JPH05302810A - Heterodyne two wave lengths displacement interference meter - Google Patents

Heterodyne two wave lengths displacement interference meter

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JPH05302810A
JPH05302810A JP4109873A JP10987392A JPH05302810A JP H05302810 A JPH05302810 A JP H05302810A JP 4109873 A JP4109873 A JP 4109873A JP 10987392 A JP10987392 A JP 10987392A JP H05302810 A JPH05302810 A JP H05302810A
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JP
Japan
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light
wave
waves
heterodyne
wavelength
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Application number
JP4109873A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kiyoshi Uchikawa
清 内川
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Abstract

PURPOSE:To ensure mechanical stability and improve measuring accuracy by providing a modulation means for changing at least one light frequency of reference light and measuring light. CONSTITUTION:The light wave emitted by a semiconductor laser 22 is condensed through a lens 10a in a KNbO3 crystal 23, split into two light waves with common axis and different wave lengths and arranged in parallel light with a lens 10b. The two light waves are separated into light waves 51, 52 by a polarization beam splitter 5 and go into acoustooptical elements 8a and 8b. The elements 8a, 8b form diffraction light for each light wave of basic wave and second harmonic wave. By properly controlling a scattering compensation prism 7 at this moment, the primary diffraction light of the basic wave and the secondary diffraction light of the second harmonic wave become parallel light having almost common axis. Then, only the first order diffraction light of the basic wave and the second order diffraction light of the second harmonic wave in the light waves 51 and 52 are synthesized with a polarization beam splitter 24 and this synthesized light waves are introduced into a Michelson type interference meter.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、共軸または空間的に近
接した状態で平行になるように設定されている少なくと
も2種類以上の異なる波長の光波を各々参照光と測定光
に分割し、各々の波長における参照光と測定光の光路差
の変化を参照光と測定光の光波干渉により測定する2波
長変位干渉計に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention divides at least two kinds of light waves having different wavelengths, which are set to be parallel in a coaxial or spatially close state, into a reference light and a measurement light, respectively. The present invention relates to a two-wavelength displacement interferometer that measures a change in optical path difference between reference light and measurement light at each wavelength by light wave interference between the reference light and measurement light.

【0002】[0002]

【従来の技術】精密工業において、精密測長器は重要な
主要要素であり、その性能が装置全体の性能を大きく左
右する。干渉計を用いた測長器では、測定する環境、必
要とされる精度に応じて最も適切な方法が採用される。
例えば、極めて安定な環境で測定を行うのであれば、測
定レーザの時間コヒーレンスをできる限り長くしたり、
スクイージングの手法を導入することが考えられてい
る。逆に、非常に不安定な環境では、時間的に変動する
環境パラメータ、例えば空気揺らぎ等が測長に影響を及
ぼさない方法が提案されている。2波長変位干渉法は、
その代表的な方法である。
2. Description of the Related Art In the precision industry, a precision length measuring machine is an important major element, and its performance greatly influences the performance of the entire device. In a length measuring instrument using an interferometer, the most appropriate method is adopted according to the environment for measurement and the required accuracy.
For example, if the measurement is performed in an extremely stable environment, make the time coherence of the measurement laser as long as possible,
It is considered to introduce a squeezing method. On the other hand, in a very unstable environment, a method has been proposed in which environmental parameters that fluctuate with time, such as air fluctuations, do not affect the length measurement. Two-wavelength displacement interferometry is
This is a typical method.

【0003】次に2波長変位干渉計の原理について説明
する。同じ位相特性を持つ2つの異なる波長のレーザ光
を共軸で単一の干渉計に入射する場合を考える。それぞ
れの波長で観測される光路長をD1 、D2 とすれば、 D1 =n1 (ρ,λ1 )d D2 =n2 (ρ,λ2 )d となる。ここで、ρは適当な熱力学的パラメータ、λ1
、λ2 はレーザの2波長、n1 、n2 はそれぞれレー
ザの波長における空気の屈折率、dは距離を表す。ま
た、物理的経験則から、近似的に n1 /n2 =k(λ1 、λ2 ) が成り立つ。従って、上記の連立方程式は、観測量2
つ、未知数2つとなり確定解dが求まる。このように、
2波長干渉計は空気分散を利用して空気揺らぎによる観
測データの誤差を消去する方法である。
Next, the principle of the two-wavelength displacement interferometer will be described. Consider a case where two different wavelength laser beams having the same phase characteristic are coaxially incident on a single interferometer. If the optical path lengths observed at the respective wavelengths are D1 and D2, then D1 = n1 (ρ, λ1) d D2 = n2 (ρ, λ2) d. Where ρ is an appropriate thermodynamic parameter, λ1
, Λ2 is the two wavelengths of the laser, n1 and n2 are the refractive indices of air at the respective laser wavelengths, and d is the distance. Further, from the physical empirical rule, n1 / n2 = k (λ1, λ2) approximately holds. Therefore, the above simultaneous equations are
Then, there are two unknowns, and the definite solution d is obtained. in this way,
The two-wavelength interferometer is a method of eliminating an error in observation data due to air fluctuation by using air dispersion.

