DE19904312A1

DE19904312A1 - Wellenlängenmeßsystem

Info

Publication number: DE19904312A1
Application number: DE19904312A
Authority: DE
Inventors: Minoru Maeda
Original assignee: Ando Electric Co Ltd
Current assignee: Ando Electric Co Ltd
Priority date: 1998-01-29
Filing date: 1999-01-28
Publication date: 1999-10-07
Anticipated expiration: 2019-01-29
Also published as: JPH11211571A; DE19904312C2; US6094271A

Abstract

Die Erfindung stellt ein Wellenlängenmeßsystem bereit, das eine Linse zur Umwandlung eines austretenden Lichtstrahls von einer Eingabefaser in parallele Lichtstrahlen, ein erstes Wellenlängendispersionselement, das auf der optischen Achse der parallelen Lichtstrahlen zur spektralen Beugung der parallelen Lichtstrahlen angeordnet ist, ein zweites Wellenlängendispersionselement, das gegenüber dem ersten Wellenlängendispersionselement in der Weise angeordnet ist, daß die parallelen Lichtstrahlen nach einer spektralen Beugung durch das erste Wellenlängendispersionselement darauf treffen, ein rechtwinkliges Reflexionsprisma zum Aufteilen der parallelen Lichtstrahlen von dem zweiten Wellenlängendispersionselement in zwei reflektierte Lichtstrahlen, erste und zweite optische Empfänger zum Empfangen der jeweiligen reflektierten Lichtstrahlen von dem rechtwinkligen Reflexionsprisma und eine Signalverarbeitungsschaltung zum Verarbeiten von jeweiligen Signalen von den ersten und zweiten optischen Empfängern umfaßt, um dadurch die Wellenlänge eines eintreffenden Meßlichtstrahls zu bestimmen. Somit wird mit dem Wellenlängenmeßsystem gemäß der Erfindung erreicht, ein Wellenlängenmeßsystem bereitzustellen, das kompakt und trotzdem günstig ist, kein bewegliches mechanisches Teil aufweist und keine Software bei der Datenverarbeitung zum Bestimmen der Wellenlänge einer in einer Monomode und in einem breiten Wellenlängenbereich einer Lichtquelle schwingenden Lichtwelle erfordert.

Description

Hintergrund der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wellenlängenmeßsystem zur Messung der Wellenlän ge, die z. B. in einer Monomode schwingt.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Im Falle einer DFB-LD (Distributed Feedback-Laser Diode)-Lichtquelle und einer DBR-LD (Distributed Bragg Reflector-Laser Diode)-Lichtquelle für eine Monomode-Lichtquelle ist die über eine lange Zeitdauer auftretende Wellenlängendrift der Lichtwelle vor kurzem eine Frage von besonderer Bedeutung geworden. Demgemäß ist eine Messung der Wellenlänge einer von einer Lichtquelle angeregten Lichtwelle mit einem WDM (Wavelength Division Multi plex)-System mit hoher Dichte von Zeit zu Zeit, wie dies zur Kontrolle der Wellenlänge er forderlich ist, notwendig geworden.

In der Zwischenzeit ist eine Lichtquelle mit abstimmbarer Wellenlänge vom Typ mit exter nem optischen Resonator unter Verwendung eines Beugungsgitters in die Praxis umgesetzt worden und wird sie nun in großem Maße zur Bestimmung der Wellenlängeneigenschaften von optischen Komponenten usw. verwendet. Die Lichtquelle mit abstimmbarer Wellenlänge vom Typ mit externem optischen Resonator weist einen Vorteil auf, indem optional eine Wellenlänge in dem Wellenlängenband eingestellt werden kann, das nicht kürzer als 100 nm ist, andererseits weist sie jedoch das Problem auf, daß sie für äußere Einflüsse empfänglich ist, insbesondere unterliegt die Laserwellenlänge einer davon emittierten Lichtwelle Ände rungen aufgrund von Temperaturänderungen. Zusätzlich muß die abstimmbare Lichtquelle als Folge eines Bedarfs an höherer Präzision bei dem WDM-System mit hoher Dichte eine höhe re Präzision bezüglich ihrer Laserwellenlänge aufweisen.

Demgemäß ist ein Bedarf an einem Wellenlängenmeßsystem zur Bestimmung der Wellenlän ge einer z. B. in einer Monomode schwingenden Lichtwelle zur Bestimmung einer Laserwel lenlänge einer Lichtquelle aufgetreten. Unter den herkömmlichen Instrumenten zur Bestim mung einer Laserwellenlänge einer Lichtquelle befinden sich ein Spektrometer, das ein Beu gungsgitter verwendet, ein Lichtwellenlängenmeßsystem, das das Michelson-Interferometer benutzt usw.

Fig. 10 ist ein Blockdiagramm, das ein Spektrometer mit einer Rotationseinrichtung zeigt, das, für konventionelle und übliche Spektrometer typisch, ein Beugungsgitter verwendet.

Das Spektrometer mit einer Rotationseinrichtung umfaßt eine Eingabefaser P1 als einen Lichteingabeteil, konkave Spiegel P2, P4, ein Beugungsgitter P3, einen Schlitz P5, einen opti schen Empfänger P6, einen Signalprozessor P7, einen Rotationsmechanismus P8, eine Rotati onsantriebsschaltung P9, usw. Ein von einer Lichtquelle (nicht gezeigt) abgestrahlter Meß lichtstrahl kann über die Eingabefaser P1 auf ein Spektrometer mit einer Rotationseinrichtung fallen, und die Intensität des durch den Schlitz P5 tretenden Lichtstrahls wird detektiert, wäh rend empfangene Signale, die durch ein Drehen des Beugungsgitters P3 verursachte Ände rungen der Lichtstrahlintensität kennzeichnen, analysiert werden, wodurch die Wellenlänge des Meßlichtstrahls bestimmt wird.

Genauer gesagt, fällt der von der Lichtquelle (nicht gezeigt) abgestrahlte Meßlichtstrahl durch die Eingabefaser P1 auf das Rotationsspektrometer und wandelt der konkave Spiegel P2 den aus der Eingabefaser P1 austretenden Lichtstrahl in parallele Lichtstrahlen um und reflektiert er selbige in Richtung zu dem Beugungsgitter P3.

Das Beugungsgitter P3 ist an dem Rotationsmechanismus P8, der durch von der Rotationsan triebsschaltung P9 ausgegebene Signale drehbar ist, in der Weise fest angebracht, daß eine Neigung desselben eingestellt werden kann.

Das Beugungsgitter P3 ist ein optisches Element, wodurch ein Lichtstrahl mit einer durch den Einfallswinkel q eines einfallenden Lichtstrahls gewählten Wellenlänge unter dem Refle xionswinkel b reflektiert wird gemäß der folgenden Gleichung (1)

λ = d/m.(sin θ + sin β) (1)

wobei l die Wellenlänge des einkommenden Lichtstrahls, d der Abstand zwischen Gitterlinien des Beugungsgitters P3, m die Beugungsordnung an dem Beugungsgitter P3, q der Einfalls winkel des auf das Beugungsgitter P3 fallenden, einfallenden Lichtstrahles und b der Refle xionswinkel des von dem Beugungsgitter P3 reflektierten Lichtstrahls ist.

Demgemäß werden die auf das Beugungsgitter P3 einfallenden, parallelen Lichtstrahlen zur Reflexion einer Komponente bei einer durch den Einfallswinkel q und den Reflexionswinkel b, wie sie durch die obige Gleichung (1) repräsentiert werden, bestimmten Wellenlänge zu dem konkaven Spiegel P4 gebracht. Der konkave Spiegel P4 konzentriert die Lichtstrahlen nach einer spektralen Beugung durch das Beugungsgitter P3 auf den optischen Empfänger P6, und der optische Empfänger P6 gibt wiederum ein der Intensität der dadurch empfangenen konzentrierten Lichtstrahlen bei der Wellenlänge entsprechendes elektrisches Signal an den Signalprozessor P7.

