JP2006208243A - 光スペクトラムアナライザ - Google Patents

Abstract

【課題】 高い波長精度を維持しながら、被測定光に対する連続測定が可能で、広い波長範囲を高速に測定できるようにする。
【解決手段】 被測定光Ｘとともに光強度が極大または極小となる波長が既知の基準光Ｒを可変波長フィルタ２５に入射させ、被測定光Ｘに対する可変波長フィルタ２５の出射光Ｘｃを第１の受光器５０で受け、基準光Ｒに対する可変波長フィルタ２５の出射光Ｒｃを第２の受光器５１で受け、第１の受光器５０の出力信号Ｐａと第２の受光器５１の出力信号Ｐｂとを、可変波長フィルタ２５の選択波長の情報に対応づけてメモリ５３、５４にそれぞれ記憶する。そして、波長情報補正手段５６により、被測定光Ｘのスペクトラムデータの波長情報を、基準光Ｒのスペクトラムデータと既知波長とに基づいて補正処理する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、可変波長フィルタを用いて光のスペクトラム特性を求める光スペクトラムアナライザにおいて、そのスペクトラム特性の波長精度を向上させるための技術に関する。

光のスペクトラム特性を求める光スペクトラムアナライザは、被測定光を可変波長フィルタに入射し、可変波長フィルタの選択波長を変化させながら、その出射光の強度を検出し、波長対強度の関係、即ちスペクトラムデータを求めている。

光スペクトラムアナライザの性能としては、スペクトラムデータの波長精度および分解能が高く、測定波長範囲が広く、波長掃引速度が速いこと等が要求されているが、これらは、主に可変波長フィルタの性能で決まってしまう。

光スペクトラムアナライザに従来から用いられている可変波長フィルタとして、ファブリペローフィルタが知られている。

ファブリペローフィルタは、図１６に示すように、平行に対向する一対の光学素子１、２を有し、その一方の光学素子１の外側から入射された光Ｐａのうち、光学素子１、２の隙間ｄによって決まる波長成分を他方の光学素子２の外側へ選択的に出射させる所謂キャビティ構成であり、光学素子１、２の隙間ｄを可変することにより、出射光Ｐｂの波長を変化させることができる。

この構成の可変波長フィルタの場合、光学素子１、２の屈折率をｎとすると、隙間ｄと出射光波長λとの間には、２ｎｄ＝ｍλ（ｍは整数）の関係が成立することが知られている。

上記構造の可変波長フィルタを実際に構成する場合、光学素子の一方に対して他方を微細に平行移動する機構が必要となる。

この移動機構としては、半導体基板等に対するエッチング技術、所謂ＭＥＭＳの技術を適用して構成したものが知られている（特許文献１）。

米国特許第６３７３６３２号明細書

図１７はその例を示すものであり、平板枠状の基板５の中央に、前記光学素子の一方となる円板６を形成し、さらに基板５の内縁と円板６の外縁の間を、可撓性を有する複数（図１７では４つ）の細い梁部７、７、……により連結している。

そして、例えばこの円板６に対向する固定電極（図示せず）と円板６との間に電圧を印加して、その静電的な引力により、円板６を前または後ろ（図１７では紙面に直交する方向）に移動させて、固定された光学素子との隙間を変化させる。

このような可変波長フィルタによって選択された光を受光器に入射して、その強度を求めることで、被測定光のスペクトラムデータを得ることができる。

ところで、上記のような光スペクトラムアナライザの一つの問題として、波長精度を維持するために既知波長の基準光を被測定光の代わりに可変波長フィルタに入射して、スペクトラムデータを求め、そのスペクトラムデータの波長軸を基準光の既知波長に基づいて校正することが行われている。

しかし、光スペクトラムアナライザを環境変化の激しい場所で使用する場合、その環境変化により光学系が変動して、波長精度が著しく低下する。

このため、上記の校正処理を頻繁に行わなければならず、被測定光に対する連続的な測定が困難となる。

また、上記のように、可変波長フィルタとしてファブリペローフィルタを用いた光スペクトラムアナライザでは、原理的に波長可変範囲を広くすることができないという問題がある。

即ち、前記した隙間ｄと波長λとの関係から、出射光波長λは、
λ＝２ｎｄ／ｍ
と表され、同一の隙間ｄに対して出射波長λは、ｍの値により複数存在し、一義的に定まらない。