【0004】2波長干渉計の実験例が、「J.Jpn.Appl.P
hys.,Vol.28,L473(1989)」や特開平1−98902 号公報で
詳細に述べられている。これらの実験例では、変位量を
測定するのに90°位相差法が採用されていた。
An experimental example of a two-wavelength interferometer is "J.Jpn.Appl.P".
hys., Vol. 28, L473 (1989) "and JP-A-1-98902. In these experimental examples, the 90 ° phase difference method was adopted to measure the displacement amount.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】干渉変位量の計測に
は、90°位相差法以外にも多くの方法を用いることがで
きる。特にヘテロダイン法はその代表的なものである。
しかしながら、2波長干渉計においてヘテロダイン法を
行おうとすると、2波長で光波周波数の異なった2周波
を作る必要があり(周波数が変わると波長も変わるた
め)、合計4光波を扱うことになり、光学系が複雑にな
ってしまう。一般、変位干渉計では、光源および干渉計
を構成する光学部品(鏡、ビームスプリッタ)等の機械
的安定性が要求される。従って、構成する部品数が増加
し装置の空間的な大きさが増大するにつれ、機械的安定
性を確保することは困難となり、測定精度向上の妨げと
なる。本発明は、このような問題点を解決することを目
的とする。
Many methods other than the 90 ° phase difference method can be used for measuring the amount of interference displacement. In particular, the heterodyne method is a typical one.
However, when trying to perform the heterodyne method in a two-wavelength interferometer, it is necessary to create two frequencies with different lightwave frequencies at the two wavelengths (because the wavelength also changes when the frequency changes), and a total of four lightwaves must be handled. The system becomes complicated. In general, a displacement interferometer is required to have mechanical stability such as an optical component (mirror, beam splitter) forming a light source and an interferometer. Therefore, as the number of constituent parts increases and the spatial size of the apparatus increases, it becomes difficult to secure mechanical stability, which hinders improvement of measurement accuracy. The present invention aims to solve such problems.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的のため、本発明
では、共軸または空間的に近接した状態で平行になるよ
うに設定されている少なくとも2種類以上の異なる波長
の光波を、直交偏光ビームスプリッタにより各々参照光
と測定光に分割し、各々の波長における参照光と測定光
の光路差の変化を該参照光と測定光の光波の干渉により
測定する2波長変位干渉計において、前記参照光および
測定光の少なくとも一方の光周波数を変化させる変調手
段を設けた。
For the above object, in the present invention, at least two kinds of light waves having different wavelengths which are set to be parallel in a coaxial or spatially close state are orthogonally polarized. A two-wavelength displacement interferometer that splits a reference light and a measurement light by a beam splitter and measures a change in optical path difference between the reference light and the measurement light at each wavelength by interference of the light waves of the reference light and the measurement light. A modulation means for changing the optical frequency of at least one of the light and the measurement light is provided.

【0007】[0007]

【作用】ヘテロダイン計測のために、一定の周波数が変
化した2光波を形成するためには、従来、図6に示すよ
うな構成の光学系が用いられていた。周波数ωの光は、
偏光ビームスプリッタ3aで分光された後、異なる周波
数f1 、f2 で駆動される音響光学素子1、2を通過す
ることにより、それぞれ周波数が(ω+f1 )、(ω+
f2 )に変換される。そして、偏光ビームスプリッタ3
bより合わせられる。
In order to form two light waves having a constant frequency change for heterodyne measurement, an optical system having a structure shown in FIG. 6 has been conventionally used. The light of frequency ω is
After being separated by the polarization beam splitter 3a, the frequencies are (ω + f1) and (ω +) by passing through the acousto-optic elements 1 and 2 driven at different frequencies f1 and f2.
f2). Then, the polarization beam splitter 3
It is adjusted from b.

