JP2003214813A - Laser interferometer - Google Patents

Laser interferometer

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JP2003214813A
JP2003214813A JP2002010106A JP2002010106A JP2003214813A JP 2003214813 A JP2003214813 A JP 2003214813A JP 2002010106 A JP2002010106 A JP 2002010106A JP 2002010106 A JP2002010106 A JP 2002010106A JP 2003214813 A JP2003214813 A JP 2003214813A
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JP
Japan
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light
beam splitter
mirror
reflected
laser interferometer
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Application number
JP2002010106A
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Japanese (ja)
Inventor
Eiji Higure
栄治 日暮
Yasushi Sawada
廉士 澤田
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly reliable microminiature laser interferometer in which steps of assembling and regulating individual components can be reduced, a cost can be decreased, a mass productivity can be improved, and an influence of an environmental change can be hardly received. <P>SOLUTION: The laser interferometer comprises a semiconductor laser 5 of a light emitting element, a photodiode 6a of a photodetector, an optical waveguide 3, a polarized beam splitter 7, a quarter-wavelength plate 8, and a beam splitter 8 formed or fixed on a semiconductor substrate 4. A light from the laser 5 is collimated in a horizontal direction by a parabolic shape total reflection mirror 14 on the way of the waveguide 3 and emitted toward an external mirror through the splitter 7, the plate 8 and a beam splitter 9. The reflected light from the mirror 14 and the reflected light from the splitter are reflected by the splitter 7 and received by the laser 5. The displacement of the mirror 14 is measured. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はレーザ干渉計に関
し、特に、微小ステージ等に内蔵し位置決めに用いる小
型の変位センサ、マイクロ加速度計あるいはマイクロ歪
みセンサ等に内蔵され可動部の変位を検出する変位セン
サ等の、光を利用した非接触小型の集積型レーザ干渉計
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser interferometer, and more particularly, to a displacement sensor for detecting displacement of a movable part which is incorporated in a small displacement sensor incorporated in a micro stage or the like and used for positioning, a micro accelerometer or a micro strain sensor or the like. The present invention relates to a non-contact small integrated laser interferometer that utilizes light, such as a sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のレーザ干渉計の一例を図11に示
す。図において、石英系光導波路を有するシリコン基板
20にレンズ21、ビームスプリッタ22、位相シフタ
23、ミラー24が設けられ、シリコン基板20に半導
体レーザ25およびフォトダイオード26が外付けで接
着実装されている(論文:J. Lizet, P. Gidon, S. Val
ette, Integrated Optics Displacement Sensor Achiev
ed on Silicon Substrate, Proceedings of the Fourth
European Conference on Integrated Optics ECIO87,
pp. 210-212, Glasgow, Scotland, May 11th-13th, 198
7 参照)。実際には、さらに、上記論文中で記述されて
いるように、外部レンズを実装する。この干渉計は、マ
イケルソン干渉計の原理によって、干渉計から測定対象
ミラー27までの距離を測定するものである。すなわ
ち、半導体レーザ25からの光は、レンズ21によって
コリメート(平行化)され、ビームスプリッタ22によ
って参照光28と信号光29とに分けられ、参照光28
はミラー24で反射されてビームスプリッタ22に戻
り、信号光29は測定対象ミラー27で反射されてビー
ムスプリッタ22に戻り、2つの光は干渉しあって、ビ
ーム分割器30を経てフォトダイオード26で計測され
る。参照光28の一部は、位相シフタ23によって他の
部分とは位相が異なり、この2つの部分は、それぞれ、
信号光29と干渉しあい、ビーム分割器30によって分
離され、フォトダイオード26で別々に計測され、その
結果得られる2つの電気信号を信号処理することによっ
て、干渉計から測定対象ミラー27までの距離が求めら
れる。
2. Description of the Related Art FIG. 11 shows an example of a conventional laser interferometer. In the figure, a lens 21, a beam splitter 22, a phase shifter 23, and a mirror 24 are provided on a silicon substrate 20 having a quartz optical waveguide, and a semiconductor laser 25 and a photodiode 26 are externally adhesively mounted on the silicon substrate 20. (Papers: J. Lizet, P. Gidon, S. Val
ette, Integrated Optics Displacement Sensor Achiev
ed on Silicon Substrate, Proceedings of the Fourth
European Conference on Integrated Optics ECIO87,
pp. 210-212, Glasgow, Scotland, May 11th-13th, 198
7). In practice, it also implements an external lens, as described in the above paper. This interferometer measures the distance from the interferometer to the measurement target mirror 27 by the principle of the Michelson interferometer. That is, the light from the semiconductor laser 25 is collimated (collimated) by the lens 21 and divided into the reference light 28 and the signal light 29 by the beam splitter 22.
Is reflected by the mirror 24 and returns to the beam splitter 22, and the signal light 29 is reflected by the mirror 27 to be measured and returns to the beam splitter 22. The two lights interfere with each other, pass through the beam splitter 30, and are passed through the photodiode 26. To be measured. A part of the reference light 28 has a phase different from that of the other part by the phase shifter 23, and these two parts are respectively
By interfering with the signal light 29, separated by the beam splitter 30, separately measured by the photodiode 26, and the two electric signals obtained as a result are subjected to signal processing, the distance from the interferometer to the mirror 27 to be measured is measured. Desired.

【0003】図12は、DBRレーザ、検出器、導波路
をモノリシックに作製したレーザ干渉計を示し、この干
渉計には外部レンズ(GRINレンズ)が外付けで実装
されている。この干渉計においても、マイケルソン干渉
計の原理によって、干渉計から測定対象ミラー(図中に
ハーフミラーとして示されている)までの距離が測定さ
れる(文献:D. Hofstetter, H. P. Zappe, and R. Dae
ndliker, A Monolithically Integrated Double Michel
son Interferometer for Optical Displacement Measur
ement with Direction Determination, IEEE Photonics
Technology Letters, Vol. 8, No. 10, pp. 1370-137
2, 1996 参照)。
FIG. 12 shows a laser interferometer in which a DBR laser, a detector, and a waveguide are monolithically manufactured, and an external lens (GRIN lens) is externally mounted on this interferometer. Also in this interferometer, the distance from the interferometer to the mirror to be measured (shown as a half mirror in the figure) is measured by the principle of the Michelson interferometer (reference: D. Hofstetter, HP Zappe, and R. Dae
ndliker, A Monolithically Integrated Double Michel
son Interferometer for Optical Displacement Measur
ement with Direction Determination, IEEE Photonics
Technology Letters, Vol. 8, No. 10, pp. 1370-137
2, 1996).

