JP2012242280A - Detection system, michelson interferometer, and fourier transformation spectroscopic analyzer - Google Patents

Detection system, michelson interferometer, and fourier transformation spectroscopic analyzer Download PDF

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祐亮 平尾
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a detection system capable of easily detecting whether or not laser light is being emitted from a semiconductor laser in a state where one vertical mode and two vertical modes coexist.SOLUTION: A detection system includes: a fixed mirror 15; a movable mirror 16; light flux branch means 14 for dividing laser light emitted from a semiconductor laser 22 and synthesizing the laser light reflected respectively against the fixed mirror 15 and the movable mirror 16; light reception means 25 for receiving the laser light synthesized by the light flux branch means 14; and a control part 26. When the detection system performs the detection, the control part 26 moves the movable mirror 16 so as to change an optical path difference between the laser light to be reflected against the fixed mirror 15 and the laser light to be reflected against the movable mirror 16. The detection is performed based on whether or not the interference signal of the laser light to be received by the reception means 25 becomes discontinuous by a change in the contrast of the laser light.

Description

本発明は、検知システム、マイケルソン干渉計、および、フーリエ変換分光分析装置に関し、特に、1つの縦モードおよび2つの縦モードの双方が混在している状態で半導体レーザーからレーザー光が出射されているか否かを検知する検知システム、その検知システムを備えたマイケルソン干渉計、および、そのマイケルソン干渉計を備えたフーリエ変換分光分析装置に関する。   The present invention relates to a detection system, a Michelson interferometer, and a Fourier transform spectroscopic analyzer, and in particular, a laser beam is emitted from a semiconductor laser in a state where both one longitudinal mode and two longitudinal modes are mixed. The present invention relates to a detection system for detecting whether there is a detection system, a Michelson interferometer including the detection system, and a Fourier transform spectroscopic analysis apparatus including the Michelson interferometer.

米国特許出願公開第2004/0071173号明細書(特許文献1)に開示されるように、半導体レーザーは、試験、測定、または分析などの用途に幅広く用いられる。このような分野において、半導体レーザーとしては、DBR(Distributed Bragg Reflector)型の半導体レーザー、または、DFB(Distributed Feedback)型の半導体レーザーなどが用いられている。   As disclosed in U.S. Patent Application Publication No. 2004/0071173 (Patent Document 1), semiconductor lasers are widely used in applications such as testing, measurement, or analysis. In such a field, a DBR (Distributed Bragg Reflector) type semiconductor laser, a DFB (Distributed Feedback) type semiconductor laser, or the like is used as a semiconductor laser.

これらの半導体レーザーにおいては、半導体が活性領域として使用される。半導体の屈折率は、半導体に流される電流の大きさ(半導体に流し込まれるキャリアの密度)、および半導体の温度などによって変化する。このため、一般的に、半導体に流される電流の大きさの変化または半導体の温度の変化によって、半導体レーザーから出射されるレーザー光の波長は影響され易い。   In these semiconductor lasers, a semiconductor is used as an active region. The refractive index of a semiconductor varies depending on the magnitude of current that flows in the semiconductor (the density of carriers that flow into the semiconductor), the temperature of the semiconductor, and the like. For this reason, in general, the wavelength of laser light emitted from a semiconductor laser is easily affected by a change in the magnitude of a current flowing through the semiconductor or a change in the temperature of the semiconductor.

センシングまたは分光学等の多くのアプリケーションにおいては、半導体レーザーが、1つの縦モード(シングルモード)でレーザー光を発光していることが重要である。しかしながら、半導体に流される電流の大きさまたは半導体の温度の変化によって、1つの縦モードおよび2つの縦モードの双方が混在している状態で半導体レーザーからレーザー光が発光される場合がある。この場合、半導体レーザーを用いたセンシングまたは分光学等においては、望ましい結果を得ることが困難となる。   In many applications such as sensing or spectroscopy, it is important that the semiconductor laser emits laser light in one longitudinal mode (single mode). However, there is a case where laser light is emitted from the semiconductor laser in a state where both one longitudinal mode and two longitudinal modes coexist depending on the magnitude of the current flowing in the semiconductor or the temperature of the semiconductor. In this case, it is difficult to obtain a desired result in sensing or spectroscopy using a semiconductor laser.

米国特許出願公開第2004/0071173号明細書US Patent Application Publication No. 2004/0071173

本発明は、1つの縦モードおよび2つの縦モードの双方が混在している状態で半導体レーザーからレーザー光が出射されているか否かを容易に検知することが可能な検知システム、その検知システムを備えたマイケルソン干渉計、および、そのマイケルソン干渉計を備えたフーリエ変換分光分析装置を提供することを目的とする。   The present invention provides a detection system capable of easily detecting whether or not laser light is emitted from a semiconductor laser in a state where both one longitudinal mode and two longitudinal modes are mixed. It is an object of the present invention to provide a Michelson interferometer and a Fourier transform spectroscopic analyzer including the Michelson interferometer.

本発明に基づく検知システムは、1つの縦モードおよび2つの縦モードの双方が混在している状態で半導体レーザーからレーザー光が出射されているか否かを検知する検知システムであって、第1反射手段および第2反射手段と、上記半導体レーザーから出射されたレーザー光を上記第1反射手段に向かうレーザー光と上記第2反射手段に向かうレーザー光とに分割するとともに、上記第1反射手段および上記第2反射手段の各々に反射したレーザー光を合成する光束分岐手段と、上記光束分岐手段によって合成されたレーザー光を受光する受光手段と、制御部と、を備え、上記検知システムが、1つの縦モードおよび2つの縦モードの双方が混在している状態で上記半導体レーザーからレーザー光が出射されているか否かを検知する際には、上記制御部は、上記第1反射手段に反射されるレーザー光と上記第2反射手段に反射されるレーザー光との光路差が変化するように、上記第1反射手段および/または上記第2反射手段を移動させ、上記受光手段により受光されるレーザー光の干渉信号がレーザー光のコントラストが変化することによって不連続になった場合には、上記制御部は、1つの縦モードおよび2つの縦モードの双方が混在している状態で上記半導体レーザーからレーザー光が出射されていると判断する。   The detection system based on this invention is a detection system which detects whether the laser beam is radiate | emitted from the semiconductor laser in the state where both one longitudinal mode and two longitudinal modes coexist, Comprising: 1st reflection And means for dividing the laser light emitted from the semiconductor laser into laser light directed to the first reflective means and laser light directed to the second reflective means, and the first reflective means and the second reflective means A light beam splitting unit configured to combine the laser beams reflected by each of the second reflection units, a light receiving unit configured to receive the laser light combined by the beam splitting unit, and a control unit. When detecting whether laser light is emitted from the semiconductor laser in a state where both the longitudinal mode and the two longitudinal modes are mixed The control unit is configured to change the optical path difference between the laser beam reflected by the first reflecting unit and the laser beam reflected by the second reflecting unit, and / or the second reflecting unit and / or the second reflecting unit. When the interference signal of the laser beam received by the light receiving unit becomes discontinuous due to the change in the contrast of the laser beam, the control unit has one longitudinal mode and two longitudinal modes. It is determined that laser light is emitted from the semiconductor laser in a state where both of the above are mixed.

好ましくは、上記半導体レーザーは、回折格子を用いる波長安定化半導体レーザーである。好ましくは、1つの縦モードおよび2つの縦モードの双方が混在している状態で上記半導体レーザーがレーザー光を出射していると判断した場合には、上記制御部は、1つの縦モードで上記半導体レーザーがレーザー光を出射するように、上記半導体レーザーの動作電流値を変化させる。   Preferably, the semiconductor laser is a wavelength stabilized semiconductor laser using a diffraction grating. Preferably, when it is determined that the semiconductor laser emits laser light in a state where both one longitudinal mode and two longitudinal modes are mixed, the control unit performs the above operation in one longitudinal mode. The operating current value of the semiconductor laser is changed so that the semiconductor laser emits laser light.

