweg (34) den ersten (E1)und den zweiten (E1) Lichtstrahl von dem zweiten Überwachungsweg empfängt; einendritten Strahlteiler (44), der den ersten (E1) und denzweiten (E2) Lichtstrahl von dem dritten Überwachungsweg empfängt, wobeider dritte Strahlteiler (44) den ersten (E1) und den zweiten(E2) Lichtstrahl in einen vierten Überwachungsweg und einen fünften Überwachungswegteilt; einen zweiten Detektorweg (48), der den ersten(E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl von dem vierten Überwachungswegempfängt,wobei der zweite Detektorweg (48) ein zweites Schwebungssignalansprechend auf den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahlerzeugt; einen dritten Detektorweg (58), der den ersten(E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl von dem fünften Überwachungsweg empfängt, wobeider dritte Detektorweg (58) ein drittes Schwebungssignalansprechend auf den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahlerzeugt; einen Phasendetektor (56), der das zweiteund das dritte Schwebungssignal empfängt, wobei der Phasendetektor(56) ein Phasensignal ansprechend auf das zweite und dasdritte Schwebungssignal erzeugt; und wobei die Steuerung (43)das Phasensignal empfängtund ferner die Mehrzahl von Steuersignalen ansprechend auf das Phasensignalerzeugt.
    [12] System gemäß Anspruch11, bei dem: der erste Detektorweg (34) folgende Merkmaleaufweist: einen ersten Polarisator (38), der den ersten(E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl empfängt und einen dritten Lichtstrahl überträgt; einenersten Lichtdetektor (40), der den dritten Lichtstrahlvon dem ersten Polarisator (38) empfängt, wobei der erste Lichtdetektor(40) das erste Schwebungssignal ansprechend auf den drittenLichtstrahl erzeugt; wobei der zweite Detektorweg (48)folgende Merkmale aufweist: einen zweiten Polarisator (52),der den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl empfängt undeinen vierten Lichtstrahl überträgt; einenzweiten Lichtdetektor (54), der den vierten Lichtstrahlempfängtund das zweite Schwebungssignal ansprechend auf den vierten Lichtstrahlerzeugt; wobei der dritte Detektorweg (58) folgendeMerkmale aufweist: einen dritten Polarisator (62),der den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl empfängt undeinen fünftenLichtstrahl überträgt; einendritten Lichtdetektor (64), der den fünften Lichtstrahl empfängt unddas dritte Schwebungssignal ansprechend auf den fünften Lichtstrahlerzeugt.
    [13] System gemäß Anspruch12, bei dem zumindest entweder der erste (34), zweite (48)oder dritte (58) Detektor weg zumindest einen Verzögerer vor demjeweiligen Polarisator umfaßt.
    [14] System gemäß Anspruch13, das ferner zumindest einen Verzögerer zwischen der Lichtquelle (12)und dem PSM aufweist, wobei der Verzögerer den ersten und den zweitenPolarisationszustand ändert.
    [15] System gemäß Anspruch13 oder 14, das ferner folgende Merkmale aufweist: einen Strahlteiler(24), der den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahlvon dem PSM in einen Ausgangsweg (26) und einen Überwachungsweg(28) teilt, wobei der erste Detektorweg (34) denersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl von dem Überwachungsweg(28) empfängt;und zumindest einen Verzögerernach dem Strahlteiler (24) in dem Ausgangsweg (26),wobei der zumindest eine Verzögererden ersten und den zweiten Polarisationszustand ändert.
    [16] System gemäß einemder Ansprüche12 bis 15, bei dem der PSM aus der Gruppe ausgewählt ist, die folgende Merkmaleumfaßt: zumindesteine Flüssigkristallzelle,bei der zumindest entweder (1) eine Retardierung oder (2)Polarisationsachsen der Flüssigkristallzelleansprechend auf die Mehrzahl von Steuersignalen variiert bzw. variieren; zumindesteine Faserquetschvorrichtung, deren Doppelbrechungseigenschaftenansprechend auf mechanische Belastungen, die ansprechend auf die Mehrzahlvon Steuersignalen ausgeübtwerden, variieren; zumindest einen elektrooptischen Kristall,bei dem zumindest entweder (1) eine Retardierung oder (2) Polarisationsachsendes elektrooptischen Kristalls ansprechend auf die Mehrzahl vonSteuersignalen variiert bzw. variieren; zumindest eine mechanischdrehbare Wellenplatte (37; 51; 60) mitfesten Retardierungen, deren Polarisationsachsen ansprechend aufdie Mehrzahl von Steuersignalen gedreht werden; und zumindesteinen photoelastischen Modulator, dessen lineare Doppelbrechungseigenschaftendurch mechanische Belastungen induziert werden, die ansprechendauf die Mehrzahl von Steuersignalen ausgeübt werden.
