JP2002267536A

JP2002267536A - 波長測定装置

Info

Publication number: JP2002267536A
Application number: JP2001065360A
Authority: JP
Inventors: Seiji Funakawa; 清次舩川
Original assignee: Ando Electric Co Ltd
Current assignee: Ando Electric Co Ltd
Priority date: 2001-03-08
Filing date: 2001-03-08
Publication date: 2002-09-18

Abstract

(57)【要約】【課題】被測定光の波長が連続的に掃引される場合で
あっても、その掃引中の波長を高確度に計測できる波長
測定装置を提供する。【解決手段】波長可変光源１から出射された被測定光
はガスセル４と光ファイバエタロン８とに分岐されて入
射される。ガスセル４は、被測定光の内、予め校正され
た少なくとも２種類の波長成分を弁別する。光ファイバ
エタロン８は、それら少なくとも２種類の波長同士の間
隔よりも短い自由スペクトル領域を有する。ＣＰＵ１９
は、ガスセル４の透過出力及び光ファイバエタロン８の
透過出力に基づいて被測定光の波長を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、被測定光の波長
を測定する波長測定装置に関し、より詳細には、連続的
に変化する掃引光の波長を測定する波長測定装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、被測定光の波長測定には干渉計が
使用されており、例えば図５に示すマイケルソン干渉計
がある。マイケルソン干渉計１００は、既知の波長λ０
を有する基準光を出射する基準光源１０１、固定ミラー
１０２、光路に対して平行方向にスライド自在に設けら
れた移動ミラー１０３、光路に対して４５°傾斜した姿
勢で設置されたハーフミラー１０４、被測定光用受光素
子１０５、及び基準光用受光素子１０６により構成され
る。

【０００３】マイケルソン干渉計１００において、未知
の波長λを有する被測定光は、ハーフミラー１０４のＢ
点に向かって出射される。出射された被測定光の一部
は、ハーフミラー１０４のＢ点において直角に反射さ
れ、固定ミラー１０２にて進行方向が１８０°反転され
て、ハーフミラー１０４のＡ点を透過して被測定光用受
光素子１０５へ入射される。また、被測定光の他の一部
は、ハーフミラー１０４のＢ点を透過して、移動ミラー
１０３にて進行方向が１８０°反転されて、ハーフミラ
ー１０４のＡ点で直角に反射されて被測定光用受光素子
１０５へ入射される。

【０００４】一方、基準光源１０１から出射された基準
光の一部は、ハーフミラー１０４のＡ点において直角に
反射され、固定ミラー１０２にて進行方向が１８０°反
転されて、ハーフミラー１０４のＢ点を透過して基準光
用受光素子１０６へ入射される。また、基準光源１０１
から出射された基準光の他の一部は、ハーフミラー１０
４のＡ点を透過して、移動ミラー１０３にて進行方向が
１８０°反転されて、ハーフミラー１０４のＢ点にて直
角に反射されて基準光用受光素子１０６へ入射される。

【０００５】この様に、各受光素子１０５、１０６に
は、固定ミラー１０２を経由した光と移動ミラー１０３
を経由した光とが入射されるので、これらの間で相互に
干渉現象が生じる。従って、移動ミラー１０３を図中矢
印方向へスライドさせた場合、各受光素子１０５、１０
６から出力される出力信号には、図６に示す様に干渉に
よって生じるピークが周期的に生じる。

【０００６】被測定光用受光素子１０５からの出力信号
のピッチ長Ｐは、被測定光の波長λに対応した値である
ので、移動ミラー１０３を予め定められた距離Ｄだけ移
動させた場合において、当該被測定光の波長λは、被測
定光用受光素子１０５からの出力信号のピーク数ｎ０
と、基準光用受光素子１０６からの出力信号のピーク数
ｎ１と、基準光の波長λ０とで決定され、次の式（１）
で表される。 λ＝（ｎ０／ｎ１）×λ０・・・（１）

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マイケ
ルソン干渉計の様な従来の干渉計にあっては、測定中に
おいて被測定光の波長が固定されていることが前提であ
り、被測定光の波長が連続的に変化する様な場合はその
波長を正確に測定することができなかった。即ち、式
（１）においてピーク数ｎ１は被測定光の波長の局所的
な変化を反映するものではない為、移動ミラー１０３を
スライドする過程で被測定光の波長が変化してしまった
場合は、変化した波長の平均値が測定されてしまう等の
不都合が生じていた。

【０００８】本発明の課題は、被測定光の波長が連続的
に掃引される場合であっても、その掃引中の波長を高精
度に計測できる波長測定装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
為、請求項１記載の発明は、分岐された被測定光の一方
が入射され、当該入射光を予め校正された少なくとも２
種類の波長成分で弁別して透過する第1光フィルタ（例
えば、図１に示すガスセル４）と、前記分岐された被測
定光の他方が入射され、当該入射光を前記２種類の波長
同士の間隔よりも短い自由スペクトル領域で透過する第
２光フィルタ（例えば、図１に示す光ファイバエタロン
８）と、前記第1光フィルタの透過光及び前記第２光フ
ィルタの透過光に基づいて前記被測定光の波長を算出す
る算出手段（例えば、図１に示すＣＰＵ１９）とを備え
たことを特徴とする。

【００１０】請求項１記載の発明において、被測定光は
第1光フィルタと第２光フィルタとに分岐されて入射さ
れる。第1光フィルタは、予め校正された少なくとも２
種類の波長成分を弁別するので、当該第1光フィルタの
透過光の強度に基づいて少なくとも２点の基準値を設定
できる。一方、第２光フィルタは、それら予め校正され
た少なくとも２種類の波長同士の間隔よりも短い自由ス
ペクトル領域（ＦＳＲ；Free Spectral Range）を有す
るので、被測定光の波長が連続的に掃引される場合は、
当該２種類の波長間において、第２光フィルタの透過光
の強度に複数のピークが生じる。これにより、当該ピー
ク数と、２点の基準値同士の間隔とに基づいて、第２光
フィルタの自由スペクトル領域の波長間隔を正確に補正
できる。従って、算出手段は、第1光フィルタの透過光
及び第２光フィルタの透過光に基づいて、掃引を開始し
た時点から現在までの波長の相対的な変化量を正確に算
出できる為、被測定光の波長が連続的に掃引される場合
であっても、その掃引中の波長を高精度に計測できる。

