JPH0954159A - Laser doppler velocimeter - Google Patents

Laser doppler velocimeter

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JPH0954159A
JPH0954159A JP7210662A JP21066295A JPH0954159A JP H0954159 A JPH0954159 A JP H0954159A JP 7210662 A JP7210662 A JP 7210662A JP 21066295 A JP21066295 A JP 21066295A JP H0954159 A JPH0954159 A JP H0954159A
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optical waveguide
laser beam
laser
doppler velocimeter
light
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Tetsuo Nakayama
徹生 中山
Yoshio Ohashi
芳雄 大橋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize an inexpensive and compact laser Doppler velocimeter by reducing the number of optical parts from a conventional laser Doppler velocimeter. SOLUTION: The velocimeter is provided with an optical waveguide element 2, an optical system 5 and a photodetector 12. A laser beam L0 projected from a laser light source is guided from an input terminal 3a to a pair of output terminals 3c and 3d by a Y-shaped diverging-type optical waveguide 3 formed in the optical waveguide element 2. In the optical system 5, a laser beam L1 from one output terminal 3c of the Y-shaped diverging-type optical waveguide 3 is projected to an object 9, and a reflecting laser beam L3 and a laser beam L2 from the other output terminal 3d are let to interfere with each other. Frequency difference is detected by the photodetector 12 from the laser beams interfered in the optical system 5. The photodetector 12 supplies the frequency difference to a demodulator 13 after converting the frequency difference into an electric signal. The demodulator 13 demodulates the electric signal and outputs a demodulated speed signal S0 .

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、振動している物体
にレーザビームを当て、ドップラー効果により変化した
上記レーザビームの周波数に応じて上記物体の速度を測
定するレーザドップラー速度計に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser Doppler velocimeter for irradiating a vibrating object with a laser beam and measuring the speed of the object according to the frequency of the laser beam changed by the Doppler effect.

【0002】[0002]

【従来の技術】振動している被測定物のもつ速度を測定
する装置としては、ドップラ効果を応用したドップラー
速度計が使われてきた。振動現象を含めて動くものすべ
てには、必ず速度がある。このため速度をもった物体に
一定の周波数をもった音や光を当てると、測定媒体のも
つ周波数が変化する。これはドップラーシフトと呼ば
れ、この周波数のシフト分から相手の速度を割り出すこ
とができる。
2. Description of the Related Art A Doppler velocimeter applying the Doppler effect has been used as a device for measuring the velocity of a vibrating measured object. Everything that moves, including vibration phenomena, always has velocity. Therefore, when a sound or light having a constant frequency is applied to a speedy object, the frequency of the measuring medium changes. This is called the Doppler shift, and the speed of the opponent can be calculated from the shift amount of this frequency.

【0003】ドップラー速度計のうち、単一の波をもっ
た光であるレーザビームを使用して物体の微小な振動の
速度を測定するのがレーザドップラー速度計である。す
なわち、レーザドップラー速度計は、振動している物体
にレーザビームを照射し、ドップラー現象により変化し
た周波数を利用して振動している物体の速度を測定す
る。このレーザドップラー速度計では、物体の振動現象
の方向性も検出するために光を変調する必要がある。
Among the Doppler velocimeters, the laser Doppler velocimeter measures the velocity of minute vibrations of an object using a laser beam which is light having a single wave. That is, the laser Doppler velocimeter irradiates a vibrating object with a laser beam and measures the velocity of the vibrating object using the frequency changed by the Doppler phenomenon. In this laser Doppler velocimeter, it is necessary to modulate the light in order to detect the directionality of the vibration phenomenon of the object.

【0004】図8にレーザドップラー速度計30の概略
構成をレーザビームの波形と共に示す。先ず、極めて高
い周波数を持つレーザビームL0は、偏向ビームスプリ
ッタ(PBS)31により2方向に分けられる。その内
の一つは、PBS32と、1/4波長板33を透過し
て、被測定物である振動物体34に照射される。振動物
体34で反射した戻り光L1は、ドップラー効果によ
り、振動物体34の速度に比例した周波数偏移を受けて
いる。戻り光L1は再び1/4波長板33を通過し、P
BS32に入射する。ここで、戻り光L1は1/4波長
板33により偏光方向が90゜回転されているので、P
BS32により反射される。
FIG. 8 shows a schematic configuration of the laser Doppler velocimeter 30 together with the waveform of the laser beam. First, a laser beam L 0 having an extremely high frequency is split into two directions by a deflecting beam splitter (PBS) 31. One of them passes through the PBS 32 and the quarter-wave plate 33 and is applied to the vibrating object 34 which is an object to be measured. The return light L 1 reflected by the vibrating object 34 undergoes a frequency shift proportional to the speed of the vibrating object 34 due to the Doppler effect. The return light L 1 passes through the quarter-wave plate 33 again, and P
It is incident on BS32. Here, since the return light L 1 has its polarization direction rotated by 90 ° by the quarter-wave plate 33, P
It is reflected by BS32.