好ましくは、上記第1反射手段に反射されるレーザー光と上記第2反射手段に反射されるレーザー光との上記光路差は、上記第1反射手段および/または上記第2反射手段の移動によって所定の範囲内で変化するように構成され、上記制御部は、上記半導体レーザーが2つの縦モードで出射している状態のレーザー光の可干渉距離を予め記憶しており、上記検知システムが、1つの縦モードおよび2つの縦モードの双方が混在している状態で上記半導体レーザーからレーザー光が出射されているか否かを検知する際には、上記制御部は、上記光路差の最大値が上記可干渉距離よりも長くなるように、上記第1反射手段および/または上記第2反射手段を移動させ、上記光路差が所定の値から上記最大値に変化するまでの間に、上記受光手段により受光されるレーザー光の干渉信号がレーザー光のコントラストが変化することによって不連続になった場合には、上記制御部は、1つの縦モードおよび2つの縦モードの双方が混在している状態で上記半導体レーザーからレーザー光が出射されていると判断する。   Preferably, the optical path difference between the laser light reflected by the first reflecting means and the laser light reflected by the second reflecting means is predetermined by the movement of the first reflecting means and / or the second reflecting means. The control unit stores in advance the coherence distance of the laser light in a state in which the semiconductor laser is emitted in two longitudinal modes, and the detection system has 1 When detecting whether or not laser light is emitted from the semiconductor laser in a state where both of the two longitudinal modes and the two longitudinal modes are mixed, the control unit has the maximum value of the optical path difference as described above. The first reflecting means and / or the second reflecting means is moved so as to be longer than the coherence distance, and the light receiving means is moved until the optical path difference changes from a predetermined value to the maximum value. When the interference signal of the received laser beam becomes discontinuous due to a change in the contrast of the laser beam, the control unit is in a state where both one longitudinal mode and two longitudinal modes are mixed. Thus, it is determined that laser light is emitted from the semiconductor laser.

本発明に基づくマイケルソン干渉計は、本発明に基づく上記の検知システムと、上記光束分岐手段によって合成されたレーザー光を干渉光として検出する検出器と、を備え、上記第1反射手段は、固定鏡であり、上記第2反射手段は、移動鏡である。   A Michelson interferometer according to the present invention includes the detection system according to the present invention, and a detector that detects the laser light combined by the light beam splitting means as interference light, and the first reflecting means includes: It is a fixed mirror, and the second reflecting means is a moving mirror.

好ましくは、上記固定鏡の傾きを補正する光路補正装置をさらに備え、上記受光手段は、2以上の受光素子を含み、上記制御部は、2以上の上記受光素子の各々が受光したレーザー光の信号位相同士を比較し、上記信号位相同士の間に差がなくなるように上記光路補正装置を駆動して上記固定鏡の傾きを補正する。   Preferably, the optical path correction device further corrects the inclination of the fixed mirror, the light receiving means includes two or more light receiving elements, and the control unit transmits laser light received by each of the two or more light receiving elements. The signal phases are compared with each other, and the optical path correction device is driven to correct the tilt of the fixed mirror so that there is no difference between the signal phases.

本発明に基づくフーリエ変換分光分析装置は、上記検出器が検出した上記干渉光のスペクトルを算出する演算部と、上記演算部によって得られた上記スペクトルを出力する出力部と、を備える。   The Fourier transform spectroscopic analyzer based on this invention is provided with the calculating part which calculates the spectrum of the said interference light which the said detector detected, and the output part which outputs the said spectrum obtained by the said calculating part.

本発明によれば、1つの縦モードおよび2つの縦モードの双方が混在している状態で半導体レーザーからレーザー光が出射されているか否かを容易に検知することが可能な検知システム、その検知システムを備えたマイケルソン干渉計、および、そのマイケルソン干渉計を備えたフーリエ変換分光分析装置を得ることができる。   According to the present invention, a detection system capable of easily detecting whether or not laser light is emitted from a semiconductor laser in a state where both one longitudinal mode and two longitudinal modes coexist, and its detection A Michelson interferometer equipped with the system and a Fourier transform spectroscopic analyzer equipped with the Michelson interferometer can be obtained.

実施の形態における検知システムを備えるマイケルソン干渉計、およびそのマイケルソン干渉計を備えるフーリエ変換分光分析装置を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the Michelson interferometer provided with the detection system in embodiment, and the Fourier-transform spectroscopy analyzer provided with the Michelson interferometer. 実施の形態における検知システムに用いられる参照検出器の構成を示す正面図である。It is a front view which shows the structure of the reference detector used for the detection system in embodiment. (A)は、実施の形態における検知システムに用いられる参照検出器が検出した干渉光の一部の強度の経時的な変化を示す図である。(B)は、実施の形態における検知システムに用いられる参照検出器が検出した干渉光の残部の強度の経時的な変化を示す図である。(A) is a figure which shows the time-dependent change of the intensity | strength of a part of interference light which the reference detector used for the detection system in embodiment detected. (B) is a figure which shows the time-dependent change of the intensity | strength of the remainder of the interference light which the reference detector used for the detection system in embodiment detected. 参照光源が2つの縦モードでレーザー光を出射している場合の、レーザー光の波長とレーザー光の強度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the wavelength of a laser beam, and the intensity | strength of a laser beam in case the reference light source is radiate | emitting a laser beam by two longitudinal modes. 参照光源から出射されるレーザー光によって形成される光路差と、そのレーザー光の干渉光強度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the optical path difference formed with the laser beam radiate | emitted from a reference light source, and the interference light intensity | strength of the laser beam. 参照光源が1つの縦モードでレーザー光を出射している場合における、受光素子によって検出された干渉信号と信号強度とを、時間と信号電圧との関係として示した図である。It is the figure which showed the interference signal and signal intensity | strength detected by the light receiving element in case the reference light source is radiating | emitting a laser beam by one longitudinal mode as a relationship between time and a signal voltage. 参照光源が1つの縦モードおよび2つの縦モードが混在している状態でレーザー光を出射している場合における、受光素子によって検出された干渉信号と信号強度とを、時間と信号電圧との関係として示した図である。When the reference light source emits laser light in a state where one longitudinal mode and two longitudinal modes are mixed, the interference signal detected by the light receiving element and the signal intensity are related to time and the signal voltage. It is the figure shown as. 参照光源に加える駆動電流値と、参照光源から出射されるレーザー光の波長との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the drive current value added to a reference light source, and the wavelength of the laser beam radiate | emitted from a reference light source.

本発明に基づいた実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。実施の形態の説明において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。実施の形態の説明において、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。   Embodiments based on the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description of the embodiments, when referring to the number, amount, and the like, the scope of the present invention is not necessarily limited to the number, amount, or the like unless otherwise specified. In the description of the embodiments, the same parts and corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description may not be repeated.

[実施の形態]
(フーリエ変換分光分析装置100・マイケルソン干渉計10)
図1を参照して、実施の形態におけるフーリエ変換分光分析装置100について説明する。フーリエ変換分光分析装置100は、マイケルソン干渉計10、演算部20、および出力部30を備えている。マイケルソン干渉計10は、分光光学系11、検知システムとしての参照光学系21、および光路補正装置28を含んでいる。
[Embodiment]
(Fourier transform spectroscopic analyzer 100 / Michelson interferometer 10)
With reference to FIG. 1, a Fourier transform spectroscopic analyzer 100 in the embodiment will be described. The Fourier transform spectroscopic analysis apparatus 100 includes a Michelson interferometer 10, a calculation unit 20, and an output unit 30. The Michelson interferometer 10 includes a spectroscopic optical system 11, a reference optical system 21 as a detection system, and an optical path correction device 28.

(分光光学系11)
分光光学系11は、光源12、コリメート光学系13、ビームスプリッター14(光束分岐手段)、固定鏡15(第1反射手段)、移動鏡16(第2反射手段)、集光光学系17、検出器18、および平行移動機構19を有している。
(Spectral optical system 11)
The spectroscopic optical system 11 includes a light source 12, a collimating optical system 13, a beam splitter 14 (light beam splitting means), a fixed mirror 15 (first reflecting means), a moving mirror 16 (second reflecting means), a condensing optical system 17, and a detection. And a translation mechanism 19.

光源12は、色温度2900Kのランプ等の発光素子から構成され、赤外光等のランプ光を出射する。光源12が出射したランプ光は、参照光学系21(詳細は後述する)における光路合成鏡23に導入され、参照光源22(詳細は後述する)が出射したレーザー光と合成される。ランプ光およびレーザー光の合成によって形成された合成光は、光路合成鏡23から出射され、コリメート光学系13によって平行光に変換された後、ビームスプリッター14に導入される。ビームスプリッター14は、ハーフミラー等から構成され、設計により任意の波長の光を任意の割合で分岐することができる。ビームスプリッター14としては、光学薄膜を利用したもの、偏光板を利用したもの、または、これらを複合したものから構成されるとよい。ビームスプリッター14に導入された合成光(入射光)は2光束に分割される。   The light source 12 includes a light emitting element such as a lamp having a color temperature of 2900K, and emits lamp light such as infrared light. The lamp light emitted from the light source 12 is introduced into an optical path combining mirror 23 in the reference optical system 21 (details will be described later), and is combined with the laser light emitted from the reference light source 22 (details will be described later). The combined light formed by combining the lamp light and the laser light is emitted from the optical path combining mirror 23, converted into parallel light by the collimating optical system 13, and then introduced into the beam splitter 14. The beam splitter 14 is composed of a half mirror or the like, and can branch light of an arbitrary wavelength at an arbitrary ratio by design. The beam splitter 14 may be configured using an optical thin film, a polarizing plate, or a combination of these. The combined light (incident light) introduced into the beam splitter 14 is split into two light beams.

