JP2011150199A - 波長分散素子及び分光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストであるとともに耐環境性に優れる波長分散素子、及び当該素子を備えることによって使用可能な波長帯域を広くすることができる分光装置を提供する。
【解決手段】分光装置１は、回折格子２２が形成された回折面Ｌ２と、入射光が入射される入射面Ｌ１と、入射面Ｌ１から入射した入射光を回折面Ｌ２に向けて反射するとともに、回折面Ｌ２を２回介した光が外部に射出される射出面Ｌ４と、射出面Ｌ４で反射されて回折面Ｌ２を１回介した光を回折面Ｌ１に向けて反射する反射面Ｌ３とを備える波長分散素子１４と、入射光を波長分散素子１４の入射面Ｌ１に導く入射光学系（光ファイバ１１〜偏光解消板１３）と、波長分散素子１４の射出面Ｌ４から射出される光を集光するフォーカシングレンズ１５と、集光された光を受光する光検出器１６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、入射光を波長毎に分離する波長分散素子、及び当該素子を備える分光装置に関する。

近年、回折格子等の波長分散素子と複数の受光素子を有する光検出器とを備えており、波長分散素子を回転させずに各受光素子が設けられている位置と各受光素子から出力される信号の強度との関係から演算により入射光の光スペクトルを求める分光装置が開発されている。この分光装置は、光スペクトルの測定を高速に行うことができるため、例えば波長分割多重（ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing））光の各チャネルの光強度を測定する光チャネルモニタとして用いられる。

以下の特許文献１には、波長分散素子を回転させることなく光スペクトルの測定を行う分光装置であって、波長分散素子に一体化されたビーム形状補正手段を備える分光装置が開示されている。この分光装置では、ビーム形状補正手段によって、入射光を波長分散素子に入射させるとともに波長分散素子で分離された光を屈折させて射出させることにより、耐湿性及び温度特性の改善を可能としている。

また、近年においては、分解能を向上させるとともにダイナミックレンジを拡大させるべく、波長分散素子に対して被測定光を往復させるダブルパス型の分光装置の開発も行われている。以下の特許文献２には、ダブルパス型の分光装置と同様に、波長分散素子に対して信号光を往復させることにより、ＷＤＭ光の生成を行うマルチプレクサ又はＷＤＭ光の分離を行うデマルチプレクサとして用いることが可能な装置が開示されている。

具体的に、以下の特許文献２に開示された装置は、入射面、射出面、及び回折格子面を有する波長分散素子と、波長分散素子の入射面に対面配置されたコリメーティングレンズと、波長分散素子の射出面に対して平行に配置された反射鏡とを備える装置である。この装置では、コリメーティングレンズで平行光にされた信号光が波長分散素子の入射面から入射して回折格子面で回折され、回折された光のうち射出面から射出された光が反射鏡で反射されて再び波長分散素子の回折格子面で回折され、２度目に回折された光が波長分散素子の入射面からコリメーティングレンズに向けて射出される。

以上の装置において、コリメーティングレンズの焦点位置からコリメーティングレンズに向けてＷＤＭ光を照射すれば、ＷＤＭ光が以上説明した経路を介することによって波長毎の信号光に分離され、分離された信号光がコリメーティングレンズの焦点位置の周辺で得られる。これに対し、コリメーティングレンズの焦点位置の周辺からコリメーティングレンズに向けて波長の異なる信号光を照射すれば、各信号光が合成されてＷＤＭ光が生成され、ＷＤＭ光がコリメーティングレンズの焦点位置で得られる。

特開２０００−３２１１３５号公報 米国特許第６４９６６２２号明細書

ところで、上述した特許文献２に開示された装置は、コリメーティングレンズで平行光にされて波長分散素子に入射されるべき入射光と、波長分散素子の回折格子面で分散されてコリメーティングレンズに向けて射出されるべき射出光とを、波長分散素子の同一面（入射面）を介して入射及び射出させる構成である。かかる構成は、入射光の入射角及び射出光の射出角を個別に制御することができないため、使用可能な波長帯域を広くすることができないという問題がある。

また、特許文献２に開示された装置が備える波長分散素子は、ダブルパス型の分光装置に適用可能であると考えられる。しかしながら、このような波長分散素子を分光装置に適用しようとすると、波長分散素子に対して光検出器を正確に配置する必要があるため、振動や温度変化による位置ずれにより極端に性能が悪化してしまい、耐環境性の面からの問題がある。

