JP3063131B2 - Integrated optical interferometer - Google Patents
Integrated optical interferometerInfo
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- JP3063131B2 JP3063131B2 JP2241851A JP24185190A JP3063131B2 JP 3063131 B2 JP3063131 B2 JP 3063131B2 JP 2241851 A JP2241851 A JP 2241851A JP 24185190 A JP24185190 A JP 24185190A JP 3063131 B2 JP3063131 B2 JP 3063131B2
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Description
[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は、更に詳細には光導波路を用
いて干渉光学計を構成した光集積型干渉計に関するもの
である。 [従来技術] 従来、高精度の位置・変位及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つのビームのうち一方のビームは、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、即ち信号光は、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、他方のビームは、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
射されブラッグセル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。これを増幅器86で増幅し、スペクトラムアナ
ライザ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、被測定物82である移動物体の移動多方向と同
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。 [発明が解決しようとする課題] しかしながら、これらのヘテロダイン干渉光学系は、
通常光学ベンチ等の防震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、また、光学系が大型で重いため生産性、信頼
性が低いという問題点があった。 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1つの基板上に集積化するこ
とにより光軸調整が不要であるとともに、小型で信頼性
が高く、安価な光集積型干渉計を提供することにある。 [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光集積型干渉計
は、基板と、その基板上に形成され光源からの光を2つ
に分波する第1の光導波路と、その第1の光導波路によ
り分波された光のうち一方の光の周波数をその一方の光
が通過する前記第1の光導波路に鋸歯状に変化する磁界
を印加して一定量シフトさせる周波数シフタと、前記第
1の光導波路により分波された光のうち他方の光を被測
定物に照射しその被測定物から反射された反射光を前記
基板上に形成された第2の光導波路に導く光照射手段
と、前記反射光と前記周波数シフタによって周波数が一
定量シフトされた光とを合波干渉させる前記基板上に形
成された第3の光導波路と、その第3の光導波路により
合波干渉された光を検出する光検出手段とを備えたこと
を特徴としている。[Industrial application field] The present invention uses position, displacement,
More specifically, the interferometer for measuring a speed or the like relates to an integrated optical interferometer in which an interferometer is configured using an optical waveguide. [Prior Art] Conventionally, a heterodyne interferometer for measuring a position, displacement and velocity with high accuracy has 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, a λ / 4 plate 79, and a photodetector 80. He-
The light emitted from the Ne laser 71 is linearly polarized light polarized in a direction parallel to the paper surface, and is split into two beams by the half mirror 72. One of the two beams moves through the polarizing beam splitter 78 and the λ / 4 plate 79
Irradiated at 82. It reflected light received Doppler shift f S This movement DUT 82, i.e. signal light, again lambda / 4 plate 79
, The polarization plane is rotated by 90 °, becomes a direction perpendicular to the paper surface, and is reflected by the polarization beam splitter 78. On the other hand, the other beam has its polarization plane rotated by 90 ° by the λ / 2 plate 74, becomes perpendicular to the paper surface, is reflected by the mirror 75, and enters the Bragg cell 76. Bragg cell 76
An optical modulator using an acousto-optic effect, first-order light diffracted by an acoustic wave of a frequency f R, which is excited by the drive circuit 84, f R by the frequency shift is given the reference beam. When the signal light and the reference light are combined by the half mirror 77 and subjected to heterodyne detection by causing interference, a signal oscillating at the Doppler beat frequency f R ± f S is detected by the photodetector 80. This is amplified by the amplifier 86, and the Doppler beat frequency f R ± f S is measured by the spectrum analyzer 88, whereby the speed of the moving object as the device under test 82 can be measured simultaneously with the moving directions. In addition, the displacement of the device under test 82 can be measured by integrating the speed with time. [Problems to be Solved by the Invention] However, these heterodyne interference optical systems are
Usually, necessary optical components are placed and fixed on an earthquake-proof table such as an optical bench.Slight adjustment of the optical axis between the components is required, and productivity and reliability are high because the optical system is large and heavy. There is a problem that the property is low. The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to integrate a main part of an interference optical system on a single substrate by using a thin-film waveguide technique. An object of the present invention is to provide a compact, highly reliable, and inexpensive optical integrated interferometer that does not require axis adjustment. Means for Solving the Problems In order to achieve this object, an integrated optical interferometer of the present invention comprises a substrate and a first optical waveguide formed on the substrate and splitting light from a light source into two. Applying a magnetic field that changes the frequency of one of the lights demultiplexed by the first optical waveguide to the first optical waveguide through which the other light passes, by applying a magnetic field that changes in a sawtooth shape by a predetermined amount; A frequency shifter to be illuminated, and a second light beam formed by irradiating the object to be measured with the other light of the light demultiplexed by the first optical waveguide and reflecting light reflected from the object to be measured on the substrate. A light irradiating means for guiding to the optical waveguide, a third optical waveguide formed on the substrate for multiplexing interference between the reflected light and light whose frequency has been shifted by a certain amount by the frequency shifter, and a third optical waveguide formed on the substrate. Light detecting means for detecting light that has been combined and interfered by the wave path. It is characterized by that.
