JP4380634B2 - 波長特性測定装置 - Google Patents

Description

本発明は光フィルタや光伝送路などの光コンポーネントの光波長特性を測定するための波長特性測定装置に関し、さらに詳細には、光信号のスペクトルを測定する光スペクトラムアナライザと、異なる波長を出力可能な波長可変光源とを用いた波長特性測定における波長トラッキング制御技術に関するものである。

図２１は、光スペクトラムアナライザと波長可変光源を用いた波長特性測定における波長トラッキングを実現するための従来の装置構成例を示したブロック図である。同図において、符号１００は光スペクトルを測定するための光スペクトラムアナライザであって、符号１０１は異なる波長を出力することができる波長可変光源である。

光スペクトラムアナライザ１００は、このスペクトラムアナライザ１００の全体動作を統括する制御部１０２、外部機器（この場合は波長可変光源１０１）との間で通信を行うための通信回路１０３、通信回路１０３の入出力インターフェースとなる端子［３］、回折格子，プリズム，干渉フィルタなどの分光素子を利用した分光によって被測定光から特定波長を抽出して出力する分光器１０４、外部から与えられる被測定光を分光器１０４に入力する光入力端子１０５、分光器１０４の抽出波長を可変させるためのモータ１０６、制御部１０２から設定されたモータ回転速度や回転量などの条件に従ってモータ１０６を駆動する駆動回路１０７、モータ１０６の回転量および回転位置を検出する位置検出回路１０８、分光器１０４から出力される抽出光を受光してこれを電気信号に変換する光検出器１１０、光検出器１１０から出力される微小電気信号を増幅する増幅回路１１１、増幅回路１１１から出力されるアナログ信号を量子化してディジタル信号に変換するＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器１１２、Ａ／Ｄ変換器１１２から出力される測定データをプロットして得られる光スペクトルを表示するための表示部１１３から構成されている。

ここで、制御部１０２はその内部にあらかじめ記憶されているモータ制御情報を基に、駆動回路１０７を介してモータ１０６を駆動して分光器１０４の抽出波長を所望の値に設定する。また制御部１０２は、モータ１０６に結合された位置検出回路１０８から得られる位置情報を監視して分光器１０４の抽出波長が所定の波長に設定されたことを確認した後に、Ａ／Ｄ変換器１１２から測定データを読み出して所定の演算処理を行い、この演算結果を表示部１１３に表示する。

このとき制御部１０２は、測定者によって設定された波長範囲および測定数に基づいて分光器１０４の抽出波長として等間隔の波長を求め、分光器１０４の抽出波長をこれら等間隔の各波長に設定した時に得られる測定データを断続的に求めながら表示部１１３上にプロットしてゆくことで、被測定光に関するスペクトルの測定波形を表示させることが可能になる。

また、光スペクトラムアナライザ１００は外部に接続された波長可変光源１０１を制御するホストとしての機能を有している。すなわち、制御部１０２は通信回路１０３および端子［３］ならびに波長可変光源１０１の端子［３］’および通信回路１１６（何れも後述）を介して、波長可変光源１０１の制御部１１５（後述）に対して制御命令を送信し、それによって、波長可変光源１０１が出力する信号光の波長および光電力を設定するようにしている。

なお、被測定物１１４は波長対損失特性といった波長特性を測定すべき光コンポーネントであって、光ファイバグレーティング，誘電体多層膜フィルタ，ＷＤＭ（波長分割多重）用光コンポーネント等である。そして、波長可変光源１０１の光出力端子１１８（後述）から供給される単一モード信号光を用いた波長トラッキング測定によって、被測定物１１４から被測定光が光スペクトラムアナライザ１００に供給されてこの被測定物１１４の波長特性が測定されることになる。

一方、波長可変光源１０１は、この波長可変光源１０１の全体動作を統括する制御部１１５、外部機器（この場合は光スペクトラムアナライザ１００）との間で通信を行うための通信回路１１６、通信回路１１６の入出力インターフェースとなる端子［３］’、後述する光源１２２から出力される光信号を外部の被測定物１１４に出力するための光出力端子１１８、単一モードスペクトラムを発振しその発振波長が可変である光源１２２、光源１２２を駆動すると共にその温度制御等を行う光源駆動回路１２３、測定者によって設定された測定波長範囲などの諸条件（詳細については後述）を表示するための表示部１２４、光源１２２から出力される光信号の波長を制御する波長制御回路１２６から構成されている。

ここで、制御部１１５はその内部にあらかじめ記憶されている光源駆動情報および波長情報を基に光源駆動回路１２３および波長制御回路１２６を制御して、光源１２２の単一モード発振波長および発振光電力を可変させる。すなわち、制御部１１５は設定された上記諸条件に基づいて測定波長間隔等のパラメータ（詳細については後述）を演算によって求め、光源駆動回路１２３および波長制御回路１２６に指示を行い、設定された任意の条件で光源１２２を発振させるほか、測定者によって設定された波長範囲の全体にわたって所定の波長間隔で光源１２２の発振波長を断続的に変化させる。なお、光スペクトラムアナライザ１００と同様に、波長可変光源１０１においても光源１２２の発振波長を可変とするために、図示しない分光素子やこの分光素子を駆動するための図示しないモータなどが用いられる。

次に、図２２に示したフローチャートに沿って、従来技術による波長特性測定装置で行われる波長トラッキング制御の手順について説明する。なお、以下に述べるような光スペクトラムアナライザ１００および波長可変光源１０１における制御は、これらとは別に用意されたコンピュータなどを用いて行っても良い。まず、測定者が測定開始波長λ_０，測定終了波長λ_ｅ，測定サンプル数などの複数の測定条件を光スペクトラムアナライザ１００に設定する。これによって、制御部１０２はこれら設定された測定条件に基づいて波長間隔Δλなどのパラメータを演算によって導出する（ステップＳ１）。

次に、制御部１０２は求められたパラメータに従って駆動回路１０７へ信号を送出することでモータ１０６を駆動し、それによって分光器１０４の抽出波長を或る初期波長に設定するとともに、位置検出回路１０８から出力される位置情報を監視して分光器１０４の抽出波長が前述した初期波長に設定されたことを確認する。また制御部１０２は通信回路１０３及び入出力端子［３］を介して波長可変光源１０１に対して「初期波長への移動コマンド」を送信する（ステップＳ２）。

すると、波長可変光源１０１の制御部１１５は通信回路１１６を介して光スペクトラムアナライザ１００から送信されたコマンドに基づき、光源駆動回路１２３および波長制御回路１２６へ与えるパラメータを演算によって求めてこれら各回路に供給する。これによって、光源１２２の発振波長を初期波長に設定し、この設定が終了した後に通信回路１１６を介して光スペクトラムアナライザ１００の制御部１０２に対して「波長設定完了コマンド」を送信する（ステップＳ３の判断結果が“ＹＥＳ”）。

次に、測定者が測定開始の命令を光スペクトラムアナライザ１００に与える（ステップＳ４）と、制御部１０２は分光器１０４の抽出波長λが測定開始波長λ_０となるように駆動回路１０７へ制御信号を送ってモータ１０６を駆動するとともに、位置検出回路１０８から出力される位置情報を監視してモータ１０６の移動完了を待つ。また、制御部１０２は通信回路１０３を介して波長可変光源１０１に「測定波長λ（即ち、測定開始波長λ_０）への移動コマンド」を送信したのち、上述した初期波長の場合と同様にして、波長可変光源１０１からの「波長設定完了コマンド」が返信されてくるのを待ち合わせる（ステップＳ５）。

こうして光スペクトラムアナライザ１００および波長可変光源１０１における波長設定が完了（ステップＳ６の判断結果が“ＹＥＳ”）したならば、制御部１０２はＡ／Ｄ変換器１１２を起動して同Ａ／Ｄ変換器からディジタル信号を取り込み（ステップＳ７）、あらかじめ設定されている増幅回路１１１の条件などに基づいて光電力値を演算によって求めて表示部１１３上にプロットする（ステップＳ８）。

次いで、制御部１０２は現時点における測定波長λから波長間隔Δλだけ離れた次の測定波長λを演算（ステップＳ９）によって求めて、再度、分光器１０４の抽出波長および波長可変光源１０１の出力波長を設定する。これによって、上述したステップＳ５〜Ｓ９と同様の動作が光スペクトラムアナライザ１００および波長可変光源１０１で繰り返される。制御部１０２はこの波長設定およびデータ測定を測定波長が測定終了波長λ_ｅを越える（ステップＳ１０の判断結果が“ＹＥＳ”）まで続ける。

