JPH02257024A - 光スペクトラムアナライザ - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は回折格子型分光器とファブリペロ−型分光器を
光路に直列に介挿した光スペクトラムアナライサに関す
る。

［従来の技術］ 光スペクトラムアナライザのなかには、分光特性を向上
させるために回折格子を用いた回折格子型分光器とファ
ブリペロ−共振器を用いたファブリベロー型分光器との
２台の分光器を組込んだものがある。このような光スペ
クトラムアナライザは例えば第７図に示すように構成さ
れている。すなイっち、外部から人力された被測定光ａ
は回折格子型分光器１の壁面に形成された入射スリ７ｉ
・２を介してコリメータ鏡３で平行光線に直されて回折
格子４に入力される。回折格子４にて分光された被４１
す走光は凹面鏡からなるカメラ鏡５で集光され、出射ス
リット６を介して回折格子型分光器１外へ出力され、フ
ァブリペロ−型分光器７へ入射される。このファブリベ
ロー型分光器７でさらに分光された被測定光はフォトダ
イオードからなる受光器８へ入射される。

ファブリペロ−型分光器７は周知のように第８図の構成
を有する。すなわち、反射率の高い一対の平行板９ａ、
９ｂを対向配置してなるファブリペロ−共振器における
一方の平行板９ｂの裏面の複数箇所に圧電索子１０ａ、
１０ｂの一方面を取（，１け、各圧電素子１０ａ、１０
ｂの他方面を図示しないフレームに固定したものである
。他方の平行板９ａはやはりフレームに固定されている
。そして、各圧電素子１０ａ、１０ｂに外部から電圧信
号Ｃを印加すると、電圧値に対応して平行板９ａ、９ｂ
間の距離りが変化する。そして、平行板９ａの裏面から
この平行板９ａに垂直に波長λが変化する光すが入射さ
れる。その光すの波長λの１／２か前記距離りの整数倍
になると、その光すは平行板９ｂを透過して出力される
。したかって、その距離りを圧電索子１０ａ、１０ｂに
印加する電圧信号Ｃにて変化させれば、ファブリベロー
型分光器７から出力される光の波長λを非常に高い精度
で制御することか可能となる。

一方、回折格子型分光器］内の回折格子４は図示しない
モータで刻線４ａに平行する輔４ｂ回りに回動される。

そして、出射スリット６」二の中心波長、すなわち測定
波長λと前記ファブリペロ型分光器７における測定波長
λとか連動するように各分光器１，７の分光動作が制御
される。

このような構成の光スペクトラムアナライザにおいて、
外部から人力された被測定光ａは回折格子型分光器１内
へ入射スリット２を介して入射され、回折格子４で分光
されて出射スリット６から出力される。この回折格子型
分光器１で分光された光はファブリペロ−型分光器７へ
入射され、このファブリペロ−型分光器７にてさらに高
い分解能で分光される。

一般に分光器の分光性能は単一波長λ０の両側の波長域
に存在する光レベルの減衰度で示すことができるので、
前段の分光器にて分光された光をさらに、後段の分光器
で分光することによって、前記中心波長λ０の両側の波
長域に存在する光レベルをさらに減衰させることが可能
である。したかって、２個の分光器１．７をその測定波
長λを同期させて駆動することによって、被７Ｉｌ１１
定光ａに対する波長分解性能を大幅に向上できる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、第７図に示す光スペクトラムアナライザ
においてもまだ次のような課題があった。

すなわち、回折格子型分光器］においては、第９図（ａ
）（ｂ）に示すように、入射光の回折効率が刻線４ａ方
向の回折効率Ｐ（λ）と刻線４ａと直交する方向の回折
効率（Ｓ）とて波長特性が異なる。したがって、同一波
長成分を含む被測定光ａを分光したとしても、被測定光
ａの振動方向が異なれば、回折格子４上における刻線４
ａに平行な偏波成分（Ｐ成分）と刻線４ａに垂直（直交
）な偏波成分（Ｓ成分）との成分比が変化するので、１
！Ｉられた分光特性上の各波長λにおける光強度（スペ
クトラムレベル）が常に正しい値になるとは限らない。

