JP2006266796A - Apparatus for optical heterodyne interference - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、干渉計から出射される干渉光の位相から例えば被測定物の位相特性を測定する光ヘテロダイン干渉装置に関し、特にマッハツェンダ型干渉計内に音響光学周波数シフタ(AOFS: Acousto-Optic Frequency Shifter )を配置して、分岐した2つの光にヘテロダイン検波のための周波数差を与えるようにした光ヘテロダイン干渉装置に関する。 The present invention relates to an optical heterodyne interferometer that measures, for example, the phase characteristics of an object to be measured from the phase of interference light emitted from an interferometer, and more particularly to an acousto-optic frequency shifter (AOFS) in a Mach-Zehnder interferometer. ) To provide a frequency difference for heterodyne detection between the two branched lights.
従来、マッハツェンダ型干渉計内にAOFSを配置して、分岐した2つの光にヘテロダイン検波のための周波数差を与えるようにした光ヘテロダイン干渉装置として、マッハツェンダ型干渉計がその光路に光ファイバを用いて構成される光ファイバ干渉計で、被測定物の位相特性から波長分散を測定するものがあった。(例えば、非特許文献1参照) Conventionally, as an optical heterodyne interferometer in which an AOFS is arranged in a Mach-Zehnder interferometer and a frequency difference for heterodyne detection is given to two branched lights, the Mach-Zehnder interferometer uses an optical fiber in its optical path. There are some optical fiber interferometers configured to measure the chromatic dispersion from the phase characteristics of the object to be measured. (For example, see Non-Patent Document 1)
この種の光ヘテロダイン干渉装置の概略構成を図4に示す。波長可変光源1は、例えば波長可変レーザであり、制御手段13から出力される制御信号aに基づいて所定の周波数範囲の測定光を順次発振して光カプラ3へ出射する。また、光源2は、例えばレーザであり、波長可変光源1の発振周波数とは異なる固定周波数の参照光を発振して光カプラ3へ出射する。光カプラ3は、上記測定光及び参照光を合波して波長多重し、その波長多重光をAOFS4bへ出射する。
A schematic configuration of this type of optical heterodyne interferometer is shown in FIG. The wavelength
AOFS4bは、超音波発生器4aから入力される周波数f1の超音波によって駆動され、光カプラ3から入射される波長多重光を2つの光に分岐するとともに、その分岐した2つの光にヘテロダイン検波のための周波数差(ビート信号の周波数となる)を与えて出射する。すなわち、AOFS4bは、光カプラ3からの波長多重光を2つの光に分岐して、一方は0次の回折に基づく第1経路の光として被測定物10を介して光カプラ6へ出射し、また他方は超音波の周波数f1分だけ周波数シフトした+1次の回折に基づく第2経路の光として遅延器5へ出射する。周波数関係を具体的に示すと、入射される波長多重光の周波数をν(波長可変光源1の発振周波数)及びν0(参照光の固定周波数)とすると、第1経路の光の周波数はν及びν0、第2経路の光の周波数はν+f1及びν0+f1となる。そして、それらが光カプラ6で合波された後にヘテロダイン検波されるとビート信号の周波数f1の電気信号が出力される。
AOFS4b is driven by the ultrasonic frequency f 1 input from the ultrasonic generator 4a, with branches the wavelength-multiplexed light incident from the
遅延器5は、例えば光ファイバ遅延線で構成され、マッハツェンダ型干渉計の2つのアームで光路長をできる限り合わせるために、第2経路の光を、第1経路の光が被測定物10によって遅延される時間にほぼ等しい時間分遅延させて光カプラ6へ出射する。光カプラ6は、被測定物10を介して入射される第1経路の光と遅延器5を介して入射される第2経路の光とを合波して、測定光に基づく干渉光と参照光に基づく干渉光とを光分波器7へ出射する。
The
なお、超音波発生器4a及びAOFS4bは光分岐手段4を構成し、そしてこの光分岐手段4、被測定物10、遅延器5及び光カプラ6はマッハツェンダ型干渉計20を構成している。したがって、光分岐手段4は、入射光を2つに分岐して別々の光路を通してから結合(干渉)させるマッハツェンダ型干渉計における、入射光を2つに分岐する手段であり、また光カプラ6は、別々の光路を通してから結合(干渉)させる手段である。マッハツェンダ型干渉計20は、自身がその光路に光ファイバを含んで構成される光ファイバ干渉計であったり、又はその光路長を合わせる遅延器5が光ファイバ遅延線であったりする場合、温度変化や振動などに起因した光ファイバの揺らぎによる位相変動を生じやすい。それを改善するために、測定光と参照光とを波長多重して同時にマッハツェンダ型干渉計20へ入射して、測定光における位相変動を参照光における位相変動で相殺している。
The ultrasonic generator 4a and the AOFS 4b constitute the optical branching means 4, and the optical branching means 4, the
光分波器7は、光カプラ6から入射される測定光と参照光とが波長多重してなる波長多重光の干渉光を受けて、それぞれの周波数(波長)に分波し、測定光の干渉光を受光器(PD)8に、参照光の干渉光を受光器(PD)9に出射する。受光器8は、光分波器7から入射される測定光の干渉光を受けてヘテロダイン検波し上述の第1経路の光のうちの周波数νの光及び第2経路の光のうちの周波数ν+f1の光との周波数差(f1)のビート信号を第1の電気信号に変換する。また、受光器9は、光分波器7から入射される参照光の干渉光を受けてヘテロダイン検波し上述の第1経路の光のうちの周波数ν0の光及び第2経路の光のうちの周波数ν0+f1の光の周波数差(f1)のビート信号を第2の電気信号に変換する。同期検波器であるRFロックインアンプ11は、上記第2の電気信号を同期信号bとして受け、この同期信号bに基づいて上記第1の電気信号の位相検出を行う。処理手段12は、制御手段13から入力される制御信号aをトリガにして、RFロックインアンプ11から入力される位相信号のデータ処理を行い被測定物の位相特性から波長分散を求める。制御手段13は、測定光の周波数を可変制御するための制御信号aを発生して波長可変光源1及び処理手段12に出力する。
The optical demultiplexer 7 receives the interference light of the wavelength multiplexed light formed by wavelength multiplexing the measurement light and the reference light incident from the
しかしながら、このような従来の光ヘテロダイン干渉装置では、マッハツェンダ型干渉計20の光分岐手段4を、超音波発生器4aからAOFS4bに入力される超音波の周波数f1がヘテロダイン検波される周波数(ビート信号の周波数)と等しくなるように構成しているために、ヘテロダイン検波される周波数を超音波の周波数より低くすることができない。その結果、ヘテロダイン検波されたビート信号の電気信号から位相検出を行う同期検波器として、超音波の周波数とほぼ同じ周波数帯域(数10〜数100MHz)のRFロックインアンプを用いざるを得ず、RFロックインアンプに比べ感度が約60dB良く、かつ経済的な、約100KHz以下で動作する通常のロックインアンプが使用できないという問題があった。換言すると、ビート信号の周波数を通常のロックインアンプが使用できる約100KHz以下にすることができれば、同期検波器にRFロックインアンプを用いずに済むために、同期検波器での位相検出の感度を約60dB改善でき、また同期検波器の経済化が図れるともに、ビート信号の周波数が低いために受光器等の経済化も図れることとなる。また、位相検出に位相敏感検出器(PSD:Phase Sensitive Detector)を用いた場合においても、周波数が2MHz以下であれば小型のものが使用できる。 However, in such a conventional optical heterodyne interferometer, the optical branching means 4 of the Mach-Zehnder interferometer 20 is subjected to the frequency (beat) at which the ultrasonic frequency f 1 input from the ultrasonic generator 4a to the AOFS 4b is heterodyne-detected. The frequency of the heterodyne detection cannot be made lower than the frequency of the ultrasonic wave. As a result, an RF lock-in amplifier having almost the same frequency band as the ultrasonic frequency (several tens to several hundreds of MHz) must be used as a synchronous detector that performs phase detection from the electrical signal of the beat signal subjected to heterodyne detection. There is a problem that a normal lock-in amplifier operating at about 100 KHz or less cannot be used because the sensitivity is about 60 dB better than the RF lock-in amplifier and economical. In other words, if the frequency of the beat signal can be reduced to about 100 KHz or less at which a normal lock-in amplifier can be used, it is not necessary to use an RF lock-in amplifier for the synchronous detector. The synchronous detector can be made more economical, and the frequency of the beat signal is low, so that the light receiving device and the like can be made more economical. In addition, even when a phase sensitive detector (PSD) is used for phase detection, a small detector can be used if the frequency is 2 MHz or less.
