JP2000039360A

JP2000039360A - 光スペクトル測定装置

Info

Publication number: JP2000039360A
Application number: JP10206375A
Authority: JP
Inventors: Tatsuki Okamoto; 達樹岡本; Yukio Sato; 行雄佐藤; Ichiro Kobayashi; 一郎小林; Shuichi Fujita; 修一藤田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-07-22
Filing date: 1998-07-22
Publication date: 2000-02-08

Abstract

(57)【要約】【課題】ＦＳＲの異なった２つのエタロンの組み合わ
せにより、一方をスペクトルピーク強度の減衰に、他方
をスペクトルの観測に用いることで、スペクトルの中心
光周波数から僅かに離れたスペクトルの裾の強度割合を
精密に測定する。【解決手段】被測定光１は、平行平面型の固定型エタ
ロン２を通過し、共焦点型の掃引型エタロン３を通過す
る。掃引型エタロン３は、掃引信号Ｓ１に基づいて１対
のミラーの間隔Ｌｓが変化し、透過する光周波数が時間
的に変化する。掃引型エタロン３を透過した光は、ＮＤ
フィルタ１０で減光された後、分光器６で測定対象以外
の光周波数成分の光が減衰され、光検出器７で電気信号
に変換され、信号増幅器８で増幅された後、波形表示装
置９で時間変化が表示される。波形表示装置９では、掃
引信号発生装置４からのトリガ信号Ｓ３をトリガとして
光強度信号Ｓ２を表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】この発明は、光のスペクトル
分布を測定する光スペクトル測定装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図１６は、従来の光スペクトル測定装置
の一例を示すもので、例えば特開平３−１３７５２６号
公報に記載されたレーザスペクトル幅測定装置の構成図
である。図１６において、５１は被測定レーザ、１１は
被測定レーザ５１の出力光を平行光にするコリメートレ
ンズ、１６はコリメートレンズ１１の出射光が通過する
戻り光防止用の光アイソレータ、５４は光アイソレータ
１６の出射光を２方向に分離するビームスプリッタ、３
はビームスプリッタ５４を透過した光を入射する掃引型
エタロン、５５は掃引型エタロン３の対向する１対のミ
ラー３ａ、３ｂ間の間隔を変えるＰＺＴ（鉛・ジルコネ
ート・タイタネート）、７は掃引型エタロン３の透過光
を入射する光検出器、５７はビームスプリッタ５４の反
射光を入射するモニタ用光検出器、制御部５８は光検出
器７及びモニタ用光検出器５７の出力の比が設定入力と
等しくなるようにＰＺＴ５５を駆動する制御部、５９は
光検出器７の出力の直流分をカットするキャパシタ、６
０はキャパシタ５９の交流電力をヒストグラム表示する
電圧値ヒストグラム表示器である。

【０００３】次に、上記従来例の動作について説明す
る。被測定レーザ５１の出力光はコリメートレンズ１１
及び光アイソレータ１６を介してビームスプリッタ５４
に入射して２つに分岐され、ビームスプリッタ５４を透
過した分岐光は掃引型エタロン３を通って光検出器７で
検出され、一方、ビームスプリッタ５４により反射され
た反射光はモニタ用光検出器５７で検出される。制御部
５８は光検出器７とモニタ用光検出器５７の出力比が一
定となるように掃引型エタロン３を制御しているので、
常に掃引型エタロン３の共振特性が被測定レーザ光の周
波数と一致するようになる。従って、被測定光のスペク
トル幅すなわち位相ゆらぎは掃引型エタロン３で振幅ゆ
らぎに変換され、光検出器７から出力される。この振幅
ゆらぎの信号はキャパシタ５９で直流部分がカットされ
た後、電圧値ヒストグラム表示器６０に入力され、その
ヒストグラムがとられた後、被測定レーザ光のスペクト
ル幅が表示される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図１６に示す従来の光
スペクトル測定装置は以上の様に構成されており、被測
定光のスペクトルの幅を高分解能で測定できるものの、
スペクトルの幅を位相ゆらぎから求める構成であるた
め、スペクトルの裾の詳細な分布を測定できないという
問題点があった。

【０００５】この発明はかかる問題点を解消するために
なされたもので、スペクトルのピーク強度を減衰してス
ペクトル分布を測定することで、スペクトルの裾の分布
を詳細に測定できる光スペクトル測定装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る光
スペクトル測定装置は、固定型エタロンよりなる第１の
分光手段と掃引型エタロンよりなる第２の分光手段とを
備え、上記固定型エタロンと上記掃引型エタロンとのフ
リー・スペクトラル・レンジＦＳＲ（ＦｒｅｅＳｐｅｃ
ｔｒａ１Ｒａｎｇｅ）が異なるように構成されるもの
である。

【０００７】請求項２の発明に係る光スペクトル測定装
置は、上記第２の分光手段の掃引型エタロンのフリー・
スペクトラル・レンジＦＳＲ近傍の分解能を有する第３
の分光手段をさらに備えるものである。

【０００８】請求項３の発明に係る光スペクトル測定装
置は、上記第１の分光手段に被測定光を平行光線として
入射する光学系を備えるものである。

【０００９】請求項４の発明に係る光スペクトル測定装
置は、上記第１の分光手段に、被測定光の高発散角成分
を除去する空間フィルタを備えるものである。

【００１０】請求項５の発明に係る光スペクトル測定装
置は、上記第２の分光手段から上記第３の分光手段への
被測定光の伝送のための光ファイバを備えることを特徴
とするものである。

【００１１】請求項６の発明に係る光スペクトル測定装
置は、上記第１の分光手段に、上記固定型エタロン及び
掃引型エタロンの反射光が被測定光の光源へ戻ることを
抑制する光アイソレータを備えるものである。

