JPH0732506U - Michelson interferometer - Google Patents

Michelson interferometer

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JPH0732506U
JPH0732506U JP6623293U JP6623293U JPH0732506U JP H0732506 U JPH0732506 U JP H0732506U JP 6623293 U JP6623293 U JP 6623293U JP 6623293 U JP6623293 U JP 6623293U JP H0732506 U JPH0732506 U JP H0732506U
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light
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incident light
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案は、入射光の偏光の状態にかかわら
ず、測定誤差の発生要因をなくし、常に、良好な測定精
度を維持できる光測定装置を実現することを目的とす
る。 【構成】 入射光11のコリメートされた平行ビームの
後に偏向分離素子16を設ける。そして、偏向成分を直
交する2つの光成分に分離した後、ビーム・スプリッタ
12に入射する。この時の入射光線をビーム・スプリッ
タ12の結晶の偏向方向に対して45度の角度で入射さ
せて一方の光線は+45度で入射させ、他方の光線は−
45度の角度で入射させる。そして、ビーム・スプリッ
タ12で干渉させた後の出射光線を集光して受光器15
で電気信号に変換する構成としたマイケルソン干渉計。
(57) [Summary] [Objective] The present invention aims to realize an optical measurement device that can always maintain good measurement accuracy by eliminating the cause of measurement error regardless of the polarization state of incident light. To do. A deflection separation element 16 is provided after a collimated parallel beam of incident light 11. Then, after the polarization component is separated into two light components orthogonal to each other, they are incident on the beam splitter 12. The incident light beam at this time is made incident at an angle of 45 degrees with respect to the deflection direction of the crystal of the beam splitter 12, one light ray is made incident at +45 degrees, and the other light ray is made −
It is incident at an angle of 45 degrees. Then, the emitted light beam after being interfered by the beam splitter 12 is condensed and received by the light receiver 15
Michelson interferometer configured to convert to an electric signal by.

Description

【考案の詳細な説明】[Detailed description of the device]

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】[Industrial applications]

この考案は、光計測分野において、ビーム・スプリッタ自身の偏向依存特性の 影響により、入射光の偏光状態によって測定データに誤差を生じることをなくす る光学装置に関する。 The present invention relates to an optical device that eliminates an error in measurement data due to the polarization state of incident light due to the polarization-dependent characteristics of the beam splitter itself in the field of optical measurement.

【0002】[0002]

【従来の技術】[Prior art]

まず、図2の光干渉測定(マイケルソン干渉計)の光学ブロック図の一例とそ の計算式51〜54を示して、光パワー・スペクトル検出の誤差要因の概要を説 明する。 First, an example of an optical block diagram of the optical interferometry (Michelson interferometer) in FIG. 2 and its calculation formulas 51 to 54 will be shown to explain the outline of the error factors in the optical power spectrum detection.

【0003】 入射光11は、ビーム・スプリッタ12に入射してプリズムの斜面で2方向に 分岐し、一方は、固定反射鏡14で反射して光路14aで再び当該ビーム・スプ リッタ12に入射する。他方は、可変反射鏡13により光路長L2を微調整され て光路13aとなり、ビーム・スプリッタで両者が干渉し合成されて光路15a 、15bに出射され、一方の光路15aの干渉出力を受光器15で電気信号に変 換している。Incident light 11 is incident on a beam splitter 12 and is branched into two directions on the inclined surface of the prism, and one is reflected by a fixed reflecting mirror 14 and is incident on the beam splitter 12 again on an optical path 14 a. . On the other hand, the optical path length L2 is finely adjusted by the variable reflecting mirror 13 to become the optical path 13a, and both are interfered and combined by the beam splitter and emitted to the optical paths 15a and 15b. The interference output of one optical path 15a is received by the optical receiver 15a. Is converted into an electric signal with.

【0004】 ところが、本構成においては、ビーム・スプリッタ12自体の偏向依存特性の 影響があることにより、入射パワーが同一であっても、異なる偏向状態の入射光 11の条件では、干渉後の出力が変わり、結果として測定出力レベルが変化して しまうという問題がある。これについて計算式を示して以下に説明する。However, in the present configuration, due to the influence of the polarization-dependent characteristics of the beam splitter 12 itself, even if the incident powers are the same, under the condition of the incident light 11 in different deflection states, the output after interference is output. Changes, resulting in a change in the measured output level. This will be described below by showing a calculation formula.