以上のように、光スペクトラムアナライザおよび波長可変光源における従来方式の波長トラッキング制御に於いては、ホストとなる光スペクトラムアナライザ１００が通信インターフェースを経由して波長可変光源１０１の動作を制御している。これにより、設定された掃引波長範囲（測定波長範囲）にわたって求められた測定波長間隔ごとに分光器１０４の抽出波長および波長可変光源１０１の出力波長を断続的に設定して測定を行い、さらに上記通信インターフェースを経由して光スペクトラムアナライザ１００と波長可変光源１０１の間でコマンド送信を逐次行っている。このため、波長トラッキングのために多大なる時間を要してしまうという問題がある。

また、光スペクトラムアナライザ１００の分光器１０４および波長可変光源１０１の光源１２２を高速に掃引させる場合に、分光器１０４を駆動するモータ１０６の回転量に対する抽出波長の変化特性が、波長可変光源１０１の分光素子を駆動するモータの回転量に対する出力波長の変化特性に一致することは希であって、ほとんどの場合は互いに異なる特性となってしまう。これは、分光器１０４の変化特性が、分光器１０４を構成する分光素子の特性，この分光素子の角度を可変させるための方式，分光器１０４のレイアウトなどの様々な要因から決定される一方で、波長可変光源１０１の分光素子に関わる変化特性も同様な理由で様々な要因から決定されることによるものである。

このため、光スペクトラムアナライザ１００および波長可変光源１０１の各々に備えられたモータを等速回転させた場合に、これらモータの回転量に対して分光器１０４の抽出波長と波長可変光源１０１の出力波長がそれぞれの特性に応じて変化する。このため、抽出波長と出力波長の間における波長差が大きくなってトラッキングできなくなり、結果的に、非常に狭い波長範囲でしか波長のトラッキングを行うことができないことになる。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光スペクトラムアナライザおよび波長可変光源を用いた波長特性測定を実施するにあたって、両者の掃引を同期させるとともに、光スペクトラムアナライザの抽出波長と波長可変光源の出力信号光波長を一致させあるいは両者の波長差を僅少にすることができ、広い波長範囲にわたって高速かつ高い波長確度で波長トラッキングを行うことの可能な波長特性測定装置を実現することにある。

以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、信号光を出力する波長可変光源と、該信号光を被測定物に入射して得られる被測定光のスペクトル分布を計測する光スペクトラムアナライザとを用いて、前記被測定物の光波長特性を測定する波長特性測定装置において、前記光スペクトラムアナライザは、第１の分光素子によって前記被測定光から特定の波長成分を抽出し、予め設定された分解能に対して、抽出波長を中心とした前後の所定波長範囲にわたって平坦な最大透過量となる波長透過特性を持った分光手段と、前記第１の分光素子の角度を可変させて抽出波長を所定の掃引波長範囲にわたって掃引する第１の駆動手段とを備え、前記波長可変光源は、前記信号光として単一モード信号光を出力するレーザ素子と該レーザ素子を任意の波長でレーザ発振させる第２の分光素子とで構成される外部発振器と、前記第２の分光素子の角度を可変させて前記信号光の信号光波長を前記掃引波長範囲にわたって掃引する第２の駆動手段とを備え、前記第１及び第２の分光素子の角度をそれぞれ可変させる第１及び第２のモータの回転速度は、前記信号光波長が前記所定波長範囲内に収束するように予め決められており、前記第１及び第２の駆動手段はこれら回転速度に従って前記第１及び第２のモータを等速度回転させることを特徴とする。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記掃引波長範囲は、前記信号光波長が前記所定波長範囲内に収束する波長区間を単位とした複数の波長区間に分割されており、前記第１及び第２の駆動手段は、前記各波長区間について予め決められている前記第１及び第２のモータの回転速度に従って、前記第１及び第２のモータを等速度回転させることを特徴としている。
また、請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記第１及び第２の駆動手段は、前記波長区間の切り換えが生ずる時点で、前記第１及び第２のモータの各々に出力するモータ回転パルスのパルスレートを可変させることを特徴としている。
また、請求項４記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記第１及び第２の駆動手段は、前記波長区間毎に掃引動作を一旦停止させ、次に掃引すべき波長区間に関する条件設定を行ってから当該区間の掃引を行うことを特徴としている。

以上説明したように、請求項１記載の発明では、信号光波長が分光手段の持つ平坦な波長透過特性となっている所定波長範囲内に収束するように、第１及び第２の分光素子の角度をそれぞれ可変させる第１及び第２のモータの回転速度を予め決めておき、これらのモータ回転速度に従って第１及び第２のモータを等速度回転させながら、抽出波長及び信号光波長を掃引波長範囲にわたって掃引している。これにより、第１及び第２の駆動手段は、定常運転領域において等速度回転制御のみを行うごく一般的なものを使用することが可能となる。

また、請求項２記載の発明では、信号光波長が上記所定波長範囲内に収束する波長区間を単位として掃引波長範囲を複数の波長区間に分割し、各波長区間について予め決められている第１及び第２のモータの回転速度に従って、これらモータを等速度回転させている。このため、光スペクトラムアナライザが備える分光手段の特性と波長可変光源の特性が大きく異なる場合や、分光手段の持つ分光特性で決定される平坦な波長領域が狭いために、波長可変光源から出力される信号光波長がこの平坦な波長領域を越えてレベル変動する場合などにおいても、光スペクトラムアナライザの抽出波長特性と波長可変光源の出力信号光波長特性を掃引波長範囲全体にわたって一致させ、あるいは、それらの間の差を僅少にすることが可能となる。このため、高速に波長トラッキングを行うことができ、非常に広い光学的ダイナミックレンジで高い波長確度かつ高速に測定できる。

また、請求項３記載の発明では、分割した波長区間の切り換えが生ずる時点で、第１及び第２のモータの各々に出力するモータ回転パルスのパルスレートを可変させるようにしている。このため、掃引波長範囲の全体にわたって一括して掃引することができて、高速に波長トラッキングを行うことが可能となる。
また、請求項４記載の発明では、波長区間毎に掃引動作を一旦停止させ、次に掃引すべき区間について条件設定を行ってから当該区間の掃引を行うようにしている。これによって、第１及び第２の駆動手段として、定常運転領域において等速度回転制御のみを行うごく一般的なものを使用することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の各実施形態について説明してゆく。
〔第１実施形態〕
図１は本実施形態による波長特性測定装置の構成を示すブロック図であって、図２１に示したものと同じ構成要素については同一の符号を付してある。また、図２は本実施形態におけるモータ回転速度の変化について示した説明図である。なお、この図２を含めて各実施形態で参照するグラフに記載した数値はいずれも単なる一例を示したに過ぎないものであって、本発明がこれらグラフに記載されている数値に限定的に適用されるものでないことは当然である。

まず、図１に示した光スペクトラムアナライザ１００において、本実施形態の駆動回路１０７は、制御部１０２から設定されたモータ回転速度や回転量などの条件に従ってモータ１０６を駆動する従来技術と同様の機能を有する。これに加えて、駆動回路１０７はモータ１０６の回転始動時にモータ回転開始同期信号（図中の符号Ａに相当）を出力する機能を有する。このほかに駆動回路１０７は、外部（この場合は波長可変光源１０１内の後述する駆動回路１２５）からのモータ回転開始同期信号に応じてモータ１０６の回転を始動させる機能を有していても良い。この場合は、駆動回路１０７がマスター，駆動回路１２５がスレーブとなってそれぞれ作動するような形態である。なお、いまの場合とは逆に、駆動回路１２５がマスター，駆動回路１０７がスレーブとしてそれぞれ作動するような形態であっても良い。このように信号Ａは、駆動回路１０７および駆動回路１２５を互いに同期させて各駆動回路からモータ１０６およびモータ１２０に対してモータ駆動信号を同一タイミングで出力させるためのモータ回転開始同期信号である。

