JPH0331090Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この考案は、その出力光の波長が安定でかつ空
気の屈折率が測定出来る安定化光源に関し、特に
光を用いた測定器に用いて好適な空気の屈折率測
定機能を有する安定化光源に関するものである。

〈従来技術〉 半導体レーザーは取扱が容易でかつ小型である
ために通信や光を用いた測定器に広く用いられて
いる。しかしながら、半導体レーザーは出力光の
波長スペクトルの半値幅が大きく、かつ波長が温
度等の周囲環境で変化するので、精密な測定に用
いる場合には波長または周波数を安定化する必要
がある。第４図に周波数を安定化する光源の構成
を示す。第４図において、半導体レーザー１の出
力光はハーフミラー２に入射され、その透過光は
出力光として取り出される。ハーフミラー２を反
射した光はミラー３で反射され、ハーフミラー４
に入射される、ハーフミラー４で反射した光は光
検出器５でその光強度が電気信号に変換されて制
御手段８に入力される。一方ハーフミラー４を透
過した光はフアブリペロー干渉計６に入射され
る。このフアブリペロー干渉計６はその内部が真
空にされている。フアブリペロー干渉計６を透過
した光は光検出器７に入射され、その光強度が電
気信号に変換される。光検出器７の出力は制御手
段８に入力される。制御手段８は半導体レーザー
１を制御する。

この様な構成において、フアブリペロー干渉計
６は第６図に示すようにその基準スペースに関連
した特定の波長の光のみ透過させる。その為、そ
のピーク波長λ₀から外れた波長λ₁の付近では波長
の変化を光強度変化に変換できる。従つて、制御
手段８により光検出器７の出力が一定になるよう
に半導体レーザー１の注入電流や周囲温度を制御
すると、半導体レーザー１の出力光の周波数を一
定に安定化することが出来る。なお、このままで
は半導体レーザーの出力光の強度が変化すると誤
差が発生するので、ハーフミラー４により出力光
の一部を光検出器５に入射してその強度を測定し
て補正するようにしている。真空中の波長をλ_v、
空気の屈折率をｎ、空気中の波長をλとすると、 λ_v／ｎ＝λ……(1) の関係があり、かつ空気中における波長と周波数
をλ、とすると、 λ＝C₀／ｎ……(2) C₀：真空中の光速 の関係がある。第４図の安定化光源は真空中の波
長λ_vが一定になるように動作するから、(1)，(2)式
により ＝C₀／（nλ）＝C₀／λ_v＝一定 となり、周波数を一定に出来る。

第５図に他の安定化光源の例を示す。なお、第
４図と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略
する。この例ではフアブリペロー干渉計９にその
内部と外部とを連通する透孔１０を設け、外部の
空気が内部に入るようにされている。動作自体は
第４図と同じなので、説明を省略する。この安定
化光源はフアブリペロー干渉計９により空気中の
波長が一定になるように制御される。

〈考案が解決すべき問題点〉 しかしながら、この様な安定化光源には次のよ
うな問題点がある。第４図の安定化光源は空気の
屈折率が変化しても出力光の周波数は一定になる
が、波長は屈折率の変動に従つて変動する。ま
た、第５図の安定化光源は逆に空気中の屈折率が
変化してもその出力光の波長は安定化されるが、
周波数は屈折率の変動と共に変動する。光を用い
た測定器では光の周波数を基準にする場合と波長
を基準にする場合があり、第４，５図の安定化光
源ではこれらの一方には対応できるが、両方に対
応する事が出来ない。その為、正確な測定を行う
場合は別に空気の屈折率を測定する手段を設け、
これにより補正するようにしていたが、構成が複
雑になるという欠点があつた。

〈考案の目的〉 この考案の目的は、波長を安定化した光が得ら
れると同時に空気の屈折率の変化も測定出来る空
気の屈折率測定機能を有する安定化光源を提供す
る事にある。

