JP2005196085A - Method and instrument for analyzing optical spectrum - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and instrument, capable of accurately analyzing optical spectra. <P>SOLUTION: In the method and instrument for analyzing optical spectra, the relative position between a wavelength variable optical filter and an optical beam is swept, and the detection signal of the optical beam transmitted by the wavelength variable optical filter and a beam transmission position where the optical beam is transmitted are respectively acquired as quantized data. Further, nominal transmission central wavelength is referred to a second table from the temperature near the wavelength variable optical filter, according to the target transmission central wavelength; the beam transmission position is referred to a first table, according to the nominal transmission central wavelength; the optical intensity of the optical beam is referred to a fourth table, according to the detection signal of the optical beam which is transmitted by the beam transmission position, a transmission loss is referred to a third table, according to the beam transmission position; and thereby, the optical intensity is corrected to the real optical intensity and the real optical intensity for the object transmission central wavelength can be obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、メカニカルに透過中心波長を変化させる波長可変バンドパス光フィルタ（以下では単に「光フィルタ」とよぶこともある）を用い、透過中心波長を掃引して透過光強度を検出することにより入射する光ビームのスペクトルを解析する装置において、メカニカル機構による掃引精度劣化を防止し、高い波長精度の光スペクトル解析を可能とする光スペクトル解析方法および装置に関するものである。   The present invention uses a tunable bandpass optical filter (hereinafter sometimes simply referred to as “optical filter”) that mechanically changes the transmission center wavelength, and sweeps the transmission center wavelength to detect the transmitted light intensity. The present invention relates to an optical spectrum analysis method and apparatus that prevents deterioration of sweep accuracy due to a mechanical mechanism and enables optical spectrum analysis with high wavelength accuracy in an apparatus for analyzing the spectrum of an incident light beam.

光スペクトル解析とは、光ビームの波長に対する強度密度（単位波長あたりの強度）の分布を測定して解析することである。このため、種々の分光技術が利用されている。光フィルタ（含エタロン光フィルタ）を用いる方法は分光技術のひとつである。   Optical spectrum analysis is to measure and analyze the distribution of intensity density (intensity per unit wavelength) with respect to the wavelength of the light beam. For this reason, various spectroscopic techniques are used. A method using an optical filter (including an etalon optical filter) is one of spectroscopic techniques.

光フィルタを分光技術に適用するために、その光フィルタの選択波長（透過中心波長）を連続可変としている。このような光フィルタを用いれば、選択波長をある波長範囲内で連続かつ周期的に掃引できるからである。選択波長を一定周期で再現性よく掃引すると、１周期内での相対時間と通過中心波長とを対応させることができる。そこで、このような掃引を行いながら光フィルタを通過する光の強度を検出すれば、時間軸上で光スペクトルの測定が実現されることになる。   In order to apply the optical filter to the spectroscopic technique, the selection wavelength (transmission center wavelength) of the optical filter is continuously variable. This is because, when such an optical filter is used, the selected wavelength can be swept continuously and periodically within a certain wavelength range. When the selected wavelength is swept at a constant period with good reproducibility, the relative time within one period can correspond to the passing center wavelength. Therefore, if the intensity of light passing through the optical filter is detected while performing such a sweep, the measurement of the optical spectrum on the time axis is realized.

種々の形態の光フィルタには連続可変光フィルタが利用可能である。例えば、誘電体多層膜光フィルタがその代表としてあげられる。この誘電体多層膜光フィルタは平行光を入射させて特定の波長の光を選択透過させる機能を有するもので、屈折率の異なる２種類の４分の１波長膜の多層高反射コートとそれに両面が挟まれる半波長の共振器層から成る。選択波長は、中心部の共振器層の厚みを変化させることにより可変となる。物理的に共振器層の厚みを変えられない場合でも、ウエッジ型（楔型）の共振器層構造にすれば、光ビームのビーム透過位置に応じて実効的に厚みを変えることができる。このようなウエッジ構造が直線方向に沿って形成されているリニア型光フィルタの場合には、光ビームのビーム透過位置を直線的に往復させることにより、波長掃引を実現することができる。また、円周方向に沿って共振器層の厚みが線形に変化するディスク型光フィルタを用いた場合には、そのディスクを等速回転させることにより透過中心波長を時間軸上で線形掃引することが可能となり、時間軸を波長軸に置き換えた光スペクトル測定が実現できる（例えば、特許文献１参照）
特許第３１９８２７１号公報 Continuously variable optical filters can be used for various types of optical filters. For example, a dielectric multilayer optical filter is a typical example. This dielectric multilayer optical filter has the function of allowing parallel light to enter and selectively transmitting light of a specific wavelength. Two types of quarter-wave multilayer multi-reflective coatings having different refractive indexes and both surfaces thereof Is composed of a half-wavelength resonator layer sandwiched between. The selected wavelength can be varied by changing the thickness of the resonator layer at the center. Even when the thickness of the resonator layer cannot be physically changed, the thickness can be effectively changed according to the beam transmission position of the light beam by using a wedge type (wedge type) resonator layer structure. In the case of a linear optical filter in which such a wedge structure is formed along a linear direction, wavelength sweep can be realized by linearly reciprocating the beam transmission position of the light beam. If a disc-type optical filter whose resonator layer thickness varies linearly along the circumferential direction is used, the transmission center wavelength is linearly swept on the time axis by rotating the disc at a constant speed. Thus, optical spectrum measurement in which the time axis is replaced with the wavelength axis can be realized (for example, see Patent Document 1).
Japanese Patent No. 3198271

時間軸を波長軸に置き換えた光スペクトル測定では、透過中心波長を厳密に線形掃引する必要がある。しかし、現状の光フィルタを作製する技術では、共振器層の厚みを厳密に線形変化させた光フィルタを形成するのは困難である。図９に回転角（カウント値）に対する透過中心波長（ｎｍ）の関係を示した。直線Ａが理想特性、曲線Ｂが実際の特性である。右上の特性図は線形（直線Ａ）からの偏差（ｎｍ）の特性を示す。従って、単に平行光のビーム透過位置を厳密に等速移動する機構だけでは時間軸を波長軸に厳密に置き換えることはできない。また、等速移動機構を実現すること自体にも多くの課題があり、一定速度からの偏差を完全に除去することは困難で、例えば、比較的等速回転が実現しやすい位相同期ループ（ＰＬＬ）を用いたディスクの安定回転においてさえ、回転ジッタの残留を認めざるを得ない。このような移動機構の不完全性は、時間から透過中心波長への対応付けの精度を劣化させ、高確度の波長スペクトル測定を阻む要因となっている。   In the optical spectrum measurement in which the time axis is replaced with the wavelength axis, the transmission center wavelength needs to be strictly linearly swept. However, it is difficult to form an optical filter in which the thickness of the resonator layer is linearly changed with the current technology for manufacturing an optical filter. FIG. 9 shows the relationship of the transmission center wavelength (nm) to the rotation angle (count value). The straight line A is an ideal characteristic, and the curve B is an actual characteristic. The upper right characteristic diagram shows the characteristic of deviation (nm) from the linear (straight line A). Therefore, the time axis cannot be exactly replaced with the wavelength axis by simply moving the beam transmission position of the parallel light at exactly the same speed. In addition, there are many problems in realizing a constant speed moving mechanism itself, and it is difficult to completely eliminate a deviation from a constant speed. For example, a phase-locked loop (PLL) that is relatively easy to achieve constant speed rotation. Even in the stable rotation of the disk using), the residual rotation jitter must be observed. Such imperfection of the moving mechanism deteriorates the accuracy of correspondence from time to the transmission center wavelength, and is a factor that hinders highly accurate wavelength spectrum measurement.

本発明は、このような連続波長可変の光フィルタの波長掃引時における透過中心波長の不確定性を除去し、高精度の光スペクトル解析方法および装置を提供することを目的としている。   It is an object of the present invention to provide a highly accurate optical spectrum analysis method and apparatus by removing the uncertainty of the transmission center wavelength at the time of wavelength sweeping of such a continuous wavelength variable optical filter.

