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JP2921072B2 - Multi-channel integrated optical interferometer - Google Patents
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JP2921072B2 - Multi-channel integrated optical interferometer - Google Patents

Multi-channel integrated optical interferometer

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JP2921072B2
JP2921072B2 JP2241866A JP24186690A JP2921072B2 JP 2921072 B2 JP2921072 B2 JP 2921072B2 JP 2241866 A JP2241866 A JP 2241866A JP 24186690 A JP24186690 A JP 24186690A JP 2921072 B2 JP2921072 B2 JP 2921072B2
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optical waveguide
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  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、レーザ光の干渉を利用して、位置,変位,
速度等を測定する干渉計、さらに詳細には、光導波路を
用いて干渉光学系を構成した光集積型干渉計に関するも
のである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention uses position, displacement,
The present invention relates to an interferometer for measuring a speed or the like, and more particularly, to an integrated optical interferometer in which an interference optical system is configured using an optical waveguide.

[従来の技術] 従来、高精度の位置,変位および速度を計測するため
のヘテロダイン干渉計は第6図のように光源であるHe−
Neレーザ71,ハーフミラー72,λ/2板74,ミラー75,ブラッ
グセル76,ハーフミラー77,偏光ビームスプリッタ78,λ/
4板79,光検出器80とから構成されている。He−Neレーザ
71から発せられた光は紙面に平行方向に偏光した直線偏
光であり、ハーフミラー72により2つのビームに分けら
れる。2つに分けられたビームのうちの第1のビーム
は、偏光ビームスプリッタ78,λ/4板79を通して、移動
被測定物82に照射される。この移動被測定物82によりド
ップラーシフトfSを受けた反射光すなわち信号光は、再
びλ/4板79を通過することにより偏光面が90゜回転し、
紙面に垂直方向に偏光したビームとなり偏光ビームスプ
リッタ78により反射される。これに対し、2つに分けら
れたビームのうちの第2のビームはλ/2板74により偏光
面が90゜回転し紙面に垂直方向となり、ミラー75で反射
し、ブラッグセル76に入射する。ブラッグセル76は音響
光学効果を用いた光変調器であり、駆動回路84により励
振される周波数fRの弾性波により回折された1次光はfR
だけ周波数シフトが与えられ参照光となる。信号光と参
照光とをハーフミラー77により合波し干渉させることに
よりヘテロダイン検波をすると、光検出器80にはドップ
ラービート周波数fR±fSで振動する信号が検出される。
この信号を増幅器86で増幅し、スペクトラムアナライザ
ー88でドップラービート周波数fR±fSを測定することに
より、移動している被測定物82の方向と同時にその速度
が計測できる。また、速度を時間積分することにより被
測定物82の変位も計測することができる。そして多チャ
ンネル型は上記干渉計をN個並列に並べて構成し、それ
ぞれ計測していた。
[Prior Art] Conventionally, a heterodyne interferometer for measuring position, displacement and velocity with high accuracy is a light source He-dyne as shown in FIG.
Ne laser 71, half mirror 72, λ / 2 plate 74, mirror 75, Bragg cell 76, half mirror 77, polarization beam splitter 78, λ /
It is composed of four plates 79 and a photodetector 80. He-Ne laser
The light emitted from 71 is linearly polarized light polarized in a direction parallel to the plane of the paper, and is split by the half mirror 72 into two beams. The first beam of the two split beams is applied to the moving DUT 82 through the polarizing beam splitter 78 and the λ / 4 plate 79. The reflected light that is, the signal light received Doppler shift f S by moving the measurement object 82, the polarization plane is rotated 90 ° by passing through the lambda / 4 plate 79 again,
The beam becomes a beam polarized in a direction perpendicular to the plane of the paper, and is reflected by the polarization beam splitter 78. On the other hand, the second beam of the two split beams is rotated by 90 ° by the λ / 2 plate 74 to be perpendicular to the plane of the paper, is reflected by the mirror 75, and enters the Bragg cell 76. The Bragg cell 76 is an optical modulator using an acousto-optic effect, and the primary light diffracted by the elastic wave of the frequency f R excited by the driving circuit 84 is f R
And the reference light is given. When heterodyne detection is performed by multiplexing and interfering the signal light and the reference light with the half mirror 77, a signal oscillating at the Doppler beat frequency f R ± f S is detected by the photodetector 80.
This signal is amplified by the amplifier 86, and the Doppler beat frequency f R ± f S is measured by the spectrum analyzer 88, whereby the moving speed of the device under test 82 can be measured simultaneously with the moving direction of the device under test 82. In addition, the displacement of the device under test 82 can be measured by integrating the speed with time. In the multi-channel type, N interferometers are arranged in parallel and measured.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、この多チャンネル型ヘテロダイン干渉
光学系は、通常光学ベンチ等の防振台の上に必要な光学
部品を配置固定して構成されており、部品間の微妙な光
軸調整が必要であり信頼性および生産性が低く、また、
光学系が大型で重いという問題点があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, this multi-channel type heterodyne interference optical system is usually configured by arranging and fixing necessary optical components on a vibration isolating table such as an optical bench, and subtle interference between components. Optical axis adjustment is required, reliability and productivity are low, and
There is a problem that the optical system is large and heavy.

