JP2014123669A - Light source device, control method, and shape measuring device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light source device capable of stabilizing the wavelength of light from a light source.SOLUTION: The light source device includes: a wavelength reference part changing the intensity of the light from the light source, according to the change of the wavelength of the light from the light source; a first detection part detecting the intensity of the light passing through the wavelength reference part; a second detection part detecting the intensity of the light not passing through the wavelength reference part; an optical element dividing the light from the light source into the light made incident on the first detection part and the light made incident on the second detection part by a light division surface; an arithmetic part obtaining the change of the wavelength of the light by using the intensity of the light detected by the first detection part and the second detection part; and a control part controlling the wavelength of the light. The second detection part includes: a detector detecting the intensity of the light transmitted through the light division surface or another light division surface having the same configuration as that of the light division surface; and a detector detecting the intensity of the light reflected by the light division surface or the another light division surface.

Description

本発明は光源装置に関する。さらに詳しくは、光源装置から射出される光の波長を安定化させる装置に関する。   The present invention relates to a light source device. More specifically, the present invention relates to an apparatus for stabilizing the wavelength of light emitted from a light source device.

高精度な測長干渉計のためのレーザ光源や、光波長多重通信の一つであるDWDM方式の光通信用に用いられる半導体レーザ等の用途のために、高精度な光源装置が開発されている。ここでいう高精度な光源装置とは、光源からの光の波長を安定化するための装置を備えた光源装置のことである。   High-precision light source devices have been developed for applications such as laser light sources for high-precision length measurement interferometers and semiconductor lasers used for DWDM optical communication, which is one of optical wavelength division multiplexing communications. Yes. A highly accurate light source device here is a light source device provided with a device for stabilizing the wavelength of light from the light source.

一般に光源装置は、波長が安定化される光源と、光源からの光の波長変化を光強度変化に変換する波長弁別器と、波長弁別器からの光を検出して光強度を電気信号に変換する光検出器と、を有している。さらに光源装置は、光検出器で検出された電気信号から変調変化(波長誤差とも言う)を演算する演算器を有している。   Generally, a light source device is a light source whose wavelength is stabilized, a wavelength discriminator that converts a wavelength change of light from the light source into a light intensity change, and detects light from the wavelength discriminator and converts the light intensity into an electrical signal. A photodetector. Furthermore, the light source device has an arithmetic unit that calculates a modulation change (also referred to as a wavelength error) from the electrical signal detected by the photodetector.

さらに、演算器で求めた波長誤差の信号から光源の波長を制御するための制御信号を求める制御部と、制御信号に基づき光源の波長を変更する波長変更器を有する。このようにして光源の波長を安定化させている光源装置が特許文献1に記載されている。   Furthermore, a control unit for obtaining a control signal for controlling the wavelength of the light source from the wavelength error signal obtained by the computing unit, and a wavelength changer for changing the wavelength of the light source based on the control signal. A light source device that stabilizes the wavelength of the light source in this manner is described in Patent Document 1.

また、光源装置の安定化方式には誤差信号の生成過程において波長変調を伴う方式(変調方式)と、波長変調を必要としない方式(非変調方式)がある。非変調方式は、変調方式と比較して光源の簡易化、低コスト化が容易である。光通信用の半導体レーザなどに用いられている光源装置が特許文献2に記載されている。   In addition, the light source device stabilization method includes a method involving wavelength modulation in the error signal generation process (modulation method) and a method not requiring wavelength modulation (non-modulation method). In the non-modulation method, the light source can be simplified and the cost can be easily reduced as compared with the modulation method. Patent Document 2 discloses a light source device used in a semiconductor laser for optical communication.

光源装置は、光源からの光を、光源装置から出力される光と、波長を安定化させるために用いる光とにハーフミラーを用いて分割する。光源を安定化するために用いる光はさらに、波長弁別器を透過して光検出器に入射する光と別の光検出器に直接入射する光とにビームスプリッタを用いて分割する。   The light source device divides light from the light source into light output from the light source device and light used to stabilize the wavelength using a half mirror. The light used to stabilize the light source is further split using a beam splitter into light that is transmitted through the wavelength discriminator and incident on the photodetector and light that is directly incident on another photodetector.

分割した2つの光の強度をそれぞれ検出することで、光源自身の出力が変化(光強度変化)しても波長弁別器を通過した光の透過率の変化を知ることができる。そのため、波長弁別器を透過した光の透過率の変化から波長変化を計測でき、求めた波長変化から波長変更器を制御する。   By detecting the intensity of each of the two divided lights, it is possible to know a change in the transmittance of light that has passed through the wavelength discriminator even if the output of the light source itself changes (changes in light intensity). Therefore, the wavelength change can be measured from the change in the transmittance of the light transmitted through the wavelength discriminator, and the wavelength changer is controlled from the obtained wavelength change.

特開平07−099361号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-099361 特開2002−185074号公報JP 2002-185074 A

しかしながら、光源からの光を2つの光に分割するビームスプリッタは時間の経過にしたがって透過率と反射率が変化する。これは、ビームスプリッタの光分割面(誘電体多層膜)が光を吸収し発熱することによる温度変化が透過率と反射率に影響を与えるためである。波長変化の計測中に透過率が変化してしまうと、波長弁別器を透過して検出する光の強度の変化が、波長変化によるものなのか、ビームスプリッタの透過率と反射率の変化によるものなのか区別することができない。   However, the beam splitter that splits the light from the light source into two lights changes in transmittance and reflectance as time passes. This is because a change in temperature due to the light splitting surface (dielectric multilayer film) of the beam splitter absorbing light and generating heat affects the transmittance and the reflectance. If the transmittance changes during the measurement of the wavelength change, the change in the intensity of the light transmitted through the wavelength discriminator is due to the wavelength change, or the change in the transmittance and reflectance of the beam splitter. It cannot be distinguished.

このため、ビームスプリッタの透過率と反射率が変化することで、波長弁別器を透過させて検出する光の透過率変化に影響を与えてしまい、光源からの光の波長を間違って変えてしまう恐れがある。   For this reason, changes in the transmittance and reflectance of the beam splitter affect the change in the transmittance of the light that is detected by being transmitted through the wavelength discriminator, and erroneously changes the wavelength of the light from the light source. There is a fear.

そこで、本発明は高精度に光源からの光の波長を安定化することが可能な光源装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a light source device capable of stabilizing the wavelength of light from a light source with high accuracy.

本発明の光源装置は、光源と、前記光源からの光の波長変化に応じて前記光源からの光の強度を変化させる波長基準部と、前記波長基準部を通過する光の強度を検出する第1検出部と、前記波長基準部を通過しない光の強度を検出する第2検出部と、光分割面により前記光源からの光を前記第1検出部に入射する光と前記第2検出部に入射する光とに分割する光学素子と、前記第1検出部により検出した光強度と、前記第2検出部により検出した光強度とを用いて前記波長基準部を透過した前記光源からの光の波長変化を求める演算部と、前記演算部で求めた波長変化に基づいて、前記光源からの光の波長を制御する制御部と、を有する光源装置であって、前記第2検出部は前記光分割面または前記光分割面と同じ構成の他の光分割面を透過した光の強度を検出する検出器と、前記光分割面または前記他の光分割面を反射した光の強度を検出する検出器を含むことを特徴とする。   The light source device of the present invention includes a light source, a wavelength reference unit that changes the intensity of light from the light source according to a change in wavelength of the light from the light source, and a light source that passes through the wavelength reference unit. 1 detector, a second detector for detecting the intensity of light that does not pass through the wavelength reference unit, light from the light source incident on the first detector by a light splitting surface, and the second detector The optical element that is divided into incident light, the light intensity detected by the first detection unit, and the light intensity detected by the second detection unit are used to transmit light from the light source that has passed through the wavelength reference unit. A light source device comprising: a calculation unit for obtaining a wavelength change; and a control unit for controlling a wavelength of light from the light source based on the wavelength change obtained by the calculation unit, wherein the second detection unit is the light Transmits through the splitting plane or another splitting plane with the same configuration as the splitting plane A detector for detecting the intensity of light was, characterized in that it comprises a detector for detecting the intensity of the light reflected the light splitting surface or the other light splitting surface.

