用于干涉式距离测量的装置的制作方法

本发明涉及一种用于干涉式距离测量的装置。特别地，该装置适用于确定两个相互运动的物体之间的绝对距离。

背景技术：

对于干涉式地确定两个相互运动的物体之间的绝对距离，已知了多波长方法。在此，基于不同波长的干涉相位的差形成来确定一个或多个拍相(schwebungsphasen)，其能够实现在大间距区域上的明确绝对位置确定。在此，相应的装置也能够层叠式(kaskadierter)地设计，并且从多种不同波长出发设置生成多个拍相。有关这种装置例如参考us6,496,266b1，在其中还描述了具有三种不同的波长的系统，由此推导出多个拍相或者合成的波长并且由此产生绝对位置信息。

为了生成所要求的多种波长，在所提及的出版物中总共设置了三个稳定的he-ne激光器形式的激光器光源，这意味着设备方面的巨大花销。对此造成的是，要求耗费成本地校准多个光源，以便保障所有光源的射出的光束经过干涉仪的测量和基准臂中的相同的路径。此外，三个分离的激光器光源要求控制每个单个光源，以便保证各个激光器的波长在时间上是稳定的并且具有相同的值。

技术实现要素：

本发明的目的在于，给出一种用于绝对的干涉式距离测量的装置。在此特别地应当在所应用的光源方面产生尽可能小的开销。

根据本发明，该目的通过根据本发明的装置实现。

根据本发明的装置的有利实施方式由以下所列举的措施给出。

根据本发明的用于干涉式距离测量的装置包括多波长光源，其提供具有至少三种不同波长的光束并且构造为纤维激光器，该纤维激光器包括至少三个不同的布拉格光栅，其光栅常量与生成的波长相协调。此外设置干涉仪单元，其将光束分解为测量光束和基准光束，其中，测量光束在测量臂中在测量反射器的方向上传播，并且在该处进行背向反射(rückreflexion)，并且基准光束在基准臂中在静止的基准反射器的方向上传播，并且在该处进行反射。由测量反射器和基准反射器背向反射的测量光束和基准光束干涉地叠加成干涉光束。经由探测单元实现干涉光束分解，使得对于每个波长分别产生多个相移的子干涉信号。此外设置信号处理单元，其设置用于：基于不同波长的子干涉信号来确定有关测量反射器的绝对位置信息。

可能的是，多波长光源至少包括下列部件：

-泵浦光源，

-至少三个布拉格光栅，它们集成在一个或多个激光激活的纤维中，其中，布拉格光栅中的每个都具有大小为π的相位阶跃，

-输入耦合光学系统，经由其能使由泵浦光源射出的泵浦光线输入耦合到至少一个激光激活的纤维中。

在此，至少三个布拉格光栅能够沿着纤维延伸方向完全重叠地布置在至少一个激光激活的纤维中，从而使所有的布拉格光栅的相位阶跃位于相同的位置。

还可能的是，至少三个布拉格光栅沿着纤维延伸方向以确定的偏移间距相互移动地布置，从而使所有的布拉格光栅的相位阶跃都沿着纤维延伸方向同样以确定的偏移间距相互移动地布置。

在此，在三个布拉格光栅的情况下并且

a)在偏移间距位于一个布拉格光栅的有效光栅长度的0％和50％之间时，激光激活的纤维能够包括：第一光栅部段，其具有带有一个光栅常量的布拉格光栅；第二光栅部段，其具有两个带有不同光栅常量的重叠布拉格光栅；以及第三光栅部段，其具有三个带有不同光栅常量的重叠布拉格光栅，或者

b)在偏移间距位于一个布拉格光栅的有效光栅长度的50％和100％之间时，激光激活的纤维能够包括：第一光栅部段，其具有一个光栅常量的布拉格光栅；和第二光栅部段，其具有两个带有不同光栅常量的重叠布拉格光栅，或者

c)在偏移间距为一个布拉格光栅的有效光栅长度的100％时，激光激活的纤维能够仅包括具有一个光栅常量的布拉格光栅的光栅部段。

优选地，至少一个激光激活的纤维构造为掺铒单模玻璃纤维，其以定义的极化方向射出激光辐射。

有利地，至少一个激光激活的纤维在两个固定点之间的拉力下布置在纤维夹持装置中，并且至少三个布拉格光栅在这两个固定点之间的区域中布置在纤维夹持装置中。

可能的是，控制单元经由一个或多个调整元件影响多波长光源，以便生成具有定义波长的激光辐射，并且其中，基于不同波长中的仅一个波长的光学信号推导出的电信号用作为控制单元的输入信号。

在此，调整元件能够包括下列器件中的至少一个：

a)压电促动单元，其用于将定义的机械拉力施加到至少一个激光激活的纤维上，

b)控温单元，其用于调整至少一个激光激活的纤维的定义的温度，

c)电流源，其用于调整对于至少一个激光激活的纤维的泵浦光源的定义的泵电流。

证实为有利的是，多波长光源设置用于，使得其射出具有第一波长(λ1)和两种另外波长(λ2、λ3)的辐射，其中，对于两种另外波长(λ2、λ3)来说适用的是：

和

其中，并且

在此，

λ1,λ2,λ3:＝多波长光源的所射出的波长，

有利地，干涉仪单元包括光线分解单元、沿着至少一个测量方向运动的测量反射器、静止的基准反射器以及光线汇合单元，其中，经由光线分解单元实现将光束分解为测量光束和基准光束，并且经由光线汇合单元实现将由测量反射器和基准反射器背向反射的测量光束和基准光束叠加成干涉光束。

