JP2002202203A

JP2002202203A - 光波長測定装置

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Publication number: JP2002202203A
Application number: JP2000402120A
Authority: JP
Inventors: Yukio Tsuda; 幸夫津田
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2002-07-19
Anticipated expiration: 2020-12-28
Also published as: DE60118871T2; US6697160B2; EP1219938A2; EP1219938B1; DE60118871D1; US20020118368A1; EP1219938A3; JP4566401B2

Abstract

(57)【要約】【課題】移動鏡を移動することなく、入力光波長をリ
アルタイムに測定する。【解決手段】入力光を二つに分波し再び合波する二光
束干渉計１を備えた光波長測定装置であり、合波偏波状
態から、被測定光波長を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入射される被測定
光の波長を測定する光波長測定装置に関し、特に、被測
定光の波長を干渉計を用いて高速に測定する光波長測定
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術における光波長計の構成と波形
を図２２（ａ）、（ｂ）に示す。図２２（ａ）に示す光
波長計１０１は、被測定光及び波長が既知である基準光
が入力される光路上に配置されるビームスプリッタ１０
２と、ビームスプリッタ１０２により二つの光に分波さ
れる一方の光の光路上に固定して配置される固定鏡１０
３と、ビームスプリッタ１０２により二つの光に分波さ
れる他方の光の光路上に移動可能に配置される移動鏡１
０４とを備えて概略構成される。

【０００３】上記構成による光波長計１０１では、被測
定光及び波長が既知である基準光がビームスプリッタ１
０２へ入力され、固定鏡１０３及び移動鏡１０４へ入力
される。固定鏡１０３及び移動鏡１０４へ入射された各
々の光は、折り返されて再びビームスプリッタ１０２へ
入射され、分波された二つのビームが再び合波される。
移動鏡１０４を移動すると、合波された基準光Ｒと被測
定光Ｓは、図２２（ｂ）に示す波形のように、正弦波状
にパワーが変化する。

【０００４】光路差（分波してから合波されるまでの二
光路の長さの差）をｘ、屈折率をｎ、入力光の波長をλ
とすると、合波された光パワーには、ｃｏｓ（ｎｘ／
λ）の干渉光成分を生じる。

【０００５】そして、図２３に示すように、基準レベル
をクロスする波数ｋを、基準光Ｒおよび被測定光Ｓ各々
について計数し、この波数の比および既知である基準光
波長の値から被測定光の波長を計算し、その計算結果を
出力している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の光波長
計１０１では、移動鏡１０４を所定距離移動し、基準光
と被測定光の干渉縞の波数比を求める必要があるため、
移動鏡１０４の移動完了後にはじめて測定結果が得られ
ることになる。

【０００７】したがって、従来の光波長計１０１では、
移動鏡１０４を移動するための時間が必要不可欠である
ため、測定時間を短縮できないという欠点があった。

【０００８】ところで、二光束干渉計の出力光パワー
は、移動鏡１０４が移動した時のみならず、入力光波長
が変化した場合においても図２４に示すように正弦波状
に変化する。

【０００９】この事を利用し、従来の光波長計１０１に
おいても、測定時間を短縮する目的から、移動鏡１０４
を固定し、入力光波長の変化に伴う干渉光パワーの変化
を検出することにより、入力光波長の変化量を測定する
事が考えられる。

【００１０】しかしながら、図２４に示すように、例
えば点Ａに示す波長においては短波長方向に波長が変化
した場合でも長波長方向に波長が変化した場合でもどち
らの場合でもパワーは小さくなる。逆に、点Ｂに示す波
長においては短波長方向に波長が変化した場合でも長波
長方向に波長が変化した場合でもどちらの場合でもパワ
ーは大きくなる。その結果、波長がどちらに変化してい
るのかが区別できないという欠点がある。

【００１１】そこで、本発明は、上記問題点を鑑みてな
されたものであり、移動鏡を移動しなくても、波長がど
ちらにどれだけ移動したかをリアルタイムに測定するこ
とができる光波長測定装置を提供することを第一の目的
とし、さらに、第一の目的を達成するにあたって生ずる
各々の問題点を解消することができる光波長測定装置を
提供するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、入力光を二つに分波し、この分
波された光を再び合波して出力する二光束干渉計を備え
た光波長測定装置において、前記二光束干渉計が、分波
されてから再び合波されるまでの二光束間の光路差が固
定されており、且つ、少なくとも１つ以上の出力光が互
いに異なる偏波状態を有する二光束の合波光である事を
特徴とし、更に、前記合波光の偏波状態を検出する偏波
状態検出手段を備え、前記偏波状態から、前記入力光の
波長を出力することを特徴とする。

【００１３】請求項２の発明は、請求項１の光波長測定
装置において、前記二光束干渉計の分波後から合波され
るまでの２光路中のうち少なくとも一方の光路中に、入
力された光を異なる偏波状態に変換する光学素子が挿入
されていることを特徴とする。

【００１４】請求項３の発明は、請求項１または請求項
２の光波長測定装置において、前記二光束干渉計に用い
られている光合波／分波器が、偏光ビームスプリッタで
あることを特徴とする。

【００１５】請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれ
かの光波長測定装置において、光波長測定装置を構成す
る各光学部品は、前記二光束干渉計により分波されてか
ら合波されるまでの光路の間に密着して配置されてお
り、前記各光学部品の温度を一定に保つ温度調節機構を
備えたことを特徴とする。

【００１６】請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれ
かの光波長測定装置において、波長が安定化された基準
波長光を被測定光とほぼ同様の光路にて該被測定光と同
時に前記二光束干渉計に入力し、前記二光束干渉計から
出力される被測定光の合波光と共に基準光の合波光の偏
波状態を検出する偏波状態検出手段を備え、前記偏波状
態から、被測定光偏波状態に含まれる光路長変動量を補
正することを特徴とする。

【００１７】請求項６の発明は、請求項５の光波長測定
装置において、前記二光路のうち少なくとも一方の光路
長をわずかに変化せしめるアクチュエータと、前記アク
チュエータ駆動回路を備え、波長が安定化された基準波
長光を被測定光とほぼ同様の光路にて該被測定光と同時
に前記二光束干渉計に入力し、二光束干渉計から出力さ
れる基準光および被測定光の合波光のうち、どちらか一
方の偏波状態あるいは干渉光成分を前記アクチュエータ
駆動回路へフィードバック制御することを特徴とする。

【００１８】請求項７の発明は、請求項５あるいは請求
項６のいずれかの光波長測定装置において、入力された
光のうちある特定波長の光を吸収する光吸収セルを有
し、前記特定波長にロックされた光を前記基準波長光と
して出力する基準波長光源を備えたことを特徴とする。

【００１９】請求項８の発明は、請求項６の光波長測定
装置において、前記基準波長光源は、前記特定波長にロ
ックされた状態で出力光が周波数変調をかけられてお
り、前記光路長を可変制御するための各回路の周波数応
答が、前記変調周波数よりも十分に低い周波数に設定さ
れていることを特徴とする。

【００２０】請求項９の発明は、請求項７の光波長測定
装置において、前記基準波長光源は、前記特定波長にロ
ックされた状態で出力光が周波数変調をかけられてお
り、前記吸収セルから出力される光を検出する光検出器
と、該光検出器の出力信号、あるいは、該出力信号の微
分信号が、ある特定レベルと一致したときにトリガを発
生するトリガ発生回路を備え、該トリガ発生と同期して
測定光波長を出力することを特徴とする。