分割された合成光(レーザー光を含む)の一方は固定鏡15に向かい、固定鏡15に照射される。固定鏡15に反射した合成光(反射光)は、反射前と略同一の光路を通過してビームスプリッター14に再び照射される。分割された合成光(レーザー光を含む)の他方は移動鏡16に向かい、移動鏡16に照射される。移動鏡16に反射した合成光(反射光)は、反射前と略同一の光路を通過してビームスプリッター14に再び照射される。固定鏡15からの反射光および移動鏡16からの反射光は、ビームスプリッター14によって合成される(重ね合わせられる)。   One of the divided combined lights (including laser light) is directed to the fixed mirror 15 and irradiated onto the fixed mirror 15. The combined light (reflected light) reflected by the fixed mirror 15 passes through substantially the same optical path as before the reflection and is irradiated again to the beam splitter 14. The other of the divided synthesized light (including laser light) is directed to the movable mirror 16 and is irradiated on the movable mirror 16. The combined light (reflected light) reflected by the movable mirror 16 passes through substantially the same optical path as before reflection and is irradiated again to the beam splitter 14. The reflected light from the fixed mirror 15 and the reflected light from the movable mirror 16 are combined (superposed) by the beam splitter 14.

ここで、分割された合成光の他方が移動鏡16に反射する際、移動鏡16は平行移動機構19によって平行を維持した状態で矢印AR方向に往復移動している。移動鏡16の速度は、たとえば100m/secである。移動鏡16の往復移動によって、固定鏡15からの反射光と移動鏡16からの反射光との間には、光路長の差(以下、光路差ともいう)が生じている。   Here, when the other of the divided combined light is reflected by the movable mirror 16, the movable mirror 16 is reciprocated in the direction of the arrow AR while being kept parallel by the parallel movement mechanism 19. The speed of the movable mirror 16 is, for example, 100 m / sec. Due to the reciprocating movement of the movable mirror 16, a difference in optical path length (hereinafter also referred to as an optical path difference) occurs between the reflected light from the fixed mirror 15 and the reflected light from the movable mirror 16.

具体的には、ビームスプリッター14によって分割され、固定鏡15による反射を経て再びビームスプリッター14に照射される合成光(レーザー光を含む)の光路長は、(L1×2)によって表される。ビームスプリッター14によって分割され、移動鏡16による反射を経て再びビームスプリッター14に照射される合成光(レーザー光を含む)の光路長は、(L2×2)によって表される。   Specifically, the optical path length of the combined light (including the laser light) that is split by the beam splitter 14 and irradiated again to the beam splitter 14 after being reflected by the fixed mirror 15 is represented by (L1 × 2). The optical path length of the combined light (including laser light) that is split by the beam splitter 14 and irradiated again to the beam splitter 14 after being reflected by the movable mirror 16 is represented by (L2 × 2).

したがって、固定鏡15に反射される合成光と移動鏡16に反射される合成光との光路差は、|(L2×2)−(L1×2)|によって表される。固定鏡15からの反射光と移動鏡16からの反射光とは、ビームスプリッター14に合成されることによって干渉光を形成する。   Therefore, the optical path difference between the combined light reflected by the fixed mirror 15 and the combined light reflected by the movable mirror 16 is represented by | (L2 × 2) − (L1 × 2) |. The reflected light from the fixed mirror 15 and the reflected light from the movable mirror 16 are combined with the beam splitter 14 to form interference light.

移動鏡16の位置に応じて、光路差|(L2×2)−(L1×2)|は周期的に変化する。光路差に応じて干渉光としての光の強度も連続的に変化する。光路差が、たとえば、コリメート光学系13からビームスプリッター14に照射される光の波長の整数倍のとき、干渉光としての光の強度は最大となる。   Depending on the position of the movable mirror 16, the optical path difference | (L2 × 2) − (L1 × 2) | changes periodically. The intensity of light as interference light also changes continuously according to the optical path difference. For example, when the optical path difference is an integral multiple of the wavelength of the light emitted from the collimating optical system 13 to the beam splitter 14, the intensity of the light as interference light is maximized.

干渉光を形成した光は、集光光学系17および光路分離鏡24を通して試料Sに照射される。具体的には、ビームスプリッター14によって合成された光は、ビームスプリッター14から干渉光として出射された後、集光光学系17によって集光される。集光光学系17によって集光された光は、検知システムとしての参照光学系21(詳細は後述する)における光路分離鏡24に導入される。光路分離鏡24によって分割された干渉光の一方が、試料Sに照射される。光路分離鏡24によって分割された干渉光の他方は、後述する参照検出器25に導入される。検出器18は、試料Sを透過した合成光(レーザー光を含む)を干渉パターン(インターフェログラム)として検出する。この干渉パターンは、CPU(Central Processing Unit)等を含む演算部20に送られる。演算部20は、収集(サンプリング)した干渉パターンをアナログ形式からデジタル形式に変換し、変換後のデータをさらにフーリエ変換する。   The light that forms the interference light is applied to the sample S through the condensing optical system 17 and the optical path separation mirror 24. Specifically, the light combined by the beam splitter 14 is emitted as interference light from the beam splitter 14 and then condensed by the condensing optical system 17. The light condensed by the condensing optical system 17 is introduced into an optical path separation mirror 24 in a reference optical system 21 (details will be described later) as a detection system. One of the interference lights divided by the optical path separation mirror 24 is irradiated on the sample S. The other of the interference lights divided by the optical path separation mirror 24 is introduced into a reference detector 25 described later. The detector 18 detects the synthesized light (including laser light) that has passed through the sample S as an interference pattern (interferogram). This interference pattern is sent to a calculation unit 20 including a CPU (Central Processing Unit) and the like. The computing unit 20 converts the collected (sampled) interference pattern from an analog format to a digital format, and further performs a Fourier transform on the converted data.

フーリエ変換によって、試料Sを透過した光(干渉光)の波数(=1/波長)毎の光の強度を示すスペクトル分布が算出される。フーリエ変換後のデータは、出力部30を通して他の機器に出力されたりディスプレイ等に表示されたりする。このスペクトル分布に基づいて、試料Sの特性(たとえば、材料、構造、または成分量)が分析される。   A spectral distribution indicating the light intensity for each wave number (= 1 / wavelength) of light (interference light) transmitted through the sample S is calculated by Fourier transform. The data after the Fourier transform is output to another device through the output unit 30 or displayed on a display or the like. Based on this spectral distribution, the characteristics (eg, material, structure, or amount of components) of the sample S are analyzed.

(参照光学系21)
検知システムとしての機能を含む参照光学系21は、コリメート光学系13、ビームスプリッター14、固定鏡15、移動鏡16、集光光学系17、参照光源22(半導体レーザー)、光路合成鏡23、光路分離鏡24、参照検出器25(受光手段)、および制御部26を有している。コリメート光学系13、ビームスプリッター14、固定鏡15、移動鏡16、および集光光学系17は、分光光学系11および参照光学系21の双方の構成として共通している。
(Reference optical system 21)
The reference optical system 21 including a function as a detection system includes a collimating optical system 13, a beam splitter 14, a fixed mirror 15, a moving mirror 16, a condensing optical system 17, a reference light source 22 (semiconductor laser), an optical path synthesis mirror 23, an optical path. A separation mirror 24, a reference detector 25 (light receiving means), and a control unit 26 are included. The collimating optical system 13, the beam splitter 14, the fixed mirror 15, the moving mirror 16, and the condensing optical system 17 are common to both the spectroscopic optical system 11 and the reference optical system 21.

参照光源22は、半導体レーザー等の発光素子から構成され、赤色光等のレーザー光(波長はたとえば300nm〜1100nm)を出射する。参照光源22としては、VHG(Volume Holographic Grating)型の半導体レーザー、または、FBG(Fiber Bragg Grating)型の半導体レーザーなど、回折格子を用いる波長安定化型半導体レーザーが用いられるとよい。また、参照光源22としては、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER)が用いられてもよい。   The reference light source 22 is composed of a light emitting element such as a semiconductor laser, and emits laser light (wavelength is, for example, 300 nm to 1100 nm) such as red light. As the reference light source 22, a wavelength stabilized semiconductor laser using a diffraction grating such as a VHG (Volume Holographic Grating) type semiconductor laser or an FBG (Fiber Bragg Grating) type semiconductor laser may be used. Further, as the reference light source 22, a VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting LASER) may be used.

