WO2016019949A1 - Stable interferometer with high entendue, in particular for imaging fourier-transform spectroscopy without object scanning - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a stable interferometer with high etendue, in particular for imaging Fourier transform spectroscopy without object scanning.
- Fourier transform spectroscopy is a method for investigating the spectral composition of electromagnetic radiation used in various natural and life sciences in the field of spectroscopic analysis.
- a Fourier transform spectrometer consists of an interferometer, a light-sensitive detector and a computer with an algorithm for the reconstruction of the spectrum. For a spectral measurement to Helltechniksmess values are recorded at different optical path length differences between the arms of the interferometer with the photosensitive detector.
- the reconstruction uses the Wiener-Chintschin theorem, which states that the spectral power density of a signal is the Fourier transform of the corresponding autocorrelation function.
- Fourier transform spectroscopy can be applied to any type of radiation with wave properties. Practically, the applications cover the broad frequency band of electromagnetic waves from the far infrared to the ultraviolet. This method is superior to many other methods of light spectroscopy in terms of noise performance, flexibility, and spectral resolution combined with high bandwidth. Since an interferometer with at least one movable optical element is required for Fourier transformation spectroscopy, but optical path length differences down to the smallest wavelength fraction of the optical radiation used must be known, the highest demands are placed on the mechanical structure. In the past, many interferometers have been designed whose optical properties are stabilized by symmetries in the ray trajectories against mechanical change.
- the Fourier transform approach is not only used in spectrometers that measure only one spectral composition of one optical radiation, but also in hyperspectral cameras, which simultaneously measure many thousand spectra in parallel. In order to be able to measure as many spectra simultaneously as possible, it is important that the optical information throughput through the interferometer used is very high.
- a measure of the information throughput through an optical system is the etendue. This increases with the aperture of the system and the angle at which radiation from the system can be transmitted vignetting free. Since interferometers can usually be scaled at least theoretically, the maximum acceptance angle for divergent radiation is an important quality feature for a particular interferometer geometry.
- the radiated path lengths between the inputs and the outputs of the interferometers are compared with those in a Michelson interferometer of the same input aperture and minimum length.
- Such an imaging spectrometer can be used in various forms of spectroscopy and microscopy such as: IR, UV / VIS and Raman, for the spatially resolved measurement of chemical compositions and material properties. Further areas of application are in medical diagnostics, quality management, authenticity testing, astronomy and remote sensing.
- a rotatably mounted Sagnac interferometer can be used without its own moving parts as an interferometer for Fourier transform spectroscopy (Jun Zhao, Richard L. McCreery: “Multichannel Fourier Transform Raman Spectroscopy: Combining the Advantages of CCDs with Interferometry ", Applied Spectroscopy, Vol. 50, Issue 9, 1996, 1209-1214).
- Murty proposes a Michelson interferometer with a triple mirror (MVRK Murty, "Modification of Michelson Interferometer Using Only One Cube-Corner Prism", Journal of the Optical Society of America; Vol. 50, Iss. 1, Jan. 1960, 83).
- MVRK Murty "Modification of Michelson Interferometer Using Only One Cube-Corner Prism", Journal of the Optical Society of America; Vol. 50, Iss. 1, Jan. 1960, 83.
- the additional folded beam path makes the radiation path length in the interferometer at least 3.9 times longer than in a traditional Michelson interferometer, which severely limits the acceptance angle for radiation and thus reduces the number of simultaneously independently measurable spectra for hyperspectral imaging ,
- the use of the half-aperture triple mirror also results in a complicated and almost irreversible mixing of polarization states of the back-reflected radiation, so that unpolarized light, as mentioned above, does not remain completely subject to interference.
- the invention has for its object to provide a universally applicable, compact and robust interferometer, with which arbitrarily polarized light can be brought as little loss and with large divergence angle to the interference.
- an interferometer in which a first beam splitter element for beam splitting a interferometer input radiation is coupled in two interferometer partial radiations on the output side with two retroreflectors in which outputs of the retroreflectors are connected to a second beam splitter element for combining the interferometer partial radiations and the two retroreflectors are arranged at an angle to one another, with at least one of the retroreflectors having substantially no area facing the other retroreflector and meaningless for the retroreflector function in order to shorten the radiation path lengths.
- the proposed constructional change of the retroreflectors by separating the area meaningless for the retroreflector function can further reduce the radiation path lengths of the interferometer partial radiations by bringing the retroreflectors closer together Also the use of this form already specially prepared retroreflectors is conceivable. Then you save yourself the separation or modification of an available retroreflector.
- the interferometer is structurally robust against tilts thereof, because the retroreflectors ensure that incident and outgoing beams are always parallel.
- the optical path length difference between the two interferometer partial radiations must be variable over a long distance, which is essentially due to the Magnification of the distance of a retroreflector to the beam splitter elements can be effected.
- the inventive design of the interferometer and the associated short radiation path lengths ensure that the acceptance angle for divergent radiation is very large, making it possible to use the interferometer also for hyperspectral imaging. That is, it is possible to spatially resolve an object by Fourier transform spectroscopy without rasterization. This represents a very great advantage over the previous methods, since, on the one hand, less time is required and, on the other hand, the requirements for stability, scanning and, if necessary, great expense in evaluating the rasterized information are eliminated.
- the theoretical radiation path length in the interferometer is only about 3.1 times longer than in a traditional Michelson interferometer.
- the present interferometer also offers several inputs and outputs.
- the availability of both interferometer outputs is advantageous because one can use the total radiation intensity of the interference radiation for the evaluation and thus the signal to noise ratio can be improved.
- the interference information can be separated from the possibly variable input intensity.
- the second output carries the interference information complementarily, but at the same time scales positively with the intensity of the input radiation, a distinction becomes possible.
- the potential availability of two inputs may be particularly advantageous if you want to send a reference beam path through the interferometer at the same time to possibly act during the actual measurement process regulating the construction of the interferometer.
- FIG. 1 Stable interferometer consisting of two retroreflectors, of which one is structurally reduced, and two beam splitter elements (FIG. 1a: perspective view, FIG. 1b: top view of a close arrangement)
- Fig. 2 Representation of the six sectors of a retroreflector with leadership of one of the demfefeometer partial radiations
- Fig. 3 Stable interferometer consisting of two structurally reduced
- Fig. 4 Stable interferometer consisting of two structurally reduced
- FIG. 4 a perspective view
- FIG. 4 b top view of a close arrangement
- FIG. 5 Stable interferometer with imaging optics (schematic diagram)
- Fig. 6 Stable interferometer with a light layer illumination for a
- Fig. 7 Stable interferometer with means for measuring the optical
- Path length difference between the two interferometer partial radiations by an additional reference radiation (block scarf image)
- Fig. 8 Representation of the six sectors of a retroreflector with the possibility of
- Exemplary embodiment 1 (see Fig. 1): Structure:
- first beam splitter element 1 with two interferometer accesses 2, 3 serving as input, two retroreflectors 4, 5 and a second beam splitter element 6 with two further interferometer accesses 7, 8 serving as output.
- Both beam splitter elements 1, 6 are realized here by a respective non-polarizing beam splitter cube, which splits its input radiation as far as possible in a ratio of 1: 1 to its outputs through a spezieil coated beam-splitting surface 9 along a side surface diagonal.
- the retroreflectors 4, 5 are triple mirrors made of glass. Corner mirrors are symmetrical mirror arrangements, each consisting of three pairs of orthogonally arranged, plane and reflecting surfaces (see Fig. 2 Sectors bounded by solid radii). By this arrangement, a triple mirror has six sectors (see Fig. 2 solid and dashed radii), which have the property of reflecting incident light largely independent of the angle of incidence, in parallel with an offset by the opposite sector. In this way, each triple mirror has six qualitatively different reflection paths with their own polarization transmission properties. The six paths of reflection differ in the order in which light beams touch the three reflective surfaces. In this first embodiment, only one of the six reflection paths is used by each triple mirror.
- Both retroreflectors 4, 5 are arranged so that their front surfaces 13, 14 each extend substantially parallel to surfaces 15, 16 of the first beam splitter element 1, from which the split radiation exits.
- this split radiation emerging from the first beam splitter element 1 is intended to enter the input sectors 10 of the retroreflectors 4, 5 enter and meet accordingly from the output sectors 12 to the second beam splitter element 6.
- the second beam splitter element 6 is arranged spatially above the first, so that the beam-splitting surfaces 9 are arranged parallel to each other and as possible in a plane.
- the retroreflector 4 was structurally reduced on the side facing the other retroreflector 5 by a part which is not part of the reflection path 11 used (see also Fig. 2, here the front view of the retroreflector 4 is shown, in which the gray area was cut off or not at all). As a result, both retroreflectors 4, 5 can be arranged particularly close to one another (cf., FIG. 1b).
- Each of the four interferometer accesses 2, 3, 7, 8 can be used as input for radiation.
- To one used as input interferometer access to one of the two beam splitter elements 1, 6 include two usable as an output interferometer accesses the other beam splitter element 6 and 1 respectively.
- an input radiation 17 is split by the corresponding beam splitter element 1 into two interferometer partial radiations 18, 19, preferably in the ratio 1: 1. Both interferometer partial beams 18, 19 are reflected by an associated retroreflector 4, 5 and offset.
- the second beam splitter element 6 combines both interferometer partial radiations into two output radiations 20. Respectively one output radiation has the interference information complementary to the other output radiation.
- the interference at the outputs of the interferometer is secured against pure tilting of these retroreflectors 4, 5th
- the path traversed by one of the two infra-interferometer partial radiations is referred to as an arm of the interferometer.
- the geometry of the interferometer allows one arm of the interferometer to be only about 3.1 times as long as in a comparable Michelson interferometer.
- the interference caused by the polychromatic radiation at at least one output of the interferometer at different optical path length differences between the arms of the interferometer with a radiation-sensitive detector are measured (for clarity, not explicitly shown ).
- the change in the optical path length difference by a mechanical drive (only indicated by arrow), which can move at least one of the retroreflectors in particular orthogonal to the front surface, realized.
