JPH1019508A - Light wave interference measuring device and measuring system for variation of reflective index - Google Patents

Light wave interference measuring device and measuring system for variation of reflective index

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JPH1019508A
JPH1019508A JP8191449A JP19144996A JPH1019508A JP H1019508 A JPH1019508 A JP H1019508A JP 8191449 A JP8191449 A JP 8191449A JP 19144996 A JP19144996 A JP 19144996A JP H1019508 A JPH1019508 A JP H1019508A
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JP
Japan
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light
frequency
optical system
interference
optical path
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Application number
JP8191449A
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Japanese (ja)
Inventor
Koichi Tsukihara
浩一 月原
Jun Kawakami
潤 川上
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure variation of a reflective index of a gas in an optical passage with high accuracy by accurately securing coaxial property of third and fourth lights without influence of variation of an emission direction of a first light. SOLUTION: When an emission direction of a light having a frequency ω2 from a light source 31 is varied with respect to a designed optical axis, lights having frequencies ω2 ', ω3 ' emitted from a frequency modulation section 101 are similarly affected by variation of the emission direction of the light having the frequency ω2 . As a result, since a coaxial property of the lights having the frequencies ω2 ', ω3 ' is attained with high accuracy, a real displacement quantity D of a moving mirror 5 is obtained with high accuracy insusceptibly of variation of the emission direction of the light having the frequency ω2 from the light source 31. Thus, since the coaxial property of the lights having the frequencies ω2 ', ω3 ' is attained with high accuracy insusceptible of variation of the emission direction of the light from the light source 31, it is possible to measure variation of a reflective index of a gas in an optical passage with high accuracy by using a heterodyne interference method.

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】本発明は光波干渉測定装置お
よび屈折率変動測定系に関し、特に光路中の気体の屈折
率変動について高精度な測定を行うための光波干渉測定
装置および屈折率変動測定系に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light wave interference measuring apparatus and a refractive index fluctuation measuring system, and more particularly to a light wave interference measuring apparatus and a refractive index fluctuation measuring system for performing highly accurate measurement of a refractive index fluctuation of a gas in an optical path. It is about.

【0002】[0002]

【従来の技術】図15は、従来の光波干渉測定装置の構
成を概略的に示す図である。図15の光波干渉測定装置
は、移動鏡5の光軸方向(図中矢印方向)の変位量を測
長するための測長用干渉計を備えている。測長用干渉計
において、測長用光源1は、周波数が互いにわずかに異
なり、偏光方位が互いに直交した周波数ω1の光と周波
数ω1'の光とを射出する。
2. Description of the Related Art FIG. 15 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional light wave interference measuring device. The light wave interference measuring apparatus of FIG. 15 includes a length measuring interferometer for measuring the displacement amount of the movable mirror 5 in the optical axis direction (the direction of the arrow in the figure). In the length measuring interferometer, the length measuring light source 1 emits light of frequency ω 1 and light of frequency ω 1 ′ whose frequencies are slightly different from each other and whose polarization directions are orthogonal to each other.

【0003】この2つの異なる周波数の光は、ビームス
プリッタ2を介して偏光ビームスプリッタ3に入射し、
周波数ω1'の光と周波数ω1 の光とに分離される。周波
数ω1'の光は参照光となり、固定鏡4で反射された後、
再び偏光ビームスプリッタ3に戻る。また、周波数ω1
の光は測定光となり、移動鏡5で反射された後、再び偏
光ビームスプリッタ3に戻る。偏光ビームスプリッタ3
に戻った測定光と参照光とは、同一光路に沿って偏光ビ
ームスプリッタ3から射出され、偏光板6を介して干渉
する。偏光板6を介して生成された干渉光は、光電変換
素子7で受光される。光電変換素子7で変換された測定
ビート信号は、位相計10に入力される。
[0003] The two different frequencies of light are incident on a polarizing beam splitter 3 via a beam splitter 2,
The light having the frequency ω 1 ′ and the light having the frequency ω 1 are separated. The light of the frequency ω 1 ′ becomes the reference light, and after being reflected by the fixed mirror 4,
The process returns to the polarization beam splitter 3 again. Also, the frequency ω 1
Is reflected by the movable mirror 5 and returns to the polarization beam splitter 3 again. Polarizing beam splitter 3
The measurement light and the reference light returned to are emitted from the polarizing beam splitter 3 along the same optical path and interfere via the polarizing plate 6. The interference light generated via the polarizing plate 6 is received by the photoelectric conversion element 7. The measurement beat signal converted by the photoelectric conversion element 7 is input to the phase meter 10.

【0004】一方、測長用光源1から射出された周波数
ω1 の光および周波数ω1'の光のうちの一部はビームス
プリッタ2によって反射され、偏光板8を介して干渉す
る。偏光板8を介して生成された干渉光は光電変換素子
9によって検出され、参照ビート信号として位相計10
に入力される。位相計10は、参照ビート信号に対する
測定ビート信号の位相変化を測定することによって移動
鏡5の変位量D(ω1 )を求め、その変位量情報に関す
る信号を演算器11に出力する。
On the other hand, part of the light of the light and the frequency omega 1 of the frequency omega 1 emitted from the long light source 1 measurement 'is reflected by the beam splitter 2, interfering through the polarizing plate 8. Interference light generated via the polarizing plate 8 is detected by the photoelectric conversion element 9 and used as a reference beat signal by a phase meter 10.
Is input to The phase meter 10 obtains the displacement amount D (ω 1 ) of the movable mirror 5 by measuring the phase change of the measurement beat signal with respect to the reference beat signal, and outputs a signal relating to the displacement amount information to the calculator 11.

【0005】ところで、光波の干渉による測長を精密
(高精度)に行うためには、光路中の空気(またはその
他の気体)の屈折率変動を無視することができない。そ
こで、従来の光波干渉測定装置は、光路中の空気の屈折
率変動を測定するヘテロダイン干渉方式を用いた屈折率
変動測定系を備えている。屈折率変動測定系を備えた光
波干渉測定装置では、上述の測長用干渉計で測定した移
動鏡5の変位量D(ω1)から、光路中の空気の屈折率
変動の影響を補正し、移動鏡5の真の変位量Dを求め
る。
[0005] In order to measure the length accurately (highly accurate) by interference of light waves, fluctuations in the refractive index of air (or other gas) in the optical path cannot be ignored. Therefore, a conventional light wave interference measuring apparatus includes a refractive index fluctuation measuring system using a heterodyne interference method for measuring a refractive index fluctuation of air in an optical path. In the light wave interference measuring apparatus equipped with a refractive index fluctuation measuring system, the influence of the refractive index fluctuation of air in the optical path is corrected based on the displacement D (ω 1 ) of the movable mirror 5 measured by the above-described length measuring interferometer. , The true displacement D of the movable mirror 5 is determined.

【0006】屈折率変動測定系は、周波数ω2 の光と、
周波数ω2 の光の2倍の周波数を有する周波数ω3 の光
(ω3 =2ω2 )とを間隔を隔てて互いに平行に射出す
る光源151を備えている。光源151から射出された
周波数ω2 の光および周波数ω3 の光は、音響光学素子
154および152にそれぞれ入射する。音響光学素子
154に入射した周波数ω2 の光は、周波数ω2 からわ
ずかに周波数のずれた周波数ω2'の光(ω2'=ω2 +Δ
ω2 )に周波数変調される。また、音響光学素子152
に入射した周波数ω3 の光は、周波数ω3 からわずかに
周波数のずれた周波数ω3'の光(ω3'=ω3 +Δω3
に周波数変調される。
[0006] The refractive index fluctuation measuring system is composed of a light of frequency ω 2 ,
And a light source 151 for emitting in parallel to each other at an interval and a frequency omega 3 light (ω 3 = 2ω 2) having twice the frequency omega 2 of the light. The light having the frequency ω 2 and the light having the frequency ω 3 emitted from the light source 151 enter the acousto-optic elements 154 and 152, respectively. Optical frequency omega 2 incident on the acousto-optic device 154, 'light (omega 2' frequency omega 2 which slightly shifted in frequency from the frequency ω 2 = ω 2 + Δ
ω 2 ). Also, the acousto-optic element 152
Light of frequency omega 3 which is incident on the 'light (omega 3' slightly frequencies omega 3 shifted frequency from the frequency ω 3 = ω 3 + Δω 3 )
Is frequency-modulated.

【0007】音響光学素子152を介した周波数ω3'の
光は反射鏡153を介して、音響光学素子154を介し
た周波数ω2'の光は直接に、それぞれダイクロイックミ
ラー155に入射する。こうして、ダイクロイックミラ
ー155を介して同軸に(同一の光路に沿って)結合さ
れた周波数ω2'の光および周波数ω3'の光は、もう1つ
のダイクロイックミラー33に入射する。ダイクロイッ
クミラー33で反射された周波数ω2'の光および周波数
ω3'の光は、偏光ビームスプリッタ3に入射する。
The light of frequency ω 3 ′ via the acousto-optic device 152 is incident on the dichroic mirror 155 via the reflector 153, and the light of frequency ω 2 ′ via the acousto-optic device 154 is directly incident on the dichroic mirror 155. Thus, the light of the frequency ω 2 ′ and the light of the frequency ω 3 ′ that are coaxially coupled (along the same optical path) via the dichroic mirror 155 are incident on another dichroic mirror 33. The light having the frequency ω 2 ′ and the light having the frequency ω 3 ′ reflected by the dichroic mirror 33 are incident on the polarization beam splitter 3.

【0008】周波数ω2'の光および周波数ω3'の光は、
偏光ビームスプリッタ3によって、固定鏡4側に反射さ
れる光(参照光)と移動鏡5側へ透過する光(測定光)
とに分割される。参照光と測定光とは、その偏光方位が
互いに直交しているが、いずれも周波数ω2'の光および
周波数ω3'の光をそれぞれ含んでいる。その後、固定鏡
4および移動鏡5でそれぞれ反射された参照光および測
定光は、偏光ビームスプリッタ3に入射して結合され、
同一光路に沿って射出される。偏光ビームスプリッタ3
で結合された参照光および測定光は、ダイクロイックミ
ラー34で反射され、偏光ビームスプリッタ35に入射
する。偏光ビームスプリッタ35は、移動鏡5で反射さ
れた測定光(周波数ω2'の光および周波数ω3'の光)を
透過し、固定鏡4で反射された参照光(周波数ω2'の光
および周波数ω3'の光)を反射する。
The light of frequency ω 2 ′ and the light of frequency ω 3
Light reflected by the polarizing beam splitter 3 toward the fixed mirror 4 (reference light) and light transmitted through the movable mirror 5 (measurement light)
And divided into The polarization directions of the reference light and the measurement light are orthogonal to each other, but both include the light having the frequency ω 2 ′ and the light having the frequency ω 3 ′. After that, the reference light and the measurement light reflected by the fixed mirror 4 and the movable mirror 5, respectively, enter the polarization beam splitter 3 and are combined,
Emitted along the same optical path. Polarizing beam splitter 3
The reference light and the measurement light combined by are reflected by the dichroic mirror 34 and enter the polarization beam splitter 35. Polarization beam splitter 35, the light of the measuring light reflected by the movable mirror 5 is transmitted through the (light of 'light and the frequency omega 3' of the frequency omega 2), the reference light reflected by the fixed mirror 4 (the frequency omega 2 ' And light of frequency ω 3 ′).

【0009】偏光ビームスプリッタ35を透過した周波
数ω2'の光および周波数ω3'の光のうちの周波数の小さ
い周波数ω2'の光は、第2高調波変換素子(以下、「S
HG変換素子」という)36によって周波数ω3'' (ω
3'' =2ω2')の光に変換される。一方、周波数ω3'の
光は、SHG変換素子36をそのまま透過する。その結
果、SHG変換素子36によって周波数ω2'から周波数
ω3'' に変換された光と移動鏡5で反射された周波数ω
3'の光とが干渉し、その干渉光が光電変換素子37によ
って検出される。また、偏光ビームスプリッタ35で反
射された周波数ω2'の光および周波数ω3'の光について
も、SHG変換素子38の作用により、周波数ω2'から
周波数ω3'' に変換された光と固定鏡4で反射された周
波数ω3'の光との干渉光が光電変換素子39で検出され
る。
The light of the frequency ω 2 ′ having a smaller frequency among the light of the frequency ω 2 ′ and the light of the frequency ω 3 ′ transmitted through the polarizing beam splitter 35 is transmitted to a second harmonic conversion element (hereinafter referred to as “S
The frequency ω 3 ″ (ω
3 ″ = 2ω 2 ′). On the other hand, the light having the frequency ω 3 ′ passes through the SHG conversion element 36 as it is. As a result, the light converted from the frequency ω 2 ′ to the frequency ω 3 ″ by the SHG conversion element 36 and the frequency ω
The light 3 ′ interferes, and the interference light is detected by the photoelectric conversion element 37. Also, the light of frequency ω 2 ′ and the light of frequency ω 3 ′ reflected by the polarization beam splitter 35 are the same as the light converted from frequency ω 2 ′ to frequency ω 3 ″ by the action of the SHG conversion element 38. Interference light with the light of the frequency ω 3 ′ reflected by the fixed mirror 4 is detected by the photoelectric conversion element 39.

【0010】光電変換素子37で検出された干渉信号す
なわち測定信号および光電変換素子39で検出された干
渉信号すなわち参照信号は、それぞれ位相計40に入力
される。位相計40では、参照信号と測定信号との位相
変化に基づいて、周波数ω3の光に対する光路長変化D
(ω3 )と周波数ω2 の光に対する光路長変化D
(ω2 )との差すなわち{D(ω3 )−D(ω2 )}を
求める。位相計40で求められた{D(ω3 )−D(ω
2 )}に関する信号は、演算器11に供給される。演算
器11では、位相計40からの{D(ω3 )−D
(ω2 )}に関する信号に基づいて、測長用光源1を用
いた測長用干渉計で測定した移動鏡5の変位量D
(ω1 )を補正し、真の変位量(幾何学的な距離)Dが
求められる。
The interference signal detected by the photoelectric conversion element 37, ie, the measurement signal, and the interference signal detected by the photoelectric conversion element 39, ie, the reference signal, are input to the phase meter 40, respectively. In the phase meter 40, based on a phase change of the reference signal and the measurement signal, the optical path length variation with respect to the frequency omega 3 light D
3 ) and optical path length change D for light of frequency ω 2
2 ), that is, {D (ω 3 ) −D (ω 2 )}. ΔD (ω 3 ) −D (ω obtained by the phase meter 40
2 ) The signal related to} is supplied to the arithmetic unit 11. In the arithmetic unit 11, ΔD (ω 3 ) −D from the phase meter 40
2 )}, the displacement amount D of the moving mirror 5 measured by the length measuring interferometer using the length measuring light source 1 based on the signal D
1 ) is corrected, and the true displacement amount (geometric distance) D is obtained.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の光波干渉測定装置では、光源151が周波数ω2 の光
と周波数ω3 の光とを互いに間隔を隔てて平行に射出し
ている。したがって、光源151の製造誤差により初期
的に、また装置の作動により経時的に、周波数ω2 の光
の射出方向と周波数ω3 の光の射出方向とが互いに独立
に変動する可能性がある。すなわち、光源151から射
出される周波数ω2 の光と周波数ω3 の光との間に正確
な平行性を確保することができず、その結果ダイクロイ
ックミラー33を介した周波数ω2'の光と周波数ω3'の
光との間に正確な同軸性を確保することができない。
[0007] As described above, in the conventional optical interference measuring apparatus, the light source 151 are emitted in parallel spaced apart from each other and a light of a frequency omega 2 of the light and the frequency omega 3. Thus, initially by the production error of the light source 151, also over time by the operation of the device, there is a possibility that the emission direction of the frequency omega 2 of the light emitting direction and the frequency omega 3 light varies independently of each other. That is, accurate parallelism between the light of the frequency ω 2 and the light of the frequency ω 3 emitted from the light source 151 cannot be ensured. As a result, the light of the frequency ω 2 ′ via the dichroic mirror 33 is not It is not possible to ensure accurate coaxiality with light of frequency ω 3 ′.

【0012】なお、従来の光波干渉測定装置では、周波
数ω2 の光で測定した移動鏡の変位量と周波数ω3 の光
で測定した移動量の変位量の差、すなわち2つの異なる
周波数の光の光路長差に基づいて、光路中の空気の屈折
率変動の影響を求めている。したがって、移動鏡の変位
量を高精度に測定するには、周波数ω2 の光と周波数ω
3 の光との同軸性を正確に確保しなければならない。同
軸性を正確に確保することができない場合、それぞれの
周波数の光で測定した移動鏡の変位量にそれぞれ独立な
誤差が生じ、2つの異なる周波数の光の光路長差を正確
に求めることができない。その結果、ヘテロダイン干渉
方式を用いて光路中の空気の屈折率変動を高精度に測定
することができず、光波干渉測定装置の測定精度が低下
するという不都合があった。
In the conventional light wave interference measuring apparatus, the difference between the displacement of the movable mirror measured with the light of the frequency ω 2 and the displacement of the movement measured with the light of the frequency ω 3 , that is, the light of two different frequencies The influence of the refractive index fluctuation of the air in the optical path is obtained based on the optical path length difference. Therefore, in order to measure the displacement amount of the movable mirror with high accuracy, the light of frequency ω 2 and the frequency ω
The coaxiality with the light of 3 must be ensured accurately. If the coaxiality cannot be ensured accurately, errors in the displacement of the movable mirror measured with the light of each frequency are generated independently, and the optical path length difference between the light of two different frequencies cannot be accurately obtained. . As a result, the variation in the refractive index of air in the optical path cannot be measured with high accuracy using the heterodyne interference method, and the measurement accuracy of the light wave interference measurement device is reduced.