更に、特許文献２に開示された波長分散素子の回折格子面は、ガラス等の材料で構成されるプリズムに回折格子を直接描形成して形成されたもの、或いはガラス等の材料で構成されるプリズムに樹脂からなる回折格子を複製転写した形成されたものである。前者の回折格子面を有する波長分散素子は、高コストになるとともに量産が困難であるという問題がある。これに対し、後者の回折格子面を有する波長分散素子は、低コストではあるものの樹脂層が直接大気に触れるため、温度や湿度等の耐環境性の面からの問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、低コストであるとともに耐環境性に優れる波長分散素子、及び当該素子を備えることによって使用可能な波長帯域を広くすることができる分光装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の波長分散素子は、入射光を波長毎に分離する波長分散素子（１４、３０）であって、回折格子（２２）が設けられる回折面（Ｌ２）と、前記入射光が入射される入射面（Ｌ１）と、前記入射面から入射した前記入射光を前記回折面に向けて反射するとともに、前記回折面を２回介した光が外部に射出される射出面（Ｌ４）と、前記射出面で反射されて前記回折面を１回介した光を前記回折面に向けて反射する反射面（Ｌ３）とを備えることを特徴としている。
本発明によると、入射面から入射した入射光は射出面で回折面に向けて反射され、回折面で回折された光のうち反射面に向けて反射された光が反射面で反射されて再び回折面に入射し、回折面で２回目に回折された光のうち射出面に向けて回折された光が射出面から外部に射出される。
また、本発明の波長分散素子は、前記射出面が、前記入射面から入射した前記入射光を反射する反射膜が形成された第１領域（Ａ１）と、前記第１領域に対して前記回折格子の溝方向にずらした位置に配置され、前記回折面を２回介した光を透過する第２領域（Ａ２）とを有することを特徴としている。
また、本発明の波長分散素子は、前記反射面には、前記射出面の第１領域で反射されて前記回折面を１回介した光を、前記回折格子の溝方向に光路をシフトさせて前記回折面に向けて反射するコーナーキューブ（２３）が設けられていることを特徴とする。
また、本発明の波長分散素子は、前記反射面には、前記射出面の第１領域で反射されて前記回折面を１回介した光を、前記回折方向の溝方向における斜め方向に向けて反射する楔形状のプリズム素子（３１）が設けられていることを特徴としている。
また、本発明の波長分散素子は、前記入射面となる第１面（Ｌ１１）、前記反射面の前記第１領域となる第２面（Ｌ１３）、前記回折面となる第３面（Ｌ１２）、及び前記射出面となる第４面（Ｌ１４）を有する第１プリズム（４１）と、前記第１面と面一にされて前記入射面となる第５面（Ｌ２１）、前記第２面と面一にされて前記反射面の前記第２領域となる第６面（Ｌ２３）、前記第３面と面一にされて前記回折面となる第７面（Ｌ２２）、及び前記第４面と面一にされて前記射出面となる第８面（Ｌ２４）を有する第２プリズム（４２）とを貼り合わせてなることを特徴としている。
本発明の分光装置は、入射光を分光して光スペクトルを求める分光装置（１、２）において、上記の何れかに記載の波長分散素子（１４、３０）と、前記波長分散素子の前記入射面に前記入射光を導く入射光学系（１１〜１３）と、前記波長分散素子の前記射出面から射出される光を集光する集光レンズ（１５）と、前記集光レンズで集光された光を受光する複数の受光素子を有する光検出器（１６）とを備えることを特徴としている。

本発明によれば、入射光を入射面から入射させて射出面で回折面に向けて反射させ、回折面で回折された光のうち反射面に向けて反射された光を反射面で反射させて再び回折面に入射させ、回折面で２回目に回折された光のうち射出面に向けて回折された光を射出面から外部に射出している。これにより、入射光の入射角と射出面から外部に射出される光の射出角とを個別に制御することができるため使用可能な波長帯域を広くすることができ、更には低コストであるとともに耐環境性に優れるという効果がある。

本発明の第１実施形態による分光装置の構成を示す平面図である。 本発明の第１実施形態による波長分散素子の構成を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態による波長分散素子の構成を示す分解斜視図である。 本発明の第１実施形態による分光装置の特性の一例を示す図である。 本発明の第２実施形態による波長分散素子の構成を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態による分光装置の構成を示す平面図である。 本発明の第４実施形態による波長分散素子の一部を示す分解斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態による波長分散素子及び分光装置について詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態による分光装置の構成を示す平面図である。図１に示す通り、本実施形態の分光装置１は、光ファイバ１１（入射光学系）、コリメーティングレンズ１２（入射光学系）、偏光解消板１３（入射光学系）、波長分散素子１４、フォーカシングレンズ１５、及び光検出器１６を備えており、光ファイバ１１から射出される光（入射光）を波長毎に分離して受光し、波長毎の強度を示す受光信号を出力するものである。尚、本実施形態の分光装置１は、ＣバンドのＷＤＭ光（波長１５３０〜１５６５ｎｍ）に含まれる各チャネルの光強度を測定する光チャネルモニタとして用いられるものであるとする。

