JP2006300803A - 波長モニタ - Google Patents

Abstract

【課題】 合波後の被測定光を分岐することなく、被測定光の波長を精度よく測定することができる波長モニタを実現することにある。
【解決手段】 本発明は、被測定光を分岐し、この分岐した被測定光の光軸角をずらして合波させて干渉縞を形成する干渉縞発生手段を備えた波長モニタに改良を加えたものである。本装置は、複数のフォトダイオードを有し、干渉縞発生手段からの干渉光を受光するフォトダイオードアレイと、このフォトダイオードアレイの出力から位相のずれた干渉信号を生成する位相変化手段とを設け、フォトダイオードは、干渉縞が形成される方向に沿って、ずらして配置されることを特徴とするものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被測定光を分岐し、この分岐した被測定光の光軸角をずらして合波させて干渉縞を形成する干渉縞発生手段を備えた波長モニタに関するものであり、詳しくは、合波後の被測定光を分岐することなく、被測定光の波長を精度よく測定することができる波長モニタに関するものである。

光通信や光計測の分野で使用されるレーザ光源には様々な種類があり、例えば、単一モードで発振するＤＦＢ−ＬＤ（Distributed FeedBack - Laser diode）光源やＤＢＲ−ＬＤ（Distributed Bragg Reflector - Laser Diode）光源、回折格子を使用した外部共振器型の波長可変光源等がある。しかし、ＤＦＢ−ＬＤ光源やＤＢＲ−ＬＤ光源は、発振波長が長期的にドリフトする問題があり、外部共振器型の波長可変光源は、外部の影響（例えば、温度変化）によって波長が変化するという問題がある。従って、光通信や光計測の分野でレーザ光源を用いる場合、レーザ光源の波長を高確度・高精度に測定し、モニタリングする必要がある。

波長を測定する装置としては、回折格子を用いる波長モニタや被測定光を干渉させる波長モニタ等がある。このうち、被測定光の干渉信号を用いた波長モニタの場合、波長変化量と変化方向を高精度・高確度で測定するために少なくとも２個の干渉信号を測定し、これらの干渉信号は、位相を９０°ずらして測定する（例えば、特許文献１〜特許文献３参照）。

図８は、従来の被測定光を干渉させる波長モニタの構成を示した図である（例えば、特許文献１参照）。図８において、光ファイバ１０から被測定光のレーザ光が出射され、レンズ１１によって平行光になり偏光子１２を通過する。そして、偏光子１２を通過した平行光は、ビームスプリッタ１３で分岐され、一方の分岐光は、フォトダイオード１４で受光される。

ビームスプリッタ１３で分岐された他方の分岐光は、複屈折遅延板１５に入射する。複屈折遅延板１５は、例えば、ｓ偏光をｐ偏光に対して、π／２の位相推移を生じさせる。そして、偏光ビームスプリッタ１６が、遅延板１５からの光をｐ偏光とｓ偏光に分岐し、ｐ偏光をフォトダイオード１７が受光し、ｓ偏光をフォトダイオード１８が受光する。

各フォトダイオード１４、１７、１８の出力は、信号処理手段１９に入力され、被測定光の波長が演算される。なお、光ファイバ１０からの被測定光は、光パワー自体が時間的に変動するので、変動によるオフセット分をフォトダイオード１４の出力で補正する。

このようにフォトダイオード１７、１８のオフセット分を補正し、規格化することにより、図９に示すような位相が９０°ずれた干渉信号が得られる。図９において、横軸は波長であり、縦軸は規格化した光パワーである。

図１０は、従来の被測定光を干渉させる波長モニタのその他の構成を示した図である（例えば、特許文献３参照）。図１０において、光ファイバ２０から被測定光のレーザ光が出射され、レンズ２１によって平行光になりマイケルソン型の干渉計２２に入射する。

マイケルソン型の干渉計２２は、干渉縞発生手段であり、ビームスプリッタ２２ａ、ミラー２２ｂ、２２ｃを有し、入射した被測定光を分岐し、この分岐した被測定光の光軸角をずらして合波させて干渉縞を形成する。