また、端子［１］は駆動回路１０７が出力するモータ回転開始同期信号を外部機器（この場合は波長可変光源１０１）に供給するための同期信号出力端子である。ただし、これは駆動回路１０７がマスターとなる場合であって、駆動回路１０７がスレーブとなって外部（即ち、駆動回路１２５）からのモータ回転開始同期信号に応じてモータ１０６の回転を始動させる場合は同期信号入力端子となる。また、端子［１］’は外部機器（この場合は光スペクトラムアナライザ１００）から駆動回路１２５に対してモータ回転開始同期信号が供給される同期信号入力端子である。ただし、これは駆動回路１２５がスレーブとなる場合であって、駆動回路１２５がマスターとなって外部機器（即ち、光スペクトラムアナライザ１００）へモータ回転開始同期信号を供給する場合には同期信号出力端子となる。

さらに、駆動回路１０７は分割された波長区間に相当するモータ回転量毎にパルスレートを可変させる機能を有しており、当該機能は後述する第３実施形態で使用される。そして信号Ｃは、第３実施形態において、分割された波長区間毎にモータ１０６の回転速度を変化させる場合に、駆動回路１０７がモータ１０６へ出力する駆動信号のパルスレートの切換点となる波長情報を位置検出回路１０８から得るための信号である。このため、駆動回路１０７が駆動信号の出力パルスをカウントするなどして波長情報をモニタしている構成とすれば信号Ｃは特に必要ではなくなる。また、波長可変光源１０１が備えるモータ１２０の回転速度を分割された波長区間毎に変化させ、モータ１０６を一定速度で回転させる場合においても信号Ｃは特に必要なくなる。

次に、本実施形態の位置検出回路１０８は、モータ１０６の回転量および回転位置を検出する従来技術と同様の機能を有すると共に、モータ１０６の回転量が制御部１０２から設定される特定の波長に対応した回転量に達した際に、次に説明する切換／遅延回路１０９に対して回転量が所期の値に到達したことを示すトリガパルスを出力する機能を有している。また駆動回路１０７のところで説明したように、第３実施形態において位置検出回路１０８は、駆動回路１０７がモータ１０６へ出力する駆動信号のパルスレートの切換点となる波長情報を生成する機能を有している。

次に、切換／遅延回路１０９は、位置検出回路１０８から入力されるトリガパルスと、端子［２］を経由して波長可変光源１０１から入力されるサンプリングタイミング信号（図中の符号Ｂに相当）とを切り換えて、Ａ／Ｄ変換器１１２および制御部１０２に対してサンプリングタイミングを通知する。また、切換／遅延回路１０９は切り換えられたトリガパルス又はサンプリングタイミング信号を制御部１０２によって予め設定された所定時間だけ遅延させる機能を有している。

つまり信号Ｂは、Ａ／Ｄ変換器１１２を起動させてＡ／Ｄ変換によって得られたディジタルデータを制御部１０２に取り込ませるためのサンプリングタイミング信号を波長可変光源１０１の備える位置検出回路１２１から切換／遅延回路１０９に対して供給するための信号である。そして端子［２］は、このサンプリングタイミング信号が入力される光スペクトラムアナライザ１００側の信号入力端子である。また、端子［２］’は位置検出回路１２１の出力するサンプリングタイミング信号を外部機器（この場合は光スペクトラムアナライザ１００）に供給するための信号出力端子である。
次に、本実施形態の制御部１０２は光スペクトラムアナライザ１００内の各ブロックに対する制御を行う機能を有すると共に、切換／遅延回路１０９から出力されるサンプリングタイミング信号に同期してＡ／Ｄ変換器１１２から出力されるディジタルデータを内部に取り込む機能を有している。

次に、本実施形態のＡ／Ｄ変換器１１２は、制御部１０２からの制御によってＡ／Ｄ変換を行う従来技術と同様の機能を有すると共に、切換／遅延回路１０９から出力されるサンプリングタイミング信号に同期して増幅回路１１１から出力される信号に対するＡ／Ｄ変換を行ってディジタルデータを出力する機能を有している。
次に、波長可変光源１０１において、レーザ素子１１７は単一モード信号光を出力する光源であって、半導体レーザ素子が一般的であるが、希土類元素が添加された光ファイバ等であっても良い。レーザ素子１１７は、外部からの励起によってエネルギー準位を高めることで自然放出光を出力するほか、特定の波長を有する信号光が入力された場合は誘導放出によって増幅を行ってレーザ発振するようになっている。

次に、分光素子１１９はレーザ素子１１７との組み合わせによって外部共振器を構成している。そして分光素子１１９は、レーザ素子１１７から出力される自然放出光から回折現象を利用して波長を分散させるとともに、分光素子１１９自身の角度で決定される波長成分をレーザ素子１１７に帰還することで任意の波長でレーザ発振させることを可能ならしめている。つまり、分光素子１１９の角度を可変させることによってレーザ素子１１７が発振するレーザ光の波長を可変させることができる。なお、分光素子１１９としては、反射面に多数の溝を有する回折格子が一般的であるが、プリズムや多層膜干渉フィルタなどを用いた構成であっても良い。

次に、モータ１２０は、駆動回路１２５からの駆動信号に従って分光素子１１９の回転角度を制御するためのものである。モータ１２０の具体的な構成としては、パルスによって回転角度を制御するステッピングモータやサーボモータなどが一般的であるが、これらに限られるものでないのは勿論である。
次に、位置検出回路１２１はモータ１２０の回転角度を検出すると共に、レーザ素子１１７がレーザ発振する波長が制御部１１５によって設定された目標波長に到達した際にサンプリングタイミング信号を出力する。

そして信号Ｃ’は、第３実施形態において、分割された波長区間毎にモータ１２０の回転速度を変化させる場合に、駆動回路１２５からモータ１２０へ出力される駆動信号のパルスレート切替点となる波長情報を位置検出回路１２１から駆動回路１２５に対して出力するための信号である。このため、駆動回路１２５が駆動信号のパルスをカウントするなどして波長情報をモニタしている場合には、信号Ｃ’は特に必要なくなる。また、分割された波長区間毎に光スペクトラムアナライザ１００が備えるモータ１０６の回転速度を変化させ、モータ１２０については一定速度で回転させる場合にも、信号Ｃ’は特に必要とされなくなる。

駆動回路１２５はモータ１２０を駆動するための制御回路であって、端子［１］’及び端子［１］を通じて光スペクトラムアナライザ１００内の駆動回路１０７から供給されるモータ回転開始同期信号に同期して駆動信号をモータ１２０に出力する。なお、これは駆動回路１２５がスレーブ，駆動回路１０７がマスターとして作動する場合である。したがって、駆動回路１２５がマスター，駆動回路１０７がスレーブとして作動する場合、駆動回路１２５は、モータ１２０に駆動信号を出力するのと同一タイミングでモータ回転開始同期信号を端子［１］’へ出力するものであっても良い。

ここで、光スペクトラムアナライザ１００に備えられた分光器１０４としては、回折格子やプリズムなどの分光素子を用いて信号光の波長パラメータを角度パラメータに変換し、これら分光素子の角度を可変させることによって波長パラメータを抽出するものが一般的である。また、分光器１０４の具体的な構成としては図３や図４に示すものが代表的である。このうち、図３は２個の凹面鏡１０，１１を用いることによって、入射スリット１３から入ってくる入射光のコリメートと回折格子１２からの出射光のフォーカシングとを別々の凹面鏡で行い、出射スリット１４にその像を結ぶことを特徴としたツェルニ・ターナー配置型の構成である。また、図４は１個の凹面鏡１５で入出射スリット１６から入ってくる入射光のコリメート、および、入出射スリット１６から出てゆく出射光のフォーカシングを行うことを特徴としたリトロー配置型の構成である。以下、これらの各々について詳述する。

図３に示したツェルニ・ターナー配置型の分光器に於いて、入射スリット１３を通じて入射した被測定光は凹面鏡１０で平行光線に変換されたのちに回折格子１２に入射する。この回折格子１２で分散されたスペクトルは凹面鏡１１によって集光されたのちに出射スリット１４上の分散方向に結像する。このような配置で回折格子１２の角度をモータ等で可変させることによって出射スリット１４の中心に結像されるスペクトルを可変させることができる。

こうしたツェルニ・ターナー配置に於いて、回折格子１２の角度と出射スリット１４の中心に結像するスペクトルの波長との間には次式の関係がある。

ここで、λは同スペクトルの波長，ｄは回折格子１２が有する溝の間隔，ｍは回折格子１２の回折次数，ａは回折格子１２に対する入射光および出射光の為す角の二等分線［５］がこれら入射光および出射光に対して為す角度，θはこの二等分線［５］と回折格子１２の法線［４］が為す角度である。

