JPS63282661A - 干渉型光装置 - Google Patents

干渉型光装置

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JPS63282661A
JPS63282661A JP63009753A JP975388A JPS63282661A JP S63282661 A JPS63282661 A JP S63282661A JP 63009753 A JP63009753 A JP 63009753A JP 975388 A JP975388 A JP 975388A JP S63282661 A JPS63282661 A JP S63282661A
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JP
Japan
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type optical
optical device
interference type
interference
interferometer
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Application number
JP63009753A
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English (en)
Inventor
セルジュ ジドン
ジル ベハール
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/36Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は整合された干渉分析器及びフィルタを用いる
光学装置に関する。この光学装置は、表面即ち物体の位
置、変位又は速度の測定に用いられる。この発明を応用
する分野のうちの一つは、衝撃効果(デトニックス)の
もとて物質の水力学的な振舞いを学習することである。
この発明による装置は、ドツプラー・ベロメタ−即ち速
度計型のものである。このような装置は公知であり、そ
の概要を第1図から第3図に関連して部用に説明する。
第1図は例えばアルゴン型の単一モード・レーザ即ちm
−周波数レーザ10を示しており、光ビームを発光して
超高速シャッタ12を介して光ファイバー14を通過す
る。光ファイバー14の他端には、表面Sに接近して配
置されたヘッド16が備えられており、表面Sの速度が
測定対象となっている。ヘッド16は他の光ファイバー
18を保持しており、光ファイバー18は表面Sにより
反射され、又は拡散された光を受光し、ファブリ・ペロ
ー干渉計20に光を導く。ファブリ・ペロー干渉計20
の背後には、光学系22と、スロット24と、−例とし
てスリット走査型の電子カメラ26とが備えられている
第2図及び第3図は以下で説明する装置の動作を可能に
するものである。単一モード・レーザlOは、単一周波
数Fにより特徴付けられる単色光(その値はシステムが
使用するモード選択による。)を発光する。励振された
発光機構(例えばイオン化アルゴン・レーザの5145
人)により使用される光線50を第2図に示すように概
要的に表現すると、乍−モード・レーザ10の弔−発信
モードは52のようになり、その幅は非常に狭い(図は
寸法通りではない)。一般に、他の全てのモードの消去
はレーザ・キャビディーに導入されたエア・ウェッジを
使用することにより行なわれる。
このような入射照射の単一周波数Fは、表面Sにより光
ビームを反射する際に、ドツプラー効果により偏移する
。その周波数偏移ΔFは速度VとV = c/2・ΔF
/F の関係がある。
ただし、Cは表面Sに対する光の速度である。
周波数F+ΔFの反射ビームがファブリ・ペロー干渉計
20を通過するときは、第3図の部分aの基準30に示
すように、背部に一連のリングを発生させる多重干渉現
象がある。スリット32を介してこれらのリングを観察
すると、間隔が周波数シフトΔFの値に依存する円形セ
グメント34が得られる。
第3図の部分すにおいて、これらの円形セグメント34
に対応し、時間の関数として展開する線が示されている
。この線は上から下に進むものと仮定している。部分4
0では、目標がまだ静止しており、リングがその直径を
保持しているので、線は直線となっている。目標は、時
点42から急に動き始め、その速度が増加する。急激な
変化の後では、線が目標の速度値を反映する曲線となっ
