JPH05288509A - Gauge interferometer - Google Patents

Gauge interferometer

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Publication number
JPH05288509A
JPH05288509A JP4092831A JP9283192A JPH05288509A JP H05288509 A JPH05288509 A JP H05288509A JP 4092831 A JP4092831 A JP 4092831A JP 9283192 A JP9283192 A JP 9283192A JP H05288509 A JPH05288509 A JP H05288509A
Authority
JP
Japan
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light
interference
optical
optical waveguide
light source
Prior art date
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Pending
Application number
JP4092831A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuya Okamoto
和也 岡本
Jun Iwasaki
純 岩▲崎▼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP4092831A priority Critical patent/JPH05288509A/en
Publication of JPH05288509A publication Critical patent/JPH05288509A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To provide a microminiature gauge interferometer having high resolution and being capable of discriminating a moving direction. CONSTITUTION:A light source 2, optical wave-guiding channels 51-63 transmitting light outgoing from the light source 2, dividing means 40, 41 dividing the outgoing light from the light source 2 into measuring light and reference light, reflecting means 3, 4 reflecting the reference light, interference optical units 45, 46 which make the measuring light be reflected outside the optical wave- guiding channels and thereafter introduce the measuring light again into the optical wave-guiding channels so as to interfere with the reference light reflected through the reflecting means 3, 4, and light receiving means 5, 6 measuring interference light produced through interference are integrated on a same board.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光の干渉を用い
て物体間の距離を精密に測定する測長器に関するもので
あり、特に、レーザ光源、受光手段および各種光学部品
を同一基板上に集積して一体化した小型干渉測長器に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a length measuring device for accurately measuring a distance between objects by using interference of laser light, and particularly to a laser light source, a light receiving means and various optical parts on the same substrate. The present invention relates to a small interferometric length measuring device integrated and integrated in.

【0002】[0002]

【従来の技術】光波の干渉を利用して光の波長精度で位
置や距離を測定する装置として、光学式の干渉測長器が
知られている。図4は、このような測長器の一例である
トワイマン・グリーン型干渉測長器の原理図である。レ
ーザ光源81から出射したレーザ光Aは、ハーフミラー
82によりこのミラー82を透過する測定光Bと、反射
される参照光Cとに分割される。測定光Bは、図中矢印
方向に移動可能な測定対象物87に設置された移動鏡
(一般にコーナキューブが使用される)84によって反
射された後、再びハーフミラー82に入射して直角方向
に反射される。一方、参照光Cは、固定された固定鏡
(一般にコーナーキューブが使用される)83によって
反射された後、再びハーフミラー82に入射しこれを透
過して測定光Bと同一光軸上を進行し、この測定光Bと
干渉する。測定光Bと参照光Cとの間では、これら各光
の光路長に応じて位相差が生じる。この位相差は測定対
象物の移動に伴って逐次変化するため、前記干渉によっ
て得られる干渉信号により測定対象物87の位置を知る
ことができる。
2. Description of the Related Art An optical interferometer is known as a device for measuring the position and distance with the wavelength accuracy of light by utilizing the interference of light waves. FIG. 4 is a principle diagram of a Twyman-Green interferometric length measuring device, which is an example of such a length measuring device. The laser light A emitted from the laser light source 81 is split by the half mirror 82 into the measurement light B that passes through the mirror 82 and the reference light C that is reflected. The measurement light B is reflected by a moving mirror (generally a corner cube is used) 84 installed on a measurement object 87 that can move in the direction of the arrow in the figure, and then is incident on the half mirror 82 again in the perpendicular direction. Is reflected. On the other hand, the reference light C is reflected by a fixed mirror (generally a corner cube is used) 83, then enters the half mirror 82 again, passes through it, and travels on the same optical axis as the measurement light B. However, it interferes with the measurement light B. A phase difference occurs between the measurement light B and the reference light C according to the optical path length of each of these lights. Since this phase difference sequentially changes with the movement of the measurement target, the position of the measurement target 87 can be known from the interference signal obtained by the interference.

【0003】ところで、このような干渉測長器において
は、その光源として一般に He-Neレーザ等のガスレーザ
が使用されていた。しかし、ガスレーザ管はその寸法が
大きいため、測長器のシステム全体が大型化するという
問題があった。また、図4に示すように光学系を構成す
る部品が個々に分かれている(いわゆるバルク型)た
め、測定光と参照光とを干渉させるためには、これら光
学部品を同一光軸上に正確にアライメントする必要があ
った。しかし、このアライメントの調整は精密に行わな
ければならず、多大の労力および時間を必要としてい
た。
By the way, in such an interferometer, a gas laser such as a He--Ne laser is generally used as a light source. However, since the size of the gas laser tube is large, there is a problem in that the entire length measuring system becomes large. Further, as shown in FIG. 4, since the components constituting the optical system are individually separated (so-called bulk type), in order to cause the measurement light and the reference light to interfere with each other, these optical components must be accurately aligned on the same optical axis. Had to be aligned. However, this alignment adjustment must be performed precisely, which requires a lot of labor and time.

