JPH0648364Y2 - レーザ周波数計 - Google Patents

レーザ周波数計

Info

Publication number
JPH0648364Y2
JPH0648364Y2 JP12539988U JP12539988U JPH0648364Y2 JP H0648364 Y2 JPH0648364 Y2 JP H0648364Y2 JP 12539988 U JP12539988 U JP 12539988U JP 12539988 U JP12539988 U JP 12539988U JP H0648364 Y2 JPH0648364 Y2 JP H0648364Y2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
output
laser light
light
measured
photodetector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP12539988U
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0247531U (ja
Inventor
浩二 秋山
哲 吉武
明 大手
宗樹 蘭
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.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
Priority to JP12539988U priority Critical patent/JPH0648364Y2/ja
Publication of JPH0247531U publication Critical patent/JPH0247531U/ja
Application granted granted Critical
Publication of JPH0648364Y2 publication Critical patent/JPH0648364Y2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Lasers (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 本考案は、ファブリ・ペロー・エタロンを用いたレーザ
周波数計の改良に関するものである。
《従来の技術》 従来レーザ光の光周波数を測定する場合は、一般にレー
ザの波長を測定して、演算により周波数を求めている。
第5図はレーザの波長を測定する波長計の第1の従来例
で、回折格子を利用したものを示す原理構成図である。
被測定光を回折格子に入射すると、回折格子21を回転中
心22の回りに回転することによって光の入射角θが変化
する。光検出器23に入射する光の波長は入射角θに依存
するので、θを測ることで被測定光の波長値λを測定
することができる。
第6図は波長計の第2の従来例で、マイケルソン干渉計
を利用するものを示す原理構成図である。ハーフミラー
31で未知の波長λの被測定光ビームと既知の波長λ
refの参照光ビーム(例えばHe−Neレーザ633nm等)を合
波してマイケルソン干渉計に入射する。合波された光は
ハーフミラー32で2方向に分離され、一方は可動ミラー
33で反射され他方は固定ミラー34で反射されて光検出器
35に入射する(被測定光と参照光の分離手段は図では省
略)。可動ミラー33がΔl動くと光検出器35に干渉縞が
明暗の変化となって現れる。このとき被測定光の干渉縞
変化数をMx、参照光の干渉縞変化数をMrefとすると、次
式が成立つ。
Δl≒Mx・λ/2≒Mref・λref/2 …(1) したがって、 λ=(Mref/Mx)・λref …(2) より被測定光の波長λを測定することができる。
《考案が解決しようとする課題》 しかしながら、上記の各従来方式は共に機械的な可動部
分があるため、高速応答性が悪い。また第5図の方式の
場合は機械精度が測定精度に影響するので、高精度化が
困難で経時変化にも弱い。また第6図の方式も可動距離
が大きいので高精度化が困難である。精度を上げるには
第5図の場合には回折格子と光検出器の距離を大きく
し、第6図の場合は可動距離Δlを大きくしなければな
らないが、いずれも光学系が大きくなるという問題を生
じる。また大型のファブリ・ペロー干渉計を用いて圧力
掃引により波長を精密に測定する方式もあるが、大型で
真空ポンプが必要等測定時間が長くなり、実用的でな
い。
本考案はこのような課題を解決するためになされたもの
で、簡単な構成で高精度かつ高速応答でレーザ周波数を
測定できるレーザ周波数計を実現することを目的とす
る。
《課題を解決するための手段》 本考案は被測定レーザ光と発振周波数が既知の参照レー
ザ光とを合波する合波手段と、 この合波手段の出力光を入射するファブリ・ペロー・エ
タロンと、 このファブリ・ペロー・エタロンを透過する光を前記被
測定レーザ光と参照レーザ光の2つに分離する分離手段
と、 この分離手段から出力される前記被測定レーザ光を検出
する第1の光検出器と、 前記分離手段から出力される前記参照レーザ光を検出す
る第2の光検出器と、 前記第1の光検出器の出力信号を記憶する第1のメモリ
回路と、 前記第2の光検出器の出力信号を記憶する第2のメモリ
回路と、 掃引手段駆動信号を出力する駆動信号発生手段と、 この駆動信号発生手段から出力される掃引手段駆動信号
に基づいて前記ファブリ・ペロー・エタロンのミラー間
隔を変化させる掃引手段と、 前記駆動信号発生手段から出力される掃引手段駆動信号
と第1および第2のメモリ回路から出力されるデータを
入力し、前記掃引手段駆動信号とミラー間隔との非線型
性を近似する多項式に基づいて掃引手段駆動信号を演算
処理した値と前記第1および第2のメモリ回路から出力
されるデータとを用いて被測定レーザ光の周波数を演算
する周波数演算回路と、 を備えたことを特徴とするレーザ周波数計である。
《作用》 被測定レーザ光および参照レーザ光は合波手段で合波さ
れてファブリ・ペロー・エタロンに入射し、そのフィネ
スの高い干渉ピークを有する透過光がそれぞれ第1およ
び第2の光検出器で検出され、それぞれ第1および第2
のメモリ回路に記憶され、周波数演算回路において掃引
手段の非線形性を多項式で近似して被測定レーザ光の周
波数が演算される。
《実施例》 以下本考案を図面を用いて詳しく説明する。
第1図は本考案に係るレーザ周波数計の一実施例を示す
構成ブロック図である。1は参照レーザで、発振周波数
が安定な既知の周波数で、例えばRb吸収機に出力周波数
を制御した半導体レーザ(λ=780.244nm)を使用す
る。2は合波手段を構成し被測定レーザ光をその一方の
面に入射し他方の面に参照レーザ1の出力光を入射して
両方の光を合波する偏光ビームスプリッタ、3,4は偏光
ビームスプリッタ2の出力光を入射するピンホール、5
はピンホール3,4の通過光を入射するファブリ・ペロー
・エタロンである。ファブリ・ペロー・エタロン5は互
いの焦点が他方の鏡面上に来るように配置された2枚の
半透性の凹面鏡51,52およびそのミラー間隔を微小に掃
引する掃引手段を構成するPZT等の圧電アクチュエータ5
3からなり、真空チャンバ56内に構成されている。6は
分離手段を構成しファブリ・ペロー・エタロン5を透過
した光を入射して2つに分離する偏光ビームスプリッ
タ、7は偏光ビームスプリッタ6の一方の面から出力さ
れる被測定レーザ光を入射する第1の光検出器、8は偏
光ビームスプリッタ6の他方の面から出力される参照レ
ーザ光を入射する第2の光検出器、9は第1の光検出器