ている。具体的にいうと、速度Vは次式により与えられ
る。
ただし、λはレーザの単一周波数に対応する波長、Cは
光の速度、eはファブリ・ペロー干渉計20の長さ、D
、及びD2は第1及び第2のリングの直径、nはリング
の跳躍数である。
このような装置は「2木の光ファイバーを介した光伝送
によるドツプラー・レザー干渉計(Dop−pler 
1aser interferometery wiL
h light Lrans−mission by 
two optical fibers)Jと題してジ
ドン(S、GIDON)、ガルサン(G、GARCIN
) Aびベアール(G、BEll八R)へよる論文と、
「ファブリ・ペロー干渉計をもつドツプラー・レザー干
渉計による速度測定を目的とした光ファイバーの利用(
F、mploi defibres  opjique
s  pour  la  measure  da 
 vijcssepar interferometr
ie Doppler−1,aser avcc in
−terferomeLre de Fabry−Pe
rot) Jと題してデユラン(M、DURAN)によ
る論文に説明されており、いずれも[高速度写真及びフ
ォトニックス]について、フランス、ストスプールで1
984年8月27日〜31日に開催された5PIE、第
16回会議報告(前者は第491@、第894頁〜第8
98頁、後者は同巻第650頁〜第657頁)に開示さ
れている。
これらの装置は、ある観点で満足できるが、まだ欠点が
残されている。従って、光源手段に必要とさね、光出力
に利用可能な周波数スペクトルの純度は低い。従って、
レーザを乍−周波数にさせるための処理は、それがいく
つかのモードから1モードのみを選択するためばかりで
はなく、光学装置が選択したモードを減衰させるために
、相当な損失をもたらすことが解っている。従って、イ
オン化アルゴン・レーザの場合は、数W(ワット)の電
力レベルで動作する。この電力レベルを更に増加させた
いのであれば、増幅手段、例えば色素レーザ型を用いる
必要がある。しかし、このような増幅手段によって約1
0Wを超えるようにすることは殆ど不可能である。
この発明の目的は、このような欠点をなくすことにある
。従って、例えば少なくともtoo wの高稼動の光出
力ビームを得る非常に簡単な方法を得る手段が望ましい
。これは、従来の技術で用いられていた電力レベルの約
20倍である。
また、この発明は、従来技術の先入観に対して逆を行く
ものであり、単一周波数放射を用いる原則を放棄するこ
とを推奨するものである。この発明は、実際において、
広帯域のスペクトル光源(コヒーレント源、例えばガス
、色素、固体、半導体又は類似のレーザか、又は非コヒ
ーレント源、例えば発光ダイオード、ランプ、アーク等
)の支援により多周波数の放射を形成することであり、
前記光源は外部的に周波数フィルタと関連される。
そのスペクトル特性は等距離の周波数範囲により形成さ
れるものである。次に、使用ビームは多周波数、従って
高出力となる。この発明は、第1の構成と組み合わせる
ことにより、更に放出で用いられるフィルタと同一の周
波数スペクトルを有する干渉分析システムを用いる第2
の構成も得られる。
この発明は、電気的な伝送に用いる方法の類推から、整
合されたろ波を行なうものということができる。
受信チャネルに発生し、かつ表面の変位及び/又は速度
の測定を可能にする干渉機構は、存在する全ての周波数
について成立する。構造的な干渉に基づく各リングは、
周波数が固有であるということにより、従来技術では独
特のものであったが、この発明が推奨する周波数の多重
性の結果として多重となる。しかし、意外なことに、こ
の多重性が測定の結反を低下させるようなことはない。
干渉分析装置の背後に形成される干渉パターンは、明確
に定められ、かつリングの強度がより大きな光出力を介
して強化されるので、速度をますます容易に測定するこ
とが可能となる。
この発明により得られる光源の選択がかなりの範囲とな
るということは、非常に高電力のパルス駆動したレーザ
の使用を可能にするものである。
この場合は、当然、光パルスを調べるべき現象、特にブ
トニック測定に同期させなければならない。
本発明は、付図に関連する以下の説明の結果からよく理
解されるであろう。
第4図による装置は、発光手段E及び受光手段Rを備え
ている。発光手段Eは(図示なしの手段(レンズ・セッ
ト))により方向付けられた光ビームL1を発光する発
光源60と、例えばファブリ・ペロー型の第1干渉計F
PIとを備えており、1■記第1干渉計FPIはビーム