上述のとおり、参照光源22が出射したレーザー光は光路合成鏡23に導入される。光路合成鏡23はハーフミラー等から構成される。光源12からのランプ光は光路合成鏡23を透過する。参照光源22からのレーザー光は光路合成鏡23に反射される。   As described above, the laser light emitted from the reference light source 22 is introduced into the optical path synthesis mirror 23. The optical path combining mirror 23 is composed of a half mirror or the like. The lamp light from the light source 12 passes through the optical path combining mirror 23. Laser light from the reference light source 22 is reflected by the optical path combining mirror 23.

光源12からのランプ光および参照光源22からのレーザー光は、光路合成鏡23によって合成された状態で、光路合成鏡23から同一光路上に出射される。光路合成鏡23から出射された合成光は、コリメート光学系13によって平行光に変換された後、ビームスプリッター14に導入されて2光束に分割される。   The lamp light from the light source 12 and the laser light from the reference light source 22 are emitted from the optical path combining mirror 23 onto the same optical path in a state where they are combined by the optical path combining mirror 23. The combined light emitted from the optical path combining mirror 23 is converted into parallel light by the collimating optical system 13 and then introduced into the beam splitter 14 and split into two light beams.

上述のとおり、分割された合成光の一方は固定鏡15に照射され、反射光としてビームスプリッター14に再び照射される。分割された合成光の他方は移動鏡16に照射され、反射光としてビームスプリッター14に再び照射される。固定鏡15からの反射光と移動鏡16からの反射光とは、ビームスプリッター14に合成されることによって干渉光を形成する。なお、上述の光路長の差|(L2×2)−(L1×2)|を形成可能であれば、固定鏡15(第1反射手段)および移動鏡16(第2反射手段)が相対的に移動可能に構成されていればよく、固定鏡15および移動鏡16の双方が移動可能に構成されてもよい。   As described above, one of the divided combined lights is irradiated on the fixed mirror 15 and again irradiated on the beam splitter 14 as reflected light. The other of the divided combined light is irradiated on the movable mirror 16 and again irradiated on the beam splitter 14 as reflected light. The reflected light from the fixed mirror 15 and the reflected light from the movable mirror 16 are combined with the beam splitter 14 to form interference light. If the above-described optical path length difference | (L2 × 2) − (L1 × 2) | can be formed, the fixed mirror 15 (first reflecting means) and the moving mirror 16 (second reflecting means) are relatively The fixed mirror 15 and the movable mirror 16 may both be configured to be movable.

上述のとおり、干渉光を形成した光は、集光光学系17および光路分離鏡24を通して試料Sに照射される。具体的には、ビームスプリッター14によって合成された光は、ビームスプリッター14から干渉光として出射された後、集光光学系17によって集光される。集光光学系17によって集光された光は、参照光学系21における光路分離鏡24に導入される。光路分離鏡24はハーフミラー等から構成され、光路分離鏡24によって分割された光の一方は、試料Sに照射される。光路分離鏡24によって分割された光の他方は、参照検出器25に導入される。   As described above, the light forming the interference light is irradiated to the sample S through the condensing optical system 17 and the optical path separation mirror 24. Specifically, the light combined by the beam splitter 14 is emitted as interference light from the beam splitter 14 and then condensed by the condensing optical system 17. The light condensed by the condensing optical system 17 is introduced into the optical path separation mirror 24 in the reference optical system 21. The optical path separation mirror 24 is constituted by a half mirror or the like, and one of the lights divided by the optical path separation mirror 24 is irradiated on the sample S. The other of the lights divided by the optical path separation mirror 24 is introduced into the reference detector 25.

光源12から出射され、光路合成鏡23、コリメート光学系13、ビームスプリッター14、固定鏡15、移動鏡16、および集光光学系17を通して光路分離鏡24に導入された光は、光路分離鏡24を透過する。上述のとおり、光路分離鏡24を透過したこの光(干渉光)は、試料Sをさらに透過した後、検出器18によって検出される。   The light emitted from the light source 12 and introduced into the optical path separating mirror 24 through the optical path combining mirror 23, the collimating optical system 13, the beam splitter 14, the fixed mirror 15, the moving mirror 16, and the condensing optical system 17 is reflected by the optical path separating mirror 24. Transparent. As described above, this light (interference light) that has passed through the optical path separation mirror 24 further passes through the sample S and is then detected by the detector 18.

一方、参照光源22から出射され、光路合成鏡23、コリメート光学系13、ビームスプリッター14、固定鏡15、移動鏡16、および集光光学系17を通して光路分離鏡24に導入された光は、光路分離鏡24に反射される。光路分離鏡24からの反射光(干渉光)は、4分割センサ等から構成される参照検出器25によって干渉パターンとして検出される。   On the other hand, the light emitted from the reference light source 22 and introduced into the optical path separation mirror 24 through the optical path synthesis mirror 23, the collimating optical system 13, the beam splitter 14, the fixed mirror 15, the moving mirror 16, and the condensing optical system 17 Reflected by the separation mirror 24. Reflected light (interference light) from the optical path separation mirror 24 is detected as an interference pattern by a reference detector 25 constituted by a quadrant sensor or the like.

干渉光の干渉パターンは、CPU等を含む制御部26に送られる。制御部26は、収集した干渉パターンに基づく信号を処理し、光路分離鏡24から照射される反射光の強度を算出する。制御部26は、光路分離鏡24からの反射光の強度に基づいて、演算部20におけるサンプリングのタイミングを示す信号を生成することができる。演算部20におけるサンプリングのタイミングを示す信号は、公知の手段によって生成されることができる。   The interference pattern of the interference light is sent to the control unit 26 including a CPU and the like. The control unit 26 processes a signal based on the collected interference pattern and calculates the intensity of the reflected light emitted from the optical path separation mirror 24. The control unit 26 can generate a signal indicating the sampling timing in the calculation unit 20 based on the intensity of the reflected light from the optical path separation mirror 24. A signal indicating the sampling timing in the arithmetic unit 20 can be generated by a known means.

制御部26は、光路分離鏡24からの反射光の強度に基づいて、2光路間における光の傾き(固定鏡15からの反射光と移動鏡16からの反射光との相対的な傾き)を算出することもできる。2光路間における光の傾きは、たとえば以下のように算出される。   Based on the intensity of the reflected light from the optical path separation mirror 24, the control unit 26 determines the inclination of the light between the two optical paths (the relative inclination between the reflected light from the fixed mirror 15 and the reflected light from the movable mirror 16). It can also be calculated. For example, the inclination of light between the two optical paths is calculated as follows.

図2を参照して、4分割センサから構成される参照検出器25は、4つの受光素子E1〜E4を有している。受光素子E1〜E4は反時計回りに並んで相互に隣接している。受光素子E1〜E4によって構成される領域に、光路分離鏡24からの反射光が照射される。受光素子E1〜E4によって構成される領域の中心と、光路分離鏡24からの反射光のスポットDの中心とは略一致している。   With reference to FIG. 2, the reference detector 25 comprised from a 4-part dividing sensor has the four light receiving elements E1-E4. The light receiving elements E1 to E4 are adjacent to each other in the counterclockwise direction. Reflected light from the optical path separation mirror 24 is irradiated onto the region constituted by the light receiving elements E1 to E4. The center of the region constituted by the light receiving elements E1 to E4 and the center of the spot D of the reflected light from the optical path separation mirror 24 are substantially coincident.

受光素子E1〜E4は、光路分離鏡24からそれぞれの領域に照射された反射光の強度を検出する。光路分離鏡24からの反射光の強度は、経時的に変化する位相信号として、たとえば図3(A)および図3(B)に示されるように検出される。   The light receiving elements E <b> 1 to E <b> 4 detect the intensity of the reflected light emitted from the optical path separation mirror 24 to each region. The intensity of the reflected light from the optical path separation mirror 24 is detected as a phase signal that changes with time, for example, as shown in FIGS. 3 (A) and 3 (B).

図3(A)および図3(B)の各々の横軸は、時間(単位:秒)の経過を示している。図3(A)の縦軸は、受光素子E1が検出した光強度および受光素子E2が検出した光強度の和を強度A1(相対値)として示している。図3(B)の縦軸は、受光素子E3が検出した光強度および受光素子E4が検出した光強度の和を強度A2(相対値)として示している。   Each horizontal axis of FIG. 3 (A) and FIG. 3 (B) indicates the passage of time (unit: second). The vertical axis in FIG. 3A indicates the sum of the light intensity detected by the light receiving element E1 and the light intensity detected by the light receiving element E2 as intensity A1 (relative value). The vertical axis in FIG. 3B indicates the sum of the light intensity detected by the light receiving element E3 and the light intensity detected by the light receiving element E4 as intensity A2 (relative value).

