JP5644043B2 - Wavelength calibration device - Google Patents
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Description
本発明は、回折格子を備える分光器が搭載された光スペクトラムアナライザの波長校正を行う波長校正装置に関するものである。 The present invention relates to a wavelength calibration apparatus that performs wavelength calibration of an optical spectrum analyzer equipped with a spectrometer having a diffraction grating.
一般的に光スペクトラムアナライザには回折格子を備える分光器が搭載されており、分光器の出力波長が回折格子の回転角度により決定され、回折格子の回転角度が光スペクトラムアナライザの制御部によって制御される。そして、制御部は、所望の出力波長である設定波長と回折格子の回転角度が関連付けられたテーブルに基づいて回折格子の回転角度を制御する。 In general, an optical spectrum analyzer is equipped with a spectrometer equipped with a diffraction grating. The output wavelength of the spectrometer is determined by the rotation angle of the diffraction grating, and the rotation angle of the diffraction grating is controlled by the controller of the optical spectrum analyzer. The Then, the control unit controls the rotation angle of the diffraction grating based on a table in which the set wavelength that is a desired output wavelength and the rotation angle of the diffraction grating are associated with each other.
ところで、光スペクトラムアナライザにおいては、設置環境の変化や移動の際の衝撃により回折格子の溝間隔、回折格子の入射光と出射光との挟み角及び回折格子の取付角度が僅かに変化する場合があり、これらの変化は測定誤差の要因となる。
このため、従来から一定の時間が経過した場合や環境の変化が生じた場合には、光スペクトラムアナライザの波長校正が行われている。具体的には、設定波長に対して回折格子の回転角度を再度値付けすることによって光スペクトラムアナライザの波長校正が行われる。
By the way, in the optical spectrum analyzer, the groove spacing of the diffraction grating, the sandwich angle between the incident light and the outgoing light of the diffraction grating, and the mounting angle of the diffraction grating may slightly change due to a change in installation environment or an impact during movement. Yes, these changes cause measurement errors.
For this reason, wavelength calibration of an optical spectrum analyzer is performed when a certain period of time has elapsed or when an environmental change has occurred. Specifically, the wavelength calibration of the optical spectrum analyzer is performed by setting the rotation angle of the diffraction grating again with respect to the set wavelength.
以下に従来の光スペクトラムアナライザの波長校正の方法について説明する。
まず、光スペクトラムアナライザに搭載された分光器からの出射光の波長は、下式(1)によって与えられる。
なお、下式(1)において、mが回折次数、λが出射光の波長(分光器の出力波長)、dが回折格子の溝間隔、θaが入射光と出射光との挟み角、θが回折格子の法線と入射光と出射光との二等分線とがなす角度(すなわち回折格子の回転角度)を示している。
A wavelength calibration method for a conventional optical spectrum analyzer will be described below.
First, the wavelength of the emitted light from the spectroscope mounted on the optical spectrum analyzer is given by the following equation (1).
In the following formula (1), m is the diffraction order, λ is the wavelength of the outgoing light (output wavelength of the spectrometer), d is the groove spacing of the diffraction grating, θa is the angle between the incident light and the outgoing light, and θ is The angle formed between the normal line of the diffraction grating and the bisector of the incident light and the outgoing light (that is, the rotation angle of the diffraction grating) is shown.
回折格子の溝間隔dは、例えば回折格子の熱伸縮によって変化する場合がある。また、挟み角θaは、例えば入射スリット、出射スリットあるいは他の光学部品の位置がずれた場合に変化する場合がある。また、回折格子の回転角度θは、例えば回折格子の回転軸に対する取付角度がずれた場合に変化する場合がある。そして、これらの変化は測定誤差の要因となる。
つまり、上式(1)において、回折格子の溝間隔dと、挟み角θaと、回転角度θが誤差要因を含む可能性がある。
設定波長λiが分光器から出力するための回折格子の回転角度θiは、上式(1)に基づいて下式(2)として表される。
The groove interval d of the diffraction grating may change due to thermal expansion and contraction of the diffraction grating, for example. Further, the sandwiching angle θa may change when, for example, the position of the entrance slit, exit slit, or other optical component is shifted. Further, the rotation angle θ of the diffraction grating may change, for example, when the mounting angle with respect to the rotation axis of the diffraction grating is shifted. These changes cause measurement errors.
That is, in the above equation (1), the groove interval d of the diffraction grating, the sandwiching angle θa, and the rotation angle θ may include error factors.
The rotation angle θi of the diffraction grating for outputting the set wavelength λi from the spectrometer is expressed as the following equation (2) based on the above equation (1).
ここで、上記誤差要因を考慮すると、上式(2)は、下式(3)となる。
なお、下式(3)においてθeiが上記誤差要因に起因する回転角度誤差を示し、θofsが回折格子の回転角度θの変化量、Δdが回折格子の溝間隔dの変化量、Δθaが挟み角θaの変化量を示している。
Here, considering the above error factors, the above equation (2) becomes the following equation (3).
In the following equation (3), θei represents a rotation angle error caused by the error factor, θofs is a change amount of the rotation angle θ of the diffraction grating, Δd is a change amount of the groove interval d of the diffraction grating, and Δθa is a sandwich angle. The amount of change of θa is shown.
そして、従来の光スペクトラムアナライザの波長校正では、物理的に安定な基準波長光源から分光器に基準光を入射し、出射光の波長λが基準光に含まれる校正波長λrefとなる際の回折格子の回転角度θを取得する。 In the wavelength calibration of the conventional optical spectrum analyzer, the reference light is incident on the spectroscope from a physically stable reference wavelength light source, and the diffraction grating when the wavelength λ of the emitted light becomes the calibration wavelength λref included in the reference light The rotation angle θ of is acquired.
