JP2022027890A - Displacement detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源から出射された光を用いて、被測定面の変位を検出する変位検出装置に関する。 The present invention relates to a displacement detection device that detects displacement of a surface to be measured by using light emitted from a light source.
従来から、被測定面の変位を非接触で測定する装置として光を用いた変位検出装置が広く利用されている。変位検出装置の具体的な構成については、種々の方式があり、実施の形態で後述するが、いずれの方式であっても、変位検出装置は、光源からの光を光ファイバで変位検出器に導く構成である。そして、変位検出装置は、被測定面の変位に基づいて、光源からの光の位相を変化させ、その光の位相の変化状態を検出することで、被測定面の変位量を検出する。 Conventionally, a displacement detection device using light has been widely used as a device for measuring the displacement of the surface to be measured in a non-contact manner. There are various methods for the specific configuration of the displacement detection device, which will be described later in the embodiment. In any of the methods, the displacement detection device uses optical fiber to transfer the light from the light source to the displacement detector. It is a configuration that leads. Then, the displacement detecting device detects the displacement amount of the measured surface by changing the phase of the light from the light source based on the displacement of the measured surface and detecting the changed state of the phase of the light.
変位検出装置で被測定面の変位を検出する場合、光源から変位検出器に届く光の位相が安定していることが重要である。すなわち、光源からの光を導く光ファイバの曲がり状態が変化する等のストレスの印加や、光ファイバコネクタの勘合状態や、光ファイバ同士を接続するフェルールと光ファイバとの接着状態によって、不要な光の位相の変動が生じるおそれがある。不要な光の位相の変動が生じると、変位検出器での被測定面の変位の検出の安定性が低下して、変位の検出精度を低下させてしまう。 When detecting the displacement of the surface to be measured by the displacement detector, it is important that the phase of the light reaching the displacement detector from the light source is stable. That is, unnecessary light is applied due to the application of stress such as a change in the bending state of the optical fiber that guides the light from the light source, the fitting state of the optical fiber connector, and the bonding state between the ferrule connecting the optical fibers and the optical fiber. Phase fluctuation may occur. When the phase of the light fluctuates unnecessarily, the stability of the displacement detection of the surface to be measured by the displacement detector is lowered, and the displacement detection accuracy is lowered.
この光ファイバでの不要な光の位相変動が、変位検出器での変位検出精度に影響を与えない方法としては、例えば、光ファイバから出射した光の偏光を解消させた後、偏光子で偏光させてから、変位検出器に任意の偏光を取りだして入射させる方法がある(特許文献1参照)。
また、別の方法としては、光ファイバとして偏波保持ファイバを使用し、その偏波保持ファイバに入射する光として、消光比を上げて、不要な偏光成分の光を減少させる方法がある(特許文献2参照)。
As a method in which the unnecessary phase fluctuation of the light in the optical fiber does not affect the displacement detection accuracy in the displacement detector, for example, after canceling the polarization of the light emitted from the optical fiber, the light is polarized by the splitter. After that, there is a method of taking out arbitrary polarization and injecting it into the displacement detector (see Patent Document 1).
Further, as another method, there is a method of using a polarization-retaining fiber as an optical fiber and increasing the extinction ratio as the light incident on the polarization-retaining fiber to reduce the light of an unnecessary polarization component (patented patent). See Document 2).
光ファイバから出射した光の偏光を解消させた後、偏光子で偏光させる方法では、一度偏光を解消させてから任意の偏光を取りだして変位検出器に入射させるため、変位検出器に入射される光量が減少してしまうという問題がある。
また、偏波保持ファイバに入射する光の消光比を上げる方法では、光量の減少は起こらないが、光コネクタ等を追加する際、各勘合部分での光学軸の合わせ込を精密に行う必要があり、製造コストがかかるという問題があった。
また、近年変位検出装が備えるA/Dコンバータの分解能が上がるにつれ、偏波保持ファイバの光学軸に直交する成分の偏光ビームの漏れが問題視されるようになっており、不要光による干渉の振幅は、A/Dコンバータの量子化誤差以内にする必要が生じている。
In the method of depolarizing the light emitted from the optical fiber and then polarizing it with a splitter, the light is incident on the displacement detector because the polarization is once depolarized and then arbitrary polarization is taken out and incident on the displacement detector. There is a problem that the amount of light is reduced.
In addition, the method of increasing the extinction ratio of the light incident on the polarization-retaining fiber does not reduce the amount of light, but when adding an optical connector or the like, it is necessary to precisely align the optical axis at each mating portion. There was a problem that the manufacturing cost was high.
Further, in recent years, as the resolution of the A / D converter provided in the displacement detection device has increased, leakage of the polarized beam having a component orthogonal to the optical axis of the polarization holding fiber has become a problem, and interference due to unnecessary light has become a problem. The amplitude needs to be within the quantization error of the A / D converter.
本発明は、変位検出器に、今までのように高い消光比をもったビームを供給する対策を不要にすると共に、光量損失をさせることなく、不要なビームとの干渉を減衰させることで、安定した精度の高い変位量の検出ができる変位量検出装置を提供することを目的とする。 The present invention eliminates the need for measures to supply the displacement detector with a beam having a high extinction ratio as in the past, and attenuates interference with unnecessary beams without causing light loss. It is an object of the present invention to provide a displacement amount detection device capable of detecting a displacement amount with stable and high accuracy.