光ファイバ１１は、入射光としてのＷＤＭ光を外部から分光装置１内に導くものである。コリメーティングレンズ１２は、光ファイバ１１の射出端１１ａから射出されるＷＤＭ光を平行光にする。偏光解消板１３は、波長分散素子１４の偏光依存性を解消するために、コリメーティングレンズ１２で平行光にされたＷＤＭ光の偏光状態を変えるものである。具体的に、偏光解消板１３は、自らの光学軸に対して４５°方向に厚みが連続的に変化するように形状設定された楔形状の水晶板と、自らの光学軸に対して−４５°方向に厚みが連続的に変化するように形状設定された楔形状の水晶板とを、各々の光学軸が互いに直交する状態に貼り合わせてなるものであり、直線偏光の光を互いに直交する直線偏光の光に変える。

波長分散素子１４は、偏光解消板１３を介して入射面Ｌ１から入射するＷＤＭ光を波長成分毎（チャネル毎）に分離し、分離したチャネル毎の信号光をそれぞれ異なる角度でフォーカシングレンズ１５に向けて射出する。尚、波長分散素子１４の詳細については後述する。フォーカシングレンズ１５は、波長分散素子１４の射出面Ｌ４から互いに異なる角度で射出されたチャネル毎の信号光を、光検出器１６の受光面１６ａ上に集光する。

光検出器１６は、複数のＰＤ（Photo Diode：フォトダイオード）（受光素子）を配列してなるＰＤＡ（PhotoDiode Array：フォトダイオードアレイ）を備えており、フォーカシングレンズ１５で集光される光をＰＤＡで受光して光電変換し、各チャネルの光強度を示す受光信号を出力する。尚、光検出器１６が備えるＰＤＡは、受光面１６ａ上において、複数のＰＤが波長分散素子１４の分散方向に沿う方向に配列されるよう配置されている。

具体的に、光検出器１６が備えるＰＤＡの個々のＰＤは、配列方向における幅が２５μｍであり、配列方向に交差する方向の長さが数百μｍ〜数ｍｍ程度である。かかる大きさのＰＤの各々が、２５μｍの間隔をもって配列方向に複数配列されている。尚、ＰＤの配列数は任意で良いが、例えばＰＤが６４０個程度配列されたＰＤＡを用いることができる。

尚、光検出器１６から出力される受光信号は、不図示の演算装置に入力されて所定の演算処理が施される。かかる演算処理が施されることにより、光ファイバ１１の射出端１１ａから射出されるＷＤＭ光の波長及びパワー又は光スペクトルが求められ、これによりＷＤＭ光に含まれる各チャネルの光強度が測定される。測定された各チャネルの光強度は、ディジタル信号として外部に出力され、或いは不図示の表示装置に表示される。

次に、分光装置１が備える波長分散素子１４について詳細に説明する。図２は本発明の第１実施形態による波長分散素子の構成を示す斜視図であり、図３は同波長分散素子の分解斜視図である。これら図２，図３に示す通り、波長分散素子１４は、プリズム２１に回折格子２２とコーナーキューブ２３とを貼り付けてなるものである。

プリズム２１は、互いに平行な上面及び底面に加えて、上面及び底面に直交する５つの側面（入射面Ｌ１、回折面Ｌ２、反射面Ｌ３、射出面Ｌ４、及び補助面Ｌ５）を有する７面体形状の光学部材であり、入射面Ｌ１が偏光解消板１３に対面し、射出面Ｌ４がフォーカシングレンズ１５に対面するように配置される。このプリズム２１は、例えばガラスの一種である「ＢＫ７」から形成されており、光ファイバ１１から射出されるＷＤＭ光の波長域に対して透明である。

入射面Ｌ１は、偏光解消板１３を介したＷＤＭ光が入射される面である。この入射面Ｌ１は、外部からのＷＤＭ光がプリズム２１に入射される唯一の面であり、プリズム２１の上面及び底面並びに他の側面を介してＷＤＭ光がプリズム２１内に入射されることはない。回折面Ｌ２は、回折格子２２が貼り付けられる面であり、プリズム２１内に入射して射出面Ｌ４で反射されたＷＤＭ光、及び回折面Ｌ２で１回回折された後に反射面Ｌ３で反射されて再び回折面Ｌ２に入射する光を回折する面である。

