背景技術：

干擾量度是涉及一種波疊加的測量技術。干擾量度的一個優(yōu)點包括可實現(xiàn)納米精度的測量。因此，其被廣泛應用于計量學、微加工、量子力學，和許多其他領域。干擾量度還可以用于測量位移，折射率變化，以及許多其他變量。

附圖說明

以下結合附圖對優(yōu)選的實施例進行詳細說明，來更全面地了解本發(fā)明的性質和優(yōu)點，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的示例性光電探測器的橫截面圖。

圖2a是根據(jù)本發(fā)明的另一方面的光纖通過光電探測器射出光的原理圖。

圖2b是根據(jù)本發(fā)明的另一方面的光纖通過光電探測器射出光的原理圖，且另外含有透鏡。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一方面的光纖通過透鏡射出光，使光重新聚焦在光電探測器上的示意圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一方面的用于測量距離的系統(tǒng)的示意圖。

圖5a是根據(jù)本發(fā)明的另一方面的用于測量相位差的電路的原理圖。

圖5b是根據(jù)本發(fā)明的另一方面的用于測量相位差的電路的原理圖。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的測量距離的系統(tǒng)的示意圖。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的測量距離的系統(tǒng)的示意圖。

圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的測量距離的系統(tǒng)的示意圖。

具體實施方式

雖然下面的詳細描述包含了許多示例性具體說明，但本領域的普通技術人員應理解，可對下面的具體說明進行多種變化和修改，并且被認為包含在這里。

因此，以下的實施例是在不損失一般性的前提下進行的，且不限制在此提出的任何權利要求。應理解，此處所使用的術語僅用于描述特定的實施例，并且不打算加以限制。除非另有定義，此處所使用的所有技術和科學術語具有與本公開技術所屬領域的普通技術人員通常理解的相同含義。

說明書和權利要求中的術語“第一”、“第二”、“第三”、“第四”和類似等，被用于區(qū)分相似的元素，且不一定用于描述特定的順序或時間順序。應理解，所使用的術語在適當?shù)那闆r下可互換。從而在此描述的實施例能夠以不同于本文中所示或其他描述以外的序列進行操作。同樣，當在此所述的方法包括一系列步驟時，在此說明的步驟順序并不是這些步驟可以執(zhí)行的唯一秩序，且一些規(guī)定的步驟可以被省略和/或一些沒有描述的其他步驟可被添加到方法中。

說明書和權利要求中的術語“左”、“右”、“前”、“后”、“頂”、“底”、“上”、“下”和類似等，被用于描述的目的，且不一定用于描述永恒的相對位置。應當理解，所使用的術語在適當?shù)那闆r下可互換，從而在此描述的實施例能夠以不同于本文中所示或其他描述以外的方向操作。

本文所使用的“增強”、“改進”、“性能增強”、“升級”和類似等，當在用于描述裝置或過程時，指的是相比已知的裝置或過程，該裝置提供明顯更好的形式或功能。既適用于裝置或過程中的單別部件的形式和功能，也適用于整個裝置或過程。

如本文所用，“耦合”是指一個物體和另一個物體之間的物理連接或附著關系，包括直接或間接連接或附著關系。任何數(shù)量的物體都可以被耦合，例如材料、部件、結構、層、裝置、對象等。

如本文所用，“直接耦合”指的是一個物體與另一個物體之間的物理連接或附著關系，其中物體之間至少有一個直接的物理接觸點或彼此接觸。例如，當一個材料層沉積在另一材料層上或相對于另一材料層時，這些層可以被稱為直接耦合。

如本文所用，“相關”是指一個物體、屬性或事件與另一物體、屬性或事件之間的關系。例如，這種關系可以是一種交流關系。此外，這種關系可以是耦合關系，包括直接、間接、電或物理耦合。此外，這種關系可以是時間關系。

本文中所描述的對象或結構彼此“相鄰”可以是彼此物理接觸、彼此接近，或者在彼此相同的區(qū)域或區(qū)域內彼此物理接觸，其適用于在此使用的短語的上下文。

在本申請中，“包含”、“包含有”、“含有”和“具有”等可以具有美國專利法賦予其的含義，也可以表示“包括”、“包括有”等，通常被解釋為可擴充形式。術語“所組成”或“組成”是封閉形式的術語，僅包括與此類術語相結合的特定組件、結構、步驟等，以及與美國專利法相一致?！盎旧纤M成”或“基本上組成”具有“美國專利法”賦予的一般意義。特別是，這些術語一般是封閉術語，不允許列入附加項目、材料、部件、步驟或元素，但不會對與之相關的物體的基本和新穎特性或功能產(chǎn)生重大影響。例如，如果存在“基本上組成的語句，則是允許成分中存在微量元素，但不影響組合物的性質或特性的情況，即使依據(jù)該術語的物體列表中沒有明確地表示。當使用擴充形式的術語，如“包含”或“包括”時，應理解，當明確表述時，可以是對“基本上所組成”或“基本上組成”語句的直接保障，反之亦然。

如本文所用，“實質上”指的是有關動作、特征、屬性、狀態(tài)、結構、物體或結果的完整或幾乎完征的范圍或程度。例如，“實質上”封閉的對象表示對象完全封閉的或幾乎完全封閉。在一些情況下，偏離絕對完整性的確切允許程度可能取決于特定的上下文。然而，一般來說接近完成與絕對及完全完成將具有相同的總體結果?！皩嵸|上”同樣適用于否定含義，涉及動作、特征、屬性、狀態(tài)、結構、項物體或結果完全或近乎完全缺乏。例如，一種成分實質上無顆粒表示要么完全沒有顆粒，要么幾乎完全沒有顆粒，其效果就如同完全沒有顆粒一樣。換句話說，實質上無這種配料或這種元素的組合物實際上仍然可含有這些成分，只要其沒有可衡量的影響。