- the acceptance angle and thus the optical information throughput can be increased by short paths and by highly refractive materials. Even if the total optical path length increases with the use of highly refractive materials, the radiation path length remains constant and a divergent radiation with smaller angles is guided by refraction. For this reason, glass-filled triple mirrors and cubes have been used as beam splitters in this application example. Moreover, the space between the optical elements can also be filled with highly refractive material, but it is often desirable to expose both interferometer partial radiations to the same dispersion.
- the first beam splitter element should be used in accordance with its design-related preferred direction and the second beam splitter element exactly inverse to the first. This is particularly important in the third exemplary embodiment, in which the beam splitter elements are structurally combined.
- the retroreflectors In order to influence the polarization of the radiation in the interferometer little, it may be beneficial to provide the retroreflectors with an additional metal layer and not to use pure glass reflectors with total reflection.
- the structure of the interferometer in Fig. 3 differs from the first embodiment (see Fig. 1) in that both retroreflectors 4, 5 were reduced by a part which is not part of the respectively used reflection path 11.
- both retroreflectors 4, 5 were arranged particularly close together, as in the first embodiment, but additional space is created at two accesses 2, 7 of the interferometer, which can be used by other optical elements or makes it possible to use detectors or the like to position closer to the interferometer (see Fig. 4b).
- beam paths can be shortened, whereby a greater acceptance angle is made possible compared to divergent radiation.
- the structure of the interferometer in Fig. 4 differs from the second exemplary embodiment (see Fig. 3) in that both beam splitter elements 1, 6 are structurally combined.
- the advantage here is that three degrees of freedom of placement of the beam splitter elements 1, 6 in the room, which otherwise would have to be adjusted consuming omitted. If the interferometer is used for the hyperspectral environment, this structural adjustment makes sense, since the reunited beams should run parallel.
- an interferometer 21 for use in hyperspectral imaging (see Fig. 5), an interferometer 21 according to one of the previous embodiments is supplemented by an imaging optics 22 at one of the inputs and an imaging optics 23 at at least one of the outputs, so that a surface 24 to be measured is one Sample can be imaged sharply on a radiation-sensitive, spatially resolving detector 25 at one of the outputs.
- the interferometer 21 is here in Uriertz beam path of the two imaging optics 22, 23. That is, each two parallel beams between the two imaging optics 22, 23 originate from the same point of the sample and also hit the same point of the detector 25.
- an offset of beams in the interferometer does not destroy the interference, as long as they pass through sufficiently large imaging optics 22, 23.
- the interference in the detector plane is thus also independent of displacement of the retroreflectors along their front surfaces 13, 14.
- the device in FIG. 6 supplements, for the fourth exemplary embodiment, a light source 26 which illuminates a spatially extended sample 27 in such a way that substantially only areas 28 of the spatially extended sample 27 are illuminated, which through both imaging optics 22, 23 focus on the plane of the detector 25 are shown.
- a light source 26 which illuminates a spatially extended sample 27 in such a way that substantially only areas 28 of the spatially extended sample 27 are illuminated, which through both imaging optics 22, 23 focus on the plane of the detector 25 are shown.
- various methods u. a In this case, the illuminated area 28 of the spatially extended sample 27, which is to be spectrally resolved later, need not necessarily be completely illuminated at the same time.
- methods are known in which a light layer is generated by one or more rapidly displaced in a plane rays.
- the device in Fig. 7 corresponds to the fourth exemplary embodiment (see Fig. 5) consisting of the interferometer 21, an imaging optics 22 at one of the inputs, an imaging optics 23 at one of the outputs and the radiation-sensitive, Spatial resolution detector 25, wherein to the input radiation to be measured 17 an additional and distinguishable from this, coherent reference radiation 29 is guided in the interferometer 21.
- the reference radiation 29 is guided through the interferometer 21 analogously to the input beam 17 to be measured (see FIG. That is, the reference radiation 29 impinges on the first beam splitter element 1, is thereby divided into interferometer reference partial radiations 30 which then strike the retrorefiectors 4, 5 (see Fig. 8), etc.
- the interferometer reference partial radiations 30 do not necessarily pass through Since the reference radiation 29 can be a very parallel one, a small area of a retroreflector is sufficient for the reflection of the respective interferometer reference partial radiations 30. Therefore, this can also be done for this purpose the remainders of the greatly reduced sectors are used as long as it is ensured that both input and output of the interferometer reference partial radiations 30 are located within the retrorefiector (see Fig. 8). By measuring the interference 31 generated by this reference radiation 29 with sensors 32 on one or as in the figure both outputs 7, 8, a measure of the optical path length difference of the two interferometer arms can be derived.
- the compact representation of the interferometer 21 in the drawing does not exclude that in the interferometer arms, so the beam path between the S trahlteilerettin, more optical components can be introduced, as these z. B. are necessary for the recovery of a full quadrature signal.
- this embodiment For use as a Fourier transform spectrometer, this embodiment comprises means 33 for recording the secondary information of the reference radiation 29 and the radiation 17 to be measured and a drive 34 operating in synchronism with this device for varying the optical path length difference of the two interferometer arms.
- the additionally recorded interference information of the reference radiation can be used to take into account the exact optical path length differences for each interference information of the input radiation 17 to be measured.
- an algorithm for non-equidistant Fourier transformation can be used.
- the device in FIG. 9 is equipped with a control device 35, which evaluates the interferometer information of the reference radiation measured by the sensors 32 and controls a drive 34 such that the optical path length difference of the two interferometers -Axme is stabilized.
- a control device 35 evaluates the interferometer information of the reference radiation measured by the sensors 32 and controls a drive 34 such that the optical path length difference of the two interferometers -Axme is stabilized.
- the observance of a defined optical path length difference is ensured even during the entire period of a measurement of the interferometer formation of the input radiation 17 to be measured.
- a regulation is advantageous. Path length changes during a measurement, which have led to a reduction of the interference contrast in the previous exemplary embodiment, can now still be corrected.
- the algorithmic effort is reduced in the evaluation.
- This embodiment is so well stabilized against all degrees of freedom of the mechanical change within the interferometer 21 that it is possible to measure interferences with adjustable optical path length difference even over long periods, which is just the case in applications in which only low light intensities are available, such as Raman spectroscopy or Raman imaging, is important.
- the reflectors of the interferometer are tilt-invariant, since retroreflectors 4, 5 are used.
- the observed interference of the two interferometer partial beams 18, 19 in the detector plane is largely invariant against displacement of the retroreflectors 4, 5 along their front surfaces 13, 14, since these in the infinite beam path of the two imaging optics 22, 23 at the input and the output of the interferometer 21 are located.
- the remaining degree of freedom of the retroreflectors 4, 5, which influences the optical path length difference of the two interferometer partial radiations 18, 19, is stabilized by the control device 35.
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Abstract
Description
Beschreibung der Erfindung Description of the invention
Stabiles Interferometer mit hoher £tendue, insbesondere für bildgebende Fonrier- Transformations-Spektroskopie ohne Objektabrasterung High-speed stable interferometer, especially for non-object imaging Fonrier-transform spectroscopy
Die Erfindung betrifft ein stabiles Interferometer mit hoher Etendue, insbesondere für bildgebende Fourier-Transformations-Spektroskopie ohne Objektabrasterung. Die Fourier-Transfonnations-Spektroskopie ist eine Methode zur Untersuchung der spektralen Zusammensetzung einer elektromagnetischen Strahlung, die in verschiedenen Natur- und Lebenswissenschaften auf dem Gebiet der spektroskopischen Analytik eingesetzt wird. The invention relates to a stable interferometer with high etendue, in particular for imaging Fourier transform spectroscopy without object scanning. Fourier transform spectroscopy is a method for investigating the spectral composition of electromagnetic radiation used in various natural and life sciences in the field of spectroscopic analysis.
Ein Fourier-Transformations-Spektrometer besteht aus einem Interferometer, einem lichtempfindlichen Detektor und einem Rechner mit einem Algorithmus zur Rekonstruktion des Spektrums. Für eine spektrale Messung werden dazu Helligkeitsmess werte bei unterschiedlichen optischen Weglängendifferenzen zwischen den Armen des Interferometers mit dem lichtempfindlichen Detektor aufgenommen. Ausgenutzt wird bei der Rekonstruktion das Wiener-Chintschin-Theorem, welches besagt, dass die spektrale Leistungsdichte eines Signals die Fourier-Transformierte der korrespondierenden Autokorrelationsfunktion ist. A Fourier transform spectrometer consists of an interferometer, a light-sensitive detector and a computer with an algorithm for the reconstruction of the spectrum. For a spectral measurement to Helligkeitsmess values are recorded at different optical path length differences between the arms of the interferometer with the photosensitive detector. The reconstruction uses the Wiener-Chintschin theorem, which states that the spectral power density of a signal is the Fourier transform of the corresponding autocorrelation function.