図１８は、ｍ＝１〜４までの波長λと隙間ｄの関係を表しており、所望の波長範囲をλ１〜λ２とし、ｍ＝１において波長λ１〜λ２を実現する隙間の範囲をｄ１〜ｄ２としたとき、隙間がｄ２に近い部分では、同一の隙間ｄに対して異なる３つの波長２ｎｄ、ｎｄ、２ｎｄ／３の成分が選択されてしまう。

これを防ぐためには、波長の下限をλ１からλ１′＝ｎｄ２まで引き上げなければならず、可変範囲が大幅に減少してしまう。

また、波長選択特性を狭帯域にするためには、一対の光学素子に高い平行度が要求されるが、前記したように、複数の細い梁部７を介して光学素子に相当する円板６を支持する構造では、梁部７の僅かな特性の違いにより、円板６に傾きが生じてしまい、狭帯域特性を得ることが困難となる。

これを解決するためは、円板６を移動させるための電極数を増加して、その姿勢を細かく制御する必要があり、構造が複雑化するとともに、高速な波長可変が困難になる。

また、構造的に温度や湿度の変化によって円板６の姿勢が変動しやすく、出射波長の精度が低下するという問題もあった。

本発明は、この問題を解決し、高い波長精度を維持しながら、被測定光に対する連続測定が可能で、広い波長範囲を高速に測定できる光スペクトラムアナライザを提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の請求項１の光スペクトラムアナライザは、
入射光に含まれる波長成分を選択的に出射するとともに、その選択波長を変化させる可変波長フィルタ（２５）と、
光強度が極大または極小となる波長が既知の基準光を出射する基準光源（２３）と、
被測定光を前記可変波長フィルタに対して第１の光軸に沿って入射させる第１の入射部（２１）と、
前記基準光を前記可変波長フィルタに対して前記第１の光軸と異なる第２の光軸に沿って入射させる第２の入射部（２２）と、
前記被測定光に対して前記可変波長フィルタが出射する光を受ける第１の受光器（５０）と、
前記基準光に対して前記可変波長フィルタが出射する光を受ける第２の受光器（５１）と、
前記第１の受光器の出力信号と前記第２の受光器の出力信号とを、前記可変波長フィルタの選択波長の情報に対応づけて記憶するスペクトラムデータ記憶手段（５２〜５５）と、
前記被測定光について得られたスペクトラムデータの波長情報を、前記基準光について得られたスペクトラムデータと該基準光の前記既知波長とに基づいて補正処理する波長情報補正手段（５６）とを備えている。

また、本発明の請求項２の光スペクトラムアナライザは、請求項１記載の光スペクトラムアナライザにおいて、
前記可変波長フィルタは、
前記被測定光および前記基準光を、回折面の溝に直交する向きで受けて回折する回折格子（２６、２６Ａ、２６Ｂ）と、
前記回折格子の回折面に対向する反射面（３５ａ、３５ｂ）を有し、該回折面の溝と平行な軸を中心に回動自在に形成され、前記被測定光および基準光に対して前記回折格子が出射する回折光を前記反射面で受けて該回折格子へ戻す回動ミラー（３５）とを有し、
前記被測定光について前記回動ミラーから戻された光に対して前記回折格子が第１の特定方向に出射する光を前記第１の受光器で受け、前記基準光について前記回動ミラーから戻された光に対して前記回折格子が第２の特定方向に出射する光を前記第２の受光器で受けることを特徴としている。

また、本発明の請求項３の光スペクトラムアナライザは、請求項２記載の光スペクトラムアナライザにおいて、
前記回動ミラーは、
前記ミラー本体（３６）と、固定基板（３８、３９）と、前記固定基板の縁部と前記ミラー本体の外縁との間を連結し且つ長さ方向に捩れ変形して、前記ミラー本体を回動自在に支持する軸（３７）と、前記ミラー本体を回動させる回動駆動手段（４０、４４、４５、４９）とを有している。

また、本発明の請求項４の光スペクトラムアナライザは、請求項２まはた請求項３記載の光スペクトラムアナライザにおいて、
前記回動ミラーの一面側と反対面側に反射面が形成され、
前記回折格子は、前記第１の入射部から入力された被測定光を受け、該被測定光に対する回折光を前記回動ミラーの一面側に入射させる第１の回折格子（２６Ａ）と、前記第２の入射部から入力された基準光を受け、該基準光に対する回折光を前記回動ミラーの反対面側に入射させる第２の回折格子（２６Ｂ）とにより構成されていることを特徴としている。

