JPS63180826A

JPS63180826A - 分光装置

Info

Publication number: JPS63180826A
Application number: JP1268787A
Authority: JP
Inventors: Sunao Sugiyama; 直杉山
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1987-01-22
Filing date: 1987-01-22
Publication date: 1988-07-25
Anticipated expiration: 2011-02-14
Also published as: JPH0814510B2

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〉本発明はフーリエ分光法の原理を用いた分光装置に関し
、さらに詳しくは光ファイバに応力を加えることにより
光に複屈折を与える様に構成した分光装置の構造と特性
の改善に関する。

〈従来の技術〉従来、この種の分光装置としては第３図〜第５図に示す
ものが知られている。

第３図に示す装置は、入射スリット１１から入射した光
を凹面鏡１２で平行光線束とし９回折格子１３に入射さ
せ、透過光あるいは回折光を凹面鏡１４で結像させるも
のである。

第４図に示す装置は、２光線東干渉計を用いたフーリエ
分光法の原理に基づく分光装置で、入射スリット２１か
ら入射した光をレンズ２２で平行光線とし、この平行光
をハーフミラ−２３で２光線束とし、各光線束をそれぞ
れ反射鏡２４．２５で反射させ、これらの各反射光をレ
ンズ２６を介してスリット２７に入射させるものである
。この装置において１反射鏡２４．２５のいずれか一方
を矢印に示す方向に動かし、２光線束の光路差を変化さ
せると、スリット２７を通った光を受光する受光素子２
８から得られる信号のインターフェログラムが入射した
光のスペクトル分布のフーリエ変換となることから、こ
の逆変換を行って１元のスペクトル分布を知るようにし
たものである。

また、第５図に示した装置は複屈折の波長依存性を利用
したフーリエ分光装置である。偏光子３２と検光子３３
の間に２枚の複屈折性結晶板３１ａ、３１ｂを楔状にし
て重ね、相互に滑動させて厚さｄ、を変えることにより
常光線と異常光線の間に位相差を与える様にしたもので
ある。

〈発明が解決しようとする問題点〉しかしながら、上記従来の構成において第３図に示すも
のは１分解能を上げる為には、受光側のスリットを細く
する必要があり１分解能と精度とを同時に向上させるの
は難しいという問題がある。

また、第４図に示すものは第３図に比較すれば入射スリ
ットを必要とせず、受光素子に入る光の全スペクトルを
同時に測定することが出来、光量も多いためＳ／Ｎ比が
良好であり、波長精度が高い等の長所がある半面、光路
差を変えるために反射鏡を動かす必要があり、その機械
的精度が要求されるとともに小形化が困難であり、振動
等に弱いという問題がある。また、第５図に示ずものは
。

大きな位相差を与えるのが難しく高い分解能が得られな
いという欠点がある。

本発明は上記従来技術の問題点に鑑みて成されたもので
、ｔａ械的精度を要する構成部品が不要で。

振動に強く、小形化、集積化が可能であり分解能および
精度の良好な分光装置を実現することを目的とする。

く問題点を解決するための手段〉上記問題点を解決するための本発明の構成は、基準波長
光源からの出力光を入射して直線偏波成分を取出す第１
の偏波分離素子と、被測定光を入射して直線偏波成分を
取出す第２の偏波分離素子と、前記第１．第２の偏波分
離素子からの出力光を合流させる光合波器と、この光合
波器からの出力光に連続的に複屈折量の変化を与える偏
波制御器と、この偏波制御器からの出力光を基準波長光
源からの光と、被測定光からの光に分離する分波器と、
この分波器からのそれぞれの出力光から直線偏波成分を
取出す第３および第４の偏波分離素子と、これら第３．
第４の偏波分離素子からの出力光を受光し、電気信号に
変換する光電変換素子と、これら光電変換素子からの出
力を入力する演算制御部を具備し、前記偏波制御部の複
屈折量の変化量の被測定光に対する波長依存性から、基
準波長光源の複屈折量の変化を基準として、フーリエ分
光法により被測定光のスペクトルを求めるように構成し
たことを特徴とするものである。