【００１２】請求項７の発明に係る光スペクトル測定装
置は、上記第１の分光手段及び上記第２の分光手段のい
ずれか一方あるいは両方に、温度安定化のための温度制
御手段を備えるものである。

【００１３】請求項８の発明に係る光スペクトル測定装
置は、上記第１の分光手段及び上記第２の分光手段のい
ずれか一方あるいは両方に周波数安定化レーザを照射
し、上記周波数安定化レーザの透過光強度を検出する手
段と、上記第１の分光手段及び上記第２の分光手段のい
ずれか一方あるいは両方に対して上記周波数安定化レー
ザの透過率を一定にする制御手段とを更に備えるもので
ある。

【００１４】請求項９の発明に係る光スペクトル測定装
置は、上記第１の分光手段及び上記第２の分光手段のい
ずれか一方あるいは両方からの被測定光の反射光強度を
検出する手段と、上記第１の分光手段及び上記第２の分
光手段のいずれか一方あるいは両方に対して、上記被測
定光の反射率を一定にする制御手段と更に備えるもので
ある。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて添付図面を参照して説明する。

【００１６】実施の形態１．図１はこの発明の実施形態
１による光スペクトル測定装置を示す構成図である。図
１において、１は図示しない被測定レーザ等により発生
される被測定光、２は第１の分光手段としての固定型エ
タロン、３は第２の分光手段としての掃引型エタロン、
４は掃引型エタロン３の掃引信号Ｓ１を発生する掃引信
号発生装置、７は掃引型エタロン３の出力光を検出する
光検出器、８は光検出器７の出力を増幅する信号増幅
器、９は信号増幅器８から出力される光強度信号Ｓ２を
受けてその波形を表示する波形表示装置、１０は光検出
器７に入射する光強度を調節するためのＮＤフィルタ、
Ｓ３は掃引信号発生装置４から波形表示装置９へ出力さ
れるトリガ信号、Ｌｆは固定型エタロン２のミラー間
隔、Ｌｓは掃引型エタロン３のミラー間隔、ｎｆは固定
型エタロン２の屈折率、ｎｓ掃引型エタロン３の屈折率
である。

【００１７】次に、この実施の形態１による光スペクト
ル測定装置の動作について説明する。被測定レーザ等に
より発生される被測定光１は、第１の分光手段である例
えば平行平面型のソリッドタイプの固定型エタロン２を
通過し、第２の分光手段である例えば平行平面型のエア
ギャップタイプの掃引型エタロン３を通過する。掃引型
エタロン３は、掃引信号発生装置４からの掃引信号Ｓ１
に基づいてその対向する１対のミラー３ａ、３ｂの間隔
Ｌｓが変化し、透過する光周波数が時間的に変化する。
掃引型エタロン３を透過した光は、ＮＤフィルタ１０で
減光された後、光検出器７で電気信号に変換され、信号
増幅器８で増幅された後、例えばオシロスコープなどの
波形表示装置９で時間変化が表示される。波形表示装置
９では、掃引信号発生装置４からのトリガ信号Ｓ３をト
リガとして、信号増幅器８から出力される光強度信号Ｓ
２を表示するため、時間軸が光周波数に対応し、表示さ
れた波形が固定型エタロン２を透過した光のスペクトル
分布に対応する。

【００１８】図２に、スペクトル分布の測定原理を示
す。例えば、被測定光の中心光周波数から＋５ＧＨｚ離
れた光周波数でのスペクトルの裾の割合を測定する場合
を考える。第１の分光手段である固定型エタロン２のフ
リー・スペクトラル・レンジフリー・スペクトラル・レ
ンジＦＳＲを被測定光の中心光周波数のスペクトル成分
を減衰させるため、測定する光周波数間隔の２倍に相当
する１０ＧＨｚにし、第２の分光手段である掃引型エタ
ロン３のフリー・スペクトラル・レンジＦＳＲを固定型
エタロン２のフリー・スペクトラル・レンジＦＳＲと異
なる８ＧＨｚに設定したとする。また、固定型エタロン
２の実行フィネスで決まる最大透過率に対する最小透過
率の比を１０−３とし、掃引型エタロン３の実行フィネ
スで決まる最大透過率に対する最小透過率の比を１０−
４とする。被測定光のスペクトル分布は、図２の（ａ）
に示すように、中心光周波数から５ＧＨｚ離れた位置で
のスペクトルの裾の強度割合が１０−５である分布を仮
定する。

【００１９】まず、固定型エタロン２の入射角度あるい
は温度、あるいは被測定光１の光周波数を調整して、固
定型エタロン２の最大透過光周波数を０ＧＨｚとした場
合、被測定光の中心光周波数を−５ＧＨｚに設定する
（図２の（ａ））。固定型エタロン２の透過特性は、図
２の（ｂ）に示すように、０ＧＨｚを中心としてフリー
・スペクトラル・レンジＦＳＲ離れた光周波数に周期的
に最大透過率を持つ特性になる。被測定光１が固定型エ
タロン２を通過すると、被測定光１の中心周波数が１０
−３倍に減衰される一方、測定対象である被測定光１の
中心光周波数から５ＧＨｚ離れた光周波数のスペクトル
の裾は減衰されず、図２の（ｃ）に示すようなスペクト
ル分布が得られる。一方、掃引型エタロン３の透過特性
は、図２の（ｄ）に示すように、掃引信号Ｓ１に同期し
て周期的に最大透過率を持つ特性になり、掃引型エタロ
ン３の透過光の時間変化はスペクトル分布に対応する。
固定型エタロン２を通過した光を掃引型エタロン３を通
して、光検出器７によりその光強度を電気信号に変換す
ると、波形表示装置９には、図２の（ｅ）に示すよう
に、固定型エタロン２を通過した光のスペクトル分布が
表示される。ここで、０ＧＨｚの光周波数の強度が測定
対象のスペクトルの裾の強度（Ｉｓ）に対応する。ま
た、被測定光１の中心光周波数の強度（Ｉｐ）は、被測
定光１の光周波数と固定型エタロン２の最大透過光周波
数を一致させた時のスペクトル強度の最大値から得ら
れ、測定対象のスペクトルの裾の割合は、Ｒ＝Ｉｓ／Ｉｐ（１）となる。