一方、図４に示したリトロー配置型分光器では、図３に示したツェルニ・ターナー配置における角度ａを“０”度として、凹面鏡１０と凹面鏡１１を凹面鏡１５で兼用することによって回折格子１２の角度とスペクトルの波長との間の関係が得られる。つまりこの場合は上述した（１）式において角度ａに“０”を代入すれば良い。
他方、波長可変光源１０１が備える分光素子１１９の配置についても上記同様にツェルニ・ターナー型およびリトロー配置型が一般的であって、分光素子１１９の角度に対する信号光出力波長は（１）式から得ることができる。

ところで、回折格子１２などの実際の分光素子は、ギアを組み合わせた減速機構にモータを接続することによって、このモータが本来持っている分解能よりも細かな設定ができるような構成となっている。光スペクトラムアナライザ１００が備えるモータ１０６や波長可変光源１０１が備えるモータ１２０もこれと同様である。前述したように、これらのモータはステッピングモータ，サーボモータ，ダイレクトモータなどを使用してパルス信号で制御する構成が一般的である。

いま、モータの回転に比例する減速機構を有することを想定したときに、（１）式で示されるような回折格子１２の角度とスペクトルの波長との間の関係は、回折格子１２の角度θをモータの回転量を制御するための駆動パルス数で表すことで次式が得られる。

ここで、Δθはモータの分解能とギアによる減速比で表される定数，Ｎ_１はモータを駆動するパルス数である。

減速機構としては図５に示すようなサインバー方式によるものも用いられる。同図に示されている減速機構は、回転アーム１７，回転アーム１７の正弦となる移動アーム１８，回転アーム１７の余弦となる固定アーム１９で構成されている。もっとも、図５に示した構成は最も代表的なものであって本発明がこうした構成に限定されるものでないのは当然である。同図において、回転アーム１７は回折格子１２に接続されており、固定アーム１９の片端を支点として固定アーム１９との為す角度を可変させる構造である。また、固定アーム１９は長さが一定長ｌ＿ｓであって角度変化の支点となる。

また、移動アーム１８は長さがｌ＿ｍであって、固定アーム１９の片端を基準としてその長さを可変させて回転アーム１７を押し、それによって、回転アーム１７と固定アーム１９の為す角度βを可変させて回折格子１２の角度を決定している。このほか、符号［４］は回折格子１２の法線，符号［６］は回折格子１２に対する入射光および出射光が為す角の二等分線，符号［７］は回折格子１２への入射光、符号［８］は回折格子１２からの出射光，角度αは固定アーム１９の支点に回折格子１２の面を置いたときに二等分線［６］と固定アーム１９とが為す角度，角度θは法線［４］および二等分線［６］が為す角度である。

いま、ギアを用いた簡易な減速機構を考えた場合、モータの回転量と減速された分光素子の回転量との間には直線的な比例関係がある。このため、モータを駆動するパルス数Ｎ_１と回折格子の角度θも直線的に比例する。これに対して、図５に示したサインバー方式による減速機構では、モータによって移動アーム１８の長さを変化させて、回転アーム１７，移動アーム１８，固定アーム１９で形成される直角三角形の為す角度βを変化させている。このため、モータの回転量と移動アーム１８の長さの変化との間の関係が直線的な比例関係にあっても、モータの回転量に対してこの直角三角形の為す角度βを逆三角関数に比例して変化させることが可能となる。

すなわち、図５に示した例では、直角三角形の余弦の長さであるｌ＿ｓを固定しつつ、直角三角形の正弦の長さであるｌ＿ｍを可変させることになる。このため、次式で示されるように、角度βは移動アーム１８の長さｌ＿ｍに関する正接の逆関数として求められる。

したがって、サインバー方式による減速機構を用いて回折格子１２の角度を変化させたとき、回折格子１２の角度ないしは移動アーム１８の長さｌ＿ｍに対するスペクトルの波長λは次式の関係として得られることになる。

また、移動アーム１８の長さｌ＿ｍをモータによって可変させる場合、（４）式に示されているような回折格子１２の角度とスペクトルの波長との間の関係は、これをモータの回転量を制御するパルス数で表すことで、次式のように表すことが可能となる。

ここで、Δｌ＿ｍはモータの分解能と移動アーム１８の変化量で表される定数，ΔｌはΔｌ＿ｍと固定アーム１９の長さの比をとって得られる定数，Ｎ_２はモータを制御するパルス数である。

いま、光スペクトラムアナライザ１００が有する分光器１０４と波長可変光源１０１が有する分光素子１１９とで、それらの光学配置，回折次数ｍ，回折格子の溝の間隔ｄ，入射光［７］および出射光［８］の為す角から決定される角度ａの条件が互いに全く同一であるならば、光スペクトラムアナライザ１００による抽出波長と波長可変光源１０１の出力する信号光波長は、如何なる波長および掃引波長範囲に於いても一致する。したがって、分光器１０４が備える回折格子１２と波長可変光源１０１が備える分光素子１１９を同時かつ同一の回転速度で回転させるようにすることによって、互いの波長を一致させることができる。

しかしながら、一般に、分光器１０４の光学配置や回折格子の仕様と分光素子１１９の光学配置や回折格子の仕様が一致していないことが多い。また、波長可変光源１０１ではモードホップを解消するために分光素子１１９の回転をサインバー方式の減速機構で行うなどした場合にも両者の使用が相違することになる。ここで、（２）式からもわかるようにモータの回転パルス数Ｎ_１の正弦関数と波長λが比例関係にあるため、回折格子の溝の間隔ｄや角度ａなどのパラメータが異なってくると、モータ回転パルス数Ｎ_１は波長λの逆正弦関数に比例して異なるようになる。

ここで、図６は光スペクトラムアナライザ１００の抽出波長と波長可変光源１０１の出力信号光波長との間における波長ズレの様子を示したものであり、同図において、横軸はモータの回転量を制御するパルス数（任意単位；Arbitrary Unit），縦軸はスペクトルの波長（ナノメートル単位）であって、これ以後に掲げる図においても同様である。そして同図は、分光器１０４が有する回折格子１２と分光素子１１９の特性が違う場合において、モータ回転パルス数で正規化した波長特性を示したものであって、図中に示した<４>，<５>がそれぞれ波長可変光源１０１，光スペクトラムアナライザ１００に関するパルス−波長特性となっている。

また、図７は図６に示した<４>，<５>の各特性の間における波長差量を示したものであって、縦軸が波長差（ナノメートル単位）である。一方、図８は掃引開始点（即ち、波長が約１５００ｎｍ）に於ける波長変化量で正規化したときのモータ回転パルス数に対する波長特性を示したものである。図中、<４>で示した特性は図６のものと同様であり、一方で、<６>で示した特性は光スペクトラムアナライザ１００に関するパルス−波長特性である。また、図９は図８に示した<４>，<６>の各特性の間における波長差量を示したものである。なお、これらの図における分光器１０４の光学配置はいずれもリトロー配置である。

そして、図７および図９に示したように、分光器１０４が備える回折格子１２と分光素子１１９との間における特性の違いから生じる波長差は、モータ回転パルス数に対して一定の比率で変化してはいない。このため、光スペクトラムアナライザ１００が備えるモータ１０６と波長可変光源１０１が備えるモータ１２０を互いに異なるモータ回転速度でそれぞれ等速度回転させただけでは、光スペクトラムアナライザ１００の抽出波長と波長可変光源１０１の出力信号光波長を一致させることはできない。

こうしたことから、本実施形態ではまず、分光器１０４の光学配置および回折格子１２の特性で決定される（２）式または（５）式と同様な特性関数、および、波長可変光源１０１の光学配置および分光素子１１９の特性で決定される特性関数に関して、波長を変数としてモータ回転パルス数を求めるような逆関数をそれぞれの特性関数から導出する。次に、実際に信号光を出力する波長可変光源１０１側を基準として、波長トラッキングを行うべき掃引波長範囲に於けるそれぞれの波長について、２つの逆関数から得られるそれぞれのモータ回転パルス数の間の差からモータ１０６の回転速度を求める。