図3(A)および図3(B)に示すように、強度A1と強度A2との間に、位相差Δが生じているとする。位相差Δに基づいて、2光路間での光の傾き(固定鏡15からの反射光と移動鏡16からの反射光との相対的な傾き)が算出される。受光素子E1〜E4からなる他の組み合わせ(たとえば受光素子E1,E4と受光素子E2,E3との組合せ)によって、他の位相差Δを得ることができる。上記の位相差Δとこの他の位相差Δとに基づいて、2光路間での光の傾きの方向(ベクトル)を算出することもできる。   As shown in FIGS. 3A and 3B, it is assumed that there is a phase difference Δ between the intensity A1 and the intensity A2. Based on the phase difference Δ, the inclination of the light between the two optical paths (the relative inclination between the reflected light from the fixed mirror 15 and the reflected light from the movable mirror 16) is calculated. Other phase differences Δ can be obtained by other combinations of the light receiving elements E1 to E4 (for example, combinations of the light receiving elements E1 and E4 and the light receiving elements E2 and E3). Based on the above phase difference Δ and other phase differences Δ, the direction (vector) of the inclination of light between the two optical paths can also be calculated.

(光路補正装置28)
光路補正装置28は、制御部26における検出結果(固定鏡15からの反射光と移動鏡16からの反射光との相対的な傾き)に基づいて、固定鏡15の姿勢(ビームスプリッター14に対する角度)を調整する。当該調整によって、固定鏡15における反射光の光路が補正され、2光路間での光の傾きを無くす(若しくは減少させる)ことが可能となる。光路補正装置28がマイケルソン干渉計10内に設けられていることによって、干渉光をより精度の高く生成することが可能となる。
(Optical path correction device 28)
The optical path correction device 28 determines the attitude of the fixed mirror 15 (angle with respect to the beam splitter 14) based on the detection result in the control unit 26 (relative inclination between the reflected light from the fixed mirror 15 and the reflected light from the moving mirror 16). ). By this adjustment, the optical path of the reflected light at the fixed mirror 15 is corrected, and the inclination of the light between the two optical paths can be eliminated (or reduced). By providing the optical path correction device 28 in the Michelson interferometer 10, it becomes possible to generate interference light with higher accuracy.

(検知システム)
図1を再び参照して、検知システムについて説明する。検知システムは、参照光学系21における参照光源22から出射されるレーザー光を検知の対象としている。
(Detection system)
The detection system will be described with reference to FIG. 1 again. The detection system uses laser light emitted from the reference light source 22 in the reference optical system 21 as a detection target.

実施の形態における検知システムは、1つの縦モードおよび2つの縦モードの双方が混在している状態で参照光源22からレーザー光が出射されているか否かを検知する。1つの縦モードおよび2つの縦モードの双方が混在している状態で参照光源22からレーザー光が出射されている場合、光路補正装置28における動作の精度(固定鏡15に対する傾き補正の精度)が低下してしまう。   The detection system according to the embodiment detects whether or not laser light is emitted from the reference light source 22 in a state where both one longitudinal mode and two longitudinal modes are mixed. When laser light is emitted from the reference light source 22 in a state where both one longitudinal mode and two longitudinal modes are mixed, the operation accuracy in the optical path correction device 28 (accuracy of tilt correction with respect to the fixed mirror 15) is improved. It will decline.

具体的に、検知システムは、参照光源22、固定鏡15、移動鏡16、ビームスプリッター14、参照検出器25、および制御部26から構成される。   Specifically, the detection system includes a reference light source 22, a fixed mirror 15, a movable mirror 16, a beam splitter 14, a reference detector 25, and a control unit 26.

上述のとおり、参照光源22から出射され、ビームスプリッター14による分割および固定鏡15による反射を経るレーザー光と、参照光源22から出射され、ビームスプリッター14による分割および移動鏡16による反射を経るレーザー光との間には、光路差|(L2×2)−(L1×2)|が生じている。この光路差|(L2×2)−(L1×2)|は、移動鏡16の移動によって、周期的に変化するように構成されている。   As described above, the laser light emitted from the reference light source 22 and divided by the beam splitter 14 and reflected by the fixed mirror 15, and the laser light emitted from the reference light source 22 and divided by the beam splitter 14 and reflected by the movable mirror 16. An optical path difference | (L2 × 2) − (L1 × 2) | This optical path difference | (L2 × 2) − (L1 × 2) | is configured to periodically change as the movable mirror 16 moves.

図4を参照して、冒頭に説明したように、参照光源22を構成する半導体に流される電流の大きさまたは参照光源22を構成する半導体の温度の変化によって、1つの縦モードおよび2つの縦モードの双方が混在している状態で参照光源22からレーザー光が出射される場合がある。   Referring to FIG. 4, as described at the beginning, one longitudinal mode and two longitudinal modes are changed depending on the magnitude of the current flowing through the semiconductor constituting the reference light source 22 or the temperature of the semiconductor constituting the reference light source 22. Laser light may be emitted from the reference light source 22 in a state where both modes are mixed.

図4は、参照光源22が2つの縦モードでレーザー光を出射している場合の、レーザー光の波長とレーザー光の強度との関係を示している。図4に示すように、参照光源22が2つの縦モードでレーザー光を出射している場合には、図4中のピーク曲線M1によって表される波長−強度特性と、図4中のピーク曲線M2によって表される波長−強度特性とが共存(競合)する。   FIG. 4 shows the relationship between the wavelength of the laser beam and the intensity of the laser beam when the reference light source 22 emits the laser beam in two longitudinal modes. As shown in FIG. 4, when the reference light source 22 emits laser light in two longitudinal modes, the wavelength-intensity characteristic represented by the peak curve M1 in FIG. 4 and the peak curve in FIG. The wavelength-intensity characteristic represented by M2 coexists (competes).

検知システムにおける制御部26(図1参照)は、参照光源22が2つの縦モードで出射している状態(図4に示す状態)のレーザー光の可干渉距離(たとえば1mm)を予め記憶している。上述のとおり、参照光源22から出射されるレーザー光は、ビームスプリッター14によって分割される。分割された2つのレーザー光(合成光)が再び合成された際、分割された2つのレーザー光が互いに干渉するための条件として、2つのレーザー光の光路差|(L2×2)−(L1×2)|がある値を超えると、2つのレーザー光は互いに干渉光を形成しなくなる。このある値が、参照光源22から出射されるレーザー光の可干渉距離であり、参照光源22が持つ固有の特性値として制御部26に予め記憶されている。   The control unit 26 (see FIG. 1) in the detection system stores in advance the coherence distance (for example, 1 mm) of the laser light in a state where the reference light source 22 emits in two longitudinal modes (the state shown in FIG. 4). Yes. As described above, the laser light emitted from the reference light source 22 is split by the beam splitter 14. As a condition for the two divided laser beams to interfere with each other when the two divided laser beams (synthesized light) are synthesized again, the optical path difference between the two laser beams | (L2 × 2) − (L1 × 2) When | exceeds a certain value, the two laser beams do not form interference light with each other. This certain value is the coherence distance of the laser light emitted from the reference light source 22 and is stored in advance in the control unit 26 as a characteristic value inherent to the reference light source 22.

なお、参照光源22が1つの縦モードでレーザー光を出射している場合には、波長幅D1(図4参照)内が可干渉な波長範囲である。参照光源22が2つの縦モードでレーザー光を出射している場合には、ピーク曲線M1およびピーク曲線M2の間のピーク間隔D2(図4参照)が生じることによって、参照光源22から出射されるレーザー光の可干渉距離は短くなる。   When the reference light source 22 emits laser light in one longitudinal mode, the wavelength range D1 (see FIG. 4) is a coherent wavelength range. When the reference light source 22 emits laser light in two longitudinal modes, a peak interval D2 (see FIG. 4) between the peak curve M1 and the peak curve M2 is generated, and is emitted from the reference light source 22. The coherence distance of laser light is shortened.