【0005】PBS31で2つに分けられた他方は、変
調部35により変調を受けて、変調レーザビームL2
なり、PBS36に入射する。変調レーザビームL2
ミラー37で反射された上記戻り光L1は、偏光板38
を通過して、同じ偏光成分が干渉し、ビート信号L3
発生する。このビート信号L3を例えばフォトディテク
タのような光検出器39で検出して電気信号に変換して
から、復調器40で復調し、復調速度信号S0を得る。
The other of the two, which is divided by the PBS 31, is modulated by the modulator 35 to become a modulated laser beam L 2 and enters the PBS 36. The modulated laser beam L 2 and the return light L 1 reflected by the mirror 37 are reflected by the polarizing plate 38.
, The same polarization components interfere with each other, and a beat signal L 3 is generated. The beat signal L 3 is detected by a photodetector 39 such as a photodetector, converted into an electric signal, and then demodulated by a demodulator 40 to obtain a demodulation speed signal S 0 .

【0006】このレーザドップラー速度計30は、変調
部35として、光波が伝搬する媒質内に弾性波である音
響波を用いて歪を発生させ、その歪により生じた屈折率
変化を利用して光を変調する音響光学変調器を用いたバ
ルク型波長変換素子を用いている。
This laser Doppler velocimeter 30 uses an acoustic wave, which is an elastic wave, in a medium in which a light wave propagates as a modulator 35 to generate distortion, and utilizes the change in the refractive index caused by the distortion to generate an optical signal. A bulk wavelength conversion element using an acousto-optic modulator that modulates is used.

【0007】このレーザドップラー速度計30の動作原
理を説明する。レーザ光源より出射された周波数f0
レーザビームL0は、PBS31を介して振動物体34
への入射ビーム系と、機器内部で戻される参照ビーム系
の2系統に分割される。入射ビーム系側に進んだレーザ
ビームL0は、さらにPBS32を介して振動物体34
に照射され、振動物体34の持つ速度に応じてドップラ
ーシフトを起こした戻り光L1となり、1/4波長板3
3、PBS32を介してミラー37に供給される。ここ
で、シフト周波数をfDとすると、ドップラーシフトは
0±fDとなる。一方、参照ビーム系側に進んだレーザ
ビームL0は、レーザビームそのものの持つ周波数f0
極めて高く直接測定が困難なことから、検出しやすいよ
うに変調部35を介して周波数がf0±fMと変調され変
調レーザビームL2となる。
The operating principle of the laser Doppler speedometer 30 will be described. The laser beam L 0 of the frequency f 0 emitted from the laser light source is transmitted through the PBS 31 to the vibrating object 34.
It is divided into two systems, an incident beam system for the beam and a reference beam system returned inside the device. The laser beam L 0 that has proceeded to the incident beam system side is further transmitted through the PBS 32 to the vibrating object 34.
And becomes a return light L 1 that is Doppler-shifted according to the speed of the vibrating object 34, and becomes the quarter-wave plate 3
3, supplied to the mirror 37 via the PBS 32. Here, if the shift frequency is f D , the Doppler shift is f 0 ± f D. On the other hand, the laser beam L 0 that has proceeded to the reference beam system side has a very high frequency f 0 that the laser beam itself has, and it is difficult to directly measure it. Therefore, the frequency is f 0 ± It is modulated with f M and becomes a modulated laser beam L 2 .

【0008】振動物体34に当たって反射してきた戻り
光L1は、ドップラーシフトを起こしているので、参照
光となる上記変調レーザビームL2と干渉させると、fM
+fDのビート周波数のビート信号L3が発生するため、
ドップラー周波数の正負すなわち往復運動である振動速
度と振動方向が判別できる。
Since the return light L 1 reflected by the vibrating object 34 undergoes a Doppler shift, when it interferes with the modulated laser beam L 2 serving as the reference light, f M
Since the beat signal L 3 having a beat frequency of + f D is generated,
It is possible to determine the positive / negative of the Doppler frequency, that is, the vibration speed and the vibration direction which are reciprocating motions.

【0009】ビート信号L3は、さらに光検出器39で
ドップラーシフトした周波数分(fD)だけ取り出さ
れ、復調器40でFM復調されて振動物体の振動速度に
応じた電気信号とされた後、電圧出力として出力され
る。
The beat signal L 3 is further extracted by the frequency (f D ) that is Doppler-shifted by the photodetector 39, FM demodulated by the demodulator 40, and converted into an electric signal corresponding to the vibration speed of the vibrating object. , Is output as a voltage output.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記バルク
型波長変換素子は、音響光学変調器を用いているため高
価であり、小型化も困難であった。このため、上記レー
ザドップラー速度計30は、高価であり、大型化してし
まっていた。
By the way, the bulk wavelength conversion element is expensive because it uses an acousto-optic modulator, and it is difficult to make it compact. Therefore, the laser Doppler velocimeter 30 is expensive and large in size.

【0011】そこで、結晶中に結晶よりも屈折率の大き
い光導波路を作製し、そのなかに光波を閉じこめ、該光
導波路近傍に形成された一対の金属薄膜電極からなる電
気光学変調器を用いて該光導波路に電界を印加し、屈折
率を変化させて光を変調する光導波路型波長変換素子
(以下、光導波路素子という。)を変調部35に用いる
ことが考えられる。光導波路と一対の金属薄膜電極は、
フォトリソグラフィーにより作製できるため、安価で小
型化が可能なためである。
Therefore, an optical waveguide having a refractive index larger than that of the crystal is formed in the crystal, the light wave is confined in the optical waveguide, and an electro-optic modulator including a pair of metal thin film electrodes formed near the optical waveguide is used. An optical waveguide type wavelength conversion element (hereinafter referred to as an optical waveguide element) that applies an electric field to the optical waveguide to change the refractive index to modulate the light may be used for the modulator 35. The optical waveguide and the pair of metal thin film electrodes are
Since it can be manufactured by photolithography, it is inexpensive and can be miniaturized.