本発明の変位検出装置は、光を出射する共振器長に伴う複数の発振スペクトルを持つ可干渉性の低いレーザ光源と、レーザ光源からの光を集光させるレンズと、レーザ光源から出射した光を偏波保持ファイバのX偏波モード軸、Y偏波モード軸に分割されるように入射した場合の出射部におけるX偏波モード軸経由の光とY偏波モード軸経由の光の光学遅延距離に伴う複数の干渉強度のピークが光学遅延距離0の干渉強度に対して-20dB以上となる範囲、かつ、干渉強度のピークを除く領域において、X偏波モード軸とY偏波モード軸経由の光の干渉強度が光学遅延距離0の干渉強度に対して-20dB以下となるような長さの偏波保持ファイバと、偏波保持ファイバによって伝送された光を2分割させ、その各光に乗じられた位相の変化を変位量とするために、各光を干渉させることで干渉信号に変換する変位検出器と、を含み、偏波保持ファイバから出射される光は、偏光を解消する偏光解消素子を介することなく変位検出器に入射されるようにした。
The displacement detection device of the present invention has a low coherence laser light source having a plurality of oscillation spectra accompanying the length of the resonator that emits light, a lens that collects the light from the laser light source, and light emitted from the laser light source. Optical delay of light via the X polarization mode axis and light via the Y polarization mode axis at the exit portion when the light is incident so as to be divided into the X polarization mode axis and the Y polarization mode axis of the polarization holding fiber. Via the X polarization mode axis and the Y polarization mode axis in the range where the peaks of multiple interference intensities with distance are -20dB or more with respect to the interference intensity of
本発明によると、光源の発振特性に合わせ偏波保持ファイバを任意の長さで構成することで、不要なビームとの干渉を減衰させることができる。これによって、変位検出装置の変位検出信号において位相変動を発生する成分を限りなく小さくし、干渉信号の振幅変動のみにとどめ、偏波保持ファイバの外部からのストレスの影響を受けにくい変位検出が可能になる。本発明によると、光量損失をさせることがないので、光源からの光の利用効率がよく、さらに、高い消光比をもったビームを変位検出器に供給する対策が不要になる。 According to the present invention, by configuring the polarization-retaining fiber with an arbitrary length according to the oscillation characteristics of the light source, it is possible to attenuate the interference with an unnecessary beam. This makes it possible to minimize the components that cause phase fluctuations in the displacement detection signal of the displacement detection device, limit the amplitude fluctuations of the interference signal, and detect displacements that are not easily affected by external stress on the polarization holding fiber. become. According to the present invention, since the amount of light is not lost, the efficiency of using the light from the light source is good, and it is not necessary to take measures to supply the beam having a high extinction ratio to the displacement detector.
以下、本発明の一実施の形態例(以下、「本例」と称する。)の変位検出装置を、添付図面を参照して説明する。まず、本発明が適用される変位検出装置の全体構成の3つの例を、図1~図3に説明する。 Hereinafter, the displacement detection device of one embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “this example”) will be described with reference to the accompanying drawings. First, three examples of the overall configuration of the displacement detection device to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
[1.変位検出装置の全体構成の例(回析格子を変位させる例)]
図1は、被測定面の変位に連動して、回析格子を変位させる変位検出装置100の構成例を示す。
変位検出装置100は、光源101を備える。光源101としては、レーザやLEDなどが使用可能である。光源101にレーザを使用する場合には、可干渉性の低いマルチモードの半導体レーザダイオードを使用してもよい。半導体レーザには、セルフパルセーションレーザダイオードやスーパールミネッセンスダイオードを含む。
また、光源101として使用する固体レーザには、YAGレーザ、Ndレーザ、チタンサファイアレーザ、ファイバーレーザ等が含まれる。さらに、光源101として使用するレーザには、ヘリウムカドミウムレーザ(金属レーザ)、色素レーザ(液体レーザ)が含まれる。なお、光源101は、連続発振で縦モードの発振波長に幅があり、可干渉性の低いものが望ましい。
あるいは、光源101として、シングルモードの半導体レーザを高周波重畳によって可干渉性を低くしたものを使用してもよい。
[1. Example of overall configuration of displacement detection device (example of displacement of diffractive grid)]
FIG. 1 shows a configuration example of a
The
Further, the solid-state laser used as the
Alternatively, as the
光源101から出射されるビームは、第1レンズ102により集光され、偏波保持ファイバ150に入射される。偏波保持ファイバ150は、コアの断面の垂直方向と水平方向の屈折率分布が異なる光ファイバであり、詳細は後述する。なお、光源101の偏光の光学軸は、偏波保持ファイバ150のコア断面の偏波保持が成立する光学軸に合わせて入射することが好ましいが、厳密に合わせなくてもよい。偏波保持ファイバ150の長さは後述する条件により定まる。
The beam emitted from the
偏波保持ファイバ150によって伝送されたビームは、変位検出器110に入射される。
変位検出器110に入射されたビームは、第2レンズ111を介して第1偏光ビームスプリッタ(PBS:Polarizing beam splitter)112に入射される。第1偏光ビームスプリッタ112は、ビームをS偏光のビームとP偏光のビームに分割する。例えば、S偏光のビームは第1偏光ビームスプリッタ112で反射し、P偏光のビームは第1偏光ビームスプリッタ112を透過する。
The beam transmitted by the
The beam incident on the
第1偏光ビームスプリッタ112で反射したS偏光のビームは、第1ミラー113を介して回析格子115に入射される。また、第1偏光ビームスプリッタ112を透過したP偏光のビームは、第2ミラー114を介して回析格子115に入射される。
回析格子115は、被測定面の変位量を検出するスケールとして機能し、被測定面の変位に連動して、矢印X1で示すように移動する。
回析格子115に入射した各ビームの回析光は、第3レンズ116又は第4レンズ117と第1位相板118を介して第3ミラー119に入射され、第3ミラー119で反射された各ビームが回析格子115に戻される。第1位相板118は、例えば1/4波長板よりなる。
The S-polarized beam reflected by the first polarizing beam splitter 112 is incident on the diffraction grid 115 via the first mirror 113. Further, the P-polarized beam transmitted through the first polarizing beam splitter 112 is incident on the diffraction grid 115 via the
The diffraction grid 115 functions as a scale for detecting the amount of displacement of the surface to be measured, and moves as shown by the arrow X1 in conjunction with the displacement of the surface to be measured.