本発明は、これらの課題を解決し、位相検出の感度を改善するとともに、装置の経済化を図った光ヘテロダイン干渉装置を提供することを目的としている。 It is an object of the present invention to provide an optical heterodyne interferometer that solves these problems, improves the sensitivity of phase detection, and achieves an economical device.
上記課題を解決するために、本発明の請求項1の光ヘテロダイン干渉装置では、入射光である周波数可変の測定光を受けて、2つに分岐するとともに互いに周波数の異なる第1経路の光及び第2経路の光として出射する光分岐手段(14)並びに被測定物を介して入射される前記第1経路の光と前記被測定物を介さないで入射される前記第2経路の光とを合波して干渉光を出射する光結合手段(6)を有するマッハツェンダ型干渉計(30)と、
前記干渉光を受けてヘテロダイン検波し前記第1経路の光と前記第2経路の光の周波数差のビート信号を電気信号に変換する受光器(8)と、前記ビート信号の周波数とほぼ同じ周波数の同期信号に基づいて前記電気信号の位相検出を行う同期検波器(15)と、前記測定光の瞬時周波数に対応する、前記同期検波器から出力される位相信号のデータ処理を行って前記被測定物の光周波数−位相特性を求める処理手段(12)とを備えた光ヘテロダイン干渉装置において、前記光分岐手段は、周波数f1の第1の超音波を発生させる第1の超音波発生器(14b)と、周波数f2の第2の超音波を発生させる第2の超音波発生器(14c)と、前記第1の超音波で駆動される第1の音響光学周波数シフタ(14d)と、前記第2の超音波で駆動される第2の音響光学周波数シフタ(14e)とを有し、前記第1経路の光と前記第2経路の光との周波数差が前記第1の超音波と前記第2の超音波との周波数差と同一になるようにし、かつ、前記同期検波器がロックインアンプで構成されている。
In order to solve the above-described problems, in the optical heterodyne interferometer according to
A receiver (8) that receives the interference light and performs heterodyne detection to convert a beat signal having a frequency difference between the light of the first path and the light of the second path into an electric signal; and a frequency substantially the same as the frequency of the beat signal A synchronous detector (15) for detecting the phase of the electrical signal based on the synchronous signal of the signal, and data processing of the phase signal output from the synchronous detector corresponding to the instantaneous frequency of the measurement light. In the optical heterodyne interferometer having processing means (12) for obtaining the optical frequency-phase characteristic of the measurement object, the optical branching means is a first ultrasonic generator for generating a first ultrasonic wave of frequency f 1 . (14b), a second ultrasonic generator (14c) for generating a second ultrasonic wave of frequency f2, and a first acoustooptic frequency shifter (14d) driven by the first ultrasonic wave , Driven by the second ultrasonic wave A second acousto-optic frequency shifter (14e), and a frequency difference between the light of the first path and the light of the second path is a frequency between the first ultrasonic wave and the second ultrasonic wave. The synchronous detector is configured by a lock-in amplifier so that the difference is the same.
また、本発明の請求項2の光ヘテロダイン干渉装置では、入射光である周波数可変の測定光を受けて、2つに分岐するとともに互いに周波数の異なる第1経路の光及び第2経路の光として出射する光分岐手段(14)並びに被測定物を介して入射される前記第1経路の光と前記被測定物を介さないで入射される前記第2経路の光とを合波して干渉光を出射する光結合手段(6)を有するマッハツェンダ型干渉計(30)と、前記干渉光を受けてヘテロダイン検波し前記第1経路の光と前記第2経路の光の周波数差のビート信号を電気信号に変換する受光器(8)と、前記ビート信号の周波数とほぼ同じ周波数の同期信号に基づいて前記電気信号の位相検出を行う同期検波器(15)と、前記測定光の瞬時周波数に対応する、前記同期検波器から出力される位相信号のデータ処理を行って前記被測定物の光周波数−位相特性を求める処理手段(12)とを備えた光ヘテロダイン干渉装置において、前記光分岐手段は、高周波交流信号と低周波交流信号との間で振幅変調を行うことにより、前記高周波交流信号の周波数を中心周波数とし、前記低周波交流信号の周波数分シフトしたサイドバンド周波数成分でなる第1の超音波と第2の超音波を発生させる第3の超音波発生器(14g)と、前記第1の超音波と前記第2の超音波で駆動される第3の音響光学周波数シフタ(14f)とを有し、前記第1経路の光と前記第2経路の光との周波数差が前記第1の超音波と前記第2の超音波との周波数差と同一になるようにし、かつ、前記同期検波器がロックインアンプで構成されている。
Further, in the optical heterodyne interferometer according to
また、本発明の請求項3の光ヘテロダイン干渉装置では、上述した請求項1の光ヘテロダイン干渉装置において、前記光分岐手段は、更に、前記入射光である前記測定光を受けて2つに分岐し、一方の光を前記第1の音響光学周波数シフタに、他方の光を前記第2の音響光学周波数シフタにそれぞれ出射する第1の光カプラ(14a)を有し、前記第1の音響光学周波数シフタは、前記第1の光カプラから入射される一方の光の周波数を前記第1の超音波の周波数f1分周波数シフトして前記第1経路の光として出射し、かつ、前記第2の音響光学周波数シフタは、前記第1の光カプラから入射される他方の光の周波数を前記第2の超音波の周波数f2分周波数シフトして前記第2経路の光として出射している。
In the optical heterodyne interference device according to
また、本発明の請求項4の光ヘテロダイン干渉装置では、上述した請求項1〜3のいずれかの光ヘテロダイン干渉装置において、前記マッハツェンダ型干渉計は、更に、前記光分岐手段と前記光結合手段との間に設けられ、該光分岐手段から出射された前記第2経路の光が前記光結合手段に到達するまでの時間と、前記第1経路の光が前記被測定物を介して前記光結合手段に到達するまでの時間とがほぼ等しくなるように、前記第1経路の光又は前記第2経路の光を遅延させる遅延器(5)を備えている。
The optical heterodyne interferometer according to claim 4 of the present invention is the optical heterodyne interferometer according to any one of
また、本発明の請求項5の光ヘテロダイン干渉装置では、上述した請求項1〜4のいずれかの光ヘテロダイン干渉装置において、更に、前記第1の超音波発生器から出力される前記第1の超音波と前記第2の超音波発生器から出力される前記第2の超音波とを受けて混合し、又は前記第3の超音波発生器から出力される前記第1の超音波と前記第2の超音波とを受けて混合し、該第1の超音波と該第2の超音波との差周波数の信号を発生して前記同期検波器に前記同期信号として出力するミキサ(16)を備えている。
Moreover, in the optical heterodyne interference device according to
また、本発明の請求項6の光ヘテロダイン干渉装置では、周波数可変の測定光と当該測定光の出力周波数と異なる固定周波数の参照光とを波長多重してなる波長多重光を受けて、当該波長多重光を分岐するとともに、第1経路の光と第2経路の光とを出力する光分岐手段(14)であって、当該第1経路の光及び当該第2経路の光はそれぞれ測定光に基づく測定光成分と参照光に基づく参照光成分とからなり、前記第1経路の光に含まれる測定光成分の周波数と前記第2経路の光に含まれる測定光成分の周波数とが異なるとともに、前記第1経路の光に含まれる参照光成分の周波数と前記第2経路の光に含まれる参照光成分の周波数とが同じだけ異なる光分岐手段(14)並びに被測定物を経由する前記第1経路の光と前記被測定物を経由しない前記第2経路の光とを合波する光結合手段(6)を有するマッハツェンダ型干渉計(30)と、前記測定光成分と前記参照光成分とを周波数分波する光分波器(7)と、該光分波器で分波された、前記第1経路の光の測定光成分と前記第2経路の光の測定光成分とからなる第1の干渉光を第1の電気信号に変換する第1の受光器(8)と、前記光分波器で分波された、前記第1経路の光の参照光成分と前記第2経路の光の参照光成分とからなる第2の干渉光を第2の電気信号に変換する第2の受光器(9)と、前記第2の電気信号を同期信号として前記第1の電気信号の位相検出を行う同期検波器(15)と、前記測定光の出力周波数に対応した、前記同期検波器から出力される位相信号をデータ処理して、前記被測定物の光周波数−位相特性を求める処理手段(12)とを備えた光ヘテロダイン干渉装置において、前記光分岐手段は、周波数f1の第1の超音波を発生させる第1の超音波発生器(14b)と、周波数f2の第2の超音波を発生させる第2の超音波発生器(14c)と、前記第1の超音波で駆動される第1の音響光学周波数シフタ(14d)と、前記第2の超音波で駆動される第2の音響光学周波数シフタ(14e)とを有し、前記第1経路の光の測定光成分と前記第2経路の光の測定光成分との周波数差、及び前記第1経路の光の参照光成分と前記第2経路の光の参照光成分との周波数差が、前記第1の超音波と前記第2の超音波との周波数差と同一になるようにし、かつ、前記同期検波器がロックインアンプで構成されている。
In the optical heterodyne interferometer according to