Der Signalprozessor P7 findet die Wellenlänge des Meßlichtstrahls auf der Grundlage eines optischen Signals von dem optischen Empfänger P6 bei einer durch das Beugungsgitter P3 ausgewählten Wellenlänge und eines Wellenlängensignals von der Rotationsantriebsschaltung P9.

Mit dem das Michelson-Interferometer benutzenden Wellenlängenmeßsystem, das ein weite res herkömmliches Wellenlängenmeßsystem darstellt, wird die Wellenlänge des Meßlicht strahls durch eine Fourier-Transformation einer von dem Michelson-Interferometer erhaltenen Interferenzwellenform aufgefunden.

Vor kurzem ist ein weiteres ein Beugungsgitter und eine optische Empfängeranordnung (PD: Photodiode array oder CCD: charge couple device) verwendendes Spektrometer entwickelt worden.

Fig. 11 ist eine Blockdiagramm, das ein ein Beugungsgitter P12 und eine PD-Anordnung P13 verwendendes Spektrometer zeigt.

Das Spektrometer umfaßt eine Eingabefaser P11 als Lichteingabeteil, ein konkaves Beu gungsgitter P12, eine PD-Anordnung P13, einen Signalprozessor P14, usw. Ein von einer Lichtquelle (nicht gezeigt) abgestrahlter Meßlichtstrahl wird über die Eingabefaser P11 auf das konkave Beugungsgitter P12 auftreffen gelassen und nach der spektralen Beugung von der PD-Anordnung P13 empfangen, wodurch die Wellenlänge des Meßlichtstrahls bestimmt wird.

Genauer gesagt, trifft der von der Lichtquelle (nicht gezeigt) abgestrahlte Meßlichtstrahl durch die Eingabefaser P11 auf das Spektrometer, und trifft der aus der Eingabefaser P11 austretende Lichtstrahl auf das konkave Beugungsgitter P12. Das konkave Beugungsgitter P12 ist derart an einer optischen Bank (nicht gezeigt) befestigt, daß es den Einfallswinkel q gegen die optische Achse der eintreffenden Lichtstrahlen bildet, und nicht drehbar.

Die auf das konkave Beugungsgitter P12 einfallenden, eintreffenden Lichtstrahlen werden auf die PD-Anordnung P13 konzentriert, aber die Position der Lichtkonzentration variiert in Ab hängigkeit von der Wellenlänge der jeweiligen eintreffenden Lichtstrahlen. Von jeweiligen optischen Empfängerelementen in der PD-Anordnung P13 empfangene, konzentrierte Licht strahlen mit zahlreichen Wellenlängen werden von den jeweiligen optischen Empfängerele menten in der Intensität der jeweiligen konzentrierten Lichtstrahlen entsprechende elektrische Signale umgewandelt, und die elektrischen Signale werden an den Signalprozessor P14 aus gegeben. Die Wellenlänge des Meßlichtstrahls wird auf der Grundlage der optischen Signale bei den jeweiligen Wellenlängen von der PD-Anordnung P13 durch den Betrieb des Signal prozessors P14 ermittelt.

Einerseits weist das ein Beugungsgitter verwendende herkömmliche Spektrometer und das das Michelson-Interferometer verwendende Wellenlängenmeßsystem einen Vorteil auf, in dem Wellenlängen in einem breiten Wellenlängenbereich bestimmt werden können. Anderer seits weisen diese jedoch das Problem der geringeren Zuverlässigkeit über eine lange Zeit dauer auf, da sie bewegliche mechanische Komponenten umfassen. Außerdem muß bei diesen Instrumenten ein optisches System zum Verbessern des Wellenlängenauflösungsvermögens vergrößert werden und es ist demgemäß schwierig, die Gesamtgröße des Instruments zu ver ringern.

Inzwischen weist das eine PD-Anordnung verwendende konventionelle Spektrometer den Vorteil auf, daß seine Zuverlässigkeit verbessert ist, da es keine beweglichen mechanischen Komponente aufweist, und eine Miniaturisierung der Konstruktion durchführbar ist. Es weist jedoch die Probleme auf, daß es aufgrund der hohen Kosten der PD-Anordnung eine Grenze für das Maß gibt, in dem die Kosten verringert werden können, sein Meßauflösungsvermögen aufgrund einer begrenzten Anzahl von in der PD-Anordnung enthaltenen Elementen gering ist, usw.

Mit jedem der oben beschriebenen konventionellen Wellenlängenmeßsysteme müssen die Meßdaten zur Ermittlung der Wellenlänge mittels Software verarbeitet werden, was einen Datenprozessor erfordert. Demgemäß müssen die Daten in dem Fall, in dem die Wellenlän genmeßsysteme zur Kontrolle einer Laserwellenlänge einer Lichtquelle verwendet werden, mit einer Software verarbeitet werden, was sie für eine Kontrolle der Wellenlänge mit hoher Geschwindigkeit ungeeignet macht.

In der Zwischenzeit ist ein Wellenlängenmeßsystem, das wavelength locker genannt und zur Kontrolle der Laserwellenlänge einer Lichtquelle verwendet wird, entwickelt worden. Dieses Wellenlängenmeßsystem weist eine Konstruktion auf, in der Wellenlängen von einem Filter, der die Vorteile dielektrischer Mehrfachschichten nutzt, oder von einem spektroskopischen Instrument, wie z. B. ein Beugungsgitter, gemessen werden.

Bei dieser Art von Wellenlängenmeßsystem wird jedoch der Bereich von meßbaren Wellen längen durch die Eigenschaft einer spektroskopischen Einrichtung (Filter und ähnliches) im Gebrauch begrenzt, wodurch das Problem geschaffen wird, daß selbiges nicht bei der Be stimmung von Wellenlängen in einem weiten Wellenlängenbereich verwendet werden kann. Zusätzlich müssen spektroskopische Einrichtungen bereitgestellt werden, die jeweiligen Wellenlängen gewidmet sind, wodurch das Ausmaß begrenzt wird, in dem Kosten verringert werden können.

Das heißt, daß das wavelength locker genannte Wellenlängenmeßsystem zum Kontrollieren von Laserwellenlängen einer Lichtquelle mit einem schmalen Abstimmbereich, wie z. B. die DBF-LD-Lichtquelle, geeignet ist, da selbiges eine hohe Zuverlässigkeit ohne bewegliche mechanische Komponente aufweist, für eine Miniaturisierung der Konstruktion geeignet ist und keine Software bei der Verarbeitung der Daten erfordert. Ein derartiges Wellenlängen meßsystem weist jedoch den Nachteil auf, daß es nicht zur Bestimmung oder Kontrolle von Wellenlängen einer Lichtquelle, wie z. B. der abstimmbaren Lichtquelle vom Typ mit einem externen optischen Resonator, bei der die Wellenlängen um 100 nm oder mehr variiert wer den können, verwendet werden kann.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, ein Wellenlängenmeßsystem bereitzustellen, das keine beweglichen mechanischen Teile in der Hauptkonstruktion beim Messen der Wellen länge einer Lichtquelle, keine Software beim Verarbeiten von Daten zur Bestimmung der Wellenlänge erfordert und den Bereich der meßbaren Wellenlänge vergrößern kann.

Für diesen Zweck umfaßt ein Wellenlängenmeßsystem gemäß einem ersten Aspekt der Erfin dung eine Optik zur Umwandlung eines eintreffenden Lichtstrahls von einem Lichteingabeteil in parallele Lichtstrahlen, eine spektroskopische Einrichtung zum Empfangen der parallelen Lichtstrahlen von der Optik, Aussenden der parallelen Lichtstrahlen in einer vorab bestimm ten ersten Richtung und Veranlassen einer parallelen Verschiebung der ausgesandten paralle len Lichtstrahlen in einer vertikale Komponenten der ersten Richtung enthaltenden zweiten Richtung entsprechend den Wellenlängen der parallelen Lichtstrahlen, eine erste Aufspal tungseinrichtung zum Aufspalten der von der spektroskopischen Einrichtung ausgesandten parallelen Lichtstrahlen in zwei Teile entlang einer vorab bestimmten Trennlinie, die derart geformt ist, daß sie die vertikalen Komponenten der ersten Richtung und vertikalen Kompo nenten der zweiten Richtung enthält und eine Signalverarbeitungseinrichtung zum Ausgeben eines Signals zur Bestimmung der Wellenlänge des eintreffenden Lichtstrahls auf der Basis von Ergebnissen des Vergleichs der Lichtenergie zwischen einem von der ersten Aufspal tungseinrichtung aufgeteilten ersten Teillichtstrahl und einem zweiten Teillichtstrahl.

