JP2007003441A - 波長モニタ - Google Patents

Abstract

【課題】 被測定光の波長を測定する波長モニタに関するものであり、詳しくは、干渉ノイズが少なく、安定した干渉信号を測定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、被測定光の波長を測定する波長モニタに改良を加えたものである。本装置は、被測定光を２分岐して出力する光導波路型の光分岐素子と、この光分岐素子から出力される２個の出射光を平行光にすると共に干渉させる干渉光学素子と、この干渉光学素子からの干渉光を受光するフォトダイオードを複数有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が９０°ずれた干渉信号を生成する干渉信号変換手段と、この干渉信号変換手段の干渉信号から被測定光の波長を求める信号処理手段とを設けたことを特徴とするものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被測定光の波長、例えば、単一モード発振するレーザ光源の波長を測定する波長モニタに関するものであり、詳しくは、干渉ノイズが少なく、安定した干渉信号を測定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、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、光通信や光計測等の分野において、単一モード発振する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、干渉光フィルタを用いたものや、位相を９０°ずらした２個の干渉信号（いわゆるＡ相とＢ相）を測定するものがある（例えば、特許文献１〜特許文献４参照）。

図６は、従来の波長フィルタの構成を示した図である（例えば、特許文献１参照）。図６において、波長モニタに入射した被測定光は、カットフィルタ１に入射する。このカットフィルタ１は、所定の波長範囲の被測定光のみを透過させる。

干渉光フィルタ２は、カットフィルタ１を通過した被測定光が入射されるが、入射位置に応じて透過する波長を連続的に変化するように構成されている。スライド調整機構３は、干渉光フィルタ２を機械的にＸ軸方向に微小距離スライドさせ、干渉光フィルタ２を透過する光の波長を連続的に変化させる。

フォトダイオード４は、干渉光フィルタ２を通過した被測定光を受光する。フォトダイオー５は、干渉フィルタ２によって反射された光を受光する。

出力比算出手段６は、ＩＶ変換回路７、８、減算器９、加算器１０、割算器１１を有し、フォトダイオード４、５の出力した信号から、フォトダイオード４、５の出力比を算出する。

ＩＶ変換回路７、８のそれぞれは、フォトダイオード４、５の出力を電圧信号に変換する。減算器９は、ＩＶ変換回路７、８の電圧信号を減算する。加算器１０は、ＩＶ変換回路７、８の電圧信号を加算する。割算器１１は、減算器９、加算器１０の演算結果を割算して出力比を正規化する。信号処理手段１２は、出力比算出手段６の割算器１１が求めた出力比から、被測定光の波長を算出する。このような図６に示す装置では、干渉光フィルタ２の波長特性で、測定波長範囲や波長精度が決まる。

図７は、従来の波長モニタのその他の構成を示した図であり（例えば、特許文献２、４参照）、干渉計（例えば、マイケルソン型）を用いて位相が９０°ずれた２個の干渉信号（Ａ相とＢ相）を測定し、被測定光の波長を求めるものである。

図７において、入力光ファイバ２０は、被測定光を伝送し空間に出射する。レンズ２１は、光ファイバ２０から出射された被測定光を平行光に変換する。ハーフミラー（第１分岐手段）２２は、被測定光を分岐、合波する。第１反射器２３は、一方の分岐光をハーフミラー２２に反射する。第２の反射器２４は、反射面が段差ｄ＝λ_０／８を有し、他方の分岐光をハーフミラー２２に反射する。なお、第１反射器２３と第２反射器２４は、ハーフミラー２２で分岐された各分岐平行光の光路に垂直に配置されており、分岐平行光が同一光路で再度ハーフミラー２２に反射するように光軸調整されている。

反射プリズム（第２分岐手段）２５は、ハーフミラー２２からの合波光（干渉光）を２分岐する。なお、反射プリズム２５は、λ_０／４の光路差が発生している第２反射ミラー２４の光軸面と反射プリズム２５のエッジ先端面とが一致するように配置される。

第１のフォトダイオード２６は、反射プリズム２５からの一方の分岐光を受光する。第２のフォトダイオード２７は、プリズム２５からの他方の分岐光を受光する。信号処理手段２８は、フォトダイオード２６、２７の出力から被測定光の波長を求める。