請求項１にかかる発明の光スペクトル解析方法は、名目の透過中心波長に対するビーム透過位置の関係を示す第１のテーブルと、波長可変光フィルタ近傍の温度変化に対する透過中心波長の変化の関係を示す第２のテーブルと、ビーム透過位置に対する透過損失の関係を示す第３のテーブルと、前記波長可変光フィルタを透過した光ビームの検出信号に対する光強度を示す第４のテーブルを用意し、前記波長可変光フィルタと光ビームとの相対位置を掃引させ、前記波長可変光フィルタを透過した光ビームの前記検出信号と該光ビームが透過したビーム透過位置をそれぞれ量子化データとして取得して前記光ビームの光スペクトルを解析する方法であって、目的の透過中心波長に応じて前記波長可変光フィルタ近傍の温度から前記第２のテーブルにより名目の透過中心波長を参照し、該名目の透過中心波長に応じて前記第１のテーブルによりビーム透過位置を参照し、該ビーム透過位置を透過した光ビームの検出信号に応じて前記第４のテーブルにより前記光ビームの光強度を参照し、前記ビーム透過位置に応じて前記第３のテーブルにより透過損失を参照して前記光強度を実光強度に補正し、前記目的の透過中心波長に対する前記実光強度を得ることにより前記光ビームの光スペクトルを解析することを特徴とする。
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の光スペクトル解析方法において、前記第２のテーブルにより目的の透過中心波長から名目の透過中心波長を得る手法は、目的の透過中心波長をλT、現在の温度をＴ、名目の透過中心波長をλref、該名目の透過中心波長λrefを取得した時の温度をTrefとするとき、温度変化に対して前記透過中心波長が変化する割合ｋを前記第２のテーブルから取得し、λref＝λT−ｋ（Ｔ−Ｔref）により、名目の透過中心波長λrefを求めることを特徴とする。
請求項３にかかる発明は、請求項１又は２に記載の光スペクトル解析方法において、前記第３のテーブルによる透過損失の補正は、各ビーム透過位置の透過損失を求めてこれを各ビーム透過位置毎に前記第３のテーブルに予め記載しておき、特定のビーム透過位置に応じて読み出した透過損失を前記光強度に加算することを特徴とする。
請求項４にかかる発明は、請求項１又は２に記載の光スペクトル解析方法において、前記第３のテーブルによる透過損失の補正は、各ビーム透過位置における透過損失をある基準スペクトルに対する透過損失として各ビーム透過位置毎に前記第３のテーブルに予め記載しておき、特定のビーム透過位置に応じて読み出した透過損失を前記光強度に加算することを特徴とする。
請求項５にかかる発明の光スペクトル解析装置は、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の光スペクトル解析方法を実施するための光スペクトル解析装置であって、光ビームが透過する前記波長可変光フィルタと、前記波長可変光フィルタの前記ビーム透過位置を量子化したデータとして取得する第１の手段と、前記波長可変フィルタを透過した光ビームの光強度を量子化したデータとして取得する第２の手段と、前記光ビームと前記波長可変光フィルタの相対位置を変化させて前記ビーム透過位置を掃引する第３の手段と、記憶手段と、前記ビーム透過位置の掃引時に前記ビーム透過位置と対応付けて前記光強度を前記記憶手段に書き込む第４の手段と、演算処理手段と、前記記憶手段に対する前記ビーム透過位置と前記光強度の書き込みと独立並行して前記記憶手段の書込内容を読み出して前記演算処理手段に転送する第５の手段と、演算処理のワーク領域として働くメモリ手段と、を備え、前記記憶手段から読み出した前記ビーム透過位置と前記光強度を、前記第１、第２、第３、第４のテーブルを使用して前記演算処理手段と前記メモリ手段により処理し、前記目的の透過中心波長に対して得られた前記実光強度を得て、前記光ビームの光スペクトル解析を行うことを特徴とする。
請求項６にかかる発明は、請求項５に記載の光スペクトル解析装置において、前記記憶手段は、前記ビーム透過位置の掃引の１周期毎において、前記ビーム透過位置と前記光強度の書き込みが有効である領域が制限され、書き込みが無効である領域に対応する前記波長可変光フィルタのビーム透過位置を掃引している間に、前記演算処理手段に前記ビーム透過位置と前記透過中心波長を転送することを特徴とする。
請求項７にかかる発明は、請求項５又は６に記載の光スペクトル解析装置において、前記記憶手段は、少なくとも２つの独立なデータバスに接続され、前記ビーム透過位置および前記光強度の書き込みと前記演算手段への転送とを該各データバスで個別に独立に行うことを特徴とする。
請求項８にかかる発明は、請求項５乃至７のいずれか１つに記載の光スペクトル解析装置において、前記波長可変光フィルタは、透過中心波長が回転角とともに単調に変化するディスク型光フィルタであって、ディスクの周縁部に回転角を量子化して検出するマークと、該マークを検出して前記ビーム透過位置の信号を発生させる手段とを備えたことを特徴とする。
請求項９にかかる発明は、請求項５乃至８のいずれか１つに記載の光スペクトル解析装置において、前記光ビームは複数の光ビームからなり、各光ビーム毎に、前記ビーム透過位置および前記光強度の取得から前記光スペクトル解析までの処理が各々独立に実行されるようにしたことを特徴とする。
請求項１０にかかる発明は、請求項９に記載の光スペクトル解析装置において、前記複数の光ビームは、集積化されたレンズアレイ又はレンズマトリックスにファイバアレイ又はファイバマトリックスを各々配置して形成したビームコリメータアレイまたはビームコレクタメータマトリックスを、前記波長可変光フィルタの入射側と出射側に対向配置してなる空間光結合系により設定されるようにしたことを特徴とする。 The optical spectrum analysis method according to the first aspect of the present invention shows a first table showing a relationship of a beam transmission position with respect to a nominal transmission center wavelength, and a relationship of a change in transmission center wavelength with respect to a temperature change in the vicinity of the wavelength tunable optical filter. A second table, a third table showing a relationship of transmission loss with respect to a beam transmission position, and a fourth table showing a light intensity with respect to a detection signal of the light beam transmitted through the wavelength tunable optical filter; The relative position between the variable optical filter and the light beam is swept, and the detection signal of the light beam transmitted through the wavelength tunable optical filter and the beam transmission position transmitted through the light beam are respectively acquired as quantized data to obtain the light beam. The second spectrum is analyzed from the temperature in the vicinity of the tunable optical filter according to the target transmission center wavelength. The nominal transmission center wavelength is referred to by the laser beam, the beam transmission position is referred to by the first table in accordance with the nominal transmission center wavelength, and the first transmission signal is transmitted in accordance with the detection signal of the light beam transmitted through the beam transmission position. The light intensity of the light beam is referred to by the table of 4, the light intensity is corrected to the actual light intensity by referring to the transmission loss by the third table according to the beam transmission position, and the target transmission center wavelength is corrected. The light spectrum of the light beam is analyzed by obtaining the actual light intensity for.
According to a second aspect of the present invention, in the optical spectrum analyzing method according to the first aspect, the method of obtaining the nominal transmission center wavelength from the target transmission center wavelength by the second table is: λ T When the current temperature is T, the nominal transmission center wavelength is λ ref , and the temperature when the nominal transmission center wavelength λ ref is acquired is T ref , the rate at which the transmission center wavelength changes with respect to the temperature change k is obtained from the second table, and the nominal transmission center wavelength λ ref is obtained by λ ref = λ T −k (T−T ref ).
According to a third aspect of the present invention, in the optical spectrum analysis method according to the first or second aspect, the transmission loss correction by the third table is performed by obtaining a transmission loss at each beam transmission position and calculating the transmission loss at each beam transmission position. It is described in advance in the third table every time, and the transmission loss read in accordance with a specific beam transmission position is added to the light intensity.
According to a fourth aspect of the present invention, in the optical spectrum analysis method according to the first or second aspect, the transmission loss correction by the third table is performed by regarding the transmission loss at each beam transmission position as a transmission loss with respect to a certain reference spectrum. It is described in advance in the third table for each beam transmission position, and a transmission loss read in accordance with a specific beam transmission position is added to the light intensity.
An optical spectrum analysis apparatus according to a fifth aspect of the present invention is an optical spectrum analysis apparatus for carrying out the optical spectrum analysis method according to any one of the first to fourth aspects, wherein the wavelength through which the light beam passes is provided. A variable optical filter; first means for acquiring the beam transmission position of the wavelength tunable optical filter as quantized data; and a first means for acquiring the light intensity of the light beam transmitted through the wavelength tunable filter as quantized data. 2 means, a third means for sweeping the beam transmission position by changing a relative position of the light beam and the wavelength tunable optical filter, a storage means, and the beam transmission position when the beam transmission position is swept. Fourth means for writing the light intensity in association with the storage means, arithmetic processing means, and writing of the beam transmission position and the light intensity with respect to the storage means The beam transmission read from the storage means, comprising: a fifth means for reading out the contents written in the storage means in parallel and transferring them to the arithmetic processing means; and a memory means serving as a work area for the arithmetic processing. The position and the light intensity are processed by the arithmetic processing means and the memory means using the first, second, third, and fourth tables, and obtained with respect to the target transmission center wavelength. An actual light intensity is obtained, and an optical spectrum analysis of the light beam is performed.
According to a sixth aspect of the present invention, in the optical spectrum analyzing apparatus according to the fifth aspect, the storage means is effective in writing the beam transmission position and the light intensity for each cycle of the sweep of the beam transmission position. Transferring the beam transmission position and the transmission center wavelength to the arithmetic processing means while sweeping the beam transmission position of the wavelength tunable optical filter corresponding to an area where a certain area is limited and writing is invalid. It is characterized by.
The invention according to claim 7 is the optical spectrum analyzer according to claim 5 or 6, wherein the storage means is connected to at least two independent data buses, and the beam transmission position and the write of the light intensity and the Transfer to the arithmetic means is performed individually and independently on each data bus.
According to an eighth aspect of the present invention, in the optical spectrum analyzer according to any one of the fifth to seventh aspects, the tunable optical filter is a disk-type optical filter whose transmission center wavelength changes monotonously with a rotation angle. And a mark for quantizing and detecting the rotation angle at the peripheral edge of the disk, and means for detecting the mark and generating a signal of the beam transmission position.
According to a ninth aspect of the present invention, in the optical spectrum analyzer according to any one of the fifth to eighth aspects, the light beam includes a plurality of light beams. The processing from the acquisition of light intensity to the optical spectrum analysis is performed independently.
The invention according to claim 10 is the optical spectrum analyzer according to claim 9, wherein the plurality of light beams are formed by arranging a fiber array or a fiber matrix in an integrated lens array or lens matrix, respectively. The collimator array or the beam collector meter matrix is set by a spatial light coupling system in which the tunable optical filter is opposed to the incident side and the outgoing side.

