JP2018096939A

JP2018096939A - Line width measuring apparatus

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Publication number: JP2018096939A
Application number: JP2016244574A
Authority: JP
Inventors: 洋二郎森; Yojiro Mori; 佐藤　健一; Kenichi Sato; 健一佐藤; 長谷川　浩; Hiroshi Hasegawa; 浩長谷川; 修平山岡; Shuhei Yamaoka
Original assignee: Nagoya University NUC
Current assignee: Nagoya University NUC
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2018-06-21

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique of measuring a line width easily and accurately.SOLUTION: An input unit 20 inputs a first light, a second light, and a third light having different frequencies. A generation unit 22 generates a beat signal including a beat component between different lights by multiplexing the first to third lights input by the input unit 20. An analysis unit 24 derives at least one of the line widths of the first to third lights based on the beat signal generated by the generation unit 22.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、線幅測定技術に関し、特に光の線幅を測定する線幅測定装置に関する。 The present disclosure relates to a line width measurement technique, and more particularly to a line width measurement apparatus that measures the line width of light.

光通信分野においてレーザの特性を調べるために、レーザの線幅が測定される。例えば、レーザ出力が２つに分岐されてから、一方が光ファイバによって遅延させられ、他方には周波数シフトがなされた後、それらが合波される。これに続いて、合波された光の線幅が測定される（例えば、非特許文献１参照）。 In order to investigate the characteristics of a laser in the optical communication field, the line width of the laser is measured. For example, after the laser output is split into two, one is delayed by an optical fiber, and the other is frequency-shifted before being combined. Following this, the line width of the combined light is measured (see, for example, Non-Patent Document 1).

Ｔ．Ｏｋｏｓｈｉ，Ｋ．ＫｉｋｕｃｈｉａｎｄＡ．Ｎａｋａｙａｍａ、「Ｎｏｖｅｌｍｅｔｈｏｄｆｏｒｈｉｇｈｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｌａｓｅｒｏｕｔｐｕｔｓｐｅｃｔｒｕｍ」、ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ、１９８０年、Ｖｏｌ．１６、Ｎｏ.１６、ｐ．６３０−６３１T.A. Okoshi, K .; Kikuchi and A.K. Nakayama, “Novel method for high resolution measurement of laser output spectrum”, Electronics Letters, 1980, Vol. 16, No. 16, p. 630-631

非特許文献１のような自己干渉方式は、位相不安定性である位相変動を検出することによって、周波数不安定性である線幅を導出する。また、移動変動を検出するために、位相差が検出される。さらに、位相差を検出するために、一方の遅延量が大きくされる。しかしながら、遅延量を大きくするためには光ファイバを長くする必要がある。 The self-interference method as described in Non-Patent Document 1 derives a line width that is frequency instability by detecting phase fluctuation that is phase instability. Further, a phase difference is detected in order to detect movement fluctuation. Furthermore, in order to detect the phase difference, one delay amount is increased. However, in order to increase the delay amount, it is necessary to lengthen the optical fiber.

本開示はこうした状況に鑑みてなされており、その目的とするところの１つは、簡易かつ高精度に線幅を測定する技術を提供することにある。 The present disclosure has been made in view of such a situation, and one of the purposes is to provide a technique for measuring a line width easily and with high accuracy.

上記課題を解決するために、本開示のある態様の線幅測定装置は、互いに異なった周波数を有する第１の光と第２の光と第３の光とを入力する入力部と、入力部において入力した第１の光と第２の光と第３の光とを合波することによって、異なった光間のビート成分が含まれたビート信号を生成する生成部と、生成部において生成したビート信号をもとに、第１の光と第２の光と第３の光のうちの少なくとも１つの線幅を導出する解析部と、を備える。 In order to solve the above problems, a line width measuring device according to an aspect of the present disclosure includes an input unit that inputs first light, second light, and third light having different frequencies, and an input unit Generating a beat signal including beat components between different lights by combining the first light, the second light, and the third light input in the An analysis unit for deriving at least one line width of the first light, the second light, and the third light based on the beat signal.

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本開示の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本開示の態様として有効である。 It should be noted that any combination of the above-described components and a representation of the present disclosure converted between a method, an apparatus, a system, a recording medium, a computer program, and the like are also effective as an aspect of the present disclosure.

本開示によれば、簡易かつ高精度に線幅を測定できる。 According to the present disclosure, the line width can be measured easily and with high accuracy.

本実施例１に係る線幅測定装置の構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration of a line width measuring apparatus according to a first embodiment. 図２（ａ）−（ｂ）は、図１の線幅測定装置における光の周波数領域の配置を示す図である。FIGS. 2A to 2B are diagrams showing the arrangement of the frequency domain of light in the line width measuring apparatus of FIG. 図３（ａ）−（ｂ）は、図１の解析部において導出されるスペクトルを示す図である。3A to 3B are diagrams showing spectra derived by the analysis unit in FIG. 本実施例２に係る線幅測定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the line | wire width measuring apparatus which concerns on the present Example 2. FIG. 図４の線幅測定装置における光の周波数領域の配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the frequency domain of the light in the line | wire width measuring apparatus of FIG.

本実施例を具体的に説明する前に、基礎となった知見を説明する。レーザ(スペクトル)の線幅（Ｈｚ）は、レーザの位相安定性を表す指標であり、スペクトル線幅が狭いほどレーザの位相安定性が高く、高性能なレーザであるといえる。レーザは、例えば、光ファイバ通信システムに使用されており、商用の光ファイバ通信システムでは、位相偏移変調（ＰＳＫ：ＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）・直交振幅変調（ＱＡＭ：ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＡｍｐｌｉｔｕｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）といった光電界振幅の位相を利用した高次変調方式が導入されつつある。位相を変調パラメータとする信号の復調特性はレーザの位相雑音の影響を受けるので、狭スペクトル線幅を持つレーザが必要不可欠になる。これに応じて、線幅測定技術も重要になる。 Prior to specific description of the present embodiment, the basic knowledge will be described. The line width (Hz) of the laser (spectrum) is an index representing the phase stability of the laser, and it can be said that the narrower the spectral line width, the higher the phase stability of the laser and the higher the performance of the laser. The laser is used in, for example, an optical fiber communication system. In a commercial optical fiber communication system, an optical electric field amplitude such as phase shift keying (PSK) or quadrature amplitude modulation (QAM) is used. Higher order modulation schemes using phase are being introduced. Since the demodulation characteristics of a signal whose phase is a modulation parameter are affected by the phase noise of the laser, a laser having a narrow spectral line width becomes indispensable. Accordingly, line width measurement technology is also important.