The diffracted light of each beam incident on the diffraction grid 115 is incident on the third mirror 119 via the third lens 116 or the
回析格子115に戻ったビームの回析光が、第1ミラー113又は第2ミラー114を介して第1偏光ビームスプリッタ112に戻される。ここで、それぞれのビームは、第1位相板118を2回通過するために、S偏光がP偏光になって戻り、P偏光がS偏光になって戻る。
したがって、回析格子115から戻った2つのビームは、光源101からのビームの第1偏光ビームスプリッタ112への入射面とは異なる面から、重ね合わされた状態で出射され、受光部130に入射される。
The diffracted light of the beam returned to the diffractive grid 115 is returned to the first polarizing beam splitter 112 via the first mirror 113 or the
Therefore, the two beams returned from the diffraction grid 115 are emitted in a superposed state from a surface different from the plane of incidence of the beam from the
受光部130に入射されたビームは、ビームスプリッタ131に入射され、2分割される。2分割された一方のビームが、第2位相板132を介して第2偏光ビームスプリッタ133に入射される。第2偏光ビームスプリッタ133に入射したビームは、偏光成分ごとに分けられた後、第1受光素子141及び第2受光素子142に入射される。また、2分割された他方のビームが第3偏光ビームスプリッタ134に入射され、偏光成分ごとに分けられた後、第3受光素子143及び第4受光素子144に入射される。
The beam incident on the
次に、変位検出装置100が回析格子115の変位を検出する動作について説明する。
光源101から出射されたビームは、第1レンズ102によって偏波保持ファイバ150の端面に集光入射される。偏波保持ファイバ150から出射されたビームが、第2レンズ111によってコリメートされる。コリメートされたビームは、第1偏光ビームスプリッタ112によって1:1に2分配されるような偏光状態で、第1偏光ビームスプリッタ112に入射される。第1偏光ビームスプリッタ112で分配された内の一方のS偏光成分のビームは、第1ミラー113を通過し、回折格子115の位置P1に入射される。回折格子115によって垂直に回折されたビームは、第1位相板118によって円偏光となり、第3ミラー119で反射されて、回析格子115側に折り返される。このとき、第1位相板118を再度通過することで、P偏光成分のビームとなり、回折格子115で2回回折された光となり、第1偏光ビームスプリッタ112に向かう。
Next, the operation of the
The beam emitted from the
第1偏光ビームスプリッタ112で分配されたP偏光成分のビームは、第2ミラー114を通過し、回折格子115の位置P2に入射される。回折格子115によって垂直に回折されたビームは、第1位相板118によって円偏光となり、第3ミラー119で反射されて折り返す。このとき、第1位相板118を再度通過することで、S偏光成分のビームとなり、回折格子115で2回回折された光となり、第1偏光ビームスプリッタ112に向かう。
The beam of the P polarization component distributed by the first polarization beam splitter 112 passes through the
互いに偏光成分が入れ替わった2つのビームは、第1偏光ビームスプリッタ112によって重ね合わされ、受光部130に向かう。この重ね合わされたビームは、直線偏光のS偏光成分とP偏光成分からなる。このビームは、ビームスプリッタ131によって2分配され、一方は、第2位相板132を経て第2偏光ビームスプリッタ133に入射される。
第2位相板132を通過する際、互いに直交する直線偏光同士は、互いに逆回りの円偏光の重ね合わせとなる。そして、第2偏光ビームスプリッタ133に入射される直線偏光の偏光方向は、回折格子115が移動方向に1波長だけ移動すると2回転する。したがって、第1受光素子141と第2受光素子142では、Acos(4Kx+δ’)の干渉信号が得られる。ここで、Aは、干渉信号の振幅であり、Kは2π/Λで示される波数である。また、xは、回折格子の移動量を示しており、δ’は初期位相である。Λは、回折格子における格子の間隔である。
The two beams whose polarization components are interchanged with each other are superposed by the first polarization beam splitter 112 and directed toward the
When passing through the
また、ビームスプリッタ131で2分配されたもう一方のビームは、第3偏光ビームスプリッタ134に入射される。この際、第3偏光ビームスプリッタ134は、第2偏光ビームスプリッタ133に対し、45°光軸に対し回転させているため、第3受光素子143と第4受光素子144は、第1受光素子141と第2受光素子142に対し、光電変換される信号の位相が90度異なることになる。これによって、回折格子の移動方向が認識できる。
Further, the other beam split into two by the
このように、変位検出装置100によると、第1~第4受光素子141~144での受光状態から、干渉信号を回折格子115のX1方向の変位量として検出することができる。
なお、4つの受光素子141~144で得られる干渉信号には、光源101の波長に関する成分が含まれていない。よって、気圧や湿度、温度の変化による光源の波長に変動が起きても、干渉強度は影響を受けない。
As described above, according to the
The interference signals obtained by the four
[2.変位検出装置の全体構成の例(マイケルソン干渉計型の例)]
図2は、被測定面の変位に連動して、ターゲットミラー214を移動させるマイケルソン干渉計型の変位検出装置200の構成例を示す。
変位検出装置200は、光源201を備える。光源201として適用可能な条件は、図1に示す変位検出装置100で説明した光源101の条件と同じであり、例えば可干渉性が低い光源や、マルチモード半導体レーザなどが使用される。
[2. Example of overall configuration of displacement detector (Michelson interferometer type example)]
FIG. 2 shows a configuration example of a Michelson interferometer type displacement detection device 200 that moves the
The displacement detection device 200 includes a
光源201から出射されたビームは、第1レンズ202により集光して、偏波保持ファイバ250に入射される。偏波保持ファイバ250は、コアの断面の垂直方向と水平方向の屈折率分布が異なる光ファイバであり、この偏波保持ファイバ250の長さは後述する条件により決定する。
The beam emitted from the
偏波保持ファイバ250によって伝送されたビームは、変位検出器210に入射される。
変位検出器210に入射されたビームは、第2レンズ211を介して第1偏光ビームスプリッタ212に入射される。第1偏光ビームスプリッタ212を透過したP偏光のビームは、第1位相板213を介してターゲットミラー214に入射される。ターゲットミラー214は、被測定面の変位に連動して、X2方向に移動する。また、第1偏光ビームスプリッタ212で反射されたS偏光のビームは、第2位相板215を介してリファレンスミラー216に入射される。第1位相板213及び第2位相板215は、例えば1/4波長板よりなる。
The beam transmitted by the polarization holding fiber 250 is incident on the
The beam incident on the
なお、ターゲットミラー214が基準となる位置であるとき、第1偏光ビームスプリッタ212からターゲットミラー214までの光路長と、第1偏光ビームスプリッタ212からリファレンスミラー216までの光路長は等しく設定する。
そして、ターゲットミラー214及びリファレンスミラー216から第1偏光ビームスプリッタ212に戻ったビームが重ね合わされた干渉信号となり、受光部230に入射される。
When the
Then, the beams returned from the
