JPH01238081A - 波長安定化レーザ発振器 - Google Patents

波長安定化レーザ発振器

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JPH01238081A
JPH01238081A JP6337788A JP6337788A JPH01238081A JP H01238081 A JPH01238081 A JP H01238081A JP 6337788 A JP6337788 A JP 6337788A JP 6337788 A JP6337788 A JP 6337788A JP H01238081 A JPH01238081 A JP H01238081A
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JP
Japan
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laser
wavelength
mirror
interferometer
laser oscillator
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Pending
Application number
JP6337788A
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English (en)
Inventor
Chuichi Miyazaki
忠一 宮崎
Toshio Akatsu
赤津 利雄
Sadao Mori
貞雄 森
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/131Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザ測長器に係り、特に簡易にかつ高精度に
レーザ波長の安定化及び補正が行える発振器に関する。
〔従来の技術〕
従来、レーザ発振器自体の発振波長の安定化と、レーザ
干渉系のデッドパス上における波長の屈折率補正はそれ
ぞれ独立のものとして別々に行われていた。
例えば、レーザ発振器の波長安定化については、その技
術の概要を「ガスレーザ、固体レーザ(検問;0pln
s E、 p148〜156. ’ 84.6) Jに
示すが、その−例を第2図を用いて説明する。
第2図は一般的な波長安定化レーザの一例であり、レー
ザ発振器1の内部を示したものである。
レーザ共振器2より発振すルレーザ光の波長は、その共
振器長を変化させると制御できるので、この例の場合に
はレーザ共振器2のまわりに巻いたヒータによって温度
制御し、熱膨張で共振器長を変えて発振波長を制御する
構成である。この場合にはレーザ光出力からビームスプ
リッタ24によつてその一部を取り出し、誤差信号検出
器において何らかの形の誤差信号を検出し、レーザ波長
制御装置12においてヒータ3の印加電圧にフィードバ
ックすることにより波長を安定化するものである。
また、レーザ干渉系のバッドパス上における波長が、空
気の屈折率変化によって変化するのを補正する技術とし
ては、例えば測定用レーザービームの近傍に全く独立し
た補正用ビームを発生するようにし、補正用ビームは不
変の長さを測定する構成とすることでデッドパス上の空
気の屈折率変化をモニタし、その結果を用いて測定用ビ
ームによる変化の測定結果を補正することが考えられる
このようにすると、空気の屈折率変化に対してその変化
が補正された正確な変位の測定結果を得ることが可能と
なる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は、いったん波長を安定化したレーザ発振
器を使用して干渉計を構成したものの、結局は干渉系の
デッドパスの部分において、空気の屈折率の変化によっ
てレーザの波長が乱れてしまい、再度その結果を何らか
の方法でモニタして補正するという二段階の安定化及び
補正をしなければ結果的に高い測定精度が得られなかっ
た。
本発明の目的は、干渉系のデッドパス上の波長の乱れを
直接検出し、その結果により波長の安定化と屈折率補正
を同時に達成することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、レーザ干渉系のデッドパスの長さが変化し
ないように構成し、この部分におけるレーザの波長が常
に一定となるようにレーザ発振器の発振波長を制御する
ことにより、達成される。
〔作用〕
レーザ干渉系のデッドパスが、物理的には長さが変化し
ないようにした時に、その干渉系からの干渉光は本来そ
の強度が変化しないはずであるが、レーザ発振器の発振
波長が変化とたり、デッドパス上の空気の屈折率が変化
してデッドパス上のレーザ波長が変化するとデッドパス
の反射光の位相が変化して結果的に干渉光8の強度が変
化するのでこの変化を調泥することによりデッドパス上
の波長の変動が検出できる。
変位測定装置11は干渉光8の強度を取り込み。
干渉縞の間を正確に補間して、デッドパス上のレーザ波
長の変化を高い感度で検出するための手段であり、ここ
で検出した波長の変化分に応じた信号をレーザ波長制御
装置12からレーザ共振器2のヒータ3にフィードバッ
クしてレーザの発振波長を制御するので、デッドパス上
の環境に対してこの部分のレーザ波長が安定化・規格化
できる。
【実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図ににより説明する。
第1図において、1は例えばHe−Nθレーザなどのガ
スレーザで、紙面に対して45″方向に振動面を持つ直
線偏光を発振する。その内部構造はレーザ共振器2のま
わりにヒータ3を巻きつけてあり、ヒータ3への印加電
圧をrA整することによりレーザ共振器2の温度制御が
可能である。−般にレーザの発振波長はレーザ共振器の
長さによって変化するので、このように共振器の熱膨張
を利用して発振波長を制御することが一般に知られてお
