TW201719109A - 光學共振腔之腔長量測裝置 - Google Patents

光學共振腔之腔長量測裝置 Download PDF

Info

Publication number
TW201719109A
TW201719109A TW104138835A TW104138835A TW201719109A TW 201719109 A TW201719109 A TW 201719109A TW 104138835 A TW104138835 A TW 104138835A TW 104138835 A TW104138835 A TW 104138835A TW 201719109 A TW201719109 A TW 201719109A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
frequency
light beam
cavity
optical
light
Prior art date
Application number
TW104138835A
Other languages
English (en)
Inventor
陳生瑞
Original Assignee
財團法人工業技術研究院
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 財團法人工業技術研究院 filed Critical 財團法人工業技術研究院
Priority to TW104138835A priority Critical patent/TW201719109A/zh
Priority to US14/981,567 priority patent/US10041782B2/en
Priority to CN201610461302.8A priority patent/CN106767473B/zh
Publication of TW201719109A publication Critical patent/TW201719109A/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G01B11/161—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge by interferometric means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/08—Testing mechanical properties
    • G01M11/083—Testing mechanical properties by using an optical fiber in contact with the device under test [DUT]

Abstract

一種光學共振腔之腔長量測裝置，包括一頻率可調光源、一分光鏡、一頻率調制器以及一光學共振腔。頻率可調光源用以發出一光束。分光鏡位於光束之光路上，並將光束分為一第一光束與一第二光束。頻率調制器位於第二光束之主光路上，其中第二光束的頻率經由頻率調制器調制後與第一光束的頻率之間具有一拍頻。光學共振腔位於第一光束之主光路上與頻率調制後之第二光束之主光路上，其中第一光束及頻率調制後之第二光束入射至光學共振腔中，以供量測光學共振腔之腔長，且光學共振腔之腔長變化量由拍頻測得。

Description

光學共振腔之腔長量測裝置
本發明是有關於一種光學共振腔之腔長量測裝置，且特別是有關於一種光學共振腔之腔長量測裝置。
傳統微懸臂樑之振盪位移量測方法以光偏折法(optical beam deflection method)最為普遍，並廣泛應用於商用化之原子力顯微鏡(atomic force microscope,AFM)機台。然而，光偏折法欠缺位移變化之直接追溯性，仍需透過比對校正方法將偏折量轉換為位移的長度量(unit of length)。此外，光偏折法之偵測靈敏度與偵測光點大小無法同時兼顧，越小的偵測光點需要越高放大倍率的聚焦透鏡，因而造成越低之偵測靈敏度。
本發明係有關於一種光學共振腔之位移量測裝置，適用於量測微型懸臂樑(micro cantilever)之形變量的測長技術上。
根據本發明之一方面，提出一種光學共振腔之腔長 量測裝置，包括一頻率可調光源、一分光鏡、一頻率調制器以及一光學共振腔。頻率可調光源用以發出一光束。分光鏡位於光束之光路上，並將光束分為一第一光束與一第二光束。頻率調制器位於第二光束之主光路上，其中第二光束的頻率經由頻率調制器調制後與第一光束的頻率之間具有一拍頻。光學共振腔，位於第一光束之主光路上與頻率調制後之第二光束之主光路上，其中第一光束及頻率調制後之第二光束入射至光學共振腔中，以供量測光學共振腔之腔長，且光學共振腔之腔長變化量由拍頻測得。
根據本發明之一方面，提出一種光學共振腔之腔長量測裝置，包括二頻率可調光源、一絕對頻率量測模組、一光學共振腔。此二頻率可調光源用以分別發出一第一光束與一第二光束，第一光束的絕對頻率與第二光束的絕對頻率不同。絕對頻率量測模組用以量測第一光束與第二光束的絕對頻率以及二絕對頻率之間的一拍頻。光學共振腔位於第一光束之主光路上與第二光束之主光路上，其中第一光束及第二光束入射至光學共振腔中，以供量測光學共振腔之腔長，且光學共振腔之腔長變化量由拍頻測得。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