7の出力信号を記憶する第1のメモリ回路、10は第2の
光検出器8の出力信号を記憶する第2のメモリ回路、11
は圧電アクチュエータ53を駆動する例えば0.5Hzの三角
波発振器、12はメモリ回路9,10の電気信号出力および発
振器11の出力(すなわち掃引手段駆動信号)を入力して
被測定光の周波数値を演算する周波数演算回路である。
上記のような構成のレーザ周波数計の動作を次に説明す
る。被測定レーザ光と参照レーザ光はあらかじめ偏光面
が互いに直角となるように配置されている。また被測定
レーザ光および参照レーザ光は、合波できるようにそれ
ぞれピンホール3,4の両方を通過するように光軸が調整
されている。その結果、被測定レーザ光は偏光ビームス
プリッタ2を透過し、参照レーザ光は偏光ビームスプリ
ッタ2で反射されて合波され、ピンホール3,4を通過し
同一光路を通ってファブリ・ペロー・エタロン5に入射
する。ファブリ・ペロー・エタロン5に入射した光は凹
面鏡51と52の間を3往復して入射光と干渉して凹面鏡52
を通過する。すなわち凹面鏡51と52の焦点55,54は互い
の鏡面上にあるので、入射光は凹面鏡52で反射して焦点
54に至ってそこで反射し、凹面鏡52で反射して入射光と
平行光となりさらに凹面鏡51で反射して焦点55に至って
反射し、凹面鏡51で反射して入射光と同一経路に戻り、
干渉する。ファブリ・ペロー・エタロン5を透過した光
は偏光ビームスプリッタ6に入射し、被測定レーザ光成
分が透過して第1の光検出器7で検出され、参照レーザ
光成分が反射して第2の光検出器8で検出される。ファ
ブリ・ペロー・エタロン5のミラー間隔は発振器11によ
り三角波で掃引されており、一例として参照レーザ光の
周波数を0.78μm,被測定レーザ光の周波数を1.55μm,三
角波の周波数を0.5Hzとすると、光検出器7,8の出力信号
は第2図のようになる。この干渉波形がそれぞれメモリ
回路9,10に記憶される。
次に第3図に示す干渉波形から周波数演算回路12におい
て被測定レーザ光波長λを演算する方法を説明する。
第3図はミラー掃引長と光検出器7,8の出力信号の関係
を示す。ファブリ・ペロー・エタロン5は前述のような
構成であるため、干渉ピークの間隔はλx/6,λref/6と
なり、被測定光の干渉ピーク数Mxに対応する掃引距離を
Δl、掃引距離Δlに対応する参照光の干渉ピーク数を
Mref、参照光のミラー掃引距離の端数をα,βとする
と、次式が成立つ。
Δl=(λ/6)・(Mx−1)=(λref/6)・(Mref
−1)+α+β …(3) したがって、 λ=λref・(Mref−1)/(Mx−1)+6(α+
β)/(Mx−1)(nm) …(4) となり、被測定光周波数はfxは次式で求められる。
fx=c/λ …(5) 次にα,βの求め方を示す。光検出器7の出力が干渉ピ
ークa,bとなったときの圧電アクチュエータの印加電圧
をそれぞれVa、Vbとし、光検出器8の出力が干渉ピーク
c,dとなったときの圧電アクチュエータ53の印加電圧を
それぞれVc、Vdとする。ミラー掃引長Δxは圧電アクチ
ュエータ53の印加電圧Vの関数で表すことができ、 Δx=G(V) …(6) と表すことができる。したがって、α,βはそれぞれ次
式で演算できる。
α=G(Vb)−G(Vd) …(7) β=G(Vc)−G(Va) …(8) 次に(6)式の関数G(V)の求め方を示す。
PZT等の電圧アクチュエータは、印加電圧Vとミラー掃
引長間に、大きな非線型性を有するため、G(V)を多
次の関数として近似する必要がある。
例えばG(V)を各々の次数における係数が未知である
6次関数、 G(V)=a1・V6+a2・V5…a5・V2+a6・V1+a7=Δx と近似する。
一方、第4図に光検出器8の出力であるエタロン透過信
号波形を表示したものを表す。光検出器8の出力は参照
レーザの波長(λref)の1/6毎にピークとなり、このと
きの発振器11から出力される掃引手段駆動信号VはV1
V2…V7とする。
このように、この信号データからは(掃引電圧,ミラー
掃引長)で表される座標として(V1,0),(V2,λref/
6),(V3,2・λref/6),…(V7,6・λref/6)の7点
が得られる。
上記G(V)のVに、既知の7点(掃引電圧およびミラ
ー掃引長(参照レーザの波長の1/6の長さ))の値を代
入し連立方程式で解くことで、G(V)の各々の係数
(a1,a2…)が定まり、Vを変数とした6次の近似式G
(V)が求まる。
なお関数の次数は6次に限らず、任意の多次の多項式を
用いることができる。このように掃引手段の非線形性を
多次の多項式で近似することは、端数α,βの測定精度
を上げるためのメモリ回路9,10および発振器11の出力を
用いて周波数測定の都度行なわれる。
上記の実施例における数値例として例えば、λref=78
0,244nmとしてλ=1,55μmを正確に測定することが
できる。
このような構成のレーザ周波数計によれば、ファブリ・
ペロー・エタロンを使用しているのでマイケルソンの干
渉計を用いる場合よりも干渉縞のフィネス(finesse:干
渉ピークの鋭さ)が高い。このため干渉ピーク時の印加
電圧Va〜Vdを精度良く検出でき、ミラー掃引距離の端数
α,βも精度良く測定することができる。したがってミ
ラー掃引が微小量でも高精度の測定ができる。
また周波数測定精度を決める端数α,βを演算する際に
掃引手段の非線形性を多項式で近似して補正しているの
で、高精度の波長測定が可能となる。
またPZTでミラー間隔を掃引するので高速掃引ができ、
測定時間の短縮を測ることができる。
また回折格子やマイケルソン干渉計を用いた波長計と比
べて小型で簡単な構成とすることができる。
また参照レーザ光の波長に絶対精度がでているため、被
測定レーザ光の波長値にも絶対精度がでる。したがって
回折格子の波長計のように校正する必要がない。
また偏波面を使って合波・分離を行っているので、参照
光と同一波長の被測定光も測定することができる。
また平面ミラーのファブリ・ペロー・エタロンに比べて
同じ掃引長に対して3倍の干渉縞が観測できる。したが
って(4)式からも明らかなように、波長測定精度が3
倍向上する。
なお上記の実施例では焦点が互いの鏡面上にある2つの
凹面鏡を用いて掃引長に対する精度を高めているが、こ
れに限らず平面鏡を用いたファブリ・ペロー・エタロン
を使用することもできる。
また被測定レーザと参照レーザの周波数が異なることが
あらかじめ分かっている場合には、偏光ビームスプリッ
タ2を用いずに、通常のビームスプリッタで偏光面を平
行に合波するとともに、偏光ビームスプリッタ6の代り
に干渉フィルタを用い、透過波と反射波に分離すれば、
精度をさらに高めることができる。
また偏光ビームスプリッタ6の代りに回折格子を用いて
異なる波長光を分離することもできる。ただしこの場合
参照光と同一波長の被測定光は測定できない。
《考案の効果》 以上述べたように本考案によれば、高精度かつ高速応答
でレーザ周波数を測定できるレーザ周波数計を簡単な構
成で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案に係るレーザ周波数計の一実施例を示す
構成ブロック図、第2図は第1図装置の動作を示すタイ
ムチャート、第3図およひ第4図は同動作説明図、第5
図および第6図は従来のレーザ周波数計を示す原理図で
ある。 2……合波手段、5……ファブリ・ペロー・エタロン、
6……分離手段、7……第1の光検出器、8……第2の
光検出器、9……第1のメモリ回路、10……第2のメモ
リ回路、11……発振器、12……周波数演算回路、53……
掃引手段。