【0013】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、光源からの光の射出方向の変動の影響を受け
ることなく光路中の気体の屈折率変動をさらに高精度に
測定することのできるヘテロダイン干渉方式を用いた光
波干渉測定装置および屈折率変動測定系を提供すること
を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to measure a change in the refractive index of a gas in an optical path with higher accuracy without being affected by a change in a direction in which light is emitted from a light source. It is an object of the present invention to provide a light wave interference measurement device and a refractive index fluctuation measurement system using a heterodyne interference method that can be used.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明において、所定方向に沿った移動鏡の変位量
を測定するための測長用干渉計と、該測長用干渉計の光
路中の気体の屈折率変動を測定するための屈折率変動測
定系とを備え、前記測長用干渉計で測定した前記移動鏡
の変位量を前記屈折率変動測定系で測定した前記光路中
の気体の屈折率変動情報に基づいて補正することによっ
て前記移動鏡の幾何学的変位量を測定する光波干渉測定
装置において、前記屈折率変動測定系は、第1の周波数
を有する第1の光を供給するための光源と、前記光源か
らの前記第1の光の一部を前記第1の周波数とは異なる
第2の周波数を有する第2の光に変換し、前記第1の光
と前記第2の光とを同一の光路に沿って出力するための
周波数変換手段と、前記周波数変換手段から同一の光路
に沿って出力された前記第1の光および前記第2の光を
それぞれ所定の周波数だけ周波数変調して第3の光およ
び第4の光を生成し、生成された前記第3の光と前記第
4の光とを同一の光路に沿って出力するための周波数変
調手段と、前記測長用干渉計の測定光路を介した前記第
3の光および前記第4の光のうちの一方の光の周波数を
他方の光の周波数とほぼ一致させることによってヘテロ
ダイン干渉による第1干渉光を生成するための第1干渉
光生成系と、前記測長用干渉計の参照光路を介した前記
第3の光および前記第4の光のうち一方の光の周波数を
他方の光の周波数とほぼ一致させることによってヘテロ
ダイン干渉による第2干渉光を生成するための第2干渉
光生成系とを備え、前記第1干渉光および前記第2干渉
光に基づいて前記測長用干渉計の光路中の気体の屈折率
変動を測定し、補正することを特徴とする光波干渉測定
装置を提供する。
In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, there is provided a length measuring interferometer for measuring a displacement amount of a movable mirror along a predetermined direction, and a method for measuring the displacement amount of the moving mirror. A refractive index fluctuation measuring system for measuring a refractive index fluctuation of a gas in an optical path, wherein the displacement amount of the movable mirror measured by the length measuring interferometer is measured by the refractive index fluctuation measuring system. In the optical interference measurement apparatus for measuring the amount of geometric displacement of the movable mirror by correcting based on the refractive index variation information of the gas, the refractive index variation measuring system includes a first light having a first frequency. And a part of the first light from the light source is converted to a second light having a second frequency different from the first frequency, and the first light and the Frequency conversion means for outputting the second light along the same optical path; The first light and the second light output from the frequency conversion means along the same optical path are frequency-modulated by a predetermined frequency to generate third light and fourth light, respectively. Frequency modulating means for outputting the third light and the fourth light along the same optical path, and the third light and the fourth light via the measuring optical path of the length measuring interferometer. A first interference light generation system for generating a first interference light by heterodyne interference by making a frequency of one of the lights substantially equal to a frequency of the other light; and reference to the interferometer for length measurement. A second interference light for generating a second interference light by heterodyne interference by making a frequency of one of the third light and the fourth light substantially equal to a frequency of the other light through an optical path; A generation system, wherein the first interference light Based on the preliminary second interference light to measure the refractive index variation of the gas in the optical path of the length-measuring interferometer, to provide an optical wave interference measuring apparatus and correcting.

【0015】本発明の好ましい態様によれば、前記周波
数変換手段は、前記第1の光の一部を高調波に変換し、
該高調波を前記第2の光として出力するための高調波変
換素子である。また、前記周波数変調手段は、前記第1
の光および前記第2の光をそれぞれ所定の周波数だけ周
波数変調するための少なくとも1つの周波数変調素子
と、前記少なくとも1つの周波数変調素子を介して生成
された前記第3の光と前記第4の光とを同一の光路に沿
って結合させるための補正光学系とを有することが好ま
しい。この場合、前記周波数変調素子は、ブラッグ回折
を利用した音響光学素子であることがさらに好ましい。
According to a preferred aspect of the present invention, the frequency conversion means converts a part of the first light into a harmonic,
A harmonic conversion element for outputting the harmonic as the second light. Further, the frequency modulating means includes the first
At least one frequency modulation element for frequency-modulating each of the second light and the second light by a predetermined frequency, the third light generated via the at least one frequency modulation element, and the fourth light It is preferable to have a correction optical system for coupling light with the same optical path. In this case, it is more preferable that the frequency modulation element is an acousto-optic element using Bragg diffraction.

【0016】また、本発明の好ましい態様によれば、前
記補正光学系は、前記周波数変調素子を介して生成され
た前記第3の光および前記第4の光を屈折することによ
って間隔を隔てて互いに平行な光に変換するための屈折
光学系と、該屈折光学系を介して互いに平行に変換され
た前記第3の光と前記第4の光とを同一の光路に沿って
結合させるための周波数結合素子とを有する。あるい
は、前記補正光学系は、前記周波数変調素子を介して生
成された前記第3の光および前記第4の光を回折するこ
とによって間隔を隔てて互いに平行な光に変換するため
の回折光学系と、該回折光学系を介して互いに平行に変
換された前記第3の光と前記第4の光とを同一の光路に
沿って結合させるための周波数結合素子とを有する。
Further, according to a preferred aspect of the present invention, the correction optical system separates the third light and the fourth light generated through the frequency modulation element by separating the third light and the fourth light. A refraction optical system for converting the light into parallel light, and a third light and the fourth light which are converted into parallel light through the refraction optical system, along the same optical path. A frequency coupling element. Alternatively, the correction optical system is a diffractive optical system for converting the third light and the fourth light generated via the frequency modulation element into light parallel to each other at an interval by diffracting the third light and the fourth light. And a frequency coupling element for coupling the third light and the fourth light converted in parallel to each other via the diffractive optical system along the same optical path.

【0017】また、本発明の別の局面によれば、所定の
光路中の気体の屈折率変動を測定するための屈折率変動
測定系において、第1の周波数を有する第1の光を供給
するための光源と、前記光源からの前記第1の光の一部
を前記第1の周波数とは異なる第2の周波数を有する第
2の光に変換し、前記第1の光と前記第2の光とを同一
の光路に沿って出力するための周波数変換手段と、前記
周波数変換手段から同一の光路に沿って出力された前記
第1の光および前記第2の光をそれぞれ所定の周波数だ
け周波数変調して第3の光および第4の光を生成し、生
成された前記第3の光と前記第4の光とを同一の光路に
沿って出力するための周波数変調手段と、前記光路を介
した前記第3の光および前記第4の光のうちの一方の光
の周波数を他方の光の周波数とほぼ一致させることによ
ってヘテロダイン干渉による干渉光を生成するための干
渉光生成系とを備え、前記干渉光に基づいて、前記測長
用干渉計の光路中の気体の屈折率変動を測定することを
特徴とする屈折率変動測定系を提供する。
According to another aspect of the present invention, a first light having a first frequency is supplied to a refractive index fluctuation measuring system for measuring a refractive index fluctuation of a gas in a predetermined optical path. For converting a part of the first light from the light source into a second light having a second frequency different from the first frequency, and converting the first light and the second light Frequency conversion means for outputting light along the same optical path, and the first light and the second light output along the same optical path from the frequency conversion means are respectively frequency-converted by a predetermined frequency. Frequency modulating means for modulating to generate third light and fourth light and outputting the generated third light and fourth light along the same optical path; The frequency of one of the third light and the fourth light through the other An interference light generation system for generating interference light due to heterodyne interference by substantially matching the frequency of the light, and measuring a refractive index variation of gas in an optical path of the length measuring interferometer based on the interference light. And a refractive index fluctuation measuring system.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本発明の光波干渉測定装置および
屈折率変動測定系では、1つの光源から射出された第1
の周波数を有する第1の光に基づいて、たとえば第2高
調波変換素子(SHG変換素子)のような周波数変換手
段の作用により、第1の周波数とは異なる第2の周波数
を有する第2の光を生成し、第1の光と第2の光とを同
一の光路に沿って出力する。次いで、たとえば音響光学
素子のような周波数変調素子の作用により、第1の光お
よび第2の光をそれぞれ所定の周波数だけ周波数変調し
て第3の光および第4の光を生成する。生成された第3
の光と第4の光とは、たとえば屈折光学系と周波数結合
素子とからなる補正光学系の作用により、同一の光路に
沿って屈折率変動を測定すべき所定光路に導かれる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In a light wave interference measuring apparatus and a refractive index fluctuation measuring system according to the present invention, a first light source emitted from one light source is used.
The second light having a second frequency different from the first frequency is generated based on the first light having the second frequency by the action of a frequency conversion means such as a second harmonic conversion element (SHG conversion element). Light is generated, and the first light and the second light are output along the same optical path. Next, the first light and the second light are frequency-modulated by predetermined frequencies, respectively, by the action of a frequency modulation element such as an acousto-optic element to generate third light and fourth light. 3rd generated
And the fourth light are guided along the same optical path to a predetermined optical path whose refractive index variation is to be measured, by the action of a correction optical system including a refractive optical system and a frequency coupling element, for example.

【0019】このように、本発明では、光源からの第1
の光の射出方向が設計光軸に対して変動しても、屈折率
変動を測定すべき所定光路に導かれる第3の光および第
4の光は、光源からの第1の光の射出方向の変動の影響
を互いに同じように受けることになる。その結果、第3
の光および第4の光の進行方向が設計光軸に対して変動
することはあっても、第3の光と第4の光とは同一の光
路に沿って屈折率変動を測定すべき所定光路中を伝搬す
る。すなわち、光源からの第1の光の射出方向の変動の
影響を受けることなく第3の光と第4の光との同軸性を
正確に確保することができるので、ヘテロダイン干渉方
式を用いて光路中の空気の屈折率変動を高精度に測定す
ることができる。
As described above, in the present invention, the first light source
Even if the emission direction of the light fluctuates with respect to the design optical axis, the third light and the fourth light guided to the predetermined optical path where the refractive index fluctuation is to be measured are the emission directions of the first light from the light source. Are affected in the same way as each other. As a result, the third
Although the traveling directions of the third light and the fourth light may fluctuate with respect to the design optical axis, the third light and the fourth light have predetermined refractive index fluctuations to be measured along the same optical path. Propagation in the optical path. That is, since the coaxiality of the third light and the fourth light can be accurately secured without being affected by the fluctuation of the emission direction of the first light from the light source, the optical path can be adjusted using the heterodyne interference method. Variations in the refractive index of air inside can be measured with high accuracy.

【0020】以下、本発明の実施例を、添付図面に基づ
いて説明する。図1は、本発明の実施例にかかる光波干
渉測定装置の構成を概略的に示す図である。また、図2
は、図1の周波数変調部101の内部構成を概略的に示
す図である。図1の光波干渉測定装置は、光路中の空気
(またはその他の気体)の屈折率変動を測定するための
屈折率変動測定系を備えている。屈折率変動測定系にお
いて、光源31から射出された周波数ω2 の光はSHG
変換素子32に入射し、周波数ω2 の光の一部がSHG
変換素子32により周波数ω3 (ω3 =2ω2 )の光に
変換され、その残部がSHG変換素子32をそのまま透
過する。SHG変換素子32から射出された周波数ω2
の光および周波数ω3 の光は、同一光路に沿って同軸で
周波数変調部101に入射する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a light wave interference measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 2 is a diagram schematically showing an internal configuration of a frequency modulation unit 101 in FIG. The optical interference measurement apparatus of FIG. 1 includes a refractive index fluctuation measurement system for measuring a refractive index fluctuation of air (or other gas) in an optical path. In the refractive index fluctuation measurement system, the light of frequency ω 2 emitted from the light source 31 is SHG
Part of the light having a frequency of ω 2 that is incident on the conversion element 32 is SHG
The light is converted into light having a frequency ω 33 = 2ω 2 ) by the conversion element 32, and the remaining light passes through the SHG conversion element 32 as it is. Frequency ω 2 emitted from SHG conversion element 32
And the light of the frequency ω 3 enter the frequency modulation unit 101 coaxially along the same optical path.

【0021】なお、SHG変換素子32には、例えば非
線形光学結晶KTiOPO4 を用いることができる。ま
た、SHG変換素子32によってSHG変換された周波
数ω3 の光の偏光方位は、SHG変換素子32に入射し
てそのまま透過する周波数ω2 の光の偏光方位とは異な
る。そこで、図1では図示を省略しているが、たとえば
SHG変換素子32と周波数変調部101との間には、
周波数ω2 の光の偏光方位と周波数ω3 の光の偏光方位
とを一致させるための光学系(複数個の波長板)が配置
されている。
For the SHG conversion element 32, for example, a nonlinear optical crystal KTiOPO 4 can be used. The polarization direction of the SHG frequency omega 3 of light by the SHG element 32 is different from the polarization direction of the frequency omega 2 of the light directly passes and enters the SHG device 32. Therefore, although not shown in FIG. 1, for example, between the SHG conversion element 32 and the frequency modulation section 101,
Optics for matching the polarization direction of the polarization direction of the frequency omega 2 of the light and the frequency omega 3 light (the plurality of wave plates) are arranged.

【0022】図2を参照すると、同一の光路に沿って同
軸で周波数変調部101に入射した周波数ω2 の光およ
び周波数ω3 の光は、周波数変調素子としての音響光学
素子51に入射する。音響光学素子51では、音響光学
媒体に伝搬される超音波によって、音響光学媒体中に周
期的な屈折率変化が生じる。その結果、音響光学素子5
1は回折格子の機能を発揮し、特定の角度において入射
光はブラッグ回折をうける。ブラッグ回折の回折角は、
入射光の有する周波数と超音波の周波数とに依存する。
したがって、周波数の互いに異なる周波数ω2 の光と周
波数ω3 の光とでは回折角が異なり、図2に示すように
それぞれ異なった方向に沿って進む。
Referring to FIG. 2, the light of frequency ω 2 and the light of frequency ω 3 which are coaxially incident on the frequency modulation unit 101 along the same optical path enter the acousto-optic device 51 as a frequency modulation device. In the acousto-optic element 51, the ultrasonic wave propagated to the acousto-optic medium causes a periodic change in the refractive index in the acousto-optic medium. As a result, the acousto-optic device 5
Numeral 1 performs the function of a diffraction grating, and incident light undergoes Bragg diffraction at a specific angle. The diffraction angle of Bragg diffraction is
It depends on the frequency of the incident light and the frequency of the ultrasonic wave.
Therefore, different diffraction angles in the different frequency omega 2 of the light and the frequency omega 3 optical frequency, travel along different directions, respectively, as shown in FIG.

【0023】ここで、音響光学媒体を伝搬する超音波の
周波数をΔfとし、周波数ω2 の光に対しても周波数ω
3 の光に対しても音響光学素子51の回折光のうち+1
次回折光を用いるとする。この場合、周波数ω2 の光
は、周波数ω2'(=ω2 +Δf)の光200に周波数変
調され且つ所定の回折角で回折される。また、周波数ω
3 の光は、周波数ω3'(=ω3 +Δf)の光300に周
波数変調され且つ所定の回折角で回折される。音響光学
素子51を介した周波数ω2'の光200および周波数ω
3'の光300は、たとえば正レンズからなるコリメート
レンズ52により互いに平行な光になる。
Here, the ultrasonic wave propagating through the acousto-optic medium is
Let the frequency be Δf and the frequency ωTwo Frequency ω
Three Of the diffracted light of the acousto-optic element 51
Next-order diffracted light is used. In this case, the frequency ωTwo Light of
Is the frequency ωTwo'(= ΩTwo + Δf) to the light 200
And is diffracted at a predetermined diffraction angle. Also, the frequency ω
Three The light at the frequency ωThree'(= ΩThree + Δf) around the light 300
Wave number modulated and diffracted at a predetermined diffraction angle. Acousto-optics
Frequency ω via element 51Two'Light 200 and frequency ω
Three'Light 300 is, for example, a collimator
The light becomes parallel to each other by the lens 52.

【0024】ここで、回折角の小さな周波数ω3'の光3
00の進行方向とコリメートレンズ52の光軸とが一致
するように構成すれば、コリメートレンズ52として周
波数ω2'の光と周波数ω3'の光とで色消しされたレンズ
を用いなくても良い。あるいは、回折角の大きな周波数
ω2'の光200の進行方向とコリメートレンズ52の光
軸とが一致するように構成しても良い。
Here, light 3 having a small diffraction angle and a frequency ω 3
If the traveling direction of 00 and the optical axis of the collimating lens 52 are configured to coincide with each other, it is not necessary to use a lens achromatized by the light having the frequency ω 2 ′ and the light having the frequency ω 3 ′ as the collimating lens 52. good. Alternatively, the configuration may be such that the traveling direction of the light 200 having a large diffraction angle and the frequency ω 2 ′ coincides with the optical axis of the collimator lens 52.

