JPH01100403A - 干渉計用光源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、少なくとも２光束に分けて干渉させる干渉
部にレーザ光を供給する干渉計用光源装置に関する。

（従来の技術） 第９図は、従来の干渉計用光源装置を備えた光干渉計の
概略構成図であり、図において、５１はステージで、こ
のステージ５１には干渉光学系５２と、この干渉光学系
５２に対してレーザ光を射出するレーザヘッドであるガ
スレーザ装置５３とが設置されている。５４はガスレー
ザ装置５３が射出するレーザ光の波長を安定に保たせる
波長安定化制御部で、この波長安定化制御部５４とガス
レーザ装置５３（レーザヘッド）とで干渉計用光源装置
が構成されている。５５はレシーバ５２ａが受光する干
渉光から移動鏡５２ｂの移動距離を演算するとともにこ
の演算した移動距離を表示部５５ａに表示させる演算装
置である。５２ｄは参照鏡、５２ｃは参照光束と測定光
束に分割する分割器である。

いま、ガスレーザ装置５３からレーザ光を射出させて移
動鏡５２ｂを移動させていくと、レシーバ５２ａの受光
面にレーザ光の干渉による明暗が生じ、その明暗の数を
演算装置５５がカウントして移動鏡５２ｂの移動距離が
測定される。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、移動鏡５２ｂの移動距離を精度よく測定する
にはガスレーザ装置５３．移動鏡５２ｂ、レシーバ５２
ａ等の光軸合わせが高精度に行われていなければならな
い。しかし、上記装置にあっては、ガスレーザ装置５３
は大型で重量が大きいのでその自重によってステージ５
１がたわんでくるため、高精度に光軸合わせしたそれら
の光軸がずれてきて、測定誤差が大きくなってしまうと
いう問題があった。また、ガスレーザ装置５３をステー
ジ５１から離し、ガスレーザ装置１ｉ５３から射出され
るレーザ光を反射鏡によって干渉光学系５２に導くもの
が提案されているが、ステージ５１のたわみはなくなる
ものの、その反射鏡の反射面の向きが環境の変化にとも
なって変化して各光軸がずれてくるので、環境変化に弱
いという問題があった。

また、半導体レーザを使用したものが提案されているが
、この場合、発振波長が注入電流や動作温度の影響を受
は易いので発振波長を安定化させる必要がある。この発
振波長の安定化を図るための制御に、波長基準となるフ
ァブリペロ・エタロン板、原子・分子吸収セル等のいず
れかが必要であり、更にハーフミラ−２反射鏡、集光レ
ンズ等が必要である。また、動作温度を安定化させるた
めに冷却素子、これに付随するサーミスタ等が必要とな
る。このため、半導体レーザ自体は超小型であるがステ
ージに載置されるレーザヘッドは殆ど小型化されず５上
記問題点を解決することができなかった。

（発明の目的） そこで、この発明は、上記問題点に鑑みてなされたもの
で、レーザヘッドを小型にすることができるとともに環
境の変化によって光軸のずれを生じさせない干渉計用光
源装置を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） この発明は、上記問題点を解決するために、レーザ光を
射出するレーザ光源部と、前記レーザ光源部からのレー
ザ光を受取り、少なくとも２光束に分けて干渉させる干
渉部へ導く偏波面保存ファイバーとを備えたものである
。

（作　用） 上記の構成であるから、レーザ光源から射出されたレー
ザ光は偏波面保存ファイバーによって干渉部に導かれる
。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、この発明に係わる干渉計用光源装置を実施し
た光干渉装置の光学系の配置を示した概念図であり、第
１図において、１は干渉光学系２を載置したステージ、
３はその干渉光学系２に対してレーザ光を射出するレー
ザヘッドで、これにはコリメータレンズ４が設けられて
いる。上記干渉光学系２は従来と同様に分割器２ａ、参
照鏡２ｂ。

