JPH0216419A - 散乱表面からの過渡運動の光学的検出方法及び装置 - Google Patents
散乱表面からの過渡運動の光学的検出方法及び装置Info
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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。
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、散乱表面から過渡運動を光学的に検出る、方
法および装置に関る、。特に本発明は、超音波等によっ
て発生る、光位相変調を検出る、上で有用である。
法および装置に関る、。特に本発明は、超音波等によっ
て発生る、光位相変調を検出る、上で有用である。
光ビームを使用して対象物の運動を検出る、各種応用分
野において、光波の位相変調または周波数変調を検出る
、ことは重要である。例えば振動のレーザ感知、超音波
のレーザ検出、衝撃や衝突によって発生る、物体の過渡
変形のレーザー検出等のケースがある。実際の応用にお
いてこれら検出が特に有益なのは、超音波や衝撃波がレ
ーザによって発生される場合である。この場合、完全な
遠隔超音波検査システムが実現可能であり、例えば高温
における超音波検査が可能となる。レーザ発生およびそ
の光学的検出を基礎とした技術は、高温物質（金属、セ
ラミクス等）の検査とその処理や品質管理への利用、処
理中に発生る、傷の即座の検出、生産パラメータ（厚さ
、温度等）の測定、オンラインでの微細構造特性（粒子
サイズ、多孔率等）の決定に有効である。
野において、光波の位相変調または周波数変調を検出る
、ことは重要である。例えば振動のレーザ感知、超音波
のレーザ検出、衝撃や衝突によって発生る、物体の過渡
変形のレーザー検出等のケースがある。実際の応用にお
いてこれら検出が特に有益なのは、超音波や衝撃波がレ
ーザによって発生される場合である。この場合、完全な
遠隔超音波検査システムが実現可能であり、例えば高温
における超音波検査が可能となる。レーザ発生およびそ
の光学的検出を基礎とした技術は、高温物質（金属、セ
ラミクス等）の検査とその処理や品質管理への利用、処
理中に発生る、傷の即座の検出、生産パラメータ（厚さ
、温度等）の測定、オンラインでの微細構造特性（粒子
サイズ、多孔率等）の決定に有効である。
超音波は一般に高出力レーザによって発生される。この
レーザがサンプルまたは工作物の表面を局所的に加熱し
て音源を生成る、。そして位相変調または周波数変調を
レーザ干渉計で検出る、。
レーザがサンプルまたは工作物の表面を局所的に加熱し
て音源を生成る、。そして位相変調または周波数変調を
レーザ干渉計で検出る、。
多くの場合、検出される変調変動は小さいので感度が重
要な問題である。適切な感度を実現る、には、大きな有
効集光効率を有る、受信復調手段を必要とる、。従来の
光学検出システムの多くは感度が悪く、これが前記技術
を完全に実用的に商用化る、ことを妨げる主因となって
いる。
要な問題である。適切な感度を実現る、には、大きな有
効集光効率を有る、受信復調手段を必要とる、。従来の
光学検出システムの多くは感度が悪く、これが前記技術
を完全に実用的に商用化る、ことを妨げる主因となって
いる。
一般に干渉計システムの集光効率は、その集光領域パラ
メータ（またはスルーブツト）によって決まる。このパ
ラメータは、有効入口開口面積とその入口開口中心を通
る最大傾斜の光線が限定る、立体角との積として定まり
、これは視野を規定る、。前記最大傾斜の光線は干渉縞
を１／４だけ変位させるものとして定義できる。この集
光領域パラメータが重要な理由は、幾何光学の範鴫にお
いて不変だからである。集光領域が大きければ大きなサ
イズの集光光学構成を選択できる。ただしコストおよび
実用性の面での制限はある。集光構成のサイズが大きけ
れば大きな面積に対してその表面運動を検出できる。
メータ（またはスルーブツト）によって決まる。このパ
ラメータは、有効入口開口面積とその入口開口中心を通
る最大傾斜の光線が限定る、立体角との積として定まり
、これは視野を規定る、。前記最大傾斜の光線は干渉縞
を１／４だけ変位させるものとして定義できる。この集
光領域パラメータが重要な理由は、幾何光学の範鴫にお
いて不変だからである。集光領域が大きければ大きなサ
イズの集光光学構成を選択できる。ただしコストおよび
実用性の面での制限はある。集光構成のサイズが大きけ
れば大きな面積に対してその表面運動を検出できる。
多くの応用範囲における重要な問題は、正確な表面運動
を代表る、周波数応答を提供る、能力である。これは検
出技術が広い周波数帯域幅を有る、場合にのみ実現し得
る。
を代表る、周波数応答を提供る、能力である。これは検
出技術が広い周波数帯域幅を有る、場合にのみ実現し得
る。
表面で散乱されるレーザビームに対る、過渡運動の影響
は、各同等の３つの異なる方法で説明できる。表面運動
は瞬時周波数の可変位相変位またはドツプラー変位を発
生る、。あるいはレーザ周波数の両側に側波帯を発生る
、。パルス超音波励振の場合、これら側波帯は広がる。
は、各同等の３つの異なる方法で説明できる。表面運動
は瞬時周波数の可変位相変位またはドツプラー変位を発
生る、。あるいはレーザ周波数の両側に側波帯を発生る
、。パルス超音波励振の場合、これら側波帯は広がる。
本出願人はすでに米国特許第４．６３３．７１５号にお
いて超音波変位を測定る、ためのレーザヘテロゲイン干
渉計方法およびシステムを開示した。この開示では、工
作物の表面によって散乱されたレーザビームと、それと
同一のレーザ源を起源とる、基準ビームとを干渉させる
。この基準ビームの周波数はブラッグセルまたは音響光
学セルによって偏移される。この方法においては基準波
がレーザから直接に得られるので、基準波の波面は、表
面で散乱されたビームの波面と一致しない。このためス
ペックルに対して感応し集光領域が極めて限定されると
いう欠点を有る、。最良の検出性は約１つのスペックル
が検出される場合に得られ、これにはビームを工作物表
面に集束る、ことが必要である。感度は基準ビームに重
なり合うスペックルの強さによって著しく変動る、。
いて超音波変位を測定る、ためのレーザヘテロゲイン干
渉計方法およびシステムを開示した。この開示では、工
作物の表面によって散乱されたレーザビームと、それと
同一のレーザ源を起源とる、基準ビームとを干渉させる
。この基準ビームの周波数はブラッグセルまたは音響光
学セルによって偏移される。この方法においては基準波
がレーザから直接に得られるので、基準波の波面は、表
面で散乱されたビームの波面と一致しない。このためス
ペックルに対して感応し集光領域が極めて限定されると
いう欠点を有る、。最良の検出性は約１つのスペックル
が検出される場合に得られ、これにはビームを工作物表
面に集束る、ことが必要である。感度は基準ビームに重
なり合うスペックルの強さによって著しく変動る、。
Ｗ、カウルによる米国特許第４．０４６．４７７号は、
２波干渉計を使用して超音波エネルギにさらされる工作
物の表面変形を検出る、方法を提案している。工作物の
表面によって散乱されたレーザビームに発生る、光学的
ドツプラー偏移は、マイケルソン型干渉計によって検出
される。マイケルソン干渉計では適切な周波数弁別感度
を得るために長い光路差が必要であり、干渉の中心線は
非常に小さな角度で観察されるので、カウルの提案る、
干渉計は、観察される表面がミラー状でない場合、極め
て限られた集光領域を有る、。
２波干渉計を使用して超音波エネルギにさらされる工作
物の表面変形を検出る、方法を提案している。工作物の
表面によって散乱されたレーザビームに発生る、光学的
ドツプラー偏移は、マイケルソン型干渉計によって検出
される。マイケルソン干渉計では適切な周波数弁別感度
を得るために長い光路差が必要であり、干渉の中心線は
非常に小さな角度で観察されるので、カウルの提案る、
干渉計は、観察される表面がミラー状でない場合、極め
て限られた集光領域を有る、。
大きな集光領域または集光効率を有る、弁別システムを
提供る、ため、本出願人は米国特許第４、６５９．２２
４号において共焦点ファブリペロ−型光学干渉計を提案
した。この干渉計システムの利点は、スペックルに感応
せず集光効率が大きいことである。しかしながらこの方
法は濾波作用に基づいているため、周波数帯域幅が制限
され、その応答は広い周波数範囲にわたって平坦でない
。
提供る、ため、本出願人は米国特許第４、６５９．２２
４号において共焦点ファブリペロ−型光学干渉計を提案
した。この干渉計システムの利点は、スペックルに感応
せず集光効率が大きいことである。しかしながらこの方
法は濾波作用に基づいているため、周波数帯域幅が制限
され、その応答は広い周波数範囲にわたって平坦でない
。
従って本発明の課題は、前記欠点を克服る、ことであり
、散乱表面から過渡運動を光学的に検出る、ための方法
および装置において大きな集光領域または集光効率を有
る、と共に広い周波数帯域幅を有る、方法および装置を
提供る、ことである。
、散乱表面から過渡運動を光学的に検出る、ための方法
および装置において大きな集光領域または集光効率を有
る、と共に広い周波数帯域幅を有る、方法および装置を
提供る、ことである。
本発明の一形態において、散乱表面から過渡運動を光学
的に検出る、ための本発明方法は、所定周波数を有る、
レーザビームを対象表面に送って散乱させることにより
、前記所定周波数に中心ピークがあり該中心ピークの両
側に側波帯がある光学的スペクトルを有し光学的波面を
規定る、散乱レーザビームを発生させる。前記表面によ
って散乱されたレーザビームは、前記敗乱レーザビーム
を起源とし前記散乱ビームの波面と実質的に一致る、光
学的波面を有る、と共に前記所定周波数に単一のピーク
があり側波帯が無い光学的スペクトルを有る、基準ビー
ムと干渉し、これによって光信号を提供る、。この光信
号を検出し、それを前記過渡運動を代表る、電気信号に
変換る、。
