JP2012145373A - Spectroscopic instrument and wavelength selection switch using the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spectroscopic instrument in which a change in dispersion characteristics is sufficiently small even when a temperature change is generated.SOLUTION: The spectroscopic instrument includes a first group dispersion element and a second group dispersion element which are arranged in the incident order of a forward beam. When it is defined that an emission angle of the forward beam from the first group dispersion element at a first temperature Tis θ, an emission angle of the forward beam from the first group dispersion element at a second temperature Tdifferent from the first temperature Tis θ', a difference θ'-θof the emission angles is Δθ, an emission angle of a beam along an optical path through which the forward beam at the first temperature Tis emitted from the second group dispersion element, which is also a reverse beam at the second temperature T, is θ", an incident angle of the forward beam at the first temperature Ton the second group dispersion element is θ, and the difference θ"-θof the emission angle and the incident angle is Δθ, the Δθis approximately equal to the Δθ.

Description

本発明は、分光装置及び該分光装置を用いた波長選択スイッチに関する。   The present invention relates to a spectroscopic device and a wavelength selective switch using the spectroscopic device.

従来、分光技術を用いた装置が数多く提案されている。例えば、特許文献1には回折格子を用いた分光装置が開示されている。また、例えば、特許文献2には回折格子を用いた内視鏡が開示されている。さらに、例えば、特許文献3には、プリズムとデジタルマイクロミラーを用いて分光を行う顕微鏡が開示されている。   Conventionally, many apparatuses using spectroscopic techniques have been proposed. For example, Patent Document 1 discloses a spectroscopic device using a diffraction grating. For example, Patent Document 2 discloses an endoscope using a diffraction grating. Furthermore, for example, Patent Document 3 discloses a microscope that performs spectroscopy using a prism and a digital micromirror.

また、例えば特許文献4には光アドドロップ多重化装置という名称で、波長選択スイッチの基本的な構成が開示されている。   For example, Patent Document 4 discloses a basic configuration of a wavelength selective switch under the name of an optical add / drop multiplexer.

ここで、波長選択スイッチとは、ROADM(大容量ネットワークに用いられる、波長多重化された光信号を、光信号のまま分岐/挿入が行えるシステムや技術)におけるノードに配置されるデバイスである。波長選択スイッチは、波長多重されている光信号の伝送経路の切換えを波長毎に行う光スイッチである。   Here, the wavelength selective switch is a device arranged at a node in ROADM (a system or technology that can be used for branching / inserting wavelength-multiplexed optical signals that are used in a large-capacity network). The wavelength selective switch is an optical switch that switches transmission paths of wavelength-multiplexed optical signals for each wavelength.

波長選択スイッチによって、各ノードでは、波長多重された光信号から任意の波長の光信号を取り出すことや、波長多重された光信号に任意の波長の光を混ぜることが可能である。この波長選択スイッチにおいても回折格子が用いられている。   Each node can extract an optical signal having an arbitrary wavelength from the wavelength-multiplexed optical signal, and can mix light having an arbitrary wavelength with the wavelength-multiplexed optical signal by each wavelength selection switch. This wavelength selective switch also uses a diffraction grating.

また、例えば特許文献5においては、光分散装置であって、プリズムに隣接して貼り付けられた回折素子を備えている。回折格子の膨張と隣接するプリズムの屈折率変化によって効果が相殺し、出射角度が変化しないものが開示されている。   Further, for example, in Patent Document 5, a light dispersion device is provided that includes a diffraction element attached adjacent to a prism. There is disclosed a technique in which the effect is canceled by the expansion of the diffraction grating and the change in the refractive index of the adjacent prism, and the emission angle does not change.

特開2007−187550号公報JP 2007-187550 A 特開2007−135989号公報JP 2007-135989 A 特開2000−199855号公報JP 2000-199855 A 特許第3937403号明細書Japanese Patent No. 3937403 特表2003−509714号公報Special table 2003-509714 gazette

しかしながら、特許文献1〜4に記載の従来技術では、温度が変化した際の出射角度の変化について、まったく記述されていない。   However, in the prior arts described in Patent Documents 1 to 4, there is no description at all regarding the change in the emission angle when the temperature changes.

また、例えば、特許文献5に記載の従来技術では、温度変化によって分散特性が変化することを課題として挙げ、その対策を行う構成を提案している。ここでは、温度変化によって分散特性が変化することの主たる原因が、回折格子の基板の熱膨張であるとしている。
しかしながら、分散特性が変化する主原因は、回折格子の基板の熱膨張ではないことがある。大気の屈折率が変化する場合や分散素子内を光線が通る場合は、温度変化による分散素子自身の屈折率の変化が、分散特性の変化の主たる原因となりうる。
Further, for example, in the prior art described in Patent Document 5, a configuration in which the dispersion characteristic changes due to a temperature change is cited as a problem and a countermeasure is proposed. Here, it is assumed that the main cause of the change in dispersion characteristics due to temperature change is the thermal expansion of the substrate of the diffraction grating.
However, the main cause of the change in dispersion characteristics may not be the thermal expansion of the diffraction grating substrate. When the refractive index of the atmosphere changes or when a light beam passes through the dispersion element, a change in the refractive index of the dispersion element itself due to a temperature change can be a main cause of a change in dispersion characteristics.

特に高い屈折率をもつ材料を分散素子に使用している場合はその変化が大きい。このような理由で、従来の分光器では、温度変化に対する安定した分散特性をもつことは困難であった。   The change is particularly great when a material having a high refractive index is used for the dispersive element. For this reason, it has been difficult for conventional spectrometers to have stable dispersion characteristics with respect to temperature changes.

本発明はこの点に着目し、温度変化が生じた場合でも、分散特性の変化が十分に小さい分光装置及びこの分光装置を用いた波長選択スイッチを提供することを目的とする。   The present invention pays attention to this point, and an object of the present invention is to provide a spectroscopic device in which a change in dispersion characteristics is sufficiently small even when a temperature change occurs, and a wavelength selective switch using the spectroscopic device.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明係る分光装置は、
順方向の光線が入射する順に、第1群の分散素子と、第2群の分散素子を有し、
第1の温度Tにおける前記順方向の光線の前記第1群の分散素子からの出射角をθ
前記第1の温度Tとは異なる第2の温度Tにおける前記順方向の光線の前記第1群の分散素子からの出射角をθ’
前記出射角の差分θ'−θをΔθ
前記第1の温度Tにおける前記順方向の光線が前記第2群の分散素子から出射する光路に沿った光線であって、かつ前記第2の温度Tにおける逆方向の光線の前記第2群の分散素子からの出射角をθ”
前記第1の温度Tにおける前記順方向の光線の前記第2群の分散素子への入射角をθ
前記出射角および入射角の差分θ”−θをΔθ
とそれぞれするとき、
ΔθとΔθが略等しいことを特徴とする。
In order to solve the above-described problems and achieve the object, the spectroscopic device according to the present invention includes:
A first group of dispersive elements and a second group of dispersive elements in the order in which forward light rays are incident;
The outgoing angle of the forward ray from the first group of dispersive elements at the first temperature T 1 is θ 4 ,
An outgoing angle of the forward light beam from the first group of dispersion elements at a second temperature T 2 different from the first temperature T 1 is θ ′ 4 ,
The difference θ ′ 4 −θ 4 of the emission angle is expressed as Δθ 4 ,
The forward ray at the first temperature T 1 is a ray along the optical path emitted from the second group of dispersive elements, and the second ray of the reverse ray at the second temperature T 2 . The exit angle from the group of dispersive elements is θ ″ 5 ,
The incident angle of the forward ray at the first temperature T 1 to the second group of dispersive elements is θ 5 ,
The difference θ ″ 5 −θ 5 between the exit angle and the incident angle is Δθ 5 ,
And when
Δθ 4 and Δθ 5 are substantially equal.

また、他の側面において本発明に従う波長選択スイッチは、上述の分光装置を含むことを特徴とする。   In another aspect, a wavelength selective switch according to the present invention includes the above-described spectroscopic device.

本発明によれば、温度変化が生じた場合においても、分散特性の変化が十分に小さい分光装置、及びこの分光装置を用いた波長選択スイッチを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a spectroscopic device in which a change in dispersion characteristics is sufficiently small even when a temperature change occurs, and a wavelength selective switch using the spectroscopic device.

本発明の第1の実施形態及び第2の実施形態に係る分光装置の全体的な構成例を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the example of a whole structure of the spectrometer concerning the 1st Embodiment and 2nd Embodiment of this invention. 第1の実施形態及び第2の実施形態に係る分光装置の分光部の詳細構造例を示す図である。It is a figure which shows the detailed structural example of the spectroscopy part of the spectroscopy apparatus which concerns on 1st Embodiment and 2nd Embodiment. 本発明の第3の実施形態に係る分光装置の分光部の詳細構造例を示す図である。It is a figure which shows the detailed structural example of the spectroscopy part of the spectroscopy apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る波長選択スイッチの全体的な構成例を概略的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows roughly the example of a whole structure of the wavelength selective switch which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 第4の実施形態に係る複数のマイクロミラーを含んで構成されるマイクロミラーアレイの構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structural example of the micromirror array comprised including the several micromirror which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施形態に係る分散した光を導くレンズの構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the lens which guides the dispersed light based on 4th Embodiment. 各実施形態における分光素子の構造を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the spectroscopic element in each embodiment. 第4の実施形態において2つのシリンドリカルレンズを有するレンズの構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structural example of the lens which has two cylindrical lenses in 4th Embodiment.

以下に、本発明のある態様に係る実施形態について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、全図を通して同一の符号は、同一または相当部分を示すものとする。また、この実施の形態により、特許請求の範囲に記載された本発明が限定されるものではない。すなわち、本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。   Hereinafter, an embodiment according to an aspect of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Note that the same reference numerals denote the same or corresponding parts throughout the drawings. Further, the present invention described in the scope of claims is not limited by this embodiment. That is, all the configurations described in the present embodiment are not necessarily essential configuration requirements of the present invention.

(第1の実施形態)
図1は、第1実施形態の分光装置の概略構成を示している。
分光装置は、光線が入力する入射スリット11と、入射スリット11より入射する複数波長の光線16を略平行光に変換するレンズ12と、後述の分光部13と、分光された光をそれぞれ集光するレンズ14と、予め分割された、それぞれの波長帯の光を受光するディテクタアレイ15とを備えている。ディテクタアレイ15は、複数のディテクタ素子を配列して構成されている。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration of the spectroscopic device of the first embodiment.
The spectroscopic device condenses the separated light, an incident slit 11 into which light rays are input, a lens 12 that converts light beams 16 having a plurality of wavelengths incident from the incident slit 11 into substantially parallel light, a later-described spectroscopic unit 13, and the like. And a detector array 15 for receiving light of each wavelength band, which is divided in advance. The detector array 15 is configured by arranging a plurality of detector elements.

図2は、分光部13の構成を示している。分光部13は、プリズム26と、分散素子27とを備えている。プリズム26は、屈折率nの媒質からなり、頂角αである。また、分散素子27は、屈折率nの媒質からなり、頂角α、ピッチp、回折次数mである。 FIG. 2 shows the configuration of the spectroscopic unit 13. The spectroscopic unit 13 includes a prism 26 and a dispersion element 27. The prism 26 is made of a medium having a refractive index n 1 and has an apex angle α 1 . The dispersive element 27 is made of a medium having a refractive index n 2 and has an apex angle α 2 , a pitch p, and a diffraction order m.