ビームスプリッタ２２ａは、レンズ１１からの平行光を分岐すると共に、ミラー２２ｂ、２２ｃからの反射光を合波して干渉させる。ミラー２２ｂは、ビームスプリッタ２２ａで分岐された一方の平行光の光路に配置され、ビームスプリッタ２２ａからの一方の分岐光をビームスプリッタ２２ａに反射する。ミラー２２ｃは、ビームスプリッタ２２ａで分岐された他方の平行光の光路に配置され、スプリッタ２２ａからの他方の分岐光をビームスプリッタ２２ａに反射するが、分岐光の光軸に対し、わずかに傾けて設置される。

また、ビームスプリッタ２２ａとミラー２２ｂ間の光路長と、ビームスプリッタ２２ａとミラー２２ｃ間の光路長は、異なる。

ビームスプリッタ２３は、ビームスプリッタ２２ａが合波した干渉光を分岐する。スリット２４は、ビームスプリッタ２３が分岐した一方の干渉光の一部を通過させる。フォトダイオード２５は、スリット２４を通過した干渉光を受光する。スリット２６は、ビームスプリッタ２３が分岐した他方の干渉光の一部を通過させる。フォトダイオード２７は、スリット２６を通過した干渉光を受光する。信号処理手段２８は、フォトダイオード２５、２７からの出力で被測定光の波長を演算する。

なお、スリット２４、２７のスリット位置を調整することにより、フォトダイオード２５，２７から出力される干渉信号の位相差を調整し、９０°位相のずれた干渉信号を測定する。

特開平１０−３３９６６８号公報 特開２０００−２３４９５９号公報 特開２００２−２１４０４９号公報

このように９０°位相のずれた干渉信号を測定することにより、被測定光の波長を高確度・高精度に測定することができる。

しかしながら、図８に示す装置では、９０°位相のずれた干渉信号をフォトダイオード１７、１８で受光するために、複屈折遅延板１５や合波後の干渉信号を分岐する偏光ビームスプリッタ１６が必要であり、さらに、干渉信号のオフセット分除去と規格化のために、全光量を測定するためのフォトダイオード１４も必要であり、光学系が複雑になるという問題があった。

図１０に示す装置では、９０°位相のずれた干渉信号をフォトダイオード２５、２７で受光するため、合波後の干渉信号を分岐するビームスプリッタ２３、位相差を生ずるためのスリット２４、２６が必要であり、光学系が複雑になるという問題があった。さらに、図１０では図示されていないが、干渉信号のオフセット分を除去するために全光量を測定するためのビームスプリッタ、フォトダイオードも必要であり、光学系が複雑になるという問題があった。

そこで本発明の目的は、合波後の被測定光を分岐することなく、被測定光の波長を精度よく測定することができる波長モニタを実現することにある。

請求項１記載の発明は、
被測定光を分岐し、この分岐した被測定光の光軸角をずらして合波させて干渉縞を形成する干渉縞発生手段を備えた波長モニタにおいて、
複数のフォトダイオードを有し、前記干渉縞発生手段からの干渉光を受光するフォトダイオードアレイと、
このフォトダイオードアレイの出力から位相のずれた干渉信号を生成する位相変化手段と
を設け、前記フォトダイオードは、前記干渉縞が形成される方向に沿って、ずらして配置されることを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
フォトダイオードアレイは、フォトダイオードを少なくとも４個有し、
前記フォトダイオードのそれぞれは、前記干渉縞の空間的な１周期を４等分して受光することを特徴とするものである。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、
位相変化手段は、
１番目のフォトダイオードの出力と３番目のフォトダイオードの出力とを減算した結果を第１の干渉信号として出力し、
２番目のフォトダイオードの出力と４番目のフォトダイオードの出力とを減算した結果を第２の干渉信号として出力することを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、
前記干渉縞が形成される方向に沿って、前記フォトダイオードアレイを複数個設けたことを特徴とするものである。
請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明において、
フォトダイオードアレイは、フォトダイオードを少なくとも（４×ｎ）個有し、
前記フォトダイオードのそれぞれは、前記干渉縞の空間的な１周期を４等分して受光し、
位相変化手段は、
（４×（ｉ−１）＋１）番目のフォトダイオードの出力と（４×（ｉ−１）＋３）番目のフォトダイオードの出力とを減算した結果を第１の干渉信号として出力し、
（４×（ｉ−１）＋２）番目のフォトダイオードの出力と（４×（ｉ−１）＋４）番目のフォトダイオードの出力とを減算した結果を第２の干渉信号として出力し、
ただし、ｎ、ｉは自然数であることを特徴とするものである。
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、
干渉縞の空間的な周期と前記フォトダイオードアレイのフォトダイオードとの周期のずれを補正する補正手段を設けたことを特徴とするものである。
請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、
補正用の波長を入力する入力手段を設けたことを特徴とするものである。
請求項８記載の発明は、請求項６記載の発明において、
補正用の波長を出力する基準波長生成手段を設けたことを特徴とするものである。
請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれかに記載の発明において、
干渉縞発生手段は、２光束干渉計であることを特徴とするものである。
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の発明において、
干渉縞発生手段は、マイケルソン型の干渉計であることを特徴とするものである。
請求項１１記載の発明は、請求項９記載の発明において、
干渉縞発生手段は、マッハ・ツェンダー型の干渉計であることを特徴とするものである。