【００１１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の波
長測定装置において、前記被測定光の波長が、前記２種
類の波長間を変化する間の波長スケールを前記第２光フ
ィルタの透過出力のピーク数で割る事により、当該第２
光フィルタの自由スペクトル領域を補正する第１の補正
手段（例えば、図１に示すＣＰＵ１９）を更に備えたこ
とを特徴とする。

【００１２】請求項２記載の発明によれば、２種類の波
長間にて補正されることで、２種類の波長間より外側の
波長においても第２の光フィルタの波長間隔で正確に補
正ができる。

【００１３】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の波長測定装置において、前記第1光フィルタは、予
め校正された少なくとも２種類の波長成分を吸収するガ
スセル（例えば、図１に示すガスセル４）であることを
特徴としている。

【００１４】請求項３記載の発明によれば、ガスセルが
被測定光の波長成分の内、予め校正された少なくとも２
種類の波長成分を吸収するので、当該ガスセルの透過光
の強度が著しく弱くなったタイミングで基準値を設定で
きる。また、ガスセルは、温度等の外乱に対して非常に
安定した波長弁別特性を有するので、被測定光を一層高
精度に測定できる。

【００１５】請求項４記載の発明は、請求項１又は２記
載の波長測定装置において、前記第1光フィルタは、予
め校正された少なくとも２種類の波長同士の間隔を自由
スペクトル領域とするエタロン（例えば、図４に示すフ
ァブリー・ペローのエタロン）であることを特徴として
いる。

【００１６】請求項４記載の発明によれば、被測定光を
掃引する際、エタロンの透過出力の強度には周期的にピ
ークが生じるので、当該ピークが生じるタイミングで基
準値を設定できる。

【００１７】請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の
何れか記載の波長測定装置において、前記第２光フィル
タの透過出力のピーク数を計数する計数手段（例えば、
図１に示すカウンタ１４）と、既知の基準波長を有する
光が入射された際に、前記計数手段の計数値をリセット
するリセット手段（例えば、図１に示すＣＰＵ１９）を
更に備えたことを特徴とする。

【００１８】請求項５記載の発明において、既知の基準
波長を有する光を入射した際に、リセット手段を介して
計数値をリセットすることにより、被測定光の波長を掃
引する過程における計数手段の計数値は、基準波長から
の相対変化量を表すことになる。従って、算出手段は、
基準波長及び計数値に基づいて掃引中の被測定光の波長
を正確に算出できる。従って、被測定光の波長が連続的
に掃引される場合であっても、その掃引中の波長を高精
度に計測できる。

【００１９】請求項６記載の発明は、請求項５記載の波
長測定装置において、所定のタイミングで同期信号を出
力する同期信号出力手段（例えば、図１に示す第１比較
レジスタ１７）と、この同期信号出力手段からの同期信
号を検知する毎に、前記計数値を取得する取得手段（例
えば、図１に示すＣＰＵ１９）とを更に備え、前記算出
手段は、前記取得手段が取得した各計数値別に前記波長
を算出することを特徴とする。

【００２０】ここで、前記同期信号出力手段は、請求項
７記載の発明の様に、請求項５記載の計数手段の計数値
に基づいて前記同期信号を出力するのが好ましい。

【００２１】また、請求項８記載の発明の様に、前記同
期信号出力手段は、前記被測定光が光源と該光源の発振
波長を自在に変化させる波長調節機構（例えば、図１に
示すモータ／エンコーダ２）とを具備する波長可変光源
（例えば、図１に示すＴＬＳ１）から出射されたもので
ある場合には当該波長調節機構の操作量に基づいて前記
同期信号を出力するのが好ましい。

【００２２】請求項６記載の発明において、同期信号出
力手段は所定のタイミングで同期信号を出力し、取得手
段は、その同期信号を検知する毎に、計数値を取得す
る。算出手段は、取得手段が取得する各計数値別に波長
を算出する。従って、被測定光の波長を掃引する過程に
おいて、当該被測定光の波長を所定のタイミング毎に算
出できる。また、各計数値を一旦取り込んだ後に、当該
各計数値に基づいて波長を算出し校正して出力する事も
できる。

【００２３】請求項９記載の発明は、請求項５乃至８の
何れか記載の波長測定装置において、前記計数手段は、
前記第２光フィルタの透過出力値が所与の基準値を切る
毎に前記計数値をインクリメント或いはデクリメントし
て、当該透過出力のピーク数を計数することを特徴とす
る。

【００２４】請求項９記載の発明によれば、計数手段
は、第２光フィルタの透過出力値が所与の基準値を切る
毎に計数値をインクリメント或いはデクリメントして、
当該出力のピーク数を計数するので、受光素子の出力の
ピーク数を正確且つ容易に計数できる。

【００２５】請求項１０記載の発明は、請求項９記載の
波長測定装置において、前記基準値は、前記第２光フィ
ルタの前段にて前記被測定光から分岐された参照光の光
強度に応じて変動することを特徴とする。

【００２６】請求項１０記載の発明によれば、光フィル
タの前段にて被測定光から分岐された参照光の光強度に
応じて基準値が変動するので、仮に、被測定光の強度に
揺らぎが生じていても、当該揺らぎに起因して計数値に
誤差が生じる事を回避できる。即ち、被測定光の強度揺
らぎの影響は、第２光フィルタの透過出力及び基準値の
双方が共に受けるので、これらの値同士を比較する場合
には、当該揺らぎ分をキャンセルできる。