本発明によれば、ビーム透過位置をメカニカルに直接制御するのではなく、ビーム透過位置を量子化したデータとして得るとともに、そのビーム透過位置の光強度を量子化したデータとして取得して、目的の透過中心波長における光スペクトル測定を行うので、メカニカルな波長掃引において掃引機構の揺らぎに起因する波長精度の劣化を完全に排除して波長精度の高い光スペクトル測定が可能となる。   According to the present invention, instead of directly controlling the beam transmission position mechanically, the beam transmission position is obtained as quantized data, and the light intensity at the beam transmission position is obtained as quantized data. Since the optical spectrum measurement at the transmission center wavelength is performed, the optical wavelength measurement with high wavelength accuracy is possible by completely eliminating the deterioration of the wavelength accuracy caused by the fluctuation of the sweep mechanism in the mechanical wavelength sweep.

また、テーブルを使用することにより目的の透過中心波長に対して名目の透過中心波長とその名目の透過中心波長の透過ビームの光強度をメモリ手段上で直接参照できるので、スペクトル情報を高速に算出することができる。   In addition, by using the table, the nominal transmission center wavelength and the light intensity of the transmitted beam of the nominal transmission center wavelength can be directly referenced on the memory means with respect to the target transmission center wavelength, so that spectrum information can be calculated at high speed. can do.

さらに、ビーム透過位置と光強度のデータ取得を行うユニットと解析を行うユニットを分離して各々独立にデータ処理できるようにすることにより、高速で複雑な演算処理を必要とする高機能スペクトル測定が可能となる。この機能には、波長校正用のテーブルを参照して高波長確度（基準波長準拠）を実現する機能のみならず、ピークサーチ等をはじめとするスペクトル解析をリアルタイムで行う機能が含まれる。これらの機能により解析した結果を出力すれば、掃引毎に解析処理した結果を出力できるため、サンプル値サーボ制御とはなるものの各種制御（たとえば、波長追尾など）に適用できる。   In addition, by separating the unit that acquires beam transmission position and light intensity data from the unit that performs analysis, each unit can perform independent data processing, enabling high-performance spectrum measurements that require complex processing at high speed. It becomes possible. This function includes not only a function for realizing high wavelength accuracy (standard wavelength compliant) with reference to a wavelength calibration table, but also a function for performing spectrum analysis in real time such as peak search. If the results analyzed by these functions are output, the results of the analysis processing for each sweep can be output, so that the sample value servo control can be applied to various controls (for example, wavelength tracking).

さらに、複数の光ビームを用いる構成では、光フィルタやデータ解析部等を共通化することができるので、単位チャンネルあたりに換算すると装置コストを大幅に低減することができる。   Furthermore, in the configuration using a plurality of light beams, an optical filter, a data analysis unit, and the like can be shared, so that the device cost can be greatly reduced when converted per unit channel.

本発明の概要を図１、図２、図３を用いて説明する。発明の実施の形態は、これらの概要で示す基本構成を有している。   The outline of the present invention will be described with reference to FIGS. The embodiment of the invention has the basic configuration shown in these outlines.

図１は本発明の基本原理を説明するための図である。ここには、光ビームのビーム透過位置を制御することにより選択波長（透過中心波長）が制御される波長可変光フィルタ１と、その光フィルタ１のビーム透過位置を示すマーク検出信号を取り込む位置信号発生回路２と、ここからの信号を演算処理しビーム透過位置を量子化してデジタル信号にする手段としてのカウンタ３と、光フィルタ１を透過した光出力を検出する光検出器（光電変換器：ＰＤ等）４と、この光検出器４で検出された光強度（電圧信号）を量子化してデジタル信号にする手段としてのＡＤＣ（アナログ・デジタル変換器）５と、それらのデジタル信号（光強度とカウント値）を対応付けて記憶する記憶素子（記憶手段）６が示されている。光フィルタ１のビーム透過位置は独立に設けられた手段により周期的に掃引され、１周期毎のフレーム同期信号はマーク検出信号から位置信号発生回路２によりリセット信号として取り出せるようにしている。このような仕組みにより、量子化されたビーム透過位置が変化する毎に透過光の光強度を、掃引の揺らぎに影響されずに、取得することができる。   FIG. 1 is a diagram for explaining the basic principle of the present invention. Here, a tunable optical filter 1 whose selected wavelength (transmission center wavelength) is controlled by controlling the beam transmission position of the light beam, and a position signal that captures a mark detection signal indicating the beam transmission position of the optical filter 1. A generating circuit 2; a counter 3 as a means for computing a signal from this to quantize the beam transmission position into a digital signal; and a photodetector (photoelectric converter: detecting a light output transmitted through the optical filter 1). PD, etc.) 4, ADC (analog / digital converter) 5 as means for quantizing the light intensity (voltage signal) detected by the light detector 4 into a digital signal, and their digital signals (light intensity) And a storage element (storage means) 6 for storing them in association with each other. The beam transmission position of the optical filter 1 is periodically swept by means provided independently, and a frame synchronization signal for each period is extracted from the mark detection signal by the position signal generation circuit 2 as a reset signal. With such a mechanism, every time the quantized beam transmission position changes, the light intensity of the transmitted light can be acquired without being affected by the fluctuation of the sweep.