【0012】しかし、それでも光学部品の個数が多いた
め、低価格、小型化を実現することは困難であった。
However, since the number of optical components is still large, it has been difficult to realize low cost and miniaturization.

【0013】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であり、光学部品を減少させ、低価格、小型化を実現で
きるレーザドップラー速度計の提供を目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a laser Doppler velocimeter capable of reducing the number of optical components and realizing low cost and downsizing.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザドッ
プラー速度計は、上記課題を解決するために、レーザビ
ームを少なくとも一つの入力端から少なくとも一対の出
力端に導波させる分岐型光導波路の一方の出力端からの
レーザビームを物体に照射すると共に、その反射レーザ
ビームと他方の出力端からのレーザビームを干渉させ、
この干渉させられたレーザビームから周波数差を検出し
ている。
In order to solve the above problems, a laser Doppler velocimeter according to the present invention is a branch type optical waveguide for guiding a laser beam from at least one input end to at least a pair of output ends. While irradiating the object with the laser beam from one output end, interfere the reflected laser beam and the laser beam from the other output end,
The frequency difference is detected from this interfered laser beam.

【0015】ここで、上記光導波路素子は、上記分岐型
光導波路の分岐部から一方の出力端にかけての光導波路
の上記入力端から上記分岐部までの分岐前の光導波路部
分と平行な直線部分に、該直線部分の光導波路を挟み込
むように一対の金属電極を形成してなる。
Here, the optical waveguide element is a linear portion parallel to the optical waveguide portion before branching from the input end to the branch portion of the optical waveguide from the branch portion to one output end of the branch type optical waveguide. In addition, a pair of metal electrodes are formed so as to sandwich the optical waveguide of the linear portion.

【0016】また、上記分岐型光導波路の分岐部上に金
属被覆部を形成してなることを特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that a metal coating portion is formed on the branch portion of the branch type optical waveguide.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るレーザドップ
ラー速度計の実施の形態について図面を参照しながら説
明する。この実施の形態は、図1に示すように、振動し
ている物体8にレーザビームL1を当て、ドップラー効
果により変化した上記レーザビームの周波数に応じて上
記物体9の速度を測定する図1に示すようなレーザドッ
プラー速度計1である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a laser Doppler velocimeter according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In this embodiment, as shown in FIG. 1, a laser beam L 1 is applied to a vibrating object 8 and the velocity of the object 9 is measured according to the frequency of the laser beam changed by the Doppler effect. The laser Doppler velocimeter 1 as shown in FIG.

【0018】このレーザドップラー速度計1は、レーザ
光源から出射されたレーザビームL0を入力端3aから
一対の出力端3c及び3dに導波させるY字分岐型光導
波路3を形成してなる光導波路素子2と、Y字分岐型光
導波路3の一方の出力端3cからのレーザビームL1
物体9に照射すると共に、その反射レーザビームL3
他方の出力端3dからのレーザビームL2とを干渉させ
る光学系5と、この光学系5で干渉させられたレーザビ
ームから周波数差を検出する光検出器12とを備えて成
る。光検出器12は、周波数差を電気信号に変換してか
ら復調器13に供給する。復調器13は、上記電気信号
を復調し、復調速度信号S0を出力する。
This laser Doppler velocimeter 1 is an optical waveguide formed by forming a Y-shaped branched optical waveguide 3 for guiding a laser beam L 0 emitted from a laser light source from an input end 3a to a pair of output ends 3c and 3d. The object 9 is irradiated with the laser beam L 1 from one output end 3c of the waveguide element 2 and the Y-shaped branch type optical waveguide 3, and its reflected laser beam L 3 and the laser beam L 2 from the other output end 3d. And an optical system 5 for interfering with each other, and a photodetector 12 for detecting a frequency difference from a laser beam interfered by the optical system 5. The photodetector 12 converts the frequency difference into an electric signal and then supplies the electric signal to the demodulator 13. The demodulator 13 demodulates the electric signal and outputs a demodulation speed signal S 0 .

【0019】光学系5は、レンズ6と、偏光ビームスプ
リッタ(以下、PBSという。)7と、1/4波長板8
と、ミラー10と、偏光板11からなる。
The optical system 5 includes a lens 6, a polarization beam splitter (hereinafter referred to as PBS) 7, and a quarter wave plate 8.
And a mirror 10 and a polarizing plate 11.