本発明は、上述した問題点を解決するためになされた
ものであり、その目的とするところは、薄膜導波技術を
用いて干渉光学系の主要部を一つの基板上に集積化する
ことにより、光軸調整が不要でかつ、小型、安定で信頼
性が高い光集積型干渉系を提供することにある。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to integrate a main part of an interference optical system on a single substrate using a thin-film waveguide technique. Another object of the present invention is to provide a compact, stable, and highly reliable optical integrated interference system that does not require optical axis adjustment.

[課題を解決するための手段] この目的を達成するために、本発明の多チャンネル型
光集積干渉計は、光源と、前記光源からの光をNチャン
ネルに分波する光導波路と、前記Nチャンネルに分波さ
れた光を更に3つに分波する第1、第2、第3の光導波
路と、第2の導波路に導かれた光に一定の周波数シフト
を与える光周波数シフタと、該周波数シフトを受けた光
をさらに2つに分波する第4,第5の光導波路と、第1の
導波路に導かれた光を被測定物に集光照射しその反射光
を第6の導波路に導く光学手段と、第3の光導波路を通
った光と第4の光導波路を通った光とを合波干渉させる
光導波路と、該干渉信号を検出する第1の光センサー
と、第5の光導波路を通った光と第6の光導波路を通っ
た光とを合波干渉させる光導波路と、該干渉信号を検出
する第2の光センサーとからなる光集積型ヘテロダイン
干渉センサーをN個並列に並べることにより構成されて
いる。
Means for Solving the Problems In order to achieve this object, a multi-channel optical integrated interferometer of the present invention comprises a light source, an optical waveguide for dividing light from the light source into N channels, A first, a second, and a third optical waveguide for demultiplexing the light demultiplexed into the channel into three, an optical frequency shifter for giving a constant frequency shift to the light guided to the second waveguide; Fourth and fifth optical waveguides for demultiplexing the frequency-shifted light into two light beams, and the light guided to the first waveguide is condensed and irradiated on the object to be measured, and the reflected light is converted to a sixth light beam. An optical means for guiding the light passing through the third optical waveguide, an optical waveguide for performing multiplex interference between light passing through the third optical waveguide and light passing through the fourth optical waveguide, and a first optical sensor detecting the interference signal. An optical waveguide for multiplexing interference between light passing through the fifth optical waveguide and light passing through the sixth optical waveguide; It is constructed by arranging light integrated heterodyne interference sensor and a second optical sensor for detecting the into N parallel.

