JP4270718B2 - 基準波長光発生装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光スペクトルアナライザ等において所定の基準波長光を発生する基準波長光発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、所定の測定光を用いて各種の測定を行う光スペクトラムアナライザ等の測定器では、測定結果を、横軸を波長に、縦軸を検出レベルにそれぞれ対応させてグラフ表示する場合が多い。このような測定結果の表示を行う場合に、温度やその他の環境によって横軸の波長が時間とともにずれてくる場合がある。このため、波長が既知の吸収スペクトルを有する所定の基準波長光を用いて、横軸に対応する波長の調整が行われる。このような校正に使用する基準波長光を発生する装置が基準波長光発生装置である。
【０００３】
図９は、光スペクトラムアナライザ等に用いられる従来の基準波長光発生装置の構成を示す図である。図９に示す基準波長光発生装置２００は、校正用に用いられる所定の基準波長光と、測定用に用いられる所定の測定光とを同時に発生するためのものであり、２つの光源２１０、２４０と、２つのファイバコリメータ２１２、２１４と、光学セル２１６とを含んで構成されている。
【０００４】
２つの光源２１０、２４０は、例えば端面発光ＬＥＤを用いて形成されている。一方の光源２１０は基準波長光を発生するために用いられており、この光源２１０から放射された光は、光ファイバ２２０を介して一方のファイバコリメータ２１２に入射され、平行光に変換される。この平行光は、光学セル２１６を通すことにより、所定の波長成分が吸収される。光学セル２１６を通った後の平行光は、他方のファイバコリメータ２１４によって集光された後光ファイバ２２２を介して、基準波長光用光コネクタ２３０に導かれる。また、他方の光源２４０は測定光を発生するために用いられており、この光源２４０から放射された光は、光ファイバ２２４を介して、測定光用光コネクタ２５２に導かれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の基準波長光発生装置では、光学セル２１６を挟んで配置された２つのファイバコリメータ２１２、２１４の調整が容易ではないという問題があった。一方のファイバコリメータ２１２から出射された平行光が正確に他方のファイバコリメータ２１４に入射されるためには、２つのファイバコリメータの水平位置および垂直位置を調整するとともにそれぞれの傾斜角度も調整する必要がある。このように調整箇所が多く、しかも調整角度や水平位置、垂直位置の調整を同時に行う必要があるため、正確に所望の調整作業を行うことは容易ではない。
【０００６】
また、上述した従来の基準波長光発生装置では、基準波長光と測定光を発生させるために、２つの光源２１０、２４０と、２つのファイバコリメータ２１２、２１４が用いられており、これらは比較的高価な部品であるため、製造コストの増大を招くという問題があった。例えば、上述した光ファイバ２２０、２２２の一方端に取り付けられるファイバコリメータ２１２、２１４には、比較的高価な部品であるセルフォックレンズが用いられている。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、調整の手間を低減することができるとともに、部品点数の低減によるコストダウンが可能な基準波長光発生装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の基準波長光発生装置は、所定の波長範囲を有する光を発生する光源と、入射光に対して所定の波長成分を吸収する吸収部材と、前記吸収部材から出射された光を前記吸収部材方向に反射する反射部材と、前記光源から出射された光を前記吸収部材と前記吸収部材とは異なる方向の両方の向きに分岐して出射するととともに、前記吸収部材側から入射される光を前記光源と前記光源とは異なる方向の両方の向きに分岐して出射する光分岐手段と、前記光分岐手段から前記吸収部材側に光ファイバを通して出射された光を、前記光ファイバの端部において平行光に変換して前記吸収部材に入射するコリメータとを備え、前記分岐手段から前記光源とは異なる向きに分岐された光を基準波長光として出射するとともに、前記分岐手段から前記吸収部材とは異なる向きに分岐された光を測定光として出射することを特徴としている。反射部材によって反射された光は、反射部材の角度を調整するだけで、精度良く再び吸収部材に入射することができるため、基準波長光を発生させるために必要な調整作業の手間を大幅に低減することができる。また、基準波長光と測定光を一つの光源を用いて発生することができるため、部品点数の低減によるコストダウンが可能になる。さらに、コリメータによって平行光に変換された後の光は、吸収部材を通した後に反射部材によって反射することで、容易にその逆光路に沿って進行させることができる。特に、吸収部材との間で光の入出射を行うために用いられるコリメータの個数が１個ですむため、従来のように吸収部材の両端に合計２個のコリメータを使用する場合に比べて、比較的高価な部品であるコリメータの個数を低減することができ、これによるコストダウンが可能になる。