上記の構成を有する本発明の光集積型干渉計におい
て、光源から発生した光は、基板上に形成された第1の
光導波路によって2つに分波され、その分波された光の
うち一方の光は、鋸歯状に変化する磁界を印加する周波
数シフタによってその周波数が一定量シフトする。一
方、分波された光のうち他方の光は、光照射手段によっ
て被測定物を照射した後反射し、反射光として同一基板
上に形成された第2の光導波路に導かれる。そして、そ
の反射光及び周波数が一定量シフトされた光は、第3の
光導波路によって合波干渉し、その合波干渉された光
は、光検出手段によって検出され、被測定物の位置、変
位、速度等が検出される。 [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。 光集積型干渉計は、第1図のようにGGG(Gd3Ga5O12)
等の基板11上に形成されたBi:YIG(BixY3-xFe5O12),B
i: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、集積レ
ンズ15、光ファイバ17、Siフォトダイオード等の光検出
手段としての光検出器18とから構成されている。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21を形成してい
る。レーザ光はこのリッジ型導波路21に沿って伝搬す
る。このリッジ型導波路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、或いは熱リン酸を用いたウ
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、リッジ型導波路21が形成
される。 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
時、リッジ型導波路21を伝搬するレーザ光は、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、一端が2つの分岐導波路に分かれたリ
ッジ型導波路から成るY分岐23により2つに分波され、
それぞれ分岐導波路24、25を伝搬する。なお、Y分岐23
及び分岐導波路24、25が本発明の第1の光導波路を構成
する。 分岐導波路24の上には、SiO2等から成るバッファ層31
及びAl等の金属から成る電極32が設けられ周波数シフタ
33を構成している。発振器34により電極32に電流を流す
ことにより、分岐導波路24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24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 とすると 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。第1図に示すように光の伝搬方向にZ軸、
薄膜面に垂直方向にX軸をとると、γは、 で与えられる。但し、ω0はレーザ光の角周波数、ε0
は真空の誘電率、x,zはTMモードの電界のx成分及
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θFと εxz=j(2n1/k)θF (3) という関係がある。但し、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。更に、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
32に流す電流Iに比例するので、比例定数をVとする
と、 θF=VI (5) となる。 (3)式を(2)式に代入すると、 となる。但し、Aは定数である。 分岐導波路24において電極32によって磁界が印加され
ている部分の長さをlとすると、位相シフトを受けたTM
モードの電界は、 x=Exsin[ω0t+(β+γ)l] =Exsin[ω0t+AθFl+βl] (7) となる。ここで、 θF=ωR t/(Al) (8) すなわち、(5)式より I=ωR t/(AlV) (9) となるように電極32に電流Iを流すと x=Exsin[(ω0+ωR)t+βl] (10) となりレーザ光の角周波数は、ω0=2πf0からω0+
ωR=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32
に流す参照信号の電流は第2図のように振幅2π/(Al
V)、周期2π/ωRの鋸波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24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33により第3図(b)のように周波数がfRだけシフト
し、周波数がf0+fRの参照光となる。 分岐導波路25を伝搬したレーザ光は、光ファイバ17へ
入射し、更に光ファイバ17の先端に設けられたセルフォ
ックレンズ41により平行光となり、移動している被測定
物43へ照射される。なお、光ファイバ17及びセルフォッ
クレンズ41が本発明の光照射手段を構成する。被測定物
43から反射したレーザ光は、被測定物43の表面における
レーザ光照射部分の変位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41を通して光フ
ァイバ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17から第2の光導波路として
の分岐導波路45へ伝搬し、第3の光導波路としてのY分
岐46により、周波数シフタ33でfRだけ周波数シフトを受
けた参照光と合波される。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18で検出することにより
ヘテロダイン検波が行われ、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。
光検出器18の出力信号を周波数シフタ33の電極30に印加
する電流の基本周波数fRと比較し、ドップラーシフトfS
を求めることにより移動被測定物43の表面の変位の方向