【００２０】ここで、固定型エタロン２のフリー・スペ
クトラル・レンジＦＳＲは次式（２）により表され、 △νｆ＝Ｃ／（２Ｌｆ・ｎｆ）（２）（ここで、Ｃは光速）、また、掃引型エタロンのフリー
・スペクトラル・レンジＦＳＲは次式（３）により表さ
れる。

【００２１】 △νｓ＝Ｃ／（２Ｌｓ・ｎｓ）（３）そこで、固定型エタロン２のフリー・スペクトラル・レ
ンジＦＳＲと掃引型エタロンのフリー・スペクトラル・
レンジＦＳＲとが異なる、即ち、 △νｆ≠△νｓ（４）とすると、測定対象のスペクトルの裾の信号は、掃引型
エタロン３の周期的な特性により他の光周波数の信号と
重ならないので、詳細な測定対象のスペクトルの裾の割
合が評価できる。例えば、図２に示した例の場合には、
スペクトルの裾の割合の測定のダイナミックレンジは、
固定型エタロン２及び掃引型エタロン３の最小透過率の
最大透過率に対する比の積で表され、（固定型エタロン２の最小透過率／最大透過率）Ｘ（掃引型エタロン３の最小透過率／最大透過率）＝１０−３ｘ１Ｏ−４＝１０−７（５）となる。

【００２２】このように、被測定光１の中心光周波数の
スペクトル強度に対する中心光周波数から離れた周波数
でのスペクトル強度の割合を求めることができる。ま
た、固定型エタロン２の最大透過周波数に対する被測定
光１の中心光周波数の設定を変えることで、連続的なス
ペクトル分布を測定することができる。

【００２３】なお、この実施の形態１では、第１の分光
手段を固定型エタロン２により構成し、第２の分光手段
を掃引型エタロン３により構成したが、第１の分光手段
を掃引型エタロンにより構成し、第２の分光手段を固定
型エタロンにより構成しても同様の効果を奏する。ま
た、この実施の形態１では、固定型エタロン２をソリッ
ドタイプ、掃引型エタロン３をエアギャップタイプとし
て示したが、固定型エタロン２をエアギャップタイプ、
掃引型エタロン３をソリッドタイプとした構成でも同様
の効果を奏する。さらに、この実施の形態１において、
固定型エタロン２及び掃引型エタロン３の代わりにリン
グ型の干渉計やマイケルソン干渉計等の干渉計を用いる
こともできる。

【００２４】また、この実施の形態１の構成によれば、
光スペクトル分布を計測する光スペクトル測定装置にお
いて、被測定光１のスペクトルピークを抑制する第１の
分光手段としての固定型エタロン２及び固定型エタロン
２とフリー・スペクトラル・レンジＦＳＲが異なる第２
の分光手段としての掃引型エタロン３とを備えたので、
スペクトルピークに対するスペクトルの裾の強度比を抑
制して第２の分光手段によりスペクトル分布を測定でき
るので、スペクトルの裾の詳細な分布を測定することが
できる。

【００２５】実施の形態２．図３は、この発明の実施の
形態２による光スペクトル測定装置を示す構成図であ
る。この実施の形態２は、図３に示すように、ＮＤフィ
ルタ１０の後方に、断面が半円形の凸レンズ等よりなる
集光レンズ５を配置し、その集光レンズ５の後方に第３
の分光手段としての分光器６を配置し、この分光器６の
出力光を光検出器７で検出するようにした点を除けば、
上記実施の形態１とほぼ同様の構成である。

【００２６】次に、この実施の形態２の動作について説
明する。上記実施の形態１では、被測定光１を第１の分
光手段である例えば平行平面型の固定型エタロン２を通
過させ、その通過光をさらに第２の分光手段である例え
ば平行平面型の掃引型エタロン３を通過させてからＮＤ
フィルタ１０で減光した後、光検出器７に直接入射する
構成を示したが、本実施の形態２では、ＮＤフィルタ１
０で減光した光を集光レンズ５を通して第３の分光手段
である分光器６に入射し、この分光器６により分光され
た光を光検出器７で電気信号に変換している。

【００２７】図４に、本実施の形態２の構成によるスペ
クトル分布の測定原理を示す。第１の分光手段である固
定型エタロン２、第２の分光手段である掃引型エタロン
３は、実施の形態１で示した例と同じものとする。被測
定光１のスペクトルの裾が実施の形態１に比べ広がって
いる場合を仮定する。実施の形態１の構成により被測定
光のスペクトルの裾の割合を測定しようとすると、エタ
ロンの周期的な透過特性から、固定型エタロン２の透過
光は、被測定光１のスペクトル帯域に対応してフリー・
スペクトラル・レンジＦＳＲ離れた成分が周期的に現れ
る。この光を掃引型エタロン３で分光した場合、固定型
エタロン２のフリー・スペクトラル・レンジＦＳＲの正
数倍離れた光周波数のスペクトル成分が測定対象である
光周波数のスペクトル成分に重畳され、正確なスペクト
ル分布を得ることができない。