[作用] 上記の構成を有する本発明の多チャンネル型光集積干
渉計では、光源であるレーザから発せられた光はNチャ
ンネルに分波され、前記Nチャンネルに分波された光は
更に第1,第2,第3の光導波路に3つに分波される。第2
の導波路に導かれた光は光周波数シフタにより一定の周
波数シフトを与えられ、光周波数がf0+fRとされる。そ
の周波数シフトを受けた光はさらに第4,第5の光導波路
に分波される。第1の導波路に導かれた光は被測定物に
集光照射され、その反射光はドップラーシフトfSを受け
f0+fSの光となって第6の導波路に導かれる。第3の光
導波路を通った光は第4の光導波路を通った光と合波器
によって干渉させられ、参照信号fRが第2の光センサー
によって検知される。また第6の光導波路を通った計測
光は第5の光導波路を通ったシフト参照光と合波干渉さ
せられ、測定信号fR+fSが第1の光センサーによって検
知される。そしてこの測定信号と参照信号とを比較する
ことにより、ドップラーシフトfSが求められ、被測定物
の移動速度および移動方向が計測できるのである。
[Operation] In the multi-channel integrated optical interferometer of the present invention having the above-described configuration, light emitted from a laser as a light source is split into N channels, and the light split into the N channels is further divided into first channels. , And is split into three by the second and third optical waveguides. Second
The light guided to the waveguide is given a certain frequency shift by the optical frequency shifter, and the optical frequency is set to f 0 + f R. The light having undergone the frequency shift is further demultiplexed to the fourth and fifth optical waveguides. Light guided in the first waveguide are converging and irradiating the object to be measured, the reflected light subjected to Doppler shift f S
The light becomes f 0 + f S and is guided to the sixth waveguide. Light passing through the third optical waveguide is caused to interfere with light and multiplexer through the fourth optical waveguide, the reference signal f R is detected by the second light sensor. The measurement light having passed through the sixth optical waveguide is multiplexed and interfered with the shift reference light having passed through the fifth optical waveguide, and the measurement signal f R + f S is detected by the first optical sensor. And by comparing the reference signal and the measurement signal, the Doppler shift f S is determined, it is the moving speed and moving direction of the object to be measured can be measured.

[実施例] 以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して
説明する。
[Embodiment] An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

光集積型干渉計は例えば第1図のように、GGG(Gd3Ga
5O12)等の基板11上に形成されたBi:YIG(BixY3-xFe5O
12),Bi:GdIG(BixGd3-xFe5O12)等の磁気光学効果を有
する磁性薄膜12,半導体レーザ13,光アイソレータ14,集
束レンズ15,光ファイバN_17,Siフォトダイオード等の光
検出器N_Si,N_S2とから構成されている。ここで、Nは
Nチャンネルであることを表わし、以下すべてN_で省略
する。
As shown in FIG. 1, for example, an integrated optical interferometer is a GGG (Gd 3 Ga
5 O 12) formed on the substrate 11, such as a Bi: YIG (Bi x Y 3 -x Fe 5 O
12), Bi: GdIG (Bi x Gd 3-x Fe 5 O 12) magnetic thin film 12 having a magneto-optical effect, such as, a semiconductor laser 13, an optical isolator 14, a focusing lens 15, an optical fiber N_17, such as Si photodiode It consists of photodetectors N_Si and N_S2. Here, N represents N channels, and hereinafter all are abbreviated as N_.

磁性薄膜12には、膜厚が他の部分に対して厚くなった
リッジ部分21が設けられており、リッジ型導波路を形成
している。レーザ光はこのリッジ部分21に沿って伝搬す
る。このリッジ部分21はよく知られたフォトリソグラフ
ィーを用いて作製される。すなわち、基板11上に磁性薄
膜12を液相成長法,スパッタ法等の薄膜形成手段で作製
し、その上にフォトレジストを塗布する。そして、所定
のリッジ導波路形状にパターニングした後、プラズマエ
ッチング,スパッタエッチングあるいは、熱燐酸を用い
たウェットエッチング等によりリッジ21となる部分以外
の部分を所定の厚さだけエッチングする。最後に、フォ
トレジストを取り除くことにより、リッジ部分21が形成
される。
The magnetic thin film 12 is provided with a ridge portion 21 whose film thickness is larger than other portions, thereby forming a ridge waveguide. The laser light propagates along the ridge portion 21. The ridge portion 21 is manufactured using well-known photolithography. That is, a magnetic thin film 12 is formed on a substrate 11 by a thin film forming means such as a liquid phase growth method or a sputtering method, and a photoresist is applied thereon. Then, after patterning into a predetermined ridge waveguide shape, a portion other than the portion to be the ridge 21 is etched by a predetermined thickness by plasma etching, sputter etching, wet etching using hot phosphoric acid, or the like. Finally, the ridge portion 21 is formed by removing the photoresist.

半導体レーザ13から発せられたレーザ光は、光を一方
向のみに通す光アイソレータ14を伝搬し,集束レンズ15
によって集束され、リッジ型導波路21に入射する。この
とき、リッジ型導波路21を伝搬するレーザ光が、磁界の
振動方向が薄膜面に平行なTMモードとなるように、半導
体レーザ13は取り付けられている。リッジ型導波路21を
伝搬したレーザ光は、Y分岐N_Y1,N_Y2,N_Y3により取り
出され、それぞれN_1,N_2,N_3の導波路を伝搬する。
Laser light emitted from the semiconductor laser 13 propagates through an optical isolator 14 that transmits light in only one direction, and a focusing lens 15.
And is incident on the ridge-type waveguide 21. At this time, the semiconductor laser 13 is mounted so that the laser light propagating through the ridge-type waveguide 21 becomes a TM mode in which the direction of the magnetic field oscillation is parallel to the thin film surface. The laser light that has propagated through the ridge waveguide 21 is extracted by the Y-branches N_Y1, N_Y2, and N_Y3, and propagates through the N_1, N_2, and N_3 waveguides, respectively.

