JP2000298067A - 分光器およびそれを用いた光スペクトラムアナライザ - Google Patents
分光器およびそれを用いた光スペクトラムアナライザInfo
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- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Abstract
された光の発散角を大きくすると共にビーム形状を任意
の形状に整形することにより、光学系の小型化や調整を
容易にし、光学系の信頼性を高め、高ダイナミックレン
ジが実現でき、測定精度を増すことのできる分光器およ
び光スペクトラムアナライザを提供する。 【解決手段】入射端よりコリメーティングレンズを介し
て入射光を回折格子に入射し、前記回折格子から出射さ
れる光を複数の受光素子を配列してなるアレイ素子で検
出するようにした分光器において、前記コリメーティン
グレンズの入射端側にビームを拡散すると共にそのビー
ム形状を任意の形状に整形することのできるビーム整形
ディフューザを配置する。
Description
しくは光学系の小型化および測定精度の改善に関するも
のである。
の一つにポリクロメータ方式の分光器がある。図3は、
ポリクロメータ方式の分光器を内蔵した光スペクトラム
アナライザの一実施例を示す原理構成図である。図にお
いて、10は分散素子とアレイ素子を有する分光器、2
0は分光器10のアレイ素子の駆動および信号読み出し
を行う駆動装置、30は演算装置、40は表示装置であ
る。
ィングレンズ12、分散素子である回折格子13、フォ
ーカシングレンズ14、アレイ素子15、光シャッター
16、偏光解消素子17から構成される。
被測定光1はコリメーティングレンズ12で平行光とな
る。コリメーティングレンズ12を透過した光は、偏光
解消素子17を透過し分散素子13に入射する。偏光解
消素子17を透過することにより波長分散素子、特に回
折格子の偏光依存性が除去される。
ンズ14でアレイ素子15上に収束する。この場合、分
散素子13は固定されていて、アレイ素子15に当たる
光スポットの位置は被測定光の波長に対応してずれる。
ングレンズ12と波長分散素子13の間に設置してある
が、波長分散素子13に光が入射される前なら分光器1
0のどこに設置してもよい。また、被測定光1は、図4
に示すように光ファイバ18を用いて入射させてもよ
い。
の時の光素子15の暗電流レベルを測定することができ
る。この値を被測定値から減算することにより、暗電流
のドリフトの影響を除去でき、高精度な測定が実現でき
る。
(素子または受光素子という)が配列されたものであ
る。各素子の位置が波長に対応しており、各素子の光強
度を検出しプロットすることにより光スペクトラムが測
定・表示できる。また、各素子の出力から、例えばガウ
シアン分布を仮定して、レーザ光の中心波長を精度よく
内挿することもできる。
のビーム径は、理論的には干渉がおこる大きさのビーム
径でよい。しかし、現実には回折格子の表面に傷、むら
等がある。これらの影響を軽減する為には、ビーム径を
できるだけ大きくする必要がある。
うな分光器では次のような課題がある。 1.光学系の小型化に関する課題 回折格子13に入射するビーム径を大きくするには、図
3ではスリット11とコリメーティングレンズ12間の
距離、図4では光ファイバの出射端とコリメーティング
レンズ間の距離を長くする必要がある。
対するビームの発散角をθ、コリメーティングレンズで
のビーム半径をyとすると式(1)で表される。 x = y / tanθ …(1)
3間、回折格子13とフォーカシングレンズ14間は、
互いの部品が干渉しないところまで近づけることが可能
であり、フォーカシングレンズに焦点距離の短いレンズ
を用いればフォーカシングレンズ14とアレイ素子15
間を短くすることができる。
短くするには、この間に一枚又は複数枚のレンズを入れ
ることにより可能である。しかし以下の問題が生じる。 レンズ自身に約数mmの厚みがあり、複数枚のレンズで
はさらに厚みが増し、距離が必要となる。 レンズの中心をビームが透過しない場合は光軸がずれ
てしまうため、レンズと光軸の位置を正確に調整する必
要があり、調整が煩雑になる。
の各素子の光強度を検出して行う。図6に示すように、
アレイ素子はΔx幅の受光素子100が隙間無く連続し
て一方向に並んでいるのではなく、Δd幅の間隔をもっ
て不連続的に並んでいる。
シアン分布を仮定してレーザ光の中心波長等を精度よく
内挿することが可能である。しかし、入射された光のビ
ーム形状が仮定した形状と異なる場合は、測定に誤差を
生じる原因となってしまう。
回折後の干渉パターンが異なる。滑らかに光強度がビー
ムの中心から減衰することが望ましい。何故ならビーム
の光強度を滑らかに減衰させることにより回折後の干渉
パターンのサイドローブを抑圧し高ダイナミックレンジ
を実現できる。しかし、光ファイバの端面状態等によっ
て光の形状が異なった場合、レンズでは形状の補正がで
きないため、測定に誤差を生じる原因となってしまう。
ビームが変動していきビームが長さΔyの受光素子10
0から外れると測定が不可能となる。図6の場合は、そ
れぞれΔy1、Δy2までビームが変動しても受光素子
から外れない。
きるが、光強度を検出して演算を行うには、複数素子に
ビームを照射する必要が有りビーム径の大きさは決まっ
てしまう。
ので、ビーム整形ディフューザを用いて分光器に入射さ
れた光の発散角を大きくすると共にビーム形状を任意の