【0005】[0005]

【数1】 [Equation 1]

【0006】 計算式において、ビーム・スプリッタ12が、S波、P波に対する振幅反射強 度を√Rs、√Rpとし、また、振幅透過強度を√Ts、√Tpとして説明する。In the calculation formula, the beam splitter 12 will be described with the amplitude reflection intensities for S waves and P waves as √Rs and √Rp, and the amplitude transmission intensities as √Ts and √Tp.

【0007】 S波の干渉後の出射パワーは、式51に示す計算式であり、また、P波の干渉 後の出射パワーは、式52に示す計算式である。ここで、入力光パワー(式53 の左辺)が一定でも、偏向状態により右辺のS波成分とP波成分の組み合わせは 複数存在することが可能である。この計算式において、E0sは入射光S波成分の パワーであり、E0pは入射光P波成分のパワーであり、E1sは干渉光S波成分の パワーであり、E1pは干渉光P波成分のパワーであり、√Rs、√Rpは振幅反射 強度であり、√Ts、√Tpは振幅透過強度であり、Dは光路差としている。The emission power of the S wave after the interference is calculated by the equation 51, and the emission power of the P wave after the interference is calculated by the equation 52. Here, even if the input light power (the left side of Expression 53) is constant, there can be a plurality of combinations of the S wave component and the P wave component on the right side depending on the deflection state. In this calculation formula, E0s is the power of the incident light S wave component, E0p is the power of the incident light P wave component, E1s is the power of the interference light S wave component, and E1p is the power of the interference light P wave component. Where √Rs and √Rp are amplitude reflection intensities, √Ts and √Tp are amplitude transmission intensities, and D is an optical path difference.

【0008】 第1に、ビーム・スプリッタ12を通過した干渉結果後の出力パワーは、式5 4の計算式である。この式54からわかるように、E0s振幅と、E0p振幅の要素 が存在する。この為、同一の入射パワーであっても、入射光11の偏向状態が異 なる場合では、出力が変動することを意味している。First, the output power after the interference result that has passed through the beam splitter 12 is the calculation formula of Expression 54. As can be seen from this equation 54, there are elements of E0s amplitude and E0p amplitude. Therefore, even if the incident power is the same, it means that the output fluctuates when the deflected state of the incident light 11 is different.

【0009】 従来では、この対策として、ビーム・スプリッタ12自体に、コーティング処 理により偏向依存特性を無くする手段を講じていたが、この場合では、利用でき る波長範囲が狭い範囲に限られてしまい、測定器としては、実用上不便である。Conventionally, as a countermeasure against this, the beam splitter 12 itself has been provided with a means for eliminating the polarization dependent characteristic by a coating process, but in this case, the usable wavelength range is limited to a narrow range. Therefore, it is practically inconvenient as a measuring instrument.

【0010】[0010]

【考案が解決しようとする課題】 上記説明のように、従来においては、測定入射光11が、入射光の偏光状態が 変化しない場合や、円偏向の場合やランダム偏向の場合のみ、光パワーレベルの 測定値が変動することなく測定できるが、直線偏向の場合では測定出力レベルが 変動してしまうという問題点があり、測定入射光の条件により測定精度がばらつ くという利用上の制限があった。この為、必ずしも良い測定装置となってはいな い。このことは、偏光状態の変化する光源の測定には測定誤差を招くこととなり 、利用上好ましくない。As described above, in the related art, the optical power level of the measurement incident light 11 is only changed when the polarization state of the incident light does not change, when the light is circularly polarized, or when it is randomly polarized. However, there is a problem that the measurement output level fluctuates in the case of linear deflection, and there is a limitation in use that the measurement accuracy will vary depending on the condition of the incident light to be measured. It was Therefore, it is not always a good measuring device. This causes a measurement error in the measurement of the light source whose polarization state changes, which is not preferable in use.

【0011】 そこで、本考案が解決しようとする課題は、入射光の偏光の状態にかかわらず 、測定誤差の発生要因をなくし、常に正しく測定して、良好な精度を維持できる 光測定装置を実現することを目的とする。Therefore, the problem to be solved by the present invention is to realize an optical measuring device that can always perform accurate measurement by eliminating the cause of measurement error regardless of the polarization state of incident light and maintain good accuracy. The purpose is to do.