また、ファブリペロ−型分光器７においても、所望の波
長分解能および所望の光強度（スペクトラムレベル）測
定精度を得るためには、第８図に示すファブリペロ−共
振器を構成する一対の平行板９ａ、９ｂは、光学的に非
常に高い位置決精度が必要とされる。すなわち、入射光
すが平行板９ａに対して多少傾斜して入射した場合や、
平行板９ａ、９ｂの平行度が低下した場合においては、
たとえ入射光ａかきれいなピーク波形を示したとしても
、このファブリペロ−型分光器７にて分光された光の波
形は大きく乱れる。その結果、その波形のピーク値も大
きく変動する。よって、このファブリベロー型分光器７
においては、各波長λにおＩＪる光強度（スペクトラム
レベル）の測定精度が大幅に低下する問題かあった。

また、たとえ据付は時に平行板９ａ　　９ｂ等の各光的
構成部祠を精度良く位置決めしたとしても、長期間に亘
って使用すると、取付は位置が狂ってぎて初期の精度か
低下する問題があった。

このように、各分光器１，７においては、計測された各
波長λにおける光強度が正確に測定できないので、光ス
ペクトラムアナライザ全体としての測定精度か低下する
問題かあった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
ファブリベロー型分光器に対しては入力光の光強度を検
出する校正用受光素子を設け、回折格子型分光器に対し
ては出力光を分離する偏光素子を設けることによって、
各分光器から出力される各波長における光強度の測定精
度を大幅に向上でき、常に高い測定精度を維持できる光
スペクトラムアナライザを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解消するために本発明は、回折格子を用いた
回折格子型分光器とファブリペロ−共振器を用いたファ
ブリペロ−型分光器を被測定光の光路に直列に介挿し、
前段の分光器へ被測定光を入射し、後段の分光器にて分
光された各波長の光強度を受光器で検出する光スペクト
ラムアナライザにおいて、 単一スペクトルを有する基準光を出力する基準光源と、
ファブリペロ−型分光器へ入射される基準光の光強度を
検出する校正用受光器と、この校正用受光器にて検出さ
れた光強度に一致するようにファブリベロー型分光器か
ら出力される光の光強度を補正するファブリペロ−型分
光器補正手段と、回折格子型分光器から出力される光を
前記回折格子の刻線方向とこの刻線に直交する方向との
２方向の偏光成分に分離する偏光素子と、この偏光素子
にて分離された各偏光成分の光強度を検出する一対の受
光器と、回折格子の刻線方向および直交方向の各波長に
おける回折効率を記録する特性メモリと、この特性メモ
リの各回折効率および一対の受光器にて検出された各光
強度を用いて回折格子型分光器から出力される光の光強
度を補正する回折格子型分光器補正手段とを備えたもの
である。

［作　用］ このように構成された光スペクトラムアナライザにおい
て、単一スベクトルを有する基準光の光強度を校正用受
光器で検出するとともにファブリペロ−分光器で分光す
る。基準光は単一スペクトルしか有さないので、校正用
受光器で検出された光強度と理想的なファブリペロ−型
分光器にて分光された前記単一スペクトルにおける光強
度と一致するはずである。したがって、校正用受光器に
て検出された光強度でファブリペロ−型分光器にて分光
された光強度を補正できる。

また、回折格子型分光器にて分光された光は偏光素子に
て一旦、回折格子の刻線方向と直交方向との各偏光成分
に分離され、それぞれ予め記憶された各方向の回折効率
で回折時の損失による光強度低下分が補正される。そし
て、各方向の補正後の光強度を元に加算することによっ
て、回折格子型分光器における被測定光の振動方向変動
による光強度変動が補正される。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は実施例の光スペクトラムアナライザを示すブロ
ック図である。第７図乃至第９図と同一部分には同一符
号がイｚｊシである。

