JP2011150199A - 波長分散素子及び分光装置 - Google Patents
波長分散素子及び分光装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011150199A JP2011150199A JP2010012347A JP2010012347A JP2011150199A JP 2011150199 A JP2011150199 A JP 2011150199A JP 2010012347 A JP2010012347 A JP 2010012347A JP 2010012347 A JP2010012347 A JP 2010012347A JP 2011150199 A JP2011150199 A JP 2011150199A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- incident
- light
- wavelength dispersion
- dispersion element
- diffraction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
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
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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)
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010012347A JP2011150199A (ja) | 2010-01-22 | 2010-01-22 | 波長分散素子及び分光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010012347A JP2011150199A (ja) | 2010-01-22 | 2010-01-22 | 波長分散素子及び分光装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011150199A true JP2011150199A (ja) | 2011-08-04 |
Family
ID=44537234
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010012347A Pending JP2011150199A (ja) | 2010-01-22 | 2010-01-22 | 波長分散素子及び分光装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011150199A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014002286A (ja) * | 2012-06-19 | 2014-01-09 | Ricoh Opt Ind Co Ltd | 偏光解消素子及びその素子を用いた光学機器 |
CN117268279A (zh) * | 2023-09-13 | 2023-12-22 | 北京讯腾智慧科技股份有限公司 | 一种应变光纤传感器及其制造方法、集成波导传感器 |
WO2024045600A1 (zh) * | 2022-08-29 | 2024-03-07 | 上海禾赛科技有限公司 | 多波长的扫描装置及制造方法、激光雷达及发射模块 |
-
2010
- 2010-01-22 JP JP2010012347A patent/JP2011150199A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014002286A (ja) * | 2012-06-19 | 2014-01-09 | Ricoh Opt Ind Co Ltd | 偏光解消素子及びその素子を用いた光学機器 |
WO2024045600A1 (zh) * | 2022-08-29 | 2024-03-07 | 上海禾赛科技有限公司 | 多波长的扫描装置及制造方法、激光雷达及发射模块 |
CN117268279A (zh) * | 2023-09-13 | 2023-12-22 | 北京讯腾智慧科技股份有限公司 | 一种应变光纤传感器及其制造方法、集成波导传感器 |
CN117268279B (zh) * | 2023-09-13 | 2024-05-10 | 北京讯腾智慧科技股份有限公司 | 一种应变光纤传感器及其制造方法、集成波导传感器 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7986407B2 (en) | Method and apparatus using volume holographic wavelength blockers | |
JP6332987B2 (ja) | 光学式エンコーダ | |
CN104348083B (zh) | 波长监视器以及光模块 | |
JP4473665B2 (ja) | 分光器 | |
US7538945B2 (en) | Optical path changing module | |
US9485046B1 (en) | Optical spot array pitch compressor | |
US9772449B2 (en) | Wavelength multiplexer/demultiplexer and optical module | |
JP2006275654A (ja) | 変位検出装置及び変位計測装置並びに定点検出装置 | |
KR20140112012A (ko) | 집적된 서브-파장 격자 시스템 | |
JP2010061139A (ja) | 光モジュール | |
US7369232B2 (en) | Stokes parameter measurement device and method | |
US10782125B2 (en) | Interference fringe projection optical system and shape measurement apparatus | |
JP4969057B2 (ja) | 変位検出装置及び変位計測装置並びに定点検出装置 | |
DK2929307T3 (en) | SPECTROMETER FOR ANALYZING A SPECTRUM SPECTRUM | |
JP6097412B2 (ja) | 光学装置 | |
JP2011150199A (ja) | 波長分散素子及び分光装置 | |
JP2011117884A (ja) | 分光測定器 | |
JP2004523764A (ja) | 高いスペクトル解像度を有している集積型分光器および特に高速通信と高速測定とのための集積型分光器ならびにその製造方法 | |
JPH05281041A (ja) | 分光器 | |
JP2022027890A (ja) | 変位検出装置 | |
US6909506B2 (en) | Stokes parameter measurement device and method | |
JP4122514B2 (ja) | 分光装置 | |
JP2010153584A (ja) | 光モジュールおよび波長制御方法 | |
JP2004240215A (ja) | 光通信デバイスおよび光通信システム | |
JP2005338475A (ja) | 光フィルタ装置 |