反射面Ｌ３は、コーナーキューブ２３が貼り付けられる面であり、回折面Ｌ２で１回回折された光を、コーナーキューブ２３の作用によって上下方向（回折格子２２の溝に沿う方向）に光路をシフトさせて回折面Ｌ２に向けて反射する面である。射出面Ｌ４は、入射面Ｌ１から入射したＷＤＭ光を回折面Ｌ２に向けて反射するとともに、回折面Ｌ２を２回介した光が外部に射出される面である。

ここで、射出面Ｌ４は、反射膜（例えば、誘電体多層膜、金属の薄膜、又は誘電体多層膜と金属の薄膜とを組み合わせた薄膜等）が形成された反射領域Ａ１（第１領域）と、反射膜が形成されていない透過領域Ａ２（第２領域）とを上下方向に有している。射出面Ｌ４の反射領域Ａ１には入射面Ｌ１から入射したＷＤＭ光が入射され、透過領域Ａ２には、回折面Ｌ２を２回介した光が入射される。尚、補助面Ｌ５は、プリズム２１の製造の都合上残されてしまう面であり、ＷＤＭ光をチャネル毎の信号光に分離するために用いられる面ではない。

補助面Ｌ５は回折面Ｌ２に対して９０度の角度をなしており、射出面Ｌ４は回折面Ｌ２に対して９８度の角度をなすように形成されている。射出面Ｌ４の角度（９８度）は、反射領域Ａ１で反射されたＷＤＭ光の回折面Ｌ２に対する入射角と、透過領域Ａ２から外部に射出されるチャネル毎の信号光の射出角とを考慮して決定される。尚、補助面Ｌ５は、上述の通りプリズム２１の製造の都合上残されてしまう面であって加工により形成された面ではないため、回折面Ｌ２に対して９０度の角度をなしている。

反射面Ｌ３は、射出面Ｌ４に対して１６０〜１７０度程度の角度をなすように形成されている。この反射面Ｌ３の角度は、光ファイバ１１の射出端１１ａ、回折面Ｌ２、及び反射面Ｌ３によってリットマン型共振器が実現されるように設定される。尚、反射面Ｌ３の角度は、ＷＤＭ光の波長域に応じて異なる角度に設定される。入射面Ｌ１は、回折面Ｌ２に対して１５０度程度の角度をなすよう形成されている。この入射面Ｌ１の角度は、射出面Ｌ４の反射領域Ａ１で反射されたＷＤＭ光の回折面Ｌ２に対する入射角と、入射面Ｌ１に対するＷＤＭ光の入射角とを考慮して決定される。

ここで、偏光解消板１３を介したＷＤＭ光を入射面Ｌ１に対して垂直入射させても良いが、入射面Ｌ１に対して斜め方向から所定の入射角をもって入射させるのが好ましい。これは、光ファイバ１１の射出端１１ａと入射面Ｌ１との間の多重反射によって生ずるノイズを避けるとともに、プリズム２１の入射面Ｌ１で反射されて光ファイバ１１の入射端１１ａから光ファイバ１１内に入射される戻り光を防止するためである。

プリズム２１の回折面Ｌ２に貼り付けられる回折格子２２は、プリズム２１と同じ材質（例えば、ガラスの一種である「ＢＫ７」）で形成された直方体形状の透明基板上に、エポキシ樹脂等の樹脂によって回折溝を形成したものである。この回折格子２２は、回折溝をプリズム２１の回折面Ｌ２に向けて、回折溝がプリズム２１の上面及び底面に対して直交するように貼り付けられる。

このように、樹脂で形成された回折溝は、同じ材質で形成されたプリズム２１と透明基板とによって挟持されるため、直接大気に触れることはない。また、回折溝を挟持するプリズム２１と透明基板の熱膨張係数が同じであるため、温度変化が生じても回折溝にかかる応力を小さくすることができる。従って、本実施形態の分光装置１に設けられる波長分散素子１４は、温度や湿度等の耐環境性に優れる。更に、プリズム２１の回折面Ｌ２に直接回折溝を形成する場合に比べて低コストで製造することができる。

