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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。
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