【0020】光導波路素子2は、図2に示すように、例
えばニオブ酸リチウム(LiNbO3、以下LNとい
う。)よりなる結晶基板に例えばチタン(Ti)を熱拡
散して一つの入力端3aと一対の出力端3c及び3dを
持つY字分岐型光導波路3を形成し、このY字分岐型光
導波路3を挟み込むように結晶基板表面に例えば一対の
アルミニウム(Al)薄膜電極よりなる光変調器4を設
けてなる。
As shown in FIG. 2, the optical waveguide element 2 has one input end 3a formed by thermally diffusing, for example, titanium (Ti) into a crystal substrate made of, for example, lithium niobate (LiNbO 3 , hereinafter referred to as LN). An optical modulator formed by forming a Y-shaped branched optical waveguide 3 having a pair of output ends 3c and 3d, and including a pair of aluminum (Al) thin film electrodes on the surface of the crystal substrate so as to sandwich the Y-shaped branched optical waveguide 3. 4 is provided.

【0021】ここで、上記光導波路素子2における光導
波路3の形成工程について図3を参照しながら説明す
る。先ず、図3の(a)に示す結晶基板20上に液状レ
ジストをスピンコーディングし、熱乾燥させて図3の
(b)に示すようにレジスト膜21を形成する。このレ
ジスト膜21に図3の(c)に示すようにフォトマスク
22を通して光Lを照射する。フォトマスク22を通し
て光Lが照射されたレジスト膜21を現像すると、図3
の(d)に示すようなレジストパターンが得られる。こ
のレジストパターンの全面に蒸着法により図3の(e)
に示すようにTi膜23を形成する。レジストパターン
の全面に形成されたTi膜23は、レジスト膜21上の
Ti膜23がリフトオフ法により剥離されることによ
り、図3の(f)に示すようにTiパターン23’とし
て所望の位置のみに残る。そして、最後にTiパターン
23’を1000℃以上の温度で数時間熱拡散すること
によりTi拡散された光導波路3を形成することができ
る。
Now, a process of forming the optical waveguide 3 in the optical waveguide device 2 will be described with reference to FIG. First, a liquid resist is spin-coded on the crystal substrate 20 shown in FIG. 3A and thermally dried to form a resist film 21 as shown in FIG. The resist film 21 is irradiated with light L through a photomask 22 as shown in FIG. When the resist film 21 irradiated with the light L through the photomask 22 is developed, as shown in FIG.
A resist pattern as shown in (d) is obtained. The entire surface of this resist pattern is formed by the vapor deposition method as shown in FIG.
A Ti film 23 is formed as shown in FIG. The Ti film 23 formed on the entire surface of the resist pattern is removed only at a desired position as a Ti pattern 23 'as shown in FIG. 3F by removing the Ti film 23 on the resist film 21 by the lift-off method. Remain in. Finally, the Ti pattern 23 ′ is thermally diffused at a temperature of 1000 ° C. or higher for several hours, so that the Ti-diffused optical waveguide 3 can be formed.

【0022】次に、光変調器4の形成工程について図4
を参照しながら説明する。先ず、図4の(a)に示すよ
うにY字分岐型光導波路3が形成された結晶基板20上
に液状レジストをスピンコーディングし、熱乾燥させて
図4の(b)に示すようにレジスト膜24を形成する。
このレジスト膜24に図4の(c)に示すようにフォト
マクス25を通して光Lを照射する。フォトマスク25
を通して光Lが照射されたレジスト膜24を現像する
と、図4の(d)に示すようなレジストパターンが得ら
れる。このレジストパターンの全面に蒸着法により図4
の(e)に示すようにAl膜25を形成する。レジスト
パターンの全面に形成されたAl膜25は、レジスト膜
24上のAl膜25がリフトオフ法により剥離されるこ
とにより、図4の(f)に示すようにAlパターン2
5’として所望の位置のみに残る。ここでは、光導波路
3の一方(出力端3c側)を挟み込むような位置にAl
パターン25’を残して光変調器4を形成している。す
なわち、一対のAl薄膜電極よりなる光変調器4は、Y
字分岐型光導波路3の分岐部3bから一方の出力端3c
にかけての光導波路の入力端3aから分岐部3bまでの
分岐前の光導波路部分と平行な直線部分に、該直線部分
の光導波路を挟み込むように形成されている。
Next, the process of forming the optical modulator 4 will be described with reference to FIG.
Will be described with reference to. First, as shown in FIG. 4A, a liquid resist is spin-coded on the crystal substrate 20 on which the Y-shaped branched optical waveguide 3 is formed, and heat-dried to form a resist as shown in FIG. The film 24 is formed.
The resist film 24 is irradiated with light L through a photo mask 25 as shown in FIG. Photo mask 25
When the resist film 24 irradiated with the light L is developed, a resist pattern as shown in FIG. 4D is obtained. The entire surface of this resist pattern is formed by vapor deposition as shown in FIG.
The Al film 25 is formed as shown in FIG. The Al film 25 formed on the entire surface of the resist pattern is separated from the Al film 25 on the resist film 24 by the lift-off method, so that the Al pattern 2 is formed as shown in FIG.
5'is left only in the desired position. Here, Al is placed at a position where one side of the optical waveguide 3 (on the output end 3c side) is sandwiched.
The optical modulator 4 is formed by leaving the pattern 25 '. That is, the optical modulator 4 including a pair of Al thin film electrodes is
One output end 3c from the branch portion 3b of the bifurcated optical waveguide 3
It is formed so as to sandwich the optical waveguide of the straight line portion in a straight line portion parallel to the optical waveguide portion before branching from the input end 3a of the optical waveguide to the branch portion 3b.