掃引開始波長から掃引終了波長まで高速かつ連続でモータ１０６およびモータ１２０を回転させる場合には、まずモータ回転開始同期信号Ａでこれら両モータを同期させて同時に始動するようにする。次に、図１０に示したように、光スペクトラムアナライザ１００が備える分光器１０４の抽出波長（図中の<８>）と波長可変光源１０１が出力する信号光波長（図中の<９>）が常に一致するように、モータ１０６の回転速度を変化させながら掃引を行ってゆく。例えば、図１０では<８>と<９>，<８’>と<９’>，<８”>と<９”>でそれぞれ両者の中心波長が互いに一致している。なお、図１０の縦軸は光スペクトラムアナライザ１００の抽出光と波長可変光源１０１の出力光のそれぞれの最大光レベルを“０”デシベルとしたデシベル表示になっており、これ以降に掲げる同様の図面についても同じである。

そして、先に触れた図２には本実施形態におけるモータ回転速度の変化が示されている。図中、縦軸はモータ回転速度をパルスレート（pusle per second）で表示したものであって、<１>で示した特性は波長可変光源１０１が備えるモータ１２０の各波長に対する回転速度を示している。また、<２>で示した特性は、光スペクトラムアナライザ１００および波長可変光源１０１についてそれぞれ掃引開始波長（約１５００ｎｍ）および掃引終了波長（約１６５０ｎｍ）で正規化を行い、なおかつ、波長可変光源１０１が出力する信号光波長および光スペクトラムアナライザ１００側の抽出波長を互いに一致させた場合について、モータ１０６の各波長に対する回転速度を示している。一方、<３>は掃引開始波長でのみ光スペクトラムアナライザ１００と波長可変光源１０１の正規化を行い、なおかつ、波長可変光源１０１が出力する信号光波長および光スペクトラムアナライザ１００の抽出波長を互いに一致させた場合について、モータ１０６の各波長に対する回転速度を示したものである。
なお、本実施形態の分光器１０４は、図３または図４に示した構成により、分光素子である回折格子１２への光照射を１回としたシングル・パス方式のものであるが、本発明に於いてはこれに限らず、ダブル方式，ダブル・パス方式，あるいはこれら以外の方式を採用した構成にも適用できることは当然である。

次に、上記構成による動作を説明する。なお、以下では図２に<１>，<２>で示したように掃引開始波長及び掃引終了波長の双方で正規化されたモータ回転速度特性を用いる場合を例に挙げて説明するが、これ以外のモータ回転速度特性であっても同様の動作となる。また、以下では駆動回路１０７，駆動回路１２５のうち前者がマスター，後者がスレーブである場合を例に挙げて説明する。

まず、測定者によって掃引範囲を特定するために測定開始波長および測定終了波長や測定サンプル数などの測定条件が光スペクトラムアナライザ１００に設定される。これにより、制御部１０２は設定された測定条件に従って測定波長間隔などのデータを求めたのち、図２に<２>で示したモータ１０６の回転速度特性を駆動回路１０７に設定する。すなわち、制御部１０２は、光スペクトラムアナライザ１００が備える分光器１０４に固有の特性関数と波長可変光源１０１に固有の特性関数とに基づいてモータ１０６の回転速度の補正関数を導出してこれを駆動回路１０７に設定する。これによって、駆動回路１０７は設定された補正関数に従ってモータ１０６の回転速度制御を行うことになる。

次に、制御部１０２は通信回路１０３，端子［３］，端子［３］’，通信回路１１６（以下、「通信インタフェース」という）を通じ、上記設定された測定条件を制御部１１５に送信する。制御部１１５は送信された測定条件に従って制御部１０２と同様に測定波長間隔などを求めるとともに、図２に<１>で示したモータ１２０の回転速度特性を駆動回路１２５に設定する。また、制御部１１５は予め設定された光源駆動情報に基づいて光源駆動回路１２３を制御し、それによって、レーザ素子１１７を駆動してレーザ発振させる。

次に、駆動回路１０７は、制御部１０２からの制御信号に従って、分光器１０４の抽出波長が予め設定された測定開始波長に対してモータ１０６の加速に必要な区間を加えた掃引開始波長となるように、モータ１０６に対してモータ駆動信号を出力する。これにより、モータ１０６の回転に伴って分光器１０４内に配置された回折格子１２が掃引開始波長に対応する角度まで回転させられる。このとき制御部１０２は、モータ１０６に接続された位置検出回路１０８からの出力結果に基づいて、モータ１０６の回転量が上記掃引開始波長に対応した値に到達しているか否かの監視を行う。同時に制御部１０２は、レーザ素子１１７からの出力波長が測定開始波長に対してモータ１２０の加速に必要な区間を加えた掃引開始波長となるように分光素子１１９の角度を設定する旨の指示を上記通信インタフェースを介して制御部１１５に送信する。これによって、制御部１１５は駆動回路１２５を設定してモータ１２０を駆動すると共に、このモータ１２０に接続された位置検出回路１２１の出力に基づいて、モータ１２０の回転量が上記掃引開始波長に対応した値に到達しているか否かの監視を行う。

その後、測定者によって測定開始が指示されると、制御部１０２は駆動回路１０７を起動してモータ１０６の駆動信号を出力させると共に、位置検出回路１０８に対して目標波長を設定する。駆動回路１０７はモータ回転開始同期信号Ａを端子［１］に出力し、これと同時に、モータ１０６を加速させる。このとき駆動回路１２５は端子［１］’を通じてモータ回転開始同期信号Ａを受信すると、この信号に同期してモータ１２０に対する駆動信号の出力を開始してモータ１２０を加速させる。上記の加速動作が終了すると直ちに、駆動回路１０７は予め設定された補正関数に従ってモータ１０６の回転速度を可変させながら測定終了波長に到達するまでモータ１０６駆動したのちに減速動作を行い、掃引終了波長に対応する回転量でモータ１０６を停止させる。同様に、駆動回路１２５は上記の加速動作の終了後に、分光素子１１９の回転角度が測定終了波長に到達するまで等速度でモータ１２０を駆動したのちに減速動作を行い、掃引終了波長に対応する回転速度で分光素子１１９を停止させる。ここで、各モータの始動から測定開始波長に到達するまでの時間が同一となるように、加速に必要な区間および加速レートをそれぞれ設定しておく。なお、掃引開始波長および掃引終了波長を設定せずに、測定開始波長および測定終了波長からモータを始動させる場合には、これら加速に必要な区間および加速レートに加えて、減速に必要な区間および減速レートについても留意しておく必要がある。

上記説明にも記したとおり、制御部１０２は駆動回路１０７を起動してモータ１０６に対する起動信号を出力させると共に、位置検出回路１０８に対して目標波長を設定する。そして、モータ１０６の回転量が目標波長に対応する回転量に到達したときに、位置検出回路１０８がトリガパルスを出力してこれを切換／遅延回路１０９に送出する。同様にして、制御部１１５は駆動回路１２５を起動してモータ１２０に対する駆動信号を出力させると共に、位置検出回路１２１に対して目標波長を設定する。そして、モータ１２０の回転量が目標波長に対応する回転量に到達したときに、位置検出回路１２１がサンプリングタイミング信号Ｂを出力してこれを制御部１１５および端子［２］’に出力する。このサンプリングタイミング信号Ｂは光スペクトラムアナライザ１００側の端子［２］を経て切換／遅延回路１０９に送出される。切換／遅延回路１０９はトリガパルスおよびサンプリングタイミング信号Ｂが送出されるのを待ち合わせる。ここで、分光器１０４の抽出波長およびレーザ素子１１７の発振波長の何れもが上記目標波長に到達した際には、位置検出回路１０８からトリガパルスが出力されると共に、位置検出回路１２１からはサンプリングタイミング信号Ｂが出力される。そこで切換／遅延回路１０９は、トリガパルスおよびサンプリングタイミング信号Ｂが同一タイミングで入力されたときに互いの波長が一致していると見なし、制御部１０２から設定されている遅延時間を経過したのちに、サンプリングタイミング信号をＡ／Ｄ変換器１１２および制御部１０２に送出する。制御部１０２はこのサンプリングタイミング信号の受信によって、予め求めておいた次の目標波長を位置検出回路１０８に対して設定する。一方、制御部１１５はサンプリングタイミング信号Ｂを受信した時点で位置検出回路１２１に対して次の目標波長を設定する。