第2検出部は光分割面または光分割面と同じ構成の他の光分割面を透過した光と反射した光の強度をそれぞれ検出する検出器を含んでいるため、光分割面の反射率及び透過率の変化による影響が打ち消され、光源からの光の波長を安定化することができる光源装置を提供することができる。   Since the second detection unit includes a detector that detects the intensity of the light that has been transmitted through and reflected from the light dividing surface or another light dividing surface that has the same configuration as the light dividing surface, the reflectance of the light dividing surface and It is possible to provide a light source device that can cancel the influence of the change in transmittance and stabilize the wavelength of light from the light source.

第1実施形態の光源装置を示した図である。It is the figure which showed the light source device of 1st Embodiment. 第2実施形態の光源装置を示した図である。It is the figure which showed the light source device of 2nd Embodiment. 第3実施形態の光源装置を示した図である。It is the figure which showed the light source device of 3rd Embodiment. 従来の非変調方式の光源装置を示した図である。It is the figure which showed the conventional non-modulation type light source device. 波長弁別器の波長に対する透過率変化を示した図である。It is the figure which showed the transmittance | permeability change with respect to the wavelength of a wavelength discriminator. 第4実施形態の計測装置を示した図である。It is the figure which showed the measuring device of 4th Embodiment.

以下、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in each figure, the same reference number is attached | subjected about the same member and the overlapping description is abbreviate | omitted.

まず図4の光源装置400を用いて、光源からの光の波長を安定化させる技術の原理について説明する。ここでは非変調方式について説明する。   First, the principle of a technique for stabilizing the wavelength of light from a light source will be described using the light source device 400 of FIG. Here, the non-modulation method will be described.

光源装置400は、光源1、ハーフミラー2、ハーフミラー2を透過した透過光の光路を分割するビームスプリッタ3、波長弁別器4(波長基準部)、光源1からの光の強度を検出する検出器50、波長弁別器4を透過した光を検出する検出器60を有する。   The light source device 400 includes a light source 1, a half mirror 2, a beam splitter 3 that divides an optical path of transmitted light that has passed through the half mirror 2, a wavelength discriminator 4 (wavelength reference unit), and a detection that detects the intensity of light from the light source 1. And a detector 60 for detecting light transmitted through the wavelength discriminator 4.

さらに、光源装置400には、検出器50及び検出器60の出力を用いて光源からの光の波長誤差を求める誤差信号演算器8(演算部)、誤差信号演算器8の出力に基づいて光源1の波長を制御する制御部9を有する。そして、光源装置400には波長が安定した光を出力するための出力部10を有する。   Further, the light source device 400 includes an error signal calculator 8 (calculation unit) for obtaining a wavelength error of light from the light source using outputs of the detector 50 and the detector 60, and a light source based on the output of the error signal calculator 8. 1 has a control unit 9 for controlling one wavelength. The light source device 400 includes the output unit 10 for outputting light with a stable wavelength.

ハーフミラー2は、光源1からの光を出力部10に入射する光(出力光)とビームスプリッタ3に入射する光(被制御光)とに分ける。ここでは、ハーフミラー2を反射した反射光が出力部10に、ハーフミラー2を透過した透過光がビームスプリッタ3に入射するものを示したが、透過光が出力部10に、反射光がビームスプリッタ3に入射する構成でも良い。ビームスプリッタ3に入射する光は、光源1の波長を制御するために被制御光として用いられる。すなわち光源1の光はハーフミラー2により出力光と被制御光とに分岐される。   The half mirror 2 divides the light from the light source 1 into light incident on the output unit 10 (output light) and light incident on the beam splitter 3 (controlled light). Here, the reflected light reflected from the half mirror 2 is incident on the output unit 10 and the transmitted light transmitted through the half mirror 2 is incident on the beam splitter 3, but the transmitted light is incident on the output unit 10 and the reflected light is beamed. The structure which injects into the splitter 3 may be sufficient. The light incident on the beam splitter 3 is used as controlled light in order to control the wavelength of the light source 1. That is, the light from the light source 1 is split into output light and controlled light by the half mirror 2.

ビームスプリッタ3(分割器)は、被制御光を検出器50に入射する光と波長弁別器4に入射する光と分ける。波長弁別器4を透過した被制御光は検出器60へ導光される。すなわち、ハーフミラー2を透過した被制御光は、ビームスプリッタ3により検出器50(第2検出部)に入射する光と検出器60(第1検出部)に入射する光とに分岐される。ここでは、波長弁別器4としてファブリペロー・エタロンやガスセルなどが用いられる。   The beam splitter 3 (divider) divides the controlled light into light incident on the detector 50 and light incident on the wavelength discriminator 4. The controlled light that has passed through the wavelength discriminator 4 is guided to the detector 60. That is, the controlled light transmitted through the half mirror 2 is branched into light incident on the detector 50 (second detection unit) and light incident on the detector 60 (first detection unit) by the beam splitter 3. Here, a Fabry-Perot etalon, a gas cell, or the like is used as the wavelength discriminator 4.

次に、検出器50と検出器60とに入射する光強度について説明する。   Next, the light intensity incident on the detector 50 and the detector 60 will be described.

光源1からの光の強度をI、ハーフミラー2の透過率をT、ビームスプリッタ3の反射率をR及び透過率をTとする。ここでは、ビームスプリッタ3として吸収による損失がない素子を用い、T=1−Rとする。さらに、光源装置400の目標波長である基準波長をλ、基準波長λに対するにおける波長弁別器4の基準透過率をT、基準波長λからの波長差Δλによる波長弁別器4の透過率変化をΔTとする。 The intensity of the light from the light source 1 I o, the transmittance T 2 of the half mirror 2, the reflectivity of the beam splitter 3 to the R 3 and transmittance T 3. Here, an element having no loss due to absorption is used as the beam splitter 3, and T 3 = 1−R 3 is set. Furthermore, transmission of a wavelength discriminator 4 by wavelength difference Δλ of the reference transmittance in the wavelength discriminator 4 from T d, the reference wavelength lambda d at the reference wavelength is the target wavelength of the light source device 400 for lambda d, the reference wavelength lambda d Let the rate change be ΔTd.

図5は、波長弁別器4を透過する光の波長に対する、透過率を示した図である。波長弁別器4としてガスセルを用いた場合について示した図である。また、図5には、上述の基準波長λ、波長差Δλ、基準透過率T、透過率変化ΔTの関係を示している。 FIG. 5 is a diagram showing the transmittance with respect to the wavelength of the light transmitted through the wavelength discriminator 4. It is the figure shown about the case where a gas cell is used as the wavelength discriminator 4. FIG. FIG. 5 shows the relationship between the reference wavelength λ d , the wavelength difference Δλ, the reference transmittance T d , and the transmittance change ΔT d .

検出器50と検出器60との出力レベルを等しくするためビームスプリッタ3の反射率R=T/(1+T)とすると、検出器50へ入射する光強度I50と、検出器60へ入射する光強度I60は、以下の式(1)及び式(2)となる。 If the reflectivity R 3 = T d / (1 + T d ) of the beam splitter 3 in order to make the output levels of the detector 50 and the detector 60 equal, the light intensity I 50 incident on the detector 50 and the detector 60 The incident light intensity I 60 is expressed by the following equations (1) and (2).

Figure 2014123669
Figure 2014123669

Figure 2014123669
Figure 2014123669

光強度I50を検出器50により電圧信号V50に変換し、光強度I60を検出器60により電圧信号V60に変換し、誤差信号演算器8により誤差信号EをE=V60/V50−1として求める。式(1)及び式(2)より、誤差信号Eは以下の式(3)となる。 The light intensity I 50 is converted into a voltage signal V 50 by the detector 50, the light intensity I 60 is converted into a voltage signal V 60 by the detector 60, E an error signal E by error signal calculator 8 = V 60 / V determined as 50 -1. From the equations (1) and (2), the error signal E becomes the following equation (3).

Figure 2014123669
Figure 2014123669

式(3)より誤差信号Eは透過率変化ΔTに比例し、光源1の光強度Iの影響を受けない。そのため、図5に示すように、透過率変化ΔTは光源1からの光の波長差Δλによって発生することが分かる。この誤差信号Eに基づいて制御部9で光源1からの光の波長を制御することで、出力部10から出力される光の波長を安定化させることができる。 From the equation (3), the error signal E is proportional to the transmittance change ΔT d and is not affected by the light intensity I o of the light source 1. Therefore, as shown in FIG. 5, it can be seen that the transmittance change ΔT d is caused by the wavelength difference Δλ of the light from the light source 1. By controlling the wavelength of light from the light source 1 by the control unit 9 based on the error signal E, the wavelength of light output from the output unit 10 can be stabilized.