【００２７】請求項１１記載の発明は、請求項１乃至１
０の何れか記載の波長測定装置において、前記算出手段
が算出する被測定光の波長値を、当該被測定光の掃引開
始波長値及び掃引終了波長値の少なくとも何れか一方に
基づいて補正する第２の補正手段（例えば、図１に示す
ＣＰＵ１９）を更に備えたことを特徴とする。

【００２８】ここで、掃引開始波長値及び掃引終了波長
値は、例えば充分な確度の保証された波長計で測定する
等して、出来る限り高精度に測定するのが好ましい。

【００２９】請求項１１記載の発明によれば、第２の補
正手段が、算出手段が算出する被測定光の波長値を、当
該被測定光の少なくとも掃引開始波長値及び掃引終了波
長値の少なくとも何れか一方に基づいて補正するので、
誤差を低減できる。尚、掃引開始波長値及び掃引終了波
長値の両方に基づいて被測定光の波長値を補正できるの
は勿論である。その場合は、掃引開始時及び掃引終了時
における被測定光の波長停止の確度（±ΔＷＬ）を零に
できるので、結果的にピーク間隔の誤差を零にできる。
従って、一層正確な波長値を知る事ができる。

【００３０】請求項１２記載の発明は、請求項１乃至１
１の何れか記載の波長測定装置において、前記第２光フ
ィルタは、光ファイバの両端に高反射膜（例えば、図１
に示す高反射膜８ａ,８ａ）を形成して成る光ファイバ
エタロン（例えば、図１に示す光ファイバエタロン８）
であることを特徴とする。

【００３１】請求項１２記載の発明において、被測定光
が光ファイバエタロンに入射されると、当該被測定光
は、光ファイバエタロンにおける一端の高反射膜と他端
の高反射膜との間で反射を繰り返す。但し、入射された
被測定光の波長が一定の条件を満たしているときは、当
該被測定光は光ファイバエタロンを透過する。従って、
入射する被測定光の波長を連続的に掃引する場合には、
受光素子が出力する透過光の光強度には、所定波長間隔
毎にピークが生じる。ここで、所定の波長間隔（Δλ）
は、光ファイバエタロンの物理的特性によって決まる長
さであり、当該光ファイバエタロンの長さをＬ、屈折率
をｎ、被測定光の波長をλとすると、次の式（２）で表
される。 Δλ＝λ²／（２ｎＬ）・・・（２）

【００３２】この式（２）に示す様に、波長間隔（Δ
λ）は、光ファイバエタロンの長さＬに反比例する。波
長間隔（Δλ）が短い程、掃引中における波長変化の分
解能が良好になるが、光ファイバエタロンにあっては、
その長さＬを充分に確保できるので、連続的に掃引され
る被測定光の波長を例えば、１ｐｍ或いはそれ以下の確
度で被測定光をモニタできる。

【００３３】請求項１３記載の発明は、請求項１２記載
の波長測定装置において、前記光ファイバエタロンの温
度を一定に保つ保温手段を更に備えたことを特徴とす
る。

【００３４】請求項１３記載の発明によれば、保温手段
が光ファイバエタロンの温度を一定に保つので、周囲の
温度に依存して光ファイバエタロンの長さＬおよび屈折
率ｎが変化する事を防止できる。従って、被測定光の波
長を一層正確に測定できる。

【００３５】

【発明の実施の形態】＜第１の実施の形態＞図１は、第
１の実施の形態における波長測定装置の構成を示すブロ
ック図である。波長測定装置１０は、波長可変光源（Ｔ
ＬＳ）１、モータ／エンコーダ２、光カプラ３，７、ガ
スセル４、フォトダイオード５，９，１１、電流−電圧
変換器６，１０、光ファイバエタロン８、基準電圧源１
２、比較器１３、カウンタ１４、モータ駆動部１５、モ
ータ制御部１６、第1比較レジスタ１７、第２比較レジ
スタ１８、ＣＰＵ１９、入力部２０、メモリ２１、表示
装置２２及びＯＰＭ２４を備える。尚、被測定対象とし
てＤＵＴ（Device Under Test）２３を図示する。

【００３６】波長可変光源１は、図示はしないが、片端
面に無反射膜が施された半導体レーザ（ＬＤ；Laser Di
ode）と、この半導体レーザの発振波長を自在に調節す
る為の回折格子及びミラー等から構成される波長可変機
構とを有する。尚、この波長可変光源１は、入力部２２
にて基準波長（例えば、１５００．０００ｎｍ）が設定
された際に、当該発振波長が当該基準波長（１５００．
０００ｎｍ）に正確に一致する様に予めキャリブレーシ
ョンがなされている。

【００３７】モータ／エンコーダ２は、エンコーダ２ａ
とモータ２ｂによって構成される。エンコーダ２ａは、
モータ駆動部１５によりモータ２ｂが駆動された際に、
モータ２ｂ内の回転軸の回転数に応じたパルス信号をモ
ータ制御部１６に出力する。モータ制御部１６は、エン
コーダ２ａから入力されるパルス信号のパルス数を計数
して、ＣＰＵ１９から入力されるセット計数値に基づい
てモータ２ｂの回転軸の回転数を制御する。即ち、波長
可変光源１の波長可変機構を構成するモータ／エンコー
ダ２に取り付けられた回折格子或いはミラー等の位置を
変えることにより、半導体レーザの発振波長を連続的に
変化させて掃引させる。

【００３８】光カプラ３は、波長可変光源１から出射さ
れた被測定光を、ガスセル４に入射する光と、光カプラ
７に入射する光とに分岐する。

【００３９】ガスセル４は、ガラスセル内部に、１２ア
セチレンガス若しくはその同位体である１３アセチレン
ガス又はシアンガス等を封入したものである。ガスセル
４は、光カプラ３によって分岐されて入射された被測定
光の波長が、ガスの吸収線の波長（以下、「吸収波長」
と記す。）に達した場合にのみ当該被測定光を強く吸収
する。

