JP2535216B2 - 光スペクトラムアナライザ― - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光スペクトル分析を行なう光スペクトラム
アナライザー、特に詳細には音響光学効果を利用して光
スペクトルを分析する光スペクトラムアナライザーに関
するものである。

（従来の技術） 光スペクトルを分析する光スペクトラムアナライザー
としては、種々のものが公知となっている。従来より広
く実用に供されている光スペクトラムアナライザーの１
つとして、例えばツェルニターナー型と称されるものが
知られている。この光スペクトラムアナライザーは、照
射された被測定光を回折させる回折格子を回転させ、そ
れにより回折光をスリット上において移動させ、このス
リット越しに回折光を検出したときの回折格子の回転角
に基づいて光スペクトルを分析するものである。このよ
うな光スペクトラムアナライザーは、高分解能で光スペ
クトルを分析可能となっている。

しかしこのような光スペクトラムアナライザーは、大
型でかつ重いので取扱い性に難があり、例えば携帯使用
等には不向きであった。小型軽量に形成されうる光スペ
クトラムアナライザーも種々考えられているが、そのよ
うなものの多くは分解能が低いという問題を有してい
る。

そこで本出願人は先に、小型軽量に形成可能で、しか
も分解能の高い光スペクトラムアナライザーを提案した
（特願昭62−180779号）。このスペクトラムアナライザ
ーは、 表面弾性波が伝播可能な材料から形成された光導波路
と、 この光導波路内に入射されて該光導波路内を進行する
被測定光としての導波光の光路に交わる方向に進行し
て、該導波光を回折、偏向させる連続的に周波数が変化
する表面弾性波を上記光導波路において発生させる表面
弾性波発生手段と、 上記表面弾性波によって偏向されて光導波路外に出射
した上記被測定光を検出する光検出手段と、 この光検出手段が被測定光を検出したときの表面弾性
波の周波数を検出する周波数検出手段とから構成された
ことを特徴とするものである。

光導波路内を導波する導波光は、この光導波路を伝播
する表面弾性波と交差すると、音響光学相互作用により
回折、偏向する。この偏向角δは、表面弾性波の進行方
向に対する導波光の入射角をθとすると、δ＝２θであ
る。そして導波光の波長をλ、光導波路の実効屈折率を
Neとし、表面弾性波の波長、周波数、速度をそれぞれ
Λ、ｆ、ｖとすれば、 である。Neおよびｖは一定であるから、この式で示され
るブラッグ条件を満足して導波光が最も効率良く回折す
るときの前記入射角θと表面弾性波周波数ｆが分かれ
ば、導波光すなわち被測定光の波長λが分かることにな
る。

また導波光（被測定光）が非常に波長が近接した複数
のスペクトル成分を含む場合、各スペクトル成分を表面
弾性波の回折作用により分離させることができる。した
がって、例えば前記光検出器の前にピンホール板等を配
置して、各スペクトル成分の光がそれぞれ個別に検出さ
れるようにしておけば、上述のように波長が近接してい
ても各スペクトル成分を正確に測定可能となる。

（発明が解決しようとする課題） ところで上述のような光スペクトラムアナライザーに
おいて光スペクトル分析を行なう場合、被測定光の偏光
方向に関して特に注意を払わなければ、光導波路におい
て被測定光は、TE、TMの両導波モードが併せて励振され
た状態で導波することになる。光導波路の実効屈折率Ne
は、各モードの導波光に対して互いに異なることが多い
から、TEモードの導波光とTMモードの導波光は、表面弾
性波への入射角が共通であれば、互いに異なる周波数の
表面弾性波に対して最も効率良く回折することになる。
したがって、実際の光スペクトル分析に際しては、時間
的にずれて２通りのピーク光が検出されるようになり、
どちらの検出光に基づいて光波長を求めるべきであるか
判断しかねることになる。また被測定光が互いに近接し
た波長の複数のスペクトル成分からなる場合、上記２通
りのピーク光が互いに重なり合って、スペクトル分析が
全く不可能になることもある。

上述のような不具合の発生を防止するため、被測定光
を光導波路内に導く光学系に偏光板等を配して、光導波
路においてTEモードのみあるいはTMモードのみしか励振
されないようにすることも考えられるが、そうした場合
は、被測定光の偏光方向を適切に制御できないと、光導
波路内を被測定光が導波せず、よって光スペクトル分析
が全く不可能になることも起こりうる。また、光スペク
トル分析の信頼性を確かめるために、回折した被測定光
の絶対強度を前記光検出手段によって確認したいという
要求が有るが、上述のような偏光板等を配置すると、光
導波路内に入射する被測定光の光量がその偏光方向に応
じて変わってしまうので、被測定光の絶対強度を測定す
るのは不可能となる。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであ
り、被測定光の偏光方向がどのようになっていてもその
光スペクトルを常に正しく求めることができ、またその
絶対強度を求めることも可能とする光スペクトラムアナ
ライザーを提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明による第１の光スペクトラムアナライザーは、
先に述べた通りの光導波路と、表面弾性波発生手段と、
光検出手段と、周波数検出手段とを備えた光導波路型の
光スペクトラムアナライザーにおいて、 光導波路として第１および第２の２つの光導波路を設
けた上で、 被測定光を、偏光方向が相直交する２つの偏光成分毎
に分離する偏光ビームスプリッタ等の分離手段と、 分離された各被測定光を上記第１および第２の光導波
路に、それぞれTEモード、TMモードで導波するように入
力させる入力光学系とを設け、 そして表面弾性波発生手段も、各光導波路においてそ
れぞれ導波光を回折、偏光させるように２つ設け、 また光検出手段は、偏向されて第１、第２の光導波路
から各々出射した被測定光を光学的あるいは電気的に合
計して検出するように形成したことを特徴とするもので
ある。

本発明による第２の光スペクトラムアナライザーは、
上記光検出手段として、偏向されて第１、第２の光導波
路から各々出射した被測定光を別個に検出する第１およ
び第２の光検出手段を設け、周波数検出手段はこれらの
光検出手段の少なくとも一方が被測定光を検出したとき
の表面弾性波の周波数を検出するように形成し、その他
は上記第１の光スペクトラムアナライザーと同様に構成
したものである。

本発明による第３の光スペクトラムアナライザーは、
上記第１の光スペクトラムアナライザーにおける入力光
学系に代えて、分離された各被測定光を第１および第２
の光導波路に同じモードで導波するように入力させる入
力光学系を設け、その他は第１の光スペクトラムアナラ
イザーと同様に構成したことを特徴とするものである。

さらに本発明による第４の光スペクトラムアナライザ
ーは、上記第２の光スペクトラムアナライザーにおける
入力光学系（第１の光スペクトラムアナライザーと同じ
もの）に代えて、第３の光スペクトラムアナライザーの
入力光学系と同じ入力光学系を設け、その他は第２の光
スペクトラムアナライザーと同様に構成したことを特徴
とするものである。

（作用） 上記第１および第２の光スペクトラムアナライザーに
おいては、それぞれTEモード導波光、TMモード導波光に
対して、ブラッグ条件を満たすための諸要素（表面弾性
波への導波光入射角や表面弾性波周波数等）を独自に設
定できるから、第１の光スペクトラムアナライザーにあ
っては例えばTEモード導波光とTMモード導波光とを同時
に最大効率で回折させることも可能で、一方第２の光ス
ペクトラムアナライザーにあってはTEモード導波光に基
づく光波長分析値とTMモード導波光に基づく光波長分析
値（それらは同じ値となる）とを独自に切り離して求め
ることが可能であるから、前述のように２通りのピーク
光が重なり合うことを回避できる。

また第３および第４の光スペクトラムアナライザーに
おいては、被測定光が２つの光導波路において同じモー
ドで導波するようになっているから、先に述べた導波モ
ードの違いに起因する問題を本質的に防止できる。

また第１〜４の光スペクトラムアナライザーにおいて
はすべて、被測定光がどのような方向に偏光して分離手
段に入射して来ても、その被測定光は全量が光導波路に
おいて（双方の光導波路、あるいは一方の光導波路にお
いて）導波することになるので、被測定光が全く検出さ
れ得ないということがない。そして特に第１および第３
の光スペクトラムアナライザーにおいては、第１、第２
の光導波路から出射した被測定光を合計して検出するよ
うにしているので、被測定光の絶対光量も容易に検出可
能である。

（実 施 例） 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細に説
明する。

第１図は本発明の第１実施例による光スペクトラムア
ナライザーの平面形状を示すものであり、また第２図は
この光スペクトラムアナライザーの一方の光導波路12の
周辺部分の側面形状を示している。この光スペクトラム
アナライザーは、第１の基板11上に形成された第１の光
導波路12と、この光導波路12の表面に形成された光ビー
ム入力用線状回折格子（Linear Grating Coupler、以
下LGCと称する）13および光ビーム出力用LGC14と、これ
らのLGC13および14の間を進行する導波光L₁の光路に交
わる方向に進行する第１の表面弾性波15を発生させる第
１のチャープ交叉くし形電極対（Chirped Inter−Digi
tal Transducer、以下チャープIDTと称する）17と、上
記表面弾性波15を発生させるためにこの第１のチャープ
IDT17に高周波の交番電圧を印加する高周波アンプ19
と、上記電圧の周波数を連続的に変化（掃引）させるス
イーパー20と、コリメーターレンズ21と、偏光ビームス
プリッタ22と、ミラー28とを有している。

また上記光ビーム出力用LGC14から出射した光ビームL
₃が照射される位置には、第１のピンホール板30と、上
記光ビームL₃の強度を測定するフォトダイオード等の第
１の光検出器31が配置されている。この光検出器31が出
力する光量信号S1はA/D変換器32においてA/D変換され、
それにより得られたディジタルの光量データS2は、演算
処理部33に入力されるようになっている。

また第１図に示される通り、以上説明した各要素のう
ち、高周波アンプ19、スイーパー20、コリメーターレン
ズ21、偏光ビームスプリッタ22およびミラー28を除くも
のについては、各々と同等のものが並設されている。こ
れらの要素や信号等については、図中、既に説明したも
のの付番に「′」（ダッシュ）に付して示し、必要の無
い限りそれらについての重要した説明は省略する（以
下、同様）。そして以下、各要素を詳しく説明する際に
は第１の光導波路12側のものを例に挙げて行なうが、特
に説明がなされない限りその説明は、第２の光導波路1
2′側のものについても同様であるとする。

本実施例においては一例として、基板11にLiNbO₃ウェ
ハを用い、このウェハの表面にTi拡散膜を設けることに
より光導波路12を形成している。なお基板11としてその
他サファイア、Si等からなる結晶性基板が用いられても
よい。また光導波路12も上記のTi拡散に限らず、基板11
上にその他の材料をスパッタ、蒸着する等して形成する
こともできる。ただし、この光導波路12は、上記Ti拡散
膜等、後述する表面弾性波が伝播可能な材料から形成さ
れなければならない。また光導波路は２層以上の積層構
造を有していてもよい。

チャープIDT17は、例えば光導波路12の表面にポジ型
電子線レジストを塗布し、さらにその上にAu導電用薄膜
を蒸着し、電極パターンを電子線描画し、Au薄膜を剥離
後現像を行ない、次いでCr薄膜、Al薄膜を蒸着後、有機
溶媒中でリフトオフを行なうことによって形成すること
ができる。なおチャープIDT17は、基板11や光導波路12
が圧電性を有する材料からなる場合には、直接光導波路
12内あるいは基板11上い設置しても表面弾性波15を発生
させることができるが、そうでない場合には基板11ある
いは光導波路12の一部に例えばZnO等からなる圧電性薄
膜を蒸着、スパッタ等によって形成し、そこにIDT17を
設置すればよい。

例えば半導体レーザ等の光源23から発せられてスペク
トル分析にかけられる光ビームＬは、光源23に接続され
た光ファイバー24、結合器25を介して、光ファイバー26
の端面から発散光として出射する。この光ビームＬはコ
リメーターレンズ21によって平行光とされ、次に偏光ビ
ームスプリッタ22により、偏向方向が互いに直交する２
つの偏光成分毎に分離される。本例では、偏光ビームス
プリッタ22を通過した光ビームＬの偏光方向が、第１図
において紙面と平行な向きになっている。この光ビーム
Ｌは、基板11の斜めにカットされた端面11a（第２図参
照）を通して、第１の光導波路12のLGC13の部分に照射
される。それによりこの光ビームＬはLGC13で回折し
て、効率良く第１の光導波路12内に取り込まれ、該光導
波路12内をTEモードで導波する。この導波光L₁は、前記
（１）で示されるブラッグ条件が満たされれば、チャー
プIDT17から発せられた第１の表面弾性波15との音響光
学相互作用により、回折（Bragg回折）する。回折した
導波光L₂は、LGC14において基板11側に回折し、斜めに
カットされた基板端面11b（第２図参照）から光導波路
素子外に出射する。この出射した光ビームL₃は、集束レ
ンズ27によって小さなスポットに絞られる。

以下、光導波路12内における上記導波光の回折、偏向
について、第３および４図を参照して詳細に説明する。
第３図はチャープIDT17の部分を拡大して詳しく示すも
のであり、また第４図は導波光L₁と第１の表面弾性波15
の波数ベクトルを示している。第３図に示すように導波
光L₁は、表面弾性波15の進行方向に対して一定の角度θ
で入射する。また、表面弾性波15に入射する前の導波光
L₁および通過した後の導波光L₂の波数ベクトルをそれぞ
れ とし、表面弾性波15の波数ベクトルを とすると、前記（１）式で示したブラッグ条件が満たさ
れるときは第４図に示すように となっており、導波光L₂の導波光L₁に対する偏向角はδ
＝２θである。この入射角θが上述のように一定であれ
ば、上記（２）式が成立するときの偏向角δも一定であ
る。したがって、ブラッグ条件を完全に満たして光導波
路12外に出射する光ビームL₃は、一定方向に出射する。
光検出器31の前のピンホール板30は、上記の一、方向に
出射した光ビームL₃がピンホール30aを通過するように
配設されている。なおこのピンホール板30の代りに、ス
リット板が用いられてもよい。

導波光L₁（被測定光）の波長をλ、表面弾性波15の波
長をΛとすると、 であり、また導波光L₂の波長もλであるから、 である。したがって前記（２）式を満足する の値は、入射角θが固定である以上、１つの に対して１つだけ存在する。そこでこの（２）式が成立
するとき（つまり光ビームL₃がピンホール30aを通過し
て光検出器31に検出されたとき）の の値から、すなわち表面弾性波15の波長Λの値から、波
長λが求められうる。

この波長λは、前記（１）式から求めることも勿論可
能であるが、入射角θや、導波光L₁に対する光導波路12
の屈折率Neが不明でも求められうる。すなわち周波数が
既知（λrefとする）の基準導波光を光導波路12内に入
射させ、そのとき波長Λrefの基準表面弾性波によって
この基準導波光が回折されたとする。第４図において基
準導波光の波数ベクトルを▲▼、波長Λrefの基準
表面弾性波の波数ベクトルを▲▼、回折された基準
導波光の波数ベクトルを▲▼とすると、 ΔOPQ∽ΔSPRであるから、 OP＝２π／λref、 PQ＝２π／Λref であるから、 λ＝λref（Λ／Λref） ここで表面弾性波15の速度、周波数をそれぞれｖ、
ｆ、基準表面弾性波の速度、周波数をそれぞれｖref、
ｆrefとすると、 ｖ＝ｆΛ、ｖref＝ｆref・Λref、ｖ＝ｖref であるから、結局上式より λ＝λref（ｆref/f） ……（３） となる。つまり基準導波光の波長λrefおよび基準表面
弾性波の周波数ｆrefを予め調べておけば、この（３）
式から被測定光の波長λが求められる。

光スペクトル分析を行なうときチャープIDT17に印加
される高周波の交番電圧の周波数は、スイーパー20によ
りｆminからｆmaxまで掃引される。なおこの周波数掃引
のタイミングは、全体制御部95が出力するクロック信号
Ｃに基づいて制御される。こうして交番電圧の周波数す
なわち表面弾性波15の周波数が掃引されるとき、上記ｆ
min、ｆmaxの値が適切に設定されていれば、前述の
（１）式を満たすある表面弾性波周波数ｆ（ｆmin≦ｆ
≦ｆmax）において導波光L₁の回折が最も効率良く行な
われる。この際光導波路12から出射した光ビームL₃は、
ピンホール30aを通過して光検出器31によって検出され
る。

光検出器31が出力した光量信号S1は、A/D変換器32に
通してディジタル化される。この際のサンプリング周期
は、前記全体制御部95が出力したクロック信号Ｃに基づ
いて制御され、表面弾性波15の周波数掃引周期と対応が
取られている。したがってA/D変換器32から出力される
ディジタル光量データS2のうち、第何番目のものは表面
弾性波15の周波数が何Hzのときのものである、というこ
とが自ずから分かるようになっている。つまりこの光量
データS2は、連続的に示せば第６図図示のように、表面
弾性波周波数ｆ（横軸）と検出光量との関係を示すもの
となりうる。なお上記説明から明らかなように、本例で
は全体制御部95が、光ビームL₃が検出されたときの表面
弾性波周波数ｆを検出する周波数検出手段を構成してい
る。

一方偏光ビームスプリッタ22で反射した光ビームＬ
は、ミラー28で反射し、LGC13′で回折して第２の光導
波路12′内をTMモードで導波する。また第２のチャープ
IDT17′は、高周波アンプ19とスイーパー20とにより、
第１のチャープIDT17と並列的に駆動される。したがっ
て上記導波光L₁′は、第２のチャープIDT17′により発
生された表面弾性波15′と交差して回折、偏向する。こ
の回折した導波光L₂′は前記導波光L₂と同様にして光導
波路12′外に出射し、第２のピンホール板30′を通して
第２の光検出器31′によって検出される。なお本例にお
いて、第１の表面弾性波15と第２の表面弾性波15′は、
常に互いに同じ値の周波数をとって周波数掃引されるよ
うになっている。そして第１の光導波路12側と第２の光
導波路12′側とで、光学系の調整は別個に行なわれ、TE
モードの導波光L₁とTMモードの導波光L₁′とが、共通の
周波数の表面弾性波15、15′によって最も効率良く回折
して、そのとき光ビームL₃とL₃′とが各々光検出器31,3
1′によって検出されるようになっている。

表面弾性波15の周波数掃引が終了した後、演算処理部
33は、表面弾性波周波数対検出光量の関係を示している
光量データS2を、予め入力されている前記基準導波光の
波長λrefと基準表面弾性波の周波数ｆref、および前記
（３）式に基づいて、導波光波長対検出光量の関係を示
すデータに変換する。同様に演算処理部33′も、表面弾
性波周波数対検出光量の関係を示している光量データS
2′を、予め入力されている基準導波光の波長λrefと基
準表面弾性波の周波数ｆref′、および上記（３）式に
基づいて、導波光波長対検出光量の関係を示すデータに
変換する。

変換処理された光量データS3、S3′は、加算器34にお
いて、互いに等しい被測定光波長と対応するデータ毎に
加算される。こうして得られた加算光量データS4は、光
ビームL₃とL₃′の光量合計値をその波長と対応付けて示
すものとなる。この加算光量データS4は、例えばCRT等
からなる表示装置35に入力される。この表示装置35にお
いては一例として、光ビームL₃、L₃′の全光量対波長の
関係がグラフ状に表示される。したがってこの表示か
ら、光ビームL₃、L₃′が検出されたとき、つまりブラッ
グ条件が成立したときの波長λを見出せば、それが求め
る被測定光Ｌの波長となる。

なお加算データS4は前述の通り光ビームL₃とL₃′の光
量合計値を示すものとなっているから、このデータS4に
基づき表示装置36において、回折した被測定光の絶対光
量を示すことも可能である。この絶対光量が分かれば、
導波光L₁およびL₁′が確かに効率良く回折しているか否
か等を確認可能で、光スペクトル分析の信頼性を高める
ことができる。

なお上記表示装置35は、適当な記録装置等に置き換え
られてもよい。また上記実施例では、光検出器31、31′
が光ビームL₃、L₃′を検出したときのみならず、表面弾
性波15を周波数掃引している間はずっとその周波数ｆを
求め、またその間光ビームL₃、L₃′の検出の有無に係ら
ず光量信号S1、S1′を連続的にA/D変換器32、32′に送
って、光量対波長の関係をグラフ状に表示しているが、
光ビームL₃、L₃′が検出されたときの波長λを自動的に
検出して、その波長λの値のみを表示装置に表示する、
あるいは記録するようにしてもよい。しかし上記実施例
のようにすれば、表示装置35においては、光ビームL₃、
L₃′が全く検出されない波長領域（つまりスペクトル成
分が存在しない領域）が明確に示されるので、より好ま
しい。こうする場合、一般には光量信号S1、S1′等にノ
イズ成分が含まれるので、上記光ビームL₃、L₃′が検出
されない波長領域においても、検出光量表示は０（ゼ
ロ）とならないことが多い。そうなっても、光量表示の
あるレベルまではノイズ成分であるということが予め分
かっていれば何ら問題はない。またこのようなことを回
避するため、上記ノイズ成分よりもやや高い所定レベル
を光量０（ゼロ）レベルとして表示するようにしてもよ
い。さらにこの所定レベルを上記よりもさらに高く設定
すれば、スペクトラム（縦モードは１つでも複数でもよ
い）の中心波長近辺の波長のみを表示することも可能で
ある。

ここで、本発明の光スペクトラムアナライザーは、被
測定光が互いに波長が極めて近接した複数のスペクトル
成分からなる場合でも、各スペクトル成分を高分解能で
測定可能となっている。以下、この点について詳述す
る。例えば被測定光が、互いに近接した波長λ_１、
λ_２、λ_３（λ_１＜λ_２＜λ_３）のスペクトル成分から
なるものとする。そして第５図に示すように、中間の波
長λ_２の導波光と表面弾性波15との間でブラッグ条件が
満たされ、ベクトル の方向に回折光が出射するものとする。このとき波長λ
_１およびλ_３の導波光も、表面弾性波15に対して、完全
では無いがほぼブラッグ条件を満たす状態となる。した
がってこれらの波長λ_１およびλ_３の導波光も表面弾性
波15によって回折され、光導波路12から出射する。しか
しこれらの光の回折角は、波長λ_２の光の回折角とは異
なり、第５図に示すようにそれぞれ の方向となる（なお第５図においてG₁、G₃がそれぞれ、
波長λ_１、λ_３の導波光の波数ベクトルの始点であ
る）。したがって光導波路12から出射した光ビームは、
各スペクトル成分毎に分離する。このようにしてピンホ
ール板30上で各スペクトル成分が完全に分離されれば、
前記交番電圧の周波数が掃引されるとき、ピンホール板
30上を３つのビームスポットが移動し、各波長の光は順
次個別にピンホール30aを通過する。

したがって、光検出器31が検出する光量と、上記交番
電圧周波数すなわち表面弾性波周波数の関係は、第６図
図示のようなものとなる。つまり、波長λ_１、λ_２、λ
_３の各スペクトル成分は、それぞれ表面弾性波周波数が
f₁、f₂、f₃のときに個別に検出される。これらの表面弾
性波周波数f₁、f₂、f₃が検出されれば、波長λ_１、
λ_２、λ_３は前述と同様にして求められうる。

以上のことは、第２の光導波路12′側についても勿論
同様である。

次に第７図を参照して本発明の第２実施例について説
明する。なおこの第７図において、既に説明したものと
同じ要素等については同符号を付してあり、それらにつ
いての説明は特に必要の無い限り省略する（以下、同
様）。

この第７図の装置においても、第１の光導波路12と第
２の光導波路12′側とで、光学系の調整は別個に行なわ
れ、TEモードの導波光L₁とTMモードの導波光L₁′とが、
共通の周波数の表面弾性波15、15′によって最も効率良
く回折して、そのとき光ビームL₃とL₃′とが各々光検出
器31、31′によって検出されるようになっている。そし
てこの装置においては、第１の光検出器31と第２の光検
出器31′が出力するアナログの光量信号S1、S1′が加算
器40によって加算される。こうして得られた加算信号S5
は光ビームL₃とL₃′の光量合計値を示すものとなってお
り、演算処理回路42に入力される。一方周波数計測回路
41は、スイーパー20が高周波アンプ19に送る高周波信号
Sfを受けて、刻々変化する交番電圧周波数、つまり表面
弾性波周波数ｆを求める。この連続的に変化する周波数
ｆを示す信号S6は上記演算処理回路42に入力される。こ
の演算処理回路42には、前述した基準導波光の波長λre
fおよび基準表面弾性波の周波数ｆrefが予め記憶されて
おり、該演算処理回路42はこれらの波長λref、周波数
ｆrefおよび信号S6が示す表面弾性波周波数ｆから、前
述した（３）式に基づいて導波光L₁、L₁′の波長λを演
算するとともに、信号S6と同期が取られた光量信号S5に
基づいて、検出光量対波長λの関係を求める。

こうして求められた導波光L₁、L₁′すなわち被測定光
Ｌの波長λと検出光量との関係を示す信号S7は、例えば
液晶表示装置、光電管表示装置等の表示装置43に入力さ
れ、この信号S7に基づいて、上記光量対波長λの関係が
一例としてグラフ状に表示される。したがってこの表示
から、光ビームL₃、L₃′が検出されたとき、つまりブラ
ッグ条件が成立したときの波長λを見出せば、それが求
める被測定光Ｌの波長となる。

この場合も、上記加算信号S5を用いれば、回折した被
測定光の絶対光量を表示し、あるいは記録することがで
きる。

次に第８図を参照して本発明の第３実施例について説
明する。この装置は第７図の装置と比べると、２系統に
分離された被測定光の光量を、電気的に合計せずに光学
的に合計して検出するようにした点が異なっている。す
なわち第１の光導波路12から出射した光ビームL₃は偏光
ビームスプリッタ50を透過するようにされ、一方第２の
光導波路12′から出射した光ビームL₃′はミラー51で反
射して上記偏光ビームスプリッタ50に入射し、そこで反
射して光ビームL₃とともに光検出器31に向かうようにさ
れている。この場合も、光検出器31が出力する光量信号
S8を用いれば、回折した被測定光の絶対光量を示すこと
ができる。

なお上述の偏光ビームスプリッタ50の代わりにハーフ
ミラーを配してもよいが、その場合は光検出器31に受光
される光量が、上記の場合と比べてほぼ半分になる。

次に、第９図を参照して本発明の第４実施例について
説明する。この装置は第１図の装置と比べると、被測定
光の光導波路への入力手段、および光導波路からの出力
手段が異なるとともに、加算器34が省かれた点が異なっ
ている。

すなわち偏光ビームスプリッタ22を透過した光ビーム
Ｌと、偏光ビームスプリッタ22で反射した光ビームＬは
それぞれシリンドリカルレンズ60、60′によって偏平に
絞られ、光導波路12、12′の端面に、絞られた方向が光
導波路厚さ方向と一致する状態で照射され、それにより
光導波路12、12′内に効率良く入射するようになってい
る。一方光導波路12、12′からその厚さ方向に拡散する
状態で出射した光ビームL₃、L₃′は、それぞれシリンド
リカルレンズ61、61′によって平行光化されてから、集
束レンズ27、27′に通されるようになっている。

また光量データS2、S2′は、それぞれが別個の演算処
理部33、33′に入力され、被測定光Ｌの波長λと検出光
量との関係がTEモード導波光L₁とTMモード導波光L₁′の
それぞれに基づいて求められる。こうして求められる関
係は、ともに等しいものとなる。この波長λと検出光量
との関係を示すデータS4、S4′は表示装置35、35′に送
られて、この関係を表示したり、あるいは記録手段で該
関係を記録するために供せられる。

この場合も光量データS2、S2′に基づいて、光ビーム
L₃とL₃′のそれぞれの光量を求めることができるから、
それらを別途計算により加え合わせることにより、回折
した被測定光の絶対光量を求めることが可能である。

次に、第１および第２の光導波路12、12′において、
互いに等しい導波モードで被測定光を導波させるように
構成した実施例について説明する。第10図に示される第
５実施例の光スペクトラムアナライザーは第１図の装置
と比べると、ミラー28と第２の光導波路12′との間にお
いて、被測定光Ｌの光路にλ/2板70が配されている点が
異なっている。このλ/2板70を通過する被測定光Ｌは、
そこで偏光方向が90゜回転する。したがって第２の光導
波路12′において導波光L₁′は、第１の光導波路12にお
ける導波光L₁と同様にTEモードで導波する。このように
なっていれば、第１の光導波路12側と第２の光導波路1
2′側とで、全く同じようにしてブラッグ条件が満たさ
れることになり、双方の光学系を全く同じに形成するこ
とができる。

次に、第11図を参照して本発明の第６実施例について
説明する。この光スペクトラムアナライザーは第８図の
装置と比べると、偏光ビームスプリッタ22とミラー28と
の間において被測定光Ｌの光路にλ/2板70が、そしてミ
ラー51と偏光ビームスプリッタ50との間において光ビー
ムL₃′の光路にλ/2板71が配されている点、さらにLGC1
3、13′の代わりにシリンドリカルレンズ60、60′が配
されている点が異なっている。

上記のλ/2板70を配置したことにより、この場合も第
２の光導波路12′において導波光L₁′は、第１の光導波
路12における導波光L₁と同様にTEモードで導波する。し
たがってこの場合も、第10図の装置におけるのと同様の
作用効果が得られる。またこの装置においては、λ/2板
71を配したことにより、偏光ビームスプリッタ50に入射
する光ビームL₃′は、光ビームL₃と偏光方向が互いに90
゜ずれるようになり、両光ビームL₃、L₃′を偏光ビーム
スプリッタ50で効率良く合波可能となる。

次に、第12図を参照して本発明の第７実施例について
説明する。この光スペクトラムアナライザーは、偏光ビ
ームスプリッタ22とミラー28との間において被測定光Ｌ
の光路にλ/2板70が配されている点以外は、第９図の装
置と同様に形成されている。

上記のλ/2板70を配置したことにより、この場合も第
２の光導波路12′において導波光L₁′は、第１の光導波
路12における導波光L₁と同様にTEモードで導波する。し
たがってこの場合も、第10図の装置におけるのと同様の
作用効果が得られる。

また、第１の光導波路12から出射した光ビームL₃と、
第２の光導波路12′から出射した光ビームL₃とを別個に
検出するようにしたことにより、第９図の装置における
のと同様の作用効果が得られる。

なお以上説明した各実施例においては、第１および第
２の表面弾性波15、15′の周波数が常に等しくなるよう
にされているが、これら第１および第２の表面弾性波1
5、15′の周波数は、相異なる値をとるようにされても
よい。

また被測定光である導波光を、第１の光導波路12およ
び第２の光導波路12′においてそれぞれ、２つ以上の表
面弾性波によって２回以上回折させるようにしても構わ
ない。光スペクトル分析の分解能は、導波光の偏向角δ
が大きいほど向上するから、このように複数回の回折を
行なえば、表面弾性波の周波数をさほど上げずにスペク
トル分析の分解能を高めることができて好ましい。な
お、こうすることにより光スペクトル分析の分解能が高
くなる理由については、前記特願昭62−180779号明細書
に詳しい記述がなされている。

（発明の効果） 以上詳細に説明した通り、本発明の光スペクトラムア
ナライザーによれば、高分解能で光スペクトルを分析可
能となる。しかも本発明の光スペクトラムアナライザー
は、光導波路に被測定光を入射させ、表面弾性波によっ
て被測定光を回折させる構造となっているので、小型軽
量に形成され、その上機械的な作動部分を備えないの
で、耐久性、信頼性も高いものとなる。

そして本発明の光スペクトラムアナライザーにおいて
は、被測定光の互いに異なる偏光成分をそれぞれ別の光
導波路において導波させ、各々別の表面弾性波により回
折、偏向させるように構成したから、TEモード、TMモー
ドの導波光を同じように１つの表面弾性波に入射させ回
折、偏向させることに起因する諸問題を解決して、被測
定光の波長を常に正しく測定可能となる。また上述のよ
うに構成したから、被測定光の偏向方向がどのようにな
っていても、常に少なくとも一方の光導波路側において
被測定光を導波させることが可能で、よって光スペクト
ル分析が全く不可能になるということがない。

さらに上記構成においては、回折した被測定光の絶対
光量を検出することも可能であるから、この絶対光量に
基づいて、光スペクトル分析の結果が信頼できるもので
あるか否かを確認することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例装置を示す平面図、 第２図は上記第１実施例装置の一部を示す側面図、 第３図は上記第１実施例装置の一部を拡大して示す平面
図、 第４図は上記第１実施例装置における光ビーム偏向を説
明する説明図、 第５図は本発明装置における光スペクトルの分離を説明
する説明図、 第６図は本発明装置における検出光量と、表面弾性波周
波数の関係を示すグラフ、 第７、８、９、10、11および12図はそれぞれ本発明の第
２、３、４、５、６および７実施例装置を示す平面図で
ある。 11……基板、12……第１の光導波路 12′……第２の光導波路 13、13′……光ビーム入力用LGC 14、14′……光ビーム出力用LGC 15……第１の表面弾性波、15′……第２の表面弾性波 17……第１のチャープIDT 17′……第２のチャープIDT 19……高周波アンプ、20……スイーパー 21……コリメーターレンズ 22、50……偏向ビームスプリッタ 23……光源、27、27′……集束レンズ 28、51……ミラー、30……第１のピンホール板 30′……第２のピンホール板 31……第１の光検出器、31′……第２の光検出器 32、32′……A/D変換器、33、33′……演算処理部 34、40……加算器、35、43……表示装置 41……周波数計測回路、42……演算処理回路 60、60′、61、61′……シリンドリカルレンズ 70、71……λ/2板、95……全体制御部 L₁……第１の表面弾性波に入射する前の導波光 L₁′……第２の表面弾性波に入射する前の導波光 L₂……第１の表面弾性波を通過した導波光 L₂′……第２の表面弾性波を通過した導波光

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面弾性波が伝播可能な材料から形成され
   た第１および第２の光導波路と、 被測定光を、偏光方向が相直交する２つの偏光成分毎に
   分離する分離手段と、 分離された各被測定光を前記第１および第２の光導波路
   に、それぞれTEモード、TMモードで導波するように入力
   させる入力光学系と、 各光導波路内を導波する導波光の光路に交わる方向に進
   行して、該導波光を回折、偏向させる連続的に周波数が
   変化する表面弾性波を各光導波路において発生させる第
   １および第２の表面弾性波発生手段と、 前記表面弾性波によって偏向されて各々光導波路外に出
   射した前記被測定光を合計して検出する光検出手段と、 この光検出手段が前記被測定光を検出したときの前記表
   面弾性波の周波数を検出する周波数検出手段とからなる
   光スペクトラムアナライザー。
2. 【請求項２】表面弾性波が伝播可能な材料から形成され
   た第１および第２の光導波路と、 被測定光を、偏光方向が相直交する２つの偏光成分毎に
   分離する分離手段と、 分離された各被測定光を前記第１および第２の光導波路
   に、それぞれTEモード、TMモードで導波するように入力
   させる入力光学系と、 各光導波路内を導波する導波光の光路に交わる方向に進
   行して、該導波光を回折、偏向させる連続的に周波数が
   変化する表面弾性波を各光導波路において発生させる第
   １および第２の表面弾性波発生手段と、 前記表面弾性波によって偏向されて各々光導波路外に出
   射した前記被測定光を別々に検出する第１および第２の
   光検出手段と、 これらの光検出手段の少なくとも一方が前記被測定光を
   検出したときの前記表面弾性波の周波数を検出する周波
   数検出手段とからなる光スペクトラムアナライザー。
3. 【請求項３】表面弾性波が伝播可能な材料から形成され
   た第１および第２の光導波路と、 被測定光を、偏光方向が相直交する２つの偏光成分毎に
   分離する分離手段と、 分離された各被測定光を前記第１および第２の光導波路
   に、互いに同じ導波モードで導波するように入力させる
   入力光学系と、 各光導波路内を導波する導波光の光路に交わる方向に進
   行して、該導波光を回折、偏向させる連続的に周波数が
   変化する表面弾性波を各光導波路において発生させる第
   １および第２の表面弾性波発生手段と、 前記表面弾性波によって偏向されて各々光導波路外に出
   射した前記被測定光を合計して検出する光検出手段と、 この光検出手段が前記被測定光を検出したときの前記表
   面弾性波の周波数を検出する周波数検出手段とからなる
   光スペクトラムアナライザー。
4. 【請求項４】表面弾性波が伝播可能な材料から形成され
   た第１および第２の光導波路と、 被測定光を、偏光方向が相直交する２つの偏光成分毎に
   分離する分離手段と、 分離された各被測定光を前記第１および第２の光導波路
   に、互いに同じ導波モードで導波するように入力させる
   入力光学系と、 各光導波路内を導波する導波光の光路に交わる方向に進
   行して、該導波光を回折、偏向させる連続的に周波数が
   変化する表面弾性波を各光導波路において発生させる第
   １および第２の表面弾性波発生手段と、 前記表面弾性波によって偏向されて各々光導波路外に出
   射した前記被測定光を別々に検出する第１および第２の
   光検出手段と、 これらの光検出手段の少なくとも一方が前記被測定光を
   検出したときの前記表面弾性波の周波数を検出する周波
   数検出手段とからなる光スペクトラムアナライザー。