り1本実施例も発振波長制御型レーザである。
また4は偏光ビームスプリッタであり、その−面には−
波長板14とミラー15が接着してあり。
さらに別の面にも一波長板16が接着しである。
一波長板16の接着面に対向して、ある距離だけ離れた
位置にミラー6が配置され、例えば、スーパーアンバー
などの線膨張係数の小さい材質からなる支持部材5によ
って干渉計4と連結されており、ミラー6と干渉計4と
の距離はほとんど不変である。17は偏光板であり、9
は干渉光8の強度を電気信号(干渉信号10)に光電変
換する光検出器、11は干渉信号10変化から変化量を
測定する変位測定装置、12は変位測定装置11からの
出力と目標値との偏差に応じてヒータ3へ印加電圧を調
整してレーザ発振器1完振波長を制御するレーザ波長制
御装置である。
次に第1図における動作を順に追って説明する。
まず、レーザ発振器1で発振する紙面に45゜方向に振
動面を持つ直線偏光は偏光ビームスプリッタ4に入射し
、紙面に平行な偏光成分と直重な偏光成分に2分割され
る。偏光ビームスプリッタ4で反射された紙に垂直な振
動面をもつ直線偏光は−波長板14を経てミラー15で
反射され、再び−波長板14を経て偏光ビームスプリッ
タ4に戻るが、−波長板14を1往復してきたこの光は
振動面が90’回転しているので今度は偏光ビームスプ
リンタ4を透過して偏光板17に至る。−方、はじめに
偏光ビームスプリッタ4を透過した紙面に平行な振動面
をもつ直線偏光は、−波長板16を経てミラー6に至り
、ここで反射されて再び二波長板16経て偏光ビームス
プリッタ4に戻るが、やはり光と同様に振動面が90’
回転しているので今度は偏光ビームスプリッタ4で反射
されて偏光板17に至る。偏品板入射時には重なり合っ
ているこれら両光は偏光面が互いに直交しているので干
渉しないが1紙面に対して45″方向に透過軸をもつ偏
光板17′において両光の共通成分同志が干渉し、両光
の光路長差に応じて干渉縞が発生する。この干渉光8は
光検出器9において光電変換され、その出力である干渉
信号10を変位測定装置11に取り込んで、先に2分割
された両ビームの光路長差の変化分を測定する。
ここで、はじめに説明したようにミラー15は偏光ビー
ムスプリッタ4に接着しであるし、もう一方のミラー6
もやはり支持部材5によって偏光ビームスプリッタ4に
連結されているので物理的にはこれらの相対的位置関係
は変化しないはずであり、従って物理的な光路長差の変
化はないので変位測定装置11の出力は全く変化はない
はずである。
但し、次にあげる2つの要因により干渉計4とミラー6
との間のレーザ光路上にβけるレーザの波長が変化し、
位相差が変化するので変位測定装置11の出力も変化す
る。
まず第1の要因はレーザ共振器2の熱変化などの影響に
より共振器長が変化することによって発振波長が変動す
る。
そして第2にレーザ発振器1を出たレーザ光の波長はさ
らにその伝播する光路上の空気の屈折率分布及びその変
化に応じて微妙に分布し、さらに変化する。
本実施例の構成においては、干渉させる2つの光の共通
光路上では両光ともそれぞれ同様にこれらの要因の影響
を受けるので問題ないが、非共通光路上である干渉計4
とミラー6との間の光路上(このような光路をデッドパ
スとよぶ)でこれらの要因により波長が変化すると、両
光の間の位相が変化するので変位測定装置11の出力も
変化する。これは、物理には変化していない測定対象物
の変位測定結果が、次に述べた2つの誤差要因のために
本来変化マないはずであるのに変化してしまい、本実施
例のような構成のレーザ変位計においては測定誤差とな
ることを示している。
従来からこれら2つの要因はレーザ変位計において問題
となっており、従来例のところで述べたようにそれぞれ
独立に波長の安定化や補正が行なわれていたが、本質的
には波長が変動するという同一の現象が発生するわけで
あるから、本実施例ではこれら2つの要因によって総合
的に発生する。
この現象をその最終的な結果、つまり干渉縞をモニタす
ることにより干渉系の測定用ビーム上におけるレーザの
波長を安定化・規格化しようとするものである。
実際には、干渉光8の明るさが変化しないように、つま
り変位測定装置11の出力が変化しないようにレーザ波
長制御装置12によりヒータ3への印加電圧を制御する
ことによりレーザ発振器1の発振波長を制御すれば、干
渉計4とミラー6との間に光路おいては常に一定の波数
が保たれるのでこの光路上の環境おいてレーザ波長が校
正されかつ安定化される。
従ってビームスプリッタ18によりレーザ光を2分割し
、ミラー19を経て干渉計20へ導き。
測定対象物21の変位量Xを測定するような干渉系を構
成した時、両干渉計のデッドパスが近く、両光路上の空
気の屈折率分布が同様であれば、この時のレーザ波長は
空気の屈折率変化についても補正されていることになり
、干渉計20からの干渉縞を光検出器22で受け、変位
測定装置23で処理することにより、デッドパスの空気
の屈折率変化に対して安定かつ正確な変位Xを測定する
ことができる。
本実施例ではガスレーザの波長安定化法について述べた
が、波長の制御方法を考慮すれば半導体レーザなどの安
定化も可能である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、レーザ波長の環境補正と安定化が同時
に行えるので、装置が簡単化し、使い勝手が向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2図は従来
技術のレーザ波長の安定化法を示す構成図である。 1・・・レーザ発振器、4・・・偏光ビームスプリッタ
、5・・・支持部材、6・・・ミラー、11変位測定装
置、12・・・レーザ波長制御装置。 第1図 1−L−丈磨疎豚 4−−−イ隔光ヒ”4スフ°リゾタ 11−一一召2イ去58ノリ貸こ1艷話412−  し
ず房制、1#芽置 第2図 1−−−L−丈パ発キ艮器 Z−L−丈”j!−:撮像 Z5−綽:i4鍔締武器