【0023】先ず、レーザ光源から出射された極めて高
い周波数を持つレーザビームL0は、Y字分岐型光導波
路3の入力端3aから入射し、分岐部3bで分岐され、
一方の出力端3c及び他方の出力端3dに導波される。
一方の出力端3c側には、上述したような一対のAl薄
膜電極よりなる光変調器4が形成されているので、出力
端子3cからは変調レーザビームL1が出射される。他
方の出力端3dからは変調されないレーザビームL2
出射される。
First, the laser beam L 0 emitted from the laser light source and having an extremely high frequency enters from the input end 3a of the Y-shaped branch type optical waveguide 3 and is branched by the branching section 3b.
The light is guided to one output end 3c and the other output end 3d.
Since the optical modulator 4 including the pair of Al thin film electrodes as described above is formed on the one output end 3c side, the modulated laser beam L 1 is emitted from the output terminal 3c. The unmodulated laser beam L 2 is emitted from the other output end 3d.

【0024】上記変調レーザビームL1は、レンズ6、
PBS7及び1/4波長板8を透過し、振動物体9に照
射される。振動物体9からの反射レーザビームL3は、
ドップラー効果により、振動物体の速度に比例した周波
数偏移を受けている。この反射レーザビームL3は、1
/4波長板8で偏光方向が90゜回転されるので、PB
S7により反射される。
The modulated laser beam L 1 is reflected by the lens 6,
After passing through the PBS 7 and the quarter-wave plate 8, the vibrating object 9 is irradiated. The reflected laser beam L 3 from the vibrating object 9 is
Due to the Doppler effect, the frequency shift is proportional to the velocity of the vibrating object. This reflected laser beam L 3 is 1
Since the polarization direction is rotated 90 ° by the / 4 wavelength plate 8, PB
It is reflected by S7.

【0025】上記レーザビームL2は、レンズ6により
光路を曲げられ、ミラー10で反射され、PBS7を透
過する。
The laser beam L 2 has its optical path bent by the lens 6, is reflected by the mirror 10, and is transmitted through the PBS 7.

【0026】偏光板11を通過した上記反射レーザビー
ムL3と上記レーザビームL2は、同偏光成分が干渉す
る。そして、ビート信号L4が発生する。このビート信
号L4をフォトディテクタのような光検出器12で検出
して電気信号に変換してから、復調器13で復調し、復
調速度信号S0を得ることができる。
The reflected laser beam L 3 and the laser beam L 2 which have passed through the polarizing plate 11 interfere with each other in the same polarization component. Then, the beat signal L 4 is generated. The beat signal L 4 can be detected by a photodetector 12 such as a photodetector, converted into an electric signal, and then demodulated by a demodulator 13 to obtain a demodulation speed signal S 0 .

【0027】なお、ここでは、Y字分岐型光導波路3の
一方の出力端3cから出力された変調レーザビームを被
測定物9に照射し、他方の出力端3dから出力されたレ
ーザビームをミラー10を介して参照光としたが、レン
ズ6の機能を変え、変調レーザビームの光路を折り曲げ
てミラー10に照射して参照光とし、出力端3dから出
力されたレーザビームを被測定物9に照射してもよい。
Here, the modulated laser beam output from one output end 3c of the Y-shaped branch type optical waveguide 3 is applied to the DUT 9, and the laser beam output from the other output end 3d is mirrored. Although the reference light is passed through the reference beam 10, the function of the lens 6 is changed, and the optical path of the modulated laser beam is bent to irradiate the mirror 10 as the reference light, and the laser beam output from the output end 3d is applied to the DUT 9. It may be irradiated.

【0028】以上より、本実施の形態となるレーザドッ
プラー速度計1は、レーザビームを少なくとも一つの入
力端3aから少なくとも一対の出力端3c及び3dに導
波させるY字分岐型光導波路3の一方の出力端3cから
のレーザビームを被測定物9に照射すると共に、その反
射レーザビームと他方の出力端3dからのレーザビーム
を干渉させ、この干渉させられたレーザビームから周波
数差を検出しているので、光学部品を減少させ、低価
格、小型化を実現できる。
As described above, the laser Doppler velocimeter 1 according to the present embodiment has one of the Y-shaped branch type optical waveguides 3 for guiding the laser beam from at least one input end 3a to at least one pair of output ends 3c and 3d. The object 9 to be measured is irradiated with the laser beam from the output end 3c, and the reflected laser beam and the laser beam from the other output end 3d are interfered with each other to detect the frequency difference from the interfered laser beam. As a result, it is possible to reduce the number of optical parts, and to achieve low cost and downsizing.

