JP2003207394A

JP2003207394A - 分光測定装置

Info

Publication number: JP2003207394A
Application number: JP2002002991A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Sanpei; 義広三瓶; Makoto Komiyama; 誠小宮山; Kenji Ogino; 賢治荻野; Yasuyuki Suzuki; 泰幸鈴木; Yoriki Okada; 頼樹岡田; Shuhei Okada; 修平岡田
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2002-01-10
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2003-07-25
Also published as: US20030128359A1; US6999169B2

Abstract

(57)【要約】【課題】フォトダイオードアレイのピッチに影響され
ることなく、波長分解能の向上を図った分光測定装置を
実現することを目的にする。【解決手段】本発明は、被測定光を分光する波長分散
素子と、この波長分散素子によって分光された光を受光
し、光電流を出力する複数のフォトダイオードからなる
フォトダイオードアレイとを有し、フォトダイオードア
レイの出力により、測定を行う分光測定装置において、
被測定光を偏向させ、フォトダイオードアレイで受光さ
れる位置を変える偏向手段を設け、異なる偏向量におけ
る測定結果により、被測定光の特性を測定することを特
徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フォトダイオード
アレイのピッチに影響されることなく、波長分解能の向
上を図った分光測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバによって光信号を伝送する光
通信方式の一種に、ＷＤＭ（Wavelength Division Mult
iplexing：波長分割多重）通信がある。このＷＤＭ通信
とは、波長の異なる複数の光信号を１本の光ファイバに
よって伝送する通信方式である。また、波長の異なる複
数の光信号のことをＷＤＭ信号とも呼ぶ。そして、ＷＤ
Ｍ信号のそれぞれの光信号は、例えば短波側から１チャ
ネル、２チャネルと数えられることが多い。

【０００３】分光測定装置とは、波長分散素子を用いて
被測定光を波長ごとに分光し、任意の波長幅に存在する
光パワーを求め、この求めた光パワーから被測定光の特
性を測定する測定装置である。この分光測定装置は、Ｗ
ＤＭ信号の測定によく用いられ、入力されたＷＤＭ信号
を波長ごとに分光し、求めた光パワーから各チャネルご
との光信号レベルや波長等を求めている。

【０００４】図６は、このようなＷＤＭ信号を測定する
分光測定装置の一実施例を示す構成図である。図６にお
いて、分光器１０はポリクロメータ方式と呼ばれるもの
であり、被測定光であるＷＤＭ信号が入力され、任意の
波長幅に存在する光パワーに対応した出力を測定信号と
して出力する。

【０００５】分光器１０は、光ファイバ１１、コリメー
ティングレンズ１２、波長分散素子である回折格子１
３、フォーカシングレンズ１４、ミラー１５、フォトダ
イオードアレイモジュール１６（以下ＰＤＭと略す）か
ら構成される。

【０００６】光ファイバ１１は、被測定光１００を分光
器１０に入射する伝送路である。コリメーティングレン
ズ１２は、光ファイバ１１の出射口に対向して設置さ
れ、光ファイバ１１から出射された被測定光１００を平
行光にして出射する。

【０００７】回折格子１３は、コリメーティングレンズ
１２からの出射光を所望の角度に回折するため、コリメ
ーティングレンズ１２に対して傾けて設置してある。ま
た、回折格子１３は被測定光１００を波長ごと異なる角
度に分光して出射する。フォーカシングレンズ１４は、
回折格子１３からの出射光の光路上に設置され、出射光
を収束させる。ミラー１５は、フォーカシングレンズ１
４からの出射光を所望の方向に反射するように設置して
ある。

【０００８】ＰＤＭ１６は、ミラー１５で反射された被
測定光１００が収束する位置に設置される。ＰＤＭ１６
は、短冊状または点状のフォトダイオード（以下ＰＤと
略す）が複数個配列されたＰＤアレイが設けられてい
る。このＰＤは、入射した被測定光１００の光パワーに
応じた電流（光電流）を発生し、この光電流を分光器１
０の測定信号として出力する。

【０００９】また、各ＰＤには、あらかじめ波長が割り
付けられている。波長の割り付けは、被測定光１００が
回折格子１３によって波長ごとに分光されて、ＰＤアレ
イにて収束する位置と対応している。

【００１０】制御部２０は、駆動手段２１、記憶手段２
２、演算手段２３が設けられる。駆動手段２１は、ＰＤ
Ｍ１６の各ＰＤとの接続を順番に切り換え、各ＰＤの測
定信号を、例えば短波長側から順番に読み出し、測定信
号を所望の信号に変換して出力する。記憶手段２２は、
駆動手段２１から出力された信号を順次格納する。演算
手段２３は、記憶手段２２に格納された信号を読み出
し、この信号に基づき被測定光１００の光信号レベルや
波長等を求め、演算結果を出力する。

【００１１】図６に示す装置の動作を説明する。被測定
光１００は、波長λＡと波長λＢの異なる波長が多重さ
れているとする。光ファイバ１１から出射された被測定
光１００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を透過した被測定光１
００は、回折格子１３に入射し、この回折格子１３によ
って、波長λＡ、λＢごとに被測定光１００Ａ、１００
Ｂに分光される。回折格子１３によって分光された被測
定光１００Ａ、１００Ｂは、フォーカシングレンズ１
４、ミラー１５によってＰＤＭ１６のＰＤアレイに収束
するが、収束する光スポットの位置は被測定光１００
Ａ、１００Ｂの波長λＡ、λＢに対応してずれる。ま
た、各ＰＤからは光電流が出力される。このように、分
光器１０には機械的な可動部分がなく長期安定性を保ち
動作を行うことができる。

