JPH04269883A - ２波長光の発生用の２つのレーザダイオードを有する装置 - Google Patents
２波長光の発生用の２つのレーザダイオードを有する装置Info
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- JPH04269883A JPH04269883A JP3328494A JP32849491A JPH04269883A JP H04269883 A JPH04269883 A JP H04269883A JP 3328494 A JP3328494 A JP 3328494A JP 32849491 A JP32849491 A JP 32849491A JP H04269883 A JPH04269883 A JP H04269883A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
- H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
- H01S5/0687—Stabilising the frequency of the laser
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、波長差の安定化された
２波長光の発生用の２つのレーザダイオードを有する装
置に関する。
２波長光の発生用の２つのレーザダイオードを有する装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】そのような装置はドイツ連邦共和国特許
出願公開公報第３６１６３９３号（ＤＥ３６１６３９３
Ａ１）による２周波−レーザ干渉計として公知である。 その場合当該安定化は上記両レーザダイオード相互間の
機械的、熱的、電気的結合により行なわれる。殊にレー
ザダイオードの長期間の波長変化によってはそれにより
得られる品質が制約を受ける。
出願公開公報第３６１６３９３号（ＤＥ３６１６３９３
Ａ１）による２周波−レーザ干渉計として公知である。 その場合当該安定化は上記両レーザダイオード相互間の
機械的、熱的、電気的結合により行なわれる。殊にレー
ザダイオードの長期間の波長変化によってはそれにより
得られる品質が制約を受ける。
【０００３】ファブリペロー干渉計を用いての個々のレ
ーザダイオードの安定化が有効であることが実証されて
いて公知である。
ーザダイオードの安定化が有効であることが実証されて
いて公知である。
【０００４】Ｒ．Ａ．Ｖａｌｅｎｚｕｅｌａ ｅｔ
ａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｌｅｔｔｅｒｓ
２４（１９８８）、７２５からは光学的基準を基にして
のファブリペロー干渉計の安定化及び上記ファブリペロ
ー干渉計に基いての別の光源の安定化が公知である。そ
の際ファブリペロー干渉計は２つの光の種類により夫々
共振的に作動される。しかし乍ら、唯１つの光の種類で
あるレーザダイオードの光の種類のみが有効光として用
いられる。
ａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｌｅｔｔｅｒｓ
２４（１９８８）、７２５からは光学的基準を基にして
のファブリペロー干渉計の安定化及び上記ファブリペロ
ー干渉計に基いての別の光源の安定化が公知である。そ
の際ファブリペロー干渉計は２つの光の種類により夫々
共振的に作動される。しかし乍ら、唯１つの光の種類で
あるレーザダイオードの光の種類のみが有効光として用
いられる。
【０００５】
【発明の効果】本発明の目的ないし課題とするところは
、安定性に関して、２波長−レーザ干渉計及びホログラ
フィーの要求を永続的に充足しその際構成設計上のコス
トを抑え得る上位概念に記載した形式の装置を提供する
ことにある。
、安定性に関して、２波長−レーザ干渉計及びホログラ
フィーの要求を永続的に充足しその際構成設計上のコス
トを抑え得る上位概念に記載した形式の装置を提供する
ことにある。
【０００６】
【発明の構成】上記課題は請求範囲１の上位概念による
装置において、それの特徴事項を成す構成用件により解
決される。有利な発展形態は引用請求項及び詳細な説明
に記載されている。
装置において、それの特徴事項を成す構成用件により解