図5は、参照光源22から出射されるレーザー光に形成される上記の光路差|(L2×2)−(L1×2)|と、そのレーザー光の強度との関係を示す図である。参照光源22が1つの縦モードでレーザー光を出射している場合には(図5中の実線参照)、参照検出器25によって検出されるレーザー光の強度(コントラスト)は高い。移動鏡16の移動によって光路差が大きくなったとしても、高コントラストが得られる(実用的な範囲、たとえば50cm以下ではコントラストにはほとんど変化が生じない)ため、参照光源22から出射された光は干渉光を形成することができる。   FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the optical path difference | (L2 × 2) − (L1 × 2) | formed in the laser light emitted from the reference light source 22 and the intensity of the laser light. When the reference light source 22 emits laser light in one longitudinal mode (see the solid line in FIG. 5), the intensity (contrast) of the laser light detected by the reference detector 25 is high. Even if the optical path difference is increased due to the movement of the movable mirror 16, a high contrast can be obtained (the contrast hardly changes in a practical range, for example, 50 cm or less), so that the light emitted from the reference light source 22 is Interference light can be formed.

一方、参照光源22が2つの縦モードでレーザー光を出射している場合には(図5中の点線参照)、参照検出器25によって検出されるレーザー光の強度(コントラスト)は低くなる。移動鏡16の移動によって光路差が大きくなると(図中の領域RR1,RR2参照)、レーザー光のコントラストが一層低くなり、参照光源22から出射された光は干渉光を形成することができなくなる。   On the other hand, when the reference light source 22 emits laser light in two longitudinal modes (see the dotted line in FIG. 5), the intensity (contrast) of the laser light detected by the reference detector 25 is low. When the optical path difference increases due to the movement of the movable mirror 16 (see the regions RR1 and RR2 in the figure), the contrast of the laser light is further lowered, and the light emitted from the reference light source 22 cannot form interference light.

検知システムは、この原理を利用する。検知システムは、1つの縦モードおよび2つの縦モードの双方が混在している状態で参照光源22からレーザー光が出射されているか否かを検知する際には、2つのレーザー光の光路差|(L2×2)−(L1×2)|の最大値が、参照光源22の上記の可干渉距離が短くなることによるコントラスト変動を検出できる程度に移動鏡16を往復移動させる。   The detection system uses this principle. When the detection system detects whether or not the laser beam is emitted from the reference light source 22 in a state where both one longitudinal mode and two longitudinal modes are mixed, the optical path difference between the two laser beams | The movable mirror 16 is reciprocated so that the maximum value of (L2 × 2) − (L1 × 2) | can detect the contrast fluctuation due to the shortened coherence distance of the reference light source 22.

(1つの縦モードの場合)
図6は、参照光源22が1つの縦モードでレーザー光を出射している場合における、受光素子E1,E2(図2参照)によって検出された干渉信号P1(相対値)と、受光素子E3,E4(図2参照)によって検出された干渉信号R1(相対値)と、受光素子E1〜E4のいずれかによって検出された信号の強度S1(相対値)とを、時間と信号電圧との関係として示した図である。
(In the case of one vertical mode)
6 shows the interference signal P1 (relative value) detected by the light receiving elements E1 and E2 (see FIG. 2) and the light receiving elements E3 and E3 when the reference light source 22 emits laser light in one longitudinal mode. The interference signal R1 (relative value) detected by E4 (see FIG. 2) and the intensity S1 (relative value) of the signal detected by any of the light receiving elements E1 to E4 are expressed as the relationship between time and signal voltage. FIG.

図6に示すように、参照光源22が1つの縦モードでレーザー光を出射している場合には、干渉信号P1,R1は、ほぼ連続した(安定した)値として検出されている。信号の強度S1としても、所定の値をもってほぼ連続した(安定した)値として検出されている。換言すると、信号の強度S1は、安定したなだらかな包絡線を描いている。この場合、制御部26は、1つの縦モードで参照光源22からレーザー光が出射されていると判断する。   As shown in FIG. 6, when the reference light source 22 emits laser light in one longitudinal mode, the interference signals P1 and R1 are detected as substantially continuous (stable) values. The signal intensity S1 is also detected as a substantially continuous (stable) value with a predetermined value. In other words, the signal strength S1 draws a stable and gentle envelope. In this case, the control unit 26 determines that the laser light is emitted from the reference light source 22 in one vertical mode.

なお、信号の強度S1にのみ基づいて、制御部26は、1つの縦モードで参照光源22からレーザー光が出射されていると判断することができる。本実施の形態においては、参照検出器25は4つの受光素子E1〜E4から構成されるが、当該判断の目的のためには、参照検出器25は1つの受光素子から構成されていてもよい。   Note that the control unit 26 can determine that the laser light is emitted from the reference light source 22 in one longitudinal mode based only on the signal strength S1. In the present embodiment, the reference detector 25 is composed of four light receiving elements E1 to E4. However, for the purpose of the determination, the reference detector 25 may be composed of one light receiving element. .

(2つの縦モードの場合)
図7は、参照光源22が1つの縦モードおよび2つの縦モードの双方が混在している状態でレーザー光を出射している場合における、受光素子E1,E2(図2参照)によって検出された干渉信号P2(相対値)と、受光素子E3,E4(図2参照)によって検出された干渉信号R2(相対値)と、受光素子E1〜E4のいずれかによって検出された信号の強度S2(相対値)とを、時間と信号電圧との関係として示した図である。
(In the case of two vertical modes)
FIG. 7 is detected by the light receiving elements E1 and E2 (see FIG. 2) when the reference light source 22 emits laser light in a state where both one longitudinal mode and two longitudinal modes are mixed. The interference signal P2 (relative value), the interference signal R2 (relative value) detected by the light receiving elements E3 and E4 (see FIG. 2), and the intensity S2 (relative) of the signal detected by any of the light receiving elements E1 to E4 Value) as a relationship between time and signal voltage.

図7に示すように、2つのレーザー光の光路差|(L2×2)−(L1×2)|が所定の値から上記の最大値に変化するまでの間に、干渉信号P2,R2は、不安定な値として検出されていることがわかる。レーザー光のコントラストが変化することによって、信号の強度S2は不連続(スパイク状)になっていることがわかる(図中点線で囲まれる部分参照)。   As shown in FIG. 7, until the optical path difference | (L2 × 2) − (L1 × 2) | between the two laser beams changes from a predetermined value to the maximum value, the interference signals P2 and R2 are It can be seen that it is detected as an unstable value. It can be seen that the intensity S2 of the signal is discontinuous (spike-like) by changing the contrast of the laser beam (see the portion surrounded by the dotted line in the figure).

これは、高コントラストな状態(参照光源22が1つの縦モードでレーザー光を出射している状態)と、低コントラストな状態(参照光源22が1つの縦モードおよび2つの縦モードの双方が混在している状態でレーザー光を出射している状態)とが、混在している(交互に高速に入れ替わっている)ことを意味している。この場合、制御部26は、1つの縦モードおよび2つの縦モードの双方が混在している状態で参照光源22からレーザー光が出射されていると判断する。   This is because the high contrast state (the reference light source 22 emits laser light in one longitudinal mode) and the low contrast state (the reference light source 22 has both one longitudinal mode and two longitudinal modes). The state in which the laser light is emitted in the state of being in a state of being mixed means that they are mixed (alternating at high speed alternately). In this case, the control unit 26 determines that the laser light is emitted from the reference light source 22 in a state where both one longitudinal mode and two longitudinal modes are mixed.

なお、1つの縦モードの場合と同様に、信号の強度S2にのみ基づいて、制御部26は、1つの縦モードおよび2つの縦モードの双方が混在している状態で参照光源22からレーザー光が出射されていると判断することができる。本実施の形態においては、参照検出器25は4つの受光素子E1〜E4から構成されるが、当該判断の目的のためには、参照検出器25は1つの受光素子から構成されていてもよい。   As in the case of one longitudinal mode, based on only the signal strength S2, the control unit 26 emits laser light from the reference light source 22 in a state where both one longitudinal mode and two longitudinal modes are mixed. Can be determined to be emitted. In the present embodiment, the reference detector 25 is composed of four light receiving elements E1 to E4. However, for the purpose of the determination, the reference detector 25 may be composed of one light receiving element. .

制御部26は、制御部26に接続された警告部27(図1参照)を駆動して、ユーザー側にその混在状態を認識させてもよい。警告部27による警告によって、光路補正装置28(図1参照)における動作の精度(固定鏡15に対する傾き補正の精度)が低下している可能性があるということが、ユーザーによって認識される。   The control unit 26 may drive a warning unit 27 (see FIG. 1) connected to the control unit 26 to make the user recognize the mixed state. The warning by the warning unit 27 recognizes that the operation accuracy (accuracy of tilt correction with respect to the fixed mirror 15) in the optical path correction device 28 (see FIG. 1) may be reduced.