また、本発明の請求項7の光ヘテロダイン干渉装置では、上述した請求項6の光ヘテロダイン干渉装置において、前記マッハツェンダ型干渉計は、更に、前記光分岐手段と前記光結合手段との間に設けられ、該光分岐手段から出射された前記第2経路の光が前記光結合手段に到達するまでの各時間と、前記第1経路の光が前記被測定物を介して前記光結合手段に到達するまでの各時間とがほぼ等しくなるように、前記第1経路の光又は前記第2経路の光を遅延させる遅延器(5)を備えている。
The optical heterodyne interferometer according to claim 7 of the present invention is the optical heterodyne interferometer according to
また、本発明の請求項8の光ヘテロダイン干渉装置では、上述した請求項6又は7の光ヘテロダイン干渉装置において、前記マッハツェンダ型干渉計は、その光路中に光ファイバを含んで構成される光ファイバ干渉計であるようにしている。
The optical heterodyne interferometer according to
また、本発明の請求項9の光ヘテロダイン干渉装置では、上述した請求項1〜5のいずれかの光ヘテロダイン干渉装置において、更に、所定の周波数範囲内で周波数可変の前記測定光を順次発振させ、前記光分岐手段へ前記入射光として出射する波長可変光源(1)と、該波長可変光源からの測定光の周波数を可変するための制御信号を当該波長可変光源に出力する制御手段(13)とを備えている。
In the optical heterodyne interference device according to
また、本発明の請求項10の光ヘテロダイン干渉装置では、上述した請求項6〜8のいずれかの光ヘテロダイン干渉装置において、更に、所定の周波数範囲内で周波数可変の前記測定光を順次発振させる波長可変光源(1)と、該波長可変光源からの測定光の周波数を可変するための制御信号を当該波長可変光源に出力する制御手段(13)と、前記測定光の周波数とは異なる固定周波数の前記参照光を発振させる光源(2)と、前記波長可変光源から出射される前記測定光と前記光源から出射される前記参照光とを受け合波することによって波長多重し、得られた前記波長多重光を前記光分岐手段へ前記入射光として出射する第2の光カプラ(3)とを備えている。
Moreover, in the optical heterodyne interference device according to claim 10 of the present invention, in the optical heterodyne interference device according to any of
また、本発明の請求項11の光ヘテロダイン干渉装置では、周波数可変の測定光と当該測定光の出力周波数と異なる固定周波数の参照光とを波長多重してなる波長多重光を受けて、当該波長多重光を分岐するとともに、第1経路の光と第2経路の光とを出力する光分岐手段(14)であって、当該第1経路の光及び当該第2経路の光はそれぞれ測定光に基づく測定光成分と参照光に基づく参照光成分とからなり、前記第1経路の光に含まれる測定光成分の周波数と前記第2経路の光に含まれる測定光成分の周波数とが異なるとともに、前記第1経路の光に含まれる参照光成分の周波数と前記第2経路の光に含まれる参照光成分の周波数とが同じだけ異なる光分岐手段(14)並びに被測定物を経由する前記第1経路の光と前記被測定物を経由しない前記第2経路の光とを合波する光結合手段(6)を有するマッハツェンダ型干渉計(30)と、前記測定光成分と前記参照光成分とを周波数分波する光分波器(7)と、該光分波器で分波された、前記第1経路の光の測定光成分と前記第2経路の光の測定光成分とからなる第1の干渉光を第1の電気信号に変換する第1の受光器(8)と、前記光分波器で分波された前記第1経路の光の参照光成分と前記第2経路の光の参照光成分とからなる第2の干渉光を、前記測定光の出力周波数に対応した前記第1の電気信号の位相量を検出するための同期信号となる第2の電気信号に変換する第2の受光器(9)とを備えた光ヘテロダイン干渉装置において、前記光分岐手段は、周波数f1の第1の超音波を発生させる第1の超音波発生器(14b)と、周波数f2の第2の超音波を発生させる第2の超音波発生器(14c)と、前記第1の超音波で駆動される第1の音響光学周波数シフタ(14d)と、前記第2の超音波で駆動される第2の音響光学周波数シフタ(14e)とを有し、前記第1経路の光の測定光成分と前記第2経路の光の測定光成分との周波数差、及び前記第1経路の光の参照光成分と前記第2経路の光の参照光成分との周波数差が、前記第1の超音波と前記第2の超音波との周波数差と同一になるようにし、かつ、当該第1の超音波と第2の超音波との周波数差が2MHz以下であるようにしている。 In the optical heterodyne interference device according to claim 11 of the present invention, the wavelength-multiplexed light obtained by wavelength-multiplexing the frequency-variable measurement light and the reference light having a fixed frequency different from the output frequency of the measurement light is received, and the wavelength An optical branching means (14) for branching the multiplexed light and outputting the light of the first path and the light of the second path, wherein the light of the first path and the light of the second path are respectively converted into measurement light. A measurement light component based on the reference path and a reference light component based on the reference light, the frequency of the measurement light component included in the light of the first path is different from the frequency of the measurement light component included in the light of the second path, The frequency of the reference light component contained in the light of the first path and the frequency of the reference light component contained in the light of the second path are different from each other by the same amount as the optical branching means (14) and the first object passing through the object to be measured. Via the light of the path and the measured object A Mach-Zehnder interferometer (30) having an optical coupling means (6) for multiplexing the light of the second path not present, and an optical demultiplexer (7) for frequency-demultiplexing the measurement light component and the reference light component ), And the first interference light that is demultiplexed by the optical demultiplexer and includes the measurement light component of the light of the first path and the measurement light component of the light of the second path, as the first electric signal Second interference comprising a first light receiver (8) to be converted, and a reference light component of the light of the first path and a reference light component of the light of the second path, which are demultiplexed by the optical demultiplexer. A second light receiver (9) that converts light into a second electric signal that is a synchronization signal for detecting a phase amount of the first electric signal corresponding to the output frequency of the measurement light; in the optical heterodyne interference apparatus, the light branching means, a first ultrasonic generator for generating a first ultrasonic frequency f 1 (1 and b), the second ultrasonic generator for generating a second ultrasound frequency f 2 and (14c), and said first first acousto-optic frequency shifter which is driven by the ultrasonic (14d), A second acoustooptic frequency shifter (14e) driven by the second ultrasonic wave, and a frequency difference between the measurement light component of the light of the first path and the measurement light component of the light of the second path And the frequency difference between the reference light component of the light of the first path and the reference light component of the light of the second path is the same as the frequency difference between the first ultrasonic wave and the second ultrasonic wave. In addition, the frequency difference between the first ultrasonic wave and the second ultrasonic wave is 2 MHz or less.