図２は取得したデータの書き込みと転送を１つのＣＰＵで行う本発明の基本機能の説明図である。ここには、書き込みと独立並行して記憶素子６から演算処理回路（ＣＰＵその他）にデータを転送する手段と、各種テーブルを格納するメモリ（メモリ手段）７と、それを参照する手段が同一データバス８上に接続されたＣＰＵ（演算ユニット）９による構成例が示されている。取得したデータの書き込みは掃引している間中終始行われるが、ＣＰＵ９がビーム透過位置と光強度のデータの書き込みが有効である領域を制限して、データの書き込みを禁止している間に、記憶素子６から演算処理回路にデータを転送してスペクトル解析の演算処理行うことが可能となっている。   FIG. 2 is an explanatory diagram of the basic functions of the present invention in which the acquired data is written and transferred by one CPU. Here, the means for transferring data from the storage element 6 to the arithmetic processing circuit (CPU and others), the memory (memory means) 7 for storing various tables, and the means for referring to it are the same data. A configuration example by a CPU (arithmetic unit) 9 connected on the bus 8 is shown. While the acquired data is written all the time during the sweep, the CPU 9 limits the area where the writing of the beam transmission position and the light intensity data is effective and prohibits the data writing. Data can be transferred from the storage element 6 to the arithmetic processing circuit to perform arithmetic processing for spectrum analysis.

解析処理では、ワーク領域として設けられたメモリ空間をＤＲＡＭやＳＲＡＭなどの高速のランダムアクセス型のメモリ７で実現し、量子化されたビーム透過位置と、量子化された光強度と、温度センサ１０で取得した光フィルタ１近傍の温度の測定値を補償回路１１で温度に比例した電圧値に変換しＡＤＣ１２で量子化した温度データとを取得して、前記した各種テーブルにより、一連の目的の波長と実光強度との組を取得できるようになっている。なお、前記したテーブルは高速演算処理のため、アーカイブ等からメモリ７にあらかじめ転送されている。   In the analysis processing, a memory space provided as a work area is realized by a high-speed random access memory 7 such as a DRAM or SRAM, and the quantized beam transmission position, the quantized light intensity, and the temperature sensor 10 are used. The temperature measurement value obtained in the vicinity of the optical filter 1 is converted into a voltage value proportional to the temperature by the compensation circuit 11 and the temperature data quantized by the ADC 12 is acquired, and a series of target wavelengths are obtained from the various tables described above. And the actual light intensity can be obtained. Note that the above-described table is transferred in advance from the archive or the like to the memory 7 for high-speed arithmetic processing.

図３は取得したデータの書き込みと転送を２つのＣＰＵで行う本発明の基本機能の説明図であり、２つの独立なデータバス８Ａ，８Ｂに接続された独立のＣＰＵ９Ａ，９Ｂによりデータの書き込みと転送を行うシステムの構成例である。この構成により、書込み禁止等のメモリ制御をする必要がないため、高速のデータ書き込み読み出し転送が可能となっている。また、データを記憶する記憶素子６Ａには、書き込みと読み出しのポートが別となっているリングバッファメモリ（ＦＩＦＯ）やデュアルポートメモリが利用でき、基本的に高速データ処理を可能とするハードウェア構成を踏襲できる。   FIG. 3 is an explanatory diagram of the basic function of the present invention in which the acquired data is written and transferred by two CPUs. Data writing and data transfer by independent CPUs 9A and 9B connected to two independent data buses 8A and 8B are shown. It is an example of composition of a system which performs transfer. With this configuration, since it is not necessary to perform memory control such as write prohibition, high-speed data write / read transfer is possible. The storage element 6A for storing data can use a ring buffer memory (FIFO) or a dual port memory with separate write and read ports, and basically has a hardware configuration capable of high-speed data processing. Can be followed.

なお、温度センサ１０は、光フィルタ１の近傍に配置され、データを解析するＣＰＵが１回転毎に逐次モニタするか、回転とは非同期にモニタして、解析データの波長確度を向上させている。この温度補正は、以上説明したスペクトル解析に必要なデータ処理とは独立して行うことが効率的である。   Note that the temperature sensor 10 is disposed in the vicinity of the optical filter 1, and the CPU that analyzes the data sequentially monitors every rotation or monitors asynchronously with the rotation to improve the wavelength accuracy of the analysis data. . It is efficient to perform this temperature correction independently of the data processing necessary for the spectrum analysis described above.

図４は、本発明の最も基本的な実施例１を示す図である。光フィルタ１としてディスク型光フィルタ１Ａを利用している。このディスク型光フィルタ１Ａは、円周方向に沿って共振器層の厚みがリニアに変化する層構造を有していて、ディスクの回転角を制御することにより光ビームの透過中心波長を制御することができる（詳細は図５を用いて後述する）。ディスク型光フィルタ１Ａの周縁部にはビーム透過位置検出用マークが付与されており、位置センサ１３（位置信号発生回路２に相当）がそのマークを検出して発生するエンコード信号を信号処理回路１４で処理することによりリセット信号、回転方向を示す信号（ロジック）とカウントアップ信号を得る。これらの信号からディスク型光フィルタ１Ａの回転位置（ビーム透過位置）を量子化して一意に決定することができる（詳細は図６、７を用いて後述する）。カウンタ３を通じてＡＤＣ５のゲートがトリガされ、光検出器４の出力電圧をデジタル値に変換する。このトリガは、時間遅延を最小にして測定精度劣化を防止するため、カウントアップ信号をできるかぎり加工せずに用いることが望ましい。このトリガにより得られるデジタル信号発生と同時にカウンタ３からのデュアルポート記憶素子６Ｂのアドレスを指定し、前記デジタル信号をそこに格納する。このような書き込みは、アドレスの先頭（例えば０）から始まりディスク型光フィルタ１Ａが１回転するまでアドレスを変えながら行われ、１回転すると同時にリセット信号により再びアドレスの先頭から同様の書き込みを行う。この間、記憶素子６Ｂは消去せず、従って、書き込みは追記モードで行われる。このような書き込みの仕組みにより、繰返しの書き込みを高速で行うことができるようになっている。なお、図４において、１５はディスク型光フィルタ１Ａを回転駆動するロータリアクチュエータ、１６はそのドライバである。   FIG. 4 is a diagram showing the most basic embodiment 1 of the present invention. A disk-type optical filter 1 </ b> A is used as the optical filter 1. This disk-type optical filter 1A has a layer structure in which the thickness of the resonator layer changes linearly along the circumferential direction, and controls the transmission center wavelength of the light beam by controlling the rotation angle of the disk. (Details will be described later with reference to FIG. 5). A beam transmission position detection mark is provided on the peripheral edge of the disk-type optical filter 1A, and an encode signal generated when the position sensor 13 (corresponding to the position signal generation circuit 2) detects the mark is used as a signal processing circuit 14. To obtain a reset signal, a signal indicating the rotation direction (logic), and a count-up signal. From these signals, the rotational position (beam transmission position) of the disk-type optical filter 1A can be quantized and uniquely determined (details will be described later with reference to FIGS. 6 and 7). The gate of the ADC 5 is triggered through the counter 3 to convert the output voltage of the photodetector 4 into a digital value. This trigger is desirably used without processing the count-up signal as much as possible in order to minimize the time delay and prevent measurement accuracy deterioration. Simultaneously with the generation of the digital signal obtained by this trigger, the address of the dual port storage element 6B from the counter 3 is designated, and the digital signal is stored therein. Such writing starts from the beginning of the address (for example, 0) while changing the address until the disk-type optical filter 1A makes one rotation. At the same time, the same writing is performed again from the beginning of the address by a reset signal. During this time, the memory element 6B is not erased, and therefore writing is performed in the write-once mode. With such a writing mechanism, repeated writing can be performed at high speed. In FIG. 4, 15 is a rotary actuator that rotationally drives the disk-type optical filter 1A, and 16 is its driver.