〈実施例〉第１図は本発明の分光装置の一実施例を示ず構成説明図
である。

図において、４１はλ０の波長のレーザを出力する基準
波長光源であり、４２ａはそのレーザを入力し直線偏波
成分を取出す第１の偏波分離素子（例えば偏光ビームス
プリッタ）である。４２ｂはλ１〜λ２の被測定波長Ａ
を入射してその直線波長を取出す第２の偏波分離素子で
あり、これら第１．第２の偏波分離素子からの出力光は
光ファイバ６０を介して光合波器（例えば融着形光カプ
ラ、ダイクロイックミラー等）４３に導かれる。

この光合波器からの出力は光ファイバ６０を介して光分
波器４４に入射するが、その光ファイバは途中がループ
状に複数回巻き回され、偏波面制御部４５を構成してい
る。光ファイバはループ状に巻き回すことによりその内
部に異方性が生じ「波長板」と同様の役割をする。この
ループ状の光ファイバを矢印Ｂ−Ｂ−（光の進行方向に
直角）方向に回動させることによりその回動角に応じて
導波する光の偏波面が変化する。この変化の度合は光の
波長にほぼ逆比例することが知られている（この偏波面
制御部の理論は後に説明する）。

光分波器４４は、偏波面制御部４５からの光を基準波長
光源からのレーザλ０の光と被測定光λ　１〜λ２の光
に分離し、これら分離された出力光は第３．第４の偏波
分離素子４２ｃ、４２ｄにそれぞれ入射して直線偏波成
分のみが取出される。

この偏波分離素子からの出力光はそれぞれ第１゜第２の
光電変換素子４６ａ、４６ｂに入射され電気信号に変換
された後、増幅器５０ａ、Ａ／Ｄ変換器５０ｂ、計算１
１！５０ｃ等からなる演算制御部５０へ入力される。増
幅器５０ａは第２の光電変換素子４６ｂからの被測定光
の電気信号を増幅し。

Ａ／Ｄ変換器５０ｂに出力する。また、第１の光電変換
素子４６８からの基準波長光源からの電気信号は偏波面
制御部４５での偏波面制御量をモニタしていることにな
るので、この電気信号をサンプリングクロックとして用
いれば等しい複屈折量の変化毎にサンプリングすること
が出来る。

第２の光電変換素子４６ｂからの被測定光の電気信号は
前記サンプリングクロックでサンプリングされ、Ａ／Ｄ
変換変換算計算機りスペクトラムの計算を行う。

また、この計算機５０ｃには偏波面υＪ御部４５の制御
を行わせ、ファイバルーズの傾きの角度を例えばＯ〜１
８０６の任意の角度に制御することが出来る。

ここで、偏波制御部４５の動作について光ファイバをル
ープ状に巻き回した場合について説明する。

光ファイバをループにした際に生ずる複屈折δＴＬ（ｒ
ａｄ）は次式により与えられる。

δπ＝（２π）２８ｒ２Ｎ／（Ｒλ）・（ｉ）ｒ；光フ
ァイバの半径Ｎ；巻き数Ｒ；光ファイバの曲げ半径 λ：波長ａ：光ファイバの材料、構造等により決まる定数なお、上記０式は雑誌ｒＥＬＥｃＴＲＯＮ　Ｉ　Ｃ８Ｌ
　Ｅ　Ｔ　Ｔ　Ｅ　ＲＳ　　２５ｔｈ　　Ｓ　ｅｐｔｅ
ｍｂｅｒ　　１９８０Ｖｏｌ、　１６Ｊに記載された公
知の式である。

０式から分るように複屈折δ１は波長λに反比例する。

しかし、実際には複屈折δ１が波長λに正確には反比例
しない場合もあるのでδπとλの関係は実験により求め
ておくほうが望ましい。

ここで、０式を変形して Δ−λδＴＬ＝（（２π）２８ｒ２Ｎ）／Ｒとし、被測
定光のスペクトル分布をＢυとする（υは波数を示すも
ので波長の逆数である）。

δ且を連続的に変化させて得られる光出力（λ１〜λ２
側の光電変換素子）はδπ−υΔを用いて（１＋ｃｏｓ
２πυ　Δ　）　ｄυ　・・・■（この式では、入射側
と出力側の偏波分離素子は同じ向きとした。逆向きの場
合も２式の（）の中は変るが結論は同様となる） ■（Δ）−Ｆ（Δ）−Ｆ（ｏ）／２ベクトル分布Ｂ　（ｈ　）のフーリエ変換となっている
。したがって逆フーリエ変換の関係からとなる。ぼって
■（Δ）をフーリエ変換すれば。

光源のスペクトル分布を求めることが出来る。

実際にΔを無限にとることは不可能なので０式の積分区
間は有限になるが、これらは、ＦＦＴ演算で一般に行な
われる「窓関数を掛ける」等の処理で誤差の少ない演算
を実行することが出来る。

なお、波長の関係として、基準光λ０は被測定光の範囲
外にあるものとする。また波長の大きさとしてはλ０〉
λ１〉λ２の方が望ましい。

第２図は偏波面制御部の他の実施例を示すものである。

この例においては、第１図に示す光合波器４３と光分波
器４４の間の光ファイバを、ループ状に巻き回す代りに
直線的に配置する。その先光ファイバの側面から直交す
る２つの応力を加えることにより複屈折量の変化を与え
るようにしたものであり、その複屈折量の変化量は加え
る応力の強さを制御することにより可能である。なお。

この実施例においても演算制御部の計算機５０ｃから光
ファイバに加える応力を制御するように信号を出力する
ことが出来る。

〈発明の効果〉以上、実施例とともに具体的に説明したように本発明に
よれば。

（１）　干渉計を用いたフーリエ分光器のような機械精
度を要する部品が不要であり、光が光ファイバ、その他
構成部品の外に出射することなく光電変換素子に達する
ので振動に強い。

（２）　干渉計が不要なため構造がシンプルとなり小形
化が可能である。

（３）　ファイノやループの巻き数９巻き径等を適当に
選択したり、光ファイバの側面に直交して加える応力を
調整することにより、複屈折量を自由に選択することが
出来、第３図に示した結晶を使用したものに比較して制
約がない。

（４）　　Ｓ／Ｎが良く、波長が正確なのでフーリエ分
光法のメリットを充分に生かすことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成説明図。第２図は偏波面制御部の他の実施例を示す正面図。第３図〜第５図は従来例を示す図である。４１・・・基準波長光源、４２ａ〜４２ｄ・・・第１〜
第４の偏波分離素子、４３・・・光合波器、４４・・・
光分波器、４５・・・偏波面制御部、４５ａ、４６ｂ・
・・第１．第２の光電変換素子、４７・・・コリメータ
レ第２図第３図第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】１）基準波長光源からの出力光を入射して直線偏波成分
を取出す第１の偏波分離素子と、被測定光を入射して直
線偏波成分を取出す第２の偏波分離素子と、前記第１、
第２の偏波分離素子からの出力光を合流させる光合波器
と、この光合波器からの出力光に連続的に複屈折量の変
化を与える偏波制御器と、この偏波制御器からの出力光
を基準波長光源からの光と、被測定光からの光に分離す
る分波器と、この分波器からのそれぞれの出力光から直
線偏波成分を取出す第３および第４の偏波分離素子と、
これら第３、第４の偏波分離素子からの出力光を受光し
、電気信号に変換する光電変換素子と、これら光電変換
素子からの出力を入力する演算制御部を具備し、前記偏
波制御部の複屈折量の変化量の被測定光に対する波長依
存性から、基準波長光源の複屈折量の変化を基準として
、フーリエ分光法により被測定光のスペクトルを求める
ように構成したことを特徴とする分光装置。２）前記偏波制御器は前記光合波器と光分波器を結ぶ光
ファイバーの途中を、ループ状に複数回巻き回し、この
ループ部を回動させて複屈折量の変化を与える様にした
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の分光装置
。３）前記偏波制御器は前記光合波器と光分波器を結ぶ光
ファイバーの途中に光ファイバーの側面から直交する２
つの応力を加えて複屈折量の変化を与える様にしたこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の分光装置。