形状に整形することにより、光学系の小型化や調整を容
易にし、光学系の信頼性を高め、高ダイナミックレンジ
が実現でき、測定精度を増すことのできる分光器および
光スペクトラムアナライザを提供することにある。
るために、請求項1の発明では、入射端よりコリメーテ
ィングレンズを介して入射光を回折格子に入射し、前記
回折格子から出射される光を複数の受光素子を配列して
なるアレイ素子で検出するようにした分光器において、
前記コリメーティングレンズの入射端側にビームを拡散
すると共にそのビーム形状を任意の形状に整形すること
のできるビーム整形ディフューザを配置したことを特徴
とする。
ることにより、入射された光の発散角を大きくできるの
で光路を短縮し光学系を小型化できる。また、レンズを
使用するのと比較して光学系の調整が容易である。
ィフューザにより光強度をガウシアンビーム形状に類似
させ、 回折後の干渉パターンのサイドローブを抑圧す
る。これにより高ダイナミックレンジを実現することが
できる。
フューザによりビーム形状を楕円形に整形してビームが
アレイ素子から外れ難くする。これにより、光学系の信
頼性を高めることができる。
用いれば、光学系の小型化を図った光スペクトラムアナ
ライザが実現できる。この場合、請求項5のように、ビ
ーム整形ディフューザにより任意形状のビームを整形す
ることにより、波長、パワー、SN比等を求める際にア
レイ素子上で収束するビーム形状を精度良く補正するこ
とができる。
説明する。図1は光スペクトラムアナライザにおいて使
用される本発明の分光器の一実施例を示す構成図であ
る。なお、従来例と同一の要素については説明を省略す
る。
えば楕円形に整形することのできるビーム整形ディフュ
ーザ50を入射スリットとコリメーティングレンズ12
の間、又は光ファイバの出射端とコリメーティングレン
ズ12の間に設置することを特徴とする。
1mm以下の半透明な板の表面に微細な凹凸をランダムに
配置して形成したものであり、ビームを拡散すると共に
そのビーム形状を任意の形状に整形する。機能的には凹
レンズと同様な働きをする。このビーム整形ディフュー
ザを透過した後の発散角すなわち拡散角は、凹凸の形状
を変えることにより1°〜80°程度の範囲内で任意に
設定できる。本実施例では拡散角20°のものを用いて
いる。
て、シングルモードの光ファイバの端面から出射される
発散角は約7度である。コリメーティングレンズ12に
おけるビーム半径を10mmとするには、式(1)より光
ファイバの出射端とコリメーティングレンズ12間の距
離を約81mmとする必要がある。
0を光ファイバの入射端から10mmの位置に設置し、ビ
ーム整形ディフューザ50透過後の発散θoが次式(2)
で与えられるものとすると、光ファイバの出射端とコリ
メーティングレンズ12間の距離は約33mmと半分以下
に抑えられる。 θo=√((入射項の発散角度)2+(ビーム整形ディフューザの拡散角)2) …(2) ただし、記号√は式全体にかかる平方根記号である。
らに大きなものを使用すれば距離をより短くすることが
できるため、光学系の小型化が容易に実現できる。ま
た、ビーム整形ディフューザ50は、光軸に対して垂直
に設置してあればよく、レンズを用いた場合のように光
軸がレンズの中心にくるように調整する必要はない。
軸、y軸に対してはビームが外れない範囲に調整するだ
けでよく、レンズを用いて前記と同様の効果を得る場合
に比べて調整が簡便である。
て、回折格子に入射される光の形状を整形し、ビームの
中心部から周辺部へ向かって滑らかに光強度が減衰する
ようにし、ガウシアンビームと形状を類似させると、回
折後の干渉パターンのサイドローブを抑えることがで
き、高ダイナミックレンジが可能となる。
は、単色光を入射したときに現れる線スペクトルの中心
波長のパワーレベルと、その中心波長からわずかに離れ
た波長における迷光のレベルとの差のことである。
リメーティングレンズ12に入射する前の形状の相似形
となる。光スペクトラムアナライザにおいては、このよ
うなビーム整形ディフューザ50を用いてビームを既知
の形状にすることにより、アレイ素子上で収束したビー
ム形状から演算により波長、パワー、S/N比等を求め
る際に補正を精度よく行うことができる。
アレイ素子上の収束ビーム形状を示すものである。y軸
方向の径を小さくしているので、Δy3(>Δy1)、
Δy4(>Δy2)と変動分に余裕ができている。x軸
方向については、図6での場合と同様に(n+1)番目、(n+
2)番目、(n+3)番目から検出される光強度に変化はな
く、ビーム形状を変更したことによる測定精度の低下は
無い。
について説明したが、本発明はミラー等を使用した反射
光学系を使用した構成についても同様に適用できる。
例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎな
い。したがって本発明は、上記実施例に限定されること
なく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、
変形をも含むものである。
ような効果がある。 分光器に入射された光の発散角をビーム整形ディフュ
ーザにより大きくできるので、分光器に入射した入射部
とコリメーティングレンズの間の距離を短くでき、光学
系を小型化できる。
ズの間の距離を短くする場合、レンズを使用するのと比
較して本発明のようにビーム整形ディフューザを使用し
た方が光学系の調整が容易である。 ビーム整形ディフューザ透過後のビーム形状を任意の
