JPS61202128A - 半導体レ−ザヘテロダイン干渉計 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、光学的干渉計に関し、特に、干渉縞の電気的
読取ｐが高精度に行なえる半導体レーザ干渉計に関する
ものである。

〔発明の背景〕

従来のヘテロダイン干渉法とよばれる光学的干渉計では
、光源の波長は固定してお９、干渉縞と干渉縞の間の波
面の位相も計測するために、光束の一万の波長を周波数
変調器によりシフトしたシ、あるいは、ピエゾ素子ｆｆ
ｉ　ミラーにと９つけ、位相変調する方法がとられてい
た。しかし、いずれの方法も、変調デバイスが高価であ
り、高圧が必要でアシ、後者においてはノンリニアリテ
ィ、ヒステリシスの補正など扱いが複雑であるという欠
点かめった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述の欠点を解消し、安価かつ簡素で
、しかも操作が容易であり、干渉縞の読取りが電気的に
行なえ、高精度の干渉縞処理を行なうことのできる半導
体レーザ干渉計を提供することでおる。

〔発明の概要〕

すなわち、本発明は、フィゾー型、マイケルソン屋、ト
ワイマングリーン型、マツハツエンダ屋干渉計などの光
源に、半導体レーザを用い、その駆動電流を変動し、半
纏体レーザの波長を走査することによシ、干渉縞を走査
し、ヘテロダイン干渉法として干渉縞の読取ｐｎ度を向
上するものである。しかも、この時半導体レーザの駆動
電流の変化により、変動した光量をモニターし、干渉縞
の強度分布の変動を正規化させよ多島精良の電気処理を
行なうものである。

〔発明の実施例〕

まず、本発明の詳細な説明する。

一般に、２光束干渉酎の干渉縞を考え・た時、干渉バタ
ン上の任意の点（ｘ、ｙ）での光の振幅はＶ　ＣＸＩＹ
　）＝ｕＯ（ＸＩｙ）　ｅＸＰ（ｉｋ　−ｒＯ（ＸＩ）
’）　）十ｕ、（ｘ、ｙ）ｅｘｐ（ｉｋ−ｒ、（Ｘ、）
’））　”（１）で与えられる。ここに、ｕＯ＋ｕｒは
それぞれ物体光、参照光の振巾、ｒＯ１ｒｒは物体光、
参照光の基準面からの光路長、ｋは波数で で与えられる。これから強度分布は Ｉ　（ｘ、ｙ）＝ｌＶ（ｘ、ｙ）ｌ” −ｕｏ２（ＸＩｙ）　＋ＬＬ＋’　（ｘ＋Ｙ）＝ＩＯ［
１＋γｃｏｓ（Φ（ｘ、ｙ））’）　　　・・・・＝（
２）でめる。ここに、 Ｉ　ｏ　＝”ｏ２（ｘ＋　Ｙ）十ｕｒ”　（ＸＩ　Ｙ）
γ　＝２　ＩＱ　Ｈｕ　ｒ／（ｕ♂（ｘ＋）’ｌ＋ｕｒ
２（Ｘ＋３’））でおり、Φ（ｘ、ｙ）が測定されるべ
き波面の位相であり、Δｔは点（ｘ、ｙ）における光路
差である。

一方、半導体レーザの波長λは、注入電流ｉを変化させ
ると変動することはよく知られた拳笑でおる。今、注入
電流を時間的に線量に変化させると（Δ１＝α・ｔ）、
波長は僅かにシフト（Δλ）して ｌλ＝β・Δｉ−β・α・ｔ　（α、β定数）・・・（
８）となる。

波長の微小変化Δλに対し、上述の波面の位相Φは Φ（ｘ＋　Ｌ　ｔ　）＝２πΔｔ／λ ＝２π・Δｔ／λｏ−（２π・Δｔ／λｏ”）Δλ＝Φ
０−ΔΦ　　　　　　・・・・・・・・・（４）と誉〈
ことができる。λ０は初期の波長でおる。

式（８）よｐ位相の微ノ」１変化ΔΦはΔΦ＝（２π・
Δｔ／λ、２）β・Δｉ＝２πｆｔ　　　　　　　　　
　　　・・・・・・・・・（５）であり、ヘテロダイン
干渉法の基本信号を与える。

ここに、 ｆ−（２π・ＡＬ／λｏ”）β・α　　　　・・・・・
・・・・（６）である。

そこで、干渉縞をＣＯＤのような２次元フォトダイオー
ドアレーで受光し、光電変換することを考える。ＣＣＤ
の１つのエレメント上での干・渉縞の強度変化は式（４
）、（５）より与えられるから、フォトカレントｉＰは １ｐ（Ｌ　Ｙｒ　ｌ””ｏ［１１＋ｒｃＯ５（Φ＜ｘ＊
ｙ＋　ｔ））　：］　　＝・（７）Φ（ｘ＋ｙ＋旬＝φ
ｏ　（ｘ、　ｙ）−２πｆｔで与えられることになる。