【００１２】そして、駆動手段２１は、ＰＤＭ１６の各
ＰＤとの接続を順番に切り換え、各ＰＤで生じた光電流
を短波長側のＰＤから順に読み出し、この読み出した光
電流を電圧に変換する。また、この電圧に変換された信
号はアナログ信号なので、駆動手段２１はこのアナログ
信号をデジタル信号に変換し、このデジタル信号を記憶
手段２２に各ＰＤから読み出した順に格納する。演算手
段２３は、記憶手段２２に格納されたデジタル信号と各
ＰＤに割り付けられた波長から、各チャネルの光信号レ
ベル、ピーク波長を求め、これらの演算結果を出力す
る。図示しない出力部は、演算手段２３から出力された
演算結果を、例えば表示部の画面に表示したり、図示し
ない外部装置に出力する。

【００１３】続いて、演算手段２３が各チャネルの光信
号レベル、ピーク波長を求める動作を詳細に説明する。
図７は、図６に示すＰＤＭ１６のＰＤが短冊状の場合を
例に取り、ＰＤアレイの一部に、被測定光１００Ａが照
射されているのを模式的に示した図である。図７におい
て、ＰＤ１６ａ〜１６ｅは、回折格子１３によって被測
定光１００が波長λＡ、λＢごとに分光される方向に沿
って配列される。また各ＰＤ１６ａ〜１６ｅには、それ
ぞれ波長λ_ａ〜λ_ｅ（λ_ａ＜λ_ｂ＜・・・＜λ _ｅ）が割
り付けられている。

【００１４】また、ＰＤアレイは、光電流が生ずるＰＤ
１６ａ〜１６ｅが隙間無く配列方向に並んでいるのでは
なく、配列方向には、幅ΔｐのＰＤ１６ａ、幅Δｑの不
感帯、幅ΔｐのＰＤ１６ｂ…というように形成されてい
て、１ピッチの幅は、ＰＤ１６ａ〜１６ｅごとの幅Δｐ
と不感帯の幅Δｑを加算したものとなる。また、ＰＤ１
６ａ〜１６ｅはそれぞれ幅Δｐを有しているが、一般的
にＰＤ１６ａ〜１６ｅの配列方向に対して中心の位置
を、割り付けられた波長λ_ａ〜λ_ｅとそれぞれ対応させ
る。

【００１５】またＰＤ１６ａ〜１６ｅの片側または両側
からは図示しない信号線によって光電流が出力される。

【００１６】被測定光１００Ａがレーザ光のような線ス
ペクトルの場合、ＰＤアレイ上に形成される被測定光１
００Ａの光スポットは、光パワーがガウシアン分布とな
る楕円状または円形状になる。ここで被測定光１００Ａ
の中心はＰＤ１６ｃ近傍にあるとする。図８は、記憶手
段２２に格納されるＰＤ１６ａ〜１６ｅごとの出力を表
した図である。横軸は、各ＰＤ１６ａ〜１６ｅに割り付
けられた波長λ_ａ〜λ _ｅであり、縦軸はＰＤ１６ａ〜１
６ｅの出力を相対的に表している。ここで各ＰＤ１６ａ
〜１６ｅそれぞれの出力をＰ_ａ〜Ｐ_ｅとする。被測定光
１００Ａの中心はＰＤ１６ｃ近傍にあるので、ＰＤ１６
ｃの出力Ｐ_ｃが他の出力Ｐ_ａ、Ｐ_ｂ、Ｐ _ｄ、Ｐ_ｅよりも
大きいのは明らかである。また、Δλは、ＰＤアレイの
１ピッチの幅を波長に換算したものである。

【００１７】分光器１０に入力された線スペクトルに対
する分光器１０の応答はガウス分布で近似され、被測定
光１００Ａのピーク波長λ_ｐｅａｋは、式（１）によっ
て表すことができる。 λ_ｐｅａｋ＝λ_０＋δλ （１）ここで、λ_０は光ピークパワーに最も近いＰＤ１６ｃに
割り付けられた波長λ_ｃであり、δλはピーク波長λ
_ｐｅａｋと光ピークパワーに最も近いＰＤ１６ｃに割り
付けられた波長λ_ｃとの波長差を表している。またδλ
は、図７においてＰＤ１６ｃの中心と被測定光１００Ａ
の光スポットの中心との距離δｘ、被測定光１００Ａの
光スポットの中心に最も近いＰＤ１６ｃと両隣のＰＤ１
６ｂ、１６ｄとの出力比から式（２）によって表すこと
ができる。

【数１】ここで、Ｐ_０は、光ピークパワーに最も近いＰＤ１６ｃ
の出力Ｐ_ｃに対応し、Ｐ _−１、Ｐ_＋１は、それぞれ
Ｐ_ｂ、Ｐ_ｄに対応する。

【００１８】そして、被測定光１００Ａの光信号レベル
Ｐ_ｓｉｇは、ＰＤアレイ上に広がったスペクトルの積分
あるいは光ピークパワー近傍、例えばピーク近傍３個の
ＰＤ１６ｂ〜１６ｄの出力値Ｐ_ｂ〜Ｐ_ｄ和から式（３）
に示すように求められる。Ｐ_ｓｉｇ＝α（δｘ）・（Ｐ_−１＋Ｐ_０＋Ｐ_＋１）（３）ここで、α（δｘ）は、光スポットの中心とＰＤ１６ｃ
の中心との距離を変数とする関数であり、これは、同一
の光信号レベルであっても、光スポットの中心とＰＤ１
６ｃの中心との距離によって加算値が異なるためであ
り、光スポットの径とＰＤアレイの１ピッチの幅から求
まる関数である。

【００１９】また、演算手段２３が、他のチャネルであ
る被測定光１００Ｂの光信号レベル、ピーク波長を求め
る動作も同様なので説明を省略する。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】分光器１０の波長分解
能は、ＰＤアレイ上に形成される光スポットの大きさに
依存する。波長分解能をあげるためには、光スポットを
小さく（応答スペクトルをシャープにする）し、ＰＤア
レイの１ピッチ幅、あるいはそれ以下に集中させればよ
い。