受光部230に入射されたビームは、ビームスプリッタ231に入射され、2分割される。2分割された一方のビームが、第3位相板232を介して第2偏光ビームスプリッタ233に入射される。第2偏光ビームスプリッタ233に入射されたビームは、偏光成分ごとに分けられた後、第1受光素子241及び第2受光素子242に入射される。また、2分割された他方のビームが第3偏光ビームスプリッタ234に入射され、偏光成分ごとに分けられた後、第3受光素子243及び第4受光素子244に入射される。
The beam incident on the
このように構成したことで、第1偏光ビームスプリッタ212から受光部230に供給されるビームの内で、リファレンスミラー216で反射された成分については光路が一定になる。一方、ターゲットミラー214で反射された成分については、被測定面の変位に連動して、光路が変化する。
したがって、変位検出装置200は、第1~第4受光素子241~244での受光状態から、干渉信号をターゲットミラー214のX2方向の変位量として検出することができる。
With this configuration, the optical path is constant for the component reflected by the
Therefore, the displacement detection device 200 can detect the interference signal as the displacement amount in the X2 direction of the
[3.変位検出装置の全体構成の例(ターゲットミラーとリファレンスミラーを平行に配置した例)]
図3は、ターゲットミラー315とリファレンスミラー316とを平行に配置した変位検出装置300の構成例を示す。
変位検出装置300は、光源301を備える。光源301として適用可能な条件は、図1に示す変位検出装置100で説明した光源101の条件と同じであり、例えば可干渉性が低い光源や、マルチモード半導体レーザなどが使用される。
[3. Example of overall configuration of displacement detector (example of target mirror and reference mirror arranged in parallel)]
FIG. 3 shows a configuration example of the
The
光源301から出射されたビームは、第1レンズ302により集光して、偏波保持ファイバ350に入射される。偏波保持ファイバ350は、コアの断面の垂直方向と水平方向の屈折率分布が異なる光ファイバであり、この偏波保持ファイバ350の長さは後述する条件により決まる。
The beam emitted from the
偏波保持ファイバ350によって伝送されたビームは、変位検出器310に入射される。
変位検出器310に入射したビームは、第2レンズ311を介して第1偏光ビームスプリッタ312に入射される。第1偏光ビームスプリッタ312を透過したP偏光のビームは、第1位相板313を介してターゲットミラー315に入射される。第1位相板313は、例えば1/4波長板よりなる。ここで、ターゲットミラー315に入射されるビームは、ターゲットミラー315に対して45°の角度で入射させる。ターゲットミラー315は、被測定面の変位に連動して、X3方向に移動する。
The beam transmitted by the polarization holding fiber 350 is incident on the
The beam incident on the
ターゲットミラー315で反射したビームは、透過型回折格子317に入射され、透過型回折格子317を透過した回析光が、ターゲットミラー315に入射される。そして、ターゲットミラー315で反射した回析光が、ミラー318に入射される。ミラー318に対する回析光の入射角度は90°とし、ミラー318は、入射した回析光を入射方向に反射させる。
The beam reflected by the
第1偏光ビームスプリッタ312で反射したS偏光のビームは、第2位相板314を介してリファレンスミラー316に入射される。第2位相板314は、例えば1/4波長板よりなる。ここで、リファレンスミラー316に入射されるビームは、リファレンスミラー316に対して45°の角度で入射される。
The S-polarized beam reflected by the first
リファレンスミラー316で反射したビームは、透過型回折格子317に入射され、透過型回折格子317を透過した回析光が、リファレンスミラー316に入射される。そして、リファレンスミラー316で反射した回析光が、ミラー319に入射される。ミラー319に対する回析光の入射角度は90°とされ、ミラー319は、入射した回析光を入射方向に反射する。第1位相板313及び第2位相板314は、例えば1/4波長板よりなる。
The beam reflected by the
ミラー318,319で反射したビームは、入射時とは逆の経路を辿って、第1偏光ビームスプリッタ312に入射される。そして、第1偏光ビームスプリッタ312に戻った2つのビームが重ね合わされた干渉信号となり、受光部330に入射される。
受光部330に入射されたビームは、ビームスプリッタ331に入射され、2分割される。2分割された一方のビームが、第3位相板332を介して第2偏光ビームスプリッタ333に入射される。第2偏光ビームスプリッタ333に入射されたビームは、偏光成分ごとに分けられた後、第1受光素子341及び第2受光素子342に入射される。また、2分割された他方のビームが第3偏光ビームスプリッタ334に入射され、偏光成分ごとに分けられた後、第3受光素子343及び第4受光素子344に入射される。
The beam reflected by the
The beam incident on the light receiving unit 330 is incident on the
このように構成したことで、第1偏光ビームスプリッタ312から受光部330に供給されるビームの内で、リファレンスミラー316で反射された成分については、透過型回折格子317の同じ箇所を通過したビームになる。一方、ターゲットミラー315で反射された成分については、ターゲットミラー315のX3方向の移動により、透過型回折格子317の異なる箇所を通過したビームになる。したがって、ターゲットミラー315の位置により、第1偏光ビームスプリッタ312で重ね合わされた干渉信号の干渉状態が変化し、変位検出装置300は、第1~第4受光素子341~344での受光状態から、回折格子の位相成分を、ターゲットミラー314のX3方向の変位量として検出することができる。
なお、図3に示す構成の場合、ターゲットミラー315の位置が変化しても、光路長は変化しない。
With this configuration, among the beams supplied from the first
In the case of the configuration shown in FIG. 3, the optical path length does not change even if the position of the
[4.偏波保持ファイバの説明]
変位検出装置100,200,300は、いずれも光源101,102,103と変位検出器110,210,310との間のビームの伝送に、偏波保持ファイバ150,250,350を使用する。
図4は、偏波保持ファイバ150の構成例を断面で示す。他の偏波保持ファイバ250,350についても、偏波保持ファイバ150と同じ構成である。
偏波保持ファイバ150は、ビームを伝送するコア151の上と下に、応力付与材152,153を備える。そして、応力付与材152,153が、コア151に対して上下からストレスが加わった状態で、全体をクラッド154で覆う構成である。
この例では、コア151に対してストレスが加わる上下方向をX偏波モード軸とし、そのX偏波モード軸と直交する方向をY偏波モード軸とする。このとき、X偏波モード軸が偏波保持が成立する光学軸になる。
[4. Description of polarization-retaining fiber]
The
FIG. 4 shows a cross-sectional view of a configuration example of the polarization-retaining
The polarization-retaining
In this example, the vertical direction in which stress is applied to the core 151 is defined as the X polarization mode axis, and the direction orthogonal to the X polarization mode axis is defined as the Y polarization mode axis. At this time, the X polarization mode axis becomes the optical axis at which the polarization retention is established.