また、本発明の請求項12の光ヘテロダイン干渉装置では、入射光である周波数可変の測定光を受けて、2つに分岐するとともに互いに周波数の異なる第1経路の光及び第2経路の光として出射する光分岐手段(14)並びに被測定物を介して入射される前記第1経路の光と前記被測定物を介さないで入射される前記第2経路の光とを合波して干渉光を出射する光結合手段(6)を含むマッハツェンダ型干渉計(30)と、前記干渉光を受けて、前記第1経路の光と前記第2経路の光との周波数差のビート信号とほぼ同じ周波数の同期信号に基づいて、前記測定光の出力周波数に対応する位相変化量が検出されるべき電気信号を出力する受光器(8)とを備えた光ヘテロダイン干渉装置において、前記光分岐手段は、周波数f1の第1の超音波を発生させる第1の超音波発生器(14b)と、周波数f2の第2の超音波を発生させる第2の超音波発生器(14c)と、前記第1の超音波で駆動される第1の音響光学周波数シフタ(14d)と、前記第2の超音波で駆動される第2の音響光学周波数シフタ(14e)とを有し、前記第1経路の光と前記第2経路の光との周波数差が、前記第1の超音波と前記第2の超音波との周波数差と同一になるようにし、かつ、当該第1の超音波と第2の超音波との周波数差が2MHz以下であるようにしている。 In the optical heterodyne interferometer according to claim 12 of the present invention, as the light of the first path and the light of the second path, which receives the variable frequency measurement light which is the incident light, branches into two and has different frequencies. The light splitting means (14) that emits light and the light of the first path incident through the object to be measured and the light of the second path incident without passing through the object to be measured are combined to produce interference light. A Mach-Zehnder interferometer (30) including an optical coupling means (6) that emits light, and the beat signal of the frequency difference between the light of the first path and the light of the second path in response to the interference light In the optical heterodyne interferometer, comprising: a light receiver (8) that outputs an electrical signal whose phase change amount corresponding to the output frequency of the measurement light is to be detected based on a frequency synchronization signal; , First supersonic of frequency f 1 First ultrasonic generator for generating a wave and (14b), a second ultrasonic generator for generating a second ultrasound frequency f 2 and (14c), is driven by the first ultrasonic A first acousto-optic frequency shifter (14d) and a second acousto-optic frequency shifter (14e) driven by the second ultrasonic wave, the light of the first path and the light of the second path; Is equal to the frequency difference between the first ultrasonic wave and the second ultrasonic wave, and the frequency difference between the first ultrasonic wave and the second ultrasonic wave is 2 MHz. The following is set.
本発明の請求項1及び2の光ヘテロダイン干渉装置では、光分岐手段はヘテロダイン検波される周波数を超音波の周波数より低くすることができる構成とし、かつ、同期検波器は約100KHz以下で動作する通常のロックインアンプを使用するようにしたので、従来の同期検波器にRFロックインアンプを用いなければならない場合に比べ、位相検出の感度を約60dB改善でき、また同期検波器の経済化が図れるともに、ビート信号の周波数が低いために受光器等の経済化も図れる。
In the optical heterodyne interference apparatus according to
本発明の請求項3の光ヘテロダイン干渉装置では、光分岐手段は第1の音響光学周波数シフタと第2の音響光学周波数シフタとを並列に配置するようにしたので、この2つの音響光学周波数シフタで生じる位相特性(波長分散)をキャンセルすることができる。
In the optical heterodyne interferometer according to
本発明の請求項4及び7の光ヘテロダイン干渉装置では、遅延器によってマッハツェンダ型干渉計の2つの光路長を合わせるようにしたので、位相測定精度を上げることができる。 In the optical heterodyne interferometers according to claims 4 and 7 of the present invention, the two optical path lengths of the Mach-Zehnder interferometer are matched by the delay unit, so that the phase measurement accuracy can be improved.
本発明の請求項6の光ヘテロダイン干渉装置では、光分岐手段はヘテロダイン検波される周波数を超音波の周波数より低くすることができる構成とし、かつ、同期検波器は約100KHz以下で動作する通常のロックインアンプを使用するようにしたので、従来の同期検波器にRFロックインアンプを用いなければならない場合に比べ、位相検出の感度を約60dB改善でき、また同期検波器の経済化が図れるともに、ビート信号の周波数が低いために受光器等の経済化も図れる。また、測定光と参照光とを波長多重して同時にマッハツェンダ型干渉計へ入射して、干渉計の不安定性により生じる測定光における位相変動を参照光における位相変動で相殺するようにしたので、例えマッハツェンダ型干渉計がその光路中に光ファイバを含んで構成される光ファイバ干渉計であったとしても、その光ファイバの温度変化や振動などに起因して生じる揺らぎによる位相変動を改善することができる。
In the optical heterodyne interference device according to
本発明の請求項8の光ヘテロダイン干渉装置では、マッハツェンダ型干渉計をその光路中に光ファイバを含んで構成される光ファイバ干渉計とするようにしたので、光路が空間で構成される干渉計を用いる場合に比べ装置の小型化、経済化が可能となる。 In the optical heterodyne interferometer according to the eighth aspect of the present invention, the Mach-Zehnder interferometer is an optical fiber interferometer that includes an optical fiber in its optical path. Compared to the case of using the device, the apparatus can be made smaller and more economical.
本発明の請求項11及び12の光ヘテロダイン干渉装置では、光分岐手段はヘテロダイン検波される周波数を超音波の周波数より低くすることができる構成とし、かつ、そのヘテロダイン検波される周波数を2MHz以下であるようにしたので、同期検波器に位相敏感検出器(PSD:Phase Sensitive Detector)を用いる場合においても小型のものが使用できる。
In the optical heterodyne interference apparatus according to
以下に本発明の実施形態を記載する。 Embodiments of the present invention will be described below.