【0004】図13は、半導体レーザ、検出器、導波路
をモノリシックに作製したレーザ干渉計を示し、この干
渉計においても、マイケルソン干渉計の原理によって、
干渉計から測定対象ミラーまでの距離が測定される(特
開平09−318323号公報、澤田、日暮、大口、鍔
本、レーザ測長器およびその製造方法、および文献:R.
Sawada, E. Higurashi, T. Ito, M. Tsubamoto, and
O. Ohguchi, Integrated micro-laser displacement se
nsor, Proc. IEEE Micro Electro Mechanical Systems
'97, Nagoya, 19-24 (1997) 参照)。
FIG. 13 shows a laser interferometer in which a semiconductor laser, a detector, and a waveguide are monolithically manufactured. Also in this interferometer, the principle of the Michelson interferometer is used.
The distance from the interferometer to the mirror to be measured is measured (Japanese Patent Laid-Open No. 09-318323, Sawada, Higurashi, Oguchi, Tsubamoto, Laser length measuring device and its manufacturing method, and reference: R.
Sawada, E. Higurashi, T. Ito, M. Tsubamoto, and
O. Ohguchi, Integrated micro-laser displacement se
nsor, Proc. IEEE Micro Electro Mechanical Systems
See '97, Nagoya, 19-24 (1997)).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】このようなレーザ干渉
計においては、いくつかの課題がある。
There are some problems in such a laser interferometer.

【0006】まず、図11に示したレーザ干渉計におい
ては、半導体レーザ25およびフォトダイオード26が
シリコン基板20に外付けで接着実装されているから、
半導体レーザ25およびフォトダイオード26を三次元
的に位置合わせする必要があり、光導波路と半導体レー
ザ25およびフォトダイオード26との接続作業が困難
であるので、製造コストが大きくなり、高価であった。
また、外付けのレンズが必要なため装置が大型となる。
外付けレンズの取り付けも、三次元的光軸合わせ、調整
が必要である。
First, in the laser interferometer shown in FIG. 11, since the semiconductor laser 25 and the photodiode 26 are externally bonded and mounted on the silicon substrate 20,
Since it is necessary to align the semiconductor laser 25 and the photodiode 26 three-dimensionally, and it is difficult to connect the optical waveguide to the semiconductor laser 25 and the photodiode 26, the manufacturing cost becomes large and expensive.
In addition, since an external lens is required, the device becomes large.
The attachment of an external lens also requires three-dimensional optical axis alignment and adjustment.

【0007】図12に示したレーザ干渉計においては、
DBRレーザ、検出器および導波路をモノリシックに作
製した干渉計のため、個別部品のアライメント(位置合
わせ)は必要ないが、個々の光部品の特性は良くない。
例えば、DBRレーザのしきい値は、30mAと高く、
フォトダイオードの感度も0.2W/A程度と良くない。
また、外付けのレンズが必要なため装置が大型となる。
外付けレンズの取り付けも、三次元的光軸合わせ、調整
が必要である。
In the laser interferometer shown in FIG. 12,
Since the DBR laser, the detector, and the waveguide are monolithically manufactured interferometers, alignment of individual components is not necessary, but the characteristics of individual optical components are not good.
For example, the threshold of a DBR laser is as high as 30 mA,
The sensitivity of the photodiode is as low as about 0.2 W / A.
In addition, since an external lens is required, the device becomes large.
The attachment of an external lens also requires three-dimensional optical axis alignment and adjustment.

【0008】図13に示したレーザ干渉計は、半導体レ
ーザ31、測定用フォトダイオード43、光導波路35
をモノリシックに作製した干渉計のため、個別部品のア
ライメントは必要ないが、同様に、個々の光部品の特性
は良くない。例えば、光導波路35に溝構造を作製して
ハーフミラー39を実現しているが、ハーフミラー39
の特性が溝幅に敏感であるため、素子性能のばらつきが
大きい。また、凸端面34によって、光を水平方向にコ
リメートしているが、垂直方向には出射端面からビーム
が拡がるため、さらにシリンドリカルレンズ(円筒形レ
ンズ)を追加しただけでは、完全に垂直方向にコリメー
トすることはできない。
The laser interferometer shown in FIG. 13 has a semiconductor laser 31, a measuring photodiode 43, and an optical waveguide 35.
Since the interferometer is manufactured monolithically, it is not necessary to align individual components, but similarly, the characteristics of individual optical components are not good. For example, the half mirror 39 is realized by forming a groove structure in the optical waveguide 35.
Since the characteristics of 1 are sensitive to the groove width, the element performance varies widely. Further, although the light is collimated in the horizontal direction by the convex end face 34, the beam is expanded in the vertical direction from the emission end face, and therefore the addition of a cylindrical lens (cylindrical lens) is sufficient to achieve complete vertical collimation. You cannot do it.

【0009】また、上記レーザ干渉計はすべてマイケル
ソン型であるため、参照光と測定光が、別々の光路を通
るため、環境変化の影響を受けやすいことも問題であっ
た。
Further, since all the laser interferometers are of the Michelson type, the reference light and the measurement light pass through different optical paths, so that there is a problem that they are easily affected by environmental changes.

【0010】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたもので、個別部品の組み立て、調整工程の削減、低
コスト化、量産性の改善を可能とする、高信頼性で、環
境変化の影響を受けにくい超小型レーザ干渉計を提供す
ることを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is possible to assemble individual parts, reduce the adjustment process, reduce the cost, and improve the mass productivity. It is an object to provide an ultra-compact laser interferometer that is not easily affected.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、請求項1に記載したように、発光素子、
受光素子、光導波路、偏光ビームスプリッタ、四分の一
波長板およびビームスプリッタが同一半導体基板上に形
成または固定され、上記発光素子から出射した光を上記
光導波路を介して導き、上記光導波路途中の放物形状ミ
ラーにより水平方向にコリメートして、上記偏光ビーム
スプリッタ、上記四分の一波長板および上記ビームスプ
リッタを通して外部のミラーに向かって出射し、上記外
部ミラーからの反射光と上記ビームスプリッタからの反
射光とを上記偏光ビームスプリッタで反射して、上記受
光素子で受光することにより、上記外部ミラーの変位を
測定することを特徴とするレーザ干渉計を構成する。
In order to achieve the above object, the present invention provides a light emitting device as described in claim 1.
A light receiving element, an optical waveguide, a polarization beam splitter, a quarter-wave plate and a beam splitter are formed or fixed on the same semiconductor substrate, and the light emitted from the light emitting element is guided through the optical waveguide, and the optical waveguide is in the middle. Is collimated in the horizontal direction by the parabolic mirror, and is emitted toward the external mirror through the polarization beam splitter, the quarter-wave plate and the beam splitter, and the reflected light from the external mirror and the beam splitter The laser interferometer is characterized in that the displacement of the external mirror is measured by reflecting the reflected light from the above-mentioned polarized beam splitter and receiving it by the above-mentioned light receiving element.

