半導体レーザの直接変調を用いる正弦波位相変調干渉計に関する研究

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光源として半導体レーザを用いる正弦波位相変調干渉計について研究を行なった。まず、半導体レーザの注入電流を正弦波状に変調したとき得られる干渉信号を理論的に導き、その特性を明らかにした。その結果、従来、正弦波状に振動している反射鏡によって行っていた正弦波位相変調を半導体レーザの直接変調によって行えることが分かった。半導体レーザを用いた場合、正弦波位相変調の振幅は物体光と参照光の光路差に比例することが示された。次に、この解析結果に基づき、正弦波位相変調干渉計を構成し、1次元CCDイメージセンサを用い、磁気ディスク用のアルミニウム円板の1次元の表面形状を測定した。その結果、半導体レーザを用いる他の高精度干渉法に比べ、正弦波位相変調干渉計は正確な位相変調が行なえるため、最も良い測定精度が得られることが分かった。最後に、周囲温度の変化による半導体レーザの発振波長の変動、あるいは周囲の振動によって引き起こされる干渉計の光学部品の振動により生じる干渉信号の位相変動を干渉信号から検出し、半導体レーザの注入電流にフィードバックすることにより、位相変動を減少させることを試みた。干渉信号の中から変調周波数の基本周波成分を取り出す事によって、位相変動を含む信号を作り出すことができる。そして、この信号を半導体レーザの注入電流にフィードバックすることにより干渉信号に生じる外乱の影響を除去でき、完全に正確な正弦波位相変調が得られた。その結果、周囲の環境条件の悪い場合においても、外乱除去機能を持つ本レーザ干渉計によってナノメータオーダの高精度の測定を行なうことができた。