【００４０】フォトダイオード５は、ガスセル４の透過
光を受光し、当該透過光の強度（パワー）に応じた電流
を出力する。電流−電圧変換器６は、フォトダイオード
５から出力された電流を、その大きさに応じた電圧に変
換してＣＰＵ１５に出力する。

【００４１】光カプラ７は、光カプラ３によって分岐さ
れた被測定光を更に、光ファイバエタロン８に入射する
光と、フォトダイオード１１に入射する光とに分岐す
る。光ファイバエタロン８は、光ファイバと、この光フ
ァイバの両端に光ファイバの光の伝搬方向に対して垂直
に設けられた一対の高反射膜（ＡＲコート）８ａ,８ａ
とから構成される。光ファイバエタロン８は、ガスセル
４の任意の２種類の吸収波長同士の間隔よりも短い自由
スペクトル領域（ＦＳＲ）を有する。

【００４２】フォトダイオード９は、光ファイバエタロ
ン８の透過光を受光し、当該透過光の強度（パワー）に
応じた電流を出力する。電流−電圧変換器１０は、フォ
トダイオード９から出力された電流を、その大きさに応
じた電圧（以下、「出力電圧」と記す。）に変換して比
較器１３に出力する。

【００４３】フォトダイオード１１は、光カプラ７によ
って分岐された被測定光を受光し、当該被測定光の強度
（パワー）に応じた電流を出力する。基準電圧源１２
は、フォトダイオード１１から出力される電流値に応じ
た基準電圧（カウンタ閾値電圧）を比較器１３に出力す
る。

【００４４】比較器１３は、電流−電圧変換器１０から
入力された出力電圧と、基準電圧源１２から入力された
カウンタ閾値電圧とを比較し、比較結果をカウンタ１４
に出力する。ここで、図２に示す出力電圧のモニタ例を
参照して比較器１３の動作について具体的に説明する。
図２において、横軸は被測定光の波長を示し、縦軸は出
力電圧値を示し、破線は、カウンタ閾値電圧を示す。
尚、図２では、カウンタ閾値電圧が一定であるかの様に
図示しているが、実際には、カウンタ閾値電圧は、波長
可変光源１の出射光の光強度に応じて変動する。

【００４５】光ファイバエタロン８は、特定の波長を有
する被測定光のみを選択的に透過させるので、当該光フ
ァイバエタロン８に入射する被測定光の波長が連続的に
掃引された場合は、図２に示す様に出力電圧に周期的に
ピーク波形が表れる。ここで、隣接するピーク波形同士
の間隔（ＦＳＲ）は、光ファイバエタロン８の物理的特
性に応じた値となるが、この光ファイバエタロン８のＦ
ＳＲは１ｐｍで校正されているものとする。

【００４６】比較器１３は、出力電圧とカウンタ閾値電
圧とを比較し、出力電圧値がカウンタ閾値電圧値を上回
った時は比較結果として第１の状態信号をカウンタ１４
に出力し、出力電圧値がカウンタ閾値電圧値を下回った
時は比較結果として第２の状態信号をカウンタ１４に出
力する。

【００４７】カウンタ１４は、比較器１３から入力され
る比較結果が第１の状態信号から第２の状態信号へ、或
いは第２の状態信号から第１の状態信号へ遷移する毎
に、即ち出力電圧がカウンタ閾値を切る毎に計数値をイ
ンクリメント或いはデクリメントして出力電圧のピーク
数を計数する。

【００４８】モータ駆動部１５は、ＣＰＵ１９によりモ
ータ制御部１６内のセットカウンタ１６１に設定された
計数値に基づいて、モータ２ｂに印加するモータ駆動信
号の印加時間を調整して、モータ２ｂ内の回転軸の回転
数を制御する。

【００４９】モータ制御部１６は、セットカウンタ１６
１及びアップダウンカウンタ１６２により構成される。
セットカウンタ１６１は、ＣＰＵ１９によりモータ２ｂ
内の回転軸の回転数に対応する計数値が設定されるカウ
ンタである。アップダウンカウンタ１６２は、被測定光
が掃引される過程において、エンコーダ２ａから入力さ
れるパルス信号のパルス数をアップ／ダウンカウント
し、その計数値をＣＰＵ１９、第1比較レジスタ１７、
及び第２比較レジスタ１８に出力する。アップダウンカ
ウンタ１６２の計数値は、モータ２ｂ内の回転軸の回転
数を表す。

【００５０】第1比較レジスタ１７は、ＣＰＵ１９によ
り適時更新して入力される比較値を記憶すると共に、当
該比較値とアップダウンカウンタ１６２から入力される
計数値とを比較し、比較結果が一致した場合に、ＣＰＵ
１９及びＯＰＭ２１に同期信号（ＴＩＭＩＮＧＳＩＧＮ
ＡＬ）を出力する。

【００５１】第２比較レジスタ１８は、ＣＰＵ１９によ
り適時更新して入力される比較値を記憶すると共に、当
該比較値とアップダウンカウンタ１６２から入力される
計数値とを比較し、比較結果が一致した場合に、ＣＰＵ
１９に同期信号（ＴＩＭＩＮＧＳＩＧＮＡＬ）を出力す
る。

【００５２】ＣＰＵ１９は、第1比較レジスタ１７から
入力される同期信号を検知する毎にカウンタ１４の計数
値を取得すると共に、第２比較レジスタ１８から入力さ
れる同期信号を検知する毎に波長値補正用の信号として
電流―電圧変換器６から入力される電圧値を取得し、こ
れらの値に基づいて被測定光の波長を算出する。

