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XTIAの挑戦

光コムはこれまでとはまったく異なる原理

 

我々がチャレンジしているのは測定の限界、まったく異なる原理だからこそできるこれまでの測定限界を超える領域への達成です。

光コム(optical frequency comb)は周波数と時間を測るこの世で最も正確なものさしと定義されており、等間隔にて波長が並ぶ光を呼び、波長が”くし”が並んでいるように見える光源となります。 興梠は、光コムのこの性質に着目し、高精度に時間を測定できるのであれば、高精度な距離測定に応用できる可能性があると考えました。レーザーの入射と出射が同軸であるというシンプルな構造、 かつ高精度な距離計が当初のコンセプトです。 これをスキャンすることで3次元測定システムとなりました。

直進型レーザーとして原理上世界最高精度

光コムを使うことによって、直進型レーザーでもミクロン精度の測定が可能となりました。 原理、構造は複雑ですが、計測がシンプルな直進型レーザーとすることでこれまでできなかった多くの測定が可能となり、大きなベネフィットを生み出すことができました。 同軸レーザーによるシンプルな構造のため3次元形状測定としてはいくつものベネフィットを生み出しました。

+複雑な形状も測定可能
+長いワーキングディスタンス
+外乱光に影響されない
+L高速測定
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光コムを形状測定として応用することにて多くの嬉しさを生み出すにいたりました。世界最高品質となる原理を応用することでシステムとしてとてもシンプルな構造であったことが、 こうしたアドバンテージを生み出しましたが、その原理は簡単ではありません。次の章でその原理をできるだけ簡単に説明いたします。

光コムの原理

光コムは、一言でいうと、単色レーザーと、多波長を含んだ白色光の両方の性質を持つような特殊な光となります。
 - 多数の周波数(波長)の光が含まれている
 - 各周波数の光は、スペクトル幅の狭いレーザー
 - 各レーザーの周波数間隔が全て同じ
 - 各レーザー周波数の位相がそろっている
などが特徴となります。
周波数プロットすると下図のようになります。櫛(くし)のように見えるところから、光の櫛(Optical frequency comb)と呼ばれるようになりました。


通常のレーザーによる形状測定では、飛行時間法とよばれる方法、レーザーパルスを対象に照射してから戻ってくるまでの時間を計測して、対象までの距離を求めるものとなります。

通常のレーザーを使用して1um~10um程度の距離の差を正確に測ろうとすると、ps(ピコ秒:10 -12 秒)レベルでの時間差を計測する必要となりますが、そのような検出器は存在しません。
よって、この方式を使うレーザー測定器は精度が非常に悪くなります。

光コム測定器では、光コムパルスの中に多数の周波数のレーザー成分があり、もう一つの光コムパルスの各周波数のレーザー成分の位相差が全てわかれば、光コムパルスの時間差を求めることができます。

ここで重要なのは、光の速度による時間差を測定しようとするとピコ秒レベルとなり、測定ができませんが、光コムパルスの各周波数のレーザー成分の位相差であれば、マイクロ秒レベルとなり測定可能となります。
そして、これが、同軸レーザーにもかかわらず、1-10umレベルの距離の差という高精度(Z軸方向)を実現する原理となります。
時間差を時間で測定せずに周波数の位相差で測定することに変換することで可能になりました。
これは、別の例でたとえますと、数千度にも熱した物体の温度は、簡単に測定することはできませんでしたが、温度を測るのではなく、発する光の色(波長)を測定することで、測定可能にし、 それを温度に換算することと同じで、直接測定したいものを測るのでなく、別の物理量を測定することでそれまで不可能だった測定を可能にする測定の限界を超えるブレークスルーといえます。
こうしたブレークスルーにより我々は測定の限界を超えることに成功し、新しいチャレンジの扉を開くにいたりました。

次に、光コムの発生原理を説明します。我々が開発した光コム発生器モジュールは、非線形光学結晶の端面にミラーをコーティングしたファブリ・ペロー電気光学変調器を基本としています。
一定周波数の正弦波で単一モードレーザー光の位相を変調すると、変調周波数間隔のサイドバンドが多数発生します。これが光コム発生器モジュールで発生する光コムとなります。
この光源を利用して、干渉法などと組み合わせて利用します。




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