また、本発明の請求項５の光スペクトラムアナライザは、請求項１〜４のいずれかに記載の光スペクトラムアナライザにおいて、
前記基準光源は、
広帯域光を出射する広帯域光源（２３ａ）と、
前記広帯域光を受けて、ピークレベルの波長が既知の複数の光成分を抽出するフィルタ（２３ｂ）とにより構成されている。

また、本発明の請求項６の光スペクトラムアナライザは、請求項１〜４のいずれかに記載の光スペクトラムアナライザにおいて、
前記基準光源は、
広帯域光を出射する広帯域光源（２３ａ）と、
前記広帯域光を受けて既知波長の光を吸収して出射するガス吸収セル（２３ｃ）とにより構成されている。

また、本発明の請求項７の光スペクトラムアナライザは、請求項１〜４のいずれかに記載の光スペクトラムアナライザにおいて、
前記基準光源は、
既知波長の複数の単一波長光をそれぞれ出射する複数の狭帯域光源（２３ｄ）と、
前記複数の狭帯域光源から出射された単一波長光を合波して出射する光合波器（２３ｅ）とにより構成されている。

以上のように、本発明の光スペクトラムアナライザは、既知波長の基準光を被測定光とともに可変波長フィルタに常時入射し、そのスペクトラムデータを得て、波長情報を補正しているので、環境変化の激しい場所に設置された場合であっても、被測定光についての波長精度が高いスペクトラムデータを連続的に取得することができる。

また、本発明の光スペクトラムアナライザでは、可変波長フィルタとして、回折格子と、所謂ＭＥＭＳ構造の回動ミラーとを用いているので、制御が容易で広い波長範囲を高速に掃引することができる。

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、本発明を適用した光スペクトラムアナライザ２０の全体構成を示している。

図１において、第１の入射部２１は被測定光Ｘを後述する可変波長フィルタ２５に対して第１の光軸Ｌ１に沿って入射させる。また、第２の入射部２２は、基準光Ｒを可変波長フィルタ２５に対して第１の光軸Ｌ１と異なる第２の光軸Ｌ２に沿って入射させる。

これらの入射部２１、２２は、例えば光ファイバのコネクタやコリメートレンズ等で構成される。

基準光源２３は、後述の波長可変フィルタ２５の波長可変範囲内で、光強度が極大または極小となる波長が既知の基準光Ｒを出射するものであり、例えば図２に示すように、広帯域光Ｗを出射する広帯域光源２３ａと、その広帯域光Ｗを受けて、図３のように各ピークレベルの波長λ（１）、λ（２）、…が既知の複数の光成分ｒ１、ｒ２、…を抽出する光フィルタ２３ｂとにより構成されている。

なお、広帯域光源２３ａは例えばＳＬＤ（Super Luminescence Diode）やＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）等で構成され、光フィルタ２３ｂは、エタロン（登録商標？）やＦＢＧ（ファイバーブラッググレーティング）等で構成される。

また、基準光源２３として、図４のように、広帯域光源２３ａから出射された広帯域光Ｗを受けて、図５のように、既知波長λ（１）′、λ（２）′、…の光を吸収して、光強度が極小となる波長が既知の光を出射するガス吸収セル２３ｃとにより構成することもできる。また、図６のように、既知波長λ（１）、λ（２）、…、の複数の単一波長光をそれぞれ出射する複数の狭帯域光源（例えば半導体レーザ）２３ｄ、２３ｄ、…と、各狭帯域光源２３ｄ、２３ｄ、…から出射された単一波長光を合波して出射する光合波器２３ｅとにより構成することもできる。

可変波長フィルタ２５は、入射光に含まれる波長成分を選択的に出射するとともに、その選択波長を変化させるために、回折格子２６と回動ミラー３５とを有している。

回折格子２６は、第１の入射部２１から第１の光軸Ｌ１に沿って入射される被測定光Ｘと、第２の入射部２２から第２の光軸Ｌ２に沿って入射される基準光Ｒとを、回折面２６ａの溝２７に直交する向きで受けてその回折光を出射する。