Prinzipiell kann die Fourier-Transformations-Spektroskopie auf jede Art von Strahlung mit Welleneigenschaften angewendet werden. Praktisch überstreichen die Anwendungen das weite Frequenzband der elektromagnetischen Wellen vom fernen Infrarot bis zum Ultraviolett. Diese Methode ist im Rauschverhalten, der Flexibilität und der spektralen Auflösung bei gleichzeitig hoher Bandbreite vielen anderen Methoden der Lichtspektroskopie überlegen. Da zur Fourier-Transformations-Spektroskopie ein Interferometer mit mindestens einem beweglichen optischen Element benötigt wird, jedoch optische Weglängenunterschiede bis auf kleinste Wellenlängenbruchteile der verwendeten optischen Strahlung bekannt sein müssen, sind an den mechanischen Aufbau höchste Anforderungen zu stellen. In der Vergangenheit wurden viele Interferometer konzipiert, deren optische Eigenschaften durch Symmetrien in den Strahlenverläufen gegen mechanische Veränderung stabilisiert sind. Der Fourier-Transformations- Ansatz findet nicht nur Anwendung in Spektrometern, die nur eine spektrale Zusammensetzung von einer optischen Strahlung vermessen, sondern auch bei hyperspektralen Kameras, die gleichzeitig viele tausend Spektren parallel vermessen. Um möglichst viele Spektren gleichzeitig vermessen zu können, ist es wichtig, dass der optische Informationsdurchsatz durch das verwendete Interferometer sehr hoch ist. Ein Maß für den Informationsdurchsatz durch ein optisches System ist die Etendue. Diese wächst mit der Apertur des Systems und dem Winkel, mit dem Strahlung von dem System vignettierungsfrei übertragen werden kann. Da sich Interferometer in der Regel zumindest theoretisch beliebig skalieren lassen, ist gerade der maximale Akzeptanzwinkel für divergente Strahlung ein wichtiges Quafitätsmerkmal für eine bestimmte Interferometergeometrie. In principle, Fourier transform spectroscopy can be applied to any type of radiation with wave properties. Practically, the applications cover the broad frequency band of electromagnetic waves from the far infrared to the ultraviolet. This method is superior to many other methods of light spectroscopy in terms of noise performance, flexibility, and spectral resolution combined with high bandwidth. Since an interferometer with at least one movable optical element is required for Fourier transformation spectroscopy, but optical path length differences down to the smallest wavelength fraction of the optical radiation used must be known, the highest demands are placed on the mechanical structure. In the past, many interferometers have been designed whose optical properties are stabilized by symmetries in the ray trajectories against mechanical change. The Fourier transform approach is not only used in spectrometers that measure only one spectral composition of one optical radiation, but also in hyperspectral cameras, which simultaneously measure many thousand spectra in parallel. In order to be able to measure as many spectra simultaneously as possible, it is important that the optical information throughput through the interferometer used is very high. A measure of the information throughput through an optical system is the etendue. This increases with the aperture of the system and the angle at which radiation from the system can be transmitted vignetting free. Since interferometers can usually be scaled at least theoretically, the maximum acceptance angle for divergent radiation is an important quality feature for a particular interferometer geometry.
Um ein Maß für den Akzeptanzwinkel zu finden, werden im Folgenden die Strahlungs weglängen zwischen den Eingängen und den Ausgängen der Interferometer mit denen in einem Michelson-Interferometer der gleichen Eingangsapertur und minimaler Baulänge verglichen. In order to find a measure of the acceptance angle, the radiated path lengths between the inputs and the outputs of the interferometers are compared with those in a Michelson interferometer of the same input aperture and minimum length.
Solch ein bildgebendes Spektrometer kann bei verschiedenen Formen der Spektroskopie und Mikroskopie wie: IR, UV/VIS und Raman, zur ortsaufgelösten Vermessung von chemischen Zusammensetzungen und Materialeigenschaften, zum Einsatz kommen. Weitere Einsatzgebiete liegen in der medizinischen Diagnostik, dem Qualitätsmanagement, der Echtheitsprüfung, der Astronomie und der Fernerkundung. Such an imaging spectrometer can be used in various forms of spectroscopy and microscopy such as: IR, UV / VIS and Raman, for the spatially resolved measurement of chemical compositions and material properties. Further areas of application are in medical diagnostics, quality management, authenticity testing, astronomy and remote sensing.
Die Fourier-Transformations-Spektroskopie ist an sich hinlänglich bekannt, ebenso, dass hierfür ein Michelson-Interferometer Verwendung finden kann (Peter R. Griffiths, James A. de Haseth:„Fourier transform infrared spectroscopy - Second Edition", John Wiley & Sons, Inc., Publication, New Jersey, 2007). Der Nachteil dieses Interferometers besteht darin, dass leichtes Verkippen nur eines Spiegels sofort zur Zerstörung der Interferenz führt. Fourier transform spectroscopy is well known in the art, as well as the use of a Michelson interferometer (Peter R. Griffiths, James A. de Haseth: "Fourier Transform Infrared Spectroscopy - Second Edition", John Wiley & Sons, Inc., Publication, New Jersey, 2007). The disadvantage of this interferometer is that slight tilting of only one mirror immediately destroys the interference.
Außerdem kann geometrisch nur einer der theoretisch möglichen zwei Ausgänge des Interferometers genutzt werden. Dadurch geht durchschnittlich die Hälfte der Strahlungsenergie vor der Detektion verloren. Es ist allgemein bekannt, dass sich als Interferometer för die Fourier-Transformations- Spektroskopie auch ein Mach-Zehnder-Interferometer einsetzen lässt, wobei dieses um eine zusätzliche Eüirichliuig ergänzt werden muss, um die optische Weglängendiflereiui der beiden Teilstrahlungen im Interferometer zu verändern. In addition, geometrically only one of the theoretically possible two outputs of the interferometer can be used. As a result, on average half of the radiant energy is lost before detection. It is well known that a Mach-Zehnder interferometer can be used as interferometer for the Fourier transform spectroscopy, and this must be supplemented by an additional Eüirichliuig to change the optical Weglängendiflereiui of the two partial radiations in the interferometer.
Auch hier besteht der Nachteil darin, dass leichtes Verkippen nur eines Spiegels des Interferometers oder der Einrichtung zur Änderung der Weglängendifferenz sofort zur Zerstörung der Interferenz führt. Again, the disadvantage is that slight tilting only a mirror of the interferometer or means for changing the path length difference immediately leads to the destruction of the interference.
Das Verändern um große optische Weglängen in dem Interferometer ist schwierig und geht mit einer deutlichen Verlängerung der Strahlungsweglängen einher, was zur Reduktion des akzeptierten Divergenz winkels von Strahlung fuhrt und somit die Anzahl der gleichzeitig, voneinander unabhängig messbaren Spektren reduziert. Changing by large optical path lengths in the interferometer is difficult and involves a significant lengthening of the radiation path lengths, which leads to a reduction of the accepted divergence angle of radiation and thus reduces the number of simultaneously independently measurable spectra.
Des Weiteren ist bekannt, dass als Interferometer für die Fourier-Transformations- Spektroskopie ein rotierbar gelagertes Sagnac-Interferometer ohne eigene bewegliche Teile eingesetzt werden kann (Jun Zhao, Richard L. McCreery: „Multichannel Fourier Transform Raman Spectroscopy: Combining the Advantages of CCDs with Interferometry", Applied Spectroscopy, Vol. 50, Issue 9, 1996, 1209-1214). Furthermore, it is known that a rotatably mounted Sagnac interferometer can be used without its own moving parts as an interferometer for Fourier transform spectroscopy (Jun Zhao, Richard L. McCreery: "Multichannel Fourier Transform Raman Spectroscopy: Combining the Advantages of CCDs with Interferometry ", Applied Spectroscopy, Vol. 50, Issue 9, 1996, 1209-1214).
Die Stabilität eines Sagnac-Interferometers wird dadurch erkauft, dass maximaler Akzeptanzwinkel der Eingangsstrahlung und maximale Weglängendifferenz der beiden Pfade in einer Weise miteinander konkurrieren und dass beide zusammen gegenüber anderen Interferometern deutlich zurück bleiben. Somit bleiben beim Einsatz in einer Mulüspektralkamera die Anzahl der gleichzeitig, voneinander unabhängig messbaren Spektren und die spektrale Auflösung zusammen deutlich geringer als bei anderen mterferometertypen (R. Glenn Sellar, Glenn D. Boreman: „Limiting aspect ratios of Sagnac interferometers", Optical Engineering 42(11), Nov. 2003, 3320-3325; Yann Ferrec, Jean Taboury, Hervi Sauer, Pierre Chavel:„Optimal geometry for Sagnac and Michelson interferometers used as spectral imagers", Optical Engineering 45(11), Nov. 2006, 115601). The stability of a Sagnac interferometer is paid for by the fact that the maximum acceptance angle of the input radiation and the maximum path length difference of the two paths compete with each other in a way and that both remain clearly behind compared to other interferometers. Thus, when used in a multiplex spectral camera, the number of simultaneously independently measurable spectra and the spectral resolution together remain significantly lower than with other types of interferometer (R. Glenn Sellar, Glenn D. Boreman: "Limiting Aspect Ratios of Sagnac Interferometers", Optical Engineering 42 (11), Nov. 2003, 3320-3325, Yann Ferrec, Jean Taboury, Hervi Sauer, Pierre Chavel: "Optimal geometry for Sagnac and Michelson interferometers used as spectral imagers", Optical Engineering 45 (11), Nov. 2006, 115601 ).
Der theoretisch mögliche zweite Ausgang des Interferometers bleibt auch hier für gewöhnlich verbaut. Dadurch geht durchschnittlich die Hälfte der Strahlungsenergie vor der Detektion verloren. Murty schlägt ein Michelson-Interferometer mit einem Tripelspiegel vor (M. V. R. K. Murty;„Modification of Michelson Interferometer Using Only One Cube-Corner Prism", Journal of the Optical Society of America; Vol. 50, Iss. 1, Jan. 1960, 83-84). Durch den zusätzlich gefalteten Strahlengang wird die Strahlungsweglänge im Interferometer mindestens 3,9 mal so lang wie in einem traditionellen Michelson- Interferometer, was den Akzeptanzwinkel für Strahlung stark einschränkt und somit für hyperspektrale Bildgebung die Anzahl der gleichzeitig, voneinander unabhängig messbaren Spektren reduziert. The theoretically possible second output of the interferometer is also usually installed here. As a result, on average half of the radiant energy is lost before detection. Murty proposes a Michelson interferometer with a triple mirror (MVRK Murty, "Modification of Michelson Interferometer Using Only One Cube-Corner Prism", Journal of the Optical Society of America; Vol. 50, Iss. 1, Jan. 1960, 83). The additional folded beam path makes the radiation path length in the interferometer at least 3.9 times longer than in a traditional Michelson interferometer, which severely limits the acceptance angle for radiation and thus reduces the number of simultaneously independently measurable spectra for hyperspectral imaging ,
Außerdem fuhrt der Einsatz des Tripelspiegels mit halber Apertur zu einem komplizierten und kaum rückgängig zu machenden Vermischen von Polarisationszuständen der rückreflektierten Strahlung, so dass unpolarisiertes Licht nicht vollständig interfererjzfähig bleibt (vgl. auch Sergio E. Segre, Vincenzo Zanza: „Mueller calculus of polarization change in the cube-corner retroreflector", Journal of the Optical Society of America, Vol. 20, Issue 9, Sept. 2003, 1804-1811; J. Liu, R. M. A. Azzam: "Polarization properties of corner-cube retroreflectors: theory and experiment", Applied Optics, Vol. 36, March 1997, 1553-1559). In addition, the use of the half-aperture triple mirror leads to a complicated and almost irreversible mixing of polarization states of the back-reflected radiation, so that unpolarized light does not remain completely interferable (see also Sergio E. Segre, Vincenzo Zanza: "Mueller calculus of polarization change in the cube-corner retroreflector, Journal of the Optical Society of America, Vol. 20, Issue 9, Sept. 2003, 1804-1811; J. Liu, RMA Azzam: "Polarization properties of corner-cube retroreflectors: theory and experiment , Applied Optics, Vol. 36, March 1997, 1553-1559).
