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光周波数差が非常に僅かな２本のレーザ光を生成する装置です。 |
光学部 （使用するＡＯＭの特性に強く依存します。ＡＯＭメーカー及び型番を指定することも出来ます）
| 項目 | 仕様値 | 注意事項 |
| 光波長 | ６３３ｎｍ | レーザを貸与していただけるならば、短波長から長波長まで可 |
| アクティブアパーチャー | ０．８φ | ＡＯＭメーカの仕様値により変更あり |
| 挿入損失 | ２ｄＢ以下 | ＡＯＭ材質により増加する場合あり |
| 分離角（８０ＭＨｚ） | １４．６ｍｒａｄ | 波長により、またはＡＯＭ材質により変動あり |
| 最大レーザパワー密度 | ２５０Ｗ／ｍｍ２ | 波長により、ＡＯＭ材質により変動あり |
| 入射光条件 | 直線偏光 | ランダム変更でも可 |
| 出射光 | 直線偏光 | 入射光条件に依存する |
| 出射ビーム本数 | ２本(平行光） | １本に合波する形式も可 |
| 出射ビーム間隔 | ２０ｍｍ | ２０ｍｍは最低値で、それ以上の幅でも可 （出社ビーム本数が２本の場合) |
ドライバ部 (使用する光学部の特性に合わせて調整を行います）
| 項目 | 仕様値 | 付加事項 |
| 中心周波数 | ８０ＭＨｚ | ＡＯＭメーカーでは、２００ＭＨｚを超える中心周波数や４０ＭＨｚの周波数も存在しますが、多くの製品は８０ＭＨｚです。 |
| ビート周波数 |
２５ｋＨｚの整数倍であり、１０ＭＨｚ以下であること ７種類の周波数を指定できます。 |
指定された周波数の１つで出力できるように設定します。残りの６種類は、筐体内のコネクタスイッチを所定のコネクタに変更することで実現できます。所定のコネクタ以外では出力周波数は保障できません。 |
| ビート周波数安定度 | １ｐｐｍ以下(中心周波数に対して） | 実力値は０．０５ｐｐｍ程度です |
| 使用温度範囲 | ０〜３０ ℃ | ビート周波数が安定になるまで、最低１時間の暖機運転が必要です。 |
| 出力パワー | 指定パワーに調整。ただし、１．３Ｗ以下 | |
| 出力端子 | ２ｃｈのＢＮＣ出力。出力周波数は指定周波数。 出力パワーは指定パワー |
２つのＢＮＣ出力から、ｆ０＋ｆ１，ｆ０＋ｆ２、の周波数を出力。ビート周波数より、ｆ１、ｆ２は決定され、変更は不可 |
| 電源 | ＡＣ１００Ｖ | スイッチ、ヒューズ （３Ａ） |
＜＜周波数シフタの必要性・有効性＞＞
周波数シフタがなぜ必要かにつき説明します。
光ヘテロダイン測定においては、光の干渉信号を電気信号に変換し、その電気信号の周波数、位相を変位量と結び付けています。
光の周波数はその変位量のものさしの役割を果たしますので、一定であることが要求されます。しかしながら、様々な揺らぎが存在するため、ＨｅＮｅレーザの周波数は基本周波数（ｆ＝約５００ＴＨｚ）に対して１０＾−６（つまり５００ＭＨｚ；Δｆ）程度の揺らぎがあります。光ヘテロダイン測定では、この揺らぎを持った光の周波数を２つに分割し、その各々をわずかながらシフト（α、β）させます。そのシフト量は、概ね８０ＭＨｚです。仮に、α＝８０ＭＨｚ、β＝８５ＭＨｚとします。すると、各光の周波数は、ｆ＋α、ｆ＋βとなります。この２つの光を干渉させると、ビート周波数として、２ｆ＋α＋β、と、｜α−β｜を得ます。前者の周波数はあまりにも大きく、電気回路では検知できません。後者の周波数は５ＭＨｚとなり、通常の電気回路で認識できます。ここで、Δｆが２つの光に共通に同位相で寄与すれば問題は発生しませんが、２つの光の間にわずかながらの光路長の差がある場合、必ずしも同位相で寄与するとは言えません。これは大きな問題です。そこで、この光路長差をなくすべく光学回路が設計されます。この設計で０．１ｎｓの光路長（＝３ｃｍ）以内を目標にします。