【0008】この方法でω1 、ω2 の周波数の異なる2
光波を(ω1 +f1 )、(ω1 +f2 )、(ω2 +f3
)、(ω2 +f4 )の4光波へ変換する場合の光学系
を図4に示す。図において、ダイクロイックミラー4
は、ω1 の光波を反射しω2 の光波を透過するものであ
る。音響光学素子6は、それぞれ周波数f1 、f2 、f
3、f4 で駆動される。この光学系では、周波数ω1 、
ω2 の2光波は、ダイクロイックミラー4によりω1 と
ω2 の光波に分光された後、図6の光学系と同様にして
ω1 、ω2 の光に対して一定の周波数が変化した2光波
を形成し、合計4つの光波を得る。使用する音響光学素
子6の数を減らすと共に、光学系を単純化するために
は、異なる周波数の光波ω1 、ω2 を共通の音響光学素
子(周波数fで駆動)に入射させればよい。図5は、周
波数の光波ω1 、ω2 が、共通の音響光学素子6に入射
した時の様子を示す図である。一般に、異なる波長の光
は、音響光学素子の1次の回折により異なる方向に回折
されてしまう。一方、2波長干渉計においては、波長の
異なる2つの光波は干渉計(の光学系)の内部では共軸
か、あるいはそれに近い状態となっていることが望まし
い。そこで、本発明では、図3に示すように音響光学素
子6により異なる方向に回折された波長の異なる2つの
光波を、光学プリズム7を用いることで共軸に近い平行
光とする。本発明によれば、光学プリズム7への入射条
件および光学プリズム7の分散を適当に設定することに
より、1つの音響光学素子6と1つのプリズム7によ
り、共軸に近い平行光(ω1 +f、ω2 +f)を得るこ
とができる。
With this method, two different frequencies of ω1 and ω2
The light waves are (ω1 + f1), (ω1 + f2), (ω2 + f3
4) and (ω2 + f4) are shown in FIG. In the figure, the dichroic mirror 4
Indicates that the light wave of ω1 is reflected and the light wave of ω2 is transmitted. The acousto-optic element 6 has frequencies f1, f2, f, respectively.
It is driven at 3, f4. In this optical system, the frequency ω1,
The two light waves of ω2 are split into the light waves of ω1 and ω2 by the dichroic mirror 4, and then two light waves of which the constant frequency is changed with respect to the light of ω1 and ω2 are formed in the same manner as the optical system of FIG. Obtain a total of 4 light waves. In order to reduce the number of acousto-optic elements 6 to be used and to simplify the optical system, light waves ω1 and ω2 having different frequencies may be incident on a common acousto-optic element (driven at frequency f). FIG. 5 is a diagram showing a state in which the light waves ω 1 and ω 2 having the frequencies are incident on the common acoustooptic device 6. In general, lights of different wavelengths are diffracted in different directions due to the first-order diffraction of the acoustooptic device. On the other hand, in a two-wavelength interferometer, it is desirable that two light waves having different wavelengths be coaxial or close to each other inside (the optical system of) the interferometer. Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 3, two optical waves having different wavelengths that are diffracted by the acousto-optic element 6 in different directions are made into parallel light beams that are nearly coaxial by using the optical prism 7. According to the present invention, by appropriately setting the incident condition on the optical prism 7 and the dispersion of the optical prism 7, one acousto-optical element 6 and one prism 7 allow parallel light (ω 1 + f, ω 2 + f) can be obtained.