ところで、式（５）から明らかなように、ヘテロダイン
信号は、２つの干渉針の光路差Δｔがゼロの時は注入電
流ｉＩを変化させても得られない。また、光路差Δｔが
小さい時は、注入電流の変化を太きくしなければ位相の
変化は充分得られない。

しかし、注入電流が大きく変化すると、半導体レーザの
光出力自身が変化するので、式（２）において、Ｉｏか
変化することにな如、本来のヘテロダイン信号（７）が
得られないことになる。

そこで、本発明の骨子は、次式のように、、　　１ｐ １ｐ＝、＝ｌ＋γ（Φ（Ｘ、ｙ、ｔ））　　　　・・・
・・・・・・（８）ＩＱ となるよう、半導体レーザの光量変化をモニターし、そ
の変化量でフォトカレントｉＰを割算し、正規化した干
渉縞強度分布を得んとするものである。

すなわち、ＣＯＤの各々のエレメントに割算器を接続す
るものである。

以上の原理を図で説明する。第１図は、本発明の一実施
例を示す構成図でめシ、マイケルンン型の半導体レーザ
干渉計である。光源に半導体レーザ１を用いる。半導体
レーザからの光束をレンズ２によシ集光し、平行光とし
、ビームスプリッタ３により、２つの光束に分け、一方
の光束を参照光とし、この参照光束中に参照ミラー４を
、他方の光束を検査用光束とし、この光束中に被検査物
５をおき、ビームスプリッタ３によシ再び２つの光束を
合成し、干渉させ、２次元フォトセンサアレー（ＣＯＤ
）光検知器６上で干渉縞を形成するものである。

今生導体レーザ１の注入電流量を第２図のように変化さ
せると干渉縞は第３図に示す矢印のように往復の走査を
はじめる。１フリンジ分シフトするのに要する注入電流
の変化量は、光路差に依存することが式（５）によシわ
かる。すなわち、ΔΦ＝２π とおけば、 となり、これがシングルパス干渉計の場合の１フリンジ
シフトを与える電流変化量、この１／２がダブルパス干
渉計の場合の変化量である。この関係を図示したものが
第４図であり、定数βは実験的に求められるものである
。光路差Δｔ＝１００嘘の時注入電流変化量Δｌ−１，
０ｍ　Ａで１フリンジ分の干渉縞走査が可能である。ダ
ブルパス凰の干渉計ではその半分でよいことは云うまで
もない。

ところが、第５図に示すように、注入電流が変化すると
半導体レーザの光出力は変化する。このため、上述のよ
うに半導体レーザの出力値を別の検知器８でモニターし
ておき、この値で正規化する。

その具体的な割算回路を第６図に示す。よく知られた市
販割算器ＡＤ５３２の分子には、干渉縞強度による光電
流を入力し、分母には、半導体レーザ共振器の一方から
出た光出力からとシ出した光電流を入力し Ｚ／Ｘ なる割算を実施する。この方法によシ、正規化した干渉
縞信号（式（８））が得られることになる。

〔発明の効果〕

以上の方法で干渉縞走査が、ピエゾ素子や、周波数シフ
ターなしで行なえることが明らかとなった。

式（８）で得られたヘテロダイン信号は、例えば、ジェ
・シー・ワイアント（Ｊ　、Ｃ０Ｗｙａｎｔ　）らが開
発したインチグレイティラド−パケット−テクニック（
ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　−ｂｕｃｋｅｔ　−ｔｅｃｈｎ
ｉｇｕｅ　）による信号処理法に適用することにより、
波面位相Φ（ｘ、ｙ）を電気的に求めることが可能とな
り、計算機への入力が行なえ、より高精度で、データ処
理上有利な干渉計システムを構築することが可能となる
。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明の一実施例を示す図、第２図は、その
半導体レーザの注入電流の変化を示す図、第３図は、干
渉縞の変化を示す図、第４図は、光路差と注入電流変化
量との関係を示す図、第５図は、半導体レーザの注入電
流−光出力特性を示す図、第６図は、割算回路の一例を
示す図である。 ６　第６目

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体レーザからの光束を二つに分割し、一方を参照光
   束、他方を検査用光束とし、該二光束を再び同一面上に
   照射して、干渉縞を生じせしめる半導体レーザ干渉計に
   おいて、上記半導体レーザの注入電流を変調して上記干
   渉縞の走査を行うとともに、上記干渉縞の強度変化を受
   光する２次元光センサアレーの各々のエレメントから得
   られる光電流を、上記半導体レーザの光出力のモニター
   電流で割算することにより、正規化された干渉縞強度変
   化の光電流信号を得ることを特徴とする半導体レーザヘ
   テロダイン干渉計。