JPH0777404A - 干渉計及び光波長測定方法 - Google Patents

干渉計及び光波長測定方法

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JPH0777404A
JPH0777404A JP6189835A JP18983594A JPH0777404A JP H0777404 A JPH0777404 A JP H0777404A JP 6189835 A JP6189835 A JP 6189835A JP 18983594 A JP18983594 A JP 18983594A JP H0777404 A JPH0777404 A JP H0777404A
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
    • G01J9/02—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods
    • G01J9/0246—Measuring optical wavelength

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  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】光ビームを分割して第一、第二の経路を通過せ
しめて経路差を変調させつつ干渉させる干渉計により基
準光ビームと未知光ビームの波長比を求める装置におい
て、測定精度と安定度を向上させる。 【構成】基準光ビームと未知光ビームの通過径路をおお
むね同一とし、かつ径路のほとんどを空気とすること
で、波長や機械精度に依存する径路差の変調度合の乱れ
を軽減した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、波長が未知である信号
の波長を測定するために使用される、又は、可動要素の
位置を測定するために使用される、動的干渉計(dynamic
interferometer)に係わる。
【０００２】
【従来の技術】米国特許第4,329,055号（Schaefer他）
は、回転する透明平行六面体(rotatingparallelepipedi
c transparent body)を使用する干渉計を説明する。図
１に示されるように、Schaeferは、ビームスプリッタ４
に入力ビームを送るレーザ源２の使用を開示する。ビー
ムスプリッタ４は、位置４ａにおいて、入射光ビームを
２つの分枝ビームに分割する。これらの２つの分枝ビー
ムは、回転する透明平行六面体５を通過し、鏡６、７に
よって反射される。この後で、これらの２つの分枝ビー
ムは、ビームスプリッタ４内の位置４ａに戻り、干渉信
号ビームの形に再会合させられ、検出器８に送られる。
検出器８で検出された干渉信号は、入力ビームの波長
と、上記分枝ビーム相互間の光学経路長の差とに応じて
決まる強度を有する。この光学経路長の差は、回転する
透明平行六面体５内において生じさせられ、平行六面体
透明体５の回転に応じて変化する。
【０００３】図１には、単一の入力信号が示されている
だけであるが、Schaefer他は、基準分枝ビームに分割さ
れた既知の波長の入力信号と、未知の波長の分枝ビーム
に分割された未知の波長の入力信号との両方を使用する
ことを開示している。既知の波長の入力信号の使用は、
未知の波長の測定精度を向上させる。既知の波長の入力
信号と未知の波長の入力信号とが、別々の光学経路に沿
って平行に装置の中に送り込まれる。基準分枝ビーム
が、未知の波長の分枝ビームとは異なった光学経路を有
するので、基準分枝ビームと未知の波長の分枝ビーム
は、平行六面体透明体５の反射表面に対して互いに異な
った接触点を有し、この干渉計は、これらの反射表面の
平面性の欠陥に対して敏感である。Schaefer他によって
開示された干渉計の別の欠点は、回転する透明平行六面
体５の屈折率が波長に依存しており、従って、異なった
波長を有するビームは上記回転体内において異なった角
度で屈折するということである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、精度
が改善された波長計を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の原理によって、
上記の目的とその他の目的とが、未知の波長の入力光ビ
ームを使用する干渉計を用いることによって実現され
る。この干渉計は、既知の波長の入力光ビームを発生さ
せるために使用される基準レーザと、入力光ビームを第
１と第２の光学経路に沿った２つのビームに分割し且つ