Geometrisch bedingt kann wieder nur einer der theoretisch möglichen zwei Ausgänge genutzt werden. Dadurch geht durchschnittlich stets die Hälfte der Strahlungsenergie vor der Detektion verloren. Es sind auch Michelson-Interferometer mit zwei Tripelspiegeln bekannt (Peter R. Griffiths, James A. de Haseth:„Fourier transform infrared spectroscopy - Second Edition", John Wiley & Sons, Inc., Publication, New Jersey, 2007, S. 112), wobei ein Tripelspiegel mit seiner vollen Apertur oder nur mit einem Teil dieser benutzt werden kann. Geometrically, only one of the theoretically possible two outputs can be used again. As a result, on average always half of the radiant energy is lost before detection. Michelson interferometer with two triple mirrors is also known (Peter R. Griffiths, James A. de Haseth: "Fourier Transform Infrared Spectroscopy - Second Edition", John Wiley & Sons, Inc., Publication, New Jersey, 2007, p. 112 ), wherein a triple mirror can be used with its full aperture or only part of it.
Werden bei einem Michelson-Interferometer Tripelspiegel mit voller Apertur genutzt (Peter R. Griffiths, James A. de Haseth:„Fourier transform infrared spectroscopy - Second Edition", John Wiley & Sons, Inc., Publication, New Jersey, 2007, S. 113), so fuhren die drei Reflexionen in jedem Tripelspiegel wiederum zu einem komplizierten und kaum rückgängig zu machenden Vermischen der sechs Polarisationszustände der rückreflektierten Strahlung, sodass unpolarisiertes Licht nicht vollständig interferenzfanig bleibt. In a Michelson interferometer, full aperture triple mirror is used (Peter R. Griffiths, James A. de Haseth: "Fourier Transform Infrared Spectroscopy - Second Edition", John Wiley & Sons, Inc., Publication, New Jersey, 2007, p. 113), the three reflections in each triple mirror again lead to a complicated and almost irreversible mixing of the six polarization states of the back-reflected radiation, so that unpolarized light does not remain completely interference-fanning.
Außerdem kann geometrisch bedingt wieder nur einer der theoretisch möglichen zwei Ausgänge genutzt werden. Dadurch geht durchschnittlich die Hälfte der Strahlungsenergie vor der Detektion verloren. Wird hingegen eine Hälfte der Apertur der Retroreilektoren als Eingang und die andere Hälfte als Ausgang benutzt (siehe DE 3 920 117 AI), so wird die Strahlungsweglänge im Interferometer mindestens je 3,4 mal so lang wie in einem traditionellen Michelson- Interferometer, was den Akzeptanzwinkel für divergente Strahlung stark einschränkt und somit für hyperspektrale Bildgebung die Anzahl der gleichzeitig, voneinander unabhängig messbaren Spektren reduziert In addition, geometrically only one of the theoretically possible two outputs can be used again. As a result, on average half of the radiant energy is lost before detection. However, if one half of the aperture of the retroreflectors as an input and the other half used as an output (see DE 3 920 117 AI), the radiation path length in the interferometer is at least 3.4 times as long as in a traditional Michelson interferometer, which The angle of acceptance for divergent radiation is severely restricted and thus the number of simultaneous, mutually independently measurable spectra is reduced for hyperspectral imaging
Außerdem führt der Einsatz des Tripelspiegels mit halber Apertur ebenfalls zu einem komplizierten und kaum rückgängig zu machenden Vermischen von Polarisationszuständen der rückreflektierten Strahlung, so dass unpolarisiertes Licht, wie vorgenannt, nicht vollständig mterferenzfaliig bleibt. In addition, the use of the half-aperture triple mirror also results in a complicated and almost irreversible mixing of polarization states of the back-reflected radiation, so that unpolarized light, as mentioned above, does not remain completely subject to interference.
Es sind aus der Literatur weitere mterferometerkonzepte, deren optische Eigenschaften gegen mechanische Veränderungen des Aufbaus, meist durch Ausnutzung von Symmetrien, auf unterschiedlichste Weise stabilisiert sind, bekannt. Eine Übersicht bietet hier Peter R. Griffiths, James A. de Haseth:„Fourier transform infrared spectroscopy - Second Edition", John Wiley & Sons, Inc., Publication, New Jersey, 2007, 97-142. Diese mterferometerkonzepte weisen eine große Strahlungsweglänge und geringe Akzeptanzwinkel für divergente Strahlung auf. Dies reduziert die Anzahl der gleichzeitig, voneinander unabhängig messbaren Spektren bei Einsatz in einer hyperspektralen Kamera (siehe auch DE 103 92 396 B4). There are more mterferometerkonzepte from the literature, whose optical properties against mechanical changes in the structure, usually stabilized by exploiting symmetries, are stabilized in a variety of ways known. For a review, see Peter R. Griffiths, James A. de Haseth: "Fourier Transform Infrared Spectroscopy - Second Edition," John Wiley & Sons, Inc., Publication, New Jersey, 2007, 97-142 These mferferometer concepts have a large radiation path length and low acceptance angles for divergent radiation This reduces the number of spectra which can be measured simultaneously independently of one another when used in a hyperspectral camera (see also DE 103 92 396 B4).
Darüber ist bekannt (siehe US 2003/0164948 AI), dass retroreflektierende Tripelspiegel, wenn sie nur zu einem Drittel der Gesamtapertur benutzt werden, so eingesetzt werden können, dass die verschiedenen Polarisationszustände der sechs Sektoren nicht miteinander vermischt werden. It is known (see US 2003/0164948 A1) that retroreflective triple mirrors, when used to only one third of the total aperture, can be used so that the different polarization states of the six sectors are not mixed together.
Würde man diese Erkenntnis auf Michelson-Interferometer anwenden (vgl. M. V. R. K. Murty;„Modifikation of Michelson Interferometer Using Only One Cube-Corner Prism", Journal of the Optical Society of America; Vol. 50, Issue 1, Jan. 1960, 83-84), so würde dies im Vergleich zu einem traditionellen Michelson-Interferometer zu einer ca. 5,1 mal so langen Strahlungsweglänge im Interferometer führen, was den Divergenzwinkel der akzeptierten Strahlung einschränkt und somit die Anzahl der gleichzeitig, voneinander unabhängig messbaren Spektren bei Einsatz in einer hyperspektralen Kamera reduziert. Bekannt sind auch einseitig reduzierte Tripeispiegei in Interferoraetern für die hochgenaue Entfernungsmessung (US 2003/0164948 AI; US 6,313,918 Bl). Mit der Reduzierung der Baugröße wird hier erreicht, dass zwei parallele Strahlenbündel näher beieinander geführt werden können. Auch dieses Interferometerkonzept weist eine große Strahlungsweglänge und geringe Akzeptanzwinkel für divergente Strahlung auf und ist somit für hyperspektrale Bildgebung nicht geeignet If one applied this knowledge to Michelson interferometers (see MVRK Murty, "Modification of Michelson Interferometer Using Only One Cube-Corner Prism", Journal of the Optical Society of America, Vol. 50, Issue 1, Jan. 1960, 83- 84), compared to a traditional Michelson interferometer, this would lead to an approximately 5.1 times longer radiation path length in the interferometer, which limits the divergence angle of the accepted radiation and thus the number of simultaneously independently measurable spectra when used in reduced by a hyperspectral camera. Also known are one-sided reduced Tripeispiegei in interferometers for highly accurate distance measurement (US 2003/0164948 AI, US 6,313,918 Bl). With the reduction of the size is achieved here that two parallel beams can be performed closer to each other. This interferometer concept also has a large radiation path length and low acceptance angles for divergent radiation and is thus unsuitable for hyperspectral imaging
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein universell anwendbares, kompaktes und robustes Interferometer zu schaffen, mit welchem beliebig polarisiertes Licht möglichst verlustarm und mit großem Divergenzwinkel zur Interferenz gebracht werden kann. The invention has for its object to provide a universally applicable, compact and robust interferometer, with which arbitrarily polarized light can be brought as little loss and with large divergence angle to the interference.
Die Aufgabe wird durch ein Interferometer gelöst, bei welchem ein erstes Strahlteilerelement zur Strahlaufteilung einer mterferometer-Eingangsstrahlung in zwei Interferometer-Teilstrahlungen ausgangsseitig mit zwei Retroreflektoren gekoppelt ist, bei welchem Ausgänge der Retroreflektoren mit einem zweiten Strahlteilerelement zur Vereinigung der Interferometer-Teilstrahlungen in Verbindung stehen und die beiden Retroreflektoren winklig aneinander angrenzend angeordnet sind, wobei zur Verkürzung der Strahlungsweglängen zumindest einer der Retroreflektoren im Wesentlichen keinen dem anderen Retroreflektor zugewandten und für die Retroreflektorfunktion bedeutungslosen Bereich aufweist. The object is achieved by an interferometer, in which a first beam splitter element for beam splitting a interferometer input radiation is coupled in two interferometer partial radiations on the output side with two retroreflectors in which outputs of the retroreflectors are connected to a second beam splitter element for combining the interferometer partial radiations and the two retroreflectors are arranged at an angle to one another, with at least one of the retroreflectors having substantially no area facing the other retroreflector and meaningless for the retroreflector function in order to shorten the radiation path lengths.