【0009】本発明は、異なる波長の2光波として、レ
ーザの基本波(ω)と非線形光学結晶等により形成され
た第二高調波(2ω)を用いる場合に特に有効である。
共軸に配置された基本波および第二高調波が同一の音響
光学素子に入射した場合、基本波の1次回折光(ω+
f)と第二高調波の2次回折光(2ω+2f)はほぼ同
じ方向に回折されるが、音響光学素子自体の光学的分散
によりその方向は僅かに異なる。従って、本発明を用い
ることでこの方向の差を容易に補正することができる。
なお、他の方法、例えば半透鏡や鏡の組合せによりこの
補正を行うことも可能であるが、その場合、光学系が複
雑になること、反射等により多くの光が無駄になること
等が実用上問題となり好ましくない。
The present invention is particularly effective when the fundamental wave (ω) of the laser and the second harmonic (2ω) formed by a nonlinear optical crystal or the like are used as the two light waves of different wavelengths.
When the fundamental wave and the second harmonic arranged coaxially enter the same acousto-optic device, the first-order diffracted light (ω +
f) and the second-order diffracted light of the second harmonic (2ω + 2f) are diffracted in almost the same direction, but the direction is slightly different due to the optical dispersion of the acousto-optic element itself. Therefore, the difference in this direction can be easily corrected by using the present invention.
Note that it is possible to perform this correction by another method, for example, a semi-transparent mirror or a combination of mirrors, but in that case, it is practical that the optical system becomes complicated and much light is wasted due to reflection and the like. This is a problem and is not preferable.

【0010】[0010]

【実施例1】図1は、本発明の一実施例を示す概略構成
図である。本実施例のヘテロダイン2波長変位干渉計で
は、周波数が変化した2つの光波を形成する変調手段と
して、一対の音響光学素子と分散補償プリズムを用いて
いる。半導体レーザ22から出射した光波は、レンズ1
0aによりKNbO3 (ポタシウムナイオベート)結晶
23中に集光されて波長の異なる共軸の2つの光波とな
り、その後レンズ10bにより平行光化される。半導体
レーザ22から出射した光波は、波長 860nm、出力100
mWである。また、KNbO3 結晶23中で発生した第二
高調波は、波長430nm、出力100 μW となる。ここで、
必要に応じて半導体レーザ22の発振波長を固定化した
り、レーザスペクトルの狭帯化を行ってもよい。
[Embodiment 1] FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the present invention. In the heterodyne two-wavelength displacement interferometer of the present embodiment, a pair of acousto-optic elements and a dispersion compensating prism are used as the modulation means for forming two light waves having different frequencies. The light wave emitted from the semiconductor laser 22 is reflected by the lens 1
0a causes the light to be condensed in the KNbO3 (potassium niobate) crystal 23 to form two coaxial light waves having different wavelengths, and then is collimated by the lens 10b. The light wave emitted from the semiconductor laser 22 has a wavelength of 860 nm and an output of 100.
mW. The second harmonic generated in the KNbO3 crystal 23 has a wavelength of 430 nm and an output of 100 μW. here,
If necessary, the oscillation wavelength of the semiconductor laser 22 may be fixed, or the laser spectrum may be narrowed.

【0011】これら2つの光波は、位相板12によって
偏光特性を適当に補正された後、偏光ビームスプリッタ
5によりそれぞれ大体等しい強度で分割され、光波5
1、52となる。各光波51、52は、音響光学素子8
aおよび8bに入射する。音響光学素子8aは周波数f
1 で、また音響光学素子8bは周波数f2 で駆動され
る。これら音響光学素子8a、8bは、基本波(ω)と
第二高調波(2ω)のそれぞれの光波に対して回折光を
形成する。この時、分散補償プリズム7を適宜調整する
ことにより、基本波(ω)の1次回折光と第二高調波
(2ω)の2次回折光とは共軸に近い平行光となる。本
実施例では、音響光学素子8a、8bとしてPbMoO
3 (モリブデン酸鉛)の結晶を圧電素子で駆動したもの
を用いた。音響光学素子としては、この他に、TeO2
(2酸化テルル)やガラス等を圧電素子で駆動したもの
を用いることができる。また、分散補償プリズム7には
光学ガラス(BK7)を加工したものを用いた。
After the polarization characteristics of these two light waves are appropriately corrected by the phase plate 12, they are split by the polarization beam splitter 5 with approximately equal intensities, respectively.
It becomes 1,52. Each of the light waves 51 and 52 is transmitted by the acousto-optic device 8
It is incident on a and 8b. The acousto-optic element 8a has a frequency f
1 and the acousto-optic element 8b is driven at the frequency f2. These acousto-optic elements 8a and 8b form diffracted light with respect to the respective light waves of the fundamental wave (ω) and the second harmonic wave (2ω). At this time, by appropriately adjusting the dispersion compensating prism 7, the first-order diffracted light of the fundamental wave (ω) and the second-order diffracted light of the second harmonic wave (2ω) become parallel light beams that are nearly coaxial. In this embodiment, PbMoO is used as the acousto-optic elements 8a and 8b.
A 3 (lead molybdate) crystal driven by a piezoelectric element was used. In addition to this, as an acousto-optic element, TeO2
It is possible to use (tellurium dioxide), glass or the like driven by a piezoelectric element. Further, as the dispersion compensating prism 7, a processed optical glass (BK7) was used.