【0012】また、本発明は、請求項2に記載したよう
に、請求項1に記載のレーザ干渉計において、上記半導
体基板上にさらに光を垂直方向にコリメートする第1の
ロッドレンズが固定され、上記光導波路から出射した光
を上記第1のロッドレンズにより垂直方向にコリメート
して、上記偏光ビームスプリッタ、上記四分の一波長板
および上記ビームスプリッタを通して上記外部ミラーに
向かって出射し、上記外部ミラーからの反射光と上記ビ
ームスプリッタからの反射光とを上記偏光ビームスプリ
ッタで反射して、上記受光素子で受光することにより、
上記外部ミラーの変位を測定することを特徴とするレー
ザ干渉計を構成する。
According to the present invention, as described in claim 2, in the laser interferometer according to claim 1, a first rod lens for collimating light in a vertical direction is further fixed on the semiconductor substrate. , The light emitted from the optical waveguide is collimated in the vertical direction by the first rod lens, and emitted toward the external mirror through the polarization beam splitter, the quarter wavelength plate and the beam splitter, By reflecting the reflected light from the external mirror and the reflected light from the beam splitter by the polarization beam splitter, and by receiving the light by the light receiving element,
A laser interferometer is characterized in that the displacement of the external mirror is measured.

【0013】また、本発明は、請求項3に記載したよう
に、請求項1または2に記載のレーザ干渉計において、
上記半導体基板上にさらに光を水平方向に集光する第2
のロッドレンズが固定され、上記光導波路から出射した
光、または上記第1のロッドレンズから出射した光を、
上記偏光ビームスプリッタ、上記四分の一波長板および
上記ビームスプリッタを通してから、上記第2のロッド
レンズにより水平方向に集光して上記外部ミラーに向か
って出射し、上記外部ミラーからの反射光と上記ビーム
スプリッタからの反射光とを上記偏光ビームスプリッタ
で反射して、上記受光素子で受光することにより、上記
外部ミラーの変位を測定することを特徴とするレーザ干
渉計を構成する。
Further, according to the present invention, as described in claim 3, in the laser interferometer according to claim 1 or 2,
A second light source for further horizontally converging light on the semiconductor substrate
The rod lens is fixed, and the light emitted from the optical waveguide or the light emitted from the first rod lens is
After passing through the polarization beam splitter, the quarter-wave plate, and the beam splitter, the second rod lens collects the light in the horizontal direction and emits the light toward the external mirror. The laser interferometer is characterized in that the displacement of the external mirror is measured by reflecting the reflected light from the beam splitter by the polarization beam splitter and receiving the light by the light receiving element.

【0014】また、本発明は、請求項4に記載したよう
に、請求項1〜請求項3のいずれかに記載のレーザ干渉
計において、上記ビームスプリッタの一方部に上記発光
素子の光の波長の1/8の奇数倍の光路長差を生じさせ
る段差を形成するか、または上記光導波路出射端面の一
方部に上記発光素子の光の波長の1/4の奇数倍の光路
長差を生じさせる段差を形成し、上記受光素子として二
分割のフォトダイオードを用いて、90°位相の異なる
二つの信号を得て、上記外部ミラーの変位を測定すると
ともに変位方向を検出することを特徴とするレーザ干渉
計を構成する。
Further, according to the present invention, as described in claim 4, in the laser interferometer according to any one of claims 1 to 3, the wavelength of light of the light emitting element is provided in one part of the beam splitter. A step difference that causes an optical path length difference that is an odd multiple of ⅛ of the above, or an optical path length difference that is an odd multiple of ¼ of the wavelength of the light of the light emitting element is generated at one end of the optical waveguide emission end face. A two-divided photodiode is used as the light-receiving element to obtain two signals having 90 ° different phases to measure the displacement of the external mirror and detect the displacement direction. Configure a laser interferometer.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本発明においては、発光素子、受
光素子、光導波路、偏光ビームスプリッタ、四分の一波
長板、ビームスプリッタを同一半導体基板上に形成また
は固定する。上記発光素子から出射した光は、下層クラ
ッド、コアおよび上層クラッドからなる上記光導波路を
伝播し、上記光導波路途中に形成した放物形状ミラーに
より水平方向にコリメート(平行化)される。ここで、
放物形状とは、面形状であって、その面と、半導体基板
面に平行な面との交線が放物線であり、半導体基板面に
垂直な母線を有する筒面の形状を意味する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, a light emitting element, a light receiving element, an optical waveguide, a polarization beam splitter, a quarter wavelength plate, and a beam splitter are formed or fixed on the same semiconductor substrate. The light emitted from the light emitting element propagates through the optical waveguide including the lower clad, the core, and the upper clad, and is collimated (parallelized) in the horizontal direction by a parabolic mirror formed in the optical waveguide. here,
The parabolic shape means a surface shape, a line of intersection of the surface and a surface parallel to the semiconductor substrate surface is a parabola, and a shape of a cylindrical surface having a generatrix perpendicular to the semiconductor substrate surface.

【0016】半導体レーザは通常、TE偏光で発振する
ため、TE偏光成分が上記偏光ビームスプリッタを透過
し、上記四分の一波長板で円偏光に変換される。円偏光
ビームの一部は上記ビームスプリッタで反射され、残り
の成分は、外部ミラーすなわち測定対象ミラーに向かっ
て出射し、その外部ミラーで反射し、ビームスプリッタ
に戻る。上記ビームスプリッタからの反射光と上記外部
ミラーからの反射光は、ミラー反射前後で円偏光の回転
方向が反転しているため、ミラー反射後再び四分の一波
長板を透過すると、入射した場合の偏光方向と直交した
直線偏光ビームとなるため、偏光ビームスプリッタで反
射され、光導波路側には戻らない。すなわち、偏光ビー
ムスプリッタと四分の一波長板とで形成されるアイソレ
ータが、戻り光が発光素子である半導体レーザに戻るの
を防いでいる。
Since the semiconductor laser normally oscillates with TE polarized light, the TE polarized component is transmitted through the polarization beam splitter and converted into circularly polarized light by the quarter wavelength plate. A part of the circularly polarized beam is reflected by the beam splitter, and the remaining component is emitted toward an external mirror, that is, a mirror to be measured, reflected by the external mirror, and returned to the beam splitter. When the reflected light from the beam splitter and the reflected light from the external mirror have the circularly polarized light rotating in the opposite direction before and after the mirror reflection, when they are transmitted through the quarter-wave plate again after the mirror reflection, they are incident. Since it becomes a linearly polarized beam orthogonal to the polarization direction of, it is reflected by the polarizing beam splitter and does not return to the optical waveguide side. That is, the isolator formed by the polarization beam splitter and the quarter-wave plate prevents return light from returning to the semiconductor laser which is a light emitting element.

【0017】偏光ビームスプリッタで反射された、ビー
ムスプリッタからの反射光と外部ミラーからの反射光と
は干渉しあい、受光素子であるフォトダイオードで検出
され、その検出信号から外部ミラーの変位を測定するこ
とができる。この干渉計では、ビームスプリッタからの
反射光(参照光)と外部ミラーからの反射光(測定光)
とが同軸で伝播するので(コモンパス)、共通部分で屈
折率等が変化しても、位相差とならず、環境変化の影響
を受けにくい。なお、このような干渉計は、フィゾー干
渉計と呼ばれる。
The reflected light from the beam splitter reflected by the polarization beam splitter and the reflected light from the external mirror interfere with each other and are detected by a photodiode which is a light receiving element, and the displacement of the external mirror is measured from the detection signal. be able to. In this interferometer, the reflected light from the beam splitter (reference light) and the reflected light from the external mirror (measurement light)
Since and propagate coaxially (common path), even if the refractive index or the like changes in the common part, the phase difference does not occur, and it is unlikely to be affected by environmental changes. Note that such an interferometer is called a Fizeau interferometer.