【００２１】図９は、光スポットをＰＤ１６ａ〜１６ｅ
の約１ピッチ幅にし、波長分解能を向上させた場合を例
にとり、ＰＤ１６ａ〜１６ｅの出力Ｐ_ａ〜Ｐ_ｅを示した
図である。波長分解能とは、各チャネルを近づけた場合
に、チャネルを識別できる性能を表すものである。図８
と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。

【００２２】図９（ａ）は、被測定光１００Ａの光ピー
クパワーがＰＤ１６ｃの中心付近にある場合である、図
９（ａ）において、ピークに最も近いＰＤ１６ｃの両隣
のＰＤ１６ｂ、１６ｄで検出できる出力Ｐ_ｂ、Ｐ_ｄは極
端に小さくなる。そのため、ノイズの影響を受け易く、
光信号レベル、ピーク波長を精度良く求めることが難し
い。

【００２３】また、図９（ｂ）は、被測定光１００Ａの
光ピークパワーがＰＤ１６ｃ、１６ｄの間付近（不感
帯）にある場合である。図９（ｂ）において、光パワー
の大部分が不感帯上、ＰＤ１６ｃ、１６ｄに集中してし
まうため、ＰＤ１６ｂで検出できる出力Ｐ_ｂは極端に小
さくなる。そのため、ノイズの影響を受け易く、光信号
レベル、ピーク波長を精度良く求めることが難しい。

【００２４】このように、光スポットを小さくし波長分
解能を向上すると、演算に使用するＰＤの出力が小さく
なり、ノイズの影響を受け易くなる。そのため光信号レ
ベル、ピーク波長を正確に測定することが難しくなる。
ノイズの影響を減少させるには、ＰＤアレイのピッチを
小さくすればよい。しかし、一般的に入手できるＰＤア
レイは限られており、またＰＤアレイのピッチを変更す
る等の形状変更は容易ではない。

【００２５】そこで本発明の目的は、フォトダイオード
アレイのピッチに影響されることなく、波長分解能の向
上を図った分光測定装置を実現することにある。

【００２６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
被測定光を分光する波長分散素子と、この波長分散素子
によって分光された光を受光し、光電流を出力する複数
のフォトダイオードからなるフォトダイオードアレイと
を有し、フォトダイオードアレイの出力により、測定を
行う分光測定装置において、前記被測定光を偏向させ、
前記フォトダイオードアレイで受光される位置を変える
偏向手段を設け、異なる偏向量における測定結果によ
り、前記被測定光の特性を測定することを特徴とするも
のである。

【００２７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、偏向手段は、フォトダイオードアレイのフ
ォトダイオードの幅と不感帯の幅の１ピッチ以内に偏向
することを特徴とするものである。

【００２８】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の発明において、波長分散素子は、反射型回折格子
またはプリズムの少なくとも一方を有することを特徴と
するものである。

【００２９】請求項４記載の発明は、請求項１または２
記載の発明において、波長分散素子は、光ファイバのコ
アの長手方向に設けられた回折格子であることを特徴と
するものである。

【００３０】請求項５記載の発明は、請求項１または２
記載の発明において、波長分散素子は、光導波路上に設
けられた回折格子であることを特徴とするものである。

【００３１】請求項６記載の発明は、請求項１〜５のい
ずかれに記載の発明において、偏向手段は、電気光学効
果を用いる電気光学偏向器であることを特徴とするもの
である。

【００３２】請求項７記載の発明は、請求項４記載の発
明において、偏向手段は、回折格子が設けられている光
ファイバの長手方向に沿って取りつけられ、この光ファ
イバを伸縮させるピエゾ素子であることを特徴とするも
のである。

【００３３】請求項８記載の発明は、請求項５記載の発
明において、偏向手段は、回折格子が設けられている光
導波路を挟むように、対向して一対設置され、電気光学
効果を用いて被測定光を偏向させる電極であることを特
徴とするものである。

【００３４】請求項９記載の発明は、請求項１または２
記載の発明において、偏向手段は、波長分散素子によっ
て分光された光を所望の方向に反射させ、フォトダイオ
ードアレイに出力するミラーであることを特徴とするも
のである。

【００３５】請求項１０記載の発明は、請求項１〜９の
いずれかに記載の発明において、偏向手段に信号を出力
し、被測定光の偏向量を制御するドライバと、フォトダ
イオードから光電流を順番に読み出し、この読み出した
光電流を電圧に変換し、変換したアナログ信号をデジタ
ル信号に変換して出力する駆動手段と、この駆動手段か
ら出力された前記デジタル信号を格納する記憶手段と、
この記憶手段に格納されたデジタル信号を読み出し、こ
のデジタル信号に基づき被測定光の光信号レベル、ピー
ク波長を求める演算手段とを有することをを特徴とする
ものである。

【００３６】請求項１１記載の発明は、被測定光を分光
する波長分散素子と、この波長分散素子によって分光さ
れた光を受光し、光電流を出力する複数のフォトダイオ
ードからなるフォトダイオードアレイとを有し、フォト
ダイオードアレイの出力により、測定を行う分光測定装
置において、前記フォトダイオードアレイを前記被測定
光が分光される方向に移動させ、前記フォトダイオード
アレイで受光される位置を変える移動手段を設け、異な
る移動量における測定結果により、前記被測定光の特性
を測定することを特徴とするものである。

【００３７】請求項１２記載の発明は、請求項１１記載
の発明において、移動手段は、フォトダイオードアレイ
のフォトダイオードの幅と不感帯の幅の１ピッチ以内に
移動することを特徴とするものである。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明の実施の
形態を説明する。図１は本発明の第１の実施例を示す構
成図である。ここで、図６と同一のものは同一符号を付
し、説明を省略する。図１において、分光器３０は、分
光器１０の代わりに設けられ、ミラー１５とＰＤＭ１６
の間に、被測定光１００Ａ、１００Ｂを偏向させる偏向
手段の一種である電気光学偏向器３１が新たに設置され
る。