デュアルポート記憶素子６Ｂに書き込まれた一連の量子化されたビーム透過位置対光強度のデータは、ＣＰＵ９によりメモリ７に転送され、加工される。転送のタイミングは、カウンタ３の値を監視しているＣＰＵ９が、ディスク型光フィルタ１Ａとしての無効領域の先頭位置を検出した段階で開始される。転送速度は回転速度に比べ十分速いので、無効領域が終了するまでに１回転分のデータを転送することが可能である。データ転送時においてもデュアルポート記憶素子６Ｂに書き込みが行われているが、この書き込みはディスク型光フィルタ１Ａの無効領域対応しているデータであるので、主要な解析結果には何らの影響もおよぼさない。このような無効領域は通常の作製方法でディスク型光フィルタ１Ａを作製する場合には必ず存在するものである。メモリ７には、波長可変光フィルタ近傍の温度変化に対する透過中心波長の変化率を記載した第２のテーブルと、ビーム透過位置を関数として透過損失を参照できる第３のテーブルとが格納されており、演算処理によりスペクトル解析の主要な構成要素である目的の透過中心波長とそれに対応する光強度の関係に即時変換することができる。   A series of quantized beam transmission position versus light intensity data written in the dual port storage element 6B is transferred to the memory 7 by the CPU 9 and processed. The transfer timing is started when the CPU 9 monitoring the value of the counter 3 detects the start position of the invalid area as the disk-type optical filter 1A. Since the transfer speed is sufficiently higher than the rotation speed, data for one rotation can be transferred before the invalid area is completed. Even during data transfer, data is written to the dual port storage element 6B. Since this data is data corresponding to the invalid area of the disk-type optical filter 1A, the main analysis result is not affected. Don't call it. Such an ineffective region is always present when the disk-type optical filter 1A is manufactured by a normal manufacturing method. The memory 7 stores a second table that describes the rate of change of the transmission center wavelength with respect to a temperature change near the wavelength tunable optical filter, and a third table that can refer to the transmission loss as a function of the beam transmission position. By the arithmetic processing, it is possible to immediately convert to the relationship between the target transmission center wavelength, which is a main component of spectrum analysis, and the corresponding light intensity.

この変換作業には、目的の透過中心波長に応じて光ビームの光強度を得る作業と、該光強度が得れられたビーム透過位置に応じて光強度を実光強度に補正する作業がある。   This conversion operation includes an operation of obtaining the light intensity of the light beam according to the target transmission center wavelength, and an operation of correcting the light intensity to the actual light intensity according to the beam transmission position where the light intensity is obtained. .

目的の透過中心波長に応じて光ビームの光強度を得る作業は、まず、目的の透過中心波長に応じて前記波長可変光フィルタ近傍の温度から前記第２のテーブルにより名目の透過中心波長を参照する。先述の通り、デュアルポート記憶素子６Ｂにおける記憶されたメモリアドレスと量子化されたビーム透過位置は同値であり、ビーム透過位置と同値のメモリアドレスに透過中心波長の情報を記憶しているので、ビーム透過位置をアドレスとしたデュアルポート記憶素子６Ｂの内容を参照するだけで、名目の透過中心波長を求めることができる（第１のテーブルに相当）。ただし、この名目の透過中心波長は温度変化による影響を考慮していない、ある基準温度における透過中心波長を表している。   In order to obtain the light intensity of the light beam according to the target transmission center wavelength, first, the nominal transmission center wavelength is referred to by the second table from the temperature in the vicinity of the wavelength tunable optical filter according to the target transmission center wavelength. To do. As described above, the memory address stored in the dual port storage element 6B and the quantized beam transmission position are the same value, and the transmission center wavelength information is stored in the memory address having the same value as the beam transmission position. The nominal transmission center wavelength can be obtained simply by referring to the contents of the dual port storage element 6B with the transmission position as an address (corresponding to the first table). However, the nominal transmission center wavelength represents the transmission center wavelength at a certain reference temperature, which does not consider the influence of temperature change.

そこで、温度変化に対して透過中心波長の変化する割合を記したテーブル（第２のテーブル）から、温度係数としての割合ｋ（このｋは波長の関数でもあるがここでは詳説しない。）を求める。このｋに温度センサ１０で取得した温度Ｔと基準温Ｔref度との差「＝Ｔ−Ｔref 」を掛けた値「ｋ（Ｔ−Ｔref ）」を名目の透過中心波長λrefに加えることにより、現在の温度Ｔにおける透過中心波長λTが求まり、
λT ＝λref＋ｋ（Ｔ−Ｔref ）
となるので、目的の透過中心波長λTから名目の透過中心波長λrefを求めるときには、
λref ＝λT−ｋ（Ｔ−Ｔref ）
により求める。 Therefore, a ratio k (this k is also a function of the wavelength but will not be described in detail here) is obtained from a table (second table) in which the ratio of the change of the transmission center wavelength with respect to the temperature change is described. . Add the nominal transmission center wavelength lambda ref difference "= T-T ref" and multiplying the value "k (T-T ref)" of the temperature T and the reference temperature T ref degree acquired by the temperature sensor 10 in this k Thus, the transmission center wavelength λ T at the current temperature T is obtained,
λ T = λ ref + k (T−T ref )
Therefore, when obtaining the nominal transmission center wavelength λ ref from the target transmission center wavelength λ T ,
λ ref = λ T −k (T−T ref )
Ask for.

透過中心波長λref、つまりビーム透過位置の測定光強度を実光強度に変換する作業は、光フィルタ１Ａを透過した光ビームの光検出信号をＡＤＣ５により量子化してから第４のテーブルにより測定光強度を得ておき、ビーム透過位置に対応するディスク型光フィルタ１Ａの透過損失を第３のテーブルを参照して求め、この透過損失を測定光強度に加える。これにより実光強度が求まり、測定光強度を実光強度に直す作業が完了する。 The operation of converting the transmission center wavelength λ ref , that is, the measurement light intensity at the beam transmission position into the actual light intensity is performed by quantizing the light detection signal of the light beam transmitted through the optical filter 1A by the ADC 5 and then using the fourth table. The intensity is obtained, the transmission loss of the disk-type optical filter 1A corresponding to the beam transmission position is obtained with reference to the third table, and this transmission loss is added to the measured light intensity. As a result, the actual light intensity is obtained, and the operation for converting the measured light intensity to the actual light intensity is completed.