【0018】さらに、光導波路から出射した光は、垂直
方向には、回折現象により広がるため、同一半導体基板
上にさらにロッドレンズ(円柱形レンズ)を固定し、光
導波路から出射した光をこのロッドレンズにより垂直方
向にコリメートして、偏光ビームスプリッタ、四分の一
波長板、ビームスプリッタを通して外部のミラーに向か
って出射し、外部ミラーからの反射光とビームスプリッ
タからの反射光を偏光ビームスプリッタで反射して、受
光素子で受光することにより、外部ミラーの変位を測定
する。垂直方向にも光をコリメートしているために、従
来技術においては必要であった外部レンズが、本発明に
おいては不要となる。
Further, since the light emitted from the optical waveguide spreads in the vertical direction due to the diffraction phenomenon, a rod lens (cylindrical lens) is further fixed on the same semiconductor substrate, and the light emitted from the optical waveguide is converted to this rod. The light is collimated in the vertical direction by a lens and emitted toward an external mirror through a polarizing beam splitter, a quarter-wave plate, and a beam splitter, and the reflected light from the external mirror and the reflected light from the beam splitter are reflected by the polarizing beam splitter. The displacement of the external mirror is measured by reflecting and receiving by the light receiving element. Since the light is also collimated in the vertical direction, the external lens, which was required in the conventional technique, is not required in the present invention.

【0019】本発明においては、光導波路内部に放物面
形状ミラーとして、たとえば、放物面形状内部全反射ミ
ラーを形成してビームを水平方向にコリメートするた
め、光導波路出射端面は直線となるため、簡単なロッド
レンズのみで垂直方向のコリメートを実現させることが
できる。
In the present invention, as a parabolic mirror inside the optical waveguide, for example, a parabolic internal total reflection mirror is formed to collimate the beam in the horizontal direction, so that the exit end face of the optical waveguide becomes a straight line. Therefore, vertical collimation can be realized with only a simple rod lens.

【0020】さらに、測定対象ミラーがマイクロマシン
の可動部等であって、寸法が小さいときには、ビームス
プリッタの後に、水平方向にビームを集光するロッドレ
ンズを付与することにより、微小なミラーの変位を測定
することができる。
Furthermore, when the mirror to be measured is a movable part of a micromachine or the like and has a small size, a microscopic displacement of the mirror can be achieved by providing a rod lens for converging the beam in the horizontal direction after the beam splitter. Can be measured.

【0021】また、外部ミラーすなわち測定対象ミラー
の変位方向を検出するために、ビームスプリッタの一方
部に発光素子の光の波長の1/8の奇数倍の光路長差を
生じさせる段差(この段差の高さをdとし、周囲の媒質
とビームスプリッタとの屈折率差を△nとすれば、d
は、△n×dが光路長差に等しい、として求められる)
を形成するか、または光導波路出射端面の一方部に発光
素子の光の波長の1/4の奇数倍の光路長差を生じさせ
る段差(その高さは上記と同様にして求められる)を形
成し、受光素子として二分割のフォトダイオードを用い
て90°位相の異なる二つの信号を得て、外部ミラーの
変位を測定するとともに変位方向を検出することができ
る。
Further, in order to detect the displacement direction of the external mirror, that is, the mirror to be measured, a step difference (this step difference) is generated in one part of the beam splitter, which is an odd multiple of 1/8 of the wavelength of the light of the light emitting element. Is d and the refractive index difference between the surrounding medium and the beam splitter is Δn, d
Is calculated as Δn × d is equal to the optical path length difference).
Or a step (its height is obtained in the same manner as above) that causes an optical path length difference that is an odd multiple of 1/4 of the wavelength of the light of the light emitting element at one end of the optical waveguide emission end face. However, it is possible to measure the displacement of the external mirror and detect the displacement direction by using a two-divided photodiode as a light receiving element to obtain two signals having 90 ° different phases.

【0022】図1は本発明にかかわるレーザ干渉計の第
一の実施の形態を示す平面図、図2は図1のA−A’断
面図である。
FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of a laser interferometer according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA 'in FIG.

【0023】図1または図2に示すように、電極1、は
んだ膜2、光導波路3がパターニングされた半導体基板
4上に、発光素子である半導体レーザ5と受光素子であ
るフォトダイオード6aおよび6bが高精度に固定(ボ
ンディング)されて構成されている。半導体レーザ5に
は、光の波長1.3μmまたは1.55μmのDFBレー
ザを用いた。またフォトダイオード6aおよび6bとし
ては、端面入射屈折型フォトダイオードを用いた。この
ようなフォトダイオードに関する論文としては、論文:
H. Fukano, Y. Matsuoka, A Low-Cost Edge-Illuminate
d Refracting-Facet Photodiode Module with Large Ba
ndwidth and High Responsivity, J. Lightwave Techno
logy, Vol. 18, No. 1, 79-83 (2000)を挙げることが
できる。
As shown in FIG. 1 or 2, a semiconductor laser 5 as a light emitting element and photodiodes 6a and 6b as light receiving elements are formed on a semiconductor substrate 4 on which an electrode 1, a solder film 2 and an optical waveguide 3 are patterned. Are fixed (bonded) with high precision. As the semiconductor laser 5, a DFB laser having a light wavelength of 1.3 μm or 1.55 μm was used. As the photodiodes 6a and 6b, end-face incidence refraction type photodiodes were used. Papers on such photodiodes include:
H. Fukano, Y. Matsuoka, A Low-Cost Edge-Illuminate
d Refracting-Facet Photodiode Module with Large Ba
ndwidth and High Responsivity, J. Lightwave Techno
logy, Vol. 18, No. 1, 79-83 (2000).

【0024】なお、上記ような半導体レーザやフォトダ
イオード等の光素子は、GaAs基板、InP基板上に
モノリシックに形成される場合もある。
Optical elements such as semiconductor lasers and photodiodes may be monolithically formed on a GaAs substrate or InP substrate.