【0012】本実施例では、光波51、52における前
記基本波の1次回折光と第二高調波の2次回折光のみを
偏光ビームスプリッタ24により合波し、この合波した
光波をマイケルソン型変位干渉計に入射する。マイケル
ソン型変位干渉計は、偏光ビームスプリッタ25、移動
鏡14、固定鏡15および波長の異なる2光波を同時に
円偏光に変換できる4分の1波長板13、とで構成され
ている。ここで、偏光ビームスプリッタ24、25の偏
光面をできるだけ合わせること、各偏光ビームスプリッ
タの消光比を高めることおよび4分の1波長板13の性
能を良くすること、によりヘテロダイン計測におけるク
ロストーク、すなわち、周波数(f1 −f2 )や(2f
1 −2f2 )の固定ビートの発生を抑えることが可能と
なる。前記マイケルソン型変位干渉計を出射した光波
は、前記基本波を透過して第二高調波を効率良く反射す
る特性を持つダイクロイックミラー16により分光され
る。ダイクロイックミラー16を透過した光路上には、
ポーラライザー26と基本波のみを透過して第二高調波
を吸収する光学フィルタ17が設置してある。そして、
光学フィルタ17により基本波のみが光検出器18に入
射し、基本波に現れるヘテロダイン信号が測定される。
また、ダイクロイックミラー16で反射した光路上には
ポーラライザー27が設置してあり、第二高調波はこの
ポーラライザー27を通過した後、光検出器18に入射
して第二高調波に現れるヘテロダイン信号が測定され
る。光検出器18は、それぞれの波長においてヘテロダ
イン信号を検出する。ヘテロダイン2波長演算処理シス
テム31は、両光検出器18で測定されたヘテロダイン
信号を処理して空気揺らぎによる測長誤差が除かれた
(移動鏡14の)変位量を算出する。
In this embodiment, only the first-order diffracted light of the fundamental wave and the second-order diffracted light of the second harmonic of the light waves 51 and 52 are combined by the polarization beam splitter 24, and the combined light waves are displaced by the Michelson type. It is incident on the interferometer. The Michelson displacement interferometer is composed of a polarization beam splitter 25, a movable mirror 14, a fixed mirror 15, and a quarter-wave plate 13 capable of simultaneously converting two light waves having different wavelengths into circularly polarized light. Here, by matching the polarization planes of the polarization beam splitters 24 and 25 as much as possible, increasing the extinction ratio of each polarization beam splitter, and improving the performance of the quarter-wave plate 13, crosstalk in heterodyne measurement, that is, , Frequency (f1 -f2) and (2f
It is possible to suppress the occurrence of a fixed beat of 1-2f2). The light wave emitted from the Michelson displacement interferometer is dispersed by the dichroic mirror 16 which has a characteristic of transmitting the fundamental wave and efficiently reflecting the second harmonic wave. On the optical path that has passed through the dichroic mirror 16,
A polarizer 26 and an optical filter 17 that transmits only the fundamental wave and absorbs the second harmonic are installed. And
Only the fundamental wave enters the photodetector 18 by the optical filter 17, and the heterodyne signal appearing in the fundamental wave is measured.
Further, a polarizer 27 is installed on the optical path reflected by the dichroic mirror 16, and the second harmonic passes through the polarizer 27 and then enters the photodetector 18 to appear in the second harmonic. The signal is measured. The photodetector 18 detects the heterodyne signal at each wavelength. The heterodyne two-wavelength arithmetic processing system 31 processes the heterodyne signals measured by both photodetectors 18 to calculate the displacement amount (of the movable mirror 14) from which the length measurement error due to air fluctuation is removed.

