(57)【要約】【課題】従来よりも簡単な構成で、レーザ光源への戻り光の進入に対する防御がなされたヘテロダイン干渉計を提供する。【解決手段】レーザ光源１と第１偏光ビームスプリッタの間に平行平面板ガラスを配置した。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ光源と、
該レーザ光源から出射されたレーザ光を、測定対象である被測定体が配置される被測定体配置部を経由する光路を辿る第１のレーザ光と、該被測定体配置部を経由する光路とは異なる光路を辿る第２のレーザ光とに分割する光分割部と、
前記第１のレーザ光の、前記被測定体配置部に到達するよりも前の光路部分に配置された、光の周波数をシフトさせることにより、該第１のレーザ光の周波数と該第２のレーザ光の周波数とを相対的に異ならせる周波数シフタと、
前記レーザ光源と前記光分割部との間の、該レーザ光源から出射されたレーザ光の光路上に配置された、前記レーザ光源から出射されたレーザ光の透過側の面が該レーザ光の光路に対し斜めを向いた光学部材と、
前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光とを重畳させて干渉光を生成する重畳部とを備えたものであることを特徴とするヘテロダイン干渉計。
【請求項２】
前記光学部材は、前記光路に対し斜めに配置された平行平板ガラスであることを特徴とする請求項１記載のヘテロダイン干渉計。
【請求項３】
前記レーザ光源が、Ｈｅ―Ｎｅレーザ光源であり、
該Ｈｅ―Ｎｅレーザ光源への戻り光の出力が、該Ｈｅ―Ｎｅレーザ光源の出力の０．２パーセント以下に抑制されていることを特徴とする請求項１記載のヘテロダイン干渉計。
【請求項４】
前記レーザ光源が、レーザダイオードであり、
該レーザダイオードへの戻り光の出力が、該レーザダイオードの出力の０．０１パーセント以下に抑制されていることを特徴とする請求項１記載のヘテロダイン干渉計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を２分割し、２分割されたレーザ光のうちの一方のレーザ光の周波数をシフトした後、再びこれらを重ね合わせるヘテロダイン干渉計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、被測定体の振動を測定するレーザドプラ振動計などには、レーザ光を２分割し、２分割されたレーザ光のうちの一方のレーザ光の周波数をシフトした後、再びこれらを重ね合わせるヘテロダイン干渉計が用いられている。
【０００３】
図１は、ヘテロダイン干渉計の概略構成図である。
【０００４】
図１には、Ｈｅ―Ｎｅレーザ光を出力するレーザ光源１と、レーザ光源１から出射された後、反射などによりレーザ光源１に戻ってくる戻り光のレーザ光源１への進入を防止するアイソレータ２と、レーザ光を偏光により物体光と参照光とに分ける第１偏光ビームスプリッタ３、第１偏光ビームスプリッタを透過してきた物体光の周波数をシフトする光音響光学素子（以下、この光音響光学素子をＡＯＭと称呼する）４と、このＡＯＭにおいて周波数がシフトされた物体光を被測定体側に透過させると共に、被測定体から反射して戻ってきた物体光を反射する第２偏光ビームスプリッタ５と、物体光の偏光方向を４５°回転させる波長板６と、被測定体に備えられ物体光を反射する第１ミラー７と、被測定体に備えられる第１ミラーに続き第２偏光ビームスプリッタで反射された物体光を反射する第２ミラー８と、第２ミラーで反射された物体光を透過および反射すると共に、第１偏光ビームスプリッタ３で反射された参照光を透過および反射するビームスプリッタ９とが示されている。
【０００５】
図１に示すヘテロダイン干渉計１０では、レーザ光源１から出射されたレーザ光は、第１偏光ビームスプリッタ３により、物体光と参照光との２つのレーザ光に分割され、物体光は第１偏光ビームスプリッタ３を透過して直進し、もう一方の参照光は第１偏光ビームスプリッタ３で反射されてビームスプリッタ９に進む。
【０００６】
第１偏光ビームスプリッタ３を透過した物体光は、ＡＯＭ４で周波数シフトされ、第２偏光ビームスプリッタ５を透過後、波長板６を経て、被測定体に備えられたミラー７で反射された後再び波長板６を通過する。物体光は、波長板６を往復で通過することにより、波長板を往復する前と比べると偏光軸方向が９０度回転するため、今度は第２偏光ビームスプリッタ５で反射されることとなる。その後、物体光は、第２ミラー８で反射され、参照光とビームスプリッタ９で重畳され干渉光が生成される。
【０００７】