決される。有利な発展形態は引用請求項及び詳細な説明
に記載されている。
【０００７】幾つかの測定上の問題に就いては２波長干
渉計又はホログラフィーが有利な解決手段であることが
判明している。その中の幾つかの例を次に挙げる。
渉計又はホログラフィーが有利な解決手段であることが
判明している。その中の幾つかの例を次に挙げる。
【０００８】−可視光の波長が一義的な測定結果を得る
には過度に小であるような干渉計測定、例えば比較的大
きな距離の絶対的干渉計測定−当該表面粗さが波長と同
等又はそれより大である表面における干渉計測定。この
場合個々の波長での測定が生じるスペックル効果により
著しく困難にされるか、又は不可能にされる。２つの波
長によっては情報内容の豊かな測定が可能である。
には過度に小であるような干渉計測定、例えば比較的大
きな距離の絶対的干渉計測定−当該表面粗さが波長と同
等又はそれより大である表面における干渉計測定。この
場合個々の波長での測定が生じるスペックル効果により
著しく困難にされるか、又は不可能にされる。２つの波
長によっては情報内容の豊かな測定が可能である。
【０００９】−拡がりのある対象物の輪郭の測定の際２
−波長−ホログラフィーが使用され得る。
−波長−ホログラフィーが使用され得る。
【００１０】個々の場合において使用される手法は全く
種々様々である。それらに共通に下記の基本手法が存在
する。
種々様々である。それらに共通に下記の基本手法が存在
する。
【００１１】測定されるべきは光学的距離差Ｚである。
この光学的距離差が波長λｉ（ｉ＝１、２）で干渉計測
定手法により測定される場合、下記位相
定手法により測定される場合、下記位相
【００１２】
【数１】
【００１３】が測定される。位相φ１とφ２の差をとる
と下記の位相差の関係性が得られる。
と下記の位相差の関係性が得られる。
【００１４】
【数２】
【００１５】所謂有効又は生成（合成）波長である。φ
に注目ないしこれを考察すればインターフェログラムが
得られこのインターフェログラムは有効波長Λで採取検
出されているようであり、その際その波長の大きさは相
当大きな限界範囲内で（数μｍと数ｍとの間で）可変に
され得る。
に注目ないしこれを考察すればインターフェログラムが
得られこのインターフェログラムは有効波長Λで採取検
出されているようであり、その際その波長の大きさは相
当大きな限界範囲内で（数μｍと数ｍとの間で）可変に
され得る。
【００１６】式（２）により表わされた差の形成は或手
法では直接的（ｅｘｐｌｉｃｉｔ）に行なわれる。他の
手法では（例えば２波長−ホログラフィ）間接的（ｉｍ
ｐｌｉｃｉｔ）に行なわれる。
法では直接的（ｅｘｐｌｉｃｉｔ）に行なわれる。他の
手法では（例えば２波長−ホログラフィ）間接的（ｉｍ
ｐｌｉｃｉｔ）に行なわれる。
【００１７】両波長の形成のための、異なった波長を生
じさせる２つのレーザ使用の手法がある。この手法にお
いて問題となるのは以下の計算から明らかなように当該
両波長の安定性である。
じさせる２つのレーザ使用の手法がある。この手法にお
いて問題となるのは以下の計算から明らかなように当該
両波長の安定性である。
【００１８】測定されたφから光学的距離差の計算のた
め、式２）が変形され、Λは上記両波長の設定値から計
算されたΛ０で置換される。
め、式２）が変形され、Λは上記両波長の設定値から計
算されたΛ０で置換される。
【００１９】
【数３】
【００２０】ここで、Λ０は一定の係数である。両波長
λｉがそれの設定値とｄλｉだけの偏差がある場合、同
様にΛの実際の値が変化し、もって、測定値φも変化す
る。式４）に式２）と３）を代入し、当該差全体を形成
すると下記のようになる。
λｉがそれの設定値とｄλｉだけの偏差がある場合、同
様にΛの実際の値が変化し、もって、測定値φも変化す
る。式４）に式２）と３）を代入し、当該差全体を形成
すると下記のようになる。
【００２１】
【数４】
【００２２】上記式について説明すると、左辺には有効
波長Λ０に対する誤差ｄ２が示されている。上記式の値
は有意の測定を行ない得るには１より際立って小でなけ
ればならない。右辺には測定さるべき光学的距離差Ｚと
乗算された相対的波長安定性が示されている（それぞれ
波長の単位で示されている）。わかり易くするため１例
を挙げると、１μｍの波長で１ｍの光学的距離差を測定