Wenn eine Wellenlängenverschiebung bei dem eintreffenden Lichtstrahl vorliegt, unterliegen die von der spektroskopischen Einrichtung ausgesandten parallelen Lichtstrahlen in dem Wellenlängenmeßsystem gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung einer parallelen Verschie bung zu der zweiten Richtung und wird der Betrag besagter Verschiebung durch das Verhält nis der Lichtenergie des ersten Teillichtstrahls zu derjenigen des zweiten Teillichtstrahls, wie von der ersten Aufspaltungseinrichtung geteilt, wiedergegeben. Demgemäß können Wellen längen auf der Grundlage besagten Vergleichs der Lichtenergie bestimmt werden, wodurch eine Messung der Wellenlänge des eintreffenden Lichtstrahls durch ein von der Signalverar beitungseinrichtung ausgegebenes Signal ermöglicht wird.

Mit einem Wellenlängenmeßsystem mit einer derartigen Konstruktion, in der anders als im Falle von konventionellen Wellenlängenmeßsystemen keine beweglichen Komponenten des konventionellen Mechanismus erforderlich sind, wird eine Verschlechterung der Zuverlässig keit über eine lange Zeitdauer in Bezug auf die Wellenlängenmessung (aufgrund einer Ver schlechterung des Mechanismus mit beweglichen Komponenten) vermieden und kann außer dem die Konstruktion ohne bewegliche Komponenten in eine kompakte Größe gebracht wer den. Da eine Wellenlängenverschiebung des eintreffenden Lichtstrahls durch eine parallele Verschiebung der von der spektroskopischen Einrichtung ausgesandten parallelen Lichtstrah len wiedergegeben wird und die Wellenlängenmessung unter Verwendung des ersten Teil lichtstrahls und des zweiten Teillichtstrahls durchgeführt wird, die durch Aufteilen der paral lelen Lichtstrahlen in zwei Teile entlang der Trennlinie der ersten Aufspaltungseinrichtung ausgesandt werden, gibt außerdem die Breite der von der spektroskopischen Einrichtung aus gesandten parallelen Lichtstrahlen den Bereich der meßbaren Wellenlängen wieder. Daraus folgt, daß der Bereich der meßbaren Wellenlängen auf das Ausmaß der Breite der parallelen Lichtstrahlen vergrößert werden kann. Das heißt, die Erfindung kann auf leichte Weise ein Wellenlängenmeßsystem mit einem breiten dynamischen Wellenlängenbereich bereitstellen.

Ein Wellenlängenmeßsystem gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist das Wellenlän genmeßsystem gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, das ferner eine zweite Aufspaltungs einrichtung zum Aufspalten der sich von der Seite des Lichteingabeteils zu der ersten Auf spaltungseinrichtung ausbreitenden parallelen Lichtstrahlen in einem vorab bestimmten Ver hältnis umfaßt, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung ein Signal zur Bestimmung der Wellenlänge des eintreffenden Lichtstrahls auf der Grundlage von Ergebnissen des Vergleichs der Lichtenergie unter dem ersten Teillichtstrahl, dem zweiten Teillichtstrahl und einem von der zweiten Aufspaltungseinrichtung aufgeteilten dritten Teillichtstrahl ausgibt.

Mit dem Wellenlängenmeßsystem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung kann im Falle einer Änderung der Lichtenergie des eintreffenden Lichtstrahls eine Korrektur zur Bewälti gung einer derartigen Lichtenergieänderung durch vergleichende Verarbeitung unter Verwen dung der Lichtenergie des dritten Teilstrahls erzielt werden. Es gibt keine Begrenzung hin sichtlich des Ortes, an dem der dritte Teilstrahl aufgespalten wird, und die sich von der Seite des Lichteingabeteils zu der ersten Aufspaltungseinrichtung ausbreitenden parallelen Licht strahlen können an irgendeinem Platz entlang eines Lichtweges derselben aufgespalten wer den.

Ein Wellenlängenmeßsystem gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist das Wellenlän genmeßsystem gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt der Erfindung, worin die spektrosko pische Einrichtung aus einem ersten Beugungsgitter zum Empfangen der parallelen Licht strahlen von der Optik und Zerlegen derselben durch die Wellenlänge und einem zweiten Beugungsgitter zum Empfangen zerlegter Lichtstrahlen von dem ersten Beugungsgitter und Zerlegen derselben wiederum durch die Wellenlänge aufgebaut ist. Sowohl das erste Beu gungsgitter als auch das zweite Beugungsgitter können entweder vom Reflexions- oder Transmissionstyp sein. Außerdem kann irgendeine aus dem ersten Beugungsgitter und dem zweiten Beugungsgitter, die identische optische Eigenschaften aufweisen und symmetrisch gegenüber und parallel zueinander angeordnet sind, aufgebaute spektroskopische Einrichtung als die oben beschriebene spektroskopische Einrichtung fungieren.

Ein Wellenlängenmeßsystem gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung ist das Wellenlän genmeßsystem gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt der Erfindung, worin die spektrosko pische Einrichtung aus einem ersten Prisma zum Empfangen der parallelen Lichtstrahlen von der Optik und Zerlegen derselben durch die Wellenlänge und ein zweites Prisma zum Emp fangen transmittierter Lichtstrahlen von dem ersten Prisma und Zerlegen derselben wiederum durch die Wellenlänge aufgebaut ist.

Ein Wellenlängenmeßsystem gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung ist das Wellenlän genmeßsystem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, worin die spektroskopische Ein richtung aus dem ersten Beugungsgitter zum Empfangen der parallelen Lichtstrahlen von der Optik und Zerlegen derselben durch die Wellenlänge und dem zweiten Beugungsgitter zum Empfangen zerlegter Lichtstrahlen von dem ersten Beugungsgitter und Zerlegen derselben wiederum durch die Wellenlänge aufgebaut ist, wobei das erste Beugungsgitter auch als zweite Aufspaltungseinrichtung fungiert und Lichtstrahlen nullter Beugungsordnung, die von dem ersten Beugungsgitter mit nicht ausgewählter Wellenlänge reflektiert werden, als dritter Teillichtstrahl verwendet werden.

Bei dem Wellenlängenmeßsystem gemäß dem fünften Aspekt der Erfindung dient die spek troskopische Einrichtung als zweite Aufspaltungseinrichtung, und in diesem Maße wird die Anzahl der optischen Komponenten verringert, was zu einer Kostenreduzierung, Vereinfa chung des Zusammenbaus und einer Miniaturisierung der Konstruktion des Wellenlängen meßsystems führt. Da der Lichtstrahl nullter Beugungsordnung von dem ersten Beugungsgit ter (reflektrierter Lichtstrahl nullter Beugungsordnung) als dritter Teillichtstrahl benutzt wird, wird ferner eine Zunahme des Verlusts der Menge des eintreffenden Meßlichtstrahls, was der Fall ist, wenn ein Teil daraus als dritter Teillichtstrahl herausgenommen wird, vermieden.

Ein Wellenlängenmeßsystem gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung ist das Wellenlän genmeßsystem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, worin die spektroskopische Ein richtung aus einem ersten Prisma zum Empfangen der parallelen Lichtstrahlen von der Optik und Zerlegen derselben durch die Wellenlänge und einem zweiten Prisma zum Empfangen transmittierter Lichtstrahlen von dem ersten Prisma und Zerlegen derselben wiederum durch die Wellenlänge aufgebaut ist, wobei das erste Prisma auch als zweite Aufspaltungseinrich tung fungiert und ein von einer Fläche des ersten Prismas, auf die die parallelen Lichtstrahlen treffen, reflektierter Lichtstrahl als dritter Teillichtstrahl verwendet wird.