このような装置の動作を説明する。
入力光ファイバ２０の出射端から空間に射出され、レンズ２１によって平行光に変換された被測定光が、射出光軸上に配置されたハーフミラー２２に入射し、第１反射器側２３と第２反射器側２４に分岐される。

そして、第１反射器２３と第２反射器２４のそれぞれが、ハーフミラー２２で分岐された各分岐平行光を再度ハーフミラー２２に反射する。ここで、第２反射器２４は、段差ｄ＝λ_０／８のある平面反射器なので、第２反射器２４で反射して一往復すると光ビーム面の半分がλ_０／４の光路差を発生する。なお、λ_０は、波長であり、例えば、測定波長範囲の中心波長に設定するとよく、光通信で用いられる場合なら、１５５０［ｎｍ］などの値になる。

第１反射器２３と第２反射器２４で反射されてハーフミラー２２に再度入射した平行光が、合波されて、反射プリズム２５に照射される。

そして、合波されて反射プリズム２５に照射された平行光は、反射プリズム２５のエッジ先端面で、位相が９０°ずれた光に２分岐され、分岐光軸上に配置された第１のフォトダイオード２６と第２のフォトダイオード２７受光器に入射する。

さらに、両フォトダイオード２６、２７に入射した光が、光強度（光パワーとも呼ばれる）に応じた電流として信号処理手段２８に出力される。

そして、信号処理手段２８は、両フォトダイオード２６、２７からの光強度を比較演算処理し、波長データを出力する。通常のマイケルソン干渉計で得られる波長に対する光強度変化は、次の（１）式で示される。

Ｉ＝[１＋cos[２π*ΔＬ／λ]]／２・・・（１）

ここで、Ｉはフォトダイオード２６、２７で受光される規格化された光強度、λは被測定光の波長、ΔＬはマイケルソン干渉計の光路長差である。

そして、この光強度変化の一周期は、自由スペクトル領域（ＦＳＲ）と呼ばれ、光路長差が大きいと、ＦＳＲは短くなる。

この構造は、第２反射器２４に段差ｄ＝λ_０／８のある平面反射器を使用しているため、第２反射器で反射して一往復すると光ビーム面の半分がλ_０／４の光路差を発生し、π／２位相差のある周期的な干渉信号（Ａ相、Ｂ相）が得られる。このπ／２位相差のある２つの干渉信号によって、信号処理手段２８が、被測定光の波長変化量と変化方向を求める。

図８は、従来の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８において、入力光ファイバ３０から被測定光のレーザ光が出射され、レンズ３１によって平行光になり偏光子３２を通過する。そして、偏光子３２を通過した平行光は、ハーフミラー３３で分岐され、一方の分岐光は、フォトダイオード３４で受光される。

ハーフミラー３３で分岐された他方の分岐光は、複屈折遅延板３５に入射する。複屈折遅延板３５は、第１、第２の偏光を備えた光のπ／４の位相推移に対応するλ／８の遅延を生じさせる「高速軸」と「低速軸」を備え、例えば、ｓ偏光をｐ偏光に対して位相推移を生じさせる。

そして、偏光ビームスプリッタ３６が、遅延板３５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３７が受光し、ｓ偏光をフォトダイオード３８が受光する。

各フォトダイオード３４、３７、３８の出力は、信号処理手段３９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３０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３４の出力で補正する。

このようにフォトダイオード３７、３８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°ずれた周期的な干渉信号（Ａ相とＢ相）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。

特開平１０−２５３４５２号公報 特開２０００−２３４９５９号公報 特開平１０−３３９６６８号公報 特開２００２−２１４０４９号公報

しかしながら、従来の波長モニタは、空間光を使用して各種の光学素子（例えば、フィルタ１、２、ハーフミラー２２、３３、反射器２３、２４、プリズム２５、偏光子３２、複屈折遅延板３５、偏光ビームスプリッタ３６）に平行光を入射しているので、光学素子表面での多重干渉が生じやすく、不必要な多重干渉ノイズがフォトダイオード４、５、２６、２７、３４、３７、３８の出力信号に重畳するという問題があった。