【００５３】入力部２０は、操作者が所望の基準波長を
入力する為の各種キーを備えている。メモリ２１は、Ｅ
ＥＰＲＯＭ（Electrical Erasable Programmable Read
OnlyMemory）やフラッシュＲＯＭ等から構成されてお
り、掃引開始時の基準波長値、ピーク間隔波長値、モー
タ２ｂのパルス数と波長との関係を規定した第１テーブ
ル及び予め校正されたガスセルの波長吸収位置を規定し
た第２テーブル等を記憶する。表示装置２２は、ＣＰＵ
１９によって算出し補正された被測定光の波長を表示す
る。

【００５４】ＤＵＴ２０は、光モジュール、光スプリッ
タ、光サーキュレータ等の被測定対象であり、当該ＤＵ
Ｔ２０には、波長可変光源１からレーザ光が入射され
る。ＯＰＭ２４は、ＤＵＴ２０からの透過光を受光し、
受光した透過光の強度に応じた信号をＣＰＵ１９に出力
する。

【００５５】以下、波長測定装置１０の動作について説
明する。先ず、操作者が入力部２０から基準波長（例え
ば、１５００．０００［ｎｍ］）を設定すると、ＣＰＵ
１９は、入力された基準波長に応じた計数値をセットカ
ウンタ１６１に設定する。モータ駆動部１５は、セット
カウンタ１６１に設定された計数値に基づいて、モータ
２ｂに印加するモータ駆動信号の印加時間を調整し、モ
ータ２ｂの回転数を制御して波長可変光源１内の波長可
変機構を基準波長で発光するする様に調整する。

【００５６】次いで、ＣＰＵ１９は、入力部２０から入
力された基準波長値（１５００．０００［ｎｍ］）をメ
モリ２１に記憶すると共に、カウンタ１４及びアップダ
ウンカウンタ１６２の計数値をリセットし、各計数値を
零に設定する。

【００５７】次いで、操作者が入力部２０から掃引終了
時の最終波長を入力すると、ＣＰＵ１９は、メモリ２１
の第１テーブルを参照して当該最終波長に対応するモー
タ２ｂの最終移動先としてのパルス数（計数値）を認識
し、認識した計数値をセットカウンタ１６１に設定す
る。モータ駆動部１５は、ＣＰＵ１９によりセットカウ
ンタ１６１に設定された計数値に基づいて、モータ２ｂ
に印加するモータ駆動信号の印加時間を調整して、モー
タ２ｂ内の回転軸の回転数を制御する。

【００５８】アップダウンカウンタ１６２は、エンコー
ダ２ａから入力されるパルス信号を検知する毎に計数値
をインクリメントし、インクリメントした計数値を第1
比較レジスタ１７、第２比較レジスタ１８及びＣＰＵ１
９に出力する。第1比較レジスタ１７は、ＣＰＵ１９に
より記憶された比較値とアップダウンカウンタ１６２の
計数値とが一致する毎に、ＣＰＵ１９及びＯＰＭ２４に
同期信号を出力する。

【００５９】ＣＰＵ１９は、第1比較レジスタ１７から
入力される同期信号を検知する毎に、カウンタ１４の計
数値を読み込み、読み込んだ計数値にピーク間隔波長値
（初期値は例えば、１［ｐｍ］）を乗じて得る波長の相
対変化量と、予めメモリ１５に記憶した基準波長（１５
００．００［ｎｍ］）との和を算出する事により、被測
定光の現在の波長値を求める。

【００６０】但し、被測定光の波長値は、ガスセル４の
吸収波長位置に基づいて補正される。即ち、ＣＰＵ１９
は、第２比較レジスタ１８から入力される同期信号を検
知する毎に、波長値補正用の信号として電流−電圧変換
器６から電圧値を取得する。

【００６１】また、ＣＰＵ１９は、少なくとも２点の波
長吸収位置を読み込んだ場合、それら波長吸収位置同士
の間隔（波長スケール）を、その間にカウンタ１４で計
数された計数値で割る事により、光ファイバエタロン８
のピーク間隔波長値（ＦＳＲ）を補正する。

【００６２】尚、ＣＰＵ１９は、第1比較レジスタ又は
第２比較レジスタから同期信号が入力される毎に、当該
各レジスタに設定された比較値を随時更新する。また、
ＯＰＭ１９は、第１比較レジスタ１７から入力される同
期信号を検出する毎に、ＤＵＴ１８から受光した透過光
の光出力強度に応じた信号をＣＰＵ１４に出力する。次
いで、ＣＰＵ１９は、補正された光ファイバエタロン８
のピーク間隔波長（ＦＳＲ）より第1比較レジスタが発
生した同期信号の波長を補正することで、補正された被
測定光の波長と、ＯＰＭ２４から入力されたＤＵＴ１８
の透過光強度に応じた光出力とを表示装置２２に表示さ
せる。

【００６３】本実施の形態の波長測定装置１０によれ
ば、以下の様な効果が得られる。（１）予め校正されたガスセル４の複数の波長吸収位置
に基づいて、被測定光の波長を確定できるので、ＣＰＵ
１９は被測定光の波長値を高精度に算出できる。

【００６４】（２）ＣＰＵ１９は、２種類の波長吸収位
置同士の間隔を、当該２種類の波長の一方から他方に被
測定光の波長が変化する間にカウンタ１４で計数される
計数値で割る事により、光ファイバエタロン８のＦＳＲ
を補正するので、被測定光の波長を高精度に算出でき
る。また、被測定の波長がガスセル４の２点の吸収波長
を跨いで変化し、光ファイバエタロン８のＦＳＲが一旦
補正された後は、当該補正値を保持する事により、２種
類の波長間より外側の波長をリアルタイムで補正するこ
ともできる。

【００６５】（３）カウンタ１４が現在計数している計
数値（ピーク数）は、波長掃引を開始した時点から現時
点に至る波長の相対的な変化量を表しており、ＣＰＵ１
９は当該計数値に基づいて被測定光の波長を、同期信号
をトリガとして被測定光の現時点における瞬時的な波長
値をモニタできる。この為、被測定光の波長が連続的に
掃引される場合でも、その掃引中の波長を高精度に計測
できる。