100‧‧‧光學共振腔之腔長量測裝置
101‧‧‧頻率可調光源
102‧‧‧光學隔離器
103‧‧‧主分光鏡
104‧‧‧頻率調制器
105‧‧‧第一偏振分光鏡
106‧‧‧第二偏振分光鏡
107‧‧‧第一穩頻電路
108‧‧‧第二穩頻電路
109‧‧‧第一平面反射鏡
110‧‧‧第二平面反射鏡
111‧‧‧第三平面反射鏡
112‧‧‧第四平面反射鏡
113‧‧‧偏振光束組合鏡
114‧‧‧光纖組件
115‧‧‧光學共振腔
116‧‧‧第三偏振分光鏡
117‧‧‧光感測器
118‧‧‧頻率計數器
119‧‧‧第一取樣器
120‧‧‧第二取樣器
121‧‧‧懸臂樑
122‧‧‧反射面
123‧‧‧反射鏡
124‧‧‧反射曲面
125‧‧‧透鏡組
126‧‧‧圓柱狀透鏡
127‧‧‧反射曲面
128‧‧‧光纖
129‧‧‧反射面
L1‧‧‧第一光束
L2‧‧‧第二光束
PL1、PL2‧‧‧主光路
SL1、SL2‧‧‧分支光路
L‧‧‧腔長
200‧‧‧光學共振腔之腔長量測裝置
201、202‧‧‧頻率可調光源
203‧‧‧絕對頻率量測模組
204‧‧‧第一偏振分光鏡
205‧‧‧第二偏振分光鏡
206‧‧‧第一穩頻電路
207‧‧‧第二穩頻電路
208‧‧‧第一平面反射鏡
209‧‧‧第二平面反射鏡
210‧‧‧第三平面反射鏡
211‧‧‧第一取樣器
212‧‧‧第二取樣器
213‧‧‧偏振光束組合鏡
214‧‧‧光纖組件
215‧‧‧光學共振腔
第1A圖繪示一實施例之光學共振腔的示意圖。
第1B圖繪示另一種型態之光學共振腔的示意圖。
第1C圖繪示另一種型態之光學共振腔的示意圖。
第2圖繪示精細度F為10,000，光源波長為532nm時，光學共振腔之穿透率對應腔長變化之關係圖。
第3圖繪示依照本發明一實施例之光學共振腔之腔長量測裝置的示意圖。
第4圖繪示依照本發明一實施例之光學共振腔之腔長量測裝置的示意圖。
在本發明之一實施例中，揭露一種以法布立-培若干涉儀(Fabry-Perot Interferometer)之測長技術量測懸臂樑之形變量的腔長量測裝置，請參照第1A圖，其中光學共振腔115由懸臂樑121之一反射面122與反射鏡123之一反射面124所構成，在本實施例中，反射面124為一反射曲面，但本發明並不限於此。光學共振腔115之腔長為反射面122與反射曲面124的中心之間的距離，以L表示。透鏡組125設置在光纖組件114與反射鏡123之間，用以調整光源之波前使其符合共振腔之橫向模態，以提升光場耦合至共振腔之效率。
請參照第1B圖，其繪示另一種型態之光學共振腔115，其中光學共振腔115由懸臂樑121之一反射面122與圓柱狀透鏡126之一反射曲面127所構成，反射面122與反射曲面124的中心之間的距離為腔長L。透鏡組125設置在光纖組件114與圓柱狀透鏡126之間，用以調整光源之波前使其符合共振腔之橫向模態，以提升光場耦合至共振腔之效率。在一實施例中，圓柱狀透鏡126的直徑與厚度皆為5mm，高反射曲面124之曲率半面 為3mm，腔長例如在1mm以內，而投射在懸臂樑121上之光點半徑例如在6至15微米之間。
請參照第1C圖，其繪示另一種型態之光學共振腔115，其中光學共振腔115由懸臂樑121之一反射面122與光纖128出口之一反射面129(例如為出口面經曲面加工及鍍膜加工而成之反射鍍膜曲面)所構成。
在上述光學共振腔115中，腔長量測解析度由光學共振腔115之精細度(finesse，F)所決定，精細度F與光學共振腔115之兩反射面反射率R1,R2之間的關係式為：
當兩反射面反射率相等時，R1=R2=R，精細度F可表示為：
光學共振腔115之輸入光強度I0與輸出光強度It之間有下列關係式：
當腔長L變化時，輸出光強度It成週期性變化，在共振模下之半高全寬(Full Width at Half Maximum)△L，即基本光學位移解析能力，與輸入光源的波長λ有下列關係式：
當反射面反射率R大於0.9997，精細度F可達 10,000以上，以輸入光源的波長532nm計算出半高全寬△L=26.6pm，因此基本光學位移解析度可達數十皮米(picometer，pm)，再搭配頻率解析，則解析度可進一步提升至數個皮米。請參照第2圖，其繪示精細度F為10,000時，光學共振腔115之穿透率對應腔長變化之關係圖，其中半高全寬△L(基本光學位移解析度)為26.6pm。
以下列舉二種光學共振腔之腔長量測裝置，並進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並非用以限縮本發明欲保護之範圍。
第一實施例
請參照第3圖，其繪示依照本發明一實施例之光學共振腔之腔長量測裝置100的示意圖。光學共振腔之腔長量測裝置100可包括一頻率可調光源101、一光學隔離器102、一主分光鏡103、一頻率調制器104、一第一偏振分光鏡105、一第二偏振分光鏡106、一第一穩頻電路107、一第二穩頻電路108、一第一平面反射鏡109、一第二平面反射鏡110、一第三平面反射鏡111、一第四平面反射鏡112、一偏振光束組合鏡113、一光纖組件114、一光學共振腔115、一第三偏振分光鏡116、一光感測器117、一頻率計數器118、第一取樣器119以及第二取樣器120。