Durch die vorgeschlagene konstruktive Änderung der Retroreflektoren durch Abtrennung des für die Retroreflektorfunktion bedeutungslosen Bereichs (vgl. grauer Bereich in Fig. 2) kann man die Strahlungsweglängen der Interferometer-Teilstrahlungen weiter verringern, indem man die Retroreflektoren näher zusammenrückt Auch die Verwendung von in dieser Form bereits speziell hergestellten Retroreflektoren ist denkbar. Dann erspart man sich das Abtrennen bzw. Modifizieren eines verfügbaren Retroreflektors. The proposed constructional change of the retroreflectors by separating the area meaningless for the retroreflector function (see gray area in Fig. 2) can further reduce the radiation path lengths of the interferometer partial radiations by bringing the retroreflectors closer together Also the use of this form already specially prepared retroreflectors is conceivable. Then you save yourself the separation or modification of an available retroreflector.
Durch die Verwendung der Retroreflektoren ist das Interferometer per Konstruktion robust gegenüber Verkippungen dieser, weil die Retroreflektoren dafür sorgen, dass einfallende und austretende Strahlen stets parallel sind. By using the retroreflectors, the interferometer is structurally robust against tilts thereof, because the retroreflectors ensure that incident and outgoing beams are always parallel.
Damit das Interferometer insbesondere für die Fourier-Transformations-Spektroskopie einsetzbar ist, muss die optische Weglängendifferenz zwischen den beiden Interferometer- Teilstrahlungen über eine weite Strecke veränderbar sein, was im Wesentlichen durch die Vergrößerung des Abstandes eines Retroreflektors zu den Strahlteilerelementen bewirkt werden kann. In order for the interferometer to be used in particular for Fourier transform spectroscopy, the optical path length difference between the two interferometer partial radiations must be variable over a long distance, which is essentially due to the Magnification of the distance of a retroreflector to the beam splitter elements can be effected.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau des interferometers und den damit verbundenen kurzen Strahlungsweglängen wird dennoch erreicht, dass der Akzeptanzwinkei für divergente Strahlung sehr groß ist, womit es möglich wird, das Interferometer auch für die hyperspektrale Bildgebung einzusetzen. Das heißt, es ist möglich, ein Objekt mittels Fourier-Transformations-Spektroskopie ohne Abrasterung ortsaufgelöst zu untersuchen. Dies stellt zu den bisherigen Verfahren einen sehr großen Vorteil dar, da zum einen weniger Zeit benötigt wird und zum anderen auch die Anforderungen an die Stabilität, beim Abrastern und der ggf. große Aufwand beim Auswerten der gerasterten Information wegfallen. Nevertheless, the inventive design of the interferometer and the associated short radiation path lengths ensure that the acceptance angle for divergent radiation is very large, making it possible to use the interferometer also for hyperspectral imaging. That is, it is possible to spatially resolve an object by Fourier transform spectroscopy without rasterization. This represents a very great advantage over the previous methods, since, on the one hand, less time is required and, on the other hand, the requirements for stability, scanning and, if necessary, great expense in evaluating the rasterized information are eliminated.
In dem vorliegenden Interferometer wird die theoretische Strahlungsweglänge im Interferometer nur ca, 3,1 mal so lang wie in einem traditionellen Michelson- interferometer. Bringt man brechende optische Medien, wie z. B. Glas, in den Strahlengang ein, so steigt zwar die optische Weglänge, jedoch bleibt die Strahlungsweglänge konstant und es erhöht sich zusätzlich der Akzeptanzwinkel von divergenter Strahlung durch den größeren Brechungsindex. In the present interferometer, the theoretical radiation path length in the interferometer is only about 3.1 times longer than in a traditional Michelson interferometer. Bringing refractive optical media, such. As glass, in the beam path, so although increases the optical path length, but the Strahlungsweglänge remains constant and it also increases the acceptance angle of divergent radiation by the larger refractive index.
Mit dem vorliegenden Interferometer stehen aufgrund der speziellen Strahl geometrie auch mehrere Ein- bzw. Ausgänge zur Verfügung. Die Verfügbarkeit von beiden Interferometerausgängen ist vorteilhaft, da man die gesamte Strahlungsintensität der Interferenzstrahlung für die Auswertung verwenden und somit das Signal zu Rausch Verhältnis verbessert werden kann. Zudem kann aus den Informationen der beiden Ausgänge die Interferenzinformation von der eventuell veränderlichen Eingangsintensität getrennt werden. So kann aus der an einem Ausgang gemessenen Dunkelheit nicht zwischen destruktiver Interferenz und einem Abfall der Intensität der Eingangsstrahlung unterschieden werden. Da der zweite Ausgang die Interferenzinformation komplementär trägt, gleichzeitig aber mit der Intensität der Eingangsstrahlung positiv skaliert, wird eine Unterscheidung möglich. Die potentielle Verfügbarkeit von zwei Eingängen kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn man zeitgleich einen Referenzstrahlengang durch das Interferometer schicken möchte, um ggf. während des eigentlichen Messverfahrens regulierend auf den Aufbau des Interferometers einzuwirken. Zudem kann man die freie Positionierbarkeit der Retroreflektoren in Verbindung mit der genannten Verwendung einer Referenzmessung ausnutzen, um das Interferometer bzgl. der optischen Weglängendifferenz in den Armen zu stabilisieren. Due to the special beam geometry, the present interferometer also offers several inputs and outputs. The availability of both interferometer outputs is advantageous because one can use the total radiation intensity of the interference radiation for the evaluation and thus the signal to noise ratio can be improved. In addition, from the information of the two outputs, the interference information can be separated from the possibly variable input intensity. Thus, from the darkness measured at an exit, no distinction can be made between destructive interference and a decrease in the intensity of the input radiation. Since the second output carries the interference information complementarily, but at the same time scales positively with the intensity of the input radiation, a distinction becomes possible. The potential availability of two inputs may be particularly advantageous if you want to send a reference beam path through the interferometer at the same time to possibly act during the actual measurement process regulating the construction of the interferometer. In addition, one can exploit the free positioning of the retroreflectors in conjunction with the said use of a reference measurement in order to stabilize the interferometer with respect to the optical path length difference in the arms.
Die Benutzung nur ausgewählter Sektoren der Retroreflektoren ist ein weiterer Vorteil, da das Vermischen der Polarisationseigenschaften von mehreren Sektoren den Kontrast der Interferenz am Ausgang reduziert. Im Fall von divergenter Strahlung würde das Benutzen von mehreren Sektoren zusätzlich zu einer Veränderung der Mischungsverhältnisse der Polarisationseigenschaften in Abhängigkeit von den Retroreflektorpositionen führen, was die Signalqualität verschlechtert und die Rekonstruktion der Spektralinformation erschwert. The use of only selected sectors of the retroreflectors is a further advantage as blending the polarization characteristics of multiple sectors reduces the contrast of the output interference. In the case of divergent radiation, using multiple sectors would additionally result in a change in the mixing ratios of the polarization characteristics as a function of the retroreflector positions, which degrades the signal quality and makes reconstructing the spectral information more difficult.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten The invention will be described below with reference to the drawing
Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Embodiments will be explained in more detail.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 : Stabiles Interferometer bestehend aus zwei Retroreflektoren, wovon einer konstruktiv reduziert ist, und zwei Strahlteilerelementen (Fig. la: perspektivische Ansicht, Fig. lb: Draufsicht enger Anordnung) FIG. 1: Stable interferometer consisting of two retroreflectors, of which one is structurally reduced, and two beam splitter elements (FIG. 1a: perspective view, FIG. 1b: top view of a close arrangement)
Fig. 2: Darstellung der sechs Sektoren eines Retroreflektors mit Führung einer der mterfeeometer-Teilstrahlungen Fig. 2: Representation of the six sectors of a retroreflector with leadership of one of the demfefeometer partial radiations
Fig. 3: Stabiles Interferometer bestehend aus zwei konstruktiv reduzierten Fig. 3: Stable interferometer consisting of two structurally reduced
Retroreflektoren und zwei Strahlteilerelementen Retroreflectors and two beam splitter elements
Fig. 4: Stabiles Interferometer bestehend aus zwei konstruktiv reduzierten Fig. 4: Stable interferometer consisting of two structurally reduced
Retroreflektoren und zwei baulich vereinigten Strahlteilerelementen (Fig. 4a: perspektivische Ansicht, Fig. 4b: Draufsicht enger Anordnung) Retroreflectors and two structurally combined beam splitter elements (FIG. 4 a: perspective view, FIG. 4 b: top view of a close arrangement)
Fig. 5 : Stabiles Interferometer mit Abbildungsoptiken (Prinzipskizze) FIG. 5: Stable interferometer with imaging optics (schematic diagram)
Fig. 6: Stabiles Interferometer mit einer Lichtschichtbeleuchtung für eine Fig. 6: Stable interferometer with a light layer illumination for a
Volumenprobe (Prinzipskizze) Volume sample (schematic diagram)
Fig. 7: Stabiles Interferometer mit Mitteln zur Vermessung der optischen Fig. 7: Stable interferometer with means for measuring the optical
Weglängendifferenz zwischen beiden Interferometer-Teilstrahlungen durch eine zusätzliche Referenzstrahlung (Blockschal tbild) Path length difference between the two interferometer partial radiations by an additional reference radiation (block scarf image)
Fig. 8: Darstellung der sechs Sektoren eines Retroreflektors mit der Möglichkeit der Fig. 8: Representation of the six sectors of a retroreflector with the possibility of
Führung einer Referenzstrahlung Fig. 9: Stabiles Interferometer mit einer Regelung zur Stabilisierung der optischen Weglängendifferenz. (Blockschaltbild) Guiding a reference radiation Fig. 9: Stable interferometer with a control to stabilize the optical path length difference. (Block diagram)
Ausfuhrungsbeispiel 1 (vgl. Fig. 1): Aufbau: Exemplary embodiment 1 (see Fig. 1): Structure:
Fig. 1 zeigt ein Interferometer, bestehend aus einem ersten Strahlteilerelement 1 mit zwei als Eingang dienenden Interferometer-Zugängen 2, 3, zwei Retroreflektoren 4, 5 und einem zweiten Strahiteilerelement 6 mit zwei weiteren als Ausgang dienenden Interferometer- Zugängen 7, 8. 1 shows an interferometer, comprising a first beam splitter element 1 with two interferometer accesses 2, 3 serving as input, two retroreflectors 4, 5 and a second beam splitter element 6 with two further interferometer accesses 7, 8 serving as output.