プリズム２１の反射面Ｌ３に貼り付けられるコーナーキューブ２３は、プリズム２１と同じ材質（例えば、ガラスの一種である「ＢＫ７」）で形成された直角二等辺三角柱形状の透明部材であって、互いに直交する２つの面に反射膜（例えば、誘電体多層膜、金属の薄膜、又は誘電体多層膜と金属の薄膜とを組み合わせた薄膜等）を形成したものである。このコーナーキューブ２３は、斜面をプリズム２１の反射面Ｌ３に向けて貼り付けられている。

次に、以上説明した構成の分光装置１の動作について説明する。光伝送路を介して伝送されてきたＷＤＭ光は、その一部が光カプラ等の分岐素子（図示省略）により分岐され光ファイバ１１を介して分光装置１の内部に導かれ、光ファイバ１１の射出端１１ａから射出される。光ファイバ１１の射出端１１ａから射出されたＷＤＭ光は、コリメーティングレンズ１２に入射して平行光にされ、次いで偏光解消板１３に入射して例えば互いに直交する直線偏光の光に変換される。

コリメーティングレンズ１２及び偏光解消板１３を順次介したＷＤＭ光は、波長分散素子１４の入射面Ｌ１に対して斜め方向から所定の入射角をもって入射する。尚、図２に示す通り、入射面Ｌ１内に対するＷＤＭ光の入射位置Ｐ１は、射出面Ｌ４において反射領域Ａ１が形成されている側（図２に示す例では入射面Ｌ１の上側）と同じ側である。入射面Ｌ１から波長分散素子１４の内部に入射したＷＤＭ光は、射出面Ｌ４の反射領域Ａ１に入射して回折面Ｌ２に向けて反射され、その後に回折面Ｌ２に入射する。尚、図２では、射出面Ｌ４及び回折面Ｌ２に対するＷＤＭ光の入射位置を、それぞれ入射位置Ｐ２，Ｐ３で表している。

回折面Ｌ２に入射したＷＤＭ光は、その波長に応じた角度で回折される。回折面Ｌ２で回折された光のうち反射面Ｌ３に向けて回折された光は、まずコーナーキューブ１３で下方向に反射され、次いで回折面Ｌ２に向けて反射される。尚、図２では、回折面Ｌ２で回折された光がコーナーキューブ２３で反射される位置を、それぞれ反射位置Ｐ４，Ｐ５で表している。回折面Ｌ２で回折された光がコーナーキューブ２３で２回反射されることにより、回折格子２２の回折溝に沿う方向に光路がシフトされて回折面Ｌ２に再び入射することになる。尚、図２では、コーナーキューブ２３で反射されて回折面Ｌ２に入射する光の入射位置を、入射位置Ｐ６で表している。

回折面Ｌ２に再び入射した光は、その波長に応じた角度で回折される。回折面Ｌ２で回折された光（２回回折された光）のうち射出面Ｌ４に向けて回折された光は、射出面Ｌ４の透過領域Ａ２に入射して波長毎（チャネル毎）に互いに異なる角度をもって波長分散素子１４の外部に射出される。尚、図２では、回折面Ｌ２で回折された光の射出面Ｌ４に対する入射位置を、入射位置Ｐ７で表している。

波長分散素子１４の射出面Ｌ４から射出された光（チャネル毎の信号光）は、フォーカシングレンズ１５によって光検出器１６の受光面１６ａ上に集光され、光検出器１６に設けられたＰＤＡで受光されて光電変換される。これにより、光検出器１６からは、各チャネルの光強度を示す受光信号が出力される。光検出器１６から受光信号が出力されると、不図示の演算装置で所定の演算処理が施されて、光ファイバ１１の射出端１１ａから射出されるＷＤＭ光の波長及びパワー又は光スペクトルが求められる。以上の処理によって、ＷＤＭ光に含まれる各チャネルの光強度が測定される。

図４は、本発明の第１実施形態による分光装置の特性の一例を示す図である。図４に示すグラフは、分光装置１が備える光検出器１６に配列形成された受光素子（ＰＤ）間の波長差を示すグラフである。つまり、光検出器１６に配列形成された受光素子のうちの１つによって受光される光の波長と、この受光素子に隣接する受光素子によって受光される光の波長との差を示したものである。

尚、図４では、横軸に受光素子の位置をとり、縦軸に受光素子間の波長差をとっている。また、図４では、配列形成された受光素子の中央の位置を「０」としており、両端の位置をそれぞれ「−１」，「１」としている。配列位置が「−１」側である受光素子は短波長側の光（例えば、波長が１５３０ｎｍである光）を受光し、配列位置が「１」側である受光素子は長波長側の光（例えば、波長が１５６５ｎｍである光）を受光する。