【0004】そこで、光源に半導体レーザを用いること
で光源の小型化を図るとともに、ペルチェ素子を用いた
精密な温度制御によりこの半導体レーザの発振波長を安
定化して測長精度を向上させる提案が成された。また、
光学部品のアライメントを不要とするために、再帰光学
系を用いた光集積回路干渉計が提案されている(実公昭
56-15522)。図5は、この光集積回路干渉計の基本構成
を示す概略図である。図5において、光集積回路干渉計
は、薄膜光導波路98とこれに端面結合されたレーザ光
源91からなる。薄膜光導波路98には、コリメータレ
ンズ97、ハーフミラー92、参照ミラー93、および
集光レンズ95とが形成されている。ハーフミラー92
と参照ミラー93は、共にブラッグ反射を利用したもの
である。光源91から出射したレーザ光Pは、コリメー
タレンズ97により平行光束化されて光導波路98内を
伝搬する。そして、ハーフミラー92を透過した参照光
1 と反射した測定光P2 とに分割される。参照光P1
は、参照ミラー93によって反射された後、再びハーフ
ミラー92に入射し直角方向に反射されて集光レンズ9
5に向かう。一方、測定光P2 は移動可能に構成された
移動ミラー94によって反射された後、再びハーフミラ
ー92に入射してこれを透過し、集光レンズ95に向か
う。集光レンズ95に向かう参照光P1 と測定光P
2 は、同一光軸上を進行して出射用カプラープリズム9
6によって合成された干渉光として取り出される。移動
ミラー94の移動によって参照光P1 と測定光P2 との
間に生じる位相差が変化すると前記干渉によって生じる
干渉縞の本数も変化するため、この干渉縞の本数をカウ
ントすることで測長を行なうことができる。この場合、
レーザ光の波長をλとするとλ/4の分解能で測定でき
る。
Therefore, use of a semiconductor laser as a light source
In addition to reducing the size of the light source, a Peltier device was used.
The oscillation wavelength of this semiconductor laser is controlled by precise temperature control.
A proposal was made to standardize and improve the accuracy of length measurement. Also,
Recursive optics to eliminate alignment of optics
An optical integrated circuit interferometer using a system has been proposed.
56-15522). FIG. 5 shows the basic configuration of this optical integrated circuit interferometer.
FIG. In FIG. 5, an optical integrated circuit interferometer
Is a thin film optical waveguide 98 and laser light end face-coupled to the thin film optical waveguide 98.
It consists of source 91. The thin film optical waveguide 98 has a collimator
Lens 97, half mirror 92, reference mirror 93, and
A condenser lens 95 is formed. Half mirror 92
The reference mirror 93 and the reference mirror 93 both use Bragg reflection.
Is. The laser light P emitted from the light source 91 is collimated.
Is converted into a parallel light beam by the
Propagate. The reference light transmitted through the half mirror 92
P 1Measurement light P reflected by2Divided into and. Reference light P1
Is half reflected again after being reflected by the reference mirror 93.
The light enters the mirror 92 and is reflected in the right-angled direction so that the condenser lens 9
Go to 5. On the other hand, the measuring light P2Configured to be moveable
Half mirror after being reflected by the moving mirror 94
-92, it is transmitted, and it is directed to the condenser lens 95.
U Reference light P traveling toward the condenser lens 951And measuring light P
2Is a coupler prism 9 for emission which travels on the same optical axis.
It is extracted as the interference light combined by 6. Move
The reference light P is moved by the movement of the mirror 94.1And measuring light P2With
When the phase difference between them changes, it is caused by the interference.
Since the number of interference fringes also changes, the number of interference fringes can be counted.
You can measure the length. in this case,
If the wavelength of the laser light is λ, it can be measured with a resolution of λ / 4.
It

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図4に
示すようなバルク型の干渉計を用いた場合においては、
半導体レーザを用いることで小型、かつ高精度の測長器
が実現されるものの、個々の光学部品間のアライメント
の際には依然として時間と熟練を要する精密で複雑な作
業を行なう必要があった。特に、干渉計の小型化を図る
と各光学部品もそれに伴って小型化するため、アライメ
ント時の調整作業はますます困難になってしまう。
However, when a bulk type interferometer as shown in FIG. 4 is used,
Although a small and highly accurate length measuring device can be realized by using a semiconductor laser, precise and complicated work that requires time and skill is still required for alignment between individual optical components. In particular, when the size of the interferometer is reduced, the size of each optical component is reduced accordingly, and the adjustment work during alignment becomes more difficult.