【0025】さらに、偏光ビームスプリッタ7、四分の
一波長板8、ビームスプリッタ9を同一半導体基板4上
にボンディング(固定)した。ここでは、半導体基板4
として、シリコン(Si)基板を使用した。光導波路3
は、下部クラッド3-1、コア3-2、上部クラッド3-
3の三層から形成されている。光導波路3の材料として
は、耐熱性、耐薬品性の高いフッ素化ポリイミドを用い
た。これはポリアミド酸溶液をスピンコートで所望の膜
厚に塗布し、べークしてイミド化したものである。この
ポリイミド膜をフォトリソグラフィで所望の形状にパタ
ーニングしたシリコーン系のレジストをエッチングマス
クとして、酸素ガス雰囲気中で反応性イオンエッチング
により加工した。この光導波路3としては、ポリイミド
等の有機系に限定したものではなく、石英系光導波路を
用いることも可能である。下部クラッド3-1の厚さを
十分にとるために、シリコン基板は、KOH(水酸化カ
リウム)溶液等によるウエットエッチングやディープリ
アクティブイオンエッチング(Deep Reactive Ion Etch
ing)装置等によるドライエッチングで加工しておく。
Further, the polarization beam splitter 7, the quarter-wave plate 8 and the beam splitter 9 were bonded (fixed) on the same semiconductor substrate 4. Here, the semiconductor substrate 4
As the substrate, a silicon (Si) substrate was used. Optical waveguide 3
Is the lower clad 3-1, the core 3-2, the upper clad 3-
It is formed from three layers. As the material of the optical waveguide 3, fluorinated polyimide having high heat resistance and chemical resistance was used. This is obtained by applying a polyamic acid solution by spin coating to a desired film thickness, baking and imidizing. This polyimide film was processed by reactive ion etching in an oxygen gas atmosphere using a silicone-based resist obtained by patterning a desired shape by photolithography as an etching mask. The optical waveguide 3 is not limited to an organic type such as polyimide, but it is also possible to use a silica type optical waveguide. In order to make the thickness of the lower clad 3-1 sufficient, the silicon substrate is wet etched by KOH (potassium hydroxide) solution or deep reactive ion etching (Deep Reactive Ion Etch).
ing) dry etching is performed by an apparatus or the like.

【0026】偏光ビームスプリッタ7、ビームスプリッ
タ9は、合成石英基板(厚さ300μm程度)上に、片
面に反射防止膜10となるように誘電体多層膜を蒸着
し、もう片面には、それぞれ、偏光ビームスプリッタ
7、ビームスプリッタ9となるように、誘電体多層膜1
1、12を蒸着して使用した。これらをダイシングによ
り切断し、半導体基板4上にボンディングした。
The polarization beam splitter 7 and the beam splitter 9 are formed by vapor-depositing a dielectric multilayer film on one surface of a synthetic quartz substrate (thickness: about 300 μm) so as to form the antireflection film 10, and on the other surface, respectively. The dielectric multilayer film 1 is formed so as to serve as the polarization beam splitter 7 and the beam splitter 9.
1 and 12 were vapor-deposited and used. These were cut by dicing and bonded on the semiconductor substrate 4.

【0027】四分の一波長板8は、水晶を研磨して作製
し、両面に反射防止膜10となるように誘電体多層膜を
蒸着し、同様にダイシングにより切断し、半導体基板4
上にボンディングした。
The quarter-wave plate 8 is prepared by polishing quartz, a dielectric multilayer film is vapor-deposited on both sides to form the antireflection film 10, and similarly cut by dicing to obtain the semiconductor substrate 4.
Bonded on.

【0028】なお、図2においては、半導体レーザ5が
半導体基板4にボンディングされる前の状態が示されて
おり、ボンディングに際して、半導体レーザ5は図中の
下向き矢印の方向に降下し、半導体レーザ5の活性層5
-1の高さと光導波路3のコア3-2の中心とが一致した
位置でボンディングが行われる。
Note that FIG. 2 shows a state before the semiconductor laser 5 is bonded to the semiconductor substrate 4. At the time of bonding, the semiconductor laser 5 descends in the direction of the downward arrow in the figure, and the semiconductor laser 5 Active layer 5
Bonding is performed at a position where the height of -1 and the center of the core 3-2 of the optical waveguide 3 coincide with each other.

【0029】このレーザ干渉計は以下のように動作す
る。半導体レーザ5に電流を注入するとレーザ発振が起
こる。パワーをできるだけ一定にレーザ発振させる場合
には、半導体レーザ5の片端面(光導波路3と反対側)
に出力モニター用フォトダイオード6bを設置して半導
体レーザ5の出力をモニターし、常にパワーが一定にな
るようにフィードバック回路で半導体レーザ5の注入電
流を制御する。半導体レーザ5から出射した光は、光導
波路3を、垂直方向には光を閉じ込めながら伝播し、光
導波路3途中に形成した放物形状全反射ミラー13によ
り水平方向にコリメートされる。ここで、放物形状と
は、面形状であって、その面と、半導体基板4の面に平
行な面との交線が放物線であり、半導体基板4の面に垂
直な母線を有する筒面の形状を意味する。この放物形状
全反射ミラー13により全反射された光の広がり角を測
定したところ、半値全幅で0.44°の広がり角であっ
た。
This laser interferometer operates as follows. When a current is injected into the semiconductor laser 5, laser oscillation occurs. When oscillating the power as constant as possible, one end face of the semiconductor laser 5 (on the side opposite to the optical waveguide 3)
An output monitor photodiode 6b is installed at the position to monitor the output of the semiconductor laser 5, and the injection current of the semiconductor laser 5 is controlled by a feedback circuit so that the power is always constant. The light emitted from the semiconductor laser 5 propagates in the optical waveguide 3 while confining the light in the vertical direction, and is collimated in the horizontal direction by a parabolic total reflection mirror 13 formed in the optical waveguide 3. Here, the parabolic shape is a surface shape, and a line of intersection between the surface and a surface parallel to the surface of the semiconductor substrate 4 is a parabola, and a cylindrical surface having a generatrix perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 4. Means the shape of. When the spread angle of the light totally reflected by the parabolic total reflection mirror 13 was measured, the spread angle was 0.44 ° in full width at half maximum.

【0030】半導体レーザは通常、TE偏光で発振する
ため、TE偏光成分が上記偏光ビームスプリッタ7を透
過し、四分の一波長板8で円偏光に変換される。円偏光
の一部は上記ビームスプリッタ9で反射され(参照光と
なり)、残り成分は、外部の測定対象ミラーに向かって
出射し、外部ミラーすなわち測定対象ミラー14で反射
され(測定光となり)、ビームスプリッタ9に戻る。上
記ビームスプリッタ9からの反射光(参照光)と上記外
部ミラーすなわち測定対象ミラー14からの反射光(測
定光)は、反射の前後で円偏光の回転方向が反転してい
るため、再び四分の一波長板8を透過すると、入射した
場合の偏光方向と直交した直線偏光となり、偏光ビーム
スプリッタ7で反射され、フォトダイオード6aで受光
される。このようにして、ビームスプリッタ9からの反
射光(参照光)と外部ミラーすなわち測定対象ミラー1
4からの反射光(測定光)は干渉し、偏光ビームスプリ
ッタ7で反射してフォトダイオード6aで検出される。
外部ミラーすなわち測定対象ミラー14をピエゾ素子で
駆動した場合、1/2波長の周期の干渉信号が得られ、
この信号から測定対象ミラーの変位を測定することが可
能であることが判った。
Since the semiconductor laser normally oscillates with TE polarization, the TE polarization component passes through the polarization beam splitter 7 and is converted into circular polarization by the quarter wavelength plate 8. Part of the circularly polarized light is reflected by the beam splitter 9 (becomes reference light), and the remaining component is emitted toward an external measurement target mirror and is reflected by an external mirror, that is, the measurement target mirror 14 (becomes measurement light), Return to the beam splitter 9. The reflected light (reference light) from the beam splitter 9 and the reflected light (measurement light) from the external mirror, that is, the mirror 14 to be measured have their rotation directions of circularly polarized light reversed before and after reflection, and thus are again quadrant. After passing through the one-wave plate 8, the light becomes a linearly polarized light which is orthogonal to the polarization direction of the incident light, is reflected by the polarization beam splitter 7, and is received by the photodiode 6a. In this way, the reflected light (reference light) from the beam splitter 9 and the external mirror, that is, the measurement target mirror 1
The reflected light (measurement light) from 4 interferes, is reflected by the polarization beam splitter 7, and is detected by the photodiode 6a.
When the external mirror, that is, the measurement target mirror 14 is driven by a piezo element, an interference signal having a cycle of ½ wavelength is obtained,
It was found that it is possible to measure the displacement of the measurement target mirror from this signal.