しかしながら、図4に示した光源装置400では、ビームスプリッタ3の反射率R及び透過率Tの僅かな変化が波長安定性を低下させる問題がある。式(1)及び式(2)においてビームスプリッタ3の反射率変化をΔRとし、光源1からの光に波長誤差がない場合(ΔT=0)の誤差信号Eは以下の式(4)となる。 However, the light source device 400 shown in FIG. 4 has a problem that a slight change in the reflectance R 3 and the transmittance T 3 of the beam splitter 3 lowers the wavelength stability. Equation (1) and the change in reflectance of the beam splitter 3 and [Delta] R 3 in (2), the error signal E is the following equation when there is no wavelength error in the light from the light source 1 ([Delta] T d = 0) (4) It becomes.

Figure 2014123669
Figure 2014123669

つまり、ビームスプリッタ3の反射率Rが変化すると、光源1からの光に波長差Δλが無い場合でも誤差信号演算器8により誤差信号Eが出力される。この誤差信号Eに基づいて制御部9が光源1を制御してしまうと、波長の安定性が低下してしまう。 That is, when the reflectance R 3 of the beam splitter 3 is changed, the error signal E is output by the error signal computing unit 8 even if there is no wavelength difference Δλ to light from the light source 1. If the control unit 9 controls the light source 1 based on the error signal E, the stability of the wavelength is lowered.

例として波長弁別器4にシアン化水素封入型のガスセル(SRM2519a)を用いる場合、ガスセルを透過する光の波長に対する透過率を示す吸収線(図5)の典型値はピーク透過率T=0.65、半値全幅=15pm程度である。このとき、透過率変化ΔTと波長変化Δλの関係はΔT ≒ 4.7E10×Δλとなる。基準透過率Td=(1+T)/2=0.83とし、またΔR≪Tとすると式(4)及び式(3)より、ビームスプリッタ3の反射率変化に対する光源からの光の波長に与える誤差(波長変化Δλ)は以下の式(5)となる。 For example, when a hydrogen cyanide-enclosed gas cell (SRM2519a) is used for the wavelength discriminator 4, the typical value of the absorption line (FIG. 5) indicating the transmittance with respect to the wavelength of light transmitted through the gas cell is a peak transmittance T c = 0.65. The full width at half maximum is about 15 pm. At this time, the relationship between the transmittance change ΔT d and the wavelength change Δλ is ΔT d ≈4.7E10 × Δλ. Assuming that the reference transmittance Td = (1 + T c ) /2=0.83 and ΔR 3 << T d , the wavelength of light from the light source with respect to the reflectance change of the beam splitter 3 is obtained from the equations (4) and (3). The error (wavelength change Δλ) given to is given by the following equation (5).

Figure 2014123669
Figure 2014123669

式(5)よりビームスプリッタ3の反射率変化ΔRが0.1%変化した場合の波長誤差Δλは70fm(9MHz)となる。一般的に光学素子を0.1%の精度で安定化させることは困難である。このため従来の光源を安定化させる方式においてMHzオーダーで波長を安定化させることは困難であった。 Wavelength error Δλ where the reflectance changes [Delta] R 3 of the beam splitter 3 is changed 0.1% from the formula (5) is 70fm (9MHz). In general, it is difficult to stabilize an optical element with an accuracy of 0.1%. For this reason, it has been difficult to stabilize the wavelength in the order of MHz in the conventional method of stabilizing the light source.

(第1実施形態)
図1は第1実施形態の光源装置100を示した図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a light source device 100 according to the first embodiment.

第1実施形態の光源装置100は光源1と、ハーフミラー2と、ビームスプリッタ3と、波長弁別器4と、検出器50と、検出器51と、検出器60と、誤差信号演算器8と、制御部9と、出力部10とを有する。波長弁別器を通過しない光を検出する第2検出部が、本実施形態では検出器50と検出器51と含む。   The light source device 100 according to the first embodiment includes a light source 1, a half mirror 2, a beam splitter 3, a wavelength discriminator 4, a detector 50, a detector 51, a detector 60, and an error signal calculator 8. And a control unit 9 and an output unit 10. In the present embodiment, the second detection unit that detects light that does not pass through the wavelength discriminator includes a detector 50 and a detector 51.

以下、第1実施形態の光源装置100の構成について詳述する。第1実施形態では光源1として1.5μm波長帯の分布帰還型(DFB)半導体レーザを用いる。光源1としてはその他の半導体レーザやファイバレーザを用いても構わない。   Hereinafter, the configuration of the light source device 100 of the first embodiment will be described in detail. In the first embodiment, a 1.5 μm wavelength band distributed feedback (DFB) semiconductor laser is used as the light source 1. As the light source 1, other semiconductor lasers or fiber lasers may be used.

ハーフミラー2(光分岐器)は光源1からの光を、出力部10から出力される光と、光源からの光の波長を制御するために用いられる光(被制御光)とに分割する。ここでは、ハーフミラーとして、ウェッジ型のガラス基盤にクロム膜(反射膜)がコートされたものを用いる。   The half mirror 2 (light splitter) divides the light from the light source 1 into light output from the output unit 10 and light (controlled light) used to control the wavelength of light from the light source. Here, as the half mirror, a wedge-type glass substrate coated with a chromium film (reflection film) is used.

ハーフミラー2を透過した光は、光学素子(ビームスプリッタ3)によって波長弁別器4を通過する光と、波長弁別器4を通過せずに検出器50又は検出器51に入射する光とに分割される。第1実施形態では、ビームスプリッタ3として、3つの直角プリズムを貼り合わせたものを用いる。ビームスプリッタ3の反射面(光分割面)には反射膜として誘電体多層膜が形成されている。またビームスプリッタ3には、その入射面及び射出面に反射防止膜がコートされており、不要な戻り光が殆どない特性を有する。   The light transmitted through the half mirror 2 is split into light that passes through the wavelength discriminator 4 by the optical element (beam splitter 3) and light that enters the detector 50 or the detector 51 without passing through the wavelength discriminator 4. Is done. In the first embodiment, a beam splitter 3 in which three right angle prisms are bonded together is used. A dielectric multilayer film is formed as a reflective film on the reflective surface (light splitting surface) of the beam splitter 3. Further, the beam splitter 3 is coated with an antireflection film on its entrance surface and exit surface, and has a characteristic that there is almost no unnecessary return light.

ビームスプリッタ3のその他の構成としては、2つの直角プリズムを貼り合わせたビームスプリッタの2つを近接させて配置した構成としてもよい。また、直角プリズムの代わりに光分割面に反射膜として誘電体多層膜が形成されたガラス平板(光学素子)を配置した構成としてもよい。   Another configuration of the beam splitter 3 may be a configuration in which two beam splitters each having two right-angle prisms bonded together are arranged close to each other. Moreover, it is good also as a structure which has arrange | positioned the glass flat plate (optical element) in which the dielectric multilayer film was formed as a reflecting film on the light division surface instead of the right angle prism.

波長弁別器4には光学的に透明な密封容器にシアン化水素ガスが封入されたガスセルを用いる。シアン化水素ガスは1.5μm波長帯に多数の吸収線を有し、光通信帯の安定化光源の波長基準として広く用いられている。その他の波長弁別器として、アセチレンなど、別の気体が封入されたガスセルやエタロンを用いてもよい。   The wavelength discriminator 4 uses a gas cell in which hydrogen cyanide gas is sealed in an optically transparent sealed container. Hydrogen cyanide gas has a large number of absorption lines in the 1.5 μm wavelength band and is widely used as a wavelength reference for a stabilized light source in an optical communication band. As another wavelength discriminator, a gas cell or etalon in which another gas such as acetylene is sealed may be used.

検出器50、検出器51及び検出器60には1.5μm波長帯のInGaAs型フォトダイオードを使用する。その他の検出器として、アバランシェフォトダイオード等、光源1からの光の波長に対して適当な感度を有する検出器を用いることが出来る。   The detector 50, the detector 51, and the detector 60 are InGaAs type photodiodes having a wavelength band of 1.5 μm. As another detector, a detector having an appropriate sensitivity to the wavelength of light from the light source 1, such as an avalanche photodiode, can be used.