【００２１】請求項１０の発明は、請求項１〜９のいず
れかの光波長測定装置において、前記二つの光路の少な
くとも一方の光路の光路長を可変する光路長可変機構を
備え、前記光路長を規定距離だけ変化させたときに生じ
る前記合波光の偏波状態変化量、及び、前記光路長を固
定した時の前記被測定光波長変化に伴う前記合波光の偏
波状態変化量より、前記被測定光の絶対波長をリアルタ
イムに測定することを特徴とする。

【００２２】請求項１１の発明は、請求項１〜１０のい
ずれかの光波長測定装置において、入力された光を互い
に垂直な偏光成分に分離させる複像偏光素子が、前記二
光束干渉計の入射部に設置されており、前記複像偏光素
子により分離された前記二光束干渉計からの出力光の偏
波状態から、前記被測定光の波長を測定することを特徴
とする。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は請求項１の発明に係る光波
長測定装置のブロック図である。

【００２４】図１に示すように、請求項１の発明に係わ
る光波長測定装置は、二光束干渉計１、偏波状態検出部
２、電気回路３を備えて概略構成される。二光束干渉計
１は、被測定光を入力光とし、この入力信号光を二つに
分波し合波させて干渉信号を得るものである。偏波状態
検出部２は、二光束干渉計１から出力された干渉光の偏
波状態を電気信号に変換し出力するものである。電気回
路３は、この電気信号を受け、入力光の波長に変換し出
力している。

【００２５】上記光波長測定装置では、光路差ｘを固定
し、合波光偏波状態から、被測定光波長を計算し出力し
ている。

【００２６】ここで、入力光波長変化と合波光の偏波状
態変化について従来の光波長計でも用いられているマイ
ケルソン干渉計を用いて説明する。

【００２７】図２にマイケルソン干渉計を示す。ビーム
スプリッタ（ＢＳ）に入力された入力光は光路１及び光
路２へ各々分波され、折り返しミラー１および２により
再びビームスプリッタ（ＢＳ）へ入力され合波される。

【００２８】ビームスプリッタ（ＢＳ）は、一般的に偏
波特性を有しており、ここでは、例えば反射率がＰおよ
びＳ偏光成分で各々２０％、８０％のビームスプリッタ
を仮定し、入力光として方位４５°の直線偏光が入射さ
れた場合について考える。また、簡単のため、反射／透
過に伴う位相変化量は、Ｐ／Ｓ成分共に等しく、損失は
ないものと仮定する。

【００２９】この系において、出力ポート２から出力さ
れる光について注目する。最初に、ＢＳにて２回の反射
された光路１からの光の偏波状態を考える。この光は、
Ｐ偏光成分が入射時パワーの４％、Ｓ偏光成分は入射時
パワーの６４％、となる。両偏光成分間の位相差は等し
く、入射光が４５度直線偏光であるので、この光の偏波
状態は７６°の直線偏光状態となる。

【００３０】次に、ＢＳにて２回の透過を受けた光路２
からの光について考える。この光は、前述の光とは逆
に、Ｐ偏光成分が６４％、Ｓ偏光成分は４％となるた
め、方位１４°の直線偏光状態となる。

【００３１】また、入力光が４５度直線偏光である為、
これら光路１および光路２からの各光パワーは共に等し
い。

【００３２】この様な二つの直線偏光が合波された光の
偏光状態は、二光束間の位相差Δθ（Ｐ／Ｓ両偏光成分
に共通する位相差であり、以下、「Δθ＝光路１からの
光の位相−光路２からの光の位相」と定義する）によっ
て変化する。

【００３３】たとえば位相差Δθが０の場合は、方位４
５度の元の直線偏光状態に戻る。位相差Δθが９０度で
ある場合は、方位角４５度で楕円率角３１度の右回り楕
円偏光状態となる。

【００３４】合波光の偏光状態を、ストークスパラメー
タＳ＝｛ＩＱＵＶ｝を用い表現すると、下記式１
のようになる。

【００３５】

【数１】

【００３６】式１においてＩｉｎは、入力された４５度
直線偏光の被測定光パワーである。図４に位相差Δθと
合波光偏光状態の関係を示す。式１及び図４から判るよ
うに、位相差Δθの変化に伴い、合波光の偏波状態は、
ＵＶ平面上の楕円軌道を描き、合波光パワー（原点から
の距離）も位相差Δθの変化と共に変化する。

【００３７】ところで、この二光束間の位相差Δθは、
二光束干渉計の光路長差により生じるため、Δθ＝２π
（ｎ・ｘ）／λ…（式２）なる関係式が成り立つ。

【００３８】式２から判るとおり、位相差Δθは入力光
波長λの関数である。すなわち、入力光波長λの変化に
伴い、二光束の位相差Δθが式２に基づき変化する。位
相差Δθが変化すると、マイケルソン干渉計の出力ポー
ト２から出力される合波光偏光状態がＵＶ平面上にて楕
円の軌道を描きながら変化する事となる。

【００３９】なお、図２のマイケルソン干渉計の出力ポ
ート１から出力される合波光は、光路１および光路２か
らの光が共に同一の偏波状態（４５度直線偏光）である
ため、入力光波長が変化した場合においても、偏波状態
は変化せず、パワーが変化するのみである。

【００４０】次に、一般的な場合について考える。すな
わち、互いに偏波状態が異なる任意の二光束の合波光に
ついて、位相差Δθの変化と偏波状態について考える。
偏波状態が互いに異なる任意の二つの光１および光２の
ストークスパラメータをＳ₁＝｛Ｉ₁ Ｑ₁ Ｕ₁ Ｖ
₁｝およびＳ₂＝｛Ｉ₂ Ｑ₂ Ｕ₂ Ｖ₂｝、Ｉ成分
にて各々規格化した単位ベクトルをベクトルｋ₁＝｛Ｑ
₁／Ｉ₁ Ｕ₁／Ｉ₁Ｖ₁／Ｉ₁｝およびベクトルｋ₂
＝｛Ｑ₂／Ｉ₂ Ｕ₂／Ｉ₂ Ｖ₂／Ｉ₂｝と定義す
る。ここで、ベクトルｋ₁＋ベクトルｋ₂の絶対値≠０
の場合（二光束が互いに直交していない場合）に、下記
式３の３つの直交する単位ベクトルを行成分とする行列
Ｒ（下記式４）を用いると、合波光のストークスパラメ
ータＳ₁₂＝｛Ｉ₁₂、Ｑ₁₂、Ｕ₁₂、Ｖ₁₂｝は、下記式５と
表される。

【００４１】

【数２】

【００４２】

【数３】

【００４３】

【数４】

【００４４】但し式５のΔβは、ベクトルｋｑとベクト
ルｋ₁（あるいはベクトルｋ₂）の成す角であり、０＜
Δβ≦π／２の値をとる。また、光１と光２が互いに直
交する偏波状態の場合には、ベクトルｋｖに垂直な任意
な単位ベクトルをベクトルｋｑと定義すると、式５が適
用できる。行列Ｒは原点を中心とする回転変換である。
Δβ及び行列Ｒは、二光束干渉計および入力光偏波状態
により決定される定数（あるいは定数を成分とする行
列）である。

【００４５】式５から明らかな様に、偏波状態が互いに
異なる任意の二光束の合波光偏波状態は、位相差Δθの
変化に伴い、｛ＱＵＶ｝空間内のある平面上に楕円
状の軌跡を描く。この様子を図３に示す。