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態の光ヘテロダイン干渉装置の構成を図1に示す。従来の光ヘテロダイン干渉装置と同一要素には同一符号を付し詳細説明は省略する。波長可変光源1は、例えば波長可変レーザであり、制御手段13から出力される制御信号aに基づいて所定の周波数範囲(例えば波長で1525〜1620nm)の測定光(周波数ν)を順次発振して光カプラ3へ出射する。また、光源2は、例えばレーザであり、波長可変光源1の発振周波数とは異なる固定周波数(例えば波長で1625nm)の参照光(周波数ν0)を発振して光カプラ3へ出射する。光カプラ3は、上記測定光及び参照光を合波して波長多重し、その波長多重光をマッハツェンダ型干渉計30の光分岐手段14へ出射する。
[First Embodiment]
The configuration of the optical heterodyne interference apparatus according to the first embodiment of the present invention is shown in FIG. The same elements as those of the conventional optical heterodyne interference device are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The wavelength variable
光分岐手段14は、光カプラ14a、周波数f1の超音波を発生する超音波発生器14b、この周波数f1の超音波によって駆動されるAOFS14d、周波数f2の超音波を発生する超音波発生器14c、及びこの周波数f2の超音波によって駆動されるAOFS14eで構成されており、光カプラ3から入射される波長多重光を2つの光に分岐するとともに、その分岐した2つの光にヘテロダイン検波のための周波数差(ビート信号の周波数となる)を与えて、それぞれ第1経路の光、第2経路の光として出射する。すなわち、光カプラ14aは、光カプラ3からの波長多重光を2つの光に分岐して、一方をAOFS14dに、他方をAOFS14eにそれぞれ出射する。AOFS14dは、上記一方を超音波の周波数f1分周波数シフトさせてなる第1経路の光を、被測定物10を介して光カプラ6へ出射する。また、AOFS14eは、上記他方を超音波の周波数f2分周波数シフトさせてなる第2経路の光を遅延器5へ出射する。なお、第1経路の光及び第2経路の光は、それぞれ測定光からなる成分(測定光成分)と参照光からなる成分(参照光成分)とからなる。この第1実施形態では、第1経路の光のうちの測定光成分、参照光成分の周波数は、それぞれν+f1、ν0+f1であり、第2経路の光のうちの測定光成分、参照光成分の周波数は、それぞれν+f2、ν0+f2である。このように構成された光分岐手段14は、AOFS14d及びAOFS14eを並列に配列しているので、この2つのAOFS14d、14eで生じる位相特性(波長分散)をキャンセルすることができる。
Light branching means 14, an optical coupler 14a, an
具体的な超音波の周波数の例としては、超音波の周波数f1は80.05MHz、超音波の周波数f2は80MHzである。そして、これらの超音波の周波数に基づく第1経路の光及び第2経路の光が光カプラ6で合波された後にヘテロダイン検波されると、周波数f1−f2(=0.05MHz)の第1の電気信号(測定光成分の場合)が出力される。すなわち、第1経路の光及び第2経路の光の測定光成分同士の周波数差[(ν+f1)−(ν+f2)]は、2つの超音波の周波数差(f1−f2)と同一の0.05MHzとなる。これは、後述する同期検波器として、約100kHz以下で動作する通常のロックインアンプ15が使用できる周波数である。
As a specific example of the ultrasonic frequency, the ultrasonic frequency f 1 is 80.05 MHz, and the ultrasonic frequency f 2 is 80 MHz. When the light of the first path and the light of the second path based on these ultrasonic frequencies are combined by the
遅延器5は、例えば光ファイバ遅延線で構成され、マッハツェンダ型干渉計の光路長を合わせるために、第2経路の光を、第1経路の光が被測定物10によって遅延される時間に対応する時間分遅延させて光カプラ6へ出射する。なお、遅延器5は可変できるものであってもよいし、また第1経路に設けてもよい。ただし、この遅延器5は、干渉計の光路長を合わせて位相測定精度をあげるのに有効であるが、必ずしも必須ではない。光カプラ6は、被測定物10を介して入射される第1経路の光(波長多重光をそれぞれf1だけ周波数シフトした光)と遅延器5を介して入射される第2経路の光(波長多重光をそれぞれf2だけ周波数シフトした光)とを合波して波長多重光の干渉光を光分波器7へ出射する。
The
なお、光分岐手段14、被測定物10、遅延器5及び光カプラ6はマッハツェンダ型干渉計30を構成している。したがって、光分岐手段14は、入射光を2つに分岐して別々の光路を通してから結合(干渉)させるマッハツェンダ型干渉計における、入射光を2つに分岐する手段であり、また光カプラ6は、別々の光路を通してから結合(干渉)させる手段である。マッハツェンダ型干渉計30は、自身がその光路に光ファイバを含んで構成される光ファイバ干渉計であったり、又はその光路長を合わせる遅延器5が光ファイバ遅延線であったりする場合、温度変化や振動などに起因した光ファイバの揺らぎによる位相変動を生じやすい。それを改善するために、測定光と参照光とを波長多重して同時にマッハツェンダ型干渉計30へ入射して、位相検出時に干渉計の不安定性により生じる測定光における位相変動を参照光における位相変動で相殺している。なお、被測定物10としては、光ファイバ、FGBセンサ等の光部品が対象である。
The optical branching
光分波器7は、光カプラ6から入射される測定光成分同士の第1の干渉光と参照光成分同士の第2の干渉光とを受けて、それぞれの周波数(波長)、例えば1525〜1620nmの波長帯域と1625nmの波長とに分波し、測定光成分同士の干渉光を受光器(PD)8に、参照光成分同士の干渉光を受光器(PD)9に出射する。受光器8は、光分波器7から入射される測定光成分同士の干渉光を受けてヘテロダイン検波し周波数ν+80.05MHzの光及び周波数ν+80MHzの光の周波数差0.05MHzのビート信号を第1の電気信号に変換する。また、受光器9も、同様に、光分波器7から入射される参照光成分同士の干渉光を受けてヘテロダイン検波し周波数差0.05MHzのビート信号を第2の電気信号に変換する。
The optical demultiplexer 7 receives the first interference light of the measurement light components incident from the
ロックインアンプ15は、同期検波器であり、上記第2の電気信号を同期信号bとして受け、この同期信号bに基づいて上記第1の電気信号の位相検出を行う。このロックインアンプ15は、約100KHz以下で動作する通常のロックインアンプであり、従来例の数10〜数100MHzで動作するRFロックインアンプ11とは当業者間で区別されている。通常のロックインアンプは、RFロックインアンプに比べて、位相検出の感度が約60dB良く、また経済的である点で優っている。処理手段12は、制御手段13から入力される制御信号aをトリガにして、ロックインアンプ15から入力される位相信号のデータ処理を行い被測定物の位相特性から伝播遅延時間、波長分散、温度などの物理量等を求める。制御手段13は、測定光の周波数を可変制御するための制御信号aを発生して波長可変光源1及び処理手段12に出力する。
The lock-in
なお、上記第1実施形態では、波長可変光源1から出射される測定光と光源2から出射される参照光とを合波して波長多重する光カプラ3と、この光カプラ3から入射される波長多重光を2つの光に分岐する光カプラ14aとを、機能的に区別してそれぞれを別の光カプラで構成しているが、1つの光カプラでも構成できることは自明である。
In the first embodiment, the
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態の光ヘテロダイン干渉装置の構成を図2に示す。第2実施形態は、マッハツェンダ型干渉計が光ファイバ干渉計ではなく、また例え光ファイバ干渉計であったとしても光ファイバの揺らぎによる位相変動が無視でき、参照光を用いて測定光に基づくビート信号の位相変動を相殺しなくてもよい場合の構成である。第1実施形態の図1とは、下記の(1)、(2)のみ異なり他は同一である。したがって詳細説明は省略する。(1)参照光の発振、合波、分波及びヘテロダイン検波に係わる要素、つまり光源2、光カプラ3、光分波器7及び受光器9を備えていない。(2)超音波発生器14bから出力される周波数f1の超音波と超音波発生器14cから出力される周波数f2の超音波とを受けて混合し、これら2つの超音波の差周波数信号を発生して同期検波器としてのロックインアンプ15に同期信号bとして出力するミキサ(MIX)16を備えている。
[Second Embodiment]
The configuration of the optical heterodyne interference apparatus according to the second embodiment of the present invention is shown in FIG. In the second embodiment, even if the Mach-Zehnder interferometer is not an optical fiber interferometer, and even if it is an optical fiber interferometer, phase fluctuations due to fluctuations in the optical fiber can be ignored, and the beat based on the measurement light using the reference light In this configuration, it is not necessary to cancel the signal phase fluctuation. It differs from FIG. 1 of the first embodiment only in the following (1) and (2), and the others are the same. Therefore, detailed description is omitted. (1) Elements related to oscillation, multiplexing, demultiplexing, and heterodyne detection of the reference light, that is, the