誤差信号演算器8は増幅器、オペアンプなどの電気回路からなり、検出器50、51及び60からの信号を元に、後述する演算により光源1からの光の波長に比例する電圧信号(誤差信号)を出力する。   The error signal calculator 8 is composed of an electric circuit such as an amplifier and an operational amplifier, and based on signals from the detectors 50, 51 and 60, a voltage signal (error signal) proportional to the wavelength of light from the light source 1 by calculation described later. Is output.

制御部9はPCやFPGA(Field Programmable Gate Array)等の集積回路が実装された制御演算器と、光源1の半導体レーザの駆動電流及び動作温度を任意に設定可能なLDドライバで構成されている。DFB半導体レーザは駆動電流又は動作温度を変更することにより波長を変更することが出来るが、本実施形態においては、温度を一定に制御した状態で、制御演算器からの出力信号(制御信号)を元に駆動電流を変更することで光源1を制御する。   The control unit 9 is composed of a control arithmetic unit on which an integrated circuit such as a PC or FPGA (Field Programmable Gate Array) is mounted, and an LD driver that can arbitrarily set the driving current and operating temperature of the semiconductor laser of the light source 1. . Although the wavelength of the DFB semiconductor laser can be changed by changing the drive current or the operating temperature, in this embodiment, the output signal (control signal) from the control arithmetic unit is output in a state where the temperature is controlled to be constant. The light source 1 is controlled by changing the drive current.

次に第1実施形態における光源1からの光の波長安定化の動作原理について説明する。波長安定化開始時において光源1は制御部9により動作温度に温度調整されると同時に、初期駆動電流で立ち上げられる。動作温度および初期駆動電流は予め計測された光源1の波長温度特性及び波長電流特性に基づいて、発振波長が基準波長λと概略一致するように設定される。 Next, an operation principle of stabilizing the wavelength of light from the light source 1 in the first embodiment will be described. At the start of wavelength stabilization, the light source 1 is adjusted to the operating temperature by the control unit 9 and is simultaneously started up with an initial driving current. The operating temperature and the initial drive current are set so that the oscillation wavelength substantially matches the reference wavelength λ d based on the wavelength temperature characteristic and wavelength current characteristic of the light source 1 measured in advance.

光源1からの光はハーフミラー2で出力光と被制御光に分岐され、被制御光は更にビームスプリッタ3で分岐される。ビームスプリッタ3の図1下側の光分割面を透過した光は波長弁別器4を通り、検出器60で波長弁別信号として検出される。ビームスプリッタ3の下側光分割面を反射し、上側光分割面を透過した光は、第一の検出器50で光強度信号として検出される。また、ビームスプリッタ3の下側光分割面を反射し、上側光分割面を反射した光は、第二の検出器51で光強度信号として検出される。上側光分割面と下側光分割面は互いに同じ構成の誘電体多層膜より成り、反射率および透過率と、それらの変化状態も互いに同じである。   Light from the light source 1 is branched into output light and controlled light by the half mirror 2, and the controlled light is further branched by the beam splitter 3. The light transmitted through the light splitting surface on the lower side of FIG. 1 of the beam splitter 3 passes through the wavelength discriminator 4 and is detected by the detector 60 as a wavelength discrimination signal. The light reflected from the lower light splitting surface of the beam splitter 3 and transmitted through the upper light splitting surface is detected by the first detector 50 as a light intensity signal. The light reflected from the lower light splitting surface of the beam splitter 3 and reflected from the upper light splitting surface is detected by the second detector 51 as a light intensity signal. The upper light splitting surface and the lower light splitting surface are made of dielectric multilayer films having the same configuration, and the reflectance and transmittance and their change states are also the same.

光源1からの光の強度をI、ハーフミラー2の透過率をT、ビームスプリッタ3の反射率をR、ビームスプリッタ3の透過率T=1−R、基準波長λにおける波長弁別器4の基準透過率をTとする。ここでは、ビームスプリッタの反射率変化ΔRを考慮して検出器へ入射する光の強度を求める。反射率変化を考慮すると、ビームスプリッタ3の反射率は(R+ΔR)、ビームスプリッタ3の透過率は(T=1−R−ΔR)となる。基準波長λからの波長差Δλによる波長弁別器4の透過率変化をΔTとすると、検出器50、51及び60へ入射する光の強度I50、I51及びI60は、以下の式(6)から(8)となる。 The intensity of light from the light source 1 is I o , the transmittance of the half mirror 2 is T 2 , the reflectance of the beam splitter 3 is R 3 , the transmittance of the beam splitter 3 is T 3 = 1−R 3 , and the reference wavelength λ d is The reference transmittance of the wavelength discriminator 4 is Td . Here, the intensity of light incident on the detector is obtained in consideration of the reflectance change ΔR 3 of the beam splitter. Considering the change in reflectance, the reflectance of the beam splitter 3 is (R 3 + ΔR 3 ), and the transmittance of the beam splitter 3 is (T 3 = 1−R 3 −ΔR 3 ). Assuming that the transmittance change of the wavelength discriminator 4 due to the wavelength difference Δλ from the reference wavelength λ d is ΔT d , the intensities I 50 , I 51 and I 60 of the light incident on the detectors 50 , 51 and 60 are expressed by the following equations: From (6) to (8).

Figure 2014123669
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Figure 2014123669
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Figure 2014123669
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検出器50及び51で検出される光の強度I50及びI51は、それぞれの検出器で電圧信号V50及びV51に変換される。それぞれの検出器から出力された電圧信号は、誤算信号演算器8に入力する。誤差信号演算器8により第2検出部(検出器50及び検出器51)で検出される光強度信号Vを以下の式(9)から求める。 The light intensities I 50 and I 51 detected by the detectors 50 and 51 are converted into voltage signals V 50 and V 51 by the respective detectors. The voltage signal output from each detector is input to the miscalculation signal calculator 8. Obtained from the second detector by the error signal computing unit 8 (the detector 50 and the detector 51) the light intensity is detected by the signal V i following equation (9).

Figure 2014123669
Figure 2014123669

また、検出器60で検出される光の強度I60は、電圧信号V60に変換される。波長弁別信号V=V60として誤差信号演算器8により誤差信号Eを以下の式(10)から求める。 The light intensity I 60 detected by the detector 60 is converted into a voltage signal V 60 . The error signal E is obtained from the following equation (10) by the error signal calculator 8 with the wavelength discrimination signal V w = V 60 .

Figure 2014123669
Figure 2014123669

式(6)から式(9)より、式(10)は以下の式(11)となる。   From Expression (6) to Expression (9), Expression (10) becomes the following Expression (11).

Figure 2014123669
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式(11)より、第1実施形態における誤差信号Eは波長差Δλによる透過率変化ΔTに比例し、光源1の光強度Iの影響を受けないことが分かる。また、誤差信号Eはビームスプリッタ3(光学素子)の反射率の変化ΔRの影響を受けないことが分かる。すなわち式(6)から式(9)より、光強度信号V及び波長弁別信号Vは共に光分岐器を一度透過した場合と等価の影響を受ける。従って式(10)により、ビームスプリッタ3の反射率及び透過率の変化による影響が打ち消され、反射率が変化した場合でも反射率変化の影響を受けない誤差信号を求めることが出来る。この誤差信号を用いて制御部9は光源からの光の波長を制御する。 From equation (11), it can be seen that the error signal E in the first embodiment is proportional to the transmittance change ΔT d due to the wavelength difference Δλ and is not affected by the light intensity I o of the light source 1. Further, it can be seen that the error signal E is not affected by the change ΔR 3 in the reflectivity of the beam splitter 3 (optical element). That is, from the equations (6) to (9), both the light intensity signal V i and the wavelength discrimination signal V w are affected by the same effect as once passing through the optical branching device. Therefore, according to the equation (10), the influence due to the change in reflectance and transmittance of the beam splitter 3 is canceled, and an error signal that is not affected by the change in reflectance can be obtained even when the reflectance changes. Using this error signal, the control unit 9 controls the wavelength of light from the light source.