【0025】周波数ω2'の光200および周波数ω3'の
光300は、互いに平行な光路に沿って、ダイクロイッ
クプリズム53に入射する。こうして、ダイクロイック
プリズム53の作用により周波数ω2'の光200と周波
数ω3'の光300とは、同軸に結合され、同一の光路に
沿って周波数変調部101から射出される。このよう
に、屈折光学系であるコリメートレンズ52および周波
数結合素子であるダイクロイックプリズム53は、音響
光学素子51を介した周波数ω2'の光200と周波数ω
3'の光300とを同一の光路に沿って結合するための補
正光学系を構成している。
The light 200 at the frequency ω 2 ′ and the light 300 at the frequency ω 3 ′ enter the dichroic prism 53 along optical paths parallel to each other. Thus, the light 300 of the frequency omega 2 'light 200 of the frequency omega 3' by the action of the dichroic prism 53, is coaxially coupled to, and is emitted from the frequency modulation unit 101 along the same optical path. As described above, the collimating lens 52 serving as a refractive optical system and the dichroic prism 53 serving as a frequency coupling element are coupled with the light 200 having the frequency ω 2 ′ and the frequency ω
The correction optical system is configured to couple the 3 ′ light 300 along the same optical path.

【0026】再び図1を参照すると、周波数変調部10
1を介して同一光路に沿って同軸に射出された周波数ω
2'の光および周波数ω3'の光は、たとえばダイクロイッ
クミラーからなる周波数結合素子33によって反射さ
れ、後述する測長用光源1からの光(周波数ω1 近傍の
光)と同一光路上に結合される。なお、周波数結合素子
33は、周波数ω1 近傍の光のみを透過し、それ以外の
周波数の光を反射する特性を有する。
Referring again to FIG. 1, the frequency modulation unit 10
1 and the frequency ω emitted coaxially along the same optical path
The light of 2 ′ and the light of frequency ω 3 ′ are reflected by the frequency coupling element 33 composed of, for example, a dichroic mirror, and are coupled on the same optical path as the light from the length measuring light source 1 (light near the frequency ω 1 ). Is done. The frequency coupling element 33 has a characteristic that transmits only light of the frequency omega 1 near and reflects light at other frequencies.

【0027】周波数結合素子33で反射された周波数ω
2'の光および周波数ω3'の光は、偏光ビームスプリッタ
のような偏光分離素子3に入射する。偏光ビームスプリ
ッタ3は、周波数ω2'の光および周波数ω3'の光の偏光
方位に対して45°だけ傾いて配置されている。したが
って、偏光ビームスプリッタ3に入射した光は、2つの
異なる周波数の光、すなわち偏光ビームスプリッタ3で
反射されて固定鏡4に導かれる参照光と、偏光ビームス
プリッタ3を透過して移動鏡5に導かれる測定光とに分
割される。このように、参照光と測定光とは偏光方位が
互いに直交しており、いずれも周波数ω2'の光および周
波数ω3'の光の双方を含んでいる。
The frequency ω reflected by the frequency coupling element 33
The light of 2 ′ and the light of frequency ω 3 ′ are incident on a polarization separation element 3 such as a polarization beam splitter. The polarization beam splitter 3 is disposed at an angle of 45 ° with respect to the polarization directions of the light having the frequency ω 2 ′ and the light having the frequency ω 3 ′. Therefore, the light incident on the polarization beam splitter 3 is light of two different frequencies, namely, reference light reflected by the polarization beam splitter 3 and guided to the fixed mirror 4 and light transmitted through the polarization beam splitter 3 and transmitted to the movable mirror 5. It is split into guided measurement light. As described above, the reference light and the measurement light have polarization directions orthogonal to each other, and both include both light having the frequency ω 2 ′ and light having the frequency ω 3 ′.

【0028】偏光ビームスプリッタ3で反射された参照
光(周波数ω2'の光および周波数ω3'の光)は、コーナ
キューブプリズムからなる固定鏡4で反射された後、再
び偏光ビームスプリッタ3に戻る。他方、偏光ビームス
プリッタ3を透過した測定光(周波数ω2'の光および周
波数ω3'の光)も移動台(不図示)に取り付けられたコ
ーナキューブプリズムからなる移動鏡5で反射され、再
び偏光ビームスプリッタ3に戻る。
The reference light (light having the frequency ω 2 ′ and light having the frequency ω 3 ′) reflected by the polarization beam splitter 3 is reflected by a fixed mirror 4 composed of a corner cube prism, and then transmitted to the polarization beam splitter 3 again. Return. On the other hand, measurement light (light of frequency ω 2 ′ and light of frequency ω 3 ′) transmitted through the polarization beam splitter 3 is also reflected by the movable mirror 5 composed of a corner cube prism attached to a movable table (not shown), and again. The process returns to the polarization beam splitter 3.

【0029】こうして、参照光路を介して偏光ビームス
プリッタ3から射出された周波数ω2'の光および周波数
ω3'の光と、測定光路を介して偏光ビームスプリッタ3
から射出された周波数ω2'の光および周波数ω3'の光と
は、同一の光路に沿って周波数分離素子34に入射す
る。周波数分離素子34は周波数結合素子33と同様
に、たとえばダイクロイックミラーで構成され、周波数
がω1 近傍の光のみを透過し、他の周波数の光を反射す
る特性を有する。したがって、周波数ω2'の光および周
波数ω3'の光は、周波数分離素子34の作用により、後
述する測長用光源1からの光(周波数ω1 近傍の光)か
ら分離される。
Thus, the light having the frequency ω 2 ′ and the light having the frequency ω 3 ′ emitted from the polarization beam splitter 3 via the reference optical path, and the polarization beam splitter 3 via the measurement optical path.
The light having the frequency ω 2 ′ and the light having the frequency ω 3 ′ emitted from the light source enter the frequency separation element 34 along the same optical path. Similar to the frequency separation element 34 is frequency coupling element 33, for example, a dichroic mirror, has the property of frequency transmits only light of omega 1 near and reflects light of other frequencies. Therefore, the light of the frequency ω 2 ′ and the light of the frequency ω 3 ′ are separated from the light from the length measuring light source 1 (light near the frequency ω 1 ) by the action of the frequency separating element 34.

【0030】周波数分離素子34で反射された周波数ω
2'の光と周波数ω3'の光、すなわち参照光路を介した周
波数ω2'の光および周波数ω3'の光と、測定光路を介し
た周波数ω2'の光および周波数ω3'の光とは、同一の光
路に沿って、たとえば偏光ビームスプリッタからなる偏
光分離素子35に入射する。偏光分離素子35は、移動
鏡5で反射された測定光(周波数ω2'の光および周波数
ω3'の光)を透過し、固定鏡4で反射された参照光(周
波数ω2'の光および周波数ω3'の光)を反射する。
The frequency ω reflected by the frequency separating element 34
Light 'light and the frequency omega 3' of 2, i.e., the light of the 'light and the frequency omega 3' of the frequency omega 2 through the reference optical path, the 'light and the frequency omega 3' of the frequency omega 2 through the measurement light path The light is incident on the polarization splitting element 35 composed of, for example, a polarization beam splitter along the same optical path. Polarization separating element 35, the light of the measuring light reflected by the movable mirror 5 is transmitted through the (light of 'light and the frequency omega 3' of the frequency omega 2), the reference light reflected by the fixed mirror 4 (the frequency omega 2 ' And light of frequency ω 3 ′).

【0031】偏光分離素子35を透過した周波数ω2'の
光および周波数ω3'の光のうちの周波数の小さい周波数
ω2'の光は、SHG変換素子36によって周波数ω3''
(ω3'' =2ω2')の光に変換される。一方、周波数の
大きい周波数ω3'の光は、SHG変換素子36をそのま
ま透過する。その結果、SHG変換素子36によって周
波数ω2'から周波数ω3'' に変換された光と移動鏡5で
反射された周波数ω3'の光とが干渉し、その干渉光が光
電変換素子37によって検出される。また、偏光分離素
子35で反射された周波数ω2'の光および周波数ω3'の
光についても、SHG変換素子38の作用により、周波
数ω2'から周波数ω3'' に変換された光と固定鏡4で反
射された周波数ω3'の光との干渉光が光電変換素子39
で検出される。
Of the light of frequency ω 2 ′ and the light of frequency ω 3 ′ transmitted through the polarization separating element 35, the light of frequency ω 2 ′ having a smaller frequency is subjected to the frequency ω 3 ″ by the SHG conversion element 36.
3 ″ = 2ω 2 ′). On the other hand, the light having the higher frequency ω 3 ′ passes through the SHG conversion element 36 as it is. As a result, the light converted from the frequency ω 2 ′ to the frequency ω 3 ″ by the SHG conversion element 36 and the light having the frequency ω 3 ′ reflected by the movable mirror 5 interfere with each other, and the interference light is converted into the photoelectric conversion element 37. Is detected by Also, the light of frequency ω 2 ′ and the light of frequency ω 3 ′ reflected by the polarization splitting element 35 are the same as the light converted from the frequency ω 2 ′ to the frequency ω 3 ″ by the action of the SHG conversion element 38. The interference light with the light of frequency ω 3 ′ reflected by the fixed mirror 4
Is detected by

【0032】なお、SHG変換素子36および38によ
ってSHG変換された周波数ω3''の光の偏光方位は、
SHG変換素子36および38をそのまま透過した周波
数ω3'の光の偏光方位とは異なる。SHG変換素子36
および38によってSHG変換された周波数ω3'' の光
とSHG変換素子36および38をそのまま透過した周
波数ω3'の光との干渉光をできるだけ強くさせるには、
2つの異なる周波数の光の偏光方位を互いに一致させな
ければならない。したがって、図1では図示を省略して
いるが、SHG変換素子36および38の前か後ろに、
2つの異なる周波数の光の偏光方位を調節するための光
学系(複数個の波長板)を配置する必要がある。
The polarization direction of the light having the frequency ω 3 ″ subjected to the SHG conversion by the SHG conversion elements 36 and 38 is
The polarization azimuth of the light having the frequency ω 3 ′ transmitted through the SHG conversion elements 36 and 38 as they are is different. SHG conversion element 36
In order to make the interference light between the light having the frequency ω 3 ″ SHG-converted by the SHG conversion elements 36 and 38 and the light having the frequency ω 3 ′ transmitted through the SHG conversion elements 36 and 38 as it is,
The polarization directions of the two different frequencies of light must match each other. Therefore, although not shown in FIG. 1, before or after the SHG conversion elements 36 and 38,
It is necessary to arrange an optical system (a plurality of wavelength plates) for adjusting the polarization directions of two different frequencies of light.

【0033】光電変換素子37で検出された干渉信号す
なわち測定信号および光電変換素子39で検出された干
渉信号すなわち参照信号は、それぞれ位相計40に入力
される。位相計40では、参照信号と測定信号との位相
変化に基づいて、周波数ω3の光に対する光路長変化D
(ω3 )と周波数ω2 の光に対する光路長変化D
(ω2 )との差すなわち{D(ω3 )−D(ω2 )}を
求める。位相計40で求められた{D(ω3 )−D(ω
2 )}に関する信号は、演算器11に供給される。
The interference signal detected by the photoelectric conversion element 37, ie, the measurement signal, and the interference signal detected by the photoelectric conversion element 39, ie, the reference signal, are input to the phase meter 40, respectively. In the phase meter 40, based on a phase change of the reference signal and the measurement signal, the optical path length variation with respect to the frequency omega 3 light D
3 ) and optical path length change D for light of frequency ω 2
2 ), that is, {D (ω 3 ) −D (ω 2 )}. ΔD (ω 3 ) −D (ω obtained by the phase meter 40
2 ) The signal related to} is supplied to the arithmetic unit 11.

【0034】また、図1の光波干渉測定装置は、移動鏡
5の光軸方向(図中矢印方向)の変位量を測長するため
の測長用干渉計を備えている。測長用干渉計において、
測長用光源1は、周波数が互いにわずかに異なり且つ偏
光方位が互いに直交する2つの光、すなわち周波数ω1
の光および周波数ω1'(ω1'=ω1 +Δω1 )の光を同
一光路に沿って射出する。測長用光源1から射出された
この直交2周波光の一部は、ビームスプリッタ2を透過
した後、周波数結合素子33に入射する。なお前述した
ように、周波数結合素子33は、周波数ω1 近傍の光の
みを透過し、それ以外の周波数の光を反射する特性を有
する。
The optical interference measuring apparatus shown in FIG. 1 is provided with a length measuring interferometer for measuring the displacement of the movable mirror 5 in the optical axis direction (the direction of the arrow in the figure). In the interferometer for length measurement,
The length measuring light source 1 is composed of two lights whose frequencies are slightly different from each other and whose polarization directions are orthogonal to each other, that is, the frequency ω 1.
And the light of frequency ω 1 ′ (ω 1 ′ = ω 1 + Δω 1 ) are emitted along the same optical path. Part of the orthogonal two-frequency light emitted from the length measuring light source 1 passes through the beam splitter 2 and then enters the frequency coupling element 33. Incidentally, as described above, frequency coupling element 33 has a characteristic that transmits only light of the frequency omega 1 near and reflects light at other frequencies.

【0035】したがって、周波数結合素子33を透過し
た周波数ω1 の光および周波数ω1'の光は、偏光ビーム
スプリッタ3に入射する。偏光ビームスプリッタ3は、
周波数ω1'の光と同一な偏光方位の光を反射し、周波数
ω1 の光と同一な偏光方位の光を透過するように配置さ
れている。したがって、偏光ビームスプリッタ3に入射
した周波数ω1 の光および周波数ω1'の光のうち周波数
ω1'の光は、偏光ビームスプリッタ3で反射され、参照
光としてコーナキューブプリズムからなる固定鏡4に導
かれる。一方、周波数ω1 の光および周波数ω1'の光の
うち周波数ω1の光は、偏光ビームスプリッタ3を透過
し、測定光としてコーナキューブプリズムからなる移動
鏡5に導かれる。
Accordingly, the light having the frequency ω 1 and the light having the frequency ω 1 ′ transmitted through the frequency coupling element 33 enter the polarization beam splitter 3. The polarization beam splitter 3
Reflect light in the same light polarizing direction of the frequency omega 1 ', are arranged so as to transmit the frequency omega 1 of the light and the same light polarizing direction. Accordingly, the light of 'the frequency omega 1 of the light' polarization beam light and the frequency omega 1 of the frequency omega 1 incident on the splitter 3 is reflected by the polarization beam splitter 3 and a corner cube prism as the reference light fixed mirror 4 It is led to. On the other hand, the frequency of light of the frequency omega 1 of the light of omega 1 of the light and the frequency omega 1 'is transmitted through the polarization beam splitter 3 is directed to the movable mirror 5 composed of a corner cube prism as the measurement light.

【0036】参照光は、固定鏡4で反射された後、再び
偏光ビームスプリッタ3に戻る。また、偏光ビームスプ
リッタ3を透過した測定光も移動鏡5で反射され、再び
偏光ビームスプリッタ3に戻る。こうして、参照光路を
介して偏光ビームスプリッタ3から射出された周波数ω
1'の光と、測定光路を介して偏光ビームスプリッタ3か
ら射出された周波数ω1 の光とは、同一の光路に沿って
周波数分離素子34に入射する。前述したように、周波
数分離素子34は、周波数がω1 近傍の光のみを透過
し、他の周波数の光を反射する特性を有する。したがっ
て、周波数ω1'の参照光および周波数ω1 の測定光は、
周波数分離素子34を透過する。周波数分離素子34を
透過した周波数ω1'の参照光と周波数ω1 の測定光と
は、偏光素子6を介して干渉する。なお、偏光素子6
は、たとえば周波数ω1 の光および周波数ω1'の光の偏
光方位に対して45°だけ傾いて配置された偏光板から
構成されている。偏光素子6を介して生成された干渉光
は光電変換素子7で受光され、光電変換素子7は干渉光
に基づく測定ビート信号(周波数Δω1 )を位相計10
に供給する。
After being reflected by the fixed mirror 4, the reference light returns to the polarization beam splitter 3 again. The measurement light transmitted through the polarizing beam splitter 3 is also reflected by the movable mirror 5 and returns to the polarizing beam splitter 3 again. Thus, the frequency ω emitted from the polarization beam splitter 3 via the reference optical path
The light of 1 ′ and the light of frequency ω 1 emitted from the polarization beam splitter 3 via the measurement optical path enter the frequency separation element 34 along the same optical path. As described above, the frequency separation element 34 has a characteristic frequency transmits only light of omega 1 near and reflects light of other frequencies. Therefore, the reference beam and the measuring beam frequency omega 1 of the frequency omega 1 'is
The light passes through the frequency separation element 34. The reference light having the frequency ω 1 ′ and the measurement light having the frequency ω 1 transmitted through the frequency separation element 34 interfere with each other via the polarization element 6. The polarizing element 6
Is composed for example of polarizing plates disposed inclined by 45 ° relative to the polarization direction of light with the frequency omega 1 of the light and the frequency omega 1 '. The interference light generated via the polarizing element 6 is received by the photoelectric conversion element 7, and the photoelectric conversion element 7 outputs a measurement beat signal (frequency Δω 1 ) based on the interference light to the phase meter 10.
To supply.