この場合、ユーザーは、1つの縦モードで参照光源22がレーザー光を出射するように、参照光源22の動作電流値を変化させるとよい。参照光源22の温度を調整することによって、1つの縦モードで参照光源22がレーザー光を出射するようにしてもよい。   In this case, the user may change the operating current value of the reference light source 22 so that the reference light source 22 emits laser light in one vertical mode. The reference light source 22 may emit laser light in one longitudinal mode by adjusting the temperature of the reference light source 22.

また、参照光源22の動作電流値を変化させることは、制御部26によって行なわれてもよい。制御部26が、1つの縦モードおよび2つの縦モードの双方が混在している状態で参照光源22からレーザー光が出射されていると判断した場合、制御部26は参照光源22の動作電流値を増加または減少させる。   Further, the control unit 26 may change the operating current value of the reference light source 22. When the control unit 26 determines that the laser light is emitted from the reference light source 22 in a state where both one vertical mode and two vertical modes are mixed, the control unit 26 determines the operating current value of the reference light source 22. Increase or decrease.

図8は、参照光源22に加える駆動電流値と、参照光源22から出射されるレーザー光の波長との関係を示した図である。参照光源22に加える電流値が電流値Aよりも低い場合、参照光源22からは1つの縦モードでレーザー光が出射される。参照光源22に加える電流値が電流値A以上且つ電流値A以下の場合、参照光源22からは2つの縦モードでレーザー光が出射される。 FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the drive current value applied to the reference light source 22 and the wavelength of the laser light emitted from the reference light source 22. If the current value applied to the reference light source 22 is lower than the current value A 1, from the reference light source 22 laser beam is emitted in a single longitudinal mode. When the current value applied to the reference light source 22 is not less than the current value A 1 and not more than the current value A 2 , laser light is emitted from the reference light source 22 in two longitudinal modes.

同様に、参照光源22に加える電流値が電流値Aよりも大きく且つ電流値Aよりも低い場合、参照光源22からは1つの縦モードでレーザー光が出射される。参照光源22に加える電流値が電流値A以上且つ電流値A以下の場合、参照光源22からは2つの縦モードでレーザー光が出射される。参照光源22においては、参照光源22の固有の特性として、駆動電流値を増加または減少させるにつれてこのような挙動が繰り返される。 Similarly, when the current value applied to the reference light source 22 is larger than the current value A 2 and lower than the current value A 3 , laser light is emitted from the reference light source 22 in one longitudinal mode. When the current value applied to the reference light source 22 is not less than the current value A 3 and not more than the current value A 4 , laser light is emitted from the reference light source 22 in two longitudinal modes. In the reference light source 22, such a behavior is repeated as the drive current value is increased or decreased as an inherent characteristic of the reference light source 22.

したがって、制御部26が、1つの縦モードおよび2つの縦モードの双方が混在している状態で参照光源22からレーザー光が出射されていると判断した場合、制御部26としては、たとえば、参照光源22に対する駆動電流値を電流値Aおよび電流値Aのちょうど真ん中の電流値Aに設定するとともに、参照光源22の温度を一定にするように制御するとよい。当該制御によって、1つの縦モードで参照光源22がレーザー光を出射することが可能となる。 Therefore, when the control unit 26 determines that the laser light is emitted from the reference light source 22 in a state where both one longitudinal mode and two longitudinal modes are mixed, as the control unit 26, for example, reference The drive current value for the light source 22 may be set to the current value A 5 in the middle of the current value A 2 and the current value A 3 , and the temperature of the reference light source 22 may be controlled to be constant. This control enables the reference light source 22 to emit laser light in one vertical mode.

なお、電流値Aの選定としては、制御部26は、たとえば動作電流値を所定の範囲内で増減させ、参照検出器25(図1参照)が受光する光強度に基づき、上記の電流値A,A,A,Aの各値(各値同士の間隔)を取得する。その上で、制御部26は、参照光源22に対する駆動電流値を電流値Aおよび電流値Aのちょうど真ん中の電流値Aに設定するとよい。電流値Aで参照光源22が駆動されることによって、参照光源22は1つの縦モードでレーザー光を出射することが可能となり、光路補正装置28は正確な上方に基づいて固定鏡15の姿勢を補正することが可能となる。 As the selection of the current value A 5, the control unit 26, for example, increase or decrease the operating current value within a predetermined range, based on the light intensity reference detector 25 (see FIG. 1) is received, said current value Each value of A 1 , A 2 , A 3 , A 4 (interval between values) is acquired. On top of that, the control unit 26, a driving current value for the reference light source 22 may be set to exactly the current value A 5 in the middle of the current value A 2 and the current value A 3. By reference light source 22 at a current value A 5 is driven, the reference light source 22 makes it possible to emit a laser beam in one longitudinal mode, the posture of the optical path compensating device 28 is fixed mirror 15 based on the exact upward Can be corrected.

[実施の形態の変形例]
上述の実施の形態においては、検出システムが、マイケルソン干渉計10およびフーリエ変換分光分析装置100に適用されるという実施態様の一例に基づき説明した。本発明における検出システムとしては、以下のような態様にも適用されることができる。
[Modification of Embodiment]
In the above-described embodiment, the detection system has been described based on an example of an embodiment in which the detection system is applied to the Michelson interferometer 10 and the Fourier transform spectroscopic analyzer 100. The detection system in the present invention can be applied to the following modes.

たとえば、検知システムが1つの縦モードおよび2つの縦モードの双方が混在している状態で半導体レーザーからレーザー光が出射されているか否かを検知する(検知動作を開始する)際には、制御部26が、固定鏡15(に相当する部材)に反射されるレーザー光と移動鏡16(に相当する部材)に反射されるレーザー光との光路差を変化させる。この場合、たとえば、制御部26は、上記の光路差が変化するように移動鏡16を移動させ、固定鏡15については移動させない。なお、制御部26が移動鏡16を移動させる前後において、移動鏡16は周期的に光路差が変化するように動作している必要はなく、たとえば静止した状態の後、所定の距離だけ移動され、その後再び静止した状態となってもよい。   For example, when the detection system detects whether or not laser light is emitted from the semiconductor laser in a state where both one longitudinal mode and two longitudinal modes are mixed (control operation is started), control is performed. The unit 26 changes the optical path difference between the laser beam reflected by the fixed mirror 15 (a member corresponding to the fixed mirror 15) and the laser beam reflected by the movable mirror 16 (the corresponding member). In this case, for example, the control unit 26 moves the movable mirror 16 so that the optical path difference changes, and does not move the fixed mirror 15. Before and after the control unit 26 moves the movable mirror 16, the movable mirror 16 does not need to be operated so that the optical path difference periodically changes. For example, after the stationary state, the movable mirror 16 is moved by a predetermined distance. Then, it may be in a stationary state again.

上記の光路差が変化された後、1つの縦モードおよび2つの縦モードの双方が混在している状態で参照光源22からレーザー光が出射されている場合には、参照検出器25によって受光されるレーザーの信号は、レーザー光の強度(コントラスト)が変化することによって不連続になる。信号が不連続になったことをもって、制御部26は、1つの縦モードおよび2つの縦モードの双方が混在している状態で参照光源22からレーザー光が出射されていると判断することができる。このように、本発明としての検出システムは、上述の実施の形態のように上記の光路差が周期的に変化している場合に限られず、上記の光路差が周期的に変化していない場合にも適用されることが可能である。また、同様の理由により、本発明としての検出システムは、上記の光路差が所定の範囲内で非周期的に変化している場合にも適用されることが可能である。   When the laser light is emitted from the reference light source 22 in a state where both one longitudinal mode and two longitudinal modes are mixed after the optical path difference is changed, the light is received by the reference detector 25. The laser signal becomes discontinuous as the intensity (contrast) of the laser light changes. When the signal becomes discontinuous, the control unit 26 can determine that the laser light is emitted from the reference light source 22 in a state where both one longitudinal mode and two longitudinal modes are mixed. . Thus, the detection system according to the present invention is not limited to the case where the optical path difference changes periodically as in the above-described embodiment, and the case where the optical path difference does not change periodically. It can also be applied to. For the same reason, the detection system according to the present invention can also be applied to the case where the optical path difference changes aperiodically within a predetermined range.