【０００９】
また、上述した光分岐手段は、前記吸収部材側に出射される光のパワーの方が、前記吸収部材とは異なる方向に出射される光のパワーよりも小さくなるように光のパワー分岐比が設定されていることを特徴としている。このように光のパワー分岐比を設定することにより、測定光のパワーを大きく設定することができる。また、吸収部材側から光源側への戻り光を少なくすることができるため、光源が不安定となることを防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態の基準波長光発生装置について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態の基準波長光発生装置の構成を示す図である。図１に示す基準波長光発生装置１００は、光スペクトラムアナライザ等の各種の計測器に含まれており、校正用に用いられる所定の基準波長光と、測定用に用いられる所定の測定光とを同時に発生する。この基準波長光発生装置１００は、光源１０、光カプラ１２、ファイバコリメータ１４、光学セル１６、平面鏡１８を含んで構成されている。
【００１１】
光源１０は、例えば端面発光ＬＥＤを用いて形成されており、１．５５μｍをピークとする比較的広範囲な波長帯の光を放出する。
光カプラ１２は、４つの入出力端子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄを有している。入出力端子１２Ａ、１２Ｂのいずれかに入射された光は、光カプラ１２によって所定の比率で分岐されて、２つの入出力端子１２Ｃ、１２Ｄから出射される。また、入出力端子１２Ｃ、１２Ｄのいずれかに入射された光は、光カプラ１２によって所定の比率で分岐されて、２つの入出力端子１２Ａ、１２Ｂから出射される。
【００１２】
本実施形態の基準波長光発生装置１００では、光源１０から出射された光が入出力端子１２Ａに入射され、この入射光の一部が入出力端子１２Ｃから出射される。この入出力端子１２Ｃは、光ファイバ２２を介して測定光用光コネクタ３０に接続されており、入出力端子１２Ｃから出射された光がそのまま測定光用光コネクタ３０から測定光として取り出される。また、入出力端子１２Ａに対する入射光の残りが入出力端子１２Ｄから出射される。この入出力端子１２Ｄは、光ファイバ２４を介してファイバコリメータ１４に接続されており、入出力端子１２Ｄから出射された光がファイバコリメータ１４に入射されるとともに、このファイバコリメータ１４から光ファイバ２４に出射された光が再び入出力端子１２Ｄに入射されるようになっている。
【００１３】
このようにして再び入出力端子１２Ｄに入射された光は、一部が入出力端子１２Ｂから出射される。この入出力端子１２Ｂは、光ファイバ２６を介して基準波長光用光コネクタ３２に接続されており、入出力端子１２Ｂから出射された光がそのまま基準波長光用光コネクタ３２から取り出される。
【００１４】
ファイバコリメータ１４は、光ファイバ２４の一方端に取り付けられており、この一方端から出射された光を平行光に変換して光学セル１６側に出射するとともに、光学セル１６側から入射された平行光を集光して光ファイバ２４の一方端に入射する。ファイバコリメータ１４は、例えばセルフォックレンズが用いられる。
【００１５】
光学セル１６は、アセチレンガスが封印された吸収セルであり、光を透過させることにより所定の波長成分を吸収する。
平面鏡１８は、光学セル１６を挟んでファイバコリメータ１４と対向する位置に配置されており、光学セル１６を通った後に出射される平行光を反射して、再び光学セル１６に入射させるために用いられる。入射される平行光の向きに垂直なＸＹ平面を考えた場合に、Ｘ軸周りの回転角とＹ軸周りの回転角が別々に調整可能になっており、この調整によって反射光を入射光の向きに正確に折り返すことができる。
【００１６】
上述した光カプラ１２が光分岐手段に、光学セル１６が吸収部材に、平面鏡１８が反射部材にそれぞれ対応する。
本実施形態の基準波長光発生装置１００はこのような構成を有しており、次のその作用を説明する。
