JP2004354209A - 光波長測定方法、光波長測定装置および光スペクトラム解析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基準の光源を用いることなく、光の波長を正確に測定する。
【解決手段】被測定光Ｐｃを分岐手段２１によって２分岐し、その一方Ｐｄの強度Ｅａを受光器２２で検出し、他方Ｐｅを光に対する透過率が波長によって変化する透過特性を有する透過素子２３に入射し、その出射光Ｐｅ′の強度Ｅｂを受光器２４で検出する。透過率算出手段３０は検出された２つの光の強度から、被測定光の透過素子２３に対する透過率Ｈを算出する。波長検出手段３３は、この算出された透過率Ｈと透過素子２３の透過特性とに基づいて、被測定光Ｐｃの波長λｘを求める。
【選択図】 図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光の波長を正確に測定するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光に含まれる各波長成分の強度を測定するための装置として、図１５に示すような光学系を有する光スペクトラム解析装置が従来から用いられていた。
【０００３】
図１５において、入射端子１０ａから入射された被測定光Ｐは、コリメートレンズ１１により平行光Ｐ′に変換されて、回折格子１２に入射される。
【０００４】
回折格子１２は入射した光Ｐ′をその波長に応じた回折角で出射し、その回折格子１２から出射された光Ｐａは、回折格子１２に対して角度を変えることが可能に構成されたミラー１３に入射し、その反射光Ｐｂが回折格子１２へ再入射する。
【０００５】
この反射光Ｐａに対する回折格子１２の出射光のうち、所定の出射角度で出射される光Ｐｃが受光器１４に入射されて、その強度が検出される。
【０００６】
受光器１４に入射される光Ｐｃの波長は、回折格子１２に対するミラー１３の角度によって決定され、ミラー１３を図示しない駆動装置によって所望の角度範囲で往復回転させることにより、受光器１４に入射される光Ｐｃの波長を所望の波長範囲内で掃引することができる。
【０００７】
したがって、回折格子１２に対するミラー１３の角度あるいはその角度に対応した駆動信号の大きさと、受光器１４に実際に入射される光Ｐｃの波長λとの関係を予め求めておき、駆動装置によってミラー１３の角度を変化させたときに、その角度に応じた波長情報と、受光器１４によって検出される光の強度とを対応付けて取得することで、被測定光Ｐのスペクトラム特性を解析することができる。
【０００８】
なお、上記光学系でミラー１３を用いずに、回折格子１２の角度を駆動装置により可変して受光器１４に入射する光の波長を掃引する基本的な光学系により、光の波長と強度の関係を示すスペクトラム特性を解析する技術が、次の特許文献１に開示されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−１６８６９２公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようにミラー１３を動かして波長を変化させる光学系を用いた従来の光スペクトラム解析装置では、駆動信号の大きさとミラー１３の角度との対応関係が経時変化し、得られるスペクトラム特性の強度と波長との関係が合わなくなり、被測定光の正確なスペクトラム特性を解析できなくなるという問題があった。
【００１１】
これを解決するために、例えばガス吸収セルを通過した基準光を入射してその吸収線スペクルのデータを求め、その波長をガス固有の安定な吸収線波長で校正する方法も考えられるが、校正のための作業が煩雑で、装置構成も大掛かりとなり、しかも、被測定光を入射している状態では、その校正された波長精度が得られているとは限らない。
【００１２】
本発明は、この問題を解決し、基準の光源を用いることなく、光の波長を正確に測定できる波長測定方法および装置を提供するとともに、その波長測定方法および装置を用いて、被測定光を入射した状態でスペクトラム特性を正確に求めることができる光スペクトラム解析装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１の光波長測定方法は、
光に対する透過率が波長によって変化する透過特性を有する透過素子に被測定光を入射するとともに、その入射光の強度と前記透過素子を通過して出射された出射光の強度を検出する段階（Ｓ１）と、
前記検出された入射光と出射光の強度から被測定光の前記透過素子に対する透過率を算出する段階（Ｓ２）と、
算出された透過率と前記透過素子の透過特性とに基づいて、被測定光の波長を求める段階（Ｓ３）とを含んでいる。
【００１４】
また、本発明の請求項２の光波長測定方法は、
光に対する透過率が波長に対して周期的に変化する透過特性を有する第１の透過素子と、光に対する透過率が波長に対して周期的に変化する透過特性で且つ前記第１の透過素子の透過特性と異なる透過特性を有する第２の透過素子に被測定光を入射するとともに、各透過素子についてその入射光の強度と透過素子を通過して出射された出射光の強度をそれぞれ検出する段階（Ｓ１１）と、
前記検出された入射光と出射光の強度から被測定光の前記各透過素子に対する透過率を算出する段階（Ｓ１２）と、
算出された透過率と前記各透過素子の透過特性とに基づいて、被測定光の波長を求める段階（Ｓ１３）とを含んでいる。
【００１５】
また、本発明の請求項３の光波長測定装置は、
被測定光を分岐して異なる複数の光路へ出射する分岐手段（２１）と、