頻率可調光源101用以產生一光束L，例如是波長532nm的雷射光。光學隔離器102與主分光鏡103位於光束L之光路上。此光束L通過光學隔離器102後，再經由主分光鏡103分為第一光束L1與第二光束L2。
第一偏振分光鏡105、第一取樣器119、第一平面反 射鏡109、第二平面反射鏡110、偏振光束組合鏡113、光纖組件114以及光學共振腔115依序位於第一光束L1之主光路PL1上。第一穩頻電路107循環連接頻率可調光源101與第一光束L1之主光路PL1之間。此外，第一偏振分光鏡105位於第一光束L1之主光路PL1與第一穩頻電路107的交點上，以使部分第一光束L1可經由第一偏振分光鏡105反射而進入到第一穩頻電路107中。第一取樣器119位於第一光束L1之主光路PL1與分支光路SL1之交點上，用以擷取第一光束L1，使其進入分支光路SL1中。另外，第一光束L1之主光路PL1上亦可進一步設置常用的其他光學元件，例如相位調制器、半波片、法拉第旋轉鏡等(圖中未繪示)，藉以提高光學系統的穩定性。
此外，頻率調制器104、第二取樣器120、第二偏振分光鏡106、第三平面反射鏡111、第四平面反射鏡112、偏振光束組合鏡113、光纖以及光學共振腔115依序位於第二光束L2之主光路PL2上。第二穩頻電路108循環連接頻率調制器104與第二光束L2之主光路PL2之間。第二偏振分光鏡106位於第二光束L2之主光路PL2與第二穩頻電路108的交點上，以使部分第二光束L2可經由第二偏振分光鏡106反射而進入到第二穩頻電路108中。第二取樣器120位於第二光束L2之主光路PL2與分支光路SL2之交點上，用以擷取第二光束L2，使其進入分支光路SL2中。另外，第二光束L2之主光路PL2上亦可進一步設置常用的其他光學元件，例如相位調制器、半波片、法拉第旋轉鏡等(圖中未繪示)，藉以提高光學系統的穩定性。
再者，光感測器117位於第一光束L1之一分支光路 SL1上以及頻率調制後之第二光束L2之一分支光路SL2上，用以擷取經由第三偏振分光鏡116反射的部分第一光束L1的光影像與穿透第三偏振分光鏡116的部分第二光束L2之光影像，並在光感測器117上產生拍頻訊號。頻率計數器118耦接光感測器117，用以計算第一光束L1的頻率以及頻率調制後之第二光束L2的頻率，以得知拍頻訊號的頻率(拍頻fb)。
請參照第3圖，第一光束L1的頻率為頻率可調光源101發出的光束L的頻率，並且第一光束L1經過依序設置在第一光束L1之主光路PL1的各個光學元件之後，最後入射至由二反射鏡面組成的光學共振腔115中。第一光束L1與光學共振腔115之間的頻率差可由第一穩頻電路107中的光感測器與解調器測得，並經由迴圈濾波器放大後回饋至頻率可調光源101，以做為頻率可調光源101之控制訊號，使第一光束L1的頻率鎖定在光學共振腔115之一諧振頻率Nνfsr上。
第一光束L1的頻率f1可由下列算式中光學共振腔115之腔長L與諧振頻率Nνfsr的關係而得知：
其中，N為縱模模數，n為共振腔內介質的折射率，c為光速，νfsr為自由光譜範圍。
接著，請參照第3圖，第二光束L2的頻率經由頻率調制器104調制後產生額外的頻率偏移量Mνfsr，並且第二光束L2經過依序設置在第二光束L2之主光路PL2的各個光學元件之後，最後入射至由二反射鏡面組成的光學共振腔115中。第二光 束L2與光學共振腔115之間的頻率差可由第二穩頻電路108中的光感測器與解調器測得，並經由迴圈濾波器放大後回饋至頻率調制器104，以做為頻率調制器104之控制訊號，使第二光束L2的頻率鎖定在光學共振腔115之另一諧振頻率(N+M)νfsr上。
第二光束L2的頻率f2可由下列算式中光學共振腔115之腔長L與諧振頻率(N+M)νfsr的關係而得知：
由算式(1)和(2)，可得知第一光束L1的頻率f1與第二光束L2的頻率f2之間的頻率差(拍頻fb)為自由光譜範圍的整數倍，表示如下：
其中，M為二諧振頻率Nνfsr與(N+M)νfsr的諧振模數差
因此，藉由量測第一光束L1的頻率f1與第二光束L2的頻率f2之間的頻率差(拍頻fb)，即可得知光學共振腔115之腔長。此外，光學共振腔115之腔長L的變化量可以拍頻的變化量來表示，請參照下列算式：
由算式(4)的計算結果，便可得知光學共振腔115之腔長變化量(兩鏡面之間的距離變化)，即為懸臂樑121之偏折位移量(形變量)。
在一實施例中，第一穩頻電路107與第二穩頻電路108例如採用(Pound-Drever-Hall,PDH)穩頻技術，其利用法布立-培若的光學共振腔115的共振頻率作為參考頻率，將光束通過 相位調制後，利用F-P共振腔的共振特性和光外差拍頻技術，得到一次微分並且具有鑒頻特性，再經由回饋系統來控制光束的頻率，從而將光束的頻率鎖定在光學共振腔115的諧振頻率上。
由上述的說明可知，本發明提出一種適用於微型懸臂樑之光學共振腔的測長技術，可將絕對位移量轉換為頻率變化量，因此在光源之絕對頻率是未知的情形下，腔長變化量仍可由拍頻(即頻率差)所測得，具備高直接追溯性、高位移解析度、高反應頻寬等特性。