ここで、Ａ／Ｄ変換器１１２の起動方法は上記説明による方式に限定されるものではない。例えば、本実施形態に於ける分光器１０４の抽出波長とレーザ素子１１７の出力する発振波長は互いに一致しているため、光スペクトラムアナライザ１００内に配置された位置検出回路１０８から出力されるトリガパルスのみを選択するように切換／遅延回路１０９を設定しておき、このトリガパルスのみによってＡ／Ｄ変換器１１２を起動させる方式であっても良い。また、波長可変光源１０１内に配置された位置検出回路１２１から切換／遅延回路１０９に送出されるサンプリングタイミング信号ＢのみによってＡ／Ｄ変換器１１２を起動させる方式であっても良い。このほか、後述する第２実施形態および第３実施形態に於いては、波長可変光源１０１の備えているレーザ素子１１７から出力される単一モード信号光の波長を基準としているため、レーザ素子１１７から出力される信号光の発振波長を決定する分光素子１１９を駆動するモータ１２０に接続された位置検出回路１２１からのサンプリングタイミング信号ＢによってＡ／Ｄ変換器１１２を起動させることが望ましい。

これ以後は、上述説明と同様の動作が、測定終了波長までの全掃引波長範囲にわたって測定波長間隔毎に行われ、測定終了波長に於けるデータ取得後、測定を終了する。すなわち、駆動回路１０７および駆動回路１２５は、あらかじめ制御部１０２にて設定されたモータ制御条件およびパルスレート補正関数に従って、図２に示されているモータ回転速度特性となるように、モータ１０６ならびにモータ１２０を連続回転させることで、分光器１０４の抽出波長と波長可変光源１０１の出力波長とを掃引波長の全範囲にわたって一致させる。またモータ１０６またはモータ１２０に接続された位置検出回路１０９（１２１）のいずれか、または双方に目標波長を設定し、波長が一致した際Ａ／Ｄ変換器１１２を起動させることでサンプリングを行い、演算により光電力値を求め、表示部１１３にプロットさせ、この一連の動作を、設定された掃引波長範囲の全体にわたって測定波長間隔ごとに行うことで、被測定物１１４の波長特性が測定されて表示部１１３上に表示される。

以上のように、本実施形態では、モータ１０６およびモータ１２０を連続回転させながら、これらモータの回転速度がともにサンプリングを行うべき各波長に到達した時点でＡ／Ｄ変換器１１２を起動して測定データを取り込むようにしている。また、本実施形態では、被測定物１１４のプローブとなるのが波長可変光源１０１から出力される単一モード信号光であるため、波長可変光源１０１が備える位置検出回路１２１の出力するサンプリングタイミング信号Ｂで光スペクトラムアナライザ１００のＡ／Ｄ変換器１１２を起動することが可能となっている。こうしたことから、従来手法では、モータ１０６およびモータ１２０を測定波長間隔毎に停止させてＡ／Ｄ変換器１１２を起動していたために非常に時間を要していたのに対し、本実施形態ではこうした問題を生じることはない。

実際、図１に破線で示したように、光スペクトラムアナライザ１００が備える光入力端子１０５と波長可変光源１０１が備える光出力端子１１８との間を平坦な波長特性を有する光ファイバのコード１３０で接続して波長トラッキング測定を行うと、図１１に<２２>で示した通りの平坦な測定結果が表示部１１３上に得られる。これに対して、本実施形態による波長トラッキングを実施しない場合では、光スペクトラムアナライザ１００の抽出波長と波長可変光源１０１の出力信号光波長との間に波長差が生じてしまう。このため、光スペクトラムアナライザ１００内の分光器１０４の分光特性によって損失が増加して、図１２に<２３>で示した波形のように測定レベルの変動が生じ、これが波長トラッキング測定における測定誤差となってしまう。

図１２では図８に示したものと全く同じパルス−波長特性（横軸：パルス数，縦軸：波長）を示すとともに、図１１に準じて測定波形（横軸：波長，縦軸：測定レベル）を併せて示したものである。図１２から分かるように、パルス数が増大するにつれて波長差が増加してゆき、波長が約１６１０ｎｍよりも大きくなった辺りから測定レベルが平坦な状態から急激に落ち込んでいるのが見て取れる。このほか、図１３に<２４>で示した波形は、本実施形態を適用した波長トラッキング測定を行うにあたって、光入力端子１０５と光出力端子１１８の間に波長フィルタを接続して測定を行った時の結果である。

なお、モータ１０６の回転速度を導出するにあたっては、図２に<２>で示したモータ回転速度特性のように、モータ１０６の回転速度が掃引開始波長および掃引終了波長の双方において一致するようなパルス数で正規化を行うものに限られない。すなわち、図２に<３>で示した特性のように、掃引開始点に於ける波長変化量で正規化を行って導出する方法や、図１４に<７>で示した特性のように、掃引終了点に於ける波長変化量で正規化を行って導出する方法であってもよい。なお、図１４に示した<１>及び<２>の特性は図２に示したものと同じである。

また、分光器１０４の光学配置はリトロー配置に限られるものではなく、上述したツェルニ・ターナー配置などでもよい。また、減速機構はギアやベルトによる線形の減速比を備えたものに限られず、上述したサインバー方式などであっても良く、さらには減速機構を使用せずに直接モータで駆動するように構成しても良い。また、モータ１０６の回転速度を導出するにあたって、上述した説明では、波長可変光源１０１に関する関数を基準としてモータ１０６の回転速度を導出するようにしていたが、これに限られるものでもない。例えば、上記とは逆に、光スペクトラムアナライザ１００が備える分光器１０４に関する関数を基準として、波長可変光源１０１が備えるモータ１２０の回転速度を導出するようにしても良い。

〔第２実施形態〕
第１実施形態では、光スペクトラムアナライザ１００が備える分光器１０４に固有の特性関数と波長可変光源１０１に固有の特性関数とに基づいてモータ回転速度の補正関数を導出している。そして、導出された補正関数に従ったモータ制御を行うことによって、掃引を行うべき全波長範囲にわたって、光スペクトラムアナライザ１００の抽出波長と波長可変光源１０１から出力される信号光波長を互いに一致させるようにしている。このため、第１実施形態を実現するためには、モータを制御する駆動回路（図１の駆動回路１０７および駆動回路１２５のいずれか）が上記補正関数に従ったモータ回転速度制御機能を備えている必要がある。

しかるに、一般的なモータの駆動回路は、モータ始動時の加速制御およびモータ停止時における減速制御機能を備えてはいても、定常運転領域に於いて複雑なモータ回転速度を制御する機能を具備していることは希であって通常は等速度回転制御のみを行うことが可能である。こうしたことから本実施形態では、一般的なモータの駆動回路を用いるだけで波長トラッキング制御を実現することを目的とするものである。したがって、本実施形態の装置構成は基本的に第１実施形態と同様であって、駆動回路１０７および駆動回路１２５として上述した一般的なものを使用する点ならびに次に述べる点が第１実施形態と異なっている。

すなわち本実施形態では、レーザ素子１１７の出力信号光のスペクトル幅が数ｋＨｚ〜数ＭＨｚと狭帯域になっている。ここで、分光器１０４の抽出波長特性は、図３に示した回折格子１２の特性および具体的な光学配置，凹面鏡１０および凹面鏡１１の焦点距離，入射スリット１３および出射スリット１４の幅などから決定される分光特性によって定まる。通常であれば、分光器１０４の分光特性は、例えば入射スリット１３および出射スリット１４の幅を可変することによって分光器１０４の分光帯域幅を可変することができ、そのプロファイルは凹面鏡１０および凹面鏡１１の性能で決定されるスリット上の結像形状およびスリット幅の関係によって変化する。

いま仮に、入射スリット１３および出射スリット１４の幅を結像形状よりも十分広いスリット幅に設定したとき、分光器１０４の分光特性は、図１０において<８>，<８’>，<８”>で示したように、設定された抽出波長を中心とした前後の波長領域のうちの特定の波長範囲にわたって最大透過量が平坦な特性となっている。このため、図１５に示したように、光スペクトラムアナライザ１００の抽出波長と波長可変光源１０１の出力信号光波長との間の波長差に対する測定レベルの変化態様からもわかる通り、この分光特性に於ける平坦な波長領域内で狭帯域な単一モード信号光の波長が変化したとしても、分光器１０４で抽出された光検出器１１０への入射信号光の強度は変化しない。