    [17] System gemäß einemder Ansprüche12 bis 16, bei dem der PSM folgende Merkmale aufweist: einenersten Verzögererbei einer ersten Ausrichtung, wobei der erste Verzögerer einerstes Steuersignal empfängt,um eine erste Retardierung zu ändern; einenzweiten Verzögererbei einer zweiten Ausrichtung, wobei der zweite Verzögerer einzweites Steuersignal empfängt,um eine zweite Retardierung zu ändern;und einen dritten Verzögererbei einer dritten Ausrichtung, wobei der dritte Verzögerer eindrittes Steuersignal empfängt,um eine dritte Retardierung zu ändern.
    [18] System gemäß Anspruch17, das ferner folgende Merkmale aufweist: einen ersten Signalgenerator(406), der ein erstes Modulationssignal erzeugt; einenersten Addierer, der das erste Modulationssignal und ein viertesSteuersignal von der Steuerung (43) empfängt, wobeider erste Addierer das erste Steuersignal ansprechend auf das ersteModulationssignal und das vierte Steuersignal erzeugt; einenzweiten Signalgenerator (404), der ein zweites Modulationssignalerzeugt; einen zweiten Addierer, der das zweite Modulationssignalund ein fünftesSteuersignal von der Steuerung (43) empfängt, wobeider zweite Addierer das zweite Steuersignal ansprechend auf daszweite Modulationssignal und das fünfte Steuersignal erzeugt; einendritten Signalgenerator (402), der ein drittes Modulationssignalerzeugt; einen dritten Addierer, der das dritte Modulationssignalund ein sechstes Steuersignal von der Steuerung (43) empfängt, wobeider dritte Addierer das dritte Steuersignal ansprechend auf dasdritte Modulationssignal und das sechste Steuersignal erzeugt; wobei: dieSteuerung (43) das erste, das zweite und das dritte Modulationssignalempfängt; dieSteuerung (43) die Mehrzahl von Steuersignalen ferner ansprechendauf das erste, das zweite und das dritte Modulationssignal erzeugt;und das vierte, das fünfteund das sechste Steuersignal die Mehrzahl von Steuersignalen umfassen.
    [19] System gemäß einemder Ansprüche1 bis 18, bei dem der erste Lichtstrahl (E1) und der zweite (E2)Lichtstrahl jeweils aus der Gruppe ausgewählt sind, die einen vertikalpolarisierten Lichtstrahl, einen horizontal linear polarisiertenLichtstrahl, einen rechts zirkular polarisierten Lichtstrahl, einenlinks zirkular polarisierten Lichtstrahl und einen elliptisch polarisiertenLichtstrahl umfaßt.
    [20] System gemäß einemder Ansprüche1 bis 19, das ferner eine Faser (16) aufweist, die denersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl von dem PSM empfängt, wobeidie Faser (16) den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahlzu einer Stelle weiterträgt,an der Interferometriemessungen durchgeführt werden.
    [21] System gemäß einemder Ansprüche1 bis 20, das ferner eine Faser (16) aufweist, die denersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl von der Lichtquelle(12) empfängt,wobei die Faser (16) den ersten (E1) und den zweiten (E2)Lichtstrahl zu dem PSM an einer Stelle weiterträgt, an der Interferometriemessungendurchgeführtwerden.
    [22] Verfahren zum Aufrechterhalten von Polarisationszuständen vonLichtstrahlen von einer Faser (16) in einem heterodynenInterferometriesystem, das folgende Schritte aufweist: Erzeugeneines ersten Lichtstrahls (E1) und eines zweiten Lichtstrahls (E2),wobei der erste Lichtstrahl (E1) einen ersten Polarisationszustandund eine erste Frequenz aufweist, wobei der zweite Lichtstrahl (E2)einen zweiten Polarisationszustand und eine zweite Frequenz aufweist; Einstellenvon zumindest zwei Polarisationssteuergraden, um den ersten undden zweiten Polarisationszustand zu ändern; Teilen des ersten(E1) und des zweiten (E2) Lichtstrahls in einen ersten Weg und einenzweiten Weg; Erzeugen eines ersten Schwebungssignals ansprechendauf den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahl in dem erstenWeg; und Erzeugen eines Schwebungsamplitudensignals ansprechendauf das erste Schwebungssignal; und Erzeugen einer Mehrzahlvon Steuersignalen zum Steuern der zumindest zwei Polarisationssteuergradeansprechend auf das Schwebungsamplitudensignal.