第二實施例
請參照第4圖，其繪示依照本發明一實施例之光學共振腔之腔長量測裝置200的示意圖。光學共振腔之腔長量測裝置200可包括二頻率可調光源201及202、一絕對頻率量測模組203、一第一偏振分光鏡204、一第二偏振分光鏡205、一第一穩頻電路206、一第二穩頻電路207、一第一平面反射鏡208、一第二平面反射鏡209、一第三平面反射鏡210、第一取樣器211、第二取樣器212、一偏振光束組合鏡213、一光纖組件214以及一光學共振腔215。有關光學共振腔215的細部內容請參見第1A至1C圖之光學共振腔115的說明，在此不再贅述。
此二頻率可調光源101用以分別產生一第一光束L1與一第二光束L2。第一光束L1與一第二光束L2的絕對頻率不同，例如選自於波長500~600nm的雷射光。
第一偏振分光鏡204、第一平面反射鏡208123、第一取樣器211、第二平面反射鏡209、偏振光束組合鏡213、光纖組件214以及光學共振腔215依序位於第一光束L1之主光路PL1 上。第一穩頻電路206循環連接於其中一頻率可調光源201與第一光束L1之主光路PL1之間。此外，第一偏振分光鏡204位於第一光束L1之主光路PL1與第一穩頻電路206的交點上，以使部分第一光束L1可經由第一偏振分光鏡204反射而進入到第一穩頻電路206中。第一取樣器211位於第一光束L1之主光路PL1與分支光路SL1之交點上，用以擷取第一光束L1，使第一光束L1進入到絕對頻率量測模組203中。另外，第一光束L1之主光路PL1上亦可進一步設置常用的其他光學元件，例如相位調制器、半波片、法拉第旋轉鏡等(圖中未繪示)，藉以提高光學系統的穩定性。
此外，第二偏振分光鏡205、第三平面反射鏡210、第二取樣器212、偏振光束組合鏡213、光纖組件214以及光學共振腔215依序位於第二光束L2之主光路PL2上。第二穩頻電路207循環連接於另一頻率可調光源202與第二光束L2之主光路PL2之間。第二偏振分光鏡205位於第二光束L2之主光路PL1與第二穩頻電路207的交點上，以使部分第二光束L2可經由第二偏振分光鏡205反射而進入到第二穩頻電路207中。第二取樣器212位於第二光束L2之主光路PL2與分支光路SL2之交點上，用以擷取第二光束L2，使第一光束L1進入到絕對頻率量測模組203中。另外，第二光束L2之主光路PL2上亦可進一步設置常用的其他光學元件，例如相位調制器、半波片、法拉第旋轉鏡等(圖中未繪示)，藉以提高光學系統的穩定性。
再者，絕對頻率量測模組203位於第一光束L1的分支光路SL1與第二光束L2的分支光路SL2上，用以量測第一 光束L1與第二光束L2的絕對頻率以及此二絕對頻率之間的一拍頻。因此，藉由量測第一光束L1與第二光束L2的絕對頻率之間的頻率差(拍頻fb)，即可得知光學共振腔215之腔長。
在一實施例中，當光學共振腔215的腔長在毫米等級時，雖然可藉由第一穩頻電路206將第一光束L1的頻率鎖定在光學共振腔215之一諧振頻率Nνfsr上，且藉由第二穩頻電路207將第二光束L2的頻率鎖定在光學共振腔215之另一諧振頻率(N+M)νfsr上，但是此二諧振頻率之間的頻率差(拍頻fb)將會落在數十GHz，因而無法以頻率計數器118測得拍頻，必須改用絕對頻率量測方式。
在一實施例中，絕對頻率量測模組203可採用光學頻率梳(Optical Frequency Comb)為參考頻率直接量測第一光束L1與第二光束L2的絕對頻率與此二絕對頻率之間的差值(拍頻)，並由算式(3)求得腔長L。此外，光學共振腔215之腔長的變化量可以拍頻的變化量來表示，請參照下列算式：
在一實施例中，絕對頻率量測模組203可包括二光感測器以及二頻率計數器(圖未繪示)。此二光感測器分別接收第一光束L1與第二光束L2之光影像，且光學頻率梳可分別與第一光束L1與第二光束L2在此二光感測器上產生拍頻訊號，且拍頻訊號的頻率可由各別的頻率計數器量得。
由上述的說明可知，本發明提出一種適用於微型懸臂樑之光學共振腔的測長技術，可將絕對位移量轉換為頻率變化 量，因此在光源之絕對頻率是未知的情形下，腔長變化量仍可由拍頻(即頻率差)所測得，具備高直接追溯性、高位移解析度、高反應頻寬等特性。
在本發明中，由於腔長變化量不需經過相位歸零與連續積分等，可減少在傳統分光外差干涉測長技術中必須進行相位歸零與連續積分等步驟。此外，在本發明中，即使光源被遮蔽一段時間或被關閉，當光源再度恢復後，位移資訊依然可透過拍頻頻率量測或絕對頻率量測求得。另外，在本發明中，此二頻率可調光源之絕對頻率亦可做為長度量測之另一依據，可提供雙重量測結果，相互參照與確認。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧光學共振腔之腔長量測裝置
101‧‧‧頻率可調光源
102‧‧‧光學隔離器
103‧‧‧主分光鏡
104‧‧‧頻率調制器
105‧‧‧第一偏振分光鏡
106‧‧‧第二偏振分光鏡
107‧‧‧第一穩頻電路
108‧‧‧第二穩頻電路
109‧‧‧第一平面反射鏡
110‧‧‧第二平面反射鏡
111‧‧‧第三平面反射鏡
112‧‧‧第四平面反射鏡
113‧‧‧偏振光束組合鏡
