JPH0346523A - フーリェ変換型分光器用信号処理装置 - Google Patents

フーリェ変換型分光器用信号処理装置

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Publication number
JPH0346523A
JPH0346523A JP18049589A JP18049589A JPH0346523A JP H0346523 A JPH0346523 A JP H0346523A JP 18049589 A JP18049589 A JP 18049589A JP 18049589 A JP18049589 A JP 18049589A JP H0346523 A JPH0346523 A JP H0346523A
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JP
Japan
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light intensity
interference light
interferogram
movable mirror
fourier transform
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Application number
JP18049589A
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Inventor
Susumu Inoue
享 井上
Yasuji Hattori
服部 保次
Masaichi Mobara
政一 茂原
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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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、フーリエ変換型分光器に使用される信号処理
装置に関する。
〈従来の技術〉 フーリエ分光法は、光の干渉を利用した分光法で、波数
測定精度が高いことが特徴である。
従来のフーリエ変換型分光器としては、第2図に示すよ
うにHe−N eレーザ光の干渉信号をサンプリングト
リガーとしてインターフェログラムを測定するものがあ
り、そして、乙の場合、インターフェログラムの測定開
始位置はフォトセンサの出力信号に基づいて行われてい
る。
即ち、第2図に示すよに、光源01から出射した光は楕
円面鏡02.ピンホール03゜放物面鏡04を経てビー
ムスプリッタ05に案内され、ビームスプリッタ05に
より2つに分岐されて、一方は固定鏡06へ導かれるの
に対し、他方は移動鏡07へ導かれる。固定鏡06は固
定されてビームスプリッタ05との間の光路長は変わら
ないのに対し、移動鏡07は光軸方向に移動するので、
ビームスプリッタ05との間の光路長は変化する。固定
鏡06.移動鏡07で反射した光はそれぞれ、ビームス
プリッタ05に戻り、相互に干渉を起こして、絞り08
放物面鏡09を経て、干渉光強度が受光器010により
検出される。
受光器010により検出された干渉光強度を移動鏡07
の位置、つまり移動鏡07と固定鏡06との間の光路長
差に対応させて示したものがインターフェログラムであ
る。
一方、測長用パルス発生手段としてはHe3− −Noレーザが用いられる。即ち移動鏡07の背面には
コーナーキューヴミラー011が取り付けられており、
He −N eジー1発振N012から出射されたH 
e −N eレーザがビームスプリッタ013を透過し
てコーナーキューヴミラー011に反射するようになっ
ている。ビームスプリッタ013で反射したH e −
N eレーザは他方のコーナーキューヴミラー014で
反射し、これらコーナーキューヴミラー011,014
で反射したHe−Neレーザ光はビームスプリッタ01
3に戻り、相互に干渉を起こし、検出器015で検出さ
れる。He −N eレーザは発振周波数が既知である
ため、検出された干渉光の強度変化から、移動鏡07の
光軸方向の位置が判断されることになる。また、移動鏡
07の原点位置フォトセンサ016が配置されており、
移動鏡07の原点位置を検出するようになっている。
更に、受光器010で測定された干渉光強4 度はアナログ信号であり、A/D変換装置017に送ら
れ、デジタル信号としての干渉光強度データに変換され
