專利名稱：干涉儀及其補償色散和/或增大光譜分辨率的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及依照權利要求1特征概念所述的這種干涉儀和權利要求12和13所述的這種干涉儀的補償色散的方法和/或增大光譜分辨率的方法。
電磁輻射干涉儀里面的測量原理是基于兩個相干部分電磁波ψ1、ψ2之間的干涉，這兩個波相互間具有限定的相位關系，即相同的波長λ，不隨時間變化的固定相位差Δφ重疊在這兩個波上。對重疊波的強度Idet進行檢測。Idet正比于a+cos(Δφ)，這里a是常數(shù)。只有相同的偏振分量，如沿x軸的電場矢量總是相互干涉。
在雙光束干涉儀中，來自輻射源的輻射被分為兩個相對相位差為零的光束分量，每個光束分量提供給一個干涉儀臂。干涉儀臂可以具有不同的光程長度，在這兩個部分波通過干涉儀后將不為零的相位差重疊在它們之上。在兩個干涉儀臂之間存在光程長度差Δln的雙光束干涉儀中，兩個部分波之間的相位差為Δφ=2πΔlnλ.]]>l是實際光程長度，n是媒介的折射率。這個干涉儀的相位Δφ與波長λ和Δln有關，因此，如果一個量是已知的，那么可以用于精確測量另一個量。
例如，利用干涉儀來測量諸如規(guī)塊一類物體的長度、測量折射率、或者應用于光譜儀中。
長度測量，即光程長度差Δln偏差的測量會受到波長波動的影響而變差，因為即使Δln保持相同，波長的偏差也會產生干涉儀輸出信號Idet的偏差。為了補救這一缺點，Y.Troitski在Applied Optics 34 44717(1995)中提出了一種通過將蒸氣施加在干涉儀反射鏡上大致可補償輸出信號對波長依賴性的無色散干涉儀。該方法的缺點是將蒸氣施加到反射鏡上使之代價高昂和不靈活。在施加蒸氣后通過調節(jié)將干涉儀的工作區(qū)(即基本波長λ0附近的范圍，其中輸出信號基本上與輻射源的波長λ無關)設定為基本波長λ0，在改變輻射源后，不再能夠對實際條件進行調節(jié)。另一個缺點是工作區(qū)窄，這意味著對于在基本波長λ0附近的較寬的波段Δλ不能采用色散補償。
光譜研究用的干涉儀的一個缺點是輸出信號不僅對于波長而且對于例如由測量裝置振動引起的干涉儀臂的光程長度差的偏差都具有高靈敏度。這導致光譜測量結果易出誤差。
本發(fā)明的目的是提供一種在維持對干涉儀臂長偏差高靈敏度的同時補償在可調基本波長λ0附近波長范圍Δλ內輸出信號對波長依賴性的電磁輻射干涉儀。本發(fā)明的目的還有提供一種光譜分辨率高于具有同等臂長的傳統(tǒng)雙光束干涉儀，由此穩(wěn)定輸出信號對干涉儀臂長偏差的電磁輻射干涉儀。
這一目的可通過由至少兩個干涉儀臂和一個分束器組成的電磁輻射干涉儀來實現(xiàn)，這里，來自電磁輻射源的光束被分束器分束成兩個光束分量并提供給兩個干涉儀臂中每個臂；在它們通過干涉儀臂后，與干涉儀臂中光程差Δln和波長λ有關的相位差Δφ=2nΔ(l·n)λ]]>被同一或另一分束器疊加在光束分量上；用檢測器測量疊加波的強度，其特征如下a)在光路中設置至少一個偏振片，它確立進入干涉儀臂中的部分電磁波的限定偏振狀態(tài)P1/20，這里偏振狀態(tài)與波長無關，并對兩個光束分量可以不同。
b)在至少一個干涉儀臂中設置至少一個光學元件，光學元件改變部分電磁波的偏振狀態(tài)P1/20，它是波長λ的函數(shù)，即用偏振P1/2(λi)對每個光譜分量進行編碼，使得部分電磁波取偏振狀態(tài)P1(λ)或P2(λ)。在Poincare偏振球上示出的區(qū)域P1(λ)和P2(λ)相互至少是部分不同的。