114‧‧‧光纖組件
115‧‧‧光學共振腔
116‧‧‧第三偏振分光鏡
117‧‧‧光感測器
118‧‧‧頻率計數器
119‧‧‧第一取樣器
120‧‧‧第二取樣器
125‧‧‧透鏡組
L‧‧‧腔長
L1‧‧‧第一光束
L2‧‧‧第二光束
PL1、PL2‧‧‧主光路
SL1、SL2‧‧‧分支光路

Claims (18)

  1. 一種光學共振腔之腔長量測裝置，包括：一頻率可調光源，用以發出一光束；一分光鏡，位於該光束之光路上，並將該光束分為一第一光束與一第二光束；一頻率調制器，位於該第二光束之主光路上，其中該第二光束的頻率經由該頻率調制器調制後與該第一光束的頻率之間具有一拍頻；以及一光學共振腔，位於該第一光束之主光路上與頻率調制後之該第二光束之主光路上，其中該第一光束及頻率調制後之該第二光束入射至該光學共振腔中，以供量測該光學共振腔之腔長，且該光學共振腔之腔長變化量由該拍頻測得。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之腔長量測裝置，更包括：一光電感測器，位於該第一光束之分支光路上以及頻率調制後之該第二光束之分支光路上，以擷取部分該第一光束之光影像與部分該第二光束之光影像，以產生一拍頻訊號；以及一頻率計數器，耦接該光電感測器，用以計算該拍頻訊號的頻率。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之腔長量測裝置，更包括：一第一取樣器，位於該第一光束之主光路與該第一光束之分支光路之交點上，用以擷取第一光束，使該第一光束進入該第一光束之分支光路中；以及一第二取樣器，位於該第二光束之主光路與該第二光束之分支光路之交點上，用以擷取第二光束，使該第二光束進入該第二 光束之分支光路中。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之腔長量測裝置，更包括：一第一穩頻電路，循環連接該頻率可調光源與該第一光束之主光路之間，用以鎖定該第一光束的頻率在該光學共振腔的一第一諧振頻率上；以及一第二穩頻電路，循環連接該頻率調制器與該第二光束之主光路之間，用以鎖定該第二光束的頻率在該光學共振腔的一第二諧振頻率上。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之腔長量測裝置，更包括：一第一偏振分光鏡，位於該第一光束之主光路與該第一穩頻電路的交點上，以使部分該第一光束可經由該第一偏振分光鏡反射而進入到該第一穩頻電路中；以及一第二偏振分光鏡，位於該第二光束之主光路與該第二穩頻電路的交點上，以使部分該第二光束可經由該第二偏振分光鏡反射而進入到該第二穩頻電路中。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之腔長量測裝置，其中該光學共振腔之腔長與該拍頻的關係式為： 其中，L為該光學共振腔的腔長，M為該第一諧振頻率與該第二諧振頻率的諧振模數差，n為共振腔內介質的折射率，c為光速，fb為該拍頻。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之腔長量測裝置，其中該光學共振腔由一懸臂樑之一反射面與一反射鏡之一反射面所構成，且 該光學共振腔之腔長為該懸臂樑之該反射面與該反射鏡之該反射面的距離。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之腔長量測裝置，其中該光學共振腔由一懸臂樑之一反射面與一圓柱狀透鏡之一反射面所構成，且該光學共振腔之腔長為該懸臂樑之該反射面與該反射鏡之該反射面的距離。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之腔長量測裝置，其中該光學共振腔由一懸臂樑之一反射面與一光纖出口之一反射面所構成，該光學共振腔之腔長為該懸臂樑之該反射面與該光纖出口之該反射面的距離。
  10. 一種光學共振腔之腔長量測裝置，包括：二頻率可調光源，用以分別發出一第一光束與一第二光束，該第一光束的絕對頻率與該第二光束的絕對頻率不同；一絕對頻率量測模組，用以量測該第一光束與該第二光束的絕對頻率以及該二絕對頻率之間的一拍頻；以及一光學共振腔，位於該第一光束之主光路上與該第二光束之主光路上，其中該第一光束及該第二光束入射至該光學共振腔中，以供量測該光學共振腔之腔長，且該光學共振腔之腔長變化量由該拍頻測得。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之腔長量測裝置，其中該絕對頻率量測模組以一光學頻率梳為參考頻率直接量測該第一光束與該第二光束的絕對頻率與該二絕對頻率之間的該拍頻。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之腔長量測裝置，更包括： 一第一取樣器，位於該第一光束之主光路與該第一光束之分支光路之交點上，用以擷取第一光束，使該第一光束進入到該絕對頻率量測模組中；以及一第二取樣器，位於該第二光束之主光路與該第二光束之分支光路之交點上，用以擷取第二光束，使該第二光束進入到該絕對頻率量測模組中。