また、光学素子はそれぞれ独立した光学部品であり、多くの光学部品を使用することによって、光軸調整が増えて製造工程の増加となり、装置の小型化や低コスト化が困難であり、さらには信頼性も低くなるという問題があった。

そこで本発明の目的は、干渉ノイズが少なく、安定した干渉信号を測定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、
被測定光の波長を測定する波長モニタにおいて、
前記被測定光を２分岐して出力する光導波路型の光分岐素子と、
この光分岐素子から出力される２個の出射光を平行光にすると共に干渉させる干渉光学素子と、
この干渉光学素子からの干渉光を受光するフォトダイオードを複数有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が９０°ずれた干渉信号を生成する干渉信号変換手段と、
この干渉信号変換手段の干渉信号から被測定光の波長を求める信号処理手段と
を設けた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、
光分岐素子は、分岐され出射されるまでの光路長が異なり、出射端が並列に配置され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１または２記載の発明において、
光分岐素子は、平面光回路基板であ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または２記載の発明において、
光分岐素子は、光カプラである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４記載の発明において、
光カプラの出射端の間隔をファイバ径よりも狭くする光導波路型のピッチ変換素子を設けた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５記載の発明において、
ピッチ変換素子は、平面光回路基板である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５記載の発明において、
ピッチ変換素子は、２本の光ファイバの溶融延伸から構成される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１〜７のいずれかに記載の発明において、
干渉光学素子は、レンズである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１〜７のいずれかに記載の発明において、
干渉光学素子は、凹面反射鏡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、干渉光の干渉縞の空間的な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１１記載の発明は、請求項１記載の発明において、
干渉光学素子は、前記フォトダイオードアレイのフォトダイオードの並ぶ方向に対して、前記出射光を平行光にす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、光導波路型の光分岐素子が、被測定光を２分岐して異なる光路を経て出射端から出力する。そして、干渉光学素子が、出力された２個の出射光を平行光にすると共に、僅かな傾きを持たして干渉させる。そして、干渉光をフォトダイオードアレイで受光するので、平行光を各種光学素子に入射する構造でなく、光学素子表面の残留反射率で発生する多重干渉を抑えることができる。これにより、干渉ノイズが少なく、安定した干渉信号を測定できる。

請求項５によれば、ピッチ変換素子が、出射端間隔をファイバ径よりも狭くするので、後段の干渉光学素子の焦点距離を短くすることができる。従って、光モジュールの寸法を小さくすることができると共に、フォトダイオードアレイに入射する光強度を大きくすることができる。

請求項９によれば、凹面反射鏡が、光学分岐素子からの２個の出射光をフォトダイオードアレイに反射するので、波長依存性がなく、波長による焦点距離の変化が生じず、また、多重干渉の影響を抑えることができる。これにより、光学素子表面の残留反射率で発生する多重干渉を、より抑えることができ、干渉ノイズが少なく、安定した干渉信号を測定できる。

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に示す装置のフォトダイオードアレイ４３近傍および干渉信号変換手段４４を詳細に示した図である。図１において、入力光ファイバ４０は、被測定光が伝送される。

平面光回路（以下ＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）と略す）基板４１は、光導波路型の光分岐素子であり、光ファイバ４０によって伝送された被測定光を２分岐し、光路長が異なる光路（光導波路）４１ａ、４１ｂによって伝送し、互いの分岐光の光軸を平行にして、並列に配置された出射端４１ｃ、４１ｄから出射する。なお、光ファイバ４０とＰＬＣ基板４１は、被測定光の光路上に空間的な隙間を生じないように接続される。また、分岐され出射端４１ｃ、４１ｄまでの光路４１ａ，４１ｂの光路長差をΔＬとし、出射端４１ｃ、４１ｄの間隔をＤとする。

レンズ４２は、干渉光学素子であり、ＰＬＣ基板４１の出射端４１ｃ、４１ｄから出射される２個の出射光を平行光にして合波し、干渉させる。なお、レンズ４２の焦点距離をｆとし、出射端４１ｃとレンズ４２間および出射端４１ｄとレンズ４２間の距離はｆである。