本発明によれば、以下のような効果がある。
請求項１〜１１によれば、干渉縞発生手段から干渉光を、干渉縞の空間的な周期に対して位相をずらして複数のフォトダイオードで受光し、位相変化手段がフォトダイオードからの出力に基づいて、９０°位相のずれた干渉信号を出力するので、オフセット分がキャンセルされる。これにより、全光量を測定するフォトダイオードや、合波後の干渉光を分岐するビームスプリッタを設ける必要ない。従って、合波後の被測定光を分岐することなく、被測定光の波長を高確度・高精度で測定することができる。さらに、光学部品の点数が少なくなるので、アライメントも容易になり、部材費、アライメントコスト等を抑えられ、波長モニタ全体のコストを抑えることができる。

請求項６〜８によれば、補正手段が、周期のずれで生ずる波長誤差を補正するので、広い波長範囲で数［ｐｍ］単位の波長を求める場合であっても、高精度に波長を求めることができる。

以下図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
［第１の実施例］
図１は、本発明の第１の実施例を示した構成図である。図２は、図１に示す装置の要部を詳細に示した図である。ここで、図１０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、ビームスプリッタ２３、スリット２４、２６、フォトダイオード２５、２７の代わりにフォトダイオードアレイ２９、位相変化手段３０が設けられる。

フォトダイオードアレイ２９は、４個のフォトダイオード２９（１）〜２９（４）を有する。フォトダイオード２９（１）〜２９（４）のそれぞれは、干渉計２２によって形成される干渉縞の空間的な１周期を４等分して受光する。もちろん、フォトダイオード２９（１）〜２９（４）は、干渉縞が形成される方向に沿って、ずらして並べられる。言い換えると、フォトダイオード２９（１）〜２９（４）は、干渉縞の周期で９０°ずらして配置されている。

ここで、図２中の光強度分布１００は、フォトダイオード２９（１）〜２０（４）の受光面上に形成される干渉縞の光強度を模式的に示したものである。この干渉縞は、図１０と同様に干渉計２２で形成されている。すなわち、干渉計２２は、ビームスプリッタ２２ａで合波されるミラー２２ｂ、２２ｃからの反射光の波面を傾け、干渉光ビーム面内の光強度分布に干渉縞を発生させている。

なお、図２中において、左側のフォトダイオード２９（１）から１番目、２番目、３番目、４番目とする。また、フォトダイオード２９（１）〜２９（４）の受光部分は、干渉縞の空間的な１周期を４等分した幅となるように、フォトダイオード２９（１）〜２９（４）間の非受光部分を小さくするとよい。