如本文所用，術語“約”被用來提供數(shù)值范圍終點的靈活性，指定值可以是“略高于”或“略低于”范圍終點。然而，應理解，即使在本說明書中使用術語“約”來與特定數(shù)值有關，其也提供“約”術語中所支持的確切數(shù)值。

此外，組成、種類、或類似組群等是為方便起見，所述組群應不僅被解釋為整體上，而且除非上下文另有說明還可以是組群中的各獨立成員被分離及單獨地明確表達，沒有組群的其他成員。該申請中的詳細說明和權利要求中包含上述兩種組群。此外，組群的任何獨立成員不應僅基于其在共群中的表現(xiàn)被視為實際上相當于同一組群中的任何其他成員，且無相反指示。

濃度、數(shù)量和其他數(shù)值數(shù)據(jù)在此可用來表現(xiàn)或表示范圍格式。應理解，范圍格式僅僅用于方便簡潔起見，因此可被靈活解釋為，不僅包括作為范圍限制被明確闡述的數(shù)值，而且還包括各數(shù)值或子范圍被明確闡述的范圍內的所有個體數(shù)值。例如，“約1-5”的數(shù)值范圍應被解釋為不僅包括約1-5的明確闡述值，還包括該指定范圍內的單個值和子范圍。因此，包含在該數(shù)值范圍內的單個值，例如2、3、4，以及例如1-3、2-4、3-5等子范圍，以及分別為1、1.5、2、2.3、3、3.8、4、4.6、5和5.1。

同樣的原則適用于只把一個數(shù)值作為最小值或最大值的范圍。此外，該解釋應被適用且不論在此描述的范圍大小或特性。

本說明中涉及的“示例”表示至少一個實施例中包含與該示例有關的特定特征、結構或特性。因此，整個本說明書出現(xiàn)的短語“在示例中”并不一定是指同一個實施例。

示例性實施例

以下提供技術實施例的初步概述，然后進一步詳細描述具體的技術實施例。初步概述目的在于幫助讀者更好地理解該技術，但并不用來確定關鍵或必要的技術特征，也不用來在此請求的主題范圍。

本公開涉及一種在環(huán)境中進行物理測量的新穎干擾量度裝置、系統(tǒng)和方法。例如，在一個方面，可利用本技術，基于指定裝置、系統(tǒng)或方法的具體設計和使用，來檢測一維、二維和/或三維中的兩個或多個點之間的距離。此外，該距離測量結果可以是絕對距離測量、相對距離測量，或兩個或多個點之間的任何其他測量，包括固定點和移動點。移動點包括一個點相對于另一固定點或多個固定點移動的情況，以及多個點移動的情況。因此，本技術可用于測量位置、距離，以及位置和/或距離的變化、軌道移動對象、計量速度、加速度、減速度等。導致測量點之間距離變化的對象擴展或收縮也可以被跟蹤或監(jiān)視。

因此，在一個示例中，本公開的主題提供一種確定至少兩點之間的距離的方法。該方法可以包括以下步驟：將相干光的光束分成離散的分量光束；引導各分量光束沿離散的波導路徑朝向并進入相關的光電探測器，在各路徑的所述相關的光電探測器中生成局部光電流。各分量光束可通過其相關的光電探測器被傳遞，沖擊到另一路徑中的光電探測器，在各光電探測器生成干擾光電流。干擾光電流之間的差異可與相關或相應探測器之間的距離相關連。

此外，本發(fā)明提供一種干擾量度裝置，包括：信號或第一光電探測器、基準或第二光電探測器、光束源，和波導，被配置用來引導分裂的相干光的光束，沿第一路徑穿過所述第一光電探測器并進入所述第二光電探測器，以及沿第二路徑穿過所述第二光電探測器并進入所述第一光電探測器。該裝置還可包括光調制器和/或鎖定放大器。一方面，本發(fā)明提供一種系統(tǒng)，包括光纖干擾儀，具有與相干光源耦合的光纖，其中光纖分裂成至少兩個光纖通道。

相干光源可以包括任何光生成裝置或系統(tǒng)，可將相干光引入至光纖。非限制性的示例可包括：光纖激光器、固態(tài)激光器、氣體激光器、類似激光二極管的半導體激光器，光子晶體激光器等，包括上述適當?shù)慕M合。在一個特定的方面，光源可以是帶尾纖的激光二極管。

可采用任何輸出功率，來適用于該系統(tǒng)的其他部件，如光電探測器。根據(jù)應用，輸出功率范圍可以是1微瓦至1瓦特以上。然而在許多應用中，可以使用1-100毫瓦特。該輸出功率可根據(jù)多種標準被選擇，如所需的信號噪聲比，檢測頻寬，光電探測器的線性響應的飽和度，以及在特定環(huán)境中使用干擾儀相關的任何光能安全問題。在一些示例中，優(yōu)選是使相干光源的輸出功率最大化，從而不折衰光電探測器或光電探測器生成的光電流，從而使光纖中射出的散光束的橫向和縱向測量范圍最大化。