【００２８】そこで、図４の（ｅ）に示すように、固定
型エタロン２のフリー・スペクトラル・レンジＦＳＲ近
傍の透過光周波数幅を持つ例えば分光器６等の第３の分
光手段により、測定対象である光周波数のスペクトル成
分に重畳される光強度を抑制することで、スペクトルを
正確に測定することができる。

【００２９】なお、この実施の形態２では、第３の分光
手段として分光器６を用いた構成を示したが、第３の分
光手段としてエタロン、干渉フィルタ、ダイクロイック
ミラーなどを用いた構成でも同様の効果を奏する。

【００３０】また、この実施の形態２の構成によれば、
第１の分光手段としての固定型エタロン２及び第２の分
光手段としての掃引型エタロン３に加えて、さらに掃引
型エタロン３のフリー・スペクトラル・レンジＦＳＲ近
傍の分解能を有する第３の分光手段としての分光器６を
備えたので、第３の分光手段により測定対象の光周波数
領域から離れた光を減衰でき、スペクトル測定のノイズ
を低減できる。

【００３１】実施の形態３．図５は、この発明の実施の
形態３による光スペクトル測定装置を示す構成図であ
る。この実施の形態３は、図５に示すように、第１の分
光手段である固定型エタロン２及び第２の分光手段であ
る掃引型エタロン３との間に、断面がほぼ半円形の凸レ
ンズ等よりなるカップリングレンズ１２を配置し、集光
レンズ５を両面が円弧面状の凸レンズにより構成した点
を除けば、上記実施の形態２とほぼ同様の構成である。

【００３２】次に、この実施の形態３の動作について説
明する。図３の上記実施の形態２では、第２の分光手段
である掃引型エタロン３を平行平面型としたが、本実施
の形態３では、第１の分光手段である平行平面型の固定
型エタロン２の透過光をカップリングレンズ１２で集光
し、第２の分光手段である共焦点型の掃引型エタロン３
に入射するようにした。このような構成により、本実施
の形態３の共焦点型の掃引型エタロン３の方が上記実施
の形態２の平行平面型の掃引型エタロン３に比べて容易
にフィネスを向上でき、エタロンの最大透過率に対する
最小透過率の割合を小さくできるので、スペクトル測定
のダイナミックレンジを向上することができる。

【００３３】実施の形態４．図６はこの発明の実施の形
態４による光スペクトル測定装置を示す構成図である。
この実施の形態４は、図６に示すように、第１の分光レ
ンズとしての固定型エタロン２を共焦点型のエタロンに
より構成し、固定型エタロン２の前方に、被測定光１を
集光する、断面がほぼ半円形の凸レンズ等よりなるカッ
プリングレンズ１２を配置すると共に、固定型エタロン
２と掃引型エタロン３との間に、該固定型エタロン２か
らの拡散光を平行光にするコリメートレンズ１１を配置
した点を除けば、上記実施の形態２とほぼ同様に構成さ
れている。

【００３４】次に、この実施の形態４の動作について説
明する。上記実施の形態２では、第１の分光手段である
固定型エタロン２を平行平面型としたが、本実施の形態
４では、固定型エタロン２を共焦点型のエタロンにより
構成し、被測定光１をカップリングレンズ１２で集光し
て共焦点型の固定型エタロン２に入射し、該固定型エタ
ロン２の透過光をコリメートレンズ１１で平行にし、第
２の分光手段である平行平面型の掃引型エタロン３に入
射させる。このような構成により、本実施の形態４の共
焦点型の固定型エタロン２の方が上記実施の形態２の平
行平面型の固定型エタロン２に比べて容易にフィネス余
向上でき、エタロンの最大透過率に対する最小透過率の
割合を小さくできるので、スペクトル測定のダイナミッ
クレンジを向上できる。

【００３５】実施の形態５．図７は、この発明の実施の
形態５による光スペクトル測定装置を示す構成図であ
る。この実施の形態５は、図７に示すように、第１の分
光レンズとしての固定型エタロン２を共焦点型のエタロ
ンにより構成し、固定型エタロン２の前方に、被測定光
１を集光する、断面がほぼ半円形の凸レンズ等よりなる
カップリングレンズ１２を配置すると共に、固定型エタ
ロン２と掃引型エタロン３との間に、該固定型エタロン
２からの拡散光を集光する、両面凸レンズ等よりなるカ
ップリングレンズ１３を配置した点を除けば、上記実施
の形態３とほぼ同様に構成されている。

【００３６】次に、この実施の形態５の動作について説
明する。図５の上記実施の形態３では、第１の分光手段
である固定型エタロン２を平行平面型としたが、本実施
の形態５では、固定型エタロン２を共焦点型のエタロン
により構成し、被測定光１を第１のカップリングレンズ
１２で集光して共焦点型の固定型エタロン２に入射し、
固定型エタロン２の透過光をさらに第２のカップリング
レンズ１３で集光し、共焦点型の掃引型エタロン３に入
射するようにした。このような構成では、本実施の形態
５の共焦点型の掃引型エタロン２の方が上記実施の形態
３の平行平面型の固定型エタロン２に比べて容易にフィ
ネスが向上でき、エタロンの最大透過率に対する最小透
過率の割合を小さくできるので、スペクトル測定のダイ
ナミックレンジを向上することができる。

【００３７】実施の形態６．図８はこの発明の実施の形
態６による光スペクトル測定装置を示す構成図である。
この実施の形態６は、図８に示すように、第１の分光手
段である平行平面型の固定型エタロン２の前方に、発散
光である被測定光１を平行光にするコリメートレンズ１
１を配置した点を除けば、上記実施の形態２とほぼ同様
に構成されている。