そして、分光器において、回折格子の回転角度θの変化量θofs、回折格子の溝間隔dの変化量Δd、及び挟み角θaの変化量Δθaが零である場合、すなわち誤差要因を含まない場合には、出射光の波長λが基準光に含まれる校正波長λrefである場合の回折格子の回転角度θは、予めテーブルに記憶された回転角度θrefとなる。
ただし、誤差要因を含む場合には、出射光の波長が校正波長λrefである場合の回折格子の回転角度θは、回転角度θrefとならず異なる値であるθmとなる。
In the spectroscope, when the change amount θofs of the rotation angle θ of the diffraction grating, the change amount Δd of the groove interval d of the diffraction grating, and the change amount Δθa of the sandwiching angle θa are zero, that is, when no error factor is included. The rotation angle θ of the diffraction grating when the wavelength λ of the emitted light is the calibration wavelength λref included in the reference light is the rotation angle θref stored in the table in advance.
However, when an error factor is included, the rotation angle θ of the diffraction grating when the wavelength of the emitted light is the calibration wavelength λref is not the rotation angle θref but a different value θm.
そして、下式(4)に示すように、回転角度θmと、回転角度θrefとから回転角度誤差θcalを算出することができる。 Then, as shown in the following equation (4), the rotation angle error θcal can be calculated from the rotation angle θm and the rotation angle θref.
そして、従来の光スペクトラムアナライザの波長校正は、上述のようにして算出された回転角度誤差θcalを校正値として上記テーブルの校正が行われる。 In the wavelength calibration of the conventional optical spectrum analyzer, the table is calibrated using the rotation angle error θcal calculated as described above as a calibration value.
このような従来の光スペクトラムアナライザの波長校正は、物理的に安定な基準波長光源に基づいて行われるため、高精度な波長校正を実現することができる。
ところで、上述の回転角度θmは、全ての誤差要因に起因する回転角度誤差を含む回折格子の回転角度(θi+θei)であるため、上式(3)の右辺に相当する。式(3)から分かるように、回折格子の溝間隔dの変化量Δd及び挟み角θaの変化量Δθaを含む項が設定波長λiの関数となっている。つまり、回転角度θmは、設定波長λiに依存して変化する。
したがって、従来の光スペクトラムアナライザの波長校正方法では、設定波長λiが校正波長である場合あるいは回折格子の溝間隔dの変化量Δd及び挟み角θaの変化量Δθaが零であるには正確に波長校正を行うことができるが、設定波長λiが校正波長ではなく回折格子の溝間隔dの変化量Δdあるいは挟み角θaの変化量Δθaが存在する場合には正確な波長校正を行うことができない。
By the way, the above-mentioned rotation angle θm is the rotation angle (θi + θei) of the diffraction grating including the rotation angle error caused by all error factors, and corresponds to the right side of the above equation (3). As can be seen from Equation (3), the term including the change amount Δd of the groove interval d of the diffraction grating and the change amount Δθa of the sandwiching angle θa is a function of the set wavelength λi. That is, the rotation angle θm changes depending on the set wavelength λi.
Therefore, in the wavelength calibration method of the conventional optical spectrum analyzer, when the set wavelength λi is the calibration wavelength, or when the change amount Δd of the groove interval d of the diffraction grating and the change amount Δθa of the sandwiching angle θa are zero, the wavelength is accurate. Calibration can be performed, but accurate wavelength calibration cannot be performed when the set wavelength λi is not the calibration wavelength but there is a variation Δd of the groove interval d of the diffraction grating or a variation Δθa of the sandwiching angle θa.
全ての設定波長λiにおける正確な波長校正は、回折格子の溝間隔dの変化量Δdあるいは挟み角θaの変化量Δθaを正確に測定する方法か、光スペクトラムアナライザの波長測定範囲(すなわち設定波長範囲)を全てカバーするように異なる波長の基準波長光源を用いる方法を採用することによって実現することができる。
しかしながら、いずれの方法も、実際の使用現場で採用することは難しく、現実的ではない。
Accurate wavelength calibration at all set wavelengths λi is performed by a method of accurately measuring the change Δd of the groove interval d of the diffraction grating or the change Δθa of the sandwiching angle θa, or the wavelength measurement range of the optical spectrum analyzer (that is, the set wavelength range). ) Can be realized by adopting a method using reference wavelength light sources of different wavelengths so as to cover all of the above.
However, either method is difficult to adopt in an actual use site and is not realistic.
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、単一の波長基準光源にて光スペクトラムアナライザの全ての設定波長に対する波長校正を正確に行うとすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to accurately perform wavelength calibration for all set wavelengths of an optical spectrum analyzer with a single wavelength reference light source.
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
第1の発明は、回折格子を備える分光器が搭載された光スペクトラムアナライザの波長校正を行う波長校正装置であって、上記分光器に校正波長λrefを含む基準光を入射する基準波長光源と、上記基準光の上記回折格子に対する入射角と上記分光器からの出射光の上記回折格子に対する出射角とが等しくなる上記回折格子の回転角度及び該回転角度における出力波長を含む設計値を記憶する設計値記憶手段と、複数の設定波長と各設定波長に対する上記回折格子の回転角度とが関連付けられたテーブル、上記基準光を上記分光器に入射することによって得られる実測値、及び上記設計値に基づいて校正値を算出する算出手段と、上記校正値に基づいて上記テーブルを校正する校正手段と、を備えており、上記算出手段が、各上記設定波長に対する校正値がθei、実測波長が上記校正波長λrefに一致した場合の回折格子の回転角度がθm、上記実測波長が上記設計値に含まれる上記出力波長に一致した場合の回折格子の回転角度と上記設計値に含まれる上記回折格子の回転角度と差である回転角度誤差がθcal0、上記校正値の算出対象とされた上記設定波長がλi、設定波長λiに関連付けられた上記回折格子の回転角度がθi、回折次数がmで示される下式(5)を用いて各上記設定波長に対する校正値を算出するという構成を採用する。
The present invention adopts the following configuration as means for solving the above-described problems.