【００１７】
光源１０から出射された光は、光カプラ１２によって２つに分岐され、一方が光ファイバ２２を介して測定光用光コネクタ３０から出射され、他方が光ファイバ２４を介してファイバコリメータ１４から平行光として出射される。この出射された平行光は、光学セル１６を通った後に平面鏡１８で反射され、再び光学セル１６を通った後にファイバコリメータ１４で集光され、光ファイバ２４を介して光カプラ１２の入出力端子１２Ｄに入射される。このようにして入出力端子１２Ｄに入射された光は、光カプラ１２によってさらに分岐され、一方が光ファイバ２６を介して基準波長光用光コネクタ３２から出射される。
【００１８】
図２は、光源１０から出射される光の特性を示す図である。横軸は波長に、縦軸は光強度にそれぞれ対応している。図２に示すように、光源１０から出射される光の特性は、１５５０ｎｍ付近にピークがあり、このピーク位置から遠ざかるにしたがってなだらかに減衰していることがわかる。
【００１９】
図３は、測定光用光コネクタ３０から出射される光の特性を示す図である。測定光用光コネクタ３０から出射される光は、光源１０から出射された光を、光カプラ１２を通すことにより全体の強度を減衰させたものであるため、基本的には図２に示した特性と同じになる。
【００２０】
図４は、基準波長光用光コネクタ３２から出射される光の特性を示す図である。基準波長光用光コネクタ３２から出射される光は、光源１０から出射された光を、光カプラ１２を通すことにより全体の強度を減衰させるとともに、光学セル１６を往復２回通すことにより、特定の波長成分に対応して部分的に強度を減衰させたものである。
【００２１】
図５は、光学セル１６を通すことにより生じる吸収スペクトルを示す図であり、図４に示した特性の１５２５ｎｍ付近を拡大したものである。また、図６は吸収スペクトルの具体的な値を示す図である。図５に示す吸収スペクトルには大別すると２つのグループがあり、左側のグループをＲブランチ、右側のグループをＰブランチと称する。図６は、Ｐブランチに含まれる吸収スペクトルの各ピークについて、波長が低いものから順に示したものである。これらの各ピークの波長は、温度等の使用環境によってほとんど変動がないため、本実施形態の基準波長光発生装置１００が備わっている光スペクトラムアナライザにおいて、各種の測定結果の波長軸（横軸）を校正するために用いられる。
【００２２】
このように、本実施形態の基準波長光発生装置１００では、平面鏡１８を用いることにより光学セル１６から出射された平行光を再び光学セル１６に向けて反射している。平行光を入射方向に折り返すだけであるため平面鏡１８の傾斜状態を調整するだけでよく、図９に示した従来の基準波長光発生装置２００のように、２つのファイバコリメータの垂直および水平方向を調整しながら角度を調整する場合に比べて、調整作業が非常に簡単になる。
【００２３】
また、本実施形態の基準波長光発生装置１００は、従来の基準波長光発生装置２００では２つ必要だった光源とファイバコリメータがともに一つですむため、これらの高価な部品を減らすことによる大幅なコストダウンを実現することができる。なお、本実施形態では、新たに平面鏡１８や光カプラ１２が追加されているが、端面発光ＬＥＤを使用した光源やセルフォックレンズを使用したファイバコリメータに比べて比較的安価であるため、基準波長光発生装置１００全体としてのコストダウンが可能になっている。
【００２４】
さらに、本実施形態の基準波長光発生装置１００では、光学セル１６に光を２回通しているため、図９に示したような１回だけ光を通す場合に比べると、同じ減衰量を得ようとしたときの光学セル１６の長さを半分にすることができる。したがって、装置全体の小型化が可能になる。
【００２５】
ところで、上述した本実施形態の説明では、光カプラ１２における光のパワー分岐比については特に言及していないが、５０対５０ではなく、測定光用光コネクタ３０側に出射される光のパワーの方が、光学セル１６側に出射される光のパワーよりも大きくなるように設定することが好ましい。特に、光スペクトラムアナライザにこの基準波長光発生装置１００を用いる場合には、測定光用光コネクタ３０から出射される測定光のパワーを大きくする必要がある。したがって、測定光に着目した場合に、光カプラ１２による損失を最小限に抑えたい。また、基準波長光用光コネクタ３２から出射される基準波長光は、波長の基準としてのみに使用するため、パワーが小さくても特に不都合はない。これらを考慮すると、上述した光カプラ１２における光のパワー分岐比を９０対１０あるいは８０対２０程度に設定することが特に好ましい。
【００２６】