ところで、偏波保持ファイバ150内を通過したビームには、偏波保持ファイバ150の偏波保持が成立する光学軸の成分(X偏波モード)と、それに直交する成分(Y偏波モード)が含まれる可能性がある。一般に半導体レーザの消光比は、20dB前後と言われており、完全な直線偏光ではない。また偏波保持ファイバ150に入射する際の光学軸の角度調整にもばらつきが存在する。
偏波保持ファイバ150を使用することで、X偏波モード軸とY偏波モード軸の成分に関しては偏波が保持される。しかしながら、コア151内のX偏波モード軸とY偏波モード軸の偏光成分の屈折率が異なるため、偏波保持ファイバ150にストレスが印加されると、X偏波モード軸を経由したビームとY偏波モード軸を経由したビームとで、位相差が生じる。
By the way, in the beam passing through the
By using the
ここで、X偏波モード軸経由のビームに対し、Y偏波モード軸経由のビームの光量が十分に小さくないと、X偏波モード軸経由とY偏波モード軸経由のビーム同士が干渉してしまう。これにより、偏波保持ファイバ150へのストレス印加があると、わずかな位相変化が検出されて、変位の検出精度が劣化してしまう。
そこで、本例では、光源の可干渉性と偏波保持ファイバ150の長さを規定し、その影響が最小になるように抑制している。
Here, if the amount of light of the beam via the Y polarization mode axis is not sufficiently small with respect to the beam via the X polarization mode axis, the beams via the X polarization mode axis and the beam via the Y polarization mode axis interfere with each other. Will end up. As a result, when stress is applied to the polarization-retaining
Therefore, in this example, the coherence of the light source and the length of the polarization-retaining
[5.マルチモードレーザを光源として使う場合の例]
次に、偏波保持ファイバ150,250,350の長さを決める条件について説明する。この偏波保持ファイバ150,250,350の長さを決める条件は、光源101,201,301としてマルチモードレーザを使用する場合の条件と、光源101,201,301として可干渉性が悪い帯域が広い光源を使用する場合の条件の、2つである。
まず、マルチモードレーザを使用する場合の条件について説明する。
[5. Example of using a multi-mode laser as a light source]
Next, the conditions for determining the lengths of the polarization-retaining
First, the conditions when using the multimode laser will be described.
共振器長に伴う複数の発振スペクトルを持つ可干渉性の低い代表的なレーザ光源としては、マルチモードの半導体レーザや、高周波重畳をかけたシングルモードの半導体レーザが挙げられる。ここでの共振器長とは、例えば半導体レーザの場合には、一方の端面(鏡面)と他方の端面との間の距離であり、その共振器長によりレーザ光の波長λが決まる。
干渉を起こす距離Lperiodは、光路長差が0の干渉状態から次に再び干渉強度が上昇しピークとなるまでを1周期とすると、[数1]式で与えられる。
Typical laser light sources having a plurality of oscillation spectra depending on the resonator length and having low coherence include a multimode semiconductor laser and a single mode semiconductor laser to which high frequency superimposition is applied. The resonator length here is, for example, in the case of a semiconductor laser, the distance between one end face (mirror surface) and the other end face, and the wavelength λ of the laser beam is determined by the resonator length.
The distance Lperiod that causes interference is given by the equation [Equation 1], where one cycle is from the interference state where the optical path length difference is 0 to the time when the interference intensity rises again and reaches the peak.
ここで、neffは共振器の屈折率であり、Lcavは共振器長である。
つまり、ビームには、共振器長の2倍に共振器の屈折率をかけた長さの整数m倍で、干渉強度のピークが現れることを意味している。
Here, n eff is the refractive index of the resonator, and L cav is the length of the resonator.
That is, it means that the peak of the interference intensity appears in the beam at an integer m times the length obtained by multiplying the length of the resonator by the refractive index of the resonator.
次に、偏波保持ファイバ150の中を伝搬するX偏波モード軸とY偏波モード軸の成分間のファイバ出力端における光学遅延距離Dは、[数2]式で与えられる。
Next, the optical delay distance D at the fiber output end between the components of the X polarization mode axis and the Y polarization mode axis propagating in the
ここで、λは光源の波長を示し、Lfiberは光ファイバ長(偏波保持ファイバ長)を示し、Lbeatはビート長を示す。
ここでビート長は、偏波保持ファイバ中を伝搬するX偏波モード軸とY偏波モード軸の光の速さを示す伝搬定数(βx,βy)の差を
とすると、[数3]式で表せる。
Here, λ indicates the wavelength of the light source, Lfiber indicates the optical fiber length (polarization holding fiber length), and Lbeat indicates the beat length.
Here, the beat length is the difference between the propagation constants (βx, βy) indicating the speed of light between the X polarization mode axis and the Y polarization mode axis propagating in the polarization holding fiber.
Then, it can be expressed by the formula [Equation 3].
つまり、伝搬定数差から生じる光学遅延距離Dと干渉を起こす距離が一致すると、X偏波モード軸経由のビームとY偏波モード軸経由のビームが互いに干渉することになる。
よって、偏波保持ファイバ150の長さとして、光源の共振器長の2倍に共振器の屈折率かけた長さの整数倍と、偏波保持ファイバのX,Y偏波モードの伝搬定数の差から求められるビート長の積から光源の波長を割った長さを避けた長さとする。このようにすることで、X偏波モード軸経由のビームとY偏波モード軸経由のビームとの干渉を避けることができ、偏波保持ファイバ150のストレスに対し安定した変位検出が可能になる。
以下の[数4]式は、光ファイバ長Lfiberを求める式を示す。
That is, when the optical delay distance D caused by the difference in propagation constant and the distance causing interference match, the beam via the X polarization mode axis and the beam via the Y polarization mode axis interfere with each other.
Therefore, the length of the polarization-holding
The following equation [Equation 4] shows an equation for obtaining the optical fiber length L fiber .
マルチモードの半導体レーザの場合、X偏波モード軸経由のビームとY偏波モード軸経由のビームの干渉強度は、例えば図5のようになり、光学遅延距離が大きくなるほど、互いに干渉しづらくなる。すなわち、光学遅延距離が0のとき(ピークP11の位置)の干渉強度を1としたとき、光学遅延距離が0から一定距離離れるごとに、徐々に干渉強度が弱くなるピークP12,P13,P14,・・・が存在し、ある程度の光学遅延距離以降は、干渉強度がほぼ0になる。
ここで、X偏波モード軸経由のビームとY偏波モード軸経由のビームが互いに干渉することを避けた長さとするということは、例えばピークP11とピークP12の間の干渉強度がほぼ0になる光学遅延距離を持つ長さにすることである。ピークP11とピークP12の間以外のその他のピークの間の干渉強度がほぼ0になる光学遅延距離を持つ長さとしてもよい。
In the case of a multi-mode semiconductor laser, the interference intensities of the beam via the X polarization mode axis and the beam via the Y polarization mode axis are as shown in FIG. 5, for example, and the larger the optical delay distance, the less likely it is to interfere with each other. .. That is, when the interference intensity when the optical delay distance is 0 (the position of the peak P11) is 1, the interference intensity gradually weakens as the optical delay distance deviates from 0 by a certain distance, and the peaks P12, P13, P14, ... Exists, and after a certain optical delay distance, the interference intensity becomes almost zero.
Here, setting the length so that the beam via the X polarization mode axis and the beam via the Y polarization mode axis do not interfere with each other means that, for example, the interference intensity between the peak P11 and the peak P12 becomes almost 0. The length should have an optical delay distance. It may be a length having an optical delay distance at which the interference intensity between peaks P11 and other peaks other than peak P12 becomes almost zero.