既知の波長の入力光ビームを第１の基準光学経路と第２
の基準光学経路に沿った２つのビームに分割するために
使用されるビームスプリッタとを含む。更に、この干渉
計は、少なくとも第１の光学経路の長さと、第２の基準
光学経路の長さとを変化させるための回転ペリスコープ
を含む。この回転ペリスコープは、回転プラットフォー
ム上に第１の反射器と第２の反射器とを有する。これら
の第１の反射器と第２の反射器は互いに概ね平行であ
る。上記干渉計は、更に、少なくとも第１の光学経路内
の光と第２の基準光学経路内の光を逆向きに反射して上
記回転ペリスコープの中を再び通過させるための逆反射
器手段を含み、更には、第１の光学経路からの光と第２
の光学経路からの光とを干渉信号の形に再会合させ、且
つ第１の基準光学経路からの光と第２の基準光学経路か
らの光とを基準干渉信号の形に再会合させるための手段
を含む。これに加えて、上記干渉計は、上記干渉信号を
検出するための検出器と、上記干渉基準信号を検出する
ための第２の干渉計とを有する。
【０００６】更に、本発明の原理によって、既知の波長
の第２の光ビームを用いて、光源からの光ビームの波長
を測定するための方法を使用することによって、上記の
目的とその他の目的とが実現される。この方法は、入力
光ビームを第１と第２の光学経路に沿った２つのビーム
に分割し、及び、既知の波長の入力光ビームを第１の基
準光学経路と第２の基準光学経路に沿った２つのビーム
に分割する段階と、上記２つの光学経路内の光と上記２
つの基準光学経路内の光とを１対の平行反射器から反射
させる段階と、第１の光学経路内の光が第１の基準光学
経路内の光とは反対方向に伝播し、且つ第２の光学経路
内の光が第２の基準光学経路内の光とは反対方向に伝播
することを可能にするために、第１の光学経路と第１の
基準光学経路とが概ね同一であり且つ第２の光学経路と
第２の基準光学経路とが概ね同一であるように、第１の
光ビームと第２の光ビームとを配置する段階と、上記反
射器を回転させることによって、第１の光学経路の長さ
と第２の光学経路の長さを変化させ、且つ第１の基準光
学経路の長さと第２の基準光学経路の長さを変化させる
段階と、第１の光学経路からの光と第２の光学経路から
の光とを干渉信号の形に再会合させる段階と、第１の基
準光学経路からの光と第２の基準光学経路からの光とを
基準干渉信号の形に再会合させる段階と、上記干渉信号
と上記基準干渉信号とを検出する段階と、上記干渉信号
と上記基準干渉信号とから上記光ビームの波長を測定す
る段階とを含む。
【０００７】添付図面では、各図間において同等の構造
物は、同一の参照符号で示されている。
【０００８】
【実施例】図２は、平行反射器の中に送り込まれた光ビ
ームに生じる横方向ずれ(shearing)と時間的ずれとを示
す図である。光ビーム２０は平行反射器２２、２４から
反射される。光ビーム２０は、そのビームが平行反射器
２２、２４に入った時と同一の方向に平行反射器２２、
２４を出ていくが、横方向のずれと時間的なずれとを伴
っている。反射器２２、２４は距離ｄだけ互いに離れて
おり、光ビーム２０は、反射器２４への法線に対して角
度ψをなして反射器２４上に入射する。横方向のずれは
線分ＢＣによって与えられ、時間的ずれは、線分ＣＡと
線分ＡＢとによって与えられる。
【０００９】
【数１】
【００１０】図３の（ａ）、図３の（ｂ）、図３の
（ｃ）は、各々にペリスコープ方向θ＝−８゜、０゜、
８゜における、本発明のビームスプリッタ３０と回転ペ
リスコープ３２と逆反射器３４、３６とを示す略図であ
る。この回転ペリスコープ３２は、回転プラットフォー
ム上に取り付けられた概ね平行な反射器３２ａ、３２ｂ
を有する。これらの平行な反射器３２ａ、３２ｂは、空
気によって互いに隔てられている。
【００１１】光源４０からの光は、ビームスプリッタ３
０によって経路Ａと経路Ｂとに沿って分割される。これ
らの経路内の光は、平行な反射器３２ａ、３２ｂによっ
て反射され、更に逆反射器３４、３６によって反射され
る。経路Ａ、Ｂ内の光が、逆反射器３４、３６によって
逆向きに反射されて回転ペリスコープ３２の中を再び通
過させられるので、光ビームの横方向ずれが取り除かれ
る。図３の（ａ）、図３の（ｂ）、図３の（ｃ）で各々
にθ＝−８゜、０゜、８゜において示されているよう
に、経路Ａ、Ｂ内の光がビームスプリッタ３０に戻る時
の出射方向は、回転ペリスコープ３２の個々の方向θの
範囲に関して概ね同一のままである。光学経路Ａ、Ｂか
らの光が、ビームスプリッタ３０において干渉信号の形
に再会合させられる。この干渉信号は、検出器４２に送
られる。
【００１２】経路Ａと経路Ｂとの間の経路長の差は、２