移動ｆｉ２ｃ、受光センサ２ｄ等から構成されている。

６は半導体レーザ装置、７は半導体レーザ装置６が発す
るレーザ光の発振波長を安定化する波長安定化制御装置
、８は干渉光学系２の移動鏡２ａの移動距離を演算し、
この演算した移動距離を表示部８ａに表示させる演算装
置、９は電源である。

そして、これら半導体レーザ装置６．波長安定化制御装
置７．演算装置８等は１つのケースＫに収められている
。ところで、半導体レーザ装置６゜波長安定化制御装置
７．後述する偏波面保存ファイバ＝５等で干渉計用光源
装置が構成される。

第２図は上記半導体レーザ装置６の概略構成図を示した
ものであり、図において、１１は半導体レーザ、１３は
半導体レーザ１１を強制的に冷却する電子冷却素子、１
４は放熱板、１５は半導体レーザ１１の温度を検出する
サーミスタである。　１６は半導体レーザ１１から射出
されるレーザ光を平行光束にするコリメータレンズ部、
１７はコリメータレンズ部１６によって平行光束にされ
た光束を分割するハーフミラ−１１８はレーザ光の波長
の変動を検出する波長基準の役割をもつフィルタ、１９
はフィルタ１８を透過した光束を集束させるコンデンサ
レンズ、２０はコンデンサレンズ１９によって集束され
た光束を受光する受光センサであり、この受光センサ２
０によって発振波長の変動がモニターされる。そして。

前記波長安定化制御装置７はその受光センサ２０の出力
信号に基づいて半導体レーザ１１の注入電流を制御して
発振波長の安定化を図るようになっている。すなわち、
レーザ光の発振波長が何らかの原因で変動した場合、フ
ィルタ１８を透過する光束は波長の変動に応じて減衰さ
れるので受光センサ２Ｇ・の出力信号が小さくなり、波
長安定化制御装置Ｅ７はその出力信号に基づいて発振波
長の変動が小さくなる方向に注入電流を迅速に制御する
。

２１はハーフミラ−１７を透過した光束を分割するハー
フミラ−１２２はその八−フミラー２１で分割された光
束を集束させるコンデンサレンズ、２３はコンデンサレ
ンズ２２によって集束された光束を受光する受光センサ
で、この受光センサ２３によって発振出力の変動がモニ
ターされる。前記波長安定化制御装置７はその受光セン
サ２３の出力信号に基づいて電子冷却素子１３に流れる
電流を制御して発振出力を安定に保つように半導体レー
ザ１１の動作温度を調整するようにもなっている。２４
はハーフミラ−２１を透過した光束を集束させる集束レ
ンズ部で、通常、偏波面保存ファイバーのＮＡは極めて
小さいので、この集束レンズ部２４の焦点距離はコリメ
ータレンズ部１６の焦点距離以上になっている。

なお、上述のコリメータレンズ部１６と集束レンズ部２
４とでリレーレンズ部が構成される。そして、この集光
レンズ部２４によって集光されたレーザ光は偏波面保存
ファイバー５に導入されるようになっている。偏波面保
存ファイバー５はクラッド５ａ内のコア５ｂの断面が楕
円形に形成されたものである（第７図参照）、２５はコ
ネクタである。そして、偏波面保存ファイバー５の一端
部５ａが前記ステージｌに設けられたレーザヘッド３に
接続され、その偏波面保存ファイバー５を伝搬するレー
ザ光はその一端部５ａから射出され、コリメータレンズ
４によってそのレーザ光は平行光束にされて干渉光学系
２に導入される。

レーザヘッド３は、コリメータレンズ４と偏波面保存フ
ァイバー５の一端部５ａとから構成されるので、非常に
小型かつ軽量となる。

そして、干渉光学系２の移動鏡２ｃを移動させていけば
、従来と同様に、移動鏡２ｃで反射されるレーザ光と参
照鏡２ｂで反射されるレーザ光とが干渉し、この干渉光
が受光センサ２ｄに受光されて、移動鏡２ｃの移動距離
が測定される。