一般的に光ファイバ通信システムにおいて使用される周波数は１９６ＴＨｚであり、このような光波の位相を直接測定することはできない。そのため、光波の干渉によって「ビート（うなり）」を生じさせ、数ＧＨｚ以下の電気的に解析可能な周波数に変換(ダウンコンバート)する必要がある。また、光波の干渉のためには二波の偏波状態が一致しなければならない。このようにしてなされる測定の一例が、非特許文献１のようなコヒーレント検波・自己干渉方式である。しかしながら、前述のごとく、自己干渉方式では光ファイバを長くする必要がある。また、自己干渉方式では、光ファイバによって偏波状態が変動するので、偏波制御が必要になる。これらを解決するために、二波干渉方式による測定がなされている。二波干渉方式では、２つのレーザからの出力を干渉させることによってビートを生じさせる。しかしながら、二波干渉方式では、２つのレーザが同一特性を有すると仮定しなくてはならず、各レーザの個別評価が不可能である。これらのような状況のもと、狭い線幅レーザの線幅を正確にかつ簡易に測定することが求められる。 Generally, the frequency used in the optical fiber communication system is 196 THz, and the phase of such a light wave cannot be directly measured. Therefore, it is necessary to generate a “beat” by the interference of the light wave and to convert (down-convert) it to an electrically analyzable frequency of several GHz or less. In addition, the polarization states of the two waves must match for light wave interference. An example of the measurement performed in this way is a coherent detection / self-interference method as in Non-Patent Document 1. However, as described above, the self-interference method requires a long optical fiber. In the self-interference method, the polarization state varies depending on the optical fiber, so that polarization control is required. In order to solve these problems, measurement using a two-wave interference method is performed. In the two-wave interference method, a beat is generated by causing the outputs from two lasers to interfere with each other. However, in the two-wave interference method, it must be assumed that two lasers have the same characteristics, and individual evaluation of each laser is impossible. Under these circumstances, it is required to accurately and easily measure the line width of a narrow line width laser.

図１は、本実施例１に係る線幅測定装置１００の構成を示す。線幅測定装置１００は、入力部２０、生成部２２、解析部２４を含む。入力部２０は、第１入力部２０ａ、第２入力部２０ｂ、第３入力部２０ｃを含み、生成部２２は、合波部３０と総称される第１合波部３０ａ、第２合波部３０ｂ、光検出部３２、１−ｃｈＡＤＣ３４を含み、解析部２４は、抽出部５０、導出部５２を含む。また、線幅測定装置１００は、レーザ装置１０と総称される第１レーザ装置１０ａ、第２レーザ装置１０ｂ、第３レーザ装置１０ｃに接続される。 FIG. 1 shows a configuration of a line width measuring apparatus 100 according to the first embodiment. The line width measuring apparatus 100 includes an input unit 20, a generation unit 22, and an analysis unit 24. The input unit 20 includes a first input unit 20a, a second input unit 20b, and a third input unit 20c, and the generation unit 22 includes a first combiner 30a and a second combiner, which are collectively referred to as a combiner 30. 30b, a light detection unit 32, and a 1-ch ADC 34. The analysis unit 24 includes an extraction unit 50 and a derivation unit 52. The line width measuring apparatus 100 is connected to a first laser apparatus 10a, a second laser apparatus 10b, and a third laser apparatus 10c, which are collectively referred to as the laser apparatus 10.

第１レーザ装置１０ａ、第２レーザ装置１０ｂ、第３レーザ装置１０ｃは、互いに異なった周波数を有する光を出力する。ここでは、第１レーザ装置１０ａから第１の光Ｅ_１（ｔ）が出力され、第２レーザ装置１０ｂから第２の光Ｅ_２（ｔ）が出力され、第３レーザ装置１０ｃから第３の光Ｅ_３（ｔ）が出力されるとする。これらの光は次のように示される。
Ｅ_１（ｔ）∝ｅｘｐ［ｊ（２πｆ_１ｔ＋θ_１（ｔ））］・・・式（１）
Ｅ_２（ｔ）∝ｅｘｐ［ｊ（２πｆ_２ｔ＋θ_２（ｔ））］・・・式（２）
Ｅ_３（ｔ）∝ｅｘｐ［ｊ（２πｆ_３ｔ＋θ_３（ｔ））］・・・式（３）
ここで、「ｆ_１」は第１の光の周波数を示し、「θ_１」は第１の光の位相を示し、「ｆ_２」は第２の光の周波数を示し、「θ_２」は第２の光の位相を示し、「ｆ_３」は第３の光の周波数を示し、「θ_３」は第３の光の位相を示す。ｆ_１、ｆ_２、ｆ_３は互いに異なり、θ_１、θ_２、θ_３も互いに異なる。なお、周波数は中心周波数を意味してもよい。 The first laser device 10a, the second laser device 10b, and the third laser device 10c output light having different frequencies. Here, the first laser device 10a outputs the first light E ₁ (t), the second laser device 10b outputs the second light E ₂ (t), and the third laser device 10c outputs the third light E ₁ (t). Assume that light E ₃ (t) is output. These lights are shown as follows.
E ₁ (t) ∝exp [j (2πf ₁ t + θ ₁ (t))] Equation (1)
E ₂ (t) ∝exp [j (2πf ₂ t + θ ₂ (t))] Equation (2)
E ₃ (t) ∝exp [j (2πf ₃ t + θ ₃ (t))] Equation (3)
Here, “f ₁ ” indicates the frequency of the first light, “θ ₁ ” indicates the phase of the first light, “f ₂ ” indicates the frequency of the second light, and “θ ₂ ” indicates The phase of the second light is indicated, “f ₃ ” indicates the frequency of the third light, and “θ ₃ ” indicates the phase of the third light. f ₁ , f ₂ , and f ₃ are different from each other, and θ ₁ , θ ₂ , and θ ₃ are also different from each other. The frequency may mean a center frequency.

これら第１の光から第３の光のうち、任意の１つ以上の光が線幅の測定対象となる。そのため、第１の光だけが線幅の測定対象であってもよく、第１の光から第３の光のすべてが線幅の測定対象であってもよい。レーザ装置１０の構成には公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。 Of these first light to third light, any one or more light is a line width measurement target. Therefore, only the first light may be the line width measurement target, or all of the first light to the third light may be the line width measurement target. Since a well-known technique should just be used for the structure of the laser apparatus 10, description is abbreviate | omitted here.

第１入力部２０ａは、第１レーザ装置１０ａに接続され、第１レーザ装置１０ａからの第１の光を入力する。第２入力部２０ｂと第３入力部２０ｃも、第１入力部２０ａと同様に、第２レーザ装置１０ｂからの第２の光、第３レーザ装置１０ｃからの第３の光をそれぞれ入力する。図２（ａ）−（ｂ）は、線幅測定装置１００における光の周波数領域の配置を示す。図２（ａ）は、入力部２０に入力された光のスペクトルを示す。最も高い周波数「ｆ_１」には線幅「δｆ_１」の第１の光が配置され、周波数「ｆ_１」よりも低い周波数「ｆ_２」には線幅「δｆ_２」の第２の光が配置され、最も低い周波数「ｆ_３」には線幅「δｆ_３」の第３の光が配置される。また、ｆ_１−ｆ_２＞ｆ_２−ｆ_３の関係があるとする。なお、ｆ_１、ｆ_２、ｆ_３の関係はこれに限定されない。図２（ｂ）は後述し、図１に戻る。 The first input unit 20a is connected to the first laser device 10a and inputs the first light from the first laser device 10a. Similarly to the first input unit 20a, the second input unit 20b and the third input unit 20c also input the second light from the second laser device 10b and the third light from the third laser device 10c, respectively. 2A to 2B show the arrangement of the frequency domain of light in the line width measuring apparatus 100. FIG. FIG. 2A shows a spectrum of light input to the input unit 20. The first light having the line width “δf ₁ ” is arranged at the highest frequency “f ₁ ”, and the second light having the line width “δf ₂ ” is disposed at the frequency “f ₂ ” lower than the frequency “f ₁ ”. Is arranged, and the third light having the line width “δf ₃ ” is arranged at the lowest frequency “f ₃ ”. Further, it is assumed that there is a relationship of f ₁ −f ₂ > f ₂ −f ₃ . Note that the relationship between f ₁ , f ₂ , and f ₃ is not limited to this. FIG. 2B will be described later, and the description returns to FIG.

