JP7128316B1 - 光スペクトラムアナライザ及び波長校正制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的大きい波長ずれが生じる可能性がある場合でも、波長が既知の基準光源を必要とすることなく、且つ波長を高い精度で校正すること。【解決手段】光路長ｄ１、ｄ２が互いに異なる複数のエタロン３８、３９を貼り合わせた複数エタロン構造部３２を利用し、広帯域光のエタロン透過光スペクトルを分光部及び受光部を利用して検出する。このエタロン透過光スペクトルに含まれる複数周期のリップル波形をそれぞれ抽出し、波長校正の粗調整用の目盛り、及び微調整用の目盛りとして使用する。斜め方向から複数エタロン構造部３２に入射光３２ｂを入力し、リップルの大きさの調整を容易にする。複数のエタロン３８、３９の少なくとも一方の形状を工夫することで、複数のリップル波形の振幅に差を持たせ、これらの分離を容易にする。【選択図】図２

Description

本発明は、光スペクトラムアナライザ及び波長校正制御方法に関する。

例えば、特許文献１のような分光装置を利用して光スペクトラムアナライザを構成することができる。光スペクトラムアナライザは、分光装置に入射する被測定光を分光して波長又は周波数毎の強度を計測し、被測定光における波長又は周波数毎の強度分布（スペクトラム）をグラフ形式で表示することができる。

特許文献１の分光装置は、計測する光スペクトルの波長精度を改善するための技術を示している。具体的には、エタロン（Etalon）を用いて広波長帯域の参照光から波長の測定基準信号を作成することにより、測定精度を向上させることが提案されている。

特開平１－１１２１３８号公報

一般的な光スペクトラムアナライザにおいては、分光器として回折格子やプリズム等の分散型分光素子が用いられる。そして、被測定光は、入射スリットから入力し、コリメータにて平行光線となり、分散型分光素子への入射光に対応した角度で任意の波長を回折し、回折された被測定光は集光器で集光されて出射スリットを通過し、受光器に入力される。受光器は、入力した光強度に比例した電気信号を出力し、分光器を通過した波長の光信号強度を検出することができる。

分光器で分光される波長は、分散型分光素子への入射光の入射角に対応した回折光の回折角によって決定され、モータ等を用いた駆動機構により制御される。このような分光器を有する光スペクトラムアナライザでは、駆動機構を制御して分光器の出力波長を選択し、被測定光に含まれる波長毎の光信号強度を連続的に検出することにより、光スペクトルを得る。駆動機構は、モータや機械的連結部材を使用しており、必ずしも分光器の波長を正確に制御することができず、得られる被測定光の光スペクトルの波長精度が低下する。

特許文献１のようにエタロンを用いた場合には、エタロンを透過した光のスペクトルを波長の目盛りとして利用できるので、被測定光のスペクトルにおける測定波長を把握するためにこの目盛りを利用できる。

特許文献１に示されているように、エタロンの表面にほぼ垂直に光を照射した場合、入射光は厚さｄの内部で反射を繰り返した後、反対面から外部へ送出される。この場合の光の透過率αは、反射率Ｒ、屈折率ｎ、厚さｄ、入射光に対する傾斜角θ、入射光の波長λの関数となる。但し、反射率Ｒ、屈折率ｎ、厚さｄは、エタロンの物理特性によって定まる定数である。また、傾斜角θは、エタロンを分光装置内に一旦取り付けると定数となる。そのため、入射光の波長λを変化させると、透過率αは、波長λを変数とする三角関数の波長となる。そして、波長間隔Δλ毎に各ピーク信号が生じる［Δλ＝λ2/(2・n・d・cosθ)］。