【００６６】（４）ＦＳＲが短い程、掃引中における波
長分解能が良好なものとなるが、光ファイバエタロン８
にあっては、その長さを充分に確保する事ができるの
で、連続的に掃引される被測定光の波長値は、１[ｐｍ]
或いはそれ以下の精度を保証できる。

【００６７】（５）波長可変光源１の出射光の光強度に
応じて、比較器１３に印加される基準電圧（カウンタ閾
値電圧）が自在に変動するので、仮に、波長可変光源１
の出射光（被測定光）の強度に揺らぎが生じていても、
当該揺らぎに起因してカウンタ１４の計数値に誤差が生
じる事を回避できる。即ち、被測定光の強度揺らぎの影
響は、電流−電圧変換器１０の出力電圧及び基準電圧源
からの基準電圧（カウンタ閾値電圧）の双方が共に同様
に受けるので、比較器１３がこれらの値同士を比較する
際には、当該揺らぎ分がキャンセルされる。

【００６８】尚、本第１の実施の形態における記述内容
は、本発明に係る波長測定装置１０の好適な一例であ
り、本発明はこれらに限定されものではない。例えば、
波長が変化する範囲内で少なくとも２点の波長値をマー
キングする為にガスセル４を採用したが、ガスセル４に
代えて、自由スペクトル領域（ＦＳＲ）の周期が予め正
確に校正されているファブリー・ペローのエタロン、干
渉光フィルタ、或いはバンドパスフィルタ等を採用して
も差し支えない。

【００６９】また、光ファイバエタロン８の環境温度を
±０．１℃から±０．０１℃若しくはそれ以上の安定度
で一定に保つ保温手段を備えるとなおよい。斯かる保温
手段は、例えば、サーミスタやペルチェ冷却素子を用い
て構成することができる。この様に波長測定装置を構成
した場合は、光ファイバエタロンの長さＬが伸縮するこ
と及び屈折率ｎが変化することを防止できるので、更に
細かいオーダで計測値の確度が保証されることになる。

【００７０】また、温度その他の外乱に起因して、光フ
ァイバエタロンの波長間隔が、正確な値に対応付けられ
ない場合は、波長を掃引する際の初期波長（ＷＬＳ）と
掃引終了時の最終波長（ＷＬＥ）に基づいて波長の補正
が可能である。ＷＬＳ、ＷＬＥの波長停止時の確度が夫
々±ΔＷＬとすると、最大の波長掃引間隔（ΔＷＬma
x）は次の式（３）で表される。 ΔＷＬmax＝（ＷＬＥ−ＷＬＳ）＋２ΔＷＬ・・・（３）

【００７１】一方、最小の波長掃引間隔（ΔＷＬmin）
は次の式（４）で表される。 ΔＷＬmin＝（ＷＬＥ−ＷＬＳ）−２ΔＷＬ・・・（４）ここで、波長を掃引した際のピーク数をＮ回とすると、
１カウントでの波長間隔はΔＭＬmax／Ｎ或いはΔＷＬm
in／Ｎとなる。従って、両者の差が、波長掃引した際の
波長間隔の誤差（ＥＷＬ）は、次の式（５）で表され
る。ＥＷＬ＝ΔＭＬmax／Ｎ−ΔＷＬmin／Ｎ・・・（５）

【００７２】仮に、近隣するピークの間隔が１［ｐｍ］
で設定されているとすると、１［ｎｍ］に渡って被測定
光を掃引した場合、最終的にカウンタの計数値Ｎは１０
００回となる。従って、ΔＷＬ＝１５［ｐｍ］とする
と、ＥＷＬは０．０６［ｐｍ］となる。然るに、波長掃
引時にＷＬＳを充分な確度の保証された波長計にて測定
すると共に、掃引終了時点でＷＬＥを波長計で確認する
ことで、ΔＷＬ＝０にできるので、誤差ＥＷＬを０にで
きる。ここで、ＷＬＳ若しくはＷＬＥの何れか一方のみ
でも誤差を低減できるのは勿論である。

【００７３】また、光ファイバエタロン８のＦＳＲは被
測定光の波長と共に変化し、波長が長くなるとフィネス
は狭くなることが実証されている。このフィネスの変動
は、波長の変化量１ｎｍに対して５／１００ｐｍ程度で
あるので、充分無視し得るものであるが、広範囲に渡っ
て波長を掃引する様な場合は、エアリー曲線その他の理
論式或いは実測値等に基づいてフィネスを適時キャリブ
レーションするのが好ましい。

【００７４】更に、同期信号と同期信号の間隔における
被測定光の波長の値を、最小２乗法等の周知の補間手法
にて補間して推定する様にしてもよい。更に、モータ２
ｂは、具体的には、ＤＣサーボモータ、ＡＣサーボモー
タ、若しくはパルスモータ等によって構成することがで
きるが、これら如何なる種類のモータを採用しても上記
と同様の制御が可能である。その他、波長測定装置１０
の細部構成、及び動作に関しても本発明の趣旨を逸脱す
ることのない範囲で適宜に変更可能である。

【００７５】＜第２の実施の形態＞図３は、第２の実施
の形態による波長測定装置２０の構成を示すブロック図
である。尚、図３において、前述した波長測定装置１０
の構成要素と同一のものには、同一符号を付すと共に、
これらについての重複する説明は省略する。波長測定装
置２０の構成は、第１の実施の形態における波長測定装
置１０と大略同様であるが、第１比較レジスタ１７及び
第２比較レジスタ１８の同期信号を出力するタイミング
を、カウンタ１４の計数値に基づいて定める点を特徴と
する。

【００７６】波長測定装置２０において、メモリ２１
は、アップダウンカウンタ１６２の単位計数値当たり
の、被測定光の波長変化量を規定した第３テーブルを更
に記憶している。