形状に整形できるので、光強度がビーム中心から滑らか
に減衰するビームを回折格子に入射でき、回折後の干渉
パターンのサイドローブを抑圧し高ダイナミックレンジ
を実現できる。
形状を任意の形状に整形できるので、アレイ素子上で収
束するビーム形状の補正を精度良く行うことができ、測
定精度が高くなる。 ビーム整形ディフューザ透過後のビーム形状を任意の
形状に整形できるので、アレイ素子上で形成されるビー
ムの形状を楕円形とすることによりビームが受光素子か
ら外れにくくなり、光学系の信頼性が高くなる。
ある。
の収束ビーム形状を示す図である。
光スペクトラムアナライザの一実施例を示す原理構成図
である。
示す図である。
である。
Claims (5)
- 【請求項1】入射端よりコリメーティングレンズを介し
て入射光を回折格子に入射し、前記回折格子から出射さ
れる光を複数の受光素子を配列してなるアレイ素子で検
出するようにした分光器において、 前記コリメーティングレンズの入射端側にビームを拡散
すると共にそのビーム形状を任意の形状に整形すること
のできるビーム整形ディフューザを配置したことを特徴
とする分光器。 - 【請求項2】前記ビーム整形ディフューザによりビーム
の光強度をガウシアンビーム形状に類似させ滑らかに減
衰するようにしたことを特徴とする請求項1記載の分光
器。 - 【請求項3】前記ビーム整形ディフューザによりアレイ
素子に照射されるビーム形状を楕円形に整形し、その楕
円の長径がアレイ素子の配列方向と平行となるようにし
たことを特徴とする請求項1記載の分光器。 - 【請求項4】前記請求項1ないし3記載の分光器を用
い、この分光器のアレイ素子の出力信号に基づき、入射
光の波長、パワー、SN比の特性を求めるように構成し
たことを特徴とする光スペクトラムアナライザ。 - 【請求項5】ビーム整形ディフューザにより任意形状の
ビームに整形し、その形状から波長、パワー、SN比を
求める際に前記ビーム形状により補正を行うようにした
ことを特徴とする請求項4記載の光スペクトラムアナラ
イザ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11106810A JP2000298067A (ja) | 1999-04-14 | 1999-04-14 | 分光器およびそれを用いた光スペクトラムアナライザ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11106810A JP2000298067A (ja) | 1999-04-14 | 1999-04-14 | 分光器およびそれを用いた光スペクトラムアナライザ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000298067A true JP2000298067A (ja) | 2000-10-24 |
Family
ID=14443212
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11106810A Pending JP2000298067A (ja) | 1999-04-14 | 1999-04-14 | 分光器およびそれを用いた光スペクトラムアナライザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000298067A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102967367A (zh) * | 2012-12-05 | 2013-03-13 | 钢研纳克检测技术有限公司 | 一种紫外二维全谱高分辨光学系统 |
WO2022185565A1 (ja) * | 2021-03-04 | 2022-09-09 | 株式会社島津製作所 | 分光測定装置 |
-
1999
- 1999-04-14 JP JP11106810A patent/JP2000298067A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102967367A (zh) * | 2012-12-05 | 2013-03-13 | 钢研纳克检测技术有限公司 | 一种紫外二维全谱高分辨光学系统 |
CN102967367B (zh) * | 2012-12-05 | 2014-09-24 | 钢研纳克检测技术有限公司 | 一种紫外二维全谱高分辨光学系统 |
WO2022185565A1 (ja) * | 2021-03-04 | 2022-09-09 | 株式会社島津製作所 | 分光測定装置 |
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040311 |
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A521 | Written amendment |
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A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20040402 |
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A02 | Decision of refusal |
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