図４において、符号Ｃ１を付して示した曲線は本実施形態の分光装置１の素子間波長差を示す曲線であり、符号Ｃ２を付して示した曲線は従来の分光装置の素子間波長差を示す曲線である。図４に示す通り、従来の分光装置は、一方の端部（「−１」）における素子間波長差と他方の端部（「１」）における素子間波長差との差が大きく、全体的に短波長側であるほど素子間波長差が大きくなる特性であることが分かる。これに対し、本実施形態の分光装置は、両端部における素子間波長差の差が従来の分光装置ほど大きくはなく、また素子間波長差が全体的にほぼ一定であることが分かる。

ここで、素子間波長差が大きくなることは、１つの受光素子で受光される光の波長域が大きくなって分解能が低下し、その結果として使用可能な波長帯域が狭くなることを意味する。従って、素子間波長差は、配列された受光素子の全体に亘ってほぼ一定であって、その値が小さいことが望ましい。図４に示す通り、本実施形態の分光装置１は、従来の分光装置よりも素子間波長差のばらつきが小さく、しかもその値も小さいため、従来の分光装置よりも分解能を高めることができる。

また、本実施形態においては、波長分散素子１４で分離された信号光は、ＷＤＭ光が入射する入射面Ｌ１とは異なる射出面Ｌ４から射出されるため、波長分散素子１４に対するＷＤＭ光の入射角と波長分散素子１４からの信号光の射出角とを個別に調整することができる。以上から、本実施形態の分光装置１は、使用可能な波長域を広げることができる。

〔第２実施形態〕
図５は、本発明の第２実施形態による波長分散素子の構成を示す斜視図である。尚、本実施形態の波長分散素子を備える分光装置の全体構成は、前述した第１実施形態による分光素子１とほぼ同様である。図５に示す通り、本実施形態の波長分散素子３０は、第１実施形態で説明した波長分散素子１４の一部をなすコーナーキューブ２３を反射鏡３１（プリズム素子）に代えたものである。

反射鏡３１は、プリズム２１と同じ材質（例えば、ガラスの一種である「ＢＫ７」）で形成された楔形状（直角三角柱形状）の透明部材であって、斜面に反射膜（例えば、誘電体多層膜、金属の薄膜、又は誘電体多層膜と金属の薄膜とを組み合わせた薄膜等）を形成したものである。この反射鏡３１は、互いに直交する２つの面の一方をプリズム２１の反射面Ｌ３に向けて貼り付けられている。

前述した第１実施形態の波長分散素子１４は、回折面Ｌ２で１回回折された光を、コーナーキューブ２３の作用によって上下方向（回折格子２２の溝に沿う方向）に光路をシフトさせて回折面Ｌ２に向けて反射させるものであった。これに対し、本実施形態の波長分散素子３０は、回折面Ｌ２で１回回折された光を、上下方向における斜め方向（回折格子２２の溝に沿う方向の斜め方向）に向けて反射させるものである。

具体的に、本実施形態の波長分散素子３０において、入射面Ｌ１の入射位置Ｐ１に入射したＷＤＭ光（偏光解消板１３を介したＷＤＭ光）は、第１実施形態の波長分散素子１４に入射したＷＤＭ光と同様に、射出面Ｌ４の反射領域Ａ１内における入射位置Ｐ２に入射して回折面Ｌ２に向けて反射され、回折面Ｌ２内における入射位置Ｐ３に入射する。回折面Ｌ２に入射したＷＤＭ光は、その波長に応じた角度で回折される。

回折面Ｌ２で回折された光のうち反射面Ｌ３に向けて回折された光は、反射鏡３１によって斜め下方向に反射されて回折面Ｌ２に再び入射する。尚、図２では、回折面Ｌ２で回折された光が反射鏡３１で反射される位置を反射位置Ｐ１１で表しており、反射鏡３１で反射された光が回折面Ｌ２に入射する位置を入射位置Ｐ１２で表している。回折面Ｌ２に再び入射した光は、その波長に応じた角度で回折され、射出面Ｌ４に向けて回折された光が、射出面Ｌ４の透過領域Ａ２に入射して波長毎（チャネル毎）に互いに異なる角度をもって波長分散素子３０の外部に射出される。尚、図２では、回折面Ｌ２で回折された光の射出面Ｌ４に対する入射位置を、入射位置Ｐ１３表している。