【００４６】図３（ｂ）は、ベクトルｋ₁、ベクトルｋ
₂、ベクトルｋｑ、ベクトルｋｕ、及びベクトルｋｖの
関係を示した図である。図３（ａ）は、Ｓ₁、Ｓ₂、お
よび、位相差Δθの変化に伴う合波光Ｓ₁₂の楕円状軌跡
の関係を示している。楕円の中心は、ベクトルＳ₁、Ｓ
₂の和が示す点であり、この点を通りベクトルｋｖに垂
直な平面Ｈ上に楕円軌道が存在する。楕円の長軸は、ベ
クトルｋｑに平行な方向で、振幅が２（Ｉ₁・Ｉ₂）
^1/2である。楕円の短軸は、ベクトルｋｕに平行な方向
で、振幅が２（Ｉ₁・Ｉ₂）^1/2ｓｉｎΔβである。

【００４７】以上、互いに異なる偏波状態を有する任意
の二光束の合波光は、位相差Δθの変化に伴い、｛Ｑ、
Ｕ、Ｖ｝空間にて楕円状の軌道を描きながらその偏光状
態を変化させることを説明した。

【００４８】次に、一般的な二光束干渉計を用いた場合
を考えると、使用している光学部品の偏波特性により、
容易に「互いに異なる偏波状態の２光束の合波光」を得
られる事が判る。

【００４９】本発明は、上記原理を用い、入力光波長の
変動量測定を実現している。すなわち、互いに異なる偏
波状態の２光束の合波光を出力する二光束干渉計の出力
光偏波状態を、偏波状態検出部２により検出し、前記楕
円軌道上での角度を電気信号に変換する。電気回路３に
おいては、前記電気信号を積分し、初期位相差からのト
ータルの位相差として計算し、この値を前記式２に適用
し被測定光波長に変換する。このようにして、従来の波
長計の様に移動鏡を移動させる事なく、波長変化量をそ
の変化方向も含めリアルタイムに測定することができ
る。

【００５０】次に、図１に示す請求項１の発明に係る光
波長測定装置の具体的な構成について説明する。図５は
実施例１における光波長測定装置を示している。二光束
干渉計１には、前述のマイケルソン干渉計（図２）を使
用する。

【００５１】マイケルソン干渉計の入射部に方位４５度
にて設置された偏光子により、被測定光は、４５度の直
線偏光に変換される。

【００５２】二光束干渉計１にて分波・合波された二つ
の合波光は、偏波状態検出部２へ入力される。偏波状態
検出部２は、必ずしも完全なストークスアナライザであ
る必要がなく、実施例１においては、１／４波長板、偏
波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、及び三つの受光器によ
り概略構成される。

【００５３】二光束干渉計１の出力ポート２から出力さ
れる合波光は、偏波状態検出部２内の１／４波長板にて
偏光状態の変化を受ける。この１／４波長板は方位４５
度にて設置されており、入力光は、ポアンカレ球上にて
Ｕ軸周りに９０度の回転（Ｑ軸をＶ軸方向に回す方向）
を受ける。よって、１／４波長板からの出力光のストー
クスパラメータは下記式６となり、ＱＵ平面上の楕円軌
道に変換される。

【００５４】

【数５】

【００５５】この光は、偏波ビームスプリッタにて水平
直線偏光成分と垂直直線偏光成分に分岐され、受光器１
および受光器２により各々電気信号に変換され、電気回
路３へ出力される。

【００５６】また、二光束干渉計１の出力ポート１から
出力された光は、偏波状態検出部２内の受光器３により
電気信号に変換され電気回路３へ出力される。

【００５７】電気回路３においては、偏光状態検出部２
から入力された電気信号が、アナログ／デジタル変換部
によりデジタル信号に変換され、制御部により読みとら
れる。

【００５８】ここで、受光器１〜２への入力光パワーを
各々Ｉａ、Ｉｂとすると、下記式７のようになる。

【００５９】

【数６】

【００６０】また、受光器３への入力パワーをＩｃとす
ると、エネルギー保存則からＩａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ＝Ｉｉｎ
だから、行列を用いて書き直すと、下記式８のようにな
る。但し、下記式９となる。

【００６１】

【数７】

【００６２】

【数８】

【００６３】この場合、行列Ｍの逆行列が存在し、よっ
て、下記式１０と解く事ができる。

【００６４】

【数９】

【００６５】電気回路３内の制御部は、受光器１〜３の
電気信号からＩａ、Ｉｂ、Ｉｃを求め、上記演算式１０
及び逆正接関数（ｔａｎ^-1）をもちいて、Δθ／２πの
小数部分を随時計算する。

【００６６】Δθ／２πの整数部分は、初期値としてあ
らかじめ制御部内に保存されている値（あるいは、ユー
ザにより入力された被測定光の初期波長λｉｎｉを計算
式をλｉｎｉ／（２π・ｎ・ｘ）を用いて計算した初期
位相差の整数部分の値）が用いられる。そして、入力光
波長変化に伴う小数部分のオーバーフローまたはアンダ
ーフローに対応して、整数部分のカウント値が＋１また
は−１され、位相差が積分される。この整数部分は先の
少数部分と合わせられ、トータルの位相差Δθが、随時
計算される。

【００６７】最後に、λ＝２π（ｎ・ｘ／Δθ）…式１
１を計算し、被測定光の波長を出力する。なお、屈折率
ｎ及び光路差ｘは、既知の値として、制御部内にデータ
が保存されている。

【００６８】上記制御部によるデータの読みとり／演算
／出力の動作は、極短時間にて終了する。

【００６９】以上説明したように、実施例１の光波長測
定装置によれば、被測定光波長を、リアルタイムに測定
することが可能となる。

【００７０】なお、二光束干渉計１の構成は、図２に示
したマイケルソン干渉計に限らず、マッハ・ツェンダー
干渉計など他のあらゆる二光束干渉計を用いる事もでき
る。この場合、前記説明の通り「少なくとも１つ以上の
出力光が、偏波状態が互いに異なる二つの光束を合波す
る事により得られた合波光である」という条件を満たし
ておれば良い。

【００７１】更に、偏波状態検出部２の構成も図５に示
した限りではない。例えば波長板の位相差は必ずしもλ
／４である必要はなく、方位角も４５度に限った訳では
ない。ＰＢＳの設置方位角も、０度に限らず他の角度で
も差し支えない。また、ＰＢＳを用いなくとも、図６に
示す様に、安価なビームスプリッタにて光を２分岐した
後、互いに異なる方位角に設置した二つの検光子を用い
て、異なる偏波方向の光パワーを測定する構成でも良
い。偏波状態検出部２の構成において必要な条件は、位
相差Δθを算出する前記演算式８における行列Ｍの逆行
列が存在する事である。

【００７２】また、偏波状態検出部２として、ストーク
スアナライザを用いると、前記条件を満たすあらゆる二
光束干渉計に対応できる。すなわち、ストークスアナラ
イザにより得られたストークスパラメータＳ₁₂＝｛Ｉ₁₂
Ｑ₁₂ Ｕ₁₂ Ｖ₁₂｝を式５に適用して解いた下記式１
２において、行列ＲおよびΔβは、二光束干渉計固有の
既知の値であるため、上式１２から位相差Δθを計算す
ることができる。

【００７３】

【数１０】

【００７４】次に、請求項２について説明する。

【００７５】請求項１の発明に係わる光波長測定装置に
おいては、二光束干渉計に使用されている光学部品の偏
波特性を利用している為、被測定光の波長によっては精
度良く波長測定ができない欠点がある。すなわち、式１
２において、Δβの値が０に近い場合や、合波されるパ
ワーの比率＝（Ｉ₁−Ｉ₂）／（Ｉ₁＋Ｉ₂）の絶対値
が小さい場合には、測定誤差が大きくなる。