ここで、第１の光軸Ｌ１と第２の光軸Ｌ２は平行で且つ回折面２６ａの一つの溝２７を含む平面内にあるものとする。

回折格子２６は、入射光に含まれ波長成分をその波長に対応した角度でそれぞれ出射するが、この場合のように、被測定光Ｘと基準光Ｒとが回折面２６ａに対して同一角度で入射された場合、被測定光Ｘに含まれる波長成分と基準光Ｒに含まれる波長成分のうち、同一波長成分の回折光は、回折面２６ａから同一の出射角で溝２７の長さ方向に平行にずれた光軸に沿ってそれぞれ出射され、回動ミラー３５に入射される。

回動ミラー３５は、回折格子２６の回折面２６ａに対向する反射面３５ａを有し、回折面２６ａの溝２７と平行な軸Ｌｃを中心に回動自在に形成され、被測定光Ｘおよび基準光Ｒに対して回折格子２６が出射する回折光のうち、反射面３５ａに直交する回折光Ｘａ、Ｒａを同一光軸で逆向きに折り返し回折格子２６へ戻される。

この折り返し光Ｘｂ、Ｒｂは、回折格子２６に入射され、その入射角と波長によって決まる角度でそれぞれ出射されることになる。

また、回動ミラー３５の角度が変わると、反射面３５ａに直交する回折光Ｘａ、Ｒａの波長と、その折り返し光Ｘｂ、Ｒｂの回折格子３５への入射角が変わることになるが、回折格子２６に対する回動ミラー３５の位置を適宜設定しておくことで、回折格子２６に対する回動ミラー３５の角度が変わった場合でも、折り返し光Ｘｂ、Ｒｂに対して回折格子２６が出射する回折光Ｘｃ、Ｒｃの出射角が変わらないようにしている。

一方、回動ミラー３５は、所謂ＭＥＭＳ（Micro Electro
Mechanical System）技術により形成され、半導体基板のエッチング技術を利用して小型に且つ高い寸法精度で構成されている。

図７は、回動ミラー３５の構成例を示したものである。図７において、ミラー本体３６は横長矩形の平板状に形成され、その一面側に反射面３６ａが形成されている。ミラー本体３６の上下には、横長矩形の固定基板３８、３９が平行に配置されている。

上側の固定基板３８の下縁中央とミラー本体３６の上縁中央の間および下側の固定基板３９の上縁中央とミラー本体３６の下縁中央の間は、互いに一直線状に並んだ軸３７、３７によって連結されている。

この軸３７の幅および厚さは、長さ方向に所望の回動角度範囲において捩れ変形し、またその変形状態から復帰できるように設定されており、この上下一対の軸３７の捩れ変形により、ミラー本体３６は、固定基板３８、３９に対してその軸３７を中心に往復回動できるようになっている。ただし、ミラー本体３６、軸３７、３７および固定基板３８、３９からなるブロックを、一枚の半導体基板に対するエッチング処理で形成しているので、軸３７の厚さは、ミラー本体３６、固定基板３８、３９の厚さと共通である。

また、このようにミラー本体３６、軸３７、３７および固定基板３８、３９で一体的に形成されたブロックは、回転駆動力を静電的に与えるために導電性を有している。

なお、ここでは２つの互いに分離した固定基板３８、３９を用いているが、この固定基板３８、３９の両端間を連結して枠状に形成した一つの固定基板の内側に、２本の軸３７を介してミラー本体３６を回動自在に支持する構造であってもよい。

固定基板３８、３９は、絶縁性を有する支持基板４０の一面側に互いに平行に設けられたスペーサ４１、４２の上に重なり合うように固定されている。また、支持基板４０の一面側で、ミラー本体３６の背面の両端に対向する位置には、電極板４４、４５が固定されている。

そして、この一対の電極板４４、４５とミラー本体３６を含むブロックの間に、駆動信号発生器４９から、例えば図８の（ａ）、（ｂ）のように、互いに電圧レベルが反転する駆動信号Ｖａ、Ｖｂを周期的に印加すれば、電極板４４、４５とミラー本体３６の背面両端との間に、静電的な吸引力が交互に生じ、ミラー本体３６が例えば図８の（ｃ）のように、ほぼ正弦的に往復回動する。なお、この駆動信号Ｖａ、Ｖｂは、例えば、駆動信号発生器４９の内部で生成された周波数の高いクロック信号Ｃを分周することにより得ている。