【0029】なお、上記実施の形態では、入力1チャン
ネル、出力2チャンネルのY字分岐型光導波路3を形成
した光導波路素子2を用いたが、光導波路素子として
は、入力チャンネル数及び出力チャンネル数を増やして
もよい。例えば、図5に1チャンネル入力で4チャンネ
ル出力の光導波路31を形成した光導波路素子30を示
す。入力端31aから入射したレーザビームは、分岐部
31bで分岐され、さらに分岐部31c及び31dで分
岐された後、出力端31e、31f、31g及び31h
から出力される。分岐部31cと出力端31eの間の光
導波路には、該光導波路を挟み込むように一対のAl薄
膜電極からなる光変調器32が形成されている。また、
分岐部31dと出力端31gの間の光導波路には、該光
導波路を挟み込むように一対のAl薄膜電極からなる光
変調器33が形成されている。この光導波路素子30を
上述したようなレーザドップラー速度計に適用すれば、
二つの被測定物の速度を計測することが可能となる。
In the above embodiment, the optical waveguide element 2 in which the Y-branch type optical waveguide 3 having one input channel and two output channels is formed is used. However, as the optical waveguide element, the number of input channels and the number of output channels are used. You may increase the number. For example, FIG. 5 shows an optical waveguide device 30 in which an optical waveguide 31 for one channel input and four channel output is formed. The laser beam incident from the input end 31a is branched by the branching part 31b, further branched by the branching parts 31c and 31d, and then output ends 31e, 31f, 31g and 31h.
Output from An optical modulator 32 including a pair of Al thin film electrodes is formed in the optical waveguide between the branch portion 31c and the output end 31e so as to sandwich the optical waveguide. Also,
An optical modulator 33 including a pair of Al thin film electrodes is formed in the optical waveguide between the branch portion 31d and the output end 31g so as to sandwich the optical waveguide. If this optical waveguide device 30 is applied to the laser Doppler velocimeter as described above,
It is possible to measure the speed of two measured objects.

【0030】ところで、上記レーザドップラー速度計1
では、光の干渉性を良くするために例えばY字分岐型光
導波路3に入射させるレーザビームを単一の偏光成分を
持つレーザビームとしている。光導波路素子2の場合、
用いているレーザビームの偏光成分は結晶基板の表面と
平行なTEモードとなる。したがって、結晶基板の厚さ
方向に偏光しているTMモードは不要光となる。このよ
うな不要光が存在するとそれらが干渉してしまい、不要
干渉光が発生する。不要干渉光はレーザドップラー速度
計1で復調する光に含まれるので、復調して得られる速
度信号を制限し、レーザドップラー速度計1の性能を劣
化させる。しかし、上述したようなY字分岐型光導波路
3では単一な偏光をもつ光を光導波路に入射しても出力
光には偏光が変わった不要光が含まれてしまう。例え
ば、TEモードを入射した場合の直線導波路と分岐型光
導波路でのTEモードとTMモードの消光比の差は約1
0dB位になってしまう。
By the way, the above laser Doppler velocimeter 1
In order to improve the coherence of light, for example, the laser beam incident on the Y-shaped branch type optical waveguide 3 is a laser beam having a single polarization component. In the case of the optical waveguide device 2,
The polarization component of the laser beam used is TE mode parallel to the surface of the crystal substrate. Therefore, the TM mode polarized in the thickness direction of the crystal substrate becomes unnecessary light. If such unnecessary light exists, they interfere with each other, and unnecessary interference light is generated. Since the unnecessary interference light is included in the light demodulated by the laser Doppler speedometer 1, the speed signal obtained by demodulation is limited and the performance of the laser Doppler speedometer 1 is deteriorated. However, in the Y-shaped branch type optical waveguide 3 as described above, even if light having a single polarization is incident on the optical waveguide, the output light includes unnecessary light whose polarization has changed. For example, when the TE mode is incident, the difference between the extinction ratios of the TE mode and the TM mode in the linear waveguide and the branch type optical waveguide is about 1
It will be about 0 dB.

【0031】そこで、本発明に係るレーザドップラー速
度計では、Y字分岐型光導波路3上に金属被覆(金属ク
ラッディング)を形成し不要な偏光成分を持つ光を減衰
させるような図6に示す光導波路素子40を用いてもよ
い。
Therefore, in the laser Doppler velocimeter according to the present invention, a metal coating (metal cladding) is formed on the Y-shaped optical waveguide 3 to attenuate the light having an unnecessary polarization component, as shown in FIG. The optical waveguide device 40 may be used.

【0032】この光導波路素子40は、例えばLNより
なる結晶基板に例えばTiを熱拡散して一つの入力端3
aと一対の出力端3c及び3dを持つY字分岐型光導波
路3を形成し、このY字分岐型光導波路3を挟み込むよ
うに結晶基板表面に例えば一対のAl薄膜電極よりなる
光変調器4を設け、さらにY字分岐型光導波路3の分岐
部3b上にAlよりなる金属クラッディング41を装荷
している。
In this optical waveguide device 40, one input end 3 is formed by thermally diffusing, for example, Ti into a crystal substrate made of, for example, LN.
A Y-shaped branch type optical waveguide 3 having a and a pair of output terminals 3c and 3d is formed, and an optical modulator 4 composed of, for example, a pair of Al thin film electrodes on the surface of the crystal substrate so as to sandwich the Y-shaped branched type optical waveguide 3. And a metal cladding 41 made of Al is loaded on the branch portion 3b of the Y-shaped branch type optical waveguide 3.