【００７６】以下に説明する請求項２の発明に係わる光
波長測定装置では、上述した問題を解消するため、二光
束干渉計の分波されてから合波されるまでの二光路中の
少なくとも一方の光路中に、入力された光を異なる偏波
状態に変換する光学素子を挿入することにより、二光束
の偏波状態を積極的に互いに異なる様にすることがで
き、従って、測定波長精度を高く維持することを可能と
する。

【００７７】図７に、請求項２の発明に係る二光束干渉
計の例を示す。図７（ａ）〜（ｃ）は、入力された光を
異なる偏光状態に変換する光学素子として波長板、偏光
子、傾斜して設置したガラス板を用いた二光束干渉計の
例である。この例の様に、出力される偏光状態が元の偏
光状態と異なっていれば、どのような光学素子を用いて
も良い。図７（ｄ），（ｅ）には、光カップラを用いた
マッハ・ツェンダー干渉計の例が示されている。図７
（ｄ）は、コイル状に巻いたＳＭファイバにより、ファ
イバコアに発生する応力によって偏波状態が変化する事
を利用した例である。図７（ｅ）は、片方の光路中に偏
波保持ファイバを用いることにより、偏波状態を異なる
様にした例である。

【００７８】次に、請求項３について説明する。被測定
光の光パワーを有効に利用し、最大の測定精度を得るた
めには、前記Δβが９０度で、且つ、前記パワー比率が
０の場合である。請求項１及び２の発明に係わる光波長
測定装置においては、光学素子の波長特性により、広い
波長範囲にわたってこの条件を維持することは困難であ
る。請求項３の発明に係わる光波長測定装置において
は、上記問題を解決するため、二光束干渉計に用いられ
ている合／分波器として、広い波長範囲にわたって偏波
特性が維持されている偏波ビームスプリッタを用いるこ
とを特徴とする。図８に例を示す。図８に示すとおり、
４５度直線偏光の被測定光が入力され、パワーの等しい
水平および垂直直線偏光に分波され、再び合波される。
合波光は１つのみとなり、位相差Δθの変化に伴い、合
波光の偏光状態はＵＶ平面上の原点を中心とした円周上
を周回する。式１２は、下記式１３となり、全パワーを
測定に寄与させる事ができ、従って、広い波長範囲にお
いて精度の高い波長測定を実現できる。

【００７９】

【数１１】

【００８０】次に、請求項４の発明に係る光波長測定装
置について説明する。

【００８１】前述した請求項１〜３の発明に係る光波長
測定装置では、以下の様な問題点がなお存在する。式２
に示すように、偏波状態検出部にて検出される位相差Δ
θは、被測定光の波長のみならず、二光路中の屈折率ｎ
及び光路長差ｘの関数でもある。従って、これらの値が
変化すると、波長測定において誤差が発生する問題が存
在する。下記（１）、（２）に、屈折率ｎ及び光路長差
ｘの変動に起因する波長測定への影響を各々説明する。

【００８２】（１）気圧の影響干渉計中の光路差に、空気層が含まれる場合、気圧の変
動が測定値に影響を与える。例として、光路差に相当す
る部分が全て空気である場合を考える。

【００８３】標準空気（炭酸ガス０．０３％を含む１５
℃、１気圧の乾燥空気）の波長１．３０μｍ（真空中の
値）の光に対する屈折率は１．０００２７３５であるか
ら、標準空気中では約０．３６ｎｍ程度波長が短くな
る。気圧が０．１気圧変化すれば、０．３６ｎｍの約１
０％、すなわち、０．０３６ｎｍの測定誤差が生じる事
となる。０．１気圧の変動は、通常の気象現象として頻
繁に生じるものである。

【００８４】（２）温度の影響光路差となる部分を全てガラスなどの固体にて充填した
系においては、気圧変化は測定値にほぼ影響を与えなく
なる。しかしながら、光学部品の熱膨張が及ぼす影響は
避けることができない。

【００８５】例えばガラスは２０℃において、８〜１０
×１０^-6／℃程度の線膨張率を有しており、温度が１℃
変化すると、測定結果に８〜１０ｐｐｍ程度の影響を与
える。

【００８６】そこで、請求項４の発明に係る光波長測定
装置では、前述した請求項１〜３の発明に係る光波長測
定装置において、入力光が分波されてから合波されるま
での光路の間に、空気層ができるだけ少なくなるよう
に、各々の光学部品を密着して配置するとともに、各光
学部品の温度を一定に保っている。

【００８７】図９は請求項４の発明に係る光波長測定装
置の一構成例を示している。

【００８８】この光波長測定装置では、各光学部品間、
すなわち、分波器４及び合波器５をなすビームスプリッ
タＢＳと位相子６（６ａ、６ｂ）との間、位相子６（６
ａ、６ｂ）と内部反射用コーティングを施した折り返し
光学系２８（２８ａ、２８ｂ）との間にマッチングオイ
ル（光学部品の屈折率に等しいグリス）を挟み込み、光
路差となる部分が全てガラスなどの固体で充填されるよ
うに各光学部品を密着配置している。

【００８９】これにより、密着させた各光学部品の面で
の不要な反射光が防止できるとともに、気圧変化に伴う
空気の屈折率変化による測定誤差を低減することができ
る。

【００９０】また、図９に示す光波長測定装置は、各光
学部品を一定温度に保つための温度調節機構３０を備え
ている。この温度調節機構３０は、電流―熱変換素子で
あるペルチェ素子３１、サーミスタ素子３２、増幅器３
３、駆動回路３４を有している。そして、分波から合波
に至る全ての光学部品はペルチェ素子３１上に設置さ
れ、温度によって抵抗値が変化することを利用したサー
ミスタ素子３２をもちいて光学部品の温度をモニタし、
このモニタ時の検出信号（増幅器３３により所定の増幅
度で増幅された信号）に基づいてペルチェ素子３１に与
える電流を駆動回路３４によりフィードバック制御して
いる。これにより、各光学部品が一定温度に保たれ、光
学部品の熱膨張が及ぼす影響を防ぐことができる。

【００９１】なお、請求項４の発明には触れていない
が、空気中の気圧変化等に起因する屈折率変動を防止す
る他の方法として、二光束干渉計全体を気密封止する方
法が考えられる。しかしながら、気圧変動が及ぼす測定
誤差が問題となる様な、高精度波長測定を目的とする二
光束干渉計においては、ある程度光路差を長くする必要
から、干渉計の大きさが大きなものとなり、従って、気
密封止を行う上で、技術的困難が発生する。

【００９２】また、光学部品の熱膨張による光路差の変
動を防止する他の方法として、熱膨張係数の小さい材質
の光学部品を用い二光束干渉計を構成する方法が考えら
れる。しかしながら、そのような材質を用いた光学部品
は一般的に高価であり、コスト面で問題となる。

【００９３】次に、以下に説明する請求項５および請求
項６の発明に係る光波長測定装置は、前述の請求項４に
係る光波長測定装置とは別の方法により、二光束干渉計
光路中の屈折率変動および光路差の変動が及ぼす波長測
定誤差を解決するものであり、波長が安定化された基準
波長光を被測定光と共に二光束干渉計に入力する事を特
徴とする。

【００９４】まず、請求項５の発明に係る光波長測定装
置について説明する。

【００９５】図１０に、請求項５の発明に係る光波長測
定装置の実施例として、マイケルソン干渉計の一方の光
路中に位相子を挿入した例を示す。二光束干渉計１に
は、波長が安定化された基準波長光を、被測定光とほぼ
同様の光路にて入力し、各々の合波光が偏波状態検出部
２へ出力される。偏波状態検出部２においては、前記両
合波光を電気信号に変換後、位相差信号として各々出力
する。