的に検出る、ための本発明方法は、所定周波数を有る、
レーザビームを対象表面に送って散乱させることにより
、前記所定周波数に中心ピークがあり該中心ピークの両
側に側波帯がある光学的スペクトルを有し光学的波面を
規定る、散乱レーザビームを発生させる。前記表面によ
って散乱されたレーザビームは、前記敗乱レーザビーム
を起源とし前記散乱ビームの波面と実質的に一致る、光
学的波面を有る、と共に前記所定周波数に単一のピーク
があり側波帯が無い光学的スペクトルを有る、基準ビー
ムと干渉し、これによって光信号を提供る、。この光信
号を検出し、それを前記過渡運動を代表る、電気信号に
変換る、。
本発明の別の形態において、散乱表面から過渡運動を光
学的に検出る、ための本発明装置は、所定周波数を有る
、レーザビームを発生しそれを対象表面に送って散乱さ
せることにより、前記所定周波数に中心ピークがあり該
中心ピークの両側に側波帯がある光学的スペクトルを有
る、と共に光学的波面を規定る、散乱レーザビームを発
生させるレーザ源手段と、 前記散乱レーザビームから、前記散乱ビームの波面と実
質的に一致る、光学的波面を有る、と共に前記所定周波
数に単一のピークがあり側波帯が無い光学的スペクトル
を有る、基準ビームを提供し、前記散乱レーザビームと
前記基準ビームとを干渉させて光信号を提供る、光学的
組立体手段と、前記光信号を検出し変換る、ことにより
前記表面における過渡運動を代表る、電気信号を提供る
、検出器手段とを具備る、。
学的に検出る、ための本発明装置は、所定周波数を有る
、レーザビームを発生しそれを対象表面に送って散乱さ
せることにより、前記所定周波数に中心ピークがあり該
中心ピークの両側に側波帯がある光学的スペクトルを有
る、と共に光学的波面を規定る、散乱レーザビームを発
生させるレーザ源手段と、 前記散乱レーザビームから、前記散乱ビームの波面と実
質的に一致る、光学的波面を有る、と共に前記所定周波
数に単一のピークがあり側波帯が無い光学的スペクトル
を有る、基準ビームを提供し、前記散乱レーザビームと
前記基準ビームとを干渉させて光信号を提供る、光学的
組立体手段と、前記光信号を検出し変換る、ことにより
前記表面における過渡運動を代表る、電気信号を提供る
、検出器手段とを具備る、。
本出願人は、表面によって散乱されたレーザビームから
該散乱ビームの波面と一致る、波面を有る、基準ビーム
を得、この基準ビームから側波帯を除去した後、周波数
スペクトルが搬送レーザ周波数と隣接の側波帯とを含む
散乱レーザビームを前記基準ビームと干渉させることに
より、大きな集光領域または集光効率および広い周波数
帯域幅で過渡運動を検出できることを全く予期せずに発
見した。
該散乱ビームの波面と一致る、波面を有る、基準ビーム
を得、この基準ビームから側波帯を除去した後、周波数
スペクトルが搬送レーザ周波数と隣接の側波帯とを含む
散乱レーザビームを前記基準ビームと干渉させることに
より、大きな集光領域または集光効率および広い周波数
帯域幅で過渡運動を検出できることを全く予期せずに発
見した。
「過渡運動」という表現は非ゼロ加速を有る、運動を意
味る、。従ってこの表現は全ての振動運動を含むが定速
度の運動は含まない。
味る、。従ってこの表現は全ての振動運動を含むが定速
度の運動は含まない。
本発明は、超音波エネルギにさらされる材料の小さな表
面変形または変位を検出る、ために特に有用であり、１
人の数分の１から数百人までの変位を、大きな集光領域
または集光効率および広い周波数帯域幅で検出る、こと
が可能である。
面変形または変位を検出る、ために特に有用であり、１
人の数分の１から数百人までの変位を、大きな集光領域
または集光効率および広い周波数帯域幅で検出る、こと
が可能である。
本発明の他の特徴および利点は、添付図面に例示した好
適実施例についての以下の説明でさらに明らかにる、。
適実施例についての以下の説明でさらに明らかにる、。
第１図において、レーザビーム１０はレーザ源１２で発
生され、超音波エネルギを受ける材料または工作物の表
面１４に向かう。レーザビーム１０によって検出される
表面１４の超音波変位は、超音波圧電変換器、電気的放
電、投射衝突、高強度レーザパルスなどによって発生し
得るものであり、歪んだ材料内に自然発生る、こともあ
る。レーザビーム１０は表面１４に衝突して散乱る、。
生され、超音波エネルギを受ける材料または工作物の表
面１４に向かう。レーザビーム１０によって検出される
表面１４の超音波変位は、超音波圧電変換器、電気的放
電、投射衝突、高強度レーザパルスなどによって発生し
得るものであり、歪んだ材料内に自然発生る、こともあ
る。レーザビーム１０は表面１４に衝突して散乱る、。
このようにして発生した散乱レーザビーム１６は、第１
図の挿入図に示すように、レーザ周波数ＦＬの中心ピー
クとその両側の側波帯とからなる光学的スペクトルを有
る、。散乱ビーム１６はビームスプリッタ１８によって
２つのビーム部分１６ａおよび１６ｂに分割される。こ
のうちビーム部分１６ｂは測定ビームとなる。ビーム部
分１６ａは側波帯ストリッパ２０を通ることによってそ
の側波帯が取り去られ、基準ビーム２２を提供る、。こ
の基準ビーム２２の光学的スペクトルは、レーザ周波数
ＦＬの単一ピークのみからなり側波帯を有さない。
図の挿入図に示すように、レーザ周波数ＦＬの中心ピー
クとその両側の側波帯とからなる光学的スペクトルを有
る、。散乱ビーム１６はビームスプリッタ１８によって
２つのビーム部分１６ａおよび１６ｂに分割される。こ
のうちビーム部分１６ｂは測定ビームとなる。ビーム部
分１６ａは側波帯ストリッパ２０を通ることによってそ
の側波帯が取り去られ、基準ビーム２２を提供る、。こ
の基準ビーム２２の光学的スペクトルは、レーザ周波数
ＦＬの単一ピークのみからなり側波帯を有さない。
側波帯ストリッパ２０から出射される基準ビーム２２は
ミラー２４で反射されビームミキサ２６に向かう。ビー
ムミキサ２６において基準ビーム２２は、ミラー２８で
反射されてビームミキサ２６に入射る、前記測定ビーム
１６ｂと結合る、。
ミラー２４で反射されビームミキサ２６に向かう。ビー
ムミキサ２６において基準ビーム２２は、ミラー２８で
反射されてビームミキサ２６に入射る、前記測定ビーム
１６ｂと結合る、。
これらビームの結合ビーム３０は互いに干渉して光信号
を発生る、。この光信号は光電検出器３２によって検出
され表面変位を表す電気信号に変換される。基準ビーム
２２は散乱レーザビーム１６をもとに適切な設計の側波
帯ストリッパ２０を使用して得られるので、基準ビーム
２２の波面は散乱ビーム１６の波面と実質的に一致る、
。このため大きな集光効率が得られる。一方、搬送１／
−ザ周波数のみからなる基準ビーム２２を干渉に使用る
、ので広い周波数帯域幅が得られる。
を発生る、。この光信号は光電検出器３２によって検出
され表面変位を表す電気信号に変換される。基準ビーム
２２は散乱レーザビーム１６をもとに適切な設計の側波
帯ストリッパ２０を使用して得られるので、基準ビーム
２２の波面は散乱ビーム１６の波面と実質的に一致る、
。このため大きな集光効率が得られる。一方、搬送１／
−ザ周波数のみからなる基準ビーム２２を干渉に使用る
、ので広い周波数帯域幅が得られる。
有用性を高めるため、側波帯ストリッパ２０は十分な集
光領域を有る、必要がある。すなわち側波帯ストリッパ
２０は、各方向から入射る、光線に対して十分に大きな
視野をもってそれら光線の側波帯を効率的に除去る、必
要がある。第２図に示すように、側波帯ストリッパとし
て共焦点・高Ｑ・光共振空洞１２０を使用してもよい。
光領域を有る、必要がある。すなわち側波帯ストリッパ
２０は、各方向から入射る、光線に対して十分に大きな
視野をもってそれら光線の側波帯を効率的に除去る、必
要がある。第２図に示すように、側波帯ストリッパとし
て共焦点・高Ｑ・光共振空洞１２０を使用してもよい。
この光共振空洞１２０は２つの高反射凹面ミラー１３４
．１３６を備える。これら凹面ミラー１３４．１３６は
同一半径を有し、両半径に等しい距離だけ離れている。
．１３６を備える。これら凹面ミラー１３４．１３６は
同一半径を有し、両半径に等しい距離だけ離れている。
共焦点空洞を構成る、ミラーの曲率半径を１メートルと
し、これらミラーの塗膜によって帯域幅１．５ＭＨｚ
、波長１．０６−が発生されるとすれば、この共焦点空
洞の集光領域は約０．１ ｍｍ’、 ｓｒである。これ
はほとんどの応用において適切である。より高い集光領
域のストリッパを実現る、には、両ミラーの間に形状収
差を補正る、ための光学要素を内蔵させる。図示のよう
に、共焦点空洞１２０の一方のミラーは圧電ブツシャ１
３８に取り付け、両ミラー１３４、１３６間の間隔を微
調整できるようにる、。共焦点空洞１２０はマッハ・ツ
ェンダー２波干渉計の構成内に光学的に一体化されてい
る。この構成はビームスプリッタ１１８とビームミキサ
１２６ と２つのミラー１２４． １２８とを備える。
し、これらミラーの塗膜によって帯域幅１．５ＭＨｚ
、波長１．０６−が発生されるとすれば、この共焦点空
洞の集光領域は約０．１ ｍｍ’、 ｓｒである。これ
はほとんどの応用において適切である。より高い集光領
域のストリッパを実現る、には、両ミラーの間に形状収
差を補正る、ための光学要素を内蔵させる。図示のよう
に、共焦点空洞１２０の一方のミラーは圧電ブツシャ１
３８に取り付け、両ミラー１３４、１３６間の間隔を微
調整できるようにる、。共焦点空洞１２０はマッハ・ツ
ェンダー２波干渉計の構成内に光学的に一体化されてい
る。この構成はビームスプリッタ１１８とビームミキサ
１２６ と２つのミラー１２４． １２８とを備える。
ミラー１２８は圧電ブツシャ１４０に取り付けられ、前
記干渉計の一方のアームの光路長さを変化させることが
できる。
記干渉計の一方のアームの光路長さを変化させることが
できる。
第２図は代表的なスキュー光線１１６’の経路を示して
おり、いかにして大きな集光領域を得るかを示す。この
スキニー光線はビームスプリッタ１１８によって２つの
光線１１６’ ａと１１６’ ｂとに分割される。光線