と同時にその速度を計測することができる。尚、被測定
物43の表面変位の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。更に、ドップラーシフトfSから
求めた被測定物43の表面の変位の変化速度を時間積分す
ることにより変位量も計測することができる。尚、光フ
ァイバ17から分岐導波路25へ戻ったレーザ光は、リッジ
型導波路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ので、
光ファイバ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のよい測定が可
能となる。 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。 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、CdMn
Te等の半磁性半導体や、ファラデー回転ガラス、TAG(T
b3Al5O12)等の常磁性体等を、バッファ層にZnO,AlN等
の酸化物、窒化物等を電極にAu等を用いてもよい。ま
た、導波路はリッジ型である必要はなく、例えば埋込み
型、誘電体装荷型、拡散型等でもよく、レーザ光が厚さ
方向だけでなく横方向にも閉じ込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。 また、周波数シフタ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。更に、外部に電磁石、コイル
を設けて磁界を印加してもよい。 また、光の分離をY分岐導波路ではなく、第4図のよ
うに2つの導波路を平行に形成した方向性結合器51によ
り行ってもよい。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、分岐比を変化させること
ができる。 また、第5図のように磁性薄膜12の上に全面にわたっ
てバッファ層61を設けてもよい。半導体レーザ13を光導
波路に直接結合し、バッファ層61にフェライト等の磁界
印加手段62を設け、レーザ光の伝搬方向に垂直な面内で
膜面から傾いた磁界を印加し、一方向性モード変換器65
を形成してもよい。すなわち、半導体レーザ13から発せ
られた光は、電界の振動方向が薄膜面に平行なTEモード
となるようにする。このTEモードは、Al等の金属クラッ
ド67を通過し、一方向性モード変換器によりTMモードに
変換される。この一方向性モード変換器65は、半導体レ
ーザ13からY分岐23へ伝搬するレーザ光に対してのみモ
ード変換が生じ、それとは逆の方向へ伝搬するレーザ光
にはモード変換が生じないという特性を有している。以
下の動作は、第1図に示した実施例と全く同様である。
光ファイバ17から半導体レーザ13へ進行する光は、一方
向性モード変換器65でモード変換されずTMモードのまま
戻るが、金属クラッド67の下のクラッド層61は他の部分
よりも膜厚が小さくなっているため、金属クラッド67で
吸収され減衰するので半導体レーザ13には戻らず、S/N
のよい安定した計測を行うことができる。 [発明の効果] 以上詳述したことから明らかなように、本発明の光集
積型干渉計によれば、光源から発生した光は、同一基板
上に形成された第1の光導波路、第2の光導波路及び第
3の光導波路によって分波され合波干渉されるので、光
軸の調整を不要にできるとともに、小型で信頼性の高い
光集積型干渉計を提供することができる。また、周波数
シフタが鋸歯状の磁界を印加して光の周波数を一定量シ
フトさせるので、周波数シフタを小型化することができ
るとともに、安価に提供することもできる。In the integrated optical interferometer of the present invention having the above configuration, the light generated from the light source is split into two by the first optical waveguide formed on the substrate, and one of the split lights is used. Is shifted by a certain amount by a frequency shifter that applies a magnetic field that changes in a sawtooth shape. On the other hand, the other light of the demultiplexed light is reflected after irradiating the object to be measured by the light irradiating means, and is guided as reflected light to the second optical waveguide formed on the same substrate. Then, the reflected light and the light whose frequency is shifted by a certain amount are multiplexed and interfered by the third optical waveguide, and the multiplexed interference light is detected by the light detecting means, and the position and displacement of the object to be measured are changed. , Speed, etc. are detected. [Embodiment] An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The integrated optical interferometer uses GGG (Gd 3 Ga 5 O 12 ) as shown in FIG.