第３のテーブルに記載する透過損失を決める手法として次のものがある。その１つは、ビーム透過位置Pcにおける透過損失Loss(Pc)とバンド幅BW(Pc)から透過損失（損失補正量）を、
透過損失[ｄＢ]＝Loss(Pc)−１０log｛BW(Pc)／BWref｝
と定義する方法（ただし、BWrefは規格バンド幅で公称の分解能を表す。）である。また他の１つは、既知のある基準スペクトルを測定した時の、ビーム透過位置Ｐｃにおける測定透過光強度からビーム透過位置Ｐｃに対応した透過中心波長における基準スペクトルの光強度を引いた値を、透過損失として定義する、つまりある基準スペクトルに対する損失で定義する方法がある。なお、 There are the following methods for determining the transmission loss described in the third table. One of them is the transmission loss (loss correction amount) from the transmission loss Loss (Pc) and bandwidth BW (Pc) at the beam transmission position Pc.
Transmission loss [dB] = Loss (Pc) −10 log {BW (Pc) / BWref}
(BWref represents the nominal resolution in the standard bandwidth). The other one is a value obtained by subtracting the light intensity of the reference spectrum at the transmission center wavelength corresponding to the beam transmission position Pc from the measured transmission light intensity at the beam transmission position Pc when a certain known reference spectrum is measured. There is a method of defining as a transmission loss, that is, a loss with respect to a certain reference spectrum. In addition,

図５にディスク型光フィルタ１Ａを使用する機構の詳細構成を示す。ディスク型光フィルタ１Ａはロータリーアクチュエータ１５の回転軸にディスクの回転軸が一致するように固定されている。回転軸の一致は、ディスクの周縁部に付与されたマーク１ａの偏心を厳密に検出することにより調整できる。ディスク型光フィルタ１Ａはロータリーアクチュエータ１５により回転駆動される。ロータリーアクチュエータ１５としては、ＤＣサーボモータが利用できる。２つのファイバコリメータ１７，１８を結ぶコリメート光のプリズムミラー１９，２０による折りたたみ光ビームの経路中に垂直入射となるようにディスク型光フィルタ１Ａがアラインメントされている。このような構成では、ディスク型光フィルタ１Ａを回転していても常に垂直入射の条件は変わらない。   FIG. 5 shows a detailed configuration of a mechanism that uses the disk-type optical filter 1A. The disk-type optical filter 1A is fixed so that the rotation axis of the disk coincides with the rotation axis of the rotary actuator 15. The coincidence of the rotation axes can be adjusted by strictly detecting the eccentricity of the mark 1a applied to the peripheral edge of the disc. The disk type optical filter 1 </ b> A is rotationally driven by a rotary actuator 15. A DC servo motor can be used as the rotary actuator 15. The disc-type optical filter 1A is aligned so as to be perpendicularly incident in the path of the collimated light beam connecting the two fiber collimators 17 and 18 by the prism mirrors 19 and 20. In such a configuration, even if the disk-type optical filter 1A is rotated, the condition of normal incidence does not always change.

さて、回転角は、ディスク型光フィルタ１Ａの周縁部に付与されたマーク１ａを検出する位置センサ１３の信号により次のように決定される。図６に示すマーク１ａの検出信号（エンコード信号）は、通常Ａ相、Ｂ相、Ｚ相とよばれる信号の組である。Ａ相とＢ相は位相が９０度ずれていて移動量と同時に回転方向を決定（検出）できるようになっている。Ｚ層は１周にひとつのパルスを発生するフレーム同期信号である。これらの信号を論理演算処理するロジックを図７に示す。Ａ↑はＡ相パルスの立ち上がりエッジ、Ａ↓はＡ相立ち下がりエッジ、Ｂ↑はＢ相パルスの立ち上がりエッジ、Ｂ↓はＢ相立ち下がりエッジ、Ｌはローレベル、Ｈはハイレベル、Reset(0)はカウンタ３を０リセットすること、Up(+1)はカウンタ３を１だけアップカウントすること、Down(−1)はカウンタ３を１だけダウンカウントすること、を示す。また、「(A=L）^（Z=L)」はＡ相パルス、Ｚ相パルスともローレベルであることを示す。この論理演算処理によりＡ相またはＢ相の周期の４分の１の精度で回転位置を量子化して決定することができる。   Now, the rotation angle is determined as follows by the signal of the position sensor 13 that detects the mark 1a applied to the peripheral edge of the disc-type optical filter 1A. The detection signal (encode signal) of the mark 1a shown in FIG. 6 is a set of signals generally called A phase, B phase, and Z phase. A phase and B phase are 90 degrees out of phase so that the rotational direction can be determined (detected) simultaneously with the amount of movement. The Z layer is a frame synchronization signal that generates one pulse per round. FIG. 7 shows a logic for logically processing these signals. A ↑ is the rising edge of the A phase pulse, A ↓ is the falling edge of the A phase, B ↑ is the rising edge of the B phase pulse, B ↓ is the falling edge of the B phase, L is the low level, H is the high level, Reset ( 0) indicates that the counter 3 is reset to 0, Up (+1) indicates that the counter 3 is counted up by 1, and Down (−1) indicates that the counter 3 is counted down by 1. “(A = L) ^ (Z = L)” indicates that both the A-phase pulse and the Z-phase pulse are at a low level. By this logical operation processing, the rotational position can be quantized and determined with an accuracy of one quarter of the period of the A phase or B phase.

なお、データの書き込みと転送を２つのデータバス８Ａ，８Ｂで別々に行う図３に示す回路への変更は、図４に示した本実施例１の基本構成（ディスク型光フィルタ１ＡとＡＤＣ５およびデュアルポート記憶素子６Ａの関係）を変更することなく容易に行える。また、温度センサ１０で検出した温度は、測定値を温度に比例した電圧値に変換する補償回路１１およびＡＤＣ１２を介してＣＰＵ９により直接取得される。   The change to the circuit shown in FIG. 3 in which data is written and transferred separately by the two data buses 8A and 8B is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 4 (disk type optical filter 1A and ADC 5 and This can be easily performed without changing the relationship of the dual port storage element 6A. The temperature detected by the temperature sensor 10 is directly acquired by the CPU 9 via the compensation circuit 11 and the ADC 12 that convert the measured value into a voltage value proportional to the temperature.

図８はレンズアレイを用いた複数ビーム対応の実施例２の光スペクトル解析装置の構成を示す図である。ディスク型光フィルタ１Ａを透過する光ビームを複数とし、各光ビームに対してデータ取得からデータ校正までスペクトルを解析するすべてを各々独立に備えている。複数の光ビームの形成には、ファイバアレイに光結合する集積化されたレンズアレイ２１，２２による空間光結合系を利用し、ファイバコリメータアレイ（図示せず）を構成している。レンズアレイ２１，２２には、イオン拡散により屈折率の空間分布を利用する従来のレンズアレイが利用可能である。アレイピッチは、標準で２５０μｍである。このピッチで図示された４アレイを構成すると、アレイの全幅はのりしろを含めて数ｍｍ以下とすることができるので、図に示すように、直径５０ｍｍ程度のディスク型光フィルタ１Ａに十分実装可能である。   FIG. 8 is a diagram showing a configuration of an optical spectrum analyzer of Example 2 that uses a lens array and is compatible with a plurality of beams. A plurality of light beams are transmitted through the disk-type optical filter 1A, and all of the light beams are analyzed independently from data acquisition to data calibration for each light beam. In order to form a plurality of light beams, a fiber collimator array (not shown) is configured using a spatial light coupling system using integrated lens arrays 21 and 22 that are optically coupled to the fiber array. As the lens arrays 21 and 22, a conventional lens array that uses the spatial distribution of the refractive index by ion diffusion can be used. The array pitch is typically 250 μm. If the four arrays shown in this pitch are configured, the entire width of the array including the margin can be several millimeters or less, so that it can be sufficiently mounted on a disk-type optical filter 1A having a diameter of about 50 mm as shown in the figure. is there.