る。この際のサンプリングパルスとしては、サンプリン
グ定理によるサンプリング間隔に近似するため、検出器
015により検出されるH e −N eレーザ光の干
渉信号とパルス成形器019を用いて得られる測長パル
スがA/D変換装置017に入力されて使用されている
。また、A/D変換装置017には、フォトセンサ01
6かもの原点信号が入力され、−往復ごとに移動鏡07
の原点位置をリセットして、A/D変換が行われること
になる。つまり、A/D変換装置017において、フォ
トセンサ016から原点信号が入力された時の測長パル
スを第1番目のパルスとして順に、受光1oioから入
力された干渉光強度信号をデジタル信号に変換するので
ある。固定鏡側の光路長の差の変化、即ち移動鏡07の
位置変化に対応した干渉光強度データの配列は、電子計
算器(パーソナルコンピュータ018)で処理できる離
算的なデジタル信号である。
A/D変換器017から、移動鏡07の位置データに対
応した干渉光の強度データによりなるインターフェログ
ラムがパーソナルコンピュータ018に入力され、パー
ソナルコンピュータ018内においてフーリエ変換され
、光源01の波数域のスペルトルが得られることになる
〈発明が解決しようとする課題〉 フーリエ分光法による分光測定においては、測定される
インターフェログラムの安定性が測定精度を決定する。
インターフェログラムの安定性を劣化させる要因として
は、干渉光強度のS/N比の不足、移動鏡07の位置の
移動精度不足、移動鏡07の測定精度不足が挙げられる
。これらの要因は理想的なインターフェログラムに対し
てノイズを与えるため、これらの要因を取り除き、安定
したインターフェログラムを得るためには、通常はイン
ク一フェログラム積算という手法がとられろ。
これは、インターフェログラムを数回〜数百回測定し、
移動鏡07が同じ位置にあるときの干渉光強度データを
相互に足し合せ、平均化することにより、ノイズを相対
的に低下させてインターフェログラムのS/N比を高め
ようとするものである。従来より、インターフェログラ
ム積算は、フーリエ分光法において一般に用いられてい
るが、次のように2つの問題点があった。
まず、第1は測定時間の問題である。移動鏡07の移動
精度、移動鏡07の測定精度が十分に高く、干渉光強度
のS/N比が良い場合には、インターフェログラムの積
算回数は少なくてもよいが、例えば、干渉光強度が微弱
でS/N比が悪い場合には、数十〜数百回のインターフ
ェログラム積算が必要となる。
測定時間は、(1回のインターフェログラム測定に要す
る時間)×(積算回数)で表わされるため、積算回数の
増加に比例して測定時間も増大することとなっていた。
回折格子を用いた分散型分光器においては、光検出信号
のS/N比を改善し、測定再現性を高めるために、信号
光に強度変調をかけ、該変調周波数近傍の狭帯域フィル
タを用いて雑音成分をカットする方法がとられている。
フーリエ変換型分光器においては、移動鏡07を一定速
度で移動させながら連続して干渉光の強度を測定してい
くため、前記分散型分光器で用いられているように信号
光に強度変調をかけろ手法を用いる場合には、その変調
周波数は干渉光強度のサンプリング周波数よりも高い周
波数であることが要求される。フーリエ変換型分光器の
干渉光強度のサンプリング周波数は、受光器(受光素子
)010の応答速度、サンプリング点の間隔及び移動鏡
07の移動速度により決定されるが、受光素子の応答速
度が十分速い場合には、サンプリング定理及び移動鏡を
安定して移動させるための速度より、通常IKHzある
いは更に高い周波数が設定される。信号光に強度変調を
かけるためには、回転スリット又は音叉等を利用したチ
ョッパーが用いられるが、これらを用いた時の周波数は
数十〜数百Hzであり、フーリエ変換型分光器の干渉光
強度のサンプリング周波数よりも高周波の変調をかける
ことは困難である。
第2の問題点はインターフェログラムを積算する場合の
各インターフェログラムの位相の合せ込みに関するもの
である。即ち、インターフェログラム積算は、移動鏡が
同じ位置にあるときの干渉光強度データを足し合せよう
とするものであるけれども、移動鏡測定位置に測定誤差
があるために、厳密には常に同じ移動鏡位置で干渉光強
度をサンプリングするとは限らない。従来のツーJ工変
換型分光器では、第2図に示すように、フォトセンサ0
16の出力により移動鏡07の原点位置に対する相対位
置をHe −N eレーザの干渉光の強度変化から求め
、干渉光強度データのすンプリング位置を決定している
。このため、例えば、第3図に示すように、複数回のイ