フォトダイオードアレイ４３は、４個のフォトダイオードＰ（１）〜Ｐ（４）を有する。フォトダイオードＰ（１）〜Ｐ（４）のそれぞれは、レンズ４２によって形成される干渉光の干渉縞の空間的な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Ｐ（１）〜Ｐ（４）は、干渉縞が形成される方向（ＰＬＣ基板４１の出射端４１ｃ、４１ｄが並ぶ方向）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Ｐ（１）〜Ｐ（４）は、干渉縞の周期で位相を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Ｐ（１）〜Ｐ（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。

光強度がこのような干渉縞になるのは、上述したように、レンズ４２が、出射端４１ｃからの出射光と、出射端４１ｄからの出射光の波面を傾けて合波することにより、干渉光ビーム面内に図２に示す光強度分布１００が発生するからである。

なお、図２中において、左側のフォトダイオードＰ（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Ｐ（１）〜Ｐ（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Ｐ（１）〜Ｐ（４）間の非受光部分を小さくするとよい。

また、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Ｐ（１）〜Ｐ（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。

具体的には、出射端４１ｃ、４１ｄからの被測定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。そして、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Ｐ（１）〜Ｐ（４）の受光幅や間隔、干渉縞の間隔などを考慮し、ＰＬＣ基板４１の出射端距離Ｄ、レンズ４２の焦点距離ｆを調整し、所望の波長で干渉縞の周期と一致させる。

干渉信号変換手段４４は、２個の減算回路Ａ１，Ａ２を有し、フォトダイオードアレイ４３の出力から位相のずれた第１、第２の干渉信号（Ａ相とＢ相）を生成し、信号処理手段４５に出力する。減算回路Ａ１は、１番目のフォトダイオードＰ（１）の出力と３番目のフォトダイオードＰ（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４５に出力する。

減算回路Ａ２は、２番目のフォトダイオードＰ（２）の出力と４番目のフォトダイオードＰ（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４５に出力する。

従って、第１の干渉信号（Ａ相）と第２の干渉信号（Ｂ相）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。信号処理手段４５は、干渉信号変換手段４４から第１、第２の干渉信号が入力される。

なお、出射端４１ｃ、４１ｄを結ぶ方向をＸ軸とし、出射端４１ｃ、４１ｄからの出射光に平行な方向をＺ軸とし、Ｘ−Ｙ平面に垂直な方向をＹ軸としている。

このような装置の動作を説明する。
光ファイバ４０が、図示しないレーザ光源からの被測定光をＰＬＣ基板４１に伝送する。ＰＬＣ基板４１が、光ファイバ４０から入射された被測定光を光路長が異なる２つの光導波路４１ａ、４１ｂに分岐し、２つの光導波路４１ａ、４１ｂの出射端４１ｃ、４１ｄ面から２つの光ビームを出射する。ここで、２つの光導波路４１ａ、４１ｂの出射端４１ｃ、４１ｄは、数十［μｍ］のピッチで並列に配置されている。

そして、ＰＬＣ基板４１の出射光軸上に配置されたレンズ４２が、２つの出射光を平行光に変換する。さらに、２つの出射光は、出射位置が数十［μｍ］離れているので、２つの平行光の出射方向は僅かに傾いた状態になる。

ここで、出射端４１ｃ、４１ｄ間の中心をレンズ４２の光軸中心とすると、レンズ光軸に対しての両平行光の傾きθは、下記の（２）式で示される。

ｔａｎ（θ）＝（Ｄ／２）／ｆ ・・・（２）

従って、レンズ４２によって２つの平行光が、（２）式の倍の傾きで出射交差する。そのため、レンズ４２を透過した２つの平行光ビームは、空間的に干渉縞が発生して、レンズ４２の出射光軸上に配置されたフォトダイオードアレイ４３に入射する。

また、この干渉縞の波長に対する周期（ＦＳＲ：自由スペクトル領域）は、光導波路の光路差ΔＬによって決まり、下記（３）式で示される。

ＦＳＲ＝λ＊λ／ΔＬ （ｍ） ・・・（３）

フォトダイオードアレイ４３の各フォトダイオードＰ（１）〜Ｐ（４）が、レンズ４２からの合波された干渉光を受光し、受光した干渉光の光パワーに応じた電気信号を干渉信号変換手段４４に出力する。