また、このような光パワー分岐比を設定すると、入出力端子１２Ｄから入射された光が入出力端子１２Ａから光源１０側に出射される光のパワーを小さくすることができるため（入出力端子１２Ｄから入射された光のパワーの１／１０あるいは１／５となる）、光源１０が不安定になって、所定の波長範囲を有する光（理想的には平らなスペクトルの光）にリップルが生じてしまうことを防止することができる。
【００２７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、基準波長光と同時に測定光を発生する基準波長光発生装置１００について説明したが、基準波長光のみを発生するようにしてもよい。
【００２８】
図７は、基準波長光のみを発生する基準波長光発生装置１００Ａの構成を示す図である。図７に示した基準波長光発生装置１００Ａは、図１に示した基準波長光発生装置１００に対して、光カプラ１２に接続された光ファイバ２２および測定光用光コネクタ３０を取り除いたものである。このように、基準波長光のみを発生するようにした場合であっても、調整の容易化および短い光学セル１６を用いることによる装置の小型化という効果に変わりはない。
【００２９】
また、上述した実施形態では、アセチレンガスが封入された光学セル１６を用いたが、アセチレンガス以外のガス、例えばシアン化水素（ＨＣＮ）が封入された光学セルを用いるようにしてもよい。
図８は、シアン化水素ガスの吸収スペクトルの具体的な値を示す図である。アセチレンガスを用いた光学セル１６の場合と同様に、シアン化水素ガスを用いた光学セルの吸収スペクトルには大別すると２つのグループがある。図８は、右側のグループであるＰブランチに含まれる吸収スペクトルの各ピークについて、波長が低いものから順に示したものである。
【００３０】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、基準波長光を発生するために、光分岐手段から出射された光を吸収部材に通した後に反射部材によって反射し、再び吸収部材を通して光分岐手段に入射しており、調整が必要な箇所は反射部材の角度だけであるため、基準波長光を発生させるために必要な調整作業の手間を大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の基準波長光発生装置の構成を示す図である。
【図２】光源から出射される光の特性を示す図である。
【図３】測定光用光コネクタから出射される光の特性を示す図である。
【図４】基準波長光用光コネクタから出射される光の特性を示す図である。
【図５】光学セルを通すことにより生じる吸収スペクトルを示す図である。
【図６】アセチレンガスの吸収スペクトルの具体的な値を示す図である。
【図７】基準波長光のみを発生する基準波長光発生装置の構成を示す図である。
【図８】シアンガスの吸収スペクトルの具体的な値を示す図である。
【図９】従来の基準波長光発生装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０ 光源
１２ 光カプラ
１４ ファイバコリメータ
１６ 光学セル
１８ 平面鏡
２０、２２、２４、２６ 光ファイバ
３０ 測定光用光コネクタ
３２ 基準波長光用光コネクタ
１００ 基準波長光発生装置

Claims (1)

1. 測定器による測定に用いられる測定光と校正に用いられる基準波長光とを同時に発生する基準波長光発生装置において、
   所定の波長範囲を有する光を発生する光源と、
   ガスが封入されており、入射光に対して所定の波長成分を吸収する光学セルと、
   前記光学セルから出射された光を前記光学セル方向に反射する反射部材と、
   前記光源から出射された光を前記光学セルと前記光学セルとは異なる方向の両方の向きに分岐して出射するととともに、前記光学セル側から入射される光を前記光源と前記光源とは異なる方向の両方の向きに分岐して出射する光分岐手段と、
   前記光分岐手段から前記光学セル側に光ファイバを通して出射された光を、前記光ファイバの端部において平行光に変換して前記光学セルに入射するコリメータと、
   を備え、前記分岐手段から前記光源とは異なる向きに分岐された光を前記基準波長光として出射するとともに、前記分岐手段から前記光学セルとは異なる向きに分岐された光を前記測定光として出射し、
   前記光分岐手段は、前記光学セル側に出射される光のパワーの方が、前記光学セルとは異なる方向に出射される光のパワーよりも小さくなるように光のパワー分岐比が設定されていることを特徴とする基準波長光発生装置。

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