此外，任何合適的相干光波長都可用于當前系統(tǒng)和方法。然而，本領域的技術人員應理解，紅外和可見光范圍內的相干光可能具有一些實踐優(yōu)勢。因此，在一個方面，當前系統(tǒng)的光源能夠射出波長為400nm至1000nm的相干光，或更高。在一些方面，光源可在紅外范圍內射出相干光(即波長為750nm至1000nm或更高，包括紅外和近紅外范圍)。在一些方面，光源可在可見光范圍內射出相干光(即波長為400nm至750nm)。然而，不同光源對于其射出的相干光具有不同的限制(即在更遠的距離相干光可能變小)。因此，當光源的頻率范圍不足夠窄來生成恰當?shù)南喔晒馐谒璧木嚯x產(chǎn)生干擾信號時一些光源可能不適合當前系統(tǒng)和方法的所有應用(即測量遠距離)。

應注意，相干光被傳遞穿過光纖，然而，通過光電探測器從光纖被傳輸?shù)墓庖约敖?jīng)其他光電探測器被檢測的光，可能保持或也可能不保持完全一致，其取決于波導的尺寸、波導出口的尺寸、光電探測器的尺寸、探測器之間的距離等。同時必須有足夠的相干光來產(chǎn)生干擾，“相干”可以包括空間和時間組成。該組成通常都需要產(chǎn)生所述的干擾效果。用于從相反的光纖通道接收透射光的兩個光電探測器還可利用與相反的光纖通道不正交極化的光，來用于產(chǎn)生干擾。

光纖可以是能夠沿其長度容納和傳輸相干光的任何材料。一般來說，光纖可以是柔性的，具有最小質量和透明波導。各種材料可以用作光纖材料，包括二氧化硅，透明聚合物等，以及上述的適當組合，但并不局限于此。此外，在一些方面，光纖可以包括單模光纖，而在其他方面可以使用多模光纖。在其他方面，光可以不使用光纖被傳遞，因此，任何用于傳遞光允許干擾在光電探測器中出現(xiàn)的機制應被認為是在本范圍內。例如，在一些方面，標準體光學裝置可用來傳遞光。然而，由于單模光纖具有一些實踐優(yōu)勢，在此特定參照此類波導。

各種單模光纖可用于當前系統(tǒng)和方法。在一些方面，可以根據(jù)其數(shù)值孔徑來選擇單模光纖。單模光纖的數(shù)值孔徑可以控制光纖中產(chǎn)生的相干光束的角度，從而控制光纖中射出的光的橫向和縱向范圍。例如，當需要以較大角度(即大橫向范圍)從光纖端射出光束時，可以選擇具有較大數(shù)值孔徑的光纖。相反，在希望以較窄角度(即大縱向范圍)從光纖端射出光束時，可以選擇具有較小數(shù)值孔徑的光纖。因此，單模光纖的數(shù)值孔徑可以基于相干光束的較大橫向或縱向覆蓋度需要被選擇。一般來說，增加橫向覆蓋(即光束發(fā)散)，會影響探測信號的縱向范圍。相反，增加縱向范圍(即光信號可被檢測到的距離)會影響將探測到的光信號的橫向覆蓋或寬度。

因此，當前系統(tǒng)可以用于測量基于系統(tǒng)的縱向和橫向覆蓋的距離范圍。例如，在單軸上的一維測量，當前系統(tǒng)的范圍可較大(10米甚至更大)。在該幾何狀態(tài)下，從光纖射出的相干光束可通過透鏡被瞄準或幾乎瞄準而不是發(fā)散，以下將更詳細地說明。然而，當需要三維位置測量時，基準及信號光束可能被發(fā)散，因此，較遠距離落在其他光纖的指定探測器的功率可能較小。在這些條件下，噪聲能夠確定可被測量的最大縱向和橫向距離。

非限制性示例僅用于說明的目的，從光纖射出的光穿過具2x10^-6米束腰的高斯形狀的探測器，且發(fā)散半角為0.1弧度。其相當于近似4x10^-12平方米的有效光電探測器面積(使用簡化的假設，即面積大約等于束腰尺寸的平方。其另外指示出當基準光束較小時光電探測器面積可較大)。在這個示例中，還假設高斯光束的功率為1mw。高斯光束將擴散傳播到另一個探測器(類似的有效光電探測器面積)。由于擴散光束強度將下降。假設需要6.3nm分辨距離測量，要求光電探測器電流信噪比為100。在這種情況下，由其他光纖/光電探測器接收到的功率(類似的有效光電探測器面積＝4x10^-12平方米)可為4.8x10^-12瓦特(如示例1所示，在符合該示例的條件下基于計算出的散射噪聲和1khz探測頻寬)。該信號光束傳播及到達其他光電探測器后將具有的最大面積可產(chǎn)生近似8x10^-4平方米的信噪比，由下列關系確定：最大信號光束面積＝(信號功率/最小檢測功率)*(光電探測器面積)＝(1x10^-3瓦特/4.8x10^-12瓦特)×(4x10^-12平方米)＝8x10^-4平方米。在這個示例中，最大光束面積相當于約2.8厘米的束寬。因此，在0.1弧度的發(fā)散角，光束可以擴散至約2.8厘米的半徑，且仍然通過有效面積為4x10^-12平方米的探測器以100的信噪比被檢測到。這意味兩個光纖/光電探測器可以橫向移動2.8厘米，距離測量分辨率沒有顯著減少(6nm)。在該發(fā)散角(0.1弧度)下，測量的最大縱向范圍約為28厘米。當功率增大或頻寬減小或發(fā)散角減小時，縱向范圍也可增大。

該方法可提供顯著的靈活性來執(zhí)行一維、二維和三維距離測量。對于一維測量，無需對齊兩個光纖/探測器，因為即使探測器沒有橫向對齊超過2.8厘米(相對于該非限制性示例)也可執(zhí)行測量。