ここで、駆動信号Ｖａ、Ｖｂの周波数を、ミラー本体３６の形状や重さ、軸３７のバネ定数などで決まるミラー本体３６の固有振動数に対応した値に設定すれば、少ない駆動電力で大きな回動振幅が得られる。

また、前記したように、この回動ミラー３５は、ＭＥＭＳ技術によりミラー本体３６を含めて全体的に非常に小型且つ軽量に形成され、しかも、ミラー本体３６の形状を限定する要素はないので、この例のように軸３７に対して左右対称に形成できる。したがって、振動を生じることなく、ミラー本体３６を数１００Ｈｚ〜数１０ｋＨｚで高速に往復回動させることが可能であり、高速な波長掃引が実現できる。

また、回動ミラー３５を任意の角度で一時的に停止させる動作モードの場合には、駆動信号発生器４９からいずれか一方の電極板に一定電圧を印加すればよく、その電圧を変えることで、回動ミラー３５の角度を可変できる。

なお、回動ミラー３５の構造は上記のものに限定されるものではなく、種々の形状変更が可能であり、また、駆動方式も前記した静電的な力だけでなく、磁石やコイルを用いて得られる磁気的な力を用いてもよい。また、圧電素子等を用いて機械的な力を与えてもよい。

このような構成の回動ミラー３５から出射された折り返し光Ｘｂに対して回折格子２６が第１の特定方向Ａに出射する回折光Ｘｃは、第１の受光器５０に入射され、折り返し光Ｒｂに対して回折格子２６が第２の特定方向Ｂ（この場合、第１の特定方向Ａと平行）に出射する回折光Ｒｃは、第２の受光器５１に入射される。

第１の受光器５０および第２の受光器５１は、それぞれの入射光の強度に対応した強度信号Ｐａ、Ｐｂが出力する。

これらの強度信号Ｐａ、Ｐｂは、２チャネルのＡ／Ｄ変換器５２によってデジタル信号列Ｄａ、Ｄｂに変換され、第１のメモリ５３および第２のメモリ５４に対して時系列に記憶される。メモリ５３、５４に対するアドレスＡの指定は、アドレス指定手段５５によってなされる。

アドレス指定手段５５は、可変波長フィルタ２５の駆動信号発生器４９から出力されるクロック信号Ｃと駆動信号Ｖａ（Ｖｂでもよい）とを受け、例えば、駆動信号Ｖａの立ち上がりタイミングから立ち下がりタイミングまでクロック信号Ｃの計数を行い、その計数結果をアドレス値Ａとして出力する。

波長情報補正手段５６は、被測定光について得られたスペクトラムデータの波長情報を、基準光について得られたスペクトラムデータと既知波長とに基づいて補正処理する。

この補正処理としては種々の方法が考えられるが、最も単純な方法は、図９の（ａ）に示すように、メモリ５４に記憶された基準光Ｒのスペクトラムデータに対して、その強度が極大となる点のアドレスＡｍ（１）、Ａｍ（２）、…を求め、そのアドレスＡｍ（１）、Ａｍ（２）、…がそれぞれ既知波長λ（１）、λ（２）、…に相当するものとし、波長差Δλ（ｉ）＝λ（ｉ＋１）−λ（ｉ）を、アドレス差ΔＡｉ＝Ａｍ（ｉ＋１）−Ａｍ（ｉ）で除算して、アドレス１ポイントあたりの波長変化量を求め、アドレスＡｍ（ｉ）、Ａｍ（ｉ＋１）の間の各アドレスに波長を割り当てる補間処理である。

この補間処理により、メモリ５４の各アドレスと波長との関係が求められるが、上記のように基準光Ｒと被測定光Ｘとが可変波長フィルタ２５の回折格子２６に対して同一角で入射され、且つ第１の受光器５０と第２の受光器５１とが回折格子２６に対して同一角度の方向に設けられているので、上記の基準光Ｒについて得られたアドレス対波長の情報はそのままメモリ５３についても適用できる。

したがって、図９の（ｂ）のように、メモリ５３に記憶された被測定光Ｘについてのスペクトラムデータが図示しないスペクトラム表示手段に読み出される際に、波長情報補正手段５６で得られたアドレス対波長の情報をそのスペクトラム表示手段に与えることで、正確な波長軸上に被測定光Ｘについてのスペクトラム波形を表示させることができる。