【0006】一方、前記光集積回路干渉計を用いた場合
では、移動ミラーの移動方向が判別できないという問題
があった。また、分解能もλ/4に制限されていた。さ
らに、薄膜光導波路とこれに端面結合された光源とで構
成されているため、この結合部において前述のような光
軸の調整が必要であった。さらにまた、カプラープリズ
ムによって干渉光を取り出していたため信頼性に欠ける
という問題もあった。
On the other hand, when the optical integrated circuit interferometer is used, there is a problem that the moving direction of the moving mirror cannot be determined. Also, the resolution was limited to λ / 4. Further, since the thin film optical waveguide and the light source end face-coupled to the thin film optical waveguide are used, it is necessary to adjust the optical axis as described above at this coupling portion. Furthermore, since the interference light is taken out by the coupler prism, there is a problem of lack of reliability.

【0007】本発明は、このような問題を解決すること
を目的とする。
The present invention aims to solve such a problem.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的のために、本発
明では、光源と、該光源から出射した光が伝搬する光導
波路と、前記光源からの出射光を測定光と参照光とに分
割する分割手段と、前記参照光を反射する反射手段と、
前記測定光を光導波路外で反射させた後再び光導波路内
に導入して前記反射手段で反射した参照光と干渉させる
干渉光学系と、前記干渉によって生じた干渉光を測定す
る受光手段と、を半導体からなる同一基板上に集積させ
た。
To achieve the above object, in the present invention, a light source, an optical waveguide through which the light emitted from the light source propagates, and the emitted light from the light source are divided into measurement light and reference light. Dividing means, and a reflecting means for reflecting the reference light,
An interference optical system that reflects the measurement light outside the optical waveguide and then introduces it again into the optical waveguide to interfere with the reference light reflected by the reflection means, and a light receiving means that measures the interference light generated by the interference, Were integrated on the same substrate made of semiconductor.

【0009】[0009]

【作用】本発明では、干渉測長器を構成する各種光学素
子(部品)が、半導体基板上に集積され一体化されてい
る。そのため、従来のような個々の光学部品を同一軸上
にアライメントする作業は不要になる。その結果、安定
性および信頼性を低下させずに測長器のシステムの小型
化を実現できる。また、前記参照光学系を2つの光学系
で構成し、その一方の光学系に能動型λ/4位相シフタ
を設けたので、干渉縞の移動方向を弁別することが可能
となる。
According to the present invention, various optical elements (components) forming the interferometer are integrated and integrated on the semiconductor substrate. Therefore, the conventional work of aligning the individual optical components on the same axis becomes unnecessary. As a result, downsizing of the length measuring system can be realized without lowering the stability and reliability. Further, since the reference optical system is composed of two optical systems and the active type λ / 4 phase shifter is provided in one of the optical systems, it is possible to discriminate the moving direction of the interference fringes.

【0010】[0010]

【実施例】図1は、本発明の一実施例を示す概略平面図
である。本実施例では、GaAs等の化合物半導体からなる
基板1上に、干渉計を構成する光導波路および各種光学
素子が集積されている。これらは、本発明の測長器の本
体部分を構成している。この本体部分に対して、測定対
象物には反射鏡としてコーナキューブ(図示せず)が設
置されており、本体部分から出射した測定光がこのコー
ナキューブで反射して再び本体部分に戻るようになって
いる。また、本実施例では、参照光と測定光との干渉に
より得られる干渉信号の方向弁別を可能にするために、
参照光の光学系の光路を2つに分割した。そして、分割
された一方の光路を伝搬する光波が他方の光路を伝搬す
る光波に対して位相がλ/4(λはレーザ光の波長)シ
フトするように設定してある。
1 is a schematic plan view showing an embodiment of the present invention. In this embodiment, an optical waveguide and various optical elements that constitute an interferometer are integrated on a substrate 1 made of a compound semiconductor such as GaAs. These form the main body of the length measuring device of the present invention. A corner cube (not shown) is installed as a reflecting mirror on the object to be measured with respect to this main body part, so that the measuring light emitted from the main body part is reflected by this corner cube and returns to the main body part again. Is becoming Further, in the present embodiment, in order to enable direction discrimination of the interference signal obtained by the interference between the reference light and the measurement light,
The optical path of the reference light optical system is divided into two. The light wave propagating in one of the divided optical paths is set to have a phase shift of λ / 4 (λ is the wavelength of the laser light) with respect to the light wave propagating in the other optical path.