そして、干渉信号変換手段４４の減算回路Ａ１が、（１番目のフォトダイオードＰ（１）の出力）−（３番目のフォトダイオードＰ（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４５に出力する。

また、干渉信号変換手段４４の減算回路Ａ２が、（２番目のフォトダイオードＰ（２）の出力）−（４番目のフォトダイオードＰ（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４５に出力する。もちろん、第１、第２の干渉信号共にオフセット分も除去されている。

つまり、干渉信号変換手段４４が、フォトダイオードアレイ４３の０°と１８０°の干渉信号出力を差動増幅すると共に、９０°と２７０°の干渉信号出力を差動増幅することで、零点を中心とした位相が９０°（π／２）ずれた２つの信号（Ａ相とＢ相）を出力する。

このような位相が９０°ずれた第１、第２の干渉信号（Ａ相とＢ相）から、干渉信号処理手段４５が、計数処理して位相を求め、求めた位相から被測定光の波長λを求める。

このように、ＰＬＣ基板４１が、被測定光を２分岐して異なる光路４１ａ、４１ｂを経て出射端４１ｃ、４１ｄから出力する。そして、レンズ４２が、出力された２個の出射光を平行光にすると共に、僅かな傾きを持たして干渉させる。そして、干渉光をフォトダイオードアレイ４３で受光するので、平行光を各種光学素子に入射する構造でなく、光学素子の部品数も少なくなる。これにより、光学素子表面の残留反射率で発生する多重干渉を抑えることができ、干渉ノイズが少なく、安定した干渉信号を測定できる。

また、図７に示すように、全ての光路を平行光から形成される干渉計でなく、ＰＬＣ基板４１を使用した干渉計になるので、機構的安定性がよくなる。

また、干渉光の干渉縞の空間的周期（間隔）は、光導波路４１ａ、４１ｂの出射端間隔Ｄとレンズ４２の焦点距離ｆとから求められる角度で決まるため、光軸調整が非常に容易になる。

さらに、図７に示す干渉計と比べ、部品点数が少なくなるので、光軸調整が容易になり、製造工数の低減を図れ、製造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、ＰＬＣ基板の代わりに光ファイバで構成される２入力２出力の光カプラ４６が設けられる。

光カプラ４６は、光導波路型の光分岐素子であり、一方の入力側が、図示しない入力光ファイバ４０に接続され、他方の入力側が無反射処理される。また、光カプラ４６は、被測定光を２分岐し、光路長が異なる光路（光導波路）４６ａ、４６ｂによって伝送し、互いの分岐光の光軸を平行にして、並列に配置された出射端４６ｃ、４６ｄから出射する。なお、分岐され出射端４６ｃ、４６ｄまでの光路４６ａ，４６ｂの光路長差をΔＬとし、出射端４６ｃ、４６ｄの間隔をＤとする。また、出射端４６ｃとレンズ４２間および出射端４６ｄとレンズ４２間の距離はｆである。

Ｖ溝基板４７が新たに設けられ、光カプラ４６の出射端４６ｃ、４６ｄを機械的に固定する。

このような装置の動作を説明する。
光カプラ４６が、図示しない光源からの被測定光を、光路長が異なる２つの光導波路４６ａ、４６ｂに分岐し、２つの光導波路４６ａ、４６ｂの出射端４６ｃ、４６ｄ面から２つの光ビームを出射する。ここで、２つの光導波路４６ａ、４６ｂの出射端４６ｃ、４６ｄは、Ｖ溝基板４７によって保持され、所定のピッチで並列に配置されている。

そして、Ｖ溝基板４７で保持される光カプラ４６の出射光軸上に配置されたレンズ４２が、２つの出射光を平行光に変換し合波・干渉する。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。

このように光分岐素子に光ファイバで構成される光カプラ４６を用いるので、ＰＬＣ基板４１と比較して光路長差ΔＬを非常に長く取ることが容易となる。これにより、光路長差ΔＬを長くとれ、波長分解能の高い波長モニタを容易にえることができる。