【0031】図3は本発明にかかわるレーザ干渉計の第
二の実施の形態を示す平面図、図4は図3のB−B’断
面図である。光導波路3から出射した光は、垂直方向に
は、回折現象により広がるため、光導波路3の先にさら
にロッドレンズ15aをボンディング(固定)した。こ
こに、ロッドレンズとは円柱形レンズを意味する。光導
波路3から出射した光はロッドレンズ15aにより垂直
方向にもコリメートされた。本発明においては、光導波
路3内部に放物面形状全反射ミラー13を形成してビー
ムを水平方向にコリメートしているため、光導波路3出
射端面は直線となるため、簡単なロッドレンズ15aの
みで垂直方向のコリメーションを実現させることができ
た。なお、ここで使用したロッドレンズ15aは、直径
60μm〜500μmのグレーディエントインデックス
タイプのロッドレンズである。なお、動作原理は、第一
の実施の形態と同じである。
FIG. 3 is a plan view showing a second embodiment of the laser interferometer according to the present invention, and FIG. 4 is a sectional view taken along the line BB 'of FIG. Since the light emitted from the optical waveguide 3 spreads in the vertical direction due to the diffraction phenomenon, the rod lens 15a is further bonded (fixed) to the tip of the optical waveguide 3. Here, the rod lens means a cylindrical lens. The light emitted from the optical waveguide 3 was also collimated in the vertical direction by the rod lens 15a. In the present invention, since the parabolic total reflection mirror 13 is formed inside the optical waveguide 3 to collimate the beam in the horizontal direction, the exit end face of the optical waveguide 3 becomes a straight line, so that only the simple rod lens 15a is provided. It was possible to achieve vertical collimation. The rod lens 15a used here is a gradient index type rod lens having a diameter of 60 μm to 500 μm. The operating principle is the same as that of the first embodiment.

【0032】図5は本発明にかかわるレーザ干渉計の第
三の実施の形態を示す平面図である。第二の実施の形態
を示す図のビームスプリッタの後に、水平方向にビーム
を集光するロッドレンズ15bを付与した。測定対象ミ
ラー14がマイクロマシンの可動部等である場合の微小
な変位を測定することができた。なお、動作原理は、第
一の実施の形態と同じである。
FIG. 5 is a plan view showing a third embodiment of the laser interferometer according to the present invention. After the beam splitter in the diagram showing the second embodiment, a rod lens 15b for converging the beam in the horizontal direction is provided. It was possible to measure a minute displacement when the measurement target mirror 14 is a movable part of a micromachine or the like. The operating principle is the same as that of the first embodiment.

【0033】図6および図7は本発明にかかわるレーザ
干渉計の第四の実施の形態を示す平面図である。ビーム
スプリッタ9の一方部にλ/8(ここで、λは光源の光
の波長である)の奇数倍に等しい光路長差(△n×d、
ここで、△nは周囲の媒質とビームスプリッタとの屈折
率差であり、dは段差の高さである)を与える段差9-1
を形成するか(図6)、または、光導波路3出射端面の
一方部にλ/4の奇数倍に等しい光路長差を与える段差
3-4を形成した(図7)。このようにすれば、受光素
子であるフォトダイオード6aに入射する光の、一方部
を通過した光と他方部を通過した光との間には90°の
位相差ができているから、受光素子であるフォトダイオ
ード6aとして二分割のフォトダイオードを用いて90
°位相の異なる二つの光を別々に受光すれば、二つの信
号が得られるから、この信号を用いて、外部ミラーすな
わち測定対象ミラー14の変位を測定するとともに変位
方向を検出することが可能となる。
FIGS. 6 and 7 are plan views showing a fourth embodiment of the laser interferometer according to the present invention. An optical path length difference (Δn × d, Δn × d,) equal to an odd multiple of λ / 8 (where λ is the wavelength of the light from the light source) is applied to one part of the beam splitter 9.
Where Δn is the refractive index difference between the surrounding medium and the beam splitter, and d is the height of the step) 9-1
Is formed (FIG. 6), or a step 3-4 that gives an optical path length difference equal to an odd multiple of λ / 4 is formed on one part of the emission end face of the optical waveguide 3 (FIG. 7). By doing so, a phase difference of 90 ° is generated between the light that has passed through one portion and the light that has passed through the other portion of the light that is incident on the photodiode 6a that is the light receiving element. As a photodiode 6a which is a
If two lights having different phases are received separately, two signals are obtained. Therefore, it is possible to measure the displacement of the external mirror, that is, the mirror 14 to be measured and detect the displacement direction by using these signals. Become.

【0034】図8は本発明にかかわるレーザ干渉計の第
五の実施の形態を示す平面図である。発光素子である半
導体レーザ5、受光素子であるフォトダイオード6a、
偏光ビームスプリッタ7、四分の一波長板8、ビームス
プリッタ9および半導体基板4上に合わせマーク17を
付与し、合わせマーク17を用いる位置合わせによっ
て、これらの素子を上記半導体基板上に精密にボンディ
ングした。この図は、偏光ビームスプリッタ7、四分の
一波長板8およびビームスプリッタ9の端面を半導体基
板4上に作製した合わせマーク17に合わせる例であ
る。
FIG. 8 is a plan view showing a fifth embodiment of the laser interferometer according to the present invention. A semiconductor laser 5 as a light emitting element, a photodiode 6a as a light receiving element,
The alignment mark 17 is provided on the polarization beam splitter 7, the quarter-wave plate 8, the beam splitter 9, and the semiconductor substrate 4, and these elements are precisely bonded on the semiconductor substrate by alignment using the alignment mark 17. did. This drawing shows an example in which the end faces of the polarization beam splitter 7, the quarter-wave plate 8 and the beam splitter 9 are aligned with the alignment mark 17 formed on the semiconductor substrate 4.