そこで本実施形態では、波長トラッキングを行うために測定者によって設定された掃引波長範囲に於いて、光スペクトラムアナライザ１００の抽出波長と波長可変光源１０１の出力信号光波長の間における波長差（図７又は図９を参照）が、分光器１０４の分光特性に於ける平坦な波長領域内に収束するようにしている。そして、モータ１２０の回転速度に対するモータ１０６の回転速度を決定し、この決定された回転速度による一定速度でこれらモータを回転させるようにしている。

ここで、前述したのとは異なるがいま仮に、図１６に示したように、掃引波長範囲が１５４６．５ｎｍ〜１５５３．５ｎｍであって、その中心波長が１５５０ｎｍであるものとする。そして、分光器１０４に固有の光学配置等から決定される抽出波長（図１６に示した<２０>又は<２１>）と波長可変光源１０１の出力信号光波長（同図の<９>）とが、設定された掃引波長範囲の中心波長で一致するようにモータ１０６の回転速度を求めたとする。

そうすると、図１６に示した通り、掃引波長範囲の短波長側および長波長側において、光スペクトラムアナライザ１００の抽出波長と波長可変光源１０１の出力信号光波長との間で波長差が生じてくる。しかしこの場合においても、両波長の間における波長差は、分光器１０４が持っている分光特性の平坦な波長領域内に収束しているため、測定される光信号の強度に変化が生じることはない。このため、簡易なモータ回転速度の制御を行うだけで波長トラッキング制御を実現することが可能となる。

そして、本実施形態における波長特性測定装置の動作は、以下の点を除いて第１実施形態で説明したのと同様であるため、ここではその詳細を説明することはしない。すなわち本実施形態では、第１実施形態のように、掃引波長範囲の全体にわたって分光器１０４の抽出波長と波長可変光源１０１の出力信号光波長を完全に一致させるような補正は行わない。その代わりに本実施形態では、設定された掃引波長範囲における抽出波長と出力信号光波長との間の波長差が、分光器１０４の最大透過特性の平坦な領域に相当する波長範囲内に収束するように制御している。

そのために本実施形態では、分光器１０４を駆動するモータ１０６の初期回転時の回転量および停止時の回転量に基づいて掃引に必要なモータ回転量を求めるとともに、波長可変光源１０１の掃引時間からモータの回転速度を求め、これらモータ回転量およびモータ回転速度に従ってモータ１０６およびモータ１２０を等速度で回転させて、分光器１０４および波長可変光源１０１のトラッキングを行っている。このため本実施形態では、駆動回路１０７および駆動回路１２５が最初にモータ１０６，モータ１２０の回転速度および回転量を制御するのみであって、掃引中はこれらモータを等速度運転させるように制御している。斯かる点において、本実施形態は第１実施形態と異なっている。

なお、モータ１０６の回転速度は掃引波長範囲における中心波長で一致するような場合に限られない。例えば、図１７に示すように掃引開始波長および掃引終了波長の双方が一致するようなモータ回転速度であっても良く、掃引開始波長または掃引終了波長の何れか一方でのみ一致するようなモータ回転速度であっても良く、さらには、これら以外のモータ回転速度であっても良い。
また、上述した説明では、モータ１２０の回転パルス数に対する波長特性を基準としてモータ１０６のモータ回転速度を求めていたがこれに限定されるものでもない。例えばこれとは逆に、モータ１０６の回転パルス数に対する波長特性を基準としてモータ１２０のモータ回転速度を求めるようにしても良い。

〔第３実施形態〕
本実施形態は第２実施形態において以下のような状況となった場合に好適な実施形態である。すなわち斯かる状況として、光スペクトラムアナライザ１００が備える分光器１０４のパルス−波長特性（図６に示した<５>の特性）と波長可変光源１０１のパルス−波長特性（図６に示した<４>の特性）とが大きく異なる場合が考えられる。またこれ以外にも、分光器１０４の有する分光特性で決定される平坦な波長領域（図１０を参照）が狭いために、波長可変光源１０１の出力信号光波長が、設定された掃引波長範囲において、分光器１０４の分解能で決定される分光特性の平坦な波長領域を越えてレベル変動する場合などが考えられる。

そこで本実施形態では、波長可変光源１０１の出力信号光波長が分光器１０４の平坦な波長領域内で収束する波長範囲ないし波長区間を求め、掃引波長範囲の全体を当該波長区間で分割し、分割された波長区間毎に分光器１０４を駆動するモータ１０６の回転速度について最適値を決定している。そして、分割された区間毎にそれぞれの区間に適したモータ回転速度によるモータ制御を行って、波長可変光源１０１の出力信号光波長を分光器１０４の分光特性で決定される平坦な波長領域に収束させるようにしている。

ここで、分割を行った場合（本実施形態）および分割を行わなかった場合（第２実施形態）におけるパルス−波長特性の具体例をそれぞれ図１８に示す。図中、<２５>で示される特性は波長可変光源１０１に於けるパルス数に対する出力信号光波長の特性，<２６>で示される特性は第２実施形態を適用した場合に於ける光スペクトラムアナライザ１００のパルス数に対する抽出波長の特性，<２７>で示される特性は本実施形態を適用した場合において分割された区間毎のパルス数に対する抽出波長の特性である。第２実施形態を適用した場合と比べると、本実施形態を適用した場合における光スペクトラムアナライザのパルス−波長特性が掃引波長範囲の全体にわたって波長可変光源のパルス−波長特性に近接しており、両波長間における波長差がほとんど無いことが分かる。

そして、図１９は図１８に示した光スペクトラムアナライザ１００と波長可変光源１０１のそれぞれのパルス−波長特性における波長差を示したものである。図中、<２８>で示される特性は分割を行わない第２実施形態を適用した場合に於ける波長差の特性であり、<２９>で示される特性は本実施形態を適用した場合における波長差の特性である。同図では、掃引波長範囲の全体をパルス数が０〜３２００００強，３２００００強〜６８００００弱，６８００００弱〜１Ｅ＋００６（＝１０^６）の３区間に分割した場合を例示してある。第２実施形態を適用した場合には波長差の最大値が４〔ｎｍ〕を越えているのに対して、本実施形態を適用することで波長差の最大値が１〔ｎｍ〕程度にまで低減されている。これによって、波長可変光源１０１の出力信号光波長を分光器１０４の分光特性で決定される平坦な波長領域に収束される。

次に、図２０において、<３０>で示される特性はモータ１０６を駆動するパルスレートの変化を本実施形態について示したものである。また同図では、図２又は図１４と同様に、波長可変光源１０１のモータ回転速度特性（図中の<１>で示す特性を示すとともに、比較のために第１実施形態においてモータ１０６を駆動する際のパルスレートの変化（図中、<３>で示される特性）を示してある。第１実施形態を適用した場合には光スペクトラムアナライザ１００の備えるモータ１０６の回転速度が掃引波長範囲全体にわたって連続的に変化しているのに対し、本実施形態を適用した場合は図１９に示した３つの区間にそれぞれ対応するようにモータ回転速度が区間毎に不連続、かつ、各区間内では一定のパルスレートで制御されている。

本実施形態に於ける波長トラッキングによる掃引を実現するにあたっては、駆動回路１０７がモータ１０６を駆動するためのパルスを出力している最中にそのパルスレートを可変できる機能を備えていれば、測定者によって設定された掃引波長範囲の全体にわたって一括して掃引することが可能である。また、駆動回路１０７が斯かる機能を持たない通常の駆動回路であったとしても、分割された区間毎に掃引を一旦停止させて、次の区間についての掃引開始波長，掃引終了波長，パルスレート等の条件設定を行った後に、当該次の区間の掃引を行うことで同様に実現可能である。

そして本実施形態における波長特性装置の動作は以下の点を除いて第２実施形態に同じである。すなわち、第２実施形態では掃引波長範囲の全体にわたってモータ１０６及びモータ１２０を等速度運転させていた。これに対して本実施形態では、掃引中にこれらモータのパルスレートを切り換えてゆく点で第１実施形態に類似している。もっとも、第１実施形態では与えられた測定条件から算出される測定波長間隔毎にモータのパルスレートを可変させていたのに対し、本実施形態では分割された波長区間のそれぞれに対応したモータ回転量毎にモータ１０６のパルスレートを可変させている。そのために、位置検出回路１０８はパルスレートの切換点に相当するモータ１０６の回転量を検出すると、その都度、波長情報を信号Ｃとして駆動回路１０７に送出するようにしている。

同様にして波長可変光源１０１側では、位置検出回路１２１がパルスレートの切換点に相当するモータ１２０の回転量を検出する度にその波長情報を信号Ｃ’として駆動回路１２５に送出する。そして駆動回路１２５が、分割された波長区間に相当するモータ回転量毎にモータ１２０のパルスレートを可変させている。なお、本実施形態では必ずしも信号Ｃや信号Ｃ’を用いて実現しなくても良いことは前述した通りである。以上の通りであるから、本実施形態の動作の詳細は特に説明を要しない。

なお、本実施形態では、波長可変光源１０１が備えるモータ１２０の回転パルス数に対する波長特性を基準として、光スペクトラムアナライザ１００が備えるモータ１０６の回転速度を求めていたが、これに限定されるものではない。例えば上述したのとは逆に、モータ１０６の回転パルス数に対する波長特性を基準としてモータ１２０の回転速度を求めるようにしても良いのは勿論である。
また、本実施形態では、本発明を実現するための代表的な構成として図１に示した構成を例示したに過ぎず、本発明が図１の構成に限定されるものでないことは当然である。すなわち、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、同図に示した構成に回路や機能を付加した場合も当然ながら本発明の範囲に含まれるものである。例えば、他の構成により掃引の同期始動およびパルスレートの可変を行っても良いことは当然である。

本発明の第１実施形態による波長特性測定装置の構成を示したブロック図である。 同実施形態において、光スペクトラムアナライザおよび波長可変光源の各々についてモータ回転速度の変化を示した説明図である。 同実施形態において、分光素子に対する信号光入出射の様子を示した図であって、ツェルニ・ターナー配置について示した説明図である。 同実施形態において、分光素子に対する信号光入出射の様子を示した図であって、リトロー配置について示した説明図である。 同実施形態において、サインバー方式による分光素子の減速機構（角度可変方式）の一例を示した説明図である。 同実施形態において、光学配置や分光素子の特性によって光スペクトラムアナライザの抽出光波長と波長可変光源の出力信号光波長との間に生じる波長差の関係を示した説明図である。 同実施形態において、光学配置や分光素子の特性によって光スペクトラムアナライザの抽出光波長と波長可変光源の出力信号光波長との間に生じる波長差の量を示した説明図である。 同実施形態において、光学配置や分光素子の特性によって光スペクトラムアナライザの抽出光波長と波長可変光源の出力信号光波長との間に生じる波長差の関係を示した図であって、掃引開始点に於ける波長変化量で正規化したときのモータ回転パルス数に対する波長特性を示した説明図である。 同実施形態において、光学配置や分光素子の特性によって光スペクトラムアナライザの抽出光波長と波長可変光源の出力信号光波長との間に生じる波長差の量を示した図であって、図８に示した両特性の間における波長差量を示した説明図である。 同実施形態による波長トラッキングを実施した際における光スペクトラムアナライザの抽出波長と波長可変光源の出力信号光波長との間における関係を示した説明図である。 同実施形態において、光スペクトラムアナライザと波長可変光源との間を光ファイバコードで接続して測定を行うことで得られる測定波形を示した説明図である。 同実施形態による波長トラッキングを実施せずに掃引を行った場合に、光スペクトラムアナライザおよび波長可変光源の各々に関するパルス−波長特性ならびに両者の波長差に起因して発生する測定波形のレベル変動の様子を示した説明図である。 同実施形態による波長トラッキング測定を実施した場合における波長フィルタの透過波長特性の測定結果を示した説明図である。 同実施形態において、光スペクトラムアナライザおよび波長可変光源の各々についてモータ回転速度の変化を示した図であって、掃引開始点に於ける波長変化量で正規化したときの特性と掃引終了点に於ける波長変化量で正規化したときの特性を併記した説明図である。 本発明の第２実施形態において、光スペクトラムアナライザが備える分光器の分光特性によって決定され、光スペクトラムアナライザの抽出波長および波長可変光源の出力信号光波長との間における波長差が原因となって生じる測定レベルの変動特性を示した説明図である。 同実施形態による波長トラッキング測定を実施した場合における光スペクトラムアナライザの抽出波長と波長可変光源の出力信号光波長との間の関係を示した説明図である。 同実施形態による波長トラッキング測定を実施した場合における光スペクトラムアナライザの抽出波長と波長可変光源の出力信号光波長との間の関係を示した図であって、掃引開始波長および掃引終了波長の双方が一致するモータ回転速度とした場合について示した説明図である。 本発明の第３実施形態による波長トラッキング測定を実施した場合における光スペクトラムアナライザの抽出波長と波長可変光源の出力信号光波長との間の関係を示した説明図である。 光スペクトラムアナライザの抽出光波長と波長可変光源の出力信号光波長との間に生じる波長差の量を分割を行った同実施形態の場合と分割を行わなかった場合を対比させて示した説明図である。 同実施形態において、光スペクトラムアナライザおよび波長可変光源の各々についてモータ回転速度の変化を示した図であって、光スペクトラムアナライザについては分割を行った同実施形態の場合と分割を行わなかった場合を対比させて示した説明図である。 従来技術による波長特性測定装置の構成を示したブロック図である。 従来技術による波長特性測定装置において実施される光スペクトラムアナライザおよび波長可変光源の波長トラッキングの手順を示したフローチャートである

符号の説明

１２…回折格子、１００…光スペクトラムアナライザ、１０１…波長可変光源、１０２…制御部、１０３…通信回路、１０４…分光器、１０５…光入力端子、１０６…モータ、１０７…駆動回路、１０８…位置検出回路、１０９…切換／遅延回路、１１０…光検出器、１１１…増幅回路、１１２…Ａ／Ｄ変換器、１１３…表示部、１１４…被測定物、１１５…制御部、１１６…通信回路、１１７…レーザ素子、１１８…光出力端子、１１９…分光素子、１２０…モータ、１２１…位置検出回路、１２３…光源駆動回路、１２４…表示部、１２５…駆動回路

Claims (4)

1. 信号光を出力する波長可変光源と、該信号光を被測定物に入射して得られる被測定光のスペクトル分布を計測する光スペクトラムアナライザとを用いて、前記被測定物の光波長特性を測定する波長特性測定装置において、
   前記光スペクトラムアナライザは、第１の分光素子によって前記被測定光から特定の波長成分を抽出し、予め設定された分解能に対して、抽出波長を中心とした前後の所定波長範囲にわたって平坦な最大透過量となる波長透過特性を持った分光手段と、前記第１の分光素子の角度を可変させて抽出波長を所定の掃引波長範囲にわたって掃引する第１の駆動手段とを備え、
   前記波長可変光源は、前記信号光として単一モード信号光を出力するレーザ素子と該レーザ素子を任意の波長でレーザ発振させる第２の分光素子とで構成される外部発振器と、前記第２の分光素子の角度を可変させて前記信号光の信号光波長を前記掃引波長範囲にわたって掃引する第２の駆動手段とを備え、
   前記第１及び第２の分光素子の角度をそれぞれ可変させる第１及び第２のモータの回転速度は、前記信号光波長が前記所定波長範囲内に収束するように予め決められており、前記第１及び第２の駆動手段はこれら回転速度に従って前記第１及び第２のモータを等速度回転させることを特徴とする波長特性測定装置。
2. 前記掃引波長範囲は、前記信号光波長が前記所定波長範囲内に収束する波長区間を単位とした複数の波長区間に分割されており、
   前記第１及び第２の駆動手段は、前記各波長区間について予め決められている前記第１及び第２のモータの回転速度に従って、前記第１及び第２のモータを等速度回転させることを特徴とする請求項１記載の波長特性測定装置。
3. 前記第１及び第２の駆動手段は、前記波長区間の切り換えが生ずる時点で、前記第１及び第２のモータの各々に出力するモータ回転パルスのパルスレートを可変させることを特徴とする請求項２記載の波長特性測定装置。
4. 前記第１及び第２の駆動手段は、前記波長区間毎に掃引動作を一旦停止させ、次に掃引すべき波長区間に関する条件設定を行ってから当該区間の掃引を行うことを特徴とする請求項２記載の波長特性測定装置。

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