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】被測定レーザ光と発振周波数が既知の参照
    レーザ光とを合波する合波手段と、 この合波手段の出力光を入射するファブリ・ペロー・エ
    タロンと、 このファブリ・ペロー・エタロンを透過する光を前記被
    測定レーザ光と参照レーザ光の2つに分離する分離手段
    と、 この分離手段から出力される前記被測定レーザ光を検出
    する第1の光検出器と、 前記分離手段から出力される前記参照レーザ光を検出す
    る第2の光検出器と、 前記第1の光検出器の出力信号を記憶する第1のメモリ
    回路と、 前記第2の光検出器の出力信号を記憶する第2のメモリ
    回路と、 掃引手段駆動信号を出力する駆動信号発生手段と、 この駆動信号発生手段から出力される掃引手段駆動信号
    に基づいて前記ファブリ・ペロー・エタロンのミラー間
    隔を変化させる掃引手段と、 前記駆動信号発生手段から出力される掃引手段駆動信号
    と第1および第2のメモリ回路から出力されるデータを
    入力し、前記掃引手段駆動信号とミラー間隔との非線型
    性を近似する多項式に基づいて掃引手段駆動信号を演算
    処理した値と前記第1および第2のメモリ回路から出力
    されるデータとを用いて被測定レーザ光の周波数を演算
    する周波数演算回路と、 を備えたことを特徴とするレーザ周波数計
JP12539988U 1988-09-26 1988-09-26 レーザ周波数計 Expired - Lifetime JPH0648364Y2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP12539988U JPH0648364Y2 (ja) 1988-09-26 1988-09-26 レーザ周波数計