【００７７】以下、波長測定装置２０の動作を説明す
る。先ず、操作者が入力部２０から基準波長（例えば、
１５００．０００［ｎｍ］）を設定すると、ＣＰＵ１９
は、入力された基準波長に応じた計数値をセットカウン
タ１６１に設定する。モータ駆動部１５は、セットカウ
ンタ１６１に設定された計数値に基づいて、モータ２ｂ
に印加するモータ駆動信号の印加時間を調整し、モータ
２ｂの回転数を制御して波長可変光源１内の波長可変機
構を基準波長で発光する様に調整する。そして、設定さ
れた基準波長と一致する様にキャリブレーションされた
基準光が波長可変光源１から当該正確にガスセル４及び
光ファイバエタロン８に出射される。

【００７８】次いで、ＣＰＵ１９は、入力部２０から入
力された基準波長値（１５００．０００［ｎｍ］）をメ
モリ２１に記憶すると共に、カウンタ１４及びアップダ
ウンカウンタ１６２の計数値をリセットし、各計数値を
零に設定する。

【００７９】次いで、操作者が入力部２０から掃引終了
時の最終波長を入力すると、ＣＰＵ１９は、メモリ２１
の第１テーブルを参照して当該最終波長に対応するモー
タ２ｂの最終移動先としてのパルス数（計数値）を認識
し、認識した計数値をセットカウンタ１６１に設定す
る。モータ駆動部１５は、ＣＰＵ１９によりセットカウ
ンタ１６１に設定された計数値に基づいて、モータ２ｂ
に印加するモータ駆動信号の印加時間を調整して、モー
タ２ｂ内の駆動部の移動量を制御する。

【００８０】アップダウンカウンタ１６２は、エンコー
ダ２ａから入力されるパルス信号を検知する毎に計数値
をインクリメントし、インクリメントした計数値を第1
比較レジスタ１７、第２比較レジスタ１８及びＣＰＵ１
９に出力する。第1比較レジスタ１７は、ＣＰＵ１９に
より記憶された比較値とアップダウンカウンタ１６２の
計数値とが一致する毎に、ＣＰＵ１９及びＯＰＭ２４に
同期信号を出力する。

【００８１】ＣＰＵ１９は、第1比較レジスタ１７から
入力される同期信号を検知する毎に、補正用のデータと
してアップダウンカウンタ１６２の計数値を読み込み、
読み込んだ計数値に第３テーブルに規定されている単位
計数値当たりの波長変化量を乗じる事により、被測定光
の波長値の変化量を算出し、当該変化量と波長掃引を開
始した基準波長との和により、被測定光の現在の波長値
を算出する。

【００８２】但し、被測定光の波長値は、ガスセル４の
吸収波長位置に基づいて補正される。即ち、ＣＰＵ１９
は、第２比較レジスタ１８から入力される同期信号を検
知する毎に、波長値補正用の信号として電流−電圧変換
器６から電圧値を取得する。

【００８３】また、ＣＰＵ１９は、少なくとも２点の波
長吸収位置を読み込んだ場合、それら波長吸収位置同士
の間隔を、その間におけるカウンタ１４の計数値で割る
事により、光ファイバエタロン８のピーク間隔波長値
（ＦＳＲ）を補正する。

【００８４】尚、ＣＰＵ１９は、第1比較レジスタ又は
第２比較レジスタから同期信号が入力される毎に、当該
レジスタに設定された比較値を随時更新する。また、Ｏ
ＰＭ１９は、第１比較レジスタ１７から入力される同期
信号を検出する毎に、ＤＵＴ１８から受光した透過光の
光出力強度に応じた信号をＣＰＵ１４に出力する。次い
で、ＣＰＵ１９は、算出した被測定光の波長と、ＯＰＭ
２４から入力されたＤＵＴ１８の透過光強度に応じた光
出力とを表示装置２２に表示させる。この波長測定装置
２０によれば、前述した波長測定装置１０と同様の効果
が得られる。

【００８５】＜第３の実施の形態＞図４は、第３の実施
の形態による波長測定装置３０の構成を示すブロック図
である。尚、図４において、前述した波長測定装置１０
の構成要素と同一のものには、同一符号を付すと共に、
これらについての重複する説明は省略する。この波長測
定装置３０の構成は、第１の実施の形態における波長測
定装置１０と大略同様であるが、ガスセル４に代えてフ
ァブリー・ペローのエタロン３１を採用すると共に、比
較器３２を備えた点を特徴とする。

【００８６】ファブリー・ペローのエタロン３１は、自
由スペクトル領域（ＦＳＲ）が１[ｎｍ]に正確に一致す
る様に予め校正されたものを使用する。比較器３２は、
基準電圧源１２からのカウンタ閾値電圧と、電流−電圧
変換機６からの出力電圧を比較し、当該比較結果をＣＰ
Ｕ１９に出力する。

【００８７】この波長測定装置３０では、被測定光の波
長がファブリー・ペローのエタロン３１の自由スペクト
ル領域（ＦＳＲ）に基づいて随時補正される。即ち、Ｃ
ＰＵ１９は、第２比較レジスタ１８からの同期信号を検
知する毎に、波長値補正用の信号として比較器３２から
の比較結果を取得し、当該比較結果に基づいて当該ファ
ブリー・ペローのエタロン３１の自由スペクトル領域
（ＦＳＲ）の間隔を認識する。

【００８８】そして、ＣＰＵ１９は、比較器３２からの
比較結果に基づいてファブリー・ペローのエタロン３１
の透過出力にピークが訪れた事を検知すると、被測定光
の波長の相対的な移動量をファブリー・ペローのエタロ
ン３１の自由スペクトル領域（ＦＳＲ）の倍数に基づい
て補正し確定する。また、ＣＰＵ１９は、ファブリー・
ペローのエタロン３１の自由スペクトル領域（ＦＳＲ）
の間隔を、その間を被測定光の波長が変化する間にカウ
ンタ１４で計数される計数値で割る事により、光ファイ
バエタロン８のＦＳＲを随時補正する。この波長測定装
置３０によれば、前述した波長測定装置１０と同様の効
果が得られる。