（ＴＳA−ＴＳB）に等しく、前式中のＴＳAは経路Ａの
場合の時間的ずれであり、ＴＳBは経路Ｂの場合の時間
的ずれである。αは、図３の（ｂ）に示すように、入力
光ビームとビームスプリッタ法線と間の角度であり、θ
は、図３の（ｃ）に示すように、ペリスコープ反射器法
線とビームスプリッタ法線との間の角度として与えられ
る回転ペリスコープの方向である。経路長の差に関する
方程式は、次式によって与えられる。 ＴＳA ＝ ２ｄｃｏｓ（α+ θ） ＴＳB ＝ ２ｄｃｏｓ（α- θ） 経路長の差（ＰＤ）＝２（ＴＳA−ＴＳB） ＝４ｄ（ｃｏｓ（α+ θ）- ｃｏｓ（α- θ）） ＝−８ｄｓｉｎαｓｉｎθ 回転ペリスコープ３２は、回転ペリスコープ方向θに応
じて変化する経路長差を形成するように、第１の光学経
路の長さと第２の光学経路の長さを変化させるために使
用される。
【００１３】検出される干渉信号の強度は、次式で与え
られ、
【００１４】
【数２】
【００１５】前式中で、Ｒはビームスプリッタの反射率
であり、Ｔはビームスプリッタ透過であり、Ｉ0は光源
強度であり、λ0は真空中の光源波長であり、ｎは空気
の屈折率であり、ＰＤは光学経路長の差である。上記ペ
リスコープが方向θminから方向θmaxに回転する時の、
光源の干渉信号のサイクル数のカウントＣＣ0は、次式
によって与えられる。Δは変比分を示す。
【００１６】
【数３】
【００１７】既知の波長の光源光ビームが上記干渉計に
入力される時には、検出された基準干渉信号のサイクル
をカウントするために取り付けられたカウンタが、回転
ペリスコープの方向θの正確な表示を与えるだろう。
【００１８】未知の光ビームの波長の正確な測定は、基
準レーザの使用を必要とする。図４は、本発明の角度マ
イケルソン干渉計(angular Michelson interferometer)
を示す３次元図である。未知の波長を有するレーザ４６
からの光が、反射器３４、３６、３２ａ、３２ｂに対し
て垂直な平面に関して上向きの角度βで、干渉計の中に
送られる。ビームスプリッタ３０は、入力光を経路Ｃと
経路Ｄとに沿った２つの光に分割する。第１の光学経路
内の光は、ビームスプリッタ３０を通過して経路Ｃに沿
って進み、中継反射器(relay reflector)５０で反射
し、回転プラットフォーム３２ｃ上の反射器３２ａで反
射し、回転プラットフォーム３２ｃ上の反射器３２ｂで
反射し、逆反射器３４で反射する。この後で、第１の光
学経路内の光は、経路Ａを通ってビームスプリッタ３０
に戻る。
【００１９】同様に、第２の光学経路内の光は、ビーム
スプリッタ３０で反射されて経路Ｄに沿って進み、リレ
ー反射器５２で反射し、回転プラットフォーム３２ｃ上
の平行反射器３２ｂ、３２ａで反射し、逆反射器３６で
反射する。この後で、第２の光学経路内の光は、経路Ｂ
を通ってビームスプリッタ３０に戻る。
【００２０】ビームスプリッタ３０上の点３０ａにおい
て、第１の光学経路からの光と第２の光学経路からの光
とが干渉信号へと再会合させられる。この干渉信号は、
検出器レンズ５４を通過させられ、この検出器レンズ
は、未知の干渉信号を検出するための検出器５６の上に
干渉信号を集束させる。好ましい実施例では、干渉信号
は、レンズ５４によって集束される前には数ミリメート
ルの直径であり、検出器５６においては、数１００ミク
ロンの直径の回折限界スポットを形成する。検出器５６
は、検出器レンズ５４の焦点面内に位置する。レンズ５
４の焦点面は、レンズ５４から距離ｆd＝ｄd／２βであ
る。距離ｄdは、後で説明する未知干渉信号検出器５６
と基準干渉信号検出器５８との間の距離である。こうし
て、レンズ５４は、後で説明するように干渉信号と基準
干渉信号とを集束させることが可能である。
【００２１】基準レーザ４４が、入力信号の波長を更に
正確に測定するために使用される。未知の入力ビームと
基準レーザ信号とが、反射器３２ｂ、３２ａ、３４、３
６に垂直な平面に対して角度βで送られる。基準レーザ
信号は、この平面の上方に入力され、未知の入力ビーム
はこの平面の下方に入力される。基準ビームは、ビーム
スプリッタ３０において、第１と第２の基準光学経路に
沿った２つのビームに分割される。第１の基準光学経路
内のビームは、第１の光学経路内のビームとは反対方向
に伝播する（即ち、第１の基準光学経路内の光は、第１
の光学経路内の未知の光信号とは反対の方向に伝播す
る）。第１の基準光学経路内の光は、経路Ａに沿って逆
反射器３４に進み、経路Ｃに沿ってビームスプリッタ３
０に戻る。第２の基準光学経路内のビームは、第２の光
学経路内のビームとは反対方向に伝播する（即ち、第２
の基準光学経路内の光は、第２の光学経路内の未知の光