しかしながら、エタロンを透過した光に発生するリップル（波長軸方向の光強度脈動）の周期よりも大きい波長ずれが生じている場合には、このリップルを目盛りとして利用しても波長を正しく校正することができない。そのため、エタロンと共に波長が既知の基準光源を併用することが必須となり、基準光源の既知の波長を基準として大きな波長ずれを補正した後で、リップルの目盛りを利用して各波長を校正しなければならなかった。また、大きい波長ずれの校正を可能にするために、リップルの周期が大きい特性を有するエタロンを採用する場合には、リップルの目盛りの間隔が大きくなるので波長を高い精度で校正することが困難になる。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的大きい波長ずれが生じる可能性がある場合であっても波長を高い精度で校正することが可能な光スペクトラムアナライザ及び波長校正制御方法を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る光スペクトラムアナライザ及び波長校正制御方法は、下記（１）～（４）を特徴としている。
（１） 被測定光を入力する光入射部と、
前記被測定光の波長帯域を網羅する広い波長帯域に亘って平坦なスペクトルを有する広波長帯域のスペクトルを有する光を出射可能な広帯域光源部と、
前記広帯域光源部からの入力光を平行光にするコリメータレンズと、２つの反射面間の光路長が互いに異なる複数のエタロンを貼り合わせて構成された複数エタロン構造部と、前記複数エタロン構造部を透過した平行光を集光する集光レンズとから構成されるエタロン部と、
前記光入射部からの被測定光、又は前記エタロン部の出力光を入力光とし、前記入力光を分光して任意の波長の光を出力する分光部と、
前記分光部の出力波長、又は周波数を制御するための波長制御データを有する波長制御部と、
前記波長制御部の波長制御データを補正する波長制御データ補正処理部と、
前記分光部の出力光を光電変換する受光部と、
を備え、
前記波長制御データ補正処理部は、前記エタロン部を透過した広帯域光のスペクトルに生じるリップルの中から、前記複数エタロン構造部を構成する複数のエタロンのそれぞれの成分を分離して、変動周期が大きい第１のリップルと、それよりも変動周期が小さい第２のリップルとを個別に把握し、前記第１のリップルに基づく波長校正を実施した後で、前記第２のリップルに基づく波長校正を実施する、
光スペクトラムアナライザ。

（２） 前記エタロン部は、前記複数エタロン構造部の光入射面に垂直な軸に対して傾斜した方向から前記入力光を前記複数エタロン構造部に導く、
上記（１）に記載の光スペクトラムアナライザ。

（３） 前記複数エタロン構造部を構成する複数のエタロンの少なくとも１つは、光入射面が光出射面に対して傾斜している、
上記（１）又は（２）に記載の光スペクトラムアナライザ。

（４） 被測定光を入力する光入射部と、前記被測定光の波長帯域を網羅する広い波長帯域に亘って平坦なスペクトルを有する広波長帯域のスペクトルを有する光を出射可能な広帯域光源部と、前記広帯域光源部からの入力光を平行光にするコリメータレンズと、２つの反射面間の光路長が互いに異なる複数のエタロンを貼り合わせて構成された複数エタロン構造部と、前記複数エタロン構造部を透過した平行光を集光する集光レンズとから構成されるエタロン部と、前記光入射部からの被測定光、又は前記エタロン部の出力光を入力光とし、前記入力光を分光して任意の波長の光を出力する分光部と、前記分光部の出力波長、又は周波数を制御するための波長制御データを有する波長制御部と、前記波長制御部の波長制御データを補正する波長制御データ補正処理部と、前記分光部の出力光を光電変換する受光部と、を備えている光スペクトラムアナライザを校正するための波長校正制御方法であって、
前記エタロン部を透過した広帯域光のスペクトルに生じるリップルの中から、前記複数のエタロンのそれぞれの成分を分離して、波長が大きい第１のリップルと、それよりも波長が小さい第２のリップルとを個別に把握し、前記第１のリップルに基づく波長校正を実施した後で、前記第２のリップルに基づく波長校正を実施する、
波長校正制御方法。

上記（１）の構成の光スペクトラムアナライザによれば、比較的大きい波長ずれが生じている場合でも、波長が既知の基準光源を使わずに、高い精度で波長を校正できる。すなわち、光路中に光路長が互いに異なる複数のエタロンが存在する場合には、周期が異なる複数のリップルを同時に観測できる。周期が大きいリップルの目盛りを利用すれば、粗調整として大きい波長ずれの補正が可能である。また、粗調整の後で周期が小さいリップルの目盛りを利用すれば、微調整として高精度の波長校正を容易に行うことができる。

更に、上記（１）の構成の光スペクトラムアナライザによれば、周期が異なる複数のリップルを含むエタロン透過光を効率よく検出することが可能になる。
更に、上記（１）の構成の光スペクトラムアナライザによれば、比較的大きい波長ずれが生じている場合でも、粗調整と微調整とを実施して確実に高い精度で波長を校正できる。すなわち、変動周期が大きい第１のリップルの目盛りを利用して大きな波長ずれを修正した後で、変動周期が小さい第２のリップルの目盛りを利用して波長校正することで、波長が既知の基準光源を使わなくても高精度の波長校正が実現する。

上記（２）の構成の光スペクトラムアナライザによれば、複数エタロン構造部に斜め方向から光を入射させるので、複数エタロン構造部の透過光に生じるリップルの大きさを調整できる。また、複数のエタロンを貼り合わせた境界面で発生する反射光を抑圧することができる。