c)位于干涉儀輸出端的分析儀透射可調偏振狀態(tài)Pdet，由此形成每個光譜分量λi的投影Pdet(P1/2(λ))并產生光譜分量的部分波之間的與波長有關的附加相位差γ(λ)，這里γ是P1/2(λ)和Pdet的函數(shù)。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的另一個重要因素是利用這種干涉儀的方法，其特征在于通過以下步驟來補償在基本波長λ0附近的范圍內輸出強度對色散或波長的依賴性，即在λ0附近光譜波長波動期間穩(wěn)定干涉儀輸出信號并因此增大干涉儀對臂長差Δl偏差的靈敏度a)產生進入干涉儀臂中的部分電磁波的與波長無關的限定輸出偏振P1/20，這里，可以P10≠P20。
b)用與波長有關的偏振P1(λ)或P2(λ)對部分電磁波的各個光譜分量進行編碼。
c)對限定偏振Pdet的檢測。
d)相互調節(jié)偏振量P1/20、P1/2(λ)和Pdet，以致下式應用于在λ0區(qū)域內的波長λ上γ(λ)=-12Ω(Pdet,P1(λ),P2(λ))≈d+2πΔlnλ20(λ-λ0)]]>或dΩdλ(λ0)≈-4πΔlnλ20]]>式中d是常數(shù)，Ω(Pdet,P1(λ),P2(λ))當代表Poincare單位球上的偏振量時是指由點Pdet,P1(λ),P2(λ)為固定λ而限定的球面三角的面積。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的另一個重要因素是利用這種干涉儀的方法，其特征在于通過以下步驟在基本波長λ0附近的范圍內增大干涉儀的光譜分辨率a)產生進入干涉儀臂中的部分電磁波的與波長無關的限定輸出偏振P1/20，這里，可以P10≠P20。
b)用與波長有關的偏振P1(λ)或P2(λ)對部分電磁波的各個光譜分量進行編碼。
c)對限定偏振Pdet的檢測。
d)相互調節(jié)偏振量P1/20、P1/2(λ)和Pdet，以致Δφ<<12Ω(Pdet,P1(λ0),P2(λ0))]]>應用于λ0上，這里，Ω(Pdet,P1(λ0),P2(λ0))當代表Poincare單位球上的偏振量時是指由點Pdet,P1(λ0),P2(λ0)限定的球面三角的面積。
干涉儀的其它優(yōu)越實施例由從屬權利要求2至10所表征。
根據(jù)本發(fā)明的干涉儀和在根據(jù)本發(fā)明的干涉儀中能夠進行的方法基于以下概念確定干涉儀輸出信號的干涉儀中兩部分波之間的相位差Δφ是波長λ和臂長差Δln的函數(shù)Δφ(λ,Δln)=2πΔlnλ0]]>由于是波長的函數(shù)，即如果波長λ略偏離基本波長λ0，而光程長維持不變，那么，由下式可導出相位差Δφ(λ)≈2πΔlnλ0-2πΔlnλ20(λ-λ0)=c-2πΔlnλ20(λ-λ0);]]>c=常數(shù)然而，在測量長度時，要求相位差僅取決于光程長度差Δln，而不取決于λ或(λ-λ0)。具體說，相位差應當與光程差一樣維持不變。如果我們將與波長有關的附加項γ(λ)加到相位差上，這里γ(λ)具有形式γ(λ)≈d+2πΔlnλ20(λ-λ0);]]>d=常數(shù)那么，兩個光束分量之間的總相位差Δφ(λ)+γ(λ)在第一級近似下與波長無關。因此，當輻射源的波長λ偏離基本波長λ0時檢測到的信號并不變化。因此，輸出信號保持完全依賴于光程。γ(λ)代表由折射率表征的隨波長增大的異常色散項。
按照如下引入附加項γ(λ)首先，確立進入干涉儀臂中的部分波ψ1和ψ2的與波長無關的限定偏振狀態(tài)P1/20。這可以通過位于輻射源之后的偏振片或通過進入干涉儀臂的入口處的偏振分束器或二者的組合來實現(xiàn)。也可以采用產生限定偏振狀態(tài)的光的輻射源，如激光器。在這種情況中，不需要其它偏振元件。重要的是偏振P1/20與波長無關。