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之腔長量測裝置，更包括：一第一穩頻電路，循環連接該二頻率可調光源之一與該第一光束之主光路之間，用以鎖定該第一光束的頻率在該光學共振腔的一第一諧振頻率上；以及一第二穩頻電路，循環連接該二頻率可調光源之另一與該第二光束之主光路之間，用以鎖定該第二光束的頻率在該光學共振腔的一第二諧振頻率上。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之腔長量測裝置，更包括：一第一偏振分光鏡，位於該第一光束之主光路與該第一穩頻電路的交點上，以使部分該第一光束可經由該第一偏振分光鏡反射而進入到該第一穩頻電路中；以及一第二偏振分光鏡，位於該第二光束之主光路與該第二穩頻電路的交點上，以使部分該第二光束可經由該第二偏振分光鏡反射而進入到該第二穩頻電路中。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之腔長量測裝置，其中該光學共振腔之腔長與該拍頻的關係式為： 其中，L為該光學共振腔的腔長，M為該第一諧振頻率與該第二諧振頻率的諧振模數差，n為共振腔內介質的折射率，c為光速，fb為該拍頻。
  16. 如申請專利範圍第10項所述之腔長量測裝置，其中該光學共振腔由一懸臂樑之一反射面與一反射鏡之一反射面所構成，且該光學共振腔之腔長為該懸臂樑之該反射面與該反射鏡之該反射面的距離。
  17. 如申請專利範圍第10項所述之腔長量測裝置，其中該光學共振腔由一懸臂樑之一反射面與一圓柱狀透鏡之一反射面所構成，且該光學共振腔之腔長為該懸臂樑之該反射面與該圓柱狀透鏡之該反射面的距離。
  18. 如申請專利範圍第10項所述之腔長量測裝置，其中該光學共振腔由一懸臂樑之一反射面與一光纖出口之一反射面所構成，該光學共振腔之腔長為該懸臂樑之該反射面與該光纖出口之該反射面的距離。
TW104138835A 2015-11-23 2015-11-23 光學共振腔之腔長量測裝置 TW201719109A (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW104138835A TW201719109A (zh) 2015-11-23 2015-11-23 光學共振腔之腔長量測裝置
US14/981,567 US10041782B2 (en) 2015-11-23 2015-12-28 Apparatus for measuring length of optical resonant cavity
CN201610461302.8A CN106767473B (zh) 2015-11-23 2016-06-23 光学共振腔的腔长量测装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW104138835A TW201719109A (zh) 2015-11-23 2015-11-23 光學共振腔之腔長量測裝置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201719109A true TW201719109A (zh) 2017-06-01

Family

ID=58720164

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW104138835A TW201719109A (zh) 2015-11-23 2015-11-23 光學共振腔之腔長量測裝置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10041782B2 (zh)
CN (1) CN106767473B (zh)
TW (1) TW201719109A (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10942089B2 (en) * 2018-08-06 2021-03-09 Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of Commerce Deformometer for determining deformation of an optical cavity optic
US11175224B2 (en) 2018-08-06 2021-11-16 Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of Commerce Optical refraction barometer
US10948282B2 (en) * 2018-08-06 2021-03-16 Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of Commerce Deformometer for determining deformation of an optical cavity optic
CN109489939B (zh) * 2018-11-15 2020-09-25 中国科学院光电技术研究所 一种高反光学元件的s、p偏振反射率及相位差高精度同时测量方法
