Effect of the Incident Optical Spot Size Upon the Quadrant Photodetector on the Optical Displacement Detection Sensitivity

In this paper, we have measured the effect of the optical spot size, incident upon the quadrant photodetector, on the optical displacement sensitivity of the optical beam deflection technique. We have built an optical displacement detection system based on the optical beam deflection method using 3 mW He-Ne laser and measured the displacement sensitivity with changing the optical spot size on the quadrant photodetector. We have also calculated the changes in the optical displacement sensitivity as a function of the incident laser spot size by modeling a circular optical spot with constant laser intensity. Our experimental and theoretical studies show that the optical displacement sensitivity increases with the decrease in the optical spot size. This suggests that in the design of the optical motion detection systems with sub-nanometer sensitivity, the displacement sensitivity can be optimized by reducing the size of the incident optical spot on the detector.

4분할 광 검출기 상의 광점 크기가 변위 측정감도에 미치는 영향

본 논문에서는 4분할 광 검출기 상에 입사된 광점의 크기에 따른 optical beam deflection방식에서의 변위 측정감도의 변화에 대해 살펴보았다. 3mW의 헬륨-네온 레이저를 사용하여 optical beam deflection방식의 광학적 변위 측정 장치를 제작하였으며 광 검출기에 도달하는 광점의 크기를 변화시켜가며 제작된 변위 측정 장비가 나타내는 변위 측정감도를 관찰하였다. 또한 광 검출기에 도달하는 optical beam power를 원형의 균일한 분포를 지닌 광점으로 설정하여 광점 크기의 변화에 따른 변위 측정감도를 계산하였다. 측정된 결과와 계산을 통하여 검출기 상에 입사하는 광점의 크기가 작을수록 변위 측정감도가 증가함을 알 수 있었으며 이는 나노미터 급의 변위측정 장비 개발에 있어 광 검출기에 도달하는 광점의 크기를 최소화함으로써 변위 측정감도를 최적화 할 수 있음을 나타낸다.