ところで、半導体レーザ１１から射出されるレーザ光は
ほとんど直線偏光光であるが、自然放出光。

による非偏光光も僅かであるが含まれている。干渉計で
はコヒーレント光を使用して計測しているので、その非
偏光光はノイズの原因となり、計測に際しては偏光比（
直線偏光成分／非偏光成分）が高いほどよい。偏光比を
高めるには、第３図に示すように半導体レーザ１１から
射出されるレーザ光をＮＡ（＝ｓｉｎθ）が小さくなる
ようにコリメートすればよい。しかし、ＮＡを小さくす
ると、半導体レーザ１１から射出される射出角の大きな
光線（レーザ光）を捨てることになるからエネルギー損
失が大きくなる。第４＠に偏光比、ＮＡ、光出力との関
係を表わしたグラフを示す。

しかるに、第５図に示すように、ＮＡを大きくしたコリ
メータレンズ部１６を用いても、その後にコリメータレ
ンズ部１６の焦点距離よりも長い焦点距離の集光レンズ
部２４を設けて偏波面保存ファイバー５にレーザ光を入
射させればＮＡを小さくした場合と同様な効果を得るこ
とができ、さらに、その偏波面保存ファイバー５　を伝
搬して他端部５ａから射出されるレーザ光は偏光比が改
善される（偏波面保存ファイバー５中では非偏光成分の
光は減衰し易いため）。したがって、半導体レーザ１１
から射出される大きな射出角のレーザ光を拾っても集光
レンズ部２４によってそのレーザ光を集束させて偏波面
保存ファイバー５に入射させれば。

偏波面保存ファイバー５が偏光子として作用して偏光比
を大きくするので、エネルギー損失が少なくしかも偏光
比の高いレーザ光を得ることができ、コヒーレント光を
使用する干渉計等にははなはだ都合がよい。

上記実施例では、レーザヘッド３がコリメータレンズ４
と偏波面保存ファイバー５の一端部５ａとから構成され
るので非常に小型かつ軽量となり、従来のように、ステ
ージがレーザヘッドの自重によりたわんで測定誤差が大
きくなってしまうということがない、また、反射鏡等を
用いてレーザ光を干渉光学系２に導入していないので、
環境変化によりレーザヘッド３と干渉光学系２の光軸が
ずれてしまうということがない。

また、上記実施例では、半導体レーザ装置６と波長安定
化制御装置７と演算装置！８とが同一ケー入内に収めら
れているので、各装置間を接続するコードが短かくなる
ため、そのコードにのる雑音が減少する。また、半導体
レーザ装置６をステージ１とは別のケースに設けている
ので、半導体レーザ１１や放熱板１２．１４からの熱が
レーザヘッド３に伝導することが殆どなく、ステージ１
に熱的影響を与えることがない。

第６図は、第２実施例を示したもので、これは、コリメ
ータレンズ４と干渉光学系２との間にλ／４板３板製１
在させたものである。このλ／４板３板製１晶光学軸３
１ａと偏波面保存ファイバー５のコア５ｂの楕円の長軸
５ｃとのなす角度が第７図に示すように４５°になって
いる。図において、３２は偏光ビームスプリッタ、３３
．３４は第１．第２受光センサ、３５はハーフミラ−で
ある。

いま、レーザヘッド３から直線偏光のレーザ光が射出さ
れると、このレーザ光が後λ／４板３１によって円偏光
となってこの円偏光のＰ偏光成分とＳ偏光成分とでπ／
２の位相差が生じる。そして、この円偏光のレーザ光は
ハーフミラ−３５によって参照光束と測定光束に分割さ
れ、これら光束が参照境、移動鏡で反射されて再度ハー
フミラ−３５に戻り、ここで、測定光束のＰ偏光成分と
参照光束のＰ偏光成分が、測定光束のＳ偏光成分と参照
光束のＳ偏光成分とがそれぞれ干渉し、この干渉した干
渉光束が偏光ビームスプリッタ３２に入射する。