第１合波部３０ａは、第１入力部２０ａと第２入力部２０ｂとに接続されており、第１入力部２０ａからの第１の光と、第２入力部２０ｂからの第２の光とを入力することによって、第１の光と第２の光とを合波する。第１合波部３０ａは、合波した光を出力する。合波部３０の構成には公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。第２合波部３０ｂは、第１合波部３０ａと第３入力部２０ｃとに接続されており、第１合波部３０ａにおいて合波した光と、第３入力部２０ｃからの第３の光とを入力することによって、これらを合波する。第２合波部３０ｂは、合波した光を出力する。 The first multiplexing unit 30a is connected to the first input unit 20a and the second input unit 20b, and the first light from the first input unit 20a and the second light from the second input unit 20b. Are input to multiplex the first light and the second light. The first multiplexing unit 30a outputs the combined light. Since a well-known technique should just be used for the structure of the multiplexing part 30, description is abbreviate | omitted here. The second combining unit 30b is connected to the first combining unit 30a and the third input unit 20c, and the light combined in the first combining unit 30a and the third input unit 20c from the third input unit 20c. These are combined by inputting light. The second multiplexing unit 30b outputs the combined light.

光検出部３２は、第２合波部３０ｂに接続されており、第２合波部３０ｂにおいて合成した光を入力する。光検出部３２は、例えば、フォトダイオードであり、入力した光に対して光電変換を実行する。ここでは、入力した光が大きくなれば大きくなるような光電流が生成される。１−ｃｈＡＤＣ３４は、光検出部３２からの光電流を電流電圧変換することによって、アナログの電気信号を生成する。また、１−ｃｈＡＤＣ３４は、アナログの電気信号をアナログ・デジタル変換することによって、デジタルの電気信号を生成する。デジタルの電気信号は、第２合波部３０ｂにおいて合成した光に応じたデジタル信号に相当する。 The light detection unit 32 is connected to the second multiplexing unit 30b and inputs the light combined in the second multiplexing unit 30b. The light detection unit 32 is, for example, a photodiode, and performs photoelectric conversion on the input light. Here, a photocurrent that increases as the input light increases is generated. The 1-ch ADC 34 generates an analog electrical signal by current-voltage conversion of the photocurrent from the light detection unit 32. The 1-ch ADC 34 generates a digital electrical signal by performing analog-digital conversion on the analog electrical signal. The digital electrical signal corresponds to a digital signal corresponding to the light synthesized in the second multiplexing unit 30b.

図２（ｂ）は、１−ｃｈＡＤＣ３４において生成したデジタルの電気信号のスペクトルを示す。第１合波部３０ａと第２合波部３０ｂにおける第１の光から第３の光の合波によって、ビート信号であるうなり信号が生成される。ビート信号は、次に示す第１ビート信号Ｅ_ａ（ｔ）、第２ビート信号Ｅ_ｂ（ｔ）、第３ビート信号Ｅ_ｃ（ｔ）を合成した信号である。
Ｅ_ａ（ｔ）∝ｃｏｓ［ｊ（２π（ｆ_１−ｆ_３）ｔ＋θ_１（ｔ）−θ_３（ｔ））］・・・式（４）
Ｅ_ｂ（ｔ）∝ｃｏｓ［ｊ（２π（ｆ_１−ｆ_２）ｔ＋θ_１（ｔ）−θ_２（ｔ））］・・・式（５）
Ｅ_ｃ（ｔ）∝ｃｏｓ［ｊ（２π（ｆ_２−ｆ_３）ｔ＋θ_２（ｔ）−θ_３（ｔ））］・・・式（６） FIG. 2B shows a spectrum of a digital electric signal generated in the 1-ch ADC 34. A beat signal, which is a beat signal, is generated by combining the first light and the third light in the first multiplexing unit 30a and the second multiplexing unit 30b. The beat signal is a signal obtained by synthesizing the following first beat signal E _a (t), second beat signal E _b (t), and third beat signal E _c (t).
E _a (t) ∝cos [j (2π (f ₁ −f ₃ ) t + θ ₁ (t) −θ ₃ (t))] Equation (4)
E _b (t) ∝cos [j (2π (f ₁ −f ₂ ) t + θ ₁ (t) −θ ₂ (t))] (5)
E _c (t) ∝cos [j (2π (f ₂ −f ₃ ) t + θ ₂ (t) −θ ₃ (t))] (6)

第１ビート信号は、第１の光と第３の光とのビートによって生成される信号であり、第２ビート信号は、第１の光と第２の光とのビートによって生成される信号であり、第３ビート信号は、第２の光と第３の光とのビートによって生成される信号である。そのため、図示のごとく、第１ビート信号の線幅はδｆ_１＋δｆ_３と示され、第２ビート信号の線幅はδｆ_１＋δｆ_２と示され、第３ビート信号の線幅はδｆ_２＋δｆ_３と示される。第１ビート信号におけるｆ_１−ｆ_３は、ビートの周波数である「ビート周波数」を示し、θ_１（ｔ）−θ_３（ｔ）は、ビートの位相差である「ビート位相差」を示す。また、ビート周波数とビート位相差は、「ビート成分」と総称される。ビート周波数、ビート位相差、ビート成分は、第２ビート信号と第３ビート信号とにおいても同様に示される。図１に戻る。 The first beat signal is a signal generated by the beat of the first light and the third light, and the second beat signal is a signal generated by the beat of the first light and the second light. The third beat signal is a signal generated by the beat of the second light and the third light. Therefore, as illustrated, the line width of the first beat signal is indicated as δf ₁ + δf ₃ , the line width of the second beat signal is indicated as δf ₁ + δf _2, and the line width of the third beat signal is δf ₂ + δf _3. It is indicated. F ₁ -f ₃ in the first beat signal indicates a “beat frequency” that is a beat frequency, and θ ₁ (t) −θ ₃ (t) indicates a “beat phase difference” that is a beat phase difference. . The beat frequency and the beat phase difference are collectively referred to as “beat component”. The beat frequency, beat phase difference, and beat component are similarly shown in the second beat signal and the third beat signal. Returning to FIG.