[6.可干渉性が悪い帯域が広い光源を使う場合の例]
可干渉距離を持つ可干渉性の低い光源には、前述した共振器長に伴う複数の発振スペクトルを持たず、特定の波長幅を持ち波長に対しブロードに強度が変化する光源もある。例えば、スーパールミネッセンスダイオードやLED(発光ダイオード)がある。あるいは、固体レーザでは、チタンササファイアレーザ等が挙げられる。
[6. Example of using a light source with poor coherence and a wide band]
As a light source having a coherent distance and having a low coherence, there is also a light source which does not have a plurality of oscillation spectra due to the above-mentioned resonator length but has a specific wavelength width and whose intensity changes broadly with respect to a wavelength. For example, there are superluminescence diodes and LEDs (light emitting diodes). Alternatively, examples of the solid-state laser include a titanium sapphire laser and the like.
これらの方式の光源を光源101,201,301として使用する場合には、事前に光源の可干渉距離Llowを計測する。
図6は、光源の可干渉距離Llowを計測する構成例を示す。なお、図6では、可干渉距離Llowを計測する原理を示し、計測する基本的な原理を説明する上で不要な構成については省略している。
ここでは、光源401が被計測対象の光源である。光源401が出力するビームは、偏光ビームスプリッタ402に入射され、一方及び他方の偏光成分に分配される。一方の偏光成分は、固定ミラー403により反射されて偏光ビームスプリッタ402に戻り、他方の偏光成分は、可動ミラー404により反射されて偏光ビームスプリッタ402に戻る。
可動ミラー404の位置は、X4方向に移動する。
そして、偏光ビームスプリッタ402に戻った2つのビームは、重ね合わせた状態で受光素子405に入射される。
When the light sources of these methods are used as the
FIG. 6 shows a configuration example for measuring the coherent distance L low of the light source. Note that FIG. 6 shows the principle of measuring the coherent distance L low , and omits a configuration unnecessary for explaining the basic principle of measurement.
Here, the
The position of the
Then, the two beams returning to the
図7は、受光素子405で検出される干渉強度を示す。
ここでは、偏光ビームスプリッタ402と可動ミラー404との間の光路長(往復の長さ)をLaとし、偏光ビームスプリッタ402と固定ミラー403との間の光路長(往復の長さ)Lbとする。そして、図7の横軸は、光路長差(La-Lb)である。
FIG. 7 shows the interference intensity detected by the
Here, the optical path length (reciprocating length) between the
図7から判るように、光路長差(La-Lb)が0のとき、干渉強度が最大値1となり、以下、光路長差が長くなるにしたがって、干渉強度がほぼ0になる。例えば、最大値1から干渉強度が1/1000になった光路長差を、光源の可干渉距離Llowとする。
As can be seen from FIG. 7, when the optical path length difference (La-Lb) is 0, the interference intensity becomes the
そして、このようにして求まった光源の可干渉距離Llowと、偏波保持ファイバ150のX,Y偏波モードの伝搬定数の差から求められるビート長の積を求め、このビート長の積を、光源101の波長で割った長さより、偏波保持ファイバ150の長さを大きくとる。このような長さの偏波保持ファイバ150を使った変位検出装置100は、X偏波モード軸経由のビームとY偏波モード軸経由のビームが互いに干渉することを避けることができ、偏波保持ファイバ150のストレスに対し安定した変位検出が可能になる。
一般に、上述した可干渉性の低い光源は、マルチモードの半導体レーザより波長幅が広く、可干渉距離Llowが非常に短いため、光ファイバ長Lfiberが非常に長くなってしまうことは少ない。
[数5]式は、上述した偏波保持ファイバ150の長さLfiberを決める条件を数式で示すものである。
Then, the product of the beat lengths obtained from the difference between the coherent distance L low of the light source thus obtained and the propagation constants of the X and Y polarization modes of the
In general, the above-mentioned light source having low coherence has a wider wavelength width than a multimode semiconductor laser and has a very short coherence distance L low , so that the optical fiber length L fiber is unlikely to become very long.
[Equation 5] is a mathematical expression showing the conditions for determining the length L fiber of the above-mentioned
以上説明したように、いずれの光源を使用する場合でも、上述した条件で偏波保持ファイバの長さを決めることで、X偏波モード軸経由のビームとY偏波モード軸経由のビームが互いに干渉することを避けることができる。したがって、本例の変位検出装置によれば、光ファイバに加わる曲げなどのストレスに対し安定した変位検出が可能になり、変位の検出精度が向上する。また、光源から出射したビーム偏光の光学軸は、偏波保持ファイバのコア断面の偏波保持が成立する光学軸に合わせて入射することが好ましいが、本例の場合には、偏波保持ファイバの端面の光学軸を厳密に合わせなくても、精度が保たれるようになる。
なお、ここまでの説明では、図1に示す変位検出装置100が備える偏波保持ファイバ150の長さの条件を示したが、図2,図3に示す変位検出装置200,300が備える偏波保持ファイバ250,350の長さの条件についても、同じように決めることができる。
As described above, regardless of which light source is used, the beam via the X polarization mode axis and the beam via the Y polarization mode axis are mutually arranged by determining the length of the polarization holding fiber under the above-mentioned conditions. It is possible to avoid interference. Therefore, according to the displacement detection device of this example, stable displacement detection is possible against stress such as bending applied to the optical fiber, and the displacement detection accuracy is improved. Further, it is preferable that the optical axis of the beam polarization emitted from the light source is incident on the optical axis in which the polarization retention of the core cross section of the polarization retention fiber is established, but in the case of this example, the polarization retention fiber is used. The accuracy can be maintained even if the optical axis of the end face of the is not exactly aligned.
In the description so far, the condition of the length of the
[7.複数のファイバを組み合わせる例]
変位検出装置100,200,300が備える偏波保持ファイバ150,250,350は、複数本の偏波保持ファイバを接続するようにしてもよい。
例えば、図8に示すように、光源101からのビームを、第1レンズ102を介して、3本の偏波保持ファイバ150a,150b,150cを勘合させて接続したものに入射するようにしてもよい。その3本の偏波保持ファイバ150a,150b,150cを伝ったビームが、変位検出器110に入射される。
ここでの偏波保持ファイバ150a,150b,150cの勘合とは、各偏波保持ファイバ150a,150b,150cの端面が、隙間がない状態で接続された状態を示す。
このような勘合状態は、例えば偏波保持ファイバに取り付けられたコネクタ(不図示)を使って実現することができる。
[7. Example of combining multiple fibers]
The
For example, as shown in FIG. 8, the beam from the
Here, the fitting of the polarization-retaining
Such a fitting state can be realized by using, for example, a connector (not shown) attached to a polarization holding fiber.