繼續(xù)參照非限制性示例，多個基準光纖/探測器以小于2.8厘米分開被放置在基準面并分別被配置來獨立測量基準光纖/探測器以及信號光纖/探測器之間的距離，然后采用三角測量方法，信號光纖/探測器的三維位置測量可以在較大的橫向范圍被檢測(大于各探測器對(2.8厘米)的個體橫向范圍)。

其中發(fā)散角為0.01弧度，對應于約2x10^-5米的高斯束腰(有效探測器面積＝4x10^-10，且縱向范圍將增加至約28米(假設1mw的功率，信噪比為100)，具約28厘米的橫向范圍。

合適的范圍可以是光纖/光電探測器能夠從相關的光纖/光電探測器中檢測干擾光信號的任何范圍。如上所述，干擾光束的最小探測功率可由檢測過程中主導的噪聲和檢測系統(tǒng)的頻寬確定。如下所示，由光電探測器檢測的外差干擾信號與參考信號與信號光束的平方根成正比?；鶞使馐侵苯觼碜怨饫w的光并在進入與另一光纖相關的光電探測器之前沖擊相鄰側的探測器。信號光束是已經(jīng)穿過光電探測器并向另一光電探測器行進的光束。

如上所述，光纖可以被分割成離散的光纖通道，從而將相干光的光束分成離散的分量光束，并沿離散的波導路徑引導各分量光束。一個或多個光纖通道可包括光調制器，如聲光調制器、電光調制器、磁光調制器、機光調制器、相位調制器、或其他合適的裝置。在具體的示例中，可以使用相位調制器。因此，傳遞至主光纖的相干光(例如，單模光纖)直接進入至各光纖通道，并各通道中的光能夠以不同的頻率被移頻或調制(δf1,δf2,δf3…)通過頻率或相位調制裝置。應注意，可以使用各種類型的調制，包括頻率調制、相位調制、振幅調制、頻移、相移等，以及上述其組合，但并不局限于此。通過在各信道中使用不同的調制頻率，任何一對通道之間的干擾可通過檢測兩個通道的差頻的外差信號被獨立地檢測。

半透明或光學性薄的光電探測器可以定位在光纖的各光纖通道附近或末端處。在此可使用任何半透明或光學性薄的光電探測器，如半透明或光學性薄的光電二極管，具有p-n結或pin結。圖1中示出具有pin結的半透明光電探測器100的一個具體示例。如圖1所示，硅晶片101可被集中蝕刻，來提供具有寬度w1的通道，以增加光電探測器100的透明度。替代地或組合地，光電探測器可設置在透明基板上，省去了創(chuàng)建通道的需要。特征102表示設置在氧化物層頂部的硅晶片101。特征103,104和105分別表示n+硅層、本征硅層，和p+硅層。特征106a表示沉積在p+硅層上的硅化物或金屬接觸。特征106b表示沉積在n+硅層上的硅化物或金屬接觸。特征107a和107b分別表示耦合至接觸層106a和106b的引線。如上所述，圖1僅示出合適的半透明或光學性薄的光電探測器的一個示例。本領域的技術人員應理解，可以利用各種適當?shù)淖兓蛱娲飦碇苽浜线m的半透明或光學性薄的光電探測器。

光電探測器可被定位從而接收來自相關通道的相干光。其可使用多種配置來完成。在一個方面，光電探測器可制備在或耦合至光纖的光纖通道的端部。在另一方面，如圖2a所示，光纖220可以向光電探測器210發(fā)射光。從光纖220的端部射出的光可沖擊相鄰側213上的光電探測器210。然后，光可以從光電探測器210的相對側215朝相關的基準光電探測器的相對側被射出(未示出)。在另一方面，如圖2b所示，從光電探測器210射出的光可被瞄準或幾乎瞄準并引導至相關的光電探測器?；蚴侨鐖D3所示，透鏡360可位于光電探測器310和光纖320之間，以將從光纖射出的相干光聚焦到光電探測器上。穿過光電探測器后，相干光將在由透鏡確定的角度發(fā)散。在任何情況下，光電探測器(210,260,310)可大于相干光束的尺寸。在這種情況下，如圖3所示，有效的外差檢測區(qū)域根據(jù)基準光束(即來自光纖的光束)的大小被確定。

基于特定的應用，可以使用多種透鏡，來改變相干光束發(fā)散角，從而在特定位置瞄準或聚焦相干光。作為非限制性示例，可使用梯度折射率透鏡或常規(guī)透鏡。因此，類似光纖的數(shù)值孔徑，透鏡也可以被用來控制光束發(fā)散角以及相關的光束的縱向或橫向覆蓋。

如上所述，至少一個光纖通道可被定向地朝向另一光纖通道，從而穿過相關光電探測器的光被射出并沖擊至與另一光纖通道直接相關的光電探測器。因此，光電探測器從兩側接收光，每一側來自不同的光纖通道，其中來自光纖通道中的一個的光通過調制裝置以不同于其他光纖通道的頻率被頻移或相移。由于光進入光電探測器的兩側以及兩個束的光干擾相關的光場變化，光電探測器中產(chǎn)生電荷載體。因此，各光電探測器從各個側接收光，其中來自兩個不同側的光以不同的頻率被調制(也可以不調制)。在這種條件下，可產(chǎn)生兩個調制頻率之間的差頻的外差信號，其通過使用鎖定放大器或其它合適的裝置被檢測。在此證明，通過在涉及的兩個通道的各光電探測器處測量外差信號的相位，并比較這些相位(進行區(qū)別)，光經(jīng)歷的光學路徑長度(相位延遲)，且在各光纖路徑中(在到達光電探測器之前)被淘汰。同時，兩個探測器的外差信號之間的位相差可與兩個光電探測器之間的距離或光電探測器之間的距離變化直接有關。

