HeNeヘテロ光源

ＨｅＮｅヘテロダイン光源　　　
　　　　（ＦＳ－ＨＮＬ）
ヘテロダイン計測装置の光源です

＜＜　特徴　＞＞
　　　ヘテロダイン計測の基準光源
＜＜　仕様＞＞

使用レーザ	周波数安定化ＨｅＮｅレーザ
出射光数量	２チャンネル
出射光量	各チャンネルとも２５０μＷ以上
出射光偏光特性	両チャンネルとも直線偏光
ビート周波数	２５，５０，１００，５００ｋＨｚ，１，５，１０ＭＨｚ
ビート周波数安定度	１ｐｐｍ
出射光取り出しコネクタ	ＦＣコネクタ（定偏波ファイバーを用いて接続してください）＊空間伝幡のタイプもあります。
大きさ	４３０Ｗ×１５０Ｈ×３２０Ｄ（参考値〉用途に合わせて設計します。
電源	ＡＣ１００Ｖ、２Ａ

＜＜　構成　＞＞
ヘテロダイン計測する際の光源としては次のことが必要です。
１．光周波数のふらつきが小さいこと。（理由は次の項目を参照してください）
２．ビート周波数が測定対象にあわせて設定できること
３．ビート周波数が安定であること。
です。これらの性能を本光源は満たしています。

＜＜　ビート周波数の設定　＞＞
ヘテロダイン計測ではわずかに異なる光波長の二つの光を用います。この光周波数の差は、電気信号処理できる周波数領域です。その点では問題ありません。設定の際に気をつけなければならない点は、ドップラーシフト量です。つまり、被測定物が移動する場合、ドップラー効果が起こり、光周波数が僅かに移動します。そのシフト量以上にビート周波数を設定してください。ドップラーシフト量Ｄ（Ｈｚ）は被測定物の移動速度Ｖ（ｍ／ｓ）と次の関係にあります。

ここでλは光波長です。ＨｅＮｅレーザの場合、１ｍ／ｓの速度に対して、ドップラーシフトは３．１５ＭＨｚになります。このような速度を計測する場合にはこの周波数以上のビート周波数を選択してください。５MHｚ、１０MHｚから選んでください．切り替えはコネクタ一つで行います．

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＜＜　光周波数の絶対値よりふらつきの小さいことが必要な理由　＞＞
　　ＨｅＮｅレーザは理科年表でも示されているように、光周波数（波長）が他のレーザに比べ安定しています。更にヨー素吸収を利用した基準レーザも作られています。絶対値も１０桁は安定しているヨー素線吸収ＨｅＮｅレーザも市販されています。この高い絶対値を有するレーザは長さの基準的レーザとなります。精密に時間計測し、かつ干渉縞を求めて絶対距離を求める際には必要となります。
　　しかしながら、変位量計測する際に、絶対値が本当に必要でしょうか。〈以下は理想環境で考えます〉
　　絶対値が得られる利点は、たとえば干渉をさせる場合、干渉距離に応じた干渉縞が生じ、その干渉縞が動かないことにつながります。干渉させる二つの光の移動距離の相違が問題にならないからです。絶対値が異なれば別の干渉縞になりますが、同じように固定されます。理想的にはこの距離差が極めて大きくても問題になりません。また、この移動距離差が微小に変化した場合も、干渉縞の移動となって現れ、干渉縞の移動で微小の変化量を、その波長（光周波数〉を用いて、極めて正確に測定できます。絶対値を基準にしてレーザ測定する素晴らしい点です。
　　そこで、絶対値としてある桁まで知れているが、それ以下の桁ではふらつきのある通常のレーザを考察します。絶対値の安定性が理想からずれてくると、静止していた干渉縞はふらつきます。このふらつきを、距離差の微小な変動として認識してしまいます。ではどのくらいが必要なのでしょうか。距離差を３ｍ（片方の光路を３．０５ｍ、片方を５ｃｍ）としてみます。この距離を光は１０ｎｓで通過します。この１０ｎｓの間に６３２．９９１３９９ｎｍから６３２．９９１３９８ｎｍへ波長が変化した場合（以下①の場合と呼ぶ）と、６３２．９９００００ｎｍから６３２．９９０００１ｎｍへ波長が変化した場合〈以下②の場合と呼ぶ）を考えます。すると６３２．９９１３９９ｎｍの絶対値のままふらつかない干渉縞に対して、①の場合で約０．０００１×２πラジアン、②の場合で約１３００×２πラジアン、の位相ずれを起こします。極めて大きな相違になります。波長の絶対値が異なると、位相値は大きく異なることがわかります。しかし、この位相値は２πの整数倍は干渉縞の上では認識できません。（たとえ、絶対値が知れていても）。
　　　認識できるのは、"位相がどのように動いたか"です。
物体が３ｍから３１６ｎｍ移動した場合にどのように位相が変化するでしょうか。次の４つのケースを考えてみます。
①の場合、②の場合は上記のまま、３１６ｎｍ移動中もゆらぎがないとします。③の場合として、３１６ｎｍ移動中に６３２．９９１３９９ｎｍから６３２．９９１３８９ｎｍへ変化した場合、④の場合として３１６ｎｍ移動中に６３２．９９００００ｎｍより６３２．９９００１０ｎｍへ変化した場合を考えます。
結果として
　　　①の場合　位相差＝０．９９８４３３７８×２π
　　　②の場合　位相差＝０．９９８４３５９９×２π　
　　　③の場合　位相差＝０．９９８４１３８２×２π
　　　④の場合　位相差＝０．９９８４５８４５×２π
　　　　　　①②間の差　　０．０００００２２１×２π
　　　　　　①③間の差　　０．００００１９９６×２π
　　　　　　②④間の差　　０．００００２２４６×２π
となります。（反射で干渉を起こすと想定しましたので、移動量の２倍が光路長の差です〉。移動の結果として、干渉縞の位相差が異なり、逆に、この位相差より、移動量を認識しますので、位相差が異なることは正確な値からのずれ〈誤差〉を意味します。この結果より知れることは、①②間の差よりも、①③間、②④間の差が１桁大きいことです。（変化の正負方向が反対なのは、ゆらぎの正負を逆にしているためです〉。①②間の差は光周波数の絶対値が上位６桁目で異なる場合の測定です。①③間の差は波長の絶対値を６３２．９９１３９９ｎｍ付近において、ゆらぎが０．００００１ｎｍある場合とない場合の測定の差です。②④間の差は波長の絶対値を６３２．９９００００ｎｍ付近において、ゆらぎが０．００００１ｎｍある場合とない場合の測定の差です。
　　つまり、波長（光周波数）は５桁以上正確であることよりも、ゆらぎが８桁程度で抑えることの方が大きな問題であることを示しています。
　　以上が、変位計測において、光波長の絶対値を問題にするよりも、その波長の安定性を問題にすることが重要である理由です。
ちなみに、通常のＨｅＮｅレーザの波長は特別な処理を施さなくても５桁は安定しています。

　　　　　　

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