分岐導波路N_2の上には、SiO2等から成るバッファ層N
_31および、Al等の金属から成る電極N_32が設けられ、
周波数シフタN_33を構成している。この電極N_32に発振
器34から電流を流すことにより、分岐導波路N_2には、
レーザ光の伝搬方向に垂直で薄膜面に平行な磁界が印加
される。この磁界により、分岐導波路N_2が磁化され、
磁気光学効果による位相シフトがTMモードに対して生じ
る。すなわち、磁界が印加されていないときのTMモード
の伝搬定数をβ、磁界を印加したときの伝搬定数をβ
とすると、 β=β+γ (1) で表わされる。ここで、γが磁気光学効果による位相シ
フト量である。光の伝搬方向にz軸、薄膜面に垂直方向
にx軸をとると、 γは、 γ=2ωε∫Re[εxzex ez]dx (2) で与えられる。ただし、ωはレーザ光の角周波数、ε
は真空の誘電率、exおよびezはTMモードの電界のx成
分およびz成分、εxzは磁性薄膜12の比誘電率テンソル
の非対角成分の1つ、*は複素共役、Reは複素数の実数
部を表わす。εxzはファラデー回転係数θと εxz=j(2n1/k)θ (3) という関係がある。ただし、n1は磁性薄膜12の屈折率、
kは真空中でのレーザ光の波数で、レーザ光の波長をλ
とすると k=2π/λ (4) で与えられる。さらに、磁性薄膜12の磁化が飽和しない
範囲では、磁性薄膜12の磁化は印加磁界H、すなわち、
電極N_32に流す電流Iに比例するので、この比例定数を
Vとすると、 θ=VI (5) となる。
On the branch waveguide N_2, a buffer layer N made of SiO 2 etc.
_31 and an electrode N_32 made of a metal such as Al are provided,
The frequency shifter N_33 is configured. By flowing a current from the oscillator 34 to the electrode N_32, the branch waveguide N_2
A magnetic field perpendicular to the propagation direction of the laser light and parallel to the thin film surface is applied. This magnetic field magnetizes the branch waveguide N_2,
A phase shift due to the magneto-optical effect occurs in the TM mode. That is, the propagation constant of the TM mode when no magnetic field is applied is β 0 , and the propagation constant when a magnetic field is applied is β
Then, β = β 0 + γ (1) Here, γ is the amount of phase shift due to the magneto-optical effect. Z-axis in the propagation direction of light, taking the x-axis in the direction perpendicular to the thin film plane, gamma is given by γ = 2ω 0 ε 0 ∫Re [ ε xz e x * e z] dx (2). Where ω 0 is the angular frequency of the laser beam, ε
0 is the vacuum dielectric constant, one of the non-diagonal elements of e x and e z are the electric field of the x component and the z component of the TM mode, epsilon xz dielectric constant tensor of the magnetic thin film 12, * the complex conjugate, Re Represents the real part of a complex number. ε xz has a relationship of Faraday rotation coefficient θ F and ε xz = j (2n 1 / k) θ F (3). Where n 1 is the refractive index of the magnetic thin film 12,
k is the wave number of the laser light in a vacuum, and the wavelength of the laser light is λ
Then, k = 2π / λ (4) is given. Further, in a range where the magnetization of the magnetic thin film 12 is not saturated, the magnetization of the magnetic thin film 12 is applied magnetic field H, that is,
Since it is proportional to the current I flowing through the electrode N_32, if this proportionality constant is V, then θ F = VI (5).

(3)式を(2)式に代入すると γ=2ωε(2n1/k)θ∫Re[jex ez]dx =Aθ (6) となる。ただし、Aは定数である。(3) becomes (2) substituting for the γ = 2ω 0 ε 0 in equation (2n 1 / k) θ F ∫Re [je x * e z] dx = Aθ F (6). Here, A is a constant.