【００３９】電気光学偏向器３１は、外部から電流また
は電圧が入力され、直流または光周波数に比べて十分周
波数の低い電界が印加されることによって、媒質の屈折
率が変化する効果（電気光学効果）を用いる光偏向器の
ことである。例えば、電気光学効果によってプリズムの
屈折率を変化させて出射方向を変えたり、または、電気
光学効果によって媒質中に生じる屈折率変化で光波の伝
搬方向に垂直な断面内で直線的位相分布を形成して、偏
向を行うことができる。

【００４０】制御部４０は、制御部２０の代わりに設け
られ、同期手段４１、ドライバ４２、駆動手段４３、記
憶手段４４、演算手段４５から構成される。同期手段４
１は、同期信号を出力する。ドライバ４２は、同期手段
４１の同期信号に従って電気光学偏光器３１に所望の電
圧を印加する。駆動手段４３は、同期手段４１の同期信
号に従ってＰＤＭ１６の各ＰＤとの接続を順番に切り換
え、各ＰＤの測定信号を、例えば短波長側から順番に読
み出し、測定信号を所望の信号に変換して出力する。記
憶手段４４は、駆動手段４３から出力された信号を順次
格納していくが、駆動手段４３が出力した信号を複数回
分保持することができる。演算手段４５は、記憶手段４
４に格納された信号を複数回分読み出し、この信号に基
づき被測定光１００の光信号レベルや波長等を求め、演
算結果を出力する。

【００４１】図１に示す装置の動作を説明する。同期手
段４１は、ドライバ４２および駆動手段４３に１回目の
同期信号を出力する。ドライバ４２は、同期信号に基づ
き電気光学偏向器３１に電圧Ｖａを印加することによ
り、ミラー１５で反射された被測定光１００Ａ、１００
ＢをＰＤＭ１６のＰＤアレイの配列方向に所望量偏向さ
せる。ここでは、被測定光１００Ａ、１００Ｂの光スポ
ットの中心が、図６に示す装置のＰＤアレイ上の同じ位
置に照射されるものとする。偏向された被測定光１００
Ａ、１００ＢはそれぞれＰＤアレイに収束し、各ＰＤか
らは光電流が測定信号として出力される。

【００４２】駆動手段４３は、同期信号に基づきＰＤＭ
１６の各ＰＤの接続を順番に切り換えて、各ＰＤで生じ
た光電流を短波長側のＰＤから順に読み出す。そして、
この光電流を電圧に変換し、さらに電圧に変換されたア
ナログ信号をデジタル信号に変換して、記憶手段４４に
格納する。１回目の同期信号によって記憶手段４４に格
納されたデジタル信号を系列１のデータとする。

【００４３】続いて同期手段４１は、再びドライバ４２
および駆動手段４３に２回目の同期信号を出力する。ド
ライバ４２は、同期信号に基づき電気光学偏向器３１に
電圧Ｖｂを印加し、ミラー１５で反射された被測定光１
００Ａ、１００ＢをＰＤアレイの配列方向に所望量偏向
させる。ただし、１回目の同期信号において被測定光１
００Ａ、１００ＢがＰＤアレイ上に照射されている位置
から、長波長側に１／２ピッチ分だけずれた位置に照射
されるように、被測定光１００Ａ、１００Ｂを偏向させ
る。偏向された被測定光１００Ａ、１００Ｂはそれぞれ
ＰＤアレイに収束し、各ＰＤからは光電流が測定信号と
して出力される。

【００４４】駆動手段４３は、同期信号に基づきＰＤＭ
１６の各ＰＤの接続を順番に切り換えて、各ＰＤで生じ
た光電流を短波長側のＰＤから順に読み出す。そして、
この光電流を電圧に変換し、さらに電圧に変換されたア
ナログ信号をデジタル信号に変換して、記憶手段４４に
格納する。このとき、１回目の同期信号に基づき記憶手
段４４に格納した系列１のデータとは別の領域に格納す
る。２回目の同期信号によって記憶手段４４に格納され
たデジタル信号を系列２のデータとする。

【００４５】演算手段４５は、記憶手段４４から系列
１、２のデータを読み出し、系列１、２のデータを波長
で並べ替える。これにより系列１、２のデータはお互い
を補間するデータとなり、あたかもＰＤＭ１６の１／２
のピッチのＰＤアレイで測定した場合と同様の測定信号
を得られる。

【００４６】図２は、図１に示す装置において系列１、
２のデータの出力および補間したデータの出力を表した
図である。図８と同一のものは同一符号を付すと共に説
明も省略する。但し、図２においては、ピーク近傍のＰ
Ｄ１６ｂ〜１６ｄのみを表している。系列２のデータ
は、被測定光１００Ａの照射位置が１／２ピッチ長波長
側に偏向されているので、各ＰＤ１６ｂ〜１６ｄそれぞ
れの割り付け波長は１／２ピッチ分短波長側にずれてい
る。図２において、系列１のデータにおいて、ＰＤ１６
ｂ〜１６ｄのそれぞに対応する出力はＰ１_ｂ〜Ｐ１_ｄと
し、●点で表している。系列２のデータおいて、ＰＤ１
６ｂ〜１６ｄのそれぞに対応する出力はＰ２_ｂ〜Ｐ２_ｄ
とし、×点で表している。

【００４７】演算手段４５は、補間されたデータに基づ
き被測定光１００Ａのそれぞれに対応するピーク近傍の
波長λ_ｃ−Δλ／２、λ_ｃ、λ_ｄ−Δλ／２と、それに
対応する出力Ｐ２_ｃ、Ｐ１_ｃ、Ｐ２_ｄから、式（１）〜
（３）により被測定光１００Ａの光信号レベル、ピーク
波長を求める。但し、式（２）の２行目の第１項は、被
測定光１００Ａが１／２ピッチ偏向させられ、ＰＤアレ
イのピッチが半分になっているので、Δλ／４となる。