前記分岐手段から第１の光路に出射された光の強度を検出する第１の受光器（２２）と、
光に対する透過率が波長によって変化する透過特性を有し、前記分岐手段から第２の光路に出射された光を通過させる透過素子（２３）と、
前記透過素子を通過した光の強度を検出する第２の受光器（２４）と、
前記第１の受光器および前記第２の受光器によって検出された光の強度から前記透過素子に対する被測定光の透過率を算出する透過率算出手段（３０）と、
前記透過率算出手段によって算出された透過率と前記透過素子の透過特性とに基づいて、被測定光の波長を求める波長検出手段（３３）とを備えている。
【００１６】
また、本発明の請求項４の光波長測定装置は、
被測定光を分岐して異なる複数の光路へ出射する分岐手段（２１）と、
前記分岐手段から第１の光路に出射された光の強度を検出する第１の受光器（２２）と、
光に対する透過率が波長に対して周期的に変化する透過特性を有し、前記分岐手段から第２の光路に出射された光を通過させる第１の透過素子（２３）と、
前記第１の透過素子を通過した光の強度を検出する第２の受光器（２４）と、光に対する透過率が波長に対して周期的に変化する透過特性で且つ前記第１の透過素子の透過特性と異なる透過特性を有し、前記分岐手段から第３の光路に出射された光を通過させる第２の透過素子（２５）と、
前記第２の透過素子を通過した光の強度を検出する第３の受光器（２６）と、前記第１の受光器および前記第２の受光器によって検出された光の強度から前記第１の透過素子に対する被測定光の透過率を算出する第１の透過率算出手段（３０）と、
前記第１の受光器および前記第３の受光器によって検出された光の強度から前記第２の透過素子に対する被測定光の透過率を算出する第２の透過率算出手段（３１）と、
前記第１の透過率算出手段および第２の透過率算出手段によって算出された透過率と前記第１の透過素子および第２の透過素子の透過特性とに基づいて、被測定光の波長を求める波長検出手段（３３′）とを備えている。
【００１７】
また、本発明の請求項５の光スペクトラム解析装置は、
スペクトラム解析の対象となる被測定光を入射するための入射端子（４０ａ）と、
前記入射端子から入射された被測定光を受けて回折する回折格子（４２）と、前記被測定光に対して前記回折格子が回折した光を受けて前記回折格子へ反射させるミラー（４３）と、
前記回折格子に対する前記ミラーの角度を変化させて、該ミラーからの反射光に対して前記回折格子が所定の出射角で出射する光の波長を変化させるとともにその波長に対応した波長情報を出力する波長掃引手段（４７、５０）と、
前記回折格子が前記所定の出射角で出射する光を分岐して複数の光路へ出射する分岐手段（２１）と、
前記分岐手段から第１の光路へ出射された光の強度を検出する第１の受光器（２２）と、
光に対する透過率が波長によって変化する透過特性を有し、前記分岐手段から第２の光路へ出射された光を通過させる透過素子（２３）と、
前記透過素子を通過した光の強度を検出する第２の受光器（２４）と、
前記第１の受光器および第２の受光器によって検出された光の強度を前記波長情報に対応付けて記憶するスペクトラムデータ取得手段（５０）と、
前記スペクトラムデータ取得手段によって取得された光の強度から前記透過素子を通過した光の透過率を算出する透過率算出手段（３０）と、
前記透過率算出手段によって算出された透過率と前記透過素子の透過特性とに基づいて、前記分岐手段に入射された光の波長を求める波長検出手段（３３）と、
前記波長検出手段によって検出された波長に基づいて、前記波長情報を校正する波長校正手段（５５）とを備えている。
【００１８】
また、本発明の請求項６の光スペクトラム解析装置は、
スペクトラム解析の対象となる被測定光を入射するための入射端子（４０ａ）と、
前記入射端子から入射された被測定光を受けて回折する回折格子（４２）と、前記被測定光に対して前記回折格子が回折した光を受けて前記回折格子へ反射させるミラー（４３）と、
前記回折格子に対する前記ミラーの角度を変化させて、該ミラーからの反射光に対して前記回折格子が所定の出射角で出射する光の波長を変化させるとともにその波長に対応した波長情報を出力する波長掃引手段（４７、５０）と、
前記回折格子が前記所定の出射角で出射する光を分岐して複数の光路へ出射する分岐手段（２１′）と、
前記分岐手段から第１の光路へ出射された光の強度を検出する第１の受光器（２２）と、
光に対する透過率が波長に対して周期的に変化する透過特性を有し、前記分岐手段から第２の光路へ出射された光を通過させる第１の透過素子（２３）と、
前記第１の透過素子を通過した光の強度を検出する第２の受光器（２４）と、光に対する透過率が波長に対して周期的に変化する透過特性で且つ前記第１の透過素子と異なる透過特性を有し、前記分岐手段から第３の光路へ出射された光を通過させる第２の透過素子（２５）と、
前記第２の透過素子を通過した光の強度を検出する第３の受光器（２６）と、前記第１の受光器、第２の受光器および第３の受光器によって検出された光の強度を前記波長情報に対応付けて記憶するスペクトラムデータ取得手段（５０′）と、
前記スペクトラムデータ取得手段によって取得された光の強度から前記第１の透過素子を通過した光の透過率を算出する第１の透過率算出手段（３０）と、
前記スペクトラムデータ取得手段によって取得された光の強度から前記第２の透過素子を通過した光の透過率を算出する第２の透過率算出手段（３１）と、
前記第１の透過率算出手段および第２の透過率算出手段によって算出された透過率と前記第１の透過素子および第２の透過素子の透過特性とに基づいて、前記分岐手段に入射された光の波長を求める波長検出手段（３３′）と、
