半導体レーザー干渉系における干渉縞ロック現象の解明およびその光干渉計測への応用

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10750039
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 劉 紀元 理化学研究所, 光工学研究室, 基礎科学特別研究員 (90300904)
• Keywords: 半導体レーザー / 干渉縞ロック / 干渉計測 / 光フィードバック

Research Abstract

半導体レーザーを用いたMichelson干渉計において、干渉計からの戻り光を防ぐために、レーザーの前にアイソレーターを插入することが普通であるが、このアイソレーターを取り外して、戻り光をレーザーに注入す場合、干渉計の一つのミラーをPZTで振動させても、干渉縞がロックされることを見つけた。これは明らかに、干渉計からの戻り光とレーザーとの相互作用によるものだと考えられる。本研究はこの現象の理論解明と応用を目的とする。
この現象を解明するために、等価的ファブリ・ペロー共振器でモデリングした。等価的ファブリー・ペロー共振器モデルは干渉計を外部に持つレーザー共振器を一つの共振器にまとめることである。このモデルでレーザー発振波長の半導体レーザーの注入電流に対する依存性を求めた。この結果から、干渉縞がロックされる時、外部反射光により、レーザーの発振が外部共振器モードになり、この場合の干渉縞の位相は2πの整数倍ごとに変化することがわかった。
この現象を利用して、光学定盤外での光干渉計測を試みた。レーザーと参照鏡およびビーム・スプリッターを一つの台にまとめて一つの机に置き、サンプルと対物レンズをもう一つの台にまとめて、もう一つの机に置く。この場合、電気的なフィードバックでロックできない干渉縞がロックされることが分かった。このような縞を使って、画像処理を行い、表面形状を定盤上の測定結果と同じ精度で測定できた。
上述の実験データに基づき、光フィードバック干渉計ヘッドを作った。それは半導体レーザーとマイケルソン干渉計の組み合わせであり、干渉縞はCCDカメラで記録する。干渉計ヘッドは被検サンプルの状態に応じて横向き、縦向きとも設置できる。

Research Products

• [Publications] Jiyuan Liu and Ichirou Yamaguchi: "Analysis of fringe locking in a laser diode interferometer under injection current modulation"Optics Letters. 24・5. 336-338 (1999)
• [Publications] Jiyuan Liu and Ichirou Yamaguchi: "Fringe locking in a laser diode interferometer by optical feedback under injection current modulation"Optical Review. 6・2. 100-103 (1999)
• [Publications] Jiyuan Liu and Ichirou Yamaguchi: "Fringe locking in a laser diode interferometer under both mirror movement and injection current modulation"Optical Review. 6・5. 406-409 (1999)
• [Publications] Jiyuan Liu and Ichirou Yamaguchi: "Surface protilometry using laser diode optical feedback interferometer outside optical benches"Applied Optics. 38・24. 105-108 (2000)
• [Publications] 劉紀元、山口一郎: "半導体レーザー干渉計における光のフィードバックによる干渉縞ロック現象"光学. 28・8. 55-60 (1999)