【００４８】被測定光１００Ｂの光信号レベル、ピーク
波長を求める動作も同様なので省略する。また、図１に
示す装置における、この他の動作は、図６に示す装置と
同様なので説明を省略する。

【００４９】このように、被測定光１００Ａ、１００Ｂ
がＰＤＭ１６のＰＤアレイの配列方向に電気光学偏向器
３１によって偏向されると共に、駆動手段４３によって
測定信号が取得される一連の動作を複数回行い、これら
の信号を波長で並べ替えて被測定光１００Ａ、１００Ｂ
の測定を行う。これにより、並び替えた信号は１ピッチ
よりも細かいピッチで測定したのと同様の測定信号が得
られ、ノイズの影響を受け易い検出出力が小さいものを
使用しないので、被測定光１００Ａ、１００Ｂの光スポ
ットを小さくして測定を行える。従って、波長分解能を
向上させて、光信号レベル、ピーク波長の測定を行うこ
とができる。

【００５０】また、電気光学偏向器３１は電気光学効果
を用いており、機械的な可動部分がないので、分光器３
０は長期安定性を保ち動作を行うことができる。

【００５１】図３は、本発明の第２の実施例を示す構成
図である。図１と同一のものは同一符号を付し、説明を
省略すると共に図示も省略する。図３において、分光器
５０は、分光器３０の代わりに設けられ、ミラー１５の
代わりにミラー５１が設けられる。また、偏向手段であ
る電気光学偏向器３１の代わりに、ピエゾ素子５２がミ
ラー５１を機械的に変動するように取り付けられ、これ
らミラー５１、ピエゾ素子５２によって偏向手段が構成
されている。そして、ピエゾ素子５２は、ドライバ４２
から電圧が印加される。ピエゾ素子５２は、電圧が印加
されると、機械的応力、例えば伸縮を生じるものであ
る。

【００５２】図３に示す装置の動作を説明する。ドライ
バ４２は、１回目の同期信号に基づきピエゾ素子５２に
電圧Ｖｃを印加し、ピエゾ素子５２を所望量変化させ、
ミラー５１で反射される被測定光１００Ａ、１００Ｂを
ＰＤＭ１６のＰＤアレイの配列方向に偏向させる。ここ
では、被測定光１００Ａ、１００Ｂの光スポットの中心
が、図１に示す装置のＰＤアレイ上の同じ位置に照射さ
れるものとする。また、ドライバ４２は、２回目の同期
信号に基づきピエゾ素子５２に電圧Ｖｄを印加し、ピエ
ゾ素子５２を所望量変化させ、ミラー５１で反射される
被測定光１００Ａ、１００ＢをＰＤアレイの配列方向に
偏向させる。ただし、１回目の同期信号にて、被測定光
１００Ａ、１００ＢがＰＤアレイにて照射されている位
置から、長波長側に１／２ピッチ分だけずれるように偏
向させる。

【００５３】ここで、ドライバ４２が同期信号に基づ
き、ピエゾ素子５２に電圧Ｖｃ、Ｖｄを印加し、ミラー
５１からの反射光を所望量偏向させる以外の動作は、図
１に示す装置と同様なので説明を省略する。

【００５４】このように、被測定光１００Ａ、１００Ｂ
がＰＤＭ１６のＰＤアレイの配列方向にミラー５１およ
びピエゾ素子５２によって偏向されると共に、駆動手段
４３によって測定信号が取得される一連の動作を複数回
行い、これらの信号を波長で並べ替えて被測定光１００
Ａ、１００Ｂの測定を行う。これにより、並び替えた信
号は１ピッチよりも細かいピッチで測定したのと同様の
測定信号が得られ、ノイズの影響を受け易い検出出力が
小さいものを使用しないので、被測定光１００Ａ、１０
０Ｂの光スポットを小さくして測定を行える。従って、
波長分解能を向上させて、光信号レベル、ピーク波長の
測定を行うことができる。

【００５５】図４は、本発明の第３の実施例を示す構成
図である。図１と同一のものは同一符号を付し、説明を
省略すると共に図示も省略する。図４において、分光器
６０は分光器３０の代わりに設けられる。また分光器６
０は、光ファイバ１１、波長分散素子としてファイバー
グレーティング６１、レンズ６２、ＰＤＭ１６、駆動手
段としてピエゾ素子６３を有する。ファイバーグレーテ
ィング６１は、光ファイバのコアの長手方向に周期的な
屈折率変化を与えることで形成される回折格子を有す
る。

【００５６】ファイバーグレーティング６１は、光ファ
イバ１１の出射端と、例えば融着接続によって接続さ
れ、被測定光１００が入射される。また、ファイバーグ
レーティング６１は、回折格子が形成された回折格子部
６１ａで、波長λＡ、λＢごとに被測定光１００Ａ、１
００Ｂに分光し、ファイバーグレーティング６１から空
間に波長λＡ、λＢごと異なる角度に分光して出射す
る。レンズ６２は、ファイバーグレーティング６１から
の出射光の光路上に設置され、出射光を収束させる。Ｐ
ＤＭ１６は、レンズ６２によって被測定光１００Ａ、１
００Ｂが収束する位置となるように設置され、各ＰＤで
生じた光電流を出力する。ピエゾ素子６３は、ピエゾ素
子６３の伸縮する方向を、回折格子部６１ａの長手方向
と合わせて取りつけられる。また、ピエゾ素子６３は、
ドライバ４２から電圧が印加される。

