JPH0484739A - 屈折率測定装置 - Google Patents

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、干渉を利用した屈折率を測定する装置に関し
、特に光源に周波数可変光源を用いた屈折率測定装置に
関する。

〈従来の技術〉 このような光源に周波数可変光源を用いた屈折率測定装
置の先行技術として、本願出願人による特願平０ｆ−１
２８１３５号ｒ屈折率測定装置」がある０本発明は、こ
の既出願のｒ屈折率測定装置」を改善したものであるが
、以下、本発明を説明する前に、この既出願について、
第３図を用いて概略説明する。

第３図において、１１は周波数の異なる複数のコヒーレ
ントな光を選択的に発生する周波数可変光源であり、例
えば一定周波数の光源１１ａと周波数を任意の量だけシ
フトさせる周波数シフタ１１ｂにより構成され、任意の
周波数の光を順次発生するものである０周波数可変光源
１１の出力は干渉計１２で２つに分岐される。これら２
つの光は基準間隔部１３に入射され、基準間隔部１３の
反射面１３ａ、１３ｂでそれぞれ反射され、再び干渉計
１２に戻り、合波されて検出器１４に入射される。この
検出器１４の出力が演算器１５に入力される。演算器１
５では周波数可変光源１１の周波数を変化させた時の検
出器１４で検出される干渉次数変化より、屈折率の絶対
値を求めることができる。

ここで、周波数可変光源１１の光周波数を変化させた時
に検出器１４で測定される干渉次数変化ｍは、 ｍ＝２ｎＬ　（１／λＩｖ−１／λ２ｖ）となり、この
式より ｎ＝ｍ／２Ｌ　・　（１／　（１／λ１ｖ−１／λ２ｖ
））＝＝ＡＶ−ｍ／２Ｌ −（ｍ／２Ｌ）（Ｃｖ　／△ｆ　）　　　　　　−・・
■ただし、 ｎ：屈折率 λ１■、λ２ｖ：真空中の変化前後の波長Ａ■：λ１ｖ
とλ２ｖの合成波長 Ｃｖ　二真空中の光速 △ｆ：周波数可変幅 である。

従って、基準間隔部１３の反射面１３ａ、］３ｂの間隔
りと周波数可変幅Δｆを予め設定しておき、干渉次数変
化ｍを測定することにより、上記０式より屈折率の絶対
値を求めることができる。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら上記従来捜術に示す屈折率測定装置におい
て、屈折率の絶対値をより高精度に求めるためには、基
準間隔部の反射面の間隔りや周波数可変幅△ｆや干渉次
数変化の測定ｆＭｍ全てに高い精度が要求され、屈折率
の絶対値の高精度化を妨げていた。

本発明は、この点に着目し、容易に屈折率の絶対値をよ
り高精度に求めることができる周波数可変光源を用いた
屈折率測定装置を提供することを目的としたものである
。

く課題を解決するための手段〉 上記課題を解決するための本発明の構成は、周波数可変
光源と、この光源の出力光を２つに分岐する光学部品と
、この光学部品により分岐された２つの光がそれぞれ入
射される２つの干渉計と、反射面が所定の等しい長さ基
準で平行配置されると共に真空状態に密閉された真空部
と大気に解放された大気部で構成され、前記２つの干渉
計からの入射光が前記真空部及び大気部の反射面でそれ
ぞれ反射した後出射するように形成された基準間隔部と
、この基準間隔部から反射された光の光路長差に伴って
前記干渉計により得られる干渉信号の出力を測定する複
数の検出器と、この出力された干渉信号の位相を測定す
る複数の位相測定器と、前記周波数可変光源の周波数を
連続的に掃引した時の干渉信号の位相の変化から屈折率
の絶対値を演算する演算器とを設けた構成としたことを
特徴とするものである。

〈作用〉 本発明によれば、真空部と大気部とを同時に測定し、又
、屈折率（ｎ−１）を測定するため、基準間隔部の反射
面の間隔や周波数可変幅等に高い精度を必要としなくて
も、屈折率の絶対値をより高精度に求めることができる
。

〈実施例〉 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の屈折率測定装置の一実施例を示す構成
図である。第１図りこおいて、１は周波数可変光源、２
は周波数可変光源１の出力光を２つに分岐するビームス
プリッタ、３はミラー、４１゜４２は干渉計、５は同一
のスペーサから形成された基準間隔部であり、反射面５
１ａと５１ｂ、５２ａと５２ｂとが等しい長さ基準して
平行配置され、一方は大気に解放された大気部５１、他
方は真空状態に密閉された真空部５２を形成している。