將改變透射光偏振狀態(tài)(它是其波長的函數(shù))的偏振元件定位在干涉儀兩個臂中的至少一個臂中。因此，它們以依賴于干涉儀臂的偏振P1(λ)和P2(λ)對波長λ的每個光譜分量進行編碼。這些偏振編碼的光學元件為雙折射、旋光性或橢圓雙折射板，如晶體板。也可以采用另外的雙光束干涉儀進行偏振編碼。對于基本波長λ0范圍內的特定波長λ，偏振兩P1(λ)和P2(λ)應當不等。如果我們表示偏振量為Poinzare偏振球上的歸一化斯托克斯矢量，那么，這意味著區(qū)域P1(λ)和P2(λ)不重疊，至少部分是。以下的四重矢量定義為斯托克斯矢量P=(I,M,C,S)其中I=|e-λE-|2+|e-λE-|2]]>M=|e-λE-|2-|e-λE-|2]]>C=2Re[(e-λE-)0(e-λE-)]]]>S=2Im[(e-λE-)0(e-λE-)]]]>這里，I是具有電場矢量[E]的在[e]方向傳播的電磁波的總強度；M代表偏振橢圓率的度數(shù)；C和S各表明+45°至-45°或從右旋光到左旋光的級數(shù)。偏振光得到I2=M2+C2+S2即所有斯托克斯矢量位于半徑為I的同一球(Pionzare偏振球)上。如果對強度歸一化，那么，這個球的半徑為1。如果點僅代表偏振量，則不需要考慮強度。例如，斯托克斯矢量P=(1,0,0,1)代表完全左旋偏振光，而P=(1,0,1,0)描述已經在45°方向線性偏振的光。
由于雙折射、旋光性或橢圓雙折射對波長依賴性，在通過于涉儀臂后，將不同光譜分量從公共輸出偏振P1/20轉變?yōu)椴煌呐c波長有關的偏振狀態(tài)P1(λ)和P2(λ)。為了防止區(qū)域P1(λ)和P2(λ)完全重疊，偏振編碼光學元件在干涉儀臂中以不同方向定向。
由于偏振片位于檢測器的上游，或者，另一方式，在每個干涉儀臂中分別有一個偏振片，僅對比檢測偏振Pdet進行檢測。因此，對于每個光譜分量λi，形成部分波的投影Pdet(P1(λi)和Pdet(P2(λi))并使之干涉。這產生光譜分量的部分波之間的與波長有關的附加相位差γ(λi)。這一與波長有關的附加相位γ(λ)服從γ(λ)=-12Ω(Pdet,P1(λ),P2(λ))]]>式中Ω(Pdet,P1(λ),P2(λ))是在Poincare單位球體上的偏振表示中由點Pdet、P1(λ)和P2(λ)限定的球面三角的面積。因此γ(λ)是偏振量Pdet(P1(λ)和P2(λ))的函數(shù)。γ(Pdet,P1(λ),P2(λ))稱為Pancharatnam相位。
為了補償色散，將量Pdet(P1(λ))和Pdet(P2(λ))選擇為在基本波長λ0區(qū)域中的波長λ服從γ(λ)≈d+2πΔlnλ20(λ-λ0);]]>d=常數(shù)。
該工作區(qū)可通過改變輸入偏振(量)、偏振編碼元件，例如它們的角度位置、厚度、傾角或檢測偏振這種方式設定。
那么，如果我們在干涉儀臂中放置延遲量非常大的光學元件，透射特性對波長的依賴性可由較大的等量γ(λ)值確定，而不再由干涉儀相位Δφ確定。結果，干涉儀對這一區(qū)域中的光程長度差的偏差不太敏感，因為長度靈敏度僅由Δφ確定。因此，具有這一特性的干涉儀適合于精密光譜學。
附圖示出本發(fā)明的一個實施例，其中

圖1是示出本發(fā)明的干涉儀的示意圖。
圖2是示出表明偏振量Pdet、P1(λ)和P2(λ)的Poincare球。
圖3a-c、4和5示出不同參數(shù)組時干涉儀透射特性與波長或光程差之間函數(shù)關系的例子。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的電磁輻射干涉儀1，其中來自電磁輻射源2的光束被分束器3分束成兩個光束分量并將這兩個光束分量提供給各個干涉儀臂6、7。輻射源為例如激光器或其它至少產生部分相干光的光源。光束分量各被位于干涉儀一端的反射鏡反射疊加在它們之上并反射回原同一光路中。在通過干涉儀臂后，它們再次被同一個分束器3疊加它們之上。由檢測器10測量重疊波的強度。