これらのレンズアレイ２１，２２を通過する光ビームについては互いに独立に光スペクトルを解析できる。このため、ビーム透過位置ポートには独立に、光検出器４１〜４４とＡＤＣ５１〜５４およびデュアルポート記憶素子６１〜６４が配置されている。ディスク型光フィルタ１Ａの回転機構は共通であり、従って、回転角も共通である。このため、量子化された回転角を決定するユニットは１装置につき１つである。そこで、信号処理回路１４から得られる共通のカウントアップ信号とアドレス信号を分配して独立ポート毎に配置されたＡＤＣ５１〜５４とデュアルポート記憶素子メモリ６１〜６４を駆動して、データを取得する。デュアルポート記憶素子６１〜６４に格納されたデータは、バスブリッジを介して配置したバス８Ｂを制御するＣＰＵ９Ｂによりメモリ７に転送される。ＣＰＵ９Ｂは十分に速く、４チャンネル分のデータを１回転内で順次転送可能である。さらに、各種のテーブルは各ポート毎にメモリ７内に予め格納してあり、それぞれのポート毎にスペクトル解析を行うようになっている。温度センサ１０で検出した温度は、測定値を温度に比例した電圧値に変換する補償回路１１およびＡＤＣ１２を介してＣＰＵ９Ｂにより取得される。   The light spectra of the light beams passing through these lens arrays 21 and 22 can be analyzed independently of each other. For this reason, the photodetectors 41 to 44, the ADCs 51 to 54, and the dual port storage elements 61 to 64 are arranged independently at the beam transmission position port. The disk-type optical filter 1A has the same rotation mechanism, and therefore has the same rotation angle. For this reason, there is one unit for determining the quantized rotation angle per apparatus. Therefore, the common count-up signal and the address signal obtained from the signal processing circuit 14 are distributed, and the ADCs 51 to 54 and the dual port storage element memories 61 to 64 arranged for each independent port are driven to acquire data. The data stored in the dual port storage elements 61 to 64 is transferred to the memory 7 by the CPU 9B that controls the bus 8B arranged via the bus bridge. The CPU 9B is sufficiently fast and can sequentially transfer data for four channels within one rotation. Furthermore, various tables are stored in advance in the memory 7 for each port, and spectrum analysis is performed for each port. The temperature detected by the temperature sensor 10 is acquired by the CPU 9B via the compensation circuit 11 and the ADC 12 that convert the measured value into a voltage value proportional to the temperature.

さらに光ビームの本数を増大する場合には、レンズアレイはレンズマトリックスに、ファイバアレイはファイバマトリックスに、ファイバコリメータアレイはファイバコリメータマトリックスに置き換えればよい。   When the number of light beams is further increased, the lens array may be replaced with a lens matrix, the fiber array with a fiber matrix, and the fiber collimator array with a fiber collimator matrix.

本発明の基本原理を説明する光スペクトル解析装置のブロック図である。It is a block diagram of the optical spectrum analyzer explaining the basic principle of this invention. データの書き込みと転送を１つのＣＰＵで行う本発明の光スペクトル解析装置のブロック図である。It is a block diagram of the optical spectrum analyzer of this invention which performs writing and transfer of data with one CPU. データの書き込みと転送を２つのＣＰＵで行う本発明の光スペクトル解析装置のブロック図である。It is a block diagram of the optical spectrum analyzer of this invention which performs writing and transfer of data with two CPUs. ディスク形光フィルタを用いた光スペクトル解析装置の本発明の実施例１の説明図である。It is explanatory drawing of Example 1 of this invention of the optical spectrum analyzer using a disk type optical filter. ディスク型光フィルタの機構部の説明図である。It is explanatory drawing of the mechanism part of a disk type optical filter. ディスク型光フィルタの回転角を量子化して検出する原理の説明図である。It is explanatory drawing of the principle which quantizes and detects the rotation angle of a disk type | mold optical filter. ディスク型光フィルタの量子化回転角を決定するための論理演算の説明図である。It is explanatory drawing of the logical operation for determining the quantization rotation angle of a disk type | mold optical filter. レンズアレイを用いた複数光ビーム対応の光スペクトル解析装置の本発明の実施例２の説明図である。It is explanatory drawing of Example 2 of this invention of the optical-spectrum analysis apparatus corresponding to multiple light beams using a lens array. 光フィルタのビーム透過位置（回転角）と透過中心波長の線形性の説明図である。It is explanatory drawing of the linearity of the beam transmission position (rotation angle) and transmission center wavelength of an optical filter.

符号の説明Explanation of symbols

１：波長可バンドパス光フィルタ
２：位置信号発生回路
３：カウンタ（第１の手段）
４，４１〜４４：光検出器（ＰＤ）
５,５１〜５４：ＡＤＣ（アナログ・デジタル変換器：第２の手段）
６，６Ａ：記憶素子（記憶手段）
６Ｂ，６１〜６４：デュアルポート記憶素子（記憶手段）
７：メモリ（テーブル格納用のＤＲＡＭ，ＳＲＡＭ等：メモリ手段）
８，８Ａ，８Ｂ：データバス
９，９Ａ，９Ｂ：ＣＰＵ（第４の手段、第５の手段）
１０：温度センサ
１１：補償回路
１２：ＡＤＣ
１３：位置センサ
１４：信号処理回路
１５：ロータリアクチュエータ（第３の手段）
１６：ドライバ
１７，１８：ファイバコリメータ
１９，２０：プリズムミラー
２１，２２：レンズアレイ 1: Wavelength bandpass optical filter 2: Position signal generation circuit 3: Counter (first means)
4, 41-44: Photodetector (PD)
5,51-54: ADC (Analog / Digital Converter: Second Means)
6, 6A: Memory element (memory means)
6B, 61-64: Dual port storage element (storage means)
7: Memory (table storage DRAM, SRAM, etc .: memory means)
8, 8A, 8B: Data bus 9, 9A, 9B: CPU (fourth means, fifth means)
10: Temperature sensor 11: Compensation circuit 12: ADC
13: Position sensor 14: Signal processing circuit 15: Rotary actuator (third means)
16: Driver 17, 18: Fiber collimator 19, 20: Prism mirror 21, 22: Lens array

Claims (10)