外部から入力した被測定光ａは光切換器１］を介して回
折格子型分光器］へ入射される。また図中１２はＤＦＢ
　（分布帰還形）レーザ発振器等からなる基準波長λ。

を有する基準光ｄを出力する基準光源１２であり、この
基準光源１２から出力される基準光ｄはもう一つの光切
換器１３を介して前記光切換器１１へ入射される。光切
換器１１は次の回折格子型分光器１へ入射する光を前記
被測定光ａか基準光ｄかに切換える。

前段の回折格子型分光器１は前記第７図に示した構造を
有しており、光切換器１１を介して入射したＩ　Ａ１１
ｌ定光ａ又は基準光ｄを各波長λにおける光強度（スペ
クＩ・ラム）に分光する。回折格子型分光器］にて分光
された光ｅは次のファブリペロ型分光器７へ入射される
。後段に位置するファブリペロ−型分光器７は前述した
第８図に示した構造を有しており、前段の回折格子型分
光器１で分光された光ｅをさらに分光する。ファブリペ
ロ型分光器７にて分光された光ｆは偏光素子１４へ入力
される。

偏光素子１４は入射した光ｆを回折格子型分光器１内の
回折格子４の刻線４ａと平行する刻線方向の偏光成分ｇ
と刻線４ａに直交する直交方向の偏光成分りとに分離す
る。分離された各偏光成分ｇ、ｈは例えばフォトダイオ
ード等で形成された第１．第２の受光器１５ａ、１５ｂ
で各光強度信号に変換されたのち、各Ａ／Ｄ変換器］６
ａ。

１６ｂでデジタルの各光強度１ｐ、Ｉｓへ直され、例え
ばマイクロコンピュータで構成されたデータ処理部１７
へ入力される。

このデータ処理部１７は前記ファブリペロ−型分光器７
へＤ／Ａ変換器］８を介して４１１ｊ定波長λを制御す
る電圧信号Ｃを送出するとともに回折路１　］ 子型分光器１の回折格子４を回動させるモータをモータ
駆動回路１９を介して制御する。

一方、基準光源１２から出力された基準光ｄは光切換器
１３を介して同じくフ第１・ダイオードで形成された校
正用受光器２０へ入射されて光強度信号に直されたのち
Ａ／Ｄ変換器２１てデジタルの光強度Ａｏへ変換される
。そして、この基準光ｄの光強度Ａ。は前記データ処理
部］７へ入力される。

データ処理部］７内には回折格子４の刻線方向および直
交方向の各波長λにおける各回折効率Ｐ（λ）、Ｓ（λ
）を記憶する特性メモリ１７ａが設けられている。また
、データ処理部］７には測定結果を表示する例えばＣＲ
Ｔ表示装置等からなる表示器２２が接続されており、表
示器２２はデータ処理部１７から入力された補正済の各
波長λにおける各光強度Ｉ　（λ）を波長λを横軸にし
て表示する。

なお、前記各光切換器］、１．１３はデータ処理部］７
における操作者の切換操作によって切換制御　２ 御される。

次に、第１図のように構成された光スペクトラムアナラ
イザの動作手順を説明する。

まず、県南光源１２を駆動して基準波長λ。のみを有し
た基準光ｄを出力させ、光切換器１３を校正用受光器２
０側へ切換える。すると、基準波長λ。のみを有する県
南光ｄか校正用受光器２０へ入射され、Ａ／Ｄ変換器２
１から光強度Ａｏがデータ処理部］７へ入力される。デ
ータ処理部１７はその基準光ｄに対応する光強度Ａｏを
記憶する。

次に、光切換器］３を光切換器］１側へ切換え、かつ光
切換器１１を回折格子型分光器１側へ切換える。すると
、基準光源１２から出力された基準波長λ。のみを有す
る基準光ｄは各光切換器１３］１を介して回折格子型分
光器１へ入射される。

回折格子型分光器１は入力した基準光ｄを各波長λに分
光する。回折格子型分光器１にて分光された光ｅはさら
にファブリペロ−型分光器７で同様に分光される。そし
て、ファブリペロ−型分光器］３ ７にて分光された光ｆは偏光素子］４で各方向の偏光成
分ｇ、ｈに分離される。分離された各偏光成分ｇ、ｈの
各光強度Ｉｐ、Ｉｓは各Ａ／Ｄ変換器１．６ａ、１．６
ｂを介してデータ処理部］７へ入力される。

しかして、データ処理部１７は基準波長λ。のみを有す
る基準光ｄの各分光器１，７を通さない理想的な光強度
Ａ。と各偏光成分ｇ、ｈの補正前の各光強度１ｐ、Ｉｓ
か記憶される。そして、各光強度Ｉｐ、Ｉｓに特性メモ
リ１７ａから読出した前記基準波長λ０に対応する各回
折効率Ｐ（λ。）、Ｓ（λ。）の逆数を乗算して、ファ
ブリペロ−型分光器７における損失が全くないと仮定し
た場合の、回折格子型分光器１の入射前の各方向の光強
度Ｉｐｏ、Ｉｓｏを求める。そして、各方向の光強度１
ｐｏ、Ｉｓｏを加算して基準光ｄの振動方向に左右され
ない絶対光強度１ｏを算出する。

したがって、この計算過程で回折格子型分光器１の回折
格子４の刻線方向および直交方向の損失が補正されたこ
とになる（回折格子型分光器補正］４ 手段］７ｃ）。

次に、」１記の手順で算出された絶対光強度Ｉ。

はファブリペロ−型分光器７における損失が全くないと
仮定して算出したが、この絶対光強度１゜と先に求めた
各分光器１，７を通さない基準光ｄの光強度Ａ、との間
に差が存在すれば、その差がファブリベロー型分光器７
に起因する損失であるので、補正係数α−Ａ。／Ｉｏを
算出する。

以上の準備処理か終了すると、光切換器１１を被測定光
ａ側に切換える。すると、被測定光ａが各分光器１．７
で分光され、分光された光ｆが偏光素子］４で各偏光成
分ｇ、ｈに分離され、データ処理部］７に各波長λにお
ける各光強度１ｐ。

ｒｓとして入力される。データ処理部１７は特性メモリ
１７Ｈの各波長λにおける各回折効率Ｐ（λ）、Ｓ（λ
）を用いて回折格子型分光器１の補１−を行ない、各波
長λにおける絶対光強度Ｉｏａを算出する。そして、こ
の算出された絶対光強度１ｏａに先のファブリペロ−型
分光器７に関する補正係数αを乗算して被測定光ａの各
波長λにおける補正された正確な光強度Ｉ　（λ）が得
られる。

したがって、たとえ被測定光ａの振動方向が変化したと
してもその振動方向に左右されない正確な光強度を′Ａ
Ｉｌ］定することが可能となる。

また、ファブリペロ−型分光器７を構成するファブリベ
ロー共振器における各平行板９ａ、９ｂの平行度等の取
（＝ｊけ位置精度がある一定の水準以上に維持されてい
れば、前記取付は位置精度を厳密に調整していなかった
としても、被測定光ａの各波長λにおける光強度（スペ
トラムレベル）を正確に測定することが可能となる。

このように各分光器１，７におけるレベル変動およびレ
ベル低下を確実に補正することか可能となるので光スペ
クトラムアナライザの各波長λにおける光強度（スペク
トラムレベル）測定の測定精度を大幅に向上できる。

また、」二記基弗光ｄを利用した調整作業は簡単に実施
できるので、一定周期毎又は測定開始毎に実施すれば、
光スペクトラムアナライザにおける経時変化や温度変化
に起因する／ｌ１１１定精度低下に対しても十分対処す
ることが可能となる。よって、常に最良の測定粘度を維
持できる。

第２図は本発明の他の実施例に係わる光スペクトラムア
ナライザの概略構成を示すブロック図である。第１図と
同一部分には同一符号が付しである。したがって、重複
する部分の説明を省略する。

この実施例においては、第１図の実施例に対してファブ
リペロ−型分光器７を回折格子型分光器１の前段に移動
している。すなわち、被測定光ａか例えばレーザ光線等
のように予めその被測定光ａの波長領域が狭い範囲に限
定される場合は、ファブリペロ−型分光器７を通常の広
い波長範囲の被１１Ｔｌ］定光ａを分光可能な回折格子
型分光器１の前段に配設することも可能である。このよ
うな構成であっても、各分光器１，７の変動やレベル低
下を前述の手法で補正できるので、先の実施例と同様の
効果を得ることが可能である。

また、第３図は本発明のさらに別の実施例に係わる光ス
ペクトラムアナライザを示すブロック図である。第２図
と同一部分には同一符号が付してある。

この実施例においては、ファブリベロー型分光器７から
出力された光を光ファイバ２３でもって回折格子型分光
器１へ導いている。その他は第２図と同一構成である。

したがって、前述とほぼ同様の効果を得ることが可能で
ある。

また、ファブリベロー型分光器７を回折格子型分光器１
の前段に配設することによって、光ファイバ２３を使用
することが可能となるので、ファブリペロ−型分光器７
と回折格子型分光器１とを別々の筐体に収納することが
可能となる。よって、通常の回折格子型分光器１を使用
した光スペクトラムアナライザに対してファブリペロ−
型分光器７を簡単に増設できる。

第４図は本発明のさらに別の実施例に係わる光スペクト
ラムアナライザの概略構成を示すブロック図である。

この実施例においては、前段の回折格子型分光器１にて
分光された光ｅはファブリペロ−型分光器７へ入射され
るとともに、光切換器２４を介して校正用受光器２０へ
入射される。また、ファブリベロー型分光器７から出力
される光ｆは偏光子１４へ入射されるとともに、光切換
器２４ａを介して校正用受光器２０ａへ入射される。

このような構成において、被測定光ａに対する実際の測
定を開始する前に、光切換器１１を基準光ｄ側に切換え
、光切換器２４を校正用受光器２０側に切換えると、回
折格子型分光器］、で分光され基準光ｄに対応する光ｅ
の光強度ＩＯは校正用受光器２０で検出されてデータ処
理部１７へ人力される。次に、光切換器２４をファブリ
ペロ型分光器７側に切換え、光切換器２４ａを校正用受
光器２Ｏａ側に切換えると、ファブリペロ−型分光器７
で分光された基準光ｄに対応する光ｆの光強度Ｉｒは校
正用受光器２０ａで検出されてブタ処理部］７へ入力さ
れる。そして、データ処理部］７はファブリペロ−型分
光器７単独の補正係数α（−Ｉｅ／ＩＩ’）を求める。

しかして、各光切換器１１，２４，２４ａを元に戻して
、被測定光ａに対する実際の測定を開始し、算出された
回折格子型分光器１−に入射する前の絶対光強度Ｉｏ　
　（λ）に先の補正係数αｆを乗算することによって、
被測定光ａの正しい光強度Ｉ　（λ）が得られる。よっ
て、第１図の実施例とほぼ同様の効果を得ることが可能
となる。

さらに、この実施例においては、ファブリペロ型分光器
７による光損失を単独で検出することか可能となる。

第５図は本発明のさらに別の実施例に係わる光スペクト
ラムアナライザの概略構成を示すブロック図である。

この実施例においては、前段の回折格子型分光器］にて
分光された光ｅはファブリペロ−型分光器７へ入射され
るとともに、それぞれ光切換え器２５．２６を介して選
択的に偏光素子１４および校正用受光器２０へ入射され
る。ファブリペロ型分光器７にて分光された光ｉは測定
用受光器２７で光強度信号に変換され、次のＡ／Ｄ変換
器２８でデジタルの光強度１ｇに変換されたのち、デー
タ処理部１７へ入力される。

このような構成において、実際の被測定光ａの４１１定
を開始するまえに、光切換器１１を基準光ｄ側に切換え
、光切換器２５．２６を校正用受光器２０側に切換える
と、基準光ｄの分光された光強度は校正用受光器２０で
検出され、データ処理部］７にファブリペロ−型分光器
７の入射まえの光強度Ｉｅとして入力される。

次に光切換器２６をファブリペロ−型分光器７側に切換
えると、基準光ｄの分光された光強度Ｉｇかデータ処理
部１７へ入力される。しかしてファブリペロ−型分光器
７単独の補正係数αｆ−Ｉ　ｅ　／　Ｉ　ｇが求まる。

次に光切換器１１を被測定光ａ側に切換え、光切換器２
５を偏光素子１４側に切換えると、各偏光成分ｇ、ｈの
補正前の各光強度Ｉｐ、Ｉｓが得られる。そして、この
光強度１ｐ、Ｉｓで回折格子型分光器１前の被測定光ａ
の絶対光強度１ｏを求める。さらに、光切換器２５およ
び光切換器２６をファブリペロ−型分光器７側へ切換え
る。

すると、被測定光ａの各波長λにおける補正前の光強度
Ｉが得られる。しかして、この光強度■を前記補正係数
αｆで補正し、かつ前記絶対光強度Ｉｏで補正すると、
正しい光強度Ｉ　（λ）が１′７られる。したがって、
先の実施例とほぼ同様の効果が得られる。

第６図は本発明のさらに別の実施例を示すものであり、
この実施例においては、第４図の実施例から光切換器２
４ａ１校正用受光器２０ａ、Ａ／Ｄ変換器２１ａを除去
したものである。このような構成であっても、被測定光
ａの偏光特性が変化しないとすると、ファブリベロー型
分光器７の光損失を部品的に検出できるので先の実施例
とほぼ同様の効果を期待できる。

「発明の効果コ 以」二説明したように本発明の光スペクトラムアナライ
ザによれば、ファブリベロー型分光器に対しては入力光
の光強度を検出する校正用受光素子を設けることによっ
て、分光器内の光学的部材の取付は精度不足に起因する
光損失を補正している。

また、回折格子型分光器に対しては出力光を分離する偏
光素子を設けることによって、被測定光の振動方向変動
に起因する光強度変動を補正している。したかって、各
分光器から出力される各波長における光強度の測定精度
を大幅に向」二でき、スペクトラムアナライザとして常
に高い測定精度を維持できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる光スペクトラムアナ
ライザを示すブロック図、第２図乃至第６図はそれぞれ
本発明の他の実施例に係わる光スペクトラムアナライザ
を示すブロック図、第７図は従来の光スペクトラムアナ
ライザの各分光器を示す模式図、第８図は一般的なファ
ブリペロ−型分光器の動作原理を示す図、第９図は一般
的な回折格子および回折効率を示す図である。 １・・・回折格子型分光器、４・・・回折格子、７・・
・ファブリベロー型分光器、１１．１Ｂ、２４，２５゜
２４ａ、２５．２６・・光切換器、１２・・・基準光源
、］４・・・偏光素子、１５ａ・・・第１の受光器、］
、　５　ｂ・・・第２の受光器、１７・・・データ処理
部、７　ａ　・ 特性メモリ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回折格子を用いた回折格子型分光器（１）とファブリペ
   ロー共振器を用いたファブリペロー型分光器（７）を被
   測定光の光路に直列に介挿し、前段の分光器へ被測定光
   を入射し、後段の分光器にて分光された各波長の光強度
   を受光器（１５ａ、１５ｂ）で検出する光スペクトラム
   アナライザにおいて、単一スペクトルを有する基準光を
   出力する基準光源（１２）と、前記ファブリペロー型分
   光器へ入射される前記基準光の光強度を検出する校正用
   受光器（２０）と、この校正用受光器にて検出された光
   強度に一致するように前記ファブリペロー型分光器から
   出力される光の光強度を補正するファブリペロー型分光
   器補正手段（１７ｂ）と、前記回折格子型分光器から出
   力される光を前記回折格子の刻線方向とこの刻線に直交
   する方向との２方向の偏光成分に分離する偏光素子（１
   ４）と、この偏光素子にて分離された各偏光成分の光強
   度を検出する一対の受光器（１５ａ、１５ｂ）と、前記
   回折格子の刻線方向および直交方向の各波長における回
   折効率を記録する特性メモリ（１７ａ）と、この特性メ
   モリの各回折効率および前記一対の受光器にて検出され
   た各光強度を用いて前記回折格子型分光器から出力され
   る光の光強度を補正する回折格子型分光器補正手段（１
   ７ｃ）とを備えた光スペクトラムアナライザ。