不用設置在光路中的光學元件作任何進一步動作，部分波在通過干涉儀臂之后，與干涉儀臂中光程差Δln和波長λ有關的相位差Δφ=2nΔ(l·n)λ]]>將會疊加在它們上。根據(jù)相位差和輻射相干度，這可以完全抵消檢測器上測得的強度。
偏振片8使提供給干涉儀臂的部分波偏振。它建立進入干涉儀臂中的部分電磁波的限定輸入偏振狀態(tài)P1/20。在這種情況中，應用P10=P20，因為分束器3分離獨立偏振的光束。
在兩個干涉儀臂的每個臂設置一個光學元件11、12，它改變是波長λ函數(shù)的部分電磁波的偏振狀態(tài)。因此用偏振P1/2(λi)對每個光譜分量λi進行編碼，使得部分電磁波取偏振狀態(tài)P1(λ)和P2(λ)。表示在Poincare偏振球上，區(qū)域P1(λ)和P2(λ)至少是部分不同的，這可以通過采用不同的光學元件11、12或者具有不同設置的這種元件來實現(xiàn)。
在干涉儀輸出端的檢測器的上游放置一個透射可調偏振狀態(tài)Pdet的分析儀9。這個分析儀9形成每個光譜分量λi的投影Pdet(P1(λi))或Pdet(P2(λi))與來自分析儀下游的這些投影的相互干涉。分析儀產生光譜分量的部分波之間的與波長有關的附加相位差γ(λ)，這里γ是P1/2(λ)和Pdet的函數(shù)。另一種方法是從分析儀的上游獲得部分波干涉，以這種方式產生具有偏振P(λi)的波以及形成投影Pdet(P(λi))。從測得的輸出強度考慮結果是相同的。
檢測偏振象可以是輸入偏振一樣，可以是任何橢圓偏振。線性偏振量尤其易于實現(xiàn)。
圖2示出代表偏振量P1/20、Pdet、P1(λ)和P2(λ)的Poincare球。Poincare球位于坐標系的原點，沿各個軸繪出以上定義的量M、C和S。采用這種表示，所有的純偏振狀態(tài)是半徑為1的Poincare球的表面上點，即總是應用M2+C2+S2=1。在以下的描述中，我們總是舍棄以上定義的斯脫克斯矢量中的第一分量(強度)，因為強度被歸一化為1。在球體的北極，坐標(0,0,1)完全代表左旋偏振光；赤道上的點對應于電場矢量具有不同振動幅度的線偏振光。上半球中的區(qū)域對應于左旋橢圓偏振量，下半球中的區(qū)域對應于右旋橢圓偏振量。
利用偏振片在干涉儀輸入端產生進入干涉儀臂中的部分波的輸入偏振P1/20。在這種表示中，P1/20位于Poincare球的赤道上以及M軸上，因此，對于所有波長具有坐標(1,0,0)。因此，P1/20是沿x軸線性偏振的與波長無關的光。
位于干涉儀臂中的改變偏振的光學元件改變是波長函數(shù)的兩個相互獨立的光束分量的輸入偏振。第一光束分量(左旋偏振量)的光譜波長λ的偏振量繪在上半球的區(qū)域P1(λ)中。具有相對球體赤道平面的鏡面對稱性，第二光束分量(右旋偏振量)的光譜波長λ的偏振量繪在下半球的區(qū)域P2(λ)中。這些區(qū)域以虛線表示。例如，通過將沿光軸切割的石英板以相互正交的取向置于干涉儀的每個臂中可實現(xiàn)相對赤道的對稱性。
在這個例子中，改變基本波長λ0和另一波長λi的偏振，使得點P1/2(λ0/1)位于大圓上，這里C=0。P1/2(λ0)或P1/2(λ1)的M分量總是保持相同，僅僅相應S分量之間的差是它們的符號。
這種表示還表現(xiàn)了由位于干涉儀輸出端的分析儀所透射的檢測偏振Pdet。在這個例子中，Pdet是由赤道上的點所表示的任何線性偏振，它也可以利用簡單偏振片作為分析儀來輕易地實現(xiàn)。