Beide Strahlteilerelemente 1 , 6 sind hier realisiert durch je einen nichtpolarisierenden Strahlteilerwürfel, der durch eine spezieil beschichtete strahlteilende Fläche 9 entlang einer Seitenflächendiagonale seine Eingangsstrahlung möglichst im Verhältnis 1:1 auf seine Ausgänge aufteilt. Both beam splitter elements 1, 6 are realized here by a respective non-polarizing beam splitter cube, which splits its input radiation as far as possible in a ratio of 1: 1 to its outputs through a spezieil coated beam-splitting surface 9 along a side surface diagonal.
Bei den Retroreflektoren 4, 5 handelt es sich um Tripelspiegel aus Glas. Tripelspiegel sind symmetrische Spiegelanordnungen, bestehend jeweils aus drei paarweise orthogonal angeordneten, planen und spiegelnden Flächen (vgl. Fig. 2 Sektoren begrenzt durch durchgezogene Radien). Durch diese Anordnung besitzt ein Tripelspiegel sechs Sektoren (vgl. Fig. 2 durchgezogene und gestrichelte Radien), die die Eigenschaft haben, einfallendes Licht weitgehend unabhängig vom Einfallswinkel, parallel mit einem Versatz durch den gegenüberliegenden Sektor zu reflektieren. Auf diese Weise besitzt jeder Tripelspiegel sechs qualitativ verschiedene Reflexionspfade mit eigenen Eigenschaften bezüglich der Übertragung der Polarisation. Die sechs Reflexionspfade unterschieden sich in der Reihenfolge, mit der Lichtstrahlen die drei reflektierenden Flächen berühren. In diesem ersten Ausführungsbeispiel wird von jedem Tripelspiegel nur jeweils einer der sechs Reflexionspfade benutzt. Dabei tritt das Licht jeweils in einem Eingangssektor 10 in den Tripelspiegel ein, durchläuft einen ausgewählten Reflexionspfad 11 und tritt anschließend aus einem Ausgangssektor 12 aus. Soll nur ein Reflexionspfad eines Tripelspiegels benutzt werden, so ist der maximale Durchmesser eines parallelen, kreisförmigen Strahlenbündels halb so groß wie der Abstand der Zentren von Eingangsund Ausgangs-Strahlenbündel des Tripelspiegels. Soll nur ein Reflexionspfad eines Tripelspiegels benutzt werden, um divergente Strahlung zu reflektieren, so kann sich der maximale Durchmesser der Apertur für Eingangs- oder Ausgangs-Strahl enbündei auf der Frontfläche entsprechend verringern. The retroreflectors 4, 5 are triple mirrors made of glass. Corner mirrors are symmetrical mirror arrangements, each consisting of three pairs of orthogonally arranged, plane and reflecting surfaces (see Fig. 2 Sectors bounded by solid radii). By this arrangement, a triple mirror has six sectors (see Fig. 2 solid and dashed radii), which have the property of reflecting incident light largely independent of the angle of incidence, in parallel with an offset by the opposite sector. In this way, each triple mirror has six qualitatively different reflection paths with their own polarization transmission properties. The six paths of reflection differ in the order in which light beams touch the three reflective surfaces. In this first embodiment, only one of the six reflection paths is used by each triple mirror. In this case, the light enters into the triple mirror in each case in an input sector 10, passes through a selected reflection path 11 and then exits from an output sector 12. If only one reflection path of a triple mirror is to be used, then the maximum diameter of a parallel, circular beam is half the distance of the centers of input and output beams of the triple mirror. If only one reflection path of a Triple mirror can be used to reflect divergent radiation, so the maximum diameter of the aperture for input or output beam enbündei on the front surface can reduce accordingly.
Beide Retroreflektoren 4, 5 sind so angeordnet, dass ihre Frontflächen 13, 14 jeweils weitgehend parallel zu Flächen 15, 16 des ersten Strahlteilerelementes 1 verlaufen, aus denen die geteilte Strahlung austritt Dabei soll diese aus dem ersten Strahlteilerelement 1 austretende geteilte Strahlung jeweils in die Eingangssektoren 10 der Retroreflektoren 4, 5 eintreten und entsprechend aus den Ausgangssektoren 12 auf das zweite Strahlteilerelement 6 treffen. Das zweite Strahlteilerelement 6 ist hier räumlich über dem ersten angeordnet, sodass die strahlteilenden Flächen 9 parallel zueinander und möglichst in einer Ebene angeordnet sind. Both retroreflectors 4, 5 are arranged so that their front surfaces 13, 14 each extend substantially parallel to surfaces 15, 16 of the first beam splitter element 1, from which the split radiation exits. Here, this split radiation emerging from the first beam splitter element 1 is intended to enter the input sectors 10 of the retroreflectors 4, 5 enter and meet accordingly from the output sectors 12 to the second beam splitter element 6. The second beam splitter element 6 is arranged spatially above the first, so that the beam-splitting surfaces 9 are arranged parallel to each other and as possible in a plane.
Der Retroreflektor 4 wurde auf der dem anderen Retroreflektor 5 zugewandten Seite um einen Teil konstruktiv reduziert, der nicht Bestandteil des verwendeten Reflexionspfades 11 ist (vgl. auch Fig. 2, hier ist die Frontansicht des Retroreflektors 4 dargestellt, bei dem der graue Bereich abgeschnitten wurde oder erst gar nicht vorhanden war). Dadurch lassen sich beide Retroreflektoren 4, 5 besonders dicht aneinander anordnen (vgl. Fig. lb). The retroreflector 4 was structurally reduced on the side facing the other retroreflector 5 by a part which is not part of the reflection path 11 used (see also Fig. 2, here the front view of the retroreflector 4 is shown, in which the gray area was cut off or not at all). As a result, both retroreflectors 4, 5 can be arranged particularly close to one another (cf., FIG. 1b).
Optische Funktionsweise: Optical function:
Jeder der vier Interferometer-Zugänge 2, 3, 7, 8 lässt sich als Eingang für Strahlung verwenden. Zu einem als Eingang verwendeten Interferometer-Zugang an einem der beiden Strahlteilerelemente 1, 6 gehören zwei als Ausgang verwendbare Interferometer- Zugänge am anderen Strahlteilerelement 6 bzw. 1. Each of the four interferometer accesses 2, 3, 7, 8 can be used as input for radiation. To one used as input interferometer access to one of the two beam splitter elements 1, 6 include two usable as an output interferometer accesses the other beam splitter element 6 and 1 respectively.
Wird das Interferometer mit einem Eingang 2 betrieben, so wird vom entsprechenden Strahlteilerelement 1 eine Eingangsstrahlung 17 in zwei mterferometer-Teilstrahlungen 18, 19 möglichst im Verhältnis 1:1 aufgeteilt. Beide Interferometer-Tei I strahl ungen 18, 19 werden von je einem zugehörigen Retroreflektor 4, 5 versetzt reflektiert Das zweite Strahlteilerelement 6 vereinigt beide mterferometer-Teilstrahlungen zu zwei Ausgangsstrahlungen 20. Jeweils eine Ausgangsstrahlung besitzt die zur anderen Ausgangsstrahlung komplementäre Interferenzinformation. If the interferometer is operated with an input 2, an input radiation 17 is split by the corresponding beam splitter element 1 into two interferometer partial radiations 18, 19, preferably in the ratio 1: 1. Both interferometer partial beams 18, 19 are reflected by an associated retroreflector 4, 5 and offset. The second beam splitter element 6 combines both interferometer partial radiations into two output radiations 20. Respectively one output radiation has the interference information complementary to the other output radiation.
Durch die beiden Retroreflektoren 4, 5 ist die Interferenz an den Ausgängen des Interferometers gesichert gegen reines Verkippen dieser Retroreflektoren 4, 5. Der Weg, den eine der beiden Inierferometer-Teilstrahlungen zurücklegt, wird als ein Arm des Interferometers bezeichnet. Die Geometrie des Interferometers ermöglicht es, dass ein Arm des Interferometers nur ca. 3,1 mal so lang sein muss, wie in einem vergleichbaren Michelson-Interferometer. By the two retroreflectors 4, 5, the interference at the outputs of the interferometer is secured against pure tilting of these retroreflectors 4, 5th The path traversed by one of the two infra-interferometer partial radiations is referred to as an arm of the interferometer. The geometry of the interferometer allows one arm of the interferometer to be only about 3.1 times as long as in a comparable Michelson interferometer.