在此可能的是，光线分解单元和光线汇合单元共同设计在分光器立方体中。

此外能够提出，探测单元包括至少一个分解元件、至少一个极化元件以及由至少九个光电探测元件组成的下游的探测器阵列。经由至少一个分解元件和至少一个极化元件实现将干涉光束根据波长分解为至少三组干涉光束，并且至少三组干涉光束中的每组分别包括至少三个相移的子干涉光束。

优选地，探测单元包括两个分解元件，其中，经由一个分解元件实现分解为多个相移的干涉光束，并且经由另一个分解元件实现依据波长分解为多个子干涉光束。

有利地，信号处理单元布置用于：

-基于不同波长的相移的电的子干涉信号对于每个波长确定相位值，

-基于这些相位值建立多个相位差，其分别对应不同的合成波长，

-基于经由附加的粗略位置测量得到的粗略位置信号以及相位差确定有关测量反射器的高解析的绝对位置信息。

在本发明的装置中证明为特别有利的是，用于生成多种波长的光源侧的消耗能够明显降低。替代多个单个光源，仅设置唯一的光源，其为绝对干涉式位置确定提供全部所需的波长。

此外仅需要使唯一的波长稳定，这明显减少了对于光源来说所要求的控制消耗。

此外，针对具有多个分离光源的情况放弃了将不同波长的多个光束高消耗地调整为唯一的共线光束。

此外，所设置的多波长光源保证了极其小的线宽进而大相干长度。对于位置测量来说，这使得所生成的位置测量值的噪声小进而测量精度提高。

附图说明

本发明的其它细节和优点根据下述对根据本发明的装置的实施例的说明结合附图进行阐述。

在此示出

图1是根据本发明的实施例的示意图；

图2是图1的装置中的多波长光源的示意图；

图3是图2的细节；

图4a-4d分别是有关激光激活的纤维中的多个布拉格光栅的相对布置的不同变体；

图5是用于阐述多波长光源的控制的示意图；

图6是多波长光源中的激光激活的纤维的横截面图，该多波长光源在定义的极化方向上射出辐射；

图7是图1中的根据本发明的装置的探测单元的示意图；

图8是图1中的根据本发明的装置的信号处理单元的示意图。

具体实施方式

根据本发明的用于干涉式距离测量的装置的实施例在图1中示意性示出。该装置包括多波长光源10、干涉仪单元30、探测单元40以及信号处理单元50。借助于根据本发明的装置在当前实施例中能够实现高精度地测量在两个-在附图中未示出-彼此相对运动的物体之间的绝对距离l。在当前实例中，两个物体中的一个和属于干涉仪单元30的、沿着测量方向x运动的测量反射器33连接，两个物体中的另一个和干涉仪单元30的、与此相对静止布置的另一个部件连接。

两个物体例如能够是相互运动的机器部件，其绝对距离l能借助于根据本发明的装置确定。借助于根据本发明的装置生成的有关绝对距离l的信息能够由上游的机器控制系统继续处理。

此外也可能的是，根据本发明的装置应用在激光追踪器或激光示踪器中。在该情况下，确定干涉仪单元30的静止的部件与在空间中运动的测量反射器33之间的绝对距离。这样的系统能够与不同的测量和/或校准目的结合使用。此外对于根据本发明的装置，当然还存在其它的替代可行性方案。

在以下根据不同附图详细描述根据本发明的装置的各个部件以及用于运行该装置的合适的方法之前，首先阐述相应的装置的粗略结构或基本功能原理。

在根据本发明的装置中设置的多波长光源10射出具有至少三种不同波长λ1、λ2、λ3的光束s，它们分别具有小光谱线宽。在此，多波长光源10构造为纤维激光器，其包括至少三个不同的布拉格光栅，这些布拉格光栅的光栅常量与生成的波长λ1、λ2、λ3相协调。对于多波长光源10的其它细节，参考图2、3、4a-4d、5和6的下列描述，有关合适的波长λ1、λ2、λ3的选择参考图8的描述。

由多波长光源10提供的光束s到达干涉仪单元30中，在此光束s借助于实施为极化的分光器的光线分解单元31分解为测量光束m和基准光束r。测量光束m在分解之后在测量臂中在至少沿着测量方向x运动的测量反射器33的方向上传播，并且在那里沿入射方向反向地进行背向反射。基准光束r在分解之后在基准臂中在静止的基准反射器34的方向上传播，并且在那里同样沿入射方向反向地进行背向反射回。测量反射器33以及基准反射器34在所示实例中构造为逆向反射的三棱镜。由测量和基准反射器33、34背向反射的测量和基准光束m、r随后到达实施为极化的分光器的光线汇合单元31中，并且在那里干涉地叠加成干涉光束if。在图1所示的实施例中，设置唯一的、分光器立方体形式的部件作为光线分解单元31也或者光线汇合单元31，这两个单元共同设计在其中。在分光器立方体的光线分解也或者光线汇合面32上实现将光束s分解为测量和基准光束m、r，或者将测量和基准光束m、r重新汇合为干涉光束if。干涉光束if在干涉仪单元30的输出端还穿过λ/4板35，其将干涉光束if的s和p极化的分量叠加成旋转的e场矢量，使用其旋转角度用于评估。因此在该实施例中，干涉仪单元30构造为极化编码的干涉仪。