【0012】[0012]

【課題を解決する為の手段】[Means for solving the problem]

(請求項1の解決手段) 上記課題を解決するために、本考案の構成では、コリメートされた平行光線で ある入射光11を入射して偏向成分を直交する2つの光成分に分離する偏向分離 素子16を設ける。 そして、当該偏向分離素子16の出射光をビーム・スプリッタ12に入射する 時に、入射光線を、ビーム・スプリッタ12の結晶の偏向方向に対して45度の 角度で入射し、一方の光線は+45度で、他方の光線は−45度の角度で入射さ せる光学配置を与えるビーム・スプリッタ12を設ける。 そして、ビーム・スプリッタ12で干渉させた後の出射光線を集光して電気信 号に変換する受光器15を設ける構成としたマイケルソン干渉計である。 (Solution to Claim 1) In order to solve the above-mentioned problems, in the structure of the present invention, the incident light 11 which is a collimated parallel light beam is incident to separate the deflection component into two orthogonal light components. The element 16 is provided. Then, when the light emitted from the deflection separation element 16 is incident on the beam splitter 12, the incident light ray is incident at an angle of 45 degrees with respect to the deflection direction of the crystal of the beam splitter 12, and one light ray is +45 degrees. Then, the other ray is provided with a beam splitter 12 which provides an optical arrangement that allows the other ray to be incident at an angle of -45 degrees. Then, the Michelson interferometer is provided with a configuration in which a light receiver 15 that collects the outgoing light beam after being interfered by the beam splitter 12 and converts it into an electric signal is provided.

【0013】 (請求項2の解決手段) また、上記構成に対して、コリメートされていない入射光11をコリメート( 平行光線にする)するコリメータ17を設けた構成のマイケルソン干渉計である 。 この構成では、例えば光ファイバからの入射光線のように、非コリメート状態 の入射光線でも測定が実現できる。(Means for Solving Claim 2) Further, the Michelson interferometer has a configuration in which a collimator 17 for collimating (collimating) the uncollimated incident light 11 is provided in the above configuration. With this configuration, it is possible to realize measurement even with an incident light beam in a non-collimated state, such as an incident light beam from an optical fiber.

【0014】[0014]

【作用】[Action]

図1のように、入射光11を偏向分離素子16を設けて、偏向成分を直交する 2つの光成分に分離すことで、ビーム・スプリッタ12のP波入射角度・S波入 射角度に対して、一方の光線は+45度で入射させ、他方の光線は−45度で入 射させる働きを与えることができる。 偏向分離素子16によって2つに分離した光線を、ビーム・スプリッタ12の 結晶の偏向方向に対して45度の角度で入射することで、P波、S波成分が同量 にする作用がある。 As shown in FIG. 1, the polarization separation element 16 is provided for the incident light 11 to separate the polarization component into two orthogonal light components, so that the P-wave incident angle and the S-wave incident angle of the beam splitter 12 are Thus, one ray can be made incident at +45 degrees and the other ray can be made incident at -45 degrees. When the light beam split into two by the polarization splitting element 16 is made incident at an angle of 45 degrees with respect to the deflection direction of the crystal of the beam splitter 12, the P wave and S wave components have the same effect.

【0015】[0015]

【実施例】【Example】

まず、実施概要を説明する。本実施例は、入射光11のコリメートされた平行 ビームの後に偏向分離素子16を設けて、偏向成分を直交する2つの光成分に分 離した後、ビーム・スプリッタ12に入射する。ここで、この入射光線をビーム ・スプリッタ12の結晶の偏向方向(ビーム・スプリッタの偏向方向)に対して 45度の角度で入射させる。これにより、一方の光線は+45度で入射し、他方 の光線は−45度の角度で入射することとなる。そして、ビーム・スプリッタ1 2で干渉させた後の光路15aを集光レンズ18を設けて集光した後、受光器1 5に入射して電気信号に変換することで実現している。 First, an outline of implementation will be described. In this embodiment, a deflecting / separating element 16 is provided after the collimated parallel beam of the incident light 11 to separate the deflecting component into two orthogonal light components, which are then incident on the beam splitter 12. Here, this incident light beam is made incident at an angle of 45 degrees with respect to the deflection direction of the crystal of the beam splitter 12 (deflection direction of the beam splitter). As a result, one light ray is incident at +45 degrees and the other light ray is incident at -45 degrees. Then, the optical path 15a after being interfered by the beam splitter 12 is provided with a condenser lens 18, is condensed, and then is incident on the photodetector 15 to be converted into an electric signal.