Einsatz für die Fourier-Transfonnations-Spektroskopie: Use for Fourier Transform Spectroscopy:
Um das Interferometer für die Fourier-Transformations-Spektroskopie einzusetzen, werden die Interferenzen, die durch die polychromatische Strahlung an mindestens einem Ausgang des Interferometers entstehen, bei verschiedenen optischen Weglängendifferenzen zwischen den Armen des Interferometers mit einem strahlungsempfindlichen Detektor vermessen (der Übersichtlichkeit halber nicht explizit dargestellt). Es ergibt sich eine Autokorrelation der Eingangsstrahlung als Funktion der optischen Weglängendifferenz, die durch spätere Fourier-Transformation in ein Leistungsdichtespektrum umgerechnet wird. In diesem Anwendungs bei spiel wird die Veränderung der optischen Weglängendifferenz durch einen mechanischen Antrieb (jeweils nur durch Pfeil angedeutet), der mindestens einen der Retroreflektoren insbesondere orthogonal zu dessen Frontfläche bewegen kann, realisiert. To use the interferometer for Fourier transform spectroscopy, the interference caused by the polychromatic radiation at at least one output of the interferometer at different optical path length differences between the arms of the interferometer with a radiation-sensitive detector are measured (for clarity, not explicitly shown ). This results in an autocorrelation of the input radiation as a function of the optical path length difference, which is converted by later Fourier transformation into a power density spectrum. In this application in game, the change in the optical path length difference by a mechanical drive (only indicated by arrow), which can move at least one of the retroreflectors in particular orthogonal to the front surface, realized.
Um den vignettierungsfreien Akzeptanzwinkel des Interferometers zu steigern ist es günstig, möglichst viel des von Strahlung durchlaufenen Raumes des Interferometers mit stark brechendem Material als Immersionsmedium auszufüllen. Prinzipiell kann der Akzeptanzwinkel und damit der optische Informationsdurchsatz durch kurze Wege und durch hochrefrakrive Materialien erhöht werden. Auch wenn sich beim Einsatz von hochrefraktiven Materialien die optische Weglänge insgesamt erhöht, so bleibt doch die Strahlungs weglänge konstant und es wird durch Brechung eine divergente Strahlung mit geringeren Winkeln geführt. Aus diesem Grund sind in diesem Anwendungsbeispiel glasgefüllte Tripelspiegel und Würfel als Strahlteiler zum Einsatz gekommen. Darüber hinaus kann der Raum zwischen den optischen Elementen ebenfalls mit hochrefraktivem Material ausgefüllt werden, dabei ist es jedoch oft wünschenswert, beide Interferometer- Teilstrahlungen der gleichen Dispersion auszusetzen. Bei Anwendungen mit hohen Lichtintensitäten, Anwendungen bei denen die Gesamtdispersion eine Rolle spielt oder Anwendungen im Ultraviolett, kann es dennoch von Vorteil sein, statt hochrefraktiver Materialien, hohle, innenverspiegelte Tripelspiegel und dünne Strahlteilerplatten gegebenenfalls mit Platten zur Dispersionskompensation einzusetzen. In order to increase the vignetting-free acceptance angle of the interferometer, it is advantageous to fill as much as possible of the space of the interferometer which has passed through the radiation with strongly refractive material as the immersion medium. In principle, the acceptance angle and thus the optical information throughput can be increased by short paths and by highly refractive materials. Even if the total optical path length increases with the use of highly refractive materials, the radiation path length remains constant and a divergent radiation with smaller angles is guided by refraction. For this reason, glass-filled triple mirrors and cubes have been used as beam splitters in this application example. Moreover, the space between the optical elements can also be filled with highly refractive material, but it is often desirable to expose both interferometer partial radiations to the same dispersion. In applications with high light intensities, applications in which the total dispersion plays a role or applications in the ultraviolet, it may still be advantageous, rather than highly refractive Materials, hollow, internally mirrored triple mirrors and thin beam splitter plates optionally with plates for dispersion compensation use.
Bei der Orientierung der Strahlteilerelemente ist zu beachten, dass diese meist nicht symmetrisch aufgebaut sind. Um einen maximalen Interferenzkontrast zu erreichen, sollte das erste Strahlteilerelement entsprechend seiner konstruktiv bedingten Vorzugsrichtung eingesetzt werden und das zweite Strahlteilerelement genau invers zum ersten. Besonders zu beachten ist dies im dritten Ausfuhrungsbeispiel, bei dem die Strahlteilerelemente baulich vereinigt sind. In the orientation of the beam splitter elements is to be noted that these are usually not symmetrical. In order to achieve a maximum interference contrast, the first beam splitter element should be used in accordance with its design-related preferred direction and the second beam splitter element exactly inverse to the first. This is particularly important in the third exemplary embodiment, in which the beam splitter elements are structurally combined.
Um die Polarisation der Strahlung im Interferometer wenig zu beeinflussen kann es günstig sein, die Retroreflektoren mit einer zusätzlichen Metallschicht zu versehen und keine reinen Glasreflektoren mit Totalreflexion zu verwenden. In order to influence the polarization of the radiation in the interferometer little, it may be beneficial to provide the retroreflectors with an additional metal layer and not to use pure glass reflectors with total reflection.
Ausfuhrungsbeispiel 2: Exemplary embodiment 2:
Der Aufbau des Interferometers in Fig. 3 unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel (vgl. Fig. 1) dadurch, dass beide Retroreflektoren 4, 5 um einen Teil reduziert wurden, der nicht Bestandteil des jeweils verwendeten Reflexionspfades 11 ist. Dadurch lassen sich nicht nur beide Retroreflektoren 4, 5 wie im ersten A usfuhrungsbeispiel besonders dicht aneinander anordnen, sondern es entsteht zusätzlicher Raum an zwei Zugängen 2, 7 des Interferometers, der von weiteren optischen Elementen genutzt werden kann oder es ermöglicht, Detektoren o. ä. näher am Interferometer zu positionieren (vgl. Fig. 4b). Dadurch können Strahlwege verkürzt werden, wodurch gegenüber divergenter Strahlung ein größerer Akzeptanzwinkel ermöglicht wird. The structure of the interferometer in Fig. 3 differs from the first embodiment (see Fig. 1) in that both retroreflectors 4, 5 were reduced by a part which is not part of the respectively used reflection path 11. As a result, not only can both retroreflectors 4, 5 be arranged particularly close together, as in the first embodiment, but additional space is created at two accesses 2, 7 of the interferometer, which can be used by other optical elements or makes it possible to use detectors or the like to position closer to the interferometer (see Fig. 4b). As a result, beam paths can be shortened, whereby a greater acceptance angle is made possible compared to divergent radiation.
Ausführungsbeispiel 3: Embodiment 3
Der Aufbau des Interferometers in Fig. 4 unterscheidet sich vom zweiten Ausfuhrungsbeispiel (vgl. Fig. 3) dadurch, dass beide Strahlteilerelemente 1, 6 baulich vereinigt sind. Der Vorteil hierbei ist, dass drei Freiheitsgrade der Platzierung der Strahlteilerelemente 1, 6 im Raum, die anderenfalls aufwändig justiert werden müssten, entfallen. Wird das Interferometer für die hyperspektrale BÜdgebung genutzt, ist diese bauliche V ereinigung sinnvoll, da die wiedervereinigten Strahlen parallel verlaufen sollen. Ausfiihrungsbeispiel 4: The structure of the interferometer in Fig. 4 differs from the second exemplary embodiment (see Fig. 3) in that both beam splitter elements 1, 6 are structurally combined. The advantage here is that three degrees of freedom of placement of the beam splitter elements 1, 6 in the room, which otherwise would have to be adjusted consuming omitted. If the interferometer is used for the hyperspectral environment, this structural adjustment makes sense, since the reunited beams should run parallel. Exemplary embodiment 4:
Für die Anwendung in der hyperspektralen Bildgebung (vgl. Fig. 5) wird ein Interferometer 21 gemäß einem der vorherigen AusfQhrungsbeispiele um eine Abbildungsoptik 22 an einem der Eingänge und um eine Abbildungsoptik 23 an mindestens einem der Ausgänge ergänzt, sodass eine zu vermessende Fläche 24 einer Probe scharf auf einen strahlungsempfindlichen, ortsauflösenden Detektor 25 an einem der Ausgänge abgebildet werden kann. Das Interferometer 21 befindet sich hier im Uriendlichstrahlengang der beiden Abbildungsoptiken 22, 23. Das heißt, dass je zwei parallele Strahlen zwischen den beiden Abbildungsoptiken 22, 23 aus demselben Punkt der Probe stammen und auch auf denselben Punkt des Detektors 25 treffen. Dadurch zerstört auch ein Versatz von Strahlen im Interferometer nicht die Interferenz, solange diese ausreichend große Abbildungsoptiken 22, 23 durchlaufen. Die Interferenz in der Detektorebene ist somit auch unabhängig gegenüber Verschieben der Retroreflektoren entlang ihrer Frontflächen 13, 14. For use in hyperspectral imaging (see Fig. 5), an interferometer 21 according to one of the previous embodiments is supplemented by an imaging optics 22 at one of the inputs and an imaging optics 23 at at least one of the outputs, so that a surface 24 to be measured is one Sample can be imaged sharply on a radiation-sensitive, spatially resolving detector 25 at one of the outputs. The interferometer 21 is here in Uriendlich beam path of the two imaging optics 22, 23. That is, each two parallel beams between the two imaging optics 22, 23 originate from the same point of the sample and also hit the same point of the detector 25. As a result, an offset of beams in the interferometer does not destroy the interference, as long as they pass through sufficiently large imaging optics 22, 23. The interference in the detector plane is thus also independent of displacement of the retroreflectors along their front surfaces 13, 14.
Arefimrungsbeispiel 5: Inventive Example 5:
Die Vorrichtung in Fig. 6 ergänzt zum vierten Ausfuhrungsbeispiel eine Lichtquelle 26, die eine räumlich ausgedehnte Probe 27 derart beleuchtet, dass im Wesentlichen nur Bereiche 28 der räumlich ausgedehnten Probe 27 beleuchtet werden, die durch beide Abbildungsoptiken 22, 23 scharf auf die Ebene des Detektors 25 abgebildet werden. In der Literatur sind dazu verschiedene Methoden u. a. mit den Bezeichnungen der Dunkelfeld-, Lichtschicht-, Lichtblatt- oder Lichtscheibenbeleuchtung bekannt Dabei muss der beleuchtete Bereich 28 der räumlich ausgedehnten Probe 27, der später spektral aufgelöst werden soll, nicht notwendigerweise gleichzeitig komplett beleuchtet sein. So sind Verfahren bekannt, bei denen eine Lichtschicht durch ein oder mehrere schnell in einer Ebene verschobene Strahlen erzeugt wird. The device in FIG. 6 supplements, for the fourth exemplary embodiment, a light source 26 which illuminates a spatially extended sample 27 in such a way that substantially only areas 28 of the spatially extended sample 27 are illuminated, which through both imaging optics 22, 23 focus on the plane of the detector 25 are shown. In the literature are various methods u. a. In this case, the illuminated area 28 of the spatially extended sample 27, which is to be spectrally resolved later, need not necessarily be completely illuminated at the same time. Thus, methods are known in which a light layer is generated by one or more rapidly displaced in a plane rays.