【００５７】図４に示す装置の動作を説明する。ドライ
バ４２は、１回目の同期信号に基づきピエゾ素子６３に
電圧Ｖｅを印加し、ピエゾ素子６３を所望量変化させ
る。これにより、ピエゾ素子６３が取りつけられている
回折格子部６１ａも長手方向に伸縮する。そのため、回
折格子部６１ａに周期的に設けられている屈折率の周期
が変化し、回折格子部６１ａから出射される被測定光１
００Ａ、１００ＢがＰＤＭ１６のＰＤアレイの配列方向
に偏向される。ここでは、被測定光１００Ａ、１００Ｂ
の光スポットの中心が、図１に示す装置のＰＤアレイ上
の同じ位置に照射されるものとする。また、ドライバ４
２は、２回目の同期信号に基づきピエゾ素子６３に電圧
Ｖｆを印加し、ピエゾ素子６３を所望量変化させ、同様
にして被測定光１００Ａ、１００ＢをＰＤアレイの配列
方向に偏向させる。ただし、１回目の同期信号にて、被
測定光１００Ａ、１００ＢがＰＤアレイにて照射されて
いる位置から、長波長側に１／２ピッチ分だけずれるよ
うに偏向させる。

【００５８】ここで、ドライバ４２が同期信号に基づ
き、ピエゾ素子５３に電圧Ｖｅ、Ｖｆを印加し、回折格
子部６１ａからの出射される被測定光１００Ａ、１００
Ｂを偏向させる以外の動作は、図１に示す装置と同様な
ので説明を省略する。

【００５９】このように、被測定光１００Ａ、１００Ｂ
がＰＤＭ１６のＰＤアレイの配列方向にピエゾ素子６３
によって偏向されると共に、駆動手段４３によって測定
信号が取得される一連の動作を複数回行い、これらの信
号を波長で並べ替えて被測定光１００Ａ、１００Ｂの測
定を行う。これにより、並び替えた信号は１ピッチより
も細かいピッチで測定したのと同様の測定信号が得ら
れ、ノイズの影響を受け易い検出出力が小さいものを使
用しないので、被測定光１００Ａ、１００Ｂの光スポッ
トを小さくして測定を行える。従って、波長分解能を向
上させて、光信号レベル、ピーク波長の測定を行うこと
ができる。

【００６０】図５は、本発明の第４の実施例を示す構成
図である。図１と同一のものは同一符号を付し、説明を
省略すると共に図示も省略する。図５において、分光器
７０は分光器３０の代わりに設けられる。また分光器７
０は、光ファイバ１１、波長分散素子である光導波路型
グレーティング７１、レンズ７２、ＰＤＭ１６、偏向手
段である電極７３ａ、７３ｂを有する。光導波路型グレ
ーティング７１は、光導波路上の長手方向に周期的な格
子を機械的に形成した回折格子を有する。また光導波路
は電気光学効果を有する媒質、例えばニオブ酸リチウム
等で構成される。

【００６１】光ファイバ１１は、被測定光１００を分光
器７０に入射する伝送路である。光導波路型グレーティ
ング７１は、光ファイバ１１の出射端から出射された被
測定光１００が入射される。このとき、光ファイバ１１
と光導波路型グレーティング７１の間に、例えばレンズ
やマッチングオイル等を設け、効率よく被測定光１００
を光導波路型グレーティング７１に入射させるようにし
てもよい。

【００６２】光導波路型グレーティング７１は、回折格
子が形成された回折格子部７１ａで、波長λＡ、λＢご
とに被測定光１００Ａ、１００Ｂに分光し、光導波路型
グレーティング７１から空間に波長λＡ、λＢごと異な
る角度に分光して出射する。レンズ７２は、光導波路型
グレーティング７１からの出射光の光路上に設置され、
出射光を収束させる。ＰＤＭ１６は、レンズ７２によっ
て被測定光１００Ａ、１００Ｂが収束する位置となるよ
うに設置され、各ＰＤで生じた光電流を出力する。電極
７３ａ、７３ｂは、回折格子部７１ａを挟んで、対向し
て設けられる。この電極７３ａ、７３ｂの形状は櫛型が
望ましい。この電極７３ａ、７３ｂは、それぞれドライ
バ４２から電圧が印加される。

【００６３】図５に示す装置の動作を説明する。ドライ
バ４２は、１回目の同期信号に基づき電極７３ａ、７３
ｂに電圧Ｖｇを印加し、電気光学効果を用いて回折格子
部７１ａの屈折率を変化させ、回折格子部７１ａから出
射される被測定光１００Ａ、１００ＢをＰＤＭ１６のＰ
Ｄアレイの配列方向に所望量偏向させる。ここでは、被
測定光１００Ａ、１００Ｂの光スポットの中心が、図１
に示す装置のＰＤアレイ上の同じ位置に照射されるもの
とする。また、ドライバ４２は、２回目の同期信号に基
づき電極７３ａ、７３ｂに電圧Ｖｈを印加し、電気光学
効果を用いて回折格子部７１ａの屈折率を変化させ、回
折格子部７１ａから出射される被測定光１００Ａ、１０
０ＢをＰＤアレイの配列方向に所望量偏向させる。ただ
し、１回目の同期信号にて、被測定光１００Ａ、１００
ＢがＰＤアレイにて照射されている位置から、長波長側
に１／２ピッチ分だけずれるように偏向させる。

【００６４】ここで、ドライバ４２が同期信号に基づ
き、電極７３ａ、７３ｂに電圧Ｖｇ、Ｖｈを印加し、回
折格子部７１ａからの出射される被測定光１００Ａ、１
００Ｂを偏向させる以外の動作は、図１に示す装置と同
様なので説明を省略する。

【００６５】このように、被測定光１００Ａ、１００Ｂ
がＰＤＭ１６のＰＤアレイの配列方向に電極７３ａ、７
３ｂに印加される電圧Ｖｇ、Ｖｈによって偏向されると
共に、駆動手段４３によって測定信号が取得される一連
の動作を複数回行い、これらの信号を波長で並べ替えて
被測定光１００Ａ、１００Ｂの測定を行う。これによ
り、並び替えた信号は１ピッチよりも細かいピッチで測
定したのと同様の測定信号が得られ、ノイズの影響を受
け易い検出出力が小さいものを使用しないので、被測定
光１００Ａ、１００Ｂの光スポットを小さくして測定を
行える。従って、波長分解能を向上させて、光信号レベ
ル、ピーク波長の測定を行うことができる。