Bei dem Wellenlängenmeßsystem gemäß dem sechsten Aspekt der Erfindung dient die spek troskopische Einrichtung auch als zweite Aufspaltungseinrichtung, und wird in dem Maße die Anzahl der optischen Komponenten verringert, was zu einer Kostenreduzierung, Vereinfa chung des Zusammenbaus und einer Miniaturisierung der Konstruktion des Wellenlängen meßsystems führt. Da der von dem ersten Prisma reflektrierte Strahl als dritter Teillichtstrahl benutzt wird, wird außerdem eine Zunahme des Verlusts der Menge des eintreffenden Meß lichtstrahls aufgrund eines daraus als dritter Teillichtstrahl herausgenommenen Teils vermie den.

Ein Wellenlängenmeßsystem gemäß einem siebten Aspekt der Erfindung ist das Wellenlän genmeßsystem gemäß irgendeinem der ersten bis sechsten Aspekte der Erfindung, worin das Wellenlängenmeßsystem ferner eine Depolarisierungseinrichtung zum Verringern einer Va riation der Polarisation des eintreffenden Lichtstrahls von dem Lichteingabeteil umfaßt.

Mit dem Wellenlängenmeßsystem gemäß dem siebten Aspekt der Erfindung kann eine Varia tion der Polarisation des eintreffenden Lichtstrahls durch die Depolarisierungseinrichtung selbst bei Verwendung der spektroskopischen Einrichtung mit wesentlicher Polarisationsei genschaft (z. B. im Falle von Wellenlängendispersionselementen, d. h. Beugungsgitter, die eine beträchtliche Polarisationseigenschaft aufweisen) vermindert werden, wodurch eine Ver schlechterung der Dispersions(Reflexions)effizienz der spektroskopischen Einrichtung auf grund der Polarisationseigenschaft derselben verhindert werden kann. Demzufolge wird eine Abnahme der Intensität des ersten Teillichtstrahls und des zweiten Teillichtstrahls aufgrund der Polarisationseigenschaft des eintreffenden Lichtstrahls vermieden, so daß ein Vergleich der Intensität des ersten Teillichtstrahls mit derjenigen des zweiten Teillichtstrahls von der Signalverarbeitungseinrichtung genau durchgeführt werden kann. In dem Fall, in dem der dritte Teillichtstrahl zur Bestimmung der Wellenlängen benutzt wird, unterscheidet sich au ßerdem im allgemeinen das Verhältnis der Abnahme der Intensität des dritten Teillichtstrahls aufgrund der Polarisationseigenschaft des eintreffenden Lichtstrahls von demjenigen für den ersten Teillichtstrahl und den zweiten Teillichtstrahl. Wenn die Polarisationseigenschaft be tragsmäßig erheblich ist, wird folglich ein Vergleich der Intensität des dritten Teillichtstrahls mit derjenigen für den ersten Teillichtstrahl und den zweiten Teillichtstrahl ungenau werden. Mit dem Wellenlängenmeßsystem gemäß dem siebten Aspekt der Erfindung kann jedoch der Vergleich der Intensität des dritten Teillichtstrahls mit derjenigen für den ersten Teillichtstrahl und den zweiten Teillichtstrahl durch Vermindern der Wirkung der Polarisationseigenschaft genau durchgeführt werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Wellenlängenmeßsystem gemäß einer ersten Ausfüh rungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 2 ist eine Schemadarstellung, die eine entsprechend der Wellenlänge eines eintreffenden Lichtstrahls variierende Verschiebung von auf ein rechtwinkliges Prisma auftreffenden, re flektierten parallelen Lichtstrahlen darstellt;

Fig. 3 zeigt eine Graphik, die eine Ausgabekennlinie jeweils des ersten und zweiten optischen Empfängers im Verhältnis zu der Wellenlänge des eintreffenden Lichtstrahls zeigt;

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das ein Wellenlängenmeßsystem gemäß einer zweiten Ausfüh rungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, das ein Wellenlängenmeßsystem gemäß einer dritten Ausfüh rungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, das ein Wellenlängenmeßsystem gemäß einer vierten Ausfüh rungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 7 ist eine Schemadarstellung, die die Einstellung der Richtung darstellt, in der der eintref fende Lichtstrahl durch Verwendung eines Kalkspat als ein depolarisierendes optisches Ele ment verwendenden Strahlteilers aufgeteilt wird;

Fig. 8 ist ein Blockdiagramm, das ein Wellenlängenmeßsystem gemäß einer fünften Ausfüh rungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 9 ist ein Blockdiagramm, das ein Wellenlängenmeßsystem gemäß einer sechsten Ausfüh rungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 10 ist ein Blockdiagramm, das ein konventionelles Spektrometer mit einem drehbaren Beugungsgitter zeigt; und

Fig. 11 ist ein Blockdiagramm, das ein konventionelles Spektrometer mit einem feststehenden Beugungsgitter und einer PD-Anordnung zeigt;

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Nachfolgend werden Ausführungsformen eines Wellenlängenmeßsystems gemäß der Erfin dung ausführlich unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 8 beschrieben.

[Erste Ausführungsform]

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Wellenlängenmeßsystem gemäß einer ersten Ausfüh rungsform zeigt.

Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt das Wellenlängenmeßsystem gemäß der ersten Ausfüh rungsform einen Eingabelichtwellenleiter 1 als Eingabeteil, eine Linse 2 als Optik zum Um wandeln eines Lichtstrahls in parallele Lichtstrahlen, erste und zweite Beugungsgitter 3, 4 als Wellenlängendispersionselemente, die eine spektroskopische Einrichtung bilden, ein recht winkliges Reflexionsprisma 5 als erste Aufspaltungseinrichtung, erste und zweite optische Empfänger 6, 7, die auf einer optischen Bank (nicht gezeigt) fest angebracht sind, und eine Signalverarbeitungseinheit (Signalverarbeitungseinrichtung) 8 zur Verarbeitung von Ausga besignalen von den ersten und zweiten optischen Empfängern 6, 7.

Ein Eingangslichtstrahl von einer Lichtquelle (in Fig. 1 nicht gezeigt) wird in den Eingabe lichtwellenleiter 1 geführt und von einer Stirnseite desselben ausgesandt.

Die Linse 2 ist auf der optischen Achse des aus dem Eingabelichtwellenleiter l austretenden Lichtstrahls angeordnet und wandelt den austretenden Lichtstrahl von der Stirnseite des Ein gabelichtwellenleiters 1 in parallele Lichtstrahlen um.

Nach seiner Umwandlung in die parallelen Lichtstrahlen trifft der austretende Lichtstrahl auf das auf der optischen Achse des austretenden Lichtstrahls angeordnete erste Beugungsgitter 3.

Das erste Beugungsgitter 3 fungiert als ein Wellenlängendispersionsreflektor und läßt die dar auf unter dem durch die vorangehend beschriebene Gleichung (1) ausgedrückten Einfallswin kel (q) einfallenden parallelen Lichtstrahlen in Richtung zu dem zweiten Beugungsgitter 4 unter dem Reflexionswinkel b, der von den jeweiligen Wellenlänge der parallelen Lichtstrah len bestimmt wird, reflektiert werden.

Das zweite Beugungsgitter 4 reflektiert wiederum die von dem ersten Beugungsgitter 3 re flektierten Lichtstrahlen (z. B. einen reflektierten Lichtstrahl erster Beugungsordnung) zu dem rechtwinkligen Reflexionsprisma 5 unter dem sich durch die Gleichung (1) ergebenden Refle xionswinkel.

Das erste Beugungsgitter 3 und das zweite Beugungsgitter 4 sind Beugungsgitter mit dersel ben optischen Leistung und parallel zueinander und entgegengesetzt zueinander angeordnet. Dementsprechend gleicht der Einfallswinkel des auf das zweite Beugungsgitter 4 treffenden Lichtstrahles dem Reflexionswinkel des von dem ersten Beugungsgitter 3 reflektierten Licht strahls, und gleicht der Reflexionswinkel des von dem zweiten Beugungsgitter 4 reflektierten Lichtstrahls dem Einfallswinkel eines der auf das erste Beugungsgitter 3 einfallenden paral lelen Lichtstrahlen.