１１６’ ａは共焦点空洞１２０に進入し、４つの各連
続る、重ね合わせ光線１１７′１１９’ （反射光線
）と１２１’ 、 １２２’ （透過光線）とを発
生る、。入射光線１１６’ ａと共直線性の光線１２２
′のみが重ね合わせ光線１２２とともに基準ビームとし
て使用される。この光線１２２は共焦点空洞１２０の中
心から出射される光線であり、中心光線１１６から発生
した入射光線１１６ａに対して共直線性を有る、。空洞
１２０をレーザ周波数に対して適切に調整すれば、この
レーザ周波数から離れた１つ以上の空洞スペクトル帯域
幅に存在る、全ての側波帯を光線１２２．１２２’から
取り除ける。これら光線１２２．１２２’はミラー１２
４で反射されビームミキサ１２６に向かう。ビームミキ
サ１２６において、光線１２２．１２２’は各々光線１
１６ ｂ、 １１６’ ｂと結合される。光線１１６
ｂ、 １１６’ ｂはミラー１２８によって反射され
補償要素１３５．１３７を通過してビームミキサ１２６
に至るものである。補償要素１３５゜１３７は、ミラー
１３４．１３６と同一の曲率および厚さを有し、ビーム
スプリッタ１１８とビームミキサ１２６とに対してミラ
ー１３４．１３６と同一の距離の箇所に位置し、反射防
止塗装がなされている。ミラー１２８ と補償要素１３
５．１３７とビームスプリッタ１１８とで構成される一
方の光学アームを通過した像が、ミラー１２４と空洞ミ
ラー１３４．１３６の基板とで構成される他方の光学ア
ームを通過した像に重ね合わされる時、ビームミキサ１
２６の出力において、光線１１６ ｂ、 １１６’ ｂ
を起源とる、出力光線は光線１２２．１２２’を起源と
る、出力光線に各々重ね合わされ光線１３０．１３０’
を発生る、。このため入力における傾斜がどのようであ
っても、所望の大きな集光領域が提供される。像の重ね
合わせは、光路長さＡＢＣとＡＤＣとが互いに等しくか
つビームミキサ１２６が光線１１６ｂおよび１２２の形
成る、角度を三等分る、方向を向く時に実現される。
おり、いかにして大きな集光領域を得るかを示す。この
スキニー光線はビームスプリッタ１１８によって２つの
光線１１６’ ａと１１６’ ｂとに分割される。光線
１１６’ ａは共焦点空洞１２０に進入し、４つの各連
続る、重ね合わせ光線１１７′１１９’ （反射光線
）と１２１’ 、 １２２’ （透過光線）とを発
生る、。入射光線１１６’ ａと共直線性の光線１２２
′のみが重ね合わせ光線１２２とともに基準ビームとし
て使用される。この光線１２２は共焦点空洞１２０の中
心から出射される光線であり、中心光線１１６から発生
した入射光線１１６ａに対して共直線性を有る、。空洞
１２０をレーザ周波数に対して適切に調整すれば、この
レーザ周波数から離れた１つ以上の空洞スペクトル帯域
幅に存在る、全ての側波帯を光線１２２．１２２’から
取り除ける。これら光線１２２．１２２’はミラー１２
４で反射されビームミキサ１２６に向かう。ビームミキ
サ１２６において、光線１２２．１２２’は各々光線１
１６ ｂ、 １１６’ ｂと結合される。光線１１６
ｂ、 １１６’ ｂはミラー１２８によって反射され
補償要素１３５．１３７を通過してビームミキサ１２６
に至るものである。補償要素１３５゜１３７は、ミラー
１３４．１３６と同一の曲率および厚さを有し、ビーム
スプリッタ１１８とビームミキサ１２６とに対してミラ
ー１３４．１３６と同一の距離の箇所に位置し、反射防
止塗装がなされている。ミラー１２８ と補償要素１３
５．１３７とビームスプリッタ１１８とで構成される一
方の光学アームを通過した像が、ミラー１２４と空洞ミ
ラー１３４．１３６の基板とで構成される他方の光学ア
ームを通過した像に重ね合わされる時、ビームミキサ１
２６の出力において、光線１１６ ｂ、 １１６’ ｂ
を起源とる、出力光線は光線１２２．１２２’を起源と
る、出力光線に各々重ね合わされ光線１３０．１３０’
を発生る、。このため入力における傾斜がどのようであ
っても、所望の大きな集光領域が提供される。像の重ね
合わせは、光路長さＡＢＣとＡＤＣとが互いに等しくか
つビームミキサ１２６が光線１１６ｂおよび１２２の形
成る、角度を三等分る、方向を向く時に実現される。
しかしながら、例えば光線１１６′等の入射光線を起源
とる、全光線の重ね合わせは第１近似においてのみ有効
である。これは共焦点空洞１２０の第３位収差による限
界である。前記したように、この限界はより進んだ空洞
設計によって取り除くことができるが、多くの場合、共
焦点空洞１２０が提供る、集光領域で十分である。空洞
ミラー１３４．１３６の基板が全表面にわたって均一な
厚さを有しておりかつ十分に薄い場合、光学アームＡＢ
Ｃ上の補償要素１３５．１３７を省略しても良好な近似
が得られる。従ってこれら補償要素１３５．１３７はオ
プションである。この場合、一方のアーム長さをわずか
に変更し、ビームミキサ１２６の角度をわずかに変更る
、必要がある。
とる、全光線の重ね合わせは第１近似においてのみ有効
である。これは共焦点空洞１２０の第３位収差による限
界である。前記したように、この限界はより進んだ空洞
設計によって取り除くことができるが、多くの場合、共
焦点空洞１２０が提供る、集光領域で十分である。空洞
ミラー１３４．１３６の基板が全表面にわたって均一な
厚さを有しておりかつ十分に薄い場合、光学アームＡＢ
Ｃ上の補償要素１３５．１３７を省略しても良好な近似
が得られる。従ってこれら補償要素１３５．１３７はオ
プションである。この場合、一方のアーム長さをわずか
に変更し、ビームミキサ１２６の角度をわずかに変更る
、必要がある。
２つの安定調整を行う必要がある。まず共焦点空洞１２
０から出射して基準ビームとして使用される光線から側
波帯を完全に除去る、ため、レーザ周波数を調整して空
洞１２０の透過ピークに合わせなければならない。次に
マッハ・ツェンダー干渉計構成を調整して中央縞のゼロ
点交差に合わせ、感度の高い直線的な検出を実現る、必
要がある。
０から出射して基準ビームとして使用される光線から側
波帯を完全に除去る、ため、レーザ周波数を調整して空
洞１２０の透過ピークに合わせなければならない。次に
マッハ・ツェンダー干渉計構成を調整して中央縞のゼロ
点交差に合わせ、感度の高い直線的な検出を実現る、必
要がある。
これら２つの調整を可能とる、構成を第３図に示す。
第３図に示すように、レーザビーム１０はレーザ源１２
で発生され、ビームスプリッタ１４２で２つのビーム部
分１０ａ・１０ｂに分割される。ビーム部分１０ａは検
査表面１４に向かう。ビーム部分１０ａの光路には適切
な光学系１４４が配置され、所望サイズの光点で表面を
照射る、。他の光学系１４６は表面１４によって散乱さ
れる光線を集める。
で発生され、ビームスプリッタ１４２で２つのビーム部
分１０ａ・１０ｂに分割される。ビーム部分１０ａは検
査表面１４に向かう。ビーム部分１０ａの光路には適切
な光学系１４４が配置され、所望サイズの光点で表面を
照射る、。他の光学系１４６は表面１４によって散乱さ
れる光線を集める。
前記安定調整はレーザビーム１０から得られるビーム部
分１０ｂを使用して可能となる。ビーム部分１０ｂは、
例えば電気光学効果に基づく標準的な技術を使用る、位
相変調器１４８によって位相変調され、位相変調安定化
ビーム１５０を提供る、。このビーム１５０は偏光ビー
ムスプリッタ１５２によって散乱レーザビーム１１６と
共直線的に混合される。
分１０ｂを使用して可能となる。ビーム部分１０ｂは、
例えば電気光学効果に基づく標準的な技術を使用る、位
相変調器１４８によって位相変調され、位相変調安定化
ビーム１５０を提供る、。このビーム１５０は偏光ビー
ムスプリッタ１５２によって散乱レーザビーム１１６と
共直線的に混合される。
偏光ビームスプリッタは、入射面において偏光された光
をほぼ１００％透過る、と共に該入射面に直交して偏光
された光をほぼ１００％反射る、特性を有る、。偏光ビ
ームスプリッタ１５２を通過した後、散乱ビーム１１６
は図と同一の面において偏光されるが、安定化ビームは
液面に直交る、面において偏光される。このためこれら
２つのビームは、偏光ビームスプリッタ等の他の偏光光
学系を使用して互いに分離る、ことができる。次にこれ
ら２つのビームはマッハ・ツェンダー干渉計構成に送ら
れる。この構成は第２図に示した共焦点空洞１２０を含
む。
をほぼ１００％透過る、と共に該入射面に直交して偏光
された光をほぼ１００％反射る、特性を有る、。偏光ビ
ームスプリッタ１５２を通過した後、散乱ビーム１１６
は図と同一の面において偏光されるが、安定化ビームは
液面に直交る、面において偏光される。このためこれら
２つのビームは、偏光ビームスプリッタ等の他の偏光光
学系を使用して互いに分離る、ことができる。次にこれ
ら２つのビームはマッハ・ツェンダー干渉計構成に送ら
れる。この構成は第２図に示した共焦点空洞１２０を含
む。
図示のように、散乱ビーム１１６および安定化ビーム１
５０は各々ビームスプリッタ１１８によって各２つのビ
ーム部分１１６ ａ、 １１６ ｂと１５０ ａ、 １
５０ ｂとに分割される。ビーム部分１１６ ａ、 １
５０ ａは共焦点空洞１２０に進入る、。共焦点空洞１
２０によって部分的に反射された安定化ビーム１５１は
、ビームスプリッタ１１８によって偏光ビームスプリッ
タ１５４に向かい、この偏光ビームスプリッタ１５４で
反射されて安定化検出器１５６に向かう。検出器１５６
は、位相変調器１４８の周波数において変化る、信号を
検出る、。検出された信号は共焦点空洞１２０用の安定
化ネットワーク１５８に送られる。「応用物理学Ｂ」第
３１巻（１９８３）の第９７〜１０５ページにおいてＲ
１１ｉｔ、Ｐ、ドレバー等が説明している方法を使用し
、レーザ空洞をその反射側から安定させる。この方法に
よれば、変調周波数におけるゼロ位信号は自動的に追跡
されるので、レーザ周波数は空洞共振周波数に対応る、
。安定化ネットワーク１５８が発生る、補正信号は圧電
ブツシャ１３８に印加され、ミラー１３４．１３６間の
距離を変化させるので、空洞共振周波数が変化る、。あ