【0035】本発明にかかわるレーザ干渉計の第六の実
施の形態を図4を用いて説明する。図4は図3のB−
B’断面図である。半導体基板4としてシリコンを使用
し、異方性ウエットエッチングにより精密に凹部18を
形成し、発光素子である半導体レーザ5の活性層5-1
(図示せず)の高さと光導波路3のコア3-2の中心お
よびロッドレンズ15aの中心とをほぼ一致させて発光
素子である半導体レーザ5をボンディングし、偏光ビー
ムスプリッタ7、四分の一波長板8、ビームスプリッタ
9およびロッドレンズ15aの各素子を上記シリコン基
板4上に精密に配置することによりレーザ干渉計を作製
した。エッチング溶液にはKOH溶液を用いた。
A sixth embodiment of the laser interferometer according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows B- of FIG.
It is a B'sectional view. Silicon is used as the semiconductor substrate 4, the concave portion 18 is precisely formed by anisotropic wet etching, and the active layer 5-1 of the semiconductor laser 5 as a light emitting element is formed.
The semiconductor laser 5, which is a light emitting element, is bonded with the height (not shown) substantially aligned with the center of the core 3-2 of the optical waveguide 3 and the center of the rod lens 15a. A laser interferometer was produced by precisely disposing the respective elements of the wave plate 8, the beam splitter 9 and the rod lens 15a on the silicon substrate 4. A KOH solution was used as the etching solution.

【0036】図9は本発明にかかわるレーザ干渉計の第
七の実施の形態を示す平面図、図10は図9のC−C’
断面図である。半導体基板4上に光導波路3と同じ材料
を用いて位置決め部19を付与し、偏光ビームスプリッ
タ7、四分の一波長板8およびビームスプリッタ9の各
素子を、位置決め部19を用いる位置決めによって、上
記半導体基板4上に精密に位置決めし、それぞれの素子
を紫外線硬化樹脂で固定することにより、レーザ干渉計
を作製した。
FIG. 9 is a plan view showing a seventh embodiment of the laser interferometer according to the present invention, and FIG. 10 is CC 'of FIG.
FIG. A positioning part 19 is provided on the semiconductor substrate 4 by using the same material as the optical waveguide 3, and each element of the polarization beam splitter 7, the quarter-wave plate 8 and the beam splitter 9 is positioned by using the positioning part 19. A laser interferometer was produced by precisely positioning on the semiconductor substrate 4 and fixing each element with an ultraviolet curing resin.

【0037】以上説明したように、この発明にかかわる
レーザ干渉計は、発光素子、受光素子、レンズ、偏光ビ
ームスプリッタ、四分の一波長板、ビームスプリッタを
同一半導体基板上に形成または固定(ボンディング)す
ることにより、超小型、軽量のレーザ干渉計を大幅にコ
スト削減して実現できる。それぞれの素子は、ハイブリ
ッドに組み立てることが可能であるため、特性の良い素
子を使用することにより、長寿命の干渉計を実現でき
る。また、干渉計の製造工程において、各素子が同一基
板上に形成または固定されるために、各素子の形成また
は固定は二次元的な位置決めでよく、アクティブな三次
元的なアライメント(位置決め)を必要としないので、
大幅なコスト削減が実現できる。
As described above, in the laser interferometer according to the present invention, the light emitting element, the light receiving element, the lens, the polarization beam splitter, the quarter wavelength plate, and the beam splitter are formed or fixed (bonding) on the same semiconductor substrate. By doing so, an ultra-compact and lightweight laser interferometer can be realized at a significantly reduced cost. Since each element can be assembled into a hybrid, an interferometer with a long life can be realized by using an element with good characteristics. Further, in the manufacturing process of the interferometer, since each element is formed or fixed on the same substrate, formation or fixation of each element may be two-dimensional positioning and active three-dimensional alignment (positioning). I don't need it, so
Significant cost reduction can be realized.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明の実施によって、個別部品の組み
立て、調整工程の削減、低コスト化、量産性の改善を可
能とする、高信頼性で、環境変化の影響を受けにくい超
小型レーザ干渉計を提供することができる。
By implementing the present invention, it is possible to assemble individual parts, reduce adjustment steps, reduce costs, and improve mass productivity. The laser interference is highly reliable and is not easily affected by environmental changes. A total can be provided.

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

【図1】本発明における第一の実施の形態を示すレーザ
干渉計の平面図である。
FIG. 1 is a plan view of a laser interferometer showing a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のA−A’部における断面図である。2 is a cross-sectional view taken along the line A-A 'in FIG.

【図3】本発明における第二の実施の形態を示すレーザ
干渉計の平面図である。
FIG. 3 is a plan view of a laser interferometer showing a second embodiment of the present invention.

【図4】図3のB−B’部における断面図である。4 is a cross-sectional view taken along the line B-B 'in FIG.

【図5】本発明における第三の実施の形態を示すレーザ
干渉計の平面図である。
FIG. 5 is a plan view of a laser interferometer showing a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明における第四の実施の形態を示すレーザ
干渉計の平面図である。
FIG. 6 is a plan view of a laser interferometer showing a fourth embodiment of the present invention.

【図7】本発明における第四の実施の形態を示すレーザ
干渉計の平面図である。
FIG. 7 is a plan view of a laser interferometer showing a fourth embodiment of the present invention.

【図8】本発明における第五の実施の形態を示すレーザ
干渉計の平面図である。
FIG. 8 is a plan view of a laser interferometer showing a fifth embodiment of the present invention.

【図9】本発明における第七の実施の形態を示すレーザ
干渉計の平面図である。
FIG. 9 is a plan view of a laser interferometer showing a seventh embodiment of the present invention.

【図10】図9のC−C’部における断面図である。10 is a cross-sectional view taken along the line C-C ′ of FIG.

【図11】従来のレーザ干渉計を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a conventional laser interferometer.

【図12】従来のレーザ干渉計を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a conventional laser interferometer.