【００３８】次に、この実施の形態６の動作について説
明する。上記実施の形態２では、平行光線である被測定
光１を第１の分光手段である平行平面型の固定型エタロ
ン２に直接入射する構成としたが、本実施の形態６で
は、被測定光１が平行光ではなく拡散光であるため、固
定型エタロン２の前方にコリメートレンズ１１を配置
し、被測定光１をコリメートレンズ１１で平行光線にし
た後、固定型エタロン２に入射するようにした。このよ
うな構成により、平行平面型の固定型エタロン２の実効
フィネスを向上でき、エタロンの最大透過率に対する最
小透過率の割合を小さくできるので、スペクトル測定の
ダイナミックレンジを向上することができる。

【００３９】このように、この実施の形態６の構成によ
れば、第１の分光手段としての固定型エタロン２に入射
する被測定光１を平行光にするための光学系としてのコ
リメートレンズ１１を備えたので、第１の分光手段とし
ての固定型エタロン２及び第２の分光手段としての掃引
型エタロン３の実効的なフィネスを向上でき、スペクト
ル測定のダイナミックレンジを向上することができる。

【００４０】実施の形態７．図９はこの発明の実施の形
態７による光スペクトル測定装置を示す構成図である。
この実施の形態７は、図９に示すように、第１の分光手
段である平行平面型の固定型エタロン２の前方に、空間
フィルタ１４を配置した点を除けば、上記実施の形態３
とほぼ同様の構成である。

【００４１】次に、この実施の形態７の動作について説
明する。上記実施の形態３では、被測定光１を第１の分
光手段である平行平面型の固定型エタロン２に直接入射
する構成としたが、本実施の形態７では、固定型エタロ
ン２の前方に、例えばレンズペアとピンホールで構成さ
れた空間フィルタ１４を配置し、空間フィルタ１４で被
測定光１の高発散角成分を除去した後、固定型エタロン
２に入射するようにした。このような構成により、平行
平面型の固定型エタロン２の実効フィネスを向上でき、
エタロンの最大透過率に対する最小透過率の割合を小さ
くできるので、スペクトル測定のダイナミックレンジを
向上することができる。

【００４２】このように、この実施の形態７の構成によ
れば、第１の分光手段としての固定型エタロン２に入射
する被測定光１のビーム品質を良くするための空間フィ
ルタ１４を備えたので、第１の分光手段としての固定型
エタロン２及び第２の分光手段としての掃引型エタロン
３の実効的なフィネスを向上することができ、スペクト
ル測定のダイナミックレンジをさらに向上することがで
きる。

【００４３】実施の形態８．図１０はこの発明の実施の
形態８による光スペクトル測定装置を示す構成図であ
る。この実施の形態８は、図１０に示すように、集光レ
ンズ５により集光された光を分光器６へ導く光ファイバ
１５を設けた点を除けば、図５の実施の形態３とほぼ同
様の構成である。

【００４４】次に、この実施の形態８の動作について説
明する。上記実施の形態３では、集光レンズ５で集光さ
れた光を第３の分光手段である分光器６に直接入射する
構成であったが、本実施の形態８では、集光レンズ５の
後方に光ファイバ１５を設け、集光レンズ５で集光され
た光を光ファイバ１５に入射して、この光ファイバ１５
の出射光を分光器６に入射するようにした。このような
構成により、光ファイバ１５の入射端の移動が容易なた
め、固定型エタロン２及び掃引型エタロン３の光軸調整
が容易になる。

【００４５】実施の形態９．図１１はこの発明の実施の
形態９による光スペクトル測定装置を示す構成図であ
る。この実施の形態９は、図１１に示すように、カップ
リングレンズ１２の前方に、光アイソレータ１６を配置
した点を除けば、上記実施の形態４とほぼ同様の構成で
ある。

【００４６】次に、この実施の形態９の動作について説
明する。上記実施の形態４では、被測定光１をカップリ
ングレンズ１２により集光して第１の分光手段である共
焦点型の固定型エタロン２に入射する構成としたが、本
実施の形態７では、カップリングレンズ１２の前に、例
えば偏光ビームスプリッタと波長板あるいはファラディ
ローテータとで構成された光アイソレータ１６を配置し
て、被測定光１を光アイソレータ１６を通過した後、固
定型エタロン２に入射するようにした。このような構成
により、固定型エタロン２及び掃引型エタロン３の反射
光が被測定光１の光源へ戻ることを抑制することができ
るので、被測定光１に外乱を与えずにスペクトル測定を
行うことができる。

【００４７】実施の形態１０．図１２はこの発明の実施
の形態１０による光スペクトル測定装置を示す構成図で
ある。この実施の形態１０は、図１２に示すように、以
下の構成を除けば、図１０の上記実施の形態８とほぼ同
様の構成である。

【００４８】すなわち、第１の分光手段である平行平面
型の固定型エタロン２の周囲を温度制御手段としてのペ
ルチェ素子２０で囲み、このペルチェ素子２０内に、温
度検出素子としてのサーミスタ抵抗２２を埋設し、ペル
チェ素子２０とサーミスタ抵抗２２とを導線２１、２３
を介して温度コントローラ２４へ接続したものであり、
導線２３を介してサーミスタ抵抗２２より温度モニタ信
号が温度コントローラ２４へ供給されると共に、固定型
エタロン２の温度を一定に保つため、導線２１を介して
温度コントローラ２４よりペルチェ素子２０へ温度制御
用のペルチェ電流が供給される。