このように、波長基準部を通過しない光を検出する第2検出部として、検出器50と検出器51を用いることでビームスプリッタ3の反射率及び透過率の変化による影響が打ち消されるので、光源からの光の波長を従来よりも高精度に安定化することが出来る。   As described above, since the detector 50 and the detector 51 are used as the second detection unit that detects light that does not pass through the wavelength reference unit, the influence of the change in the reflectance and transmittance of the beam splitter 3 is negated. The wavelength of the light from can be stabilized with higher accuracy than before.

(第2実施形態)
図2は第2実施形態の光源装置200を示した図である。
(Second Embodiment)
FIG. 2 shows a light source device 200 according to the second embodiment.

第2実施形態の光源装置200では、ビームスプリッタ3を2つの直角プリズムを張り合わせたものとする。ビームスプリッタ3で反射した光束をシフトミラー70で折り返すことでビームスプリッタ3(光学素子)の構成を第1実施形態と比較して簡易化している。   In the light source device 200 of the second embodiment, it is assumed that the beam splitter 3 is formed by bonding two right-angle prisms. The light beam reflected by the beam splitter 3 is folded back by the shift mirror 70, thereby simplifying the configuration of the beam splitter 3 (optical element) compared to the first embodiment.

シフトミラー70には材質がBK7等の光学ガラスである直角プリズムを用いる。またシフトミラー70はビームスプリッタ3を反射した光束に対して入射面(直角三角形の斜辺)が垂直となるように配置されている。   The shift mirror 70 is a right-angle prism made of optical glass such as BK7. The shift mirror 70 is disposed so that the incident surface (the oblique side of the right triangle) is perpendicular to the light beam reflected from the beam splitter 3.

シフトミラー70として45度直角プリズムを用いた場合には、入射した光は直角をなす2辺へそれぞれ入射角45度で入射する。直角の頂点と光線の反射点を結ぶ距離をdとすると、シフトミラー70に入射した光は、180度回転し、Sqrt(2)×dだけシフトした光がビームスプリッタ3へ再び入射する。   When a 45-degree right angle prism is used as the shift mirror 70, the incident light is incident on two sides forming a right angle at an incident angle of 45 degrees. If the distance between the right vertex and the reflection point of the light beam is d, the light incident on the shift mirror 70 rotates 180 degrees, and the light shifted by Sqrt (2) × d is incident on the beam splitter 3 again.

BK7等の光学ガラスの1.5μm帯の屈折率nmedはおよそ1.50であり、空気との境界における臨界角θ=Asin(nair/nmed)=43.5度である。一般に光軸の角度変化を1度以下に抑えることは容易である。また光学ガラスの屈折率の温度係数はおよそ1E−5であるため、温度変化による臨界角変化は1.2秒/℃であり極めて小さい。従ってシフトミラー70は全反射を利用した極めて安定な反射特性を有するミラーであり、シフトミラー70での反射率は考慮しなくてもよい。 The refractive index n med in the 1.5 μm band of the optical glass such as BK7 is about 1.50, and the critical angle θ = Asin (n air / n med ) = 43.5 degrees at the boundary with air . In general, it is easy to suppress the angle change of the optical axis to 1 degree or less. Further, since the temperature coefficient of the refractive index of the optical glass is about 1E-5, the critical angle change due to the temperature change is 1.2 seconds / ° C. and is extremely small. Therefore, the shift mirror 70 is a mirror having extremely stable reflection characteristics using total reflection, and the reflectance at the shift mirror 70 need not be taken into consideration.

そのため、第2実施形態の検出器50で検出される光は第1実施形態と同じく、ビームスプリッタ3で反射し、透過した光である。同様に検出器51で検出される光は第1実施形態と同じく、ビームスプリッタ3で反射し、再び反射した光である。シフトミラー70での反射率は考慮しなくても良いため、検出器50へ入射する光の強度I50は、上述の式(6)で表すことができ、検出器51へ入射する光の強度I51は、上述の式(7)で表すことができる。 Therefore, the light detected by the detector 50 of the second embodiment is the light reflected and transmitted by the beam splitter 3 as in the first embodiment. Similarly, the light detected by the detector 51 is light reflected by the beam splitter 3 and reflected again, as in the first embodiment. Since the reflectance at the shift mirror 70 does not need to be considered, the intensity I 50 of light incident on the detector 50 can be expressed by the above equation (6), and the intensity of light incident on the detector 51. I 51 can be represented by the above formula (7).

ビームスプリッタ3を透過した光は波長弁別器4を通過し、検出器60により検出される。検出器60へ入射する光の強度I60は、上述の式(8)で表すことができる。 The light transmitted through the beam splitter 3 passes through the wavelength discriminator 4 and is detected by the detector 60. The intensity I 60 of the light incident on the detector 60 can be expressed by the above equation (8).

以上より、光源装置200においても第1実施形態で説明した式(9)から式(11)を適用することができ、誤差信号はビームスプリッタ3の反射率の変化の影響を受けないことが分かる。   From the above, it is understood that the equations (9) to (11) described in the first embodiment can also be applied to the light source device 200, and the error signal is not affected by the change in the reflectance of the beam splitter 3. .

このように、波長基準部を通過しない光を検出する第2検出部として、検出器50と検出器51を用いることで光源からの光の波長を従来よりも高精度に安定化することが出来る。さらに、シフトミラーを用いることでビームスプリッタ3(光学素子)の構成を簡易化することができる。   As described above, by using the detector 50 and the detector 51 as the second detection unit that detects light that does not pass through the wavelength reference unit, the wavelength of light from the light source can be stabilized with higher accuracy than in the past. . Furthermore, the structure of the beam splitter 3 (optical element) can be simplified by using a shift mirror.

(第3実施形態)
図3は第3実施形態の光源装置300を示した図である。
(Third embodiment)
FIG. 3 shows a light source device 300 according to the third embodiment.

光源装置300には光源1と、ハーフミラー2(分岐器)、ビームスプリッタ3(光学素子)と、波長弁別器4と、検出器50及び60と、シフトミラー70及び71と、誤差信号演算器8と、制御部9と、出力部10とを有する。   The light source device 300 includes a light source 1, a half mirror 2 (branching device), a beam splitter 3 (optical element), a wavelength discriminator 4, detectors 50 and 60, shift mirrors 70 and 71, and an error signal calculator. 8, a control unit 9, and an output unit 10.

第3実施形態の光源装置300では、ビームスプリッタ3を2つの直角プリズムを張り合わせたものとする。ビームスプリッタ3で反射した光束を第2実施形態と同じくシフトミラー70で折り返している。さらに、本実施形態では波長弁別器4を通過した光を波長弁別器に折り返すシフトミラー71を有している。一方で、波長基準部を通過しない光を検出する第2検出部は検出器50からなる。本実施形態では誤差信号演算器8が検出器50(第2検出部)と検出器60(第1検出部)との検出結果から誤差信号Eを求める。   In the light source device 300 of the third embodiment, it is assumed that the beam splitter 3 is formed by bonding two right-angle prisms. The light beam reflected by the beam splitter 3 is folded back by the shift mirror 70 as in the second embodiment. Furthermore, in this embodiment, it has the shift mirror 71 which returns the light which passed the wavelength discriminator 4 to a wavelength discriminator. On the other hand, the second detection unit that detects light that does not pass through the wavelength reference unit includes a detector 50. In this embodiment, the error signal calculator 8 obtains the error signal E from the detection results of the detector 50 (second detection unit) and the detector 60 (first detection unit).

次に第3実施形態における光源1からの光の波長安定化の動作原理について説明する。波長安定化開始時の動作は第1実施形態と同様、光源1は制御部9により動作温度に温度調整されると同時に、初期駆動電流で立ち上げられる。   Next, an operation principle of stabilizing the wavelength of light from the light source 1 in the third embodiment will be described. The operation at the start of wavelength stabilization is the same as that of the first embodiment, and the light source 1 is adjusted to the operating temperature by the control unit 9 and at the same time started up with the initial drive current.