分岐導波路N_2において磁界が印加されている部分の
長さを1とすると、位相シフトを受けたTMモードの電界
は、 ex=Exsin[ω0t+(β+γ)1] =Exsin[ω0t+AθF1+β01] (7) となる。ここで、 θ=ωRt/(Al) (8) すなわち、(5)式より I=ωRt/(AlV) (9) となるように電極32に電流を流すと ex=Exsin[(ω+ω)t+β1] (10) となり、レーザ光の角周波数はω=2πf0からωω
=2π(f0+fR)へ、すなわち、レーザ光の周波数は
f0からfRだけシフトし、f0+fRとなる。ただし、電極N_
32に流す参照信号の電流は第2図のように振幅2π/
(AlV)、周期2π/ωの鋸歯状波としても同様の周
波数シフトが得られる。このようにして分岐導波路に入
射した第3図(a)のように周波数f0をもつレーザ光は
周波数シフタにより第3図(b)のように周波数がfR
けシフトし、周波数がf0+fRの参照光となる。
When the length of the portion where the magnetic field is applied in the branch waveguide N_2 a 1, field of the TM mode which has received the phase shift, e x = E x sin [ ω 0 t + (β 0 + γ) 1] = E x sin [ω 0 t + Aθ F 1 + β 0 1] (7) Here, θ F = ω R t / (Al) (8) i.e., (5) from equation I = ω R t / (AlV ) (9) and so as to when an electric current is applied to the electrode 32 e x = E x sin [(ω 0 + ω R ) t + β 1] (10), and the angular frequency of the laser beam is from ω 0 = 2πf 0 to ω 0 ω
R = 2π (f 0 + f R ), that is, the frequency of the laser light is
to shift from f 0 only f R, the f 0 + f R. However, the electrode N_
As shown in FIG. 2, the current of the reference signal flowing through 32 has an amplitude of 2π /
(AlV), similar frequency shift can be obtained as a sawtooth wave of period 2π / ω R. The laser light having the frequency f 0 as shown in FIG. 3A incident on the branch waveguide in this manner is shifted in frequency by f R by the frequency shifter as shown in FIG. 0 + f R becomes the reference light.

一方、分岐導波路N_1を伝搬したレーザ光は、光ファ
イバN_17へ入射し、さらに、光ファイバN_17の先端に設
けられたセルフォックレンズN_41により平行光となり、
移動している被測定物N_43へ照射される。被測定物N_43
から反射したレーザ光は、被測定物N_43の速度に応じて
周波数fSだけドップラーシフトを受け、周波数が第3図
(c)のようにf0+fSとなり、再びセルフォックレンズ
N_41を通して光ファイバN_17へ入射する。このfSだけド
ップラーシフトを受けた信号光は、光ファイバN_17から
分岐導波路N_6を伝搬する。また、周波数シフタN_33でf
Rだけ周波数シフトを受けた参照光はY分岐N_Y5で2つ
に分波され、それぞれ分岐導波路N_4,N_5を伝搬する。
分岐導波路N_5を伝搬してきた参照光と、分岐導波路N_6
を伝搬してきた信号光とはY分岐N_Y6により合波され
る。この合波されたレーザ光は、干渉によりその振幅が
ドップラービート周波数fR−fSで振動しており、これを
光検出器N_S1で検出すると、第3図(d)のようにドッ
プラービート周波数fR−fSで振動する信号が得られる。
On the other hand, the laser light that has propagated through the branch waveguide N_1 enters the optical fiber N_17, and further becomes parallel light by a Selfoc lens N_41 provided at the tip of the optical fiber N_17,
The moving object N_43 is irradiated. DUT N_43
The laser light reflected from the object undergoes a Doppler shift by a frequency f S according to the speed of the object N_43, and the frequency becomes f 0 + f S as shown in FIG.
The light enters the optical fiber N_17 through N_41. Signal light received only the Doppler shift The f S is propagated through the branching waveguides N_6 from the optical fiber N_17. Also, f
The reference light having undergone the frequency shift by R is split into two by the Y branch N_Y5, and propagates through the branch waveguides N_4 and N_5, respectively.
The reference light propagating through the branch waveguide N_5 and the branch waveguide N_6
Is multiplexed with the signal light that has propagated through Y branch N_Y6. The combined laser beam, the amplitude due to interference has vibrated in Doppler beat frequency f R -f S, which upon detection by the light detector N_S1, Doppler beat frequency as in the third diagram (d) A signal oscillating at f R −f S is obtained.