在干涉仪单元30方面所表明的是，图1中简单绘出的迈克尔森干涉仪形式的设计方案绝不是本发明必不可少的；相应地，也能够在根据本发明的装置的干涉仪单元30中采用可替换的干涉仪变体和/或部件。因此例如也可能的是，采用具有折射率n＝2的一些球体作为反射器，在其之间测量绝对距离。此外，当然也能够采用在其它方面设计的测量和基准反射器，例如平面镜等。同样地能够应用具有用于分解和汇合测量和基准光束的分离的光线分解和光线汇合单元。

借助于干涉仪单元30生成的干涉光束if随后在探测单元40的方向上传播。借助于探测单元40实现将干涉光束if分解或进一步处理，使得在输出侧对于每个射出的波长λ1、λ2、λ3分别产生多个电的、相移的子干涉信号sλ1_90、sλ1_210、sλ1_330、sλ2_90、sλ2_210、sλ2_330、sλ3_90、sλ3_210、sλ3_330，即对于每个波长产生各三个相移120°的子干涉信号sλ1_90、sλ1_210、sλ1_330、sλ2_90、sλ2_210、sλ2_330、sλ3_90、sλ3_210、sλ3_330。在探测单元40的输出端，在该实例中随三种波长λ1、λ2、λ3总共存在九个子干涉信号sλ1_90、sλ1_210、sλ1_330、sλ2_90、sλ2_210、sλ2_330、sλ3_90、sλ3_210、sλ3_330，它们随后被进一步处理以用于位置测量。在探测单元40的可能的结构方面参考图7的接下来的描述。

随后，对子干涉信号sλ1_90、sλ1_210、sλ1_330、sλ2_90、sλ2_210、sλ2_330、sλ3_90、sλ3_210、sλ3_330的进一步处理随后在同样仅示意性地在图1中示出的信号处理单元50中进行。其设置用于，基于不同波长λ1、λ2、λ3的子干涉信号sλ1_90、sλ1_210、sλ1_330、sλ2_90、sλ2_210、sλ2_330、sλ3_90、sλ3_210、sλ3_330来确定在测量反射器33与光线分解单元31之间的间距l形式的绝对位置信息。这借助于多波长差拍方法实现，其中，在信号处理单元50的评估方法和具体设计方面参考图8的进一步描述。

现在根据图2、3、4a-4d、5和6描述在根据本发明的装置中采用的多波长光源10。

如上所述，多波长光源10作为纤维激光器也就是说以所谓的dfb纤维激光器(dfb：distributedfeedback，分散式反馈)的形式构成。根据图2，纤维激光器作为中央部件包括激光激活的纤维13，其具有适当地掺杂的纤维核。在纤维13中经由纤维端侧处的输入耦合光学系统12将从泵浦光源11射出的光学泵浦辐射输入耦合以用于激励激光射出。在此，作为泵浦光源11能够例如应用gaalas二极管激光器形式的半导体激光器，其射出具有976nm波长的泵浦辐射。

激光激活的纤维13在该当前实例中构造为掺铒单模玻璃纤维，其在适当地激励之后以定义的极化方向射出激光辐射。铒对此在多波长光源10的当前实施例中用作为激光激活的介质。在三种波长λ1、λ2、λ3的情况下，该激光介质能够生成非常窄带的激光辐射，由此能够确保在几公里的区域内的大相干长度。大相干长度在用于干涉式距离测量时是证明为是特别合适的，因为在该长度上能将所生成的位置测量值的噪声最小化。构造为纤维激光器的多波长光源10的另外优点在于其制造简单并且稳固。

在激光激活的纤维13或者掺铒的纤维核中集成或接入有至少三个布拉格光栅，其用于相应的波长以便分别构成对于激光器运行所要求的激光反应器。在图3的图示中以标号13.1标注由各个布拉格光栅的叠加布置合成的光栅。纤维13或纤维核中的、在图2和3中无法单个示出的布拉格光栅分别构造为二进制折射系数光栅。这意味着，每个布拉格光栅都由沿着纤维延伸方向周期性排列成行的具有不同折射率的光栅区域组成。在有关纤维13中的至少三个布拉格光栅的相对布置方面，原则上存在各种可行性方案，如接下来还根据图4a-4d阐述的那样。在图3的实例中，三个设置的布拉格光栅以相同的光栅长度完全重叠地沿着纤维13的延伸方向布置。

三个布拉格光栅的光栅常量d1、d2、d3与光束s中要生成的三种波长λ1、λ2、λ3相协调，即三个布拉格光栅具有不同的光栅常量d1、d2、d3。为了选择相互适当协调的波长λ1、λ2、λ3，作为下述实施方案的补充也参考图8的描述。此外，为了在三种波长λ1、λ2、λ3的情况下保证所期望的尽可能窄带的单模激光器运行，三个布拉格光栅中的每一个都具有大小为π的相位阶跃13.2，其优选地设置在布拉格光栅的中心或中间。大小为π的相位阶跃13.2意味着，两个布拉格子光栅在相位阶跃13.2的两侧上相互移动半个光栅周期。基于图3的实例中设置的三个布拉格光栅沿着纤维延伸方向的完全重叠的布置，所有布拉格光栅的相位阶跃都在激光激活的纤维13的相同位置上并且在附图中以标号13.2标注。