干渉縞の周期は、被測定光の波長によって異なるので、例えば、波長測定範囲の中心波長において、４個のフォトダイオード２９（１）〜２９（４）全体の幅と、干渉縞の周期が一致するようにするとよい。そして、干渉縞は、被測定光の波長が変化すると平行移動するように観測される。さらに、ミラー２２ｂ、２２ｃからの両反射平行光の波面の傾ける角度を大きくすると干渉縞の間隔が狭くなり、反対に傾ける角度を小さくすると干渉縞の間隔が広がる。最終的に波面の傾ける角度が無くなる（平行になる）と、均一な光強度となる。従って、フォトダイオード２９（１）〜２９（４）の受光幅、干渉縞の間隔などを考慮し、所望の波長で干渉縞の周期と一致させる。

位相変化手段３０は、減算回路３０ａ、３０ｂを有し、フォトダイオードアレイ２９の出力から位相のずれた干渉信号を生成する。減算回路３０ａは、１番目のフォトダイオード２９（１）の出力と３番目のフォトダイオード２９（３）の出力とを減算した結果を第１の干渉信号として信号処理手段２８に出力する。減算回路３０ｂは、２番目のフォトダイオード２９（２）の出力と４番目のフォトダイオード２９（４）の出力とを減算した結果を第２の干渉信号として信号処理手段２８に出力する。従って、第１の干渉信号と第２の干渉信号は位相がずれており所定の波長（例えば、測定波長範囲の中心波長）で９０°位相がずれる。

このような装置の動作を説明する。
光ファイバ２０が、図示しないレーザ光源からの光を導いて、ファイバ端面から被測定光を出射する。レンズ２１が、光ファイバ２０の射出光軸上に配置され、ファイバ端面から射出される被測定光を平行光に変換する。そして、レンズ２１により平行光に変換された被測定光が、光軸上に配置されたビームスプリッタ２２ａに入射する。

この入射光を、干渉計２２のビームスプリッタ２２ａが、ミラー２２ｂ側とミラー２２ｃ側に分岐する。そして、ミラー２２ｂが、ビームスプリッタ２２ａからの平行光を再度ビームスプリッタ２２ａに入射するように反射する。また、ミラー２２ｃが、ビームスプリッタ２２ａからの平行光を再度ビームスプリッタ２２ａに入射するように反射する。

そして、ミラー２２ｂ、２２ｃで反射され、ビームスプリッタ２２ａに再度入射した反射平行光が、ビームスプリッタ２２ａで合波され、ミラー２２ｂ、２２ｃ側とは異なる端面側から出射される。

なお、ミラー２２ｃの反射面が、ビームスプリッタ２２ａからの平行光の光軸に対して傾けられている。従って、ミラー２２ｂからの反射光の光軸とミラー２２ｃからの反射光の光軸とで構成される光軸角は、僅かな傾むきをもってビームスプリッタ２２ａで合波される。これにより、フォトダイオードアレイ２９の受光面上では、空間的な干渉縞が形成される。

そして、フォトダイオードアレイ２９の各フォトダイオードアレイ２９（１）〜２９（４）が、ビームスプリッタ２２ａからの合波された干渉光を受光する。さらに、フォトダイオードアレイ２９（１）〜２９（４）が、光を電気信号に変換して、光の光強度に応じた電流を出力する。

そして、減算回路３０ａが、（１番目のフォトダイオード２９（１）の出力）−（３番目のフォトダイオード２９（３）の出力）を行ない、減算結果を第１の干渉信号として信号処理手段２８に出力する。また、減算回路３０ｂが、（２番目のフォトダイオード２９（２）の出力）−（４番目のフォトダイオード２９（４）の出力）を行い、減算結果を第２の干渉信号として信号処理手段２８に出力する。従って、第１、第２の干渉信号共にオフセット分が除去されている。

このような位相が９０°ずれた第１、第２の干渉信号から、信号処理手段２８が、被測定光の波長測定を行なう。例えば、第１の干渉信号をｃｏｓθとすれば、第２の干渉信号は、ｓｉｎθで表される。従って、信号処理手段２８が、
θ＝ｔａｎ^−１（ｓｉｎθ／ｃｏｓθ）
よりθを求め、このθから被測定光の波長λの変動を求める。