【0033】一般に、光波長領域では、金属中における
電荷の慣性効果によって、金属は誘電率が負でかつ損失
の大きい誘電体としてふるまうので、光波は金属クラッ
ディング41により伝搬損失を受ける。TMモードはT
Eモードよりもより深く電磁界分布が金属中に浸透する
ので、より多く金属クラッディング41の影響を受け、
伝搬損失が大きくなる。例えば、Alの金属クラッディ
ング41を装荷しない場合のTEモードとTMモードの
消光比は12dB程度であるが、Alの金属クラッディ
ング41を装荷した場合の消光比は17dB程度とな
り、Alの金属クラッディング41により不要な偏光成
分を持つ光を減衰できることが分かる。
In general, in the light wavelength region, the metal behaves as a dielectric substance having a negative permittivity and a large loss due to the inertial effect of charges in the metal, so that the light wave receives propagation loss due to the metal cladding 41. TM mode is T
Since the electromagnetic field distribution penetrates deeper into the metal than in the E mode, it is more affected by the metal cladding 41,
Propagation loss increases. For example, when the Al metal cladding 41 is not loaded, the extinction ratio between the TE mode and the TM mode is about 12 dB, but when the Al metal cladding 41 is loaded, the extinction ratio is about 17 dB. It can be seen that the light having an unnecessary polarization component can be attenuated by the ding 41.

【0034】この金属クラッディング41の形成工程に
ついて図7を参照しながら説明する。先ず、図7の
(a)に示すようにY字分岐型光導波路3が形成された
結晶基板20上に液状レジストをスピンコーディング
し、熱乾燥させて図7の(b)に示すようにレジスト膜
42を形成する。このレジスト膜42に図7の(c)に
示すようにフォトマスス43を通して光Lを照射する。
フォトマスク43を通して光Lが照射されたレジスト膜
42を現像すると、図7の(d)に示すようなレジスト
パターンが得られる。このレジストパターンの全面に蒸
着法により図7の(e)に示すようにAl膜44を形成
する。レジストパターンの全面に形成されたAl膜44
は、レジスト膜42上のAl膜44がリフトオフ法によ
り剥離されることにより、図7の(f)に示すようにA
lパターン44’として所望の位置のみに残る。このA
lパターン44’が金属クラッディング41となる。な
お、この金属クラッディング41は、Al以外に、N
i、Cuなどを用いて熱拡散してもよい。
The process of forming the metal cladding 41 will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 7A, a liquid resist is spin-coded on the crystal substrate 20 on which the Y-shaped branched optical waveguide 3 is formed, and heat-dried to form a resist as shown in FIG. 7B. The film 42 is formed. The resist film 42 is irradiated with the light L through the photomass 43 as shown in FIG. 7C.
By developing the resist film 42 irradiated with the light L through the photomask 43, a resist pattern as shown in FIG. 7D is obtained. An Al film 44 is formed on the entire surface of this resist pattern by a vapor deposition method as shown in FIG. Al film 44 formed on the entire surface of the resist pattern
The Al film 44 on the resist film 42 is peeled off by the lift-off method, so that as shown in FIG.
The l pattern 44 'remains only at a desired position. This A
The l pattern 44 ′ becomes the metal cladding 41. In addition to Al, the metal cladding 41 contains N
Thermal diffusion may be performed using i, Cu or the like.

【0035】また、Y字分岐型光導波路3は、Tiを熱
拡散して形成したが、Ni、Cuを熱拡散して形成して
もよい。
Although the Y-shaped branch type optical waveguide 3 is formed by thermally diffusing Ti, it may be formed by thermally diffusing Ni and Cu.

【0036】また、熱拡散法によりY字分岐型光導波路
3を作製する以外にも、加熱した安息香酸溶液中にLN
を浸してLi+→H+の交換を起こし高屈折率層を形成
し光導波路を得るプロトン交換法や、イオン交換法やイ
オン注入法などを用いて光導波路を作製してもよい。
In addition to producing the Y-shaped branched optical waveguide 3 by the thermal diffusion method, LN is added to a heated benzoic acid solution.
The optical waveguide may be manufactured by using a proton exchange method, in which Li + → H + is exchanged by immersion to form a high refractive index layer to obtain an optical waveguide, an ion exchange method, an ion implantation method, or the like.

【0037】また、結晶基板20にLNを用いたが、L
N以外にリチウム酸タンタル(LiTaO2)やKTi
OPO4を用いてもよい。
Although LN was used for the crystal substrate 20,
Besides N, tantalum lithium oxide (LiTaO 2 ) and KTi
OPO 4 may be used.

【0038】また、光変調器4をAlで作製している
が、Al以外にTi−AuやCr−Auなどを用いて作
製してもよい。
Although the optical modulator 4 is made of Al, it may be made of Ti-Au or Cr-Au instead of Al.

【0039】また、Y字分岐型光導波路3、光変調器4
及び金属クラッディング41の金属パターンの堆積を蒸
着法により作製しているが、蒸着法以外にスパッタリン
グ法を用いて作製してもよい。
The Y-shaped branch type optical waveguide 3 and the optical modulator 4 are also provided.
Although the metal pattern of the metal cladding 41 is deposited by the vapor deposition method, the metal pattern 41 may be deposited by the sputtering method instead of the vapor deposition method.