この入射した干渉光束のＰ偏光成分が偏光ビームスプリ
ッタ３２を通過して第１受光センサ３３に受光され、Ｓ
偏光成分が偏光ビームスプリッタ３２の斜面３２ａで反
射して第２受光センサ３４に受光される。

第１．第２受光センサ３３，３４はその受光量に応じて
受光信号を出力する。

そして、移動鏡を例えば矢印入方向に移動させていくと
、参照光路長と測定光路長との差が波長の半整数倍にな
る毎に、すなわち移動鏡の移動距離がλ／２増加する毎
ｂＬ参照光束と測定光束との干渉により明暗が生じるの
で、第１．第２受光センサ３３，３４からその明暗に応
じた正弦波状の受光信号が第８図に示すように出力され
る。ところで。

偏光ビームスプリッタ１６に入射する干渉光束のＰ偏光
成分とＳ偏光成分はπ／２の位相差があるので、第１．
第２受光センサ３３　、３４から出力される受光信号に
π／２の位相差が生じる（第８図参照）。

これら受光信号を所定レベル以上のときＨレベルとなる
パルス信号（第８図のＱ、Ｓ）に変換し、さらに、この
パルス信号の立上り時と立ち下り時にカウントパルスを
第８図のＴに示すように発生させてそのカウントパルス
をカウントすれば移動鏡の移動距離をλ／８の精度で測
定することができる。

また、移動鏡が矢印Ｂ方向に移動した場合、第８図のＳ
に示す信号がＨレベルになってからＱに示す信号がＨレ
ベルになるので（矢印入方向に移動している場合は、Ｑ
がＨレベルになってからＳがＨレベルになる）、これか
ら移動鏡の移動方向を検出することができる。なお、λ
１４板３１は破線で示す何れかの位置に設置してもよい
。

（発明の効果） この発明は、上記のように構成したものであるから、レ
ーザヘッドを小型かつ軽量にすることができるので、ス
テージのたわみを生じさせることなく、しかも環境の変
化によって光軸のずれが生じない。したがって、移動鏡
の移動距離を正確に測定することができるという効果を
有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係おる干渉計用光源装置を実施した
光干渉装置の光学系の配置を示した概念図、第２図は半
導体レーザ装置の概略構成図、第３図はＮＡの説明図、
第４図は偏光比、ＮＡ、光出力との関係を表わしたグラ
フ、第５図は偏光比を改善するための説明図、第６図は
第２実施例の説明図、第７図はλ／４板の結晶光学軸と
偏波面保存ファイバーのコアとの関係を示した説明図、
第８図は受光センサの出力信号とパルスとの関係の説明
図、第９図は従来の干渉計用光源装置を備えた光干渉装
置の説明図である。 ５・・・偏波面保存ファイバー １１・・・半導体レーザ １６・・・コリメータレンズ部 ２４・・・集束レンズ部 第５図 第６図 第８図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ光を射出するレーザ光源部と、前記レーザ
   光源部からのレーザ光を受取り、少なくとも２光束に分
   けて干渉させる干渉部へ導く偏波面保存ファイバーと、 を備えている干渉計用光源装置。
2. （２）前記レーザ光源部は、レーザ光を射出するレーザ
   光源と、 このレーザ光源から射出されるレーザ光を集束させ、前
   記偏波面保存ファイバーに入射させるリレーレンズ部と
   、 を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   干渉計用光源装置。
3. （３）前記リレーレンズ部は、レーザ光源から射出され
   るレーザ光を略平行光束とするコリメータレンズ部と、 前記コリメータレンズ部から射出したレーザ光を前記偏
   波面保存ファイバーに入射させる集束レンズ部と、 を有することを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   干渉計用光源装置。
4. （４）前記集束レンズ部の焦点距離は、コリメータレン
   ズ部の焦点距離より長く構成されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第３項記載の干渉計用光源装置。