【0011】基板1に形成される光導波路としては、Al
GaAs/GaAs ヘテロ接合型を用いることができるが、短波
長の光を使用する場合は多重量子井戸構造等を用いるこ
ともできる。光源には半導体レーザ2を用いた。半導体
レーザ2を駆動する駆動回路およびレーザパワーモニタ
回路は、全て基板1上に集積することが可能である。半
導体レーザとしては、活性層上の周辺部に所望の回折格
子が形成された分布帰環型(DFB:Distributed Free
dback )レーザ等を用いるのが望ましい。また、レーザ
光のTEモード(導波路中の軸方向の電界成分が0とな
る)を選択するために金属装荷型偏光子7を設けてあ
る。そして、半導体レーザ2を出射したレーザ光がこの
偏光子7によってTEモード化された後、シングルモー
ド導波路によって各種光学素子に伝搬するようにした。
光導波路は、レーザ光を分波、合波するY型分岐と、進
行方向の異なるレーザ光を交差させるX型交差とを有し
ている。参照光を反射する参照ミラー3、4は、ブラッ
グ反射器により構成してある。また、基板1は測定光を
基板1の光導波路から前記測定対象物に設けられたコー
ナキューブに向けて出射させるロッドレンズ11と、こ
のコーナキューブで反射された測定光を再び光導波路に
導くロッドレンズ12とを備えている。コーナキューブ
で反射された測定光と参照光とが干渉する位置には、こ
の干渉によって生じる干渉光を検出する受光素子5、6
を設けてある。
As the optical waveguide formed on the substrate 1, Al
A GaAs / GaAs heterojunction type can be used, but when short-wavelength light is used, a multiple quantum well structure or the like can also be used. A semiconductor laser 2 was used as a light source. The drive circuit for driving the semiconductor laser 2 and the laser power monitor circuit can all be integrated on the substrate 1. As a semiconductor laser, a distributed feedback type (DFB: Distributed Free) in which a desired diffraction grating is formed in the peripheral portion on the active layer.
dback) It is desirable to use a laser. Further, a metal-loaded polarizer 7 is provided to select the TE mode of the laser light (the electric field component in the waveguide in the axial direction becomes 0). Then, after the laser light emitted from the semiconductor laser 2 is converted to the TE mode by the polarizer 7, the laser light is propagated to various optical elements by the single mode waveguide.
The optical waveguide has a Y-shaped branch that splits and combines the laser lights, and an X-shaped cross that crosses the laser lights having different traveling directions. The reference mirrors 3 and 4 that reflect the reference light are configured by Bragg reflectors. Further, the substrate 1 includes a rod lens 11 for emitting the measurement light from the optical waveguide of the substrate 1 toward a corner cube provided on the object to be measured, and a rod for guiding the measurement light reflected by the corner cube to the optical waveguide again. And a lens 12. At the position where the measurement light reflected by the corner cube and the reference light interfere with each other, the light receiving elements 5 and 6 for detecting the interference light generated by this interference.
Is provided.

【0012】さらに、本実施例では、参照光と測定光の
強度比を等しくして干渉光の鮮明度を向上させるため
に、Y型分岐40、41にそれぞれ光導波路の実効屈折
率を能動的に変化させる能動型ダブルモードビームスプ
リッタ13、14を設けてある。また、2つに分割した
参照光の光学系の一方には、参照光と測定光との間の位
相差を調整するために能動型位相シフタ8を設けてあ
る。これら、能動型ダブルモードビームスプリッタおよ
び位相シフタは、共に電気光学効果を利用したものであ
る。
Further, in this embodiment, in order to equalize the intensity ratio of the reference light and the measurement light to improve the definition of the interference light, the Y-shaped branches 40 and 41 are provided with active refractive indexes of the optical waveguides, respectively. The active double mode beam splitters 13 and 14 for changing to Further, an active phase shifter 8 is provided on one of the two divided reference light optical systems to adjust the phase difference between the reference light and the measurement light. The active double mode beam splitter and the phase shifter both utilize the electro-optic effect.