光源1からの光はハーフミラー2で出力光と被制御光に分岐され、被制御光は更にビームスプリッタ3で分岐される。ビームスプリッタ3を反射した光はシフトミラー70により光路をシフトして折り返された後、ビームスプリッタ3を透過し、光の強度信号を検出するための検出器50へ導光される。一方、ビームスプリッタ3を透過した光は波長弁別器4を通過し、シフトミラー71により光路をシフトして折り返された後、再び波長弁別器4を通過する。波長弁別器4を通過した光は、ビームスプリッタ3で反射し、波長弁別信号を検出するための検出器60へ導光される。   Light from the light source 1 is branched into output light and controlled light by the half mirror 2, and the controlled light is further branched by the beam splitter 3. The light reflected by the beam splitter 3 is turned by the shift mirror 70 after the optical path is shifted, then passes through the beam splitter 3 and is guided to the detector 50 for detecting the intensity signal of the light. On the other hand, the light that has passed through the beam splitter 3 passes through the wavelength discriminator 4, shifts the optical path by the shift mirror 71 and is turned back, and then passes through the wavelength discriminator 4 again. The light that has passed through the wavelength discriminator 4 is reflected by the beam splitter 3 and guided to a detector 60 for detecting a wavelength discrimination signal.

光源1からの光の強度をI、ハーフミラー2の透過率をT、ビームスプリッタ3の反射率をR、ビームスプリッタ3の透過率T=1−R、基準波長λにおける波長弁別器4の基準透過率をT、とする。さらに、基準波長λからの波長差Δλによる波長弁別器4の透過率変化をΔT、シフトミラー70及び71の境界面の反射率をR70、R71とすると、検出器50及び60へ入射する光の強度I50及びI60は、以下の式(12)及び(13)となる。 The intensity of light from the light source 1 is I o , the transmittance of the half mirror 2 is T 2 , the reflectance of the beam splitter 3 is R 3 , the transmittance of the beam splitter 3 is T 3 = 1−R 3 , and the reference wavelength λ d is Let T d be the reference transmittance of the wavelength discriminator 4. Further, assuming that the change in transmittance of the wavelength discriminator 4 due to the wavelength difference Δλ from the reference wavelength λ d is ΔT d and the reflectivity of the boundary surfaces of the shift mirrors 70 and 71 are R 70 and R 71 , the detectors 50 and 60 are sent. Intensities I 50 and I 60 of incident light are expressed by the following equations (12) and (13).

Figure 2014123669
Figure 2014123669

Figure 2014123669
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検出器50で検出される光の強度I50は、電圧信号V50に変換される。同様に、検出器60で検出される光の強度I60は、電圧信号V60に変換される。誤差信号Eは、光強度信号V=V50、波長弁別信号V=V60として誤差信号演算器8により以下の式(14)から求める。 The light intensity I 50 detected by the detector 50 is converted into a voltage signal V 50 . Similarly, the light intensity I 60 detected by the detector 60 is converted into a voltage signal V 60 . The error signal E is obtained from the following equation (14) by the error signal calculator 8 with the light intensity signal V i = V 50 and the wavelength discrimination signal V w = V 60 .

Figure 2014123669
Figure 2014123669

式(12)及び式(13)より、式(14)は以下の式(15)となる。   From Expression (12) and Expression (13), Expression (14) becomes the following Expression (15).

Figure 2014123669
Figure 2014123669

第2実施形態と同様に、シフトミラー70及び71による反射は全反射であるため、シフトミラーの反射率は考慮しなくてもよい。式(15)の誤差信号Eは、R70=R71=1とし、ΔT≪Tとすると、以下の式(16)となる。 As in the second embodiment, since the reflection by the shift mirrors 70 and 71 is total reflection, the reflectance of the shift mirror need not be considered. Error signal E of the formula (15), and R 70 = R 71 = 1, if the [Delta] T d << T d, and comprising the following formula (16).

Figure 2014123669
Figure 2014123669

式(16)より、第3実施形態における誤差信号Eは波長差Δλによる透過率変化ΔTに比例し、光源1からの光の強度Iの変化の影響を受けない。さらに、ビームスプリッタ3の反射率の変化ΔRの影響を受けないことが分かる。 From equation (16), the error signal E in the third embodiment is proportional to the transmittance change ΔT d due to the wavelength difference Δλ and is not affected by the change in the light intensity I o from the light source 1. Furthermore, it can be seen that not affected by the change [Delta] R 3 in the reflectivity of the beam splitter 3.

式(12)及び式(13)より強度信号V及び波長弁別信号Vは、共に光源からの光がビームスプリッタ3を一度透過し、かつ、一度反射した光を含む光を検出することで求めたものであることが分かる。したがって式(14)により、ビームスプリッタ3の反射率及び透過率の変化による影響が打ち消され、ビームスプリッタ3の反射率が変化した場合においてもその影響を受けることなく誤差信号を演算することが出来る。この誤差信号を用いて制御部9は光源からの光の波長を制御する。 From the equations (12) and (13), the intensity signal V i and the wavelength discrimination signal V w are both detected by detecting light including light once transmitted through the beam splitter 3 and once reflected by the light from the light source. It turns out that it is what was demanded. Therefore, according to the equation (14), the influence due to the change in the reflectance and transmittance of the beam splitter 3 is canceled, and even when the reflectance of the beam splitter 3 changes, the error signal can be calculated without being affected by the influence. . Using this error signal, the control unit 9 controls the wavelength of light from the light source.

なお、波長弁別器4は、図3に示すように、ビームスプリッタ3とシフトミラー71との間に配置されていなくてもよく、ビームスプリッタ3と検出器60との間に配置してもよい。この場合も、検出器60で検出される光の強度I60は式(13)と同様である。 As shown in FIG. 3, the wavelength discriminator 4 may not be disposed between the beam splitter 3 and the shift mirror 71 but may be disposed between the beam splitter 3 and the detector 60. . Also in this case, the intensity I 60 of light detected by the detector 60 is the same as that in the equation (13).

このように、波長基準部を通過する光を検出する第1検出部と、波長基準部を通過しない光を検出する第2検出部とは、ビームスプリッタ3を透過した光と、反射した光とを含む光を検出することで光源からの光の波長を従来よりも高精度に安定化することが出来る。さらに、波長弁別信号を検出する光路中にシフトミラーを用いることで第1実施形態及び第2実施形態の第2検出部に対して検出器の数を少なくすることができる。   As described above, the first detection unit that detects light that passes through the wavelength reference unit and the second detection unit that detects light that does not pass through the wavelength reference unit include light transmitted through the beam splitter 3, reflected light, and the like. By detecting the light containing, the wavelength of light from the light source can be stabilized with higher accuracy than before. Furthermore, by using a shift mirror in the optical path for detecting the wavelength discrimination signal, the number of detectors can be reduced with respect to the second detectors of the first embodiment and the second embodiment.

(第4実施形態)
図6は第4実施形態の計測装置600を示した図である。
(Fourth embodiment)
FIG. 6 is a diagram showing a measuring apparatus 600 according to the fourth embodiment.

計測装置600は、参照面61と被検面62との間の距離を計測する光波干渉計測装置である。計測装置600は、光源装置100と偏光ビームスプリッタ63と、干渉光検出部64と、算出部65と、λ/2板67と、λ/4板68を有する。光源装置は第1実施形態で説明した光源装置100に限らず、上述の何れの実施形態の光源装置も適用することができる。   The measuring device 600 is a light wave interference measuring device that measures the distance between the reference surface 61 and the test surface 62. The measuring device 600 includes a light source device 100, a polarization beam splitter 63, an interference light detection unit 64, a calculation unit 65, a λ / 2 plate 67, and a λ / 4 plate 68. The light source device is not limited to the light source device 100 described in the first embodiment, and the light source device of any of the above-described embodiments can be applied.

光源装置100の出力部10からの光は、偏光ビームスプリッタ63を含む干渉光学系66に入射する。λ/2板は偏光ビームスプリッタ63の分岐比が適当となるように偏光を回転させる。偏光ビームスプリッタ63は、光源装置100からの光を2つの光に分割して、反射光を参照面61に入射させ、透過光を被検面62に入射させる。参照面61で反射された光(参照光)は、λ/4板68により偏光方向を回転された後、偏光ビームスプリッタ63を透過して干渉光検出部64に入射する。被検面62で反射された光(被検光)は、λ/4板68により偏光方向を回転された後、偏光ビームスプリッタ63を反射して干渉光検出部64に入射する。これにより、参照光と被検光との干渉光が生成され、かかる干渉光を干渉光検出部64が検出する。算出部65は、干渉光検出部64で検出された干渉光に基づいて、参照面61と被検面62との間の距離を求める。   Light from the output unit 10 of the light source device 100 enters an interference optical system 66 including a polarization beam splitter 63. The λ / 2 plate rotates the polarized light so that the polarization beam splitter 63 has an appropriate branching ratio. The polarization beam splitter 63 divides the light from the light source device 100 into two lights, causes the reflected light to enter the reference surface 61, and causes the transmitted light to enter the test surface 62. The light reflected by the reference surface 61 (reference light) is rotated in the polarization direction by the λ / 4 plate 68, and then passes through the polarization beam splitter 63 and enters the interference light detector 64. The light reflected by the test surface 62 (test light) is rotated in the polarization direction by the λ / 4 plate 68, then reflected by the polarization beam splitter 63 and incident on the interference light detection unit 64. Thereby, interference light between the reference light and the test light is generated, and the interference light detection unit 64 detects the interference light. The calculation unit 65 obtains the distance between the reference surface 61 and the test surface 62 based on the interference light detected by the interference light detection unit 64.