【0016】 これについて、図1のビーム・スプリッタによる光干渉測定(マイケルソン干 渉計)の光学ブロック図の一例とその計算式61〜64を示して、光パワー・ス ペクトル検出の詳細を説明する。Regarding this, an example of an optical block diagram of the optical interferometry (Michelson interferometer) by the beam splitter of FIG. 1 and its calculation formulas 61 to 64 are shown to explain the details of the optical power spectrum detection. To do.

【0017】[0017]

【数2】 [Equation 2]

【0018】 まず、入射光11を偏向分離素子16を設けて、偏向成分を直交する2つの光 成分に分離する。次に、ビーム・スプリッタ12のP波・S波に対して、±45 度の偏波面で入射させる。つまり、一方の光線は+45度で入射し、他方の光線 は−45度の角度で入射することとなる。これによって、式61に示す計算式と なる。ここで使用する偏向分離素子16の例としては、複像子(Rochorプ リズム、Wollastonプリズム、サバール板等)がある。First, the polarization separation element 16 is provided for the incident light 11 to separate the polarization component into two orthogonal light components. Next, the P-wave and S-wave of the beam splitter 12 are made incident with a polarization plane of ± 45 degrees. That is, one light ray is incident at +45 degrees and the other light ray is incident at -45 degrees. As a result, the calculation formula shown in Formula 61 is obtained. An example of the deflection separation element 16 used here is a compound element (Rochor prism, Wollaston prism, Savart plate, etc.).

【0019】 ここで、式61の(E0+)は入射光の+45度成分の振幅であり、(E0-)は 入射光の−45度成分の振幅である。これが、ビーム・スプリッタ12により干 渉した後の出力は、(E0+)側は式62に示すようになり、(E0-)側は式63 に示すようになる。よって、両方を加算したパワー出力は、式64に示すように なる。この64式中には、式61から(E0+)と(E0-)は左辺のE0となり、 この結果、±45度の偏向要素が消えて入射光11自体の要素のみとなる。この ことは、入射光のS偏向成分、P偏向成分の振幅の影響を受けないことを示して いる。すなわち、入射光の如何なる偏向状態においても干渉誤差要因とならない ことを意味している。Here, (E0 +) of the equation 61 is the amplitude of the +45 degree component of the incident light, and (E0−) is the amplitude of the −45 degree component of the incident light. The output after the interference by the beam splitter 12 is as shown in equation 62 on the (E0 +) side and as shown in equation 63 on the (E0-) side. Therefore, the power output obtained by adding both is as shown in Expression 64. In Equation 64, (E0 +) and (E0-) from Equation 61 become E0 on the left side, and as a result, the deflection element of ± 45 degrees disappears and only the element of the incident light 11 itself becomes. This indicates that it is not affected by the amplitudes of the S deflection component and P deflection component of the incident light. That is, it means that it does not become an interference error factor in any deflected state of the incident light.

【0020】 上記の偏向分離素子16を実現する為に、入射ビームを±45度に分離した場 合には、両光線は別光路を通る為、光路長を同一にするか、又は、光路差の基準 で波形を合成するか、又は、周波数変換後に合成する等の方法がある。 また、拡散光を分離する場合は、干渉計に入射する前に上記のような複像子を 通し、偏向分離後にコリメートしてビーム・スプリッタ12に入射し、干渉後に 、再び集光すると偏向分離された光は、別々に結像する。この場合分離された光 線は同一光路で干渉している為容易に合成できる。When the incident beam is separated into ± 45 degrees in order to realize the above-mentioned deflection separation element 16, both light rays pass through different optical paths, so that the optical path length is the same or the optical path difference is There is a method of synthesizing waveforms based on the above, or synthesizing after frequency conversion. Also, when separating diffused light, it passes through the above-mentioned compound image before entering the interferometer, collimates after polarization separation and enters the beam splitter 12, and after interference, it collects again the polarization separation. The formed lights are imaged separately. In this case, the separated light beams interfere with each other in the same optical path, so that they can be easily combined.