６１．６２は基準間隔部５から反射された光の光路長変
化に伴なって、干渉計４１．４２から得られる干渉信号
の出力を測定する検出器、７１．７２は検出器６１．６
２から出力された干渉信号の位相を測定する位相測定器
、８は位相測定器７１゜７２から出力された干渉信号の
位相の変化から屈折率の絶対値を演算する演算器である
。

このような構成において、周波数可変光源１の出力光は
ビームスプリッタ２で２つに分岐される。

一方の光は、ビームスプリッタ２を透過し、干渉計４１
に入射される。入射された光は干渉計４１にて更に２つ
に分岐され、基準間隔部５の大気部５１の反射面５１ａ
、５１ｂでそれぞれ反射され、再び干渉計４１に戻り、
検出器６１に入射される。

他方の光はビームスプリッタ２、ミラー３で反射され、
干渉計４２に入射される。入射された光は、干渉計４２
にて更に２つに分岐され、基準間隔部５の真空部５２の
反射面５２　ａ、５２　ｂでそれぞれ反射され、再び干
渉計４２に戻り、検出器６２に入射される。検出器６１
．６２では、干渉計４１．４２から得られる干渉信号の
出力が測定され、位相測定器７１．７２にて、干渉信号
の位相を測定後、演算器８にて干渉信号の位相変化から
屈折率の絶対値が求められる。

ここで、第２図（イ）に示すように、周波数可変光源１
の周波数を連続的に変化（図中、ν。→ν１）させた時
の検出器６１と６２から得られる干渉信号の出力は、そ
れぞれ第２図（ロ）、（ハ）に示すようになる。この干
渉信号の出力は、θｖｌ＝　＜　２　ｖ　ｏ　／　ｃ　
）　Ｌ　　　　・＝（１）θｖ２＝　（２ｖ　＋　／　
ｃ　）　Ｌ　　　　・・・（２）θａ１＝　（２ｖｏ　
／　ｃ　）　ｎ　Ｌ　　　・・・（３）θａ２＝（２ν
＋／ｃ）ｎＬ　　　−Ｃ４）ただし、Ｃは真空中での光
速である。

ここで、シ１−シ０＝Δνとすると、上記（１）〜（４
）式は、 （２／ｃ）　　ΔＪ／Ｌ−θｖ２−θｖｔ　　　　＝（
５）（２／ｃ）　　ΔｖｎＬ＝θａ２−θａ　１　　　
−（６）となる、この（５）　、　（６）式より、ｎ＝
（θａ２−θａｌ）／（θｖ２−θｖ１）・・・（７）
と表される。この（７）式から求められる屈折率（ｎ）
の精度は、干渉信号の出力θの精度により決定されるも
のであり、一般的には高精度にはならない。

次に、上記（２）−、（４）式より ２ｖ１　／ｃ　　・　（ｎ　　　１　）Ｌ＝θａ２−θ
ｖ２＝Ｍ＋α　　・・・（８） ただし、Ｍ：は正の整数 α；小数 とする、この（８）式の内、小数αは検出器６１，６２
の出力θａ２．θｖ２より求められるが、Ｍは求められ
ない、しかし、前記（７）式より、屈折率ｎの概算値を
求め・ることができ、又Ｓ前記（８）式よりＭは正の整
数であるため、Ｍを誤差なく求めることができる。

したがって、前記（８）式を変形した ｎ−１＝　（ｃ／２ν＋　Ｌ）（Ｍ＋ｃｚ）−（９）か
ら、屈折率ｎを高精度に求めることができる。

−檀１四２２と１− 以下、具体例を上げて詳細に説明する。

周波数可変幅Δν＝３ＴＨ２、長さ基準Ｌ＝１００ａｍ
、位相内挿精度を１１５００とすると、前記（５）、（
６）式より、（θｖ２−θｖ１）、（θａ２−θａ１）
の概算値は、２Ｘ１０”程度となる。又、前記（７）式
は、 ｌｄｎ／ｎｌ ；１　ｄ　（θａ２−θａ１）／（θａ２−θａ１）十
１ｄ（θｖ２−θｖ１）／（θｖ２−θｖｌ）　１−０
０となり、整数部には誤差を生じないため、ｄ（θａ２
−θａｌ）ｌ＝ｌｄ（θｖ２−θｖｌ）＝　１１５００ 、’、　ｌ　ｄｎ／ｎ　ｌ　＝２ｘ　ｌ　Ｏ’したがっ
て、前記（７）式より求まる屈折率ｎの精度は、２Ｘ１
０’程度である。