【００９６】ここで、基準光より得られた位相差をΔθ
ｒ、同波長をλｒ、被測定光より得られた位相差をΔθ
ｓ、同波長をλｓと各々定義すると、前記式２より下記
式１となり、光路長差ｘを消去できる。

【００９７】

【数１２】

【００９８】上記式１４中λ＝λｓ時のｎおよびλ＝λ
_r時のｎは、被測定光波長および基準光波長における、
二光束干渉計光路の屈折率である。

【００９９】電気回路３においては、実施例１と同様の
方法にて、基準光および被測定光の位相差を各々求め、
上記式１４により被測定光波長を計算し、出力する。

【０１００】なお、基準光の波長を被測定光波長に近い
ものを選ぶと、λ＝λｓ時のｎ／λ＝λ_r時のｎ＝１と
近似して、両位相差の比と基準光波長との積より被測定
光波長を得ることができる。また、前記近似誤差が無視
できない場合においては、ある条件下（例えば標準空気
中）の屈折率比λ＝λｓ時のｎ／λ＝λ_r時のｎの値を
用いる。この場合、実際の測定条件が仮定と異なって
も、各々の屈折率の変化率はほぼ同じであり、屈折率比
は変化せず、従って、測定誤差が生じない。この様にし
て、請求項５の発明に係る光波長測定装置では、基準光
を用いることにより、屈折率変化や光路長差の変動の影
響を受けることなく、高精度の波長測定が可能となる。

【０１０１】次に、請求項６の発明に係る光波長測定装
置について説明する

【０１０２】請求項６の発明に係る光波長測定装置は、
請求項５の発明に係る光波長測定装置において、二光束
干渉計の少なくとも一方の光路長をわずかに変化させう
るアクチュエータを備えている。

【０１０３】図１１に、請求項６の発明に係る光波長測
定装置の実施例を示す。この実施例は、アクチュエータ
として、印可電圧に応じて厚みを変化させるピエゾ素子
を使用したものである。

【０１０４】偏波状態検出部２から得られた基準光位相
差信号Δθｒの変動は、二光束干渉計の光路中の屈折率
変化および光路差変化に対応する。そこで、電気回路３
は、この信号Δθｒの変動を光路長変動補正信号として
ピエゾ素子ドライバへ出力する。ピエゾ素子ドライバ
は、前記補正信号をピエゾ素子駆動信号に変換し、ピエ
ゾ素子へ出力する。ピエゾ素子は、前記駆動信号に従
い、素子の厚みを変化させ、従って、二光束干渉計の光
路長差が変化する。光路長差が変化すると、先のΔθｒ
も変化する。前記光路長補正信号は、検出したΔθｒの
変化をうち消す方向に加えられる。このフィードバック
ループによりΔθｒが変動しないように制御され、よっ
て、光路差と屈折率の積が一定値に保たれる。

【０１０５】電気回路３は、このほかに、実施例１と同
様の方法により、被測定光位相差信号から被測定光波長
を計算し出力する。

【０１０６】この様に、請求項６の発明に係る光波長測
定装置では、前記フィードバック制御により、屈折率ｎ
と光路長差ｘの積は一定に保たれ、従って、高精度の波
長測定が可能となる。

【０１０７】なお、上記例においては、基準光位相差信
号Δθｒをピエゾ素子へフィードバックしているが、被
測定光合波光より得られる被測定光位相差信号Δθｓを
ピエゾ素子へフィードバックしても良い（不図示）。こ
の場合、電気回路３は、式１４中の被測定光位相差Δθ
ｓが既知である一定値として同式をもちいて被測定光波
長を計算する。

【０１０８】更に、フィードバックに用いる信号とし
て、合波光パワー（干渉光パワー）を用いることが可能
である（不図示）。この場合、干渉光パワーの極大値あ
るいは極小値となる位相以外の位相となるように、フィ
ードバック制御を行う。フィードバック制御の周波数応
答を十分に高くすることにより、極大値あるいは極小値
を飛び越え、異なる位相にロックされることを防ぐこと
ができる。

【０１０９】フィードバック信号として用いない方の合
波光（基準光合波光あるいは被測定光合波光）は、偏波
状態検出部にて位相差を検出し、被測定光波長の測定に
使用される。

【０１１０】干渉光に対応する入力光パワー（基準波長
光パワーあるいは被測定光パワー）が変化する場合に
は、入力光パワーと干渉光パワーの比をフィードバック
信号として使用する。

【０１１１】以上のフィードバック信号として干渉光パ
ワーを用いる実施例では、両方の偏波状態を検出する前
記実施例と比較して、受光器の数を少なくすることが可
能である。

【０１１２】次に、請求項７の発明に係る光波長測定装
置について説明する。請求項７の発明に係る光波長測定
装置は、前述した請求項５または請求項６の発明に係る
光波長測定装置において、基準光を得るための光源装置
として、入力された光のうちある特定波長の光を吸収す
る吸収セルを有し、前記特定波長にロックされた光を基
準波長光として出力する基準波長光源を用いたものであ
る。

【０１１３】図１２は基準波長光源の一構成例を示して
いる。図１２に示すように、基準波長光源６１は、半導
体レーザダイオード６２、吸収セル６３、光検出器６
４、駆動回路６５を備えて構成される。吸収セル６３
は、例えば１．５３μｍに吸収波長帯を持つアセチレン
ガスが封入されたものである。吸収セル６３は、半導体
レーザダイオード６２の一方の出力面から光が入射され
ると、吸収波長の光成分を吸収し、他の波長成分の光を
通過させる。光検出器６４は、吸収セル６３を通過して
入射される光を受光検出し、その検出信号を電気信号に
変換して駆動回路６５に出力している。駆動回路６５
は、光検出器６４からの電気信号に基づき、吸収セル６
３の吸収波長（特定波長）にロックされた出力光を基準
波長光として半導体レーザダイオード６２の他方の出射
面から出射されるべく、半導体レーザダイオード６２の
バイアス電流を制御している。

【０１１４】ところで、一般的な吸収セルを備えた基準
波長光源を用いる場合、以下に説明するような問題があ
る。

【０１１５】例えばアセチレンガスを封入した吸収セル
は、図１３の様な吸収スペクトラムを有している。そし
て、このような吸収スペクトラムを有する吸収セルを備
えた基準波長光源では、出力光波長が吸収セルのある特
定の吸収線のピークに一致するように制御される。

【０１１６】ここで、出力光波長を吸収セルのある特定
の吸収線のピークにロックさせる手法としては、次のよ
うな方法が一般的に用いられている。なお、図１２に示
す基準波長光源６１も同様の方法が採用されている。

【０１１７】光源の出力光波長に周波数変調をかけ、吸
収セルを通過した光パワーを光／電気変換器にて電気信
号（電圧）に変換し、この信号をさらに微分回路に通し
た信号を考えると、光源の出力波長がピーク波長となる
タイミングにおいて０ボルトとクロスする（符号が反転
する）事が図１４から判る。吸収セルを用いた波長安定
化光源では、この微分回路の出力電圧の平均値が０ボル
トとなるように、光源のバイアスを制御している。

【０１１８】このように、吸収セルを用いた波長安定化
光源は、半導体レーザダイオードからの出力光波長を特
定の吸収線にロックさせるために、該出力光に周波数変
調をかけ、時間平均の波長を安定化させている。このた
め、このような光を二光束干渉計の基準波長光源として
そのまま用いると、実際には変化していない光路長が変
化しているように検出されてしまうため、測定精度が劣
化するという欠点がある。