【0013】ここで、電気光学効果による屈折率変化に
ついて簡単に説明する。物質(電気光学結晶)に加えた
電界によりその物質の屈折率が変化する現象を電気光学
効果というが、これには屈折率変化量Δnが電界強度E
に比例する1次電気光学効果と、Δnが電界強度E2
比例する2次電気光学効果とがある。1次電気光学効果
による屈折率変化は、ある結晶軸に沿って電圧(電界)
を印加した時に下記の数式で示される屈折率楕円体(異
方性結晶中の光伝搬の様子を表す)がどのように変形し
あるいは回転するかを考えることで求めることが可能で
ある。
Here, the change in the refractive index due to the electro-optical effect will be briefly described. The phenomenon in which the refractive index of a substance changes due to an electric field applied to the substance (electro-optic crystal) is called the electro-optical effect.
And a secondary electro-optic effect in which Δn is proportional to the electric field strength E 2 . The change in refractive index due to the first-order electro-optical effect is caused by the voltage (electric field) along a certain crystal axis.
It can be obtained by considering how the refractive index ellipsoid (representing the state of light propagation in an anisotropic crystal) represented by the following mathematical expression is deformed or rotated when is applied.

【0014】[0014]

【数1】 [Equation 1]

【0015】電圧(電界)が印加されると、上式のX、
Y、Zは主軸ではなくなるため、屈折率楕円体はより一
般的な下式で示されることになる。
When a voltage (electric field) is applied, X in the above equation,
Since Y and Z are not the principal axes, the index ellipsoid is represented by the more general formula below.

【0016】[0016]

【数2】 [Equation 2]

【0017】これらの数式の各係数は、電気光学定数テ
ンソルと印加電界ベクトル Ee =(Ex e 、Ey e 、Ez e )により与えられる。
また、ある結晶群(Td形)に属するIII−V属化合物
半導体の一次電気光学定数テンソルは、下式の右辺第1
項に示した成分を有することが知られている。
The coefficients of these equations are given by the electro-optic constant tensor and the applied electric field vector E e = (Ex e , E y e , E z e ).
Further, the primary electro-optical constant tensor of a III-V compound semiconductor belonging to a certain crystal group (Td type) is the first on the right side of the following equation.
It is known to have the components shown in the section.

【0018】[0018]

【数3】 [Equation 3]

【0019】そして、この式に外部印加電界成分Ei e
を代入することで電界印加時の屈折率楕円体の一般式を
導入できる。こうして得られた二次形式を座標変換して
屈折率楕円体の標準形とすることで、光波の感じる偏波
方向に依存した屈折率が得られる。ここで、結晶面が
(100)で表されるGaAsを利用して、〔01〕(た
だしは、1の上に−の符号を付けたものを表す)方向
に光波が伝搬する場合を考えると、垂直電界Eを印加し
た場合の屈折率変化Δnは、 TEモードでは、|Δn|TE=1/2 ・n0 3γ41・E TMモードでは、|Δn|TM=0 となる。本実施例では、レーザ光はTEモードに選択さ
れているため、導波路上に選択的に垂直電界(電圧)を
印加することにより、該導波路の実効屈折率を変化させ
ることができる。
[0019] Then, an externally applied electric field component Ei e in the equation
By substituting, the general formula of the index ellipsoid when an electric field is applied can be introduced. By converting the quadratic form thus obtained into the standard form of the index ellipsoid by converting the coordinates, the index of refraction depending on the polarization direction sensed by the light wave can be obtained. Here, consider a case where a light wave propagates in the [01] (where 1 is indicated by a minus sign above 1) direction using GaAs whose crystal plane is represented by (100). The refractive index change Δn when the vertical electric field E is applied is | Δn | TE = 1/2 · n 0 3 γ 41 · E TM mode | Δn | TM = 0. In this embodiment, since the laser light is selected in the TE mode, the effective refractive index of the waveguide can be changed by selectively applying the vertical electric field (voltage) on the waveguide.

【0020】従って、本実施例における能動型ダブルモ
ードビームスプリッタ13、14は、ダブルモード領域
の実効屈折率の変化に伴って0次モードと1次モードの
完全結合長(ダブルモード領域を伝搬する0次モードと
1次モード間の位相差がπとなる長さ)が変化するた
め、印加電圧を調整することによりTEモードの分岐比
を所望の値に設定できる。同様に能動型位相シフタ8の
場合も印加電圧を調整することで、導波路中を伝搬する
TEモードに対して所望の位相シフトを与えることがで
きる。能動型ダブルモードビームスプリッタ13、14
および能動型位相シフタ8に所望の垂直電界を印加する
ための手段(回路)は、図には示していないが既知の手
段を別途設けるようにすればよい。なお、前記電気光学
結晶としては、Td形ではGsAsの他にInP 、CdTe、ZnT
e、CuCl等が知られている。
Therefore, the active double-mode beam splitters 13 and 14 in this embodiment have a perfect coupling length of the 0th-order mode and the 1st-order mode (propagation in the double-mode region) as the effective refractive index of the double-mode region changes. The length at which the phase difference between the 0th-order mode and the 1st-order mode becomes π changes, so that the branching ratio of the TE mode can be set to a desired value by adjusting the applied voltage. Similarly, in the case of the active phase shifter 8 as well, by adjusting the applied voltage, a desired phase shift can be given to the TE mode propagating in the waveguide. Active double mode beam splitters 13 and 14
Also, as means (circuit) for applying a desired vertical electric field to the active phase shifter 8, known means may be separately provided although not shown. As the electro-optic crystal, in the Td type, in addition to GsAs, InP, CdTe, ZnT
e, CuCl, etc. are known.