【００６６】また、被測定光１００ａ、１００ｂの偏向
は、光導波路型グレーティング７１の電極に電圧を印加
することによる電気光学効果を用いている。そのため機
械的な可動部分がないので、分光器７０は長期安定性を
保ち動作を行うことができる。

【００６７】なお、本発明はこれに限定されるものでは
なく、以下のようなものでもよい。被測定光１００は、
波長λＡ、λＢの２チャネルが多重化される例を示した
が、多重化は何チャネルでもよい。

【００６８】また、図１において、電気光学偏向器３１
をミラー１５とＰＤＭ１６の間に設けたが、光ファイバ
１１とレンズ１２の間や、レンズ１２と回折格子１３の
間等、ＰＤＭ１６に被測定光１００が入射される前なら
ばどこに設けてもよい。

【００６９】また、図１において、レンズ１４からの出
射光をミラー１５にて反射してＰＤＭ１６で受光する構
成を示したが、ミラー１５を設けずレンズ１４からの出
射光が収束する位置にＰＤＭ１６を設置する構成として
もよい。また、電気光学偏向器３１は、ＰＤＭ１６に被
測定光１００が入射される前ならばどこに設けてもよ
い。

【００７０】また、図１、２に示す装置においての波長
分散素子に回折格子１３を用いる構成を示したが、波長
分散素子としてプリズムを用いる構成か、または回折格
子１３とプリズムの両方を用いる構成としてもよい。プ
リズムと回折格子１３を両方用いることにより、プリズ
ムと回折格子１３の波長分散角を整合させることができ
る。

【００７１】また、図１、２に示す装置において、回折
格子１３は平面型を用いたが、凹型の回折格子を用いて
もよい。そして、凹型の回折格子を用いることにより、
レンズ１２、１４を用いない構成としてもよい。これに
より被測定光１００がレンズ１２、１４で減衰すること
がなく効率よくＰＤＭ１６で受光することができる。

【００７２】また、図１、図３〜５に示す装置におい
て、レンズ１２、１４、６２、７２を用いる透過型光学
系を示したが、放物面鏡等を用いた反射型光学系として
もよい。

【００７３】また、図１、図３〜図５に示す装置におい
て、偏向手段によって被測定光１００Ａ、１００Ｂの偏
向量は、長波長側に１／２ピッチで行われる構成を示し
たが、偏向量は１ピッチ以内ならいくらでもよく、短波
長側に偏向させてもよい。

【００７４】また、分光器の例として図１、図３〜図５
に示す装置をあげたが、本発明は、ＰＤアレイを用いる
方式の分光器全てに適用することが可能である。

【００７５】また、図１、図３〜図５に示す装置におい
て、同期手段４１の同期信号に基づき、ドライバ４２が
偏向手段に電圧を印加し、駆動手段４３がＰＤＭ１６か
ら測定信号の読み出しを行う構成を示したが、同期手段
４１を設けない構成としてもよい。同期手段４１を設け
ない構成においては、ドライバ４２と駆動手段４３とで
相互に信号の授受を行うようにする。例えば、ドライバ
４２が偏向手段へ電圧を印加し、被測定光１００Ａ、１
００Ｂを所望量偏向させ、その後、駆動手段４３に信号
を出力する。駆動手段４３は、ドライバ４２から出力さ
れた信号に基づき、ＰＤＭ１６から測定信号の読み出し
を開始する。

【００７６】また、図３の装置において、ピエゾ素子５
２がミラー５１を機械的に変動するように取りつけら
れ、ミラー５１、ピエゾ素子５２によって偏向手段が構
成される例を示したが、ピエゾ素子５２を移動手段とし
て、ＰＤＭ１６に取り付け、ＰＤＭ１６をＰＤの配列方
向に所望量移動させる構成としてもよい。このような構
成において、移動手段は、ドライバ４２から電圧が印加
されることによりＰＤＭ１６を移動させ、被測定光１０
０Ａ、１００ＢがＰＤＭ１６で受光される位置を変え
る。

【００７７】また、図４の装置において、偏向手段とし
てピエゾ素子６３を用いる構成を示し、図５の装置にお
いて、偏向手段として電極７３ａ、７３ｂを用いる構成
を示したが、それぞれ回折格子部６１ａ、７１ａから出
射された光がＰＤＭ１６に入射されるまでの間に、ミラ
ー５１とピエゾ素子５２からなる偏向手段を設け、この
偏向手段によって被測定光１００ａ、１００ｂを偏向さ
せてもよい。

【００７８】さらに、図４の装置において、偏向手段と
してピエゾ素子６３を用いる構成を示し、図５の装置に
おいて、偏向手段として電極７３ａ、７３ｂを用いる構
成を示したが、それぞれ回折格子部６１ａ、７１ａから
出射された光がＰＤＭ１６に入射されるまでの間に、電
気光学偏向器３１を設け、この電気光学偏向器３１によ
って被測定光１００ａ、１００ｂを偏向させてもよい。
これにより、特に図４に示す装置においては、機械的な
可動部分がなくなるので、分光器６０の長期安定性を保
ち動作を行うことができる。

【００７９】

【発明の効果】本発明によれば、以下のような効果があ
る。請求項１〜１０によれば、偏向手段により、被測定
光を偏向させ、フォトダイオードアレイで受光される位
置を変えるので、フォトダイオードのピッチを細かくす
ることなく、細かいピッチで測定したのと同等の測定信
号が得られる。これにより、ノイズの影響を受け易い検
出出力が小さいものを使用しないで、被測定光の光スポ
ットを小さくでき、フォトダイオードのピッチに影響さ
れることなく、波長分解能を向上させて測定を行うこと
ができる。