ビームスプリッタ９で生成され、２方向に出射される干渉光のうちのいずれか一方を図示しない光検出器に入射させると、被測定体を静止させた状態では、物体光と参照光の周波数差、すなわちＡＯＭでシフトされた周波数に相当する周波数を有するビート信号が光検出器によって検出される。被測定体が、図１に示す矢印Ａのように振動する状態にあっては、光検出器により得られるビート信号の周波数ｆは、ＡＯＭでシフトされた周波数をｆ０、被検体の矢印Ａ方向への変位速度をＶとした場合の周波数変化分をΔｆとすると、以下の式で算出される。
【０００８】
ｆ＝ｆ０＋Δｆ＝ｆ０＋（±２Ｖ／λ）
また、ヘテロダイン干渉計１０では、上記レーザ光源１におけるレーザ発振が、出射されたレーザ光が被測定体に備えられているミラー７などで反射されてレーザ光源に戻ってくる、高出力の戻り光によって乱されないように、レーザ光源１と第１偏光ビームスプリッタ３との間に、光を一方向だけに伝送する高性能な光学素子であるアイソレータ２を設けてこの高出力の戻り光のレーザ光源１への進入を防御している。
【０００９】
ところが、このアイソレータ２は高価であるため、このヘテロダイン干渉計１０の製造コストが高くなるという問題がある。
【００１０】
そこで、この戻り光の進入をアイソレータを使用せずに防御する提案がなされている（特許文献１参照。）。
【００１１】
この提案では、この戻り光を、複数の光学部材でレーザ光の光路からずらし、遮蔽体にまで導くことでレーザ光源への進入を防いでいる。
【００１２】
【特許文献１】
特願平７−３０９９６号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記提案では、遮蔽体に戻り光を向かわせているために、構成が複雑であるという問題がある。
【００１４】
本発明は、上記事情に鑑み、従来よりも簡単な構成で、レーザ光源への戻り光の進入に対する防御がなされたヘテロダイン干渉計を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明のヘテロダイン干渉計は、
レーザ光を出射するレーザ光源と、
このレーザ光源から出射されたレーザ光を、測定対象である被測定体が配置される被測定体配置部を経由する光路を辿る第１のレーザ光と、この被測定体配置部を経由する光路とは異なる光路を辿る第２のレーザ光とに分割する光分割部と、
上記第１のレーザ光の、上記被測定体配置部に到達するよりも前の光路部分に配置された、光の周波数をシフトさせることにより、この第１のレーザ光の周波数とこの第２のレーザ光の周波数とを相対的に異ならせる周波数シフタと、
上記レーザ光源と上記光分割部との間の、このレーザ光源から出射されたレーザ光の光路上に配置された、上記レーザ光源から出射されたレーザ光の透過側の面がこのレーザ光の光路に対し斜めを向いた光学部材と、
上記第１のレーザ光と上記第２のレーザ光とを重畳させて干渉光を生成する重畳部とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
従来より、レーザ光を利用するヘテロダイン干渉計の設計においては、レーザ光を分割する光分割部、この光分割部によって分割されたレーザ光のうちの一方のレーザ光の周波数をシフトさせる周波数シフタ、および、レーザ光を反射する被測定体などによって外部共振器が構成されるとされ、その構成された外部共振器からの高出力の戻り光によってレーザ光源が影響を受けないようにするためのアイソレータが、レーザ光源と光分割部との間の光路上に備えられて然るべきとされている。しかし、本発明は、光分割部から、周波数シフタを経た、被測定体までの構成が、周波数をシフトする周波数シフタの存在により、外部共振器として機能しないことを見い出してなされたものであり、これにより、この構成からの戻り光については防御する必要はなく、外部共振器が構成された場合の戻り光に比べてはるかに出力の低い光分割部の表面などからの反射光が主の戻り光のみを防御すれば足りるため、本発明のヘテロダイン干渉計では、アイソレータが配置されていた位置に、低出力の戻り光の進入を防御するだけの簡易な光学部材が備えられている。つまり、本発明のヘテロダイン干渉計によれば、従来に比べて簡単な構成で、レーザ光源への戻り光の進入を防御することができる。
【００１７】
ここで、上記光学部材は、上記光路に対し斜めに配置された平行平板ガラスであってもよい。
【００１８】
このようにすると、光学部材のコストを安価に抑えることができる。
【００１９】
また、上記レーザ光源が、Ｈｅ―Ｎｅレーザ光源であり、
このＨｅ―Ｎｅレーザ光源への戻り光の出力が、このＨｅ―Ｎｅレーザ光源の出力の０．２パーセント以下に抑制されていることが好ましい。
【００２０】
このようにすると、Ｈｅ―Ｎｅレーザ光を使用する場合での戻り光による影響をより確実になくすことができる。
【００２１】
あるいは、上記レーザ光源が、レーザダイオードであり、