【0037】一方、測長用光源1から射出された周波数
ω1'の光および周波数ω1 の光の一部は、ビームスプリ
ッタ2によって反射された後、偏光素子8に入射する。
なお、偏光素子8は、偏光素子6と同様に、周波数ω1'
の光と周波数ω1 の光とを干渉させるための偏光板であ
る。したがって、偏光素子8を介して生成された周波数
ω1'の光と周波数ω1 の光との干渉光は、光電変換素子
9によって検出される。光電変換素子9は、周波数ω1'
の光と周波数ω1 の光との干渉光に基づく参照ビート信
号(周波数Δω1 )を位相計10に供給する。位相計1
0では、参照ビート信号に対する測定ビート信号の位相
変化を測定することによって屈折率変動の影響を考慮し
ていない移動鏡5の変位量D(ω1 )を求め、この変位
量D(ω1 )に関する信号を演算器11に供給する。
On the other hand, the light of the frequency ω 1 ′ and a part of the light of the frequency ω 1 emitted from the length measuring light source 1 are reflected by the beam splitter 2 and then enter the polarizing element 8.
The polarization element 8 has a frequency ω 1 ′, like the polarization element 6.
A polarizing plate for causing interference between light and the frequency omega 1 of the light. Therefore, the interference light between the light having the frequency ω 1 ′ and the light having the frequency ω 1 generated via the polarization element 8 is detected by the photoelectric conversion element 9. The photoelectric conversion element 9 has a frequency ω 1
The reference beat signal (frequency Δω 1 ) based on the interference light between the light having the frequency ω 1 and the light having the frequency ω 1 is supplied to the phase meter 10. Phase meter 1
In the case of 0, the displacement D (ω 1 ) of the movable mirror 5 that does not consider the influence of the refractive index fluctuation is obtained by measuring the phase change of the measurement beat signal with respect to the reference beat signal, and this displacement D (ω 1 ) Is supplied to the arithmetic unit 11.

【0038】演算器11では、位相計10からの変位量
D(ω1 )に関する信号と位相計40からの{D
(ω3 )−D(ω2 )}に関する信号とに基づいて、屈
折率変動に起因する測定誤差を補正した移動鏡5の真の
変位量Dを求めて出力する。以下、移動鏡5の変位量D
(ω1 )から真の変位量Dへの補正について説明する。
周波数ω1 、ω2 およびω3 の光に対する光路長変化D
(ω1 )、D(ω2 )およびD(ω3 )は、それぞれ次
の式(1)乃至(3)により表される。
In the arithmetic unit 11, a signal relating to the displacement D (ω 1 ) from the phase meter 10 and ΔD from the phase meter 40
Based on the signal related to (ω 3 ) −D (ω 2 )}, the true displacement D of the movable mirror 5 in which the measurement error caused by the refractive index fluctuation is corrected is obtained and output. Hereinafter, the displacement amount D of the movable mirror 5
The correction from (ω 1 ) to the true displacement D will be described.
Optical path length change D for light of frequencies ω 1 , ω 2 and ω 3
1 ), D (ω 2 ) and D (ω 3 ) are represented by the following equations (1) to (3), respectively.

【0039】[0039]

【数1】 D(ω1 )=〔1+N・F(ω1 )〕・D ・・・(1)D (ω 1 ) = [1 + NF (ω 1 )] · D (1)

【数2】 D(ω2 )=〔1+N・F(ω2 )〕・D ・・・(2)D (ω 2 ) = [1 + N · F (ω 2 )] · D (2)

【数3】 D(ω3 )=〔1+N・F(ω3 )〕・D ・・・(3)D (ω 3 ) = [1 + NF (ω 3 )] · D (3)

【0040】ここで、Dは幾何学的な距離であり、Nは
空気の密度である。また、F(ω)は、空気の構成比が
不変であれば空気の密度に依存することなく光の周波数
ωのみに依存する関数である。上述の式(1)乃至
(3)より、幾何学的距離Dは次の式(4)によって与
えられる。
Here, D is a geometric distance, and N is the density of air. F (ω) is a function that depends only on the frequency ω of the light without depending on the density of the air if the composition ratio of the air is unchanged. From the above equations (1) to (3), the geometric distance D is given by the following equation (4).

【数4】 D=D(ω1 )−A〔D(ω3 )−D(ω2 )〕・・・(4) 但し、A=F(ω1 )/〔F(ω3 )−F(ω2 )〕で
ある。
D = D (ω 1 ) −A [D (ω 3 ) −D (ω 2 )] (4) where A = F (ω 1 ) / [F (ω 3 ) −F (Ω 2 )].

【0041】式(4)の右辺第2項のD(ω3 )−D
(ω2 )は、上述したように、位相計40によって求め
ることができる。また、右辺第1項のD(ω1 )は、位
相計10によって求めることができる。したがって、演
算器11では、位相計40の出力信号と位相計10の出
力信号とに基づいて、式(4)の演算式により、測長用
干渉計で測定した変位量D(ω1 )を補正し、真の変位
量Dを求めることができる。
D (ω 3 ) −D of the second term on the right side of equation (4)
2 ) can be obtained by the phase meter 40 as described above. The first term D (ω 1 ) on the right side can be obtained by the phase meter 10. Therefore, the computing unit 11 calculates the displacement amount D (ω 1 ) measured by the length measuring interferometer by the operation formula of Expression (4) based on the output signal of the phase meter 40 and the output signal of the phase meter 10. After correction, the true displacement D can be obtained.

【0042】本実施例では、光源31から射出された周
波数ω2 の光に基づき、SHG変換素子32を介して、
周波数ω2 の光および周波数ω3 の光が同一の光路に沿
って同軸に生成される。同軸に生成された周波数ω2
光および周波数ω3 の光は、周波数変調部101の作用
により、それぞれ周波数ω2'の光および周波数ω3'の光
に周波数変調された後、同一の光路に沿って同軸に射出
される。したがって、本実施例では、光源31からの周
波数ω2 の光の射出方向が設計光軸に対して変動して
も、周波数変調部101から射出される周波数ω2'の光
および周波数ω3'の光は、周波数ω2 の光の射出方向の
変動の影響を互いに同じように受けることになる。
In this embodiment, based on the light of frequency ω 2 emitted from the light source 31,
Frequency omega 2 of the light and the frequency omega 3 of the light is generated coaxially along the same optical path. Light of the light and the frequency omega 3 frequency omega 2 generated coaxially, by the action of the frequency modulation unit 101, after being frequency modulated in the light of 'light and the frequency omega 3' of the frequency omega 2, respectively, the same optical path Are injected coaxially. Therefore, in this embodiment, even if the emission direction of the light of frequency ω 2 from the light source 31 changes with respect to the design optical axis, the light of frequency ω 2 ′ emitted from the frequency modulation unit 101 and the frequency ω 3 ′ of light will be affected by fluctuations in the emission direction of the frequency omega 2 of the light to one another as well.

【0043】その結果、周波数ω2'の光および周波数ω
3'の光の進行方向が設計光軸に対して変動することはあ
っても、周波数ω2'の光と周波数ω3'の光とは同一の光
路に沿って屈折率を測定すべき光路中を伝搬する。すな
わち、周波数ω2'の光と周波数ω3'の光との同軸性を正
確に確保することができるので、光源31からの周波数
ω2 の光の射出方向の変動の影響を受けることなく、
(D(ω3 )−D(ω2))を高精度に求めることがで
きる。こうして、本実施例では、光源からの光の射出方
向の変動の影響を受けることなく周波数ω2'の光と周波
数ω3'の光との同軸性を正確に確保することができるの
で、ヘテロダイン干渉方式を用いて光路中の空気の屈折
率変動を高精度に測定することができ、光波干渉測定装
置の測定精度を向上させることができる。
As a result, the light having the frequency ω 2 ′ and the frequency ω
Although the traveling direction of the 3 ′ light may fluctuate with respect to the design optical axis, the light having the frequency ω 2 ′ and the light having the frequency ω 3 ′ have the same optical path whose refractive index is to be measured along the same optical path. Propagate inside. That is, since the coaxiality between the light having the frequency ω 2 ′ and the light having the frequency ω 3 ′ can be accurately ensured, the light emitted from the light source 31 is not affected by the change in the emission direction of the light having the frequency ω 2 ,
(D (ω 3 ) −D (ω 2 )) can be obtained with high accuracy. Thus, in the present embodiment, it is possible to accurately secure the coaxiality between the light of the frequency ω 2 ′ and the light of the frequency ω 3 ′ without being affected by the fluctuation of the emission direction of the light from the light source. Using the interference method, the refractive index fluctuation of air in the optical path can be measured with high accuracy, and the measurement accuracy of the light wave interference measurement device can be improved.

【0044】図3は、図1の周波数変調部101の第1
変形例の構成を概略的に示す図である。図3の第1変形
例の構成は図2の実施例の構成と類似しているが、図2
のコリメートレンズ52を回折格子54で置換している
点だけが基本的に相違している。したがって、第1変形
例では、同一の光路に沿って同軸で周波数変調部101
に入射した周波数ω2 の光および周波数ω3 の光は、音
響光学素子51を介して周波数ω2'の光201および周
波数ω3'の光301となって、回折格子54に入射す
る。なお、周波数ω2'の光に対する回折格子54の回折
角は、約2倍の周波数を有する周波数ω3'の光に対する
同次数の回折角の約2倍である。
FIG. 3 shows a first example of the frequency modulation unit 101 of FIG.
It is a figure which shows the structure of a modification roughly. The configuration of the first modification of FIG. 3 is similar to the configuration of the embodiment of FIG.
The only difference is that the collimating lens 52 is replaced by a diffraction grating 54. Therefore, in the first modified example, the frequency modulating unit 101 is coaxial along the same optical path.
The light having the frequency ω 2 and the light having the frequency ω 3 incident on the diffraction grating 54 enter the diffraction grating 54 as the light 201 having the frequency ω 2 ′ and the light 301 having the frequency ω 3 ′ via the acousto-optic element 51. The diffraction angle of the diffraction grating 54 with respect to the light having the frequency ω 2 ′ is about twice as large as the diffraction angle of the same order with respect to the light having the frequency ω 3 ′ having a frequency twice as high.

【0045】そこで、第1変形例では、音響光学素子5
1で回折された周波数ω2'の光201と周波数ω3'の光
301とが回折格子54を介して間隔を隔てて互いに平
行になるように、音響光学素子51の回折角に応じて回
折格子54のピッチを規定している。こうして、音響光
学素子51を介した互いに平行な周波数ω2'の光201
および周波数ω3'の光301は、周波数結合素子である
ダイクロイックプリズム55を介して同軸に結合され
る。なお、回折格子54は、振幅型でも良いし、位相型
でも良い。第1変形例では、回折格子54の設計光軸に
対する所要偏心精度が比較的緩い点が有利である。
Therefore, in the first modification, the acousto-optic device 5
1 so that the light 301 'light 201 and the frequency omega 3' of the diffracted frequency omega 2 are parallel to each other at a distance through a diffraction grating 54, the diffraction in accordance with the diffraction angle of the acousto-optic element 51 The pitch of the grating 54 is defined. Thus, the light 201 having the frequency ω 2 ′ parallel to each other via the acousto-optic element 51
The light 301 with the frequency ω 3 ′ is coaxially coupled via a dichroic prism 55 which is a frequency coupling element. Note that the diffraction grating 54 may be an amplitude type or a phase type. In the first modification, it is advantageous that the required eccentricity accuracy of the diffraction grating 54 with respect to the design optical axis is relatively loose.

【0046】図4は、図1の周波数変調部101の第2
変形例の構成を概略的に示す図である。図4の第2変形
例の構成は図2の実施例の構成と類似しているが、図2
のコリメートレンズ52に代えてビームエクスパンダ
(56、57)を用いている点だけが基本的に相違して
いる。図2の実施例において、コリメートレンズ52だ
けでは周波数ω2'の光200と周波数ω3'の光300と
を十分な間隔を隔てて分離することができない場合があ
る。そこで、第2変形例では、一対の正レンズ56と5
7とからなるビームエクスパンダを用いている。
FIG. 4 shows a second example of the frequency modulation unit 101 of FIG.
It is a figure which shows the structure of a modification roughly. The configuration of the second modification of FIG. 4 is similar to the configuration of the embodiment of FIG.
The only difference is that a beam expander (56, 57) is used in place of the collimating lens 52 of FIG. In the embodiment of FIG. 2, only the collimating lens 52 may not be able to separate the light 300 'light 200 and the frequency omega 3' of the frequency omega 2 at a sufficient distance. Therefore, in the second modification, a pair of positive lenses 56 and 5
7 is used.

【0047】第2変形例の構成により、音響光学素子5
1を介した周波数ω2'の光202と周波数ω3'の光30
2とを十分に間隔を隔てて分離することができる。ビー
ムエクスパンダを介した周波数ω2'の光202と周波数
ω3'の光302とは、周波数結合素子であるダイクロイ
ックプリズム59を介して同軸に結合される。さらに、
一対の正レンズ56と57との間の光路中に絞り58を
挿入することにより、音響光学素子51で生じた0次光
などの背景光(不要光)を遮断することができる。ま
た、例えば回折角の小さな周波数ω3'の光302の進行
方向とビームエクスパンダの光軸とが一致するように構
成することにより、一対の正レンズ56および57とし
て周波数ω2'の光と周波数ω3'の光とで色消しされたレ
ンズを用いなくても良い。
According to the configuration of the second modification, the acousto-optic device 5
Light 30 'light 202 and the frequency omega 3' of the frequency omega 2 through 1
2 can be separated sufficiently from each other. The light 202 at the frequency ω 2 ′ and the light 302 at the frequency ω 3 ′ via the beam expander are coaxially coupled via the dichroic prism 59 as a frequency coupling element. further,
By inserting the stop 58 in the optical path between the pair of positive lenses 56 and 57, background light (unnecessary light) such as zero-order light generated by the acousto-optic element 51 can be blocked. Further, for example, 'by the optical axis of the traveling direction and the beam expander optical 302 is configured to match the frequency omega 2 as a pair of positive lenses 56 and 57' small frequency omega 3 at diffraction angles and light It is not necessary to use a lens achromatized with light of the frequency ω 3 ′.

【0048】図5は、図1の周波数変調部101の第3
変形例の構成を概略的に示す図である。図5の第3変形
例の構成は図2の実施例の構成と類似しているが、図2
のコリメートレンズ52に代えて分散プリズム(くさび
状のプリズム)60を用いている点だけが基本的に相違
している。第3変形例において、音響光学素子51から
の周波数ω2'の光203および周波数ω3'の光303
は、分散プリズム60の作用により間隔を隔てた互いに
平行な光となる。分散プリズム60を介した周波数ω2'
の光203および周波数ω3'の光303は、周波数ω2'
の光を透過させ且つ周波数ω3'の光を反射する周波数結
合素子であるダイクロイックプリズム61により同軸に
結合される。なお、屈折光学系である分散プリズム60
の頂角(くさびの角度)は、音響光学素子51の回折角
に応じて設定されている。
FIG. 5 shows a third example of the frequency modulation section 101 of FIG.
It is a figure which shows the structure of a modification roughly. The configuration of the third modification of FIG. 5 is similar to the configuration of the embodiment of FIG.
The only difference is that a dispersing prism (wedge-shaped prism) 60 is used instead of the collimating lens 52. In the third modified example, the light 203 with the frequency ω 2 ′ and the light 303 with the frequency ω 3 ′ from the acousto-optic element 51
Become parallel and mutually separated light beams by the action of the dispersing prism 60. Frequency ω 2 ′ via dispersive prism 60
Light 203 of frequency ω 3 ′ and light 303 of frequency ω 3
Are coupled coaxially by a dichroic prism 61 which is a frequency coupling element that transmits light of the frequency ω 3 ′ and reflects light of the frequency ω 3 ′. It should be noted that the dispersion prism 60, which is a refracting optical system, is used.
Is set in accordance with the diffraction angle of the acousto-optic element 51.

【0049】図6は、図1の周波数変調部101の第4
変形例の構成を概略的に示す図である。第4変形例で
は、互いに同じピッチを有する一対の回折格子62と6
3との間の光路中に音響光学素子51を設けている。し
たがって、回折格子62に同軸で入射した周波数ω2
光および周波数ω3 の光は、互いに異なる回折角で回折
され、周波数ω2 の光204および周波数ω3 の光30
4となって射出される。なお、周波数ω2 の光204の
回折角は、周波数ω3 の光304に対する同次数の回折
角のほぼ2倍である。こうして、互いに異なる角度で音
響光学素子51に入射した周波数ω2 の光204および
周波数ω3 の光304は、音響光学素子51で周波数変
調されるとともに回折された後、周波数ω2'の光205
および周波数ω3'の光305となって射出される。
FIG. 6 shows a fourth example of the frequency modulation section 101 of FIG.
It is a figure which shows the structure of a modification roughly. In the fourth modification, a pair of diffraction gratings 62 and 6 having the same pitch
An acousto-optic element 51 is provided in the optical path between the optical element 3 and the optical element 3. Therefore, the light of the frequency ω 2 and the light of the frequency ω 3 that are coaxially incident on the diffraction grating 62 are diffracted at different diffraction angles, and the light 204 of the frequency ω 2 and the light 30 of the frequency ω 3
It becomes 4 and it is injected. The diffraction angle of the frequency omega 2 of the light 204 is approximately twice the diffraction angle of the same order with respect to the light 304 of the frequency omega 3. Thus, the light 304 of the light 204 and the frequency omega 3 frequency omega 2 incident on the acousto-optic device 51 at different angles from each other, after being diffracted while being frequency modulated by the acoustic optical element 51, the light of the frequency omega 2 '205
And light 305 of frequency ω 3 ′ is emitted.