るいは、共焦点空洞１２０の透過側で作用させることも
可能である。この場合は点線で示した偏光ビームスプリ
ッタ１５４′と安定化検出器１５６′ とを使用る、。
５０は各々ビームスプリッタ１１８によって各２つのビ
ーム部分１１６ ａ、 １１６ ｂと１５０ ａ、 １
５０ ｂとに分割される。ビーム部分１１６ ａ、 １
５０ ａは共焦点空洞１２０に進入る、。共焦点空洞１
２０によって部分的に反射された安定化ビーム１５１は
、ビームスプリッタ１１８によって偏光ビームスプリッ
タ１５４に向かい、この偏光ビームスプリッタ１５４で
反射されて安定化検出器１５６に向かう。検出器１５６
は、位相変調器１４８の周波数において変化る、信号を
検出る、。検出された信号は共焦点空洞１２０用の安定
化ネットワーク１５８に送られる。「応用物理学Ｂ」第
３１巻（１９８３）の第９７〜１０５ページにおいてＲ
１１ｉｔ、Ｐ、ドレバー等が説明している方法を使用し
、レーザ空洞をその反射側から安定させる。この方法に
よれば、変調周波数におけるゼロ位信号は自動的に追跡
されるので、レーザ周波数は空洞共振周波数に対応る、
。安定化ネットワーク１５８が発生る、補正信号は圧電
ブツシャ１３８に印加され、ミラー１３４．１３６間の
距離を変化させるので、空洞共振周波数が変化る、。あ
るいは、共焦点空洞１２０の透過側で作用させることも
可能である。この場合は点線で示した偏光ビームスプリ
ッタ１５４′と安定化検出器１５６′ とを使用る、。
透過した安定化ビーム１５３は基準ビーム１２２から分
離される。
離される。
基準ビーム１２２は散乱ビーム１１６を起源として空洞
１２０から出射されるものである。安定化ビーム１５３
を基準ビーム１２２から分離る、のは偏光ビームスプリ
ッタ１５４′である。このスプリッタ１５４′は安定化
ビーム１５３を反射して検出器１５６′に向かわせる。
１２０から出射されるものである。安定化ビーム１５３
を基準ビーム１２２から分離る、のは偏光ビームスプリ
ッタ１５４′である。このスプリッタ１５４′は安定化
ビーム１５３を反射して検出器１５６′に向かわせる。
安定化ネットワーク１５８は、前記した安定化方法と同
様、変調周波数におけるゼロ位信号を共焦点空洞１２０
の反射側から追跡る、。
様、変調周波数におけるゼロ位信号を共焦点空洞１２０
の反射側から追跡る、。
マッハ・ツェンダー構成の安定化は、ビーム１５０ｂ、
１５３の干渉によってビームミキサ１２６の出力から
出射される安定化ビームの１つを選択る、ことによって
実現される。この選択には偏光ビームスプリッタ１６０
を使用る、。偏光ビームスプリッタ１６０は安定化検出
器１６２に光学的に結合している。安定化ネットワーク
１６４は、マッハ・ツェンダー干渉計の応答曲線の第２
導関数のゼロに対応る、変調周波数の第２調波のゼロを
自動的に追跡る、。あるいは第３図に示すように、安定
化ネットワーク１６４は、検出器１６２の直流電圧出力
と、中央縞のゼロ交差レベルに対応る、所定電圧値とを
比較る、ことによりエラー信号を発生る、。
１５３の干渉によってビームミキサ１２６の出力から
出射される安定化ビームの１つを選択る、ことによって
実現される。この選択には偏光ビームスプリッタ１６０
を使用る、。偏光ビームスプリッタ１６０は安定化検出
器１６２に光学的に結合している。安定化ネットワーク
１６４は、マッハ・ツェンダー干渉計の応答曲線の第２
導関数のゼロに対応る、変調周波数の第２調波のゼロを
自動的に追跡る、。あるいは第３図に示すように、安定
化ネットワーク１６４は、検出器１６２の直流電圧出力
と、中央縞のゼロ交差レベルに対応る、所定電圧値とを
比較る、ことによりエラー信号を発生る、。
安定化ネットワーク１６４が発生る、補正信号は圧電ブ
ツシャ１４０に印加され、ミラー１２８を移動させ、マ
ッハ・ツェンダー干渉計構成のアームの一方の光路長さ
を変化させる。
ツシャ１４０に印加され、ミラー１２８を移動させ、マ
ッハ・ツェンダー干渉計構成のアームの一方の光路長さ
を変化させる。
第３図に示すように、出力側に２つの検出器１３２、１
６６が使用される。これら検出器に続いて差動増幅器１
６８が設けられる。偏光ビームスプリッタ１７０は偏光
ビームスプリッタ１６０ と同様、安定化ビーム１５０
ｂ、 １５３が検出器１３２．１６６に到達る、のを阻
止る、。このような構成は、出力信号を２倍にし、該出
力信号に対る、レーザ振幅の変動の効果を減少させ、非
干渉ビーム１２１′の効果を減少させる。
６６が使用される。これら検出器に続いて差動増幅器１
６８が設けられる。偏光ビームスプリッタ１７０は偏光
ビームスプリッタ１６０ と同様、安定化ビーム１５０
ｂ、 １５３が検出器１３２．１６６に到達る、のを阻
止る、。このような構成は、出力信号を２倍にし、該出
力信号に対る、レーザ振幅の変動の効果を減少させ、非
干渉ビーム１２１′の効果を減少させる。
第４図および第５図は本発明の第２実施例を示す。この
実施例は共焦点空洞２２０のみを使用し外部の干渉計構
成は使用しない。図示のように、第２図および第３図に
示した実施例における通常のビームスプリッタ１１８を
使用る、代わりに、偏光ビームスプリッタ２１８を使用
る、。このスプリッタ２１８に続いて１／４波長板２７
２を設ける。１／４波長板２７２は入射偏光に対して４
５°の方向を向いている。第４図は中心光線２１６とス
キニー光線２１６′とがたどる光路を第２図と同様に示
す。
実施例は共焦点空洞２２０のみを使用し外部の干渉計構
成は使用しない。図示のように、第２図および第３図に
示した実施例における通常のビームスプリッタ１１８を
使用る、代わりに、偏光ビームスプリッタ２１８を使用
る、。このスプリッタ２１８に続いて１／４波長板２７
２を設ける。１／４波長板２７２は入射偏光に対して４
５°の方向を向いている。第４図は中心光線２１６とス
キニー光線２１６′とがたどる光路を第２図と同様に示
す。
第４図の実施例は、空洞２２０から出射される反射ビー
ム２１７′の電磁場が、実際にはミラー２３４によって
反射され搬送レーザ周波数と隣接側波帯とを含む電磁場
と、空洞から漏洩し側波帯が除去された基準ビームに対
応る、電磁場との重ね合わせであるという事実に基づい
ている。この重ね合わせは、いかなる方向の入射光線（
少なくとも第１近似における）に対しても発生し、所望
の大きな集光領域を提供る、。この重ね合わせは、中心
光線２１６を起源とし空洞から出射される反射ビーム２
１７にも適用される。共焦点空洞２２０に対して入出射
る、ビームは偏光ビームスプリッタ２１８と１／４波長
板２７２とによって結合される。偏光ビームスプリッタ
２１８を通過したビーム２１６．２１６’ は、図面と
同一面内において偏光され、４５°方向を向いた１／４
波長板２７２によって周期的に偏光され、共焦点空洞２
２０に送られる。反射され１／４波長板２７２を再び透
過した反射ビーム２１７．２１７’は、偏光ビームスプ
リッタ２１８によって図面に直交る、面において偏光さ
れる。実際上は、検査表面１４から受は取るレーザビー
ムが空洞軸に対して良好に中心が合っている場合、空洞
２２０から漏洩る、ビーム２１９′は、検出器２３２（
第５図）において重ね合わせビーム２１７．２１７’か
ら分離できない。ビーム２１７’ 、２１９’ は検出
器２３２において非干渉的に加算される（すなわち光度
が単純に加算される）。理論および実験により、これは
有害でなく、実際には空洞帯域幅の周波数に対る、周波
数応答をさらに平坦化る、傾向があることが確認されて
いる。また理論および実験により、レーザ周波数は共振
ピークの傾斜上の１／２共振高さの近辺で安定化る、必
要のあることが分かっている。
ム２１７′の電磁場が、実際にはミラー２３４によって
反射され搬送レーザ周波数と隣接側波帯とを含む電磁場
と、空洞から漏洩し側波帯が除去された基準ビームに対
応る、電磁場との重ね合わせであるという事実に基づい
ている。この重ね合わせは、いかなる方向の入射光線（
少なくとも第１近似における）に対しても発生し、所望
の大きな集光領域を提供る、。この重ね合わせは、中心
光線２１６を起源とし空洞から出射される反射ビーム２
１７にも適用される。共焦点空洞２２０に対して入出射
る、ビームは偏光ビームスプリッタ２１８と１／４波長
板２７２とによって結合される。偏光ビームスプリッタ
２１８を通過したビーム２１６．２１６’ は、図面と
同一面内において偏光され、４５°方向を向いた１／４
波長板２７２によって周期的に偏光され、共焦点空洞２
２０に送られる。反射され１／４波長板２７２を再び透
過した反射ビーム２１７．２１７’は、偏光ビームスプ
リッタ２１８によって図面に直交る、面において偏光さ
れる。実際上は、検査表面１４から受は取るレーザビー
ムが空洞軸に対して良好に中心が合っている場合、空洞
２２０から漏洩る、ビーム２１９′は、検出器２３２（
第５図）において重ね合わせビーム２１７．２１７’か
ら分離できない。ビーム２１７’ 、２１９’ は検出
器２３２において非干渉的に加算される（すなわち光度
が単純に加算される）。理論および実験により、これは
有害でなく、実際には空洞帯域幅の周波数に対る、周波
数応答をさらに平坦化る、傾向があることが確認されて
いる。また理論および実験により、レーザ周波数は共振
ピークの傾斜上の１／２共振高さの近辺で安定化る、必
要のあることが分かっている。
共振における安定化により、側波帯は互いに相殺し合う
。本実施例では、表面１４で散乱し側波帯を有る、ビー
ムに対して基準ビームの位相を変化させることを、側波
帯除去のための調整とは別個に行うことはできない。
。本実施例では、表面１４で散乱し側波帯を有る、ビー
ムに対して基準ビームの位相を変化させることを、側波
帯除去のための調整とは別個に行うことはできない。
共振空洞２２０をレーザ周波数に安定化させるための適
切な構成を第５図に示す。レーザビーム１０はレーザ源
１２で発生されビームスプリッタ２４２によって２つの
ビーム部分１０ａ、１０ｂに分割される。ビーム部分１
０ａは検査表面１４に向かう。
切な構成を第５図に示す。レーザビーム１０はレーザ源