それぞれの偏波保持ファイバ150a,150b,150cの長さは、既に説明した光源の種類に応じて光源の可干渉性を考慮した長さに設定する必要があるが、さらに以下の条件が加わる。すなわち、各々の偏波保持ファイバ150a,150b,150cの勘合部で発生する、X偏波モード軸とY偏波モード軸のビームの漏れから、X偏波モード軸経由のビームとY偏波モード軸経由のビームの干渉対策をとる必要がある。
例えば、同じ長さの偏波保持ファイバを勘合させてしまうと、勘合部の漏れで、X+Y偏波モード軸経由のビームとY+X偏波モード軸経由ビームが、干渉してしまう可能性がある。
The lengths of the respective polarization-retaining
For example, if the polarization-holding fibers having the same length are fitted together, the beam via the X + Y polarization mode axis and the beam via the Y + X polarization mode axis may interfere with each other due to leakage of the fitting portion.
複数の勘合部が存在するとき、偏波保持ファイバの接続順序として、最後段の偏波保持ファイバ(例えば図8での偏波保持ファイバ150a)と、それを除いた偏波保持ファイバ(例えば図8での偏波保持ファイバ150b,150c)のあらゆる組み合わせとの、偏波保持ファイバの総長が、共振器長に共振器の屈折率をかけた長さの偶数倍と偏波保持ファイバのX,Y偏波モードの伝搬定数の差から求められるビート長の積を光源の波長で割った長さと同一となることを避ける必要がある。このような条件にすることにより、勘合部によって生じる最後段の偏波保持ファイバから出射された異なる伝搬位相差を持つ光同士の干渉において、主たる成分の干渉に対する影響の大きな干渉の組み合わせを低減させることが可能となる。また、主たる干渉に対して影響の大きな干渉の組み合わせ以外の成分におけるそれぞれの干渉は、もともと十分小さいため、無視することが出来る。
例えば、X偏波モードを主たる成分として光を伝搬させた偏波保持ファイバの場合、次の段の偏波保持ファイバのX偏波モードに主たる成分を勘合させると、Y偏波モードへ漏れる成分がある。ここで、複数の勘合部を有することにより、様々な漏れ成分が発生するが、Y偏波モードの同士の干渉は十分に小さいために無視できる。
When there are a plurality of mating portions, the connection order of the polarization-retaining fibers is the last-stage polarization-retaining fiber (for example, the polarization-retaining
For example, in the case of a polarization holding fiber in which light is propagated with the X polarization mode as the main component, if the main component is combined with the X polarization mode of the polarization holding fiber in the next stage, the component leaks to the Y polarization mode. There is. Here, by having a plurality of fitting portions, various leakage components are generated, but the interference between the Y polarization modes is sufficiently small and can be ignored.
また、可干渉性が悪い帯域が広い光源を使う場合には、各々の偏波保持ファイバ150a,150b,150cの長さは、2m×L(mは0以上の整数、Lは最も短い偏波保持ファイバの長さ)で構成し、かつ各々の偏波保持ファイバの長さは同じ組合せがないことが必要になる。
例えば各偏波保持ファイバ長は、L1=2×L3、L2=4×L3のように、L1≠L2≠L3である必要がある。
When a light source having a wide band with poor coherence is used, the length of each of the
For example, each polarization holding fiber length needs to be L1 ≠ L2 ≠ L3, such as L1 = 2 × L3 and L2 = 4 × L3.
[8.変形例]
なお、本発明が適用される変位検出装置は、図1,図2,図3に示す3つの変位検出装置100,200,300とは異なる構成や原理で、変位を検出するものでもよい。すなわち、光源からの光を偏波保持ファイバを介して変位検出器に導く構成の変位検出装置であれば、その他の構成にも適用可能である。
[8. Modification example]
The displacement detection device to which the present invention is applied may detect displacement by a configuration and principle different from those of the three
また、複数本の偏波保持ファイバを使用する図8の例では、図1例の変位検出装置100に適用した例を示すが、図2や図3に示す変位検出装置200,300で複数本の偏波保持ファイバを使用する場合の、各々のファイバの長さの条件についても、同じことが適用可能である。さらに、図8では3本の偏波保持ファイバ150a,150b,150cを勘合させた例としたが、2本又は4本以上の偏波保持ファイバを勘合させる場合にも、上述した例と同じ条件が適用可能である。
Further, in the example of FIG. 8 using a plurality of polarization-holding fibers, an example applied to the
100…変位検出装置、101…光源、102…第1レンズ、110…変位検出器、111…第2レンズ、112…第1偏光ビームスプリッタ、113…第1ミラー、114…第2ミラー、115…回析格子、116…第3レンズ、117…第4レンズ、118…第1位相板、119…第3ミラー、130…受光部、131…ビームスプリッタ、132…第2位相板、133…第2偏光ビームスプリッタ、134…第3偏光ビームスプリッタ、141…第1受光素子、142…第2受光素子、143…第3受光素子、144…第4受光素子、150,150a,150b,150c…偏波保持ファイバ、151…コア、152,153…応力付与部材、154…クラッド、200…変位検出装置、201…光源、202…第1レンズ、210…変位検出器、211…第2レンズ、212…第1偏光ビームスプリッタ、213…第1位相板、214…ターゲットミラー、215…第2位相板、216…リファレンスミラー、230…受光部、231…ビームスプリッタ、232…第3位相板、233…第2偏光ビームスプリッタ、234…第3偏光ビームスプリッタ、241…第1受光素子、242…第2受光素子、243…第3受光素子、244…第4受光素子、250…偏波保持ファイバ、300…変位検出装置、301…光源、302…第1レンズ、310…変位検出器、311…第2レンズ、312…第1偏光ビームスプリッタ、313…第1位相板、314…第2位相板、315…ターゲットミラー、316…リファレンスミラー、317…透過型回析格子、318,319…ミラー、330…受光部、331…ビームスプリッタ、332…第3位相板、333…第2偏光ビームスプリッタ、334…第3偏光ビームスプリッタ、341…第1受光素子、342…第2受光素子、343…第3受光素子、344…第4受光素子、350…偏波保持ファイバ、401…光源、402…偏光ビームスプリッタ、403…固定ミラー、404…可動ミラー、405…受光素子
100 ... displacement detector, 101 ... light source, 102 ... first lens, 110 ... displacement detector, 111 ... second lens, 112 ... first polarization beam splitter, 113 ... first mirror, 114 ... second mirror, 115 ... Diffraction grid, 116 ... 3rd lens, 117 ... 4th lens, 118 ... 1st phase plate, 119 ... 3rd mirror, 130 ... light receiving unit, 131 ... beam splitter, 132 ... 2nd phase plate, 133 ... 2nd Polarized beam splitter, 134 ... 3rd polarized beam splitter, 141 ... 1st light receiving element, 142 ... 2nd light receiving element, 143 ... 3rd light receiving element, 144 ... 4th light receiving element, 150, 150a, 150b, 150c ... Holding fiber, 151 ... core, 152, 153 ... stress applying member, 154 ... clad, 200 ... displacement detector, 201 ... light source, 202 ... first lens, 210 ... displacement detector, 211 ... second lens, 212 ... 1 Polarized beam splitter, 213 ... 1st phase plate, 214 ... Target mirror, 215 ... 2nd phase plate, 216 ... Reference mirror, 230 ... Light receiving unit, 231 ... Beam splitter, 232 ... 3rd phase plate, 233 ... 2nd Polarized beam splitter, 234 ... 3rd polarized beam splitter, 241 ... 1st light receiving element, 242 ... 2nd light receiving element, 243 ... 3rd light receiving element, 244 ... 