１−ｃｈＡＤＣ３４は、ビート信号を出力する。このようなビート信号は、第２合波部３０ｂにおいて合成した光、光検出部３２において生成された光電流にも含まれているので、これらをビート信号と呼んでもよい。これまでの処理をまとめると、生成部２２は、入力部２０において入力した第１の光と第２の光と第３の光とを合波することによって、異なった光間のビート成分が含まれたビート信号を生成するといえる。このような生成部２２は、三波干渉へテロダイン方式に相当する。 The 1-ch ADC 34 outputs a beat signal. Since such a beat signal is also included in the light synthesized in the second multiplexing unit 30b and the photocurrent generated in the photodetecting unit 32, these may be called beat signals. To summarize the processing so far, the generation unit 22 includes beat components between different lights by combining the first light, the second light, and the third light input at the input unit 20. It can be said that the generated beat signal is generated. Such a generation unit 22 corresponds to a three-wave interference heterodyne system.

解析部２４は、１−ｃｈＡＤＣ３４に接続されており、１−ｃｈＡＤＣ３４からのビート信号を入力する。解析部２４は、ビート信号をもとに、第１の光と第２の光と第３の光のうちの少なくとも１つの線幅を導出する。ここでは、解析部２４の処理をさらに詳細に説明する。抽出部５０は、第１ビート信号を通過可能な通過可能なバンドパスフィルタ、第２ビート信号を通過可能な通過可能なバンドパスフィルタ、第３ビート信号を通過可能なバンドパスフィルタを備える。抽出部５０は、これらのバンドパスフィルタにビート信号を通過させることによって、第１ビート信号、第２ビート信号、第３ビート信号を抽出する。 The analysis unit 24 is connected to the 1-ch ADC 34 and receives a beat signal from the 1-ch ADC 34. The analysis unit 24 derives at least one line width of the first light, the second light, and the third light based on the beat signal. Here, the processing of the analysis unit 24 will be described in more detail. The extraction unit 50 includes a band-pass filter that can pass the first beat signal, a band-pass filter that can pass the second beat signal, and a band-pass filter that can pass the third beat signal. The extraction unit 50 extracts the first beat signal, the second beat signal, and the third beat signal by passing the beat signals through these bandpass filters.

抽出部５０は、第１ビート信号を周波数領域に変換した後、周波数領域の第１ビート信号をローレンツ関数でフィッティングすることによって、「第１ビート信号のビート周波数の幅」を取得する。なお、抽出部５０は、第１ビート信号の大きさのピークを検出し、第１ビート信号の大きさがピークから３ｄＢ減少した周波数の幅を「第１ビート信号のビート周波数の幅」として取得してもよい。また、抽出部５０は、同様の処理によって、第２ビート信号のビート周波数の幅、第３ビート信号のビート周波数の幅も取得する。 After extracting the first beat signal into the frequency domain, the extraction unit 50 fits the first beat signal in the frequency domain with a Lorentz function to obtain “the beat frequency width of the first beat signal”. The extraction unit 50 detects the peak of the magnitude of the first beat signal, and acquires the frequency width in which the magnitude of the first beat signal is reduced by 3 dB from the peak as the “beat frequency width of the first beat signal”. May be. Further, the extraction unit 50 acquires the beat frequency width of the second beat signal and the beat frequency width of the third beat signal by the same processing.

図３（ａ）−（ｂ）は、解析部２４において導出されるスペクトルを示す。図３（ａ）は、周波数領域の第１ビート信号、周波数領域の第２ビート信号、周波数領域の第３ビート信号を示す。第１ビート信号のビート周波数の幅、第２ビート信号のビート周波数の幅、第３ビート信号のビート周波数の幅は、δｆ_１＋δｆ_３、δｆ_１＋δｆ_２、δｆ_２＋δｆ_３とそれぞれ示される。図３（ｂ）は、図３（ａ）の周波数領域の第１ビート信号の拡大図を示し、図１に戻る。 3A to 3B show spectra derived by the analysis unit 24. FIG. FIG. 3A shows a first beat signal in the frequency domain, a second beat signal in the frequency domain, and a third beat signal in the frequency domain. The width of the beat frequency of the first beat signal, the width of the beat frequency of the second beat signal, and the width of the beat frequency of the third beat signal are represented as δf ₁ + δf ₃ , δf ₁ + δf ₂ , and δf ₂ + δf ₃ , respectively. FIG. 3B shows an enlarged view of the first beat signal in the frequency domain of FIG. 3A and returns to FIG.

なお、抽出部５０は、ビート信号を周波数領域に変換した後、３つのピークを検出することによって、周波数領域の第１ビート信号等を抽出してもよい。この場合、周波数領域の第１ビート信号等に対する前述の処理が実行されることによって、第１ビート信号のビート周波数の幅等が取得される。このように、抽出部５０は、生成部２２において生成したビート信号から３つのビート成分を抽出する。 The extraction unit 50 may extract the first beat signal and the like in the frequency domain by detecting three peaks after converting the beat signal into the frequency domain. In this case, by performing the above-described processing on the first beat signal in the frequency domain, the beat frequency width of the first beat signal is acquired. As described above, the extraction unit 50 extracts three beat components from the beat signal generated by the generation unit 22.

導出部５２は、抽出部５０からの第１ビート信号のビート周波数の幅、第２ビート信号のビート周波数の幅、第３ビート信号のビート周波数の幅を入力する。ここでは、抽出部５０からの第１ビート信号のビート周波数の幅、第２ビート信号のビート周波数の幅、第３ビート信号のビート周波数の幅を「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」とそれぞれ示す。そのため、導出部５２は、次の３元連立方程式を解くことによって、δｆ_１、δｆ_２、δｆ_３をそれぞれ導出する。
δｆ_１＋δｆ_３＝Ａ・・・式（７）
δｆ_１＋δｆ_２＝Ｂ・・・式（８）
δｆ_２＋δｆ_３＝Ｃ・・・式（９）
このように導出部５２は、抽出部５０において抽出した３つのビート成分のそれぞれのビート周波数の幅をもとに、少なくとも１つの線幅を導出する。つまり、δｆ_１、δｆ_２、δｆ_３のうちの少なくとも１つが導出される。 The deriving unit 52 inputs the beat frequency width of the first beat signal, the beat frequency width of the second beat signal, and the beat frequency width of the third beat signal from the extraction unit 50. Here, the beat frequency width of the first beat signal from the extraction unit 50, the beat frequency width of the second beat signal, and the beat frequency width of the third beat signal are “A”, “B”, and “C”. Each is shown. Therefore, the deriving unit 52 derives δf ₁ , δf ₂ , and δf ₃ by solving the following three simultaneous equations.
δf ₁ + δf ₃ = A (7)
δf ₁ + δf ₂ = B (8)
δf ₂ + δf ₃ = C (9)
As described above, the deriving unit 52 derives at least one line width based on the width of each beat frequency of the three beat components extracted by the extracting unit 50. That is, at least one of δf ₁ , δf ₂ , and δf ₃ is derived.

