JP2755958B2 - ダブルグレーティング型分光装置 - Google Patents

ダブルグレーティング型分光装置

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JP2755958B2
JP2755958B2 JP63214121A JP21412188A JP2755958B2 JP 2755958 B2 JP2755958 B2 JP 2755958B2 JP 63214121 A JP63214121 A JP 63214121A JP 21412188 A JP21412188 A JP 21412188A JP 2755958 B2 JP2755958 B2 JP 2755958B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は2個の分散型分光素子を光路に対して直列に
介挿したダブルグレーティング型分光装置に関する。
[従来の技術] 回折格子(グレーティング)等の分散型分光素子を被
測定光の光路に2個直列に介挿してなるダブルグレーテ
ィング型分光装置は例えば第2図に示すように構成され
ている。すなわち、外部から入力された被測定光aは入
射スリット1を介して第1のコリメータ鏡2で平行光線
に直されて第1の回折格子3に入射される。第1の回折
格子3にて分光された被測定光は凹面鏡からなる第1の
カメラ鏡4で集光され、中間スリット5を介して第2の
コリメータ鏡6へ入射される。この第2のコリメータ鏡
6で再び平行光線に直された被測定光は第2の回折格子
7へ入力される。第2の回折格子7でさらに分光された
被測定光は凹面鏡からなる第2のカメラ鏡8で集光さ
れ、出射スリット9を介して、この出射スリット9の裏
面に配設されたフォトダイオードからなる受光器10へ入
射される。
一般に、このようなダブルグレーティング型分光装置
においては、第1の回折格子3の回折溝の刻線方向と第
2の回折格子7の刻線方向とを一致させるようにしてい
る。したがって、入射スリット1,中間スリット5および
出射スリット9のスリット方向も第1,第2の回折格子3,
7の刻線方向と一致している。そして、前述したように
構成される2台の分光器を同じ構造とし、第2図におい
て、各回折格子3,7に対する被測定光の入射角θは互い
に一致するように、各回折格子3,7は図示しない一つ又
は2つの駆動機構にて連動して回動される。したがっ
て、各回折格子3,7から各カメラ鏡4,8へ入射される分光
された光の中心位置の波長λは一致する。
このような構成のダブルグレーティング型分光装置に
おいて、入射スリット1を介して入力された被測定光a
は第1の回折格子3で分光されて、分光された被測定光
がさらに第2の回折格子7で分光される。
一般に回折格子の分光性能は単一波長λの基準光を
分光した場合にこの中心波長λの両側の波長領域に存
在する光レベルの減衰度で示すことができるので、第1
の回折格子3にて分光された光をさらに第2の回折格子
7で分光することによって、前記中心波長λの両側の
波長領域に存在する前記第1の回折格子3によって減衰
された光レベルをさらに減衰させることが可能となる。
したがって、2個の回折格子3,7を入射角θが常時一致
するように連動させて使用することにより、被測定光a
に対する分光性能を大幅に向上できる。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、2個の回折格子3,7を使用して分光性
能を向上させた第2図に示すダブルグレーティング型分
光装置においてもまだ次のような課題があった。すなわ
ち、第3図(b)に示すように、一般に被測定光aの光
の振動方向は任意の方向に振動する。したがって、回折
格子3,7に入射した時点で、この入射光aの振動方向と
回折格子3,7の刻線方向との間には任意の角度αが存在
する。また、一般に、回折格子においては第3図(a)
に示すように、その回折効率が刻線の平行方向の回折効
率P(λ)と刻線の垂直方向の回折効率S(λ)とで波
長特性が異なる。したがって、同一波長成分を含む被測
定光aを分光分析を実施したとしても、被測定光aの光
の振動方向が異なれば回折格子3,7上における刻線に平
行な偏波成分(P成分)と刻線に垂直な偏波成分(S成
分)との成分比が変化するので、得られた分光特性上の
各波長λにおける光レベルが常時正しい値になるとは限
らない。
また、一つの被測定光aを入射したとしても、振動方
向によっては、前記成分比が異なるので、S成分が多い
場合と、P成分が多い場合とでは、回折効率の波長特性
が異なるので、得られた分光特性上の各波長相互間にお
ける各光レベルの厳密なレベル比較を実行するとが不可
能である。
このように、従来のダブルグレーティング型分光装置
においては、どの波長λ位置にピークが存在するかを正
確に把握することが可能であるが、そのピーク波形の光
レベルが該当波長の光の振動方向によって大きく変動す
るので、正しい光レベルを得ることは困難であった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであ
り、第1の分散型分光素子から出力された光の振動方向
を等価的に90゜回転させて第2の分散型分光素子へ入力
することによって、各測定波長における得られた光レベ
ルから被測定光の振動方向に依存する変動成分を除去す
ることができ、常時安定した正確な光レベルの測定が実
施でき、ひいては装置全体の測定精度を向上できるダブ
ルグレーティング型分光装置を提供することを目的とす
る。
[課題を解決するための手段] 上記課題を解消するために本発明は、刻線の平行方向
および刻線の直角(垂直)方向の各回折効率がそれぞれ
互いに等しい2個の分散型分光素子を用い、入力された
被測定光を第1の分散型分光素子で分光し、この第1の
分散型分光素子で分光された被測定光を第2の分散型分
光素子を用いてさらに分光するダブルグレーティング型
分光装置であって、 第1及び第2の分散型分光素子を刻線の方向が互いに
直交するように配設し、入射スリットのスリット方向を
第1の分散型分光素子の刻線方向に一致させ、中間スリ
ットのスリット方向を第1の分散型分光素子の刻線方向
に一致させ、出射スリットのスリット方向を第2の分散
型分光素子の刻線方向に一致させることによって、 第1の分散型分光素子から出力されこの第1の分散型
分光素子の刻線方向に垂直な偏波成分の光を第2の分散
型分光素子の刻線方向に平行に入射させ、かつ第1の分
散型分光素子から出力されこの第1の分散型分光素子の
刻線方向に平行な偏波成分の光を第2の分散型分光素子
の刻線方向に垂直に入射させるようにしたものである。
[作用] このような構成のダブルグレーティング型分光装置で
あれば、第1の分散型分光素子へ入射され、振動方向が
この第1の分散型分光素子の刻線方向に対して任意角α
を有する被測定光は、この第1の分散型分光素子にて分
光される。この第1の分散型分光素子にて分光された光
は第2の分散型分光素子へ入射される。この場合、第1
の分散型分光素子から出力された光の刻線方向に垂直な
偏波成分(S成分)は第2の分散型分光素子の刻線方向
に平行に入射される。また、第1の分散型分光素子から
出力された光の刻線方向に平行な偏波成分(P成分)は
第2の分散型分光素子の刻線方向に垂直に入射される。
すなわち、第1の分散分光素子から出力された光はその
振動方向が等価的に90゜回転されて第2の分散分光素子
へ入射される。
その結果、第1の分散型分光素子の一方の回折効率P
(λ)の影響を受けた入射光成分は第2の分散型分光素
子にて他方の回折効率S(λ)の影響を受ける。逆に、
第1の分散型分光素子の他方の回折効率S(λ)の影響
を受けた入射光成分は第2の分散型分光素子にて一方の
回折効率P(λ)の影響を受ける。したがって、前記入
射光のいずれかの成分も両方の回折効率P(λ),S
(λ)の影響を等しく受けるので、第2の分散分光素子
から出力される分光された光から前記入射光の偏波状態
の影響を除去できる。
しかして、得られた分光特性の各波長λにおける各光
レベルの測定精度が向上する。
なお、中間スリットのスリット方向が第2の分散型分
光素子の刻線方向に平行でないので、第2の分散型分光
素子単独による分解能は第1の分散型分光素子単独によ
る分解能より低い可能性がある。しかし、ダブルグレー
ティング型分光装置全体の分光特性は、第1の分散型分
光素子単独による分光特性(フィルタ特性)と第2の分
散型分光素子の分光特性(フィルタ特性)との積の特性
を持つことになるので、装置全体の波長分解能が向上す
ることはあっても、低下することはない。
[実施例] 以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。
第1図は実施例のダブルグレーティング型分光装置を
示す模式図である。外部から入射された被測定光aは入
射スリット11を介して第1のコリメータ鏡12で平行光線
に直されて第1の回折格子13に入射される。第1の回折
格子13にて分光された被測定光aは凹面鏡からなる第1
のカメラ鏡14で集光され、さらに第1の平面鏡15で反射
され、中間スリット16を通過する。中間スリット16を通
過した被測定光aは第2の平面鏡17で反射されて第2の
コリメータ鏡18へ入射される。この第2のコリメータ鏡
18で再び平行光線に直された被測定光aは第2の回折格
子19へ入力される。第2の回折格子19でさらに分光され
た被測定光aは凹面鏡からなる第2のカメラ鏡20で集光
され、出射スリット21を介して、この出射スリット21の
裏面に配設されたフォトダイオードからなる受光器22へ
入射される。
前記第1の回折格子13と第2の回折格子19とは同一構
成を有している。したがって、第1の回折格子13におけ
る刻線の平行方向の回折効率P1(λ)と第2の回折格子
19における刻線の平行方向の回折効率P2(λ)とは等し
い。また、第1の回折格子13における刻線の垂直方向の
回折効率S1(λ)と第2の回折格子19における刻線の垂
直方向の回折効率S2(λ)とは等しい。
また、第2の回折格子19の刻線方向は第1の回折格子
13の刻線方向に対して90゜だけ回転させている。さら
に、第1のコリメータ鏡12と第1の回折格子13と第1の
カメラ鏡14の成す角と、第2のコリメータ鏡18と第2の
回折格子19と第2のカメラ鏡20の成す角とを等しくして
いる。各回折格子13,19はそれぞれ刻線方向と平行する
各軸芯13a,19a回りに回動自在に設けられている。そし
て、図示するように各回折格子13,19に対する被測定光
aの入射角θは常に一致するように、各回折格子13,19
は図示しない一つの駆動機構にて連動して回動される。
したがって、各回折格子13,19から各カメラ鏡14,20へ入
射される分光された光の中心位置の波長λは一致する。
第1,第2の回折格子13,19がそれぞれ上述した各分光
特性を得るために、入射スリット11および中間スリット
16のスリット方向と第1の回折格子13の刻線方向とを一
致させている。また、出射スリット21のスリット方向と
第2の回折格子の刻線方向とを一致させている。
このような構成のダブルグレーティング型分光装置に
おいて、入射スリット11を介して入射された被測定光a
は第1の回折格子13で上下方向に分光される。上下方向
に分光された被測定光aは第1のカメラ鏡14,第1の平
面鏡15,中間スリット16,第2の平面鏡17および第2のコ
リメータ鏡18を介して第2の回折格子19へ入射される。
そして、被測定光aがさらにこの第2の回折格子19で水
平方向に分光される。水平方向に分光された被測定光a
は第2のカメラ鏡20および出射スリット21を介して受光
器22へ入射される。
したがって、第1の回折格子13にて分光された被測定
光aの振動方向は第2の回折格子19へ入射した時点にお
いては、第2の回折格子19側から見ると振動方向が刻線
に対して90゜回転することになる。
そして、被測定光aの第1の回折格子13の刻線方向に
垂直な偏波成分(S成分)の光強度をIXとし、刻線方向
に平行な偏波成分(P成分)の光強度をIYとすると、第
1の回折格子13から出力される波長λの光強度I1(λ)
は(1)式となる。
I1(λ)=IX(λ)S1(λ) +IY(λ)P1(λ) …(1) そして、この第1の回折格子13から出力された光強度
I1(λ)の被測定光aは、振動方向が90゜回転されて第
2の回折格子19へ入射されるので、第2の回折格子19か
ら出力される波長λの光強度I2(λ)は(2)式とな
る。
I2(λ)=IX(λ)S1(λ)P2(λ) +IY(λ)P1(λ)S2(λ) …(2) 前述したように第1の回折格子13と第2の回折格子19
とは同一構成であるので、 S1(λ)=S2(λ)=S(λ) P1(λ)=P2(λ)=P(λ) となるので、(2)式は(3)式で示される。
I2(λ)={IX(λ)+IY(λ)} ×{P(λ)S(λ)} …(3) また、被測定光aの光強度I(λ)は第1の回折格子
13へ入射されるS成分の光強度IX(λ)とP成分の光強
度IY(λ)との和で示されるので、(3)式は(4)式
となる。
I2(λ)=I(λ)P(λ)S(λ) …(4) したがって、第2の回折格子19で分光されて第2のカ
メラ鏡20および出射スリット21を介して受光器22へ入射
される被測定光の各波長λにおける光強度I(λ)は
(4)式に示すように、この分光装置へ入射される被測
定光aの各波長λにおける光強度I(λ)と各回折格子
13.9の各方向の回折効率の積[P(λ)S(λ)]の関
数になる。
各回折格子13,19の各方向における回折効率P(λ),
S(λ)は第3図(a)に示すように既知であるので、
各波長λにおける上記積[P(λ)S(λ)]は一義的
に定まる。その結果、受光器22へ入射される光の各波長
λにおける光強度I2(λ)は入射された被測定光aの各
波長λにおける光強度I(λ)に対応して変化し、被測
定光aの振動方向、すなわち第1の回折格子13に対する
P成分とS成分の比には依存しない。
したがって、得られた分光特性の各波長λにおける光
レベル(光強度I(λ))からの入射光の偏波状態の影
響を完全に除去できるので、各波長λにおける各光レベ
ルの測定制度を大幅に向上できる。
[発明の効果] 以上説明したように本発明のダブルグレーティング型
分光装置によれば、第1の分散型分光素子から出力され
た光の振動方向を等価的に90゜回転させて第2の分散型
分光素子へ入力するようにしている。よって、各測定波
長における光レベルから被測定光の振動方向に依存する
変動成分を除去することができ、常に安定した正確な光
レベルの測定が実施でき、ひいては装置全体の測定精度
を向上できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係わるダブルグレーティン
グ型分光装置の概略構成を示す模式図、第2図は従来の
ダブルグレーティング型分光装置の概略構成を示す模式
図、第3図(a)は回折格子における各回折効率を示す
特性図、同図(b)は被測定光の振動方向と回折格子の
刻線方向との間の関係を示す図である。 11……入射スリット、12……第1のコリメータ鏡、13…
…第1の回折格子、14……第1のカメラ鏡、15……第1
の平面鏡、16……中間スリット、17……第2の平面鏡、
18……第2のコリメータ鏡、19……第2の回折格子、20
……第2のカメラ鏡、21……出射スリット、22……受光
器。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】刻線の平行方向および刻線の直角方向の各
    回折効率がそれぞれ互いに等しい第1及び第2の分散型
    分光素子(13,19)を用い、外部から入射スリット(1
    1)を介して入射された被測定光を前記第1の分散型分
    光素子(13)で分光し、この第1の分散型分光素子で分
    光された被測定光を中間スリット(16)を介して前記第
    2の分散型分光素子(19)で分光し、分光された光を出
    射スリット(21)を介して外部へ出射するダブルグレー
    ティング型分光装置において、 前記第1及び第2の分散型分光素子を前記刻線の方向が
    互いに直交するように配設し、前記入射スリットのスリ
    ット方向を前記第1の分散型分光素子の刻線方向に一致
    させ、前記中間スリットのスリット方向を前記第1の分
    散型分光素子の刻線方向に一致させ、前記出射スリット
    のスリット方向を前記第2の分散型分光素子の刻線方向
    に一致させることによって、 前記第1の分散型分光素子から出力されこの第1の分散
    型分光素子の刻線方向に垂直な偏波成分の光を前記第2
    の分散型分光素子の刻線方向に平行に入射させ、かつ前
    記第1の分散型分光素子から出力されこの第1の分散型
    分光素子の刻線方向に平行な偏波成分の光を前記第2の
    分散型分光素子の刻線方向に垂直に入射させる ことを特徴とするダブルグレーティング型分光装置。
JP63214121A 1988-08-29 1988-08-29 ダブルグレーティング型分光装置 Expired - Lifetime JP2755958B2 (ja)

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