【0050】なお、周波数ω2 の光204の入射角と周
波数ω2'の光205の回折角とが等しく、周波数ω3
光304の入射角と周波数ω3'の光305の回折角とが
等しくなるように、一対の回折格子62および63のピ
ッチが音響光学素子51の回折角に依存して設定されて
いる。その結果、音響光学素子51に関して回折格子6
2と対称の位置に配置され且つ回折格子62と同じピッ
チを有する回折格子63の作用により、周波数ω2'の光
205と周波数ω3'の光305とは同軸に結合される。
このように、第4変形例では、第1、第2および第3変
形例で示したダイクロイックプリズムのような周波数結
合素子を用いることなく、周波数変調部101の全体構
成を簡略化することができる。なお、図6では一対の回
折格子62および63と音響光学素子51とを間隔を隔
てて配置しているが、音響光学素子51のホルダ(不図
示)の両側に一対の回折格子62および63を直接貼り
付けることも可能である。
[0050] Incidentally, 'equal to the diffraction angle of the light 205, incident angle and frequency omega 3 frequencies omega 3 of the light 304' incident angle and frequency omega 2 of the frequency omega 2 of the light 204 and the diffraction angle of the light 305 The pitch between the pair of diffraction gratings 62 and 63 is set depending on the diffraction angle of the acousto-optic element 51 so that the two are equal. As a result, the diffraction grating 6
By the action of the diffraction grating 63 having the same pitch as 2 and and diffraction grating 62 are placed symmetrically, coupled coaxially to the light 305 'light 205 and the frequency omega 3' of the frequency omega 2.
Thus, in the fourth modification, the entire configuration of the frequency modulation unit 101 can be simplified without using a frequency coupling element such as a dichroic prism shown in the first, second, and third modifications. . In FIG. 6, the pair of diffraction gratings 62 and 63 and the acousto-optic element 51 are arranged at an interval, but the pair of diffraction gratings 62 and 63 are provided on both sides of a holder (not shown) of the acousto-optic element 51. It is also possible to paste directly.

【0051】図7は、図1の周波数変調部101の第5
変形例の構成を概略的に示す図である。図7の第5変形
例の構成は図6の第4変形例の構成と類似しているが、
図6の一対の回折格子62および63に代えて一対の分
散プリズム64および65を用いている点だけが基本的
に相違している。したがって、分散プリズム64に同軸
で入射した周波数ω2 の光および周波数ω3 の光は、互
いに異なる屈折角で屈折された後、周波数ω2 の光20
6および周波数ω3 の光306となって射出される。こ
うして、互いに異なる角度で音響光学素子51に入射し
た周波数ω2 の光206および周波数ω3 の光306
は、音響光学素子51で周波数変調されるとともに回折
された後、周波数ω2'の光207および周波数ω3'の光
307となって射出される。
FIG. 7 shows the fifth example of the frequency modulation section 101 of FIG.
It is a figure which shows the structure of a modification roughly. The configuration of the fifth modification of FIG. 7 is similar to the configuration of the fourth modification of FIG.
The only difference is that a pair of dispersion prisms 64 and 65 are used instead of the pair of diffraction gratings 62 and 63 in FIG. Therefore, the light of the frequency ω 2 and the light of the frequency ω 3 that are coaxially incident on the dispersing prism 64 are refracted at different refraction angles, and then the light 20 of the frequency ω 2 is refracted.
6 and light 306 of frequency ω 3 are emitted. Thus, the frequency omega 2 of the light 206 and the frequency omega 3 light 306 incident on the acousto-optic device 51 at different angles from each other
Is frequency-modulated and diffracted by the acousto-optic device 51, and then emitted as light 207 at the frequency ω 2 ′ and light 307 at the frequency ω 3 ′.

【0052】なお、周波数ω2 の光206の入射角と周
波数ω2'の光207の回折角とが等しく、周波数ω3
光306の入射角と周波数ω3'の光307の回折角とが
等しくなるように、一対の分散プリズム64および65
の頂角が音響光学素子51の回折角に依存して設定され
ている。その結果、音響光学素子51に関して分散プリ
ズム64と対称の位置に配置され且つ分散プリズム64
と同じ頂角を有する分散プリズム65の作用により、周
波数ω2'の光207と周波数ω3'の光307とは同軸に
結合される。また、図7では一対の分散プリズム64お
よび65と音響光学素子51とを間隔を隔てて配置して
いるが、音響光学素子51のホルダ(不図示)の両側に
一対の分散プリズム64および65を直接貼り付けるこ
とも可能である。
[0052] Incidentally, 'equal to the diffraction angle of light 207, incident angle and frequency omega 3 frequencies omega 3 of the light 306' incident angle and frequency omega 2 of the frequency omega 2 of the light 206 and the diffraction angle of the light 307 Are equal, a pair of dispersing prisms 64 and 65
Is set depending on the diffraction angle of the acousto-optic element 51. As a result, the dispersion prism 64 is disposed symmetrically with respect to the acousto-optic element 51 and the dispersion prism 64.
Same by the action of the dispersion prism 65 having an apex angle, is coupled coaxially to the light 307 'light 207 and the frequency omega 3' of the frequency omega 2 and. In FIG. 7, the pair of dispersion prisms 64 and 65 and the acousto-optic element 51 are arranged at an interval, but a pair of dispersion prisms 64 and 65 are provided on both sides of a holder (not shown) of the acousto-optic element 51. It is also possible to paste directly.

【0053】図8は、図1の周波数変調部101の第6
変形例の構成を概略的に示す図である。図8の第6変形
例の構成は図6の第4変形例の構成と類似しているが、
図6の周波数変調部を直列に2つ並べて構成されている
点だけが基本的に相違している。第6変形例では、2つ
の音響光学素子51aおよび51bを用いることによ
り、ヘテロンダイン周波数を小さくすることができる。
FIG. 8 shows a sixth example of the frequency modulation unit 101 of FIG.
It is a figure which shows the structure of a modification roughly. The configuration of the sixth modification of FIG. 8 is similar to the configuration of the fourth modification of FIG.
It is basically different only in that two frequency modulators shown in FIG. 6 are arranged in series. In the sixth modification, the heterodyne frequency can be reduced by using the two acousto-optical elements 51a and 51b.

【0054】一例として、音響光学素子51aの変調周
波数Δf1 を80MHzとし、音響光学素子51bの変
調周波数Δf2 を79.9MHzとする。そして、周波
数ω2 の光と周波数ω3 の光のいずれに対しても、音響
光学素子51aでは+1次回折光を利用し、音響光学素
子51bでは−1次回折光を利用する。この場合、周波
数変調部101に同軸で入射した周波数ω2 の光および
周波数ω3 の光は、回折格子66を介して、それぞれ周
波数ω2 の光208および周波数ω3 308となる。周
波数ω2 の光208および周波数ω3 308は、音響光
学素子51aで周波数変調され、周波数ω2'(=ω2
Δf1 )の光209および周波数ω3'(=ω3 +Δf
1 )の光309となり、回折格子67に入射する。
As an example, assume that the modulation frequency Δf 1 of the acousto-optic element 51a is 80 MHz and the modulation frequency Δf 2 of the acousto-optic element 51b is 79.9 MHz. Then, for any of the frequency omega 2 of the light and the frequency omega 3 light, utilizing a first order diffracted light in the acousto-optic element 51a, it utilizes the -1st-order diffracted light in the acousto-optic device 51b. In this case, the light of the frequency ω 2 and the light of the frequency ω 3 that are coaxially incident on the frequency modulation unit 101 become light 208 of the frequency ω 2 and frequency ω 3 308 via the diffraction grating 66, respectively. The light 208 having the frequency ω 2 and the frequency ω 3 308 are frequency-modulated by the acousto-optic element 51a, and the frequency ω 2 ′ (= ω 2 +
Δf 1 ) light 209 and frequency ω 3 ′ (= ω 3 + Δf)
The light 309 of 1 ) is incident on the diffraction grating 67.

【0055】回折格子67を介して同軸に結合された周
波数ω2'の光209および周波数ω3'の光309は、回
折格子69を介してそれぞれ周波数ω2'の光210およ
び周波数ω3'310となる。周波数ω2'の光210およ
び周波数ω3'310は、音響光学素子51bで周波数変
調され、周波数ω2'' (=ω2'−Δf2 =ω2 +Δf1
−Δf2 =ω2 +0.1MHz)の光211および周波
数ω3'' (=ω3'−Δf2 =ω3 +Δf1 −Δf2 =ω
3 +0.1MHz)の光311となり、回折格子70に
入射する。周波数ω2'' の光211および周波数ω3''
の光311は、回折格子70を介して同軸に結合され、
同一の光路に沿って周波数変調部101から射出され
る。
The light 209 having the frequency ω 2 ′ and the light 309 having the frequency ω 3 ′ which are coaxially coupled via the diffraction grating 67 are converted into the light 210 having the frequency ω 2 ′ and the frequency ω 3 ′ via the diffraction grating 69, respectively. 310. The light 210 having the frequency ω 2 ′ and the frequency ω 3 ′ 310 are frequency-modulated by the acousto-optic device 51b, and the frequency ω 2 ″ (= ω 2 ′ −Δf 2 = ω 2 + Δf 1).
The light 211 of −Δf 2 = ω 2 +0.1 MHz and the frequency ω 3 ″ (= ω 3 ′ −Δf 2 = ω 3 + Δf 1 −Δf 2 = ω)
(3 + 0.1 MHz) and enters the diffraction grating 70. Light 211 of frequency ω 2 ″ and frequency ω 3
Of light 311 are coaxially coupled via the diffraction grating 70,
The light is emitted from the frequency modulation unit 101 along the same optical path.

【0056】こうして、第6変形例の周波数変調部10
1では、入射した周波数ω2 の光および周波数ω3 の光
が、それぞれ0.1MHzだけ周波数変調を受ける。周
波数変調部101から同軸で射出された周波数ω2'' の
光211および周波数ω3''の光311は、図1を参照
して前述したように、参照光路および測定光路に導かれ
る。測定光路を介した周波数ω2'' の光および周波数ω
3'' の光のうちの周波数の小さなω2'' の光は、SHG
変換素子36の作用により周波数ω3'''(=2ω2'' )
の光に変換され、変換された周波数ω3'''の光と測定光
路を介した周波数ω3'' の光とが干渉する。ここで、実
際には周波数ω3'''(=2(ω2 +Δf1 −Δf2 ))
の光は0.2MHzの周波数変調を受けており、周波数
ω3'' (=ω3 +Δf1 −Δf2 )の光は0.1MHz
の周波数変調を受けている。したがって、変換された周
波数ω3'''の光と測定光路を介した周波数ω3'' の光と
の干渉光のビート周波数(ヘテロンダイン周波数)は
0.1MHzとなる。
Thus, the frequency modulating unit 10 of the sixth modification is
In 1, the light frequency omega 2 of the light and the frequency omega 3 incident is subjected to only the frequency modulation 0.1MHz, respectively. The light 211 of the frequency ω 2 ″ and the light 311 of the frequency ω 3 ″ that are coaxially emitted from the frequency modulation unit 101 are guided to the reference optical path and the measurement optical path as described above with reference to FIG. Light at frequency ω 2 ″ and frequency ω via the measurement optical path
The light of ω 2 ″ having a small frequency among the light of 3 ″ is SHG
The frequency ω 3 ′ ″ (= 2ω 2 ″) by the operation of the conversion element 36.
Interfering the conversion into light, and light converted frequency omega 3 '''frequency omega 3 through the light and the measurement optical path of''is. Here, actually, the frequency ω 3 ′ ″ (= 2 (ω 2 + Δf 1 −Δf 2 ))
Is subjected to frequency modulation of 0.2 MHz, and light having a frequency ω 3 ″ (= ω 3 + Δf 1 −Δf 2 ) is 0.1 MHz.
Frequency modulation. Accordingly, the beat frequency (Heterondain frequency) of the interference light of the light converted frequency omega 3 '''frequency omega 3 through the light and the measurement optical path of''becomes 0.1 MHz.

【0057】一方、参照光路を介した周波数ω2'' の光
および周波数ω3'' の光のうちの周波数の小さなω2''
の光も、SHG変換素子38の作用により、周波数
ω3'''(=2ω2'' )の光に変換される。そして、変換
された周波数ω3'''の光と参照光路を介した周波数
ω3'' の光とが干渉し、そのビート周波数(ヘテロンダ
イン周波数)は0.1MHzとなる。こうして、第6変
形例では、一対の音響光学素子を用いることによりヘテ
ロンダイン周波数を小さくすることができるので、装置
の分解能すなわち測定精度が向上する。なお、回折格子
66、67、69および70のピッチは、音響光学素子
51aおよび51bの回折角に応じて設定されているこ
とはいうまでもない。また、一対の回折格子67と69
との間の光路中に絞り68を挿入することにより、音響
光学素子51aで生じた0次光などの背景光(不要光)
を遮断することができる。
Meanwhile, the frequency omega 2 via a reference light path '' of the light and the frequency omega 3 '' of 2 Do omega small frequency of the light ''
Is converted into light having a frequency ω 3 ′ ″ (= 2ω 2 ″) by the action of the SHG conversion element 38. Then, the light interferes of converted frequency omega 3 '''frequency omega 3 through the light and the reference light path of'', the beat frequency (Heterondain frequency) becomes 0.1 MHz. Thus, in the sixth modification, the heterodyne frequency can be reduced by using a pair of acousto-optic elements, so that the resolution of the apparatus, that is, the measurement accuracy is improved. It goes without saying that the pitch of the diffraction gratings 66, 67, 69 and 70 is set in accordance with the diffraction angles of the acousto-optic devices 51a and 51b. Also, a pair of diffraction gratings 67 and 69
By inserting the stop 68 in the optical path between the light source and the background light (unnecessary light) such as zero-order light generated in the acousto-optic element 51a.
Can be shut off.

【0058】図9は、図1の周波数変調部101の第7
変形例の構成を概略的に示す図である。図9の第7変形
例の構成は図8の第6変形例の構成と類似しているが、
図8の一対の回折格子67、69および絞り68を省略
してダイクロイックプリズム73を付設している点だけ
が基本的に相違している。したがって、第7変形例で
は、周波数変調部101に同軸で入射した周波数ω2
光および周波数ω3 の光は、回折格子71を介してそれ
ぞれ周波数ω2 の光212および周波数ω3 312とな
る。周波数ω2 の光212および周波数ω3312は、
音響光学素子51aで周波数変調され、周波数ω2'の光
213および周波数ω3'の光313となる。
FIG. 9 shows the seventh example of the frequency modulation section 101 of FIG.
It is a figure which shows the structure of a modification roughly. The configuration of the seventh modification of FIG. 9 is similar to the configuration of the sixth modification of FIG.
The only difference is that the pair of diffraction gratings 67 and 69 and the stop 68 in FIG. 8 are omitted and a dichroic prism 73 is provided. Therefore, in the seventh modification, the light of the frequency ω 2 and the light of the frequency ω 3 that are coaxially incident on the frequency modulation unit 101 become the light 212 and the frequency ω 3 312 of the frequency ω 2 via the diffraction grating 71, respectively. . The light 212 at frequency ω 2 and the frequency ω 3 312
The frequency is modulated by the acousto-optic element 51a to become light 213 having a frequency ω 2 ′ and light 313 having a frequency ω 3 ′.

【0059】音響光学素子51aを介した周波数ω2'の
光213および周波数ω3'の光313は、もう1つの音
響光学素子51bで周波数変調され、周波数ω2'' の光
214および周波数ω3'' の光314となり、回折格子
72に入射する。周波数ω2'' の光214および周波数
ω3'' の光314は、回折格子72を介して、間隔を隔
てて互いに平行な光となり、周波数結合素子であるダイ
クロイックプリズム73を介して同軸に結合される。
The light 213 having the frequency ω 2 ′ and the light 313 having the frequency ω 3 ′ via the acousto-optic element 51 a are frequency-modulated by another acousto-optic element 51 b, and the light 214 having the frequency ω 2 ″ and the frequency ω 3 ″ light 314 is incident on the diffraction grating 72. The light 214 having the frequency ω 2 ″ and the light 314 having the frequency ω 3 ″ become parallel to each other at an interval via the diffraction grating 72 and are coaxially coupled via a dichroic prism 73 which is a frequency coupling element. Is done.