【0021】次に、本実施例におけるレーザ光の進行に
伴う作用について説明する。半導体レーザ2から出射し
たレーザ光(以下、光波という)は、直接、光導波路5
0と高効率で結合し入射する。この光波は、金属装荷型
偏光子7によって自身の振動モードのうちTEモードの
みが選択された後、能動型ダブルモードビームスプリッ
タ13とY型分岐40によって2つに分波される。分波
された一方の光波は、第1の参照光Sとして光導波路5
2を伝搬する。他方の光波は、光導波路51を伝搬した
後、能動型ダブルモードビームスプリッタ14とY型分
岐41によって再度分波され、光導波路54を伝搬する
第2の参照光Tと光導波路53を伝搬する測定光Uとな
る。測定光Uは、ロッドレンズ11によって光導波路5
3から出射され、測定対象物上に設置されたコーナキュ
ーブへ入射し、ここで反射される。コーナキューブから
の反射光U’は、ロッドレンズ12により入射、集光さ
れて光導波路59に導かれた後、Y型分岐44により分
波される。分波された2つの反射光U1 ’およびU2
は、それぞれ光導波路60、61を伝搬する。
Next, the operation associated with the progress of the laser light in this embodiment will be described. Laser light (hereinafter referred to as light wave) emitted from the semiconductor laser 2 is directly transmitted to the optical waveguide 5
0 is coupled with high efficiency and is incident. This light wave is split into two by the active double-mode beam splitter 13 and the Y-type branch 40 after only the TE mode of its own vibration mode is selected by the metal loaded polarizer 7. One of the demultiplexed light waves is used as the first reference light S in the optical waveguide 5
Propagate 2. The other light wave propagates through the optical waveguide 51, is then split again by the active double-mode beam splitter 14 and the Y-shaped branch 41, and propagates through the second reference light T and the optical waveguide 53 that propagate through the optical waveguide 54. It becomes the measurement light U. The measuring light U is transmitted to the optical waveguide 5 by the rod lens 11.
3 is emitted, enters a corner cube installed on the object to be measured, and is reflected here. The reflected light U ′ from the corner cube is incident and condensed by the rod lens 12, guided to the optical waveguide 59, and then branched by the Y-shaped branch 44. Two demultiplexed reflected lights U 1 'and U 2 '
Propagate in the optical waveguides 60 and 61, respectively.

【0022】一方、光導波路54を伝搬する第2の参照
光Tは、ブラッグミラー3によって反射されて光導波路
56を伝搬し、光導波路61を伝搬してきた反射光
2 ’とY型分岐45で合波して光導波路62内で互い
に干渉する。この干渉により生じた干渉光は受光素子5
により検出される。また、光導波路52を伝搬する第1
の参照光Sは、ブラッグミラー4によって反射されて光
導波路58を伝搬し、位相シフタ8を経た後、光導波路
60を伝搬してきた反射光U1 ’とY型分岐46で合波
して光導波路63内で互いに干渉する。ここでの干渉光
は受光素子6により検出される。この時、各干渉光の鮮
明度を最大にするために、前述のように、能動型ダブル
モードスプリッタ13、14での分岐比は、第1の参照
光Sと反射光U1 ’および第2の参照光Tと反射光
2 ’とがそれぞれ等しい強度となるように調整されて
いる。
On the other hand, the second reference light T propagating in the optical waveguide 54 is reflected by the Bragg mirror 3, propagates in the optical waveguide 56, and is reflected in the optical waveguide 61 and the reflected light U 2 'and the Y-shaped branch 45. And they interfere with each other in the optical waveguide 62. The interference light generated by this interference is received by the light receiving element 5
Detected by. Also, the first propagating through the optical waveguide 52
The reference light S is reflected by the Bragg mirror 4, propagates through the optical waveguide 58, passes through the phase shifter 8, and is then combined with the reflected light U 1 ′ propagated through the optical waveguide 60 by the Y-shaped branch 46 and is guided. They interfere with each other in the waveguide 63. The interference light here is detected by the light receiving element 6. At this time, in order to maximize the sharpness of each interference light, as described above, the splitting ratios in the active double mode splitters 13 and 14 are set to the first reference light S, the reflected light U 1 'and the second reference light S 1 . The reference light T and the reflected light U 2 'are adjusted so that they have the same intensity.