１２で発生されビームスプリッタ２４２によって２つの
ビーム部分１０ａ、１０ｂに分割される。ビーム部分１
０ａは検査表面１４に向かう。
ビーム部分１０ａの光路には光学系２４４が配置され、
所望サイズの光点によって表面１４を照射る、。
所望サイズの光点によって表面１４を照射る、。
別の光学系２４６は表面１４によって散乱された光線を
集めるために設けられる。安定化調整はレーザビーム１
０から得られるビーム部分１０知を使用して実現される
。レーザビーム部分１０ｂはビームスプリッタ２５２に
よって反射され、偏光ビームスプリッタ２１８に入射し
、安定化ビーム２５０を提供る、。この安定化ビーム２
５０は共直線的に散乱レーザビーム２１６と混合される
。一方、共焦点空洞２２０で反射された重ね合わせビー
ム２１７は偏光ビームスプリッタ２１８で反射され、ビ
ームスプリッタ２５２を透過し、信号検出器２３２に至
る。この構成は、反射ビーム２１７を空洞が反射した安
定化ビームから分離る、ことを可能にる、。空洞が反射
した安定化ビームは表面１４の方向に送られ検出器２３
２の方向には向かわない。第２の１／４波長板２７４は
共焦点空洞の後に配置される。この１／４波長板２７４
の軸は第１の１／４波長板２７２の軸に逆平行であるた
め、これらの組合せは偏光効果を有さない。このような
構成は、散乱ビーム２１６を起源として空洞２２０から
出射されるビーム２２２の影響を受けることなく、透過
した安定化ビーム２５３が偏光ビームスプリッタ２５４
によって安定化検出器２５６の方向に反射されることを
可能にる、。
集めるために設けられる。安定化調整はレーザビーム１
０から得られるビーム部分１０知を使用して実現される
。レーザビーム部分１０ｂはビームスプリッタ２５２に
よって反射され、偏光ビームスプリッタ２１８に入射し
、安定化ビーム２５０を提供る、。この安定化ビーム２
５０は共直線的に散乱レーザビーム２１６と混合される
。一方、共焦点空洞２２０で反射された重ね合わせビー
ム２１７は偏光ビームスプリッタ２１８で反射され、ビ
ームスプリッタ２５２を透過し、信号検出器２３２に至
る。この構成は、反射ビーム２１７を空洞が反射した安
定化ビームから分離る、ことを可能にる、。空洞が反射
した安定化ビームは表面１４の方向に送られ検出器２３
２の方向には向かわない。第２の１／４波長板２７４は
共焦点空洞の後に配置される。この１／４波長板２７４
の軸は第１の１／４波長板２７２の軸に逆平行であるた
め、これらの組合せは偏光効果を有さない。このような
構成は、散乱ビーム２１６を起源として空洞２２０から
出射されるビーム２２２の影響を受けることなく、透過
した安定化ビーム２５３が偏光ビームスプリッタ２５４
によって安定化検出器２５６の方向に反射されることを
可能にる、。
共焦点空洞２２０のミラー２３６は約０．１％の透過率
を有る、極めて反射率の高いミラーであり最良の検出条
件を提供る、ものである。安定化は検出器２５６の直流
電圧出力と共振ピーク高さの約１／２に対応る、所定電
圧値とを比較る、ことによって容易に実行可能である。
を有る、極めて反射率の高いミラーであり最良の検出条
件を提供る、ものである。安定化は検出器２５６の直流
電圧出力と共振ピーク高さの約１／２に対応る、所定電
圧値とを比較る、ことによって容易に実行可能である。
安定化ネットワーク２５８が発生る、補正信号は圧電ブ
ツシャ２３８に印加され、ミラー２３４．２３６間の距
離を変化させ、これによって空洞共振周波数を変化させ
る。
ツシャ２３８に印加され、ミラー２３４．２３６間の距
離を変化させ、これによって空洞共振周波数を変化させ
る。
本発明に基づいて得た代表的な周波数応答曲線を第６図
に示す。同図においてΔＶは最大の１／２の帯域幅であ
る。点線で示す曲線は、例えば米国特許第４．６５９．
２２４号などの従来技術に基づいて得た結果である。図
示のように、本発明は！＝ｉＣ／４０〜ΔＶの間で平坦
な周波数応答を得ることが可能である。ここでＣは光速
でありｅは空洞間隙およびミラー半径である。例えば第
４図および第５図に示す第２実施例の場合、１メートル
の長さの空洞２２０においてミラー２３４．２３６がほ
ぼ１００％および９４％（帯域幅″＝ １．５ ＭＨｚ
）の反射を行えば、周波数応答は１．５ＭＨｚ〜７３．
５Ｍ）Ｉｚの間で平坦である。ミラーの塗膜を非吸収、
非散乱とる、ことは現在の進歩した塗装技術により可能
であるが、この場合の計算によれば、応答性およびＳＮ
比は両実施例共に従来構成に較べて大きくなる。第２実
施例の場合、ミラー２３６が１００％の反射く不透過）
を行うとすれば、信号の大きさは従来構成で得られるピ
ーク値の約４倍であり、光子雑音制限検出におけるＳＮ
比は約２倍である。
に示す。同図においてΔＶは最大の１／２の帯域幅であ
る。点線で示す曲線は、例えば米国特許第４．６５９．
２２４号などの従来技術に基づいて得た結果である。図
示のように、本発明は！＝ｉＣ／４０〜ΔＶの間で平坦
な周波数応答を得ることが可能である。ここでＣは光速
でありｅは空洞間隙およびミラー半径である。例えば第
４図および第５図に示す第２実施例の場合、１メートル
の長さの空洞２２０においてミラー２３４．２３６がほ
ぼ１００％および９４％（帯域幅″＝ １．５ ＭＨｚ
）の反射を行えば、周波数応答は１．５ＭＨｚ〜７３．
５Ｍ）Ｉｚの間で平坦である。ミラーの塗膜を非吸収、
非散乱とる、ことは現在の進歩した塗装技術により可能
であるが、この場合の計算によれば、応答性およびＳＮ
比は両実施例共に従来構成に較べて大きくなる。第２実
施例の場合、ミラー２３６が１００％の反射く不透過）
を行うとすれば、信号の大きさは従来構成で得られるピ
ーク値の約４倍であり、光子雑音制限検出におけるＳＮ
比は約２倍である。
位相共役ミラーは反射において光波を発生し、この光波
の波面は実質的に入射波の波面と一致る、ことが知られ
ている。これら位相共役ミラーは一般に２つのレーザビ
ームによって光学的にポンピングされる非線形光学媒質
によって構成される。
の波面は実質的に入射波の波面と一致る、ことが知られ
ている。これら位相共役ミラーは一般に２つのレーザビ
ームによって光学的にポンピングされる非線形光学媒質
によって構成される。
このようなミラーの良く知られている特性として、光線
を反射してその入射経路を再びたどらせる性質がある。
を反射してその入射経路を再びたどらせる性質がある。
すなわち入射波の位相共役的なコピー（反対波面を有る
、波）を反射る、。位相共役は各種材料における４波混
合処理によって実現され、ＢａＴｉＯ３およびＢｌ＋ｚ
Ｓｉ０□０などの材料において効率的に実現される。こ
れら材料は光による電荷の移動（光屈折効果）を示す。
、波）を反射る、。位相共役は各種材料における４波混
合処理によって実現され、ＢａＴｉＯ３およびＢｌ＋ｚ
Ｓｉ０□０などの材料において効率的に実現される。こ
れら材料は光による電荷の移動（光屈折効果）を示す。
一般にこれら光屈折材料における電荷の移動は十分遅い
ので、これら材料は超音波周波数における光度の変動に
対して応答できない。これについてはＲ，Ａ、 フィッ
シャー編集による「光学位相共役」 （アカデミツクプ
レス、ニューヨーク、１９８３）を参照できる。
ので、これら材料は超音波周波数における光度の変動に
対して応答できない。これについてはＲ，Ａ、 フィッ
シャー編集による「光学位相共役」 （アカデミツクプ
レス、ニューヨーク、１９８３）を参照できる。
実質的に入射波と一致しかつ同一方向に伝播る、波を得
るため、光線を位相共役ミラーに２度人射る、か、２つ
の位相共役ミラーに光線を送る必要がある。このような
２つの位相共役ミラーを内蔵る、実施例を第７図に概略
的に示す。この実施例は第１図に示した実施例と類似で
あるが、相違点は側波帯ストリッパ２０およびミラー２
４に代えて、ビームスプリッタ３２５と２つの位相共役
ミラー３２７．３２９を使用したことである。
るため、光線を位相共役ミラーに２度人射る、か、２つ
の位相共役ミラーに光線を送る必要がある。このような
２つの位相共役ミラーを内蔵る、実施例を第７図に概略
的に示す。この実施例は第１図に示した実施例と類似で
あるが、相違点は側波帯ストリッパ２０およびミラー２
４に代えて、ビームスプリッタ３２５と２つの位相共役
ミラー３２７．３２９を使用したことである。
第７図は、散乱レーザビーム３１６（代表的にその中心
光線を示す）の経路を示す。散乱レーザビーム３１６は
ビームスプリッタ３１８によって２つの部分３１６ ａ
、 ３１６ ｂに分割される。ビーム部分３１６ｂは測
定ビームとして使用される。ビーム部分３１６ａは側波
帯ストリッパ３２０を通過し、側波帯が分離され、側波
帯のない基準ビーム３２２を出力る、。ビーム部分３１
６ａが側波帯ストリッパ３２０に進入る、と、ビームス
プリッタ３２５によってさらに２つのビーム部分３１６
ｃ 、 ３１６ ｄに分割される。
光線を示す）の経路を示す。散乱レーザビーム３１６は
ビームスプリッタ３１８によって２つの部分３１６ ａ
、 ３１６ ｂに分割される。ビーム部分３１６ｂは測
定ビームとして使用される。ビーム部分３１６ａは側波
帯ストリッパ３２０を通過し、側波帯が分離され、側波
帯のない基準ビーム３２２を出力る、。ビーム部分３１
６ａが側波帯ストリッパ３２０に進入る、と、ビームス
プリッタ３２５によってさらに２つのビーム部分３１６
ｃ 、 ３１６ ｄに分割される。
ビーム部分３１６Ｃは第１の位相共役ミラー３２７に向
かい、ビーム部分３１６ｄは別の測定ビームを規定る、
。反射されたビーム部分３１７は側波帯を有さす入射ビ
ーム部分３１６Ｃの位相共役的なコピーであり、ビーム
スプリッタ３２５によって反射されて第２の位相共役ミ
ラー３２９に向かい、そこでさらに位相共役される。こ
のため反射されたビーム部分３２２の波面は、散乱ビー
ム３１６の波面と一致る、と共に、測定ビーム３１６ｂ
、３１６ｄの波面とも一致る、。ビーム部分３２２は基
準ビームとして働き、位相共役ミラー３２９からビーム
スプリッタ３２５に向かい、そこで測定ビーム３１６ｄ