このレーザダイオードへの戻り光の出力が、このレーザダイオードの出力の０．０１パーセント以下に抑制されていることも好ましい態様である。
【００２２】
このようにすると、レーザダイオードから出射されるレーザ光を使用する場合での戻り光による影響をより確実になくすことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のヘテロダイン干渉計の実施形態について説明する。
【００２４】
図２は、本発明のヘテロダイン干渉計の第１実施形態を示す図である。
【００２５】
図２に示すヘテロダイン干渉計１００では、図１に示すヘテロダイン干渉計１０においてＨｅ―Ｎｅレーザ光源１と第１偏光ビームスプリッタ３との間に配置されているアイソレータ２が、２枚の平行平板ガラス２１に置き換えられている。尚、従来のヘテロダイン干渉計１０と本実施形態のヘテロダイン干渉計１００との相違点はこれだけであるので、図２に示されているその他のものには、図１において付されている符号と同じ符号が付されている。
【００２６】
従来より、ヘテロダイン干渉計の設計においては、図１および図２に示す、第１偏光ビームスプリッタ３、ＡＯＭ４、第２ビームスプリッタ５、および第１ミラー７などにより外部共振器が構成されるとされ、図１に示すアイソレータ２は、その外部共振器からの高出力の戻り光によるレーザ光源への影響を防御するために欠くことのできない構成部品であるとされていた。
【００２７】
ところが、外部共振器を構成していると思われていたこれら構成では、ＡＯＭが第１偏光ビームスプリッタで分割されてきた物体光を周波数シフトしているために、これら構成からの戻り光がレーザの発振を乱さないことが詳しくは後述する実験で証明された。
【００２８】
したがって、本実施形態のヘテロダイン干渉計１００では、出力の低い、第１ビームスプリッタ３の表面などからの反射光が主の戻り光のみを防御する平行平板ガラス２１が、アイソレータが配置されていた位置に備えられている。
【００２９】
この平行平板ガラス２１は、この低出力の戻り光を光路とは異なる方向に反射して減衰させると共に、レーザ光の光軸調整にも利用されている。
【００３０】
以下、上述の実験について説明する。
【００３１】
まず、図１および図２に示すＡＯＭ４において周波数シフトされた戻り光が、レーザ光源１に対し影響を与えないことを証明する実験について説明する。
【００３２】
図３は、Ｈｅ―Ｎｅレーザ光源から出射されたＨｅ―Ｎｅレーザ光の出力に対し、ＡＯＭを経由した戻り光をＨｅ―Ｎｅレーザ光源に戻した場合の、Ｈｅ―Ｎｅレーザ光源の発振縦モードの様子を示す図である。
【００３３】
図３には、光源からの出力に対し６４パーセントの出力を有する、ＡＯＭを経由した戻り光がレーザ光源に戻っている場合に検出された発振縦モードの様子が示されている。
【００３４】
Ｈｅ―Ｎｅレーザ光の基本発振縦モードは、図３に示されるＡ周波数およびＤ周波数であり、これらの周波数差は７５０ＭＨｚとなっている。Ａ周波数の隣には、最初にＡＯＭ４を通過してミラー７で反射した光が再びＡＯＭ４を通過して光源側に戻ってきたために周波数シフト（１６０ＭＨｚ）したＢ周波数、さらには、光源のＨｅ−Ｎｅミラーで反射し、再び上記経路で周波数シフトして光源側に戻ってくるＣ周波数が示されているものの、レーザ光源からの出力に対し６４パーセントもの出力を有するＡＯＭ４を経由した戻り光が光源に戻ってきた場合でも基本発振のピークには影響は見られなかった。
【００３５】
この実験結果により、戻り光の防御のために、アイソレータのような高性能な光学素子を配置させておく必要のないことがまず証明された。
【００３６】
次に、Ｈｅ―Ｎｅレーザ光源から出射されたＨｅ―Ｎｅレーザ光の出力に対する、第１ビームスプリッタ３の表面での反射光など、ＡＯＭ４を経由していない戻り光の出力のパーセンテージごとのレーザ発振の様子を以下の表１に示す。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
表１には、ＡＯＭ４を経ない戻り光の出力の、出射光量である２．９２ｍＷに対するパーセンテージによって変化する、発振縦モードへの影響が示されている。
【００３９】
表１の左側の列には、出射光量２．９２ｍＷが示されており、中間の列には、戻り光のパーセンテージのバリエーションが示されている。右側の列には、レーザ光源の発振縦モードに対する影響が示されており、戻り光が、ＡＯＭ４を経ない場合には、出射光量に対しわずか０．２％を越えただけで図３に示されるピークは変動してしまうという結果が表１に示されている。
【００４０】
つまり、本実施形態のヘテロダイン干渉計１００では、第１ビームスプリッタ３の表面での反射光などが主の戻り光の出力が、アイソレータが配置されていた位置に配置された２枚の平行平板ガラスによって出射光量の０．２パーセント以下に抑えられており、これにより、Ｈｅ―Ｎｅレーザ光源１の発振は安定した状態で行われている。