光束分量通過干涉儀臂后，分析儀僅透射它們投影分量Pdet(P1/2(λ))，這些分量可以相互干涉并對檢測信號產生作用。對于單個光譜分量，我們可以用例如波長λ0示出，這產生兩個光束分量之間的相位差γ(λ0)，它正比于在點P1(λ0)、P2(λ0)和Pdet之間延展的球面三角區(qū)Ω(λ0)。這服從γ(λ0)=-12Ω(λ0).]]>附圖示出兩個不同光譜分量λ0和λ1的三角區(qū)Ω(λ0)和Ω(λ1)。Ω(λ0)是由實線界定的，Ω(λ1)是由虛線界定的。
可以通過光學元件的選擇相互調節(jié)P1/20、Pdet、P1(λ)和P2(λ)，使得附加相位γ(λ)補償干涉儀色散或輸出信號對波長的依賴性，或者甚至其對干涉儀臂長的依賴性。
為了補償色散，這樣選擇面積P1(λ0)和P2(λ0)以及Pdet，即，對于波長λ0，當波長從λ0變?yōu)棣?，即Δλ=λ0-λ1時，附加相位的偏差Δγ(λ)=-12Ω(λ0)-Ω(λ1)]]>恰好補償由波長偏差引起的干涉儀相位差。通過選擇P1(λ)和P2(λ)和/或Pdet可以作這樣的調節(jié)。通過選擇輸入偏振P1/20和/或光學元件的位置/取向能夠影響P1(λ)和P2(λ)。
通過將偏振量P1(λ)和P2(λ)的參數(shù)置于大圓圈P1(λ0)、P2(λ0)提供一種較佳的安排，P1/20對稱于Poincare球上點P1/20(輸入偏振)，分析儀透射Poincare球赤道上的偏振量Pdet。在這種情況中，從分析儀下游的強度I(λ)為I(λ)=I0[1+cos2Θcosφ(λ)+cosδ(cos2Θ+cosφ(λ))+sinδsin2Θ sinφ(λ)]在這種情況中，2Θ代表Poincare球上由P1/20和Pdet限定的距離角，φ(λ)代表由P1/20和P1(λ)限定的距離角；δ是從變化開始，例如由干涉儀臂長度之間差引起的兩個干涉光束分量之間存在的相位差。
偏振量P1(λ)和P2(λ)是由兩個厚度d相等的取向相互相反并以45°角置于光路中的石英板分布的。這服從φ(λ)=π-2πd·Δn(λ)λ]]>在這種情況中，Δn(λ)是石英板在波長λ的雙折射率。通過利用上述強度公式中的這一關系，我們得到干涉儀的光譜特性I(λ)。
接著，圖3a-c、4和5示出根據(jù)本發(fā)明的干涉儀的典型透射特性的例子。數(shù)據(jù)是模擬的。除了圖3c外，x軸總是以μm為單位繪出所采用的電磁輻射的波長。y軸以任意單位繪出了在干涉儀輸出端檢測到的強度I(λ)與波長或光程差Δ(l·n)或l的函數(shù)關系。
干涉儀臂中具有給定光程長度差Δln，傳統(tǒng)的雙光束干涉儀的透射特性為在λmax=Δlnm]]>處具有透射最大和在λmin=2Δln2m+l]]>處具有透射最小，這里m是整數(shù)。
在所示的例子中，通過將光學元件(兩個厚度d相等的石英板)置于本發(fā)明的干涉儀的光路中可改變這一偏差。
在圖3a中，在約500至800nm波長范圍內可補償輸出信號I(λ)對波長的依賴性。在這個范圍內，透射曲線達到平坦狀態(tài)，即輸出信號相對波長的波動是穩(wěn)定的，因此，對于光程差的起伏尤為敏感。用于實現(xiàn)這一無色散干涉儀的參數(shù)組為2Θ=2.8；2d=150μm；l=100μm，這里l是兩個干涉儀臂之間的初始光程差，即兩個光束分量之間的光學波長差。l與上述初始相位差δ具有如下關系l=δ·λ2π·n]]>圖3b示出色散補償?shù)牧硪粋€例子，采用參數(shù)2Θ=2.52；2d=200μm和l=6000μm。透射特性在λ=600nm附近的范圍內達到平坦狀態(tài)。