【０１１９】なお、図１２において、音響光学素子など
を用いた外部変調器を、半導体レーザダイオードと吸収
セルの間に配置し、半導体レーザダイオードから出力さ
れる光のうち吸収セルへ入力される光のみに周波数変調
を行う方式がある。この場合には、基準波長光源から出
力される出力光は、変調されていないため、前記欠点は
無い。しかしがら、この様なタイプの基準波長光源は、
一般に高価になる欠点がある。

【０１２０】以下に説明する請求項８、９の発明に係る
光波長測定装置は、上記問題を解消するためになされた
ものである。

【０１２１】請求項８の発明に係る光波長測定装置は、
請求項６の発明に係る光波長測定装置の基準波長光源と
して、前述の欠点を抱える吸収セルの特定波長にロック
された光を用いたものであり、以下の方法により、前記
課題を解決している。すなわち、請求項６の発明に係る
光波長測定装置のアクチュエータ駆動に関するフィード
バックループの周波数応答が、前記基準波長光の変調周
波数よりも十分に低い周波数に設定されている。これに
より、基準波長光の周波数変調が二光束干渉計の光路長
制御に影響を及ぼさないようになり、従って、高精度な
波長測定を可能としている。（不図示）

【０１２２】次に、請求項９の発明に係る光波長測定装
置について説明する。

【０１２３】図１５に請求項９の発明に係る光波長測定
装置の具体的実施例を示す。基準波長光源内部の光検出
器の出力信号は、トリガ発生回路にて、ある基準レベル
と比較され、トリガ信号が電気回路３へ出力される。図
１４に示すように、光検出器出力信号は、基準波長光源
の出力光波長に対応しており、従って、基準波長光源か
ら出力される出力光がある基準波長と一致した瞬間に、
トリガが発生される。電気回路３においては、トリガが
発生された時点での合波光位相差信号を用いて被測定光
波長を計算し出力する。この結果、常にある基準波長と
一致した基準波長光を用いることとなり、前記課題を解
消し、高精度の波長測定を可能としている。

【０１２４】なお、トリガ発生回路の他の例として、図
１４から判るように、光検出器出力信号を微分した信号
も、基準波長光源の出力波長に対応しているので、この
微分信号がある規定レベルと一致したときにトリガを発
生させる回路を用いることができる。（不図示）

【０１２５】ところで、今まで説明した請求項１〜９の
発明に係る光波長測定装置においても、なお、次のよう
な問題がある。

【０１２６】すなわち、請求項１の発明に係る光波長測
定装置の実施例の説明では、合波光の位相差Δθを求め
る課程において、Δθ／２πの整数部分をあらかじめ制
御部内に保存されている値（あるいは、ユーザにより入
力された初期波長から求めた値）を使用するとしてい
る。従って、計算に用いたΔθ／２πの整数部分の値が
実際のものと異なる場合には、測定した波長も実際の波
長と異なることとなる。

【０１２７】被測定光の相対的な波長変動量をリアルタ
イムに測定することが重要であり、絶対波長確度が重視
されない使用においては、上記測定誤差は問題とならな
い。しかしながら、波長変動量のリアルタイム測定と共
に、絶対波長確度も重視される使用においては問題とな
る。

【０１２８】次に説明する、請求項１０の発明に係る光
波長測定装置は、上記課題を解消するものである。

【０１２９】図１６に、請求項１０の発明に係る光波長
測定装置の実施例を示す。

【０１３０】ＰＢＳを用いたマイケルソン干渉計の折返
しミラー２が、光軸方向に直線移動可能な移動ステージ
上に設置されている。そして、基板上に設置された二つ
の位置検出器１及び２が、移動ステージの通過信号を電
気回路３へ送出する。

【０１３１】位置検出器１は、移動ステージが位置検出
器１の場所の時にマイケルソン干渉計の光路差が０とな
る位置に設置されている。

【０１３２】位置検出器２は、移動ステージが位置検出
器２の場所の時にマイケルソン干渉計の光路差が規定光
路差ｘとなる位置に設置されいる。

【０１３３】移動ステージは、ドライバ回路により駆動
されるリニアモータが接続されており、電気回路３の駆
動信号に従い移動する。

【０１３４】電気回路３は、ユーザの測定開始の指示を
受けると、移動ステージを位置検出器１の方向へ移動さ
せる。電気回路３には、Δθ／２πの整数部分をカウン
トするカウンタ（不図示）が内蔵されており、該カウン
タは、位置検出器１から出力される通過信号をトリガと
して０にリセットされる。電気回路３は、該カウンタが
リセットされたのを確認後、移動ステージを位置検出器
２の方向へ移動させる。

【０１３５】電気回路３は、上記移動の間、偏波状態検
出部２から送出される合波光偏光状態を元に、Δθ／２
πの少数部分をリアルタイムに計算し、オーバーフロー
あるいはアンダーフローに従って、前記整数部カウンタ
のカウント値を＋１あるいは−１させる。

【０１３６】電気回路３は、位置検出器２からの通過信
号を受けると、移動ステージの移動を停止させる。Δθ
／２πの整数部分のカウント値およびリアルタイムにモ
ニタしている該少数部分の値結合してトータルの位相差
とし、これを式１１に適用し、被測定光の絶対波長を随
時出力する。

【０１３７】駆動機構のバックラッシュなどの原因によ
り、移動ステージを位置検出器２の位置に正確に停止で
きない場合においては、位置検出器２から出力される通
過信号を受ける毎に移動ステージ移動方向を反転させ、
移動ステージが常に位置検出器２付近に位置するように
制御する。そして、該通過信号をトリガとしてラッチし
た、Δθ／２πの整数部分のカウント値、および、該少
数部分の値を用い、前記と同様に被測定光の絶対波長を
計算し、該トリガ受信毎に随時結果を出力する。

【０１３８】このようにして、Δθ／２πの整数部分を
正確に測定し、従って、リアルタイムの高確度波長測定
を可能としている。

【０１３９】なお、位置検出器１の位置は二光束の光路
差が０の位置でない場合でも、その値が既知であれば問
題ない。この場合、移動ステージが位置検出器１の場所
にある時の光路差をｘ₀とすると、式１１においてｘの
代わりに（ｘ−ｘ₀）を適用し絶対波長を計算する。

【０１４０】以上説明した位置検出器を用いた本実施例
においては、位置検出器の設置位置を高精度・高安定に
保つ必要があるが、次に示す請求項１０の発明に係る光
波長測定装置の第二の実施例は、前記問題を解決したも
のである。

【０１４１】図１７に、請求項１０の発明に係る光波長
測定装置の第二の実施例を示す。

【０１４２】ＰＢＳを分／合波器として用いるマイケル
ソン干渉計において、先の実施例と同様に、折返しミラ
ー２が移動ステージ上に設置されており、リニアモータ
およびドライバ回路にて、光軸方向へ移動可能な構造と
なっている。

【０１４３】４５度直線偏光の被測定光および基準波長
光は入力ポート２および入力ポート１から各々ＰＢＳへ
入射される。ＰＢＳは、Ｐ偏光成分が透過し、Ｓ偏光成
分は反射される特性を持つとする。ＰＢＳにて反射され
た被測定光Ｓ偏光成分と、ＰＢＳを透過する基準光Ｐ偏
光成分は、光路１を通り、折返しミラー１にて再びＰＢ
Ｓへ入射される。同様に、ＰＢＳを透過した被測定光Ｐ
偏光成分と、ＰＢＳにて反射された基準光Ｓ偏光成分
は、光路２を通り、折返しミラー２にて再びＰＢＳへ入
射される。光路１および光路２における被測定光および
基準光の光束がぴったり重なるように、各光の入射位置
／角度が調整されている。