【図13】従来のレーザ干渉計を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a conventional laser interferometer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…電極、2…はんだ膜、3…光導波路、3-1…下部
クラッド、3-2…コア、3-3…上部クラッド、3-4
…段差、4…半導体基板、5…半導体レーザ、5-1…
活性層、6a、6b…フォトダイオード、7…偏光ビー
ムスプリッタ、8…四分の一波長板、9…ビームスプリ
ッタ、9-1…段差、10…反射防止膜、11、12…
誘電体多層膜、13…放物形状全反射ミラー、14…測
定対象ミラー、15a、15b…ロッドレンズ、17…
合わせマーク、18…凹部、19…位置決め部、20…
シリコン基板、21…レンズ、22…ビームスプリッ
タ、23…位相シフタ、24…ミラー、25…半導体レ
ーザ、26…フォトダイオード、27…測定対象ミラ
ー、28…参照光、29…信号光、30…ビーム分割
器、31…半導体レーザ、32…電極、33…位相シフ
タ、34…凸端面、35…フッ素化ポリイミドの光導波
路、36…モニタ用フォトダイオード、37…測定対象
ミラー、38…GaAs基板、39…ハーフミラー、4
0…信号光、41…モニタ用フォトダイオード、42…
参照光、43…測定用フォトダイオード。
1 ... Electrode, 2 ... Solder film, 3 ... Optical waveguide, 3-1 ... Lower cladding, 3-2 ... Core, 3-3 ... Upper cladding, 3-4
... step, 4 ... semiconductor substrate, 5 ... semiconductor laser, 5-1 ...
Active layer, 6a, 6b ... Photodiode, 7 ... Polarization beam splitter, 8 ... Quarter wave plate, 9 ... Beam splitter, 9-1 ... Step, 10 ... Antireflection film, 11, 12 ...
Dielectric multilayer film, 13 ... Parabolic shape total reflection mirror, 14 ... Measurement target mirror, 15a, 15b ... Rod lens, 17 ...
Alignment mark, 18 ... Recessed portion, 19 ... Positioning portion, 20 ...
Silicon substrate, 21 ... Lens, 22 ... Beam splitter, 23 ... Phase shifter, 24 ... Mirror, 25 ... Semiconductor laser, 26 ... Photodiode, 27 ... Measuring mirror, 28 ... Reference light, 29 ... Signal light, 30 ... Beam Divider, 31 ... Semiconductor laser, 32 ... Electrode, 33 ... Phase shifter, 34 ... Convex end face, 35 ... Fluorinated polyimide optical waveguide, 36 ... Monitor photodiode, 37 ... Mirror to be measured, 38 ... GaAs substrate, 39 … Half mirror, 4
0 ... Signal light, 41 ... Monitor photodiode, 42 ...
Reference light, 43 ... Photodiode for measurement.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F064 AA03 AA04 BB01 BB05 CC01 EE05 FF01 GG06 GG12 GG20 GG23 GG24 GG33 GG34 GG38 GG39 GG45 HH01 HH05 JJ11 2F065 AA01 AA06 AA20 AA31 BB01 BB25 DD02 DD11 FF52 FF61 GG06 HH04 HH08 HH13 JJ01 JJ18 LL00 LL04 LL12 LL19 LL35 LL36 LL37    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F term (reference) 2F064 AA03 AA04 BB01 BB05 CC01                       EE05 FF01 GG06 GG12 GG20                       GG23 GG24 GG33 GG34 GG38                       GG39 GG45 HH01 HH05 JJ11                 2F065 AA01 AA06 AA20 AA31 BB01                       BB25 DD02 DD11 FF52 FF61                       GG06 HH04 HH08 HH13 JJ01                       JJ18 LL00 LL04 LL12 LL19                       LL35 LL36 LL37

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】発光素子、受光素子、光導波路、偏光ビー
ムスプリッタ、四分の一波長板およびビームスプリッタ
が同一半導体基板上に形成または固定され、上記発光素
子から出射した光を上記光導波路を介して導き、上記光
導波路途中の放物形状ミラーにより水平方向にコリメー
トして、上記偏光ビームスプリッタ、上記四分の一波長
板および上記ビームスプリッタを通して外部のミラーに
向かって出射し、上記外部ミラーからの反射光と上記ビ
ームスプリッタからの反射光とを上記偏光ビームスプリ
ッタで反射して、上記受光素子で受光することにより、
上記外部ミラーの変位を測定することを特徴とするレー
ザ干渉計。
1. A light emitting device, a light receiving device, an optical waveguide, a polarization beam splitter, a quarter-wave plate and a beam splitter are formed or fixed on the same semiconductor substrate, and light emitted from the light emitting device is passed through the optical waveguide. And is collimated in the horizontal direction by a parabolic mirror in the middle of the optical waveguide, and emitted toward an external mirror through the polarization beam splitter, the quarter wavelength plate and the beam splitter, and the external mirror. The reflected light from and the reflected light from the beam splitter is reflected by the polarizing beam splitter, and is received by the light receiving element,
A laser interferometer characterized by measuring the displacement of the external mirror.
【請求項2】請求項1に記載のレーザ干渉計において、
上記半導体基板上にさらに光を垂直方向にコリメートす
る第1のロッドレンズが固定され、上記光導波路から出
射した光を上記第1のロッドレンズにより垂直方向にコ
リメートして、上記偏光ビームスプリッタ、上記四分の
一波長板および上記ビームスプリッタを通して上記外部
ミラーに向かって出射し、上記外部ミラーからの反射光
と上記ビームスプリッタからの反射光とを上記偏光ビー
ムスプリッタで反射して、上記受光素子で受光すること
により、上記外部ミラーの変位を測定することを特徴と
するレーザ干渉計。
2. The laser interferometer according to claim 1, wherein
A first rod lens for collimating light in the vertical direction is further fixed on the semiconductor substrate, and the light emitted from the optical waveguide is collimated in the vertical direction by the first rod lens to obtain the polarization beam splitter, The light is emitted toward the external mirror through the quarter-wave plate and the beam splitter, the reflected light from the external mirror and the reflected light from the beam splitter are reflected by the polarization beam splitter, and the light is received by the light receiving element. A laser interferometer characterized by measuring the displacement of the external mirror by receiving light.
【請求項3】請求項1または2に記載のレーザ干渉計に
おいて、上記半導体基板上にさらに光を水平方向に集光
する第2のロッドレンズが固定され、上記光導波路から
出射した光、または上記第1のロッドレンズから出射し
た光を、上記偏光ビームスプリッタ、上記四分の一波長
板および上記ビームスプリッタを通してから、上記第2
のロッドレンズにより水平方向に集光して上記外部ミラ
ーに向かって出射し、上記外部ミラーからの反射光と上
記ビームスプリッタからの反射光とを上記偏光ビームス
プリッタで反射して、上記受光素子で受光することによ
り、上記外部ミラーの変位を測定することを特徴とする
レーザ干渉計。
3. The laser interferometer according to claim 1 or 2, wherein a second rod lens for converging light in the horizontal direction is further fixed on the semiconductor substrate, and light emitted from the optical waveguide, or The light emitted from the first rod lens passes through the polarization beam splitter, the quarter-wave plate, and the beam splitter, and then passes through the second beam.
Is horizontally condensed by the rod lens of and is emitted toward the external mirror, and the reflected light from the external mirror and the reflected light from the beam splitter are reflected by the polarization beam splitter, and are reflected by the light receiving element. A laser interferometer characterized by measuring the displacement of the external mirror by receiving light.
【請求項4】請求項1〜請求項3のいずれかに記載のレ
ーザ干渉計において、上記ビームスプリッタの一方部に
上記発光素子の光の波長の1/8の奇数倍の光路長差を
生じさせる段差を形成するか、または上記光導波路出射
端面の一方部に上記発光素子の光の波長の1/4の奇数
倍の光路長差を生じさせる段差を形成し、上記受光素子
として二分割のフォトダイオードを用いて、90°位相
の異なる二つの信号を得て、上記外部ミラーの変位を測
定するとともに変位方向を検出することを特徴とするレ
ーザ干渉計。
4. The laser interferometer according to any one of claims 1 to 3, wherein an optical path length difference that is an odd multiple of ⅛ of a wavelength of light of the light emitting element is generated in one part of the beam splitter. Or a step that causes an optical path length difference that is an odd multiple of 1/4 of the wavelength of the light of the light emitting element is formed in one part of the light emitting surface of the optical waveguide, and the light receiving element is divided into two parts. A laser interferometer characterized in that it uses a photodiode to obtain two signals having 90 ° different phases to measure the displacement of the external mirror and detect the displacement direction.
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