また、分岐導波路N_4を伝搬した参照光と、分岐導波
路N_3を伝搬した周波数シフトを受けていないレーザ光
とはY分岐N_7により合波される。合波されたレーザ光
の振幅は干渉によりその振幅が周波数fRで振動してお
り、これを光検出器N_S2で検出することにより、第3図
(d)のように周波数fRで振動する信号が得られる。
Further, the reference light that has propagated through the branch waveguide N_4 and the laser light that has not undergone the frequency shift that has propagated through the branch waveguide N_3 are multiplexed by the Y branch N_7. Amplitude of the multiplexed laser light is vibrated in its amplitude frequency f R by interference, by this is detected by the photodetector N_S2, oscillates at a frequency f R as FIG. 3 (d) A signal is obtained.

光検出器N_S1およびN_S2の出力信号を比較してドップ
ラーシフトfSを求めることにより、移動被測定物N_43の
方向と同時にその速度を計測することができる。このと
き、周波数シフタN_33の温度等の変動により参照光の周
波数シフトfRが変動しても、第3図(d)のように光検
出器N_S1の出力のドップラービート周波数fR−fSと光検
出器N_S2の出力の参照信号の周波数fRとの差fSは一定と
なりドップラーシフトfSを精度よく求めることができ
る。なお、被測定物N_43の移動方向が逆になると第3図
(e)のように参照光の周波数シフトfRに対し、fR+fS
の位置にドップラービートが生じる。さらに、ドップラ
ーシフトfSから求めた移動物体N_43の速度を時間積分す
ることにより変位量も計測することができる。ところ
で、光ファイバN_17から分岐導波路N_1へ戻ったレーザ
光は、リッジ部分21,集束レンズ15を伝搬し、光アイソ
レータ14へ入射するが、光アイソレータ14は半導体レー
ザ13から集束レンズ15の方向の一方向のみに光を伝送す
るため、光ファイバN_17からの戻り光は通過できず、半
導体レーザ13には達しない。従って、半導体レーザ13に
おいて、戻り光による雑音の発生がないため、S/Nのよ
い計測が可能となる。
By determining the Doppler shift f S by comparing the output signal of the photodetector N_S1 and N_S2, can simultaneously measure the speed and direction of movement measured object N_43. At this time, even if the frequency shift f R of the reference light fluctuates due to fluctuations in the temperature of the frequency shifter N_33, the Doppler beat frequency f R −f S of the output of the photodetector N_S1, as shown in FIG. the difference f S of the frequency f R of the reference signal at the output of the photodetector N_S2 can be accurately obtained the Doppler shift f S becomes constant. When the moving direction of the device under test N_43 is reversed, as shown in FIG. 3 (e), the frequency shift f R of the reference light becomes f R + f S
Doppler beat occurs at the position. Furthermore, it is possible to measure also the displacement amount by integrating the velocity of the moving object N_43 determined from the Doppler shift f S time. By the way, the laser light returning from the optical fiber N_17 to the branch waveguide N_1 propagates through the ridge portion 21, the focusing lens 15, and enters the optical isolator 14, but the optical isolator 14 is in the direction from the semiconductor laser 13 to the focusing lens 15. Since the light is transmitted only in one direction, the return light from the optical fiber N_17 cannot pass through and does not reach the semiconductor laser 13. Accordingly, in the semiconductor laser 13, since no noise is generated due to the return light, measurement with good S / N can be performed.

以上、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明
したが、本発明はこの実施例に限定されず種々の変更が
可能である。
As described above, one embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to this embodiment, and various modifications can be made.

すなわち、基板,磁性薄膜,バッファ層,電極の材料
については、特に限定しない。例えば、基板にサファイ
ア,ガラス等を、磁性薄膜に希土類鉄ガーネットの他
に、CdMnTe等の希磁性半導体や、ファラデー回転ガラ
ス,TAG(Tb3Al5O12)等の常磁性体等を、バッファー層
にZnO,AlN等の酸化物,窒化物等を、電極に金等を用い
てもよい。
That is, the materials of the substrate, the magnetic thin film, the buffer layer, and the electrode are not particularly limited. For example, sapphire, glass, etc. are used for the substrate, rare-earth semiconductors such as CdMnTe, paramagnetic materials such as Faraday rotating glass, TAG (Tb 3 Al 5 O 12 ), etc. Oxides and nitrides such as ZnO and AlN may be used for the layers, and gold or the like may be used for the electrodes.