【0060】図10は、図1の周波数変調部101の第
8変形例の構成を概略的に示す図である。図10の第8
変形例の構成は図8の第6変形例の構成と類似している
が、図8の一対の回折格子67、69を省略している点
だけが基本的に相違している。したがって、第8変形例
では、周波数変調部101に同軸で入射した周波数ω2
の光および周波数ω3 の光は、回折格子74を介してそ
れぞれ周波数ω2 の光215および周波数ω3 315と
なる。周波数ω2 の光215および周波数ω3315
は、音響光学素子51aで周波数変調され、周波数ω2'
の光216および周波数ω3'の光316となる。
FIG. 10 is a diagram schematically showing a configuration of an eighth modification of frequency modulating section 101 in FIG. Eighth of FIG.
The configuration of the modified example is similar to the configuration of the sixth modified example in FIG. 8, but is basically different only in that the pair of diffraction gratings 67 and 69 in FIG. 8 are omitted. Therefore, in the eighth modified example, the frequency ω 2
The light of frequency ω 3 and the light of frequency ω 3 become light 215 of frequency ω 2 and frequency ω 3 315 via the diffraction grating 74, respectively. Light 215 at frequency ω 2 and frequency ω 3 315
Is frequency-modulated by the acousto-optic element 51a, and the frequency ω 2
Of light 216 and light 316 of frequency ω 3 ′.

【0061】音響光学素子51aを介した周波数ω2'の
光216および周波数ω3'の光316は、もう1つの音
響光学素子51bで周波数変調され、周波数ω2'' の光
217および周波数ω3'' の光317となり、回折格子
76に入射する。周波数ω2'' の光217および周波数
ω3'' の光317は、回折格子72を介して、同軸に結
合される。図9の第7変形例と比較すると、第8変形例
では一対の音響光学素子51aと51bとの間隔が大き
くなるが、絞り75により音響光学素子51aで生じた
不要な回折光を遮断することができる。また、第8変形
例ではダイクロイックプリズムを73を省略することが
できる。
The light 216 having the frequency ω 2 ′ and the light 316 having the frequency ω 3 ′ via the acousto-optic element 51 a are frequency-modulated by another acousto-optic element 51 b, and the light 217 having the frequency ω 2 ″ and the frequency ω 3 ″ light 317 is incident on the diffraction grating 76. The light 217 having the frequency ω 2 ″ and the light 317 having the frequency ω 3 ″ are coaxially coupled via the diffraction grating 72. As compared with the seventh modified example of FIG. 9, in the eighth modified example, the distance between the pair of acousto-optical elements 51a and 51b is increased. However, the diaphragm 75 blocks unnecessary diffracted light generated in the acousto-optical element 51a. Can be. In the eighth modification, the dichroic prism 73 can be omitted.

【0062】図11は、図1の周波数変調部101の第
9変形例の構成を概略的に示す図である。図11の第9
変形例の構成は図9の第7変形例の構成と類似している
が、図9の一対の回折格子71および72に代えて一対
の分散プリズム77および78を用いている点、および
一対の音響光学素子51aおよび51bにおいて周波数
ω2 の光および周波数ω3 の光に対してそれぞれ符号お
よび次数の異なる回折光を用いている点だけが基本的に
相違している。
FIG. 11 is a diagram schematically showing a configuration of a ninth modified example of frequency modulating section 101 in FIG. Ninth of FIG.
The configuration of the modification is similar to the configuration of the seventh modification of FIG. 9 except that a pair of dispersion prisms 77 and 78 are used instead of the pair of diffraction gratings 71 and 72 of FIG. only that it uses a different diffraction light of sign and order which each is basically differs with respect to frequency omega 2 of the light and the frequency omega 3 of light in the acousto-optic elements 51a and 51b.

【0063】図11において、周波数変調部101に同
軸で入射した周波数ω2 の光および周波数ω3 の光は、
分散プリズム77により屈折された後、周波数ω2 の光
218および周波数ω3 の光318となる。周波数ω2
の光218は音響光学素子51aにより周波数ω2'(−
1次回折光)の光219に周波数変調され、周波数ω3
の光318は音響光学素子51aにより周波数ω3'(+
3次回折光)の光319に周波数変調される。その後、
周波数ω2'の光219は音響光学素子51bにより周波
数ω2'' (+1次回折光)の光220に周波数変調さ
れ、周波数ω3'の光319は音響光学素子51bにより
周波数ω3'' (−3次回折光)の光320に周波数変調
される。
In FIG. 11, the light having the frequency ω 2 and the light having the frequency ω 3 which are coaxially incident on the frequency modulation unit 101 are:
After being refracted by the dispersion prism 77, the light 318 of the light 218 and the frequency omega 3 frequency omega 2. Frequency ω 2
The light 218 frequency omega 2 by the acoustic optical element 51a '(-
(First-order diffracted light) light 219 is frequency-modulated, and the frequency ω 3
Of the light 318 by the acousto-optic element 51a has a frequency ω 3 ′ (+
It is frequency-modulated to light 319 (third-order diffracted light). afterwards,
Frequency omega 2 'light 219 of frequency omega 2 by the acoustic optical element 51b' is frequency-modulated in the 'light 220 (+ 1st-order diffracted light),' frequency omega 3 by the acoustic optical element 51b is a light 319 'frequency omega 3' ( The light is frequency-modulated to light 320 of (-3rd-order diffracted light).

【0064】周波数ω2'' の光220および周波数
ω3'' の光320は、分散プリズム78により、間隔を
隔てた互いに平行な光となり、周波数結合素子であるダ
イクロイックプリズム79により同軸に結合され、同一
の光路に沿って周波数変調部101から射出される。こ
こで、分散プリズム77および78の頂角は、音響光学
素子51aおよび51bの回折角に応じて設定されてい
ることはいうまでもない。
The light 220 having the frequency ω 2 ″ and the light 320 having the frequency ω 3 ″ become parallel and spaced apart from each other by the dispersion prism 78, and are coaxially coupled by the dichroic prism 79 as a frequency coupling element. Are emitted from the frequency modulation unit 101 along the same optical path. Here, it goes without saying that the apex angles of the dispersing prisms 77 and 78 are set according to the diffraction angles of the acousto-optic elements 51a and 51b.

【0065】図12は、図1の周波数変調部101の第
10変形例の構成を概略的に示す図である。図12の第
10変形例の構成は図11の第9変形例の構成と類似し
ているが、図11の一対の音響光学素子51aと51b
との間隔を広げて絞り81を介在させている点、および
ダイクロイックプリズム79を省略している点だけが基
本的に相違している。
FIG. 12 is a diagram schematically showing a configuration of a tenth modification of frequency modulating section 101 in FIG. The configuration of the tenth modification of FIG. 12 is similar to the configuration of the ninth modification of FIG. 11, but a pair of acousto-optic elements 51a and 51b of FIG.
The only difference is that the stop 81 is widened and the diaphragm 81 is interposed, and the dichroic prism 79 is omitted.

【0066】図12において、周波数変調部101に同
軸で入射した周波数ω2 の光および周波数ω3 の光は、
分散プリズム80により屈折され、周波数ω2 の光22
1および周波数ω3 の光321となる。周波数ω2 の光
221は音響光学素子51aにより周波数ω2'(−1次
回折光)の光222に周波数変調され、周波数ω3 の光
321は音響光学素子51aにより周波数ω3'(+3次
回折光)の光322に周波数変調される。その後、周波
数ω2'の光222は、絞り81を介した後、音響光学素
子51bにより周波数ω2'' (+1次回折光)の光22
3に周波数変調される。
In FIG. 12, the light having the frequency ω 2 and the light having the frequency ω 3 which are coaxially incident on the frequency modulation unit 101 are:
The light 22 having the frequency ω 2 refracted by the dispersing prism 80
1 and light 321 of frequency ω 3 . Light 221 of the frequency omega 2 is 'is a frequency modulated light 222 (-1-order diffracted light), frequency omega 3 light 321 of frequency omega 3 by acousto-optic element 51a' frequency omega 2 by the acoustic optical element 51a (+3 order diffracted light ) Is frequency-modulated to the light 322. After that, the light 222 having the frequency ω 2 ′ passes through the diaphragm 81, and is then transmitted by the acousto-optic device 51 b to the light 22 having the frequency ω 2 ″ (+ 1st-order diffracted light).
3 is frequency-modulated.

【0067】一方、周波数ω3'の光322は、絞り81
を介した後、音響光学素子51bにより周波数ω3''
(−3次回折光)の光323に周波数変調される。こう
して、周波数ω2'' の光223および周波数ω3'' の光
323は、分散プリズム82により同軸に結合され、同
一の光路に沿って周波数変調部101から射出される。
このように、第9変形例と比較して、第10変形例では
一対の音響光学素子51aと51bとの間隔が広がる
が、絞り81により音響光学素子51aで生じた不要な
回折光を遮断することができる。また、第10変形例で
は、ダイクロイックプリズムを79を省略することがで
きる。
On the other hand, the light 322 having the frequency ω 3 ′ is
, The frequency ω 3
It is frequency-modulated to light (323-order diffracted light) 323. Thus, the light 223 having the frequency ω 2 ″ and the light 323 having the frequency ω 3 ″ are coaxially coupled by the dispersing prism 82 and emitted from the frequency modulation unit 101 along the same optical path.
As described above, in the tenth modification, the interval between the pair of acousto-optic elements 51a and 51b is widened as compared with the ninth modification, but the stop 81 blocks unnecessary diffracted light generated in the acousto-optic element 51a. be able to. In the tenth modification, the dichroic prism 79 can be omitted.

【0068】図13は、図1の周波数変調部101の第
11変形例の構成を概略的に示す図である。図13の第
11変形例の構成は図12の第10変形例の構成と類似
しているが、図13では一対の音響光学素子51aおよ
び51bにおいて周波数ω2 の光および周波数ω3 の光
に対してそれぞれ同じ符号および同じ次数を有する回折
光を用いている点だけが基本的に相違している。
FIG. 13 is a diagram schematically showing a configuration of an eleventh modification of frequency modulating section 101 in FIG. Eleventh configuration modification of FIG. 13 is similar to configuration of the tenth modification of FIG. 12, the light with the frequency omega 2 of the light and the frequency omega 3 in a pair of acousto-optic elements 51a and 51b in FIG. 13 The only difference is that diffracted lights having the same sign and the same order are used.

【0069】図13において、周波数変調部101に同
軸で入射した周波数ω2 の光および周波数ω3 の光は、
分散プリズム83により屈折された後、周波数ω2 の光
224および周波数ω3 の光324となる。周波数ω2
の光224は音響光学素子51aにより周波数ω2'(−
1次回折光)の光225に周波数変調され、周波数ω3
の光324は音響光学素子51aにより周波数ω3'(−
1次回折光)の光325に周波数変調される。その後、
周波数ω2'の光225は、絞り84を介した後、音響光
学素子51bにより周波数ω2'' (+1次回折光)の光
226に周波数変調される。
In FIG. 13, the light having the frequency ω 2 and the light having the frequency ω 3 which are coaxially incident on the frequency modulation unit 101 are:
After being refracted by the dispersion prism 83, the light 324 of the light 224 and the frequency omega 3 frequency omega 2. Frequency ω 2
The light 224 of the frequency ω 2 ′ (−
(First-order diffracted light) 225 is frequency-modulated to a frequency ω 3
The light 324 of the frequency ω 3 ′ (−
It is frequency-modulated to light 325 (first-order diffracted light). afterwards,
Frequency omega 2 'light 225, after via a throttle 84, the frequency omega 2 by the acoustic optical element 51b' is frequency modulated light 226 '(+ 1st-order diffracted light).

【0070】一方、周波数ω3'の光325は、絞り84
を介した後、音響光学素子51bにより周波数ω3''
(+1次回折光)の光326に周波数変調される。こう
して、周波数ω2'' の光226および周波数ω3'' の光
326は、分散プリズム85により同軸に結合され、同
一の光路に沿って周波数変調部101から射出される。
On the other hand, the light 325 having the frequency ω 3 ′ is
, The frequency ω 3
(+ 1st-order diffracted light) is frequency-modulated to light 326. Thus, the light 226 having the frequency ω 2 ″ and the light 326 having the frequency ω 3 ″ are coaxially coupled by the dispersing prism 85 and emitted from the frequency modulation unit 101 along the same optical path.

【0071】なお、上述の実施例および各変形例の周波
数変調部において、各周波数の光に対して各音響光学素
子で選択される回折光の次数は上述の例に限定されるこ
となく選択することができる。また、各周波数の光に対
する変調周波数は、上述の実施例および各変形例で示す
特定の変調周波数に限定されることなく選択することが
できる。また、第4変形例から第11変形例では、補正
光学系として回折格子もしくは分散プリズムを利用して
いるが、回折格子や分散プリズムに代えてレンズ系を用
いることもできる。この場合、レンズ系は複数のレンズ
からなるレンズ群となり、レンズ群は各周波数の光に関
して音響光学素子の回折角に応じた色収差を有すること
が必要となる。レンズ群で補正光学系を構成する場合、
周波数変調部の構成が複雑になるが、光量の損失を小さ
く抑えることができる。また、光源から射出される光の
光束径が大きかったり、発散した光が射出されるような
場合、音響光学素子に集光した光あるいは光束径を絞っ
た光を入射させることができる。これにより、音響光学
素子での回折効率を向上させることができる。
In the frequency modulators of the above-described embodiments and the modifications, the order of the diffracted light selected by each acousto-optic element for each frequency light is selected without being limited to the above-described example. be able to. Further, the modulation frequency for the light of each frequency can be selected without being limited to the specific modulation frequency shown in the above-described embodiment and each modification. In the fourth to eleventh modifications, a diffraction grating or a dispersion prism is used as the correction optical system. However, a lens system may be used instead of the diffraction grating or the dispersion prism. In this case, the lens system is a lens group including a plurality of lenses, and the lens group needs to have chromatic aberration according to the diffraction angle of the acousto-optic element with respect to light of each frequency. When configuring a correction optical system with lens groups,
Although the configuration of the frequency modulation unit becomes complicated, the loss of the light amount can be reduced. In the case where the light emitted from the light source has a large light beam diameter or divergent light is emitted, light condensed on the acousto-optic element or light with a reduced light beam diameter can be made incident. Thereby, the diffraction efficiency in the acousto-optic device can be improved.

【0072】図14は、本発明の実施例にかかる屈折率
変動測定系の構成を概略的に示す図である。図14の屈
折率変動測定系において、光源86から射出された周波
数ω2 の光はSHG変換素子87に入射し、周波数ω2
の光の一部がSHG変換素子87により周波数ω3 (ω
3 =2ω2 )のSHG光に変換され、その残部がSHG
変換素子87をそのまま透過する。SHG変換素子87
から射出された周波数ω2 の光および周波数ω3 の光
は、同一光路に沿って同軸で周波数変調部101に入射
する。
FIG. 14 is a diagram schematically showing a configuration of a refractive index fluctuation measuring system according to an embodiment of the present invention. In the refractive index variation measurement system of Figure 14, the light of the frequency omega 2 emitted from the light source 86 enters the SHG device 87, the frequency omega 2
A part of the light of the frequency ω 3
3 = 2ω 2 ), and the rest is SHG light.
The light passes through the conversion element 87 as it is. SHG conversion element 87
Light of the light and the frequency omega 3 injection frequency omega 2 is incident to the frequency modulation unit 101 coaxially along the same optical path from.

【0073】なお、SHG変換素子87には、例えば非
線形光学結晶KTiOPO4 を用いることができる。ま
た、SHG変換素子87によってSHG変換された周波
数ω3 の光の偏光方位は、SHG変換素子87に入射し
てそのまま透過する周波数ω2 の光の偏光方位とは異な
る。そこで、図14では図示を省略しているが、たとえ
ばSHG変換素子87と周波数変調部101との間に
は、周波数ω2 の光の偏光方位と周波数ω3 の光の偏光
方位とを一致させるための光学系(複数個の波長板)が
配置されている。
The SHG conversion element 87 can be, for example, a nonlinear optical crystal KTiOPO 4 . The polarization direction of the light having the frequency ω 3 subjected to the SHG conversion by the SHG conversion element 87 is different from the polarization direction of the light having the frequency ω 2 which is incident on the SHG conversion element 87 and transmitted as it is. Therefore, although not shown in FIG. 14, for example, between the SHG conversion element 87 and the frequency modulation unit 101, the polarization direction of the light of frequency ω 2 and the polarization direction of the light of frequency ω 3 are matched. Optical system (a plurality of wavelength plates) is arranged.

【0074】同一の光路に沿って同軸で周波数変調部1
01に入射した周波数ω2 の光および周波数ω3 の光
は、周波数変調素子としての音響光学素子88に入射す
る。音響光学素子88では、周波数ω2 の光が周波数ω
2'の光227に周波数変調され、周波数ω3 の光が周波
数ω3'の光327に周波数変調され。周波数ω2'の光2
27および周波数ω3'の光327は、コリメートレンズ
89により互いに平行な光になり、ダイクロイックプリ
ズム90に入射する。こうして、ダイクロイックプリズ
ム90の作用により周波数ω2'の光227と周波数ω3'
の光327とは、同軸に結合され、同一の光路に沿って
周波数変調部101から射出される。
The frequency modulating unit 1 is coaxial along the same optical path.
Light with the frequency omega 2 of the light and the frequency omega 3 incident on 01 is incident on the acousto-optic device 88 as a frequency modulating device. In the acousto-optic element 88, the light having the frequency ω 2
'Is a frequency modulated light 227, the frequency omega 3 optical frequency omega 3' 2 are frequency modulated light 327. Light 2 at frequency ω 2 '
27 and the light 327 of the frequency ω 3 ′ become parallel to each other by the collimating lens 89 and enter the dichroic prism 90. Thus, the light 227 having the frequency ω 2 ′ and the frequency ω 3 ′ are generated by the action of the dichroic prism 90.
The light 327 is coupled coaxially and emitted from the frequency modulation unit 101 along the same optical path.