また、干渉光検出部64を2次元センサとし、出力部10からの光を図示しないビームエキスパンダで拡大することで計測装置600は形状計測装置として用いることができる。   Further, the measurement device 600 can be used as a shape measurement device by using the interference light detection unit 64 as a two-dimensional sensor and enlarging the light from the output unit 10 with a beam expander (not shown).

本実施形態の計測装置600では、光源装置100からの光の波長が安定化されている。したがって、計測装置600は参照面61と被検面62との間隔を高精度に計測することができる。また、これら計測装置(形状計測装置)を用いて被検物(光学部材やメカ部材)の形状を計測し、計測結果に基づき被検物を加工すれば、精度の高い加工を行うことができる。   In the measurement apparatus 600 of this embodiment, the wavelength of light from the light source apparatus 100 is stabilized. Therefore, the measuring device 600 can measure the interval between the reference surface 61 and the test surface 62 with high accuracy. Moreover, if the shape of a test object (an optical member or a mechanical member) is measured using these measurement devices (shape measurement devices) and the test object is processed based on the measurement result, highly accurate processing can be performed. .

また、本発明の光源装置は参照面と被検面との間の距離を計測する計測装置に用いるだけでなく、通信分野における光波長多重光通信システムを実現するための光源装置(出力される光の波長が高精度に安定化された光源)としても適用することができる。   The light source device of the present invention is not only used in a measuring device that measures the distance between the reference surface and the test surface, but also is a light source device for realizing an optical wavelength division multiplexing optical communication system in the communication field (outputted). The present invention can also be applied as a light source in which the wavelength of light is stabilized with high accuracy.

いずれの実施形態も誤差信号演算器8で波長弁別器4を透過した光の透過率を求める場合について説明したが、必ずしも光の透過率を求める必要はない。例えば、波長変化に対する光の強度の変化率が分かっている場合には、基準波長からの光の強度変化から波長差Δλを求めて、光源1を制御しても良い。   In any of the embodiments, the case where the error signal calculator 8 obtains the transmittance of the light transmitted through the wavelength discriminator 4 has been described. However, it is not always necessary to obtain the light transmittance. For example, when the change rate of the light intensity with respect to the wavelength change is known, the light source 1 may be controlled by obtaining the wavelength difference Δλ from the light intensity change from the reference wavelength.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。   As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.

1 光源
2 ハーフミラー(分岐器)
3 ビームスプリッタ(光学素子)
4 波長弁別器
50 検出器
51 検出器
60 検出器
8 誤差信号演算器
9 制御部
1 Light source 2 Half mirror
3 Beam splitter (optical element)
4 Wavelength Discriminator 50 Detector 51 Detector 60 Detector 8 Error Signal Calculator 9 Control Unit

Claims (11)