しようとする場合、相対的波長安定性は＜１０のマイナ
ス６乗でなければならない（（式５）にて唯１つの波長
だけが考慮され左辺が１である場合）。従って実際上上
記例では波長は１０のマイナス７乗より安定していなけ
ればならない（選ばれた有効波長に無関係に）。
波長Λ０に対する誤差ｄ２が示されている。上記式の値
は有意の測定を行ない得るには１より際立って小でなけ
ればならない。右辺には測定さるべき光学的距離差Ｚと
乗算された相対的波長安定性が示されている（それぞれ
波長の単位で示されている）。わかり易くするため１例
を挙げると、１μｍの波長で１ｍの光学的距離差を測定
しようとする場合、相対的波長安定性は＜１０のマイナ
ス６乗でなければならない（（式５）にて唯１つの波長
だけが考慮され左辺が１である場合）。従って実際上上
記例では波長は１０のマイナス７乗より安定していなけ
ればならない（選ばれた有効波長に無関係に）。
【００２３】或１つの波長に対しては上記安定性は公知
形式でファブリペロー干渉計を用いて達成される。
形式でファブリペロー干渉計を用いて達成される。
【００２４】本発明によれば２つのレーザダイオードの
安定化が１つのファブリペロー干渉計で行なわれる。要
するにファブリペロー干渉計に対するコストは唯１つ分
しか必要でなく、それの残留誤差の影響は両波長に対し
て一様である。
安定化が１つのファブリペロー干渉計で行なわれる。要
するにファブリペロー干渉計に対するコストは唯１つ分
しか必要でなく、それの残留誤差の影響は両波長に対し
て一様である。
【００２５】次に図を用いて本発明を詳述する。
【００２６】図１には温度安定化されたレーザダイオー
ド１，２、共焦点のファブリペロー干渉計３、当該配置
構成体外に出射する光ビーム４が示してある。両レーザ
ダイオードの光の一部は夫々部分ミラー１１，２１を介
して基準フォトダイオード１２，２２へ偏向される。偏
光性部分ミラー４１によっては両ダイオード１，２の光
が相互に直交して直線偏波されて１つのビームにまとめ
られている。そのビームの一部が、ビームスプリッタ４
２により分岐され、当該光の主要部分が、出力ビーム４
として利用される。
ド１，２、共焦点のファブリペロー干渉計３、当該配置
構成体外に出射する光ビーム４が示してある。両レーザ
ダイオードの光の一部は夫々部分ミラー１１，２１を介
して基準フォトダイオード１２，２２へ偏向される。偏
光性部分ミラー４１によっては両ダイオード１，２の光
が相互に直交して直線偏波されて１つのビームにまとめ
られている。そのビームの一部が、ビームスプリッタ４
２により分岐され、当該光の主要部分が、出力ビーム４
として利用される。
【００２７】ビームスプリッタ４２により分岐された光
部分は共焦点のファブリペロー干渉計３内に入力結合さ
れる。ファブリペロー干渉計３から出射する光は偏光性
ビームスプリッタにより、発光ダイオード１と２から到
来する成分に分解される。それらの光成分はフォトデテ
クタ１３，２３により検出される。
部分は共焦点のファブリペロー干渉計３内に入力結合さ
れる。ファブリペロー干渉計３から出射する光は偏光性
ビームスプリッタにより、発光ダイオード１と２から到
来する成分に分解される。それらの光成分はフォトデテ
クタ１３，２３により検出される。
【００２８】フォトデテクタ１３の信号は基準フォトダ
イオード１２の信号と共に差動アンプ１４に供給され、
この差動アンプによってはＰＩ制御器１５が制御されこ
のＰＩ制御器はレーザダイオード１の電流給電部１６に
作用する。
イオード１２の信号と共に差動アンプ１４に供給され、
この差動アンプによってはＰＩ制御器１５が制御されこ
のＰＩ制御器はレーザダイオード１の電流給電部１６に
作用する。
【００２９】上記制御回路によってはレーザダイオード
１の波長が、ファブリペロー干渉計のＮ番目の最大透過
度のエッジ（側像）にて所定値に制御され、安定化され
る。すなわち各レーザ１，２から付加的に光の一部が各
基準ダイオード１２，２２へ導かれ、当該制御装置にお
いてはそれらの基準ダイオード１２，２２の信号が側像
（エッジ）安定化の手法に従って制御に用いられる。
１の波長が、ファブリペロー干渉計のＮ番目の最大透過
度のエッジ（側像）にて所定値に制御され、安定化され
る。すなわち各レーザ１，２から付加的に光の一部が各
基準ダイオード１２，２２へ導かれ、当該制御装置にお