Folglich wird die optische Achse des von dem zweiten Beugungsgitter 4 reflektierten Licht strahls parallel zu der optischen Achse des aus dem Eingabelichtwellenleiter 1 austretenden Lichtstrahls sein, wobei sie einer Translationsbewegung in der Weise unterliegt, daß sich der Abstand zwischen der optischen Achse des austretenden Lichtstrahls von dem Eingabelicht wellenleiter 1 und der optischen Achse des von dem zweiten Beugungsgitter 4 reflektierten Lichtstrahls gemäß der Wellenlänge des austretenden Lichtstrahls von dem Eingabelichtwel lenleiter 1 ändert.

Das rechtwinklige Reflexionsprisma 5 teilt die von dem zweiten Beugungsgitter 4 reflektier ten parallelen Lichtstrahlen in zwei Teile entlang einer Trennlinie, die von zwei Seiten des selben gebildet wird, die sich unter einem rechten Winkel schneiden, auf, so daß jeder der zwei Teile auf den jeweiligen ersten und zweiten optischen Empfänger 6, 7 trifft. Ein Teil der parallelen Lichtstrahlen, der zu der Seite des ersten optischen Empfängers 6 aufgespalten wird, ist ein erster Teillichtstrahl, und der andere Teil der parallelen Lichtstrahlen, der zu der Seite des zweiten optischen Empfängers 7 aufgespalten wird, ist ein zweiter Teillichtstrahl.

Die ersten und zweiten optischen Empfänger 6, 7 sind z. B. aus einer Photodiode und derglei chen gebildet und wandeln die von dem zweiten Beugungsgitter 4 reflektierten und von dem rechtwinkligen Reflexionsprisma 5 aufgespalteten Lichtstrahlen in elektrische Signale um, die jeweils einen elektrischen Strom ausgeben, der in der oben beschriebenen Weise der Lichte nergie der reflektierten Lichtstrahlen entspricht.

Die Signalverarbeitungseinheit 8 ist aus I/V-Wandlern 8a, 8b zur Umwandlung von zu der Intensität der jeweiligen Teillichtstrahlen proportionalen elektrischen Strömen, d. h. der je weiligen elektrischen Signale von den ersten und zweiten optischen Empfängern 6, 7 und ei nem Differentialverstärker 8e zum Miteinandervergleichen der jeweiligen Signalstärken von den ersten und zweiten optischen Empfängern 6, 7 und Verstärken einer Differenz gebildet, wobei eine verstärkte Spannungsdifferenz als ein Wellenlängensignal zur Bestimmung der Wellenlänge des eintreffenden Lichtstrahls ausgegeben wird.

Fig. 2 ist eine Schemadarstellung, die eine Verschiebung der optischen Achse der auf das rechtwinklige Reflexionsprisma 5 eintreffenden, reflektierten parallelen Lichtstrahlen ent sprechend der Wellenlänge des eintreffenden Lichtstrahls darstellt. In der Figur kennzeichnet A die Flächennormale jeweils des ersten Beugungsgitters 3 und des zweiten Beugungsgitters 4 und kennzeichnet C den Durchmesser des eintreffenden Lichtstrahls.

Der in Form der parallelen Lichtstrahlen eintreffende Lichtstrahl trifft unter dem Einfallswin kel q auf das erste Beugungsgitter 3 und wird unter bestimmten Reflexionswinkeln (z. B. unter dem Einfallswinkel b1, wenn die Wellenlänge 11 ist, und unter dem Einfallswinkel b2, wenn die Wellenlänge 12 ist) in Abhängigkeit von den Wellenlängen der jeweiligen parallelen Lichtstrahlen reflektiert. Die reflektierten Lichtstrahlen treffen unter dem Einfallswinkel ge mäß der Wellenlänge derselben auf das zweite Beugungsgitter 4 und werden ungeachtet der Wellenlängen derselben unter dem Winkel q reflektiert.

Dementsprechend sind die reflektierten Lichtstrahlen von dem zweiten Beugungsgitter 4 im wesentlichen parallel zu dem eintreffenden Lichtstrahl und ist der Durchmesser des aus den reflektierten Lichtstrahlen zusammengesetzten Lichtstrahls im wesentlichen derselben wie derjenige des eintreffenden Lichtstrahls. Mit der in Fig. 2 gezeigten Konfiguration wird ein von dem zweiten Beugungsgitter 4 reflektierter Lichtstrahl, dessen optische Achse dichter bei derjenigen des aus der Linse 2 austretenden, eintreffenden Lichtstrahls ist, auf der Seite der längeren Wellenlängen sein, während derjenige, dessen optische Achse weiter von derjenigen des eintreffenden Lichtstrahls weg ist, auf der Seite der kürzeren Wellenlängen sein wird.

Fig. 3 zeigt eine Graphik, die jeweilige Ausgabekennlinien der ersten und zweiten optischen Empfänger 6, 7 im Verhältnis zu der Wellenlänge des eintreffenden Lichtstrahls zeigt.

Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, variieren die Orte, an denen die von dem ersten Beugungsgitter 3 und dem zweiten Beugungsgitter 4 reflektierten Lichtstrahlen auf das rechtwinklige Refle xionsprisma 5 treffen, in Abhängigkeit von der Wellenlänge derselben und folglich variiert auch das Verhältnis der auf zwei Seiten von dem rechtwinkligen Reflexionsprisma 5 aufge teilten Lichtstrahlen in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Demzufolge variiert die Intensität der jeweiligen zu den jeweiligen ersten und zweiten optischen Empfängern 6, 7 gegebenen Teillichtstrahlen als Folge einer derartigen Variation des Verhältnisses der aufgeteilten Licht strahlen in der in Fig. 3 gezeigten Weise. Somit kann die Wellenlänge des eintreffenden Lichtstrahls anhand des Verhältnisses der Intensität zwischen den Teillichtstrahlen, die auf geteilt und zu jeweiligen ersten optischen Empfängern 6 und den zweiten optischen Empfän gern 7 gegeben worden sind, bestimmt werden.

Bei dem Wellenlängenmeßsystem gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ist es zur Bestimmung der Wellenlänge einer Lichtwelle notwendig, daß Licht auf sowohl den ersten optischen Empfänger 6 als auch den zweiten optischen Empfänger 7 trifft, die wiederum je weils eine Ausgabe liefern. Demgemäß wird der Bereich von meßbaren Wellenlängen durch den Bereich der Wellenlängen der Lichtstrahlen definiert, die sowohl auf den ersten optischen Empfänger 6 als auch auf den zweiten optischen Empfänger 7 treffen können.

Daraus folgt, daß der Bereich von meßbaren Wellenlängen durch Vergrößern des Durchmes sers des eintreffenden Lichtstrahls aufgeweitet werden kann, selbst wenn die Konfiguration aus dem ersten Beugungsgitter 3 und dem zweiten Beugungsgitter 4 konstant bleibt, und um gekehrt der Bereich von meßbaren Wellenlängen durch Verringern des Durchmessers des eintreffenden Lichtstrahls verkleinert werden kann. Das heißt, daß der Bereich der meßbaren Wellenlängen recht einfach vergrößert werden kann.

Es ist ferner möglich, den Bereich der meßbaren Wellenlängen und des Meßauflösungsver mögens durch Variieren des Abstandes zwischen zwei Wellenlängendispersionselementen (Beugungsgitter und Prismen: in dieser Ausführungsform die ersten und zweiten Beugungs gitter 3 und 4), die zueinander entgegengesetzt angeordnet sind, wobei der Durchmesser des eintreffenden Lichtstrahls in die parallelen Lichtstrahlen umzuwandeln ist, und des Nei gungswinkels, unter dem die zwei Wellenlängendispersionselemente angeordnet sind, einzu stellen. Das heißt, durch Verwendung von identischen optischen Komponenten und durch Variieren der Konfiguration derselben kann ein Wellenlängenmeßsystem hergestellt werden, das zahlreiche Wellenlängenmeßeigenschaften (einen variierenden Bereich von meßbaren Wellenlängen und ein variierendes Meßauflösungsvermögen) aufweist. Mit anderen Worten, selbst wenn Wellenlängenmeßsysteme mit zahlreichen Wellenlängenmeßeigenschaften (ein variierender Bereich von meßbaren Wellenlängen und ein variierendes Meßauflösungsvermö gen) hergestellt werden, ist es nicht notwendig, optische Elemente mit zahlreichen Eigen schaften bereitzustellen, was zu einer Kostenreduzierung führt.

