JPS63284432A - 分光測光装置 - 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］ 本発明は絶対パワーの高精度な測定が可能な回折格子を
内蔵した分光器に関するものである。具体的には、被測
定光の偏光状態の如何にかかわらず高精度の測定を可能
とする分光測光装置を提供せんとするものである。

［従来の技術］ 被測定光を入射スリットから入射し、これをコリメータ
鏡で反射して回転する回折格子に照射し、回折格子から
の回折光をカメラ鏡により集光して受光素子で光・電気
変換をし、増幅してＡ／Ｄ変換し、処理して被測定光に
含まれた各スペクトルの絶対パワーを得て表示部に表示
していた。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の装置においては、被測定光がその偏光状態を保持
したまま回折格子へ入射され、各スペクトルに分光され
ていたので、つぎのような問題点があった。

被測定光の偏光状態と、回折格子の溝との関係において
、波長とともに回折効率がどのように変わるかを第３図
に示し、これを用いて説明する。

回折格子の溝方向またはその直交方向に振動する２つの
直線偏光光に対する回折格子の分光効率の差が非常に大
きくなる波長域が存在する。

たとえば、太い点線で示した第３図（ａ）の特性曲線は
回折格子の溝の方向に直交する方向の直線偏光に対する
各波長における回折効率を示している。また細い点線で
示した（ｂ）は回折格子の溝の方向の直線偏光に対する
回折効率を示している。細い実線で示した（Ｃ）は回折
格子の溝の方向と４５度の方向の直線偏光に対する回折
効率を示している。（ａ＞と（ｂ）を比較すると、短波
長と長波長における回折効率の関係は逆転しており、（
Ｃ）は（ａ）と（ｂ）の両回線の中間の特性を示してい
る。このように被測定光の偏光方向と回折格子の溝の方
向との関係によって回折効率が著しく異なるので、測光
において誤差を生ずる大きな原因となっていた。

また各波長において偏光の向きが時間的に変動している
場合には、分光測定器の効率も時間的に変動してしまい
、正確な測定が不可能になる。このような分光効率の偏
光依存性のために、被測定光の偏光状態によって測定値
が異なったり変動したりする現象が生じていた。

従来の装置では、偏光特性に対する考慮がなされなかっ
たために、絶対パワーの高精度な測定も不可能であった
。

［問題点を解決するための手段］ 本発明はこのような問題点を解決するためになされたも
のでおり、被測定光の偏光状態を回折格子への入射前に
変換する偏光変換素子を設け、回折格子で回折光を得て
受光素子で受光するようにした。

［作用］ このようにして被測定光の偏光状態を変化せしめて、分
光効率がすくなくとも無偏光の光に対する分光効率以上
であるようにし、かつ偏光状態も考慮した分光効率で補
正するようにした。これによって、偏光依存性の好まし
くない効率の低下、および被測定光の偏光状態の時間的
変動によって測定値が変動することを防ぎ、ざらに被測
定光の絶対パワーの高精度の測定を可能にした。

［実施例］ 本発明の一実施例の構成を第１図に示し説明する。

１は被測定光を入射する入射部、２は直線偏光を無偏光
に変換する偏光変換素子、３はコリメータをなす凹面鏡
、４はＺ軸を中心に回転する回折格子、５はカメラ鏡を
なす凹面鏡、３１は受光素子を含む受光部、２２は回折
格子４の回折効率を格納するための効率メモリ部、２３
は演算部、２８は回折格子４の回転を駆動する回折格子
駆動部、２４は回折格子駆動部２８に回転の指示を与え
るだめの波長制御部、２７は演算部２３からの各波長に
おけるパワー・データと、波長制御部２４からの各波長
データとを受けて表示する表示部である。

入射部１から入射した被測定光は、偏光変換素子２を透
過する。偏光変換素子２はその光軸（４５°の矢印）が
表面に平行であり、かつ回折格子４の溝（Ｚ軸）方向に
対して４５度の角度をなす１軸性複屈折結晶体のウェッ
ジまたは２本の主軸が表面に平行でかつ回折格子の溝方
向に対して４５度の角度をなす２軸性複屈折結晶体のウ
ェッジと、このウェッジと同形でかつ屈折率のほぼ等し
いガラスのウェッジをはり合せた２個のウェッジからな
る平行平面板である。