さらに、制御部26は、参照検出器25によって受光されるレーザーの信号が不連続になったか否かを検知する。この検知した情報によって、制御部26は、1つの縦モードおよび2つの縦モードの双方が混在している状態で半導体レーザーからレーザー光が出射されているか否かを判断することができる。このため、制御部26としては、必ずしも、半導体レーザが2つの縦モードで出射している状態のレーザ光の可干渉距離を予め記憶している必要もない。   Further, the control unit 26 detects whether or not the laser signal received by the reference detector 25 has become discontinuous. Based on the detected information, the control unit 26 can determine whether or not laser light is emitted from the semiconductor laser in a state where both one longitudinal mode and two longitudinal modes are mixed. For this reason, the control unit 26 does not necessarily need to store in advance the coherence distance of the laser light in a state where the semiconductor laser emits in two longitudinal modes.

以上、本発明に基づいた実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   As mentioned above, although embodiment based on this invention was described, embodiment disclosed this time is an illustration and restrictive at no points. The technical scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

10 マイケルソン干渉計、11 分光光学系、12 光源、13 コリメート光学系、14 ビームスプリッター(光束分岐手段)、15 固定鏡(第1反射手段)、16 移動鏡(第2反射手段)、17 集光光学系、18 検出器、19 平行移動機構、20 演算部、21 参照光学系(検知システム)、22 参照光源(半導体レーザー)、23 光路合成鏡、24 光路分離鏡、25 参照検出器(受光手段)、26 制御部、27 警告部、28 光路補正装置、30 出力部、100 フーリエ変換分光分析装置、E1〜E4 受光素子、S 試料。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Michelson interferometer, 11 Spectroscopic optical system, 12 Light source, 13 Collimating optical system, 14 Beam splitter (light beam splitting means), 15 Fixed mirror (1st reflection means), 16 Moving mirror (2nd reflection means), 17 Collection Optical optical system, 18 detector, 19 translation mechanism, 20 calculation unit, 21 reference optical system (detection system), 22 reference light source (semiconductor laser), 23 optical path synthesis mirror, 24 optical path separation mirror, 25 reference detector (light reception) Means), 26 control unit, 27 warning unit, 28 optical path correction device, 30 output unit, 100 Fourier transform spectroscopic analysis device, E1-E4 light receiving element, S sample.

Claims (7)

1つの縦モードおよび2つの縦モードの双方が混在している状態で半導体レーザーからレーザー光が出射されているか否かを検知する検知システムであって、
第1反射手段および第2反射手段と、
前記半導体レーザーから出射されたレーザー光を前記第1反射手段に向かうレーザー光と前記第2反射手段に向かうレーザー光とに分割するとともに、前記第1反射手段および前記第2反射手段の各々に反射したレーザー光を合成する光束分岐手段と、
前記光束分岐手段によって合成されたレーザー光を受光する受光手段と、
制御部と、を備え、
前記検知システムが、1つの縦モードおよび2つの縦モードの双方が混在している状態で前記半導体レーザーからレーザー光が出射されているか否かを検知する際には、
前記制御部は、前記第1反射手段に反射されるレーザー光と前記第2反射手段に反射されるレーザー光との光路差が変化するように、前記第1反射手段および/または前記第2反射手段を移動させ、
前記受光手段により受光されるレーザー光の干渉信号がレーザー光のコントラストが変化することによって不連続になった場合には、前記制御部は、1つの縦モードおよび2つの縦モードの双方が混在している状態で前記半導体レーザーからレーザー光が出射されていると判断する、
検知システム。
A detection system for detecting whether or not laser light is emitted from a semiconductor laser in a state where both one longitudinal mode and two longitudinal modes are mixed,
A first reflecting means and a second reflecting means;
The laser beam emitted from the semiconductor laser is divided into a laser beam directed to the first reflecting unit and a laser beam directed to the second reflecting unit, and reflected to each of the first reflecting unit and the second reflecting unit. A beam splitting means for synthesizing the laser beam,
A light receiving means for receiving the laser beam synthesized by the light beam branching means;
A control unit,
When the detection system detects whether or not laser light is emitted from the semiconductor laser in a state where both one longitudinal mode and two longitudinal modes are mixed,
The controller may be configured to change the optical path difference between the laser light reflected by the first reflecting means and the laser light reflected by the second reflecting means, and / or the second reflecting means. Move the means,
When the interference signal of the laser beam received by the light receiving means becomes discontinuous due to a change in the contrast of the laser beam, the control unit includes both one longitudinal mode and two longitudinal modes. It is determined that laser light is emitted from the semiconductor laser in a state where
Detection system.
前記半導体レーザーは、回折格子を用いる波長安定化半導体レーザーである、
請求項1に記載の検知システム。
The semiconductor laser is a wavelength stabilized semiconductor laser using a diffraction grating,
The detection system according to claim 1.
1つの縦モードおよび2つの縦モードの双方が混在している状態で前記半導体レーザーがレーザー光を出射していると判断した場合には、前記制御部は、1つの縦モードで前記半導体レーザーがレーザー光を出射するように、前記半導体レーザーの動作電流値を変化させる、
請求項1または2に記載の検知システム。
When it is determined that the semiconductor laser emits laser light in a state where both one longitudinal mode and two longitudinal modes are mixed, the control unit causes the semiconductor laser to operate in one longitudinal mode. Changing the operating current value of the semiconductor laser to emit laser light,
The detection system according to claim 1 or 2.
前記第1反射手段に反射されるレーザー光と前記第2反射手段に反射されるレーザー光との前記光路差は、前記第1反射手段および/または前記第2反射手段の移動によって所定の範囲内で変化するように構成され、
前記制御部は、前記半導体レーザーが2つの縦モードで出射している状態のレーザー光の可干渉距離を予め記憶しており、
前記検知システムが、1つの縦モードおよび2つの縦モードの双方が混在している状態で前記半導体レーザーからレーザー光が出射されているか否かを検知する際には、
前記制御部は、前記光路差の最大値が前記可干渉距離よりも長くなるように、前記第1反射手段および/または前記第2反射手段を移動させ、
前記光路差が所定の値から前記最大値に変化するまでの間に、前記受光手段により受光されるレーザー光の干渉信号がレーザー光のコントラストが変化することによって不連続になった場合には、前記制御部は、1つの縦モードおよび2つの縦モードの双方が混在している状態で前記半導体レーザーからレーザー光が出射されていると判断する、
請求項1から3のいずれかに記載の検知システム。
The optical path difference between the laser light reflected by the first reflecting means and the laser light reflected by the second reflecting means is within a predetermined range by movement of the first reflecting means and / or the second reflecting means. Configured to change in
The controller stores in advance the coherence distance of the laser light in a state where the semiconductor laser is emitted in two longitudinal modes,
When the detection system detects whether or not laser light is emitted from the semiconductor laser in a state where both one longitudinal mode and two longitudinal modes are mixed,
The control unit moves the first reflecting means and / or the second reflecting means so that the maximum value of the optical path difference is longer than the coherence distance,
In the case where the interference signal of the laser beam received by the light receiving means becomes discontinuous due to a change in the contrast of the laser beam before the optical path difference changes from a predetermined value to the maximum value, The control unit determines that laser light is emitted from the semiconductor laser in a state where both one longitudinal mode and two longitudinal modes are mixed.
The detection system according to claim 1.
請求項1から3のいずれかに記載の検知システムと、
前記光束分岐手段によって合成されたレーザー光を干渉光として検出する検出器と、を備え、
前記第1反射手段は、固定鏡であり、
前記第2反射手段は、移動鏡である、
マイケルソン干渉計。
The detection system according to any one of claims 1 to 3,
A detector for detecting the laser light synthesized by the light beam splitting means as interference light,
The first reflecting means is a fixed mirror;
The second reflecting means is a movable mirror;
Michelson interferometer.
前記固定鏡の傾きを補正する光路補正装置をさらに備え、
前記受光手段は、2以上の受光素子を含み、
前記制御部は、2以上の前記受光素子の各々が受光したレーザー光の信号位相同士を比較し、前記信号位相同士の間に差がなくなるように前記光路補正装置を駆動して前記固定鏡の傾きを補正する、
請求項5に記載のマイケルソン干渉計。
An optical path correction device that corrects the tilt of the fixed mirror;
The light receiving means includes two or more light receiving elements,
The controller compares the signal phases of the laser beams received by each of the two or more light receiving elements, drives the optical path correction device so that there is no difference between the signal phases, and Correct the tilt,
The Michelson interferometer according to claim 5.
請求項5または6に記載のマイケルソン干渉計と、
前記検出器が検出した前記干渉光のスペクトルを算出する演算部と、
前記演算部によって得られた前記スペクトルを出力する出力部と、を備える、
フーリエ変換分光分析装置。
Michelson interferometer according to claim 5 or 6,
A calculation unit for calculating a spectrum of the interference light detected by the detector;
An output unit that outputs the spectrum obtained by the arithmetic unit,
Fourier transform spectroscopic analyzer.
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