この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ハードウエアとソフトウエアの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。 This configuration can be realized in terms of hardware by a CPU, memory, or other LSI of any computer, and in terms of software, it can be realized by a program loaded in the memory, but here it is realized by their cooperation. Draw functional blocks. Accordingly, those skilled in the art will understand that these functional blocks can be realized in various forms only by hardware, or by a combination of hardware and software.

本実施例によれば、３つの光を合波するので、異なった光間のビート成分が含まれたビート信号を生成できる。また、異なった光間のビート成分が含まれたビート信号を生成するので、これを解析することによって、簡易かつ高精度に線幅を測定できる。また、三波による干渉へテロダインを実行するので、異なった光間のビート成分が含まれたビート信号を生成できる。また、３つのビート成分のそれぞれのビート周波数の幅を取得するので、少なくとも１つの線幅を簡易かつ高精度に線幅を測定できる。また、３つの光を合波するので、計算過程で自己較正を実行できる。また、計算過程で自己較正が実行されるので、レーザ装置の経年劣化や環境温度の影響を低減できる。また、レーザ装置の経年劣化や環境温度の影響が低減されるので、高精度に線幅を測定できる。また、３つの光を合波するので、各レーザ装置を評価できる。また、３つの光を合波するので、偏波制御を不要にできる。また、偏波制御が不要になるので、安定かつ高速に測定を実行できる。 According to the present embodiment, since the three lights are combined, a beat signal including beat components between different lights can be generated. In addition, since a beat signal including beat components between different lights is generated, the line width can be easily and accurately measured by analyzing the beat signal. In addition, since interference heterodyne by three waves is executed, a beat signal including beat components between different lights can be generated. In addition, since the width of each beat frequency of the three beat components is acquired, it is possible to measure at least one line width easily and with high accuracy. In addition, since the three lights are multiplexed, self-calibration can be executed in the calculation process. In addition, since self-calibration is performed in the calculation process, the influence of aging of the laser device and environmental temperature can be reduced. In addition, since the influence of aging of the laser device and environmental temperature is reduced, the line width can be measured with high accuracy. Further, since the three lights are multiplexed, each laser device can be evaluated. Further, since the three lights are multiplexed, polarization control can be made unnecessary. In addition, since polarization control is not required, measurement can be performed stably and at high speed.

（実施例２）
次に実施例２を説明する。実施例２は、実施例１と同様に、狭い線幅レーザの線幅を正確にかつ簡易に測定する線幅測定装置に関する。実施例１に係る線幅測定装置では三波干渉へテロダイン方式によってビート信号を生成しているが、実施例２に係る線幅測定装置では三波干渉位相ダイバーシティ方式によってビート信号を生成する。以下では、実施例１との差異を中心に説明する。 (Example 2)
Next, Example 2 will be described. As in the first embodiment, the second embodiment relates to a line width measuring apparatus that accurately and easily measures the line width of a narrow line width laser. In the line width measuring apparatus according to the first embodiment, the beat signal is generated by the three-wave interference heterodyne method, but in the line width measuring apparatus according to the second embodiment, the beat signal is generated by the three-wave interference phase diversity method. Below, it demonstrates focusing on the difference with Example 1. FIG.

図４は、本実施例２に係る線幅測定装置１００の構成を示す。線幅測定装置１００は、入力部２０、生成部２２、解析部２４を含む。入力部２０は、第１入力部２０ａ、第２入力部２０ｂ、第３入力部２０ｃを含み、生成部２２は、合波部３０と総称される第１合波部３０ａ、第２合波部３０ｂ、第３合波部３０ｃ、第４合波部３０ｄ、光検出部３２と総称される第１光検出部３２ａ、第２光検出部３２ｂ、分配部３６、２−ｃｈＡＤＣ４０を含み、解析部２４は、抽出部５０、導出部５２を含む。また、線幅測定装置１００は、レーザ装置１０と総称される第１レーザ装置１０ａ、第２レーザ装置１０ｂ、第３レーザ装置１０ｃに接続される。 FIG. 4 shows the configuration of the line width measuring apparatus 100 according to the second embodiment. The line width measuring apparatus 100 includes an input unit 20, a generation unit 22, and an analysis unit 24. The input unit 20 includes a first input unit 20a, a second input unit 20b, and a third input unit 20c, and the generation unit 22 includes a first combiner 30a and a second combiner, which are collectively referred to as a combiner 30. 30b, 3rd multiplexing part 30c, 4th multiplexing part 30d, the 1st light detection part 32a named the light detection part 32, the 2nd light detection part 32b, the distribution part 36, and the 2-ch ADC40, and analysis part 24 includes an extraction unit 50 and a derivation unit 52. The line width measuring apparatus 100 is connected to a first laser apparatus 10a, a second laser apparatus 10b, and a third laser apparatus 10c, which are collectively referred to as the laser apparatus 10.

分配部３６は、第１入力部２０ａに接続されており、第１入力部２０ａからの第１の光を入力する。分配部３６は、第１の光を第１合波部３０ａと第２合波部３０ｂとに出力する。第１合波部３０ａは、第２入力部２０ｂと分配部３６とに接続されており、第２入力部２０ｂからの第２の光と、分配部３６からの第１の光とを入力することによって、第１の光と第２の光とを合波する。第１合波部３０ａは、合波した光を出力する。第２合波部３０ｂは、分配部３６と第３入力部２０ｃに接続されており、分配部３６からの第１の光と、第３入力部２０ｃからの第３の光とを入力することによって、第１の光と第３の光とを合波する。第２合波部３０ｂは、合波した光を出力する。 The distribution unit 36 is connected to the first input unit 20a and inputs the first light from the first input unit 20a. The distribution unit 36 outputs the first light to the first multiplexing unit 30a and the second multiplexing unit 30b. The first multiplexing unit 30a is connected to the second input unit 20b and the distribution unit 36, and inputs the second light from the second input unit 20b and the first light from the distribution unit 36. Thus, the first light and the second light are multiplexed. The first multiplexing unit 30a outputs the combined light. The second multiplexing unit 30b is connected to the distribution unit 36 and the third input unit 20c, and inputs the first light from the distribution unit 36 and the third light from the third input unit 20c. To multiplex the first light and the third light. The second multiplexing unit 30b outputs the combined light.

第３合波部３０ｃは、第１合波部３０ａと第２合波部３０ｂとに接続されており、第１の光と第２の光とを合波した光と、第１の光と第３の光とを合波した光とを入力し、これらを合波する。第３合波部３０ｃは、合波した光を第１光検出部３２ａに出力する。９０°位相シフト部３８は、第２合波部３０ｂに接続されており、第１の光と第３の光とを合波した光とを入力し、入力した光の位相を９０°シフトさせる。９０°位相シフト部３８の構成には公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。９０°位相シフト部３８は、位相をシフトさせた光を出力する。 The third multiplexing unit 30c is connected to the first multiplexing unit 30a and the second multiplexing unit 30b, and combines the first light and the second light, the first light, The light combined with the third light is input and combined. The third multiplexing unit 30c outputs the combined light to the first light detection unit 32a. The 90 ° phase shift unit 38 is connected to the second multiplexing unit 30b, inputs the light obtained by combining the first light and the third light, and shifts the phase of the input light by 90 °. . Since a well-known technique should just be used for the structure of the 90 degree phase shift part 38, description is abbreviate | omitted here. The 90 ° phase shift unit 38 outputs light whose phase is shifted.