【0013】[0013]

【実施例2】図2は、本発明の第2の実施例を示す概略
構成図である。半導体レーザ励起リングNd:YAGレ
ーザ(発振波長1.06μm、出力 300mW)からなる光源9
から出射した光波は、レンズ10によりKTP結晶(K
TiOPO4 )11に集光されて波長の異なる共軸の2
つの光波となった後、レンズ10bにより平行光化され
る。KTP結晶11中で発生した第二高調波は、波長 5
30nm、出力70μW である。なお、必要に応じて光源9の
発振波長を分子の光吸収線、例えばヨウ素分子(I2 )
の吸収線等を用いて固定化してもよい。
Second Embodiment FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the present invention. Light source 9 consisting of a semiconductor laser excitation ring Nd: YAG laser (oscillation wavelength 1.06 μm, output 300 mW)
The light wave emitted from the KTP crystal (K
TiOPO4) 11 focused on two different coaxial wavelengths
After becoming one light wave, the light is collimated by the lens 10b. The second harmonic generated in the KTP crystal 11 has a wavelength of 5
The output is 30 nm and the output is 70 μW. If necessary, the oscillation wavelength of the light source 9 may be set to a light absorption line of a molecule, such as iodine molecule (I2).
You may fix by using the absorption line etc. of.

【0014】これら2つの光波は、位相板12によって
偏光特性を適当に補正された後、偏光ビームスプリッタ
5によりそれぞれ大体等しい強度で分割される。本実施
例における干渉光学系は、2つの偏光ビームスプリッタ
5、29、平面移動鏡14、波長の異なる2光波に対応
できる4分の1波長板30および2つの固定コーナーキ
ューブプリズム20、28により構成されている。な
お、コーナーキューブプリズムの代わりに直角プリズム
やコーナーミラー等を使用してもよい。
The polarization characteristics of these two light waves are appropriately corrected by the phase plate 12, and then split by the polarization beam splitter 5 with approximately equal intensities. The interference optical system in this embodiment is composed of two polarization beam splitters 5 and 29, a plane moving mirror 14, a quarter wave plate 30 capable of handling two light waves having different wavelengths, and two fixed corner cube prisms 20 and 28. Has been done. A right angle prism or a corner mirror may be used instead of the corner cube prism.

【0015】偏光ビームスプリッタ5で反射された光波
は、コーナーキューブプリズム20を介して再び偏光ビ
ームスプリッタ5で反射されて干渉計の参照光53とな
る。一方、偏光ビームスプリッタ5を透過した光波は、
移動鏡14で反射され再び偏光ビームスプリッタ5に戻
って来るまでに4分の1波長板30を2回通過するので
偏光面が90°回転している。従って、移動鏡からの反射
光はコーナーキューブプリズム28で反射して再度偏光
ビームスプリッタ5で反射した後再び移動鏡14で反射
され測定光54となる。なお、前記干渉光学系は、参照
光53と測定光54とが共軸とならないように(後述す
る音響光学素子と分散補償プリズムが各光ごとに設置で
きるスペースがあるように)、該光学系を構成する光学
素子(コーナーキューブプリズム等)の配置を設定して
おく。
The light wave reflected by the polarization beam splitter 5 is again reflected by the polarization beam splitter 5 via the corner cube prism 20 and becomes reference light 53 of the interferometer. On the other hand, the light wave transmitted through the polarization beam splitter 5 is
Since the light passes through the quarter-wave plate 30 twice before being reflected by the movable mirror 14 and returning to the polarization beam splitter 5, the polarization plane is rotated by 90 °. Therefore, the reflected light from the movable mirror is reflected by the corner cube prism 28, reflected again by the polarization beam splitter 5, and then reflected by the movable mirror 14 again to become the measurement light 54. In the interference optical system, the reference light 53 and the measurement light 54 are not coaxial with each other (so that there is a space in which an acousto-optical element and a dispersion compensation prism described later can be installed for each light). The arrangement of the optical elements (corner cube prism, etc.) that compose is set.