〈問題点を解決する為の手段〉 前記問題点を解決する為に本考案では、光源の
出力光の一部を第１の波長弁別素子に入射し、こ
の第１の波長弁別素子の透過光の光強度を第１の
光検出器で検出して、この第１の光検出器の出力
により制御手段で前記光源を制御する。また、前
記光源の出力光の一部を第２の波長弁別素子に入
射し、この第２の波長弁別素子の透過光強度を第
２の光検出器で検出するようにし、前記第１の波
長弁別素子及び第２の波長弁別素子の一方を空気
中に暴露し、他方を屈折率が一定の部材で構成す
ると共に前記第２の光検出器の出力に基づいて空
気の屈折率を求めるようにしたものである。

〈実施例〉 第１図に本考案に係る空気の屈折率測定機能を
有する安定化光源の一実施例を示す。なお、第４
図と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略す
る。第１図において、２０はハーフミラーであ
り、ハーフミラー２で反射された光が入射され
る。ハーフミラー２０で反射された光はハーフミ
ラー４で２つに分岐され、反射光は光検出器５に
入射されてその光強度が電気信号に変換される。
２１はフアブリペロー干渉計であり、第１及び第
２の波長弁別素子を形成している。このフアブリ
ペロー干渉計２１は、互いに対向して配置され、
かつ適当な反射膜がコーテイングされた透過板２
１１とこの透過板２１１に固定された円筒状のス
ペーサ２１２から構成されている。スペーサ２１
２の内部は真空に排気され、その外部は空気中に
暴露されている。ハーフミラー４を透過した光は
このフアブリペロー干渉計２１の空気中に暴露さ
れた光路の部分を通り、その透過光は光検出器７
に入射されてその光強度が電気信号に変換され
る。光検出器５と７の出力は制御手段８に入力さ
れ、この制御手段８により半導体レーザー１が制
御される。すなわち、フアブリペロー干渉計２１
の光路の部分は空気中に暴路されているので、そ
の構成は第５図と同じであり、半導体レーザー１
の出力光の波長は空気の屈折率変化にかかわらず
一定になる。一方、ハーフミラー２０を透過した
光はミラー２２で反射されてハーフミラー２３に
入射される。ハーフミラー２３はその入射光を２
つに分岐し、反射光は光検出器２４でその光強度
が電気信号に変換され、透過光はフアブリペロー
干渉計２１の真空部分に入射される。またその透
過光は光検出器２５に入射されてその光強度が電
気信号に変換される。光検出器２４，２５の出力
は演算手段２６に入力される。

次に、この実施例の動作を説明する。なお、半
導体レーザー１の制御部分は前述したように第５
図と同じなので、説明を省略する。半導体レーザ
ー１の出力光の波長は空気の屈折率変化を含んだ
形で安定化されており、真空中における波長を
λ_v、空気の屈折率をｎとすると、 λ_v／ｎ＝Ｃ（一定）……(3) になる。すなわち、真空中における波長λ_vは屈折
率に比例して変化する。その為、ハーフミラー２
３を透過してフアブリペロー干渉計２１の真空部
分に入射した光の透過光強度は空気の屈折率の変
化に従つて変化する。この様子を第２図に示す。
第２図において、２７はフアブリペロー干渉計２
１の真空部分に入射された光の透過光の強度特性
を示す曲線を表わす。初期状態及び所定の時間が
経過した後の空気の屈折率をn₀，n₁、そのときの
真空中における波長をλ_v0，λ_v1とすると、前記(3)
式から λ_v0＝Cn₀ λ_v1＝Cn₁……(4) となり、透過光強度はそれぞれD₀，D₁になる。
波長がわかつている光を用いてあらかじめ透過光
強度特性を示す曲線２７を測定しておくことによ
り透過光の強度から真空中における波長を求める
事ができ、前記(4)式から空気の屈折率を求める事
ができる。これらの演算は演算手段２６により行
う。なお、光検出器２５の出力だけから屈折率を
求めると半導体レーザー１の出力光強度が変化す
ると誤差が発生するので、光検出器２４により半
導体レーザー１の出力光強度をモニタし、補正す
るようにする。