圖3c示出干涉儀透射特性與初始光程差l(單位μm)的函數(shù)關系，采用2Θ=0和2d=540μm。繪出了三個不同波長λ=0.48/0.47/0.49μm的強度I(λ)。盡管透射強度的幅度強烈地依賴于波長，但是，對于所有三個波長所示出的強度隨變量l的變化是基本相同的。具體說，在圖3c中所示的強度最大值和最小值的位置實際上與所采用的波長無關，僅僅取決于光程差l。因此，利用上述參數(shù)也能提供無色散的干涉儀。因而，干涉儀的輸出信號不受波長起伏的影響，能夠被用于更精確地和無誤差地確定臂長度差l。
圖3c中采用的參數(shù)也被用于圖4中所示的透射特性，即2Θ=0和2d=540μm。然而，與圖3c不同，在本情況中繪出了強度I與波長λ的函數(shù)關系。三條曲線對應于光程差l=0/0.1/0.2μm的不同值。盡管干涉儀的兩個光束分量具有不同的光程差，但是，最大和最小強度的位置與波長的函數(shù)關系基本上與波長無關。
在圖5中，與圖3a-c不同，未對透射波長依賴關系進行補償，而是通過在干涉儀光路中提供光學元件增大這一依賴關系。干涉儀具有透射最大值寬和最小值窄的周期性透射范圍。因此，透射曲線有一些透射隨波長變化比未作處理的干涉儀中更大的區(qū)域。因此，在這些區(qū)域中，能夠檢測到波長的微小偏差Δλ，因為它們在輸出信號中產生較大的偏差。因而，在特定波長范圍內干涉儀的光譜分辨率更高，這允許通過選擇光學元件對波長范圍進行調節(jié)。采用參數(shù)2Θ=2.3；2d=6000μm；l=100μm作這一表示。
權利要求
1．一種由至少兩個干涉儀臂(6、7)和一個分束器(3)組成的電磁輻射干涉儀，這里，來自電磁輻射源(2)的光束被分束器(3)分束成兩個光束分量并提供給兩個干涉儀臂(6、7)中每個臂；在它們通過干涉儀臂后，與干涉儀臂中光程差Δln和波長λ有關的相位差Δφ=2nΔ(l·n)λ]]>被同一或另一分束器(3)疊加在光束分量上；用檢測器(10)測量疊加波的強度，其特征如下a)設置在光路中的至少一個偏振片(8)，它確立進入干涉儀臂中的部分電磁波的限定偏振狀態(tài)P1/20，這里偏振狀態(tài)與波長無關，并對兩個光束分量可以不同；b)在至少一個干涉儀臂(6、7)中設置的至少一個光學元件(11、12)，光學元件改變部分電磁波的偏振狀態(tài)P1/20，是波長λ的函數(shù)，即用偏振P1/2(λi)對每個光譜分量進行編碼，使得部分電磁波取偏振狀態(tài)P1(λ)或P2(λ)，由此，在Poincare偏振球上示出的區(qū)域P1(λ)和P2(λ)相互至少是部分不同的；c)位于干涉儀輸出端的分析儀(9)，它透射可調偏振狀態(tài)Pdet，由此形成每個光譜分量λi的投影Pdet(P1/2(λ))并產生光譜分量的部分波之間的與波長有關的附加相位差γ(λ)，這里γ是P1/2(λ)和Pdet的函數(shù)。
2．如權利要求1所述的干涉儀，其特征在于光學元件(11、12)設置在兩個干涉儀臂(6、7)中。
3．如權利要求1或2所述的干涉儀，其特征在于分束器(3)是偏振分束器，它除了對光束分束外還執(zhí)行偏振片(8)的功能。
4．如權利要求1至3中任何一項所述的干涉儀，其特征在于偏振編碼光學元件(11、12)是雙折射、旋光或橢圓雙折射板，例如晶體板。
5．如權利要求4所述的干涉儀，其特征在于偏振編碼光學元件(11、12)在干涉儀中以不同方向定向，由于雙折射、旋光或橢圓雙折射與波長有關的結果，它們將偏振光轉變?yōu)榕c波長有關的不同偏振狀態(tài)P1(λ)和P2(λ)。
6．如權利要求2所述的干涉儀，其特征在于偏振編碼光學元件(11、12)各為另外的雙光束干涉儀。
7．如權利要求2所述的干涉儀，其特征在于偏振編碼光元件(11、12)是在所用波長范圍內透明的各向異性塑料或玻璃板。