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP12539988U JPH0648364Y2 (ja) 1988-09-26 1988-09-26 レーザ周波数計

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0247531U JPH0247531U (ja) 1990-03-30
JPH0648364Y2 true JPH0648364Y2 (ja) 1994-12-12

Family

ID=31375977

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP12539988U Expired - Lifetime JPH0648364Y2 (ja) 1988-09-26 1988-09-26 レーザ周波数計

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0648364Y2 (ja)

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0247531U (ja) 1990-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5784161A (en) Heterodyne interferometer arrangement with tunable lasers, a heterodyne interferometer, a comparison interferometer and a reference interferometer
EP1803004B1 (en) Optical sensor using low-coherence interferometry
US5153669A (en) Three wavelength optical measurement apparatus and method
US5659392A (en) Associated dual interferometric measurement apparatus for determining a physical property of an object
US5596409A (en) Associated dual interferometric measurement method for determining a physical property of an object
US4558952A (en) Method for measuring an optical length of light path and a laser interferometer for carrying same into effect
US4682025A (en) Active mirror wavefront sensor
US5159408A (en) Optical thickness profiler using synthetic wavelengths
JP2011504234A (ja) 干渉計装置及びその作動方法
EP0733877B1 (en) Associated dual interferometric measurement apparatus and method
CN110631512B (zh) 基于多纵模自混合效应的双正交平面镜外入射型角度传感测量装置及方法
JPH06229922A (ja) 高精度空気屈折率計
US3708229A (en) System for measuring optical path length across layers of small thickness
US4807997A (en) Angular displacement measuring interferometer
US4678333A (en) Double-pass optical interferometer
US4708481A (en) Method of and apparatus for optically measuring displacement
CN110850144A (zh) 基于多纵模自混合效应的电压传感测量装置及方法
EP0158505B1 (en) Active mirror wavefront sensor
JPH0648364Y2 (ja) レーザ周波数計
CA2019950C (en) Optical system for measuring linear or angular displacements
JPH0648365Y2 (ja) レーザ周波数計
JPH0648366Y2 (ja) レーザ周波数計
JPH0723708Y2 (ja) レーザ周波数計
JPH0711456B2 (ja) レーザ周波数計
JPH0714836Y2 (ja) レーザ周波数計