A first invention is a wavelength calibration device that performs wavelength calibration of an optical spectrum analyzer equipped with a spectrometer including a diffraction grating, and a reference wavelength light source that makes reference light including a calibration wavelength λref incident on the spectrometer; A design for storing a design value including a rotation angle of the diffraction grating and an output wavelength at the rotation angle at which an incident angle of the reference light with respect to the diffraction grating is equal to an emission angle of light emitted from the spectrometer with respect to the diffraction grating Based on a value storage means, a table in which a plurality of set wavelengths and rotation angles of the diffraction grating with respect to each set wavelength are associated, an actual measurement value obtained by making the reference light incident on the spectrometer, and the design value Calculating means for calculating a calibration value, and calibration means for calibrating the table based on the calibration value. And the rotation angle of the diffraction grating when the calibration value is Shitaei, measured wavelength matches with the output wavelength rotation angle of the diffraction grating in the case of matching the calibration wavelengths λref is to .theta.m, the measured wavelength is included in the design value against The rotation angle error that is the difference from the rotation angle of the diffraction grating included in the design value is θcal0, the setting wavelength that is the calculation target of the calibration value is λi, and the rotation angle of the diffraction grating that is associated with the setting wavelength λi. Is employed, and a calibration value for each of the set wavelengths is calculated using the following equation (5) where θi is the diffraction order and m is the diffraction order .
第2の発明は、回折格子を備える分光器が搭載された光スペクトラムアナライザの波長校正を行う波長校正装置であって、上記分光器に校正波長λrefを含む基準光を入射する基準波長光源と、上記基準光の上記回折格子に対する入射角と上記分光器からの出射光の上記回折格子に対する出射角とが等しくなる上記回折格子の回転角度及び該回転角度における出力波長を含む設計値を記憶する設計値記憶手段と、複数の設定波長と各設定波長に対する上記回折格子の回転角度とが関連付けられたテーブル、上記基準光を上記分光器に入射することによって得られる実測値、及び上記設計値に基づいて校正値を算出する算出手段と、上記校正値に基づいて上記テーブルを校正する校正手段と、を備えており、上記算出手段が、実測波長が上記設計値に含まれる上記出力波長に一致した場合の回折格子の回転角度と上記設計値に含まれる上記回折格子の回転角度と差が零である場合には、各上記設定波長に対する校正値がθei、上記実測波長が上記校正波長λrefに一致した場合の回折格子の回転角度がθm、上記校正値の算出対象とされた上記設定波長がλi、設定波長λiに関連付けられた上記回折格子の回転角度がθi、回折次数がmで示される下式(6)を用いて各上記設定波長に対する校正値を算出するという構成を採用する。 A second invention is a wavelength calibration device that performs wavelength calibration of an optical spectrum analyzer equipped with a spectrometer including a diffraction grating, and a reference wavelength light source that makes reference light including a calibration wavelength λref incident on the spectrometer; A design for storing a design value including a rotation angle of the diffraction grating and an output wavelength at the rotation angle at which an incident angle of the reference light with respect to the diffraction grating is equal to an emission angle of light emitted from the spectrometer with respect to the diffraction grating Based on a value storage means, a table in which a plurality of set wavelengths and rotation angles of the diffraction grating with respect to each set wavelength are associated, an actual measurement value obtained by making the reference light incident on the spectrometer, and the design value Calculating means for calculating a calibration value, and calibration means for calibrating the table based on the calibration value. When the difference between the rotation angle of the diffraction grating when it matches the output wavelength included in the measured value and the rotation angle of the diffraction grating included in the design value is zero, the calibration value for each of the set wavelengths is θei. When the measured wavelength coincides with the calibration wavelength λref , the rotation angle of the diffraction grating is θm, the set wavelength to be calculated for the calibration value is λi, and the rotation angle of the diffraction grating associated with the set wavelength λi Is employed, and a calibration value for each of the above set wavelengths is calculated using the following equation (6) where θi is the diffraction order and m is the diffraction order .
本発明によれば、基準光の回折格子に対する入射角と出射光の回折格子に対する出射角とが等しくなる回折格子の回転角度及び当該回転角度における分光器の出力波長を用いることによって、既知あるいは単一の波長基準光源を用いて測定可能な値のみで全ての設定波長に対する校正値を算出することができる。したがって、単一の波長基準光源にて光スペクトラムアナライザの全ての設定波長に対する波長校正を正確に行うことが可能となる。 According to the present invention, by using the rotation angle of the diffraction grating in which the incident angle of the reference light with respect to the diffraction grating and the emission angle of the emitted light with respect to the diffraction grating are equal and the output wavelength of the spectrometer at the rotation angle, Calibration values for all set wavelengths can be calculated only with values that can be measured using one wavelength reference light source. Therefore, it is possible to accurately perform wavelength calibration for all set wavelengths of the optical spectrum analyzer with a single wavelength reference light source.
まず最初に、本発明に係る波長校正装置における光スペクトラムアナライザの波長校正の考え方について説明する。
図1は、分光器1の構成を示す模式図である。この図に示すように、分光器1は、入射光を回折させて出射する回折格子1aと、入射光Laの入射方向を規定する入射スリット1bと、出射光Lbの出射方向を規定する出射スリット1cとを備えている。
そして、以下の説明においては、回折格子1aの法線Hと入射光Laと出射光Lbとの二等分線Nとがなす角度(すなわち回折格子の回転角度)を回転角度θとし、入射光Laと出射光Lbとによって挟まれた角度を挟み角θaとする。
また、入射角とは、回折格子1aの法線Hと入射光Laとのなす角である。出射角とは、回折格子1aの法線Hと出射光Lbとのなす角である。
First, the concept of wavelength calibration of the optical spectrum analyzer in the wavelength calibration apparatus according to the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the spectrometer 1. As shown in this figure, the spectroscope 1 includes a
In the following description, the angle formed by the normal H of the
The incident angle is an angle formed by the normal H of the diffraction grating 1a and the incident light La. The exit angle is an angle formed by the normal H of the diffraction grating 1a and the exit light Lb.