いてはそれらの基準ダイオード１２，２２の信号が側像
（エッジ）安定化の手法に従って制御に用いられる。
【００３０】第２レーザダイオード２の波長は同じよう
に制御され、フォトデテクタ２３、基準フォトダイオー
ド２２、差動アンプ２４、ＰＩ制御器２５、電流給電部
２６を用いて別の最大透過度Ｎ＋△Ｎへ制御される。両
波長から形成される有効波長は次のようになる。
に制御され、フォトデテクタ２３、基準フォトダイオー
ド２２、差動アンプ２４、ＰＩ制御器２５、電流給電部
２６を用いて別の最大透過度Ｎ＋△Ｎへ制御される。両
波長から形成される有効波長は次のようになる。
【００３１】
【数５】
【００３２】但し、Ｌはファブリペロー干渉計を介して
のサイクル（往復走行）動作の光学的距離である。従っ
て、Λ０はＬと△Ｎの適当な選定によって広範囲で可変
され得る。
のサイクル（往復走行）動作の光学的距離である。従っ
て、Λ０はＬと△Ｎの適当な選定によって広範囲で可変
され得る。
【００３３】光学的コンポーネント（殊に空いているス
ペクトル領域）及びファブリペロー干渉計の手法の適当
な選定設計によっては両波長を、著しく良好に、（例え
ば１０のマイナス８乗より小の相対的波長を以て）ファ
ブリペロー干渉計−透過度に安定化させ得る。それによ
り、数ｍの測定領域が可能である。Ｚに関連する相対的
な測定の不精確性は選ばれた有効波長Λ０に依存する。
ペクトル領域）及びファブリペロー干渉計の手法の適当
な選定設計によっては両波長を、著しく良好に、（例え
ば１０のマイナス８乗より小の相対的波長を以て）ファ
ブリペロー干渉計−透過度に安定化させ得る。それによ
り、数ｍの測定領域が可能である。Ｚに関連する相対的
な測定の不精確性は選ばれた有効波長Λ０に依存する。
【００３４】最大透過度（自体）の位置状態の安定性は
殊に、温度変化によるファブリペロー干渉計を介しての
サイクル動作（往き戻り循環走行経路）の光学的経路Ｌ
の変化により影響を受ける。
殊に、温度変化によるファブリペロー干渉計を介しての
サイクル動作（往き戻り循環走行経路）の光学的経路Ｌ
の変化により影響を受ける。
【００３５】次の関係式が成立つ。
【００３６】
【数６】
【００３７】Ｚｅｒｏｄｕｒ（＜１０のマイナス７乗／
Ｋの熱膨張率）から成るミラー間にスペーサを有するフ
ァブリペロー干渉計を使用しそれの温度を１℃に一定に
安定化しないし、当該温度を相応の精度で測定しそれの
、有効波長への影響を測定する場合、式７）によれば小
さな有効波長Λ０のもとでも大きな測定領域に亙っての
有利な測定が可能である。
Ｋの熱膨張率）から成るミラー間にスペーサを有するフ
ァブリペロー干渉計を使用しそれの温度を１℃に一定に
安定化しないし、当該温度を相応の精度で測定しそれの
、有効波長への影響を測定する場合、式７）によれば小
さな有効波長Λ０のもとでも大きな測定領域に亙っての
有利な測定が可能である。
【００３８】図２に選択的装置構成例が示してある。
【００３９】両レーザ１，２の光が、部分透過性のミラ
ー４３でまとめられ出射する光ビーム４として取出され
る。
ー４３でまとめられ出射する光ビーム４として取出され
る。
【００４０】ミラー装置１９とスプリッタミラー２９に
より、両レーザダイオード１，２の光の各一部が別個の
経路上で、ここで面平行に示されたファブリペロー干渉
計３２に供給される。この場合光は別個に出射され、相
並ぶフォトダイオード１３，２３により別個に検出され
る。ファブリペロー干渉計３２の最大透過度への制御が
、第１レーザダイオード１に対するサイン発生器１８の
変調周波数を以て、ロックインアンプ１７、ＰＩ−制御
器１５、電流給電部１６を用いてロックイン方式により
行なわれる。相応して、ロックインアンプ２７、ＰＩ制
御器２５、電流給電部２６、サイン発生器２８がレーザ
ダイオード２に配属されている。
より、両レーザダイオード１，２の光の各一部が別個の
経路上で、ここで面平行に示されたファブリペロー干渉
計３２に供給される。この場合光は別個に出射され、相
並ぶフォトダイオード１３，２３により別個に検出され
る。ファブリペロー干渉計３２の最大透過度への制御が
、第１レーザダイオード１に対するサイン発生器１８の
変調周波数を以て、ロックインアンプ１７、ＰＩ−制御
器１５、電流給電部１６を用いてロックイン方式により