【０１４４】ＰＢＳへ再び入射され合波された被測定光
合波光および基準光合波光は、出力ポート２および１か
ら各々出力され、偏波状態検出部２へ入力される。偏波
状態検出部に入力された各合波光は、偏波状態が検出さ
れ、電気信号として電気回路３へ各々出力される。

【０１４５】電気回路３は、ユーザからの測定開始の指
令を受けると、移動ステージを光路差０付近へ移動さ
せ、偏波状態検出部から送られてくる基準光合波光パワ
ーの値を読みとる。

【０１４６】基準波長光源は、図１８に示すように、信
号波長成分以外のノイズ成分を有している。これによ
り、マイケルソン干渉計の光路差を変化させると、図１
９に示すように、光路差０の位置において、干渉光パワ
ー（基準光合波光パワー）が最大となる。

【０１４７】電気回路３には、被測定光用および基準光
用のΔθ／２πの整数部分をカウントする整数部カウン
タ（不図示）が各々内蔵されており、該両カウンタは、
前記基準光合波光パワーが最大となった瞬間に、０にリ
セットされる。

【０１４８】電気回路３は、前記基準光合波光パワーが
最大となったのを確認後、基準光用位相差Δθｒがある
規定の値となるまで、移動ステージを移動させる。

【０１４９】この移動の間も、前の実施例と同様にし
て、基準光および被測定光の位相差が少数部分も含めカ
ウントされる。

【０１５０】基準光用位相差Δθｒが、ある規定値とな
ると、電気回路３は、移動ステージの移動を停止させ、
引き続き両位相差をカウントする。

【０１５１】電気回路３は、前記カウントした両位相差
を式１４に適用し、随時、被測定光絶対波長を計算し、
結果を出力する。

【０１５２】この様にして、請求項１０の発明に係る光
波長測定装置の第二の実施例を用いると、前記問題点を
解決し、高確度絶対波長測定をリアルタイムに行うこと
ができる。

【０１５３】以上、請求項１０の発明に係る光波長測定
装置の二つの具体的実施例を説明した。

【０１５４】これら、光路差を大きく変化させうる実施
例においては、得られた光路差と合波光偏光状態の関係
を電気回路３が逆フーリエ変換を行うことにより、被測
定光のスペクトラムを出力する事が可能である。

【０１５５】これまで説明した請求項１〜１０の発明に
係る光波長測定装置においても、以下の様な課題があ
る。

【０１５６】請求項１〜１０の発明に係る光波長測定装
置においては、入力光の偏波状態が変化する使用におい
ては、合波光偏光状態も変化し、測定誤差が生じる。二
光束干渉計の入射部に偏光子などを設置すれば、合波光
の偏光状態の変化を防止することができるが、該偏光子
の透過軸に対し垂直な偏光成分のみを有する光に対して
は、合波光パワーが０となり、測定不可能となってしま
う。

【０１５７】以下に説明する請求項１１の発明に係る光
波長測定装置においては、前記課題を解決したものであ
る。

【０１５８】図２０は、請求項１５の発明に係る光波長
測定装置の二光束干渉計１の具体的実施例である。

【０１５９】複像偏光素子としての方解石の平板が二光
束干渉計の入射部に設置されている。入射された入力光
は、互いに垂直な偏波成分の常光Ｐｏおよび異常光Ｐｅ
に分離され、ＰＢＳを分／合波器とするマイケルソン干
渉計へ入力される。

【０１６０】該複像偏光素子は、常光および異常光の偏
波方向が、水平及び垂直軸に対し±４５度となる角度に
設置されている。マイケルソン干渉計から出力される常
光および異常光の合波光は、偏波状態検出部へ出力され
る。

【０１６１】偏波状態検出へ入力される常光および異常
光の合波光は、位相差変化に伴い原点を中心とするＵＶ
平面上の円周軌道を１８０度の位相差を伴いながら描く
ように偏波状態が変化する。

【０１６２】図２１に偏波状態検出部の一構成例を示
す。

【０１６３】偏波状態検出部２へ入力された異常光合波
光は、方位４５度の１／２波長板を通過し、常光合波光
と同一の偏波状態に変換され、常光合波光とともに方位
４５度の１／４波長板によって、位相差変化に伴い原点
を中心とするＱＵ平面上の円周軌道を描く偏波状態に変
換される。

【０１６４】前記偏波状態が変換された合波光は、無偏
向ビームスプリッタＮＰＢＳにより分波される。

【０１６５】前記分波された光は、透過軸が０度および
４５度に設置された検光子により検波され、光検出器に
て電気信号に変換される。

【０１６６】図２１に示すように、検波後の異常光およ
び合波光は各々の光束が重なり合わない距離を保ちつつ
光検出器へ入力され、従って、干渉によるパワー変動を
防止し、それぞれの光パワーの和が電気信号として出力
される。

【０１６７】入力光の偏波状態が変化したとしても、常
光および異常光の光パワーは相補的に変化するため、光
検出器へ入力される光パワーは変化しない。

【０１６８】光検出器にて電気信号に変換された電気信
号は、電気回路３へ出力される。電気回路３において
は、請求項１の発明に係る光波長測定装置の実施例にて
説明した方法と同様の方法を用い、前記電気信号から被
測定光の波長を計算し、結果を出力する。

【０１６９】なお、前記検波後の常光および異常光を別
々の光検出器にて電気信号に変換後に、それらの和信号
を用いることもできる（不図示）。当然ながら、常光合
波光および異常光合波光を、各々別の偏波状態検出部に
て位相差を求め、光パワーの大きい方の位相差を用いて
入力光波長を求めることも可能である（不図示）。

【０１７０】また、基準波長光源を有する光波長測定装
置において、前記方法を基準波長光に対して適用すれ
ば、偏波状態が安定でない基準波長光を用いても、高確
度波長測定が可能となる（不図示）。

【０１７１】このように、請求項１１の発明に係る光波
長測定装置においては、入力光の偏波状態変化に伴う波
長測定誤差を防止し、正確な波長測定を可能とする。

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
光波長測定装置によれば、従来のように移動鏡を移動し
なくても、波長がどちらにどれだけ移動したかをリアル
タイムに測定することができる。

【０１７２】請求項２の光波長測定装置によれば、どの
ような波長の被測定光であっても、高精度の波長測定を
行う光波長測定装置を提供することができる。

【０１７３】請求項３の光波長測定装置によれば、広い
波長範囲にわたって高精度の波長測定を行うことができ
る。

【０１７４】請求項４の光波長測定装置によれば、密着
させた各光学部品の面での不要な反射光が防止できると
ともに、気圧の変化に伴う空気の屈折率の変化による測
定誤差を低減することができる。各光学部品が一定温度
に保たれるので、光学分品の熱膨張が及ぼす影響を防ぐ
ことができる。

【０１７５】請求項５の光波長測定装置によれば、二光
束干渉計の屈折率変化や光路差の変動の影響を防ぐこと
ができる。

【０１７６】請求項６の光波長測定装置によれば、二光
束干渉計の光路差を一定に保つことができ、被測定光の
高精度波長測定を可能とする。

【０１７７】請求項８の光波長測定装置によれば、基準
波長光源出力光の周波数変調に影響されず、光路長差を
一定に保つことが可能となり、被測定光の高精度波長測
定を可能とする。