第３図に本考案の他の実施例を示す。なお、第
１図と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略
する。この実施例は半導体レーザー１を制御する
信号を得る光をフアブリペロー干渉計２１の真空
部分を通し、屈折率を求める信号を得る光をフア
ブリペロー干渉計２１の空気中に暴露された部分
を通すようにしたものである。第４図で説明した
ように真空部分を有するフアブリペロー干渉計を
透過した光で半導体レーザー１を制御すると空気
の屈折率の変化にかかわらず周波数が一定の光が
得られる。この光の一部を空気中に暴露されたフ
アブリペロー干渉計に入射し、その透過光強度を
測定する事により、第２図で説明した方法と同じ
方法で空気の屈折率の変化を求める事ができる。
この第１，３図の実施例では第１、第２の波長弁
別素子を１個のフアブリペロー干渉計２１で構成
するようにしたので、周囲温度の変化等により透
過板２１１の間隔が変化してもこれらの波長弁別
素子には同じように影響するので、誤差を小さく
する事が出来る。

なお、これらの実施例では演算手段２６に光検
出器２４，２５の出力のみを入力するようにした
が、制御手段８により光検出器７と５の出力の比
を演算し、この値も演算手段２６に入力してこれ
らの値から空気の屈折率を求めるようにしてもよ
い。透過板２１１の間隔が変化するとフアブリペ
ロー干渉計２１の基準スペース長が変化して透過
光のピーク波長が変化し誤差が発生するが、この
波長の変化は空気部分と真空部分の両方に同じよ
うに表われるので、このようにする事により誤差
を補正する事が出来る。

また、これらの実施例では半導体レーザーを１
個としたが、複数個用いるようにしてもよい。

また、他の手段により空気の屈折率を測定する
などして波長弁別素子であるフアブリペロー干渉
計２１の透過板２１１の面間距離を補正する事に
より、屈折率の絶対値を求める事が出来る。

また、この実施例では屈折率が一定の波長弁別
素子としてその光路を真空にするようにしたが、
屈折率が一定の部材を用いて構成するようにして
もよい。光源は半導体レーザーに限らず、ガスレ
ーザー等他の構成のレーザー光源であつてもよ
い。

また、この実施例では波長弁別素子としてフア
ブリペロー干渉計を使用したが、特定の波長の光
のみを吸収する物質を封入した光吸収セルを用い
てもよい。

さらに、フアブリペロー干渉計２１の構造は第
１図あるいは第３図に示したものだけでなく、三
角形等の多角反射を利用した干渉計でもよい。

〈考案の効果〉 以上実施例にもとづいて詳細に説明したよう
に、この考案では屈折率が一定の部材で構成され
た波長弁別素子と空気中に暴露された波長弁別素
子を用い、一方の透過光強度で光源を制御すると
共に他方の波長弁別素子の透過光強度から空気の
屈折率を求めるようにした。その為、波長または
周波数が安定化された光と空気の屈折率の両方が
同時に求められるので、空気の屈折率変動に基く
周波数変動または波長変動を補正して正確な値を
求める事が出来、高精度な測定が可能になる。

また、空気の屈折率の変動がモニタ出来るの
で、測定環境の適、不適の判断が容易に出来ると
いう効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る空気の屈折率測定機能を
有する安定化光源の一実施例を示すブロツク図、
第２図は屈折率の測定方法を説明する為の特性曲
線図、第３図は本考案の他の実施例を示すブロツ
ク図、第４図及び第５図は従来の安定化光源のブ
ロツク図、第６図はフアブリペロー干渉計の透過
光の強度曲線である。 １……半導体レーザー、２，４，２０，２３…
…ハーフミラー、５，７，２４，２５……光検出
器、８……制御手段、２１……フアブリペロー干
渉計、２２……ミラー、２６……演算手段、２１
１……透過板、２１２……スペーサ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 光源と、この光源の出力光の一部が入射され特
   定の波長の光を透過または吸収する第１の波長弁
   別素子と、この第１の波長弁別素子の透過光が入
   射される第１の光検出器と、この第１の光検出器
   の出力が入力されこの入力に基いて前記光源を制
   御する制御手段と、前記光源の出力光の一部が入
   射され特定の波長の光を透過または吸収する第２
   の波長弁別素子と、この第２の波長弁別素子の透
   過光が入射される第２の光検出器とを有し、前記
   第１の波長弁別素子及び第２の波長弁別素子の一
   方を空気中に暴露し、他方を屈折率が一定の部材
   で構成すると共に前記第２の光検出器の出力に基
   づいて空気の屈折率を求めることを特徴とする空
   気の屈折率測定機能を有する安定化光源。