JPH02159528A - 二段式分光器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （ａ）発明の技術分野 この発明は、光源の光を第１の分光器で分光し、第１の
分光器と偏波特性が等しい第２の分光器で第１の分光器
出力を分光する二段式分光器についてのものである。

（ｂ）従来技術と問題点 次に、従来技術の構成を第３図を参照して説明する。

第３図の１は光源、２と３は分光器である。

分光器２は、スリット２１、凹面鏡２２、回折格子２３
、凹面鏡２４及びスリット２５から構成されている。

分光器３は分光器２と偏波特性が等しいものであり、俤
３図は、光［１の光を縦続接続された分光器２と分光器
３で分光している状態を示したものである。

次に、第３図の光スペクトラムを第８図により説明する
。

第８図の１１は光源１の光スペクトラム、１２は分光器
２の光スペクトラム、１３は分光器３の光スペクトラム
である。すなわち、光源１の光スペクトラム１１は分光
器２で帯域の狭い光スペクトラム１２になり、分光器３
でさらに帯域の狭い光スペクトラム１３になる。

回折格子２３・３３の角度を変えれば、凹面鏡２４・３
４へ回折する光の波長が順次変化し、特定の波長だけを
スリット２５＠３５から取り出すことができる。

そこで、スリット２５を通過する波長とスリット３５を
通過する波長が等しくなるように、回折格子２３−３３
の角度を設定すれば、光＃１の中から、特定の波長の光
だけを取り出すことができる。

例えば、白色光から波長が８００ｎｍの成分だけを取り
出すことができる。

第３図のような構成を二段式分光器といい、光源１の光
が回折格子を１回しか通過しない通常の分光器と比べて
、より純度の高い単色光が得られるという特徴をもって
いる。

例えば％　　ＧＯＯ（１■の波長の光を取り出す場合、
８０１ｎ１以上の波長成分の６０００■に対する減衰量
は、通常の分光器では３５ｄＢ程度であるが、二段式分
光器では約７０ｄＢの減衰量が得られる。

しかし、回折格子は光源１の偏光成分のうち、回折格子
の溝に平行に入射するＰ成分と、垂直に入射するＳ成分
とで回折効率が異なるという性質を持っている。

したがって、光源１の偏光状態によって、分光器の損失
が違ってくるという問題がある。

この関係を第４図と第５図で説明する。

第４図は光源ｌの偏波状態図であり、第５図は分光器２
の出力の偏波状態図である。

第４図では、Ｘ成分とＸ成分が４５１の楕円状になって
いるが、第５図では第４図に比べてＸ方向に傾斜した楕
円状態になっている。

分光器の出力としては、第４図と相似形の第６図のよう
な偏波状憶の分光出力が望ましい。

例えば、光源１の光を分光器２のスリット２１に入れ、
分光器３のスリット２５から出た光をセンサで受光し、
回折格子２３・３３の角度を同時に変えて、光源１のス
ペクトラムを測定する場合、光源１の偏波状態が変動す
ると、スペクトル測定波形が変動してしまう。

また、半導体レーザ等で複数の偏波状態の光の混じった
光源を測定する際、Ｍｌｌ定形形誤差が出てしまう。

特に、光源１の光は回折格子２３・３３を２回通過して
おり、回折格子２３に垂直入射した光は回折格子３３に
も垂直に入射する。

また、回折格子２３に平行入射した光は回折格子３３に
も平行に入射する。

このため、通常の分光器と比べて、二段式分光器は偏波
による影響をより大きく受けることになる。

（ｃ）発明の１」的 この発明は、第１の分光器と、第１の分光器と偏波特性
が等しい回折格子を備えた第２の分光器を第１の分光器
に接続し、第１の分光器の出力のＰ成分とＳ成分を入れ
変えてから、第２の分光器に入れることにより、第１の
分光器と第２の分光器の偏光特性を補正した二段式分光
器の提供を目的とする。

（ｄ）発明の実施例 次に、この発明による実施例の構成図を第１図に示す。

第１図の４は２分のｔｔ＆長板であり、その他は第３図
と同じである。

すなわち、第１図は第３図に２分の１波長板４を追加し
たものである。

２分の１波長板４は、分光器２の出力の偏波成分のＸ成
分とＸ成分を９０″向きを変える役目をする。

この関係を、第５図と第７図で説明する。

分光器２の出力が第５図とすれば、２分の１波長板４の
出力は第７図になる。すなわち、第７図は第５図に対し
Ｘ成分としＸ成分が３０″回転した形になる。

第７図の偏波特性をもった光を分光器３に入れれば、ｘ
ｙの特性が補正されて、第６図に示すような偏波特性を
もった出力光が得られる。

また、２分の１波長板４の代わりに偏波面保荏ファイバ
等を用いることもできる。

その際は、スリット１５の出射光を偏波面保存ファイバ
にファイバのもつ基準方向とｅｘまたはｅｙが一致する
ように入射し、ファイバを９０″ねしたった後に、凹面
鏡１７に出射させることで、ｅｘおよびｅｙに９０”の
回転を与える。