なお、上述の第1実施形態、第2実施形態の光分岐手段14としては、図1、図2に示したものの他に、図3(a)、(b)、(c)に示すものでもよい。すなわち、図3(a)においては、AOFS14d及びAOFS14eが直列に配列されている。先ず、AOFS14dは、入射光(周波数ν)を2つの光に分岐して、一方は0次の回折光を第1経路の光(周波数ν)として出射し、他方は超音波発生器14bから入力される超音波の周波数f1分だけ周波数シフトした+1次の回折光(周波数ν+f1)をAOFS14eへ出射する。次に、AOFS14eは、AOFS14dからの+1次の回折光を超音波発生器14cから入力される超音波の周波数f2分だけさらに周波数シフトした−1次の回折光(周波数ν+f1−f2)を第2経路の光として出射する。これにより、第1経路の光と第2経路の光の周波数差はf1−f2となる。
The optical branching means 14 of the first and second embodiments described above may be those shown in FIGS. 3A, 3B, and 3C in addition to those shown in FIGS. Good. That is, in FIG. 3A, the
また、図3(b)においては、図3(a)と同様に、AOFS14d及びAOFS14eが直列に配列されている。先ず、AOFS14dは、入射光(周波数ν)を2つの光に分岐して、一方は0次の回折光(周波数ν)をAOFS14eへ出射する。他方は超音波発生器14bから入力される超音波の周波数f1分だけ周波数シフトした+1次の回折光(周波数ν+f1)を第1経路の光として出射する。次に、AOFS14eは、AOFS14dからの0次の回折光を超音波発生器14cから入力される超音波の周波数f2分だけ周波数シフトした+1次の回折光(周波数ν+f2)を第2経路の光として出射する。これにより、第1経路の光と第2経路の光の周波数差はf1−f2となる。
Further, in FIG. 3B, similarly to FIG. 3A, the
また、図3(c)においては、超音波発生器14gは、周波数(f1+f2)/2の高周波信号と周波数(f2−f1)/2の低周波信号との間で振幅変調を行い、中心周波数が(f1+f2)/2で(f1+f2)/2±(f2−f1)/2=f1,f2のサイドバンド周波数でなる2周波数成分の信号、すなわち周波数f1の第1の超音波と周波数f2の第2の超音波とを発生してAOFS14fに出力する。AOFS14fは、入射光(周波数ν)を周波数f1分だけ周波数シフトした回折光(周波数ν+f1)を第1経路の光として出射するとともに、周波数f2分だけ周波数シフトした回折光(周波数ν+f2)を第2経路の光として出射する。これにより、第1経路の光と第2経路の光の周波数差はf1−f2となる。 In FIG. 3C, the ultrasonic generator 14g performs amplitude modulation between a high-frequency signal having a frequency (f 1 + f 2 ) / 2 and a low-frequency signal having a frequency (f 2 −f 1 ) / 2. And the center frequency is (f 1 + f 2 ) / 2, and (f 1 + f 2 ) / 2 ± (f 2 −f 1 ) / 2 = a signal of two frequency components consisting of side bands of f 1 and f 2 , that is, outputs the AOFS14f generated the first second ultrasound ultrasound frequency f 2 of the frequency f 1. AOFS14f is configured to emit incident light (frequency [nu) only 1 minute frequency f frequency-shifted diffracted light (frequency [nu + f 1) as the light of the first path, the frequency f 2 minutes by the frequency-shifted diffracted light (frequency [nu + f 2 ) As the light of the second path. As a result, the frequency difference between the light of the first path and the light of the second path is f 1 −f 2 .
1・・・波長可変光源、2・・・光源、3,6,14a・・・光カプラ、4,14・・・光分岐手段、4a,14b,14c,14g・・・超音波発生器、4b,14d,14e,14f・・・音響光学周波数シフタ(AOFS)、5・・・遅延器、7・・・光分波器、8,9・・・受光器(PD)、10・・・被測定物、11・・・RFロックインアンプ、12・・・処理手段、13・・・制御手段、16・・・ミキサ(MIX)、15・・・ロックインアンプ、20,30・・・マッハツェンダ型干渉計。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記干渉光を受けてヘテロダイン検波し前記第1経路の光と前記第2経路の光の周波数差のビート信号を電気信号に変換する受光器(8)と、
前記ビート信号の周波数とほぼ同じ周波数の同期信号に基づいて前記電気信号の位相検出を行う同期検波器(15)と、
前記測定光の瞬時周波数に対応する、前記同期検波器から出力される位相信号のデータ処理を行って前記被測定物の光周波数−位相特性を求める処理手段(12)とを備えた光ヘテロダイン干渉装置において、
前記光分岐手段は、周波数f1の第1の超音波を発生させる第1の超音波発生器(14b)と、周波数f2の第2の超音波を発生させる第2の超音波発生器(14c)と、前記第1の超音波で駆動される第1の音響光学周波数シフタ(14d)と、前記第2の超音波で駆動される第2の音響光学周波数シフタ(14e)とを有し、前記第1経路の光と前記第2経路の光との周波数差が前記第1の超音波と前記第2の超音波との周波数差と同一になるようにし、かつ、
前記同期検波器がロックインアンプで構成されたことを特徴とする光ヘテロダイン干渉装置。 Upon receiving the frequency-variable measurement light that is incident light, the light is branched into two and is emitted as the light of the first path and the light of the second path having different frequencies from each other, and the measured object. A Mach-Zehnder interferometer having optical coupling means (6) for combining the incident light of the first path and the incident light of the second path without passing through the device under test to emit interference light. (30),
A light receiver (8) that receives the interference light and performs heterodyne detection to convert a beat signal of a frequency difference between the light of the first path and the light of the second path into an electrical signal;
A synchronous detector (15) for detecting the phase of the electrical signal based on a synchronous signal having substantially the same frequency as the frequency of the beat signal;
Optical heterodyne interference comprising processing means (12) for processing data of a phase signal output from the synchronous detector corresponding to the instantaneous frequency of the measurement light to obtain an optical frequency-phase characteristic of the object to be measured In the device
The optical branching means includes a first ultrasonic generator (14b) for generating a first ultrasonic wave having a frequency f1, and a second ultrasonic generator (for generating a second ultrasonic wave having a frequency f2. 14c), a first acoustooptic frequency shifter (14d) driven by the first ultrasonic wave, and a second acoustooptic frequency shifter (14e) driven by the second ultrasonic wave. The frequency difference between the light of the first path and the light of the second path is the same as the frequency difference between the first ultrasonic wave and the second ultrasonic wave, and
An optical heterodyne interferometer, wherein the synchronous detector comprises a lock-in amplifier.