光源と、
前記光源からの光の波長変化に応じて前記光源からの光の強度を変化させる波長基準部と、
前記波長基準部を通過する光の強度を検出する第1検出部と、
前記波長基準部を通過しない光の強度を検出する第2検出部と、
光分割面により前記光源からの光を前記第1検出部に入射する光と前記第2検出部に入射する光とに分割する光学素子と、
前記第1検出部により検出した光強度と、前記第2検出部により検出した光強度とを用いて前記波長基準部を透過した前記光源からの光の波長変化を求める演算部と、
前記演算部で求めた波長変化に基づいて、前記光源からの光の波長を制御する制御部と、
を有する光源装置であって、
前記第2検出部は前記光分割面または前記光分割面と同じ構成の他の光分割面を透過した光の強度を検出する検出器と、前記光分割面または前記他の光分割面を反射した光の強度を検出する検出器を含むことを特徴とする光源装置。
A light source;
A wavelength reference unit that changes the intensity of light from the light source according to a change in wavelength of light from the light source;
A first detection unit for detecting the intensity of light passing through the wavelength reference unit;
A second detection unit that detects the intensity of light that does not pass through the wavelength reference unit;
An optical element that divides light from the light source into light incident on the first detection unit and light incident on the second detection unit by a light splitting surface;
A calculation unit that obtains a wavelength change of light from the light source that has passed through the wavelength reference unit using the light intensity detected by the first detection unit and the light intensity detected by the second detection unit;
Based on the wavelength change obtained by the arithmetic unit, a control unit for controlling the wavelength of light from the light source,
A light source device comprising:
The second detection unit detects a light intensity transmitted through the light splitting surface or another light splitting surface having the same configuration as the light splitting surface, and reflects the light splitting surface or the other light splitting surface. A light source device comprising a detector for detecting the intensity of the emitted light.
光源と、
前記光源からの光の波長変化に応じて前記光源からの光の強度を変化させる波長基準部と、
前記波長基準部を通過する光の強度を検出する第1検出部と、
前記波長基準部を通過しない光の強度を検出する第2検出部と、
光分割面により前記光源からの光を前記第1検出部に入射する光と前記第2検出部に入射する光とに分割する光学素子と、
前記第1検出部により検出した光強度と、前記第2検出部により検出した光強度とを用いて前記波長基準部を透過した前記光源からの光の波長変化を求める演算部と、
前記演算部で求めた波長変化に基づいて、前記光源からの光の波長を制御する制御部と、
を有する光源装置であって、
前記第1検出部に入射する光、及び、前記第2検出部に入射する光は前記光分割面を透過し、前記光分割面を反射していることを特徴とする光源装置。
A light source;
A wavelength reference unit that changes the intensity of light from the light source according to a change in wavelength of light from the light source;
A first detection unit for detecting the intensity of light passing through the wavelength reference unit;
A second detection unit that detects the intensity of light that does not pass through the wavelength reference unit;
An optical element that divides light from the light source into light incident on the first detection unit and light incident on the second detection unit by a light splitting surface;
A calculation unit that obtains a wavelength change of light from the light source that has passed through the wavelength reference unit using the light intensity detected by the first detection unit and the light intensity detected by the second detection unit;
Based on the wavelength change obtained by the arithmetic unit, a control unit for controlling the wavelength of light from the light source,
A light source device comprising:
The light source device, wherein light incident on the first detection unit and light incident on the second detection unit are transmitted through the light dividing surface and reflected by the light dividing surface.
前記光学素子は、前記光源からの光を透過光と反射光とに分割する反射膜が形成されたビームスプリッタであることを特徴とする、請求項1又は2に記載の光源装置。   3. The light source device according to claim 1, wherein the optical element is a beam splitter on which a reflection film that divides light from the light source into transmitted light and reflected light is formed. 4. 前記光学素子を透過した光を全反射して折り返し前記光学素子に再び入射させるプリズムを有することを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載の光源装置。   4. The light source device according to claim 1, further comprising a prism that totally reflects the light transmitted through the optical element and turns it back into the optical element. 5. 前記光学素子を反射した光を全反射して折り返し前記光学素子に再び入射させるプリズムを有することを特徴とする、請求項1から4のいずれか1項に記載の光源装置。   5. The light source device according to claim 1, further comprising a prism that totally reflects the light reflected by the optical element and returns the light to the optical element again. 6. 前記波長基準部は、ガスセルからなり、
該ガスセルを透過した光を用いて、前記演算部は前記光源からの光の波長変化を求めることを特徴とする、請求項1から5のいずれか1項に記載の光源装置。
The wavelength reference unit is composed of a gas cell,
6. The light source device according to claim 1, wherein the calculation unit obtains a wavelength change of light from the light source using light transmitted through the gas cell. 7.
光源と、
前記光源からの光の波長変化に応じて前記光源からの光の強度を変化させる波長基準部と、
前記波長基準部を通過する光の強度を検出する第1検出部と、
前記波長基準部を通過しない光の強度を検出する第2検出部と、
光分割面により前記光源からの光を前記第1検出部に入射する光と前記第2検出部に入射する光とに分割する光学素子と、
前記第1検出部により検出した光強度と、前記第2検出部により検出した光強度とを用いて前記波長基準部を透過した前記光源からの光の波長変化を求める演算部と、
前記演算部で求めた波長変化に基づいて、前記光源からの光の波長を制御する制御部と、
を有する光源装置であって、
前記第2検出部は、前記光分割面により前記第2検出部に入射する光に分割された光が、前記光分割面と同じ構成の他の光分割面を透過した光の強度を検出する検出器と、前記他の光分割面を反射した光の強度を検出する検出器を含むことを特徴とする光源装置。
A light source;
A wavelength reference unit that changes the intensity of light from the light source according to a change in wavelength of light from the light source;
A first detection unit for detecting the intensity of light passing through the wavelength reference unit;
A second detection unit that detects the intensity of light that does not pass through the wavelength reference unit;
An optical element that divides light from the light source into light incident on the first detection unit and light incident on the second detection unit by a light splitting surface;
A calculation unit that obtains a wavelength change of light from the light source that has passed through the wavelength reference unit using the light intensity detected by the first detection unit and the light intensity detected by the second detection unit;
Based on the wavelength change obtained by the arithmetic unit, a control unit for controlling the wavelength of light from the light source,
A light source device comprising:
The second detection unit detects the intensity of the light split into the light incident on the second detection unit by the light splitting surface and transmitted through another light splitting surface having the same configuration as the light splitting surface. A light source device comprising: a detector; and a detector that detects the intensity of light reflected from the other light splitting surface.
光源と、
前記光源からの光の波長変化に応じて前記光源からの光の強度を変化させる波長基準部と、
前記波長基準部を通過する光の強度を検出する第1検出部と、
前記波長基準部を通過しない光の強度を検出する第2検出部と、
光分割面により前記光源からの光を前記第1検出部に入射する光と前記第2検出部に入射する光とに分割する光学素子と、
前記光分割面により前記第2検出部に入射する光に分割された光を全反射して折り返し前記光学素子に再び入射させるプリズムと、
前記第1検出部により検出した光強度と、前記第2検出部により検出した光強度とを用いて前記波長基準部を透過した前記光源からの光の波長変化を求める演算部と、
前記演算部で求めた波長変化に基づいて、前記光源からの光の波長を制御する制御部と、
を有する光源装置であって、
前記第2検出部は、前記プリズムにより前記光学素子に再び入射した光が、前記光分割面を透過した光の強度を検出する検出器と、前記光分割面を反射した光の強度を検出する検出器を含むことを特徴とする光源装置。
A light source;
A wavelength reference unit that changes the intensity of light from the light source according to a change in wavelength of light from the light source;
A first detection unit for detecting the intensity of light passing through the wavelength reference unit;
A second detection unit that detects the intensity of light that does not pass through the wavelength reference unit;
An optical element that divides light from the light source into light incident on the first detection unit and light incident on the second detection unit by a light splitting surface;
A prism that totally reflects the light split into the light incident on the second detection unit by the light splitting surface and turns it back into the optical element;
A calculation unit that obtains a wavelength change of light from the light source that has passed through the wavelength reference unit using the light intensity detected by the first detection unit and the light intensity detected by the second detection unit;
Based on the wavelength change obtained by the arithmetic unit, a control unit for controlling the wavelength of light from the light source,
A light source device comprising:
The second detection unit detects a light intensity of light incident on the optical element by the prism and detecting the intensity of light transmitted through the light splitting surface, and detects the intensity of light reflected from the light splitting surface. A light source device comprising a detector.
光源からの光の波長変化に応じて前記光源からの光の強度を変化させる波長基準部を有する光源装置を制御する制御方法であって、
前記波長基準部を通過する光の強度を検出する第1検出部により検出した光強度と、前記波長基準部を通過しない光の強度を検出する第2検出部により検出した光強度とを用いて前記波長基準部を透過した前記光源からの光の波長変化を求める演算ステップと、
前記演算ステップで求めた波長変化に基づいて、前記光源からの光の波長を制御する制御ステップと、
を有する制御方法であって、
前記光源装置には光分割面により前記光源からの光を前記第1検出部に入射する光と前記第2検出部に入射する光とに分割する光学素子を有し、
前記第2検出部は、前記光分割面または前記光分割面と同じ構成の他の光分割面を透過した光の強度を検出する検出器と、前記光分割面または前記他の光分割面を反射した光の強度を検出する検出器を含むことを特徴とする制御方法。
A control method for controlling a light source device having a wavelength reference unit that changes the intensity of light from the light source according to a change in wavelength of light from the light source,
Using the light intensity detected by the first detection unit that detects the intensity of light that passes through the wavelength reference unit and the light intensity detected by the second detection unit that detects the intensity of light that does not pass through the wavelength reference unit A calculation step for obtaining a wavelength change of light from the light source that has passed through the wavelength reference unit;
A control step for controlling the wavelength of light from the light source based on the wavelength change obtained in the calculation step;
A control method comprising:
The light source device has an optical element that divides light from the light source into light incident on the first detection unit and light incident on the second detection unit by a light dividing surface,
The second detection unit includes a detector that detects the intensity of light transmitted through the light splitting surface or another light splitting surface having the same configuration as the light splitting surface, and the light splitting surface or the other light splitting surface. A control method comprising a detector for detecting the intensity of reflected light.
光源からの光の波長変化に応じて前記光源からの光の強度を変化させる波長基準部を有する光源装置を制御する制御方法であって、
前記波長基準部を通過する光の強度を検出する第1検出部により検出した光強度と、前記波長基準部を通過しない光の強度を検出する第2検出部により検出した光強度とを用いて前記波長基準部を透過した前記光源からの光の波長変化を求める演算ステップと、
前記演算ステップで求めた波長変化に基づいて、前記光源からの光の波長を制御する制御ステップと、
を有する制御方法であって、
前記光源装置には光分割面により前記光源からの光を前記第1検出部に入射する光と前記第2検出部に入射する光とに分割する光学素子を有し、
前記第1検出部に入射する光、及び、前記第2検出部に入射する光は前記光分割面を透過し、前記光分割面を反射していることを特徴とする制御方法。
A control method for controlling a light source device having a wavelength reference unit that changes the intensity of light from the light source according to a change in wavelength of light from the light source,
Using the light intensity detected by the first detection unit that detects the intensity of light that passes through the wavelength reference unit and the light intensity detected by the second detection unit that detects the intensity of light that does not pass through the wavelength reference unit A calculation step for obtaining a wavelength change of light from the light source that has passed through the wavelength reference unit;
A control step for controlling the wavelength of light from the light source based on the wavelength change obtained in the calculation step;
A control method comprising:
The light source device has an optical element that divides light from the light source into light incident on the first detection unit and light incident on the second detection unit by a light dividing surface,
The control method characterized in that light incident on the first detector and light incident on the second detector are transmitted through the light dividing surface and reflected from the light dividing surface.
参照面と被検物の表面との間の距離を計測することで前記被検物の形状を計測する形状計測装置であって、
請求項1から8のうちいずれか1項に記載の光源装置と、
前記光源装置からの光を2つの光に分割して、一方の光を前記参照面に入射させ、他の光を前記被検物の表面に入射させ、前記参照面からの光と前記被検物の表面からの光との干渉光を生成する光学系と、
前記干渉光を検出する干渉光検出部と、
前記干渉光検出部で検出された干渉光に基づいて、前記参照面と前記被検物の表面との間の距離を算出する算出部と、
を有することを特徴とする形状計測装置。
A shape measuring device that measures the shape of the test object by measuring the distance between the reference surface and the surface of the test object,
The light source device according to any one of claims 1 to 8,
The light from the light source device is divided into two lights, one light is made incident on the reference surface, the other light is made incident on the surface of the test object, the light from the reference surface and the test object An optical system that generates interference light with light from the surface of the object;
An interference light detector for detecting the interference light;
A calculation unit that calculates a distance between the reference surface and the surface of the test object based on the interference light detected by the interference light detection unit;
A shape measuring device characterized by comprising:
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