【0023】測定対象物の移動に伴う距離の変化は、受
光素子5および6で検出された干渉光の明暗の変化をカ
ウントしてこれを解析することで求めることができる。
この時、反射光U2 ’と第2の参照光Tとの間の位相差
Φ1 に対して、反射光U1 ’と第1の参照光Sとの間の
位相差Φ2 は、位相シフタ8によって、(Φ1 −Φ2
=π/2(λ/4)となるように調整されている。従っ
て、受光素子5および6で得られる測長距離を互いに補
間する作用が働き、周知のようにπ/4(λ/8)の分
解能を有するとともに、前記コーナキューブの移動方向
を弁別できる。なお、ここでは示さないが、受光手段で
検出された干渉光の明暗の変化をカウントする手段は簡
単なデジタル回路で構成できるため、基板1をGaAs基板
とする場合はこのような信号処理回路を基板に集積化す
ることも可能である。
The change in distance due to the movement of the object to be measured can be obtained by counting the change in brightness of the interference light detected by the light receiving elements 5 and 6 and analyzing it.
At this time, 'the phase difference [Phi 1 between the second reference beam T, the reflected light U 1' reflected light U 2 phase difference [Phi 2 between the first reference beam S phase By the shifter 8, (Φ 1 −Φ 2 )
It is adjusted so that = π / 2 (λ / 4). Therefore, the function of interpolating the measured distances obtained by the light-receiving elements 5 and 6 mutually works, and as is well known, it has a resolution of π / 4 (λ / 8) and can discriminate the moving direction of the corner cube. Although not shown here, since the means for counting the change in brightness of the interference light detected by the light receiving means can be configured by a simple digital circuit, when the substrate 1 is a GaAs substrate, such a signal processing circuit is used. It is also possible to integrate it on a substrate.

【0024】図2は、レーザ光源2として用いた前記D
FBレーザと光導波路50との結合状態を示す概略断面
図である。図3は、位相シフタ8の概略断面図である。
これらのデバイス製造プロセスは既知のものであり詳細
な説明は省略するが、本実施例ではDFBレーザ部を形
成した後にドライエッチング技術により光導波路部を形
成し、その後埋め込み成長に有利な液相エピタキシャル
成長(LPE:LiquidPhase Epitaxitial growth )に
よってこの導波路を単一モード化した。そして、所定の
位置にZnによるp型拡散を行った後、電極をAu/Zn によ
り形成した。ここでは、GaAs基板としてn型を利用して
いるため、図3に示すような素子面側からのn型拡散の
必要は特になく、簡便なプロセスで所望の素子を形成す
ることができる。なお、光源として、DFBレーザの他
にも、例えば分布反射型(DBR:Distributed Bragg
Refrector )レーザを用いることも可能である。どちら
のレーザも集積化に適しており、レーザ光を高効率で光
導波路に結合させることが可能である。
FIG. 2 shows the D used as the laser light source 2.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a coupled state of an FB laser and an optical waveguide 50. FIG. 3 is a schematic sectional view of the phase shifter 8.
Although these device manufacturing processes are well known and will not be described in detail, in the present embodiment, an optical waveguide portion is formed by a dry etching technique after the DFB laser portion is formed, and then liquid phase epitaxial growth advantageous for buried growth is performed. This waveguide was made into a single mode by (LPE: Liquid Phase Epitaxitial growth). Then, after performing p-type diffusion with Zn at a predetermined position, an electrode was formed with Au / Zn. Here, since the n-type is used as the GaAs substrate, there is no particular need for n-type diffusion from the element surface side as shown in FIG. 3, and a desired element can be formed by a simple process. In addition to the DFB laser, for example, a distributed reflection type (DBR: Distributed Bragg) is used as the light source.
It is also possible to use a Refrector laser. Both lasers are suitable for integration, and it is possible to couple laser light into an optical waveguide with high efficiency.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、λ/4
以上の分解能を有し、かつ移動方向の弁別が可能な超小
型の干渉測長器を提供することができる。また、従来の
測長器で必要としていた光学系のアライメントがほとん
ど不要となるため、この調整に要するコストを著しく削
減させることが可能となるとともに、製品に対する信頼
性が高まる。
As described above, according to the present invention, λ / 4
It is possible to provide an ultracompact interferometer having the above resolution and capable of discriminating the moving direction. Further, since the alignment of the optical system which is required in the conventional length measuring device is almost unnecessary, the cost required for this adjustment can be significantly reduced and the reliability of the product is enhanced.