信号とは反対の方向に伝播する）。第２の基準光学経路
内の光は、経路Ｂに沿って逆反射器３６に進み、経路Ｄ
に沿ってビームスプリッタ３０に戻る。第１の基準光学
経路からの光と第２の基準光学経路からの光とが、ビー
ムスプリッタ３０上の点３０ｂにおいて、基準干渉信号
へと再会合させられる。基準干渉信号は検出器レンズ５
４によって基準干渉信号検出器５８上に集束させられ
る。これに加えて、ビームスプリッタ３０は、干渉信号
を基準レーザ４４に送ると共に基準干渉信号をレーザ４
６に送るが、これらの信号は、レーザ４４、４６に悪影
響を与えない。
【００２２】基準レーザ４４は、基準光学経路が未知の
信号の光学経路と概ね同一であるように、未知の波長の
入力ビームに対して相対的に配置される。基準光学経路
内のビームが未知の信号の光学経路内のビームとは反対
方向に伝播するので、基準光学経路間の光学経路長の差
は、未知の信号の光学経路間の長さの差に等しい。この
理由から、基準干渉信号は、干渉計の光学経路長の差の
変化率の正確な表示として働く。これは、ペリスコープ
の高精度の動きの必要性を不要にする。基準レーザと未
知のレーザとの上記の配置が、基準光学経路と未知の信
号の光学経路とが互いに平行ではあるが相違している場
合に比べて、未知の波長のより正確な表示を生じさせ
る。これに加えて、基準光学経路が未知の信号の光学経
路と概ね同一であるので、これらの光学経路と鏡３２
ａ、３２ｂとの接触点は、概ね同一である。この理由か
ら、上記干渉計では、鏡３２ａ、３２ｂの平面性の欠如
による影響を受ける度合いが、従来の干渉計よりも低
い。
【００２３】角度βが固定され且つ光学経路長が変化す
るので、基準光学経路と未知の信号の光学経路との間に
僅かな相違が生じる可能性がある。しかし、この相違
は、光学経路長の差に大きな悪影響を与えない。
【００２４】更に、回転ペリスコープ３２の反射器３２
ａ、３２ｂの間に適切な平行関係がある場合には、干渉
計の角度位置合せは、ペリスコープの方向の影響を受け
ない。この理由から、ペリスコープの動揺、軸受けの遊
び、又は、回転軸の位置合せ不良は、干渉計の方向又は
位置合せに悪影響を与えない。
【００２５】上記検出器からの光電流は次式の形式を有
する。
【００２６】
【数４】
【００２７】前式中のλrefは既知の基準レーザの波長
であり、λ?は未知の波長の入力ビームの波長である。
Ｉrefは、基準干渉信号の強度であり、Ｉ?は干渉信号の
波長である。Ｉ０rとＩ０?は強度定数である。
【００２８】ペリスコープが一定の角速度Ωで均一に回
転させられる場合には、検出器信号の周波数は次式で与
えられる。
【００２９】
【数５】
【００３０】「未知の入力波長」対「既知の基準波長」
の比率は、検出器信号の周波数の比率に反比例する。即
ち、
【００３１】
【数６】
【００３２】基準干渉信号ｆrefの周波数と干渉信号ｆ?
の周波数とが回転ペリスコープの方向θに基づいて変化
するとしても、ｆrefとｆ?の両方は比例的に変化する。
従って、未知の入力信号の波長は、カウンタを用いて測
定されることが可能である。「未知の信号の波長」対
「基準信号の波長」の比率は、「干渉信号のサイクル数
ＣＣ?」対「基準干渉信号のサイクル数ＣＣref」の比率
に比例する。更に、フェーズロックループ方式により、
フルサイクル(full cycle)よりも小さい分数サイクル数
を測定することが可能である。
【００３３】その一方のタブ５７が図に示されている１
対の同期タブが、回転ペリスコープ３２上に互いに１８
０゜の間隔を置いて配置される。回転ペリスコープ３２
の方向を検出し、且つ、干渉信号と基準干渉信号とが有
効である方向範囲内に回転ペリスコープ３２がある時に
回路６０にゲート信号(gating signal)を与えるため
に、スロット付きのゲート検出器５９が上記タブを使用
する。
【００３４】任意に、回転プラットフォームの方向を正
確に測定するための回路６１が、基準干渉検出器５８か
らの検出基準干渉信号を受信するために接続される。こ
の回路６１は、間隔ｄと角度αと波長λrefとが正確に
知られている場合に、回転ペリスコープの方向θの正確
な表示を与える。回路６１は、単純なサイクルカウンタ
であることが可能である。
【００３５】回転ペリスコープ３２内で光学経路の１つ
だけが変化させられる場合は、上記干渉計は依然として
動作するが、光学経路長の差はより一層小さい。反射器
５２が位置５２’に移動させられる場合には、第２の光
学経路の長さは回転ペリスコープ３２によって変化させ
られない。第２の光学経路内の光は、経路Ｄ’に沿って
位置５２’の反射器に進み、経路Ｂ’に沿ってビームス
プリッタ３０に戻る。干渉信号は依然としてビームスプ