以上説明した通り、本実施形態の波長分散素子３０は、第１実施形態の波長分散素子１４とは、反射面Ｌ３における反射のさせ方（回折面Ｌ２で回折された光の反射のさせ方）が異なるだけであって基本的な性能は同じである。このため、波長分散素子３０を備える分光装置は、温度や湿度等の耐環境性に優れるとともに、従来の分光装置よりも分解能を高めることができ、その結果として使用可能な波長域を広げることができる。

〔第３実施形態〕
図６は、本発明の第３実施形態による分光装置の構成を示す平面図である。図６に示す通り、本実施形態の分光装置２は、図１に示す分光装置１と同様に、光ファイバ１１、コリメーティングレンズ１２、偏光解消板１３、波長分散素子１４、フォーカシングレンズ１５、及び光検出器１６を備えている。但し、波長分散素子１４の一部をなすプリズム２１の入射面Ｌ１に偏光解消板１３が貼り付けられており、波長分散素子１４と偏光解消板１３とが一体化されている点が分光装置１とは異なる。

偏光解消板１３と波長分散素子１４とが一体化されていることにより、製造時におけるこれらの相対的な位置関係の調整が不要になるとともに、振動や温度変化による位置ずれを回避することができる。このように、本実施形態の分光装置２も耐環境性に優れるとともに、従来の分光装置よりも分解能を高めることができ、その結果として使用可能な波長域を広げることができる。

〔第４実施形態〕
図７は、本発明の第４実施形態による波長分散素子の一部を示す分解斜視図である。尚、本実施形態の波長分散素子を備える分光装置の全体構成は、前述した第１実施形態による分光素子１又は第３実施形態による分光装置２と同様である。前述した第１〜第３実施形態における波長分散素子１４，３０が備えるプリズム２１は１つの光学部材からなるものであった。これに対し、本実施形態の波長分散素子は、プリズム２１に代えて第１プリズム４１と第２プリズム４２とを貼り合わせてなるプリズム４０を備える点が異なる。

第１プリズム４１は、プリズム２１と同様に、互いに平行な上面及び底面に加えて、入射面Ｌ１１（第１面）、回折面Ｌ１２（第３面）、反射面Ｌ１３（第２面）、射出面Ｌ１４（第４面）、及び補助面Ｌ１５を有する７面体形状の光学部材である。第１プリズム４１の反射面Ｌ１３には、例えば、誘電体多層膜、金属の薄膜、又は誘電体多層膜と金属の薄膜とを組み合わせた薄膜等の反射膜が形成されている。また、第２プリズム４２は、第１プリズム４１と同じ７面体形状であり、互いに平行な上面及び底面に加えて、入射面Ｌ２１（第５面）、回折面Ｌ２２（第７面）、反射面Ｌ２３（第６面）、射出面Ｌ２４（第８面）、及び補助面Ｌ２５を有する。

第１プリズム４１及び第２プリズム４２は、その厚みがプリズム２１の厚みの半分程度であって、プリズム２１と同様に、例えばガラスの一種である「ＢＫ７」から形成されている。これら第１プリズム４１及び第２プリズム４２は、入射面Ｌ１１，Ｌ２１が面一になり、回折面Ｌ１２，Ｌ２２が面一になり、反射面Ｌ１３，Ｌ２３が面一になり、射出面Ｌ１４，Ｌ２４が面一になり、補助面Ｌ１５，Ｌ２５が面一になるように、第１プリズム４１の底面と第２プリズム４２の上面とが貼り付けられている。尚、第１プリズム４１と第２プリズム４２とを貼り合わせてなるプリズム４０は、プリズム１５と同様の形状である。

プリズム４０の面一にされた回折面Ｌ１２，Ｌ２２には、第１〜第３実施形態と同様に、回折格子２２が貼り付けられる。また、面一にされた反射面Ｌ１３，Ｌ２３には第１実施形態又は第２実施形態と同様に、コーナーキューブ２３又は反射鏡３１が貼り付けられる。更には、面一にされた入射面Ｌ１１，Ｌ２１には、第３実施形態と同様に、偏光解消板１３が貼り付けられることもある。

以上の通り、本実施形態の波長分散素子は、第１プリズム４１と第２プリズム４２とを貼り合わせてなるプリズム４０をプリズム２１に代えて設けた構成であり、基本的な性能は第１〜第３実施形態の波長分散素子１４，３０と同様である。このため、本実施形態の波長分散素子を備える分光装置は、温度や湿度等の耐環境性に優れるとともに、従来の分光装置よりも分解能を高めることができ、その結果として使用可能な波長域を広げることができる。