CN115128800B (zh) * 2022-06-27 2024-02-02 西北工业大学 基于f-p腔的光学位移敏感单元及逆设计方法
CN116428531B (zh) * 2023-05-09 2023-10-13 兰州大学 基于准分布式fbg监测信息的管道损伤识别方法
CN116718123B (zh) * 2023-08-09 2023-10-20 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院 一种基于pdh稳频的绝对长度测量装置及方法

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3770352A (en) * 1972-05-08 1973-11-06 Philco Ford Corp Totally reflecting laser refractometer
US4122408A (en) 1977-11-14 1978-10-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce Frequency stabilization utilizing multiple modulation
CA1124100A (en) * 1980-06-16 1982-05-25 Albert D. May Optical measuring apparatus employing a laser
US4907237A (en) 1988-10-18 1990-03-06 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce Optical feedback locking of semiconductor lasers
US5177633A (en) * 1989-10-12 1993-01-05 Massachusetts Institute Of Technology Optical parametric oscillator wideband frequency comb generator
US5565987A (en) 1995-03-23 1996-10-15 Anvik Corporation Fabry-Perot probe profilometer having feedback loop to maintain resonance
US6882429B1 (en) 1999-07-20 2005-04-19 California Institute Of Technology Transverse optical fiber devices for optical sensing
US6400738B1 (en) * 2000-04-14 2002-06-04 Agilent Technologies, Inc. Tunable Fabry-Perot filters and lasers
KR100486937B1 (ko) * 2002-06-11 2005-05-03 한국표준과학연구원 광섬유에 의해 구현된 패브리 페로 공진기와 이를 이용한 원자간력 현미경에서의 외팔보 탐침의 변위 측정 및 보정시스템
US7319527B2 (en) 2002-08-14 2008-01-15 University Of Basel Sensor with cantilever and optical resonator
US7492463B2 (en) 2004-04-15 2009-02-17 Davidson Instruments Inc. Method and apparatus for continuous readout of Fabry-Perot fiber optic sensor
US7489407B2 (en) * 2004-10-06 2009-02-10 Zygo Corporation Error correction in interferometry systems
CN1301400C (zh) 2004-12-10 2007-02-21 暨南大学 具有周期性输出的测量或检测装置的量程扩展方法
CN100445697C (zh) 2006-03-21 2008-12-24 大连理工大学 一种光纤f-p传感器的腔长解调算法
GB0707470D0 (en) * 2007-04-18 2007-05-23 Ucl Business Plc Method for using interference to infer the whole bedding profile of tethered and untethered micro cantilevers
FR2960354B1 (fr) 2010-05-18 2012-07-13 Centre Nat Rech Scient Dispositif de production de très hautes fréquences par battement de fréquences lumineuses.