L2を供給する。このビームL2は光ファイバ62を介
して調べるべき表面Sに導かわる。表面Sにより反射又
は拡散されたビームL3は、光ファイバ64により受信
手段に導かれる。前記受信手段は第2干渉計FP2を備
えており、その背後には光検出器66、例えば焦点面シ
ャッタ・カメラを配置させた第2干渉計FP2か備えら
れている。
このような装置の動作を理解するために、前記装置を形
成している手段の種々のスペクトル特性を説明すること
が必要となる。第5図は、部分(a)に発光源60によ
り発光された光ビームL1のスペクトルを示す。このス
ペクトルは幅広である。これは発光源60で用いる物質
の放射帯域即ち光線に対応する。これが色素レーザの場
合であるときは、前記放射帯域は色素物質(例えばロー
ダミン6G)の蛍光帯域である。アルゴン・レーザの場
合は、前記線が何回もイオン化されたアルゴン原子のう
ちの一つである。
部分(b)は第1干渉計FPIの周波数範囲を示す。
部分(C)は第1干渉計FPIからのビームL2のスペ
クトルを示す。広い帯域は一定数の等距離周波数にろ波
される。このようなスペクトルは多重レーザのスペクト
ルと混同されることはないが、これらは同一の形状又は
荒さを有する。従って、この発明の場合は、得られたス
ペクトルがファブリ・ペロー干渉計により多重レーザの
外側に配置される。従って、このようなスペクトルは非
常に安定している。多重レーザからの放射を用いる際に
、こわらのモードの安定性はひどく不適当であり、安定
したパターンを得るのを不可能にすることはない。
部分(d)は戻りビームのスペクトルを示す。
先ず、放射の振幅は反射又は拡散により減衰されたが、
特に周波数は、表面Sの偏移速度の関数である周波数シ
フトΔFにより偏移される。このスペクトルを有するビ
ームは、周波数範囲が第1干渉計FPIの周波数範囲と
同一の第2干渉計FP2を通過する。この第2干渉計F
P2の背後には、回折リングが形成され、その直径が従
来技術のように解析される。
第1及び第2干渉計FPI及びFP2のスペクトルの同
一性を得るために最も簡単な手段は、第6図に示すよう
に、同〜の装置を用いることである。これは、上部をろ
波すべきビームに用い、下部を解析すべきビームに用い
るファブリ・ペロー干渉計FPを備えることか可能であ
る。
第7図はアルゴン・レーザにより得られる曲線(部分a
)、及び色素レーザにより得られる曲線(部分b)を示
す。これらの曲線は第2図に関連して説明した通常の形
状を有する。第7図の曲線の上の部分は静止期間に対応
しており、その目標が不動であることに対応している。
下の部分は目標の移動に対応している。
部分(b)の結果は電子フラッシュ・ポンプ式ローダミ
ン6Gレーザにより得られた。光パルスの期間は50μ
sであり、電力ピークは1OKi#である。
ろ波後に100Wの電力が得られる。
アルゴン・レーザは、連続動作、モード・セレクタ及び
5Wの電力を有する通常型のものであった。
第8図は測定の解析結果を示す。横軸に時間をプロット
し、縦軸に目標の速度をプロットしである。アルゴン・
レーザに対応する部分(a)において、測定した初期速
度は2230m/s 、最終速度は2860[1/Sで
あった。色素レーザの使用に対応する部分(b)におい
て、測定した初期速度は2250m/s 、最終速度は
2810m/sであった。
推定した測定精度は約1000m/sの装置速度のとき
に±20m/sである(「装置速度」は先に与えた式に
現われるCλ/4e項に対応する。即ち、これは、1単
位だけ干渉順序が変化する速度、換言すれば、1つの縁
を横切った通過したときの速度である)。
【図面の簡単な説明】
第1図は既に説明した従来技術の速度計の概要図、 第2図は既に説明した弔−周波数スペクトルを概要的に
示す図、 第3図は既に説明した解析装置の背後で得られる回折リ
ングの図、 第4図はこの発明装置のブロック図、 第5図はこの発明装置のスペクトル特性図、第6図はこ
の発明の効果的な変形のブロック図、 第7図はアルゴン・レーザ及び色素レーザによりそれぞ
れ得られる2つの線の例を示す図、第8図は2つの型の
アルゴン・レーザ及び色素レーザによる表面の速度の変
形を解析した後の計算の結果を与える2つの曲線を示す
図である。 60、E・・・・発光源、 62.64・・・・光ファイバ、 66・・・・光検出器、 FPI・・・・第1干渉計、 FP2・・・・第2干渉計。 わ 一 僧       −コ         沖手  続 
 補  正  書  (方  式)昭和63年5月24