【００８９】尚、比較器３２の後段に、ファブリー・ペ
ローエタロン３１の透過出力のピーク数を計数するカウ
ンタと、当該カウンタ値が一定値に達する毎にＣＰＵ１
９に同期信号を出力する比較レジスタとを設けてもよ
い。

【００９０】

【発明の効果】請求項１から５記載の発明によれば、被
測定光の波長が連続的に掃引される場合でも、その掃引
中の波長を高精度に計測できる。

【００９１】請求項６から８記載の発明によれば更に、
被測定光の波長を掃引する過程において、当該被測定光
の波長を所定のタイミング毎に取り込み、各計数値を一
旦取り込んだ後に、当該各計数値に基づいて波長を算出
し補正して表示できる。

【００９２】請求項９記載の発明によれば更に、受光素
子の出力のピーク数を正確且つ容易に計数できる。

【００９３】請求項１０記載の発明によれば更に、仮に
被測定光の強度に揺らぎが生じていても、当該揺らぎに
起因して計数値に誤差が生じる事を回避できる。

【００９４】請求項１１記載の発明によれば更に、被測
定光の波長をより正確に計測できる。特に、掃引開始波
長値及び掃引終了波長値の両方に基づいて被測定光の波
長値を補正する場合は、掃引開始時及び掃引終了時にお
ける被測定光の波長停止の確度（±ΔＷＬ）を零にでき
るので、結果的にピーク間隔の誤差を零にできる。従っ
て、一層正確な波長値を知る事ができる。

【００９５】請求項１２記載の発明によれば更に、連続
的に掃引される被測定光の波長を１[ｐｍ]或いはそれ以
下の精度で計測できる。

【００９６】請求項１３記載の発明によれば更に、周囲
の温度に依存して光ファイバエタロンの長さＬが伸縮す
ること及び屈折率ｎが変化することを防止できるので、
被測定光の波長を一層高精度に測定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態による波長測定装置１０の構
成を示すブロック図。

【図２】光ファイバエタロン８の透過特性を示す図。

【図３】第２の実施の形態による波長測定装置２０の構
成を示すブロック図。

【図４】第３の実施の形態による波長測定装置３０の構
成を示すブロック図。

【図５】周知のマイケルソン干渉計を示す図。

【図６】周知のマイケルソン干渉計の原理を説明する為
の模式図。

【符号の説明】

１波長可変光源２モータ／エンコーダ４ガスセル８光ファイバエタロン８ａ高反射膜１４カウンタ１９ＣＰＵ３１ファブリー・ペローのエタロン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】分岐された被測定光の一方が入射され、当
該入射光を予め校正された少なくとも２種類の波長成分
で弁別して透過する第１光フィルタと、前記分岐された被測定光の他方が入射され、当該入射光
を前記２種類の波長同士の間隔よりも短い自由スペクト
ル領域で透過する第２光フィルタと、前記第1光フィルタの透過光及び前記第２光フィルタの
透過光に基づいて前記被測定光の波長を算出する算出手
段とを備えたことを特徴とする波長測定装置。
【請求項２】前記被測定光の波長が、前記２種類の波長
間を変化する間の波長スケールを前記第２光フィルタの
透過出力のピーク数で割る事により、当該第２光フィル
タの自由スペクトル領域を補正する第１の補正手段を更
に備えたことを特徴とする請求項１記載の波長測定装
置。
【請求項３】前記第1光フィルタは、予め校正された少
なくとも２種類の波長成分を吸収するガスセルであるこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の波長測定装置。
【請求項４】前記第1光フィルタは、予め校正された少
なくとも２種類の波長同士の間隔を自由スペクトル領域
とするエタロンであることを特徴とする請求項１又は２
記載の波長測定装置。
【請求項５】前記第２光フィルタの透過出力のピーク数
を計数する計数手段と、既知の基準波長を有する光が入射された際に、前記計数
手段の計数値をリセットするリセット手段を更に備えた
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか記載の波長測
定装置。
【請求項６】所定のタイミングで同期信号を出力する同
期信号出力手段と、この同期信号出力手段からの同期信号を検知する毎に、
前記計数値を取得する取得手段とを更に備え、前記算出手段は、前記取得手段が取得した各計数値別に
前記波長を算出することを特徴とする請求項５記載の波
長測定装置。
【請求項７】前記同期信号出力手段は、請求項５記載の
計数手段の計数値に基づいて前記同期信号を出力するこ
とを特徴とする請求項６記載の波長測定装置。
【請求項８】前記被測定光は、光源と該光源の発振波長
を自在に変化させる波長調節機構とを具備する波長可変
光源から出射されたものであり、前記同期信号出力手段は、当該波長調節機構の操作量に
基づいて前記同期信号を出力することを特徴とする請求
項６記載の波長測定装置。
【請求項９】前記計数手段は、前記第２光フィルタの透
過出力値が所与の基準値を切る毎に前記計数値をインク
リメント或いはデクリメントして、当該透過出力のピー
ク数を計数することを特徴とする請求項５乃至８の何れ
か記載の波長測定装置。
【請求項１０】前記基準値は、前記第２光フィルタの前
段にて前記被測定光から分岐された参照光の光強度に応
じて変動することを特徴とする請求項９記載の波長測定
装置。
【請求項１１】前記算出手段が算出する被測定光の波長
値を、当該被測定光の掃引開始波長値及び掃引終了波長
値の少なくとも何れか一方に基づいて補正する第２の補
正手段を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至１０
の何れか記載の波長測定装置。
【請求項１２】前記第２光フィルタは、光ファイバの両
端に高反射膜を形成して成る光ファイバエタロンである
ことを特徴とする請求項１乃至１１の何れか記載の波長
測定装置。
【請求項１３】前記光ファイバエタロンの温度を一定に
保つ保温手段を更に備えたことを特徴とする請求項１２
記載の波長測定装置。