［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３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、光カプラ４６とレンズ４２の間に、ピッチ変換素子４８が新たに設けられる。また、Ｖ溝基板４７が取り外される。

ピッチ変換素子４８は、光導波路４８ａ、４８ｂが設けられたＰＬＣ基板であり、互いの分岐光の光軸を平行にして、並列に配置された出射端４８ｃ、４８ｄから被測定光を出射する。なお、光カプラ４６とピッチ変換素子４８は、被測定光の光路上（つまり、光路４６ａと光路４８ａの接続部分、光路４６ｂと光路４８ｂの接続部分）に空間的な隙間を生じないように接続され、出射端４８ｃとレンズ４２間の距離および出射端４８ｄとレンズ４２間の距離は、焦点距離ｆである。また、出射端間距離Ｄは、図３に示す装置よりも狭く、例えば、ファイバ径以下にするとよい。

このような装置の動作を説明する。
ピッチ変換素子４８が、光カプラ４６からの被測定光を、光導波路４８ａ、４８ｂによって伝送して出射端４８ｃ、４８ｄ面から２つの光ビームを出射する。

そして、ピッチ変換素子４８の出射光軸上に配置されたレンズ４２が、２つの出射光を平行光に変換する。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、ＰＬＣ基板のピッチ変換素子４８が、光カプラ４６の出射端間距離Ｄを変換するので、図３に示すような光ファイバの出射端４６ｃ、４６ｄより、出射端４８ｃ、４８ｄの間隔Ｄや出射端位置の調整が容易になる。また、２本の光ファイバでは、ファイバ径以下に出射端間距離Ｄを狭くすることは物理的に困難であるが、ピッチ変換素子４８では、出射端間距離Ｄをファイバ径以下にすることも容易である。これにより、レンズ４２の焦点距離を短くすることができる。従って、光モジュールの寸法を小さくすることができると共に、フォトダイオードアレイ４３に入射する光強度を大きくすることができる。

具体的には、例えば、フォトダイオードアレイ４３の各受光素子（フォトダイオード）間隔が８０［μｍ］、出射端距離Ｄをファイバ径の１２５［μｍ］とした場合、フォトダイオードアレイ４３の４素子分で干渉縞の一周期にするには、焦点距離２５．８［ｍｍ］のレンズ４２が必要となる。しかし、ピッチ変換素子４８によって、出射端距離Ｄを５０［μｍ］に狭めると、使用するレンズ４２の焦点距離が１０．３［ｍｍ］でよく、小型化を図ることができる。

［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１と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。図５（ａ）は、上面図であり、図５（ｂ）は側面図である。図５において、レンズ４２の代わりに凹面反射鏡４９が設けられる。凹面反射鏡４９は、干渉光学素子であり、ＰＬＣ基板４１の出射端４１ｃ、４１ｄから出射される２個の出射光を反射して平行光にすると共に、合波および干渉させる。

固定手段５０は、図示しないベースにＰＬＣ基板４１を固定するものである。なお、干渉信号変換手段４４、信号処理手段４５の図示を省略する。

また、フォトダイオードアレイ４３は、概長方形の細長い形状のフォトダイオードＰ（ｎ）が並んでいる。従って、凹面反射鏡４９の焦点距離は、Ｘ軸（出射端４１ｃ、４１ｄを結ぶ方向）とＹ軸で異なった焦点距離にし、フォトダイオードＰＤ（ｎ）の配列方向（Ｘ軸方向）に対してのみ平行光するとよい。

このような装置の動作を説明する。
ＰＬＣ基板４１の出射光軸上に配置された凹面反射鏡４９が、ＰＬＣ基板４１からの２つの出射光をフォトダイオードアレイ４３に反射すると共に、平行光に変換する。さらに、２つの出射光は、出射位置が数十［μｍ］離れているので、２つの平行光の出射方向は僅かに傾いた状態になり干渉する。そして、フォトダイオードアレイ４３が、凹面反射鏡４９からの干渉光を受光する。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、凹面反射鏡４９が、ＰＬＣ基板４１からの２個の出射光をフォトダイオードアレイ４２に反射するので、レンズ４２の材料による波長依存性がなく、波長による焦点距離の変化が生じない。さらに、レンズ４２の表面で発生する多重干渉をなくすことできる。これにより、光学素子表面の残留反射率で発生する多重干渉を、図１に示す装置よりも抑えることができ、干渉ノイズが少なく、安定した干渉信号を測定できる。