【００４１】
次に、本発明のヘテロダイン干渉計の第２実施形態について説明する。
【００４２】
本実施形態のヘテロダイン干渉計２００と第１実施形態のヘテロダイン干渉計１００との相違点は、第１実施形態ではレーザ光源がＨｅ―Ｎｅレーザ光源であったのが、レーザ光源としてレーザダイオードを使用している点のみであるので、構成についての図示および説明は省略する。
【００４３】
図４および図５は、レーザ光源が、レーザダイオードである場合の、このレーザダイオードから出射されたレーザ光をＡＯＭを経ずに戻し、その戻り光の出力を０．０１パーセント以下にした場合と、０．０１パーセントをオーバーさせた場合のレーザダイオードの発振スペクトルを示す図である。
【００４４】
図４には、レーザ光源がレーザダイオードである場合に、反射光が主の戻り光を出射光量の０．０１％以下に保つことで、シングルモードでの発振が確保されている様子が示されている。
【００４５】
図５には、反射光が主の戻り光が、出射光量の０．０１％を越えた出力となっているために、サイドバンドが立って縦モードが乱れている様子が示されている。
【００４６】
つまり、本実施形態のヘテロダイン干渉計２００では、第１ビームスプリッタ３の表面での反射光などが主の戻り光の出力が、アイソレータが配置されていた位置に配置された２枚の平行平板ガラスによって出射光量の０．０１パーセント以下に抑えられており、これにより、レーザダイオード光源１の発振は安定した状態で行われている。
【００４７】
以上に説明したように、レーザ光を使用するヘテロダイン干渉計では、ＡＯＭを経る戻り光は、その出力がたとえ出射光量の６４パーセントと高出力であってもレーザ光源に対し影響を及ぼすことはない。しかし、第１ビームスプリッタの表面での反射光が主の、ＡＯＭを経ない戻り光については、Ｈｅ―Ｎｅレーザ光源の場合にあっては出射光量の０．２％を越える出力の光が戻ってきただけでレーザ光源の発振が乱され、レーザダイオード光源の場合にあっては０．０１パーセントを越える出力の光が戻ってきただけでレーザ光源の発振が乱される。
【００４８】
反射光が主の戻り光の出力は、塗布膜によって低下させることができ、また、出力自体が低いことから、平行平面板ガラスなどで十分にレーザ光源への戻り光の出力を上述のパーセント以下に抑えることができる。つまり、本発明のヘテロダイン干渉計によれば、従来よりも簡単な構成で、レーザ光源への戻り光の進入を防御することができる。
【００４９】
尚、本発明の実施形態では、平行平面ガラスを例に挙げて説明したが、レーザ光の透過側の面が光路に対し斜めであって、出射光量に対する戻り光の光量パーセントを上述の値以下に抑えることができるものあれば他の光学部材であってもよく、また、レーザ光源も、Ｈｅ―Ｎｅレーザ光源およびレーザダイオードに限るものではない。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のヘテロダイン干渉計によれば、従来よりも簡単な構成で、レーザ光源への戻り光の進入を防御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ヘテロダイン干渉計の概略構成図である。
【図２】本発明のヘテロダイン干渉計の第１実施形態を示す図である。
【図３】Ｈｅ―Ｎｅレーザ光源から出射されたＨｅ―Ｎｅレーザ光の出力に対し、ＡＯＭを経由した戻り光をＨｅ―Ｎｅレーザ光源に戻した場合の、Ｈｅ―Ｎｅレーザ光源の発振モードの様子を示す図である。
【図４】レーザ光源が、レーザダイオードである場合の、このレーザダイオードから出射されたレーザ光をＡＯＭを経ずに戻し、その戻り光の出力を０．０１パーセント以下にした場合のレーザダイオードの発振スペクトルを示す図である。
【図５】レーザ光源が、レーザダイオードである場合の、このレーザダイオードから出射されたレーザ光をＡＯＭを経ずに戻し、その戻り光の出力を０．０１パーセントをオーバーさせた場合のレーザダイオードの発振スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
１  レーザー光源
２  アイソレータ
３  第１偏光ビームスプリッタ
４  ＡＯＭ（光音響光学素子）
５  第２偏光ビームスプリッタ
６  波長板
７  第１ミラー
８  第２ミラー
９  ビームスプリッタ
１０、１００  ヘテロダイン干渉計
２１  平行平面板ガラス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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