このように、干渉計２２からの干渉縞を、干渉縞の周期に対して９０°ずらした４個のフォトダイオード２９（１）〜２９（４）で受光し、位相変化手段３０の減算回路３０ａ、３０ｂがフォトダイオード２９（１）〜２９（４）からの出力を減算し、９０°位相のずれた干渉信号を出力するので、オフセット分がキャンセルされる。これにより、全光量を測定するフォトダイオードや、合波後の干渉光を分岐するビームスプリッタを設ける必要はない。従って、合波後の被測定光を分岐することなく、被測定光の波長を高確度・高精度で測定することができる。さらに、光学部品の点数が少なくなるので、アライメントも容易になり、部材費、アライメントコスト等を抑えられ、波長モニタ全体のコストを抑えることができる。

［第２の実施例］
図３は、本発明の第２の実施例を示した構成図である。ここで、図１、図２と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。図３において、干渉計２２からの干渉縞が形成される方向に沿って、フォトダイオードアレイ２９が複数個設けられる。

各フォトダイオードアレイ２９の１番目のフォトダイオード２９（１）の出力と３番目のフォトダイオード２９（３）の出力は、減算回路３０ａに入力され減算され、第１の干渉信号として出力される。

また、各フォトダイオードアレイ２９の２番目のフォトダイオード２９（２）の出力と４番目のフォトダイオード２９（４）の出力は、減算回路３０ｂに入力され、減算され、第２の干渉信号として出力される。つまり、フォトダイオード２９（１）〜２９（４）は、４個おきに結線される。

このように、フォトダイオードアレイ２９が、干渉縞の配列方向に沿って複数個設けられ、位相変化手段３０が、複数のフォトダイオード２９の出力から干渉信号を生成する。これにより、干渉縞の一部または全体にムラ（ランダムなノイズ）があっても、平均化によってムラの影響の少ない干渉信号をえることができる。

［第３の実施例］
図４は、本発明の第３の実施例を示した構成図である。ここで、図１、図２と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。図４において、干渉計２２の代わりにマッハ・ツェンダ型の干渉計３１が設けられる。

干渉計３１は、干渉縞発生手段であり、ビームスプリッタ３１ａ、ミラー３１ｂ、３１ｃ、ビームスプリッタ３１ｄを有し、レンズ２１からの被測定光を分岐し、この分岐した被測定光の光軸角をずらして合波させて干渉縞をフォトダイオードアレイ２９の受光面上に形成する。

ビームスプリッタ３１ａは、レンズ２１からの平行光を分岐する。ミラー３１ｂは、ビームスプリッタ３１ａで分岐された一方の平行光の光路に配置され、分岐された一方の平行光を反射する。ミラー３１ｃは、ビームスプリッタ３１ａで分岐された他方の平行光の光路に配置され、分岐された他方の平行光を反射する。ビームスプリッタ３１ｄは、ミラー３１ｂ、３１ｃからの反射光を合波し、フォトダイオードアレイ２９に出射する。

なお、干渉計３１は、ビームスプリッタ３１ｄで合波する反射光の波面を傾け、干渉光ビーム面内の光強度分布に干渉縞を発生させるため、ミラー３１ｃが傾けて配置される。つまり、ビームスプリッタ３１ｄで合波される反射光同士の光軸で形成される光軸角はずれている。

このような装置の動作を説明する。
ミラー３１ｂは、ビームスプリッタ３１ａからの一方の平行光をビームスプリッタ３１ｄに入射するように反射する。ミラー３１ｃは、ビームスプリッタ３１ａからの他方の平行光をビームスプリッタ３１ｄに入射するように反射する。ミラー３１ｂ、３１ｃで反射され、ビームスプリッタ３１ｄに入射した反射平行光は合波され、両入射端面とは異なる両端面から出射され、フォトダイオードアレイ２９で受光される。その他の動作は、図１に示す装置と同様なので説明を省略する。

このように、ミラー３１ｂ、３１ｃが、分岐光を光ファイバ２０側に反射しないので、図１に示す装置の効果に加え、入力部への悪影響を避けることができる。また、この構造の干渉計では、多重反射の影響が少ない。

［第４の実施例］
図５は、本発明の第４の実施例を示した構成図である。ここで、図４と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。図４において、干渉計３１の代わりにマッハ・ツェンダ型の干渉計３１’が設けられる。