第４合波部３０ｄは、第１合波部３０ａと９０°位相シフト部３８とに接続されており、第１の光と第２の光とを合波した光と、第１の光と第３の光とを合波した光を９０°位相シフトさせた光とを入力し、これらを合波する。第４合波部３０ｄは、合波した光を第２光検出部３２ｂに出力する。第３合波部３０ｃ、９０°位相シフト部３８、第４合波部３０ｄにおける処理は、第１の光と第３の光とを合波した光によって、第１の光と第２の光とを合波した光を検波することに相当する。そのため、第３合波部３０ｃから出力される光と、第４合波部３０ｄから出力される光は、同相成分と直交成分の関係を有する。 The fourth multiplexing unit 30d is connected to the first multiplexing unit 30a and the 90 ° phase shift unit 38, and combines the first light and the second light, the first light, The light obtained by combining the third light and the light obtained by phase-shifting the light by 90 ° is input and combined. The fourth multiplexing unit 30d outputs the combined light to the second light detection unit 32b. The processes in the third multiplexing unit 30c, the 90 ° phase shift unit 38, and the fourth multiplexing unit 30d are the first light and the second light by the light obtained by combining the first light and the third light. This is equivalent to detecting the combined light. Therefore, the light output from the third multiplexing unit 30c and the light output from the fourth multiplexing unit 30d have a relationship between an in-phase component and a quadrature component.

第１光検出部３２ａは、第３合波部３０ｃに接続されており、第３合波部３０ｃにおいて合成した光を入力する。第２光検出部３２ｂは、第４合波部３０ｄに接続されており、第４合波部３０ｄにおいて合成した光を入力する。第１光検出部３２ａ、第２光検出部３２ｂは、入力した光の大きさに応じた大きさの光電流を生成する。 The first light detection unit 32a is connected to the third multiplexing unit 30c, and inputs the light combined in the third multiplexing unit 30c. The second light detection unit 32b is connected to the fourth multiplexing unit 30d, and inputs the light combined in the fourth multiplexing unit 30d. The first light detection unit 32a and the second light detection unit 32b generate a photocurrent having a magnitude corresponding to the magnitude of the input light.

２−ｃｈＡＤＣ４０は、第１光検出部３２ａと第２光検出部３２ｂからの光電流をそれぞれ電流電圧変換することによって、アナログの電気信号を生成する。また、２−ｃｈＡＤＣ４０は、アナログの電気信号をアナログ・デジタル変換することによって、デジタルの電気信号を生成する。デジタルの電気信号は、第３合波部３０ｃ、第４合波部３０ｄにおいて合成した光に応じたデジタル信号に相当し、同相成分と直交成分とを有する。 The 2-ch ADC 40 generates an analog electrical signal by performing current-voltage conversion on the photocurrents from the first photodetection unit 32a and the second photodetection unit 32b, respectively. The 2-ch ADC 40 generates a digital electrical signal by performing analog-to-digital conversion on the analog electrical signal. The digital electrical signal corresponds to a digital signal corresponding to the light synthesized in the third multiplexing unit 30c and the fourth multiplexing unit 30d, and has an in-phase component and a quadrature component.

図５は、線幅測定装置１００における光の周波数領域の配置を示し、これは、２−ｃｈＡＤＣ４０において生成したデジタルの電気信号のスペクトルを示す。第３合波部３０ｃ、９０°位相シフト部３８、第４合波部３０ｄによる検波によって、ビート信号が生成される。ビート信号は、次に示す第１ビート信号Ｅ_ａ（ｔ）、第２ビート信号Ｅ_ｂ（ｔ）、第３ビート信号Ｅ_ｃ（ｔ）を合成した信号である。
Ｅ_ａ（ｔ）∝ｅｘｐ［ｊ（２π（ｆ_１−ｆ_３）ｔ＋θ_１（ｔ）−θ_３（ｔ））］・・・式（１０）
Ｅ_ｂ（ｔ）∝ｅｘｐ［ｊ（２π（ｆ_２−ｆ_１）ｔ＋θ_２（ｔ）−θ_１（ｔ））］・・・式（１１）
Ｅ_ｃ（ｔ）∝ｅｘｐ［ｊ（２π（ｆ_２−ｆ_３）ｔ＋θ_２（ｔ）−θ_３（ｔ））］・・・式（１２） FIG. 5 shows the arrangement of the frequency domain of light in the line width measuring apparatus 100, which shows the spectrum of the digital electric signal generated in the 2-ch ADC 40. A beat signal is generated by detection by the third multiplexing unit 30c, the 90 ° phase shift unit 38, and the fourth multiplexing unit 30d. The beat signal is a signal obtained by synthesizing the following first beat signal E _a (t), second beat signal E _b (t), and third beat signal E _c (t).
E _a (t) ∝exp [j (2π (f ₁ −f ₃ ) t + θ ₁ (t) −θ ₃ (t))] Equation (10)
E _b (t) ∝exp [j (2π (f ₂ −f ₁ ) t + θ ₂ (t) −θ ₁ (t))] (11)
E _c (t) ∝exp [j (2π (f ₂ −f ₃ ) t + θ ₂ (t) −θ ₃ (t))] Equation (12)

第１ビート信号は、第１の光と第３の光とのビートによって生成される信号であり、第２ビート信号は、第１の光と第２の光とのビートによって生成される信号であり、第３ビート信号は、第２の光と第３の光とのビートによって生成される信号である。そのため、図示のごとく、第１ビート信号の線幅はδｆ_１＋δｆ_３と示され、第２ビート信号の線幅はδｆ_１＋δｆ_２と示され、第３ビート信号の線幅はδｆ_２＋δｆ_３と示される。実施例１と同様に、第１ビート信号におけるｆ_１−ｆ_３はビート周波数を示し、θ_１（ｔ）−θ_３（ｔ）はビート位相差を示す。ビート周波数、ビート位相差、ビート成分は、第２ビート信号と第３ビート信号とにおいても同様に示される。なお、ビート信号には、第１の光と第１の光とによる直流成分も含まれる。図４に戻る。 The first beat signal is a signal generated by the beat of the first light and the third light, and the second beat signal is a signal generated by the beat of the first light and the second light. The third beat signal is a signal generated by the beat of the second light and the third light. Therefore, as illustrated, the line width of the first beat signal is indicated as δf ₁ + δf ₃ , the line width of the second beat signal is indicated as δf ₁ + δf _2, and the line width of the third beat signal is δf ₂ + δf _3. It is indicated. As in the first embodiment, f ₁ −f ₃ in the first beat signal indicates the beat frequency, and θ ₁ (t) −θ ₃ (t) indicates the beat phase difference. The beat frequency, beat phase difference, and beat component are similarly shown in the second beat signal and the third beat signal. Note that the beat signal also includes a direct current component due to the first light and the first light. Returning to FIG.