【００８０】請求項６、８によれば、偏向手段は電気光
学効果を用いるので、分光器は機械的な可動部分を含ま
ない構成とすることができる。これにより、長期安定性
を保ち動作を行うことができる。

【００８１】請求項１１、１２によれば、移動手段によ
り、フォトダイオードアレイを被測定光が分光される方
向に移動させ、フォトダイオードアレイで受光される位
置を変えるので、フォトダイオードのピッチを細かくす
ることなく、細かいピッチで測定したのと同等の測定信
号が得られる。これにより、ノイズの影響を受け易い検
出出力が小さいものを使用しないで、被測定光の光スポ
ットを小さくでき、フォトダイオードのピッチに影響さ
れることなく、波長分解能を向上させて測定を行うこと
ができる。

【００８２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示した構成図である。

【図２】図１に示す装置における、演算手段４５がフォ
トダイオードアレイとフォトダイオードの出力の関係を
波長で並び替えた一例を示す図である。

【図３】本発明の第２の実施例を示した構成図である。

【図４】本発明の第３の実施例を示した構成図である。

【図５】本発明の第４の実施例を示した構成図である。

【図６】従来の分光測定装置の実施例を示す構成図であ
る。

【図７】フォトダイオードアレイの一部を示す模式図で
ある。

【図８】フォトダイオードアレイとフォトダイオードの
出力の関係の一例を示す図である。

【図９】被測定光１００Ａの光スポットが小さい場合に
おける、フォトダイオードアレイとフォトダイオードの
出力の関係の一例を示す図である。

【符号の説明】

１３回折格子１６フォトダイオードアレイモジュール３０、５０、６０、７０分光器３１電気光学偏向器４２ドライバ４３駆動手段４４記憶手段４５演算手段５１ミラー５２、６３ピエゾ素子６１ファイバーグレーティング６１ａ、７１ａ回折格子部７１光導波路型グレーティング７３ａ、７３ｂ電極１００、１００Ａ、１００Ｂ被測定光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木泰幸東京都武蔵野市中町２丁目９番32号横河電機株式会社内 (72)発明者岡田頼樹東京都武蔵野市中町２丁目９番32号横河電機株式会社内 (72)発明者岡田修平東京都武蔵野市中町２丁目９番32号横河電機株式会社内Ｆターム(参考） 2G020 CB04 CC02 CC07 CC13 CC30 CC56 CC63 CD03 CD24 CD34 CD36 CD37 CD51

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定光を分光する波長分散素子と、この波長分散素子によって分光された光を受光し、光電
流を出力する複数のフォトダイオードからなるフォトダ
イオードアレイとを有し、フォトダイオードアレイの出
力により、測定を行う分光測定装置において、前記被測定光を偏向させ、前記フォトダイオードアレイ
で受光される位置を変える偏向手段を設け、異なる偏向
量における測定結果により、前記被測定光の特性を測定
することを特徴とする分光測定装置。
【請求項２】偏向手段は、フォトダイオードアレイの
フォトダイオードの幅と不感帯の幅の１ピッチ以内に偏
向することを特徴とする請求項１記載の分光測定装置。
【請求項３】波長分散素子は、反射型回折格子または
プリズムの少なくとも一方を有することを特徴とする請
求項１または２記載の分光測定装置。
【請求項４】波長分散素子は、光ファイバのコアの長
手方向に設けられた回折格子であることを特徴とする請
求項１または２記載の分光測定装置。
【請求項５】波長分散素子は、光導波路上に設けられ
た回折格子であることを特徴とする請求項１または２記
載の分光測定装置。
【請求項６】偏向手段は、電気光学効果を用いる電気
光学偏向器であることを特徴とする請求項１〜５のいず
れかに記載の分光測定装置。
【請求項７】偏向手段は、回折格子が設けられている
光ファイバの長手方向に沿って取りつけられ、この光フ
ァイバを伸縮させるピエゾ素子であることを特徴とする
請求項４記載の分光測定装置。
【請求項８】偏向手段は、回折格子が設けられている
光導波路を挟むように、対向して一対設置され、電気光
学効果を用いて被測定光を偏向させる電極であることを
特徴とする請求項５記載の分光測定装置。
【請求項９】偏向手段は、波長分散素子によって分光
された光を所望の方向に反射させ、フォトダイオードア
レイに出力するミラーであることを特徴とする請求項１
または２記載の分光測定装置。
【請求項１０】偏向手段に信号を出力し、被測定光の
偏向量を制御するドライバと、フォトダイオードから光電流を順番に読み出し、この読
み出した光電流を電圧に変換し、変換したアナログ信号
をデジタル信号に変換して出力する駆動手段と、この駆動手段から出力された前記デジタル信号を格納す
る記憶手段と、この記憶手段に格納されたデジタル信号を読み出し、こ
のデジタル信号に基づき被測定光の光信号レベル、ピー
ク波長を求める演算手段とを有することを特徴とする請
求項１〜９のいずれかに記載の分光測定装置。
【請求項１１】被測定光を分光する波長分散素子と、この波長分散素子によって分光された光を受光し、光電
流を出力する複数のフォトダイオードからなるフォトダ
イオードアレイとを有し、フォトダイオードアレイの出
力により、測定を行う分光測定装置において、前記フォトダイオードアレイを前記被測定光が分光され
る方向に移動させ、前記フォトダイオードアレイで受光
される位置を変える移動手段を設け、異なる移動量にお
ける測定結果により、前記被測定光の特性を測定するこ
とを特徴とする分光測定装置。
【請求項１２】移動手段は、フォトダイオードアレイ
のフォトダイオードの幅と不感帯の幅の１ピッチ以内に
移動することを特徴とする請求項１１記載の分光測定装
置。