１軸性複屈折結晶体において、光の伝播速度は光軸方向
とその直交方向とで異なるために、１軸性複屈折結晶体
を用いた偏光変換素子２に入射した被測定光は、その先
軸方向の振動成分とその直交方向に振動する成分との間
で伝播速度が異なるために位相差を生ずる。光軸方向（
４５°の矢印方向）に複屈折結晶体の厚さが連続的に変
化しているため、この位相差の変化量も光軸方向に連続
的に変化する。被測定光の回折格子４の溝方向（Ｚ軸方
向）の振動成分は大きざの等しい光軸方向（４５°矢印
方向）の振動成分およびその直交方向の振動成分に分け
られるが、偏光変換素子２から出射したとき、その位相
差は光軸方向に連続的に変化しており、全体としては無
偏光になる。

被測定光の回折格子４の溝と直交する方向（Ｙ軸方向）
の振動成分についても同様である。被測定光が回折格子
４の溝方向（Ｚ軸方向）と４５°の角度をなす振動方向
をもつ直線偏光である場合には、被測定光はその偏光状
態を変化させることなく偏光変換素子２を透過する。

偏光変換素子２から送られてくる光は、回折格子４に入
射される。回折格子４は入射光を各成分波長に分光して
波長毎に異なる角度で出射する機能をもっている。それ
で、回折格子４を回転させることによって各成分波長を
受光部３１に含まれた同一の受光素子で受光するために
、波長制御部２４で設定したデータにもとづき、回折格
子駆動部２８により駆動されて、各波長に対応する角度
に、Ｚ軸まわりに順次回転する。回折格子４における回
折効率は、第３図の太い実線で示した（ｄ＞の曲線のよ
うになり、細い実線で示した（Ｃ）の曲線に近い特性を
示す。回折格子４からの出射光は、受光部３１に含まれ
た受光素子により、そのパワーに比例した電気信号に変
換され、増幅され、Ａ／Ｄ変換されて、演算部２３に印
加される。偏光変換素子２の透過率、回折格子４の回折
効率、凹面鏡３および５の反射率と受光部３１に含まれ
た受光素子の光−電気変換の効率の積で表わされる検知
効率の波長特性を記憶した効率メモリ部２２１Ｊ、Ｘら
の被測定光に対する測定器の検知効率に関する情報と、
受光部３１からの各波長の絶対パワーが、演算部２３に
より計算される。測定中の各波長に関する情報は、波長
制御部２４から回折格子駆動部２８へ送出されると同時
に表示部２７にも送られ、演算部２３で求めた絶対パワ
ーは、表示部２７により表示される。

このような構造になっているから、被測定光の偏光状態
により測定器の効率が極端に低下するようなことはなく
、また被測定光の偏光状態が時間的に変動している場合
でも、安定した測定が可能であるという効果がある。さ
らに入射する光を無偏光にすることによって、入射光に
対する検知効率を高め、これを補正することによって、
絶対パワーの測定が可能になった。

第２図は本発明において効率の向上に重きを置いた場合
の他の実施例であり、第１図との差異を説明する。

７はビーム・スプリッター、８および９は偏光素子、３
２および３３は受光素子、２５は偏光測定部である。２
９は偏光変換素子駆動部であり、偏光変換素子２を図示
のごとく光路中に挿入したり、あるいは光路から除去す
るように駆動する。

２６は偏光変換素子制御部である。他の構成要素は第１
４図に示したものと同じである。

入射部１から印加された入射光はビーム・スプリッタ７
で２つに分割され、一部はＺ軸方向およびＹ、軸方向の
偏光成分を測定する偏光素子８，９、受光素子３２，３
３、偏光測定部２５を含む偏光測定系へ分岐され、残り
の大部分の光は回折格子４へ送られる。偏光測定系へ分
岐された光は、偏向素子８，９を透過することによって
、回折格子４の溝方向（Ｚ軸方向）の振動成分とその直
交方向（Ｙ軸方向）の振動成分に変換され、それぞれ受
光素子３２．３３で受光され、偏光測定部２５でそのパ
ワーの比が求められる。回折格子４の回折効率が第３図
で与えられるので、これに従って高い回折効率を得るよ
うに動作する。

すなわち、被測定光の波長成分のうち、６００　ｎｍよ
り短いところを測定する場合には、第３図（ｄ＞に示す
曲線の回折効率が曲線（ｂ）よりも高いから、被測定光
が回折格子４の溝方向（Ｚ軸方向）の成分を多く含んで
いることを偏光測定系の偏光測定部２５で検出すると、
それを偏光変換素子制御部２６に報知し、偏光変換素子
駆動部２９を駆動して、偏光変換素子２を光路中に挿入
する。この場合には、効率メモリ部２２の波長が、６０
０ｎｍより短いときに偏光変換素子２を用いた場合の検
知効率データを用いて、演算部２３で演算する。

波長成分が６００ｎｍより短いところを測定する場合で
、被測定光が回折格子４の溝に直交する方向（Ｙ軸方向
）の成分を多く含んでいることを偏光測定部２５で検出
すると、偏光変換素子駆動部２９が動作して偏光変換素
子２を光路から除去するから、（ａ）に示す曲線の回折
効率で測光される。この場合には、効率メモリ部２２の
波長が、６００ｎｍより短い場合の偏光変換素子２を用
いないときの検知効率データを用いて、演算部２３で演
算する。

被測定光の波長成分のうち、ｅｏｏｎｍないし１１０５
０ｎのところでは、第３図（ｄ）に示す曲線の回折効率
が曲線（ａ）よりも高いから、被測定光が回折格子４の
溝に直交する方向（Ｙ軸方向）の成分を多く含んでいる
ことを偏光測定系の偏光測定部２５で検出すると、それ
を偏光変換素子制御部２６に報知し、偏光変換素子駆動
部２９を駆動して、偏光変換素子２を光路中に挿入する
。この場合には、効率メモリ部２２の波長が、６００ｎ
ｍないし１１０５０ｎのときに偏光変換素子２を用いた
場合の検知効率デニタを用いて演算部２３で演算する。

波長成分が、６００ｎｍないし１１０５０ｎの範囲を測
定する場合で、被測定光が回折格子４の溝方向（Ｚ軸方
向）の成分を多く含んでいることを偏光測定部２５で検
出すると、偏光変換素子駆動部２９が動作して偏光変換
素子２を光路から除去するから、（ｂ）に示す曲線の回
折効率で測光される。

この場合には、効率メモリ部２２の波長が６００　ｎｍ
ないし１１０５０ｎの場合の偏光変換素子２を用いない
ときの検知効率データを用いて演詐部２３で演算する。

被測定光の波長成分のうち１１０５０ｎより長いところ
では、第３図（ｄ）に示す曲線の回折効率が曲線（ｂ）
よりも高いから、被測定光が回折格子４の溝方向（Ｚ軸
方向）の成分を多く含んでいることを偏光測定系の偏光
測定部２５で検出すると、それを偏光変換素子制御部２
６に報知し、偏光変換素子駆動部２９を駆動して、偏光
変換素子２を光路中に挿入する。この場合には、効率メ
モリ部２２の、波長が１１０５０ｎより長いときに偏光
変換素子２を用いた場合の検知効率データを用いて、演
算部２３で演算する。

波長成分が１１０５０ｎより長い範囲を測定する場合で
、被測定光が回折格子４の溝に直交する方向（Ｙ軸方向
）の成分を多く含んでいることを偏光測定部２５で検出
すると、偏光変換素子駆動部２９が動作して偏光変換素
子２を光路から除去するから、（ａ）に示す曲線の回折
効率で測光される。

この場合には、効率メモリ部２２の、波長が１１０５０
ｎより長い場合の偏光変換素子２を用いないときの検知
効率データを用いて、演算部２３で演算する。

このようにして回折格子４に入射した光は、各成分波長
に分けられ、各波長の光が受光部３１に含まれた受光素
子により、そのパワーに比例した電気信号に変換される
。各波長は、回折格子駆動部２８および波長制御部２４
により選択される。

ビーム・スプリッタ７の透過率、凹面鏡３．５の反射率
、回折格子４の溝方向に振動する直線偏光の光、溝と直
交方向に振動する直線偏光の光、および無偏光の光に対
する回折効率および受光部３１に含まれる受光素子の光
・電気変換の効率の積で表わされる溝方向の直線偏光の
光、その直交方向の直線偏光の光および無偏光の光に対
する測定器の検知効率の波長特性を記憶した効率メモリ
部２２からの、各測定波長に対する測定器の検知効率に
関する情報と、偏光測定部２５からの被測定光の回折格
子４の溝方向の振動成分と、その直交方向の振動成分の
パワーの比の情報と、受光部３１からの測定波長の情報
とから、被測定光の絶対パワーが演算部２３で計輝され
る。測定波長の情報は、波長制御部２４から回折格子駆
動部２８へ送出されている。この波長の情報と演算部２
３で求めた絶対パワーが表示部２７で表示される。

［発明の効果］ 以上説明したように、被測定光を無偏光の光または、回
折格子の溝方向に対して４５度の振動方向をもつ直線偏
光の光に変換してから回折格子へ導き、無偏光の光に対
する回折効率よりも低い場合にのみ、偏光の変換を実施
し、偏光状態に対応して用意しである効率テーブルで補
正することにより、偏光依存性の望ましくない効率の低
下が防がれ、被測定光の偏光状態の時間変動の影響を受
けずに測定ができ、ざらに被測定光の絶対パワーの高精
度な測定が可能であるという利点がある。

したがって、本発明の効果は極めて大きい。

【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図、第２図は本発
明の他の実施例を示す構成図、第３図は従来例の回折効
率と本発明の回折効率を示す特性図である。 １・・・入射部　　　　　　２．・・・偏光変換素子３
・・・凹面鏡　　　　　　４・・・回折格子５・・・凹
面鏡　　　　　　７・・・ビーム・スプリッタ８．９・
・・偏光素子　　　２２・・・効率メモリ部２３・・・
演算部　　　　　２４・・・波長制御部２５・・・偏光
測定部 ２６・・・偏光変換素子制御部 ２７・・・表示部　　　　　２８・・・回折格子駆動部
２９・・・偏光変換素子駆動部 ３１・・・受光部　　　　　３２．３３・・・受光素子
。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定光を入射するための入射手段と、前記入射
   手段からの被測定光を各波長成分に分光する回折格子手
   段と、 前記回折格子により分光した光を受けて受光データを出
   力する受光手段と、 前記被測定光が前記受光手段により検知される検知効率
   を各波長毎に記憶した効率メモリ手段と、前記受光手段
   の出力する受光データと前記効率メモリ手段からの検知
   効率を受けて、前記被測定光の絶対パワーを求める演算
   手段と を含む分光測光装置において、 前記回折格子手段に入射せしめる前記被測定光の偏光方
   向を変換するための偏光変換手段を具備することを特徴
   とする分光測光装置。
2. （２）前記偏光変換手段が、 前記回折格子の溝方向に対して４５度の角度をなす１軸
   性複屈折結晶体のウェッジと、 前記１軸性複屈折結晶体のウェッジと同形で実質的に屈
   折率が等しく、前記１軸性複屈折結晶体のウェッジと平
   行平面をなすように張り合わせたガラス製のウェッジと からなる特許請求の範囲第１項記載の分光測光装置。
3. （３）前記偏光変換手段が、 ２本の主軸が表面に平行で、かつ、前記回折格子の溝方
   法に対して４５度の角度をなす２軸性複屈折結晶体のウ
   ェッジと、 前記２軸性複屈折結晶体のウェッジと同形で実質的に屈
   折率が等しく、前記２軸性複屈折結晶体のウェッジと平
   行平面をなすように張り合わせたガラス製のウェッジと からなる特許請求の範囲第１項記載の分光測光装置。
4. （４）前記入射手段が、 前記被測定光の一部をとり出して偏光状態を測定するた
   めの偏光測定手段と、 前記偏光測定手段からの偏光状態に関するデータを受け
   て、前記偏光変換手段を前記被測定光の光路において挿
   抜することにより高い回折効率を得るための駆動手段と を含むものである特許請求の範囲第１項記載の分光測光
   装置。
5. （５）前記偏光測定手段が、 前記被測定光の一部をとり出すためのビーム・スプリッ
   タと、 前記ビーム・スプリッタからの被測定光のうち前記回折
   格子手段の溝方向の成分を通す第１の偏光素子と、 前記回折格子手段の溝に直行する方向の成分を通す第２
   の偏光素子と、 前記第１の偏光素子からの被測定光を検出する第１の受
   光手段と、 前記第２の偏光素子からの被測定光を検出する第２の受
   光手段と、 前記第１および第２の受光手段の出力を受けて前記被測
   定光の偏光状態を測定するための偏光状態測定手段と を含むことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の分
   光測光装置。