そして、図2に示すように、回折格子1aが、入射光Laの回折格子1aに対する入射角θLaと出射光Lbの回折格子1aに対する出射角θLbとが等しくなる回転角度θref0とされた場合には、出射光Lbは0次回折光となる。なお、0次回折光は、上式(1)の回折次数mが零の場合であり、分光スペクトラムではない。そして、0次回折光の波長は、入射光Laの波長に依存して一義的に求められる値であり、本発明においては校正波長の1つとして用いる。そこで、以下の説明において0次回折光の波長を0次校正波長λref0とする。
As shown in FIG. 2, when the
このような分光器1においては、上述した回折格子の回転角度θの変化量θofs、回折格子の溝間隔dの変化量Δd、及び挟み角θaの変化量Δθaが零である場合、すなわち誤差要因を含まない場合には、出射光Lbの波長が0次校正波長λref0である場合には、回折格子1aの回転角度θは零となる。つまり、上記回転角度θref0は零となる。
ただし、誤差要因を含む場合には、出射光Lbの波長が0次校正波長λref0である場合の回折格子1aの回転角度θが零とならない。
このように出射光Lbの波長が0次校正波長λref0である場合に回折格子1aの回転角度θが零とならずθm0となった場合には、回転角度θm0を用いて、全ての誤差要因を含む回転角度誤差θcal0を下式(7)によって算出することができる。
In such a spectroscope 1, when the above-mentioned change amount θofs of the diffraction grating θ, the change amount Δd of the groove interval d of the diffraction grating, and the change amount Δθa of the sandwiching angle θa are zero, that is, an error factor. If the wavelength of the emitted light Lb is zero-order calibration wavelength λref0, the rotation angle θ of the
However, when an error factor is included, the rotation angle θ of the
As described above, when the rotation angle θ of the
また、出射光Lbの波長が0次校正波長λref0である場合において、全ての誤差要因に起因する回転角度誤差θref0_eを含む回折格子1aの回転角度(θref0+θref0_e)は、上式(3)を用いて、下式(8)によって算出することができる。
Further, when the wavelength of the emitted light Lb is the 0th-order calibration wavelength λref0, the rotation angle (θref0 + θref0_e) of the
ここで、式(8)に含まれる回折次数m及び回転角度θref0が零であるため、式(8)は、下式(9)となる。 Here, since the diffraction order m and the rotation angle θref0 included in the equation (8) are zero, the equation (8) becomes the following equation (9).
なお、式(7)によって算出される回転角度誤差θcal0は、回転角度誤差θref0_eと等しい。このため下式(10)が成り立つ。 Note that the rotation angle error θcal0 calculated by the equation (7) is equal to the rotation angle error θref0_e. For this reason, the following formula (10) holds.
一方で、分光器1に校正波長λrefを含む基準光が入射光Laとして入射され、出射光Lbの波長が校正波長λrefである場合において、全ての誤差要因に起因する回転角度誤差θref_eを含む回折格子1aの回転角度(θref+θref_e)は、上式(3)を用いて、下式(11)によって算出することができる。なお、回転角度θrefは、誤差要因を含まない場合に出射光Lbの波長が校正波長λrefとなる回折格子1aの回転角度である。
On the other hand, when the reference light including the calibration wavelength λref is incident on the spectroscope 1 as the incident light La and the wavelength of the outgoing light Lb is the calibration wavelength λref, the diffraction including the rotation angle error θref_e caused by all error factors. The rotation angle (θref + θref_e) of the grating 1a can be calculated by the following equation (11) using the above equation (3). The rotation angle θref is the rotation angle of the
そこで、上式(11)に上式(10)を代入することによって下式(12)が得られる。 Therefore, the following equation (12) is obtained by substituting the above equation (10) into the above equation (11).
上式(12)における左辺は定数であるためKとおく。そして、回転角度(θref+θref_e)は、出射光Lbの波長が校正波長λrefである場合の回折格子1aの回転角度θmと同一である。このため、上式(12)は、下式(13)となる。
Since the left side in the above equation (12) is a constant, it is set to K. The rotation angle (θref + θref_e) is the same as the rotation angle θm of the
上式(13)に含まれる回転角度θm、回転角度誤差θcal0、回折次数m及び校正波長λrefは、既知あるいは測定によって得られるため、上式(13)を用いることによって、回折格子の溝間隔dの変化量Δd、及び挟み角θaの変化量Δθaを必要とせずに上式(3)の右辺第一項を求めることができる。また、上式(3)の右辺第二項は上式(10)から回転角度誤差θcal0として測定によって得ることができる。
したがって、上式(3)、上式(10)、上式(13)に基づいて、既知の値あるいは測定によって得られる値によって、各設定波長λiにおける回転角度誤差θeiを算出することができる。
よって、回転角度誤差θeiを各設定波長λiの校正値とすることによって、全ての設定波長λiに対する回折格子1aの回転角度θiを正確に再値付けすることが可能となる。
これらの回転角度θm、回転角度誤差θcal0、回折次数m及び校正波長λrefは、入射光Laとして基準光を用いて取得可能である。このため、単一の基準光のみを用いて全ての設定波長λiに対する回折格子1aの回転角度θiを正確に再値付けすることが可能となる。
そして、上式(3)、上式(10)、上式(13)をまとめると、各設定波長λiにおける回転角度誤差θeiを算出するための上式(5)が得られる。
Since the rotation angle θm, the rotation angle error θcal0, the diffraction order m, and the calibration wavelength λref included in the above equation (13) are known or obtained by measurement, the groove interval d of the diffraction grating is obtained by using the above equation (13). The first term on the right side of the above equation (3) can be obtained without requiring the change amount Δd and the change amount Δθa of the sandwiching angle θa. Further, the second term on the right side of the above equation (3) can be obtained from the above equation (10) as a rotation angle error θcal0 by measurement.
Therefore, based on the above equation (3), the above equation (10), and the above equation (13), the rotation angle error θei at each set wavelength λi can be calculated from a known value or a value obtained by measurement.
Therefore, by using the rotation angle error θei as a calibration value for each set wavelength λi, the rotation angle θi of the
The rotation angle θm, the rotation angle error θcal0, the diffraction order m, and the calibration wavelength λref can be acquired using the reference light as the incident light La. For this reason, it becomes possible to accurately revalue the rotation angle θi of the
When the above formula (3), the above formula (10), and the above formula (13) are put together, the above formula (5) for calculating the rotation angle error θei at each set wavelength λi is obtained.
また、回転角度誤差θcal0(すなわち、出射光Lbの波長が0次校正波長λref0に一致した場合の回折格子1aの回転角度θm0と、回転角度θref0との差)が零である場合には、上式(5)を上式(6)とすることができる。
If the rotation angle error θcal0 (that is, the difference between the rotation angle θm0 of the
したがって、回転角度誤差θcal0が零である場合には、上式(6)を用いて各設定波長λiにおける回転角度誤差θeiを算出することができる。 Therefore, when the rotation angle error θcal0 is zero, the rotation angle error θei at each set wavelength λi can be calculated using the above equation (6).
次に、本発明に係る波長校正装置の一実施形態について説明する。
図3は、光スペクトラムアナライザ10と本実施形態の波長校正装置20とを示す機能ブロック図である。
この図に示すように、光スペクトラムアナライザ10は、分光器11と、テーブル記憶部12と、モータ制御部13と、波長測定部14とを備えている。
また、本実施形態の波長校正装置20は、波長基準光源21と、設計値記憶部22(設計値記憶手段)と、演算データ記憶部23と、プログラム記憶部24と、算出部25(算出手段)と、波長校正制御部26(校正手段)とを備えている。
なお、図3においては、光スペクトラムアナライザ10と波長校正装置20とが別体として図示されているが、実際には、テーブル記憶部12、設計値記憶部22、演算データ記憶部23及びプログラム記憶部24は、ハードディスクドライブ、RAM及びROM等の光スペクトラムアナライザ10が備えるハードウェアとしての記憶装置によって具現化される。また、モータ制御部13、算出部25及び波長校正制御部26は、CPU等の光スペクトラムアナライザ10が備えるハードウェアとしての演算処理装置によって具現化される。
Next, an embodiment of a wavelength calibration apparatus according to the present invention will be described.
FIG. 3 is a functional block diagram showing the
As shown in this figure, the
Further, the
In FIG. 3, the
分光器11は、図1に示した分光器1と同様に、回折格子11a、入射スリット(図3においては不図示)、出射スリット(図3においては不図示)を備えている。また、分光器11は、上記構成に加えて回折格子11aを回転するためのモータ11bを備えている。このモータ11bとしては、例えばステッピングモータを用いることができる。
Similar to the spectrometer 1 shown in FIG. 1, the
テーブル記憶部12は、複数の設定波長λiと各設定波長λiにおける回折格子11aの回転角度θiが関連付けられたテーブルを記憶している。
なお、テーブル記憶部12に記憶されたテーブルは、波長校正装置20の波長校正制御部26によって書き換え可能とされている。
The
The table stored in the
モータ制御部13は、モータ11bを制御することによって、モータ11bに接続された回折格子11aの回転角度を制御するものである。
このモータ制御部13は、不図示の入力装置等から指示された設定波長が分光器11の出力波長となるように、テーブル記憶部12に記憶されたテーブルを参照して回折格子11aの回転角度を制御する。
また、モータ制御部13は、波長校正装置20の波長校正制御部26から指示に基づいて回折格子11aの回転角度を制御する。
The
The
Further, the
波長測定部14は、分光器11から出射された出射光の波長(出力波長)を測定するものであり、光検出器、増幅器及びA/D変換器等を備えている。
この波長測定部14は、波長校正装置20の波長校正制御部26に測定結果を入力する。また、この波長測定部14は、受信信号の可視化を行う不図示の表示部に測定結果を入力する。
The
The
波長基準光源21は、校正波長λrefを含む基準光Lを出射して光スペクトラムアナライザ10の分光器11に入射するものである。
この波長基準光源21としては、例えば、物理的に安定した1.53μmに吸収波長帯を持つアセチレンガスが封入されたレーザ光源を用いることができる。
The wavelength
As the wavelength
設計値記憶部22は、基準光Lの回折格子11aに入射する入射角と分光器11からの出射光とが等しくなる回折格子11aの回転角度θref0と、誤差要因を含まない状態で回転角度θref0の回折格子11aに基準光Lが入射された場合の出射光の波長λref0(出力波長)とを設計値として記憶している。
なお、回折格子11aが回転角度θref0とされた場合には、分光器11からの出射光が、基準光Lの0次回折光となる。つまり、出射光の波長λref0は、基準光Lの0次回折光の波長となる。そして、設計値記憶部22は、上記波長λref0を0次校正波長λref0として記憶している。
また、設計値記憶部22は、基準光Lに含まれる校正波長λref及び、誤差要因を含まない状態で校正波長λrefが出射光の波長となる回折格子11aの回転角度θrefを記憶している。
The design
When the diffraction grating 11a is set to the rotation angle θref0, the emitted light from the
Further, the design
演算データ記憶部23は、テーブル記憶部12に記憶されたテーブルを校正するための校正値を算出するために用いられる各種演算式及び各種パラメータを記憶するものである。
そして、演算データ記憶部23は、上記演算式として、上式(5)と上式(6)とを記憶している。
なお、本実施形態の波長校正装置20において、上式(5)における、θeiが各設定波長λiに対する校正値、θmが実測波長と校正波長λrefとが一致した場合の回折格子11aの回転角度、θcal0が波長測定部14にて測定される実測波長が0次校正波長λref0と一致した場合の回折格子の回転角度θm0と回折格子11aの回転角度θref0との差である回転角度誤差、θiが設定波長λiに関連付けられた回折格子11aの回転角度を示す。
また、本実施形態の波長校正装置20において、上式(6)における、θeiが各設定波長λiに対する校正値、θmが実測波長と校正波長λrefとが一致した場合の回折格子11aの回転角度、θiが設定波長λiに関連付けられた回折格子11aの回転角度を示す。
また、演算データ記憶部23は、回転角度誤差θcal0を算出するための上式(7)や設定波長λiの回折次数m(通常は、最も光出力の強い1次回折光を波長測定部14で測定するため、回折次数mは1となる)等を記憶している。
The arithmetic
The calculation
In the
In the
In addition, the calculation
プログラム記憶部24は、算出部25や波長校正制御部26の動作手順を示すプログラムを記憶するものであり、算出部25や波長校正制御部26からアクセス可能とされている。
The
算出部25は、上記テーブル、基準光Lを分光器11に入射することによって得られる実測値、及び設計値(回転角度θref0及び0次校正波長λref0)と、上記演算データ記憶部23に記憶された演算式及びパラメータに基づいて各設定波長λiに対する校正値θeiを算出するものである。
なお、後の波長校正方法の説明において詳説するが、本実施形態の波長校正装置20において算出部25は、上記実測値として、実測波長が校正波長λrefに一致した場合の回折格子11aの回転角度θmと、実測波長が0次校正波長λref0に一致した場合の回折格子11aの回転角度θm0と、を用いる。
The
As will be described in detail later in the description of the wavelength calibration method, in the
波長校正制御部26は、プログラム記憶部24に記憶されたプログラムに基づいて、波長測定部14の測定結果の取得、モータ制御部13への指令入力、テーブル記憶部12に記憶されたテーブルの校正を行うと共に、算出部25に演算に必要な各種データを入力する。
Based on the program stored in the
次に、このように構成された本実施形態の波長校正装置20の動作、すなわち光スペクトラムアナライザ10の波長校正方法について、図4のフローチャートを参照して説明する。
Next, the operation of the
まず最初に波長基準光源21から分光器11に基準光Lを入射する(ステップS1)。
続いて、波長校正制御部26は、波長測定部14の測定結果(すなわち実測波長)を、設計値記憶部22に記憶された校正波長λrefに合わせる(ステップS2)。
具体的には、波長校正制御部26は、波長測定部14の測定結果を常にモニタしながら、波長測定部14の測定結果が校正波長λrefとなるまで、モータ11bを駆動して回折格子11aが回転するようにモータ制御部13に指令を送る。
First, the reference light L is incident on the
Subsequently, the wavelength
Specifically, the wavelength
続いて波長校正制御部26は、ステップS2で波長測定部14の測定結果が校正波長λrefとなった状態における回折格子11aの回転角度θmを取得する(ステップS3)。
具体的には、波長校正制御部26は、ステップS2で波長測定部14の測定結果が校正波長λrefとなった状態で、モータ制御部13からモータ11bの制御値を取得し、当該制御値に基づいて回転角度θmを実測値として取得する。
Subsequently, the wavelength
Specifically, the wavelength
続いて波長校正制御部26は、波長測定部14の測定結果(すなわち実測波長)を、設計値記憶部22に設計値として記憶された0次校正波長λref0に合わせる(ステップS4)。
具体的には、波長校正制御部26は、波長測定部14の測定結果を常にモニタしながら、波長測定部14の測定結果が0次校正波長λref0となるまで、モータ11bを駆動して回折格子11aが回転するようにモータ制御部13に指令を送る。
Subsequently, the wavelength
Specifically, the wavelength
続いて波長校正制御部26は、ステップS4で波長測定部14の測定結果が0次校正波長λref0となった状態における回折格子11aの回転角度θm0を取得する(ステップS5)。
具体的には、波長校正制御部26は、ステップS4で波長測定部14の測定結果が0次校正波長λref0となった状態で、モータ制御部13からモータ11bの制御値を取得し、当該制御値に基づいて回転角度θm0を実測値として取得する。
Subsequently, the wavelength
Specifically, the wavelength
続いて波長校正制御部26は、算出部25によって回転角度誤差θcal0を算出する(ステップS6)。
具体的には、算出部25は、波長校正制御部26の制御の下、演算データ記憶部23に記憶された上式(7)に、ステップS5で取得された回転角度θm0と、設計値記憶部22に設計値として記憶された回転角度θref0とを代入することによって回転角度誤差θcal0を算出する。
Subsequently, the wavelength
Specifically, under the control of the wavelength
続いて波長校正制御部26は、ステップS5で取得された回転角度θm0(実測波長が設計値に含まれる0次校正波長λref0に一致した場合の回折格子11aの回転角度)と、設計値として記憶された回転角度θref0との差が零であるかの判定を行う(ステップS7)。
具体的には、波長校正制御部26は、ステップS6の計算結果が零であるか否かによって上記判定を行う。
Subsequently, the wavelength
Specifically, the wavelength
ステップS7における差が零でなかった場合に波長校正制御部26は、算出部25によって、上式(5)を用いて全ての設定波長λiの校正値θeiを算出する(ステップS8)。
具体的には、算出部25は、波長校正制御部26の制御の下、テーブル記憶部12に記憶されたテーブルから、校正値θeiの算出対象とされた設定波長λiと、該設定波長λiに関連付けられた回転角度θiを取得して上式(5)に代入する。また、算出部25は、波長校正制御部26の制御の下、ステップS3で取得された回転角度θmと、ステップS6で算出された回転角度θcal0と、設計値記憶部22に記憶された校正波長λref及び回折次数mを上式(5)に代入する。続いて算出部25は、波長校正制御部26の制御の下、上式(5)を校正値θeiについて解くことによって、校正値θeiを算出する。そして、算出部25は、波長校正制御部6の制御の下、全ての設定波長λiの校正値θeiを算出する。
When the difference in step S7 is not zero, the wavelength
Specifically, under the control of the wavelength
ステップS7における差が零であった場合に波長校正制御部26は、算出部25によって、上式(6)を用いて全ての設定波長λiの校正値θeiを算出する(ステップS9)。
具体的には、算出部25は、波長校正制御部26の制御の下、テーブル記憶部12に記憶されたテーブルから、校正値θeiの算出対象とされた設定波長λiと、該設定波長λiに関連付けられた回転角度θiを取得して上式(6)に代入する。また、算出部25は、波長校正制御部26の制御の下、ステップS3で取得された回転角度θmと、設計値記憶部22に記憶された校正波長λref及び回折次数mを上式(6)に代入する。続いて算出部25は、波長校正制御部26の制御の下、上式(6)を校正値θeiについて解くことによって、校正値θeiを算出する。そして、算出部25は、波長校正制御部6の制御の下、全ての設定波長λiの校正値θeiを算出する。
Specifically, under the control of the wavelength
続いて波長校正制御部26は、ステップS8で算出された校正値θei、あるいは、ステップS9で算出された校正値θeiを用いてテーブル記憶部12に記憶されたテーブルの校正を行う(ステップS10)。
具体的には、波長校正制御部26は、テーブルにおいて各設定波長λiに関連付けられた回転角度θiに対して校正値θeiを加算あるいは減算して回転角度θiを再値付けすることによってテーブルの校正を行う。
Subsequently, the wavelength
Specifically, the wavelength
以上のような本実施形態の波長校正装置20によれば、設計値として記憶される0次校正波長λref0と、誤差要因を含まない場合において0次校正波長λref0が得られる回折格子11aの回転角度であり、同じく設計値として記憶される回転角度θref0とを用いることによって、既知あるいは単一の波長基準光源を用いて測定可能な値のみで全ての設定波長λiに対する校正値θeiを算出することができる。
したがって、本実施形態の波長校正装置20によれば、単一の波長基準光源にて光スペクトラムアナライザの全ての設定波長に対する波長校正を正確に行うことが可能となる。
According to the
Therefore, according to the
また、本実施形態の波長校正装置20では、ステップS7において、実測波長が設計値に含まれる0次校正波長λref0に一致した場合の回折格子11aの回転角度θm0と、設計値として記憶された回転角度θref0との差が零である場合には、上式(5)からパラメータとしてθcal0が抜かれた上式(6)を用いて校正値θeiが算出される。
したがって、ステップS7における差が零である場合の算出部25の計算負荷を減らすことができ、本実施形態の波長校正装置20全体における計算負荷を減少させることができる。
In the
Therefore, the calculation load of the
次に、本実施形態の波長校正装置20の実施例について図5及び図6を参照して説明する。
本実施例においては、上述した従来の波長校正方法にて光スペクトラムアナライザの波長校正を行った結果と、本実施形態の波長校正装置20を用いた光スペクトラムアナライザの波長校正を行った結果とを比較した。
そして、図5に従来の波長校正方法にて光スペクトラムアナライザの波長校正を行った結果をグラフ(実線)で示し、図6に本実施形態の波長校正装置20を用いた光スペクトラムアナライザの波長校正を行った結果をグラフ(実線)で示す。なお、図5及び図6において破線で示すグラフは、校正前の状態を示すものである。
Next, an example of the
In this example, the result of performing wavelength calibration of the optical spectrum analyzer by the above-described conventional wavelength calibration method and the result of performing wavelength calibration of the optical spectrum analyzer using the
FIG. 5 is a graph (solid line) showing the result of wavelength calibration of the optical spectrum analyzer using the conventional wavelength calibration method, and FIG. 6 is a wavelength calibration of the optical spectrum analyzer using the
なお、本実施例の結果を得るために、回折格子の溝間隔dを0.00111111mm、挟み角θaを20°、回折格子の溝間隔dの変化量Δdを6.1×10−8mm、挟み角θaの変化量Δθaを0.2°、回転角度θの変化量θofsを0.005°、設定波長λiを600nm〜1800nm、校正波長を1400nm、回折次数mを1と設定した。また、この際、回転角度θmが39.78826°、θcal0が0.005°であった。 In order to obtain the result of this example, the groove interval d of the diffraction grating is 0.00111111 mm, the sandwiching angle θa is 20 °, the change Δd of the groove interval d of the diffraction grating is 6.1 × 10 −8 mm, The change amount Δθa of the sandwiching angle θa was set to 0.2 °, the change amount θofs of the rotation angle θ was set to 0.005 °, the set wavelength λi was set to 600 nm to 1800 nm, the calibration wavelength was set to 1400 nm, and the diffraction order m was set to 1. At this time, the rotation angle θm was 39.78826 ° and θcal0 was 0.005 °.
そして、図5に示すように従来の波長校正方法にて光スペクトラムアナライザの波長校正を行った場合には、校正波長である1400nmにおいてのみ回転角度誤差が零となり、図6に示すように本実施形態の波長校正装置20を用いた光スペクトラムアナライザの波長校正を行った場合には、全設定波長において回転角度誤差が零となった。
このように、本実施形態の波長校正装置20によれば、全設定波長において正確に波長校正を行うことができる。
When the wavelength calibration of the optical spectrum analyzer is performed by the conventional wavelength calibration method as shown in FIG. 5, the rotation angle error becomes zero only at the calibration wavelength of 1400 nm, and this embodiment is performed as shown in FIG. When the wavelength calibration of the optical spectrum analyzer using the embodiment of the
Thus, according to the
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る波長校正装置の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 The preferred embodiments of the wavelength calibration apparatus according to the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but it goes without saying that the present invention is not limited to the above embodiments. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described embodiments are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.
例えば、上記実施形態においては、実測波長が校正波長λrefに一致した場合の回折格子11aの回転角度θmと、実測波長が0次校正波長λref0に一致した場合の回折格子11aの回転角度θm0とを用いて校正値θeiを算出する構成を採用した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、回転角度θmと回転角度θm0とに換えて、回折格子11aの回転角度が回転角度θrefに一致した場合の波長と、回折格子11aの回転角度が回転角度θre0に一致した場合の波長とを用いて校正値θeiを算出することも可能である。
For example, in the above embodiment, the rotation angle θm of the diffraction grating 11a when the measured wavelength matches the calibration wavelength λref and the rotation angle θm0 of the diffraction grating 11a when the measured wavelength matches the zeroth-order calibration wavelength λref0. The calibration value θei was used to calculate the calibration value.
However, the present invention is not limited to this. Instead of the rotation angle θm and the rotation angle θm0, the wavelength when the rotation angle of the diffraction grating 11a coincides with the rotation angle θref, and the rotation angle of the diffraction grating 11a. It is also possible to calculate the calibration value θei by using the wavelength when is coincident with the rotation angle θre0.
また、上記実施形態においては、波長測定部14にて校正波長λref及び設定波長λiが一次回折光であることを前提とした構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、校正波長λref及び設定波長λiがさらに高次の回折光であっても構わない。
In the above embodiment, the configuration has been described on the assumption that the calibration wavelength λref and the set wavelength λi are first-order diffracted light in the
However, the present invention is not limited to this, and the calibration wavelength λref and the set wavelength λi may be higher-order diffracted light.
また、上記実施形態においては、設計値記憶部22が校正波長λref及び該校正波長に関連付けられた回転角度θrefを記憶し、算出部25が設計値記憶部22に記憶された校正波長λref及び回転角度θrefを用いて校正値θeiを算出する構成を採用した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、テーブル記憶部12に記憶されたテーブルから校正波長λref及び回転角度θrefを取得し、当該取得した校正波長λref及び回転角度θrefを用いて算出部25が校正値θeiを算出しても良い。
In the above embodiment, the design
However, the present invention is not limited to this. The calibration wavelength λref and the rotation angle θref are acquired from the table stored in the
10……光スペクトラムアナライザ、11……分光器、11a……回折格子、20……波長校正装置、21……波長基準光源、22……設計値記憶部(設計値記憶手段)、25……算出部(算出手段)、26……波長校正制御部(校正手段)
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記分光器に校正波長λrefを含む基準光を入射する基準波長光源と、
前記基準光の前記回折格子に対する入射角と前記分光器からの出射光の前記回折格子に対する出射角とが等しくなる前記回折格子の回転角度及び該回転角度における出力波長を含む設計値を記憶する設計値記憶手段と、
複数の設定波長と各設定波長に対する前記回折格子の回転角度とが関連付けられたテーブル、前記基準光を前記分光器に入射することによって得られる実測値、及び前記設計値に基づいて校正値を算出する算出手段と、
前記校正値に基づいて前記テーブルを校正する校正手段と、
を備えており、
前記算出手段は、各前記設定波長に対する校正値がθei、実測波長が前記校正波長λrefに一致した場合の回折格子の回転角度がθm、前記実測波長が前記設計値に含まれる前記出力波長に一致した場合の回折格子の回転角度と前記設計値に含まれる前記回折格子の回転角度と差である回転角度誤差がθcal0、前記校正値の算出対象とされた前記設定波長がλi、設定波長λiに関連付けられた前記回折格子の回転角度がθi、回折次数がmで示される下式(1)を用いて各前記設定波長に対する校正値を算出することを特徴とする波長校正装置。
A reference wavelength light source for inputting a reference light including a calibration wavelength λref to the spectroscope;
A design for storing a design value including a rotation angle of the diffraction grating and an output wavelength at the rotation angle at which an incident angle of the reference light with respect to the diffraction grating is equal to an emission angle of light emitted from the spectrometer with respect to the diffraction grating. Value storage means;
A calibration value is calculated based on a table in which a plurality of set wavelengths and rotation angles of the diffraction grating with respect to each set wavelength are associated, an actual measurement value obtained by making the reference light incident on the spectrometer, and the design value Calculating means for
Calibration means for calibrating the table based on the calibration value;
With
The calculation means has a calibration value for each set wavelength of θei, a rotation angle of the diffraction grating when the measured wavelength matches the calibration wavelength λref , and the measured wavelength matches the output wavelength included in the design value. In this case, the rotation angle error that is the difference between the rotation angle of the diffraction grating and the rotation angle of the diffraction grating included in the design value is θcal0, the set wavelength that is the calculation target of the calibration value is λi, and the set wavelength λi. A wavelength calibration apparatus, wherein a calibration value for each set wavelength is calculated using the following equation (1) in which the rotation angle of the associated diffraction grating is θi and the diffraction order is m .
前記分光器に校正波長λrefを含む基準光を入射する基準波長光源と、
前記基準光の前記回折格子に対する入射角と前記分光器からの出射光の前記回折格子に対する出射角とが等しくなる前記回折格子の回転角度及び該回転角度における出力波長を含む設計値を記憶する設計値記憶手段と、
複数の設定波長と各設定波長に対する前記回折格子の回転角度とが関連付けられたテーブル、前記基準光を前記分光器に入射することによって得られる実測値、及び前記設計値に基づいて校正値を算出する算出手段と、
前記校正値に基づいて前記テーブルを校正する校正手段と、
を備えており、
前記算出手段は、実測波長が前記設計値に含まれる前記出力波長に一致した場合の回折格子の回転角度と前記設計値に含まれる前記回折格子の回転角度と差が零である場合には、各前記設定波長に対する校正値がθei、前記実測波長が前記校正波長λrefに一致した場合の回折格子の回転角度がθm、前記校正値の算出対象とされた前記設定波長がλi、設定波長λiに関連付けられた前記回折格子の回転角度がθi、回折次数がmで示される下式(2)を用いて各前記設定波長に対する校正値を算出することを特徴とする請求項2記載の波長校正装置。
A reference wavelength light source for inputting a reference light including a calibration wavelength λref to the spectroscope;
A design for storing a design value including a rotation angle of the diffraction grating and an output wavelength at the rotation angle at which an incident angle of the reference light with respect to the diffraction grating is equal to an emission angle of light emitted from the spectrometer with respect to the diffraction grating. Value storage means;
A calibration value is calculated based on a table in which a plurality of set wavelengths and rotation angles of the diffraction grating with respect to each set wavelength are associated, an actual measurement value obtained by making the reference light incident on the spectrometer, and the design value Calculating means for
Calibration means for calibrating the table based on the calibration value;
With
When the difference between the rotation angle of the diffraction grating when the actually measured wavelength matches the output wavelength included in the design value and the rotation angle of the diffraction grating included in the design value is zero, When the calibration value for each set wavelength is θei, the rotation angle of the diffraction grating when the measured wavelength is coincident with the calibration wavelength λref is θm, the set wavelength for which the calibration value is calculated is λi, and the set wavelength λi. 3. The wavelength calibration apparatus according to claim 2, wherein a calibration value for each set wavelength is calculated using the following equation (2) in which the rotation angle of the associated diffraction grating is θi and the diffraction order is m . .
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