上記（３）の構成の光スペクトラムアナライザによれば、少なくとも１つのエタロンの光入射面と光出射面との間に角度を持たせたくさび形状とすることにより、複数のエタロンのそれぞれに起因して発生する複数のリップル成分の振幅に差を付けることができる。したがって、この振幅の違いを利用して複数のリップル成分をそれぞれ分離することが容易になる。

上記（４）の構成の波長校正制御方法によれば、比較的大きい波長ずれが生じている場合でも、粗調整と微調整とを実施して確実に高い精度で波長を校正できる。すなわち、変動周期が大きい第１のリップルの目盛りを利用して大きな波長ずれを修正した後で、変動周期が小さい第２のリップルの目盛りを利用して波長校正することで、波長が既知の基準光源を使わなくても高精度の波長校正が実現する。

本発明の光スペクトラムアナライザ及び波長校正制御方法によれば、比較的大きい波長ずれが生じている場合でも高い精度で波長を校正できる。すなわち、光路中に光路長が互いに異なる複数のエタロンが存在する場合には、周期が異なる複数のリップルを同時に観測できる。周期が大きいリップルの目盛りを利用すれば、粗調整として大きい波長ずれの補正が可能である。また、粗調整の後で周期が小さいリップルの目盛りを利用すれば、微調整として高精度の波長校正を容易に行うことができる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

図１は、本発明の実施形態に係る光スペクトラムアナライザの構成例を示すブロック図である。 図２（ａ）はエタロン部の内部構造の例を示す縦断面図、図２（ｂ）は複数エタロン構造部を示す正面図である。 図３は、エタロン透過光のスペクトルの例を示すグラフである。 図４は、分光部の外観の例を示す斜視図である。 図５は、本発明の実施形態に係る光スペクトラムアナライザの動作例を示すフローチャートである。

本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。

＜光スペクトラムアナライザの構成＞
本発明の実施形態に係る光スペクトラムアナライザ１０の構成例を図１に示す。光スペクトラムアナライザ１０は、被測定光のスペクトラム、すなわち波長又は周波数毎の光強度分布を測定してグラフ形式でその結果を表示する機能を有している。なお、波長と周波数とは互いに逆数と似た関係にあるので、以下の説明では、両者がほぼ同じ意味で用いられる場合がある。

図１に示した光スペクトラムアナライザ１０は、広帯域光源部１１、エタロン部１２、光入射部１３、分光部１５、受光部１６、波長制御部１７、補正処理部１８、及び表示部１９を備えている。

また、広帯域光源部１１の出力とエタロン部１２の入力との間が光ファイバ２１で接続され、エタロン部１２の出力と分光部１５の１つの入力との間が光ファイバ２２で接続され、光入射部１３と分光部１５の１つの入力との間が光ファイバ２３で接続され、分光部１５の出力と受光部１６の入力との間が光ファイバ２４で接続されている。

広帯域光源部１１は、光スペクトラムアナライザ１０の測定対象として想定される被測定光の波長帯域を網羅する広い波長帯域に亘って平坦なスペクトルを有する光を出射可能な光源を内蔵している。

エタロン部１２は、透過する光のスペクトルに対してリップル状の周期的な変化を発生させることが可能なエタロンを内蔵している。また、本実施形態では、後述するようにエタロン部１２の内部に複数のエタロンが備えられている。また、このエタロン部１２は、エタロンの環境温度を検出するためのセンサを内蔵している。

光入射部１３は、この光スペクトラムアナライザ１０が測定対象とする被測定光を入力するための入力部である。
分光部１５は、入力光のスペクトルを波長毎に分光すると共に、分光後の選択した波長の光成分だけを出力することができる。また、選択的に出力する波長を連続的に変化させて掃引するための可動機構及び駆動部を内蔵している。

受光部１６は、分光部１５から出力される光を受光して光電変換し、受光した光の強度を表す電気信号を出力することができる。

波長制御部１７は、分光部１５が出力する光の波長に相当する可動部の状態（位置）を把握し、測定時に波長の掃引を行うための制御を実施する。また、波長制御部１７は、可動部の位置と波長との対応関係を表す波長制御データを有している。

補正処理部１８は、校正時に波長制御部１７の波長制御データを補正するための機能を有している。
被測定光を分光部１５に入力した際に、波長制御部１７が分光部１５の出力波長を連続的に変化させながら、出力光強度を受光部１６で検出することにより、被測定光のスペクトルが得られる。

表示部１９は、測定した被測定光のスペクトルや、エタロンスペクトルに基づく波長目盛りなどをグラフ形式で表示することができる。表示するグラフは、通常、横軸が波長又は周波数の変化を表し、縦軸が光強度を表す。