如圖4所示，例如，用于確定兩點之間距離的系統(tǒng)可以包括相干光源430，具有耦合至其中的光纖420，被操作來接收及傳輸從光源430射出的相干光。光纖420被分成至少兩個光纖通道420a,b，傳輸相干光。一個光纖通道420b中的光通過相位或頻率調制裝置440被頻移或調制。在一些情況下，光電探測器410或412為透明的光電探測器，半透明的光電探測器，或光學性薄的光電探測器，可被耦合在或至各光纖通道420a,b的末端，在該特定的示例中。由此，各探測器接收直接來自光電探測器被耦合的光纖通道(基準光束)一側上的光。其也可以是相鄰側。此外，當光纖通道被指向另一個，如圖4所示，各探測器附加接收來自光電探測器沒有被直接耦合的光纖通道的透射光(信號光束)。光電探測器的這一側可稱為相對側。因此，在圖4的示例中，光電探測器410接收直接來自光電探測器410被耦合的光纖通道420a的相鄰側的光，此外還接收來自光電探測器410沒有被直接耦合的光纖通道420b的相對側的透射光。各探測器中的兩個光束的干擾將在各光電探測器中產(chǎn)生電荷載體，生成可測量的干擾光電流(外差信號)。

如圖5a所示，鎖定放大器570可用于從各光電探測器510,512中檢測光電流。光電探測器510和512處產(chǎn)生的相應電流可通過放大器575a,b被放大?？墒褂眠x擇性的濾波器580a,b在信號進入鎖定放大器570之前過濾信號。然而，在許多情況下，鎖定放大器可以提供適當?shù)男盘枮V波而不添加補充濾波器。因此，鎖定放大器可以用來確切地檢測和提取來自兩個光電探測器中每一個的差頻信號的相位。另外，如圖5b所示，來自光調制器540的頻率的信號可以作為的基準信號發(fā)送至鎖定放大器。同時，圖5b示出來自單個光調制器的信號，信號也可以是來自多個光調制器，以下進行詳細說明。

正如以下更詳細說明的，來自各探測器的干擾光電流可以用來確定兩個探測器或光纖端之間的距離或變化。應注意，來自兩個光電探測器的兩個外差信號在同一頻率(兩個通道或光纖臂的兩個調制頻率之間不同)。其可通過單個鎖定放大器被檢測，當一個信號作為基準輸入鎖定放大器且其他的作為至鎖定放大器的信號(如圖4所示)。也可以使用兩個獨立的鎖定放大器，分別檢測來自各光電探測器的外差信號，利用以兩個調制器的差頻直接從調制器產(chǎn)生的鎖定放大器基準(電信號)，和來自單個光電探測器的鎖定信號。在這種情況下，每個信號的相位可以單獨計量，然后兩信號之間的差異可以從兩個鎖定放大器中減去兩個相位信號被確定。例如，如圖6所示，光源630的光可被分成離散的光路朝向光電探測器610,612。朝向光電探測器612的光可通過光調制器640被調制。如圖所示，鎖定放大器670a,b可以分別檢測來自各光電探測器610,612的外差信號，利用直接從調制器640產(chǎn)生的鎖定放大器基準(電信號)。另一個示例中，如圖7所示，光源730的光可被分成離散的光路朝向光電探測器710,712，各光路具有光調制器740a,b。該兩個調制器740a,b的差頻可作為光電探測器710,712處產(chǎn)生的各外差信號的基準信號?；鶞市盘柨杀话l(fā)送至混頻器780以獲取f1+f2和f1-f2基準信號。然后可利用濾波器790來消除基準信號f1+f2，只允許f1-f2基準信號在鎖定放大器中被參考。在這種情況下，各外差信號的相位可以單獨計量，且兩個信號之間的差異可以從兩個鎖定放大器中減去兩個相位信號被確定。

距離可通過使用多個探測器被確定，包括光纖通道的末端，光電探測器的表面，其他光電探測器結構等，由此，將進行距離測量的位置不應被視為限制本范圍。在一個特定的方面，距離為光電探測器的相對表面之間的距離。在其他情況下，距離可以是測量的距離或位置變化，且無需知道光電探測器中的光檢測的實際位置，也可確定從基準點至指定位置的距離。

此外，可以使用三角測量原理進行二維或三維測量。例如，一維系統(tǒng)可被構造成利用一對光纖和探測器來測量距離的變化。在該系統(tǒng)中，光的發(fā)散可使兩個光纖/探測器中的一個相對于另一個在橫向范圍內橫向移動而不會失去干擾信號。該系統(tǒng)測量的距離將是兩個探測器之間的絕對距離的變化，即使兩個探測器在一個軸上不對齊。當干擾(外差)信號被檢測時，該測量的距離將是兩個探測器之間總的3維距離。

從該系統(tǒng)可以構造二維或三維系統(tǒng)。其可以通過一個信號或定位光纖/感興趣的探測器的三維位置被實現(xiàn)，且固定在基準網(wǎng)格中的一系列其他基準光纖/探測器是剛性的。這些基準探測器可以被排列，從而每一個與信號光纖/探測器一起運作，以便在任何給定時間內唯一地測量其之間絕對三維距離的變化。這可以通過使各基準光纖/探測器在該臂中具有與所有其它光纖/探測器不同的唯一頻率偏移來實現(xiàn)，從而能夠獨立地檢測來自每對基準光纖/探測器的干擾信號。當基準光纖/探測器在空間中都是橫向分離和被固定時，通過測量信號光纖/探測器和所有基準光纖/探測器之間三維距離的變化，可利用三角公式來唯一地確定信號光纖相對于已知的基準光纖/探測器的三維位置。因此，為了獲得信號光纖/探測器的三維信息，可以使用至少三個基準光纖/探測器。來自單個激光源的光可以在不同頻率的各基準臂中被調制(頻移、相移、振幅)，以向該臂提供唯一信號。光纖系統(tǒng)的初始校準過程可能需要建立用于提取信號光纖的二維或三維位置的方程。一旦校準，這些關系將使二維或三維位置以較快速度被確定。