上記波長情報補正手段５６による波長補正処理は、波長掃引毎に行うことができるので、たとえ、環境変化の激しい場所に設置された場合であっても、被測定光について常に波長情報が校正された正確なスペクトラムデータを得ることができる。

なお、実際には、波長掃引毎に無条件に上記波長補正処理を行う必要はなく、初回の掃引で基準光Ｒについて得られたスペクトラムデータからアドレス対波長の情報を求め、２回目以降の掃引については、前記したアドレスＡｍ（ｉ）と既知波長λ（ｉ）との対応関係が変化するか否かを判定し、対応関係が変化しない場合には、アドレス対波長の情報の更新はしないでよい。

波長情報補正手段５６による波長補正処理は、上記のようなアドレス対波長の情報を更新する方法の他に、アドレス指定手段５５あるいは駆動信号発生器４９に対するフィードバック制御によっても実現できる。

例えば、前記同様に、初回の掃引で基準光Ｒについて得られたスペクトラムデータから前記同様にアドレス対波長の情報を求め、２回目以降の掃引については、前記したアドレスＡｍ（ｉ）と既知波長λ（ｉ）との対応関係が変化するか否かを判定し、対応関係が変化しない場合には、アドレス対波長の情報の更新はしない。

また、アドレスＡｍ（ｉ）と既知波長λ（ｉ）との対応関係が変化した場合には、その変化が掃引の位相変化であるか、振幅変化であるか、あるいはその両方を含むかを判定する。

ここで、掃引の位相変化とは、図１０の（ａ）の駆動信号Ｖａの位相に対して回動ミラー３５の回動位相が図１０の（ｂ）のように、全体的に遅れたり進むことであり、振幅変化は、図１０の（ｃ）のように、回動ミラー３５の回動振幅が大きくなったり小さくなることである。

例えば、駆動信号Ｖａの位相に対して回動ミラー３５の回動位相が全体的に遅れた場合、基準光Ｒのスペクトラムデータの各極大点のアドレスＡｍ（ｉ）′がそれぞれ元のアドレスＡｍ（ｉ）より全体的に増加する。

また、駆動信号Ｖａに対して回動ミラー３５の回動振幅が大きくなった場合、基準光Ｒのスペクトラムデータの各極大点のアドレスＡｍ（ｉ）′のうち、掃引中心波長より長い既知波長分についてはそれぞれ元のアドレスＡｍ（ｉ）より大きくなり、掃引中心波長より短い既知波長分についてはそれぞれ元のアドレスＡｍ（ｉ）より小さくなる。

したがって、２回目以降の掃引において得られた各アドレスＡｍ（ｉ）′がそれぞれ元のアドレスＡｍ（ｉ）より全体的に増加した場合には、回動ミラー３５の回動位相に遅れがあると判定し、そのアドレスの平均的な増加分だけ減じられたアドレスＡが、アドレス指定手段５５からメモリ５３、５４に入力されるように制御して、基準光についてのスペクトラムデータを常に初回のスペクトラムデータと一致させる。

また、２回目以降の掃引において得られた掃引中心波長より長い既知波長分の各アドレスＡｍ（ｉ）′がそれぞれ元のアドレスＡｍ（ｉ）より大きくなり、掃引中心波長より短い既知波長分の各アドレスＡｍ（ｉ）′がそれぞれ元のアドレスＡｍ（ｉ）より小さくなった場合には、回動ミラー３５の回動振幅が大きくなったと判定し、そのアドレスの最大の変化量に対応した分の電圧を減じた振幅の駆動信号Ｖａ、Ｖｂが、駆動信号発生器４９から回動ミラー２６に入力されるように制御して、基準光についてのスペクトラムデータを常に初回のスペクトラムデータと一致させる。

また、上記２つの現象が重なった場合には、上記処理を併用して、基準光についてのスペクトラムデータを常に初回のスペクトラムデータと一致させる。
上記のようなフィードバック制御は、波長補正処理としては若干の遅れを発生させるが、掃引毎にアドレスの補間演算処理を行う必要がないので、高速掃引の場合にも対応できるという利点がある。

上記した光スペクトラムアナライザ２０では、可変波長フィルタ２５の単一の回折格子２６に対して基準光Ｒと被測定光Ｘとを入射させていたが、図１１に示す光スペクトラムアナライザ６０のように、２つの回折格子２６Ａ、２６Ｂを用いて可変波長フィルタ２５を形成することも可能である。