と結合される。次にこれらビーム３１６ ｄ、 ３２２
はビームミキサ３２６に向かい、そこで測定ビーム３１
６ｂと結合る、。この測定ビーム３１６ｂはミラー３２
８によって反射されビームミキサ３２６に到達る、もの
である。結合ビーム３３０は互いに干渉して光信号を発
生し、この光信号は光検出器３３２によって検出される
。
かい、ビーム部分３１６ｄは別の測定ビームを規定る、
。反射されたビーム部分３１７は側波帯を有さす入射ビ
ーム部分３１６Ｃの位相共役的なコピーであり、ビーム
スプリッタ３２５によって反射されて第２の位相共役ミ
ラー３２９に向かい、そこでさらに位相共役される。こ
のため反射されたビーム部分３２２の波面は、散乱ビー
ム３１６の波面と一致る、と共に、測定ビーム３１６ｂ
、３１６ｄの波面とも一致る、。ビーム部分３２２は基
準ビームとして働き、位相共役ミラー３２９からビーム
スプリッタ３２５に向かい、そこで測定ビーム３１６ｄ
と結合される。次にこれらビーム３１６ ｄ、 ３２２
はビームミキサ３２６に向かい、そこで測定ビーム３１
６ｂと結合る、。この測定ビーム３１６ｂはミラー３２
８によって反射されビームミキサ３２６に到達る、もの
である。結合ビーム３３０は互いに干渉して光信号を発
生し、この光信号は光検出器３３２によって検出される
。
ミラー３２８は圧電ブツシャ３４０に取り付けられてお
り、マッハ・ツェンダー干渉計構成のアームの一方の光
路長さを変化させる。このためビーム部分３１６ｂ、３
１６ｄの干渉に起因る、光振幅は、基準ビーム３２２の
光振幅に対して適切な位相差を有る、ことができる。最
適位相差はπ／２または３π／２ （直角条件）である
。あるいは、側波帯ストリッパ３２０の位相を調整して
所望の位相差を提供し、これによってビームスプリッタ
３１８ とミラー３２８とビームミキサ３２６とを省略
る、こともできる。このような実施例を第８図に概略的
に示す。
り、マッハ・ツェンダー干渉計構成のアームの一方の光
路長さを変化させる。このためビーム部分３１６ｂ、３
１６ｄの干渉に起因る、光振幅は、基準ビーム３２２の
光振幅に対して適切な位相差を有る、ことができる。最
適位相差はπ／２または３π／２ （直角条件）である
。あるいは、側波帯ストリッパ３２０の位相を調整して
所望の位相差を提供し、これによってビームスプリッタ
３１８ とミラー３２８とビームミキサ３２６とを省略
る、こともできる。このような実施例を第８図に概略的
に示す。
第８図に示す実施例は、ビームスプリッタ３２５と、第
７図の実施例と同一の２つの位相共役ミラー３２７．３
２９とを含む。位相共役はミラー３２７において２つの
対向伝播ビーム３３１．３３３によってポンピングる、
ことによって得られると共に、ミラー３２９において２
つの他の対向伝播ビーム３３５．３３７によってポンピ
ングる、ことによって得られる。
７図の実施例と同一の２つの位相共役ミラー３２７．３
２９とを含む。位相共役はミラー３２７において２つの
対向伝播ビーム３３１．３３３によってポンピングる、
ことによって得られると共に、ミラー３２９において２
つの他の対向伝播ビーム３３５．３３７によってポンピ
ングる、ことによって得られる。
ビーム３３１．３３５は書込みビームラ規定し、ビーム
３３３、３３７は読取りビームを規定る、。これら対向
伝播ビームは、工作物（図示せず）を照射る、レーザか
ら得られ、拡張および／または集束されてミラー３２７
．３２９の位相共役媒質中において適切な大きさの相互
作用を発生る、。位相共役ミラー３２７、３２９は光学
材料で形成され、２つの光ビームの干渉効果に続く屈折
率位相回折格子形成に対して十分に遅い応答を有る、。
３３３、３３７は読取りビームを規定る、。これら対向
伝播ビームは、工作物（図示せず）を照射る、レーザか
ら得られ、拡張および／または集束されてミラー３２７
．３２９の位相共役媒質中において適切な大きさの相互
作用を発生る、。位相共役ミラー３２７、３２９は光学
材料で形成され、２つの光ビームの干渉効果に続く屈折
率位相回折格子形成に対して十分に遅い応答を有る、。
適切な応答時間は１［［ｌｓ程度であるため、振動や空
気の乱れによって発生る、位相変化は位相共役媒質によ
って追随され得る。このような応答時間は材料および相
互作用る、ビームの光度を適切に選択る、ことによって
得られる。
気の乱れによって発生る、位相変化は位相共役媒質によ
って追随され得る。このような応答時間は材料および相
互作用る、ビームの光度を適切に選択る、ことによって
得られる。
このシステムの動作は、散乱レーザビームに属る、中心
光線３１６とスキニー光線３１６′との経路を追跡る、
ことによって理解できる。これら光線はビームスプリッ
タ３２５によって透過光線３１６ａ。
光線３１６とスキニー光線３１６′との経路を追跡る、
ことによって理解できる。これら光線はビームスプリッ
タ３２５によって透過光線３１６ａ。
３１６’ ａと反射光線３１６ｂ、３１６’ ｂとに
分割される。これら光線のすべては側波帯を有る、。光
線３１６ａ、３１６’ ａを含む透過ビームは、第１の
位相共役ミラー３２７において書込みビーム３３１と干
渉し位相回折格子を発生る、。読取りビーム３３３はこ
の位相回折格子によって散乱され反射位相共役ビームと
なる。すなわち反射光線３１７．３１７’は光線３１６
ａ、３１６’ ａの経路を再びたどってビームスプリッ
タ３２５に向かい、そこでこれら光線は第２の位相共役
ミラー３２９の方向に反射される。ミラー３２７の光屈
折材料は十分に遅いので、光学的側波帯は位相回折格子
を発生できない。さらに、読取りビーム３３３ばレーザ
周波数のみなので、光線３１７、３１７’を含む反射さ
れた位相共役ビームは側波帯を有さない。
分割される。これら光線のすべては側波帯を有る、。光
線３１６ａ、３１６’ ａを含む透過ビームは、第１の
位相共役ミラー３２７において書込みビーム３３１と干
渉し位相回折格子を発生る、。読取りビーム３３３はこ
の位相回折格子によって散乱され反射位相共役ビームと
なる。すなわち反射光線３１７．３１７’は光線３１６
ａ、３１６’ ａの経路を再びたどってビームスプリッ
タ３２５に向かい、そこでこれら光線は第２の位相共役
ミラー３２９の方向に反射される。ミラー３２７の光屈
折材料は十分に遅いので、光学的側波帯は位相回折格子
を発生できない。さらに、読取りビーム３３３ばレーザ
周波数のみなので、光線３１７、３１７’を含む反射さ
れた位相共役ビームは側波帯を有さない。
光線３１７．３１７’を含み側波帯を有さない反射ビー
ムは、第２の位相共役ミラー３２９において書込みビー
ム３３５と干渉し、他の位相回折格子を発生る、。読取
りビーム３３７はレーザ周波数に対して周波数偏移され
る。ＲＦ周波数（例えば４０ＭＨｚ）における周波数偏
移はビームを音響光学セルまたはブラッグセルを通すこ
とによって簡単に得ることができる。このため読取りビ
ーム３３７は、周波数偏移ビームをミラー３２９から反
射させる。このビームは入射ビームの位相共役コピーで
ある。すなわち、反射光線３２２．３２２’ は光線３
１７．３１７’の経路を再びたどってビームスプリッタ
３２５に向かう。このビームスプリッタ３２５は、光線
３１６ｂ。
ムは、第２の位相共役ミラー３２９において書込みビー
ム３３５と干渉し、他の位相回折格子を発生る、。読取
りビーム３３７はレーザ周波数に対して周波数偏移され
る。ＲＦ周波数（例えば４０ＭＨｚ）における周波数偏
移はビームを音響光学セルまたはブラッグセルを通すこ
とによって簡単に得ることができる。このため読取りビ
ーム３３７は、周波数偏移ビームをミラー３２９から反
射させる。このビームは入射ビームの位相共役コピーで
ある。すなわち、反射光線３２２．３２２’ は光線３
１７．３１７’の経路を再びたどってビームスプリッタ
３２５に向かう。このビームスプリッタ３２５は、光線
３１６ｂ。
３１６’ ｂに重なり合った光線３２２．３２２’を透
過させるので、両光線間に干渉が生ずる。従って、ビー
ムスプリッタ３２５によって直接反射され側波帯を含み
光線３１６ｂ、３１６’ ｂを含むビームと、２つの位
相共役ミラーによって発生され光線３２２．３２２’を
含む側波帯の無い周波数偏移基準ビームとの間に干渉が
起こる。これら両ビームは互いに実質的に一致る、波面
を有る、。このため、この構成によっても大きな集光領
域が得られる。結合された光線３３０．３３０’は光検
出器３３２で受信される。光検出器３３２は、表面過渡
挙動に比例して位相変調されるオフセット周波数（例え
ば４０ＭＨｚ）において電気信号を提供る、。例えば１
９８７年１月６日に発行された米国特許第４．６３３．
７１５号「超音波変位を測定る、ためのレーザヘテロゲ
イン干渉計方法およびシステム」に開示されているシス
テムを使用る、電子復調によって、前記表面過渡挙動に
比例る、信号が得られる。
過させるので、両光線間に干渉が生ずる。従って、ビー
ムスプリッタ３２５によって直接反射され側波帯を含み
光線３１６ｂ、３１６’ ｂを含むビームと、２つの位
相共役ミラーによって発生され光線３２２．３２２’を
含む側波帯の無い周波数偏移基準ビームとの間に干渉が
起こる。これら両ビームは互いに実質的に一致る、波面
を有る、。このため、この構成によっても大きな集光領
域が得られる。結合された光線３３０．３３０’は光検
出器３３２で受信される。光検出器３３２は、表面過渡
挙動に比例して位相変調されるオフセット周波数（例え
ば４０ＭＨｚ）において電気信号を提供る、。例えば１
９８７年１月６日に発行された米国特許第４．６３３．
７１５号「超音波変位を測定る、ためのレーザヘテロゲ
イン干渉計方法およびシステム」に開示されているシス
テムを使用る、電子復調によって、前記表面過渡挙動に
比例る、信号が得られる。
位相共役ミラー３２９によって反射されるビームは、ビ
ームスプリッタ３２５によっても反射され、位相共役ミ
ラー３２７に向かう。このビームは高周波数において周
波数偏移されているので、このビームはビーム３３１．
３３３との干渉によって位相回折格子を発生しない。こ