Da - wie vorangehend beschrieben - zur Wellenlängenmessung keine mechanisch bewegli chen Teile erforderlich sind, ist es mit dem Wellenlängenmeßsystem gemäß der ersten Aus führungsform der Erfindung möglich, die Zuverlässigkeit über eine lange Zeitdauer zu ver bessern, eine Miniaturisierung der Konfiguration zu erzielen und die zur Wellenlängenmes sung erforderliche Zeit zu verkürzen (die Wellenlänge des eintreffenden Meßlichtstrahls kann im wesentlichen beim Eintreffen desselben bestimmt werden). Ferner kann die Signalverar beitungseinheit 8 zur Ausgabe von Wellenlängensignalen zur Bestimmung der Wellenlänge aus einer einfachen Schaltung gebildet werden, die hauptsächlich die I/V-Wandler 8a, 8b zum Umwandeln von elektrischen Signalen von den jeweiligen ersten und zweiten optischen Emp fängern 6, 7, d. h. des zu der Intensität der jeweiligen Teillichtstrahlen proportionalen elektri schen Stroms und aus dem Differentialverstärker 8e zum Miteinandervergleichen von Ausga bespannungen von den jeweiligen ersten und zweiten optischen Empfängern 6, 7 umfaßt, was keine Software zur Bestimmung der Wellenlänge erfordert. Wie es oben beschrieben ist, kann ferner der Bereich der meßbaren Wellenlängen leicht vergrößert werden.

Ferner ist es mit dem Wellenlängenmeßsystem gemäß dieser Ausführngsform möglich, die Konstruktion, insbesondere ein optisches System, das aus der Linse 2, den spektroskopischen Einrichtungen 3, 4, dem rechtwinkligen Reflexionsprisma 5 usw. gebildet ist, zu miniaturisie ren, und kann demzufolge durch Steuern der Temperatur des gesamten optischen Systems, selbst wenn der Zustand der Anwendungsumgebung einer wesentlichen Änderung unterliegt, eine Verschlechterung der Genauigkeit der Wellenlängenmessung leicht vermieden werden.

Es muß weiterhin herausgestellt werden, daß die Erfindung nicht auf das Wellenlängenmeß system mit einer Konstruktion gemäß dieser Ausführungsform beschränkt ist und z. B. Trans missions-Beugungsgitter, Dispersionsprismen usw. die die spektroskopischen Einrichtungen bildenden Wellenlängendispersionselemente ersetzen können. Außerdem können anstelle der Konfiguration, bei der die parallelen Lichtstrahlen unter Verwendung des rechtwinkligen Re flexionsprismas als erste Aufspaltungseinrichtung aufgeteilt werden, zahlreiche andere Konfi gurationen, bei denen z. B. die parallelen Lichtstrahlen unter Verwendung eines an der Ober fläche reflektierenden Prismas (Spiegel) aufgeteilt werden, und dergleichen übernommen werden. Es ist auch selbstverständlich, daß anstelle der Konfiguration, in der die parallelen Lichtstrahlen nach der Aufteilung direkt auf die ersten und zweiten optischen Empfänger 6, 7 treffen, die parallelen Lichtstrahlen unter Verwendung einer Konzentriereinrichtung konzen triert werden können, bevor sie von den optischen Empfängern empfangen werden.

[Zweite Ausführungsform]

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das ein Wellenlängenmeßsystem gemäß einer zweiten Ausfüh rungsform der Erfindung zeigt. In der zweiten Ausführungsform haben Teile, die den voran gehend unter Bezugnahme auf die erste Ausführungsform beschriebenen gleichen, identische Bezugszeichen erhalten und wird deren Beschreibung weggelassen.

Das Wellenlängenmeßsystem gemäß der zweiten Ausführungsform ist durch Hinzufügen ei nes optischen Strahlteilers 10 als zweite Aufspaltungseinrichtung und eines dritten optischen Empfängers 11 zu dem Wellenlängenmeßsystem gemäß der ersten Ausführungsform der Er findung gebildet, während die Signalverarbeitungseinheit 8 der ersten Ausführungsform in eine Signalverarbeitungseinheit 8A zur Verarbeitung auch der elektrischen Signale von dem dritten optischen Empfänger umgewandelt worden ist.

Der optische Strahlteiler 10 ist zwischen einer Linse 2 als Optik zum Umwandeln eines ein treffenden Lichtstrahls in parallele Lichtstrahlen und einem ersten Beugungsgitter 3 angeord net und teilt die darauf auftreffenden parallelen Lichtstrahlen in einem bestimmten Verhältnis, wobei ein Teil der parallelen Lichtstrahlen zu dem dritten optischen Empfänger 11 reflektiert wird, während der Rest der parallelen Lichtstrahlen zu dem ersten Beugungsgitter 3 hindurch gelassen wird. Der Teil der parallelen Lichtstrahlen, der zu dem dritten optischen Empfänger 11 reflektiert wird, bildet einen dritten Teillichtstrahl. Die auf das erste Beugungsgitter 3 tref fenden parallelen Lichtstrahlen verhalten sich in derselben Weise wie im Falle der ersten Aus führungsform.

Der dritte optische Empfänger 11 ist zum Beispiel aus einer Photodiode usw. gebildet und wandelt den dritten Teillichtstrahl, der von dem optischen Strahlteiler 10 aufgeteilt und re flektiert wird, in ein elektrisches Signal um.

Die Signalverarbeitungseinheit 8A führt einen Vergleich zwischen Signalen von den ersten, zweiten und dritten optischen Empfängern 6, 7, 11 und eine Verstärkung der Differenzen zwi schen diesen durch, wobei ein Wellenlängensignal zur Bestimmung der Wellenlänge des ein treffenden Lichtstrahls ausgegeben wird.

Die Signalverarbeitungseinheit 8A ist aus einer einfachen Schaltung gebildet, die hauptsäch lich I/V-Wandler 8a, 8b, 8c zum Umwandeln des elektrischen Signals jeweils von den ersten, zweiten und dritten optischen Empfängern 6, 7, 11, das ein zu der Intensität der jeweiligen Teillichtstrahlen proportionaler elektrischer Strom ist, in eine Spannung, Differentialverstär ker 8f, 8g zum Vergleichen der Signalstärke jeweils von den ersten und zweiten optischen Empfängern 6, 7 auf der Grundlage des Signals von dem dritten optischen Empfänger 11 als Referenzstärke und Verstärken der Differenzen und einen weiteren Differentialverstärker 8h zum Miteinandervergleichen der Signale von den Differentialverstärkern 8f und 8g und Ver stärken einer Differenz zwischen diesen umfaßt.

Wenn die Intensität eines eintreffenden Lichtstrahls von dem Eingabelichtwellenleiter 1 (z. B. ein eintreffender Lichtstrahl von einer Lichtquelle) variiert, bleibt bei dem Wellenlängenmeß system gemäß der ersten Ausführungsform das Verhältnis der Intensität des von dem ersten optischen Empfänger 6 empfangenen Teillichtstrahls zu derjenigen des von dem zweiten opti schen Empfänger 7 empfangenen Teillichtstrahls in Abhängigkeit von der Wellenlänge der jeweiligen Teillichtstrahlen unverändert, jedoch unterliegen die Signalstärken selbst Ände rungen. Es ist somit unmöglich, Wellenlängen an der Lichtquelle des eintreffenden Licht strahls mit einem Signal selbst zu kontrollieren, das von der Signalverarbeitungseinheit 8 aus gegeben ist, obwohl die Wellenlänge des eintreffenden Lichtstrahls gemessen werden kann.