【0075】周波数変調部101を介して同一光路に沿
って同軸に射出された周波数ω2'の光および周波数ω3'
の光は、屈折率変動を測定すべき光路を介して、コーナ
キューブプリズムからなる移動鏡91に入射する。コー
ナキューブプリズム91で反射された周波数ω2'の光お
よび周波数ω3'の光は、屈折率変動を測定すべき光路を
介して、SHG変換素子92に入射する。SHG変換素
子92では、周波数ω2'の光および周波数ω3'の光のう
ちの周波数の小さい周波数ω2'の光が周波数ω3'' (ω
3'' =2ω2')の光にSHG変換され、周波数の大きい
周波数ω3'の光はSHG変換素子92をそのまま透過す
る。その結果、SHG変換素子92によって周波数ω2'
から周波数ω3'' に変換された光とコーナキューブプリ
ズム(移動鏡)91で反射された周波数ω3'の光とが干
渉し、その干渉光が光電変換素子93によって検出され
る。
The light of frequency ω 2 ′ and the light of frequency ω 3 ′ which are emitted coaxially along the same optical path via frequency modulation section 101
Is incident on a movable mirror 91 composed of a corner cube prism via an optical path whose refractive index fluctuation is to be measured. The light of the frequency ω 2 ′ and the light of the frequency ω 3 ′ reflected by the corner cube prism 91 enter the SHG conversion element 92 via the optical path whose refractive index variation is to be measured. In the SHG conversion element 92, of the light of the frequency ω 2 ′ and the light of the frequency ω 3 ′, the light of the frequency ω 2 ′ having a smaller frequency is converted to the frequency ω 3 ″ (ω
3 ″ = 2ω 2 ′) is subjected to SHG conversion, and light having a large frequency ω 3 ′ passes through the SHG conversion element 92 as it is. As a result, the frequency ω 2
An optical frequency omega 3 '' converted light and corner cube prism (movement mirror) to the frequency omega 3 which is reflected by 91 'will interfere from the interference light is detected by the photoelectric conversion element 93.

【0076】光電変換素子93で検出された干渉信号
は、位相計94に入力される。位相計94では、干渉信
号の位相に基づいて、周波数ω3 の光に対する光路長変
化D(ω3 )と周波数ω2 の光に対する光路長変化D
(ω2 )との差すなわち{D(ω3 )−D(ω2 )}を
求める。位相計94で求められた{D(ω3 )−D(ω
2)}に関する信号は、演算器95に供給される。前述
したように、{D(ω3 )−D(ω2 )}に関する信号
は、屈折率変動の情報を含んだ信号である。したがっ
て、演算器95では、{D(ω3 )−D(ω2 )}に基
づいて、測定時における屈折率の変動を相対的に求める
ことができる。
The interference signal detected by the photoelectric conversion element 93 is input to the phase meter 94. In the phase meter 94, based on the phase of the interference signal, the optical path length variation with respect to the optical path length variation D (omega 3) and the frequency omega 2 of the light with respect to the frequency omega 3 light D
2 ), that is, {D (ω 3 ) −D (ω 2 )}. ΔD (ω 3 ) −D (ω obtained by the phase meter 94
2 ) The signal related to} is supplied to the computing unit 95. As described above, the signal related to {D (ω 3 ) −D (ω 2 )} is a signal including information on the refractive index fluctuation. Therefore, the computing unit 95 can relatively determine the change in the refractive index at the time of measurement based on {D (ω 3 ) −D (ω 2 )}.

【0077】図14の実施例において、光源86からの
周波数ω2 の光の射出方向が設計光軸に対して変動して
も、周波数変調部101から射出される周波数ω2'の光
および周波数ω3'の光は、周波数ω2 の光の射出方向の
変動の影響を互いに同じように受けることになる。その
結果、周波数ω2'の光および周波数ω3'の光の進行方向
が設計光軸に対して変動することはあっても、周波数ω
2'の光と周波数ω3'の光とは同一の光路に沿って伝搬す
る。すなわち、光源86からの周波数ω2 の光の射出方
向の変動の影響を受けることなく周波数ω2'の光と周波
数ω3'の光との同軸性を正確に確保することができるの
で、(D(ω3 )−D(ω2 ))を高精度に求め、ひい
ては光路中の空気の屈折率変動を高精度に測定すること
ができる。
In the embodiment of FIG. 14, even if the emission direction of the light of frequency ω 2 from the light source 86 fluctuates with respect to the design optical axis, the light of the frequency ω 2 ′ The light of ω 3 ′ is similarly affected by the variation of the emission direction of the light of frequency ω 2 . As a result, the traveling directions of the light of frequency ω 2 ′ and the light of frequency ω 3 ′ may vary with respect to the design optical axis, but the frequency ω 2
The 2 ′ light and the frequency ω 3 ′ light propagate along the same optical path. That is, the coaxiality between the light having the frequency ω 2 ′ and the light having the frequency ω 3 ′ can be accurately secured without being affected by the fluctuation of the emission direction of the light having the frequency ω 2 from the light source 86. D ([omega] 3 ) -D ([omega] 2 )) can be determined with high precision, and thus the refractive index fluctuation of air in the optical path can be measured with high precision.

【0078】なお、図14の実施例では、図2の実施例
にしたがう周波数変調部101を用いた例を示してい
る。しかしながら、図14の実施例において、図3〜図
13の各変形例にしたがう周波数変調部101を用いて
もよいし、他の適当な本発明の構成例にしたがう周波数
変調部101を用いてもよい。また、上述の各実施例お
よび各変形例では、屈折率変動の測定に際して、周波数
ω2 の光とω2 の2倍の周波数を有する周波数ω3 の光
とを用いている。しかしながら、本発明では、光路を通
った互いに周波数の異なる2つの光のうち一方の光の周
波数を他方の光の周波数とほぼ一致させることによって
干渉させることが重要である。したがって、例えば、高
調波変換素子を用いて、第3高調波やそれ以上の高次の
光を用いて、屈折率変動の測定を行っても良い。
The embodiment of FIG. 14 shows an example in which the frequency modulation section 101 according to the embodiment of FIG. 2 is used. However, in the embodiment of FIG. 14, the frequency modulation unit 101 according to each of the modifications of FIGS. 3 to 13 may be used, or the frequency modulation unit 101 according to another appropriate configuration example of the present invention may be used. Good. In the embodiments and modifications described above, when measuring the refractive index variation, are used with optical frequencies omega 3 with twice the frequency omega 2 of the light and omega 2. However, in the present invention, it is important that two lights having different frequencies from each other passing through the optical path interfere with each other by making the frequency of one light substantially equal to the frequency of the other light. Therefore, for example, the refractive index fluctuation may be measured using a third harmonic or higher order light using a harmonic conversion element.

【0079】[0079]

【効果】以上説明したように、本発明によれば、光源か
らの光の射出方向の変動の影響を受けることなく2つの
光の同軸性を正確に確保することができるので、ヘテロ
ダイン干渉方式を用いて光路中の空気の屈折率変動を高
精度に測定することができる。その結果、従来の光源か
らの光の射出方向の変動補正手段を必要としない簡略な
構成で、移動鏡の幾何学的変位量を、ひいては移動台な
どの真の変位量を高精度に測定することが可能となる。
As described above, according to the present invention, it is possible to accurately maintain the coaxiality of two lights without being affected by the fluctuation of the emission direction of the light from the light source. It can be used to measure the refractive index fluctuation of air in the optical path with high accuracy. As a result, with a simple configuration that does not require the conventional means for compensating for the variation in the direction of emission of light from the light source, the geometric displacement of the movable mirror, and thus the true displacement of the movable table, etc., can be measured with high accuracy. It becomes possible.

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

【図1】本発明の実施例にかかる光波干渉測定装置の構
成を概略的に示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a light wave interference measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の周波数変調部101の内部構成を概略的
に示す図である。
FIG. 2 is a diagram schematically showing an internal configuration of a frequency modulation unit 101 of FIG.

【図3】図1の周波数変調部101の第1変形例の構成
を概略的に示す図である。
FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of a first modification of the frequency modulation unit 101 of FIG. 1;

【図4】図1の周波数変調部101の第2変形例の構成
を概略的に示す図である。
FIG. 4 is a diagram schematically showing a configuration of a second modification of the frequency modulation unit 101 in FIG. 1;

【図5】図1の周波数変調部101の第3変形例の構成
を概略的に示す図である。
FIG. 5 is a diagram schematically showing a configuration of a third modification of the frequency modulation unit 101 in FIG. 1;

【図6】図1の周波数変調部101の第4変形例の構成
を概略的に示す図である。
FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration of a fourth modification of the frequency modulation unit 101 in FIG. 1;

【図7】図1の周波数変調部101の第5変形例の構成
を概略的に示す図である。
FIG. 7 is a diagram schematically showing a configuration of a fifth modification of the frequency modulation unit 101 in FIG. 1;

【図8】図1の周波数変調部101の第6変形例の構成
を概略的に示す図である。
FIG. 8 is a diagram schematically showing a configuration of a sixth modification of the frequency modulation unit 101 in FIG. 1;

【図9】図1の周波数変調部101の第7変形例の構成
を概略的に示す図である。
FIG. 9 is a diagram schematically showing a configuration of a seventh modification of the frequency modulation unit 101 in FIG. 1;

【図10】図1の周波数変調部101の第8変形例の構
成を概略的に示す図である。
FIG. 10 is a diagram schematically showing a configuration of an eighth modification of the frequency modulation unit 101 in FIG. 1;

【図11】図1の周波数変調部101の第9変形例の構
成を概略的に示す図である。
11 is a diagram schematically showing a configuration of a ninth modification example of the frequency modulation section 101 in FIG. 1. FIG.

【図12】図1の周波数変調部101の第10変形例の
構成を概略的に示す図である。
FIG. 12 is a diagram schematically showing a configuration of a tenth modified example of the frequency modulation unit 101 in FIG. 1;

【図13】図1の周波数変調部101の第11変形例の
構成を概略的に示す図である。
FIG. 13 is a diagram schematically showing a configuration of an eleventh modification of the frequency modulation unit 101 of FIG. 1;

【図14】本発明の実施例にかかる屈折率変動測定系の
構成を概略的に示す図である。
FIG. 14 is a diagram schematically showing a configuration of a refractive index fluctuation measurement system according to an example of the present invention.

【図15】従来の光波干渉測定装置の構成を概略的に示
す図である。
FIG. 15 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional light wave interference measurement device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 測長用光源 2 ビームスプリッタ 3 偏光分離素子 4、5 コーナーキューブプリズム 6、8 偏光板 7、9、37、39 光電変換素子 10、40 位相計 11 演算器 31 光源 32、36、38 SHG変換素子 33 周波数結合素子 34 周波数分離素子 51 音響光学素子 52 コリメートレンズ 53 ダイクロイックプリズム 54 回折格子 56、57 ビームエクスパンダ 58 絞り 60 分散プリズム 101 周波数変調部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Measurement light source 2 Beam splitter 3 Polarization separation element 4, 5 Corner cube prism 6, 8 Polarizer 7, 9, 37, 39 Photoelectric conversion element 10, 40 Phase meter 11 Computing device 31 Light source 32, 36, 38 SHG conversion Element 33 Frequency coupling element 34 Frequency separation element 51 Acousto-optic element 52 Collimating lens 53 Dichroic prism 54 Diffraction grating 56, 57 Beam expander 58 Stop 60 Dispersion prism 101 Frequency modulator