ンターフェログラムの測定において、フォトセンサ01
6が原点位置として出力する位置は、厳密には一致する
とは限らないが、インターフェログラム積算はその原点
位置を基準とした移動鏡位置においてサンプリングされ
た干渉光強度データを足し合せるものであり、同図中上
側のインターフェログラム測定において、その原点位置
を基準としたi番目のサンプリングパルスのときの干渉
光強度が最大となったとしても、同図中下側の他のサン
プリングパルス測定においてはその原点位置を基準とし
たi番目のサンプリングパルスのときの干渉光強度は最
大となるとは限らないにもかかわらず、i番目のデータ
を相互に足し合せていた。このように、フォトセンサ0
16の出力を基準としてインターフェログラム積算を行
う方法では、各インターフェログラムの位相合せの精度
は、フォトセンサ016の応答性、安定性に直接的に依
存することとなる。このため、フォトセンサの応答精度
に対して、測定する光スペクトルの波長が十分長い場合
には、インターフェログラム積算時の位相合せの誤差の
影響は少ないが、測定する光スペクトルの波長が短くな
るにつれて、光スペクトル測定値へのインターフェログ
ラム積算時の位相合せの誤差の影響が大きくなる問題が
あった。
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、
少ないインターフェログラム積算回数で再現性の高い測
定の可能なフーリエ変換型分光器用信号処理装置を提供
することを主目的とするものである。また、他の目的は
、各波長域において測定条件が最適となるようにサンプ
リングパルスを簡単に調整できるようにすることにある
く課題を解決するための手段〉 斯かる目的を達成する本発明の構成は光源から出射した
光をビームスプリッタで2つに1 分岐し、それぞれ固定鏡、移動鏡に導くと共に咳移動鏡
を光軸方向に移動させ、更に一定間隔の測長パルスによ
り該移動鏡の位置を測定する一方、前記固定鏡、移動鏡
で反射して前記ビームスプリッタに戻って来た光の干渉
光強度を検出し、前記測長パルスのタイミングをもとに
、前記干渉光強度を干渉光強度データにA/D変換し、
前記移動鏡の位置に対応させて該干渉光強度データを配
列させてなるインターフェログラムを電子計算器により
フーリエ変換するフーリエ変換型分光器において、加算
回数をA/D変換部に出力するコントローラと、入力さ
れた加算回数に基づき一個のサンプリングパルスに対し
て゛複数回のA/D変換を行うA/D変換部と、前記複
数個のA/D変換データを加算あるいは平均する加算部
とを具え、該加算部により求められた加算値又は平均値
から構成される前記インターフェログラムを前記電子計
算器によりフーリエ変換させるようにしたことを特徴と
す2− る。
更に、予め設定された個数の測長パルスを受信する毎に
、一個のサンプリングパルスを前記A/D変換部へ出力
するパルス間引部を設けても良く、また、前記移動鏡を
複数回移動させることにより求められる複数のインター
フェログラムについて、各インターフェログラムを構成
する複数組のデータを記憶する記憶部を設け、また、各
インターフェログラムにおける最大値を与える前記移動
鏡の位置のデータを検出して基準点とし、これら基準点
をすべて一致させたうえで、干渉光強度データを積算す
る機能を前記コントローラに付加しても良い。
く作   用〉 コントローラから加算回数がA/D変換部に入力される
と、A/D変換部は、この加算回数に基づき、一個のサ
ンプリングパルスに対して複数回のA/D変換を行ない
複数個の干渉光強度データが得られる。複数個の干渉光
強度データは加算部において加算あるいは平均化される
ことになる。パルス間引部が設けられる場合には、予め
設定された個数の測長パルスがパルス間引部に受信され
るごとに一個のサンプリングパルスがA/D変換部に出
力されることになる。また、記憶部が設けられる場合に
は、移動鏡を複数回移動させることにより求められる複
数のインターフェログラムについて、各インターフェロ
グラムを構成する複数組の干渉光強度データ配列が記憶
部に記憶され、コントローラは、各インターフェログラ
ムにおけろ干渉光強度の最大値を与える移動鏡位置を検
出して基準点とし、これら基準点をすべて一致させたう
えで干渉光強度データを積算する。このように積算され
た干渉光強度データは電子計算器に送られフーリエ変換
されろことになる。
〈実 施 例〉 以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に
説明する。