Selbst wenn die Intensität des eintreffenden Lichtstrahls sich ändert, wird andererseits die Intensität des von den jeweiligen ersten und zweiten optischen Empfängern 6, 7 empfangenen Teillichtstrahls bei dem Wellenlängenmeßsystem gemäß der zweiten Ausführungsform auf der Grundlage der Intensität des eintreffenden Lichtstrahls als Referenzintensität normiert, bevor die von der Wellenlänge abhängigen Signale von den ersten und zweiten optischen Empfängern 6, 7 verglichen und die Differenz verstärkt wird. Mit einer derartigen Konfigura tion wird ein letztendlich von der Signalverarbeitungseinheit 8A ausgegebenes Wellenlängen signal zur Bestimmung der Wellenlänge direkt und ausschließlich auf der Basis lediglich der Wellenlänge bestimmt, ohne verändert zu werden, selbst wenn die Intensität des eintreffenden Lichtstrahls einer Änderung unterliegt.

Folglich ist es durch die Verwendung des Wellenlängenmeßsystems gemäß der zweiten Aus führungsform nicht nur möglich, die Wellenlänge des eintreffenden Lichtstrahls an der Licht quelle zu messen, sondern auch die Wellenlänge an der Lichtquelle mit dem Signal selbst zu kontrollieren, das von der Signalverarbeitungseinheit 8A ausgegeben wird.

Es muß auch herausgestellt werden, daß die Erfindung nicht auf das Wellenlängenmeßsystem mit der Konfiguration gemäß der Ausführungsform, in der der als die zweite Aufspaltungsein richtung gezeigte optische Strahlteiler zwischen der Linse 2 und dem ersten Beugungsgitter 3 angeordnet ist, beschränkt ist, sondern z. B. der optische Strahlteiler 10 zwischen der spektro skopischen Einrichtung und dem rechtwinkligen Reflexionsprisma 5 oder zwischen dem er sten Beugungsgitter 3 und dem zweiten Beugungsgitter 4 innerhalb der spektroskopischen Einrichtung angeordnet werden kann.

[Dritte Ausführungsform]

Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, das ein Wellenlängenmeßsystem gemäß einer dritten Ausfüh rungsform der Erfindung zeigt. In der dritten Ausführungsform sind Teile, die den vorange hend unter Bezugnahme auf das Wellenlängenmeßsystem gemäß den ersten und zweiten Aus fürungsformen gleichen, mit identischen Bezugszeichen versehen, und wird eine Beschrei bung derselben weggelassen.

Das Wellenlängenmeßsystem gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung unterschei det sich von dem Wellenlängenmeßsystem gemäß der zweiten Ausführungsform nur hin sichtlich der Verwendung von Dispersionsprismen als Wellenlängendispersionselemente einer spektroskopischen Einrichtung, und ansonsten weist es dieselbe Konfiguration wie diejenige des Wellenlängenmeßsystems gemäß der zweiten Ausführungsform auf.

Ein erstes Dispersionsprisma 13 ist an einer festen Position auf der optischen Achse eines austretenden Lichtstrahls von einer Linse 2 angeordnet und läßt den austretenden Lichtstrahl dort unter zahlreichen Winkeln in Abhängigkeit von den Wellenlängen der Lichtstrahlen dis persiv hindurch.

Ein zweites Dispersionsprisma 14 ist in einer symmetrischen Weise gegenüber dem ersten Dispersionsprisma 13 und an einer festen Position auf der optischen Achse der von dem er sten Dispersionsprisma 13 hindurchgelassenen Lichtstrahlen angeordnet und läßt bei Emp fang der transmittierten Lichtstrahlen von dem ersten Dispersionsprisma 13 die transmittierten Lichtstrahlen dort in die Richtung eines rechtwinkligen Reflexionsprismas 5 dispersiv hin durch.

Mit dem Wellenlängenmeßsystem gemäß der dritten Ausführungsform wird dieselbe Be triebswirkung wie diejenige für die ersten und zweiten Ausführungsformen erhalten.

[Vierte Ausführungsform]

Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, das ein Wellenlängenmeßsystem gemäß einer vierten Ausfüh rungsform der Erfindung zeigt. In der vierten Ausführungsform sind Teile, die den vorange hend unter Bezugnahme auf das Wellenlängenmeßsystem gemäß der ersten bis dritten Aus fürungsform gleichen, mit identischen Bezugszeichen versehen, und wird deren Beschrei bung weggelassen.

Das Wellenlängenmeßsystem gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung weist die selbe Konstruktion wie diejenige des Wellenlängenmeßsystems gemäß der zweiten Ausfüh rungsform mit der Ausnahme auf, daß ein depolarisierendes optisches Element (Depolarisie rungseinrichtung) 12 zwischen einer Linse 2 und einem optischen Strahlteiler 10 angeordnet ist.

Fig. 7 zeigt drei unterschiedliche Ansichten zur Darstellung der Trennzustände für transmit tiertes Licht mittels des depolarisierenden optischen Elements 12. In der Figur sind der opti sche Strahlteiler 10 und die spektroskopischen Einrichtungen (erste und zweite Beugungsgit ter 3, 4) weggelassen.

Eine Strahlversatzeinrichtung und dergleichen, die z. B. eine depolarisierende Kristallplatte oder Kalkspat benutzt, kann als depolarisierendes optisches Element 12 verwendet werden, und mittels einer derartigen Strahlversatzeinrichtung kann eintreffendes Licht in zwei linear polarisierte kollimierte Lichtstrahlen aufgeteilt werden, deren Polarisationsebenen sich ortho gonal zueinander schneiden. Wie es in Fig. 7 gezeigt ist, ist die Richtung, in der das eintref fende Licht in die kollimierten Lichtstrahlen aufgeteilt wird, derart eingestellt, daß die Rich tung der getrennten jeweiligen kollimierten Lichtstrahlen die Richtung, entlang derer das ein treffende Licht in zwei Teile von einem rechtwinkligen Reflektionsprisma 5 zu den jeweiligen ersten und zweiten optischen Empfängern aufgeteilt wird, unter rechten Winkeln schneidet (um parallel zu einer Trennlinie 5a des rechtwinkligen Reflektionsprismas 5 zu verlaufen).

Mit dem Wellenlängenmeßsystem gemäß dieser Ausführungsform, das das depolarisierende optische Element 12 verwendet, kann eine Variation der Polarisation des eintreffenden Lichts mittels des depolarisierenden optischen Elements 12 selbst bei Verwendung von Wellenlän gendispersionselementen, d. h. Beugungsgittern, die als spektroskopische' Einrichtung eine wesentliche Polarisationseigenschaft aufweisen, vermindert werden, wodurch eine Ver schlechterung der Dispersions(Reflexions)effizienz aufgrund der Wirkung der Polarisations eigenschaft der Wellenlängendispersionselemente verhindert werden kann, so daß eine resul tierende Abnahme der Intensität des auf die jeweiligen ersten und zweiten optischen Empfän ger 6, 7 treffenden, kollimierten Lichtstrahls verhindert werden kann.

[Fünfte Ausführungsform]

Fig. 8 ist eine Blockdiagramm, das ein Wellenlängenmeßsystem gemäß einer fünften Ausfüh rungsform der Erfindung zeigt. In der fünften Ausführungsform sind Teile, die den vorange hend unter Bezugnahme das Wellenlängenmeßsystem gemäß den ersten bis vierten Ausfüh rungsformen gleichen, mit identischen Bezugszeichen versehen, und wird eine Beschreibung derselben weggelassen.

Das Wellenlängenmeßsystem gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung, das erste und zweite Beugungsgitter 3, 4 als Wellenlängendispersionselemente einer spektroskopischen Einrichtung verwendet, ist derart gebildet, daß das erste Gitter 3 auch als eine zweite Auf spaltungseinrichtung fungiert, die einen Teil der auf das erste Gitter 3 treffenden parallelen Lichtstrahlen, d. h. einen Lichtstrahl der nullten Beugungsordnung bei einer nicht als einen dritten Teillichtstrahl ausgewählten Wellenlänge reflektiert, und ein dritter optischer Empfän ger 11 ist derart angeordnet, daß er den dritten Teillichtstrahl empfängt. Bei dem Wellenlän genmeßsystem gemäß der fünften Ausführungsform ist der in der zweiten Ausführungsform verwendete optische Strahlteiler 10 entbehrlich und kann demzufolge die Anzahl der opti schen Komponenten vermindert werden, was zur Kostenreduzierung und Vereinfachung des Zusammenbaus führt. Da die parallelen Lichtstrahlen nicht mit dem optischen Strahlteiler aufgeteilt werden müssen, wird ferner ein Lichtenergieverlust verhindert.