前記干渉光を受けてヘテロダイン検波し前記第1経路の光と前記第2経路の光の周波数差のビート信号を電気信号に変換する受光器(8)と、
前記ビート信号の周波数とほぼ同じ周波数の同期信号に基づいて前記電気信号の位相検出を行う同期検波器(15)と、
前記測定光の瞬時周波数に対応する、前記同期検波器から出力される位相信号のデータ処理を行って前記被測定物の光周波数−位相特性を求める処理手段(12)とを備えた光ヘテロダイン干渉装置において、
前記光分岐手段は、高周波交流信号と低周波交流信号との間で振幅変調を行うことにより、前記高周波交流信号の周波数を中心周波数とし、前記低周波交流信号の周波数分シフトしたサイドバンド周波数成分でなる第1の超音波と第2の超音波を発生させる第3の超音波発生器(14g)と、前記第1の超音波と前記第2の超音波で駆動される第3の音響光学周波数シフタ(14f)とを有し、前記第1経路の光と前記第2経路の光との周波数差が前記第1の超音波と前記第2の超音波との周波数差と同一になるようにし、かつ、
前記同期検波器がロックインアンプで構成されたことを特徴とする光ヘテロダイン干渉装置。 Upon receiving the frequency-variable measurement light that is incident light, the light is branched into two and is emitted as the light of the first path and the light of the second path having different frequencies from each other, and the measured object. A Mach-Zehnder interferometer having optical coupling means (6) for combining the incident light of the first path and the incident light of the second path without passing through the device under test to emit interference light. (30),
A light receiver (8) that receives the interference light and performs heterodyne detection to convert a beat signal of a frequency difference between the light of the first path and the light of the second path into an electrical signal;
A synchronous detector (15) for detecting the phase of the electrical signal based on a synchronous signal having substantially the same frequency as the frequency of the beat signal;
Optical heterodyne interference comprising processing means (12) for processing data of a phase signal output from the synchronous detector corresponding to the instantaneous frequency of the measurement light to obtain an optical frequency-phase characteristic of the object to be measured In the device
The optical branching means performs amplitude modulation between the high-frequency AC signal and the low-frequency AC signal, thereby setting the frequency of the high-frequency AC signal as a center frequency and shifting the sideband frequency component by the frequency of the low-frequency AC signal. A third ultrasonic generator (14g) for generating a first ultrasonic wave and a second ultrasonic wave, and a third acoustooptic device driven by the first ultrasonic wave and the second ultrasonic wave. A frequency shifter (14f), and the frequency difference between the light of the first path and the light of the second path is the same as the frequency difference between the first ultrasonic wave and the second ultrasonic wave. And
An optical heterodyne interferometer, wherein the synchronous detector comprises a lock-in amplifier.
前記第1の音響光学周波数シフタは、前記第1の光カプラから入射される一方の光の周波数を前記第1の超音波の周波数f1分周波数シフトして前記第1経路の光として出射し、かつ、前記第2の音響光学周波数シフタは、前記第1の光カプラから入射される他方の光の周波数を前記第2の超音波の周波数f2分周波数シフトして前記第2経路の光として出射することを特徴とする請求項1に記載の光ヘテロダイン干渉装置。 The light branching means further receives the measurement light, which is the incident light, and branches the light into two, with one light being sent to the first acoustooptic frequency shifter and the other light being sent to the second acoustooptic frequency. A first optical coupler (14a) that respectively emits to the shifter;
The first acousto-optic frequency shifter shifts the frequency of one light incident from the first optical coupler by a frequency f 1 of the first ultrasonic wave and emits it as light of the first path. And the second acousto-optic frequency shifter shifts the frequency of the other light incident from the first optical coupler by a frequency f 2 of the second ultrasonic wave to light the second path. The optical heterodyne interference device according to claim 1, wherein
前記測定光成分と前記参照光成分とを周波数分波する光分波器(7)と、
該光分波器で分波された、前記第1経路の光の測定光成分と前記第2経路の光の測定光成分とからなる第1の干渉光を第1の電気信号に変換する第1の受光器(8)と、
前記光分波器で分波された、前記第1経路の光の参照光成分と前記第2経路の光の参照光成分とからなる第2の干渉光を第2の電気信号に変換する第2の受光器(9)と、
前記第2の電気信号を同期信号として前記第1の電気信号の位相検出を行う同期検波器(15)と、
前記測定光の出力周波数に対応した、前記同期検波器から出力される位相信号をデータ処理して、前記被測定物の光周波数−位相特性を求める処理手段(12)とを備えた光ヘテロダイン干渉装置において、
前記光分岐手段は、周波数f1の第1の超音波を発生させる第1の超音波発生器(14b)と、周波数f2の第2の超音波を発生させる第2の超音波発生器(14c)と、前記第1の超音波で駆動される第1の音響光学周波数シフタ(14d)と、前記第2の超音波で駆動される第2の音響光学周波数シフタ(14e)とを有し、前記第1経路の光の測定光成分と前記第2経路の光の測定光成分との周波数差、及び前記第1経路の光の参照光成分と前記第2経路の光の参照光成分との周波数差が、前記第1の超音波と前記第2の超音波との周波数差と同一になるようにし、かつ、
前記同期検波器がロックインアンプで構成されたことを特徴とする光ヘテロダイン干渉装置。 The wavelength-multiplexed light obtained by wavelength-multiplexing the frequency-variable measurement light and the reference light having a fixed frequency different from the output frequency of the measurement light is received, and the wavelength-multiplexed light is branched. An optical branching means (14) for outputting the light of the path, wherein the light of the first path and the light of the second path are respectively composed of a measurement light component based on the measurement light and a reference light component based on the reference light. The frequency of the measurement light component included in the light of the first path is different from the frequency of the measurement light component included in the light of the second path, and the frequency of the reference light component included in the light of the first path The light branching means (14) having the same frequency as the frequency of the reference light component contained in the light of the second path and the light of the first path passing through the device under test and the second path not passing through the device under test Has optical coupling means (6) to multiplex That the Mach-Zehnder interferometer (30),
An optical demultiplexer (7) for demultiplexing the measurement light component and the reference light component;
A first interference light that is demultiplexed by the optical demultiplexer and composed of the measurement light component of the light of the first path and the measurement light component of the light of the second path is converted into a first electric signal. 1 receiver (8),
A second interference light that is demultiplexed by the optical demultiplexer and composed of the reference light component of the light of the first path and the reference light component of the light of the second path is converted into a second electrical signal. Two receivers (9);
A synchronous detector (15) for performing phase detection of the first electrical signal using the second electrical signal as a synchronization signal;
Optical heterodyne interference comprising processing means (12) for processing the phase signal output from the synchronous detector corresponding to the output frequency of the measurement light to obtain the optical frequency-phase characteristic of the object to be measured In the device
The optical branching means includes a first ultrasonic generator (14b) that generates a first ultrasonic wave having a frequency f1, and a second ultrasonic generator (14b) that generates a second ultrasonic wave having a frequency f2. 14c), a first acoustooptic frequency shifter (14d) driven by the first ultrasonic wave, and a second acoustooptic frequency shifter (14e) driven by the second ultrasonic wave. A frequency difference between the measurement light component of the light of the first path and the measurement light component of the light of the second path, and a reference light component of the light of the first path and a reference light component of the light of the second path The frequency difference between the first ultrasonic wave and the second ultrasonic wave is the same, and
An optical heterodyne interferometer, wherein the synchronous detector comprises a lock-in amplifier.