在一个可能的实施例中具体如下地选择三种波长λ1、λ2、λ3：

λ1＝1560nm，λ2＝1547.11nm，λ3＝1534.32nm。

三个布拉格光栅的光栅常量d1、d2、d3与分别所属的波长λi(i＝1…3)之间的关系在此根据以下等式得出：

λi＝2·ni·di(等式1)，

其中，λi:＝射出的波长，ni:＝在波长λi的情况下，激光激活的纤维的折射率，di:＝布拉格光栅的光栅常量，i:＝1，2，3。

因此，利用激光激活的掺铒的纤维13为当前示例性给出的波长λ1＝1560nm，λ2＝1547.11nm，λ3＝1534.32nm得出所属的布拉格光栅的下述光栅常量：

d1＝537.93nm，d2＝533.49nm，d3＝529.07nm。

如在图2、3以及6中显而易见地，激光激活的纤维13在当前两件式的纤维夹持装置14中机械地保持住。根据图6的截面图，纤维夹持装置14的下部具有槽形或v形的凹部14.1，纤维13支撑在其中。纤维夹持装置14的上部设计为盘状并且覆盖凹部14.1。

以标号17、18在图2和3中分别标注固定点，在这些固定点之间激光激活的纤维13在拉力下布置在纤维夹持装置14中。在此，纤维13的、其中布置或接入有三个布拉格光栅的区域、即纤维13的激光激活的区域在此设置在固定点17、18之间。此外，在固定点17、18之间的区域中证实有利的是，纤维13尽可能抑制振荡地布置在纤维夹持装置14中。这在所示的实施例中如下进行：在纤维夹持装置14的凹部14.1中附加地布置有未在图中示出的抑制剂，例如像粘稠的油、硅酮或粘合剂。固定点17、18能够以纤维夹持装置14中的纤维13的适合的机械夹钳部的形式设计；可替换地，也能够通过将纤维13粘在固定点17、18上实现固定纤维13。

此外，分别示意性表示的压电促动单元15以及控温单元16相邻于纤维13的激光激活的区域地在图2和3中示出。这些部件-如接下来还要阐述地-此外用作为调整元件，控制单元24对其产生作用从而生成具有定义波长λ1、λ2、λ3的激光辐射。为了该目的，借助于输出耦合元件20经由过滤器22和吸收室(absorptionszelle)21为图像探测器23输送由激光激活的纤维13射出的光束s的一部分，这部分光束事先还穿过用于过滤出泵浦波长的泵浦光过滤器19；将图像探测器的输出信号输送给控制单元24。经由例如构造为wdm耦合器的泵浦光过滤器19过滤出可能仍包含在光束s中的泵浦光份额，因此其并不到达后续信号路径中并且在那里例如损害光学部件。为了对激光激活的纤维13产生影响，能够经由控制单元24随后借助于压电促动单元15将机械拉力定义地改变到夹持在纤维夹持装置14中的纤维13的激光激活的区域上。此外经由控温单元16能够实现的是，定义地改变纤维13的激光激活的区域的温度。此外仍存在的可能性方案为，经由控制单元24以定义的方式和方法对泵浦光源11的泵电流产生影响，以便保障所期望的波长λ1、λ2、λ3的准确频率。为了详细阐述控制单元24的工作方式，参考接下来对图5的描述。

如前所述，在当前实例中在激光激活的纤维13或者其纤维核中集成或接入三个布拉格光栅，它们相应的设计方案与要生成的三种波长λ1、λ2、λ3相协调；具体地，在此合适地选择三个布拉格光栅的光栅常量d1、d2、d3。此外，对于每个设置的布拉格光栅，-同样如上所述-能够设置大小为π的相位阶跃，优选地布置在布拉格光栅的中心或中间。

有关在当前实施例中设置的三个布拉格光栅在激光激活的纤维中的布置，原则上存在更多的可行性方案。相应的变体接下来根据图4a-4d的示意性的示图进行阐述。在各个附图的上部分别示意性地示出了具有由各个布拉格光栅的叠加合成的光栅的纤维，该光栅根据叠加变体具有不同的光栅部段。在附图的下部分别示意性地表明：纤维中合成的光栅的不同光栅部段是如何从多个单个布拉格光栅的相应相对布置或叠加中得出。

关于激光激活的纤维中的三个布拉格光栅的可能布置的第一变体在图4a中示出；该布置变体对应于图3实施例中的方案。在图4a上部中以标号13.1标注由三个单个布拉格光栅的完全重叠的布置合成的光栅，其在此具有唯一的大小为π的中心相位阶跃13.2。在图4a下部中十分简化地示出了三个单个的布拉格光栅13.1_λ1、13.1_λ2、13.1_λ3，如其在该变体中相对彼此地在纤维13中布置的那样。显而易见地，不仅三个布拉格光栅13.1_λ1、13.1_λ2、13.1_λ3的光栅常量d1、d2、d3、而且纤维13中的由叠加合成的光栅13.1都未按比例地具体示出。应当仅原理上表述的是：三个布拉格光栅13.1_λ1、13.1_λ2、13.1_λ3如上所述具有不同的光栅常量d1、d2、d3，这取决于要生成的波长λ1、λ2、λ3。