    [23] Verfahren gemäß Anspruch22, das ferner folgende Schritte aufweist: Teilen des ersten(E1) und des zweiten (E2) Lichtstrahls von dem zweiten Weg in einendritten Weg und einen vierten Weg; Erzeugen eines zweiten Schwebungssignalsansprechend auf den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahlvon dem dritten Weg; Erzeugen eines dritten Schwebungssignalsansprechend auf den ersten (E1) und den zweiten (E2) Lichtstrahlvon dem vierten Weg; Erzeugen eines Phasenunterschiedssignalsansprechend auf das zweite und das dritte Schwebungssignal; und wobeidas Erzeugen der Mehrzahl von Steuersignalen ferner ansprechendauf das Phasensignal ist.
    [24] Verfahren gemäß Anspruch23, das ferner folgende Schritte aufweist: vor dem Erzeugeneines ersten Schwebungssignals Leiten des ersten (E1) und des zweiten(E2) Lichtstrahls von dem ersten Weg durch einen Polarisator; vordem Erzeugen eines zweiten Schwebungssignals Leiten des ersten (E1)und des zweiten (E2) Lichtstrahls von dem dritten Weg durch einenPolarisator; und vor dem Erzeugen eines dritten Schwebungssignals Leitendes ersten und des zweiten Lichtstrahls von dem vierten Weg durcheine Wellenplatte und anschließenddurch einen Polarisator.
    [25] Verfahren gemäß einemder Ansprüche22 bis 24, bei dem das Erzeugen der Mehrzahl von Steuersignalenein Auswählenvon Anfangswerten der Steuersignale aufweist, wobei das Auswählen derAnfangswerte folgende Schritte aufweist: Aufzeichnen des Phasensignals,das durch Variieren der Steuersignale erzeugt wird, um eine Mehrzahl vonRetardierungen zu erzeugen; und Auswählen von Werten der Steuersignale,die einen gewünschtenPhasenunterschied erzeugen.
    [26] Verfahren gemäß Anspruch25, bei dem das Erzeugen der Mehrzahl von Steuersignalen ferner einVariieren der Steuersignale aufweist, um einen Minimalwert des Schwebungsamplitudensignalszu erreichen.
    [27] Verfahren gemäß einemder Ansprüche22 bis 26, bei dem der erste (E1) und der zweite (E2) Lichtstrahlaus der Gruppe ausgewähltsind, die (1) ein vertikal linear polarisiertes Licht undein horizontal linear polarisiertes Licht und (2) ein linkszirkular polarisiertes Licht und ein rechts zirkular polarisiertes Lichtumfaßt.
    [28] Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 23 bis27, bei dem das Erzeugen der Steuersignale folgende Schritte aufweist: Erzeugenvon orthogonalen Modulationssignalen; Addieren der orthogonalenModulationssignale und der Mehrzahl von Steuersignalen, um einezweite Mehrzahl von Steuersignalen zum Einstellen der zumindestzwei Polarisationssteuergrade zu erzeugen; und wobei das Erzeugender Mehrzahl von Steuersignalen ferner ansprechend auf die orthogonalenModulationssignale ist.
    [29] Verfahren gemäß einemder Ansprüche22 bis 28, das ferner ein Weitertragen des ersten (E1) und des zweiten(E2) Lichtstrahls in einer Faser (16) aufweist, von einerStelle, an der das Einstellen von zumindest zwei Polarisationssteuergradengeschieht, zu einer Stelle, an der Interferometriemessungen durchgeführt werden.
    [30] Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 22 bis29, das ferner ein Weitertragen des ersten (E1) und des zweiten(E2) Lichtstrahls in einer Faser (16) aufweist, von einerStelle, an der das Erzeugen eines ersten (E1) Lichtstrahls und eineszweiten (E2) Lichtstrahls geschieht, zu einer Stelle, an der dasEinstellen von zumindest zwei Polarisationssteuergraden geschieht,wobei das Einstellen von zumindest zwei Polarisationssteuergradenan einer Stelle geschieht, an der Interferometriemessungen durchgeführt werden.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US6961129B2|2005-11-01|
    US20040227942A1|2004-11-18|
    US20040227943A1|2004-11-18|
    JP2004341533A|2004-12-02|
    JP3841799B2|2006-11-01|
    US6961130B2|2005-11-01|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2004-12-09| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2007-10-04| 8127| New person/name/address of the applicant|Owner name: AGILENT TECHNOLOGIES, INC. (N.D.GES.D. STAATES, US |
    2007-11-22| 8131| Rejection|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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