Bi is formed on the substrate 11 equal: YIG (Bi x Y 3- x Fe 5 O 12), B
i: 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, an integrated lens 15, the optical fiber 17, Si photodiode or the like of the optical detection means And a photodetector 18 as a light source. The magnetic thin film 12 is provided with a ridge portion 21 whose film thickness is larger than other portions, forming a ridge-type waveguide 21. The laser light propagates along the ridge waveguide 21. The ridge-type waveguide 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. And
After patterning into a predetermined 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 type waveguide 21 is formed by removing the photoresist. The laser light emitted from the semiconductor laser 13 propagates through an optical isolator 14 that passes the light only in 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 beam propagating through the ridge-type waveguide 21 has 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-type waveguide 21 is split into two by a Y-branch 23 composed of a ridge-type waveguide having one end divided into two branch waveguides.
The light propagates through the branch waveguides 24 and 25, respectively. The Y branch 23
And the branch waveguides 24 and 25 constitute the first optical waveguide of the present invention. On the branch waveguide 24, a buffer layer 31 made of SiO 2 or the like is provided.
And an electrode 32 made of metal such as Al
33. When a current is caused to flow through the electrode 32 by the oscillator 34, a magnetic field perpendicular to the direction of propagation of the laser light and parallel to the thin film surface is applied to the branch waveguide 24. This magnetic field magnetizes the branch waveguide 24 and causes a phase shift due to the magneto-optical effect in the TM mode. That is, the propagation constant of the TM mode when no magnetic field is applied is β, and the propagation constant when a magnetic field is applied is β. Then Is represented by Here, γ is the phase shift amount due to the magneto-optical effect. As shown in FIG. 1, the Z axis is in the light propagation direction,
Taking the X axis perpendicular to the thin film surface, γ is Given by Here, ω 0 is the angular frequency of the laser beam, ε 0
Is the dielectric constant of vacuum, x and z are the x and z components of the electric field of the TM mode, ε xz is one of the off-diagonal components of the relative permittivity tensor of the magnetic thin film 12, * is the complex conjugate, and Re is the complex number. Represents the real part. ε xz has a relationship of Faraday rotation coefficient θ F and ε xz = j (2n 1 / k) θ F (3). Here, n 1 is the refractive index of the magnetic thin film 12, k
Is given by k = 2π / λ (4) where λ is the wavelength of the laser light in the vacuum and the wavelength of the laser light in vacuum. 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,
Since it is proportional to the current I flowing through 32, if the proportionality constant is V, then θ F = VI (5). Substituting equation (3) into equation (2) gives Becomes Here, A is a constant. Assuming that the length of the portion where the magnetic field is applied by the electrode 32 in the branch waveguide 24 is l, the phase-shifted TM
The electric field of the mode is, x = E xsin [ω 0 t + (β + γ) l] = E xsin [ω 0 t + Aθ F l + βl] becomes (7). Here, θ F = ω R t / (Al) (8) i.e., (5) from equation I = ω R t / (AlV ) (9) and so as to flow the current I to the electrodes 32 when x = E xsin [(ω 0 + ω R ) t + βl] (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
The shift from f 0 by f R results in f 0 + F R. However, electrode 32
As shown in FIG. 2, the reference signal current flowing through the
V), the same frequency shift can be obtained as a sawtooth wave of period 2π / ω R. In this way, the laser light having a frequency f 0 as shown in FIG. 3A incident on the branch waveguide 24 is shifted in frequency by f R by the frequency shifter 33 as shown in FIG. 3B. , The reference light having a frequency of f 0 + f R. The laser light that has propagated through the branch waveguide 25 enters the optical fiber 17, is converted into parallel light by a selfoc lens 41 provided at the tip of the optical fiber 17, and is irradiated on the moving object 43 to be measured. Note that the optical fiber 17 and the selfoc lens 41 constitute the light irradiation means of the present invention. DUT