前記波長検出手段によって検出された波長に基づいて、前記波長情報を校正する波長校正手段（５５）とを備えている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の波長測定方法の手順を示すフローチャートである。
【００２０】
以下、このフローチャートに基づいて本発明の波長測定方法について説明する。なお、この波長測定方法は、単一波長の被測定光の波長を測定する方法である。
【００２１】
始めに、光に対する透過率が例えば図２に示すように波長の単調変化に対して単調変化する透過特性Ｆを有し、その特性が安定な透過素子に、波長λｘの被測定光を入射するとともに、その入射光の強度Ｅａと透過素子を通過して出射された出射光の強度Ｅｂを検出する（Ｓ１）。
【００２２】
次に、検出された入射光と出射光の強度Ｅａ、Ｅｂから被測定光の透過素子に対する透過率Ｈを、
Ｈ＝Ｅｂ／Ｅａ
の演算によって算出する（Ｓ２）。
【００２３】
なお、透過率は、減衰率（損失）が決まれば一義的に決まる値であるから、以下の説明で「透過」を「減衰」に置き換えてもよい。そのように置き換えた場合も本発明に含まれるものとする。
【００２４】
そして、この算出された透過率Ｈと透過素子の透過特性Ｆとに基づいて、被測定光の波長λｘを求める（Ｓ３）。
【００２５】
ここで、図２に示した透過特性Ｆのように、透過素子の透過率が広い波長範囲内で波長の単調変化に対して単調変化している場合、透過率Ｈが決まれば、波長も一義的に決まる。
【００２６】
したがって、この透過特性Ｆを予め記憶していれば、算出された透過率Ｈから被測定光の波長λｘを特定できる。
【００２７】
この波長測定方法の測定精度は、透過素子の透過特性の安定度によって決まり、その透過特性が極めて安定なものとしては、エタロン（ＥＴＡＲＯＮ）と呼ばれる光学櫛形フィルタを用いることができる。
【００２８】
ただし、このエタロンは、図３に示すように、波長の単調変化に対して透過率がほぼ一定波長間隔で周期的に増減変化する透過特性Ｆａを有しているため、算出された透過率Ｈに対して、一つの波長を特定することができないが、一般的に単一波長の光を測定する場合、その波長の概略値は既知であるから、算出された透過率Ｈに対応する複数の波長のうち、その概略値に最も近いものを被測定光の波長λｘとして選択すればよい。
【００２９】
また、例えば図４に示すように、増減変化の周期が僅かに異なる透過特性Ｆａ、Ｆｂをそれぞれ有する透過素子を用いれば、波長の概略値が全く不明の光の波長を求めることができる。
【００３０】
このように異なる透過特性の透過素子を用いた場合には、図５に示すように、その２つの透過素子に被測定光を入射して、それぞれの入射光の強度Ｅａ、Ｅａ′と通過光の強度Ｅｂ、Ｅｂ′を検出し（Ｓ１１）、その検出された入射光と出射光の強度から被測定光の各透過素子に対する透過率Ｈ１、Ｈ２を、
Ｈ１＝Ｅｂ／Ｅａ
Ｈ２＝Ｅｂ′／Ｅａ′
の演算によって算出する（Ｓ１２）。
【００３１】
そして、一方の透過素子の透過特性Ｆａで透過率がＨ１となる複数の波長のうち、他方の透過素子の透過特性Ｆｂで透過率がＨ２となる波長を、被測定光の波長λｘとして検出する（Ｓ１３）。
【００３２】
次に、上記の波長測定方法を用いた波長測定装置の実施形態について説明する。
【００３３】
図６に示す波長測定装置２０は、波長の概略値がわかっている被測定光を対象とするものであり、被測定光Ｐｃをビームスプリッタ等からなり波長依存性がない分岐手段２１によって２つの光路に分岐する。
【００３４】
なお、分岐手段２１の入射端から第１の光路への透過率をα、第２の光路への透過率をβとし、ともに既知とする。
【００３５】
分岐手段２１から第１の光路へ出射される光Ｐｄは、第１の受光器２２に入射されて、その光の強度に対応した電圧の信号Ｅａに変換されて透過率算出手段３０へ出力される。
【００３６】
また、分岐手段２１から第２の光路へ出射される光Ｐｅは、例えば前記したエタロン等のように透過率が波長に対して周期的に変化する透過特性の透過素子２３に入射され、この透過素子２３を透過した光Ｐｅ′が第２の受光器２４に入射されて、その光の強度に対応した電圧の信号Ｅｂに変換されて透過率算出手段３０へ出力される。
【００３７】
透過率算出手段３０は、第１の受光器２２で検出された光の強度Ｅａと第２の受光器２４で検出された光の強度Ｅｂから、透過素子２３に対する被測定光の透過率Ｈを算出する。
【００３８】
即ち、分岐手段２１に入射される光Ｐｃの強度をＥ０とし、分岐手段２１の出射光路毎の透過率α、βとすれば、第１の受光器２２に入射される光Ｐｄについて、
Ｅａ＝αＥ０
Ｅ０＝Ｅａ／α
が成立する。
【００３９】
したがって、透過素子２３に入射される光Ｐｄの強度は、
βＥ０＝（β／α）Ｅ０
となる。
【００４０】
よって、透過素子２３を通した光の透過率Ｈは、
Ｈ＝Ｅｂ／βＥ０＝（α／β）（Ｅｂ／Ｅａ）
と表され、この式に第１の受光器２２と第２受光器２４の出力を代入することで、透過率Ｈを求めることができる。なお、分岐手段２１の出射光路毎の分岐率が等しい場合には、受光器の出力Ｅａ、Ｅｂの比のみから透過率Ｈを求めることができる。
【００４１】
このようにして算出された透過率Ｈは、波長検出手段３３に出力される。
波長検出手段３３は、予め透過素子２３の透過特性Ｆａを記憶しており、その透過特性、算出された透過率Ｈおよび波長概略値とに基づいて、被測定光の波長λｘを求める。
【００４２】
図７に示す波長測定装置２０′は、波長の概略値が不明な被測定光を対象とするものであり、被測定光Ｐｃを波長依存性のない分岐手段２１′によって３つの光路に分岐する。なお、３つの光路への分岐率はそれぞれα、β、γで既知とする。
【００４３】
分岐手段２１′から第１の光路へ出射される光Ｐｄは、第１の受光器２２に入射されて、その光の強度に対応した電圧の信号Ｅａに変換されて、第１の透過率算出手段３０および第２の透過率算出手段３１に出力される。
【００４４】
また、分岐手段２１′から第２の光路へ出射される光Ｐｅは、前記図４の透過特性Ｆａを有する第１の透過素子２３に入射され、この第１の透過素子２３を透過した光Ｐｅ′が第２の受光器２４に入射されて、その光の強度に対応した電圧の信号Ｅｂに変換されて第１の透過率算出手段３０へ出力される。
【００４５】
また、分岐手段２１′から第３の光路へ出射される光Ｐｆは、第１の透過素子２３と異なる透過特性（図４のＦｂ）を有する第２の透過素子２５に入射され、この第２の透過素子２５を透過した光Ｐｆ′が第３の受光器２６に入射されて、その光の強度に対応した電圧の信号Ｅｃに変換されて第２の透過率算出手段３１へ出力される。
【００４６】
第１の透過率算出手段３０は、前記同様に第１の受光器２２で検出された光の強度Ｅａと第２の受光器２４で検出された光の強度Ｅｂに基づいて、第１の透過素子２３に対する被測定光の透過率Ｈ１を、
Ｈ１＝（α／β）（Ｅｂ／Ｅａ）
の演算によって算出して、波長検出手段３３′に出力する。
【００４７】
また、第２の透過率算出手段３１は、第１の受光器２２で検出された光の強度Ｅａと第３の受光器２６で検出された光の強度Ｅｃに基づいて、第２の透過素子２５に対する被測定光の透過率Ｈ２を、
Ｈ２＝（α／γ）（Ｅｃ／Ｅａ）
の演算によって算出して、波長検出手段３３′に出力する。
【００４８】
この場合でも、分岐手段２１′の出射光路毎の分岐率が等しい場合には、各受光器の出力Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃのみから各透過率Ｈを求めることができる。
【００４９】
波長検出手段３３′は、予め第１の透過素子２３と第２の透過素子２５の透過特性を記憶しており、それらの透過特性および算出された２つの透過率Ｈ１、Ｈ２に基づいて、被測定光の波長λｘを求める。
【００５０】
この波長検出は、前記したように、一方の透過素子２３の透過特性Ｆａで透過率がＨ１となる複数の波長のうち、他方の透過素子２５の透過特性Ｆｂで透過率がＨ２となる波長を、被測定光の波長として検出すればよい。
【００５１】
このように、実施形態の波長測定装置では、透過率が波長に対して変化する透過特性を有する透過素子に被測定光を通過させ、その入射光強度と出射光強度を検出して、その光の透過率を算出し、算出した透過率と透過素子の透過特性とから被測定光の波長を検出している。
【００５２】
このため、基準光源を用いた波長校正を行なうことなく、単一波長の被測定光の波長を正確に求めることができる。
【００５３】
次に、上記波長測定装置を要部として有する光スペクトラム解析装置の実施形態を図８に基づいて説明する。
【００５４】
図８に示している光スペクトラム解析装置４０は、入射端子４０ａに入射されたスペクトラム解析対象の被測定光Ｐをコリメートレンズ４１によって平行光Ｐ′に変換して回折格子４２に入射し、その回折光Ｐａをミラー４３で受けてその反射光Ｐｂを回折格子４２に再入射する。なお、被測定光Ｐが平行光の場合には、コリメートレンズ４１を省略することができる。また、以下の説明では前記した波長測定装置２０、２０′の構成要素と同等のものには同一符号を付している。
【００５５】
ここで、ミラー４３は、例えば図９に示すように構成されている。
即ち、ミラー４３は、半導体基板をエッチングして形成したものであり、外形が矩形の枠状基板４４と、枠状基板４４の中央部に配置され、外形が矩形で一面側に光を高い反射率で反射する反射面が形成された反射板４５と、枠状基板４４の上板４４ａの中間部と反射板４５の上縁中間部の間および下板４４ｂの中間部と反射板４５の下縁中間部の間を連結し、長手方向に沿って捩じれ変形が可能な一対の連結部４６、４６とを有しており、この連結部４６の捩じれ変形により、反射板４５は連結部４６、４６を結ぶ線を中心にして所定角度範囲内で回転できるようになっている。
【００５６】
したがって、このミラー４３の反射板４６の端部に外力を加えることで、反射板４４の角度を可変することができる。
【００５７】
この反射板４５に対して外力を与えるための駆動装置４７としては、静電力を与えるものあるいは電磁力を与えるもののいずれでもよい。
【００５８】
静電力を用いる場合には、例えば反射板４５（ミラー４３全体でもよい）の表面に導電層を形成するとともに、図１０のように、反射板４５の両端部にそれぞれ対向する固定電極４８、４９を設け、反射板４５と固定電極４８、４９の間に電圧Ｖを印加することで、反射板４５の両端と固定電極４８、４９の間に静電引力を生じさせ、反射板４５の角度を変化させる。
【００５９】
例えば、図１０の（ａ）のように、反射板４５と一方の固定電極４８の間に電圧Ｖを印加すれば、反射板４５の左側と固定電極４８との間に静電引力が生じて反射板４５は反時計回り回転して、静電引力と連結部４６、４６の復帰力とが釣り合う角度位置で停止する。
【００６０】
また、図１０の（ｂ）のように、反射板４５と他方の固定電４９の間に電圧Ｖを印加すれば、反射板４５の右側と固定電極４９との間に静電引力が生じて反射板４４は時計回り回転して、静電引力と連結部４６、４６の復帰力とが釣り合う角度位置で停止する。
【００６１】
また、固定電極４８、４９に所定周期で且つ交互に電圧を印加すれば、反射板４５は所定角度範囲内で往復回転することになる。
【００６２】
また、固定電極４８、４９に異なる電圧を同時に印加すれば、反射板４５はその電圧差に応じた角度位置で停止することになる。
【００６３】
なお、ここでは、反射板４５の表面側の両端に対向する位置に固定電極４８、４９を設けていたが、この固定電極４８、４９を反射板４５の背面側にも設けて、反射板４５の動きをより細かく制御することも可能である。
【００６４】
また、図示しないが、電磁力を用いる場合には、例えば、反射板４５の両端部に磁力で引かれる金属層を設け、これと対向するコイルに電流を流して、両者の間に生じた電磁力により、反射板４５の角度を可変したり、所定角度範囲内で往復回転させる。
【００６５】
このように半導体基板をエッチングして構成したミラー４３は、小型に且つ軽量に構成することができ、反射板４５の角度を高速に可変することができる。
【００６６】
なお、ここで示したミラー４３と駆動装置４７の構成は一例であり、最も簡単には平面鏡をステッピングモータ等の回転駆動装置によって回転させる構成としてもよい。
【００６７】
掃引制御手段５０は、駆動装置４７とともに波長掃引手段を構成するものであり、図示しない操作部等によって指定された掃引波長範囲に対応した角度範囲でミラー４３が回転するための駆動信号Ｄを駆動装置４６に出力し、その駆動信号Ｄの大きさに対応する波長情報λを順次出力するとともに、掃引の開始タイミングを示す掃引開始信号Ｓｓと、掃引の終了タイミングを示す掃引終了信号Ｓｅを出力する。
【００６８】
なお、ここでは、波長情報が波長の値そのものを表し、その波長値を校正する場合について説明するが、この波長情報は、分岐手段２１に入射される光の波長に対応した値であればよく、ミラー４３の角度データ、駆動信号の電圧値、後述するメモリのアドレス値であってもよい。
【００６９】
また、ミラー４３からの反射光Ｐｂに対して、回折格子４２が所定角度で出射する光Ｐｃは、前記した分岐手段２１によって第１の光路と第２の光路へ分岐出射される。ここで、前記したように、分岐手段２１の第１の光路側への透過率はα、第２の光路側への透過率はβとする。
【００７０】
第１の光路に出射された光Ｐｄは、第１の受光器２２に入射されて、その入射強度に比例した電圧の信号Ｅａ（ｔ）が出力される。
【００７１】
また、第２の光路に出射された光Ｐｅは、波長によって透過率が変化する透過特性を有する透過素子２３に入射され、その透過素子２３を通過した光Ｐｅ′が、第１の受光器２２と等しい受光特性をもつ第２の受光器２４に入射されて、その入射強度に比例した電圧の信号Ｅｂ（ｔ）が出力される。
【００７２】
この透過素子２３の透過特性は任意で、前記した図２の透過特性Ｆや、図３に示したエタロン等の透過特性Ｆａのいずれでもよいが、ここでは、ＷＤＭ光ネットワーク通信で用いられる光の測定を主目的にして、図１１のように、波長間隔ＡがＩＴＵによって規定されている間隔（ＩＴＵグリッドの間隔）に設定され、且つ、そのＩＴＵグリッドの各波長Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｎが透過率の単調変化領域（図１１は単調増加領域の例を示しているが単調減少領域でもよい）に設定された透過特性Ｆａをもっているものとする。
【００７３】
第１の受光器２２の出力信号Ｅａ（ｔ）と第２の受光器２４の出力信号Ｅｂ（ｔ）は、スペクトラムデータ取得手段５１に入力される。
【００７４】
スペクトラムデータ取得手段５１は、入力される信号Ｅａ（ｔ）、Ｅｂ（ｔ）を、掃引制御手段５０から出力される波長情報λの更新周期と同一周期でサンプリングしてディジタル値に変換し、そのサンプル値Ｅａ（ｋ）、Ｅｂ（ｂ）を波長情報λに対応付けてそれぞれメモリ５２、５３に記憶する。
【００７５】
例えば、各ＩＴＵグリッドの近傍にほぼ等しい強さの波長成分を有する光が被測定光Ｐとして入射され、その波長範囲が掃引された場合、第１の受光器２２には、被測定光Ｐに含まれる各波長成分が分岐手段２１を介して入射されて、メモリ５２には、図１２の（ａ）に示すように、その光に含まれる各波長毎の強度Ｅａ（ｋ）のデータ列で表されるスペクトラムデータが記憶されることになる。
【００７６】
また、第２の受光器２４には、被測定光Ｐに含まれる各波長成分が分岐手段２１および透過素子２３を介して入射され、メモリ５３には、図１２の（ｂ）のように、透過素子２３の透過特性の影響を受けた光に含まれる各波長毎の強度Ｅｂ（ｋ）のデータ列で表されるスペクトラムデータが記憶されることになる。
【００７７】
透過率算出手段３０は、メモリ５２、５３に記憶されたスペクトラムデータ、即ち、第１の受光器２２および第２の受光器２４によって検出された光の強度とそれに対応付けされた波長情報とに基づいて、透過素子２３を通過した光の透過率を算出する。
【００７８】
例えば、図１２の（ｂ）に示しているように、メモリ５３に記憶された各サンプル値Ｅｂ（ｋ）のうち、透過素子２３の透過率が単調変化する各波長領域のなかで最も大きな値となるサンプル値Ｅｍ（ｉ１）〜Ｅｍ（ｉｎ）を波長検出対象値として選択し、その各波長検出対象値Ｅｍ（ｉ１）〜Ｅｍ（ｉｎ）と、それに対応した波長情報λ（ｉ）に対応付けされてメモリ５２に記憶されている各サンプル値Ｅａ（ｉ１）〜Ｅａ（ｉｎ）（図１２の（ａ））と、分岐手段２１の透過率α、βとを用いて、各波長毎の透過率を以下のように求める。
【００７９】
Ｈ（ｉ１）＝（α／β）Ｅｍ（ｉ１）／Ｅａ（ｉ１）
Ｈ（ｉ２）＝（α／β）Ｅｍ（ｉ２）／Ｅａ（ｉ２）
……
Ｈ（ｉｎ）＝（α／β）Ｅｍ（ｉｎ）／Ｅａ（ｉｎ）
【００８０】
波長検出手段３３は、透過率算出手段３０によって算出された各透過率Ｈ（ｉ１）〜Ｈ（ｉｎ）と予め記憶されている透過素子２３の透過特性Ｆａとに基づいて、各サンプル値Ｅａ（ｉ１）〜Ｅａ（ｉｎ）の波長λｘ（ｉ１）〜λｘ（ｉｎ）を求める。
【００８１】
ただし、前記したように、エタロンを透過素子２３として用いた場合、算出された透過率から波長を一義的に求めることはできないので、その算出された一つの透過率Ｈ（ｉｊ）（ｊ＝１〜ｎ）に対して透過特性Ｆａから得られる複数の波長のうち、波長検出対象値Ｅｍ（ｉｊ）に対応付けされてメモリ５３に記憶されている波長λ（ｋ）に最も近い波長をその波長検出対象値Ｅｍ（ｉｊ）に対応した正確な波長λｘ（ｉｊ）として選択する。
【００８２】
波長校正手段５５は、波長検出手段３３によって得られた各波長λｘ（ｉ１）〜λｘ（ｉｎ）に基づいて、このスペクトラム解析装置４０の波長情報を校正する。
【００８３】
この波長校正の対象はスペクトラム解析装置の構成に応じて行なえばよく、ここでは、メモリ５２に記憶されている各サンプ値Ｅａ（ｋ）の波長λ（ｋ）を校正する例を示している。
【００８４】
即ち、上記のように、ＷＤＭ光ネットワーク通信で用いられるＩＴＵグリッドの光が入射されて、複数の強度データについての正確な波長が得られた場合には、各波長検出対象値Ｅｍ（ｉｊ）毎に検出された各波長λｘ（ｉｊ）と各波長検出対象値Ｅｍ（ｉｊ）に対応付けられて記憶された波長情報との誤差Δλ（ｉｊ）をそれぞれ求め、掃引制御手段２１が出力する波長情報に対する誤差Δλ（ｉｊ）の変化特性Ｑを例えば図１３のように求める。
【００８５】
そして、この変化特性Ｑに基づいて、メモリ５２に記憶されているスペクトラムデータの各波長情報を減算補正する。
【００８６】
スペクトラム波形表示手段５６は、上記のようにして波長情報が校正されたメモリ５２のスペクトラムデータを読み出すとともに、表示器５７の画面上に、横軸を波長軸、縦軸をパワー軸の直交座標を表示し、その直交座標上にスペクトラムデータの波形を表示させる。
【００８７】
このスペクトラム波形の波長軸は波長校正手段５５によって校正されているため、ＩＴＵグリッド近傍の各スペクトラムの波長と強度を正確に把握できる。
【００８８】
このように、実施形態のスペクトラム解析装置４０では、ミラー４３からの反射光に対して回折格子４２が所定角度で出射する光Ｐｃを２つの光路に分岐し、その一方の分岐光を第１の受光器２２に入射し、その受光器２２の出力から被測定光のスペクトラムデータを求めるとともに、他方の分岐光を波長に対して透過率が変化する安定な透過特性Ｆａを有する透過素子２３に入射し、その通過光を第２の受光器２４に入射して、そのスペクトラムデータを求め、両スペクトラムデータから透過素子２３を通過した光の透過率を算出し、算出された透過率と透過素子２３の透過特性Ｆａとに基づいて、透過素子２３を通過した光の波長を求め、その求めた波長に基づいて被測定光のスペクトラムデータの波長を校正している。
【００８９】
このため、従来のように波長校正用の別光源を用いることなく、簡単な構成で被測定光のスペクトラム測定と波長校正とを並行して行なうことができる。
【００９０】
また、透過素子２３として、所定波長間隔で透過率が周期的に変化する透過特性Ｆａを有するエタロンを用いた場合には、上記のようにＷＤＭ光ネットワーク通信で用いられるＩＴＵグリッドの光のスペクトラム特性を高い波長精度で求めることができる。
【００９１】
なお、上記実施形態の光スペクトラム解析装置４０では、回折格子４２から所定角度で出射された光Ｐｃを２光路に分岐してその一方を第１の受光器２２で受光し、他方を透過素子２３に入射してその通過光を第２の受光器２４で受光していたが、図１４に示すスペクトラム解析装置４０′のように、回折格子４２から所定角度で出射された光Ｐｃを分岐手段２１′によって３光路に分岐し、第１の光路に出射された光Ｐｄを第１の受光器２３で受光し、第２の光路に出射された光Ｐｅを第１の透過素子２３に入射してその通過光Ｐｅ′を第２の受光器２４で受光し、さらに第３の光路に出射された光Ｐｆを第２の透過素子２５に入射してその通過光Ｐｆ′を第３の受光器２６で受光するように構成してもよい。
【００９２】
この構成の場合、前記したように、第２の透過素子２５の透過特性Ｆｂは、第１の透過素子２３の透過特性Ｆａと異なるようにしておく。
【００９３】
そして、前記同様に、波長が掃引されたときの各受光器２２、２４、２６の出力信号Ｅａ（ｔ）、Ｅｂ（ｔ）、Ｅｃ（ｔ）を、スペクトラムデータ取得手段５１′によってサンプリングしてそのサンプル値Ｅａ（ｋ）、Ｅｂ（ｋ）、Ｅｃ（ｋ）を波長情報λに対応付けてそれぞれメモリ５２、５３、５４に記憶する。
【００９４】
そして、第１の透過率算出手段３０は、前記同様にメモリ５２、５３に記憶されたスペクトラムデータに基づいて、第１の透過素子２３を通過した光の透過率Ｈ１（ｉｊ）を求める。また、第２の透過率算出手段３１は、メモリ５２、５４に記憶されたスペクトラムデータに基づいて、第２の透過素子２５を通過した光の透過率Ｈ２（ｉｊ）を求める。
【００９５】
波長検出手段３０′は、波長毎にそれぞれ２組ずつ得られた透過率Ｈ１（ｉｊ）、Ｈ２（ｉｊ）と、２つの透過素子２３、２５の透過特性Ｆａ、Ｆｂとから、各透過率Ｈ１（ｉｊ）、Ｈ２（ｉｊ）によって決まる光の正確な波長λｘ（ｉｊ）を求める。
【００９６】
この場合には、ある波長について得られた２つの透過率Ｈ１（ｉｊ）、Ｈｂ（ｉｊ）から、一義的に一つの波長λｘ（ｉｊ）を求めることができ、前記したように、掃引制御手段５０の波長情報を参照する必要はない。
【００９７】
そして、得られた正確な波長λｘ（ｉｊ）に基づいて、前記同様に波長校正することで、被測定光についてのスペクトラムデータの波長情報を校正できる。
【００９８】
また、上記した実施形態のスペクトラム解析装置４０、４０′では、メモリ５２に記憶されたスペクトラムデータの波長情報を補正していたが、これは本発明を限定するものではなく、掃引制御手段５０が出力する波長情報を校正したり、スペクトラム波形表示手段５６において、表示する波形の波長情報を補正してもよい。
【００９９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の波長測定方法および装置は、光に対する透過率が波長によって変化する透過特性を有する透過素子に被測定光を入射するとともに、その入射光の強度と透過素子を通過して出射された出射光の強度を検出し、その検出された入射光と出射光の強度から被測定光の透過素子に対する透過率を求め、求めた透過率と透過素子の透過特性とに基づいて、被測定光の波長を求めている。
【０１００】
このため、基準光源を用いることなく、単一波長の被測定光の波長を正確に求めることができる。
【０１０１】
また、光に対する透過率が波長に対して周期的に変化する透過特性を有する第１の透過素子および第２の透過素子に被測定光を入射するとともに、各透過素子についてその入射光の強度と透過素子を通過して出射された出射光の強度をそれぞれ検出し、その検出された入射光と出射光の強度から被測定光の各透過素子に対する透過率を求め、求めた透過率と各透過素子の透過特性とに基づいて、被測定光の波長を求めるようにしたものでは、波長の概略値が不明の単一波長の被測定光の波長も正確に求めることができる。
【０１０２】
また、本発明の光スペクトラム解析装置は、ミラーからの反射光に対して回折格子が所定角度で出射する光に対して、前記波長測定装置と同様の処理を行なって、その光の波長を正確に求め、その求めた波長に基づいて波長情報の校正を行なっている。
【０１０３】
このため、従来のように波長校正用の光を別途用意して入射する必要がなく、被測定光を入射した状態で波長校正を行なうことができる。
【０１０４】
また、透過素子としてエタロンのように透過率が波長に対して周期的に変化する透過特性を有するものを用いた場合、ＷＤＭ光ネットワーク通信で規定されているＩＴＵグリッドの光の波長を正確に解析することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の波長測定方法の手順を示すフローチャート
【図２】透過素子の特性例を示す図
【図３】透過素子の特性例を示す図
【図４】透過素子の特性例を示す図
【図５】本発明の別の波長測定方法の手順を示すフローチャート
【図６】本発明の光波長測定装置の構成例を示す図
【図７】本発明の別の光波長測定装置の構成例を示す図
【図８】本発明の光スペクトラム解析装置の構成例を示す図
【図９】光スペクトラム解析装置の要部の構成例を示す図
【図１０】実施形態の要部の動作を説明するための図
【図１１】実施形態の要部の特性例を示す図
【図１２】実施形態の要部の動作を説明するための図
【図１３】実施形態の要部の動作を説明するための図
【図１４】本発明の別の光スペクトラム解析装置の構成例を示す図
【図１５】従来装置の構成図
【符号の説明】
２０、２０′……光波長測定装置、２１、２１′……分岐手段、２２、２４、２６……受光器、２３、２５……透過素子、３０、３１……透過率算出手段、３３……波長検出手段、４０……光スペクトラム解析装置、４０ａ……入射端子、４１……コリメートレンズ、４２……回折格子、４３……ミラー、４７……駆動装置、５０……掃引制御手段、５１、５１′……スペクトラムデータ取得手段、５２〜５４……メモリ、５５……波長校正手段、５６……スペクトラム波形表示手段、５７……表示器

Claims (6)

1. 光に対する透過率が波長によって変化する透過特性を有する透過素子に被測定光を入射するとともに、その入射光の強度と前記透過素子を通過して出射された出射光の強度を検出する段階（Ｓ１）と、
   前記検出された入射光と出射光の強度から被測定光の前記透過素子に対する透過率を算出する段階（Ｓ２）と、
   算出された透過率と前記透過素子の透過特性とに基づいて、被測定光の波長を求める段階（Ｓ３）とを含む光波長測定方法。
2. 光に対する透過率が波長に対して周期的に変化する透過特性を有する第１の透過素子と、光に対する透過率が波長に対して周期的に変化する透過特性で且つ前記第１の透過素子の透過特性と異なる透過特性を有する第２の透過素子に被測定光を入射するとともに、各透過素子についてその入射光の強度と透過素子を通過して出射された出射光の強度をそれぞれ検出する段階（Ｓ１１）と、
   前記検出された入射光と出射光の強度から被測定光の前記各透過素子に対する透過率を算出する段階（Ｓ１２）と、
   算出された透過率と前記各透過素子の透過特性とに基づいて、被測定光の波長を求める段階（Ｓ１３）とを含む光波長測定方法。
3. 被測定光を分岐して異なる複数の光路へ出射する分岐手段（２１）と、
   前記分岐手段から第１の光路に出射された光の強度を検出する第１の受光器（２２）と、
   光に対する透過率が波長によって変化する透過特性を有し、前記分岐手段から第２の光路に出射された光を通過させる透過素子（２３）と、
   前記透過素子を通過した光の強度を検出する第２の受光器（２４）と、
   前記第１の受光器および前記第２の受光器によって検出された光の強度から前記透過素子に対する被測定光の透過率を算出する透過率算出手段（３０）と、
   前記透過率算出手段によって算出された透過率と前記透過素子の透過特性とに基づいて、被測定光の波長を求める波長検出手段（３３）とを備えた光波長測定装置。
4. 被測定光を分岐して異なる複数の光路へ出射する分岐手段（２１）と、
   前記分岐手段から第１の光路に出射された光の強度を検出する第１の受光器（２２）と、
   光に対する透過率が波長に対して周期的に変化する透過特性を有し、前記分岐手段から第２の光路に出射された光を通過させる第１の透過素子（２３）と、
   前記第１の透過素子を通過した光の強度を検出する第２の受光器（２４）と、光に対する透過率が波長に対して周期的に変化する透過特性で且つ前記第１の透過素子の透過特性と異なる透過特性を有し、前記分岐手段から第３の光路に出射された光を通過させる第２の透過素子（２５）と、
   前記第２の透過素子を通過した光の強度を検出する第３の受光器（２６）と、前記第１の受光器および前記第２の受光器によって検出された光の強度から前記第１の透過素子に対する被測定光の透過率を算出する第１の透過率算出手段（３０）と、
   前記第１の受光器および前記第３の受光器によって検出された光の強度から前記第２の透過素子に対する被測定光の透過率を算出する第２の透過率算出手段（３１）と、
   前記第１の透過率算出手段および第２の透過率算出手段によって算出された透過率と前記第１の透過素子および第２の透過素子の透過特性とに基づいて、被測定光の波長を求める波長検出手段（３３′）とを備えた光波長測定装置。
5. スペクトラム解析の対象となる被測定光を入射するための入射端子（４０ａ）と、
   前記入射端子から入射された被測定光を受けて回折する回折格子（４２）と、前記被測定光に対して前記回折格子が回折した光を受けて前記回折格子へ反射させるミラー（４３）と、
   前記回折格子に対する前記ミラーの角度を変化させて、該ミラーからの反射光に対して前記回折格子が所定の出射角で出射する光の波長を変化させるとともにその波長に対応した波長情報を出力する波長掃引手段（４７、５０）と、
   前記回折格子が前記所定の出射角で出射する光を分岐して複数の光路へ出射する分岐手段（２１）と、
   前記分岐手段から第１の光路へ出射された光の強度を検出する第１の受光器（２２）と、
   光に対する透過率が波長によって変化する透過特性を有し、前記分岐手段から第２の光路へ出射された光を通過させる透過素子（２３）と、
   前記透過素子を通過した光の強度を検出する第２の受光器（２４）と、
   前記第１の受光器および第２の受光器によって検出された光の強度を前記波長情報に対応付けて記憶するスペクトラムデータ取得手段（５０）と、
   前記スペクトラムデータ取得手段によって取得された光の強度から前記透過素子を通過した光の透過率を算出する透過率算出手段（３０）と、
   前記透過率算出手段によって算出された透過率と前記透過素子の透過特性とに基づいて、前記分岐手段に入射された光の波長を求める波長検出手段（３３）と、
   前記波長検出手段によって検出された波長に基づいて、前記波長情報を校正する波長校正手段（５５）とを備えた光スペクトラム解析装置。
6. スペクトラム解析の対象となる被測定光を入射するための入射端子（４０ａ）と、
   前記入射端子から入射された被測定光を受けて回折する回折格子（４２）と、前記被測定光に対して前記回折格子が回折した光を受けて前記回折格子へ反射させるミラー（４３）と、
   前記回折格子に対する前記ミラーの角度を変化させて、該ミラーからの反射光に対して前記回折格子が所定の出射角で出射する光の波長を変化させるとともにその波長に対応した波長情報を出力する波長掃引手段（４７、５０）と、
   前記回折格子が前記所定の出射角で出射する光を分岐して複数の光路へ出射する分岐手段（２１′）と、
   前記分岐手段から第１の光路へ出射された光の強度を検出する第１の受光器（２２）と、
   光に対する透過率が波長に対して周期的に変化する透過特性を有し、前記分岐手段から第２の光路へ出射された光を通過させる第１の透過素子（２３）と、
   前記第１の透過素子を通過した光の強度を検出する第２の受光器（２４）と、光に対する透過率が波長に対して周期的に変化する透過特性で且つ前記第１の透過素子の透過特性と異なる透過特性を有し、前記分岐手段から第３の光路へ出射された光を通過させる第２の透過素子（２５）と、
   前記第２の透過素子を通過した光の強度を検出する第３の受光器（２６）と、前記第１の受光器、第２の受光器および第３の受光器によって検出された光の強度を前記波長情報に対応付けて記憶するスペクトラムデータ取得手段（５０′）と、
   前記スペクトラムデータ取得手段によって取得された光の強度から前記第１の透過素子を通過した光の透過率を算出する第１の透過率算出手段（３０）と、
   前記スペクトラムデータ取得手段によって取得された光の強度から前記第２の透過素子を通過した光の透過率を算出する第２の透過率算出手段（３１）と、
   前記第１の透過率算出手段および第２の透過率算出手段によって算出された透過率と前記第１の透過素子および第２の透過素子の透過特性とに基づいて、前記分岐手段に入射された光の波長を求める波長検出手段（３３′）と、
   前記波長検出手段によって検出された波長に基づいて、前記波長情報を校正する波長校正手段（５５）とを備えた光スペクトラム解析装置。

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