在此，在根据图4a所示的变体中提出，三个布拉格光栅13.1_λ1、13.1_λ2、13.1_λ3沿着纤维延长方向在激光激活的纤维13中完全叠加地布置。因此，各个布拉格光栅13.1_λ1、13.1_λ2、13.1_λ3的相位阶跃一起进行，并且纤维13中由叠加合成的光栅具有中心相位阶跃13.2。在由三个布拉格光栅13.1_λ1、13.1_λ2、13.1_λ3的叠加合成的光栅13.1中，在此在全部长度上此外存在有各个布拉格光栅13.1_λ1、13.1_λ2、13.1_λ3的光栅常量或光栅频率。这种重叠的布拉格光栅布置例如能够通过将各个布拉格光栅13.1_λ1、13.1_λ2、13.1_λ3的折射系数调制相加地叠加来产生。

在接下来根据图4b-4d要阐述的、关于在激光激活的纤维中的三个布拉格光栅的布置的变体中，与图4a的变体不同地分别提出：三个布拉格光栅沿着纤维延伸方向以确定的偏移间距v彼此移动地布置。在各种变体中偏移间距v分别不同。与图4a不同，各个布拉格光栅的相位阶跃在这些变体中沿着纤维延伸方向同样以相应的偏移间距v彼此移动。

在图4b所示的、关于在激光激活的纤维113中的三个布拉格光栅113.1_λ1、113.1_λ2、113.1_λ3的可能布置的第二变体中具体提出：在相邻的布拉格光栅113.1_λ1、113.1_λ2、113.1_λ3之间的一个布拉格光栅113.1_λ1的光栅长度的0％和50％之间调整偏移间距v。在此，三个不同布拉格光栅113.1_λ1、113.1_λ2、113.1_λ3分别沿着纤维延伸方向具有相同有效光栅长度。在此，有效光栅长度理解为光栅113.1_λi沿着纤维延伸方向对于相应波长来说起作用的长度。在此，有效光栅长度并不对应于光栅113.1_λi的机械长度，而是由机械长度与定标因数和光栅折射率的乘积得出。

在图4b的实例中，布拉格光栅113.1_λ2布置为相对于布拉格光栅113.1_λ3在纤维113中向右移动了布拉格光栅113.1_λi的有效光栅长度的大约25％的偏移间距v；布拉格光栅113.1_λ1布置为相对于布拉格光栅113.1_λ2在纤维113中同样向右移动了布拉格光栅13.1_λi的有效光栅长度的大约25％的偏移间距v。

因此，在纤维113中的由叠加合成的光栅中得出不同的第一、第二和第三光栅部段113.1a、113.1b、113.1c，如其在图4b的上部中图示阐明的那样。在此，基于各个布拉格光栅113.1_λ1、113.1_λ2、113.1_λ3的所设置的相对布置，使得第一光栅部段113.1a具有仅有一个光栅常量的布拉格光栅113.1_λ1、113.1_λ2、113.1_λ3。第二光栅部段113.1b由两个分别有两个不同光栅常量的布拉格光栅113.1_λ1、113.1_λ2、113.1_λ3的重叠布置而合成。最后，第三光栅部段113.1c由三个分别有三个不同光栅常量的布拉格光栅113.1_λ1、113.1_λ2、113.1_λ3的重叠布置而合成。

类似于上述变体，在图4c中示出关于激光激活的纤维213中的三个布拉格光栅213.1_λ1、213.1_λ2、213.1_λ3的可能布置的另一变体。具体地，在此在相邻的布拉格光栅213.1_λ1、213.1_λ2、213.1_λ3之间设置在布拉格光栅213.1_λi的有效光栅长度的50％和100％之间的偏移间距v。因此，例如布拉格光栅213.1_λ2布置为相对于布拉格光栅213.1_λ3在纤维213中向右移动了一个布拉格光栅213.1_λi的有效光栅长度的50％；布拉格光栅213.1_λ1布置为相对于布拉格光栅213.1_λ2在纤维213中同样向右移动了一个布拉格光栅213.1_λi的有效光栅长度的50％的偏移间距v。因此，在纤维213中的基于叠加合成的光栅得出了彼此不同的第一和第二光栅部段213.1a、213.1b，这如在图4b的上部中图示阐明的那样。在此，基于各个布拉格光栅213.1_λ1、213.1_λ2、213.1_λ3的所设置的相对布置，使得第一光栅部段213.1a具有分别仅有一个光栅常量的布拉格光栅213.1_λ1、213.1_λ2、213.1_λ3。第二光栅部段213.1b由两个分别有两个不同的光栅常量的布拉格光栅213.1_λ1、213.1_λ2、213.1_λ3的重叠布置而合成。

再次类似于上述变体，在图4d中示出关于激光激活的纤维313中的三个布拉格光栅313.1_λ1、313.1_λ2、313.1_λ3的可能布置的第四变体。在此从现在起，在相邻的布拉格光栅313.1_λ1、313.1_λ2、313.1_λ3之间设置布拉格光栅213.1_λi的有效光栅长度的100％的偏移间距v。因此，例如布拉格光栅313.1_λ2布置为相对于布拉格光栅313.1_λ3在纤维313中向右移动了一个布拉格光栅313.1_λi的有效光栅长度的100％；布拉格光栅313.1_λ1布置为相对于布拉格光栅313.1_λ2在纤维313中同样向右移动了一个布拉格光栅313.1_λi的有效光栅长度的100％。因此，在纤维313中的基于叠加合成的光栅，仅得出光栅部段313.1a，这如在图4b的上部中图示阐明的那样。在此，基于各个布拉格光栅313.1_λ1、313.1_λ2、313.1_λ3的所设置的相对布置，使得全部光栅部段313.1a具有分别仅有一个光栅常量的布拉格光栅。