＜エタロン部の構成＞
エタロン部１２の内部構造の例を図２（ａ）に示す。また、複数エタロン構造部３２を図２（ｂ）に示す。

図２（ａ）に示したエタロン部１２においては、密閉されたケース３１の内部に複数エタロン構造部３２が固定された状態で配置されている。この複数エタロン構造部３２は、図２（ｂ）に示すように複数のエタロン３８、及び３９を対向する面で貼り合わせて一体化することにより構成されている。

図２（ａ）のように、複数エタロン構造部３２の厚み方向の一方の表面（光入射面）と対向する状態でコリメータレンズ３３が設置され、複数エタロン構造部３２の厚み方向の他方の表面（光出射面）と対向する状態で集光レンズ３４が設置されている。

また、複数エタロン構造部３２の環境温度を検知するために、温度センサ３５が複数エタロン構造部３２の近傍に配置されている。この温度センサ３５は、温度変化に伴う複数エタロン構造部３２の特性変動の影響を含めて波長の校正を行うために利用される。

エタロン部１２に入力される光は、入力側光ファイバ３６を介してケース３１内に導かれ、コリメータレンズ３３で平行光にされた後、複数エタロン構造部３２の光入射面に入射する。また、後述するように複数エタロン構造部３２の光入射面に入射する光の入射方向は、複数エタロン構造部３２の光入射面に垂直な軸方向に対して傾斜している。

複数エタロン構造部３２を透過する光は、入射光と、各エタロンの内部で反射を繰り返す光との干渉の影響を受けるので、複数エタロン構造部３２から出力される透過光のスペクトルは、入射光とは異なる状態になる。すなわち、周期的なリップル状の変化が透過光のスペクトルに現れる。更に、本実施形態では光路長が異なる複数のエタロン３８、３９を用いて複数エタロン構造部３２を構成しているので、リップルの波形は周期が異なる複数の波形が重畳した状態になる。

また、本実施形態では、入射光のスペクトルが平坦な場合に、透過光のスペクトルに生じるリップルが正弦波状になる特性を有するエタロン３８、３９を採用している。実際には、例えばエタロン３８、３９の反射面の反射率を１０％程度に小さくすることで、リップルの波形を正弦波状にすることが可能である。

複数エタロン構造部３２から出た透過光は、集光レンズ３４で集光され、出力側光ファイバ３７に導かれてケース３１の外側に出力される。

＜複数エタロン構造部３２の詳細＞
図２（ｂ）に示すように、複数エタロン構造部３２は境界部３２ａの箇所で２つのエタロン３８、及び３９の平面を突き合わせて貼り合わせてある。

一方のエタロン３８においては、２つの光反射面３８ａ、３８ｂの間に形成された光路において、光の反射が繰り返される。したがって、２つの光反射面３８ａ、３８ｂの間の光路長ｄ１に対応する周期のリップル波形が、出射光３２ｃのスペクトルに影響を与える。もう一方のエタロン３９においては、２つの光反射面３９ａ、３９ｂの間に形成された光路において、光の反射が繰り返される。したがって、２つの光反射面３９ａ、３９ｂの間の光路長ｄ２に対応する周期のリップル波形が、出射光３２ｃのスペクトルに影響を与える。

実際には、図２（ｂ）のように２つの光路長ｄ１、ｄ２が異なっているので、複数エタロン構造部３２から出力される出射光３２ｃのスペクトルは、光路長ｄ１、ｄ２に対応する２種類の周期のリップル波形が重畳した状態の波形になる。

尚、図２（ｂ）に示した複数エタロン構造部３２において、一方のエタロン３９を、光入射面と光出射面との間に角度を持たせたくさびのような形状にすることで、エタロン３９内で光路長ｄ２の光反射の繰り返しにより形成されるリップル波形の振幅が小さくなる。

このように振幅の違いを生じさせることにより、２種類のリップル波形が重畳した波形の中から、周期および振幅が異なる２種類のリップル波形を分離してそれぞれ抽出することが容易になる。エタロン３９をくさび形状にする代わりに、エタロン３８をくさび形状にしてもよいし、２種類のリップル波形の振幅を区別可能な状態であれば両方をくさび形状にしてもよい。

図２（ｂ）に示すように、複数エタロン構造部３２に入力される入射光３２ｂは、複数エタロン構造部３２の入射面（平面３９ｃ）の垂直軸Ａ２に対して傾斜した斜め方向から入射するように光路が形成されている。このように斜め方向から入射光３２ｂを入射させることにより、複数エタロン構造部３２を透過する光のスペクトルに発生するリップルの大きさを調整することが可能であり、同時に複数のエタロン３８、３９の貼り合わせの影響で発生する反射光を抑圧することができる。
複数エタロン構造部３２からの出射光３２ｃは、エタロン３８の光反射面３８ａを透過して出射軸Ａ３の方向に出射される。

＜エタロン透過光のスペクトル＞
エタロン透過光のスペクトルの例を図３に示す。図３において、横軸は波長又は周波数を表し、縦軸は光透過率を表している。

図３に示したスペクトルは、広い波長帯域に亘って平坦なスペクトルを有する光を広帯域光源部１１の出力から複数エタロン構造部３２を含むエタロン部１２に入力した場合に、エタロン部１２の出力側で観測可能な透過光のスペクトル、すなわち複数エタロン構造部３２の固有の特性に起因するスペクトルを表している。

図３の例では、周波数の５０［ＧＨｚ］に相当する一定のリップル周期Ｌ１の間隔で、正弦波状のリップル（レベル変動）がこの透過光のスペクトルに周期的に現れている。更に、周波数の２００［ＧＨｚ］に相当する一定のリップル周期Ｌ２の間隔で、リップル波形の振幅が周期的に変動している。

つまり、図３に示したスペクトルの波形においては、リップル波形Ｗ１と、リップル波形Ｗ２とが重畳した状態になっている。ここで、リップル波形Ｗ１は光路長ｄ２のエタロン３９の影響で発生するリップルであり、リップル波形Ｗ２は光路長ｄ１のエタロン３８の影響で発生するリップルである。

ここで、図３に示したスペクトルに含まれているリップル波形Ｗ１およびリップル波形Ｗ２における各ピーク点などの位置は、エタロン３８及び３９の固有の特性により定まる。したがって、これらの位置を波長の目盛りとして利用すれば、被測定光のスペクトルを測定する際の波長を校正することが可能である。

また、複数エタロン構造部３２を利用した場合には周期が短いリップル波形Ｗ１の各ピーク位置と、周期が長いリップル波形Ｗ２の各ピーク位置とをそれぞれ目盛りとして利用することができる。周期が長いリップル波形Ｗ２の目盛りを利用することで、比較的大きい波長ずれであっても大まかな校正が可能になる。また、周期が短いリップル波形Ｗ１の目盛りを利用することで、比較的小さい波長ずれを高精度で校正することが可能になる。

但し、環境温度が変化する場合には、各エタロン３８、３９の物理特性が変動する。そこで、本実施形態では、温度変化に対する複数エタロン構造部３２の波長誤差も含めて校正を実施している。

エタロン３８、３９における温度変化時の共振周波数間隔ＦＳＲ（Free Spectral Range）は次式で表される。
ＦＳＲ（Ｔｓ＋ΔＴ）＝ｃ／｛２ｎ・（Ｌ＋ΔＬ）｝ ・・・（１）
但し、
Ｔｓ：温度
ΔＴ：温度変化
ｃ ：光速
ｎ ：エタロンの屈折率
Ｌ ：エタロンの共振器長（ｄ１，ｄ２）
ΔＬ：共振器長変化

また、温度変化（ΔＴ）に対する共振器長変化（ΔＬ）は、次式で表される。
ΔＬ＝α・Ｌ・ΔＴ ・・・（２）
α:線膨張率
この共振周波数間隔ＦＳＲ(Ｔｓ＋ΔＴ)を、温度センサ３５の検出した温度に基づいて補正し、波長の校正を実施する。

＜分光部の構成例＞
分光部１５の外観の例を図４に示す。
図４に示した分光部１５は、リットマン型であり、コリメータレンズ４１、回折格子４２、折り返しミラー４３、可動部４４、モータ４５、及びエンコーダ４６を含んでいる。

分光部１５の入力側に接続された光ファイバから分光部１５に入射する光は、コリメータレンズ４１で平行光にされた後、回折格子４２、及び折り返しミラー４３を含む光学系で分光され、分光された一部の波長の光のみが選択的に出力側の光ファイバに導かれ出力される。

分光部１５の可動部４４を動かすことにより、分光後の出力光の波長を変更することができる。具体的には、モータ４５の駆動軸に連結されているスピンドル４８の外周にナットが螺合し、このナットの位置が折り返しミラー４３の位置を決定する。したがって、モータ４５が回動すると、スピンドル４８が回動し、スピンドル４８外周に形成されているねじ山に沿ってナットの位置が移動し、ナットに連結されている折り返しミラー４３の位置が変化する。また、モータ４５の駆動軸にその回転量を検知するエンコーダ４６が設置されている。

したがって、モータ４５の回転量に基づいて、可動部４４の位置、すなわち分光部１５の分光出力における光の波長又は周波数を波長制御部１７及び補正処理部１８が特定する。但し、分光部１５から実際に出力される光の波長又は周波数と、分光部１５の位置との関係を事前に校正して正確に対応付けてから計測を実施する必要がある。

＜光スペクトラムアナライザの動作例＞
本発明の実施形態における光スペクトラムアナライザ１０の動作例を図５に示す。すなわち、光スペクトラムアナライザ１０の補正処理部１８を制御する図示しないマイクロコンピュータが内蔵された所定の制御プログラムを実行することにより、図５に示したような動作が実施される。図５の動作について以下に説明する。

補正処理部１８は、最初に基準波長位置の検出を実行する（Ｓ１１）。すなわち補正処理部１８は、分光部１５に備わっている図示しないマイクロスイッチ及びフォトインタラプタの検出状態に基づいて、分光部１５の可動部４４における各位置と各波長との対応関係を表す波長制御データを初期化し、基準波長位置を把握する。

波長校正のために、補正処理部１８はまず最初に、例えば図３に示すようなエタロン透過光スペクトルを測定する。すなわち、広帯域光源部１１から出力される広帯域光をエタロン部１２に入力し、エタロン部１２内の複数エタロン構造部３２を透過した透過光を分光部１５に入力し、分光した出力光を受光部１６で受光して受光強度を検出する。分光部１５内のモータ４５を駆動して波長の掃引を実施しながら波長位置毎の受光強度を測定することにより、図３のようなエタロン透過光スペクトルが得られる。
そして、補正処理部１８はエタロン透過光スペクトルからリップル周期Ｌ１、Ｌ２をそれぞれ検出する（Ｓ１２）。

波長のずれが大きい場合でも校正ができるように、補正処理部１８は最初に粗調整の波長校正を実施する（Ｓ１３）。すなわち、図３のようなエタロン透過光スペクトルの中で、周期が大きいリップル周期Ｌ２のリップル波形における各ピーク位置を波長目盛りとして、波長校正の粗調整を実施する。ここで、温度センサ３５が検出したエタロン温度の変化に応じた影響分を事前に補償しておくことで、各ピーク位置の波長目盛りは既知の波長として扱うことができる。したがって、この波長目盛りを基準として波長制御部１７が使用する波長制御データのずれを校正することができる。

上記の処理によって大きな波長ずれは既に解消されているので、補正処理部１８は続いて微調整の波長校正を実施する（Ｓ１４）。すなわち、図３のようなエタロン透過光スペクトルの中で、周期が小さいリップル周期Ｌ１のリップル波形における各ピーク位置を波長目盛りとして、波長校正の微調整を実施する。ここで、温度センサ３５が検出したエタロン温度の変化に応じた影響分を事前に補償しておくことで、各ピーク位置の波長目盛りは既知の波長として扱うことができる。したがって、この波長目盛りを基準として波長制御部１７が使用する波長制御データのずれを高精度で校正することができる。

補正処理部１８は、上記校正処理の結果を反映したデータを被測定光のスペクトル測定で使用できるように波長制御部１７が使用する波長制御データを更新する（Ｓ１５）。
補正処理部１８は、以上で波長の校正を終了し、被測定光のスペクトルを測定可能な測定モードに移行する。すなわち、広帯域光源部１１の発光出力を停止し、光入射部１３に入力される被測定光を分光部１５に入力し、分光部１５で分光された光を受光部１６で受光して受光強度を検知する。分光部１５内のモータ４５を駆動して波長の掃引を実施しながら波長位置毎の受光強度を測定することにより、被測定光のスペクトル、すなわち波長毎又は周波数毎の光強度分布のデータが得られる。この被測定光のスペクトルを表示部１９で表示する（Ｓ１６）。

また、ある程度の時間が経過すると複数エタロン構造部３２の温度が変化する可能性があるため、エタロン透過光スペクトルの各ピーク位置が変化する。また、分光部１５において各波長位置と実際の出力光波長との関係にずれが生じる可能性もある。したがって、例えば一定時間が経過する毎に補正処理部１８はステップＳ１７からＳ１２に戻り波長の校正をやり直すための処理を実施する。

以上のように、本実施形態に係る光スペクトラムアナライザ１０においては、複数種類のエタロン３８、３９を貼り合わせた複数エタロン構造部３２を備えているので、エタロン透過光スペクトルとして、例えば図３のように周期が異なる複数波形を重畳したリップルを得ることができる。したがって、周期が長いリップル周期Ｌ２の波形のピーク位置と、周期が短いリップル周期Ｌ１の波形のピーク位置とをそれぞれ独立した波長目盛りとして利用できる。そして、周期が長いリップル周期Ｌ２の波長目盛りを使うことにより、波長ずれが大きい場合でも波長の大まかな校正が可能になる。更に、周期が短いリップル周期Ｌ１の波長目盛りを使うことにより、微少な波長ずれも補正できるので高精度の波長校正が実現する。したがって、発光波長が既知の基準光源を用意しなくても高精度の波長校正ができる。

また、図２（ｂ）に示したように、入射光３２ｂが複数エタロン構造部３２に対して傾斜した入射軸Ａ１に沿って斜め方向から入射するように構成してある場合には、複数エタロン構造部３２の透過光スペクトルに生じるリップルの大きさを調整することが容易になり、更に複数エタロンの貼り合わせの影響で生じる余分な反射光を抑圧できる。

また、図２（ｂ）に示したように、複数エタロン構造部３２を構成する２つのエタロン３８、３９の少なくとも一方の形状を工夫することにより、２つのエタロン３８、３９のそれぞれの影響で発生するリップル波形の振幅に差を持たせることが容易になる。つまり、図３に示したようなエタロン透過光スペクトルの中から、リップル波形Ｗ１とリップル波形Ｗ２とをそれぞれ分離して抽出することが容易になる。

ここで、上述した本発明の実施形態に係る光スペクトラムアナライザ及び波長校正制御方法の特徴をそれぞれ以下［１］～［６］に簡潔に纏めて列記する。
［１］ 被測定光を入力する光入射部（１３）と、
広波長帯域のスペクトルを有する光を出射可能な広帯域光源部（１１）と、
前記広帯域光源部からの光が入力されるエタロン部（１２）と、
前記光入射部からの被測定光、又は前記エタロン部の出力光を入力光とし、前記入力光を分光して任意の波長の光を出力する分光部（１５）と、
前記分光部の出力波長、又は周波数を制御するための波長制御データを有する波長制御部（１７）と、
前記波長制御部の波長制御データを補正する波長制御データ補正処理部（補正処理部１８）と、
前記分光部の出力光を光電変換する受光部（１６）と、
を備え、前記エタロン部の内部に、２つの反射面間の光路長が互いに異なる複数のエタロン（３８，３９）が含まれている、
光スペクトラムアナライザ。

［２］ 前記エタロン部は、
入力光を平行光にするコリメータレンズ（３３）と、
２つの反射面間の光路長（ｄ１，ｄ２）が互いに異なる複数のエタロンを貼り合わせて構成された複数エタロン構造部（３２）と、
前記複数エタロン構造部を透過した平行光を集光する集光レンズ（３４）と、
を有する、
上記［１］に記載の光スペクトラムアナライザ。

［３］ 前記エタロン部は、前記複数エタロン構造部の光入射面に垂直な軸に対して傾斜した方向（入射軸Ａ１の方向）から前記入力光（入射光３２ｂ）を前記複数エタロン構造部に導く、
上記［２］に記載の光スペクトラムアナライザ。

［４］ 前記複数エタロン構造部を構成する複数のエタロンの少なくとも１つは、光入射面が光出射面に対して傾斜している、
上記［２］又は［３］に記載の光スペクトラムアナライザ。

［５］ 前記波長制御データ補正処理部は、前記エタロン部を透過した広帯域光のスペクトルに生じるリップルの中から、前記複数エタロン構造部を構成する複数のエタロンのそれぞれの成分を分離して、変動周期が大きい第１のリップルと、それよりも変動周期が小さい第２のリップルとを個別に把握し（Ｓ１２）、前記第１のリップルに基づく波長校正（Ｓ１３）を実施した後で、前記第２のリップルに基づく波長校正（Ｓ１４）を実施する、
上記［１］乃至［４］のいずれかに記載の光スペクトラムアナライザ。

［６］ 被測定光を入力する光入射部と、広波長帯域のスペクトルを有する光を出射可能な広帯域光源部と、前記広帯域光源部からの光が入力されるエタロン部と、前記光入射部からの被測定光、又は前記エタロン部の出力光を入力光とし、前記入力光を分光して任意の波長の光を出力する分光部と、前記分光部の出力波長、又は周波数を制御するための波長制御データを有する波長制御部と、前記波長制御部の波長制御データを補正する波長制御データ補正処理部と、前記分光部の出力光を光電変換する受光部と、を備え、前記エタロン部の内部に、２つの反射面間の光路長が互いに異なる複数のエタロンが含まれている光スペクトラムアナライザを校正するための波長校正制御方法であって、
前記エタロン部を透過した広帯域光のスペクトルに生じるリップルの中から、前記複数のエタロンのそれぞれの成分を分離して、波長が大きい第１のリップルと、それよりも波長が小さい第２のリップルとを個別に把握し（Ｓ１２）、前記第１のリップルに基づく波長校正（Ｓ１３）を実施した後で、前記第２のリップルに基づく波長校正（Ｓ１４）を実施する、
波長校正制御方法。

１０ 光スペクトラムアナライザ
１１ 広帯域光源部
１２ エタロン部
１３ 光入射部
１５ 分光部
１６ 受光部
１７ 波長制御部
１８ 補正処理部
１９ 表示部
２１，２２，２３，２４ 光ファイバ
３１ ケース
３２ 複数エタロン構造部
３２ａ 境界部
３２ｂ 入射光
３２ｃ 出射光
３３ コリメータレンズ
３４ 集光レンズ
３５ 温度センサ
３６ 入力側光ファイバ
３７ 出力側光ファイバ
３８，３９ エタロン
３８ａ，３８ｂ，３９ａ，３９ｂ 光反射面
３９ｃ 平面
４１ コリメータレンズ
４２ 回折格子
４３ 折り返しミラー
４４ 可動部
４５ モータ
４６ エンコーダ
５１ 基準光源部
Ａ１ 入射軸
Ａ２ 垂直軸
Ａ３ 出射軸
ｄ１，ｄ２ 光路長
Ｌ１，Ｌ２ リップル周期
Ｗ１，Ｗ２ リップル波形

Claims (4)

1. 被測定光を入力する光入射部（１３）と、
   前記被測定光の波長帯域を網羅する広い波長帯域に亘って平坦なスペクトルを有する広波長帯域の光を出射可能な広帯域光源部（１１）と、
   前記広帯域光源部からの入力光を平行光にするコリメータレンズ（３３）と、２つの反射面間の光路長（ｄ１，ｄ２）が互いに異なる複数のエタロン（３８，３９）を貼り合わせて構成された複数エタロン構造部（３２）と、前記複数エタロン構造部を透過した平行光を集光する集光レンズ（３４）とから構成されるエタロン部（１２）と、
   前記光入射部からの被測定光、又は前記エタロン部の出力光を入力光とし、前記入力光を分光して任意の波長の光を出力する分光部（１５）と、
   前記分光部の出力波長、又は周波数を制御するための波長制御データを有する波長制御部（１７）と、
   前記波長制御部の波長制御データを補正する波長制御データ補正処理部（１８）と、
   前記分光部の出力光を光電変換する受光部（１６）と、
   を備え、
   前記波長制御データ補正処理部は、前記エタロン部を透過した広帯域光のスペクトルに生じるリップルの中から、前記複数エタロン構造部を構成する複数のエタロンのそれぞれの成分を分離して、変動周期が大きい第１のリップル（Ｌ１）と、それよりも変動周期が小さい第２のリップル（Ｌ２）とを個別に把握し、前記第１のリップルに基づく波長校正を実施した後で、前記第２のリップルに基づく波長校正を実施する、
   光スペクトラムアナライザ。
2. 前記エタロン部は、前記複数エタロン構造部の光入射面に垂直な軸に対して傾斜した方向から前記入力光（３２ｂ）を前記複数エタロン構造部に導く、
   請求項１に記載の光スペクトラムアナライザ。
3. 前記複数エタロン構造部を構成する複数のエタロンの少なくとも１つは、光入射面が光出射面に対して傾斜している、
   請求項１又は２に記載の光スペクトラムアナライザ。
4. 被測定光を入力する光入射部と、前記被測定光の波長帯域を網羅する広い波長帯域に亘って平坦なスペクトルを有する広波長帯域の光を出射可能な広帯域光源部と、前記広帯域光源部からの入力光を平行光にするコリメータレンズと、２つの反射面間の光路長が互いに異なる複数のエタロンを貼り合わせて構成された複数エタロン構造部と、前記複数エタロン構造部を透過した平行光を集光する集光レンズとから構成されるエタロン部と、前記光入射部からの被測定光、又は前記エタロン部の出力光を入力光とし、前記入力光を分光して任意の波長の光を出力する分光部と、前記分光部の出力波長、又は周波数を制御するための波長制御データを有する波長制御部と、前記波長制御部の波長制御データを補正する波長制御データ補正処理部と、前記分光部の出力光を光電変換する受光部と、を備えている光スペクトラムアナライザを校正するための波長校正制御方法であって、
   前記エタロン部を透過した広帯域光のスペクトルに生じるリップルの中から、前記複数のエタロンのそれぞれの成分を分離して、波長が大きい第１のリップルと、それよりも波長が小さい第２のリップルとを個別に把握し、前記第１のリップルに基づく波長校正を実施した後で、前記第２のリップルに基づく波長校正を実施する、
   波長校正制御方法。

Images