リッタ３０上の位置３０ａに形成される。この干渉信号
は検出器５６に送られる。
【００３６】約１００万分の１の精度で未知の信号の波
長を測定するために使用される干渉計の実施例の１つで
は、その波長計の実際上の寸法は、 ペリスコープ間隔 ｄ ＝ ３８ｍｍ ペリスコープ角度範囲 - θmax ＜ θ ＜ θmax、
θmax ＝ ８゜ ビーム分離角 β ＝ １０ｍｒａｄ ビームスプリッタ入射角 α ＝ ４５゜ ペリスコープ回転速度 Ω ＝ ２π × ５Ｈｚ 基準ＨｅＮｅレーザの波長 λref ＝ ０．６３２９
９０８８ μ （真空） ＰＤmax ＝ ８ｄ ｓｉｎαｓｉｎθmax ＝ ３０ｍ
ｍ τmax ＝ １００ ｐｓｅｃ ｆref ＝ （８ｄｎ／λref）Ωｓｉｎαｃｏｓθ ＝
１０．６７ ＭＨｚ
【００３７】−３０ｍｍから３０ｍｍという光学経路差
の範囲は、約９５，０００の基準サイクルを与える。１
００万分の１の分解能を得るためには、周波数比カウン
タ(ratioing frequency counter)は、繰り返しカウント
方式又はフェーズロックループ方式のどちらかによっ
て、１サイクルの約１１分の１を補間しなければならな
い。５Ｈｚの回転速度は、１秒当たり１０回の測定を可
能にする。
【００３８】未知の信号の波長を測定するための回路６
０は、図７に示されるような単純なサイクルカウンタ１
００、１０２であってよい。カウンタ１０２、１００
は、図４に示される検出器５６から検出干渉信号を受け
取るために、及び、図４に示される検出器５８から検出
基準干渉信号を受け取るために、接続される。カウンタ
１０２、１００は、図４に示されるゲート検出器５９か
らのゲート信号によってゲートされる。更に、１サイク
ルより小さいサイクルカウント精度を得るために任意に
使用されることが可能である（周波数逓倍をおこなう）
フェーズロックループ回路１０４ａ、１０４ｂが、図７
に示されている。
【００３９】或いは、回路６０は、図６に示されるよう
なディジタル複素ダウンコンバータ(digital complex d
own converter)であってもよい。ライン６１上の検出干
渉信号がKestrelチップ６２に送られる。このKestrelチ
ップ６２は、干渉信号の周波数を２つのより低周波数の
方形信号にダウンシフトするために局部発振器（複素Ｌ
Ｏ）６４を使用する。これらの２つの信号はOspreyチッ
プ６６、６８に送られ、これらのOspreyチップ６６、６
８において、上記２つの信号がフィルタ６７、６８内で
濾波され、サンプリング回路７１、７３内でディジタル
方式でサブサンプリング(sub-sampled)される。これら
の２つの信号が検出干渉信号よりも低い周波数を有する
ので、小域複素高速フーリエ変換のために必要な標本の
数は、より少ない。この後で、Ospreyチップ６６、６８
の２つのディジタル出力信号が、小域複素高速フーリエ
変換回路７０に送られる。小域複素高速フーリエ変換回
路の出力は、フィルタ６７、６９内での通過帯域低下を
補償するために、イコライザ７２に送られる。更に、ポ
ート７４におけるスペクトルが、未知の干渉信号の波長
の何らかの表示を与える。
【００４０】Kestrelチップ６２と、Ospreyチップ６
６、６８と、小域複素高速フーリエ変換回路７０との全
てが、基準干渉信号の周波数の２倍のクロック速度でク
ロック制御されるということに留意されたい。クロック
発振回路７６は、図４に示される基準干渉信号検出器５
８からライン６３を介して検出基準干渉信号を入力さ
れ、図６のライン７７上にクロック信号を供給する。ク
ロック信号の周波数が、検出干渉信号の周波数の変化に
比例して変化するので、ポート７４におけるスペクトル
は、回転ペリスコープの様々な方向θにおける干渉信号
周波数の変化によっては影響を受けない。
【００４１】或いは、Kestrelチップ６２とOspreyチッ
プ６６、６８は、米国Harris CorporationのHarris Sem
iconductor Divisionから入手可能なＨＳＰ５００１６
ＤＤＣのような信号ディジタルダウンコンバータチッ
プで置き換えられることが可能である。このチップは、
D.B.Chester及びG.Phillipsの論文「Single Chip Digit
al Down Converter Simplifies RF DSP Applications」
(RF Design, Nov.92, pp.39-46)に説明されている。
【００４２】図５は、２方向反射器８０、８２と２つの
ビームスプリッタ８４、８６とを示す干渉計の別の実施
例の３次元図である。これらの２方向反射器８０、８２
と２つのビームスプリッタ８４、８６は、単に図解上の