The laser light reflected from 43, as receiving only the Doppler shift frequency f S according to the speed of the displacement of the laser beam irradiation portion in the surface of the object 43, frequency Figure 3 (c)
f 0 + f S , and again enters the optical fiber 17 through the Selfoc lens 41. The signal light having undergone the Doppler shift by f S propagates from the optical fiber 17 to the branch waveguide 45 as the second optical waveguide, and is shifted by the frequency shifter 33 to f R by the Y branch 46 as the third optical waveguide. Is multiplexed with the reference light that has been frequency-shifted. This combined laser light is
The amplitude oscillates at the Doppler beat frequency f R −f S due to the interference, and heterodyne detection is performed by detecting this at the photodetector 18, and as shown in FIG. 3 (d), the Doppler beat frequency f R A signal oscillating at −f S is obtained.
The output signal of the photodetector 18 is compared with the fundamental frequency f R of the current applied to the electrode 30 of the frequency shifter 33, and the Doppler shift f S
, The velocity can be measured simultaneously with the direction of displacement of the surface of the moving object 43. When the direction of the surface displacement of the object 43 is reversed, a Doppler beat occurs at a position of f R + f S with respect to the frequency shift f R of the reference light as shown in FIG. 3 (e). Furthermore, it is possible to measure also the displacement amount by integrating the rate of change of displacement of the surface of the Doppler shift f measured object obtained from S 43 times. The laser light returned from the optical fiber 17 to the branch waveguide 25 propagates through the ridge-type waveguide 21 and the focusing lens 15, and
However, since the optical isolator 14 transmits light only in one direction from the semiconductor laser 13 to the focusing lens 15,
The return light from the optical fiber 17 cannot pass through and does not reach the semiconductor laser 13. Accordingly, since there is no generation of noise due to the return light in the semiconductor laser 13, a good S / N measurement can be performed. Although one embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the present invention is not limited to this embodiment, and various modifications can be made. That is, the materials of the substrate, the magnetic thin film, the buffer layer, and the electrode are not particularly limited. For example, sapphire on the substrate,
Glass and other magnetic thin films other than rare earth iron garnet, CdMn
Semi-magnetic semiconductors such as Te, Faraday rotating glass, TAG (T
A paramagnetic material such as b 3 Al 5 O 12 ), an oxide or a nitride such as ZnO or AlN for the buffer layer, and Au or the like for the electrode may be used. Further, the waveguide does not need to be a ridge type, and may be, for example, a buried type, a dielectric loading type, a diffusion type, and the like, particularly if the laser beam can be confined not only in the thickness direction but also in the lateral direction. Not limited. Further, a magnetic thin film may be used only for the frequency shifter, 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 or coil. Further, the light may be separated by the directional coupler 51 having two waveguides formed in parallel as shown in FIG. 4 instead of the Y-branch waveguide. At this time, the branching ratio can be changed by adjusting the length of the parallel portion of the two optical waveguides. Further, a buffer layer 61 may be provided on the entire surface of the magnetic thin film 12 as shown in FIG. The semiconductor laser 13 is directly coupled to the optical waveguide, a magnetic field applying means 62 such as ferrite is provided in the buffer layer 61, and a magnetic field inclined from the film surface in a plane perpendicular to the propagation direction of the laser light is applied. Transducer 65
May be formed. That is, the light emitted from the semiconductor laser 13 is set in the TE mode in which the direction of the electric field oscillation is parallel to the thin film surface. This TE mode passes through a metal clad 67 of Al or the like and is converted to a TM mode by a unidirectional mode converter. The unidirectional mode converter 65 has a characteristic that mode conversion occurs only for laser light propagating from the semiconductor laser 13 to the Y branch 23 and no mode conversion occurs for laser light propagating in the opposite direction. have. The following operation is exactly the same as the embodiment shown in FIG.