圖8示出利用多個探測器的系統(tǒng)800的一個具體示例。具體地說，光束源830可引導基準光束沿光路820a朝向信號光電探測器810的相鄰側。在一些示例中，可將光調制器840包括在該路徑中。其將在信號光電探測器810上產(chǎn)生局部或初始光電流。信號光束可以從信號光電探測器810朝基準光電探測器812a,b,c的相對側被射出，該基準光束可以是沿光纖傳播及朝向光電探測器的相鄰側的相干光束。信號光束可以是從光電探測器的相對側朝另一光電探測器的相對側被射出的相干光束。因此，基準光束也可以沿光路820b被引導，但該基準光束可以通過光調制器840a,b,c被調制，從而具有與其他不同以及與光路820a的基準光束不同的光頻率。調制的基準光束可被引導朝向各基準探測器812a,b,c的相鄰側，在各基準探測器812a,b,c產(chǎn)生局部或初始光電流。調制的信號光束可以從各基準探測器812a,b,c朝向信號光電探測器810的相對側被射出。因此，信號干擾光電流可以在信號光電探測器810處被檢測，由基準光束和調制的信號光束被生成，且干擾光電流可以在各基準光電探測器被檢測，由各自調制的基準光束和信號光束被生成。信號干擾光電流和基準干擾光電流之間的差異可能與信號光電探測器和基準光電探測器之間的距離有關。更具體地說，基準光電探測器812a,b,c可具有固定的或已知的基準位置。由于信號光電探測器810相對于基準光電探測器812a,b,c移動，因此信號光電探測器的位置可以通過三角方程被確定。

雖然圖8示出僅具有三個基準光電探測器的示例，但可使用任何合理數(shù)量的探測器。例如，可使用一組基準探測器。其可克服僅具有三各基準探測器的橫向限制。因此，當信號光電探測器位于至少三個基準光電探測器的范圍內，信號光電探測器的位置可以通過三角測量被確定。當信號光電探測器超出一個基準光電探測器的束寬的范圍時，信號光電探測器可移動至一組光電探測器上的另一基準光電探測器的范圍內。因此，信號光電探測器的位置仍然可以通過三角測量被確定。

干擾儀系統(tǒng)的校準可以通過多種方式被完成。在一個示例中，單獨的校準定位系統(tǒng)可用于橫向地精確掃描信號光電探測器以及在單個基準光電探測器附近的不同范圍內。在掃描的過程中，兩個光電探測器之間的距離可利用當前的方法測量干擾。該距離數(shù)據(jù)可以被擬合成三角公式，用來唯一地確定基準光纖的位置和信號探測器相對于基準位置的三維位置。一旦校準，信號探測器的位置可以被確定且無需校準定位系統(tǒng)。如上所述，指定的光電探測器從兩側接收光，靠近光纖的一側與光電探測器直接連接，且光纖的相對側朝向光電探測器，從而測量距離被確定。一方面，光電探測器可以足夠薄以允許兩側的電場重疊來檢測干擾信號(即外差信號，當一個光纖信號相對于另一光纖信號被頻率調制時)，其中，兩個探測器外差信號之間的相位差被用來來檢測兩個探測器之間距離或距離變化，消除對于光電探測器的兩個光纖臂路徑中的光程差的依賴。更具體地說，光電探測器中的兩個波束的光干擾在光電探測器中產(chǎn)生電荷載流子，且由此產(chǎn)生的光電流包含各探測器中的外差信號，從而通過比較來檢測兩個探測器之間的距離變化。無須被任何科學理論束縛，各探測器中產(chǎn)生的光電流包括靜態(tài)(直流)和時變光電流。各探測器中的光電流是正弦和近正弦，具有干擾儀的兩個臂中的光束之間的頻差δf的頻率。

下面描述了兩個路徑之間的光學相位差(光波數(shù)k0＝2π/λ0)。為方便起見使用術語探測器#和ln進行說明，這些術語涉及圖4中的圖表。探測器#1中，具相位的差頻(δf)的正弦光電流(外差信號)如以下方程i被示出：

探測器#2中，具相位的差頻(δf)的正弦光電流(外差信號)如以下方程ii被示出：

例如當各探測器的相位通過鎖定放大器被測量時，相位之間的差異被測量，如以下方程iii被示出：

在此可以看出，不同的相位取決于光纖末端和光k‐矢量k0之間的距離l3，其取決于波長，而不是取決于l1或l2。

在此公開的技術的一個優(yōu)點涉及光電探測器的尺寸以及該尺寸如何在探測器之間對準。探測器的尺寸減小時，接收角具有良好的光學干擾增加。無須束縛于理論，光外差信號的強度與入射至各探測器的兩個光束中每一個功率的平方根成正比。光電流與光外差信號的強度的比例在方程iv中被示出：

i＝電流＝alpha*光外差功率＝alpha²sqrt(p1*p2)

alpha為探測器的響應率

電流i的大小與光外差信號成正比，其與，探測器的相鄰側上檢測到的信號功率p1，以及探測器的相對側上檢測到的信號功率p2的平方根成正比。由于探測器的相鄰側的信號功率p1已經(jīng)很高，即使通過低功率發(fā)散光束p2也可以產(chǎn)生足夠的外差光電流。值得注意的是，當光電探測器大于或更大于基準光束面積時，外差干擾信號將僅在基準光束可見的區(qū)域內產(chǎn)生。因此，探測外差信號的光電探測器的有效尺寸將為探測器上的基準光束尺寸。此外，由于光電探測器區(qū)域的有效尺寸通常較小，所以整體外差信號通常會減少。應注意，說明的光電探測器區(qū)域是有效的光電探測器區(qū)域，并且指定的光電探測器的實際尺寸可能更大。