[Sechste Ausführungsform]

Fig. 9 ist ein Blockdiagramm, das ein Wellenlängenmeßsystem gemäß einer sechsten Ausfüh rungsform der Erfindung zeigt. In der sechsten Ausführungsform sind Teile, die den vorange hend unter Bezugnahme auf das Wellenlängenmeßsystem gemäß den ersten bis fünften Aus führungsformen beschriebenen gleichen, mit identischen Bezugszeichen versehen, und wird eine Beschreibung derselben weggelassen.

Das Wellenlängenmeßsystem gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung, das erste und zweite Dispersionsprismen 13, 14 als Wellenlängendispersionselemente einer spektroskopischen Einrichtung verwendet, ist derart aufgebaut, daß das erste Disper sionsprisma 13 auch als zweite Aufspaltungseinrichtung fungiert, die davon einen Teil der auf das erste Dispersionsprisma 13 treffenden parallelen Lichtstrahlen als einen dritten Teillicht strahl reflektiert, und ist ein dritter optischer Empfänger derart angeordnet, daß er den dritten Teillichtstrahl empfängt.

Mit dem Wellenlängenmeßsystem gemäß dieser Ausführungsform kann auf den in der zwei ten Ausführungsform benutzten optischen Strahlteiler 10 verzichtet werden und kann demzu folge die Anzahl der optischen Komponenten vermindert werden, was zu einer Kostenredu zierung und Vereinfachung des Aufbaus führt. Da die parallelen Lichtstrahlen nicht mit dem optischen Strahlteiler aufgeteilt werden müssen, wird ferner ein Lichtenergieverlust vermin dert.

Somit kann die Erfindung ein äußerst zuverlässiges Wellenlängenmeßsystem bereitstellen, das keine bewegliche mechanische Komponente aufweist und demzufolge nicht für eine Lei stungsverschlechterung mit der Zeit anfällig ist. Da keine teuren Komponenten, wie z. B. eine PD-Anordnung, erforderlich sind, ist zudem eine Kostenreduzierung durchführbar. Ferner ist mit dem Wellenlängenmeßsystem gemäß der Erfindung keine Verwendung von Software bei der Datenverarbeitung zur Bestimmung von Lichtwellenlängen erforderlich, was eine Mes sung der Lichtwellenlängen mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht, und das Wellenlängen meßsystem gemäß der Erfindung ist recht nützlich, insbesondere wenn es zur Kontrolle von Wellenlängen einer Lichtquelle verwendet wird, da eine schnelle Kontrolle durch Verarbei tung mit einer Hardware möglich ist.

Claims

1. Ein Wellenlängenmeßsystem, mit:

- einer Optik zur Umwandlung eines eintreffenden Lichtstrahls von einem Lichtein gabeteil in parallele Lichtstrahlen:
- einer spektroskopischen Einrichtung zum Empfangen der parallelen Lichtstrahlen von der Optik, Aussenden der parallelen Lichtstrahlen in einer vorab bestimmten ersten Richtung und Veranlassen einer parallelen Verschiebung der ausgesandten parallelen Lichtstrahlen in einer vertikale Komponenten der ersten Richtung ent haltenden zweiten Richtung entsprechend den Wellenlängen der parallelen Licht strahlen:
- einer ersten Aufspaltungseinrichtung zum Aufspalten der von der spektroskopi schen Einrichtung ausgesandten parallelen Lichtstrahlen in zwei Teile entlang ei ner vorab bestimmten Trennlinie, die derart geformt ist, daß sie die vertikalen Komponenten der ersten Richtung und vertikalen Komponenten der zweiten Richtung enthält; und
- einer Signalverarbeitungseinrichtung zum Ausgeben eines Signals zur Bestim mung der Wellenlänge des eintreffenden Lichtstrahls auf der Basis von Ergebnis sen des Vergleichs der Lichtenergie zwischen einem von der ersten Aufspaltungs einrichtung aufgeteilten ersten Teillichtstrahl und einem zweiten Teillichtstrahl.

2. Wellenlängenmeßsystem nach Anspruch 1, das ferner eine zweite Aufspaltungseinrich tung zum Aufspalten der sich von der Seite des Lichteingabeteils zu der ersten Aufspal tungseinrichtung ausbreitenden parallelen Lichtstrahlen in einem vorab bestimmten Ver hältnis umfaßt, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung ein Signal zur Bestimmung der Wellenlänge des eintreffenden Lichtstrahls auf der Grundlage von Ergebnissen des Ver gleichs der Lichtenergie unter dem ersten Teillichtstrahl, dem zweiten Teillichtstrahl und einem von der zweiten Aufspaltungseinrichtung aufgeteilten dritten Teillichtstrahl ausgibt.

3. Wellenlängenmeßsystem nach Anspruch 1 oder 2, worin die spektroskopische Einrichtung aus einem ersten Beugungsgitter zum Empfangen der parallelen Lichtstrahlen von der Optik und Zerlegen derselben durch die Wellenlängen und einem zweiten Beugungsgitter zum Empfangen zerlegter Lichtstrahlen von dem ersten Beugungsgitter und Zerlegen der selben wiederum durch die Wellenlänge aufgebaut ist. Sowohl das erste Beugungsgitter als auch zweite Beugungsgitter können entweder vom Reflexions- oder Transmissionstyp sein. Außerdem kann irgendeine aus dem ersten Beugungsgitter und dem zweiten Beu gungsgitter, die identische optische Eigenschaften aufweisen und symmetrisch gegenüber und parallel zueinander angeordnet sind, aufgebaute spektroskopische Einrichtung als die oben beschriebene spektroskopische Einrichtung fungieren.

4. Wellenlängenmeßsystem nach Anspruch 1 oder 2, worin die spektroskopische Einrichtung aus einem ersten Prisma zum Empfangen der parallelen Lichtstrahlen von der Optik und Zerlegen derselben durch die Wellenlänge und ein zweites Prisma zum Empfangen trans mittierten Lichtstrahlen von dem ersten Prisma und Zerlegen derselben wiederum durch die Wellenlänge aufgebaut ist.

5. Wellenlängenmeßsystem nach Anspruch 2, worin die spektroskopische Einrichtung aus dem ersten Beugungsgitter zum Empfangen der parallelen Lichtstrahlen von der Optik und Zerlegen derselben durch die Wellenlänge und dem zweiten Beugungsgitter zum Empfangen zerlegter Lichtstrahlen von dem ersten Beugungsgitter und Zerlegen derselben wiederum durch die Wellenlänge aufgebaut ist, wobei das erste Beugungsgitter auch als zweite Aufspaltungseinrichtung fungiert und Lichtstrahlen nullter Beugungsordnung, die von dem ersten Beugungsgitter mit nicht ausgewählter Wellenlänge reflektiert werden, als dritter Teillichtstrahl verwendet werden.

6. Wellenlängenmeßsystem nach Anspruch 2, worin die spektroskopische Einrichtung aus einem ersten Prisma zum Empfangen der parallelen Lichtstrahlen von der Optik und Zer legen derselben durch die Wellenlänge und einem zweiten Prisma zum Empfangen trans mittierter Lichtstrahlen von dem ersten Prisma und Zerlegen derselben wiederum durch die Wellenlänge aufgebaut ist, wobei das erste Prisma auch als zweite Aufspaltungsein richtung fungiert und ein von einer Fläche des ersten Prismas, auf die die parallelen Licht strahlen treffen, reflektierter Lichtstrahl als dritter Teillichtstrahl verwendet wird.

7. Wellenlängenmeßsystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, worin das Wellenlän genmeßsystem ferner eine Depolarisierungseinrichtung zum Verringern einer Variation der Polarisation des eintreffenden Lichtstrahls von dem Lichteingabeteil umfaßt.