名目の透過中心波長に対するビーム透過位置の関係を示す第１のテーブルと、波長可変光フィルタ近傍の温度変化に対する透過中心波長の変化の関係を示す第２のテーブルと、ビーム透過位置に対する透過損失の関係を示す第３のテーブルと、前記波長可変光フィルタを透過した光ビームの検出信号に対する光強度を示す第４のテーブルを用意し、
前記波長可変光フィルタと光ビームとの相対位置を掃引させ、前記波長可変光フィルタを透過した光ビームの前記検出信号と該光ビームが透過したビーム透過位置をそれぞれ量子化データとして取得して前記光ビームの光スペクトルを解析する方法であって、
目的の透過中心波長に応じて前記波長可変光フィルタ近傍の温度から前記第２のテーブルにより名目の透過中心波長を参照し、該名目の透過中心波長に応じて前記第１のテーブルによりビーム透過位置を参照し、該ビーム透過位置を透過した光ビームの検出信号に応じて前記第４のテーブルにより前記光ビームの光強度を参照し、前記ビーム透過位置に応じて前記第３のテーブルにより透過損失を参照して前記光強度を実光強度に補正し、
前記目的の透過中心波長に対する前記実光強度を得ることにより前記光ビームの光スペクトルを解析することを特徴とする光スペクトル解析方法。 A first table showing the relationship of the beam transmission position with respect to the nominal transmission center wavelength, a second table showing the relationship of the change in transmission center wavelength with respect to the temperature change in the vicinity of the tunable optical filter, and the transmission loss with respect to the beam transmission position. Preparing a third table showing the relationship and a fourth table showing the light intensity with respect to the detection signal of the light beam transmitted through the tunable optical filter,
The relative position between the wavelength tunable optical filter and the light beam is swept, and the detection signal of the light beam transmitted through the wavelength tunable optical filter and the beam transmission position through which the light beam has been transmitted are obtained as quantized data, respectively. A method for analyzing an optical spectrum of a light beam,
The nominal transmission center wavelength is referred to by the second table from the temperature in the vicinity of the wavelength tunable optical filter in accordance with the target transmission center wavelength, and the beam transmission position by the first table in accordance with the nominal transmission center wavelength. , Referring to the light intensity of the light beam by the fourth table according to the detection signal of the light beam transmitted through the beam transmission position, and transmission loss by the third table according to the beam transmission position. The light intensity is corrected to the actual light intensity with reference to
An optical spectrum analysis method, comprising: analyzing an optical spectrum of the light beam by obtaining the actual light intensity with respect to the target transmission center wavelength. 請求項１に記載の光スペクトル解析方法において、
前記第２のテーブルにより目的の透過中心波長から名目の透過中心波長を得る手法は、目的の透過中心波長をλT、現在の温度をＴ、名目の透過中心波長をλref、該名目の透過中心波長λrefを取得した時の温度をTrefとするとき、温度変化に対して前記透過中心波長が変化する割合ｋを前記第２のテーブルから取得し、
λref＝λT−ｋ（Ｔ−Ｔref）
により、名目の透過中心波長λrefを求めることを特徴とする光スペクトル解析方法。 The optical spectrum analysis method according to claim 1,
The method of obtaining the nominal transmission center wavelength from the target transmission center wavelength by the second table is that the target transmission center wavelength is λ T , the current temperature is T, the nominal transmission center wavelength is λ ref , and the nominal transmission center wavelength is When the temperature when the center wavelength λ ref is acquired is T ref , the ratio k at which the transmission center wavelength changes with respect to the temperature change is acquired from the second table,
λ ref = λ T −k (T−T ref )
To obtain the nominal transmission center wavelength λ ref . 請求項１又は２に記載の光スペクトル解析方法において、
前記第３のテーブルによる透過損失の補正は、各ビーム透過位置の透過損失を求めてこれを各ビーム透過位置毎に前記第３のテーブルに予め記載しておき、特定のビーム透過位置に応じて読み出した透過損失を前記光強度に加算することを特徴とする光スペクトル解析方法。 In the optical spectrum analysis method according to claim 1 or 2,
The correction of the transmission loss by the third table is to obtain the transmission loss at each beam transmission position and write it in the third table in advance for each beam transmission position, and according to the specific beam transmission position. An optical spectrum analysis method comprising adding the read transmission loss to the light intensity. 請求項１又は２に記載の光スペクトル解析方法において、
前記第３のテーブルによる透過損失の補正は、各ビーム透過位置における透過損失をある基準スペクトルに対する透過損失として各ビーム透過位置毎に前記第３のテーブルに予め記載しておき、特定のビーム透過位置に応じて読み出した透過損失を前記光強度に加算することを特徴とする光スペクトル解析方法。 In the optical spectrum analysis method according to claim 1 or 2,
In the transmission loss correction by the third table, the transmission loss at each beam transmission position is described in advance in the third table for each beam transmission position as a transmission loss with respect to a certain reference spectrum, and a specific beam transmission position is obtained. And adding the transmission loss read in response to the light intensity to the light spectrum analysis method. 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の光スペクトル解析方法を実施するための光スペクトル解析装置であって、
光ビームが透過する前記波長可変光フィルタと、
前記波長可変光フィルタの前記ビーム透過位置を量子化したデータとして取得する第１の手段と、
前記波長可変フィルタを透過した光ビームの光強度を量子化したデータとして取得する第２の手段と、
前記光ビームと前記波長可変光フィルタの相対位置を変化させて前記ビーム透過位置を掃引する第３の手段と、
記憶手段と、
前記ビーム透過位置の掃引時に前記ビーム透過位置と対応付けて前記光強度を前記記憶手段に書き込む第４の手段と、
演算処理手段と、
前記記憶手段に対する前記ビーム透過位置と前記光強度の書き込みと独立並行して前記記憶手段の書込内容を読み出して前記演算処理手段に転送する第５の手段と、
演算処理のワーク領域として働くメモリ手段と、
を備え、
前記記憶手段から読み出した前記ビーム透過位置と前記光強度を、前記第１、第２、第３、第４のテーブルを使用して前記演算処理手段と前記メモリ手段により処理し、前記目的の透過中心波長に対して得られた前記実光強度を得て、前記光ビームの光スペクトル解析を行うことを特徴とする光スペクトル解析装置。 An optical spectrum analysis apparatus for carrying out the optical spectrum analysis method according to any one of claims 1 to 4,
The tunable optical filter through which the light beam is transmitted;
First means for acquiring the beam transmission position of the tunable optical filter as quantized data;
A second means for acquiring the light intensity of the light beam transmitted through the wavelength tunable filter as quantized data;
Third means for sweeping the beam transmission position by changing a relative position between the light beam and the wavelength tunable optical filter;
Storage means;
A fourth means for writing the light intensity to the storage means in association with the beam transmission position when sweeping the beam transmission position;
Arithmetic processing means;
A fifth means for reading out the written content of the storage means in parallel with the writing of the beam transmission position and the light intensity to the storage means and transferring them to the arithmetic processing means;
Memory means serving as a work area for arithmetic processing;
With
The beam transmission position and the light intensity read from the storage means are processed by the arithmetic processing means and the memory means using the first, second, third and fourth tables, and the desired transmission is obtained. An optical spectrum analyzing apparatus characterized in that the actual light intensity obtained with respect to a center wavelength is obtained and optical spectrum analysis of the light beam is performed. 請求項５に記載の光スペクトル解析装置において、
前記記憶手段は、前記ビーム透過位置の掃引の１周期毎において、前記ビーム透過位置と前記光強度の書き込みが有効である領域が制限され、書き込みが無効である領域に対応する前記波長可変光フィルタのビーム透過位置を掃引している間に、前記演算処理手段に前記ビーム透過位置と前記透過中心波長を転送することを特徴とする光スペクトル解析装置。 In the optical spectrum analyzer according to claim 5,
The storage means limits the region where writing of the beam transmission position and the light intensity is effective in each cycle of sweeping of the beam transmission position, and the wavelength tunable optical filter corresponding to the region where writing is invalid The beam transmission position and the transmission center wavelength are transferred to the arithmetic processing means while the beam transmission position is swept. 請求項５又は６に記載の光スペクトル解析装置において、
前記記憶手段は、少なくとも２つの独立なデータバスに接続され、前記ビーム透過位置および前記光強度の書き込みと前記演算手段への転送とを該各データバスで個別に独立に行うことを特徴とする光スペクトル解析装置。 In the optical spectrum analyzer according to claim 5 or 6,
The storage means is connected to at least two independent data buses, and writes the beam transmission position and the light intensity and transfers them to the arithmetic means individually on each data bus. Optical spectrum analyzer. 請求項５乃至７のいずれか１つに記載の光スペクトル解析装置において、
前記波長可変光フィルタは、透過中心波長が回転角とともに単調に変化するディスク型光フィルタであって、ディスクの周縁部に回転角を量子化して検出するマークと、該マークを検出して前記ビーム透過位置の信号を発生させる手段とを備えたことを特徴とする光スペクトル解析装置。 In the optical spectrum analyzer according to any one of claims 5 to 7,
The wavelength tunable optical filter is a disk-type optical filter whose transmission center wavelength changes monotonously with a rotation angle, a mark for quantizing and detecting a rotation angle at a peripheral edge of the disk, and detecting the mark to detect the beam. An optical spectrum analyzer comprising: means for generating a transmission position signal. 請求項５乃至８のいずれか１つに記載の光スペクトル解析装置において、
前記光ビームは複数の光ビームからなり、各光ビーム毎に、前記ビーム透過位置および前記光強度の取得から前記光スペクトル解析までの処理が各々独立に実行されるようにしたことを特徴とする光スペクトル解析装置。 In the optical spectrum analyzer according to any one of claims 5 to 8,
The light beam is composed of a plurality of light beams, and for each light beam, processing from acquisition of the beam transmission position and the light intensity to analysis of the optical spectrum is performed independently. Optical spectrum analyzer. 請求項９に記載の光スペクトル解析装置において、
前記複数の光ビームは、集積化されたレンズアレイ又はレンズマトリックスにファイバアレイ又はファイバマトリックスを各々配置して形成したビームコリメータアレイまたはビームコレクタメータマトリックスを、前記波長可変光フィルタの入射側と出射側に対向配置してなる空間光結合系により設定されるようにしたことを特徴とする光スペクトル解析装置。 In the optical spectrum analyzer according to claim 9,
The plurality of light beams are formed by combining a beam collimator array or a beam collector meter matrix formed by arranging a fiber array or a fiber matrix on an integrated lens array or lens matrix, respectively, on the incident side and the emission side of the wavelength tunable optical filter. An optical spectrum analyzing apparatus characterized in that it is set by a spatial light coupling system arranged opposite to each other.
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