行なわれる。相応して、ロックインアンプ２７、ＰＩ制
御器２５、電流給電部２６、サイン発生器２８がレーザ
ダイオード２に配属されている。
【００４１】勿論、ビーム分離の形式−偏光的又は幾何
的な分離形式−は共焦点３又は面平行３２であり、また
、制御の形式−エッジ（側像）−又は最大値−制御が任
意に組合せ可能である。図示の実施例はたんに例示に過
ぎない。
的な分離形式−は共焦点３又は面平行３２であり、また
、制御の形式−エッジ（側像）−又は最大値−制御が任
意に組合せ可能である。図示の実施例はたんに例示に過
ぎない。
【００４２】光の幾何学的分離の場合、偏光−識別と組
合せても、たんに１つのファブリペロー干渉計付きの装
置構成部を複数共働、連関させて実現させて、結局、３
つ以上の波長を、出射する光ビーム４にて共通の安定化
を以てまとめることが可能である。
合せても、たんに１つのファブリペロー干渉計付きの装
置構成部を複数共働、連関させて実現させて、結局、３
つ以上の波長を、出射する光ビーム４にて共通の安定化
を以てまとめることが可能である。
【００４３】
【発明の効果】本発明によれば、安定性に関して、２波
長−レーザ干渉計及びホログラフィーの要求を永続的に
充足し、その際構成設計上のコストを抑え得る請求項１
の上位概念に規定した装置を実現し得る効果が奏される
。
長−レーザ干渉計及びホログラフィーの要求を永続的に
充足し、その際構成設計上のコストを抑え得る請求項１
の上位概念に規定した装置を実現し得る効果が奏される
。
【図１】基準フォトダイオードを用いての偏光識別機能
部、共焦点のファブリペロー干渉計、側縁（エッジ）安
定化機能部付きの構成を備えた本発明の装置の実施例の
構成略図である。
部、共焦点のファブリペロー干渉計、側縁（エッジ）安
定化機能部付きの構成を備えた本発明の装置の実施例の
構成略図である。
【図２】局所的にないし位置的に別個のビーム路、面平
行のファブリペロー干渉計、ロックイン方式による最大
値安定化機能付きの本発明の装置の第２実施例の構成略
図である。
行のファブリペロー干渉計、ロックイン方式による最大
値安定化機能付きの本発明の装置の第２実施例の構成略
図である。
１，２ レーザダイオード
３ ファブリペロー干渉計
４ 光ビーム
Claims (3)
- 【請求項１】 波長差の安定化された２波長光の発生
用の２つのレーザダイオード（１），（２）を有する装
置において、上記の２つのレーザダイオード（１），（
２）の光の一部が位置（局所）的に又は偏光に関して異
なった状態、光学的素子（４２），（１９），（２９）
によりファブリーペロ干渉計（３），（３２）中に入力
結合されるように構成されており、上記の第１、第２レ
ーザダイオード（１），（２）の光に対して夫々フォト
デテクタ（１３），（２３）が設けられており、該フォ
トデテクタは公知の制御装置との共働下に上記の第１又
は第２のレーザダイオード（１），（２）の波長を夫々
ファブリーペロ干渉計（３），（３２）の異なる最大透
過度に安定化するものであり、更に上記両レーザダイオ
ード（１），（２）の光の別の部分が光学的手段（４１
），（４３）により重畳され装置出力として取出される
ことを特徴とする２波長光の発生用の２つのレーザダイ
オードを有する装置。 - 【請求項２】 上記両レーザダイオード（１），（２
）の光は偏光性の部分ミラー（４１）によりまとめられ
、同時に異なって直線偏光され、ビームスプリッタ（４
２）により上記のまとめられた光の一部（４）が出力結
合され、一部がファブリペロー干渉計（３）中に入力結
合され、該干渉計（３）からは光の一部が出力結合され
、別の偏光性部分ミラー（３１）により、上記第１、第
２レーザダイオード（１），（２）から到来する光に分
割され各１つのフォトデテクタ（１３），（２３）に供
給されるように構成されている請求項１記載の装置。 - 【請求項３】 上記両レーザダイオード（１），（２
）の光の各一部がパラレルにずらしてファブリペロー干
渉計（３２）中に入力結合され、パラレルにずらして出
力結合され相並ぶフォトデテクタ（１３），（２３）へ
導かれる請求項１記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
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