【００４９】また、固定型エタロン２の前には、図９の
上記実施の形態７と同様の空間フィルタ１６が配置され
ている。

【００５０】次に、この実施の形態１０の動作について
説明する。本実施の形態１０では、実施の形態７及び８
に加えて、第１の分光手段である固定型エタロン２に対
して温度安定化を行う構成としたので、固定型エタロン
２の温度は、温度検出素子としてのサーミスタ抵抗２２
により検出され、このサーミスタ抵抗２２からの温度モ
ニタ信号により、温度コントローラ２４は設定温度に対
応した信号を温度制御手段としてのペルチェ素子２０に
ペルチェ電流２１として伝送し、固定型エタロン２の温
度を制御する。このような構成により、固定型エタロン
２の透過光周波数を安定に保つことができるので、長時
間にわた安定して正確なりスペクトル測定を行うことが
できる。

【００５１】図１３に、本実施の形態１０に係る光スペ
クトルの測定結果の例を示す。固定型エタロン２、掃引
型エタロン３及び分光器６の特性は図４に示したもので
ある。

【００５２】図１３の（ａ）は、被測定光１として色素
レーザ光の中心光周波数を固定型エタロン２の最大透過
光周波数に設定し、ＮＤフィルタ１０により色素レーザ
光の強度を１０−４に減光したときの、波形表示装置９
としてのオシロスコープの画面の写真である。この図に
おいて、横軸が光周波数に対応し、１ｄｉｖ＝１ＧＨｚ
である。縦軸は光強度に相当し、被測定光１の中心光周
波数の強度Ｉｐは、Ｉｐ＝１０７ｍＶ／１０−４（６）である。

【００５３】一方、図１３の（ｂ）は、被測定光１とし
て色素レーザ光の中心光周波数を固定型エタロン２の最
大透過光周波数から−５ＧＨｚの光周波数に設定し、Ｎ
Ｄフィルタ１０を取り除いて減光しないときの、波形表
示装置９としてのオシロスコープの画面の写真である。
この図において、０ＧＨｚの光周波数の強度が測定対象
のスペクトルの裾の強度Ｉｓに対応し、Ｉｓ＝０．２ｍＶ（７）である。従って、この色素レーザ光の中心光周波数から
＋５ＧＨｚ離れた光周波数でのスペクトルの裾の強度割
合Ｒは、（１）式より、Ｒ＝Ｉｓ／Ｉｐ＝０．２ｍＶ／（１０７ｍＶ／１０−４）＝２ｘ１０−７（８）となる。

【００５４】なお、この実施の形態１０では、固定型エ
タロン２に対して温度安定化制御を行う構成を示した
が、固定型エタロン２及び掃引型エタロン３のいずれか
１方あるいは両方の温度安定化制御を行う構成としても
同様の効果を奏する。

【００５５】実施の形態１１．図１４はこの発明の実施
の形態１１による光スペクトル測定装置を示す構成図で
ある。この実施の形態１１は、第１の分光手段である固
定型エタロン２に対して、透過光周波数の安定化を行う
ように構成したものであり、図１２に示すように、以下
の構成を除けば、図１２の上記実施の形態１０とほぼ同
様の構成である。

【００５６】すなわち、図１２の光ファイバ１５を取り
除き、集光レンズ５の集光点に分光器６の入射口を配置
し、第１の分光手段である固定型エタロン２の手前に合
成ミラー２７を配置し、周波数安定化レーザ２５からの
出射される周波数安定化レーザ光２６を全反射ミラー３
２により全反射させて合成ミラー２７へ入射させて、合
成ミラー２７により反射させて、合成ミラー２７を透過
してきた被測定光１と共に固定型エタロン２へ入射させ
る。また、固定型エタロン２とカップリングレンズ１２
との間に分離ミラー２８を配置して、固定型エタロン２
の透過した周波数安定化レーザ光２６を分離ミラー２８
により反射させて分離し、その分離光（分離された周波
数安定化レーザ光）２９の光路に制御用光検出器３０を
設置して、この制御用光検出器３０の検出結果を表す制
御用光強度信号３１を温度コントローラ２４へ入力す
る。なお、合成ミラー２７及び分離ミラー２８は、周波
数安定化レーザ２５により出射された光（周波数安定化
レーザ光）２６（すなわち所定周波数の光）のみを反射
し、被測定光１（所定周波数以外の光）を透過させる作
用を有する。

【００５７】次に、この実施の形態１１の動作について
説明する。本実施の形態１１では、周波数安定化レーザ
２５から出射された周波数安定化レーザ光２６は、全反
射ミラー３２と合成ミラー２７によって被測定光１と同
軸あるいは、同軸近傍の光軸に設定され、固定型エタロ
ン２に被測定光１と同時に入射される。固定型エタロン
２の最大透過光周波数と周波数安定化レーザ２５の光周
波数を一致させておき、固定型エタロン２を透過した周
波数安定化レーザ光２６を分離ミラー２８により被測定
光１と分離し、制御用光検出器３０に入射し、光強度を
電気信号に変換する。制御用光検出器３０からの制御用
光強度信号３１は温度コントローラ２４に入力され、温
度コントローラ２４では、制御用光検出器３０からの制
御用光強度信号３１が一定になるように温度制御手段と
してのペルチェ素子２０に伝送するペルチェ電流２１を
制御し、固定型エタロン２の温度をほぼ一定に制御す
る。このような構成により、固定型エタロン２の透過光
周波数を安定に保つことができるので、長時間にわたり
安定して正確なスペクトル測定を行うことができる。

【００５８】なお、この実施の形態１１では、固定型エ
タロン２に対して温度安定化制御を行う構成を示した
が、ＰＺＴなどにより固定型エタロン２の１対のミラー
３ａ、３ｂ間の間隔Ｌｓの制御を行う構成としても同様
の効果を奏する。また、この実施の形態１１では、固定
型エタロン２に対して安定化制御を行う構成を示した
が、固定型エタロン２、掃引型エタロン３のいずれか１
方あるいは両方の安定化制御を行う構成としても同様の
効果を奏する。