4th light receiving element, 250 ... Polarization holding fiber, 300 ... Displacement Detection device, 301 ... light source, 302 ... first lens, 310 ... displacement detector, 311 ... second lens, 312 ... first polarization beam splitter, 313 ... first phase plate, 314 ... second phase plate, 315 ... target Mirror, 316 ... Reference mirror, 317 ... Transmission diffractive lattice, 318, 319 ... Mirror, 330 ... Light receiving part, 331 ... Beam splitter, 332 ... Third phase plate, 333 ... Second polarization beam splitter, 334 ... Third. Polarized beam splitter, 341 ... first light receiving element, 342 ... second light receiving element, 343 ... third light receiving element, 344 ... fourth light receiving element, 350 ... polarization holding fiber, 401 ... light source, 402 ... polarized beam splitter, 403. ... Fixed mirror, 404 ... Movable mirror, 405 ... Light receiving element
本発明の変位検出装置は、光ビームを出射する共振器長に伴う複数の発振スペクトルを持ち、複数の干渉強度ピークを持つ可干渉性の低いレーザ光源と、レーザ光源からの光を集光させるレンズと、レーザ光源から出射した光を偏波保持ファイバのX偏波モード軸、Y偏波モード軸に分割されるように入射した場合の出射部におけるX偏波モード軸経由のビームとY偏波モード軸経由のビームの干渉強度ピークを縦軸とした場合の前記干渉強度ピークが、光学遅延距離を横軸とした場合に、ほぼ0とならない長さを含む範囲において、L fiber =(2mn eff L CAV L beat )/λとなるL fiber のmと(m+1)の間における前記干渉強度がほぼ0となっている光学遅延距離に設定できる長さから選定される、レンズで集光された光を伝送する偏波保持ファイバと、偏波保持ファイバを伝搬してきたレーザ光源の全波長の光を変位量の検出に用いるために、全波長の光を受光する受光素子と、を含む。ここで、mは0以上の正の整数、n eff はレーザ光源の共振器の実効屈折率、L CAV はレーザ光源の共振器長、L beat は偏波保持ファイバのビート長、λは光源の波長である。 The displacement detection device of the present invention has a plurality of oscillation spectra depending on the length of the resonator that emits a light beam, and has a plurality of interference intensity peaks and a low coherence laser light source, and condenses the light from the laser light source. When the light emitted from the lens and the laser light source is incident so as to be divided into the X polarization mode axis and the Y polarization mode axis of the polarization holding fiber, the beam and the Y deviation via the X polarization mode axis at the exit portion. L fiber = (2 mn) in the range in which the interference intensity peak when the interference intensity peak of the beam passing through the wave mode axis is the vertical axis includes a length that does not become almost 0 when the optical delay distance is the horizontal axis. eff L CAV L beat ) / λ The interference intensity between m and (m + 1) of the L fiber is almost 0. The light is focused by a lens selected from the length that can be set to the optical delay distance. It includes a polarization holding fiber that transmits light, and a light receiving element that receives light of all wavelengths in order to use light of all wavelengths of a laser light source propagating through the polarization holding fiber for detecting a displacement amount. Here, m is a positive integer of 0 or more, n eff is the effective refractive index of the resonator of the laser light source, L CAV is the resonator length of the laser light source, L beat is the beat length of the polarization holding fiber, and λ is the light source. The wavelength.
Claims (1)
前記レーザ光源からの光を集光させるレンズと、
前記レーザ光源から出射した光を偏波保持ファイバのX偏波モード軸、Y偏波モード軸に分割されるように入射した場合の出射部におけるX偏波モード軸経由の光とY偏波モード軸経由の光の光学遅延距離に伴う複数の干渉強度のピークが光学遅延距離0の干渉強度に対して-20dB以上となる範囲、かつ、前記干渉強度のピークを除く領域において、前記X偏波モード軸と前記Y偏波モード軸経由の光の干渉強度が光学遅延距0の干渉強度に対して-20dB以下となるような長さの偏波保持ファイバと、
前記偏波保持ファイバによって伝送された光を2分割させ、その各光に乗じられた位相の変化を変位量とするために、前記各光を干渉させることで干渉信号に変換する変位検出器と、を含み、
前記偏波保持ファイバから出射される光は、偏光を解消する偏光解消素子を介することなく前記変位検出器に入射される
変位検出装置。
A laser light source with low coherence, which has multiple oscillation spectra depending on the length of the resonator that emits light,
A lens that collects light from the laser light source and
When the light emitted from the laser light source is incident so as to be divided into the X polarization mode axis and the Y polarization mode axis of the polarization holding fiber, the light via the X polarization mode axis and the Y polarization mode in the emission portion The X polarization in the range where the peaks of a plurality of interference intensities associated with the optical delay distance of the light passing through the axis are -20 dB or more with respect to the interference intensity of the optical delay distance of 0 and the region excluding the peak of the interference intensity. A polarization-maintaining fiber having a length such that the interference intensity of the light passing through the mode axis and the Y polarization mode axis is -20 dB or less with respect to the interference intensity of the optical delay distance of 0.
With a displacement detector that divides the light transmitted by the polarization holding fiber into two and converts each light into an interference signal by interfering with each other in order to use the change in phase multiplied by the light as the displacement amount. , Including
A displacement detection device in which light emitted from the polarization holding fiber is incident on the displacement detector without passing through a depolarization element that eliminates polarization.
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