２−ｃｈＡＤＣ４０は、ビート信号を出力する。このようなビート信号は、第３合波部３０ｃ、９０°位相シフト部３８、第４合波部３０ｄにおいて検波した光、第１光検出部３２ａと第２光検出部３２ｂにおいて生成された光電流にも含まれているので、これらをビート信号と呼んでもよい。 The 2-ch ADC 40 outputs a beat signal. Such beat signals are the light detected by the third multiplexing unit 30c, the 90 ° phase shift unit 38, and the fourth multiplexing unit 30d, and the light generated by the first light detection unit 32a and the second light detection unit 32b. Since they are also included in the current, they may be called beat signals.

解析部２４は、２−ｃｈＡＤＣ４０に接続されており、２−ｃｈＡＤＣ４０からのビート信号を入力する。解析部２４は、ビート信号をもとに、第１の光と第２の光と第３の光のうちの少なくとも１つの線幅を導出する。線幅の導出は実施例１と同様に周波数領域でなされてもよいが、ここでは時間領域における導出を説明する。なお、時間領域における導出が実施例１に適用されてもよい。抽出部５０は、第１ビート信号を通過可能な通過可能なバンドパスフィルタ、第２ビート信号を通過可能な通過可能なバンドパスフィルタ、第３ビート信号を通過可能なバンドパスフィルタを備える。抽出部５０は、これらのバンドパスフィルタにビート信号を通過させることによって、第１ビート信号、第２ビート信号、第３ビート信号を抽出する。 The analysis unit 24 is connected to the 2-ch ADC 40 and inputs a beat signal from the 2-ch ADC 40. The analysis unit 24 derives at least one line width of the first light, the second light, and the third light based on the beat signal. The line width may be derived in the frequency domain as in the first embodiment, but here, the derivation in the time domain will be described. Note that derivation in the time domain may be applied to the first embodiment. The extraction unit 50 includes a band-pass filter that can pass the first beat signal, a band-pass filter that can pass the second beat signal, and a band-pass filter that can pass the third beat signal. The extraction unit 50 extracts the first beat signal, the second beat signal, and the third beat signal by passing the beat signals through these bandpass filters.

導出部５２は、第１ビート信号からビート周波数の成分を減算することによって、第１ビート信号を次のように変形する。
Ｅ_Ａ（ｎ）∝ｅｘｐ［ｊ（θ_１（ｎ）−θ_３（ｎ））］・・・式（１３）
また、導出部５２は、第２ビート信号、第３ビート信号も次のように変形する。
Ｅ_Ｂ（ｎ）∝ｅｘｐ［ｊ（θ_２（ｎ）−θ_１（ｎ））］・・・式（１４）
Ｅ_Ｃ（ｎ）∝ｅｘｐ［ｊ（θ_２（ｔ）−θ_３（ｔ））］・・・式（１５） The deriving unit 52 transforms the first beat signal as follows by subtracting the beat frequency component from the first beat signal.
E _A (n) ∝ exp [j (θ ₁ (n) −θ ₃ (n))] Equation (13)
The deriving unit 52 also modifies the second beat signal and the third beat signal as follows.
E _B (n) ∝exp [j (θ ₂ (n) −θ ₁ (n))] Equation (14)
E _C (n) ∝exp [j (θ ₂ (t) −θ ₃ (t))] (15)

導出部５２は、変形した第１ビート信号に対して、τ時間に生じる位相変動を次のように導出する。
Δθ_Ａ（ｎ，τ）＝ａｒｇ（Ｅ_Ａ（ｎ＋τ）Ｅ_Ａ（ｎ）^＊）・・・式（１６）
また、導出部５２は、第２ビート信号、第３ビート信号に対しても、τ時間に生じる位相変動を次のように導出する。
Δθ_Ｂ（ｎ，τ）＝ａｒｇ（Ｅ_Ｂ（ｎ＋τ）Ｅ_Ｂ（ｎ）^＊）・・・式（１７）
Δθ_Ｃ（ｎ，τ）＝ａｒｇ（Ｅ_Ｃ（ｎ＋τ）Ｅ_Ｃ（ｎ）^＊）・・・式（１８） The deriving unit 52 derives the phase fluctuation that occurs at time τ with respect to the deformed first beat signal as follows.
Δθ _A (n, τ) = arg (E _A (n + τ) E _A (n) ^* ) (16)
In addition, the deriving unit 52 derives the phase fluctuation that occurs at time τ for the second beat signal and the third beat signal as follows.
Δθ _B (n, τ) = arg (E _B (n + τ) E _B (n) ^* ) (17)
Δθ _C (n, τ) = arg (E _C (n + τ) E _C (n) ^* ) (18)

第１ビート信号、第２ビート信号、第３ビート信号に対して、位相変動の分散と線幅との関係は、次のように示される。

そのため、導出部５２は、次のようにδｆ_１、δｆ_２、δｆ_３をそれぞれ導出する。

このように導出部５２は、抽出部５０において抽出した３つのビート成分のそれぞれのビート位相差の位相変動の分散をもとに、少なくとも１つの線幅を導出する。つまり、δｆ_１、δｆ_２、δｆ_３のうちの少なくとも１つが導出される。 For the first beat signal, the second beat signal, and the third beat signal, the relationship between the dispersion of the phase variation and the line width is shown as follows.

Therefore, the deriving unit 52 derives δf ₁ , δf ₂ , and δf ₃ as follows.

As described above, the deriving unit 52 derives at least one line width based on the dispersion of the phase fluctuations of the beat phase differences of the three beat components extracted by the extracting unit 50. That is, at least one of δf ₁ , δf ₂ , and δf ₃ is derived.

本実施例によれば、三波による干渉位相ダイバーシティを実行するので、異なった光間のビート成分が含まれたビート信号を生成できる。また、三波による干渉位相ダイバーシティを実行するので、ビート位相差を取得できる。また、３つのビート成分のそれぞれのビート位相差の位相変動の分散を取得するので、少なくとも１つの線幅を簡易かつ高精度に線幅を測定できる。 According to the present embodiment, interference phase diversity using three waves is executed, so that a beat signal including beat components between different lights can be generated. Moreover, since the interference phase diversity by three waves is executed, the beat phase difference can be acquired. In addition, since the variance of the phase variation of each beat phase difference of the three beat components is acquired, it is possible to measure at least one line width easily and with high accuracy.

本開示の一態様の概要は、次の通りである。本開示のある態様の線幅測定装置は、互いに異なった周波数を有する第１の光と第２の光と第３の光とを入力する入力部と、入力部において入力した第１の光と第２の光と第３の光とを合波することによって、異なった光間のビート成分が含まれたビート信号を生成する生成部と、生成部において生成したビート信号をもとに、第１の光と第２の光と第３の光のうちの少なくとも１つの線幅を導出する解析部と、を備える。 The outline | summary of 1 aspect of this indication is as follows. A line width measuring device according to an aspect of the present disclosure includes an input unit that inputs first light, second light, and third light having different frequencies, and first light that is input at the input unit. Based on the beat signal generated in the generation unit that generates the beat signal including the beat component between the different lights by combining the second light and the third light, And an analysis unit for deriving at least one line width of the first light, the second light, and the third light.