の理由は光学材料の応答が遅いからである。従ってこの
場合、２つの位相共役ミラー３２７．３２９とビームス
プリッタ３２５ とは共振空洞を形成しない。
ームスプリッタ３２５によっても反射され、位相共役ミ
ラー３２７に向かう。このビームは高周波数において周
波数偏移されているので、このビームはビーム３３１．
３３３との干渉によって位相回折格子を発生しない。こ
の理由は光学材料の応答が遅いからである。従ってこの
場合、２つの位相共役ミラー３２７．３２９とビームス
プリッタ３２５ とは共振空洞を形成しない。
このような構成における検出帯域幅は、低周波数側にお
いて、位相共役材料の応答時間と電子復調回路の低周波
数カットオフによって制限される。
いて、位相共役材料の応答時間と電子復調回路の低周波
数カットオフによって制限される。
実際には１００Ｈｚ〜１０ＫＨｚの下限を得ることがで
きる。高周波数側においてはオフセット周波数によって
制限される。このオフセット周波数は実際には現在市販
されているブラッグセルによってＩ ＧＨｚまで極めて
高くる、ことができる。従ってこの構成は大きな集光領
域を提供し、Ｉ ＭＨｚをかなり下回る周波数までの広
い周波数帯域幅を提供る、ので、従来考えられてきた構
成よりもはるかに改良された構成である。
きる。高周波数側においてはオフセット周波数によって
制限される。このオフセット周波数は実際には現在市販
されているブラッグセルによってＩ ＧＨｚまで極めて
高くる、ことができる。従ってこの構成は大きな集光領
域を提供し、Ｉ ＭＨｚをかなり下回る周波数までの広
い周波数帯域幅を提供る、ので、従来考えられてきた構
成よりもはるかに改良された構成である。
本実施例の変更例として、読取りビーム３３７から周波
数オフセットを除去る、方法があるが、その位相を制御
る、にあたっては、例えば圧電ブツシャに取り付けたミ
ラーからそのビームを反射させ、２つの位相共役ミラー
とビームスプリッタとからなる構成が該ビームスプリッ
タから直接反射されるビームに直角で側波帯の無いビー
ムを与えるようにしている。あるいは、ビー、ム３３１
’ 、３３３゜３３５の位相を制御る、こともできる。
数オフセットを除去る、方法があるが、その位相を制御
る、にあたっては、例えば圧電ブツシャに取り付けたミ
ラーからそのビームを反射させ、２つの位相共役ミラー
とビームスプリッタとからなる構成が該ビームスプリッ
タから直接反射されるビームに直角で側波帯の無いビー
ムを与えるようにしている。あるいは、ビー、ム３３１
’ 、３３３゜３３５の位相を制御る、こともできる。
この位相安定化を実施る、適切な方法は、散乱ビームと
レーザから直接に得られる安定化ビームとを混合し、こ
の混合ビームをビームスプリッタと位相共役ミラーとの
組合せに送ることである。前記安定化ビームは出力側の
安定化検出器によって受信され、例えば偏光ビームスプ
リッタ等によって散乱ビームから弁別される。この安定
化ビームを利用る、安定化構成としては、超音波検出用
２波ホモダイン干渉計に使用される既知の安定化構成が
ある。
レーザから直接に得られる安定化ビームとを混合し、こ
の混合ビームをビームスプリッタと位相共役ミラーとの
組合せに送ることである。前記安定化ビームは出力側の
安定化検出器によって受信され、例えば偏光ビームスプ
リッタ等によって散乱ビームから弁別される。この安定
化ビームを利用る、安定化構成としては、超音波検出用
２波ホモダイン干渉計に使用される既知の安定化構成が
ある。
この構成は１９８６年９月のＩＥＥＥ超音波、強誘電体
および周波数制御会報、第ＬＩＦＦＣ−３３巻、第４８
５〜４９９ページの「超音波の光学的検出」に説明され
ている。最も簡単な構成は、読取りビーム３３７を反射
る、圧電ブツシャを振動させ、直角位相に対応る、（す
なわち縞のゼロ交差に対応る、）安定化検出器出力電圧
を求めることである。この電圧を電子安定化ネットワー
クの基準電圧として利用し、前記圧電ブツシャの位置を
制御る、。これは第３図においてマッハ・ツェンダー構
成に対して使用した安定化構成と類似である。
および周波数制御会報、第ＬＩＦＦＣ−３３巻、第４８
５〜４９９ページの「超音波の光学的検出」に説明され
ている。最も簡単な構成は、読取りビーム３３７を反射
る、圧電ブツシャを振動させ、直角位相に対応る、（す
なわち縞のゼロ交差に対応る、）安定化検出器出力電圧
を求めることである。この電圧を電子安定化ネットワー
クの基準電圧として利用し、前記圧電ブツシャの位置を
制御る、。これは第３図においてマッハ・ツェンダー構
成に対して使用した安定化構成と類似である。
直角条件であるため、２つの位相共役ミラー３２７、３
２９間の共振は避けられる。またこの場合、検出帯域幅
は信号検出器周波数カットオフによって高い周波数の方
向に制限されるだけである。
２９間の共振は避けられる。またこの場合、検出帯域幅
は信号検出器周波数カットオフによって高い周波数の方
向に制限されるだけである。
以上説明してきた方法およびシステムは固定表面の過渡
運動を検出る、ために主として使用されることを前提と
しているが、これらはレーザ源と受信体との間の気体経
路または空気経路に作用る、濃度変動や圧力変動を検出
る、ためにも使用できる。前記した光学的検出技術は特
にこれら変動の高周波成分を検出る、ために有用である
。
運動を検出る、ために主として使用されることを前提と
しているが、これらはレーザ源と受信体との間の気体経
路または空気経路に作用る、濃度変動や圧力変動を検出
る、ためにも使用できる。前記した光学的検出技術は特
にこれら変動の高周波成分を検出る、ために有用である
。
第１図は、本発明の詳細な説明る、概略図、第２図は、
マッハ・ツェンダー型２波干渉計に光学的に結合した共
焦点空洞を透過モードにおいて側波帯ストリッパとして
使用る、構成を示す概略図、 第３図は、第２図に示した干渉計構成を内蔵る、本発明
の第１実施例を示す概略図、 第４図は、外部干渉計構成を有さない共焦点空洞を反射
モードにおいて側波帯ストリッパとして使用る、構成を
示す概略図、 第５図は、第４図に示した光学構成を内蔵る、本発明の
第２実施例を示す概略図、 第６図は、本発明により代表的に得られる周波数応答を
示すグラフ、 第７図は、２つの位相共役ミラーとマッハ・ツェンダー
干渉計構成とを内蔵る、本発明の第３実施例を示す概略
図、および 第８図は、１つのビームスプリッタと２つの位相共役ミ
ラーとを使用し、マッハ・ツェンダー干渉計構成を使用
しない構成を示す概略図である。 １０・・・レーザビーム、 １２・・・レーザ源、１
４・・・材料表面、 １６・・・散乱レーザビーム、 １８・・・ビームスプリッタ、 ２０・・・側波帯ストリッパ、 ２２・・・基準ビーム、２４．２８・・・ミラー２６・
・・ビームミキサ、 ３ｏ・・・結合ビーム、３２・・
・光電検出器。
マッハ・ツェンダー型２波干渉計に光学的に結合した共
焦点空洞を透過モードにおいて側波帯ストリッパとして
使用る、構成を示す概略図、 第３図は、第２図に示した干渉計構成を内蔵る、本発明
の第１実施例を示す概略図、 第４図は、外部干渉計構成を有さない共焦点空洞を反射
モードにおいて側波帯ストリッパとして使用る、構成を
示す概略図、 第５図は、第４図に示した光学構成を内蔵る、本発明の
第２実施例を示す概略図、 第６図は、本発明により代表的に得られる周波数応答を
示すグラフ、 第７図は、２つの位相共役ミラーとマッハ・ツェンダー
干渉計構成とを内蔵る、本発明の第３実施例を示す概略
図、および 第８図は、１つのビームスプリッタと２つの位相共役ミ
ラーとを使用し、マッハ・ツェンダー干渉計構成を使用
しない構成を示す概略図である。 １０・・・レーザビーム、 １２・・・レーザ源、１
４・・・材料表面、 １６・・・散乱レーザビーム、 １８・・・ビームスプリッタ、 ２０・・・側波帯ストリッパ、 ２２・・・基準ビーム、２４．２８・・・ミラー２６・
・・ビームミキサ、 ３ｏ・・・結合ビーム、３２・・
・光電検出器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、（ａ）所定周波数を有するレーザビームを対象表面
に送って散乱させることにより、前記所定周波数に中心
ピークがあり該中心ピークの両側に側波帯がある光学的
スペクトルを有し光学的波面を規定する散乱レーザビー
ムを発生させ、 （ｂ）前記表面で散乱したレーザビームに対し、前記散
乱レーザビームから導出され前記散乱ビームの波面と実
質的に整合する光学的波面を有すると共に、前記所定周
波数に単一のピークがあり側波帯が無い光学的スペクト
ルを有する基準ビームを干渉させることにより光信号を
得、 （ｃ）前記光信号を検出し前記表面における過渡運動を
表示する電気信号に変換する各段階を具備する、散乱表
面から過渡運動を光学的に検出する方法。 ２、前記段階（ｂ）において、前記散乱レーザビームを
分割して各々が前記中心ピークと前記側波帯とを含んだ
光学的スペクトルを有する第１および第２の散乱ビーム
部分を形成し、前記第２の散乱ビーム部分から側波帯を
取り除くことにより前記基準ビームを規定する側波帯の
無いビーム部分を得、前記第１の散乱ビーム部分と前記
基準ビームとを結合して両者を干渉させることにより前
記光信号を得る各段階を具備する、請求項１に記載の方
法。 ３、前記第２の散乱ビーム部分から側波帯を取り除くた
め、反対側と透過側とを有する光共振空洞に前記第２の
散乱ビーム部分を通過させ、前記所定周波数に単一のピ
ークがあり側波帯が無い光学的スペクトルを有するビー
ム部分を前記透過側から得る、請求項２に記載の方法。 ４、前記光共振空洞はマッハ・ツェンダー構成の２波干
渉計内に光学的に一体化した共焦点空洞であり、該干渉
計構成が２つの光学的アームを有し、ビーム分割手段と
ビーム混合手段とを含み、各前記光学的アームにおいて
前記ビーム混合手段の重ね合わせ像を提供する、請求項
３に記載の方法。 ５、前記散乱レーザビームがビームスプリッタによって
前記第１および第２の散乱ビーム部分に分割され、前記
第１の散乱ビーム部分が第１のミラーによってビームミ