干渉計３１’は、干渉縞発生手段であり、ビームスプリッタ３１ａ’、ミラー３１ｂ’、３１ｃ’、ビームスプリッタ３１ｄ’を有し、レンズ２１からの被測定光を分岐し、この分岐した被測定光の光軸角をずらして合波させて干渉縞をフォトダイオードアレイ２９の受光面上に形成する。

ビームスプリッタ３１ａ’は、レンズ２１からの平行光を分岐する。ミラー３１ｂ’、３１ｃ’は、ビームスプリッタ３１ａ’で分岐された一方の平行光の光路に配置され、分岐された一方の平行光を順番に反射する。ビームスプリッタ３１ｄ’は、ビームスプリッタ３１ａ’で分岐された他方の平行光の光路に配置され、ミラー３１ｃ’からの反射光と他方の平行光を合波し、フォトダイオードアレイ２９に出射する。

なお、干渉計３１’は、ビームスプリッタ３１ｄ’で合波する反射光の波面を傾け、干渉光ビーム面内の光強度分布に干渉縞を発生させるため、ミラー３１ｃ’が傾けて配置される。つまり、ビームスプリッタ３１ｄ’で合波される反射光の光軸と他方の平行光の光軸とで形成される光軸角はずれている。

このような装置の動作を説明する。
ミラー３１ｂ’は、ビームスプリッタ３１ａ’からの一方の平行光を、他方の平行光と平行になるように反射する。ミラー３１ｃ’は、ミラー３１ｂ’からの平行光をビームスプリッタ３１ｄ’に入射するように反射する。ミラー３１ｂ’、３１ｃ’で順に反射され、ビームスプリッタ３１ｄに入射した反射平行光は、ビームスプリッタ３１ａ’からの他方の平行光と合波され、両入射端面とは異なる両端面から出射され、フォトダイオードアレイ２９で受光される。その他の動作は、図４に示す装置と同様なので説明を省略する。

このように、ミラー３１ｂ’、３１ｃ’が、分岐光を光ファイバ２０側に反射しないので、図１に示す装置の効果に加え、入力部への悪影響を避けることができる。また、この構造の干渉計では、多重反射の影響が少ない。さらに、図４に示す干渉計よりも光路長差を大きくとることができる。

［第５の実施例］
図１、図３〜図５に示す波長モニタは、干渉光の干渉信号から波長を演算するため、数［ｐｍ］単位で波長の変動を求めることができる。一方、所定の波長においては、干渉縞の空間的周期とフォトダイオードの周期とが一致するが、所定の波長から離れるほど周期が一致しなくなる。

図６は、本発明の第５の実施例を示した構成図であり、被測定光の絶対波長を高精度に求めることができるものである。ここで、図１と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。図６において、信号処理手段２８に補正手段２８ａが設けられる。また、入力手段３２が新たに設けられる。

補正手段２８ａは、干渉縞の空間的な周期とフォトダイオードアレイ２９のフォトダイオード２９（１）〜２９（４）との周期のずれによる波長誤差を補正する。入力手段３２は、波長モニタの波長分解能に対して、粗い精度（例えば、ｎｍ］単位）の波長の値が入力される。

このような装置の動作を説明する。
入力手段３２から、粗い精度の被測定光の波長（例えば、回折格子を用いた光スペアナ（図示せず）で測定した値）が補正手段２８ａに入力される。そして、補正手段２８ａが、粗い精度の波長から、干渉縞の空間的な周期とフォトダイオードアレイ２９のフォトダイオード２９（１）〜２９（４）との周期のずれを求める。

すなわち、周期のずれは被測定光の波長によって一意に決まるので、補正手段２８ａが演算によって求め、信号処理手段２８の求めた波長を補正する。または、あらかじめ周期のずれによる波長誤差を測定して記憶部（図示せず）に記憶させておき、補正手段２８ａが記憶部のデータを参照して演算して補正する。その他の動作は、図１に示す装置と同様なので説明を省略する。

このように、補正手段２８ａが、粗い精度の波長から周期のずれで生ずる波長誤差を補正するので、広い波長範囲で数［ｐｍ］単位の波長を求める場合であっても、高精度に波長を求めることができる。