目的から、一緒に示されている。２方向反射器を有する
干渉計の好ましい実施例は、１つのビームスプリッタだ
けを使用する。２方向反射器８０、８２の使用は、第１
の光学経路内の光と第２の光学経路内の光とが回転ペリ
スコープ３２を通して４回反射されるので、光学経路長
の差を拡大する。反射器３２ａ、３２ｂ、３４、３６に
対して垂直な平面に対して角度βの光源８８からの光
が、第１のビームスプリッタ８６に送られ、このビーム
スプリッタ８６は、その光を第１の光学経路と第２の光
学経路とに沿った２つのビームに分割する。光が下向き
に角度βで入るので、２方向反射器８０は、下記のよう
に、第２の光学経路内の光を反射して戻し、回転ペリス
コープの３回目と４回目の通過のために回転ペリスコー
プの中にその光を送り込む。第２の光学経路内の光は、
２方向反射器８０の区域８０ａで反射する。この区域８
０ａは、第２の光学経路内の光が回転ペリスコープの中
に送り込まれるような第１の方向を有する反射器であ
る。第２の光学経路は２方向反射器８０に戻り、区域８
０ｂで反射する。区域８０ｂは、第２の光学経路内の光
が回転ペリスコープの中に３回目に戻るように方向付け
られる。第２の光学経路内の光は、光が第２のビームス
プリッタ８４に反射されるような第１の方向を有する区
域８０ｃにおいて２方向反射器８０に戻る。
【００４３】説明を分かり易くするために、第１の光学
経路は図５に示されていない。第１の光学経路内の光
も、回転ペリスコープ３２を４回通過する。第１の光学
経路内の光と第２の光学経路内の光とが、第２のビーム
スプリッタ８４内で干渉信号の形に再会合させられる。
２つのビームスプリッタ８６、８４の使用は、この干渉
計をマッハ・ツェンダー干渉計にする。干渉信号は検出
器９０で検出される。上記で説明されたのと同様に、基
準レーザ８１が、第２の検出器９１において検出される
干渉信号を発生させるために使用される。
【００４４】第１の光学経路内の光と第２の光学経路内
の光とが回転ペリスコープ３２を４回通過するので、光
学経路長の差は−１６ｄｓｉｎαｓｉｎθに等しい。光
学経路長の差の増大によって、所与のペリスコープ角度
範囲に関する検出干渉信号サイクル数が２倍になり、そ
れによって、干渉計の周波数分解能が増大する。２方向
反射器８０、８２の使用上の欠点は、各々の光学経路内
の光が、図４に示される干渉計では反射器での反射が７
回であるのに対して、この干渉計では１３回の反射が生
じるということである。これは、図５に示される反射器
が、有効な干渉信号が得られるように反射器表面に起因
する波面収差を±λ／４の範囲内に保つために、より一
層高い平面性を持たなければならないということを意味
する。
【００４５】上記の実施と方法の様々な詳細は、単に本
発明を例示するためのものである。本発明の範囲内に様
々な詳細部分の変更が含まれることが可能であり、本発
明の範囲は添付クレームによってのみ限定されなければ
ならない。
【００４６】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明を実施した
干渉計出は、光学経路を変化させても光学経路が空気で
あるので、波長依存性を持たず、かつ、基準光ビームと
未知光ビームの光学経路が実質的に同じになるので、基
準光ビームと未知光ビームの波長比の測定が高精度でお
こなえる。また、干渉計自身も波長依存性が少ないとい
う特長を備える。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の干渉計の概略的な説明図である。
【図２】平行な反射器の中に送り込まれる光ビームに生
じる横方向のずれと時間的ずれとを説明する説明図であ
る。
【図３】（ａ）は、ペリスコープ方向θ＝−８°の場合
の本発明のビームスプリッタと回転ペリスコープと逆反
射器とを示す概略的な説明図である。（ｂ）は、ペリス
コープ方向θ＝０°の場合の本発明のビームスプリッタ
と回転ペリスコープと逆反射器とを示す概略的な説明図
である。（ｃ）は、ペリスコープ方向θ＝８°の場合の
本発明のビームスプリッタと回転ペリスコープと逆反射
器とを示す概略的な説明図である。
【図４】本発明の角度マイケルソン干渉計を示す３次元
図である。
【図５】２方向反射器と２つのビームスプリッタとを示
す、本発明の干渉計の別の実施例を示す３次元図であ
る。
【図６】本発明の１つの実施例に使用するためのダウン
コンバータ回路の説明図である。
【図７】本発明の１つの実施例で使用するための、カウ
ンタを用いる波長測定回路の説明図である。
【符号の説明】