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、レーザ共振器の温度や注入電流などを変化させるこ
    とによりその発振波長を制御する手段を有するレーザ発
    振器において、これより発生するレーザビーム上にビー
    ム分割手段を設けてビームを参照光と信号光とに2分割
    して信号光路を空気又は真空中に設け、かつ信号光の光
    路長が変化しないようにビーム分割手段と信号光を反射
    するミラーとを支持部材で保持した干渉系を構成し、こ
    の干渉系において発生する干渉光の強度の変化を検出す
    る手段を設け、この干渉光の強度が変化しないように前
    記発振波長制御手段に信号をフィードバックしてレーザ
    波長を安定化することを特徴とする波長安定化レーザ発
    振器。
JP6337788A 1988-03-18 1988-03-18 波長安定化レーザ発振器 Pending JPH01238081A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6943889B2 (en) * 2002-07-29 2005-09-13 Jds Uniphase Corporation Athermal interferometric device
EP2180301A3 (en) * 2008-10-24 2012-08-22 Canon Kabushiki Kaisha Wavelength shift measuring apparatus, optical source apparatus, interference measuring apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method

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US8416387B2 (en) 2008-10-24 2013-04-09 Canon Kabushiki Kaisha Wavelength shift measuring apparatus, optical source apparatus, interference measuring apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method

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