【0026】さらに、干渉光学系全体を小型化できると
ともに、基板の素子自体がバッチプロセスにより大量生
産が可能である。その結果、干渉測長器の製造コストを
大幅に低減できるという利点も有する。
Further, the entire interference optical system can be downsized, and the substrate elements themselves can be mass-produced by a batch process. As a result, there is also an advantage that the manufacturing cost of the interferometer can be significantly reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】は、本発明の一実施例を示す概略平面図であ
る。
FIG. 1 is a schematic plan view showing an embodiment of the present invention.

【図2】は、本実施例で光源として用いたDFBレーザ
と光導波路との結合状態を示す概略断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a coupled state of a DFB laser used as a light source in this example and an optical waveguide.

【図3】は、本実施例に用いた位相シフタの図1におけ
るA−A’断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the phase shifter used in this example, taken along the line AA ′ in FIG. 1.

【図4】は、従来のトワイマン・グリーン型干渉測長器
の原理図である。
FIG. 4 is a principle diagram of a conventional Twyman-Green interferometer.

【図5】は、従来の光集積回路干渉計の基本構成を示す
概略図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a basic configuration of a conventional optical integrated circuit interferometer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 半導体レーザ(光源) 3 ブラッグミラー(反射手段) 4 ブラッグミラー(反射手段) 5 受光素子 6 受光素子 7 金属装荷型偏光子 8 能動型位相シフタ 11 ロッドレンズ 12 ロッドレンズ 13 能動型ダブルモードビームスプリッタ 14 能動型ダブルモードビームスプリッタ 40 Y型分岐(分割手段) 41 Y型分岐(分割手段) 42 Y型分岐 43 Y型分岐 47 X型交差 48 X型交差 1 substrate 2 semiconductor laser (light source) 3 Bragg mirror (reflecting means) 4 Bragg mirror (reflecting means) 5 light receiving element 6 light receiving element 7 metal-loaded polarizer 8 active phase shifter 11 rod lens 12 rod lens 13 active double mode Beam splitter 14 Active double-mode beam splitter 40 Y-type branching (splitting means) 41 Y-type branching (splitting means) 42 Y-type branching 43 Y-type branching 47 X-type crossing 48 X-type crossing

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光源と、該光源から出射した光が伝搬す
る光導波路と、前記光源からの出射光を測定光と参照光
とに分割する分割手段と、前記参照光を反射する反射手
段と、前記測定光を光導波路外で反射させた後再び光導
波路内に導入して前記反射手段で反射した参照光と干渉
させる干渉光学系と、前記干渉によって生じた干渉光を
測定する受光手段と、が半導体からなる同一基板上に集
積されていることを特徴とする干渉測長器。
1. A light source, an optical waveguide through which light emitted from the light source propagates, a dividing means for dividing the emitted light from the light source into measurement light and reference light, and reflection means for reflecting the reference light. An interference optical system that reflects the measurement light outside the optical waveguide and then introduces the measurement light again into the optical waveguide to interfere with the reference light reflected by the reflection means; and a light receiving means that measures the interference light generated by the interference. , Is integrated on the same substrate made of semiconductor, and an interferometer.
【請求項2】 前記光源が、分布帰還型または分布反射
型レーザであることを特徴とする請求項1記載の干渉測
長器。
2. The interferometer according to claim 1, wherein the light source is a distributed feedback laser or distributed reflection laser.
【請求項3】 前記光源から出射した光を分割する手段
が、能動型ダブルモードビームスプリッタからなること
を特徴とする請求項1または請求項2記載の干渉測長
器。
3. The interferometer according to claim 1, wherein the means for splitting the light emitted from the light source comprises an active double mode beam splitter.
【請求項4】 前記参照光が2つの光学系に分割されて
光導波路を伝搬するとともに、一方の光学系が能動型位
相シフタを有していることを特徴とする請求項1ないし
請求項3記載の干渉測長器。
4. The optical system according to claim 1, wherein the reference light is divided into two optical systems and propagates through the optical waveguide, and one optical system has an active phase shifter. Interference measuring device described.
JP4092831A 1992-04-13 1992-04-13 Gauge interferometer Pending JPH05288509A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022123705A1 (en) * 2020-12-09 2022-06-16 日本電信電話株式会社 Optical sensor

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