また、光導波路はリッジ型である必要はなく、例え
ば、第4図(a)のような矩形型導波路、同図(b)の
ような埋め込み型導波路、あるいは誘電体装荷型導波
路,拡散型導波路等でもよく、光が厚さ方向だけでなく
横方向にも閉じこめることができればその形状について
は特に限定しない。
The optical waveguide does not need to be of the ridge type, and may be, for example, a rectangular waveguide as shown in FIG. 4 (a), an embedded waveguide as shown in FIG. 4 (b), a dielectric loaded waveguide, or the like. The shape may not be particularly limited as long as the light can be confined not only in the thickness direction but also in the lateral direction.

また、周波数シフタ部のみ磁性薄膜を用い、他の部分
は磁気光学効果を有しない誘電体を用いてもよい。ま
た、周波数シフタに磁界を印加するための電極の形状に
ついても限定しない。さらに、外部に電磁石,コイル等
を設けて磁界を印加してもよい。
Alternatively, a magnetic thin film may be used only for the frequency shifter portion, and a dielectric material having no magneto-optical effect may be used for other portions. Further, the shape of the electrode for applying a magnetic field to the frequency shifter is not limited. Further, a magnetic field may be applied by providing an external electromagnet, a coil, or the like.

また、光の分波をY分岐導波路ではなく、第5図の上
面図に示すように、2つの光導波路を平行に形成した方
向性結合器52、53によって行ってもよい。このとき、2
つの光導波路の平行部分の長さを調整することにより、
分波比を変化させることができる。その他いろいろな変
形が考えられるが、当業者は本発明の主旨を逸脱しない
限りにおいて様々な態様で実施できるものとする。
Further, instead of the Y-branch waveguide, the light may be demultiplexed by the directional couplers 52 and 53 in which two optical waveguides are formed in parallel as shown in the top view of FIG. At this time, 2
By adjusting the length of the parallel part of the two optical waveguides,
The splitting ratio can be changed. Although various other modifications are conceivable, those skilled in the art can implement the present invention in various modes without departing from the gist of the present invention.

[発明の効果] 以上詳述したことから明らかなように、本発明によれ
ば、薄膜導波技術を用いて、レーザ光の分波器,合波
器,周波数シフタ等の干渉光学系の主要部を一つの基板
上に集積化しているため、光軸調整が不要、かつ、小
型,安定で信頼性の高い光集積型干渉計を生産性よく製
造することができる。また、ドップラービート周波数だ
けでなく、参照光の周波数シフトも同時に検出している
ため、温度等の変化による参照光の周波数シフトの変動
の影響を受けない安定した精度のよい多チャンネル計測
を行うことができる。
[Effects of the Invention] As is apparent from the above description, according to the present invention, the main components of the interference optical system such as a laser beam splitter, a multiplexer, and a frequency shifter using the thin-film waveguide technology. Since the units are integrated on one substrate, the optical axis adjustment is unnecessary, and a small, stable, and highly reliable optical integrated interferometer can be manufactured with high productivity. In addition, since not only the Doppler beat frequency but also the frequency shift of the reference light are detected at the same time, stable and accurate multi-channel measurement that is not affected by fluctuations in the frequency shift of the reference light due to changes in temperature or the like must be performed. Can be.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図から第5図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、第1図は、本発明の一実施例である多チャン
ネル型光集積干渉計の構成図であり、第2図は周波数シ
フタの電極に印加される電流の波形を示す図であり、第
3図は、本発明の一実施例である光集積型干渉計におけ
るレーザ光の周波数の関係を示す説明図であり、第4図
は光導波路の他の実施例を示す部分図であり、第5図は
光集積型干渉計における分波器の他の実施例を示す上面
図であり、第6図は、従来のヘテロダイン干渉計の光学
系を示す構成図である。 11:基板 12:磁性薄膜 13:半導体レーザ 14:光アイソレータ 15:集束レンズ 21:リッジ部分 34:発振器 46:Y分岐 47:分岐導波路 48:分岐導波路 49:Y分岐 50:Y分岐 52:方向性結合器 53:方向性結合器 61:バッファ層 71:He−Neレーザ 72:ハーフミラー 74:λ/4板 75:ミラー 76:ブラッグセル 77:ハーフミラー 78:偏光ビームスプリッタ 79:λ/4板 80:光検出器 82:被測定物 84:駆動回路 86:増幅器 88:スペクトラムアナライザ N_17:光ファイバ N_S1:光検出器 N_S2:光検出器 N_Y1,N_Y2,N_Y3:Y分岐 N_Y4,N_Y5,N_Y6 Y分岐 N_1,N_2,N_3:分岐導波路 N_4,N_5,N_6:分岐導波路 N_31:バッファ層 N_32:電極 N_33:周波数シフタ N_41:セルフォックレンズ N_43:被測定物
FIGS. 1 to 5 show an embodiment embodying the present invention. FIG. 1 is a block diagram of a multi-channel optical integrated interferometer according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing a waveform of a current applied to an electrode of a frequency shifter. FIG. 3 is an explanatory diagram showing a relationship between laser light frequencies in an integrated optical interferometer according to one embodiment of the present invention. FIG. 4 is a partial view showing another embodiment of the optical waveguide, FIG. 5 is a top view showing another embodiment of the duplexer in the optical integrated interferometer, and FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an optical system of a heterodyne interferometer of FIG. 11: Substrate 12: Magnetic thin film 13: Semiconductor laser 14: Optical isolator 15: Focusing lens 21: Ridge part 34: Oscillator 46: Y branch 47: Branch waveguide 48: Branch waveguide 49: Y branch 50: Y branch 52: Directional coupler 53: Directional coupler 61: Buffer layer 71: He-Ne laser 72: Half mirror 74: λ / 4 plate 75: Mirror 76: Bragg cell 77: Half mirror 78: Polarizing beam splitter 79: λ / 4 Plate 80: Photodetector 82: DUT 84: Drive circuit 86: Amplifier 88: Spectrum analyzer N_17: Optical fiber N_S1: Photodetector N_S2: Photodetector N_Y1, N_Y2, N_Y3: Y branch N_Y4, N_Y5, N_Y6 Y Branch N_1, N_2, N_3: Branch waveguide N_4, N_5, N_6: Branch waveguide N_31: Buffer layer N_32: Electrode N_33: Frequency shifter N_41: Selfoc lens N_43: DUT