The light traveling from the optical fiber 17 to the semiconductor laser 13 returns to the TM mode without being mode-converted by the unidirectional mode converter 65, but the cladding layer 61 below the metal cladding 67 is thicker than other portions. Since it is smaller, it is absorbed and attenuated by the metal clad 67, so that it does not return to the semiconductor laser 13,
Good and stable measurement can be performed. [Effects of the Invention] As is clear from the above description, according to the integrated optical interferometer of the present invention, light generated from the light source is transmitted to the first optical waveguide and the second optical waveguide formed on the same substrate. The optical waveguide and the third optical waveguide are demultiplexed and interfered with each other, so that adjustment of the optical axis is not required, and a compact and highly reliable optical integrated interferometer can be provided. Further, since the frequency shifter shifts the frequency of light by a certain amount by applying a sawtooth magnetic field, the frequency shifter can be reduced in size and can be provided at a low cost.
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光集積型干
渉計の構成図、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、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、第4図は光集積型干渉計の他の実施例を示す
主要部上面図、第5図は光集積型干渉計の他の実施例を
示す構成図、第6図は従来のヘテロダイン干渉計の光学
系を示すブロック図である。 図中、11は基板、12は磁性薄膜、13は半導体レーザ、18
は光検出器、21はリッジ型導波路、23,46はY分岐、24,
25,45は分岐導波路、33は周波数シフタである。1 to 5 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a block diagram of an optical integrated interferometer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram of a frequency shifter. FIG. 3 is a diagram showing a waveform of a current applied to an electrode, FIG. 3 is an explanatory diagram showing a relationship between frequencies of laser light in an optical integrated interferometer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an optical integrated interferometer FIG. 5 is a configuration diagram showing another embodiment of the optical integrated interferometer, and FIG. 6 is a block diagram showing an optical system of a conventional heterodyne interferometer. In the figure, 11 is a substrate, 12 is a magnetic thin film, 13 is a semiconductor laser, 18
Is a photodetector, 21 is a ridge waveguide, 23 and 46 are Y branches, 24 and
25 and 45 are branch waveguides, and 33 is a frequency shifter.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 9/00 - 11/30 102 G02B 6/12 G02F 1/00 - 7/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 9/00-11/30 102 G02B 6/12 G02F 1/00-7/00
Claims (1)
第1の光導波路と、 その第1の光導波路により分波された光のうち一方の光
の周波数を、その一方の光が通過する前記第1の光導波
路に鋸歯状に変化する磁界を印加して一定量シフトさせ
る周波数シフタと、 前記第1の光導波路により分波された光のうち他方の光
を被測定物に照射し、その被測定物から反射された反射
光を前記基板上に形成された第2の光導波路に導く光照
射手段と、 前記反射光と、前記周波数シフタによって周波数が一定
量シフトされた光とを合波干渉させる前記基板上に形成
された第3の光導波路と、 その第3の光導波路により合波干渉された光を検出する
光検出手段と を備えたことを特徴とする光集積型干渉計。1. A substrate, a first optical waveguide formed on the substrate and splitting light from a light source into two, and one of light split by the first optical waveguide. A frequency shifter that applies a sawtooth-like changing magnetic field to the first optical waveguide through which one of the lights passes to shift the frequency by a fixed amount; and among the lights split by the first optical waveguide, A light irradiating unit that irradiates the other object to the object to be measured and guides the reflected light reflected from the object to the second optical waveguide formed on the substrate; and the reflected light and the frequency shifter. A third optical waveguide formed on the substrate for multiplexing interference with light whose frequency has been shifted by a fixed amount, and light detecting means for detecting light multiplexed and interfered by the third optical waveguide. Integrated optical interferometer.
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1990
- 1990-09-12 JP JP2241851A patent/JP3063131B2/en not_active Expired - Fee Related
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| CN100337088C (en) * | 2005-11-28 | 2007-09-12 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | An all-fiber displacement interferometer |
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