ここで、第１の回折格子２６Ａは、第１の入射部２１から所定入射角で入射された被測定光Ｘを回折面２６ａで受けて、その回折光Ｘａを回動ミラー３５の一方の反射面３５ａに入射し、その折り返し光Ｘｂを受けて第１の特定方向Ａへ出射し、第１の受光器５０へ入射させる。

また、第２の回折格子２６Ｂは、回動ミラー３５の回動中心に対して第１の回折格子２６Ａを１８０度回転させた位置に配置されており、第２の入射部２２から前記所定入射角で入射された基準光Ｒを回折面２６ａで受けて、その回折光Ｒａを回動ミラー３５の他方の反射面３５ｂに入射し、その折り返し光Ｒｂを受けて第２の特定方向Ｂへ出射し、第２の受光器５１へ入射させる。

なお、上記のように両面反射型の回動ミラー３５は、前記図７の支持基板４０の中央に穴をあけることで実現できる。

この構成の光スペクトラムアナライザ６０のように、第１の回折格子２６Ａと第２の回折格子２６Ｂが回動ミラー３６の回動中心に対して点対称となる位置に配置され、しかも、第１の回折格子２６Ａに対する被測定光Ｘの入射角と第２の回折格子２６Ｂに対する基準光Ｒの入射角は等しいため、回動ミラー３５が回動した場合に第１の受光器５０と第２の受光器５１に入射される光の波長は常に等しい。つまり、前記実施例の光スペクトラムアナライザ２０と光学的に等価である。

したがって、前記同様に、基準光Ｒについてのスペクトラムデータが極大（または極小）となるアドレスと既知波長とにより、被測定光のスペクトラムデータの波長情報を補正することができる。

上記のように２つの回折格子２６Ａ、２６Ｂを用いたものでは、回動ミラー３５の軸方向の高さを小さくすることができる。

図１２は、回動ミラー３５に対して２つの回折格子２６Ａ、２６Ｂを面対称に配置した光スペクトラムアナライザ７０の構成例を示している。

ここで、第１の回折格子２６Ａは、第１の入射部２１から所定入射角で入射された被測定光Ｘを回折面２６ａで受けて、その回折光Ｘａを回動ミラー３５の一方の反射面３５ａに入射し、その折り返し光Ｘｂを受けて第１の特定方向Ａへ出射し、第１の受光器５０へ入射させる。

また、第２の回折格子２６Ｂは、回動ミラー３５の回動中心に対して第１の回折格子２６Ａを１８０度回転させた位置に配置されており、第２の入射部２２から前記所定入射角で入射された基準光Ｒを回折面２６ａで受けて、その回折光Ｒａを回動ミラー３５の他方の反射面３５ｂに入射し、その折り返し光Ｒｂを受けて第２の特定方向Ｂへ出射し、第２の受光器５１へ入射させる。

この構成の光スペクトラムアナライザ７０の場合も、第１の回折格子２６Ａに対する被測定光Ｘの入射角と第２の回折格子２６Ｂに対する基準光Ｒの入射角は等しいが、第１の回折格子２６Ａと第２の回折格子２６Ｂが回動ミラー３６に対して面対称となる位置に配置されているので、図１３のように、回動ミラー３５の角度変化に対して、第１の受光器５０と第２の受光器５１に入射される光の波長の掃引方向が逆で、回動ミラー３５の回動中心を基準にして対称特性となる。

したがって、基準光Ｒについてのスペクトラムデータの各アドレスを変換する、即ち、各アドレスをアドレス最大値Ｍから減算したり、第１のメモリに対するアドレス指定をアドレス最大値Ｍから、Ｍ−１、Ｍ−２、…、０の順に行うことで、被測定光Ｘのスペクトラムデータとを対応させることができ、このアドレス変換処理後に、前記同様の補間処理を行うことで被測定光のスペクトラムデータの波長情報を校正できる。

上記各実施例は、回折格子に対する基準光Ｒと被測定光Ｘの入射角を等しくしていたが、例えば図１４の光スペクトラムアナライザ８０のように、回折格子２６に対する基準光Ｒの入射角と被測定光Ｘの入射角とが異なるようにしてもよい。