8．如權利要求1至7中任何一項所述的干涉儀，其特征在于P1/20、P1/2(λ)和Pdet是由偏振片(8)、分析儀(9)相對位置和隨偏振變化的光學元件(11、12)的選取和對準而選擇的，以致附加相位差γ(λ)補償具有固定光程差的Δ(l·n)的干涉儀相位Δφ=2nΔ(l·n)λ,]]>由此使干涉儀的輸出強度在基本波長λ0附近波長范圍Δλ內接近于與波長無關，即對光源中的光譜波動不敏感。
9．如權利要求1至7中任何一項所述的干涉儀，其特征在于P1/20、P1/2(λ)和Pdet是由偏振片(8)、分析儀(9)相對位置和隨偏振變化的光學元件(11、12)的選取和對準而選擇的，以致附加相位差γ(λ)遠遠超過干涉儀相位Δφ=2nΔ(l·n)λ,]]>由此改變整個干涉儀相位Δφ+γ(λ)使在基本波長λ0附近波長范圍Δλ內增大干涉儀輸出信號對波長的依賴性。
10．如權利要求8或9所述的干涉儀，其特征在于通過改變偏振片的位置，即偏振狀態(tài)P1/20、和/或通過改變分析儀的位置，即檢測偏振Pdet、和/或通過調節(jié)、傾斜、和/或改變厚度和/或改變一個或兩個干涉儀臂中延遲板的取向，即改變P1/2(λ)，能夠改變光譜工作區(qū)λ0、裝置的Δλ。
11．如前述權利要求中任何一項所述的干涉儀，其特征在于位于干涉儀輸出端的分析儀(9)是旋轉偏振分束器。
12．一種利用如權利要求1至11中任何一項所述干涉儀的方法，其特征在于通過以下步驟來補償在基本波長λ0附近的范圍內輸出強度對色散或波長的依賴性，即在λ0附近光譜波長波動期間干涉儀輸出信號的穩(wěn)定化和因此增大干涉儀對臂長度差Δl偏差的靈敏度a)產生進入干涉儀臂中的部分電磁波的與波長無關的限定輸出偏振P1/20，這里，可以P10≠P20；b)用與波長有關的偏振P1(λ)或P2(λ)對部分電磁波的各個光譜分量進行編碼；c)對限定偏振Pdet的檢測；d)相互調節(jié)偏振量P1/20、P1/2(λ)和Pdet，以致下式應用于在λ0范圍內的波長λ上γ(λ)=-12Ω(Pdet,P1(λ),P2(λ))≈d+2πΔlnλ20(λ-λ0)]]>或dΩdλ(λ0)=≈-4πΔlnλ20]]>式中d是常數(shù)，Ω(Pdet,P1(λ),P2(λ))當代表Poincare單位球上的偏振量時是指由點Pdet,P1(λ),P2(λ)為固定λ而限定的球面三角的面積。
13．一種利用如權利要求1至11中任何一項所述干涉儀的方法，其特征在于通過以下步驟在基本波長λ0附近的范圍內增大干涉儀的光譜分辨率a)產生進入干涉儀臂中的部分電磁波的與波長無關的限定輸出偏振P1/20，這里，可以P10≠P20；b)用與波長有關的偏振P1(λ)或P2(λ)對部分電磁波的各個光譜分量進行編碼；c)對限定偏振Pdel的檢測；d)相互調節(jié)偏振量P1/20、P1/2(λ)和Pdet，以致Δφ<<12Ω(Pdet,P1(λ0),P2(λ0))]]>應用于λ0上，這里，Ω(Pdel,P1(λ0),P2(λ0))當代表Poincare單位球上的偏振量時是指由點Pdet,P1(λ0),P2(λ0)限定的球面三角的面積。
全文摘要
本發(fā)明涉及一個雙光束電磁輻射干涉儀(1)以及補償色散和增大這種干涉儀光譜分辨率的方法。采用位于光路中的偏振片(8)產生進入干涉儀臂中的部分電磁波的限定偏振狀態(tài)P
文檔編號G01J9/02GK1227631SQ97197058
公開日1999年9月1日 申請日期1997年8月1日 優(yōu)先權日1996年8月5日
發(fā)明者W·杜爾茲, E·弗林斯, B·希爾斯, H·施米茨 申請人:德國電信股份有限公司