【0016】参照光53および測定光54は、偏光ビー
ムスプリッタ29で合波される前に各々音響光学素子8
a、8bと分散補償プリズム7により、各光波の周波数
が決められた値だけシフトされる。音響光学素子および
分散補償プリズムは、実施例1と同じものを使用してあ
る。基本波の1次回折光と第二高調波の2次回折光は、
分散補償プリズム7により共軸に近い平行光とされる。
そして、参照光53と測定光54は、共に4分の1波長
板13により円偏光とされてから偏光ビームスプリッタ
29により合波される。合波した後の一方の光波は、ポ
ーラライザー19および基本波のみを透過する光学フィ
ルタ17を経て光検出器18に入射し、基本波に現れる
ヘテロダイン信号が測定される。他方の光は、ポーララ
イザー19および第二高調波のみを透過する光学フィル
タ21を経て光検出器18に入射し、第二高調波に現れ
るヘテロダイン信号が測定される。ヘテロダイン2波長
演算処理システム31は、両光検出器18で測定された
ヘテロダイン信号を処理して空気揺らぎによる測長誤差
が除かれた(移動鏡14の)変位量を算出する。
The reference light 53 and the measurement light 54 are respectively collected by the acousto-optic element 8 before being combined by the polarization beam splitter 29.
The a and 8b and the dispersion compensating prism 7 shift the frequency of each light wave by a predetermined value. The same acousto-optic element and dispersion compensation prism as in Example 1 are used. The first-order diffracted light of the fundamental wave and the second-order diffracted light of the second harmonic are
The dispersion compensating prism 7 collimates the light into near parallel rays.
The reference light 53 and the measurement light 54 are both circularly polarized by the quarter-wave plate 13 and then combined by the polarization beam splitter 29. One of the combined light waves is incident on the photodetector 18 through the polarizer 19 and the optical filter 17 that transmits only the fundamental wave, and the heterodyne signal appearing in the fundamental wave is measured. The other light enters the photodetector 18 via the polariser 19 and the optical filter 21 that transmits only the second harmonic, and the heterodyne signal appearing in the second harmonic is measured. The heterodyne two-wavelength arithmetic processing system 31 processes the heterodyne signals measured by both photodetectors 18 to calculate the displacement amount (of the movable mirror 14) from which the length measurement error due to air fluctuation is removed.

【0017】[0017]

【発明の効果】一般的に変位干渉計では、光源および干
渉計を構成する光学部品(鏡、ビームスプリッタ)等の
機械的安定性が要求されるため、構成する部品数が増加
し装置の空間的な大きさが増大するにつれ、機械的安定
性を確保することは困難となる。本発明においては、用
いる音響光学素子の数を半分に減らし、しかも波長の異
なる変調光を共軸に近い平行光に変換することを一つの
プリズムのみを用いて行っており、従来に比べ極めて安
定なヘテロダイン2波長干渉計が提供できる。
EFFECTS OF THE INVENTION Generally, a displacement interferometer is required to have mechanical stability such as an optical component (mirror, beam splitter) constituting a light source and an interferometer. As the mechanical size increases, it becomes difficult to ensure mechanical stability. In the present invention, the number of acousto-optic elements used is reduced to half, and the modulation light of different wavelengths is converted into parallel light close to the coaxial axis by using only one prism, which is extremely stable as compared with the conventional one. A heterodyne two-wavelength interferometer can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】は、本発明のヘテロダイン2波長変位干渉計の
一実施例の概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of one embodiment of a heterodyne dual wavelength displacement interferometer of the present invention.

【図2】は、本発明のヘテロダイン2波長変位干渉計の
他の実施例の概略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram of another embodiment of the heterodyne two-wavelength displacement interferometer of the present invention.

【図3】は、波長の異なる2光波を周波数fで駆動され
ている音響光学素子に入射した時に発生する回折角の分
散が、分散補償プリズムにより補償されることを示す図
である。
FIG. 3 is a diagram showing that the dispersion compensating prism compensates the dispersion of the diffraction angle generated when two light waves having different wavelengths are incident on the acoustooptic device driven at the frequency f.

【図4】は、周波数ω1 およびω2 の2光波から4つの
音響光学素子を用いて周波数(ω1 +f1 )、(ω1+f
2 )、(ω2 +f3 )、(ω2 +f4 )の4つの光波を
生成する装置の構成の1例を示す図である。
FIG. 4 shows frequencies (ω1 + f1), (ω1 + f1) obtained by using four acousto-optic elements from two light waves of frequencies ω1 and ω2.
2) is a diagram showing an example of the configuration of an apparatus for generating four light waves of (ω2 + f3) and (ω2 + f4).