該波長可変光源からの測定光の周波数を可変するための制御信号を当該波長可変光源に出力する制御手段(13)とを備えたことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の光ヘテロダイン干渉装置。 A wavelength tunable light source (1) that sequentially oscillates the measurement light having a variable frequency within a predetermined frequency range and emits the incident light as the incident light to the optical branching unit;
The control means (13) for outputting a control signal for changing the frequency of the measurement light from the wavelength tunable light source to the wavelength tunable light source, according to any one of claims 1 to 5, Optical heterodyne interferometer.
該波長可変光源からの測定光の周波数を可変するための制御信号を当該波長可変光源に出力する制御手段(13)と、
前記測定光の周波数とは異なる固定周波数の前記参照光を発振させる光源(2)と、
前記波長可変光源から出射される前記測定光と前記光源から出射される前記参照光とを受け合波することによって波長多重し、得られた前記波長多重光を前記光分岐手段へ前記入射光として出射する第2の光カプラ(3)とを備えたことを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載の光ヘテロダイン干渉装置。 A wavelength tunable light source (1) for sequentially oscillating the measurement light having a variable frequency within a predetermined frequency range;
Control means (13) for outputting a control signal for varying the frequency of the measurement light from the wavelength tunable light source to the wavelength tunable light source;
A light source (2) for oscillating the reference light having a fixed frequency different from the frequency of the measurement light;
The measurement light emitted from the wavelength tunable light source and the reference light emitted from the light source are combined and wavelength multiplexed to obtain the wavelength multiplexed light as the incident light to the optical branching unit. 9. The optical heterodyne interference device according to claim 6, further comprising a second optical coupler (3) that emits light.
前記測定光成分と前記参照光成分とを周波数分波する光分波器(7)と、
該光分波器で分波された、前記第1経路の光の測定光成分と前記第2経路の光の測定光成分とからなる第1の干渉光を第1の電気信号に変換する第1の受光器(8)と、
前記光分波器で分波された前記第1経路の光の参照光成分と前記第2経路の光の参照光成分とからなる第2の干渉光を、前記測定光の出力周波数に対応した前記第1の電気信号の位相量を検出するための同期信号となる第2の電気信号に変換する第2の受光器(9)とを備えた光ヘテロダイン干渉装置において、
前記光分岐手段は、周波数f1の第1の超音波を発生させる第1の超音波発生器(14b)と、周波数f2の第2の超音波を発生させる第2の超音波発生器(14c)と、前記第1の超音波で駆動される第1の音響光学周波数シフタ(14d)と、前記第2の超音波で駆動される第2の音響光学周波数シフタ(14e)とを有し、前記第1経路の光の測定光成分と前記第2経路の光の測定光成分との周波数差、及び前記第1経路の光の参照光成分と前記第2経路の光の参照光成分との周波数差が、前記第1の超音波と前記第2の超音波との周波数差と同一になるようにし、かつ、当該第1の超音波と第2の超音波との周波数差が2MHz以下であることを特徴とする光ヘテロダイン干渉装置。 The wavelength-multiplexed light obtained by wavelength-multiplexing the frequency-variable measurement light and the reference light having a fixed frequency different from the output frequency of the measurement light is received, and the wavelength-multiplexed light is branched. An optical branching means (14) for outputting the light of the path, wherein the light of the first path and the light of the second path are respectively composed of a measurement light component based on the measurement light and a reference light component based on the reference light. The frequency of the measurement light component included in the light of the first path is different from the frequency of the measurement light component included in the light of the second path, and the frequency of the reference light component included in the light of the first path The light branching means (14) having the same frequency as the frequency of the reference light component contained in the light of the second path and the light of the first path passing through the device under test and the second path not passing through the device under test Has optical coupling means (6) to multiplex That the Mach-Zehnder interferometer (30),
An optical demultiplexer (7) for demultiplexing the measurement light component and the reference light component;
A first interference light that is demultiplexed by the optical demultiplexer and composed of the measurement light component of the light of the first path and the measurement light component of the light of the second path is converted into a first electric signal. 1 receiver (8),
The second interference light composed of the reference light component of the light of the first path and the reference light component of the light of the second path demultiplexed by the optical demultiplexer corresponds to the output frequency of the measurement light. In an optical heterodyne interferometer comprising a second light receiver (9) for converting into a second electrical signal that becomes a synchronization signal for detecting the phase amount of the first electrical signal,
The optical branching means includes a first ultrasonic generator (14b) that generates a first ultrasonic wave having a frequency f1, and a second ultrasonic generator (14b) that generates a second ultrasonic wave having a frequency f2. 14c), a first acoustooptic frequency shifter (14d) driven by the first ultrasonic wave, and a second acoustooptic frequency shifter (14e) driven by the second ultrasonic wave. A frequency difference between the measurement light component of the light of the first path and the measurement light component of the light of the second path, and a reference light component of the light of the first path and a reference light component of the light of the second path Is equal to the frequency difference between the first ultrasonic wave and the second ultrasonic wave, and the frequency difference between the first ultrasonic wave and the second ultrasonic wave is 2 MHz or less. An optical heterodyne interferometer characterized by
前記干渉光を受けて、前記第1経路の光と前記第2経路の光との周波数差のビート信号とほぼ同じ周波数の同期信号に基づいて、前記測定光の出力周波数に対応する位相変化量が検出されるべき電気信号を出力する受光器(8)とを備えた光ヘテロダイン干渉装置において、
前記光分岐手段は、周波数f1の第1の超音波を発生させる第1の超音波発生器(14b)と、周波数f2の第2の超音波を発生させる第2の超音波発生器(14c)と、前記第1の超音波で駆動される第1の音響光学周波数シフタ(14d)と、前記第2の超音波で駆動される第2の音響光学周波数シフタ(14e)とを有し、前記第1経路の光と前記第2経路の光との周波数差が、前記第1の超音波と前記第2の超音波との周波数差と同一になるようにし、かつ、当該第1の超音波と第2の超音波との周波数差が2MHz以下であることを特徴とする光ヘテロダイン干渉装置。 Upon receiving the frequency-variable measurement light that is incident light, the light is branched into two and is emitted as the light of the first path and the light of the second path having different frequencies from each other, and the measured object. A Mach-Zehnder interferometer including optical coupling means (6) for combining the incident light of the first path and the incident light of the second path without passing through the object to be measured to emit interference light. (30),
In response to the interference light, a phase change amount corresponding to the output frequency of the measurement light based on a synchronization signal having substantially the same frequency as the beat signal of the frequency difference between the light of the first path and the light of the second path An optical heterodyne interferometer comprising an optical receiver (8) for outputting an electrical signal to be detected,
The optical branching means includes a first ultrasonic generator (14b) that generates a first ultrasonic wave having a frequency f1, and a second ultrasonic generator (14b) that generates a second ultrasonic wave having a frequency f2. 14c), a first acoustooptic frequency shifter (14d) driven by the first ultrasonic wave, and a second acoustooptic frequency shifter (14e) driven by the second ultrasonic wave. The frequency difference between the light of the first path and the light of the second path is made equal to the frequency difference between the first ultrasonic wave and the second ultrasonic wave, and the first An optical heterodyne interference device, wherein a frequency difference between the ultrasonic wave and the second ultrasonic wave is 2 MHz or less.
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