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４、図５に示す装置において、フォトダイオードアレイ４３は、４個のフォトダイオードＰ（１）〜Ｐ（４）を有する構成を示したが、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、干渉信号変換手段４４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、干渉信号変換手段４４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１、図５に示す装置において、ＰＬＣ基板４１を温度調節する温調手段（例えば、ペルチェ素子）を設けてもよい。このように温調手段が、ＰＬＣ基板４１を温度調整するので、温度安定性がよくなる。また、図６〜図８に示す装置と比較して、干渉計を構成するＰＬＣ基板４１のみを温度調整すればよく、温度調節が容易になる。

図４に示す装置において、ピッチ変換素子４８にＰＬＣ基板を設ける構成を示したが、その他の光導波路型の素子を用いてよい。例えば、光カプラの製造で用いられるように、ファイバ溶融延伸によってファイバの出射端間距離Ｄをファイバ径以下にしたものを用いてもよい。

図３、図４に示す装置において、図５に示すようにレンズ４２の代わりに凹面反射鏡を用いても良い。

図１、図３、図４に示す装置において、Ｘ軸（フォトダイオードＰ（ｎ）の配列方向）とＹ軸とで異なった焦点距離にしてもよい。この場合、レンズ４２は、フォトダイオードアレイ４３のフォトダイオードＰＤ（ｎ）の並ぶ方向（つまり、Ｘ軸）に対して、出射光の光路を平行光にするとよい。そして、フォトダイオードＰＤ（ｎ）の長手方向に対して集光させ、被測定光を効率よくフォトダイオードＰＤ（ｎ）に入射させるとよい。

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。 従来の波長モニタの構成を示した図である。 従来の波長モニタのその他の構成を示した図である。 従来の波長モニタのその他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（Ａ相とＢ相）の一例を示した図である。

符号の説明

４１ ＰＬＣ基板
４２ レンズ
４３ フォトダイオードアレイ
４４ 干渉信号変換手段
４５ 信号処理手段
４６ 光カプラ
４８ ピッチ変換素子
４９ 凹面反射鏡
Ｐ（１）〜Ｐ（ｎ） フォトダイオード

Claims (11)

1. 被測定光の波長を測定する波長モニタにおいて、
   前記被測定光を２分岐して出力する光導波路型の光分岐素子と、
   この光分岐素子から出力される２個の出射光を平行光にすると共に干渉させる干渉光学素子と、
   この干渉光学素子からの干渉光を受光するフォトダイオードを複数有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が９０°ずれた干渉信号を生成する干渉信号変換手段と、
   この干渉信号変換手段の干渉信号から被測定光の波長を求める信号処理手段と
   を設けたことを特徴とする波長モニタ。
2. 光分岐素子は、分岐され出射されるまでの光路長が異なり、出射端が並列に配置されることを特徴とする請求項１記載の波長モニタ。
3. 光分岐素子は、平面光回路基板であることを特徴とする請求項１または２記載の波長モニタ。
4. 光分岐素子は、光カプラであることを特徴とする請求項１または２記載の波長モニタ。
5. 光カプラの出射端の間隔をファイバ径よりも狭くする光導波路型のピッチ変換素子を設けたことを特徴とする請求項４記載の波長モニタ。
6. ピッチ変換素子は、平面光回路基板であることを特徴とする請求項５記載の波長モニタ。
7. ピッチ変換素子は、２本の光ファイバの溶融延伸から構成されることを特徴とする請求項５記載の波長モニタ。
8. 干渉光学素子は、レンズであることを特徴とする請求項１〜７のいずれに記載の波長モニタ。
9. 干渉光学素子は、凹面反射鏡であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の波長モニタ。
10. 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、干渉光の干渉縞の空間的な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。
11. 干渉光学素子は、前記フォトダイオードアレイのフォトダイオードの並ぶ方向に対して、前記出射光を平行光にすることを特徴とする請求項１記載の波長モニタ。
    

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