尚、本実施形態においては、ＷＤＭ光が入射される第１プリズム４１の入射面Ｌ１１と面一にされる第２プリズム４２の入射面Ｌ２１に光を遮断する不透明膜を形成し、迷光等の不要な光の入射を防止するのが望ましい。また、第１実施形態と同様に、面一にされた反射面Ｌ１３，Ｌ２３にコーナーキューブ２３が貼り付けられる場合には、第１プリズム４１の底面又は第２プリズム４２の上面にも不透明膜を形成し、第１プリズム４１の底面及び第２プリズム４２の上面を介する光の入射を防止するのが望ましい。

以上、本発明の実施形態による波長分散素子及び分光装置について説明したが、本発明は上記実施形態に制限される訳ではなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、波長分散素子の射出面に反射膜を部分的に形成し（例えば、反射領域Ａ１）、回折面で２回回折された光が射出面の反射膜が形成されていない部分（例えば、透過領域Ａ２）に導かれるようにコーナーキューブ２３又は反射鏡３１で光路を変えていた。しかしながら、反射面をハーフミラーとして用いることができる場合には、コーナーキューブ２３又は反射鏡３１で光路を変える必要はないため、コーナーキューブ２３又は反射鏡３１を省略することも可能である。

また、上記実施形態では、ＣバンドのＷＤＭ光に含まれる各チャネルの光強度を測定する光チャネルモニタとして用いられる分光装置について説明したが、本発明の分光装置は、Ｃバンド以外のＷＤＭ光を測定することも可能である。更に、本発明の分光装置は、光チャネルモニタ以外に、波長成分が不明な入射光の光スペクトルを求める用途にも用いることが可能である。

１，２ 分光装置
１１ 光ファイバ
１２ コリメーティングレンズ
１３ 偏光解消板
１４ 波長分散素子
１５ フォーカシングレンズ
１６ 光検出器
２２ 回折格子
２３ コーナーキューブ
３０ 波長分散素子
３１ 反射鏡
４１ 第１プリズム
４２ 第２プリズム
Ａ１ 反射領域
Ａ２ 透過領域
Ｌ１ 入射面
Ｌ２ 回折面
Ｌ３ 反射面
Ｌ４ 射出面
Ｌ１１，Ｌ２１ 入射面
Ｌ１２，Ｌ２２ 回折面
Ｌ１３，Ｌ２３ 反射面
Ｌ１４，Ｌ２４ 射出面

Claims (6)

1. 入射光を波長毎に分離する波長分散素子であって、
   回折格子が設けられる回折面と、
   前記入射光が入射される入射面と、
   前記入射面から入射した前記入射光を前記回折面に向けて反射するとともに、前記回折面を２回介した光が外部に射出される射出面と、
   前記射出面で反射されて前記回折面を１回介した光を前記回折面に向けて反射する反射面と
   を備えることを特徴とする波長分散素子。
2. 前記射出面は、前記入射面から入射した前記入射光を反射する反射膜が形成された第１領域と、
   前記第１領域に対して前記回折格子の溝方向にずらした位置に配置され、前記回折面を２回介した光を透過する第２領域と
   を有することを特徴とする請求項１記載の波長分散素子。
3. 前記反射面には、前記射出面の第１領域で反射されて前記回折面を１回介した光を、前記回折格子の溝方向に光路をシフトさせて前記回折面に向けて反射するコーナーキューブが設けられていることを特徴とする請求項２記載の波長分散素子。
4. 前記反射面には、前記射出面の第１領域で反射されて前記回折面を１回介した光を、前記回折方向の溝方向における斜め方向に向けて反射する楔形状のプリズム素子が設けられていることを特徴とする請求項２記載の波長分散素子。
5. 前記入射面となる第１面、前記反射面の前記第１領域となる第２面、前記回折面となる第３面、及び前記射出面となる第４面を有する第１プリズムと、
   前記第１面と面一にされて前記入射面となる第５面、前記第２面と面一にされて前記反射面の前記第２領域となる第６面、前記第３面と面一にされて前記回折面となる第７面、及び前記第４面と面一にされて前記射出面となる第８面を有する第２プリズムと
   を貼り合わせてなることを特徴とする請求項２記載の波長分散素子。
6. 入射光を分光して光スペクトルを求める分光装置において、
   請求項１から請求項５の何れか一項に記載の波長分散素子と、
   前記波長分散素子の前記入射面に前記入射光を導く入射光学系と、
   前記波長分散素子の前記射出面から射出される光を集光する集光レンズと、
   前記集光レンズで集光された光を受光する複数の受光素子を有する光検出器と
   を備えることを特徴とする分光装置。

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