【０１７８】請求項９の光波長測定装置によれば、周波
数変調された基準波長光源出力光がある特定の波長とな
ったときの合波光偏波状態を用いて、被測定光波長を計
算している。これにより、被測定光の高精度波長測定を
可能とする。

【０１７９】請求項１０の光波長測定装置によれば、被
測定光の絶対波長を高確度にリアルタイムに測定するこ
とができる。

【０１８０】請求項１１の光波長測定装置によれば、被
測定光の偏波状態の変動が、測定結果に影響を及ぼすこ
とを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明に係る光波長測定装置のブロッ
ク図

【図２】マイケルソン干渉計から出力される合波光の偏
波状態を示す図

【図３】（ａ）偏波状態が互いに異なる任意の二光束の
合波光の、位相差と偏波状態の関係を示す図、（ｂ）式
３中の各ベクトルの関係を示す図

【図４】図２のマイケルソン干渉計の出力ポート２から
出力される合波光の、位相差と合波光偏光状態の関係を
示す図

【図５】実施例１における光波長測定装置

【図６】実施例１の偏波状態検出部２の別の構成例

【図７】請求項２の発明に係る二光束干渉計の例、
（ａ）〜（ｃ）偏光素子として波長板、偏光子、ガラス
平板を用いた例、（ｄ）コイル状に巻いたＳＭファイバ
と光カップラを組み合わせたマッハ・ツェンダー干渉計
の例、（ｅ）偏波保持ファイバと光カプラを組み合わせ
たマッハ・ツェンダー干渉計の例

【図８】請求項３の発明に係る二光束干渉計の例

【図９】請求項４の発明に係る二光束干渉計の例

【図１０】請求項５の発明に係る光波長測定装置の実施
例

【図１１】請求項６の発明に係る光波長測定装置の実施
例

【図１２】請求項１０の発明に係る光波長測定装置の基
準波長光源の一構成例を示す図

【図１３】基準波長光源の吸収セルに封入されるアセチ
レンガスの吸収スペクトラムを示す図

【図１４】基準波長光源の吸収セルの吸収線のピークに
半導体レーザダイオードの出力光波長をロックさせる際
の、出力光波長と光検出器電圧および同微分信号の関係
を示す図

【図１５】請求項１２の発明に係る光波長測定装置の実
施例

【図１６】請求項１４の発明に係る光波長測定装置の実
施例

【図１７】請求項１４の発明に係る光波長測定装置の第
二の実施例。

【図１８】基準光のスペクトラムを示す図

【図１９】基準光合波光の光路差０付近における、光路
差と干渉光パワーの関係を示す図

【図２０】請求項１５の発明に係る光波長測定装置の二
光束干渉計の一構成例を示す図

【図２１】請求項１５の発明に係る光波長測定装置の偏
波状態検出部２の一構成例を示す図

【図２２】（ａ）従来技術における光波長計の構成図、
（ｂ）合波された被測定光と基準光の波形図

【図２３】図２２の光波長計による光路差と干渉光パワ
ーを示す図

【図２４】光路差を固定した時の、入力光波長と干渉光
パワーの関係を示す図

【符号の説明】

１…二光束干渉計、２…偏波状態検出部、３…電気回
路、４…分波器、５…合波器、６（６ａ，６ｂ）…位相
子、７…受光器、８…偏光子、２８（２８ａ，２８ｂ）
…折り返し光学系、３０…温度調節機構、３１…ペルチ
ェ素子、３２…サーミスタ素子、３３…増幅器、３４…
駆動回路、６１…基準波長光源、６２…半導体レーザダ
イオード、６３…吸収セル、６４…光検出器、６５…駆
動回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力光を二つに分波し、この分波された
光を再び合波して出力する二光束干渉計を備えた光波長
測定装置において、前記二光束干渉計が、分波されてか
ら合波されるまでの二光束間の光路の差が固定されてお
り、且つ、少なくとも１つ以上の出力光が互いに異なる
偏波状態を有する二光束の合波光であることを特徴と
し、更に、前記合波光の偏波状態を検出する偏波状態検
出手段を備え、前記偏波状態から、前記入力光の波長を
測定する光波長測定装置。
【請求項２】前記二光束干渉計の分波後から合波され
るまでの２光路中のうち少なくとも一方の光路中に、入
力された光を異なる偏波状態に変換する光学素子が挿入
されていることを特徴とする請求項１記載の光波長測定
装置。
【請求項３】前記二光束干渉計に用いられている光合
波／分波器が、偏光ビームスプリッタであることを特徴
とする請求項１または請求項２記載の光波長測定装置。
【請求項４】前記二光束干渉計に用いられている光部
品が、分波されてから再び合波されるまでの光路の間に
密着して配置されており、前記各光学部品の温度を一定
温度に保つ温度調節機構を備えたことを特徴とする請求
項１〜３のいずれかに記載の光波長測定装置。
【請求項５】波長が安定化された基準波長光を被測定
光とほぼ同様の光路にて該被測定光と同時に前記二光束
干渉計に入力し、前記二光束干渉計から出力される被測
定光の合波光と共に基準光の合波光の偏波状態を検出す
る偏波状態検出手段を備え、前記偏波状態から、被測定
光偏波状態に含まれる光路長変動量を補正することを特
徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光波長測定装
置。
【請求項６】前記二つの光路のうち少なくとも一方の
光路の長さをわずかに変化せしめるアクチュエータと前
記アクチュエータ駆動回路を備え、波長が安定化された
基準波長光を被測定光とほぼ同様の光路にて該被測定光
と同時に前記二光束干渉計に入力し、二光束干渉計から
出力される基準光および被測定光の合波光のうち、どち
らか一方の偏波状態あるいは干渉光成分を前記アクチュ
エータ駆動回路へフィードバック制御することを特徴と
する請求項５記載の光波長測定装置。
【請求項７】入力された光のうちある特定波長の光を
吸収する光吸収セルを有し、前記特定波長にロックされ
た光を前記基準波長光として出力する基準波長光源を備
えたことを特徴とする請求項５あるいは６のいずれかに
記載の光波長測定装置。
【請求項８】前記基準波長光源は、前記特定波長にロ
ックされた状態で出力光が周波数変調をかけられてお
り、前記光路長を可変制御するための各回路の周波数応答
が、前記変調周波数よりも十分に低い周波数に設定され
ていることを特徴とする請求項６記載の光波長測定装
置。
【請求項９】前記基準波長光源は、前記特定波長にロ
ックされた状態で出力光が周波数変調をかけられてお
り、前記吸収セルから出力される光を検出する光検出器と、
該光検出器の出力信号、あるいは、該出力信号の微分信
号が、ある特定レベルと一致したときにトリガを発生す
るトリガ発生回路を備え、該トリガ発生と同期して測定
光波長を出力することを特徴とする請求項７記載の光波
長測定装置。
【請求項１０】前記二つの光路の少なくとも一方の光
路の光路長を可変する光路長可変機構を備え、前記光路長を規定距離だけ変化させたときに生じる前記
合波光の偏波状態変化量、及び、前記光路長を固定した
時の前記被測定光波長変化に伴う前記合波光の偏波状態
変化量より、前記被測定光の絶対波長をリアルタイムに
測定することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記
載の光波長測定装置。
【請求項１１】入力された光を互いに垂直な偏光成分
に分離させる複像偏光素子が、前記二光束干渉計の入射
部に設置されており、前記複像偏光素子により分離され
た前記二光束干渉計からの出力光の偏波状態から、前記
被測定光の波長を測定する請求項１〜１０のいずれかに
記載の光波長測定装置。