この態様によると、３つの光を合波することによって、異なった光間のビート成分が含まれたビート信号を生成するので、簡易かつ高精度に線幅を測定できる。 According to this aspect, since the beat signal including the beat component between the different lights is generated by combining the three lights, the line width can be measured easily and with high accuracy.

生成部は、入力部において入力した第１の光と第２の光とを合波する第１合波部と、入力部において入力した第１の光と第３の光とを合波する第２合波部と、第１合波部において合波した光と、第２合波部において合波した光とを合波する第３合波部と、第１合波部において合波した光と、第２合波部において合波した光を９０°位相シフトさせた光とを合波する第４合波部と、を備えてもよい。この場合、三波による干渉位相ダイバーシティを実行するので、異なった光間のビート成分が含まれたビート信号を生成できる。 The generating unit multiplexes the first light and the second light input at the input unit, and the first light and the third light input at the input unit. The second combining unit, the light combined at the first combining unit, the third combining unit that combines the light combined at the second combining unit, and the light combined at the first combining unit And a fourth combining unit that combines the light combined in the second combining unit by 90 ° phase shift. In this case, since interference phase diversity by three waves is executed, a beat signal including beat components between different lights can be generated.

生成部は、入力部において入力した第１の光と第２の光とを合波する第１合波部と、第１合波部において合波した光と、入力部において入力した第３の光とを合波する第２合波部と、を備えてもよい。この場合、三波による干渉へテロダインを実行するので、異なった光間のビート成分が含まれたビート信号を生成できる。 The generation unit includes a first multiplexing unit that multiplexes the first light and the second light that are input at the input unit, light that is combined at the first multiplexing unit, and third light that is input at the input unit. A second multiplexing unit that multiplexes the light. In this case, since the interference heterodyne by the three waves is executed, a beat signal including beat components between different lights can be generated.

解析部は、生成部において生成したビート信号から３つのビート成分を抽出する抽出部と、抽出部において抽出した３つのビート成分のそれぞれのビート周波数の幅をもとに、少なくとも１つの線幅を導出する導出部と、を備えてもよい。この場合、３つのビート成分のそれぞれのビート周波数の幅を取得するので、少なくとも１つの線幅を簡易かつ高精度に線幅を測定できる。 The analysis unit extracts at least one line width based on the width of each beat frequency of the three beat components extracted by the extraction unit and the three beat components extracted by the extraction unit from the beat signal generated by the generation unit. A derivation unit for deriving. In this case, since the width of each beat frequency of the three beat components is acquired, the line width can be measured easily and with high accuracy at least one line width.

解析部は、生成部において生成したビート信号から３つのビート成分を抽出する抽出部と、抽出部において抽出した３つのビート成分のそれぞれのビート位相差の位相変動の分散をもとに、少なくとも１つの線幅を導出する導出部と、を備えてもよい。この場合、３つのビート成分のそれぞれのビート位相差の位相変動の分散を取得するので、少なくとも１つの線幅を簡易かつ高精度に線幅を測定できる。 The analysis unit extracts at least 1 based on the variance of the phase variation of each of the beat phase differences of the three beat components extracted by the extraction unit and the three beat components extracted by the extraction unit from the beat signal generated by the generation unit. A derivation unit for deriving two line widths. In this case, since the variance of the phase fluctuation of each beat phase difference of the three beat components is acquired, it is possible to measure at least one line width easily and with high accuracy.

以上、本開示を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 The present disclosure has been described based on the embodiments. This embodiment is an exemplification, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to the combination of each component and each processing process, and such modifications are within the scope of the present disclosure. .

本実施例１、２において、線幅測定装置１００には３つのレーザ装置１０が接続されている。しかしながらこれに限らず例えば、線幅測定装置１００には４以上のレーザ装置１０が接続されてもよい。本変形例によれば、構成の自由度を向上できる。 In the first and second embodiments, three laser apparatuses 10 are connected to the line width measuring apparatus 100. However, the present invention is not limited to this. For example, four or more laser apparatuses 10 may be connected to the line width measuring apparatus 100. According to this modification, the degree of freedom of configuration can be improved.

本実施例１、２において、線幅測定装置１００には３つのレーザ装置１０が接続されている。しかしながらこれに限らず例えば、１つのレーザ装置１０における線幅を測定する場合、２つのレーザ装置１０が線幅測定装置１００に内蔵されてもよい。本変形例によれば、構成の自由度を向上できる。 In the first and second embodiments, three laser apparatuses 10 are connected to the line width measuring apparatus 100. However, the present invention is not limited to this. For example, when measuring the line width in one laser device 10, two laser devices 10 may be incorporated in the line width measuring device 100. According to this modification, the degree of freedom of configuration can be improved.

１０レーザ装置、２０入力部、２２生成部、２４解析部、３０合波部、３２光検出部、３４１−ｃｈＡＤＣ、５０抽出部、５２導出部、１００線幅測定装置。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 laser apparatus, 20 input part, 22 production | generation part, 24 analysis part, 30 multiplexing part, 32 photodetection part, 34 1-chADC, 50 extraction part, 52 derivation | leading-out part, 100 line | wire width measuring apparatus.

Claims

An input unit for inputting first light, second light, and third light having different frequencies;
A generator that generates a beat signal including beat components between different lights by combining the first light, the second light, and the third light input in the input unit;
An analysis unit for deriving at least one line width of the first light, the second light, and the third light based on the beat signal generated in the generation unit;
A line width measuring device comprising:

The generator is
A first multiplexing unit that multiplexes the first light and the second light input in the input unit;
A second combining unit that combines the first light and the third light input at the input unit;
A third combining unit that combines the light combined in the first combining unit and the light combined in the second combining unit;
A fourth combining unit that combines the light combined in the first combining unit and the light obtained by phase-shifting the light combined in the second combining unit by 90 °;
The line width measuring apparatus according to claim 1, comprising:

The generator is
A first multiplexing unit that multiplexes the first light and the second light input in the input unit;
A second combining unit that combines the light combined in the first combining unit and the third light input in the input unit;
The line width measuring apparatus according to claim 1, comprising:

The analysis unit
An extraction unit for extracting three beat components from the beat signal generated in the generation unit;
A derivation unit for deriving at least one line width based on the width of each beat frequency of the three beat components extracted by the extraction unit;
The line width measuring apparatus according to claim 1, further comprising:

The analysis unit
An extraction unit for extracting three beat components from the beat signal generated in the generation unit;
A derivation unit for deriving at least one line width based on the dispersion of the phase variation of each beat phase difference of the three beat components extracted in the extraction unit;
The line width measuring apparatus according to claim 1, further comprising: