JP4122514B2 - 分光装置 - Google Patents

Description

本発明は、被測定光を第１の偏光解消板が分離し、この分離した第１および第２の分離光を回折格子が波長ごとに異なる角度に出射して分光する分光装置に関し、詳しくは、光検出器に設けられる受光素子の面積を大きくすることなく、偏光依存性の低減を図る分光装置に関するものである。

分光装置は、被測定光を回折格子によって波長ごとに異なる角度に出射して分光し、この回折格子が分光した被測定光を光検出器で受光し検出するものである。このような装置は、例えば、複数の光信号が波長分割多重された被測定光の各光信号の信号レベル、波長等の測定に用いられる。そして、精度良く測定するために偏光解消板を用いて、回折格子における偏光依存性を低減させている（例えば、特許文献１参照）。

この偏光解消板は、２枚の水晶板からなる。第１の水晶板は、この水晶板の光学軸（第１の光学軸）に対し４５°の方向に厚みが連続的に変換する。また、第２の水晶板は、この水晶板の光学軸（第２の光学軸）に対し４５°の方向に厚みが連続的に変換する。そして、第１の光学軸と第２の光学軸を互いに直交して、第１の水晶板と第２の水晶板とを張り合わせたものである。さらに、水晶板でなく、複屈折性の結晶を用いてもよい（例えば、特許文献２参照）。

図６は、このような分光装置の従来例を示す構成図である。図６において、光ファイバ１は、被測定光１００を出射する出射口を有する伝送路である。コリメーティングレンズ２は、光ファイバ１の出射口に対向して設置され、光ファイバ１から出射された被測定光１００を平行光にして出射する。

回折格子３は、コリメーティングレンズ２からの出射光を所望の角度に回折するため、コリメーティングレンズ２に対して傾けて設置してある。また、回折格子３は被測定光１００を波長ごと異なる角度に出射して分光する。

フォーカシングレンズ４は、回折格子３からの出射光の光路上に設置され、出射光を収束して結像させる。

光検出器５は、例えば、受光素子を複数有するフォトダイオードアレイであり、被測定光１００が収束し、結像する位置に設置される。また、受光素子は、回折格子が被測定光１００を分光する方向に沿って配列され、あらかじめ波長が割り当てられている。

偏光解消板（第１の偏光解消板）６は、上述した構成であり、コリメーティングレンズ２と回折格子３との間に設けられ、被測定光１００が透過することにより、特に回折格子３での偏光依存性を除去することができる。具体的には、偏光解消板６は、回折格子３の溝に沿った方向に対して光学軸を４５°に配置させ、偏光解消板の斜面の方向は、回折格子の溝に沿った方向と平行になる。従って、偏光解消板６により光が分離する方向は、回折格子３の溝に沿った方向（すなわち、回折格子の分光方向に対して直交する方向であり、図６において紙面の垂直方向。）になる。

このような装置の動作を説明する。
光ファイバ１から出射された被測定光１００は、コリメーティングレンズ２で平行光となる。コリメーティングレンズ２を透過した被測定光１００は、偏光解消板６に入射する。

この偏光解消板６の斜面で屈折を起こし、被測定光１００は回折格子の溝に沿った方向に分離される。つまり、偏光解消板６が、一方を紙面の垂直方向で上側、他方を下側に分離する。

そして、偏光解消板６で分離された被測定光（第１の分離光、第２の分離光）１００が回折格子３に入射する。さらに、被測定光１００は回折格子３によって、波長ごとに異なる角度に出射され分光される。そして、回折格子３によって分光された被測定光１００は、フォーカシングレンズ４によって光検出器５の受光素子それぞれで収束し、結像する。

例えば、図３中”ＦＰ０１”、”ＦＰ０２”、”ＦＰ０３”に位置する受光素子では、異なる波長の光が収束され、結像する。そして、図示しない出力検出部が光検出器５の各受光素子からの出力される光強度と割り当てられた波長とによって被測定光の波長や光信号レベルを求めたり、光検出器５からの出力を外部装置に出力する。

ここで、図７は、被測定光１００の入射側から光検出器５をみた図であり、例えば、ＦＰ０２近傍における光検出器５の受光素子５ａを示している。図７において、受光素子５ａの配列方向と直交する方向に（図７中において、紙面上下方向）、偏光解消板６が被測定光１００を分離した第１の分離光１０１、第２の分離光１０２が結像する。

続いて光検出器５で検出される光強度の説明を詳細にする。
偏光解消板６は、被測定光１００を偏光面が光学軸に平行な光成分と垂直な光成分に分離し、これらの光成分は回折格子３の溝に対して左右４５°の角度で入射する。

ここでは、被測定光１００の進行方向からみて、回折格子３の溝に沿った方向に対して、右４５°偏光成分、左４５°偏光成分とよぶ。さらに、被測定光１００は、溝に沿った方向に分離するが、例えば、分離光１０１が右４５°偏光成分となり、分離光１０２が左４５°成分となる。従って、光ファイバ１から出射された被測定光１００の偏光状態がどのようであっても、回折格子３へ入射する被測定光１００は、溝に垂直な成分と溝に平行な成分との比が等しくなる。

そして、溝に垂直（すなわち、回折格子の分光方向であり、図６において、紙面の水平方向）な偏光に対する回折格子３の回折効率をηｐ、溝に平行（図６において、紙面の垂直方向）な偏光に対する回折格子３の回折効率をηｓとした場合、ηｐ＝ηｓとすることは困難であり、通常はηｐ≠ηｓである。偏光解消板６を用いない場合、回折される被測定光１００の効率が被測定光１００の偏光状態によって変動してしまう。

しかし、図６に示す装置では、偏光解消板６によって右４５°偏光成分の分離光１０１と左４５°偏光成分の分離光１０２に分離されてから回折格子３に入射し回折されるため、右４５°偏光成分の偏光も、左４５°偏光成分の偏光も、それぞれ（ηｐ＋ηｓ）／２倍の光強度となる。右４５°偏光成分と左４５°偏光成分の比率は被測定光１００の偏光状態によって変化するが、それらを合計した全光の回折効率は（ηｐ＋ηｓ）／２で一定となる。従って、光ファイバ１から出射された被測定光１００の偏光状態によらず、光ファイバ１から出射した被測定光１００の光強度と回折格子３で回折され光検出器５で検出される光強度の比が一定となるので、光ファイバ１からの被測定光１００の光強度の測定が可能となる。

特開平９−２２９７７１号公報（段落番号０００５〜００１４、第１〜４図） 特許第２９９５９８５号公報（段落番号００１２〜００６、第１図）

このように偏光解消板６により、回折格子３の偏光依存性を低減している。そして、被測定１００は、分離光１０１、１０２に分離され、検出器５上で２点にわかれて検出される。

なお、偏光解消板６は、被測定光１００を分離する角度（分離角）を大きくするほど、偏光状態の分離もよくなり回折格子３の偏光依存性を低減することができる。

もちろん光検出器５において、分離光１０１、１０２の両方を検出するので、分離角が大きくなるほど検出器５の受光素子５ａの面積も、分離方向に対して大きくする必要がある。

しかしながら、受光素子５ａを大きくすると、これにより光検出器５自体も大型化される。また、受光素子５ａの面積を大きくすると一般的に製造時の歩留まりが悪化する。さらには、被測定光１００に対する応答性（速応性）の低下等の問題が生じる。

そこで本発明の目的は、光検出器に設けられる受光素子の面積を大きくすることなく、偏光依存性の低減を図る分光装置を実現することにある。

請求項１記載の発明は、
被測定光を第１の偏光解消板が分離し、この分離した第１および第２の分離光を回折格子が波長ごとに異なる角度に出射して分光する分光装置において、
前記回折格子からの第１の分離光をさらに第３、第４の分離光に分離し、第２の分離光をさらに第５、第６の分離光に分離する第２の偏光解消板と、
この第２の偏光解消板が分離した第４の分離光と前記第２の偏光解消板が分離した第５の分離光とを検出する光検出器と、
前記第１の偏光解消板から前記第２の偏光解消板までの間の光路上に設けられ、前記第１および第２の分離光のそれぞれを、前記回折格子が分光する方向の面または分光方向に直交する面の偏光状態にする偏光子と
を設け、
前記第１の偏光解消板および前記第２の偏光解消板は、前記回折格子の分光方向に対して直交する方向に分離し、
第３、第５の分離光は第１の分離光と同じ方向に分離され、第４、第６の分離光は第２の分離光と同じ方向に分離されることを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記第１、第２の偏光解消板は、
光学軸に対し４５°の方向に厚みが連続的に変化する第１の板と、
光学軸に対し４５°の方向に厚みが連続的に変化する第２の板と
を有し、前記第１の板の光学軸と前記第２の板の光学軸を互いに直交させて前記第１の板と前記第２の板とを貼り合わせたことを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、
前記第４、第５の分離光を前記光検出器の受光素子に結像させるフォーカシング手段と、
前記光検出器から出力される光強度によって被測定光の光信号レベルを求める出力検出部と
を設けたことを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、
偏光子は、前記回折格子と一体化されたことを特徴とするものである。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、
偏光子は、前記回折格子の回折面に設けられる多層膜であることを特徴とするものである。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、
偏光子は、長く延伸させた金属を前記回折格子中に一方向に配列させたことを特徴とするものである。

請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、
回折格子は、溝形状または溝間隔によって、前記第１および第２の分離光それぞれを、分光する方向の面または分光方向に直交する面の偏光状態にして出射することを特徴とするものである。

請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の発明において、
第１の偏光解消板と第２の偏光解消板が共通であることを特徴とするものである。

請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれかに記載の発明において、
前記回折格子からの回折光を反射し、この反射光を再び前記回折格子に入射させる反射手段を設けたことを特徴とするものである。

請求項１０記載の発明は、請求項１〜９のいずれかに記載の発明において、
光検出器は、複数の受光素子からなることを特徴とするものである。

請求項１１記載の発明は、請求項１〜９のいずれかに記載の発明において、
前記回折格子を分光方向に回転させ、光検出器に入射する被測定光を選択する駆動手段を設けことを特徴とするものである。

本発明によれば、以下のような効果がある。
請求項１〜１１によれば、回折格子からの第１および第２の分離光のそれぞれを第２の偏光解消板によって分離し、第１の分離光の一方と第２の分離光の一方とを光検出器のほぼ同じ位置で検出し、第１の分離光の他方と第２の分離光の他方とは光検出器の外へ結像させるので、第１および第２の偏光解消板の分離角度を大きくとることができる。これにより、光検出器に設けられる受光素子の面積を大きくすることなく、偏光依存性の低減を図ることができる。従って、光検出器自体も小型化でき、製造時の歩留まりを悪化させることもない。さらには、被測定光に対する応答性（速応性）を向上できる。

請求項４〜６によれば、偏光子を回折格子と一体化するので、装置を小型化することができる。

請求項７によれば、回折格子の溝形状または溝間隔によって、回折する光の偏光状態を変えるので、偏光子を設ける必要が無い。これによって、装置を小型化することができると共にコストを抑えることができる。

請求項８によれば、偏光解消板を共通とするので、装置を小型化することができると共にコストを抑えることができる。

請求項９によれば、反射手段が、回折格子で分光された被測定光（回折光）を反射し、回折格子が反射手段からの反射光を再度分光するので、波長分解能を向上することができる。

以下図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
［第１の実施例］
図１は本発明の第１の実施例を示す構成図である。ここで、図６と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。また、図２は、被測定光１００の入射側から光検出器５をみた図であり、ＦＰ０２近傍における光検出器５の受光素子５ａを示している。図１において、回折格子３とフォーカシングレンズ４の間に、第２の偏光解消板７が新たに設けられる。第２の偏光解消板７は、第１の偏光解消板６と同じものであり、回折格子３からの第１および第２の分離光１０１、１０２を偏光解消板６と同様に、回折格子３の溝に沿った方向（すなわち、回折格子の分光方向に対して直交する方向であり、図１において紙面の垂直方向。）に分離する。

偏光子８は、回折格子３と偏光解消板７の間に設けられ、回折格子３で分光された第１および第２の分離光１０１、１０２が入射される。そして、分離光１０１、１０２のそれぞれを、回折格子３が分光する方向の面の偏光状態とし、偏光解消板７に出射する。なお、偏光子８は、応用光エレクトロニクスハンドブック編集委員会著、「応用光エレクトロニクスハンドブック」、初版、株式会社昭晃堂、1989年4月、p173に記載されるように、様々な偏光状態を持つ光から特定の偏光状態の光を分離選択する素子であり、例えば、結晶を用いたプリズム、誘電体多層膜を用いたガラス板、ポリビニルアルコール膜を用いたもの等がある。

このような装置の動作を説明する。
偏光子８が、回折格子３からの分離光１０１、１０２の偏光状態を、回折格子３が分光する方向の面とし、第２の偏光解消板７に出射する。そして、第２の偏光解消板７によって、分離光１０１がさらに分離光１０１ａ、１０１ｂに分離され、分離光１０２が分離光１０２ａ、１０２ｂに分離される。なお、分離光１０１ａ、１０２ａは、分離光１０１と同じ方向に分離（図１において、紙面の垂直方向で上側）され、分離光１０１ｂ、１０２ｂは、分離光１０２と同じ方向に分離（図１において、紙面の垂直方向で下側）される。

そして、分離光１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂが、フォーカシングレンズ４によって収束されるが、分離光（第１の分離光１０１の一方）１０１ｂと分離光（第２の分離光１０２の一方）１０２ａが、光検出器５の受光素子５ａで結像し、検出される。また、分離光（第１の分離光１０１の他方）１０１ａと分離光（第２の分離光１０１の他方）１０２ｂは、光検出器５の外側で結像する。

例えば、図１中”ＦＰ０１”、”ＦＰ０２”、”ＦＰ０３”に位置する受光素子では、異なる波長の光が収束され、結像する。そして、図示しない出力検出部が光検出器５の各受光素子からの出力される光強度と割り当てられた波長とによって被測定光の波長や光信号レベルを求めたり、光検出器５からの出力を外部装置に出力する。

なお、回折格子３に被測定光１００が入射し、回折格子３が回折するまでの動作は、図６に示す装置と同様なので説明を省略する。

続いて光検出器５で検出される光強度の説明を詳細にする。
回折格子３で回折した光強度は、被測定光１００に対して、図６に示す装置の従来例と同様に、右４５°偏光成分（分離光１０１）も、左４５°偏光成分（分離光１０２）も、それぞれ（ηp＋ηs）／２倍となるが、その後偏光子８を通過するので、各左右４５°の偏光状態だった分離光１０１、１０２の偏光子８透過後の相対強度はηp／２となる。

そして、回折格子３が分光する方向の面の偏光状態となった分離光１０１、１０２のそれぞれが、第２の偏光解消板７によって、再び右４５°偏光成分と左４５°偏光成分に分離されるが、偏光子８によって、分光方向のみの偏光となっているので、１／２がそれぞれ（図１において紙面垂直方向の上側、下側、図２において紙面上下方向）分離される。偏光解消板６と偏光解消板７の分離角度の比をレンズ２とレンズ４の焦点距離の比と同じくすると、偏光解消板６で紙面垂直方向上側に分離され偏光解消板７で紙面垂直方向下側へ分離された分離光１０１ｂと、偏光解消板６で紙面垂直方向下側に分離され偏光解消板７で上側へ分離された分離光１０２ａとは、分光する面に対して対称な角度でレンズ４へ入射することになり光検出器５上において、同じ位置に結像する。

この結像した分離光１０１ｂ、１０２ａの光強度は光ファイバ１から出射された被測定光１００に対して、（ηp／４）倍となり、光ファイバ１からの被測定光１００の光強度と光検出器５で検出される光強度の比が一定となり、光ファイバ１からの被測定光１００の光強度の測定が可能となる。

なお、偏光解消板６で紙面垂直方向上側に分離され偏光解消板７で紙面垂直方向上側へ分離された他方の分離光１０１ａと、偏光解消板６で紙面垂直方向下側に分離され偏光解消板２で下側へ分離された分離光１０２ｂは、偏光解消板６、７の分離角を十分大きくとる（すわなち偏光状態の分離をよくする）ことで光検出器５の外へ結像させるので、測定への影響はない。

このように、回折格子３からの第１および第２の分離光１０１、１０２のそれぞれを第２の偏光解消板７によって分離し、分離した分離光１０１ｂ、１０２ａのみを光検出器５ａのほぼ同じ位置で検出し、分離光１０１ａ、１０２ｂは、光検出器５の外へ結像させるので、偏光解消板６、７の分離角度を大きくとることができる。これにより、光検出器に設けられる受光素子の面積を大きくすることなく、偏光依存性の低減を図ることができる。従って、光検出器５自体も小型化でき、製造時の歩留まりを悪化させることもない。さらには、被測定光１００に対する応答性（速応性）を向上できる。

［第２の実施例］
図３は本発明の第２の実施例を示す構成図である。ここで、図１と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。また、１波長分の光路のみ（ＦＰ０２に結像する光路）を図示している。図３において、回折格子３からの回折光を反射し、この反射光を再び回折格子３に入射させる反射手段であるミラー９が新たに設けられる。

このような装置の動作を説明する。
このような装置は、図１に示す装置の動作とほぼ同様であるが、異なる動作は、ミラー９が、回折格子３からの回折光を反射し、この反射光を再度回折格子３に入射する。そして、回折格子３がミラー９からの反射光を波長ごとに異なる角度に出射して分光し、偏光子８に出射する。

このように、ミラー９が、回折格子３からの回折光を反射し、この反射光を回折格子３が再度分光し偏光子８に出射するので、波長分解能を向上することができる。

［第３の実施例］
図３は本発明の第３の実施例を示す構成図である。ここで、図１と同一のものは同一符号を付し、説明を省略すると共に図示も省略する。また、１波長分の光路のみ（ＦＰ０２に結像する光路）を図示している。

図４において、レンズ１０は、レンズ２の代わりに設けられ、レンズ２とレンズ４を共通にしたものである。また、偏光解消板１１は、偏光解消板６の代わりに設けられ、偏光解消板６と偏光解消板７を共通にしたものである。反射手段であるミラー１２は、新たに設けられ、偏光子８からの出射光を反射し、再び偏光子８を透過して、回折格子３に入射させる。なお、ミラー１２は、図４において、紙面垂直方向の下側に僅かに傾けらる。光検出器５は、被測定光１００がレンズ１０によって結像する位置に設けられる。

このような装置の動作を説明する。
光ファイバ１から出射された被測定光１００は、レンズ１０で平行光となる。レンズ１０を透過した被測定光１００は、偏光解消板１１に入射する。

この偏光解消板１１の斜面で屈折を起こし、被測定光１００は回折格子の溝に沿った方向に分離される。つまり、一方を紙面の垂直方向で上側、他方を下側に分離される。

そして、偏光解消板１１で分離された被測定光（第１の分離光、第２の分離光）１００が回折格子３に入射する。さらに、被測定光１００の分離光は回折格子３によって、波長ごとに異なる角度に出射され分光される。

さらに、偏光子８が、この分光された分離光１０１、１０２それぞれの偏光状態を回折格子３が分光する方向の面とし、ミラー１２に出射する。そして、ミラー１２が分離光１０１、１０２を反射し、反射した反射光が再度偏光子８を透過し、回折格子３に入射する。さらに、回折格子３が分離光１０１、１０２を再び波長ごとに異なる角度に出射して分光し、偏光解消板１１に出射する。

そして、偏光解消板１１によって、分離光１０１がさらに分離光１０１ａ、１０１ｂに分離され、分離光１０２が分離光１０２ａ、１０２ｂに分離される。なお、分離光１０１ａ、１０２ａは、分離光１０１と同じ方向に分離され、分離光１０１ｂ、１０２ｂは、分離光１０２と同じ方向に分離される。

そして、分離光１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂが、レンズ１０によって収束されるが、分離光（第１の分離光１０１の一方）１０１ｂと分離光（第２の分離光１０２の一方）１０２ａが、光検出器５の受光素子５ａで結像し、検出される。なお、ミラー１２が、図４において、紙面垂直方向の下側に僅かに傾けられているので、結像位置ＦＰ０２も、光ファイバ１よりも紙面垂直方向の下側で結像する。

そして、図示しない出力検出部が光検出器５の各受光素子からの出力される光強度と割り当てられた波長とによって被測定光の波長や光信号レベルを求めたり、光検出器５からの出力を外部装置に出力する。

なお、光検出器５で検出される光強度（光ファイバ１からの被測定光１００の光強度と光検出器５で検出される光強度の比が一定）は、図１に示す装置と同様なので説明を省略する。

このように、回折格子３からの第１および第２の分離光１０１、１０２のそれぞれを偏光解消板１１によって分離し、分離した分離光１０１ｂ、１０２ａのみを光検出器５ａのほぼ同じ位置で検出し、分離光１０１ａ、１０２ｂは、光検出器５の外へ結像させるので、偏光解消板１１の分離角度を大きくとることができる。これにより、光検出器５に設けられる受光素子の面積を大きくすることなく、偏光依存性の低減を図ることができる。従って、光検出器５自体も小型化でき、製造時の歩留まりを悪化させることもない。さらには、被測定光１００に対する応答性（速応性）を向上できる。

また、ミラー１２が偏光子８からの出射光を反射し、この反射光を回折格子３が再度分光し偏光解消板１１に出射するので、波長分解能を向上することができる。

さらに、レンズ１０、偏光解消板１１のそれぞれを１個とするので、装置を小型化することができると共にコストを抑えることができる。

［第４の実施例］
図５は本発明の第４の実施例を示す構成図である。ここで、図４と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。図５において、回折格子１３は、回折格子３、ミラー１２の代わりに設けられ、偏光解消板１１から出射された被測定光１００（分離光１０１、１０２）を分光し、この分光した被測定光１００を再び偏光解消板１１に出射する。また、偏光子１４は、偏光子８の代わりに偏光解消板１１と回折格子１３の間に設けられ、分離光１０１、１０２の偏光状態を、回折格子３が分光する方向の面にして出射する。

このような装置の動作を説明する。
このような装置は、図４に示す装置の動作とほぼ同様であるが、異なる動作は、回折格子１３が、被測定光１００を分光すると共に、分光した被測定光１００を偏光解消板１１に出射する。また、偏光子１４が、偏光解消板１１からの被測定光１００および回折格子１３で分光された被測定光１００の偏光状態を、回折格子３が分光する方向の面にして出射する。なお、回折格子３を、図５において、紙面垂直方向の下側に僅かに傾け、結像位置ＦＰ０２も、光ファイバ１よりも紙面垂直方向の下側で結像するようにしておくとよい。

このように、回折格子３が被測定光１００を分光した光を偏光解消板１１に出射するので、ミラー１２が不要となり、装置を小型化することができると共にコストを抑えることができる。

なお、本発明はこれに限定されるものではなく、以下のようなものでもよい。
図１、図３〜図５に示す装置において、偏光子８、１４と回折格子３、１３を別々に設ける構成を構成を示したが、偏光子８、１４は、回折格子３、１３と一体してもよい。例えば、回折格子３の回折面に誘電体多層膜を蒸着させ、偏光特性をもたせる。または、図１、図３、図４に示す装置において、回折格子３を反射型でなく透過型とし、特表２００２−５１４７７９号公報に記載されるように長く延伸させた金属（例えば、銀）をガラス自身の中に一方向に配列させ、偏光特性をもたせる。このように、偏光子を回折格子３、１３と一体化するので、装置を小型化することができる。

また、偏光子８、１４は、偏光状態を回折格子３が分光する方向の面とする構成を示したが、分光する方向に対して直交する面としてもよい。この場合、偏光子８、１４を透過後の相対強度はηｓ／２となる。また、光検出器５で結像する分離光１０１ｂ、１０２ａの光強度は光ファイバ１から出射された被測定光１００に対して、（ηｓ／４）倍となる。

また、回折格子３、１３の回折効率はηｓ≠ηｐだが、溝形状や溝間隔を変えることにより、回折効率ηｓ、ηｐを、ηｓ＞＞ηｐ（またはηｓ＜＜ηｐ）例えば、ηｓ：ηｐ＝１０：１程度にし、偏光子８を設けなくともよい。一般的に、回折格子３、１３の溝形状は三角形の鋸形状が多いが、頂角を変えたり、頂点部分を滑らかにしたり、四角形の凹凸形状等にして回折効率ηｓ、ηｐを変えるとよい。特に、回折格子３を２回通す図３、図４では、回折効率ηｓ、ηｐの比を１００：１（偏光依存性では、約０．０４［ｄＢｐｐ］）とすることができ、実用上ほぼ問題ない。

また、分離光１０１が右４５°偏光成分、分離光１０２が左４５°偏光成分とする構成を示したが、偏光解消板６の回折格子６の溝に対する光学軸の方向を、９０°回転させ、分離光１０１が左４５°偏光成分、分離光１０２が右４５°偏光成分としてもよい。偏光解消板７、１１も同様である。

また、３波長の信号が含まれる被測定光１００の光強度を検出する構成を示したが、何波長含まれていてもよい。

また、レンズ２、４、１０を用いた透過光学系とする構成を示したが、放物面鏡を設け、反射光学系としてもよい。

そして、光検出器５に複数の受光素子５ａからなるフォトダイオードアレイを用いる構成を示したが、受光素子５ａを１個としてもよい。この場合、被測定光１００を分光する方向に回折格子３、１３を正逆回転させる駆動手段を設け、被測定光００の波長を走査して、光検出器５に入射する被測定光１００を選択する。

図１、図３に示す装置において、偏光子８を回折格子３と偏光解消板７の間に設ける構成を示したが、偏光子８は偏光解消板６と偏光解消板７の間のどこに設けてもよい。

図４に示す装置において、偏光子８を回折格子３とミラー１２の間に設ける構成を示したが、偏光子８は偏光解消板１１とミラー１２の間のどこに設けてもよい。

図４、図５に示す装置において、ミラー１２または回折格子１３を紙面垂直方向の下側に僅かに傾ける構成を示したが、上側に傾ける構成でもよい。この場合、光検出器５は、光ファイバ１に対して紙面垂直方向上側に設けられる。

本発明の第１の実施例を示した構成図である。 光検出器５の受光素子５ａ近傍の結像関係を示した図である。 本発明の第２の実施例を示した構成図である。 本発明の第３の実施例を示した構成図である。 本発明の第４の実施例を示した構成図である。 従来の分光装置の構成図である。 光検出器５の受光素子５ａ上の結像関係を示した図である。

符号の説明

５ 光検出器
５ａ 受光素子
６、７、１１ 偏光解消板
８、１４ 偏光子
９、１２ ミラー
３、１３ 回折格子

Claims (11)

1. 被測定光を第１の偏光解消板が分離し、この分離した第１および第２の分離光を回折格子が波長ごとに異なる角度に出射して分光する分光装置において、
   前記回折格子からの第１の分離光をさらに第３、第４の分離光に分離し、第２の分離光をさらに第５、第６の分離光に分離する第２の偏光解消板と、
   この第２の偏光解消板が分離した第４の分離光と前記第２の偏光解消板が分離した第５の分離光とを検出する光検出器と、
   前記第１の偏光解消板から前記第２の偏光解消板までの間の光路上に設けられ、前記第１および第２の分離光のそれぞれを、前記回折格子が分光する方向の面または分光方向に直交する面の偏光状態にする偏光子と
   を設け、
   前記第１の偏光解消板および前記第２の偏光解消板は、前記回折格子の分光方向に対して直交する方向に分離し、
   第３、第５の分離光は第１の分離光と同じ方向に分離され、第４、第６の分離光は第２の分離光と同じ方向に分離されることを特徴とする分光装置。
2. 前記第１、第２の偏光解消板は、
   光学軸に対し４５°の方向に厚みが連続的に変化する第１の板と、
   光学軸に対し４５°の方向に厚みが連続的に変化する第２の板と
   を有し、前記第１の板の光学軸と前記第２の板の光学軸を互いに直交させて前記第１の板と前記第２の板とを貼り合わせたことを特徴とする請求項１記載の分光装置。
3. 前記第４、第５の分離光を前記光検出器の受光素子に結像させるフォーカシング手段と、
   前記光検出器から出力される光強度によって被測定光の光信号レベルを求める出力検出部と
   を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の分光装置。
4. 偏光子は、前記回折格子と一体化されたことを特徴とする請求項３記載の分光装置。
5. 偏光子は、前記回折格子の回折面に設けられる多層膜であることを特徴とする請求項４記載の分光装置。
6. 偏光子は、長く延伸させた金属を前記回折格子中に一方向に配列させたことを特徴とする請求項４記載の分光装置。
7. 回折格子は、溝形状または溝間隔によって、前記第１および第２の分離光それぞれを、分光する方向の面または分光方向に直交する面の偏光状態にして出射することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の分光装置。
8. 第１の偏光解消板と第２の偏光解消板が共通であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の分光装置。
9. 前記回折格子からの回折光を反射し、この反射光を再び前記回折格子に入射させる反射手段を設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の分光装置。
10. 光検出器は、複数の受光素子からなることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の分光装置。
11. 前記回折格子を分光方向に回転させ、光検出器に入射する被測定光を選択する駆動手段を設けことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の分光装置。

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