［第６の実施例］
図７は、本発明の第６の実施例を示した構成図である。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。レンズ２１と干渉計２２の間に、ビームスプリッタ３３が新たに設けられる。入力手段３２の代わりに基準波長生成手段３４が設けられる。ビームスプリッタ３３は、被測定光を分岐し、一方を干渉計２２に出力し、他方を基準波長生成手段３４に出力する。

基準波長生成手段３４は、例えば、波長基準となる吸収線を持つガスを封入したガスセルを有し、ガスセルを透過した被測定光から、粗い精度の波長を算出し、補正手段２８ａに出力する。

このような装置の動作を説明する。
ビームスプリッタ３３が、レンズ２１からの平行光を分岐し、分岐した一方の平行光を干渉計２２に出射し、分岐した他方の平行光を基準波長生成手段３４に出力する。そして、基準波長生成手段３４が、被測定光の波長を粗い精度（［ｎｍ］単位）で求め、補正手段２８ａに出力する。その他の動作は、図６に示す装置と同様なので説明を省略する。

このように、補正手段２８ａが、粗い精度の波長から周期のずれで生ずる波長誤差を補正するので、広い波長範囲で数［ｐｍ］単位の波長を求める場合であっても、高精度に波長を求めることができる。

なお、本発明はこれに限定されるものではなく、以下に示すようなものでもよい。
図１、図３〜図７に示す装置において、干渉縞発生手段として、マイケルソン型の干渉計２２、マッハ・ツェンダ型の干渉計３１、３１’を設ける構成を示したが、どのような２光束干渉計を用いてもよく、要は、分岐した被測定光（平行光）の波面を傾いた状態で合波させて直線状の干渉縞を発生させるものならばどのようなものでもよい。

図１、図３〜図７に示す装置において、ビームスプリッタ２２ａ、３１ａ、３１ｄ、３３を用いる構成を示したが、ハーフミラーを用いてもよい。

図１に示す装置において、ミラー２２ｃ（光路長が短いほう）をビームスプリッタ２２ａからの分岐光の光軸に対してわずかに傾ける構成を示したが、ミラー２２ｂを傾けてもよい。または、両方のミラー２２ｂ、２２ｃを傾けてもよい。

図１に示す装置において、フォトダイオードアレイ２９は、４個のフォトダイオード２９（１）〜２９（４）を有する構成を示したが、何個でもよく、例えば、フォトダイオードを少なくとも（４×ｎ）個、有していればよく、フォトダイオードのそれぞれは、干渉縞の空間的な１周期を４等分（つまり、干渉縞の周期に対して９０°ずれて設置）して受光する。

また、位相変化手段３０は、（４×（ｉ−１）＋１）番目のフォトダイオードの出力と（４×（ｉ−１）＋３）番目のフォトダイオードの出力とを減算した結果を第１の干渉信号として出力し、（４×（ｉ−１）＋２）番目のフォトダイオードの出力と（４×（ｉ−１）＋４）番目のフォトダイオードの出力とを減算した結果を第２の干渉信号として出力するとよい。ただし、ｎ、ｉは自然数である。

つまり、位相変化手段３０は、１、５、９、…番目のフォトダイオードの出力と３、７、１１、…番目のフォトダイオードの出力とを減算した結果を第１の干渉信号として出力し、２、６、１０、…番目のフォトダイオードの出力と４、８、１２、…番目のフォトダイオードの出力とを減算した結果を第２の干渉信号として出力する。

図３に示す装置において、フォトダイオードアレイ２９を隙間無く並べる構成を示したが、フォトダイオードアレイ２９間に隙間を設けてもよい。

図４に示す装置において、ミラー３１ｃを傾ける構成を示したが、ビームスプリッタ３１ｄで合波されるミラー３１ｂからの反射光の光軸とミラー３１ｃからの反射光の光軸が、僅かに傾いた状態に調整されればよく、この両光軸の傾きを発生させる方法は、ミラー３１ｂ、３１ｃを傾けても、ビームスプリッタ３１ａ、３１ｄを傾けてもよい。