【0021】[0021]

【考案の効果】[Effect of device]

本考案は、以上説明したように構成されているので、下記に記載されるような 効果を奏する。 入射光の偏向状態が変化する場合においても、測定パワーレベルの測定の誤差 要因が、ほとんどなくなるという利点が得られる。このことは、未知の入射光の 偏向状態を意識する必要がなく光パワーの測定が実現できる効果が得られる。 Since the present invention is configured as described above, it has the following effects. Even if the deflection state of the incident light changes, there is an advantage that there are almost no error factors in the measurement of the measurement power level. This has the effect of realizing optical power measurement without having to be aware of the unknown polarization state of incident light.

【0022】 また、入射光の偏向依存性がなくなくなる結果、未知の偏向状態の入射光線や 、また、入射光の偏向状態を変化させる測定形態においては、特に有効な測定装 置として利用できることとなる。 従来、偏向状態が変わる測定形態では、真の測定出力値か否かが不明であった が、本構成により、ほとんど偏向依存性がなくなる為、安定した光パワーの測定 が実現できる効果が得られる。Further, as a result of eliminating the polarization dependence of the incident light, it can be used as a particularly effective measuring device in an incident light beam in an unknown deflection state or in a measurement mode in which the deflection state of the incident light is changed. Become. In the past, in the measurement mode in which the deflection state changed, it was unclear whether or not the output value was a true measurement value. However, this configuration has almost no deflection dependence, so that stable optical power measurement can be achieved. .

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

【図1】本考案の光干渉測定(マイケルソン干渉計)の
光学ブロック図である。
FIG. 1 is an optical block diagram of optical interferometry (Michelson interferometer) of the present invention.

【図2】従来の光干渉測定(マイケルソン干渉計)の光
学ブロック図の一例である。
FIG. 2 is an example of an optical block diagram of conventional optical interferometry (Michelson interferometer).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 入射光 12 ビーム・スプリッタ 13 可変反射鏡 14 固定反射鏡 15 受光器 16 偏向分離素子 17 コリメータ 18 集光レンズ 11 Incident Light 12 Beam Splitter 13 Variable Reflector 14 Fixed Reflector 15 Light Receiver 16 Deflection Separation Element 17 Collimator 18 Condenser Lens

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】 光の干渉計を用いた光のパワー測定にお
いて、 コリメートされた入射光(11)を入射して偏向成分を
直交する2つの光成分に分離する偏向分離素子(16)
を設けて、 当該偏向分離素子(16)の出射光をビーム・スプリッ
タ(12)に入射する時に、入射光線を、ビーム・スプ
リッタ(12)の結晶の偏向方向に対して45度の角度
で入射し、一方の光線は+45度で、他方の光線は−4
5度の角度で入射させるビーム・スプリッタ(12)を
設けて、 ビーム・スプリッタ(12)で干渉させた後の出射光線
を集光して電気信号に変換する受光器(15)を設け
て、 以上を具備していることを特徴としたマイケルソン干渉
計。
1. A polarization separation element (16) for separating collimated incident light (11) to separate a polarization component into two orthogonal light components in measurement of light power using an optical interferometer.
Is provided, and when the light emitted from the deflection separation element (16) is incident on the beam splitter (12), the incident light beam is incident at an angle of 45 degrees with respect to the deflection direction of the crystal of the beam splitter (12). And one ray is +45 degrees and the other ray is -4
A beam splitter (12) for entering at an angle of 5 degrees is provided, and a light receiver (15) for converging an outgoing light beam after being interfered by the beam splitter (12) and converting it into an electric signal is provided. A Michelson interferometer characterized by having the above.
【請求項2】コリメートされていない入射光(11)を
コリメート(平行光線にする)するコリメータ(17)
を設けて、 以上を有する請求項1記載のマイケルソン干渉計。
2. A collimator (17) for collimating (collimating) uncollimated incident light (11).
The Michelson interferometer according to claim 1, further comprising:
JP6623293U 1993-11-17 1993-11-17 Michelson interferometer Withdrawn JPH0732506U (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6623293U JPH0732506U (en) 1993-11-17 1993-11-17 Michelson interferometer
PCT/JP1994/001905 WO2004079313A1 (en) 1993-11-17 1994-11-11 Michelson interferometer
US08/491,907 US5867271A (en) 1993-11-17 1994-11-11 Michelson interferometer including a non-polarizing beam splitter

Applications Claiming Priority (1)

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