CN102013622B (zh) 2010-11-18 2016-01-13 福州高意通讯有限公司 一种频率可调的单纵模微片激光器
CN102288103B (zh) 2011-06-27 2013-07-03 清华大学 基于折叠式法布里-珀罗腔的腔长测量方法及装置
CN102508231B (zh) * 2011-10-28 2013-09-04 清华大学 基于飞秒光频梳的法-珀干涉绝对距离测量方法及装置
TWI437208B (zh) 2011-11-18 2014-05-11 Univ Nat Formosa Length measuring device
US9316536B2 (en) * 2013-06-24 2016-04-19 ASTRODESIGN, Inc. Spatial frequency reproducing apparatus and optical distance measuring apparatus
DE102014201274A1 (de) * 2014-01-24 2015-07-30 Polytec Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur interferometrischen Vermessung eines Objekts
CN104266593B (zh) 2014-10-22 2017-01-18 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 采用双可调光源法布里‑珀罗干涉仪的微位移测量系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN106767473A (zh) 2017-05-31
US10041782B2 (en) 2018-08-07
US20170146337A1 (en) 2017-05-25
CN106767473B (zh) 2019-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW201719109A (zh) 光學共振腔之腔長量測裝置
EP3225962B1 (en) Stabilisation system for a light source
CN103250101B (zh) 用于确定光学系统中的反射镜的发热状况的方法和布置
US6549548B2 (en) Interferometric filter wavelength meter and controller
JPH0663727B2 (ja) 位置検知装置及び方法
JP2004191349A (ja) 大まかな測定および細密な測定から波長を決定する装置および方法
CN104634256A (zh) 一种光纤激光单波自混合干涉位移测量系统
JP2013083581A (ja) 計測装置
KR20170098518A (ko) 광센서
US20210281048A1 (en) Tunable laser assembly and method of control
JP2015072137A (ja) 光学式計測装置
JP5654837B2 (ja) 変位測定装置
JP3428067B2 (ja) 変位測定方法及びそれに用いる変位測定装置
JPH0245138B2 (zh)
CN111194528B (zh) 波长监测和/或控制设备、包括所述设备的激光系统及操作所述设备的方法
JPH03278014A (ja) 反射型光走査トンネル顕微鏡
JP2006084370A (ja) 光ファイバプローブ装置
US20210364432A1 (en) Apparatus for exploring an optical property of a sample
JP2006501663A (ja) 後方散乱光のパルス変調を含む周波数安定化レーザーシステム
JP6491611B2 (ja) 電界強度測定方法
KR101451176B1 (ko) 광섬유 페룰 공진기를 이용한 스펙트럼 영역 간섭 장치 및 스펙트럼 영역 간섭 방법
CN111684335A (zh) 分光器、拍摄装置、扫描装置以及位置测定装置
Luo et al. High-precision micro-displacement sensing based on an optical filter and optoelectronic oscillators
KR102443921B1 (ko) 희토류 원소가 도핑된 광섬유를 이용한 위상 천이 간섭계
Bai et al. Design and analysis of Pound-Drever-Hall-based free-space and fiber-based frequency discriminators: A comparison