然而，外差信號只取決于弱基準信號的平方根(發(fā)散光束)。由于該光電探測器的有效尺寸較小，信號與基準探測器的精確對齊對于確定距離并不是關鍵。換句話說，與直徑較小的基準光束相比，穿過比例性較大的光電探測器的直徑較大的相干光束(基準光束)須與緊角公差對齊。例如，光電探測器利用可見光(以0.5um波長為例)，其中約1mm的直徑要求4x10^-4弧度的角對準公差，從而在距離測量中實現(xiàn)良好的(有效的)干擾。

另一方面，有效尺寸約為2微米的的光電探測器(約2微米的基準光束寬度)，具有近似1.6×10^-1弧度的角公差，來有效地產(chǎn)生干擾。因此，隨著光電探測器尺寸的減小，角公差增大。

此外，無須束縛于理論，各光纖通道的基準光束的直徑越小，光束的發(fā)散角越大，從而光束的發(fā)散角和對應的橫向范圍增加，且相對的光電探測器可被配置用來檢測干擾信號。因此，光纖的選擇可以基于纖芯的尺寸。單模光纖可具有直徑小于15微米或小于10微米或小于1-2微米的芯。在一個方面，優(yōu)選是單模光纖，這是由于其芯尺寸較小以及對應的直徑較小的入射光束可以增加所發(fā)射的光的衍射角，以及相對的較小光電探測器的橫向檢測范圍。光電探測器可以配置在光纖末端，覆蓋與光纖芯出口相同的表面積或更大。在一方面，光電探測器可以由晶體硅制成，光纖芯的直徑約為1-5微米。光電探測器還可以被定位在有透鏡或無透鏡的光纖末端附近。通過以不同寬度將基準光束聚焦在探測器上，透鏡使有效的光電探測器區(qū)域被調整。

此外，由于入射光束可能非常小，且發(fā)散角較大，可以使用兩個、三個或更多探測器來進行三維測量。由各探測器檢測到的干擾信號可以被用來測量各探測器與其他探測器之間的距離，以及三角測量三維中光電探測器的任何一個相對于其他的位置。

較小尺寸和重量的光纖元件以及相對應的廣泛的檢測范圍和角度，使當前技術可應用于各種各樣的裝置和配置。當前技術的優(yōu)點之一在于，無需其他干擾測量方法為了高精度光束對準所要求的復雜的設備和時間限制。其還使用相對便宜的材料且成本生產(chǎn)較低。因此，當前技術在許多機器、設備和服務中可被利用和可取的。在一些示例中，干擾儀系統(tǒng)可操作地耦合到機器，例如量度設備、制造設備、機器人、車輛、機械工具等。在一方面，現(xiàn)有技術可用于計量，以便正確校準工程設備、測量設備和其他設備。在另一方面，當前技術可用于半導體和其他類似裝置的微型制造中的量度，以確保晶片或其他基片和組件的正確對準，以評估表面，并執(zhí)行任何其他合適的微型制造。在一個方面，多個光纖可以耦合到機械臂，使臂相對于基準幀精確地定位，以抓取或以其它方式嚙合或避免物體。機械臂可以是固定機器人的一部分，也可以是移動機器人的一部分。該機器人可用于裝配線、無人機或其他設備的軍事應用、家用消費品或服務或其他各種產(chǎn)品和用途。如上所述，機器人可具有三個或更多的探測器，使其具有三維測量能力。實現(xiàn)其的一種方法是使用機器人上的三個或更多的臂、附件或其他可測量的位置，其分別具有一個光電探測器或一組光電探測器。此外，可以通過在遠離機器人或其它裝置的位置中配置一個或多個光電探測器來測量有關機器人或其它裝置的位置信息。距離測量還可以用來測量角度和其他幾何量。當前技術還可用于各種其他裝置、系統(tǒng)和方法。其還可以測量速度、加速度等。

雖然當前技術的光電探測器可被耦合到光纖通道的兩端，但在一些方面并不需要。該光電探測器可被連接到任何光源配置，可在各探測器生成適當?shù)母蓴_圖案，然后被用來確定光電探測器之間的距離。

示例

下面的示例涉及特定的實施例，并指出特定特征、元件或步驟可被使用或以其他方式組合來實現(xiàn)這些實施例。

在一個示例中，一種確定至少兩點之間的距離的方法，可包括以下步驟：將相干光的光束分成離散的分量光束；引導各分量光束沿離散的波導路徑朝向并進入相關的光電探測器，在各路徑的所述相關的光電探測器中生成局部光電流；各分量光束通過其相關的光電探測器被傳遞，沖擊到另一路徑中的光電探測器，在各光電探測器生成干擾光電流；以及使干擾光電流之間的差異與相應探測器之間的距離相關連。

在一個示例中，可進一步包括利用透鏡使至少一個分量波束聚焦在相關的光電探測器上。

在一個示例中，各分量光束通過其相關的光電探測器被傳遞，沖擊到另一路徑中的所述光電探測器的步驟進一步包括：通過透鏡傳遞各分量光束，沖擊到另一路徑中的所述光電探測器。