第1図に本発明の一実施例を示す。同図に示す信号処理
装置lば、第2図に示すフーリエ変換型分光器におけろ
A/D変換装置017に置き換えて用いられるものであ
り、A/D変換部2、加算部3、記憶部4、パルス間引
部5、加減算カウンタ部6及びコントローラ7から構成
される。
加減算カウンタ部6には、検出器O15゜パルス成形M
019を経て測長パルスが入力される。測長パルスとし
ては、移動鏡07の移動方向により2種類のものが用い
られ、例えば第2図中右方向に移動鏡07が移動すると
きを測長用クロックワイズパルスとするときには、同図
中道に左方向に移動@07が移動するときを測長用カウ
ンタクロックワイズパルスとする。このように測長パル
スle2種類に分けると、移動鏡07の左右−往復の移
動により、2回のインターフェログラム測定を行えるこ
とになる。
更に、加減算カウンタ部6には、フォトセ5− ンサ06から移動鏡07の原点位置を決定する原点信号
がリセットパルスとして入力され、このリセットパルス
が入力されるとカウンタばリセットされてその後の測長
用クロックパルス、測長用カウンタクロックパルスを計
測することになる。測長クロックワイズパルス、測長用
カウンタクロックワイズパルスは、いずれも一定周期で
あり、計数することにより移動鏡07の離散的な位置デ
ータXが求められることになる。加減算カウンタ部6に
は、コントローラからA/D変換領域の下端、上端を示
すパラメータa、bが入力される。A/D変換領域はA
/D変換が開始されて終了するまでの移動鏡07の移動
範囲である。従って、測長パルスの計数により求められ
る移動鏡07の位置データXがa以上、b以下の範囲に
あるときに限って、加減算カウンタ部6から測長パルス
がパルス間引部5ζこ転送される。パルス間引部5には
、コントローラ7から、パルス間引間隔を示すパラメー
タKが入力され6− ており、パルス間引部5は、パラメータに応じて、加減
算カウンタ部6から測長パルスをに個受信すると1個の
サンプリングパルスをA/D変換部2に送信する。A/
D変換部2には、受光器010から干渉光強度を示すア
ナログ信号が受信されると共にコントローラ7から加算
回数を示すパラメータnが入力されろ。このため、A/
D変換部2は、このパラメータnに従って、1佃のサン
プリングパルスが受信されるごとに、干渉光強度を示す
アナログ信号をn回A/D変換してn個の干渉光強度デ
ータを得る。n個の干渉光強度データは順に加算部3に
送られて、相互に加算され、この加算結果は記憶部4に
送られ、移動鏡07の位置に対応する干渉光強度データ
として記憶される。前記、測長パルスに個受信→n回A
/D変換0加算→記憶の動作は移動鏡の位置データXが
a以上、b以下の範囲で繰り返して行なわれろ。実際の
測定においては、移動鏡07が移動を繰り返して複数の
インターフェログラムが測定されるため記憶部4には、
第4図に示すグラフの複数組のデータが記憶されること
になるが、前述したようにフォトセンサ016の応答精
度等により、各インターフェログラムの最大値、言い替
えると、干渉光データの最大値を与える移動鏡の位置デ
ータは厳密には一致していない。そこで、コントローラ
7は、各インターフェログラムの最大値を示す位置を求
めて基準点とし、この基準点が一致するように位相を合
せたうえで、インターフェログラムの積算を行う。積算
されたインタフェログラムのデータはパーソナルコンピ
ュータ018によりフーリエ変換され、測定波数域にお
けるスペクトルが求められることになる。
上記構成にかかる本実施例の信号処理装置1では、各移
動鏡位置における干渉光強度データを求めるtこめに、
1個のサンプリングパルスに対して複数回のA/D変換
を行うことにより複数個の干渉光強度データを求め、こ
れらを加算あるいは平均化して、各干渉鏡位置の干渉光
強度データとしているので、相対的に雑音成分が減少し
、S/N比の高いインターフェログラムを得ることがで
きる。
また、サンプリング定理により決定されるサンプリング
間隔よりも小さなサンプリング間隔で干渉光強度データ
をサンプリングして複数のインターフェログラムを得、
これらのインタフェログラムの最大値を基準点とした位
相合わせを行った上でインターフェログラム積算を行っ
ているため、フォトセンサ016のリセットパルスを基
準とするインターフェログラム積算よりも位相合わせの
精度が高く、誤差を低減することができる。
ここで、フーリエ分光におけるサンプリング定理によれ
ば、下式が成り立つ。
x=1/Δν       ・・・(1)X/ (N/
2)<λwin   ・・・(2)但し、Xは必要最大
光路長、即ち、サンプリングが開始されて終了するまで
の移動鏡の移動距離の2倍、 Δνは波数分解能、 Nはサンプリング点数、 λwinは測定し得る最少の波長である。
従って、(1)式によれば、必要最大光路Xと波数分解
能Δνは反比例することになり、(2)式によれば、サ
ンプリング間隔(X/N)は測定し得る最少波長の2分
の1以下にしなげればならないことになる。このことは
、例えば、同じ波数分解能で測定を行う場合には、短波
長域の測定においてはサンプリング点数を多くして、サ
ンプリング間隔を小さくする必要があり、長波長域の測
定においてはサンプリング点数を小さくして、サンプリ
ング間隔を長くしても良いことを意味する。また、光ス
ペクトルの分解能を波長で表現すると下式のようになる
λ   λ +Δλ 但し、λは測定波長 Δλは波長分解能である。
(3)式から明らかなように、同じ波長分解能で測定を
行う場合には、短波長域においては最大光路差を小さく
、長波長域においては最大光路差を大きくする必要があ
る。例えば、第5図(a) (b)に波長分解能を10
nmとしたときの測定波長と最大光路差の関係を示すよ
うに、波長分解能が一定であれば、長波長域の測定はど
最大光路差を大きくしなければならず、このため、長波
長域の測定の際に短波長域の測定と同じサンプリング間
隔で測定を行うと、膨大なデータを処理することになる
。このことは、インターフェログラム積算時の位相合せ
精度を向上させることになるが、逆に、データを格納す
るメモリの必要量が膨大となり、データの処理に長時間
を要するなどのデメリットを招くことになる。
これに対し、本実施例では、パルス間引間隔を示すパラ
メータkを伸縮することにより、サンプリング間隔を自
由に設定できるため、あらゆる波長に対応したスペクト
ル分析を最適な条件の下で行うことができる。
次に、本発明の信号処理装置を用いてフーリエ分光法に
より通信用光ファイバの損失〜波長特性を測定した結果
について、表−1を参照して説明する。測定に用いた通
信用光ファイバはGeドープトコアシングルモードファ
イバ(3,0km)である。
表−1 但し、表−1において、比較例1は回折格子による分散
型分光器を用いたものであり、比較例2は従来のフーリ
エ変換型分光器においてインターフェログラム積算回数
を256回としたものであり、また、比較例3は、従来
のフーリエ変換型分光器においてインターフェログラム
積算回数を32回としたものである。実施例1は、本発
明の信号処理装置において、1個のサンプリングパルス
に対して10回のA/D変換を行って干渉光強度データ
を平均化したが、インターフェログラムの積算回数【よ
32回で、積算ζよフォトセンサからの原点信号に基づ
いて行った。実施例2は、実施例1の条件に加え、サン
プリング定理により決定される最大サンプリング間隔の
1710の間隔で干渉光強度をサンプリングしたもので
あり、32回測定したインターフェログラムのそれぞれ
について干渉光強度の最大値を与える移動鏡位置を相互
に一致させることにより位相合せを行ったうえでインタ
ーフェログラム積算を行った。
表−1において実施例1と比較例3とを比3 較すれば明らかなように、インターフェログラム積算回
数が同じであれば、干渉光強度データとして平均値を用
いることにより、測定値が安定することが判る。これは
干渉光強度データを平均化することにより、相対的にノ
イズが低減したためである。また、実施例1と実施例2
とを比較すれば明らかなように、インターフェログラム
積算回数が同じでも、干渉光強度の最大値を基準として
位相合せを行うことにより、測定値が安定することが判
る。これは、第4図に示すように各インターフェログラ
ム積算時の位相合せ精度が向上したためである。
尚、実施例2においては、加減算カウンタに入力される
測長パルスの間隔は10nmであり、パルス間引部は4
個の測長パルスに対して1個のサンプリングパルスを出
力するので、サンプリングパルスの間隔は40nmに設
定されているが、長波長域(6μmくλく7μm)で波
長分解能10r++a以上の条件で測定するに4 は、第5図(a)から明らかなように、測定に必要な最
大光路差は4907μmとなるから、1回のインターフ
ェログラム測定についてのサンプリング点は12267
5点と膨大となるため、処理時間及びデータメモリ容量
の面からは不利となる。そこで、パルス間引部に対して
コントローラから送られるパルス間引間隔を示すパラメ
ータを4から30に増大させてやれば、長波長域(6μ
m〈λく7μm)において、測定精度を維持し、波長分
解能10nm以上の測定をするために、1回のインター
フェログラム測定についてのサンプリング点は1600
0点と桁違いに減少し、処理時間及びデータメモリ容量
の面で有利となる。
〈発明の効果〉 以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本発
明の信号処理装置は、少ないインターフェログラム積算
回数で再現性の高い光スペクトル測定をすることが可能
である。
また、本発明の信号処理装置は、パルス間引部を設けれ
ば、各波長域における最適条件でインターフェログラム
を測定することができる。従って、本発明によれば、フ
ーリエ分光法を用いた光スペクトルアナライサの測定高
速化、真精度化、m定波長域の拡大による多機能化をは
かることができる。
尚、実施例の説明において、第2図に示す従来のフーリ
エ変換型分光器を引用して説明したが、本発明は、これ
を前提とするものでなく、他の同様の機能を有するもの
に対して同等に適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例にかかる信号処理装置にか
かるブロック図、第2図は従来のフーリエ変換型分光器
の構成図、第3図はフォトセンサ出力、サンプリングパ
ルス及びインターフェログラムの相関を示すグラフ、第
4図は本発明により位相合せ後の各インターフェログラ
ムを示すグラフ、第5図(a) (b)はそれぞれ波長
分解能を10nmとしたときの測定波長と最大光路差の
関係を示すグラフである。 図面中、 1は信号処理装置、 2はA/D変換部、 3は加算部、 4は記憶部、 5はパルス間引部、 6は加減算カウンタ、 7はコントローラである。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光源から出射した光をビームスプリッタで2つに
    分岐し、それぞれ固定鏡、移動鏡に導くと共に該移動鏡
    を光軸方向に移動させ、更に一定間隔の測長パルスによ
    り該移動鏡の位置を測定する一方、前記固定鏡、移動鏡
    で反射して前記ビームスプリッタに戻って来た光の干渉
    光強度を検出し、移動鏡変位量を測定する測長システム
    からの測長パルスをもとにサンプリングのタイミングを
    決定し、前記干渉光強度を干渉光強度データにA/D変
    換することにより得られる干渉光強度データ配列からな
    るインターフェログラムを電子計算器によりフーリエ変
    換するフーリエ変換型分光器において、加算回数をA/
    D変換部に出力するコントローラと、入力された加算回
    数に基づき一個のサンプリングパルスに対して複数回の
    A/D変換を行うA/D変換部と、これら複数個のA/
    D変換後のデータを対応させて複数の干渉光強度データ
    を加算あるいは平均する加算部とを具え、該加算部によ
    り求められた加算値又は平均値の配列として構成される
    前記インターフェログラムを前記電子計算器によりフー
    リエ変換させるようにしたことを特徴とするフーリエ変
    換型分光器用信号処理装置。
  2. (2)請求項(1)において、予め設定された個数の測
    長パルスを受信する毎に、一個のサンプリングパルスを
    前記A/D変換部へ出力するパルス間引部を設けたこと
    を特徴とするフーリエ変換型分光器用信号処理装置。
  3. (3)請求項(1)又は(2)において、前記移動鏡を
    複数回移動させることにより求められる複数のインター
    フェログラムについて、各インターフェログラムを構成
    する複数組のデータを記憶する記憶部を設け、また、各
    インターフェログラムにおける最大値を与える前記移動
    鏡の位置を検出して基準点とし、これら基準点をすべて
    一致させたうえで、干渉光強度データを積算する機能を
    前記コントローラに付加したことを特徴とするフーリエ
    変換型分光器用信号処理装置。
JP18049589A 1989-07-14 1989-07-14 フーリェ変換型分光器用信号処理装置 Pending JPH0346523A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014523517A (ja) * 2011-05-02 2014-09-11 フォス アナリティカル アグシャセルスガーッブ 分光装置
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