【００５９】実施の形態１２．図１５はこの発明の実施
の形態１２による光スペクトル測定装置を示す構成図で
ある。この実施の形態１２は、第１の分光手段である固
定型エタロン２に対して、被測定光１の反射光強度の安
定化を行うように構成したものであり、図１５に示すよ
うに、以下の構成を除けば、図１４の上記実施の形態１
１とほぼ同様の構成である。

【００６０】すなわち、図１４の周波数安定化レーザ２
５、合成ミラー２７、反射ミラー２９、制御用光検出器
３０、全反射ミラー３２を取り除き、それらの代わり
に、第１の分光手段である固定型エタロン２の手前に、
ビームスプリッタ４０を配置し、固定型エタロン２から
の反射光４１をビームスプリッタ４０により反射させ
て、反射光用光検出器４２に入射させて、該反射光用光
検出器４２からその検出結果を表す反射光強度信号４３
を温度コントローラ２４へ入力するようにしたものであ
る。

【００６１】次に、この実施の形態１２の動作について
説明する。本実施の形態１２では、固定型エタロン２か
らの反射光４１は、ビームスプリッタ４０により、被測
定光１の光軸から取り出され、反射光用光検出器４２に
よって反射光強度信号４３として電気信号に変換され
る。反射光強度信号４３は温度コントローラ２４に入力
され、温度コントローラ２４では、反射光強度信号４３
が一定になるように温度制御手段としてのペルチェ素子
２０に伝送するペルチェ電流２１を制御し、固定型エタ
ロン２の温度をほぼ一定に制御する。このような構成に
より、固定型エタロン２の透過光周波数を安定に保つこ
とができるので、長時間にわたり安定して確実なスペク
トル測定を行うことができる。

【００６２】なお、この実施の形態１２では、固定型エ
タロン２に対して温度安定化制御を行う構成を示した
が、ＰＺＴなどにより固定型エタロン２のミラー間隔Ｌ
ｓの制御を行う構成としても同様の効果を奏する。ま
た、この実施の形態１２では、固定型エタロン２に対し
て安定化制御を行う構成を示したが、固定型エタロン２
及び掃引型エタロン３のいずれか１方あるいは両方の安
定化制御を行う構成としても同様の効果を奏する。

【００６３】

【発明の効果】この発明の請求項１に係る光スペクトル
測定装置によれば、被測定光のスペクトルピークを抑制
する固定型エタロンよりなる第１の分光手段と上記固定
型エタロンとフリー・スペクトラル・レンジＦＳＲが異
なる掃引型エタロンよりなる第２の分光手段とを備える
ので、スペクトルピークに対するスペクトルの裾の強度
比を抑制して、第２の分光手段によりスペクトル分布を
測定できるので、スペクトルの裾の詳細な分布を測定す
ることができる効果がある。

【００６４】また、この発明の請求項２に係る光スペク
トル測定装置によれば、第２の分光手段の掃引型エタロ
ンのフリー・スペクトラル・レンジＦＳＲ近傍の分解能
を持つ第３の分光手段を更に備えるので、この第３の分
光手段により測定対象の光周波数領域から離れた光を減
衰でき、スペクトル測定のノイズを低減できる効果があ
る。

【００６５】また、この発明の請求項３に係る光スペク
トル測定装置によれば、固定型エタロンに入射する被測
定光を平行光にするための光学系を更に備えるので、固
定型エタロン及び掃引型エタロンの実効的なフィネスを
向上でき、スペクトル測定のダイナミックレンジを向上
できる効果がある。

【００６６】また、この発明の請求項４に係る光スペク
トル測定装置によれば、固定型エタロンに入射する被測
定光のビーム品質を良くするための空間フィルタを更に
備えるので、固定型エタロン及び掃引型エタロンの実効
的なフィネスを向上でき、スペクトル測定のダイナミッ
クレンジをさらに向上できる効果がある。

【００６７】また、この発明の請求項５に係る光スペク
トル測定装置によれば、第２の分光手段から第３の分光
手段への被測定光の伝送のための光ファイバを更に備え
るので、第３の分光手段への光軸調整が容易になる効果
がある。

【００６８】また、この発明の請求項６に係る光スペク
トル測定装置によれば、固定型エタロンに入射する被測
定光の反射光の戻りを抑制するための光アイソレータを
更に備えるので、被測定光の光源への戻り光を抑制でき
被測定光に外乱を与えない効果がある。

【００６９】また、この発明の請求項７に係る光スペク
トル測定装置によれば、第１の分光手段及び第２の分光
手段のいずれか一方あるいは両方に温度安定化のための
温度制御手段を更に備えるので、上記第１及び第２の分
光手段のいずれか一方あるいは両方の分光特性を安定に
でき、長時間にわたって正確な測定が可能になる効果が
ある。

【００７０】また、この発明の請求項８に係る光スペク
トル測定装置によれば、第１の分光手段及び第２の分光
手段のいずれか一方あるいは両方に周波数安定化レーザ
を照射し、上記周波数安定化レーザの透過光強度を検出
する手段と、第１の分光手段及び第２の分光手段のいず
れか一方あるいは両方に対して周波数安定化レーザの透
過率を一定にする制御手段を更に備えるので、上記第１
及び第２の分光手段のいずれか一方あるいは両方の分光
特性を安定にでき、長時間にわたって正確な測定が可能
になる効果がある。

【００７１】また、この発明の請求項９に係る光スペク
トル測定装置によれば、第１の分光手段及び第２の分光
手段のいずれか一方あるいは両方からの被測定光の反射
光強度を検出する手段と、第１の分光手段及び第２の分
光手段のいずれか一方あるいは両方に対して上記被測定
光の反射率を一定にする制御手段を更に備えるので、上
記第１及び第２の分光手段のいずれか一方あるいは両方
の分光特性を安定にでき、長時間にわたり正確な測定が
可能になる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１に係る光スペクトル
測定装置を示す構成図である。