次に、Ｉ／ｌ　＝３．８ｘ　１０”Ｈ２（Ａ＋　＝７８
０ｎｌｌ）ｎ−１＋２．７Ｘ１０−とすると、前記（８
）式より、　　　　Ｍ＋α″、６８ 又、〔８）式は、 ｄ（Ｍ十α）／（Ｍ＋α） ＝ｌｄシ１／シ１ 十ｌ　ｄ　（ｎ−１）／　（ｎ−１） ＋ｌｄＬ／Ｌｌ　　　　　　・・・ＯＤとなる。この０
０式で、 （ｄシ１／シ１）く１０４ は容易に得られる。ス、 ｌ　　ｄｎ／ｎ　１＝２ｘ１．ｏ’ を用いて、 ｄ　（ｎ−１）／　（ｎ−１） ＝２ｘｌＯ’／２．７ｘｌＯ’＝７．４ｘｌＯ°２とな
る。更に、Ｌの測定精度を１０μｍとすると、ｄＬ／Ｌ
＝１０’ 、°、ｌｄ（Ｍ＋α）ｌ＝０．５１＜１したがって、整
数部Ｍを誤差なく求めることができる。

前記■）式より、 Ｉ　ｄ　（ｎ−１）／　（ｎ−１＞ ＝ｌｄシ１／シ、ｌ＋ｌｄＬ／Ｌ 十ｌｄ（Ｍ＋α）／ＪＭ十α） ＝１０’＋１０’十（１１５００）／６８＝１．４Ｘ１
０’ ｎ−１＝２．７Ｘ１０４であるので、 ｄｎ／ｎ　ｌ　＝３．８Ｘ１０’ となり、前記（７）式から求めた屈折率の絶対値より高
精度で求めることができる。

なお、上記実施例において、干渉計として、ダブルパス
干渉計を用いることにより、基準間隔部の大気部と真空
部の長さ基準の一致精度を高めることができるため、よ
り高精度に屈折率の絶対値を求めることができる。

又、基準間隔部の大気部を一度真空状態として、２つの
基準間隔の比を校正することにより、基準間隔部の大気
部と真空部の長さ基準の不一致を補償することができる
ため、より高精度に屈折率の絶対値を求めることができ
る。

更に、位相の検出方法としては、ヘテロダイン方式や偏
光干渉方式等を用いても良い。

〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように、本発明に
よれば、周波数可変光源を用いて真空部と大気部とを同
時に測定しており、又、屈折率（ｎ−１）を測定するた
め、基準間隔部の反射面の間隔（長さ基準）や周波数可
変幅等に高い精度を要求しなくても、容易に屈折率の絶
対値をより高精度に求めることができる周波数可変光源
を用いた屈折率測定装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の屈折率測定装置の一実施例を示す構成
図、第２図は第１図装置の周波数可変光源を変化させた
時の検出器出力を示す図、第３図は本発明の屈折率測定
装置の先行例を示す構成図である。 １・・・周波数可変光源、２・・・ビームスプリッタ、
３・・・ミラー　５・・・基準間隔部、８・・・演算器
、４１゜４２・・・干渉計、５１・・・大気部、５２・
・・真空部、５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂ−基準間
隔部の反射面、６１．６２・・・検出器、７１．７２・
・・位相測定器。 第１図 第２図 （−ｇｎご

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 周波数可変光源と、 この光源の出力光を２つに分岐する光学部品と、この光
   学部品により分岐された２つの光がそれぞれ入射される
   ２つの干渉計と、 反射面が所定の等しい長さ基準で平行配置されると共に
   真空状態に密閉された真空部と大気に解放された大気部
   で構成され、前記２つの干渉計からの入射光が前記真空
   部及び大気部の反射面でそれぞれ反射した後出射するよ
   うに形成された基準間隔部と、 この基準間隔部から反射された光の光路長差に伴って前
   記干渉計により得られる干渉信号の出力を測定する複数
   の検出器と、 この出力された干渉信号の位相を測定する複数の位相測
   定器と、 前記周波数可変光源の周波数を連続的に掃引した時の干
   渉信号の位相の変化から屈折率の絶対値を演算する演算
   器とを設けた構成としたことを特徴とする屈折率測定装
   置。