【図5】は、波長の異なる2光波を周波数fで駆動され
ている音響光学素子に入射した時に発生する回折角の分
散を示す。
FIG. 5 shows dispersion of diffraction angles generated when two light waves having different wavelengths are incident on an acoustooptic device driven at a frequency f.

【図6】は、周波数ωの光波から2つの音響光学素子を
用いて周波数(ω+f1 )および(ω+f2 )の光波を
生成する従来の方法を示す概略図である。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a conventional method for generating light waves of frequencies (ω + f1) and (ω + f2) from a light wave of frequency ω by using two acousto-optic elements.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 周波数f1 で駆動される音響光学素子 2 周波数f2 で駆動される音響光学素子 6 音響光学素子(変調手段の一部) 7 分散補償プリズム(変調手段の一部) 8 音響光学素子(変調手段の一部) 9 光源(半導体レーザ励起リングNd:YAGレー
ザ) 11 KTP結晶 12 位相板 13 4分の1波長板 14 移動鏡 15 固定鏡 17 基本波を透過し第二高調波を吸収する光学フィル
タ 18 光検出器 19 ポラライザー 20 コーナーキューブプリズム 21 第二高調波を透過し基本波を吸収する光学フィル
タ 22 半導体レーザ 23 ポタシウムナイオベート(KNbO3 )結晶 26、27 ポラライザー 28 コーナーキューブプリズム 30 4分の1波長板 31 ヘテロダイン2波長演算処理システム 50 反射鏡
1 Acousto-optical element driven at frequency f1 2 Acousto-optical element driven at frequency f2 6 Acousto-optical element (part of modulation means) 7 Dispersion compensation prism (part of modulation means) 8 Acousto-optic element (of modulation means) 9) Light source (semiconductor laser excitation ring Nd: YAG laser) 11 KTP crystal 12 Phase plate 13 Quarter wave plate 14 Moving mirror 15 Fixed mirror 17 Optical filter that transmits fundamental wave and absorbs second harmonic wave 18 Photodetector 19 Polarizer 20 Corner cube prism 21 Optical filter that transmits the second harmonic and absorbs the fundamental wave 22 Semiconductor laser 23 Potassium niobate (KNbO3) crystal 26, 27 Polarizer 28 Corner cube prism 30 Quarter wave plate 31 Heterodyne dual wavelength arithmetic processing system 50 Reflector

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 共軸または空間的に近接した状態で平行
になるように設定されている少なくとも2種類以上の異
なる波長の光波を、直交偏光ビームスプリッタにより各
々参照光と測定光に分割し、各々の波長における参照光
と測定光の光路差の変化を該参照光と測定光の光波の干
渉により測定する2波長変位干渉計において、 前記参照光および測定光の少なくとも一方の光周波数を
変化させる変調手段を有することを特徴とするヘテロダ
イン2波長変位干渉計。
1. An orthogonal polarization beam splitter divides light waves of at least two types of different wavelengths, which are set to be parallel in a coaxial or spatially close state, into a reference light and a measurement light, respectively. In a two-wavelength displacement interferometer for measuring a change in optical path difference between reference light and measurement light at each wavelength by interference of light waves of the reference light and measurement light, at least one of the reference light and the measurement light is changed in optical frequency. A heterodyne two-wavelength displacement interferometer characterized by having a modulation means.
【請求項2】 前記変調手段が光音響光学素子と分散補
償プリズムからなり、前記参照光および測定光の少なく
とも一方の光周波数を一定の値だけ変化させることを特
徴とするヘテロダイン2波長変位干渉計。
2. A heterodyne two-wavelength displacement interferometer, wherein the modulating means comprises a photoacoustic optical element and a dispersion compensating prism, and changes the optical frequency of at least one of the reference light and the measurement light by a constant value. ..
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07280658A (en) * 1994-04-11 1995-10-27 Noboru Nakatani Cross beam type orthogonal two frequency light source for heterodyne interferometer
US5748315A (en) * 1995-03-23 1998-05-05 Nikon Corporation Optical interference measuring apparatus and method for measuring displacement of an object having an optical path separating system
JP2002333311A (en) * 2001-05-10 2002-11-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd Shape measuring apparatus and method
KR102535055B1 (en) * 2021-12-22 2023-05-30 재단법인 구미전자정보기술원 Apparatus for measuring depth using dhm

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