【図２】この発明の実施の形態１における光スペクト
ル測定装置の測定原理を示す図である。

【図３】この発明の実施の形態２における光スペクト
ル測定装置を示す構成図である。

【図４】この発明の実施の形態２における光スペクト
ル測定装置の測定原理を示す図である。

【図５】この発明の実施の形態３における光スペクト
ル測定装置を示す構成図である。

【図６】この発明の実施の形態４における光スペクト
ル測定装置を示す構成図である。

【図７】この発明の実施の形態５における光スペクト
ル測定装置を示す構成図である。

【図８】この発明の実施の形態６における光スペクト
ル測定装置を示す構成図である。

【図９】この発明の実施の形態７における光スペクト
ル測定装置を示す構成図である。

【図１０】この発明の実施の形態８における光スペク
トル測定装置を示す構成図である。

【図１１】この発明の実施の形態９における光スペク
トル測定装置を示す構成図である。

【図１２】この発明の実施の形態１０における光スペ
クトル測定装置を示す構成図である。

【図１３】この発明の実施の形態１０における光スペ
クトルの測定結果の例である。

【図１４】この発明の実施の形態１１における光スペ
クトル測定装置を示す構成図である。

【図１５】この発明の実施の形態１２における光スペ
クトル測定装置を示す構成図である。

【図１６】従来のスペクトル幅測定装置を示す構成図
である。

【符号の説明】

１被測定光、２第１の分光手段としての固定型エタ
ロン、３第２の分光手段としての掃引型エタロン、４
掃引信号発生装置、６第３の分光手段としての分光
器、７光検出器、８信号増幅器、９波形表示装
置、１０ＮＤフィルタ、５集光レンズ、６分光
器、１１光学系としてのコリメートレンズ、１２カ
ップリングレンズ、１３第２のカップリングレンズ、
１４空間フィルタ、１５光ファイバ、１６光アイ
ソレータ、２０ペルチェ素子、２１ペルチェ電流、２
２サーミスタ抵抗、２３温度モニタ信号、２４温
度コントローラ、２５周波数安定化レーザ、２６周
波数安定化レーザ光、２７合成ミラー、２８分離ミラ
ー、２９分離された周波数安定化レーザ光、３０制御
用光検出器、３１全反射ミラー、４０ビームスプリ
ッタ、４１固定型エタロンの反射光、４２反射光用
光検出器、４３反射光強度信号、５１被測定レーザ、
５４ビームスプリッタ、５５ＰＺＴ、５７モニタ
用光検出器、５８制御部、５９キャパシタ、６０
電圧値ヒストグラム表示器、Ｓ１掃引信号、Ｓ２光強
度信号、Ｓ３トリガ信号、Ｌｆ固定型エタロン２の
ミラー間隔、Ｌｓ掃引型エタロンのミラー間隔、ｎｆ
固定型エタロンの屈折率、ｎｓ掃引型エタロンの屈
折率。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小林一郎東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者藤田修一東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内Ｆターム(参考） 2G020 CA03 CB23 CC21 CC25 CD04 CD56 CD60

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光スペクトル分布を計測する光スペクト
ル測定装置において、被測定光のスペクトルピークを抑
制する固定型エタロンよりなる第１の分光手段と掃引型
エタロンよりなる第２の分光手段とを備え、上記固定型
エタロンと上記掃引型エタロンのフリー・スペクトラル
・レンジＦＳＲが異なることを特徴とする光スペクトル
測定装置。
【請求項２】上記第２の分光手段の掃引型エタロンの
フリー・スペクトラル・レンジＦＳＲ近傍の分解能を有
する第３の分光手段をさらに備えることを特徴とする請
求項１記載の光スペクトル測定装置。
【請求項３】上記第１の分光手段に被測定光を平行光
線として入射する光学系を備えることを特徴とする請求
１項または２記載の光スペクトル測定装置。
【請求項４】上記第１の分光手段に、被測定光の高発
散角成分を除去する空間フィルタを備えることを特徴と
する請求項１乃至３の何れかに記載の光スペクトル測定
装置。
【請求項５】上記第２の分光手段から上記第３の分光
手段への被測定光の伝送のための光ファイバを備えるこ
とを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の光スペ
クトル測定装置。
【請求項６】上記第１の分光手段に、上記固定型エタ
ロン及び掃引型エタロンの反射光が被測定光の光源へ戻
ることを抑制する光アイソレータを備えることを特徴と
する請求項１乃至５の何れかに記載の光スペクトル測定
装置。
【請求項７】上記第１の分光手段及び上記第２の分光
手段のいずれか一方あるいは両方に、温度安定化のため
の温度制御手段を備えることを特徴とする請求項１乃至
６の何れかに記載の光スペクトル測定装置。
【請求項８】上記第１の分光手段及び上記第２の分光
手段のいずれか一方あるいは両方に周波数安定化レーザ
を照射し、上記周波数安定化レーザの透過光強度を検出
する手段と、上記第１の分光手段及び上記第２の分光手段のいずれか
一方あるいは両方に対して上記周波数安定化レーザの透
過率を一定にする制御手段と、を備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記
載の光スペクトル測定装置。
【請求項９】上記第１の分光手段及び上記第２の分光
手段のいずれか一方あるいは両方からの被測定光の反射
光強度を検出する手段と、上記第１の分光手段及び上記第２の分光手段のいずれか
一方あるいは両方に対して、上記被測定光の反射率を一
定にする制御手段と、を備えることを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記
載の光スペクトル測定装置。