２０ 光ビーム ２２、２４、３２ａ、３２ｂ 平行反射器 ３０ ビームスプリッタ ３２ 回転ペリスコープ ３４、３６ 逆反射器 ４０ 光源 ５０、５２ リレー反射器 ５４ 検出器レンズ ５６ 未知干渉信号検出器 ５８ 基準干渉信号検出器

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 その波長が未知である入力光ビームの波
    長を測定するための干渉計であって、 既知の波長の基準光ビームを発生させるために使用され
    る基準レーザと、 第１の光学経路と第２の光学経路とに沿った２つのビー
    ムに前記入力光ビームを分割するために且つ第１の基準
    光学経路と第２の基準光学経路とに沿った２つのビーム
    に前記基準光ビームを分割するために使用されるビーム
    スプリッタと、 回転プラットフォーム上に互いに概ね平行な第１の反射
    器と第２の反射器とを有する、前記第１の光学経路の長
    さと前記第１の基準行路の長さとを変化させるための回
    転ペリスコープと、 前記第１の光学経路内の光と前記第１の基準光学経路内
    の光とを逆向きに反射して前記ペリスコープ内を再び通
    過させるための逆反射器手段と、 前記第１の光学経路からの光と前記第２の光学経路から
    の光とを干渉信号の形に再会合させ且つ前記第１の基準
    光学経路からの光と前記第２の基準光学経路からの光と
    を基準干渉信号の形に再会合させるための手段と、 前記干渉信号を検出するための第１の検出器と、 前記基準干渉信号を検出するための第２の検出器とを含
    み、 前記第１の光学経路と前記第１の基準光学経路とが概ね
    同一であり、且つ前記第２の光学経路と前記第２の基準
    光学経路とが概ね同一であり、前記第１の光学経路内の
    光が前記第１の基準光学経路内の光とは反対の方向に伝
    播し、前記第２の光学経路内の光が前記第２の基準光学
    経路内の光とは反対の方向に伝播する前記干渉計。
  2. 【請求項２】 前記第２の光学経路の長さと前記第２の
    基準光学経路の長さとを変化させるために前記回転ペリ
    スコープが使用され、前記逆反射器が、前記第２の光学
    経路内の光と前記第２の基準光学経路内の光とを逆向き
    に反射して前記回転ペリスコープを再び通過させる請求
    項１に記載の干渉計。
  3. 【請求項３】 その波長が未知である入力光ビームの波
    長を測定するための干渉計であって、 既知の波長の基準光ビームを発生させるために使用され
    る基準レーザと、 第１の光学経路と第２の光学経路とに沿った２つのビー
    ムに前記入力光ビームを分割するために且つ第１の基準
    光学経路と第２の基準光学経路とに沿った２つのビーム
    に前記基準光ビームを分割するために使用されるビーム
    スプリッタと、 回転プラットフォーム上に互いに概ね平行な第１の反射
    器と第２の反射器とを有する、前記第１の光学経路の長
    さと前記第１の基準光学経路の長さとを変化させるため
    の回転ペリスコープと、 前記第１の光学経路内の光と前記第１の基準光学経路内
    の光とを逆向きに反射して前記ペリスコープ内を再び通
    過させるための逆反射器手段と、 前記第１の光学経路内の光と前記第２の光学経路内の光
    とを逆向きに反射して前記回転ペリスコープ内を３回目
    に通過させるための追加の反射器手段と、 前記第１の光学経路からの光と前記第２の光学経路から
    の光とを干渉信号の形にに再会合させ、且つ前記第１の
    基準光学経路からの光と前記第２の基準光学経路からの
    光とを基準干渉信号の形に再会合させるための手段と、 前記干渉信号を検出するための第１の検出器と、 前記基準干渉信号を検出するための第２の検出器とを含
    む前記干渉計。
  4. 【請求項４】 前記追加の反射器手段が、第１の方向の
    反射器と第２の方向の反射器とを有する２方向反射器を
    有する請求項３に記載の干渉計。
  5. 【請求項５】 前記干渉計が、前記第１の検出器と前記
    第２の検出器とに接続された、波長が不明である入力光
    ビームの波長を測定するための手段を更に有する請求項
    １に記載の干渉計。
  6. 【請求項６】 前記波長を測定するための手段が、高速
    フーリエ変換を行うための手段を更に含む請求項５に記
    載の干渉計。
  7. 【請求項７】 前記波長を測定するための手段が、前記
    第１の検出器からの検出干渉信号の周波数をより低周波
    数の信号にダウンシフトするための手段を含み、前記よ
    り低い周波数の信号が、前記高速フーリエ変換を行うた