プリズム26には、レンズ12から出射した光が入射する。プリズム26は、入射光25が入射、屈折する順に、第1面21と、第2面22とを有する。分散素子27は、プリズム26を出射した光が入射する位置に配置されている。   The light emitted from the lens 12 enters the prism 26. The prism 26 has a first surface 21 and a second surface 22 in the order in which the incident light 25 is incident and refracted. The dispersive element 27 is disposed at a position where light emitted from the prism 26 enters.

プリズム27に光が入射し、屈折または回折する順に、第1面23と、回折面である第2面24と、第1面と共通である第3面23を有している。分散素子27の第3面23を出射した光は、主に第2面24により分光されていて、図1のレンズ14に向かう。   In the order in which light enters the prism 27 and is refracted or diffracted, it has a first surface 23, a second surface 24 that is a diffractive surface, and a third surface 23 that is common to the first surface. The light emitted from the third surface 23 of the dispersive element 27 is mainly split by the second surface 24 and travels toward the lens 14 in FIG.

なお、プリズム26、分散素子27の順に進行する光線を、順方向の光線として考える。逆に、分散素子27、プリズム26の順に進行する光線を、逆方向の光線として考える。「順方向」、「逆方向」のより詳細な定義は、後述する。   Note that light beams traveling in the order of the prism 26 and the dispersion element 27 are considered as light beams in the forward direction. On the contrary, a light beam traveling in the order of the dispersion element 27 and the prism 26 is considered as a light beam in the reverse direction. More detailed definitions of “forward direction” and “reverse direction” will be described later.

図7(a)、(b)、(c)、(d)は、分散素子27の構成を示している。図7(a)は、分散素子27の断面構成の詳細を示している。図7(b)は、第2面(回折面)24の断面を拡大して示している。図7(c)は、分散素子27を構成するプリズム71の断面構成を示している。図7(d)は、分散素子27を構成するグレーティングチップ72の断面構成を示している。   7A, 7B, 7C, and 7D show the configuration of the dispersion element 27. FIG. FIG. 7A shows details of the cross-sectional configuration of the dispersive element 27. FIG. 7B shows an enlarged cross section of the second surface (diffraction surface) 24. FIG. 7C shows a cross-sectional configuration of the prism 71 constituting the dispersion element 27. FIG. 7D shows a cross-sectional configuration of the grating chip 72 that constitutes the dispersive element 27.

プリズム71とグレーティングチップ72とは同一の硝材で構成されている。プリズム71は図2に示すプリズム26とは、形状が同一である必要はなく、頂角αを持つ。グレーティングチップ72は、平行平面板の片側表面に溝がピッチpで刻まれたものである。図7(b)は、その溝形状を示している。 The prism 71 and the grating chip 72 are made of the same glass material. Prism 71 is a prism 26 shown in FIG. 2, it is not necessary shape is identical, with the apex angle alpha 2. The grating chip 72 has grooves formed on one surface of a parallel flat plate at a pitch p. FIG. 7B shows the groove shape.

プリズム26の媒質と、分散素子27の媒質とは、同じ材料で構成されており、材料は、光学ガラス、結晶材料、樹脂材料、及び金属材料のうちの何れか一つであることが望ましい。   The medium of the prism 26 and the medium of the dispersive element 27 are made of the same material, and the material is preferably any one of optical glass, crystal material, resin material, and metal material.

また、本実施形態では、上述したように、プリズム26の媒質と、分散素子27の媒質とは、ともに同じシリコンである。   In the present embodiment, as described above, the medium of the prism 26 and the medium of the dispersion element 27 are both the same silicon.

グレーティングチップ72の溝は、紙面に対し垂直方向に形成されている。分散素子27は、プリズム71の接合面73と、グレーティングチップ72の接合面74とを接合して構成されている。   The grooves of the grating chip 72 are formed in a direction perpendicular to the paper surface. The dispersive element 27 is configured by joining a joint surface 73 of the prism 71 and a joint surface 74 of the grating chip 72.

以上の構成により、複数の波長の光を有し紙面内に含まれる入射光は、第1面23から入射して、回折面である第2面24に到達して回折される。これにより、第2面24で回折された入射光は、複数の波長の光、すなわち分散光に分散される。分散光は、同紙面内に生ずる。   With the above configuration, incident light having a plurality of wavelengths and included in the paper surface enters the first surface 23, reaches the second surface 24, which is a diffraction surface, and is diffracted. Thereby, the incident light diffracted by the second surface 24 is dispersed into light having a plurality of wavelengths, that is, dispersed light. The dispersed light is generated in the same paper surface.

また、第1の温度Tにおける順方向の光線について、
プリズム26の第1面21の入射角を角度θ
プリズム26の第1面21の屈折角を角度θ
プリズム26の第2面22の入射角を角度θ
プリズム26の第2面22の屈折角を角度θ
分散素子27の第1面23の入射角を角度θ
分散素子27の第1面23の屈折角を角度θ
分散素子27の第2面24の入射角を角度θ
分散素子27の第2面24の回折角を角度θ
分散素子27の第3面23の入射角を角度θ
分散素子27の第3面23の屈折角を角度θ10
とそれぞれ定義する。「順方向」の詳細な定義は、後述する。
In addition, for the light beam in the forward direction at the first temperature T1,
The incident angle of the first surface 21 of the prism 26 is defined as an angle θ 1 ,
The refraction angle of the first surface 21 of the prism 26 is defined as an angle θ 2 ,
The incident angle of the second surface 22 of the prism 26 is defined as an angle θ 3 ,
The refraction angle of the second surface 22 of the prism 26 is defined as an angle θ 4 ,
The incident angle of the first surface 23 of the dispersive element 27 is defined as an angle θ 5 ,
The refraction angle of the first surface 23 of the dispersive element 27 is defined as an angle θ 6 ,
The incident angle of the second surface 24 of the dispersive element 27 is defined as an angle θ 7 ,
The diffraction angle of the second surface 24 of the dispersive element 27 is set to an angle θ 8 ,
The incident angle of the third surface 23 of the dispersive element 27 is defined as an angle θ 9 ,
The refraction angle of the third surface 23 of the dispersive element 27 is defined as an angle θ 10 ,
Respectively. The detailed definition of “forward” will be described later.

このとき、プリズム26の屈折率nの温度係数dn/dTと分散素子27の屈折率nの温度係数dn/dTの符号が同じであるとする。
プリズム26の第2面22と、分散素子27の第1面23とは、図2に示す角度γをなす。
At this time, it is assumed that the sign of the temperature coefficient dn 1 / dT of the refractive index n 1 of the prism 26 and the temperature coefficient dn 2 / dT of the refractive index n 2 of the dispersion element 27 are the same.
The second surface 22 of the prism 26 and the first surface 23 of the dispersion element 27 form an angle γ shown in FIG.

例えば、温度T=20°Cにおいて、入射光25に含まれる波長λと、上述のn、α、n、α、p、m、γとθが定められているとき、角度θ〜角度θ10は、式(1)から式(9)により一意的に決まる。 For example, when the wavelength λ included in the incident light 25 and the above-described n 1 , α 1 , n 2 , α 2 , p, m, γ, and θ 1 are determined at a temperature T 1 = 20 ° C. The angle θ 2 to the angle θ 10 are uniquely determined by the equations (1) to (9).

このうち式(1)、式(3)、式(5)、式(7)、式(9)は、式(10)に記載のスネルの法則や回折の式から求められる。式(2)、式(4)、式(6)、式(8)は単なる幾何の関係である。
なお、数式は、まとめて表7に掲げる。
Among these, the formula (1), the formula (3), the formula (5), the formula (7), and the formula (9) are obtained from the Snell's law and the diffraction formula described in the formula (10). Expressions (2), (4), (6), and (8) are merely geometrical relationships.
The mathematical formulas are summarized in Table 7.

例として、プリズム26と分散素子27がともにシリコンからなる場合、n、α、n、α、p、m、γ、θ、dn/dT、dn/dTが表1で与えられるとする。このとき式(1)から式(9)により角度θから角度θ10が求まる。その結果を表2に掲げる。 For example, when both the prism 26 and the dispersive element 27 are made of silicon, n 1 , α 1 , n 2 , α 2 , p, m, γ, θ 1 , dn 1 / dT, and dn 2 / dT are as shown in Table 1. Suppose you are given. At this time, the angle θ 10 is obtained from the angle θ 2 by the equations (1) to (9). The results are listed in Table 2.

次に、温度T=40℃になった場合を考える。
温度Tから温度Tの変化に伴うプリズム26の媒質の屈折率変化をΔn
温度Tから温度Tの変化に伴う分散素子27の媒質の屈折率変化をΔn
とそれぞれする。
温度Tから温度Tの間の平均のdn/dT、dn/dT用いて、Δn、Δnは式(12)で求まる。
Next, consider a case where the temperature T 2 = 40 ° C.
The change in the refractive index of the medium of the prism 26 accompanying the change from the temperature T 1 to the temperature T 2 is Δn 1 ,
The refractive index change of the medium of the dispersive element 27 accompanying the change of the temperature T 1 to the temperature T 2 is Δn 2 ,
And do each.
Δn 1 and Δn 2 are obtained by the equation (12) using the average dn 1 / dT and dn 2 / dT between the temperature T 1 and the temperature T 2 .

したがって、温度Tにおける各定数は、表1に掲げる値に比較して、屈折率n、nのみが表3に掲げるように変化する。このとき式(1)から式(3)における各角度θからθの記号を、それぞれ引用符「'」(シングルクォーテーション)を付加して解くことにより、角度θ'からθ'が求まる。その結果の値を、表4の角度θ’からθ'に掲げる。 Accordingly, each constant at the temperature T 2 changes so that only the refractive indexes n 1 and n 2 are listed in Table 3 as compared with the values listed in Table 1. At this time, by solving the symbols of the angles θ 1 to θ 4 in the equations (1) to (3) by adding quotation marks “′” (single quotation), the angles θ ′ 2 to θ ′ 4 are obtained. I want. The resulting values are listed in Table 4 from angles θ ′ 2 to θ ′ 4 .

プリズム26から角度θ'にて屈折し出射された光は、分散素子27で回折される。さらに、その後、表4の角度θ'10の角度で分散素子27から出射する。角度θ'10は分散素子27の第3面23から出射する光線の屈折角である。 The light refracted and emitted from the prism 26 at an angle θ ′ 4 is diffracted by the dispersive element 27. Thereafter, the light is emitted from the dispersive element 27 at an angle θ ′ 10 shown in Table 4. The angle θ ′ 10 is the refraction angle of the light beam emitted from the third surface 23 of the dispersion element 27.

次に、温度Tにおける、順方向の光線とは逆方向の光線を仮定する。ここで、「順方向」とは、入射スリット11からディテクタアレイ15に向かって進行する方向をいう。また、「順方向の光線とは逆方向」とは、ディテクタアレイ15から入射スリット11に向かって進行する方向をいう。 Next, assume a reverse ray at a temperature T 2, the forward direction of the light beam. Here, the “forward direction” refers to a direction traveling from the entrance slit 11 toward the detector array 15. Further, “a direction opposite to the forward light beam” refers to a direction traveling from the detector array 15 toward the entrance slit 11.

光線の向きが、順方向に対して逆転した場合、例えば、分散素子27の第3面23に関して光線は、分散素子27の外部(空気)側から入射する。このときの入射角を角度θ”10とする。同様に、温度Tにおける、逆方向の光線を仮定した場合、上述で定義した各角度θ〜θ10の記号を、それぞれ二重引用符「”」(ダブルクォーテーション)を付加して表すものとする。 When the direction of the light beam is reversed with respect to the forward direction, for example, the light beam is incident on the third surface 23 of the dispersion element 27 from the outside (air) side of the dispersion element 27. The incident angle at this time is assumed to be an angle θ ″ 10. Similarly, assuming a light ray in the reverse direction at the temperature T 2 , the symbols of the angles θ 5 to θ 10 defined above are respectively quoted. """(Double quotation) is added and expressed.

温度Tにおける角度θ”10と、温度Tにおける角度θ10と、が等しくなるようにして、逆方向の光線を分散素子27に入射させる場合を仮定する。このとき、式(5)から式(9)における各角度θ〜θ10の記号を、それぞれ二重引用符「”」(ダブルクォーテーション)を付加し、式(9)から逆に解く。これにより、角度θ”から角度θ”が求まる。その結果の値を表5に掲げる。 The angle theta "10 at a temperature T 2, the angle theta 10 at a temperature T 1, so as to become equal, it is assumed that is incident the opposite direction of a light ray to the dispersion element 27. At this time, from equation (5) The symbols of the angles θ 5 to θ 10 in the equation (9) are respectively solved by reversing the equation (9) by adding double quotation marks “” ”(double quotation). As a result, the angle θ ″ 5 is obtained from the angle θ ″ 9 . The resulting values are listed in Table 5.

ここで、表2において引用符「'」(シングルクォーテーション)を付していない角度θは、温度T1の順方向の光線に関する角度を示している。表4において引用符「'」(シングルクォーテーション)を付している角度θ'は、温度Tの順方向の光線における角度を示している。さらに、表5において二重引用符「”」(ダブルクォーテーション)を付している角度θ"は温度T2の逆方向の光線に関する角度を示している。 Here, in Table 2, the angle θ without the quotation mark “′” (single quotation) indicates the angle related to the forward light beam at the temperature T1. Table 4 In quotes "'" angle is denoted by the (single quote) theta' shows the angle in the forward direction of the rays of the temperature T 2. Further, in Table 5, an angle θ ″ given a double quotation mark “” ”(double quotation) indicates an angle with respect to a light ray in the reverse direction of the temperature T2.

表2の温度Tにおける角度θと、表4の温度Tにおけるθ’との差分をΔθ(=θ’−θ)とする。また、表2の温度Tにおけるθと、表5の温度Tにおけるθ”の差分をΔθ(=θ”−θ)とする。計算の結果を表6に掲げる。
この値は「角度Δθと角度Δθが略等しい」を満たしている。
The difference between the angle θ 4 at the temperature T 1 in Table 2 and θ ′ 4 at the temperature T 2 in Table 4 is Δθ 4 (= θ ′ 4 −θ 4 ). Further, a difference between θ 5 at the temperature T 1 in Table 2 and θ ″ 5 at the temperature T 2 in Table 5 is defined as Δθ 5 (= θ ″ 5 −θ 5 ). The results of the calculation are listed in Table 6.
This value satisfies “the angle Δθ 4 is substantially equal to the angle Δθ 5 ”.

このように、n、α、n、α、p、m、γ、θ、dn/dT、dn/dTの各パラメータのセットを適切に与えると、角度Δθと角度Δθを略等しくすることができる。 As described above, when a set of parameters n 1 , α 1 , n 2 , α 2 , p, m, γ, θ 1 , dn 1 / dT, and dn 2 / dT is appropriately given, an angle Δθ 4 and an angle Δθ 5 can be made substantially equal.

そして、角度Δθと角度Δθが略等しい状態では、角度θ'と角度θ”が略等しくなる。同様に、角度θ'10と角度θ”10が略等しくなる。ここで、上述したとおり、逆方向の光線を分散素子27に入射させる際、角度θ10と角度θ”10が等しいことを仮定している。従って、角度θ10と角度θ'10が略等しいこととなる。 When the angle Δθ 4 and the angle Δθ 5 are substantially equal, the angle θ ′ 5 and the angle θ ″ 5 are substantially equal. Similarly, the angle θ ′ 10 and the angle θ ″ 10 are substantially equal. Here, as described above, it is assumed that the angle θ 10 and the angle θ ″ 10 are equal when the light beam in the opposite direction is incident on the dispersive element 27. Therefore, the angle θ 10 and the angle θ ′ 10 are substantially equal. It will be.

以上により、ΔθとΔθを略等しくすることで、温度変化が起こったとしても、順方向の光線について分散素子27からの出射角を略一定に保つことができる。そして、分散素子27からの出射角を略一定に維持することで、温度変化が起こったとしても、分光部13の分散特性の変化を十分に小さくすることができる。 As described above, by making Δθ 4 and Δθ 5 substantially equal, even if a temperature change occurs, the emission angle from the dispersive element 27 can be kept substantially constant with respect to the forward ray. Further, by maintaining the emission angle from the dispersive element 27 to be substantially constant, even if a temperature change occurs, the change in the dispersion characteristic of the spectroscopic unit 13 can be sufficiently reduced.

分光部13から出射される光は、レンズ14を透過した後、ディテクタアレイ15上に集光する。上述の特性を備える分光部13を有する分光装置によれば、波長λの光は、温度Tの場合及び温度Tの場合のいずれの場合においても、温度変化に影響を受けることなく、常に同一のアレイに入射する。同様に、波長λとは異なる他の波長の光に関しても、ディテクタアレイ15における他のアレイにほぼ垂直に入射する。
このように、本実施形態の分光装置によれば、同じ波長λの光の集光位置は、ディテクタアレイ15において、温度に関わらず、ほぼ変化しないこととなる。
The light emitted from the spectroscopic unit 13 passes through the lens 14 and then converges on the detector array 15. According to the spectroscopic device having the spectroscopic unit 13 having the above-described characteristics, the light with the wavelength λ is always not affected by the temperature change regardless of the temperature T 1 and the temperature T 2. Incident on the same array. Similarly, light of other wavelengths different from the wavelength λ is incident on the other arrays in the detector array 15 substantially perpendicularly.
As described above, according to the spectroscopic device of the present embodiment, the condensing position of the light having the same wavelength λ does not substantially change in the detector array 15 regardless of the temperature.

次に、本実施形態について、異なる観点に基づいて説明する。本実施形態において、表2の数値と式(E)よりkを算出すると、k=0.961となる。また、Δn/Δn=1である。本実施形態は、「式(E)で決定されるkと|Δn/Δn|の値が略等しい」という条件を満足している。 Next, the present embodiment will be described based on different viewpoints. In the present embodiment, when k is calculated from the numerical values in Table 2 and the equation (E), k = 0.961. Further, Δn 1 / Δn 2 = 1. The present embodiment satisfies the condition that “k determined by the expression (E) is substantially equal to | Δn 1 / Δn 2 |”.

「式(E)で決定されるkと|Δn/Δn|の値が略等しい」という条件を満足すると、順方向の光線について分散素子27からの出射角θ10は、たとえ温度Tが変化した場合でも、ほぼ変化しなくなる。 When the condition that “k determined by the equation (E) and the value of | Δn 1 / Δn 2 | are substantially equal” is satisfied, the emission angle θ 10 from the dispersive element 27 with respect to the forward ray is equal to the temperature T. Even if it changes, it almost stops changing.

すなわち、温度Tのとき、波長λの光線は、分散素子第3面(=第1面)から角度θ10で出射する。そして、出射した光線は、レンズ14(図1参照)で集光され、ディテクタアレイ15のうちの何れかのディテクタにより検出される。 That is, at the temperature T 1 , a light beam having a wavelength λ is emitted from the third surface (= first surface) of the dispersion element at an angle θ 10 . The emitted light beam is collected by a lens 14 (see FIG. 1) and detected by any detector in the detector array 15.

また、温度Tに変化した場合でも、角度θ10の値はほとんど変わらない。この結果、波長λの光は、温度Tにおいても、温度Tにおいて入射した同じアレイに入射することができる。さらに、波長λとは異なる他の波長の光も、ディテクタアレイの別のアレイにほぼ垂直に集光し、入射する。 Further, even when the change in the temperature T 2, the value of the angle theta 10 hardly changes. As a result, the light of wavelength λ can be incident on the same array incident at temperature T 1 even at temperature T 2 . Furthermore, light of other wavelengths different from the wavelength λ is collected and incident substantially perpendicularly on another array of detector arrays.

また、プリズム26の第1面21と第2面22の交線と、プリズム26の第2面22で屈折する光線を含む入射平面(紙面)と、の交点を交点Aとする。
分散素子27の第1面23と第2面24の交線と、プリズム26の第2面22で屈折する光線を含む入射平面(紙面)との交点を交点Bとする。
Further, an intersection point between an intersection line of the first surface 21 and the second surface 22 of the prism 26 and an incident plane (paper surface) including a light beam refracted by the second surface 22 of the prism 26 is an intersection point A.
An intersection point between an intersection line of the first surface 23 and the second surface 24 of the dispersion element 27 and an incident plane (paper surface) including a light beam refracted by the second surface 22 of the prism 26 is defined as an intersection point B.

さらに、プリズム26と分散素子27との間に存在する光線の光路に沿った直線を考える。
上述の交点Aと交点Bとは、入射平面(紙面)内において、この直線で区切られる2つの領域に関して、互いに異なる領域に存在するように構成されている。
Further, consider a straight line along the optical path of the light beam existing between the prism 26 and the dispersion element 27.
The intersection point A and the intersection point B described above are configured to exist in different regions with respect to the two regions separated by the straight line in the incident plane (paper surface).

このような構成において、本実施形態では、プリズム26の屈折率と、分散素子27の屈折率が等しい。このため、温度変化によって、プリズム26の第2面22からの光線の出射角が大きくなると、分散素子27の第1面23への入射角も大きくなる。このため、プリズム26の第2面22からの光線の出射角を小さくすると、分散素子27の第1面23への入射角も小さくすることができる。これにより、角度Δθと角度Δθとを略等しくすることが容易となる。 In such a configuration, in this embodiment, the refractive index of the prism 26 and the refractive index of the dispersion element 27 are equal. For this reason, when the emission angle of the light beam from the second surface 22 of the prism 26 increases due to the temperature change, the incident angle of the dispersion element 27 on the first surface 23 also increases. For this reason, when the emission angle of the light beam from the second surface 22 of the prism 26 is reduced, the incident angle of the dispersion element 27 on the first surface 23 can also be reduced. This facilitates making the angle Δθ 4 and the angle Δθ 5 substantially equal.

また、順方向の光線は、図1のレンズ12により平行光に変換された光束に含まれる1本の光線とすることができる。   Moreover, the light beam in the forward direction can be one light beam included in the light beam converted into parallel light by the lens 12 of FIG.

また、プリズム26の第1面21に順方向の光線が入射する側(入射スリット11側)の光路内に図1に示すレンズ12を配置する構成とすることができる。なお、レンズ12の代わりに、パワーを持つ反射鏡を配置しても良い。   Further, the lens 12 shown in FIG. 1 can be arranged in the optical path on the side where the light beam in the forward direction is incident on the first surface 21 of the prism 26 (incident slit 11 side). Instead of the lens 12, a reflecting mirror having power may be arranged.

また、分散素子27の第3面23から順方向の光線が射出する側(ディテクタアレイ15側)の光路内に図1に示すレンズ14を配置する構成とすることができる。なお、レンズ14の代わりに、パワーを持つ反射鏡を配置しても良い。   Further, the lens 14 shown in FIG. 1 can be arranged in the optical path on the side (detector array 15 side) from which the forward light beam exits from the third surface 23 of the dispersion element 27. Instead of the lens 14, a reflecting mirror having power may be arranged.

さらに、レンズ14は、透過した後の各波長の主光線をテレセントリックにすることが望ましい。これによりレンズ14を透過した後の各波長の光は、ディテクタアレイ15のそれぞれの波長に対応したアレイにほぼ垂直に入射する構成とすることができる。   Furthermore, it is desirable for the lens 14 to telecentric the chief rays of each wavelength after transmission. Thereby, the light of each wavelength after passing through the lens 14 can be configured to enter the array corresponding to each wavelength of the detector array 15 substantially perpendicularly.

本実施形態の構成では、分散素子27からの出射角を略一定に維持することで、温度変化が起こったとしても、分光部13の分散特性の変化を十分に小さくすることができる。これにより、温度変化が起こった場合であっても、分散特性の変化を十分に小さくできるという効果を奏する。
さらに、波長λの光は、温度変化によらず同じディテクタアレイに入射する。したがって、所定の波長の光は、温度変化のために隣のディテクタ素子で検出されることがないという更なる効果も奏する。
In the configuration of the present embodiment, by maintaining the emission angle from the dispersive element 27 substantially constant, even if a temperature change occurs, the change in the dispersion characteristic of the spectroscopic unit 13 can be sufficiently reduced. Thereby, even if a temperature change occurs, there is an effect that a change in dispersion characteristics can be sufficiently reduced.
Furthermore, light of wavelength λ is incident on the same detector array regardless of temperature changes. Therefore, there is an additional effect that light of a predetermined wavelength is not detected by the adjacent detector element due to a temperature change.

加えて、本実施形態では、順方向の光線が入射する順に、プリズム26と、分散素子27とが配置される構成となっている。このため、波長λの光を含む複数波長の光が順方向に入射するとき、プリズム26による分散は小さい。このため、プリズム26から出射して、分散素子27に入射する光の光束径は、あまり拡がることがない。従って、分散素子27を小型に構成することができるという更なる効果も奏する。   In addition, in the present embodiment, the prism 26 and the dispersive element 27 are arranged in the order in which forward light rays are incident. For this reason, when light of a plurality of wavelengths including light of wavelength λ is incident in the forward direction, dispersion by the prism 26 is small. For this reason, the luminous flux diameter of the light emitted from the prism 26 and incident on the dispersion element 27 does not expand so much. Therefore, the further effect that the dispersive element 27 can be comprised small is also show | played.

加えて、本実施形態では、分散素子27を構成する媒質として、高屈折率材料のシリコンを用いている。このため、分散素子27の第2面24において回折、分散された2波長の光に関して、第3面23から空気中に射出するときの屈折角(=出射角)の2波長間の差分が大きくなる。これにより、分散素子27自体は高分散素子となる。そして、分散素子27を有する分光部13としては高波長分解能が得られるという更なる効果を奏する。   In addition, in the present embodiment, silicon, which is a high refractive index material, is used as the medium constituting the dispersive element 27. For this reason, the difference between the two wavelengths of the refraction angle (= emission angle) when the light having two wavelengths diffracted and dispersed on the second surface 24 of the dispersion element 27 is emitted from the third surface 23 into the air is large. Become. Thereby, the dispersion element 27 itself becomes a high dispersion element. The spectroscopic unit 13 having the dispersive element 27 has an additional effect that high wavelength resolution can be obtained.

加えて、本実施形態では、レンズ12により光量を有効に用いることが可能となる。従って、検出感度の高い分光装置を得られるという更なる効果を奏する。   In addition, in the present embodiment, the lens 12 can effectively use the light amount. Therefore, there is a further effect that a spectroscopic device with high detection sensitivity can be obtained.

加えて、本実施形態では、分散素子27により分散された光は、分光部13から波長により異なる角度で出射する。レンズ14は、出射した光を波長ごとに異なる位置に集光する。これにより、波長分解能の高い分光装置が得られるという更なる効果を有する。   In addition, in the present embodiment, the light dispersed by the dispersion element 27 is emitted from the spectroscopic unit 13 at different angles depending on the wavelength. The lens 14 condenses the emitted light at different positions for each wavelength. Thereby, it has the further effect that a spectroscopic device with high wavelength resolution is obtained.

加えて、本実施形態では、レンズ14は、ディテクタアレイ15上に光をテレセントリックに集光する。このため、ディテクタアレイ15に対して、各波長の光の主光線が垂直に入射する。ここで、ディテクタアレイ15の組立時に、組み立て誤差が生じる場合がある。組み立て誤差が生じると、ディテクアレイ15を構成する各ディテクタの位置が設定値と異なり、例えば光軸方向の位置ずれを招く。
ディテクタアレイ15に対して、各波長の光の主光線が垂直に入射する構成とすることで、ディテクタアレイ15の光軸方向の位置ずれが生じている場合でも、その位置ずれの影響を低減できる。このため、検出波長ずれの小さい分光装置を得られるという更なる効果を奏する。
In addition, in the present embodiment, the lens 14 condenses light on the detector array 15 in a telecentric manner. For this reason, the chief rays of light of each wavelength are perpendicularly incident on the detector array 15. Here, an assembly error may occur when the detector array 15 is assembled. When an assembly error occurs, the position of each detector constituting the detector array 15 is different from the set value, and for example, a positional shift in the optical axis direction is caused.
By adopting a configuration in which chief rays of light of each wavelength are perpendicularly incident on the detector array 15, even when the detector array 15 is misaligned in the optical axis direction, the influence of the misalignment can be reduced. . For this reason, there is a further effect that a spectroscopic device with a small detection wavelength deviation can be obtained.

(第1実施形態の変形例)
次に、上述した第1実施形態の変形例について説明する。本変形例では、分散素子として、いわゆる、イマージョングレーティングを用いる。イマージョングレーティングは、プリズムグレーティング、グリズム、カーペンタープリズムとも呼ばれるものである。
(Modification of the first embodiment)
Next, a modification of the first embodiment described above will be described. In this modification, a so-called immersion grating is used as the dispersive element. The immersion grating is also called a prism grating, a grism, or a carpenter prism.

また、プリズム26と分散素子27との間の光路内に、折り返しミラーを配置しても良い。その場合、図2で示す角度γは、折り返しミラーを光路内に挿入することにより、適切な角度へ変更することが望ましい。   A folding mirror may be disposed in the optical path between the prism 26 and the dispersion element 27. In that case, it is desirable to change the angle γ shown in FIG. 2 to an appropriate angle by inserting a folding mirror into the optical path.

また、グレーティングチップ72(図7(d)参照)は、断面形状が台形、つまり接合面74と回折面24とが非平行であっても良い。この場合においても、分散素子27の頂角αは、第1面23と、回折面である第2面24とのなす角である。 The grating chip 72 (see FIG. 7D) may have a trapezoidal cross section, that is, the joint surface 74 and the diffractive surface 24 may be non-parallel. Also in this case, the apex angle α 2 of the dispersive element 27 is an angle formed by the first surface 23 and the second surface 24 that is a diffraction surface.

また、分散素子27は、一体成型で製造することでも良い。一体成型によれば、母材であるプリズム71(図7(c)参照)に対して直接溝を形成する。   Further, the dispersive element 27 may be manufactured by integral molding. According to the integral molding, a groove is formed directly on the prism 71 (see FIG. 7C) which is a base material.

(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態にかかる分光装置について説明する。
本実施形態は、上述した第1の実施形態の分光装置に比較して、プリズム26と分散素子27を構成する媒質が異なっている点が相違している。第1の実施形態と同じ部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
(Second Embodiment)
Next, a spectroscopic device according to a second embodiment will be described.
The present embodiment is different from the spectroscopic device of the first embodiment described above in that the medium constituting the prism 26 and the dispersive element 27 is different. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

プリズム26の媒質と、分散素子27の媒質とは異なる材料で構成され、材料は、光学ガラス、結晶材料、樹脂材料、及び金属材料のうちの何れか一つであることが望ましい。   The medium of the prism 26 and the medium of the dispersion element 27 are made of different materials, and the material is preferably any one of optical glass, crystal material, resin material, and metal material.

プリズム26の媒質をF5(SCHOTT社製)、分散素子27の媒質をN−BK7(SCHOTT社製)とする。このとき、温度T=20°Cにおける各パラメータの値は表1に掲げる値である。そして、式(11)から式(19)により角度θから角度θ10が求まる。その結果の値を、表2に掲げる。表2の数値と式(E)よりkを求めるとk=1.2449となっている。 The medium of the prism 26 is F5 (manufactured by SCHOTT), and the medium of the dispersion element 27 is N-BK7 (manufactured by SCHOTT). At this time, the values of the parameters at the temperature T 1 = 20 ° C. are the values listed in Table 1. Then, the angle θ 10 is obtained from the angle θ 2 by the equations (11) to (19). The resulting values are listed in Table 2. When k is obtained from the numerical values in Table 2 and the equation (E), k = 1.449.

次に、温度T=80°Cになった場合を考える。
温度Tから温度Tまでの間において、dn/dT、dn/dTは大きく変化しないと仮定する。
この温度の変化に伴うプリズム26の媒質の屈折率変化をΔn
この温度の変化に伴う分散素子27の媒質の屈折率変化をΔn
とそれぞれする。このとき、Δn、Δn は式(12)で求まる。
Next, consider a case where the temperature T 2 = 80 ° C.
It is assumed that dn 1 / dT and dn 2 / dT do not change significantly between the temperature T 1 and the temperature T 2 .
The change in the refractive index of the medium of the prism 26 accompanying this change in temperature is Δn 1 ,
The change in the refractive index of the medium of the dispersion element 27 accompanying the change in temperature is Δn 2 ,
And do each. At this time, Δn 1 and Δn 2 are obtained by Expression (12).

したがって、温度Tにおける各定数は、表1に掲げる値に比較して、屈折率n、nが変化する。その変化した値を表3に掲げる。
その結果、本実施形態では、k=1.2449、Δn/Δn=1.2449となる。
Therefore, the refractive indexes n 1 and n 2 of the constants at the temperature T 2 change as compared with the values listed in Table 1. The changed values are listed in Table 3.
As a result, in this embodiment, k = 1.2449 and Δn 1 / Δn 2 = 1.2449.

これにより、本実施形態では、「式(E)で決定されるkと|Δn/Δn|の値が略等しい」という条件を満足している。
かかる条件を満たす場合、式(1)から式(9)における各角度θからθ10の記号を、それぞれ引用符「'」(シングルクォーテーション)を付加して解くことにより、温度Tにおける角度θ’から角度θ’10が求まる。その結果の値を表4に掲げる。
Thus, in the present embodiment, the condition that “k determined by the equation (E) and the value of | Δn 1 / Δn 2 | are substantially equal” is satisfied.
When this condition is satisfied, the angle θ 1 to θ 10 in the equations (1) to (9) is solved by adding the quotation mark “′” (single quotation) to the angle at the temperature T 2 . An angle θ ′ 10 is obtained from θ ′ 2 . The resulting values are listed in Table 4.

温度Tのとき、波長λの光線は分散素子の第3面23(=第1面)から角度θ10で出射する。出射した光は、図1のレンズ14でディテクタアレイ15上に集光される。そして、集光された光は、ディテクタアレイ15の何れかのディテクタ素子によって検出される。 When the temperature is T 1 , a light beam having a wavelength λ is emitted from the third surface 23 (= first surface) of the dispersion element at an angle θ 10 . The emitted light is collected on the detector array 15 by the lens 14 of FIG. The condensed light is detected by any detector element of the detector array 15.

このように、本実施形態では、温度がTに変化した場合でも、角度θ10の値はほとんど変化しない。このため、温度Tにおける波長λの光は、温度Tにおいて入射したディテクタアレイ15のうちのディテクタ素子と同一のディテクタ素子に入射する。さらに、その他の波長の光に関しても、ディテクタアレイ15のうちの波長λの光が入射するディテクタ素子とは異なるディテクタ素子に対してほぼ垂直に集光し、入射する。 Thus, in the present embodiment, even when the temperature changes to T 2, the value of the angle theta 10 hardly changes. For this reason, the light of wavelength λ at the temperature T 2 is incident on the same detector element as the detector element in the detector array 15 incident at the temperature T 1 . Further, light of other wavelengths is also collected and incident substantially vertically on a detector element different from the detector element on which the light of wavelength λ in the detector array 15 is incident.

本実施形態では、「式(E)で決定されるkと|Δn/Δn|の値が略等しい」という条件を満足する。このため、温度変化が生じた場合でも、分散素子27から出射される出射角θ10の値はほとんど変わらない。これにより、分散素子27からの出射角を略一定に維持することで、温度変化が起こったとしても、分光部13の分散特性の変化を十分に小さくすることができる。これにより、温度変化が起こった場合であっても、分散特性の変化を十分に小さくできるという効果を奏する。 In the present embodiment, the condition that “k determined by the equation (E) is substantially equal to | Δn 1 / Δn 2 |” is satisfied. For this reason, even when a temperature change occurs, the value of the emission angle θ 10 emitted from the dispersive element 27 hardly changes. Thereby, by maintaining the emission angle from the dispersive element 27 substantially constant, even if a temperature change occurs, the change in the dispersion characteristic of the spectroscopic unit 13 can be made sufficiently small. Thereby, even if a temperature change occurs, there is an effect that a change in dispersion characteristics can be sufficiently reduced.

また、プリズム26の媒質F5(SCHOTT社製)の屈折率nの温度係数dn/dTの符号と、
分散素子27の媒質N-BK7(SCHOTT社製)の屈折率nの温度係数dn/dTの符号と、は同じである。
Further, the sign of the temperature coefficient dn 1 / dT of the refractive index n 1 of the medium F5 (manufactured by SCHOTT) of the prism 26,
The sign of the temperature coefficient dn 2 / dT of the refractive index n 2 of the medium N-BK7 (manufactured by SCHOTT) of the dispersive element 27 is the same.

さらに、上記第1の実施形態で説明した配置構成と同様に、上述の交点Aと交点Bとは、入射平面(紙面)内において、プリズム26と分散素子27との間に存在する光線の光路に沿った直線で区切られる2つの領域に関して、互いに異なる領域に存在するように構成されている。
表2より角度θと角度θがほぼ等しい角度となっている。また、角度θと角度θ10がほぼ等しい角度となっている。
Further, similarly to the arrangement described in the first embodiment, the above-mentioned intersection A and intersection B are the optical paths of the light rays existing between the prism 26 and the dispersive element 27 in the incident plane (paper surface). The two areas separated by a straight line along the line are configured to exist in different areas.
From Table 2, the angle θ 1 and the angle θ 4 are substantially equal. Further, the angle θ 5 and the angle θ 10 are substantially equal.

プリズム26と分散素子27との配置は、上述したように、上記第1の実施形態と同一である。この配置のとき、屈折率の温度変化に起因する光線の出射角のずれ方(変化する方向)は、プリズム26と分散素子27とで逆方向となる。   The arrangement of the prism 26 and the dispersion element 27 is the same as that in the first embodiment as described above. In this arrangement, the direction (change direction) of the emission angle of the light beam due to the temperature change of the refractive index is reversed between the prism 26 and the dispersion element 27.

また、式(E)から計算されるkの値と、Δn/Δnの比の値とは、ほぼ同じである。このため、屈折率の温度変化に起因する光線の出射角のずれ方(変化する方向)は、その大きさも等しくなる。このため、波長λの光は温度変化に関わらず、ディテクタアレイ15のうちの同一のディテクタ素子に入射する。したがって、一定の波長が温度変化のために隣のディテクタで検出されることがないという更なる効果を奏する。 Further, the value of k calculated from the equation (E) is substantially the same as the value of the ratio Δn 1 / Δn 2 . For this reason, the magnitude of the deviation (change direction) of the emission angle of the light beam caused by the temperature change of the refractive index is equal. Therefore, the light of wavelength λ is incident on the same detector element in the detector array 15 regardless of the temperature change. Therefore, there is an additional effect that a certain wavelength is not detected by the adjacent detector due to a temperature change.

加えて、本実施形態では、プリズム26の媒質と、分散素子27の媒質とがともに光学ガラスであるが異なっている。光学ガラスは、その物理特性が詳細に調べられており安定的に供給される。このため、分光装置を製造するに際して、詳細な設計と、安定的な製造とが可能になるという更なる効果を奏する。   In addition, in this embodiment, the medium of the prism 26 and the medium of the dispersion element 27 are both optical glass, but are different. Optical glass has been examined in detail for its physical properties and is supplied stably. For this reason, when manufacturing a spectroscopic device, there exists the further effect that detailed design and stable manufacture are attained.

加えて、角度θと角度θが、ほぼ等しい角度となっている。また、角度θと角度θ10がほぼ等しい角度となっている。このため、プリズム26の第1面21と第2面22に施す反射防止(Anti Reflection、AR)コートは1種類で済ますことができる。さらに、分散素子27の第1面23に施すARコートも最小限の入射角依存性を考慮したコートで済むという更なる効果を奏する。 In addition, the angle θ 1 and the angle θ 4 are substantially equal. Further, the angle θ 5 and the angle θ 10 are substantially equal. For this reason, only one type of anti-reflection (AR) coating can be applied to the first surface 21 and the second surface 22 of the prism 26. Furthermore, the AR coating applied to the first surface 23 of the dispersive element 27 also has a further effect that a coating considering the minimum incident angle dependency is sufficient.

(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態にかかる分光装置について説明する。本実施形態は、第1の実施形態に比較して、図1の分光部13の構成が異なっている。上記第1の実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
(Third embodiment)
Next, a spectroscopic device according to a third embodiment will be described. The present embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the spectroscopic unit 13 in FIG. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図3は、本実施形態の分光部13の概略構成を示している。上述の第1の実施形態では、プリズム26の頂角Aは紙面右方向を向くように配置されている。また、分散素子27の頂角Bは紙面左方向を向くように配置されている。
これに対して、本実施形態では、プリズム26の頂角Aは紙面左方向を向くように配置されている。また、分散素子27の頂角Bは、プリズム26と同様に、紙面左方向を向くように配置されている。
FIG. 3 shows a schematic configuration of the spectroscopic unit 13 of the present embodiment. In the first embodiment described above, the apex angle A of the prism 26 is arranged so as to face the right side of the drawing. Further, the vertical angle B of the dispersive element 27 is arranged so as to face the left direction of the drawing.
On the other hand, in the present embodiment, the apex angle A of the prism 26 is arranged so as to face the left direction of the drawing. Further, the apex angle B of the dispersive element 27 is arranged so as to face the left direction of the paper, similarly to the prism 26.

かかる構成において、第1の実施形態と同じように角度θから角度θ10を定義する。
このとき、屈折率nの温度係数dn/dTと、屈折率nの温度係数dn/dTの符号は異なっている。
プリズム26の第2面22と、分散素子27の第1面23とが紙面内において角度γ’をなしている。
なお、プリズム26の媒質はN−PK51(SCHOTT社製)、分散素子27の媒質はN−BK7(SCHOTT)とする。
In this configuration, the angle θ 1 to the angle θ 10 are defined as in the first embodiment.
At this time, the temperature coefficient dn 1 / dT of the refractive index n 1, the sign of the temperature coefficient dn 2 / dT of the refractive index n 2 are different.
The second surface 22 of the prism 26 and the first surface 23 of the dispersion element 27 form an angle γ ′ within the paper surface.
The medium of the prism 26 is N-PK51 (manufactured by SCHOTT), and the medium of the dispersion element 27 is N-BK7 (SCHOTT).

このとき、温度T=20°Cにおける各パラメータの値を表1に掲げる。式(1)から式(3)、式(11)、式(5)から式(9)により、角度θから角度θ10が求まる。その結果の値を表2に掲げる。表2に掲げる数値と、式(E)より、kを求めるとk=2.9796となっている。 At this time, the values of the respective parameters at the temperature T 1 = 20 ° C. are listed in Table 1. The angle θ 10 is obtained from the angle θ 2 by the equations (1) to (3), the equations (11), and the equations (5) to (9). The resulting values are listed in Table 2. From the numerical values listed in Table 2 and the equation (E), k is found to be k = 2.9796.

次に、温度T=80°Cになった場合を考える。
温度Tから温度Tまでの間において、dn/dT、dn/dTは大きく変化しないと仮定する。
この温度の変化に伴うプリズム26の媒質の屈折率変化をΔn
この温度の変化に伴う分散素子27の媒質の屈折率変化をΔn
とそれぞれする。Δn、Δnは、式(12)で求まる。
Next, consider a case where the temperature T 2 = 80 ° C.
It is assumed that dn 1 / dT and dn 2 / dT do not change significantly between the temperature T 1 and the temperature T 2 .
The change in the refractive index of the medium of the prism 26 accompanying this change in temperature is Δn 1 ,
The change in the refractive index of the medium of the dispersion element 27 accompanying the change in temperature is Δn 2 ,
And do each. Δn 1 and Δn 2 are obtained by Expression (12).

したがって、温度Tにおける各定数は、表1に掲げる値に比較して、屈折率n、nのみ変化する。表3は、変化した屈折率n、nを掲げる。このとき、式(1)から式(3)、式(11)、式(5)から式(9)における各角度θからθ10の記号を、それぞれ引用符「'」(シングルクォーテーション)を付加して解くことにより、角度θ’から角度θ’10が求まる。その結果の値を表4に掲げる。 Therefore, each constant at the temperature T 2 changes only the refractive indexes n 1 and n 2 as compared with the values listed in Table 1. Table 3 lists the changed refractive indices n 1 and n 2 . At this time, the symbols of the angles θ 1 to θ 10 in the expressions (1) to (3), (11), and (5) to (9) are respectively replaced with quotation marks “′” (single quotation). By adding and solving, the angle θ ′ 10 is obtained from the angle θ ′ 2 . The resulting values are listed in Table 4.

温度Tのとき、波長λの光線は、分散素子27の第3面(=第1面)から角度θ10で出射する。レンズ14は、出射した光をディテクタアレイ15上に集光する。集光された光は、ディテクタアレイ15のうちの何れかのディテククタ素子によって検出される。 When the temperature is T 1 , the light beam having the wavelength λ is emitted from the third surface (= first surface) of the dispersion element 27 at an angle θ 10 . The lens 14 condenses the emitted light on the detector array 15. The condensed light is detected by any detector element in the detector array 15.

本実施形態では、温度Tに変化した場合でも、角度θ10の値はほとんど変わらない。このため、波長λの光は、温度Tにおいて入射したディテクタ素子と同一のディテクタ素子に入射する。さらに、その他の波長の光に関しても、ディテクタアレイ15のうちの波長λの光が入射するディテクタ素子とは異なるディテクタ素子に対してほぼ垂直に集光し、入射する。 In the present embodiment, even when the change in the temperature T 2, the value of the angle theta 10 hardly changes. For this reason, the light of wavelength λ is incident on the same detector element as the detector element incident at temperature T 1 . Further, light of other wavelengths is also collected and incident substantially vertically on a detector element different from the detector element on which the light of wavelength λ in the detector array 15 is incident.

本実施形態では、
式(E)よりk=2.9796でΔn/Δn=−2.9796であるから、
「式(E)で決定されるkと|Δn/Δn|の値が略等しい」を満足する。
このため、温度変化が生じた場合でも、分散素子27から出射される光の出射角θ10の値はほとんど変わらない。これにより、分散素子27からの光の出射角を略一定に維持することで、温度変化が起こったとしても、分光部13の分散特性の変化を十分に小さくすることができる。これにより、温度変化が起こった場合であっても、分散特性の変化を十分に小さくできるという効果を奏する。
In this embodiment,
From equation (E), k = 2.9976 and Δn 1 / Δn 2 = −2.99796.
“K determined by the equation (E) is substantially equal to | Δn 1 / Δn 2 |”.
Therefore, even when a temperature change occurs, the value of the emission angle theta 10 of the light emitted from the dispersive element 27 hardly changes. Thus, by maintaining the light emission angle from the dispersive element 27 substantially constant, even if a temperature change occurs, the change in the dispersion characteristic of the spectroscopic unit 13 can be sufficiently reduced. Thereby, even if a temperature change occurs, there is an effect that a change in dispersion characteristics can be sufficiently reduced.

また、プリズム26の媒質N-PK51(SCHOTT社製)の屈折率nの温度係数dn/dTの符号と、分散素子27の媒質N-BK7(SCHOTT社製)の屈折率nの温度係数dn/dTの符号と、は異なる。
さらに、上記第1、2の実施形態で説明した配置構成は異なり、上述の交点Aと交点Bとは、入射平面(紙面)内において、プリズム26と分散素子27との間に存在する光線の光路に沿った直線で区切られる2つの領域に関して、互いに同じ側の領域に存在するように構成されている。
Also, the sign of the temperature coefficient dn 1 / dT of the refractive index n 1 of the medium N-PK 51 (manufactured by SCHOTT) of the prism 26 and the temperature of the refractive index n 2 of the medium N-BK 7 (manufactured by SCHOTT) of the dispersive element 27. It is different from the sign of the coefficient dn 2 / dT.
Further, the arrangements described in the first and second embodiments are different, and the above-mentioned intersection A and intersection B are the rays of light existing between the prism 26 and the dispersion element 27 in the incident plane (paper surface). The two regions separated by a straight line along the optical path are configured to exist in the same region.

プリズム26と分散素子27との配置は、上述したように、上記第1の実施形態と同一である。この配置のとき、屈折率の温度変化に起因する光線の出射角のずれ方(変化する方向)は、プリズム26と分散素子27とで逆方向となる。   The arrangement of the prism 26 and the dispersion element 27 is the same as that in the first embodiment as described above. In this arrangement, the direction (change direction) of the emission angle of the light beam due to the temperature change of the refractive index is reversed between the prism 26 and the dispersion element 27.

また、式(E)から計算されるkの値と、Δn/Δnの比の値とは、ほぼ同じである。このため、屈折率の温度変化に起因する光線の出射角のずれ方(変化する方向)は、その大きさも等しくなる。このため、波長λの光は温度変化に関わらず、ディテクタアレイ15のうちの同一のディテクタ素子に入射する。したがって、一定の波長が温度変化のために隣のディテクタで検出されることがないという更なる効果を奏する。 Further, the value of k calculated from the equation (E) is substantially the same as the value of the ratio Δn 1 / Δn 2 . For this reason, the magnitude of the deviation (change direction) of the emission angle of the light beam caused by the temperature change of the refractive index is equal. Therefore, the light of wavelength λ is incident on the same detector element in the detector array 15 regardless of the temperature change. Therefore, there is an additional effect that a certain wavelength is not detected by the adjacent detector due to a temperature change.

(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態にかかる波長選択スイッチについて説明する。
図4は、本実施形態にかかる波長選択スイッチの概略構成を示している。
(Fourth embodiment)
Next, a wavelength selective switch according to the fourth embodiment will be described.
FIG. 4 shows a schematic configuration of the wavelength selective switch according to the present embodiment.

分光装置500は、複数の光ファイバからなるファイバアレイ501と、マイクロレンズアレイ502と、レンズ506と、分光部503と、レンズ504と、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)モジュールであるマイクロミラーアレイ505とを備えている。   The spectroscopic device 500 includes a fiber array 501 composed of a plurality of optical fibers, a microlens array 502, a lens 506, a spectroscopic unit 503, a lens 504, and a micromirror array 505 that is a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) module. It has.

ファイバアレイ501内の各光ファイバと、マイクロレンズアレイ502内の各マイクロレンズとが、対になるように構成されている。そして、この対の光ファイバとマイクロレンズとがアレイ状に配置されている。ファイバアレイ501は、光入出力ポートとして機能する。   Each optical fiber in the fiber array 501 and each microlens in the microlens array 502 are configured to be a pair. The pair of optical fibers and microlenses are arranged in an array. The fiber array 501 functions as an optical input / output port.

複数の光ファイバのうちの一つの光ファイバ(以下、適宜「第1の光ファイバ」という。)から、波長多重された信号光が、分光部503に向けて出射される。光ファイバから出射した光は、マイクロレンズアレイ502で平行光束に変換され、レンズ506を通って分光部503に入射する。   Wavelength-multiplexed signal light is emitted toward the spectroscopic unit 503 from one of the plurality of optical fibers (hereinafter, referred to as “first optical fiber” as appropriate). Light emitted from the optical fiber is converted into a parallel light beam by the microlens array 502, passes through the lens 506, and enters the spectroscopic unit 503.

図8は、レンズ506の概略構成を示している。
レンズ506は、マイクロレンズアレイ502と分光部503との間の光路内に配置されている。レンズ506は、相互に異なるパワーを有するシリンドリカルレンズ507と508から構成される。ここで、シリンドリカルレンズ507と508は、そのパワーの方向を互いに垂直になるように配置されている。
FIG. 8 shows a schematic configuration of the lens 506.
The lens 506 is disposed in the optical path between the microlens array 502 and the spectroscopic unit 503. The lens 506 includes cylindrical lenses 507 and 508 having different powers. Here, the cylindrical lenses 507 and 508 are arranged so that their power directions are perpendicular to each other.

分光部503としては、図2に示す第1の実施形態の分光部13で用いられた分散素子27とプリズム26のペアを用いる。分光部503は、入射した波長多重光を帯状に1次元方向に分散する。なお、分光部503の構成及び機能は、第1の実施形態で説明したものと同じであるため、重複する説明は省略する。   As the spectroscopic unit 503, a pair of the dispersion element 27 and the prism 26 used in the spectroscopic unit 13 of the first embodiment shown in FIG. The spectroscopic unit 503 disperses incident wavelength multiplexed light in a one-dimensional direction in a band shape. In addition, since the structure and function of the spectroscopic unit 503 are the same as those described in the first embodiment, redundant description is omitted.

図4に戻って、説明を続ける。レンズ504は、分光部503によって分散された光を、光偏向部材であるマイクロミラーアレイ505上の波長ごとの所定位置に導く。マイクロミラーアレイ505上において、それぞれの波長の光の集光点の形状は、レンズ506の波長分散方向とファイバアレイ方向のパワーが異なることにより楕円形状になっている。   Returning to FIG. 4, the description will be continued. The lens 504 guides the light dispersed by the spectroscopic unit 503 to a predetermined position for each wavelength on the micromirror array 505 that is a light deflection member. On the micromirror array 505, the shape of the condensing point of the light of each wavelength is elliptical because the power of the lens 506 in the chromatic dispersion direction and the fiber array direction is different.

MEMSモジュールであるマイクロミラーアレイ505は、分光部503で帯状に分散された光の波長に対応する複数のマイクロミラーMのアレイ(MEMSミラーアレイ)を有する。   The micromirror array 505 which is a MEMS module has an array of a plurality of micromirrors M (MEMS mirror array) corresponding to the wavelength of light dispersed in a band shape by the spectroscopic unit 503.

より具体的には、温度TにおけるITUグリッドの中心周波数が、各マイクロミラーMの中心に位置するように、マイクロミラーMのアレイの個々のミラーの幅やミラーピッチが設定されている。 More specifically, the center frequency of the ITU grid at the temperature T 1 is, to be in the center of each micro-mirror M, the individual width and mirror pitch of the mirror of the array of micro-mirror M is set.

図5は、マイクロミラーアレイ505の概略構成を示している。マイクロミラーMは、それぞれローカルのx軸とy軸の周りに回転が可能である。マイクロミラーMは、主にy軸に関する回転により、入射した光を入射方向とは異なる方向へ反射する。   FIG. 5 shows a schematic configuration of the micromirror array 505. The micromirror M can rotate around the local x-axis and y-axis, respectively. The micromirror M reflects incident light in a direction different from the incident direction mainly by rotation about the y-axis.

図4において、マイクロミラーアレイ505の複数のマイクロミラーMにより、入射方向とは異なり、かつ同じ方向、例えば方向Dに反射された光は、再びレンズ504に入射する。レンズ504へ再び入射した光は、分光部503に統合される。分光部503により回折された後は、再び多波長成分の同一光束となる。   In FIG. 4, the light reflected by the plurality of micromirrors M of the micromirror array 505, which is different from the incident direction and reflected in the same direction, for example, the direction D, is incident on the lens 504 again. The light that has entered the lens 504 again is integrated into the spectroscopic unit 503. After being diffracted by the spectroscopic unit 503, it becomes the same light flux with multiple wavelength components again.

これに対して、異なるマイクロミラーにより、入射方向とも方向Dとも異なる方向に反射された光は、再びレンズ504に入射する。入射した光は、レンズ504により分光部503にリレーされる。リレーされた光は、分光部503により回折される。ここで、方向Dの方向に反射された光と、方向Dとは異なる方向に反射された光とは統合されない。   On the other hand, the light reflected by the different micromirrors in the direction different from the incident direction and the direction D is incident on the lens 504 again. The incident light is relayed to the spectroscopic unit 503 by the lens 504. The relayed light is diffracted by the spectroscopic unit 503. Here, the light reflected in the direction D and the light reflected in a direction different from the direction D are not integrated.

これらの光はファイバアレイ501の入力ポートとは異なる他の何れかのファイバ(以下、適宜「第2の光ファイバ」という。)に入射する。また、方向Dに反射した光と、方向Dとは異なる方向に反射した光とは、それぞれ異なるファイバに入射する。   These lights are incident on any other fiber different from the input port of the fiber array 501 (hereinafter referred to as “second optical fiber” as appropriate). The light reflected in the direction D and the light reflected in a direction different from the direction D are incident on different fibers.

このように、第1の光ファイバから出射した多波長成分の光は、波長ごとにマイクロミラーアレイのそれぞれのミラーMの傾き角により選択的に第2の光ファイバに入射させることができる。   As described above, the light of the multi-wavelength component emitted from the first optical fiber can be selectively made incident on the second optical fiber by the inclination angle of each mirror M of the micromirror array for each wavelength.

なお、本実施形態では、1つの光入力ポートから複数の光出力ポートへの結合に関して説明したが、複数の光入力ポートから1つの光出力ポートへの結合を行うことも可能である。   In the present embodiment, the coupling from one optical input port to a plurality of optical output ports has been described. However, coupling from a plurality of optical input ports to one optical output port can also be performed.

本実施形態にかかる波長選択スイッチは、上記第1の実施形態で説明した分光部13を有している。このため、表6で掲げるような「ΔθとΔθが略等しい」という条件を満足する構成である。 The wavelength selective switch according to this embodiment includes the spectroscopic unit 13 described in the first embodiment. Therefore, the configuration satisfies the condition “Δθ 4 and Δθ 5 are substantially equal” as listed in Table 6.

さらに、本実施形態のプリズム26と分散素子27はともにシリコンから構成されている。このとき、式(E)よりk=0.961であり、Δn/Δn=1である。このことから、「式(E)で決定されるkと|Δn/Δn|の値が略等しい」も満足する構成である。 Furthermore, both the prism 26 and the dispersive element 27 of this embodiment are made of silicon. At this time, k = 0.961 and Δn 1 / Δn 2 = 1 from the equation (E). From this, it is a configuration satisfying that “the value of k determined by the equation (E) is substantially equal to | Δn 1 / Δn 2 |”.

図6は、レンズ504の断面の構成を示している。レンズ504において、両凸正レンズの硝材はSK11(SCHOTT社製)、両凹負レンズの硝材はSF5(SCHOTT社製)である。レンズ504は、このような両凸正レンズと両凹負レンズとを接合して構成されたアクロマートレンズである。このため、分光部503から出射したそれぞれの波長の光を、色収差が少なくそれぞれの波長ごとに所定位置へ集光できる。   FIG. 6 shows a cross-sectional configuration of the lens 504. In the lens 504, the glass material of the biconvex positive lens is SK11 (manufactured by SCHOTT), and the glass material of the biconcave negative lens is SF5 (manufactured by SCHOTT). The lens 504 is an achromatic lens configured by joining such a biconvex positive lens and a biconcave negative lens. For this reason, the light of each wavelength emitted from the spectroscopic unit 503 can be condensed at a predetermined position for each wavelength with little chromatic aberration.

(作用効果)
上記構成により、本実施形態では、温度変化が生じた場合においても、分散特性の変化が十分に小さいので、常に安定した波長選択を行うことができるという効果を奏する。
また、波長λの光は、温度変化に関わらず、同じMEMSミラーに入射する。このため、一定の波長が、温度変化のために意図していない隣のミラーで反射されることがないという更なる効果を奏する。
(Function and effect)
With the above configuration, the present embodiment has an effect that stable wavelength selection can always be performed because the change in dispersion characteristics is sufficiently small even when a temperature change occurs.
Moreover, the light of wavelength λ is incident on the same MEMS mirror regardless of the temperature change. For this reason, there is an additional effect that a certain wavelength is not reflected by an adjacent mirror that is not intended due to a temperature change.

加えて、レンズ504としてアクロマートレンズを用いている。このため、各波長の光に対して収差を小さくしつつ集光することができる。この結果、波長分解能の高い波長選択スイッチが得られるという更なる効果を奏する 。   In addition, an achromatic lens is used as the lens 504. For this reason, it can condense, making aberration small with respect to the light of each wavelength. As a result, the wavelength selective switch having a high wavelength resolution can be obtained.

加えて、マイクロレンズアレイ502と分光部503との間の光路内にシリンドリカルレンズ507、508を備えているので、MEMSミラー上で適切な縦横比のスポット形状を形成できる。   In addition, since the cylindrical lenses 507 and 508 are provided in the optical path between the microlens array 502 and the spectroscopic unit 503, a spot shape having an appropriate aspect ratio can be formed on the MEMS mirror.

例えば、図5において、y方向よりもx方向に大きな直径を有するスポットを形成する。これにより、MEMSミラーの回転角を大きくすることなく、適当なスイッチングができる波長選択スイッチを得られるという更なる効果を奏する。   For example, in FIG. 5, a spot having a larger diameter in the x direction than in the y direction is formed. Thereby, there is an additional effect that a wavelength selective switch capable of appropriate switching can be obtained without increasing the rotation angle of the MEMS mirror.

また、図5において、x方向よりもy方向に小さな直径を有するスポットを形成することもできる。これにより、ワイドパスバンドな波長選択スイッチ、即ちパスバンドの広い波長選択スイッチを得られるという更なる効果を奏する。   Further, in FIG. 5, a spot having a smaller diameter in the y direction than in the x direction can be formed. As a result, the wavelength selective switch having a wide pass band, that is, the wavelength selective switch having a wide pass band can be obtained.

加えて、波長選択スイッチにおいては以下の式(F)を満たすことが望ましい。
0.95<Δθ/Δθ<1.05 式(F)
In addition, it is desirable for the wavelength selective switch to satisfy the following formula (F).
0.95 <Δθ 4 / Δθ 5 <1.05 Formula (F)

Δθ/Δθが式(F)の下限値を下回ったとき、及び上限値を上回ったとき、温度TにおけるITUグリッドの周波数を持つ光線が、マイクロミラーMのアレイの個々のミラーの中心に当たらなくなる。この結果、パスバンドが小さくなるという不都合が生じてしまう。 When the [Delta] [theta] 4 / [Delta] [theta] 5 below the lower limit of the formula (F), and when it exceeds the upper limit, light having a frequency of ITU grid at temperature T 2 is, of the individual mirrors of the array of micro-mirrors M center If it hits, it will disappear. As a result, there arises a disadvantage that the passband becomes small.

なお、温度Tから温度Tに変化した際、式(E)で決定されるkと、|Δn/Δn|の値と、が略等しい場合においても、プリズム26と分散素子27とを通る光線の光路は変化する。その結果、第3面23より順方向の光線が出射する位置が異なる。 Note that when the temperature T 1 is changed to the temperature T 2 , the prism 26 and the dispersion element 27 can be obtained even when k determined by the equation (E) is substantially equal to the value of | Δn 1 / Δn 2 |. The optical path of the light beam passing through changes. As a result, the position where the forward light beam is emitted from the third surface 23 is different.

分光装置の場合はレンズ14、または波長選択スイッチの場合はレンズ503を通して集光する位置は、光線の第3面23からの出射角に依存する。このため、上述の光線が第3面23より出射する際の位置ずれは、分光装置や波長選択スイッチの性能には影響しない。   In the case of a spectroscopic device, the position where light is condensed through the lens 14 or in the case of a wavelength selective switch depends on the exit angle of the light beam from the third surface 23. For this reason, the positional deviation when the above-mentioned light beam is emitted from the third surface 23 does not affect the performance of the spectroscopic device or the wavelength selective switch.

また、第1の実施の形態で述べた変形例のすべてが、第4の実施の形態の波長選択スイッチが備える分光部においても適用できる。   All of the modifications described in the first embodiment can also be applied to the spectroscopic unit provided in the wavelength selective switch of the fourth embodiment.

上述した各実施形態においては、式(E)で決定されるkと、|Δn/Δn|の値と、が略等しいとして説明している。ここで、より具体的には、0.9k<|Δn/Δn|<1.1kを満たすことが望ましい。 In each of the above-described embodiments, it is described that k determined by the equation (E) is substantially equal to the value of | Δn 1 / Δn 2 |. More specifically, it is desirable that 0.9k <| Δn 1 / Δn 2 | <1.1k is satisfied.

また、|Δn/Δn|の値は、この式の下限を下回ったときも、上限を上回ったときにも、不都合が生じる。この不都合とは、分光装置の場合には、温度T時の波長精度が悪くなることである。波長選択スイッチの場合には、温度TにおけるITUグリッドの周波数を有する光線が、マイクロミラーMのアレイの個々のミラーの中心に照射されずに、パスバンドが小さくなることである。 In addition, the value of | Δn 1 / Δn 2 | causes inconvenience both when the value is below the lower limit and when the value is higher than the upper limit. This inconvenience is that in the case of a spectroscopic device, the wavelength accuracy at the temperature T 2 is deteriorated. In the case of a wavelength selective switch, the light beam having the frequency of the ITU grid at the temperature T 2 is not irradiated to the center of each mirror of the array of micromirrors M, and the passband is reduced.

なお、上述した第1〜第3の実施の形態に係る分光装置は、光通信用モジュールのWDM(Wavelenth Division Multiplexing)チャネルイコライザーや波長ブロッカに含まれる分光装置としても利用することができる。   The spectroscopic device according to the first to third embodiments described above can also be used as a spectroscopic device included in a WDM (Wavelent Division Multiplexing) channel equalizer or wavelength blocker of an optical communication module.

本発明は、上述した発明の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得るものである。   The present invention is not limited to the embodiment of the invention described above, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

以上のように、本発明は、温度変化が起こったとしても分散特性の変化が十分に小さい分光装置とそのような分光装置を用いた波長選択スイッチを用いる分野において有用である。   As described above, the present invention is useful in the field of using a spectroscopic device in which a change in dispersion characteristics is sufficiently small even when a temperature change occurs and a wavelength selective switch using such a spectroscopic device.

11 入射スリット
12 レンズ
13 分光部
14 レンズ(集光レンズ)
15 ディテクタアレイ
16 複数波長の光線
21 第1面(プリズム)
22 第2面(プリズム)
23 第1面、第3面(分散素子)
24 第2面(分散素子)
26 プリズム
27 分散素子
71 プリズム
72 グレーティングチップ
73 接合面
74 接合面
501 ファイバアレイ
502 マイクロレンズアレイ
503 分光部
504 レンズ
505 マイクロミラーアレイ(MEMSモジュール)
506 レンズ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Entrance slit 12 Lens 13 Spectrometer 14 Lens (condensing lens)
15 Detector array 16 Light beams with multiple wavelengths 21 First surface (prism)
22 2nd surface (prism)
23 1st surface, 3rd surface (dispersion element)
24 2nd surface (dispersion element)
26 Prism 27 Dispersing element 71 Prism 72 Grating chip 73 Joint surface 74 Joint surface 501 Fiber array 502 Micro lens array 503 Spectroscopic section 504 Lens 505 Micro mirror array (MEMS module)
506 lens

Claims (17)

順方向の光線が入射する順に、第1群の分散素子と、第2群の分散素子を有し、
第1の温度Tにおける前記順方向の光線の前記第1群の分散素子からの出射角をθ
前記第1の温度Tとは異なる第2の温度Tにおける前記順方向の光線の前記第1群の分散素子からの出射角をθ’
前記出射角の差分θ'−θをΔθ
前記第1の温度Tにおける前記順方向の光線が前記第2群の分散素子から出射する光路に沿った光線であって、かつ前記第2の温度Tにおける逆方向の光線の前記第2群の分散素子からの出射角をθ”
前記第1の温度Tにおける前記順方向の光線の前記第2群の分散素子への入射角をθ
前記出射角および入射角の差分θ”−θをΔθ
とそれぞれするとき、
ΔθとΔθが略等しいことを特徴とする分光装置。
A first group of dispersive elements and a second group of dispersive elements in the order in which forward light rays are incident;
The outgoing angle of the forward ray from the first group of dispersive elements at the first temperature T 1 is θ 4 ,
An outgoing angle of the forward light beam from the first group of dispersion elements at a second temperature T 2 different from the first temperature T 1 is θ ′ 4 ,
The difference θ ′ 4 −θ 4 of the emission angle is expressed as Δθ 4 ,
The forward ray at the first temperature T 1 is a ray along the optical path emitted from the second group of dispersive elements, and the second ray of the reverse ray at the second temperature T 2 . The exit angle from the group of dispersive elements is θ ″ 5 ,
The incident angle of the forward ray at the first temperature T 1 to the second group of dispersive elements is θ 5 ,
The difference θ ″ 5 −θ 5 between the exit angle and the incident angle is Δθ 5 ,
And when
A spectroscopic device characterized in that Δθ 4 and Δθ 5 are substantially equal.
前記第1群の分散素子は、プリズムを有し、
前記第2群の分散素子は、分散素子を有し、
順方向の光線が入射する順に、
前記プリズムは、透過面である第1面と、透過面である第2面と、前記第1面と前記第2面との間の光路内に満たされた屈折率が1よりも大きな媒質とを有し、
前記分散素子は、透過面である第1面と、反射回折面である第2面と、第1面と共通の透過面である第3面と、前記第1面と前記第2面との間の光路内に満たされた屈折率が1よりも大きな媒質とを有し、
前記第1の温度Tにおける順方向の光線の、
前記プリズムの前記第1面への入射角をθ
前記プリズムの前記第1面での屈折角をθ
前記プリズム第2面の入射角をθ
前記プリズム第2面の屈折角をθ
前記分散素子第1面の入射角をθ
前記分散素子第1面の屈折角をθ
前記分散素子第2面の入射角をθ
前記分散素子第2面の回折角をθ
前記分散素子第3面の入射角をθ
前記分散素子第3面の屈折角をθ10
前記第1温度Tから前記第2の温度Tに変化した際に生じる前記プリズムの媒質の屈折率変化をΔn
前記第1温度Tから前記第2の温度Tに変化した際に生じる前記分散素子の媒質の屈折率変化をΔn
とそれぞれするとき、式(E)で決定されるkと、|Δn/Δn|の値と、が略等しいことを特徴とする請求項1に記載の分光装置。
The first group of dispersive elements includes a prism,
The second group of dispersive elements includes dispersive elements;
In the order in which the forward rays are incident,
The prism includes a first surface that is a transmission surface, a second surface that is a transmission surface, and a medium having a refractive index greater than 1 filled in an optical path between the first surface and the second surface. Have
The dispersive element includes a first surface that is a transmission surface, a second surface that is a reflection diffraction surface, a third surface that is a transmission surface in common with the first surface, and the first surface and the second surface. A medium with a refractive index greater than 1 filled in the optical path between
A forward ray of light at the first temperature T 1 ,
The incident angle of the prism with respect to the first surface is θ 1 ,
The refraction angle at the first surface of the prism is θ 2 ,
The incident angle of the second prism surface is θ 3 ,
The refraction angle of the prism second surface is θ 4 ,
The incident angle of the first surface of the dispersive element is θ 5 ,
The refraction angle of the first surface of the dispersive element is θ 6 ,
The incident angle of the second surface of the dispersion element is θ 7 ,
The diffraction angle of the second surface of the dispersion element is θ 8 ,
The incident angle of the third surface of the dispersion element is θ 9 ,
The refraction angle of the third surface of the dispersion element is θ 10 ,
A change in refractive index of the medium of the prism that occurs when the first temperature T 1 changes to the second temperature T 2 is Δn 1 ,
A change in the refractive index of the medium of the dispersive element that occurs when the first temperature T 1 changes to the second temperature T 2 is Δn 2 ,
2. The spectroscopic apparatus according to claim 1, wherein k determined by the equation (E) is substantially equal to a value of | Δn 1 / Δn 2 |.
前記プリズムの媒質と、前記分散素子の媒質とは、同じ材料で構成されており、
前記材料は、光学ガラス、結晶材料、樹脂材料、及び金属材料のうちの何れか一つであることを特徴とする請求項2に記載の分光装置。
The medium of the prism and the medium of the dispersion element are made of the same material,
The spectroscopic apparatus according to claim 2, wherein the material is any one of optical glass, crystal material, resin material, and metal material.
前記プリズムの媒質と、前記分散素子の媒質とは、ともに同じシリコンであることを特徴とする請求項3に記載の分光装置。   The spectroscopic apparatus according to claim 3, wherein the medium of the prism and the medium of the dispersion element are both the same silicon. 前記プリズムの前記第1面と前記第2面の交線と、前記プリズムの前記第2面で屈折する光線を含む入射平面と、の交点を交点Aとし、
前記分散素子の前記第1面と前記第2面の交線と、前記入射平面と、の交点を交点Bとするとき、
前記交点Aと前記交点Bとは、入射平面において、前記プリズムと前記分散素子との間に存在する光線の光路に沿った直線で区切られる2つの領域に関して、互いに異なる領域に存在するように構成されていることを特徴とする請求項3または請求項4に記載の分光装置。
An intersection point between an intersection line of the first surface and the second surface of the prism and an incident plane including a light beam refracted on the second surface of the prism is an intersection point A,
When the intersection point between the line of intersection of the first surface and the second surface of the dispersion element and the incident plane is an intersection point B,
The intersection point A and the intersection point B are configured to exist in different regions with respect to two regions separated by a straight line along an optical path of a light beam existing between the prism and the dispersion element in the incident plane. The spectroscopic device according to claim 3, wherein the spectroscopic device is provided.
前記プリズムの媒質と、前記分散素子の媒質とは異なる材料で構成され、
前記材料は、光学ガラス、結晶材料、樹脂材料、及び金属材料のうちの何れか一つであることを特徴とする請求項2に記載の分光装置。
The prism medium and the dispersion element medium are made of different materials,
The spectroscopic apparatus according to claim 2, wherein the material is any one of optical glass, crystal material, resin material, and metal material.
前記プリズムの媒質の屈折率nの温度係数dn/dTの符号と、前記分散素子の媒質の屈折率nの温度係数dn/dTの符号と、が同じであるとき、
前記プリズムの前記第1面と前記第2面の交線と、前記プリズムの前記第2面で屈折する光線を含む入射平面と、の交点を交点Aとし、
前記分散素子の前記第1面と前記第2面の交線と、前記入射平面と、の交点を交点Bとするとき、
前記交点Aと前記交点Bとは、入射平面において、前記プリズムと前記分散素子との間に存在する光線の光路に沿った直線で区切られる2つの領域に関して、互いに異なる領域に存在するように構成されていることを特徴とする請求項6に記載の分光装置。
When the sign of the temperature coefficient dn 1 / dT of the refractive index n 1 of the prism medium is the same as the sign of the temperature coefficient dn 2 / dT of the refractive index n 2 of the medium of the dispersion element,
An intersection point between an intersection line of the first surface and the second surface of the prism and an incident plane including a light beam refracted on the second surface of the prism is an intersection point A,
When the intersection point between the line of intersection of the first surface and the second surface of the dispersion element and the incident plane is an intersection point B,
The intersection point A and the intersection point B are configured to exist in different regions with respect to two regions separated by a straight line along an optical path of a light beam existing between the prism and the dispersion element in the incident plane. The spectroscopic device according to claim 6, wherein the spectroscopic device is provided.
前記プリズムの媒質の屈折率nの温度係数dn/dTの符号と、前記分散素子の媒質の屈折率nの温度係数dn/dTの符号と、が異なるとき、
前記プリズムの前記第1面と前記第2面の交線と、前記プリズムの前記第2面で屈折する光線を含む入射平面と、の交点を交点Aとし、
前記分散素子の前記第1面と前記第2面の交線と、前記入射平面と、の交点を交点Bとするとき、
前記交点Aと前記交点Bとは、入射平面において、前記プリズムと前記分散素子との間に存在する光線の光路に沿った直線で区切られる2つの領域に関して、互いに同じ側の領域に存在するように構成されていることを特徴とする請求項6に記載の分光装置。
When the sign of the temperature coefficient dn 1 / dT of the refractive index n 1 of the prism medium is different from the sign of the temperature coefficient dn 2 / dT of the refractive index n 2 of the medium of the dispersion element,
An intersection point between an intersection line of the first surface and the second surface of the prism and an incident plane including a light beam refracted on the second surface of the prism is an intersection point A,
When the intersection point between the line of intersection of the first surface and the second surface of the dispersion element and the incident plane is an intersection point B,
The intersecting point A and the intersecting point B are present on the same side with respect to two regions separated by a straight line along the optical path of the light beam existing between the prism and the dispersive element in the incident plane. The spectroscopic device according to claim 6, wherein the spectroscopic device is configured as follows.
前記順方向の光線は略平行光のうちの一本の光線であることを特徴とする請求項1から請求項8の何れか一項に記載の分光装置。   The spectroscopic device according to claim 1, wherein the light beam in the forward direction is one light beam of substantially parallel light. 前記プリズムの前記第1面に順方向の光線が入射する側の光路内にレンズまたパワーを持つ反射鏡が配置されていることを特徴とする請求項9に記載の分光装置。   The spectroscopic device according to claim 9, wherein a lens or a reflecting mirror having power is disposed in an optical path on a side where a forward light beam is incident on the first surface of the prism. 前記分散素子の前記第3面から順方向の光線が射出する側の光路内にレンズまたはパワーを持つ反射鏡が配置されていることを特徴とする請求項9または請求項10に記載の分光装置。   The spectroscopic device according to claim 9 or 10, wherein a reflecting mirror having a lens or a power is disposed in an optical path on a side where a forward light beam is emitted from the third surface of the dispersive element. . 前記レンズはアクロマートレンズであることを特徴とする請求項10または請求項11に記載の分光装置。   The spectroscopic device according to claim 10 or 11, wherein the lens is an achromatic lens. 前記レンズは透過した後の各波長の主光線をテレセントリックにすること、または前記パワーを持つ反射鏡は反射した後の各波長の主光線をテレセントリックにすることを特徴とする請求項11または請求項12に記載の分光装置。   12. The lens according to claim 11, wherein the lens makes the chief ray of each wavelength after transmission telecentric, or the reflecting mirror having the power makes the chief ray of each wavelength after reflection telecentric. 12. The spectroscopic device according to 12. 角度θと角度θが略等しいことを特徴とする請求項1から請求項13の何れか一項に記載の分光装置。 The spectroscopic apparatus according to claim 1 , wherein the angle θ 1 and the angle θ 4 are substantially equal. 角度θと角度θ10が略等しいことを特徴とする請求項1から請求項14の何れか一項に記載の分光装置。 The spectroscopic apparatus according to claim 1, wherein the angle θ 5 and the angle θ 10 are substantially equal. 請求項1から請求項15の何れか一項に記載の分光装置を用いることを特徴とする波長選択スイッチ。   A wavelength selective switch using the spectroscopic device according to any one of claims 1 to 15. 前記レンズは少なくとも1つのシリンドリカルレンズを含むことを特徴とする請求項16に記載の波長選択スイッチ。
The wavelength selective switch according to claim 16, wherein the lens includes at least one cylindrical lens.
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