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)表面の位置、変位及び/又は速度の測定に利用可
    能であると共に、 予め定めた周波数スペクトルを有し、調べるべき表面(
    S)に指向された方向性ビーム(L1)を発光する発光
    源(60)により構成される放射手段と、 測定すべき前記表面(S)からの光信号を受信する干渉
    解析装置(FP2)に関連される受信手段と を公知の方法により関連させた干渉型光装置において、 前記干渉型光装置の背後に配置され、前記光信号の変動
    を測定可能な光受信器(66)を備えると共に、 前記光源を離散的な周波数範囲を有する周波数ろ波干渉
    計(FP1)に関連する広帯域スペクトル源により構成
    し、前記放射手段の干渉解析装置(FP1)及び前記受
    信手段の干渉解析装置(FP2)は同一のスペクトルを
    有することを特徴とする干渉型光装置。
  2. (2)請求項1記載の干渉型光装置において、前記周波
    数ろ波干渉計(FP1)はファブリ・ペロー干渉計であ
    ることを特徴とする干渉型光装置。
  3. (3)請求項1記載の干渉型光装置において、前記干渉
    解析装置(FP2)はファブリ・ペロー干渉計であるこ
    とを特徴とする干渉型光装置。
  4. (4)請求項1記載の干渉型光装置において、前記周波
    数ろ波干渉計(FP1)及び前記干渉解析装置(FP2
    )は共にファブリ・ペロー干渉計であることを特徴とす
    る干渉型光装置。
  5. (5)請求項4記載の干渉型光装置において、前記2つ
    の周波数ろ波干渉計(FP1)及び前記干渉解析装置(
    FP2)はその一方が前記光源から放射されるビームを
    用いたファブリ・ペロー干渉計であり、他方が調べるべ
    き表面からのビームを用いたファブリ・ペロー干渉計で
    あることを特徴とする干渉型光装置。
  6. (6)請求項1記載の干渉型光装置において、前記光検
    出器(66)は焦点面シャッタ・カメラであることを特
    徴とする干渉型光装置。
  7. (7)請求項1記載の干渉型光装置において、前記光源
    (60)はコヒーレント源、例えば色素、ガス、固体又
    は半導体レーザであることを特徴とする干渉型光装置。
  8. (8)請求項1記載の干渉型光装置において、前記光源
    はコヒーレント源、例えば発光ダイオード、ランプ又は
    アークであることを特徴とする干渉型光装置。
  9. (9)請求項1記載の干渉型光装置において、前記光源
    はパルス形式により動作することを特徴とする干渉型光
    装置。
JP63009753A 1987-01-21 1988-01-21 干渉型光装置 Pending JPS63282661A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8700659 1987-01-21
FR8700659A FR2609809B1 (fr) 1987-01-21 1987-01-21 Dispositif optique utilisant un filtre et un analyseur interferometriques adaptes

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JPS63282661A true JPS63282661A (ja) 1988-11-18

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ID=9347114

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EP (1) EP0278813B1 (ja)
JP (1) JPS63282661A (ja)
CA (1) CA1322865C (ja)
DE (1) DE3862204D1 (ja)
FR (1) FR2609809B1 (ja)

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DE3862204D1 (de) 1991-05-08
CA1322865C (en) 1993-10-12
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FR2609809A1 (fr) 1988-07-22
EP0278813B1 (fr) 1991-04-03
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