（この差は注意しないと容易に発生します。ご注意ください。）更に、αとβにも、揺らぎがあります。これらの揺らぎを抑えなければ、”ビート周波数は何を測っているのか”、の疑問が湧いてきます。まず、このαとβ値を小さくするために、周波数安定化ＨｅＮｅレーザを用います。（弊社製品では、５×１０＾−９程度の安定度です。Δｆ＝３ＭＨｚ程度です）。αもβも、この程度以下の揺らぎを有します。しかし、同一の光源から出ていますので、時間差がなければ原理的に同じ値です。差はゼロになり得ます。これが、基本的に低周波数のビート信号が得られる理由です。
では、２つの光の両方ではなく、片方にのみＡＯＭを設置し、ビート信号をとってもよいのでは、との疑問が湧きます。ＡＯＭドライバの安定性は２０ｐｐｍ以下が得られていますので、８０ＭＨｚでも１．６ｋＨｚと小さく問題なさそうです。しかしながら、８０ＭＨｚのビート周波数の信号処理において、１周期を１００分割して位相を認識しようとすると、問題が発生します。信号処理回路は、８ＧＨｚ以上の大域を必要とします。波長がものさしと述べましたが、１００分割では、精度が６３３ｎｍ／１００＝６．３３ｎｍしかありません(反射ではその半分の３．１６ｎｍ）。そこで、６００分割をもくろむと、５０ＧＨｚの帯域が必要となります。この周波数では製作困難でしょう。ＡＯＭドライバからの強烈なＲＦ輻射もありますので、難しい処理になります。
そこで、このαとβの揺らぎによる影響を解決しつつ、低周波帯域での測定を行うために、周波数シフターがあります。光の同時性と、ドライバの時間差をなくすことで、ドライバそのものからの周波数揺らぎの不均一を押さえて、αーβの揺らぎを押さえています。低周波帯域のために、ビート周波数を下げています。
ただ、分割を増やすために、低周波数のビート信号を用いることには問題があります。この問題に関しては＜ビート信号周波数の選択基準＞を参照してください。
＜＜ビート信号周波数の選択基準＞＞
ビート周波数は次の２点から選択する必要があります。
（１）測定対象の速度−下限値を決める
（２）信号回路の帯域−上限値を決める
測定対象の速度は、ヘテロダイン計測の欠点と結びつきます。「測定時間間隔内に波長の半分以上変化する対象物は真値を測定できない」の欠点です。例として、対象物が１００ｍｍ／ｓの速度で移動する場合、波長の半分（＝３１６．５ｎｍ）移動するのに要する時間は、３．１６５μｓです。この時間が測定時間間隔の最大値です。処理回路の構成は、最低この時間ごとに測定しなければなりません。この周波数は約３００ｋＨｚです。したがって、ビート信号周波数も３００ｋＨｚが必要です。これが測定対象の速度が下限値を決める理由です。
この周波数で信号処理をするためには、有効数字を考えますと、最低２桁高い高周波を処理できる回路が必要です。つまり、３０ＭＨｚの信号を処理できる装置やボードが必要です。高周波を処理できる装置やボードは高周波ほど高価になります。したがって、処理周波数に上限が発生します。結果、ビート周波数に上限が生じます。これが信号回路の帯域が下限値を決める理由です。
＜＜１００VAC入力型周波数シフタドライバの選択＞＞
１００VACを入力とするタイプの周波数シフタドライバもあります。
この場合、出力パワー及び出力周波数を固定していただく必要があります。(注文時に指定必要)
外見はシンプルで、フロントパネルには２つの出力BNC端子があるだけです。リアパネルには、AC100挿入口、SW、,ヒューズ、ファンのみがあります。
上記カタログ内の写真とは異なる、下記の概観写真となります。
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株式会社フォトンプローブ 代表取締役 理学博士 平野雅夫
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