図５に示す装置において、ミラー３１ｃ’を傾ける構成を示したが、ビームスプリッタ３１ｄ’で合波されるミラー３１ｃ’からの反射光の光軸とビームスプリッタ３１ａ’の他方の平行光の光軸が、僅かに傾いた状態に調整されればよく、この両光軸の傾きを発生させる方法は、ミラー３１ｂ’、３１ｃ’を傾けても、ビームスプリッタ３１ａ’、３１ｄ’を傾けてもよい。

図６、図７に示す装置において、入力手段３２、基準波長生成手段３４を設ける構成を示したが、補正手段２８ａが、被測定光を測定する際の初期値の波長を有しているならば、入力手段３２、基準波長生成手段３４を設けず、この初期値の波長からの波長変動および絶対波長を求めてもよい。

本発明の第１の実施例を示した構成図である。 図１に示す装置の要部を示した図である。 本発明の第２の実施例を示した構成図である。 本発明の第３の実施例を示した構成図である。 本発明の第４の実施例を示した構成図である。 本発明の第５の実施例を示した構成図である。 本発明の第６の実施例を示した構成図である。 従来の被測定光を干渉させる波長モニタの構成を示した図である。 図８に示す装置で測定される干渉信号の一例を示した図である。 従来の被測定光を干渉させる波長モニタのその他の構成を示した図である。

符号の説明

２２、３１ 干渉計
２８ａ 補正手段
２９ フォトダイオードアレイ
２９（１）〜２（４） フォトダイオード
３０ 位相変化手段
３２ 入力手段
３４ 基準波長生成手段

Claims (11)

1. 被測定光を分岐し、この分岐した被測定光の光軸角をずらして合波させて干渉縞を形成する干渉縞発生手段を備えた波長モニタにおいて、
   複数のフォトダイオードを有し、前記干渉縞発生手段からの干渉光を受光するフォトダイオードアレイと、
   このフォトダイオードアレイの出力から位相のずれた干渉信号を生成する位相変化手段と
   を設け、前記フォトダイオードは、前記干渉縞が形成される方向に沿って、ずらして配置されることを特徴とする波長モニタ。
2. フォトダイオードアレイは、フォトダイオードを少なくとも４個有し、
   前記フォトダイオードのそれぞれは、前記干渉縞の空間的な１周期を４等分して受光することを特徴とする請求項１記載の波長モニタ。
3. 位相変化手段は、
   １番目のフォトダイオードの出力と３番目のフォトダイオードの出力とを減算した結果を第１の干渉信号として出力し、
   ２番目のフォトダイオードの出力と４番目のフォトダイオードの出力とを減算した結果を第２の干渉信号として出力することを特徴とする請求項２記載の波長モニタ。
4. 前記干渉縞が形成される方向に沿って、前記フォトダイオードアレイを複数個設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の波長モニタ。
5. フォトダイオードアレイは、フォトダイオードを少なくとも（４×ｎ）個有し、
   前記フォトダイオードのそれぞれは、前記干渉縞の空間的な１周期を４等分して受光し、
   位相変化手段は、
   （４×（ｉ−１）＋１）番目のフォトダイオードの出力と（４×（ｉ−１）＋３）番目のフォトダイオードの出力とを減算した結果を第１の干渉信号として出力し、
   （４×（ｉ−１）＋２）番目のフォトダイオードの出力と（４×（ｉ−１）＋４）番目のフォトダイオードの出力とを減算した結果を第２の干渉信号として出力し、
   ただし、ｎ、ｉは自然数であることを特徴とする請求項１記載の波長モニタ。
6. 干渉縞の空間的な周期と前記フォトダイオードアレイのフォトダイオードとの周期のずれを補正する補正手段を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の波長モニタ。
7. 補正用の波長を入力する入力手段を設けたことを特徴とする請求項６記載の波長モニタ。
8. 補正用の波長を出力する基準波長生成手段を設けたことを特徴とする請求項６記載の波長モニタ。
9. 干渉縞発生手段は、２光束干渉計であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の波長モニタ。
10. 干渉縞発生手段は、マイケルソン型の干渉計であることを特徴とする請求項９記載の波長モニタ。
11. 干渉縞発生手段は、マッハ・ツェンダー型の干渉計であることを特徴とする請求項９記載の波長モニタ。
    

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