2007 Fiscal Year Annual Research Report
メートル標準に準拠し光路差を周波数から直接測定するピコメートル干渉測長法の開発
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17360062
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
明田川 正人 Nagaoka University of Technology, 工学部, 准教授 (10231854)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柳 和久 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (80108216)
滑川 徹 金沢大学, 自然科学研究科, 准教授 (30262554)
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| Keywords | メートル標準 / ピコメートル / 干渉計 / 位相変調 / ロックイン検出 / 零位法 / 周波数 / 周波数可変レーザ |
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| Research Abstract |
メートル標準は光速度を介して周波数から長さを決定できることを示している。本研究では、この事を拠り所とし、周波数変化から長さ(変位)の精密計測法を試みた。
電気光学素子(EOM)により位相変調を掛けた光を干渉計に導入し、干渉計出力光の光強度信号を、変調信号とロックイン検出すると、光路差が波長の整数倍のときに、ロックイン出力がゼロクロスする。従って零位法を用いて、光路差が波長の整数倍時の長さをピコメートルオーダで決定可能である。これが位相変調ホモダイン干渉計であるが、この光源として半導体周波数可変レーザ(ECLD)を用いると、光路差変化(すなわち変位)を、零位法と周波数測定により決定できる。ECLDの周波数変化は、周波数安定化レーザとのビート信号周波数で決定可能である。この原理を用いて次の実験を行った。
(1)商用ヘテロダイン干渉計の位相補間誤差測定:商用ヘテロダイン干渉計の基本測定単位は、光源であるHeNeレーザの波長であるが、位相補間によりサブナノメートル分解能まで計測可能なものが市販されている。提案する手法と商用ヘテロダイン干渉計を同時に基準並進ステージに組み込み双方を比較した。この結果、商用ヘテロダイン干渉計は波長の周期で変動する位相補間誤差があることが判った。
(2)光路差の自由スペクトル領域(FSR)の直接測定:2台のECLDを隣接干渉縞(隣接ゼロクロス点)にロックし、光路差のFSRを直接測定した。
(3)空気屈折率変動の周波数変化による測定:構造部材として低熱膨張ガラスセラミクスを用いた干渉計を製作し、空気屈折率変動をECLDの周波数変化から求めた。温度・湿度・圧力・二酸化炭素濃度から計算する理論式(Ciddor)と良く合致した。
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