【0040】また、Y字分岐型光導波路3、光変調器4
及び金属クラッディング41の金属パターンの形成をリ
フトオフ法により作製しているが、リフトオフ法以外に
エッチング法を用いて作製してもよい。
The Y-shaped branch type optical waveguide 3 and the optical modulator 4 are also provided.
Although the metal pattern of the metal cladding 41 is formed by the lift-off method, it may be formed by an etching method other than the lift-off method.

【0041】[0041]

【発明の効果】本発明に係るレーザドップラー速度計
は、レーザビームを少なくとも一つの入力端から少なく
とも一対の出力端に導波させる分岐型光導波路の一方の
出力端からのレーザビームを物体に照射すると共に、そ
の反射レーザビームと他方の出力端からのレーザビーム
を干渉させ、この干渉させた信号から周波数差を検出し
ているので光学部品を減少させ、低価格、小型化を実現
できる。
The laser Doppler velocimeter according to the present invention irradiates an object with a laser beam from one output end of a branch type optical waveguide that guides the laser beam from at least one input end to at least a pair of output ends. At the same time, the reflected laser beam and the laser beam from the other output end are interfered with each other, and the frequency difference is detected from the interfering signal, so that the number of optical components can be reduced, and the cost and the size can be reduced.

【0042】また、分岐型光導波路の分岐部上に金属被
覆部を装荷することにより、光導波路素子の不要光を減
衰させることができ、レーザドップラー速度計の性能の
劣化を防止できる。
Further, by loading the metal coating on the branch portion of the branch type optical waveguide, unnecessary light of the optical waveguide element can be attenuated and deterioration of the performance of the laser Doppler velocimeter can be prevented.

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

【図1】本発明に係るレーザドップラー速度計の実施の
形態の概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of a laser Doppler velocimeter according to the present invention.

【図2】上記実施の形態で使われる光導波路素子の模式
図である。
FIG. 2 is a schematic view of an optical waveguide device used in the above embodiment.

【図3】上記光導波路素子で使われるY字分岐型光導波
路の形成工程図である。
FIG. 3 is a process drawing of forming a Y-shaped branched optical waveguide used in the optical waveguide device.

【図4】上記光導波路素子で使われる光変調器の形成工
程図である。
FIG. 4 is a process drawing of an optical modulator used in the optical waveguide device.

【図5】上記光導波路素子の変形例の模式図である。FIG. 5 is a schematic view of a modification of the optical waveguide device.

【図6】金属クラッディングを形成した光導波路素子の
模式図である。
FIG. 6 is a schematic view of an optical waveguide device having a metal cladding.

【図7】上記金属クラッディグの形成工程図である。FIG. 7 is a process drawing of forming the metal cladding.

【図8】従来のレーザドップラー速度計の概略構成図で
ある。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a conventional laser Doppler velocimeter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザドップラー速度計 2 光導波路素子 3 Y字分岐型光導波路 4 光変調器 5 光学系 12 光検出器 13 復調器 1 Laser Doppler Velocity Meter 2 Optical Waveguide Element 3 Y-Branched Optical Waveguide 4 Optical Modulator 5 Optical System 12 Photodetector 13 Demodulator

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 振動している物体にレーザビームを当
て、ドップラー効果により変化した上記レーザビームの
周波数に応じて上記物体の速度を測定するレーザドップ
ラー速度計において、 上記レーザビームを少なくとも一つの入力端から少なく
とも一対の出力端に導波させる分岐型光導波路を結晶基
板に形成してなる光導波路素子と、 上記分岐型光導波路の一方の出力端からのレーザビーム
を上記物体に照射すると共に、その反射レーザビームと
他方の出力端からのレーザビームとを干渉させる光学系
と、 上記光学系による干渉で得られた信号から周波数差を検
出する検出手段とを備えることを特徴とするレーザドッ
プラー速度計。
1. A laser Doppler velocimeter for irradiating a vibrating object with a laser beam and measuring the speed of the object according to the frequency of the laser beam changed by the Doppler effect. An optical waveguide element formed by forming on a crystal substrate a branched optical waveguide for guiding at least a pair of output ends from an end, and irradiating the object with a laser beam from one output end of the branched optical waveguide, A laser Doppler velocity including an optical system for causing the reflected laser beam and the laser beam from the other output end to interfere with each other, and a detection unit for detecting a frequency difference from a signal obtained by the interference by the optical system. Total.
【請求項2】 上記分岐型光導波路の分岐部から一方の
出力端にかけての光導波路の上記入力端から上記分岐部
までの分岐前の光導波路部分と平行な直線部分に、該直
線部分の光導波路を挟み込むように一対の金属電極を形
成してなる光導波路素子を備えることを特徴とする請求
項1記載のレーザドップラー速度計。
2. A linear part of the optical waveguide from the branch part to one output end of the branch type optical waveguide, which is parallel to the optical waveguide part before branching from the input end to the branch part, The laser Doppler velocimeter according to claim 1, further comprising: an optical waveguide element formed by forming a pair of metal electrodes so as to sandwich the waveguide.
【請求項3】 上記分岐型光導波路の分岐部上に金属被
覆部を形成してなることを特徴とする請求項1記載のレ
ーザドップラー速度計。
3. The laser Doppler velocimeter according to claim 1, wherein a metal coating portion is formed on a branch portion of the branch type optical waveguide.
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