キサ方向に反射され、前記第２の散乱ビーム部分が前記
共焦点空洞を通され、前記共焦点空洞の透過側から出射
されるビーム部分が第２のミラーによって前記ビームミ
キサ方向に反射されると共に該ビームミキサにおいて前
記第１のミラーによって反射された前記第１の散乱ビー
ム部分と結合される、請求項４に記載の方法。 ６、前記共焦点空洞が前記所定周波数に調整される空洞
共振周波数を有し、前記マッハ・ツェンダー構成が中央
縞のゼロ交差レベルに調整される、請求項４に記載の方
法。 ７、前記調整が、前記レーザビームを起源とし該レーザ
ビームとは相違して偏光された位相変調安定化ビームを
使用して実行される、請求項６に記載の方法。 ８、前記段階（ｂ）は、前記散乱レーザビームを反射側
と透過側とを有する光共振空洞に進入させて各々が前記
中心ピークと前記側波帯とを含んだ光学的スペクトルを
有する反射ビーム部分と透過ビーム部分とに分割し、前
記光共振空洞の前記反射側から出射される前記透過ビー
ム部分が側波帯の無いビーム部分として前記基準ビーム
を規定し、該基準ビームが前記反射ビーム部分と結合さ
れて互いに干渉することによって前記光信号を提供する
、請求項１に記載の方法。 ９、前記光共振空洞が共焦点空洞である、請求項８に記
載の方法。 １０、前記共焦点空洞が２つの傾斜を有する空洞共振透
過ピークを呈すると共に、同一の半径を有し両半径に等
しい距離だけ互いに間隔を置いた第１および第２の可動
凹面ミラーを備え、前記第１および第２のミラーを相対
的に移動させ両ミラー間の間隔を変化させることによっ
て前記空洞共振透過ピークの周波数位置を変化させる、
請求項９に記載の方法。 １１、前記空洞共振透過ピークを前記所定周波数に対し
て調整することにより前記所定周波数を前記空洞共振透
過ピークの一方の傾斜に位置させる、請求項１０に記載
の方法。 １２、前記第２の散乱ビーム部分から側波帯を取り除く
ため、該第２の散乱ビーム部分を第１の位相共役ミラー
に送りそこで反射させ、反射されたビーム部分を第２の
位相共役ミラーに送りそこで反射させ、これによって前
記基準ビームを規定する側波帯の無い反射ビーム部分を
提供し、前記第１および第２の位相共役ミラーが光干渉
に続く屈折率位相回折格子の形成の遅い材料からなる、
請求項２に記載の方法。 １３、前記第２の位相共役ミラーが前記レーザビームか
ら得られる書込みビームおよび読取りビームによってポ
ンピングされ、前記読取りビームが前記所定周波数に対
してオフセット周波数だけ周波数偏移され、これによっ
て前記電気信号を前記オフセット周波数において変化さ
せると共に該電気信号に前記過渡運動を代表する位相変
調を有させる、請求項１２に記載の方法。 １４、前記第１および第２の位相共役ミラーの各々を前
記レーザビームから得られる書込みビームと読取ビーム
とによってポンピングすることにより前記読取および書
込みビームの一方の位相を制御し、これによって前記第
１の散乱ビーム部分に対して直角であり前記基準ビーム
を規定するビームを提供する、請求項１２に記載の方法
。 １５、所定周波数を有するレーザビームを発生しそれを
対象表面に送って散乱させることにより、前記所定周波
数に中心ピークがあり該中心ピークの両側に側波帯があ
る光学的スペクトルを有し光学的波面を規定する散乱レ
ーザビームを発生させるレーザ発生源手段と、 前記散乱レーザビームから、該散乱ビームの波面と実質
的に一致する光学的波面を有すると共に前記所定周波数
に単一のピークがあり側波帯が無い光学的スペクトルを
有する基準ビームを提供し、前記散乱レーザビームと前
記基準ビームとを干渉させて光信号を提供する光学的組
立体手段と、前記光信号を検出し変換することにより前
記表面における過渡運動を代表する電気信号を提供する
検出器手段とを具備する、散乱表面から過渡運動を光学
的に検出する装置。 １６、前記光学的組立体が、前記散乱レーザビームを分
割して各々が前記中心ピークと前記側波帯とを含んだ光
学的スペクトルを有する第１および第２の散乱ビーム部
分を形成するビーム分割手段と、前記第２の散乱ビーム
部分から側波帯を取り除くことにより前記基準ビームを
規定する側波帯の無いビーム部分を提供する側波帯除去
手段と、前記第１の散乱ビーム部分と前記基準ビームと
を結合して両者を干渉させることにより前記光信号を提
供するビーム混合手段とを備える、請求項１５に記載の
装置。 １７、前記側波帯除去手段が反射側と透過側とを有する
光共振空洞を備える、請求項１６に記載の装置。 １８、前記光共振空洞が空洞共振周波数を有する共焦点
形の空洞であり、該共焦点空洞がマツハ・ツェンダー構
成の２波干渉計内に光学的に一体化され、該干渉計構成
が２つの光学的アームと前記ビーム分割手段と前記ビー
ム混合手段とを含み、該ビーム分割手段と該ビーム混合
手段とが前記干渉計の各光学的アームにおいて前記ビー
ム混合手段の重ね合わせ像を提供するように配置された
、請求項１７に記載の装置。 １９、前記干渉計が、前記第１の散乱ビーム部分を前記
ビーム混合手段方向に反射する第１のミラーと、前記共
焦点空洞の透過側から出射する基準ビームを前記ビーム
混合手段方向に反射する第２のミラーとをさらに備える
、請求項１８に記載の装置。 ２０、前記第１および第２のミラーが相対的に移動可能
であり、この移動によって前記干渉計アームの光路長さ
を変化させることができる、請求項１９に記載の装置。 ２１、前記共焦点空洞が同一の半径を有し両半径に等し
い距離だけ互いに間隔を置いた一対の凹面ミラーを備え
、該ミラーが相対的に移動可能であり、この移動によっ
て両ミラー間の間隔を変化させることにより前記空洞共
振周波数を変化させることができる、請求項１８に記載
の装置。 ２２、前記共焦点空洞の空洞共振周波数を前記所定周波
数に調整する第１の安定化調整手段と、前記マッハ・ツ
ェンダー構成を中央縞のゼロ交差レベルに調整する第２
の安定化調整手段とをさらに含む、請求項２１に記載の
装置。 ２３、前記光学的組立体手段が反射側と透過側とを有す
る光共振空洞を備える、請求項１５に記載の装置。 ２４、前記光共振空洞が共焦点空洞である、請求項２３
に記載の装置。 ２５、前記共焦点空洞が同一の半径を有し両半径に等し
い距離だけ互いに間隔を置いた第１および第２の凹面ミ
ラーを備え、前記第１のミラーがビーム分割・混合手段
を画成して前記散乱レーザビームを分割して各々が前記
中心ピークと前記側波帯とを含んだ光学的スペクトルを
有する反射ビーム部分と透過ビーム部分とを形成し、前
記第１のミラーを透過して前記共焦点空洞に進入したビ
ーム部分が前記基準ビームを規定する側波帯の無いビー
ム部分として前記共焦点空洞の反射側から出射し、前記
反射ビーム部分と前記基準ビームとを結合して両者を干
渉させることにより前記光信号を提供する、請求項２４
に記載の装置。 ２６、前記共焦点空洞と光学的に結合され、前記散乱レ
ーザビームを前記共焦点空洞方向に透過すると共に、前
記共焦点空洞の反射側から出射される組合せビームを前
記検出器手段方向に反射するための偏光ビームスプリッ
タをさらに備える、請求項２５に記載の装置。 ２７、前記共焦点空洞が２つの傾斜を有する空洞共振透
過ピークを示し、前記第１および第２のミラーが相対的
に移動可能であり、この移動によって両ミラー間の間隔
を変化させることにより前記空洞共振透過ピークの周波
数位置を変化させる、請求項２５に記載の装置。 ２８、前記空洞共振透過ピークを前記所定周波数に対し
て調整することにより前記所定周波数を前記空洞共振透
過ピークの一方の傾斜に位置させる安定化調整手段をさ
らに備える、請求項２７に記載の装置。 ２９、前記側波帯除去手段が部分透過ミラーと光干渉に
続く屈折率位相回折格子の形成が遅い材料からなる第１
および第２の位相共役ミラーとを備え、前記第１の位相
共役ミラーが前記第２の散乱ビーム部分を前記部分透過
ミラー方向に反射し次に該部分透過ミラーが当該ビーム
部分を前記第２の位相共役ミラー方向に反射することに
より前記基準ビームを規定する側波帯の無い反射ビーム
部分を提供するように前記部分透過ミラーと前記第１お
よび第２の位相共役ミラーとを相対的に配置した、請求
項１６に記載の装置。 ３０、前記光学的組立体手段がビームスプリッタと光干
渉に続く屈折率位相回折格子の形成が遅い材料からなる
第１および第２の位相共役ミラーとを備え、該ビームス
プリッタと該第１および第２の位相共役ミラーとを相対
的に配置することにより、前記ビームスプリッタが前記
散乱レーザビームを分割して各々が前記中心ピークと前
記側波帯とを含んだ光学的スペクトルを有する第１およ
び第２の散乱ビーム部分を形成し、前記第１の位相共役
ミラーが前記第２の散乱ビーム部分を前記ビームスプリ
ッタ方向に反射し返し、次に該ビームスプリッタが当該
ビーム部分を前記第２の位相共役ミラー方向に反射し、
これによって前記基準ビームを規定する側波帯の無い反
射ビーム部分を提供し、前記ビームスプリッタを透過し
た前記基準ビームと前記第１の散乱ビーム部分とを結合
し両者を干渉させて前記光信号を提供するようにした、
請求項１５に記載の装置。 ３１、前記第２の位相共役ミラーが前記レーザビームか
ら得られる書込みビームおよび読取りビームによってポ
ンピングされ、前記装置が周波数偏移手段をさらに含み
、該周波数偏移手段が前記読取りビームを前記所定周波
数に対してオフセット周波数だけ周波数偏移させ、これ
によって前記電気信号を前記オフセット周波数において
変化させ該電気信号に前記過渡運動を代表する位相変調
を有させる、請求項２９または３０のいずれかに記載の
装置。 ３２、前記第１および第２の位相共役ミラーの各々が前
記レーザビームから得られる書込みビームと読取りビー
ムとによってポンピングされ、前記装置が前記読取りお
よび書込みビームの一方の位相を制御する手段をさらに
含み、これによって前記第１の散乱ビーム部分に対して
直角であり前記基準ビームを規定するビームを提供する
、請求項３０に記載の装置。
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