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定方向に沿った移動鏡の変位量を測定
するための測長用干渉計と、該測長用干渉計の光路中の
気体の屈折率変動を測定するための屈折率変動測定系と
を備え、前記測長用干渉計で測定した前記移動鏡の変位
量を前記屈折率変動測定系で測定した前記光路中の気体
の屈折率変動情報に基づいて補正することによって前記
移動鏡の幾何学的変位量を測定する光波干渉測定装置に
おいて、 前記屈折率変動測定系は、 第1の周波数を有する第1の光を供給するための光源
と、 前記光源からの前記第1の光の一部を前記第1の周波数
とは異なる第2の周波数を有する第2の光に変換し、前
記第1の光と前記第2の光とを同一の光路に沿って出力
するための周波数変換手段と、 前記周波数変換手段から同一の光路に沿って出力された
前記第1の光および前記第2の光をそれぞれ所定の周波
数だけ周波数変調して第3の光および第4の光を生成
し、生成された前記第3の光と前記第4の光とを同一の
光路に沿って出力するための周波数変調手段と、 前記測長用干渉計の測定光路を介した前記第3の光およ
び前記第4の光のうちの一方の光の周波数を他方の光の
周波数とほぼ一致させることによってヘテロダイン干渉
による第1干渉光を生成するための第1干渉光生成系
と、 前記測長用干渉計の参照光路を介した前記第3の光およ
び前記第4の光のうち一方の光の周波数を他方の光の周
波数とほぼ一致させることによってヘテロダイン干渉に
よる第2干渉光を生成するための第2干渉光生成系とを
備え、 前記第1干渉光および前記第2干渉光に基づいて前記測
長用干渉計の光路中の気体の屈折率変動を測定し、補正
することを特徴とする光波干渉測定装置。
1. A length measuring interferometer for measuring a displacement amount of a movable mirror along a predetermined direction, and a refractive index variation for measuring a refractive index variation of a gas in an optical path of the length measuring interferometer. A measuring system, wherein the displacement is corrected by correcting the displacement amount of the movable mirror measured by the length measuring interferometer based on the refractive index fluctuation information of the gas in the optical path measured by the refractive index fluctuation measuring system. In a light wave interferometer for measuring a geometric displacement of a mirror, the refractive index fluctuation measuring system includes: a light source for supplying a first light having a first frequency; and a first light source from the light source. For converting a part of the light into second light having a second frequency different from the first frequency, and outputting the first light and the second light along the same optical path. Frequency conversion means, before being output from the frequency conversion means along the same optical path The third light and the fourth light are generated by frequency-modulating the first light and the second light respectively by a predetermined frequency, and the generated third light and the fourth light are the same. Frequency modulating means for outputting along the optical path of the third light and the fourth light via the measurement optical path of the length measuring interferometer, the frequency of one of the third light and the fourth light of the other light A first interference light generation system for generating a first interference light by heterodyne interference by making the frequency substantially coincide with the frequency, and the third light and the fourth light via a reference optical path of the length measuring interferometer A second interference light generation system for generating a second interference light by heterodyne interference by making the frequency of one of the lights substantially equal to the frequency of the other light, wherein the first interference light and the second In the optical path of the length measuring interferometer based on the interference light And measuring and correcting the refractive index fluctuation of the gas.
【請求項2】 前記周波数変換手段は、前記第1の光の
一部を高調波に変換し、該高調波を前記第2の光として
出力するための高調波変換素子であることを特徴とする
請求項1に記載の光波干渉測定装置。
2. The apparatus according to claim 1, wherein the frequency conversion unit is a harmonic conversion element for converting a part of the first light into a harmonic and outputting the harmonic as the second light. The optical interference measurement apparatus according to claim 1.
【請求項3】 前記周波数変調手段は、前記第1の光お
よび前記第2の光をそれぞれ所定の周波数だけ周波数変
調するための少なくとも1つの周波数変調素子と、 前記少なくとも1つの周波数変調素子を介して生成され
た前記第3の光と前記第4の光とを同一の光路に沿って
結合させるための補正光学系とを有することを特徴とす
る請求項1または2に記載の光波干渉測定装置。
3. The apparatus according to claim 1, wherein the frequency modulating means includes at least one frequency modulating element for frequency modulating each of the first light and the second light by a predetermined frequency, and via the at least one frequency modulating element. 3. The optical interference measurement apparatus according to claim 1, further comprising a correction optical system that couples the third light and the fourth light generated along the same optical path. 4. .
【請求項4】 前記周波数変調素子は、ブラッグ回折を
利用した音響光学素子であることを特徴とする請求項3
に記載の光波干渉測定装置。
4. The frequency modulation device according to claim 3, wherein the frequency modulation device is an acousto-optic device using Bragg diffraction.
The light wave interference measurement device according to item 1.
【請求項5】 前記補正光学系は、前記周波数変調素子
を介して生成された前記第3の光および前記第4の光を
屈折することによって間隔を隔てて互いに平行な光に変
換するための屈折光学系と、該屈折光学系を介して互い
に平行に変換された前記第3の光と前記第4の光とを同
一の光路に沿って結合させるための周波数結合素子とを
有することを特徴とする請求項3または4に記載の光波
干渉測定装置。
5. The correction optical system for converting the third light and the fourth light generated through the frequency modulation element into light parallel to each other at an interval by refracting the third light and the fourth light. It has a refractive optical system and a frequency coupling element for coupling the third light and the fourth light, which have been converted into parallel with each other via the refractive optical system, along the same optical path. The optical interference measuring apparatus according to claim 3 or 4, wherein
【請求項6】 前記補正光学系は、前記周波数変調素子
を介して生成された前記第3の光および前記第4の光を
回折することによって間隔を隔てて互いに平行な光に変
換するための回折光学系と、該回折光学系を介して互い
に平行に変換された前記第3の光と前記第4の光とを同
一の光路に沿って結合させるための周波数結合素子とを
有することを特徴とする請求項3または4に記載の光波
干渉測定装置。
6. The correction optical system for converting the third light and the fourth light generated through the frequency modulation element into light parallel to each other at an interval by diffracting the third light and the fourth light. A diffractive optical system, and a frequency coupling element for coupling the third light and the fourth light, which have been converted to be parallel to each other via the diffractive optical system, along the same optical path. The optical interference measuring apparatus according to claim 3 or 4, wherein
【請求項7】 前記補正光学系は、前記周波数変調素子
よりも前記周波数変換手段側に設けられた第1補正光学
系と、前記周波数変調素子よりも前記第1干渉光生成系
側に設けられた第2補正光学系とを有し、 前記第1補正光学系は、同一の光路に沿って前記周波数
変調手段に入射した前記第1の光および前記第2の光を
回折するための回折光学系であり、 前記第2補正光学系は、前記周波数変調素子を介して生
成された前記第3の光および前記第4の光を回折するこ
とによって前記第3の光と前記第4の光とを同一光路に
沿って結合するための回折光学系であることを特徴とす
る請求項3または4に記載の光波干渉測定装置。
7. The correction optical system is provided on a first correction optical system provided closer to the frequency conversion unit than the frequency modulation element, and is provided on the first interference light generation system side more than the frequency modulation element. A second correction optical system, wherein the first correction optical system diffracts the first light and the second light incident on the frequency modulation means along the same optical path. Wherein the second correction optical system diffracts the third light and the fourth light generated through the frequency modulation element to generate the third light and the fourth light. The optical interference measuring apparatus according to claim 3 or 4, wherein the optical interference measuring apparatus is a diffractive optical system for coupling the light beam along the same optical path.
【請求項8】 前記補正光学系は、前記周波数変調素子
よりも前記周波数変換手段側に設けられた第1補正光学
系と、前記周波数変調素子よりも前記第1干渉光生成系
側に設けられた第2補正光学系とを有し、 前記第1補正光学系は、同一の光路に沿って前記周波数
変調手段に入射した前記第1の光および前記第2の光を
屈折するための屈折光学系であり、 前記第2補正光学系は、前記周波数変調素子を介して生
成された前記第3の光および前記第4の光を屈折するこ
とによって前記第3の光と前記第4の光とを同一光路に
沿って結合するための屈折光学系であることを特徴とす
る請求項3または4に記載の光波干渉測定装置。
8. The correction optical system is provided on a first correction optical system provided closer to the frequency conversion unit than the frequency modulation element, and is provided on the first interference light generation system side more than the frequency modulation element. A second correction optical system, wherein the first correction optical system is a refraction optic for refracting the first light and the second light incident on the frequency modulation means along the same optical path. Wherein the second correction optical system refracts the third light and the fourth light generated through the frequency modulation element, thereby forming the third light and the fourth light. The optical interference measuring apparatus according to claim 3 or 4, wherein the optical interference measuring apparatus is a refraction optical system for coupling the light beams along the same optical path.
【請求項9】 前記周波数変調手段は、前記第1の光お
よび前記第2の光をそれぞれ第1の周波数だけ周波数変
調するための第1の周波数変調素子と、 前記第1の周波数変調素子を介した2つの光を前記第1
の周波数とは符号が異なり且つ前記第1の周波数の絶対
値とわずかに異なる絶対値を有する第2の周波数だけ周
波数変調するための第2の周波数変調素子とを有するこ
とを特徴とする請求項3または4に記載の光波干渉測定
装置。
9. The frequency modulation unit includes: a first frequency modulation element for frequency-modulating each of the first light and the second light by a first frequency; and a first frequency modulation element. The two lights passing through the first
And a second frequency modulation element for frequency-modulating only a second frequency having a sign different from that of the first frequency and having an absolute value slightly different from the absolute value of the first frequency. The light wave interference measurement device according to 3 or 4.
【請求項10】 前記補正光学系は、前記第1の周波数
変調素子よりも前記周波数変換手段側に設けられた第1
補正光学系と、前記第1の周波数変調素子よりも前記第
1干渉光生成系側に設けられた第2補正光学系と、前記
第2の周波数変調素子よりも前記周波数変換手段側に設
けられた第3補正光学系と、前記第2の周波数変調素子
よりも前記第1干渉光生成系側に設けられた第4補正光
学系とを有し、 前記第1補正光学系は、同一の光路に沿って前記周波数
変調手段に入射した前記第1の光および前記第2の光を
回折するための回折光学系であり、 前記第2補正光学系は、前記第1の周波数変調素子を介
して生成された2つの光を回折することによって前記2
つの光を同一光路に沿って結合するための回折光学系で
あり、 前記第3補正光学系は、前記第2補正光学系を介して同
一の光路に沿って入射した前記2つの光を回折するため
の回折光学系であり、 前記第4補正光学系は、前記第2の周波数変調素子を介
して生成された前記第3の光および前記第4の光を回折
することによって前記第3の光と前記第4の光とを同一
光路に沿って結合するための回折光学系であることを特
徴とする請求項9に記載の光波干渉測定装置。
10. The correction optical system according to claim 1, wherein the correction optical system is a first frequency modulation element provided on a side closer to the frequency conversion unit than the first frequency modulation element.
A correction optical system, a second correction optical system provided closer to the first interference light generation system than the first frequency modulation device, and a correction optical system provided closer to the frequency conversion unit than the second frequency modulation device. A third correction optical system, and a fourth correction optical system provided closer to the first interference light generation system than the second frequency modulation element, wherein the first correction optical system has the same optical path. Is a diffractive optical system for diffracting the first light and the second light incident on the frequency modulation means along the axis, and the second correction optical system is provided via the first frequency modulation element. By diffracting the two generated lights,
A diffractive optical system for combining two lights along the same optical path, wherein the third correction optical system diffracts the two lights incident along the same optical path via the second correction optical system. The fourth correction optical system is configured to diffract the third light and the fourth light generated through the second frequency modulation element so as to diffract the third light. The optical interference measuring apparatus according to claim 9, wherein the optical interference measuring apparatus is a diffractive optical system for coupling the light and the fourth light along the same optical path.
【請求項11】 前記補正光学系は、前記第1の周波数
変調素子よりも前記周波数変換手段側に設けられた第1
補正光学系と、前記第1の周波数変調素子よりも前記第
1干渉光生成系側に設けられた第2補正光学系と、前記
第2の周波数変調素子よりも前記周波数変換手段側に設
けられた第3補正光学系と、前記第2の周波数変調素子
よりも前記第1干渉光生成系側に設けられた第4補正光
学系とを有し、 前記第1補正光学系は、同一の光路に沿って前記周波数
変調手段に入射した前記第1の光および前記第2の光を
屈折するための屈折光学系であり、 前記第2補正光学系は、前記第1の周波数変調素子を介
して生成された2つの光を屈折することによって前記2
つの光を同一光路に沿って結合するための屈折光学系で
あり、 前記第3補正光学系は、前記第2補正光学系を介して同
一の光路に沿って入射した前記2つの光を屈折するため
の屈折光学系であり、 前記第4補正光学系は、前記第2の周波数変調素子を介
して生成された前記第3の光および前記第4の光を屈折
することによって前記第3の光と前記第4の光とを同一
光路に沿って結合するための屈折光学系であることを特
徴とする請求項9に記載の光波干渉測定装置。
11. The correction optical system according to claim 1, further comprising: a first optical modulator provided on a frequency conversion unit side with respect to the first frequency modulation element.
A correction optical system, a second correction optical system provided closer to the first interference light generation system than the first frequency modulation device, and a correction optical system provided closer to the frequency conversion unit than the second frequency modulation device. A third correction optical system, and a fourth correction optical system provided closer to the first interference light generation system than the second frequency modulation element, wherein the first correction optical system has the same optical path. Is a refraction optical system for refracting the first light and the second light incident on the frequency modulation means along the axis, and the second correction optical system is provided via the first frequency modulation element. By refracting the two generated lights,
A third correcting optical system for refracting the two lights incident along the same optical path via the second correcting optical system. The fourth correction optical system is configured to refract the third light and the fourth light generated through the second frequency modulation element, thereby refracting the third light. 10. The optical interference measuring apparatus according to claim 9, wherein the optical interference measuring apparatus is a refractive optical system for coupling the light and the fourth light along the same optical path.
【請求項12】 前記補正光学系は、前記第1の周波数
変調素子よりも前記周波数変換手段側に設けられた第1
補正光学系と、前記第2の周波数変調素子よりも前記第
1干渉光生成系側に設けられた第2補正光学系とを有
し、 前記第1補正光学系は、同一の光路に沿って前記周波数
変調手段に入射した前記第1の光および前記第2の光を
回折するための回折光学系であり、 前記第2補正光学系は、前記第1の周波数変調素子およ
び前記第2の周波数変調素子を介して生成された前記第
3の光および前記第4の光を回折することによって前記
第3の光と前記第4の光とを同一光路に沿って結合する
ための回折光学系であることを特徴とする請求項9に記
載の光波干渉測定装置。
12. The correction optical system according to claim 1, wherein said correction optical system is provided on a first frequency conversion element side of said first frequency modulation element.
A correction optical system, and a second correction optical system provided closer to the first interference light generation system than the second frequency modulation element, wherein the first correction optical system is arranged along the same optical path. A diffractive optical system for diffracting the first light and the second light incident on the frequency modulating means, wherein the second correction optical system includes the first frequency modulating element and the second frequency A diffractive optical system for diffracting the third light and the fourth light generated through a modulation element to combine the third light and the fourth light along the same optical path. The optical interference measuring apparatus according to claim 9, wherein:
【請求項13】 前記補正光学系は、前記第1の周波数
変調素子よりも前記周波数変換手段側に設けられた第1
補正光学系と、前記第2の周波数変調素子よりも前記第
1干渉光生成系側に設けられた第2補正光学系とを有
し、 前記第1補正光学系は、同一の光路に沿って前記周波数
変調手段に入射した前記第1の光および前記第2の光を
屈折するための屈折光学系であり、 前記第2補正光学系は、前記第1の周波数変調素子およ
び前記第2の周波数変調素子を介して生成された前記第
3の光および前記第4の光を屈折することによって前記
第3の光と前記第4の光とを同一光路に沿って結合する
ための屈折光学系であることを特徴とする請求項9に記
載の光波干渉測定装置。
13. The correction optical system according to claim 1, wherein the first optical modulator is provided on a side of the frequency conversion unit with respect to the first frequency modulation element.
A correction optical system, and a second correction optical system provided closer to the first interference light generation system than the second frequency modulation element, wherein the first correction optical system is arranged along the same optical path. A refraction optical system for refracting the first light and the second light incident on the frequency modulation unit, wherein the second correction optical system includes the first frequency modulation element and the second frequency. A refraction optical system for refracting the third light and the fourth light generated through a modulation element to couple the third light and the fourth light along the same optical path; The optical interference measuring apparatus according to claim 9, wherein:
【請求項14】 前記補正光学系は、前記第1の周波数
変調素子よりも前記周波数変換手段側に設けられた第1
補正光学系と、前記第2の周波数変調素子よりも前記第
1干渉光生成系側に設けられた第2補正光学系とを有
し、 前記第1補正光学系は、同一の光路に沿って前記周波数
変調手段に入射した前記第1の光および前記第2の光を
回折するための回折光学系であり、 前記第2補正光学系は、前記第1の周波数変調素子およ
び前記第2の周波数変調素子を介して生成された前記第
3の光および前記第4の光を回折することによって間隔
を隔てて互いに平行な光に変換するための回折光学系
と、互いに平行に変換された前記第3の光と前記第4の
光とを同一の光路に沿って結合させるための周波数結合
素子とを有することを特徴とする請求項9に記載の光波
干渉測定装置。
14. The correction optical system according to claim 1, wherein the correction optical system is provided on a first frequency conversion element side of the first frequency modulation element.
A correction optical system, and a second correction optical system provided closer to the first interference light generation system than the second frequency modulation element, wherein the first correction optical system is arranged along the same optical path. A diffractive optical system for diffracting the first light and the second light incident on the frequency modulating means, wherein the second correction optical system includes the first frequency modulating element and the second frequency A diffractive optical system for diffracting the third light and the fourth light generated through a modulation element to convert the third light and the fourth light into light parallel to each other at an interval, and The light wave interference measuring apparatus according to claim 9, further comprising a frequency coupling element for coupling the third light and the fourth light along the same optical path.
【請求項15】 前記補正光学系は、前記第1の周波数
変調素子よりも前記周波数変換手段側に設けられた第1
補正光学系と、前記第2の周波数変調素子よりも前記第
1干渉光生成系側に設けられた第2補正光学系とを有
し、 前記第1補正光学系は、同一の光路に沿って前記周波数
変調手段に入射した前記第1の光および前記第2の光を
屈折するための屈折光学系であり、 前記第2補正光学系は、前記第1の周波数変調素子およ
び前記第2の周波数変調素子を介して生成された前記第
3の光および前記第4の光を屈折することによって間隔
を隔てて互いに平行な光に変換するための屈折光学系
と、互いに平行に変換された前記第3の光と前記第4の
光とを同一の光路に沿って結合させるための周波数結合
素子とを有することを特徴とする請求項9に記載の光波
干渉測定装置。
15. The correction optical system according to claim 1, further comprising: a first optical modulator provided closer to the frequency converter than the first frequency modulator.
A correction optical system, and a second correction optical system provided closer to the first interference light generation system than the second frequency modulation element, wherein the first correction optical system is arranged along the same optical path. A refraction optical system for refracting the first light and the second light incident on the frequency modulation unit, wherein the second correction optical system includes the first frequency modulation element and the second frequency. A refractive optical system for converting the third light and the fourth light generated through a modulation element into light parallel to each other at an interval by refracting the third light and the fourth light; The light wave interference measuring apparatus according to claim 9, further comprising a frequency coupling element for coupling the third light and the fourth light along the same optical path.
【請求項16】 所定の光路中の気体の屈折率変動を測
定するための屈折率変動測定系において、 第1の周波数を有する第1の光を供給するための光源
と、 前記光源からの前記第1の光の一部を前記第1の周波数
とは異なる第2の周波数を有する第2の光に変換し、前
記第1の光と前記第2の光とを同一の光路に沿って出力
するための周波数変換手段と、 前記周波数変換手段から同一の光路に沿って出力された
前記第1の光および前記第2の光をそれぞれ所定の周波
数だけ周波数変調して第3の光および第4の光を生成
し、生成された前記第3の光と前記第4の光とを同一の
光路に沿って出力するための周波数変調手段と、 前記光路を介した前記第3の光および前記第4の光のう
ちの一方の光の周波数を他方の光の周波数とほぼ一致さ
せることによってヘテロダイン干渉による干渉光を生成
するための干渉光生成系とを備え、 前記干渉光に基づいて、前記測長用干渉計の光路中の気
体の屈折率変動を測定することを特徴とする屈折率変動
測定系。
16. A refractive index fluctuation measuring system for measuring a refractive index fluctuation of a gas in a predetermined optical path, comprising: a light source for supplying a first light having a first frequency; A part of the first light is converted to a second light having a second frequency different from the first frequency, and the first light and the second light are output along the same optical path. Frequency conversion means for converting the first light and the second light output from the frequency conversion means along the same optical path by a predetermined frequency, respectively. Frequency modulating means for generating the third light and the fourth light generated along the same optical path; and the third light and the third light passing through the optical path. Make the frequency of one of the four lights substantially equal to the frequency of the other light And an interference light generation system for generating interference light due to heterodyne interference, wherein a refractive index variation of a gas in an optical path of the length measuring interferometer is measured based on the interference light. Refractive index fluctuation measurement system.
【請求項17】 前記周波数変換手段は、前記第1の光
の一部を高調波に変換し、該高調波を前記第2の光とし
て出力するための高調波変換素子であることを特徴とす
る請求項16に記載の屈折率変動測定系。
17. A frequency conversion device for converting a part of the first light into a higher harmonic, and outputting the higher harmonic as the second light. The refractive index fluctuation measurement system according to claim 16.
【請求項18】 前記周波数変調手段は、前記第1の光
および前記第2の光をそれぞれ所定の周波数だけ周波数
変調するための少なくとも1つの周波数変調素子と、 前記少なくとも1つの周波数変調素子を介して生成され
た前記第3の光と前記第4の光とを同一の光路に沿って
結合させるための補正光学系とを有することを特徴とす
る請求項16または17に記載の屈折率変動測定系。
18. The apparatus according to claim 18, wherein the frequency modulating means includes at least one frequency modulating element for frequency modulating each of the first light and the second light by a predetermined frequency, and via the at least one frequency modulating element. 18. The refractive index fluctuation measurement according to claim 16, further comprising a correction optical system for coupling the generated third light and the fourth light along the same optical path. system.
【請求項19】 前記周波数変調素子は、ブラッグ回折
を利用した音響光学素子であることを特徴とする請求項
18に記載の屈折率変動測定系。
19. The refractive index fluctuation measurement system according to claim 18, wherein the frequency modulation element is an acousto-optic element using Bragg diffraction.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005015149A1 (en) * 2003-08-12 2005-02-17 Bussan Nanotech Research Institute, Inc. Detection device, optical path length measurement device, measurement instrument, optical member evaluation method, and temperature change detection method
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