このとき、ｅｘとｅｙの位相差φが変化してもワーには
影響しない。

次に、第１図の特性を説明する。

２分の１波長板４は、波長板のもつ光学軸方向が光のＥ
ｘＸ成分対し４５°の角となるように配置する。

２分の１波長板４は、光学軸方向に平ｊテに入射する光
（Ｘ成分とする）と、垂直に入射する光（Ｘ成分）との
間に　１８０’の位相差を与える。

いま、入射光を次式で表すと、 Ｘ＝Ｅｃｏｓθ争　ｃｏｓωｔ ｙ＝Ｅｓｌｎθ＊ｃｏｓ（ωｔ＋φ） たたし、θは結晶軸と偏波面となす角である。

出射光はＸ成分が１８０’進むとして、ｘｉ　＝Ｅ　　
ｃａｓｅ　１１　　Ｃ０８（ＩＪ　ｔ”／Ｉ　　　：Ｅ
　　　ｓｉｎ　θ　＊ｃｏｓ（ω　ｔ　　＋　φ　十　
　夏８ｏ）となる。

ここで、 ｘｌ　”Ｅ　ｃｏｓ（−〇）ｃｏｓωｔ−’　　ｃｏｓ
θ＝ｃｏｓ（−〇） ｙｌ　　：Ｅ　　ｓｉｎθ　Ｃ−ｃｏｓ（ωｔ＋φ）〕
：Ｅ（−ｓｉｎθ）ｃｏｓ（ωｔ　＋φ）＝Ｅｓｌｎ（
−〇）ｃｏｓ（ωｔ　＋φ）となり、入射光の偏波面は
θであるのに対し、出射光のそれは一〇であるから、出
射光の偏波面は光学軸を中心として２θだけ回転するこ
とがゎかる。

入射光を次式で表す。

ｅｘ＝Ｅｃｏｓθ　ｃｏｓωｔ ｅｙ＝Ｅｓｌｎθ　ｃｏｓ　（ωｔ＋φ）すると、入射
光の平均パワーＰは、 Ｐ＝ε／２働Ｅ　となる。

次に、スリット２５の出射光は回折格子２３により回折
された後であるから、 ｅｘ　ｉ、ｅｙ　　１とおくと、 ｅ　ｘ　１　＝　ｒ　ｅ　ｘ ｅｙｌ＝石（ｐｅｙ 次に２分の１波長板４を透過すると、ｅＸ　１１、ｅｙ
　Ｉ　とも光学軸となす角θは４５＠なので、それぞれ
２θになる。つまり９０″光学軸方向に回転する。

すなわち、ｅＸ　１はｙ軸方向の成分であり、ｅｙｌは
Ｘ軸方向の成分となる。

したがって、２分の１波長板４の透過光ｅｘ。

は、 ６ｘ２　　：ｅＦｌ ｅ　ｙｚ＝ｅＸ１ さらに、回折格子３３を経由してスリット３５から出射
する光ｅｘ３、ｅｙ３は、 ｅｘ３＝　ＡＫｓ　ｅＸ ｅｙヲ＝　Ｐ５ｅ　ｙ 以１から、 ｅ　Ｘ２　＝７ＪＫ　ｓ、ＪＫ　ｐ　Ｋ　Ｐ　ｅ　ｙｅ
ｙ、＝、ｌｉｉすＫｐＫＰｅｘ したがって、出射光の平均パワーＰｏはここで、ＰとＰ
Ｏとの比は、 １、／ｐ＝Ｋｙ島 となり、θやφに関係なく一定であ。

すなわち、偏波状態に関係なく透過率が一定である。

なお、凹面鏡１２・１４−１８０１８に損失があっても
構わない。

また、２分の１波長板４が光の平行度の影響をうける場
合は、２分の１波長板４を凹面鏡３２と回折格子３３の
間に配置するか、あるいは２分の１波長板４の前後に適
当なレンズや鏡等を配置して２分の１波長板４への入射
光が平行になるようにすればよい。

また、２分の１波長板４の代わりに偏波面保存ファイバ
等を用いることもできる。

その際は、スリット２５の出射光を偏波面保存ファイバ
のファイバがもつ基準方向とｅｘまたはｅｙが一致する
ように入射し、ファイバを！１０６ねじった後に、凹面
鏡３２に出射させることで、ｅｘおよびｅｙに９０″の
回転を与える。

このとき、ｅＸとｅｙの位相差φが変化してもには影響
しない。

そこで、スリット２５を通過する波長とスリット３５を
通過する波長が等しくなるように回折格子２３と回折格
子３３の角度を設定することで、光＃１の光の中から特
定の波長の光だけをスリット３５から取り出すことがで
きる。

次に、この発明による他の実施例の構成図を第２図に示
す。

第２図は、第３図の分光器３を分光器２に対して９０°
向きを変えて配置したものであり、第１図の２分の１波
長板４の役目を分光器３の取付面を変えることにより実
現したものである。

次に、第２図の特性を説明する。

回折格子２３と回折格子３３の回折効率をＫｐｓＫｓと
する。

ただし、Ｋｐは溝に平行な成分に対する効率とし、Ｋｓ
は溝に垂直な成分に対する効率とする。

入射光のＥｘｖＥｙの電界成分をそれぞれｅｘ。

ｅｙとすると、 ｅＸ：Ｅｃｏｓθ　ｃｏｓωｔ ｅＹ：Ｅｓ１ｎθ　ｃｏｓ　（ωｔ＋φ）となる。

ただし、Ｅは電界の振幅、０は電界の振動面（偏波面）
のＸ軸となす角、ωは光の角周波数、ｔは時間、φはｅ
ｘとｅｙの位相差とする。

したがって、入射光の平均パワーＰは、Ｐ＝ε／２Ｘω
／２π／７（ｅｘ’＋ｅ　ｙ’）　ｄ　ｔ＝　ε／２×
ω／２　π ＝ε／２×ω／２π（２π／ωＸ　Ｅ’　ｃｏｓ”θ＋
２π／ωＸ　Ｅ　ｓｌｎθ） ＝　ε／２×　Ｅ となる。

ただし、εは誘電率とする。

一方、スリット３５の出射光の各電界成分をｅｘｌｌｅ
ｙｌとすると、ｅｘｌはｅｘが回折格子２３に溝方向に
垂直に入射したのち、回折格子３３の溝方向に平行に入
射したものの回折光であり、ｅＹｌはｅｙが回折格子２
３の溝方向に平行に入射したのち、回折格子３３の溝方
向に垂直に入射したものの回折光であるから、 ｅ　ｘｌ＝　１１’￥Ｖ；μ５ｅ　ｘ ｅ　ｙｌ＝譚５］ｅ　ｙ となる。

したがって、出射光の平均パワーＰｏは、＝　ε／２Ｘ
ω／２　π ＋　（ｆＷＬ賀７ｅ　ｙ　）”　］　ｄ　ｔ＝　ε／２
Ｘω／２　π ＝ＫｐＫｓ　　ε　／２ＸＥ となる。

ここで、ＰとＰａとの比は、 Ｐａ／Ｐ＝ＫｐＫｓ　　ε／　２　Ｘ　Ｅ”／ε／　２
　Ｘ　Ｅ”＝Ｋｐ　Ｋｓ となり、０やφに関係なく一定である。

すなわち、偏波状嘘に関係なく透過率が一定である。

（ｅ）発明の効果 この発明によれば、次のような効果がある。

（１）入射光の偏波状態によって効率の変化しない分光
器を提供できる。

例えば、偏波状態による透過率が約４ｄＢあるとき、１
ｄＢ以下に減らすことができる。

（イ）この発明による二段式分光器で光源のスペクトラ
ムを測定しまた場合、偏波の影響がないので、正確な測
定ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による実施例の構成図、第２図はこの
発明による他実施例の構成図、第３図は従来技術の構成
図、第４図は光源１の偏波状態説明図、第５図〜第７図
は分光器出力の偏波状態説明図、第８図は第３図の光ス
ペクトラムである。 １・・・・・・光源、２・３・・・・・・分光器、４・
・・・・・２分の１波長板、２１・・・・・・スリット
、２２・・・・・・凹面鏡、２３・・・・・・回折格子
、２４・・・・・・凹面鏡、２５・・・・・・スリ　、
ト、３１・・・・・・スリット、３２・・・・・・凹面
鏡、３３・・・・・・回折格ｒ−１３４・・・・・・凹
面鏡、３５・・・・・・スリ、ト。 代理人　弁理」二　小　俣　欽　４ 第　　　２　　　図 第　　　４　　　図 第　　　５　　　図 第　　６　　図“ 第　　　７　　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水平面に配置され、光源（１）の光を分光する第１
   の分光器（２）と、 第１の分光器（２）出力に接続される２分の１波長板（
   ４）と、 第１の分光器（２）と偏波特性が等しく、前記水平面に
   配置され、２分の１波長板（４）の出力を分光する第２
   の分光器（３）とを備えることを特徴とする二段式分光
   器。 ２、水平面に配置され、光源（１）の光を分光する第１
   の分光器（２）と、 第１の分光器（２）出力に接続され、９０°ねじられる
   偏波面保存光ファイバと、 第１の分光器（２）と偏波特性が等しく、前記水平面に
   配置され、偏波面保存光ファイバの出力を分光する第２
   の分光器（３）とを備えることを特徴とする二段式分光
   器。 ３、水平面に配置され、光源（１）の光を分光する第１
   の分光器（２）と、 第１の分光器（２）と偏波特性が等しく、前記水平面と
   垂直な垂直面に配置され、第１の分光器（２）の出力を
   分光する第２の分光器（３）とを備えることを特徴とす
   る二段式分光器。