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−296102(JP,A) 特開 昭64−43704(JP,A) 特開 昭64−12204(JP,A) 特開 昭63−47602(JP,A) 特開 昭60−85312(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01B 9/00 - 9/10 G01B 11/00 - 11/30 102 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-2-296102 (JP, A) JP-A-64-43704 (JP, A) JP-A-64-12204 (JP, A) JP-A-63-63 47602 (JP, A) JP-A-60-85312 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G01B 9/00-9/10 G01B 11/00-11/30 102

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】光源と、 前記光源からの光をNチャンネルに分波する光導波路
と、 前記Nチャンネルに分波された光を更に3つに分波する
第1、第2、第3の光導波路と、 第2の導波路に導かれた光に一定の周波数シフトを与え
る光周波数シフタと、 該周波数シフトを受けた光をさらに2つに分波する第
4、第5の光導波路と、 第1の導波路に導かれた光を被測定物に集光照射しその
反射光を第6の導波路に導く光学手段と、 第3の光導波路を通った光と第4の光導波路を通った光
とを合波干渉させる光導波路と、 該干渉信号を検出する第1の光センサーと、 第5の光導波路を通った光と第6の光導波路を通った光
とを合波干渉させる光導波路と、 該干渉信号を検出する第2の光センサーとからなる光集
積型ヘテロダイン干渉センサーと、 該センサーをN個並列に並べたことを特徴とする多チャ
ンネル型光集積干渉計。
1. A light source, an optical waveguide for splitting light from the light source into N channels, and first, second, and third light sources for further splitting the light split into the N channels into three light beams. An optical waveguide, an optical frequency shifter for giving a constant frequency shift to the light guided to the second waveguide, and fourth and fifth optical waveguides for further splitting the frequency-shifted light into two. Optical means for condensing and irradiating the light guided to the first waveguide to the object to be measured and guiding the reflected light to the sixth waveguide; light passing through the third optical waveguide and a fourth optical waveguide An optical waveguide for multiplexing interference with light passing therethrough, a first optical sensor for detecting the interference signal, and multiplexing light passing through the fifth optical waveguide and light passing through the sixth optical waveguide. An optical integrated heterodyne interference sensor comprising an optical waveguide for causing interference, and a second optical sensor for detecting the interference signal; Multichannel optical integrated interferometer, characterized in that by arranging the sensor into N parallel.
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