有关纤维夹持装置14中的激光激活的纤维13的布置，在当前所阐述的每个变体中保障的是，纤维13的那个全部布拉格光栅所在的区域布置在固定点17、18之间。

接下来，根据图5的示意图阐述适用于根据本发明的装置的用于多波长光源10的控制，利用其能够在输出侧提供所期望的三种波长λ1、λ2、λ3。

在此所示的是已经在图2中示出的多波长光源10的一部分的放大图，即在输出耦合元件20与不同调整元件之间的信号处理系统，调整元件的形式为泵浦光源的电流源11.1、压电促动单元15和控温单元16。

如上所述，经由例如构造为具有输出耦合比为99:1或90:10的光纤分束器(fasersplitter)的输出耦合元件20输出由激光激活的纤维射出的光束的一部分。在输出之后在光线区域a中如图5所示首先存在三个生成的实际波长λ1、λ2、λ3。输出的光线份额随后输送给过滤器22，其例如构造为干涉过滤器并且仅允许额定波长λ2通过。因此，在通过过滤器22之后在光线区域b中仅仅还存在来自于所射出的光束s的实际波长λ2，其随后被输送给吸收室21。吸收室21构造为乙炔或hcn室，并且具有在图5的细节c中所示的吸收谱线al。

在波长λ2的变体的情况下，在一定程度上利用细激光针ln破坏吸收谱线al的形状。如果针对波长采用在下游的光电探测器23处得出的信号，那么就测量吸收谱线的形状。如果现在位于在吸收谱线的一个沿的中间，那么波长改变就引起吸收室21的输出信号在下游的光电探测器23处升高或下降。

因此，经过吸收室21的辐射代表了对于在实际波长λ2与所要求的额定波长λ2之间的差的程度。相应的光学控制信号随后输送给光电探测器23，其将光学信号转换为电流信号形式的电控制信号，该信号随后被输送给控制单元24。此外，为控制单元24输送经由光电元件26产生的基准信号，借助于输出耦合元件25从光线区域b中输出的辐射到达光电元件上。以该方式和方法能够修正控制单元24中的光强波动。

控制单元24例如包括pid控制器并且在输出侧生成所要求的调整参量，以便定义地影响一个或多个设置的调整元件，并且这样调整额定波长λ1、λ2、λ3。作为受控制单元24影响的调整元件，如上所示在多波长光源中设置用于泵浦光源的电流源11.1、压电促动单元15以及控温单元16。经由定义地影响每个调整元件，能够同时合宜地改变由纤维激光器射出的激光辐射的全部波长λ1、λ2、λ3。例如，纤维的1％的膨胀借助于压电促动单元15引起所有三个波长λ1、λ2、λ3分别改变了1％，等等。

在此使用不同的调整元件，以便调控不同的时间常数。因此例如，借助于用于泵浦光源的电流源11.1在大于10khz的范围中调控非常快速的波长波动。为了在1hz和10khz之间的范围中调控波长波动而使用压电促动单元15，为了调控非常慢的波长波动而使用温控单元16。

因此，能够以前述方式和方法将多波长光源控制到所期望的额定波长λ2上。在此，基于激光激活的纤维的上述设计方案和调整元件同时影响所有的布拉格光栅，同时确保了也能够将其控制到另外所要求的波长λ1、λ3上。因此，能够实现定义地控制所有三种波长λ1、λ2、λ3，其中，作为控制单元24的输入信号起作用的是由三种波长λ1、λ2、λ3中的仅一个的光学信号推导出的电信号。因此，针对具有三个单个激光器和在此所要求的三个控制单元的光源，得出了根据本发明中的多波长光源的明显简化的控制。

最后，结合对根据本发明的装置的多波长光源的描述来参考图6，其示出了两件式的激光夹持装置14中的激光激活的纤维13的截面图。在该视图中能识别出激光激活的纤维的纤维外套13.3和纤维核13.4以及压紧元件13.5。经由在制造过程中熔化到纤维13中的压紧元件13.5确保纤维13极化保持地(polarisationserhaltend)用于被传输的光。

此外，在图6中以标号e标注由纤维13射出的激光辐射的极化轴线；如上所述，多波长光源10射出具有定义的极化的激光辐射。在该实例中应用所谓的慢极化轴线e。

接下来，从现在起根据图7阐述探测单元40的结构，其能够应用在根据本发明的装置中。

如图所示，经由干涉仪单元生成的干涉光束if射到探测单元40上，其中该干涉光束在穿过λ/4板35之后由旋转的线性极化的e场构成。在此，经由第一分解元件41和下游的极化元件43将干涉光束if分解为三个彼此相移的干涉光束if90、if210、if330。在此，第一分解元件41构造为反射相位光栅，其将入射到其上的干涉光束if首先分解为三个空间上分离的干涉光束。极化元件43包括具有分别相对旋转60°的极化方向的三个线性极化过滤器，并且使得三个由分解元件41分离的干涉光束转换为三个分别相移120°的干涉光束if90、if210、if330。垂直于绘图平面地实现经由第一分解元件41和极化元件42分解为三个相移的干涉光束if90、if210、if330，即在图7的示图中不能单独识别位于极化元件43之后的三个分解的干涉光束if90、if210、if330。随后，三个干涉光束if90、if210、if330射到第二分解元件42上，其同样设计为反射相位光栅的形式。经由第二分解元件42引起取决于波长地分解三个相移的干涉光束if90、if210、if330，从而随后对于每个波长λ1、λ2、λ3分别存在三个相移的子干涉光束，即总共九个子干涉光束，它们在图7中未单独示出。这些子干涉光束经由偏转元件44和成像光学系统45随后到达探测器阵列46上，其包括当前九个光电探测元件46.1-46.3，其中，在图7的示图中同样仅能识别其一部分。在此，成像光学系统45构造为单个的透镜或透镜阵列，并且可替换地也能够与偏转元件44联合设计在单个的组件中。借助于探测器阵列46或者其探测元件46.1-46.9检测九个子干涉光束并且将它们转换为九个电学的子干涉信号sλ1_90、sλ1_210、sλ1_330、sλ2_90、sλ2_210、sλ2_330、sλ3_90、sλ3_210、sλ3_330，这些信号随后在信号处理单元中被进一步处理。在此在图7中，仅示出了总共九个所生成的子干涉信号sλ1_90、sλ1_210、sλ1_330、sλ2_90、sλ2_210、sλ2_330、sλ3_90、sλ3_210、sλ3_330中的三个子干涉信号sλ1_90、sλ2_90、sλ3_90。

替代根据图7的变体，探测单元40也能够特别紧凑地以唯一的整体组件的形式由玻璃制成。在该组件中集成有各种光学相关的部件，如特别是两个分解元件、极化元件、成像光学系统以及有可能所要求的偏转元件。

此外将有可能的是，探测单元40仅包括唯一的分解元件，其在此情况下则构造为十字光栅形式的二维光栅。对此在第一分解方向上经由例如具有小于2μm的光栅周期的非常细光栅分离至少3种波长。在第二分解方向上，在至少3个子干涉光束穿过极化元件之前，利用例如具有大于10μm的光栅周期的粗光栅实现对这些子干涉光束分解，以便因此生成九个子干涉信号sλ1_90、sλ1_210、sλ1_330、sλ2_90、sλ2_210、sλ2_330、sλ3_90、sλ3_210、sλ3_330。

此外，替代探测单元的所示的变体，也能够借助于所谓的wdm去复用器实现集成的纤维光学的波长分解。在此，干涉光束if首先经由合适的分解装置分解为三个空间上分离的干涉光束。随后，这些干涉光束穿过一个极化元件，其包括具有分别相对旋转60°的极化方向的三个线性极化过滤器。这些极化过滤器使得三个由分解元件分离的干涉光束转换为三个分别相移120°的干涉光束。这些干涉光束随后经由多个透镜、例如实施为具有两个偏移透镜和正常的衍射透镜的衍射透镜阵列输入耦合到各一个光导纤维中。也就是说，将三个干涉光束引导到三个分离的光导纤维中，它们分别与所谓的波分复用器连接，波分复用器承担分解成三种波长的任务。因此，从每个波分复用器中导出三个光导纤维，这些光导纤维将光引导到探测器阵列的九个探测单元上。

因此，原则上在探测单元40中经由至少一个分解元件和至少一个极化元件实现将干涉光束if根据波长分解为至少三组干涉光束if90、if210、if330，其中至少三组干涉光束if90、if210、if330中的每组分别包括至少三个相移的子干涉光束。

然后借助于在图8中示意性示出的信号处理单元50实现子干涉信号sλ1_90、sλ1_210、sλ1_330、sλ2_90、sλ2_210、sλ2_330、sλ3_90、sλ3_210、sλ3_330的进一步处理和有关测量反射器的绝对位置信息的确定；其原理上的结构以及对于评估来说有用的方法随后进行阐述。

在描述评估方法之前还要说明：如何在当前实例中优选地选择由根据本发明的装置的多波长光源射出的各种波长λ1、λ2、λ3。

因此首先确定第一波长λ1，其对应于位置测量的最高增量解析度。两种另外的波长λ2、λ3随后根据下面两个条件2a、2b来选择：

在此，两个等式2a、2b中的参量caf1和caf2如下定义：

其中，λ1,λ2,λ3:＝多波长光源射出的波长。

优选地，参量caf1和caf2在10和200之间的范围中选择。

等式3a、3b中的参量λ1、λ2、λ3接下来也被称为第一合成波长λ1、第二合成波长λ2和第三合成波长λ3，其中，这些参量如下得出：

因此，由第一和第二合成波长λ1、λ2得出第三合成波长λ3作为差拍(schwebung)。在可能的实施例中，选择第一波长λ1＝1.560μm，其具有信号周期spλ1＝0.78μm。利用参量caf1＝caf2＝120对于第一和第三合成波长λ1、λ3由此得出信号周期spλ1≈93.6μm并且spλ3≈11.232mm，其中，在具有背向反射器的迈克尔森干涉仪的当前实例中，原则上适用的是2·spλi＝λi并且2·spλ1＝λ1，其中i＝1…3。

在信号处理单元50中的评估方法中，在对运动的测量反射器的粗略位置测量之后，借助于第一波长λ1以及第一和第三合成波长λ1和λ3进行对在运动的测量反射器与静止的干涉仪部件之间的绝对距离l的层叠式或逐步的测定。相应的措施在接下来示例性地阐述。

由探测单元生成的子干涉信号sλ1_90、sλ1_210、sλ1_330、sλ2_90、sλ2_210、sλ2_330、sλ3_90、sλ3_210、sλ3_330在信号处理单元50中首先经由放大器51.1、51.2、51.3放大并且借助于ad转换器52.1、52.2、52.3数字化。对于每种波长λ1、λ2、λ3来说随后经由相位计算单元53.1-53.3实现相位值φλ1、φλ2、φλ3的计算。接着，借助于相位差计算单元54.1、54.2、54.3以接下来实施的方式和方法由相位值φλ1、φλ2、φλ3算出属于各种合成波长λ1、λ2、λ3的相位差δφ12、δφ23和δφ。

因此对于第一合成波长λ1来说所属的相位差δφ12经由相位差计算单元54.1如下确定：

δφ12＝φλ1-φλ2(等式5a)。

对于第二合成波长λ2来说相位差δφ23的确定借助于相位差计算单元54.2由此实现：

δφ23＝φλ2-φλ3(等式5b)。

基于两个这样算出的相位差δφ12、δφ23，随后借助于相位差计算单元54.3根据如下方式确定第三合成波长λ3的相位差δφ：

δφ＝δφ12-δφ23(等式5c)。

因此，两个以上述方式和方法算出的第一和第三合成波长λ1、λ3的相位差δφ12以及δφ同样如波长λ1的相位值φλ1那样传递到位置确定单元55。

如上所述，为了绝对位置确定而提出，首先进行对测量反射器的粗略的绝对位置测定。这例如能够经由在测量反射器与干涉仪单元的静止部件之间的运行时间测量实现。对于这样的运行时间测量，将光脉冲发送至运动的测量反射器，并且从那里反射的光子stof经由光电元件56转换为电流脉冲。在光电元件56下游的时数转换单元57允许准确地确定电流脉冲的时间点进而运行时间。在此，在粗略的位置确定方面几毫米范围的精度已经足够，这原则上能够经由运行时间测量实现。随后将这样生成的粗略位置信号tof同样输送给位置确定单元55。

随后在位置确定单元55中，在所输送的信号tof、δφ23、δφ和φλ1的基础上以下述方式和方法以层叠的方式进行对绝对距离l的确定。

在此在第一步骤中，经由所进行的粗略位置测量和在此生成的粗略位置信号tof以小于第三合成波长λ3的半个信号周期spλ3的精度、即在当前实例中以小于5mm的精度确定测量反射器的绝对位置或绝对距离ltof。

在接一个步骤中，在引入第三合成波长λ3的相位差δφ的情况下进行对测量反射器的绝对距离lλ3的测定。这以小于第一合成波长λ1的下一个较小信号周期spλ1的半个信号周期spλ2的精度实现，即在该实例中小于45μm。在此如下算出绝对距离lλ3：

在此在应用前述步骤算出的ltof的值的情况下由此确定参量n

经由等式6b中的取整函数round进行取整。

在下面的步骤中借助于相位差δφ12确定测量反射器的绝对距离lλ1的第一合成波长λ1。这从现在起以小于第一波长λ1的半个信号周期spλ1的精度实现，即在当前实例中小于390nm。在此如下算出绝对距离lλ1：

在此在应用前述步骤中根据等式6a算出的lλ3的值的情况下由此得出参量m

在最后的步骤中在引入相位值φλ1的情况下，以最高能提供的精度、即以第一波长λ1的解析度来确定绝对距离l。在此如下得出绝对距离l：

在此在应用前述步骤中根据等式7a测定的lλ1的值的情况下由此算出参量n

以该方式和方法在位置确定单元55中算出的绝对距离l随后能够由图中未示出的后续电子设备的信号处理单元50进行传递以用于进一步处理。

除了具体描述的实施例之外，在本发明的范畴中显而易见还存在另外的设计可行性方案。

因此例如可能的是，借助于多波长光源生成多于三种的不同波长，以便使用在合适的绝对干涉式方法中用于位置确定。

在多波长光源中，替代将布拉格光栅集成到激光激活的唯一的纤维中，也能够提出，在纤维夹持装置中相互平行地布置多个纤维并且在每个纤维中仅集成一个布拉格光栅。

替代上述用于粗略绝对位置确定的运行时间测量，也能够采用其它测量方法，例如在根据本发明的装置用在机床中时能够应用该处存在的位置测量装置来进行粗略的位置确定。

此外，激光激活的纤维除了铒之外也能够掺杂其它掺杂物，例如镱、铥或铒和镱的组合。此外，激光激活的纤维也能够构造为非极化保持的纤维以及仅进行一次极化的极化纤维。

当然同样可能的是，替代三个分别相移120°的子干涉信号，生成四个分别相移90°的子干涉信号。

除了前述在测量和/或校准目的中应用之外，根据本发明的用于干涉式距离测量的装置也能够用于影像测量表面。相应的表面在此用作为测量反射器并且也可以设计为散射的；在这种应用情况下，测量反射器因此非运动地布置。通过逐点地扫描表面或测量反射器并且在表面的每个点处进行绝对距离的确定，能够以该方式和方法检测相应的表面地形。