在一個示例中，所述相干光的光束波長為400nm至1000nm。

在一個示例中，各波導路徑由單模光纖組成。

在一個示例中，一個分量光束相對于另一分量光束被調制。

在一個示例中，所述調制的分量光束被頻率調制。

在一個示例中，所述調制的分量光束被相位調制。

在一個示例中，多個分量光束相對于另一個被調制

在一個示例中，至少一個光電探測器是具有固定位置的基準光電探測器。

在一個示例中，通過使用鎖定放大器來檢測所述干擾光電流。

在一個示例中，通過使用各光電探測器處離散的鎖定放大器來檢測所述干擾光電流。

在一個示例中，一種干擾量度裝置，可包括：第一光電探測器；第二光電探測器；光束源；和波導，被配置用來引導分裂的相干光的光束，從所述光束源沿第一路徑穿過所述第一光電探測器并進入所述第二光電探測器，以及沿第二路徑穿過所述第二光電探測器并進入所述第一光電探測器。

在一個示例中，所述干擾量度裝置可進一步包括：光調制器，被定位用來調制被引導穿過所述第一光電探測器或所述第二光電探測器的所述相干光的光束。

在一個示例中，所述光調制器包括由聲光調制器、電光調制器、磁光調制器、機光調制器、移相器，以及其組合構成的群中被選出的部件。

在一個示例中，所述光調制器為相位調制器。

在一個示例中，所述干擾量度裝置可進一步包括：多個光調制器，被定位用來調制被引導穿過所述第一光電探測器和所述第二光電探測器的所述相干光束。

在一個示例中，所述第一光電探測器和所述第二光電探測器都為光學性薄的pin光電探測器。

在一個示例中，所述光束源被操作射出具400nm至2000nm波長的相干光的光束。

在一個示例中，所述波導為單模光纖。

在一個示例中，所述干擾量度裝置可進一步包括：鎖定放大器，被操作耦合至所述第一個光電探測器、所述第二光電探測器，或兩者。

在一個示例中，所述干擾量度裝置可進一步包括：第一光調制器，沿所述第一路徑被定為，來調制被引導穿過所述第一光電探測器的所述相干光的光束；第二光調制器，沿所述第二路徑被定位，來調制被引導穿過所述第二光電探測器的所述相干光的光束；和鎖定放大器，被操作耦合至所述第一光電探測器和所述第二光電探測器，其中，輸入至所述鎖定放大器的基準通過使用所述頻率或相位調制器的電基準信號被導出。

在一個示例中，一種干擾量度裝置，可包括：光束源；第一光電探測器；第一波導路徑，從所述光束源延伸至所述第一光電探測器；第一調制器，沿所述第一波導路徑被光電耦合并被操作來調制所述第一波導路徑中的相干光束；第二光電探測器；第二波導路徑，從所述光束源延伸至所述第二光電探測器；第二調制器，沿所述第二波導路徑被光電耦合并被操作來調制所述第二波導路徑中的相干光束；混頻器，被操作耦合至所述第一調制器和第二調制器，所述混頻器配置來確定所述調制器之間的差頻；至少一個鎖定放大器，被功能耦合至所說第一光電探測器或第二光電探測器中的至少一個，其中，所述混頻器的所述差頻被傳遞至所述鎖定放大器作為基準信號。

在一個示例中，所述干擾量度裝置可進一步包括：過濾器，被功能耦合至所述混頻器，并被配置用來從所述混頻器的所述差頻中濾波附加頻率。

在一個示例中，一種確定至少兩點之間的距離的方法，可包括以下步驟：將基準光束引導朝向信號光電探測器的相鄰側；從所述信號光電探測器中射出信號光束，朝向基準探測器的相對側；將調制的基準光束引導朝向所述基準光電探測器的相鄰側；將調制的信號光束朝向所述信號光探測器的相對側發(fā)射；引導經(jīng)所述基準光束和所述調制的信號光束生成的所述信號光電探測器處的信號干擾光電流；引導經(jīng)所述調制的基準光束和所述信號光束生成的所述基準光電探測器處的基準干擾光電流；以及使所述信號干擾光電流和所述基準干擾光電流之間的差異與所述信號光電探測器和所述基準光電探測器之間的距離相關連。

在一個示例中，通過使用單模光纖、透鏡或多個透鏡或其組合將所述基準光束引導朝向所述信號光電探測器的所述相鄰側。

在一個示例中，通過使用單模光纖、透鏡或多個透鏡或其組合將所述調制的基準光束引導朝向所述基準光電探測器的所述相鄰側。

在一個示例中，該方法還可以包括使用透鏡或多個透鏡將所述信號光束引導朝向所述基準光電探測器的所述相對側。

在一個示例中，該方法還可以包括使用透鏡或多個透鏡將調制信號光束引導朝向所述信號光電探測器的所述相對側。

在一個示例中，使用鎖定放大器來檢測所述信號干擾光電流和所述基準干擾光電流。

在一個示例中，使用單獨的鎖定放大器來檢測所述信號干擾光電流和所述基準干擾光電流。

在一個示例中，基準光電探測器與信號光電探測器的數(shù)量比至少為2:1。

在一個示例中，基準光電探測器與信號光電探測器的數(shù)量比至少為3:1。maple代碼示例—maple代碼示出對本發(fā)明系統(tǒng)的操作進行建模的一個示例。

雖然上述示例為一個或多個特定應用中示例性的具體實施方案，但應理解，在不脫離本發(fā)明在此明確表達的原則和概念的前提下本領域中的普通技術人員可在形式，方法及使用細節(jié)中進行多種修改。因此，除了以下的權利要求，沒有任何限制。