    めの手段に供給される請求項６に記載の干渉計。
  8. 【請求項８】 前記波長を測定するための手段が、前記
    第１の検出器からの検出干渉信号と、前記第２の検出器
    からの基準検出干渉信号とを受け取るために使用される
    カウンタを含む請求項５に記載の干渉計。
  9. 【請求項９】 前記干渉計が、前記回転プラットフォー
    ムの予め決められた方向において、前記波長を測定する
    ための手段にゲート信号を供給するためのゲート検出器
    を更に含む請求項５に記載の干渉計。
  10. 【請求項１０】 前記再会合させるための手段が第２の
    ビームスプリッタを含む請求項１に記載の干渉計。
  11. 【請求項１１】 前記再会合させるための手段が前記ビ
    ームスプリッタを含む請求項１に記載の干渉計。
  12. 【請求項１２】 前記逆反射器手段が、前記回転ペリス
    コープの方向範囲において、第１の光学経路内の光と第
    ２の光学経路内の光とが前記回転ペリスコープ上で反射
    し、その逆反射器の一方で逆向きに反射し、更にその後
    で別々の時点で前記回転ペリスコープ上の前記反射器か
    ら前記ビームスプリッタに向かって反射するように配置
    された、２つの逆反射器を有し、別々の時点で前記回転
    ペリスコープ上の前記反射器から前記ビームスプリッタ
    に向かって反射する第１の光学経路内の光の方向と第２
    の光学経路内の光の方向とが、出射方向を決定し、前記
    出射方向が、前記回転ペリスコープの方向範囲におい
    て、概ね同一のままである請求項１１に記載の干渉計。
  13. 【請求項１３】 前記干渉計が、前記第１の検出器上に
    前記干渉信号を集束させるために使用され且つ前記第２
    の検出器上に前記基準干渉信号を集束させるために使用
    される検出器レンズを更に含む請求項１１に記載の干渉
    計。
  14. 【請求項１４】 前記回転ペリスコープ上の前記平行反
    射器が、空気によって隔てられている請求項１に記載の
    干渉計。
  15. 【請求項１５】 既知の波長の第２の光ビームを使用し
    て光源からの光ビームの波長を測定するための方法であ
    って、（ａ）前記入力光ビームを第１の光学経路と第２
    の光学経路に沿った２つのビームに分割し、及び、既知
    の波長の前記第２の入力光ビームを第１の基準光学経路
    と第２の基準光学経路に沿った２つのビームに分割する
    段階と、（ｂ）前記第１の光学経路内の光と前記第２の
    光学経路内の光と前記第１の基準光学経路内の光と前記
    第２の基準光学経路内の光とを１対の平行反射器から反
    射させる段階と、（ｃ）前記第１の光学経路内の光が前
    記第１の基準光学経路内の光とは反対の方向に伝播し、
    且つ前記第２の光学経路内の光が前記第２の基準光学経
    路内の光とは反対の方向に伝播することを可能にするた
    めに、前記第１の光学経路と前記第１の基準光学経路と
    が概ね同一であり且つ前記第２の光学経路と前記第２の
    基準光学経路とが概ね同一であるように、前記第１の光
    ビームと前記第２の光ビームとを配置する段階と、
    （ｄ）上記反射器を回転させることによって、前記第１
    の光学経路の長さと前記第２の光学経路の長さとを変化
    させ、且つ前記第１の基準光学経路の長さと前記第２の
    基準光学経路の長さとを変化させる段階と、（ｅ）前記
    第１の光学経路からの光と前記第２の光学経路からの光
    とを干渉信号の形に再会合させる段階と、（ｆ）前記第
    １の基準光学経路からの光と前記第２の基準光学経路か
    らの光とを基準干渉信号の形に再会合させる段階と、
    （ｇ）前記干渉信号と前記基準干渉信号とを検出する段
    階と、（ｈ）前記干渉信号と前記基準干渉信号とから前
    記光ビームの波長を測定する段階とを含む波長測定方
    法。
  16. 【請求項１６】 前記方法が、前記光ビームと既知の波
    長の前記第２の入力光ビームの内の一方の光ビームが、
    分割される前に、前記１対の平行反射器に垂直な平面に
    対して下向きの角度で入射するように、且つ、その他方
    の光ビームが、分割される前に、前記１対の平行反射器
    に垂直な平面に対して反対の上向きの角度で入射するよ
    うに、前記光ビームと既知の波長の前記第２の入力光ビ
    ームとを配置する請求項１５に記載の波長測定方法。
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