Ausfuhrungsbeispiel 6: Exemplary embodiment 6:
Die Vorrichtung in Fig. 7 entspricht dem vierten Ausfuhrungsbeispiel (vgl. Fig. 5) bestehend aus dem Interferometer 21, einer Abbildungsoptik 22 an einem der Eingänge, einer Abbildungsoptik 23 an einem der Ausgänge und dem strahlungsempfindlichen, ortsauflösenden Detektor 25, wobei zu der zu vermessenden Eingangsstrahlung 17 eine zusätzliche und von dieser unterscheidbare, kohärente Referenzstrahlung 29 in dem Interferometer 21 geführt wird. Die Referenzstrahiung 29 wird analog der zu vermessenden Eingangsstrahl ung 17 (vgl. Fig. 1) durch das Interferometer 21 geführt. Das heißt, die Referenzstrahlung 29 trifft auf das erste Strahlteilerelement 1, wird dabei in mterferometer-Referenzteilstrahlungen 30 aufgeteilt, welche dann auf die Retrorefiektoren 4, 5 treffen (vgl. Fig. 8) usw. Dabei müssen die Interferometer- Referenzteilstrahlungen 30 nicht notwendigerweise durch dieselben Sektoren der Retrorefiektoren 4, 5 treten, wie die mterferometer-Teilstrahlungen 18, 19. Da die Referenzstrahlung 29 eine sehr parallele sein kann, reicht ein kleiner Bereich eines Retrorefiektors für die Reflektion der jeweiligen Interferometer-Referenzteilstrahlun- gen 30. Daher können hierfür auch die Reste der stark reduzierten Sektoren genutzt werden, solange gewährleistet ist, dass sich sowohl Eingang als auch Ausgang der Interferometer-Referenzteilstrahlungen 30 innerhalb des Retrorefiektors befinden (vgl. Fig. 8). Durch Vermessung der von dieser Referenzstrahlung 29 erzeugten Interferenzen 31 mit Sensoren 32 an einem oder wie in der Abbildung beiden Ausgängen 7, 8 lässt sich ein Maß für die optische Weglängendifferenz der beiden Interferometer-Arme ableiten. Die kompakte Darstellung des Interferometers 21 in der Zeichnung schließt nicht aus, dass in den Interferometer-Armen, also dem Strahlengang zwischen den S trahlteilerelementen, weitere optische Komponenten eingebracht werden können, wie diese z. B. für die Gewinnung eines vollen Quadratursignals nötig sind. The device in Fig. 7 corresponds to the fourth exemplary embodiment (see Fig. 5) consisting of the interferometer 21, an imaging optics 22 at one of the inputs, an imaging optics 23 at one of the outputs and the radiation-sensitive, Spatial resolution detector 25, wherein to the input radiation to be measured 17 an additional and distinguishable from this, coherent reference radiation 29 is guided in the interferometer 21. The reference radiation 29 is guided through the interferometer 21 analogously to the input beam 17 to be measured (see FIG. That is, the reference radiation 29 impinges on the first beam splitter element 1, is thereby divided into interferometer reference partial radiations 30 which then strike the retrorefiectors 4, 5 (see Fig. 8), etc. In this case, the interferometer reference partial radiations 30 do not necessarily pass through Since the reference radiation 29 can be a very parallel one, a small area of a retroreflector is sufficient for the reflection of the respective interferometer reference partial radiations 30. Therefore, this can also be done for this purpose the remainders of the greatly reduced sectors are used as long as it is ensured that both input and output of the interferometer reference partial radiations 30 are located within the retrorefiector (see Fig. 8). By measuring the interference 31 generated by this reference radiation 29 with sensors 32 on one or as in the figure both outputs 7, 8, a measure of the optical path length difference of the two interferometer arms can be derived. The compact representation of the interferometer 21 in the drawing does not exclude that in the interferometer arms, so the beam path between the S trahlteilerelementen, more optical components can be introduced, as these z. B. are necessary for the recovery of a full quadrature signal.
Zur Verwendung als Fourier-Transformations-Spektrometer umfasst dieses Ausführungsbeispiel eine Einrichtung 33 zur Aufzeichnung der mterererizinformationen der Referenzstrahlung 29 und der zu vermessenden Strahlung 17 und einen, mit dieser Einrichtung synchronisiert arbeitenden, Antrieb 34 zur Veränderung der optischen Weglängendifferenz der beiden Interferometer-Arme. Bei der späteren Rekonstruktion des Leistungsdichtespektrams kann die zusätzlich aufgezeichnete Interferenzinformation der Referenzstrahiung herangezogen werden, um damit die exakten optischen Weglängendifferenzen zu jeder Interferenzinformation der zu vermessenden Eingangsstrahlung 17 zu berücksichtigen. Zur Anwendung kann ein Algorithmus zur nicht äquidistanten Fourier-Transformation genutzt werden. Aiisführungsbeispiel 7: For use as a Fourier transform spectrometer, this embodiment comprises means 33 for recording the secondary information of the reference radiation 29 and the radiation 17 to be measured and a drive 34 operating in synchronism with this device for varying the optical path length difference of the two interferometer arms. In the later reconstruction of the power density spectrometer, the additionally recorded interference information of the reference radiation can be used to take into account the exact optical path length differences for each interference information of the input radiation 17 to be measured. For application, an algorithm for non-equidistant Fourier transformation can be used. Example 7:
Die Vorrichtung in Fig. 9 ist im Vergleich zum sechsten Ausführungsbeispiel (vgl. Fig. 7) mit einer Reglungseinrichtung 35 ausgestattet, welche die durch die Sensoren 32 vermessene Interfererizinformation der Referenzstrahlung auswertet und einen Antrieb 34 so steuert, dass die optischen Weglängendifferenz der beiden Interferometer-Axme stabilisiert wird. Dadurch wird auch während der gesamten Zeitdauer einer Vermessung der Interfererizinformation der zu vermessenden Eingangsstrahlung 17 das Einhalten einer definierten optischen Weglängendifferenz gewährleistet. Insbesondere bei Vermessungen, die länger als mechanische Schwingungen des Interferometers dauern, ist eine solche Reglung von Vorteil. Weglängenänderungen während einer Vermessung, die bei dem vorherigen Ausfuhrungsbeispiel noch zu einer Reduzierung des Interferenzkontrastes geführt haben, können nun noch immer korrigiert werden. Zusätzlich reduziert sich der algorithmische Aufwand bei der Auswertung. Compared to the sixth exemplary embodiment (see FIG. 7), the device in FIG. 9 is equipped with a control device 35, which evaluates the interferometer information of the reference radiation measured by the sensors 32 and controls a drive 34 such that the optical path length difference of the two interferometers -Axme is stabilized. As a result, the observance of a defined optical path length difference is ensured even during the entire period of a measurement of the interferometer formation of the input radiation 17 to be measured. Especially with surveys that take longer than mechanical vibrations of the interferometer, such a regulation is advantageous. Path length changes during a measurement, which have led to a reduction of the interference contrast in the previous exemplary embodiment, can now still be corrected. In addition, the algorithmic effort is reduced in the evaluation.
Die Notwendigkeit die Interferenzinformationen der Referenzstrahi ung für die spätere Auswertung aufzuzeichnen besteht nicht mehr unbedingt, kann aber dennoch für eine Verbesserung sinnvoll sein. The need to record the interference information of Referenzstrahi ung for later evaluation is no longer necessarily, but may still be useful for an improvement.
Dieses Ausführungsbeispiel ist gegen alle Freiheitsgrade der mechanischen Veränderung innerhalb des Interferometers 21 so gut stabilisiert, dass auch über lange Zeiträume Interferenzen mit einstellbarer optischer Weglängendifferenz vermessen werden können, was gerade bei Anwendungen, bei denen nur geringe Lichtintensitäten zur Verfügung stehen, wie der Raman-Spektroskopie bzw. Raman-Bildgebung, wichtig ist. This embodiment is so well stabilized against all degrees of freedom of the mechanical change within the interferometer 21 that it is possible to measure interferences with adjustable optical path length difference even over long periods, which is just the case in applications in which only low light intensities are available, such as Raman spectroscopy or Raman imaging, is important.
Die Reflektoren des Interferometers sind kippinvariant, da Retroreflektoren 4, 5 zum Einsatz kommen. Die beobachtete Interferenz der beiden Interferometer- Teilstrahlungen 18, 19 in der Detektorebene ist weitgehend invariant gegen Verschieben der Retroreflektoren 4, 5 entlang ihrer Frontflächen 13, 14, da sich diese im Unendlich Strahlengang der beiden Abbildungsoptiken 22, 23 am Eingang und am Ausgang des Interferometers 21 befinden. Der verbleibende Freiheitsgrad der Retroreflektoren 4, 5, der die optische Weglängendifferenz der beiden Interferometer-Teilstrahlungen 18. 19 beeinflusst, wird durch die Reglungseinrichtung 35 stabilisiert. The reflectors of the interferometer are tilt-invariant, since retroreflectors 4, 5 are used. The observed interference of the two interferometer partial beams 18, 19 in the detector plane is largely invariant against displacement of the retroreflectors 4, 5 along their front surfaces 13, 14, since these in the infinite beam path of the two imaging optics 22, 23 at the input and the output of the interferometer 21 are located. The remaining degree of freedom of the retroreflectors 4, 5, which influences the optical path length difference of the two interferometer partial radiations 18, 19, is stabilized by the control device 35.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 15766383 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 15766383 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |