JP2004509351A

JP2004509351A - 光学信号の波長を検出する波長検出器及び方法

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Publication number: JP2004509351A
Application number: JP2002528785A
Authority: JP
Inventors: フライバーグ　スティーブン　アール; ハーブ　チャールズ　シー
Original assignee: ラムダ　コントロール　インコーポレイテッド
Priority date: 2000-09-19
Filing date: 2001-09-19
Publication date: 2004-03-25
Also published as: US20020093657A1; AU2001291121A1; US6738140B2; WO2002025232A2; CN1469993A; US6836330B2; EP1322926A2; WO2002025232A3; US20020126288A1

Abstract

波長検出器について説明している。本波長検出器は、入ってくる光学信号を２つの経路に誘導し、その２つの経路の内の少なくとも１つは光学信号の波長によって変化させるようになっている。２つの経路内の光は光検出器によって検出され、出力電気信号は対数増幅される。対数増幅された信号は差動増幅器に送られ、その出力が、入射光学信号の波長を示す。
【選択図】図４

Description

【０００１】
（関連出願）
本出願は、２０００年９月１９日出願の米国特許仮出願第６０／２３３，８３６号に優先権を請求する。
【０００２】
（発明の属する技術分野）
本発明は、概括的には、単色光学信号の波長を測定するのに用いることのできる波長検出器に関する。具体的には、入力光学信号の波長の尺度となる電気出力信号を提供する。本発明は、光学、電気通信及びレーザー分光学の分野、特に、レーザー源又は光源の波長を求めるための複合光学アナログ電気システムに使用することができる。
【０００３】
（発明の背景）
レーザーの波長を検出、監視及び制御するのに用いられる波長測定装置が、レーザー光学システムの一体的構成要素として出現しつつある。電気通信、分光器及び分析化学産業は、正確な波長測定及び管理が主要な要件となるところまで成長してきているので、波長測定装置に対する要求は高まっている。電気通信における高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）システム及び分析化学における高感度分光システムが発展して、迅速且つ正確で、リアルタイムで波長読み出しが行え、しかも高価ではない波長の測定及び制御システムが求められている。
【０００４】
光学通信システムでは、例えば、レーザー光源は、１００ＧＨｚかそれ未満の波長間隔を有するＤＷＤＭシステムで作動させる場合、波長が１ＧＨｚ未満で変動するように保持しなければならない。この処理は、レーザーの出力をサンプリングして、レーザーの波長を正しい値に調整し、その値からの偏差を制限するのに用いることのできる信号を提供する波長測定装置を用いて行われる。加えて、波長測定装置は、レーザー波長を１つの電気通信チャネル（ＩＴＵチャネル）から別の電気通信チャネルへ正確に切り替えるのにも用いられる。ＤＷＤＭシステムには、新しく、必要不可欠な要件として、広い波長範囲（４０ｎｍから１５５０ｎｍ）に亘る迅速で正確な波長の切替（マイクロ秒からナノ秒の切替時間）が求められている。
【０００５】
分光学及び分析化学では、レーザーを要求される波長に調整する正確で適度に迅速な手段があれば、同調式ダイオードレーザーを使って、化学成分又は分子及び原子成分の濃度を容易且つ安価に測定することができる。
【０００６】
これまで、波長測定は、幾つかの方法で行われてきた。
１．プリズム又は回折格子を用いて、異なる波長を、それぞれの波長に対応する異なる方向に分散させる。その方向を、スリットと光度を感知する検出器とを使って走査することにより、光学信号の波長特性を判定することができる。
２．代わりに、マイケルソン干渉計で代表される走査式光学干渉計を用いてもよい。光学信号の波長は、干渉計の長さを既知量だけ変えて、干渉縞の数を数えることによって求められる（狭帯域光学信号を想定している）。
【０００７】
光学信号の波長を非常に正確に求めるには、これらの測定手法を、
Ａ．未知の波長を分光学信号と比較するか、又は
Ｂ．未知の波長を安定したレーザー信号と比較する、という較正測定で補強しなければならない。どちらの方法も、測定を行うのに機械的運動を必要とし、そのため一般的には数秒という相当の時間を要した。更に、ミクロンオーダーの安定した機械的精度が求められているため、高価で嵩張った機械的要素が必要となる。正確な較正を行えば、これらの技術によって１＊１０^−１３メーターの解像度を上回る高い精度を達成可能であるが、測定に時間が掛かるため、多くの場合、用途が制限されている。機械的安定性と再現性に関する必要性と、較正測定の複雑さとが組み合わせられて、測定装置が嵩張り、経費が嵩み、その用途を制限する結果となっている。
【０００８】
これらの問題のいくつかを部分的に解決する方法が開発されている。単色信号（即ち、中心周波数に比べて帯域幅が非常に小さい場合）を使って特定の波長で測定を行う場合、誘電性帯域通過フィルター又はファブリ−ペロエタロンを波長基準に代えて用いることもできる。光学信号が、共振点又は共振点近くで誘電フィルター又はファブリ−ペロエタロンに入ってくる場合、フィルター又はエタロンを透過するか（又はそこで反射されるか）は、光学信号の波長と、図１及び図２の誘電体フィルター１１ａ又はエタロン１１ｂの共振特性とによって決まる。光線は、ビームスプリッター１２へ送られる。ビームスプリッターからの光は、直接第１光ダイオード１３へ、そしてフィルター１１を透過した（又は反射された）後、第２光ダイオード１４へ送られる。次に両光ダイオードの出力が比較される。ビームスプリッターと光ダイオードとを利用すると、ビームの強度の変動による誤差が取り除かれる。従って、同一の透過（又は反射）が異なる波長に対応できる場合を除いて、透過（又は反射）を測定すると、光の波長を求めることができる。光源の波長がほぼ分かっていることがたまにあるが、そのような場合は、これは問題ではない。更に一般的には、波長は、幾つかの値の内の１つに決定されてきたということである。１つの透過ピークを有する誘電帯域通過フィルターの場合、波長は２つの値の内の１つに決定される。複数の共振点を有するファブリ−ペロエタロンの場合、波長は複数の値の内の１つとなる。
【０００９】
これらの方法は、単色レーザー光源の、望ましい波長への波長ロッキングを可能にする。光源の波長が、フィルター又はエタロンによって選択される望ましい波長と異なる場合、フィルター又はエタロンを通過する光の透過は、２つのダイオードの出力によって決まる望ましい透過とは異なる。この差は、レーザー源の波長を正しい値に調整するのに用いることのできる誤差補正信号を提供するのに使われる。
【００１０】
帯域通過誘電フィルターを波長測定又は波長ロッキングに用いる場合、限定された波長範囲（通常＜２ｎｍ）で作動するという欠点がある。これは、帯域通過誘電フィルターは、幅広い波長に亘って同調できることが重要な要件である同調式電気通信レーザーのような用途には使えないことを意味している。更に、波長解像度が薄膜コーティングの品質に依存し、それがしばしば透過を測定する精度を制限するリップル又はエタロン効果を有するという欠点を有している。
【００１１】
ファブリ−ペロエタロンを波長測定又は波長ロッキングに用いると、ファブリ−ペロの異なる共振点に対応する複数の異なる波長で波長測定及び波長ロッキングを行うことができる。欠点は、測定精度が機械的及び熱的安定性に制限されることである。もう１つの欠点は、ファブリ−ペロエタロンが複数の共振透過ピークを有しているので、同じ透過を呈する複数の波長を有していることである。従って、測定値の絶対波長を求めることができない。更に別の欠点は、その共振点間の中間に位置している波長では、エタロンを使って得られる測定精度が非常に低いことである。電気通信システムでは、ファブリ−ペロエタロンの寸法は、チャネル間隔に逆比例する。従って、チャネルの間隔が１００ＧＨｚから、５０、２５ＧＨｚ等へと切り替われば、エタロンのサイズが２倍乃至４倍になり、どんどん大きくなることになる。
【００１２】
（発明の目的及び利点）
本発明の目的は、上記問題点の多くを克服する装置及び方法を提供することである。本発明の利点は、波長読み出し信号が、４０ｎｍを超える範囲に亘る入射ビームの波長と単調に関係しており、この範囲に亘って±７ｐｍより良好に安定しており、少し改善するだけで光学経路長を変更することなく＜±３ｐｍを達成でき、波長を読み取る速度は光検出システムの速度に制限されるだけという点である。
【００１３】
本発明のこの他の目的及び利点は、
ａ）安価な、光の波長を測定する装置及び方法を提供すること、
ｂ）容易に小型化できる、光の波長を測定する装置を提供すること、
ｃ）前もって大体の波長を知らなくても、光の波長を確定すること、
ｄ）単一モードのレーザー又は光学パラメーター発振器のような光学光源の波長出力をロックするのに使用できるフィードバック信号を提供すること、
ｅ）環境及び化学分析に使用される分光源からの光学信号の波長を測定するための安価な手段を提供すること、及び
ｆ）光源の波長の変動を測定するための手段を提供すること、である。
【００１４】
（発明の概要）
本発明の目的及び利点は、レーザー光を２つの所定の経路に向かわせ、その経路の内の少なくとも１つの経路では、強度が波長によって変化するようになっているシステムによって達成される。各経路内の光は光検出器によって検出され、光検出器は光電流を提供し、この光電流を対数増幅器が受け取って、２つの光電流の強度の対数を提供する。減算器はこの対数出力を受け取って、波長を示す信号を提供する。
【００１５】
更に特定すると、本装置は、入射レーザービームを、それぞれが入射パワーのほぼ半分のパワーを有する２つのビームに分割する光学ビームスプリッターと、長いレーザー波長を短い波長よりも強く反射するように作用する１つのスペクトルフィルター又はミラーと、短いレーザー波長を長い波長よりも強く反射するように作用する１つのスペクトルフィルター又はミラーと、２つのスペクトルフィルターから光を捕捉し、光電流を生成する光検出器と、前記光電流を受け取り、２つの光電流の対数を提供するための対数増幅器と、２つの光電流の対数を減算して波長を示す出力信号を提供するための減算器とを備えた光学システムを含んでいる。
【００１６】
アナログ電子システムは、各光検出器用の１つの光検出器前置増幅器と、光検出された各信号用の対数増幅器と、２つの対数信号を減算するための差動増幅器とを備えている。
【００１７】
（好適な実施例の詳細な説明）
本発明は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことにより、よく理解頂けるであろう。
【００１８】
図３は、本発明のある実施例による波長検出器の基本的な光学的及び電気的構成要素を示している。検出器は、光学信号（ビーム）Ｉ_ｉｎを受信するよう配置されている。検出器は、ビームスプリッター２２を含んでおり、その透過性は波長によって変化し、ビーム２３及び２４を形成する。各ビームは、光検出器２６及び２７が受け取る。アナログ式対数増幅器回路２８及び２９は、光検出器の出力を受け取り、光検出器から受け取った電流の対数を提供する。減算器又は差動増幅器３１は、２つの対数出力を減算し、光学信号の波長を表す信号を提供する。この信号をルックアップテーブル等と共に使用すると、波長を測定することができる。
【００１９】
図４は本発明のもう１つの実施例であり、同様の部品には同様の参照番号を付している。この実施例では、ビームスプリッター３３は、入力ビームＩ_ｉｎを２つのビーム３４及び３６に分割するだけである。次にビームは、透過特性が波長によって変化する低波長通過（ＬＷＰ）フィルター３７と長波長通過（ＳＷＰ）フィルター３８に突き当たる。低波長光と長波長光を反射するフィルターでも同じ結果を得ることができる。光検出器とアナログ回路は、図３に関連して述べたものと同じであり、同じ参照番号を付している。
【００２０】
レーザービームＩ_ｉｎが２つのフィールド即ちビーム３４及び３６に分割されるとすると、これらのビームは、（１−η）＊Ｉ_ｉｎ及びη＊Ｉ_ｉｎの強度を有し、ここでηは分割率であり、０．５とほぼ等しく、各ビームは適切な分光フィルター３７、３８によって修正され、その結果、光電流は、
Ｉ_１＝Ｉ_ｉｎ（１−η）Ｆ_１　　（１）
Ｉ_２＝Ｉ_ｉｎηＦ_２　　　　　　（２）
となり、ここに、Ｉ_１及びＩ_２は光ダイオード２６及び２７から送られる出力の強度である。
【００２１】
２つの光電流はそれぞれ増幅され、次に対数増幅器２８、２９によって対数に変換される。次に、その結果の電圧は、減算器３１内で減算される。
【数１】

出力電流Ｉ_ｗｄは、波長を示している。
【００２２】
信号Ｉ_ｗｄは、レーザーの強度Ｉ_ｉｎとは無関係であることに注目して頂きたい。更に、Ｉ_ｗｄは、スペクトルフィルターＦ１及びＦ２と同様に、ビームスプリッター比率ηに従属する。従って、これらの要素の何れかの大きさが波長の関数として変化すれば、出力信号が波長を示すことになる。
【００２３】
Ｆ１＝Ｆ２＝１とすれば、Ｉ_ｗｄはηだけに従属する特殊なケースとなる。ηを波長の関数とすることによって、図３のような波長検出器を作成することができる。最も簡単な場合は、
η（λ）＝ｍλ＋ｂ　　　　　　　　　（４）
であり、ここに、ｍ及びｂは、ｈを、関心対象波長範囲内で０から１の間の数値とする好適な定数である。例えば、ｈが波長によって線形に変化して、１５２５ｎｍではｈ＝０で、１５７５ｎｍではｈ＝１で、そのときｍ＝０．０２、ｂ＝３０．５であれば、
【数２】

となることがわかる。
【００２４】
ηの線形の変化と、その結果の波長検出器信号Ｉ_ｗｄとを図５に示す。波長検出器信号は、波長によって単調に変化する曲線であるが、使用可能な波長範囲に亘って線形に応答するわけではない。範囲は、Ｉ_ｗｄがより長い範囲で線形であるようにη（Ｉ）を設えることによって改良することができる。
【００２５】
より標準的なコーティングは、ガウス曲線型である。図６は、自身の分割率をガウス曲線で変化させているビームスプリッターを利用した場合のＩ_ｗｄを示している。波長検出器信号の線形性は波長目盛の一端では改良されているが、他端では改良されていないことに注目して頂きたい。
【００２６】
代わりに、ビームスプリッター比率を一定にしたまま、システム内のフィルターの反射率を変化させるよう選択することもできる。この場合も最も簡単なコーティングは、波長によってガウス曲線で変化させることである。３７が長い波長よりも短い波長をより強く反射し、３８が短い波長よりも長い波長をより強く反射する場合を検討する。図７は、この場合の波長検出器信号Ｉ_ｗｄを示している。この条件下では、信号は、フィルターの使用可能な範囲に亘って線形である。従って、このシステムは検出器の使用可能な範囲を最大にする。
【００２７】
図８は、互いに垂直な面で前後に並んで作動する長波通過フィルター及び短波通過フィルター４１ａ、４１ｂ及び４２ａ、４２ｂを使用している偏光に鈍感な波長検出器を示している。図９は、光学的配置の３次元的概略図である。この他の点では、検出器は、図４に関して説明したように作動し、同様の部品には同じ参照番号を付している。波長を測定する対象のレーザー又はその他の光源からの光Ｉ_ｉｎは、一定の偏光で到着するわけではない。むしろ、あらゆる角度で線形偏光するか、又は楕円偏光する。波長検出器が偏光に左右されない測定を行わなければ、偏光状態が違えば測定結果が異なることになり、測定エラーが生じる。フィルターの偏光従属性を補正するために、フィルター４１ａ、４１ｂ及び４２ａは、入射ビームに対して２つの面が画定され、反射が直角になるように、面内で互いに回転されている。このことは、４１ａ又は４２ａに対してＳ偏光された光である偏光光（表面に平行な電界）は、４１ｂ又は４２ｂに対してｐ偏光され、その逆も行われることを意味している。測定対象の光学信号の各偏光要素には、順序は異なっても、同一のｓ偏光反射とｐ偏光反射とが掛けられるので、フィルター４１ａ、４１ｂ又は４２ａ、４２ｂから反射される光は、偏光の変化を経験しない。従って、波動感知器（ｗａｖｅｓｅｎｓｏｒ）の作動が偏光に左右されることはない。
【００２８】
別の偏光に鈍感な検出器を図１０に示している。この実施例では、２つの別々の測定値が、各入射偏光毎に、入射光ビームの波長で構成されるので、波長は、入射偏光に関係なく正しく測定される。各波長検出器は図４と関連して述べたように作動し、偏光の影響を受ける。ビームスプリッター４３は、測定対象の入射ビームを、２つの測定値それぞれが、既知の一定の偏光に対する測定値となるように、２つの垂直な偏光４６、４７に分割する。図４で述べた光学的構成及びアナログ回路は、各偏光毎に用いられており、同様な部品には同様の参照番号を付している。
【００２９】
更に別の偏光に鈍感な波長検出器を図１１に示している。検出器は、低反射性のビームスプリッター５１、５２、６０と、直角又はほぼ直角の入射角（即ち、ビームスプリッターの表面に垂直）で作動するように配置されている短波長フィルター５３と長波長フィルター５４を使用している。
【００３０】
ビームスプリッター５１及び５２は、それぞれ測定対象の光の一部を受け、それをフィルター５及び５４に反射し、フィルター５３及び５４は、光が、ビームスプリッター５１及び６０を透過して光ダイオード５５に到達し、又はビームスプリッター５２を透過して光ダイオード５６に到達するように、元の経路沿いに（又はほぼその経路沿いに）光を逆反射する。２つのアーム内の各光ダイオードからの信号は、対数増幅器５６及び５７へ向かい、対数増幅器の出力は減算器回路３１へ向かう。フィルター５３又は５４の反射表面から成る光学干渉コーティング上に直角に入る光は、全ての偏光状態に対して等しい反射率を有する。そのため、フィルター５３及び５４の偏光感度は削除又はほぼ削除される。測定対象の信号の偏光に対する全ての影響は、ビームスプリッター６０をビームスプリッター５１又は５２と同一にすることによって、検出器の短波長及び長波長のアーム内で同じになる。次に、信号は、ビームスプリッター５１の前面から反射し、フィルター５３から反射し、ビームスプリッター５１の前面、ビームスプリッター５１の後面、ビームスプリッター６０の前面、及びビームスプリッター６０の後面を透過し、光ダイオード５５に到達する。信号は、ビームスプリッター５１の前面、ビームスプリッター５１の後面を通過し、ビームスプリッター５２の前面から反射し、フィルター５４から反射し、ビームスプリッター５２の前面及び後面を透過して、光ダイオード５６に到達する。順序は違っても、透過及び反射（直角入射角でのＳＷＰ及びＬＷＰフィルターを含む）は同じである。両方の経路を進む信号は同じ影響を経験するため、偏光の影響は、同一であり、減算回路によって排除される。
【００３１】
ビームスプリッター５１及び５２は、１％から５％の範囲の低反射率を有しており、偏光感度は小さく、即ちｓ偏光反射とｐ偏光反射はほぼ等しく、従ってビームスプリッター６０を省くこともできる。ビームスプリッター５１が、透過する光の偏光に及ぼす影響は非常に小さいので、両方の光ダイオードは、ほぼ同一の偏光誘導効果を有する信号に出会うことになる。
【００３２】
波長検出器は、既知の波長を有する基準信号を導入することによって較正することができる。図１２は、図４の波長検出器に送られる基準信号６１を示しており、同様の部品には同様の参照番号を付している。
【００３３】
波長検出器は、光学スペクトルアナライザーとしての狭帯域同調式光学フィルター６２と共に用いることができる。図１３の波長検出器は、掃引同調式狭帯域光学フィルター６２からの出力を受け取っている。こうすると、同調式光学フィルターの中心波長に関する正確な情報の必要性がなくなる。
【００３４】
通常は、光学スペクトルアナライザーは、移動回折格子と固定スリットか、又は移動光学スリットと固定回折格子を、狭帯域同調式光学フィルターとして用いる。このようなフィルターは、機械的な運動と、作動波長を決めるための正確な機械的位置計測とを必要とするので、走査は低速となる。更に、特に高精度が求められる場合には、フィルターは、嵩張り、重く、高価なものとなる。狭帯域掃引同調式光学フィルターを備えた波長検出器を使えば、フィルターを通過する光の波長を波長検出器によって求めることができるので、フィルターの中心波長を正確に測定する必要性が無くなる。こうすると、光学フィルターの走査を、その中心波長を求めるのとは関係なく行えるので、多種多様なフィルターを使うことができ、その幾つかは非常に迅速に同調することができる。狭帯域掃引光学フィルターと波長検出器を組み合わせると、安価で、高速且つ汎用性の高い光学スペクトルアナライザーを非常にコンパクトに作ることができる。
【００３５】
本発明の波長検出器を備えたスペクトルアナライザーの１例を図１３に示している。非単色でも単色でもよいが、検出対象の信号からの光は、狭帯域掃引同調式フィルター６２を通して送られる。フィルターは、同調された周波数によって定められた入射光の部分を送る。この部分は、狭帯域、即ち、波長検出器の範囲の帯域幅よりも波長が遙かに狭いと想定される。波長検出器は、狭帯域フィルターを通して送られてくる信号の波長と強度を求める。フィルターを測定対象波長範囲に亘って掃引すると、信号の光学スペクトルを測定することができる。
【００３６】
フィルターではなく波長検出器が波長の測定を行うので、フィルターを非常に迅速に掃引することができ、迅速な走査が必要なときに、光学スペクトルアナライザーが非常に使い易いものになる。フィルターの掃引機構が電気式であれば、走査はマイクロ秒又はそれ未満で行うことができる。ＭＥＭＳ又はピエゾ技術が用いられている場合、走査はミリ秒又はそれより高速で行うことができる。これは、０．１秒オーダーより遙か高速では走査できず、１秒又はそれより遅い走査が普通の現在一般的な測定装置よりも遙かに速い。更に、波長検出器が波長測定を行っているので、昨今用いられているベンチトップサイズの装置とは異なり、装置を非常に小型軽量にすることができる。
【００３７】
波長検出器の測定範囲を拡大するために、図４に示す固定波長フィルターに代えて、同調式中心周波数を有する長波長及び短波長通過フィルターを用いることもできる。こうすると、測定精度を維持したまま、測定範囲を波長スペクトルの異なる部分へ移すことができる。例えば、測定範囲が１ｎｍで、精度が１５５０ｎｍ中心に１ｐｍであったとする。同調式フィルターを用いることによって、測定精度を維持したまま、１ｎｍの測定範囲を、所望の中心周波数周りに移すことができる。
【００３８】
図１４に示すように、回折格子７１とアパーチャ７２、７３とを使って実現することができる。標準的な格子モノクロメーターにはビームスプリッター７４が備えられているので、１つではなく２つの出力ビーム７６、７７を有している。光検出器２６、２７の前のスリット７２、７３は、ガウス又はローレンツ応答をする光学フィルターと同じように作用する。図１４に示すように読み出しが半スリットである場合、両者は長波長通過フィルター及び短波長通過フィルターと同じ働きをして、図７の作動を再現することができる。作動時、装置は、固定スリットと、既知の波長で一定の設定まで動く回転格子とを使用する。格子を回転させることによって、多数の異なる波長で作動させることができる。
【００３９】
先に述べたように、波長検出器は、個別の構成要素として用いてもよいし、レーザーアッセンブリに組み込み、フィードバック信号を生成してレーザー波長を制御するようにしてもよい。そのような装置を図１５に概略で示しており、この場合、ビームスプリッター８６はレーザービーム８７を受け取り、一部分８８を関連装置に送る。波長は、本発明の何れかの実施例による波長検出器で一部分８９を検知することによって制御され、波長を表す出力信号を、レーザー８７の周波数を制御する電子フィードバック回路９１に供給する。
【００４０】
図１６に、光学信号の非単色性を検出するための光電子システムを示す。本システムは、図１１に示す構成の３つのビームスプリッター１０１、１０２、１０３を使用している。本システムは、基本的に、図４に示す型式の波長検出器を２つ備えており、その一方は、ビームスプリッター１０１、光ダイオード１０４、短波長通過フィルター１０６と、ビームスプリッター１０２、光ダイオード１０７、長波長通過フィルター１０８とで構成されており、もう一方は、ビームスプリッター１０１、光ダイオード１０４、短波長通過フィルター１０６と、ビームスプリッター１０３、光ダイオード１１２、もう１つの長波長通過フィルター１１１とで構成されている。対数増幅器１１３及び１１４と減算器１１６との組み合わせが、波長を示す第１出力を提供し、対数増幅器１１３及び１１７と減算器１１８との組み合わせが、波長を示す第２出力を提供する。１つの単色波長入力光信号が導入されると、両方の波長検出器が同じ波長を読み出し、比較器１１９がそれを示す。非単色信号が導入されると、２つの波長検出器それぞれが波長の偽性読み出しを行うので、２つの偽性読み出しは異なり、比較器１１９が非単色光信号の信号を送る。
【００４１】
以上、安価で、小型化することができ、前もって大凡の波長を知る必要無しに波長を正確に測定することのできる波長検出器について説明した。本波長検出器は、光源の波長出力をロックするのに利用することもできるし、光源の波長の変動を測定するのに用いることもできる。
【００４２】
本発明の具体的な実施例の上記説明は、分かり易く説明するために示したものである。上記説明は、本発明を、網羅し、開示した形態そのものに制限する意図はなく、上記教示に基づき多くの修正及び変更が可能であることは明白である。上記実施例は、本発明の原理及びその実際の利用法を上手く説明し、それによって、当業者が、本発明、及び考えられている具体的な用途に適した様々な修正を加えた様々な実施形態を最大限に利用できるようにするために選択し、記載したものである。本発明の範囲は、上記特許請求の範囲に述べる事柄及びその等価物によって定義されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】
光学信号の波長を測定するための、先行技術による装置の概略図である。
【図２】
光学信号の波長を測定するための、もう１つの先行技術による装置の概略図である。
【図３】
本発明のある実施例による、光学信号又はビームの波長を測定するための検出器の概略図である。
【図４】
本発明のもう１つの実施例による、光学信号又はビームの波長を測定するための検出器の概略図である。
【図５】
透過率が波長に対して線形に変化するビームスプリッターを使用している装置における、検出器の出力信号と波長の関係を示している。
【図６】
透過率が波長に対してガウス曲線で変化するビームスプリッターを使用している装置における、検出器の出力信号と波長の関係を示している。
【図７】
透過率又は反射率が波長に対してガウス曲線で変化するフィルター又は反射器を使用した場合の、図６の検出器の出力信号を示している。
【図８】
偏光に鈍感な波長検出器の概略図である。
【図９】
図８の装置を３次元的に表示したものである。
【図１０】
別の偏光に鈍感な波長検出器の概略図である。
【図１１】
更に別の偏光に鈍感な波長検出器の概略図である。
【図１２】
波長検出器を較正するために基準信号を導入するための光学装置の概略図である。
【図１３】
同調式波長光学フィルターと本発明の作用による波長検出器を使用しているスペクトルアナライザーの概略図である。
【図１４】
回折格子を使用している狭帯域広範囲同調式波長検出器の概略図である。
【図１５】
本発明による波長検出器を使用しているレーザー及びその他の光源の波長ロッキングの概略図である。
【図１６】
非単色光検出のための、検出器を３個使った波長検出器を示す概略図である。

Claims

入射光学信号の波長を検出するための波長検出器において、
入射光学信号を受け取り、それを２つの経路に分割するための手段であって、前記経路の少なくとも１つでは、前記光学信号の強度が波長によって変化するようになっている手段と、
前記各経路で前記光学信号を受け取り、前記各経路における前記光学信号の強度を示す出力電気信号を提供するための光検出器と、
前記出力電気信号を受け取り、その信号の対数を提供するための対数回路と、
前記出力信号の対数を受け取り、前記入射光学信号の波長を示す出力を提供するための減算回路と、を備えていることを特徴とする波長検出器。
前記入射光学信号を受け取り、それを２つの経路に分割するための前記手段は、ビームスプリッターを備えており、前記各経路内の光エネルギーの強度が波長によって変化することを特徴とする、請求項１に記載の波長検出器。
前記入射光学信号を２つの経路に分割するビームスプリッターと、前記経路の内の少なくとも１つで前記光学信号を受け取り、前記経路内の光エネルギーの強度が波長によって変化するように前記光学信号を通過又は反射させるための波長感知フィルターとを備えていることを特徴とする、請求項１に記載の波長検出器。
前記入射光学信号を２つの経路に分割するビームスプリッターと、前記経路の内の一方の経路内の長波長感知フィルター及び前記経路の内の他方の経路内の短波長感知フィルターとを備えており、前記フィルターは、それぞれ、前記各経路内の光学信号の強度が波長によって変化するように前記光学信号を前記経路内で通過又は反射させることを特徴とする、請求項１に記載の波長検出器。
入射光学信号の波長を検出するための、偏光に鈍感な波長検出器において、
入射光学信号を２つの経路に分割するビームスプリッターと、
前記経路の内の一方の経路内で、前記経路内の前記光学信号の強度が偏光では変化しないが波長によって変化するように、互いに垂直な面で、前後に並んで連結されている第１及び第２長波長感知フィルターと、
前記経路の内の他方の経路内で、前記経路内の前記光学信号の強度が偏光では変化しないが波長によって変化するように、互いに垂直な面で、前後に並んで連結されている第１及び第２短波長感知フィルターと、
前記経路のそれぞれで前記光学信号を受け取り、前記各経路内の前記光学信号の強度を示す出力電気信号を提供するための光検出器と、
前記出力電気信号を受け取り、その信号の対数を提供するための対数回路と、
前記出力信号の対数を受け取り、前記入射光学信号の波長を示す出力を提供するための減算回路と、を備えていることを特徴とする偏光に鈍感な波長検出器。
入射光学信号の波長を検出するための、偏光に鈍感な波長検出器において、
光学信号を受け取り、それを異なる偏光を有する２つの経路に分割するための偏光感知ビームスプリッターと、
前記各経路内の光エネルギーを受け取るための、前記各経路内の個別の波長検出器とを備えており、前記個別の波長検出器は、それぞれ、
入射偏光光学信号を受け取り、それを２つの追加経路に分割するための手段であって、前記２つの経路の内の少なくとも１つの経路では前記光学信号の強度が波長によって変化するようになっている手段と、
前記各追加経路内で前記光学信号を受け取り、前記各追加経路内で前記光学信号の強度を示す出力電気信号を提供するための光検出器と、
前記各追加経路からの前記出力電気信号を受け取り、その信号の対数を提供するための対数回路と、
前記出力信号の対数を受け取り、前記入射偏光光学信号の波長を示す出力を提供するための減算又は比率回路と、を備えていることを特徴とする偏光に鈍感な波長検出器。
前記入射偏光光学信号を受け取り、それを２つの経路に分割するための前記手段は、ビームスプリッターを備えており、前記各追加経路内の光エネルギーの強度が波長によって変化することを特徴とする、請求項６に記載の偏光に鈍感な波長検出器。
前記入射光学信号を２つの経路に分割するビームスプリッターと、前記追加経路の内の少なくとも１つの経路で前記光学信号を受け取り、前記経路内の光エネルギーの強度が波長によって変化するように前記光学信号を通過又は反射させるための波長感知フィルターと、を備えていることを特徴とする、請求項６に記載の偏光に鈍感な波長検出器。
前記入射光学信号を２つの経路に分割するビームスプリッターと、前記追加経路の内の一方の経路内の長波長感知フィルター及び前記追加経路の内の他方の経路内の短波長感知フィルターとを備えており、前記フィルターは、それぞれ、前記各経路内の前記光学信号の強度が波長によって変化するように前記光学信号を前記経路内で通過又は反射させることを特徴とする、請求項６に記載の偏光に鈍感な波長検出器。
入射光学信号の波長を検出する方法において、
光学信号を２つの経路に分割する段階であって、前記２つの経路の内の少なくとも１つの経路ではビームの強度が波長によって変化するようになっている段階と、
前記各経路内の前記光学信号の強度を示す大きさを有する電気信号を生成する段階と、
前記両電気信号の比率を取り、前記入射光学信号の波長を示す出力信号を提供する段階と、から成ることを特徴とする方法。
前記比率は、前記各電気信号の対数を取り、前記対数同士を減算することによって得られることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
入射光学信号の波長を検出するための波長検出器において、
入射光学信号を受け取り、それを少なくとも２つの経路に分割するための手段であって、前記２つの経路の内の１つの経路では、前記光学信号の強度が波長によって変化するようになっている手段と、
前記各経路で前記光学信号を受信し、前記各経路内で前記光学信号の強度を示す出力電気信号を提供するための光検出器と、
前記電気信号を受信し、前記入射光エネルギーの波長を示す入力信号の強度とは無関係の電気読み出しを提供するための比率回路と、を備えていることを特徴とする波長検出器。
前記入射光学信号を受け取り、それを２つの経路に分割するための前記手段は、ビームスプリッターを備えており、各経路内の光エネルギーの強度が波長によって変化することを特徴とする、請求項１に記載の波長検出器。
前記入射光学信号を２つの経路に分割するビームスプリッターと、前記経路の内の少なくとも１つの経路内で前記光学信号を受け取り、前記経路内の光エネルギーの強度が波長によって変化するように前記光学信号を通過又は反射させるための波長感知フィルターとを備えていることを特徴とする、請求項１３に記載の波長検出器。
前記入射光学信号を２つの経路に分割するビームスプリッターと、前記経路の内の一方の経路内の長波長感知フィルター及び前記経路の内の他方の経路内の短波長感知フィルターとを備えており、前記フィルターは、それぞれ、前記各経路内の前記光学信号の強度が波長によって変化するように前記光学信号を前記経路内で通過又は反射させることを特徴とする、請求項１３に記載の波長検出器。