干渉計の分解能を教えて下さい。

質問

マイケルソンモーレー、ファブリペローなどいろいろな干渉計がありますが、これらはどの程度の小さな長さまで測定することが出来るのでしょうか？
（ちなみに私は干渉計というものを実際に使ったことはありません）
恐らく光の波長であると思っていたのですが、ある論文で干渉計を使ってフェムトメートルオーダーで変異量を計測したと書いてあるものがありました。
ものすごい短波長の光を使えば可能なのかも知れませんが、通常は可視光しか使いませんよね？
これはどう考えれば良いのでしょうか？

回答No.2

tance · ベストアンサー

tanceです。

干渉計自体を設計したことはないので、原理的なことしか言えませんが、
干渉計というのはおっしゃるとおり、干渉によって２波の合成した強度
が変化し、それを検出するものです。

同相なら倍の出力になり、逆相なら０になります。90°だと√2倍ですね。
同様に10°だと1.9848倍です。このように位相により合成の強度が変わる
のを測定して位相を算出しているのです。

もちろん、リセットした位置から対象物が動くと、干渉出力は2～0を
行き来します。この回数をカウントし、半端は位相で計ります。

実際はもっとエレガントな工夫がされているはずですが、具体的に
どう計測しているかは知りません。

論文にあった 100fm/√Hz　はランダムノイズの大きさの表現です。
1Hzあたりのノイズ密度というものです。おそらくレーザの波長の
帯域（ちょっと変な表現ですが）に対する、測長誤差の実効値を
表したものだと思います。

レーザの純度、つまり発光帯域を50GHzとします。この数字はあまり良い
方ではないかもしれませんが、あり得る数字です。すると、√50Gは
約223600ですので、100fmを掛けると 22.36nm となります。

数字的にこんなものでしょう。

回答No.1

tance

光の干渉は波長単位ではありませんので、位相を計れば波長よりはるかに
小さい距離も測れます。普通使われている測長機（マイケンソン）では
１波長の数1000分の１という分解能を持っています。位相で、0.1度
くらいまで弁別しているということです。

詳細はわかりませんが位相シフト干渉計では波長の20,000分の１の
分解能が得られるようです。

原理はそうなのですが、実際は環境で支配されます。真空中に光を通せば
相当良い結果が得られますが、空気の密度のムラで10nmくらいは狂う
ことがあります。レーザが通る場所は対流などがないようにしないと
カタログの仕様は遠く実現できません。もちろん振動や熱膨張なども
問題になります。

それにしてもフェムトメートルというのは何かの間違いではないですか？
原子の直径が200pmくらいですからそのさらに10万分の１ですから！！

参考URL：

http://cweb.canon.jp/indtech/zygo/gpi-sp.html

お礼

ありがとうございます。

あと２つほど質問よろしいでしょうか？

干渉計というものは位相を見ているものなのですか？
２つの光源からの干渉によって生じた光の強度の変化を読み取るものではないのでしょうか？

それと論文には100fm/Hz^1/2みたいな表記がなされていたのですが、これは単純に100フェムトメートルまで読み取ったという意味ではないのでしょうか？