ただし、この場合、回動ミラー３５の角度変化に対して、図１５のように第１の受光器５０と第２の受光器５１に入射される光の波長掃引特性が異なってしまう。

ここで、波長掃引の中心は、受光器位置に依存し、波長掃引の広さは回折格子に対する光の入射角に依存するので、予め被測定光に対する波長掃引範囲を包含するように、基準光についての波長掃引範囲を設定しておき、被測定光の代わりに基準光Ｒを入射して、第１の受光器５０の出力から得られた基準光Ｒのスペクトラムデータと第２の受光器５１の出力から得られた基準光Ｒのスペクトラムデータとの波長同士を関連づける式を求めておく。

そして、被測定光Ｘが入射されている状態で、基準光Ｒについてのスペクトラムデータの波長情報に変化があったときには、その変化と前記式とから、被測定光Ｘのスペクトラムデータの波長情報を校正すればよい。

なお、上記各実施形態では、被測定光の入射手段が一つの例であったが、被測定光について多チャネル化してもよい。

多チャネルの場合には、各チャネルの掃引範囲を等しく設定する構成だけでなく、掃引範囲が異なるように設定する構成であってもよく、いずれの場合であっても、前記した各実施例のように、基準光Ｒを常時入射しておくことで、各チャネルについての波長情報を正確に把握することができる。

本発明の実施形態の全体構成図 実施形態の要部構成例を示す図 要部の出力スペクトラム図 実施形態の要部構成例を示す図 要部の出力スペクトラム図 実施形態の要部構成例を示す図 実施形態の要部構成例を示す図 駆動波長掃引のための駆動信号と角度変化の対応図 波長情報の補正処理を説明するためのスペクトラム図 波長掃引特性の変動例を示す図 ２つの回折格子を用いた実施形態を示す図 ２つの回折格子を用いた別の実施形態を示す図 波長掃引特性を示す図 他の実施形態を示す図 波長掃引特性を示す図 光スペクトラムアナライザに用いられている従来の可変波長フィルタの構造図 従来の可変波長フィルタの要部の構造図 波長と隙間との関係を示す図

符号の説明

２０、６０、７０、８０……光スペクトラムアナライザ、２１……第１の入射部、２２……第２の入射部、２３……基準光源、２５……可変波長フィルタ、２６、２６Ａ、２６Ｂ……回折格子、３５……回動ミラー、４９……駆動信号発生器、５０……第１の受光器、５１……第２の受光器、５２……Ａ／Ｄ変換器、５３……第１のメモリ、５４……第２のメモリ、５５……アドレス指定手段、５６……波長情報補正手段

Claims (7)

1. 入射光に含まれる波長成分を選択的に出射するとともに、その選択波長を変化させる可変波長フィルタ（２５）と、
   光強度が極大または極小となる波長が既知の基準光を出射する基準光源（２３）と、
   被測定光を前記可変波長フィルタに対して第１の光軸に沿って入射させる第１の入射部（２１）と、
   前記基準光を前記可変波長フィルタに対して前記第１の光軸と異なる第２の光軸に沿って入射させる第２の入射部（２２）と、
   前記被測定光に対して前記可変波長フィルタが出射する光を受ける第１の受光器（５０）と、
   前記基準光に対して前記可変波長フィルタが出射する光を受ける第２の受光器（５１）と、
   前記第１の受光器の出力信号と前記第２の受光器の出力信号とを、前記可変波長フィルタの選択波長の情報に対応づけて記憶するスペクトラムデータ記憶手段（５２〜５５）と、
   前記被測定光について得られたスペクトラムデータの波長情報を、前記基準光について得られたスペクトラムデータと該基準光の前記既知波長とに基づいて補正処理する波長情報補正手段（５６）とを備えた光スペクトラムアナライザ。
2. 前記可変波長フィルタは、
   前記被測定光および前記基準光を、回折面の溝に直交する向きで受けて回折する回折格子（２６、２６Ａ、２６Ｂ）と、
   前記回折格子の回折面に対向する反射面（３５ａ、３５ｂ）を有し、該回折面の溝と平行な軸を中心に回動自在に形成され、前記被測定光および基準光に対して前記回折格子が出射する回折光を前記反射面で受けて該回折格子へ戻す回動ミラー（３５）とを有し、
   前記被測定光について前記回動ミラーから戻された光に対して前記回折格子が第１の特定方向に出射する光を前記第１の受光器で受け、前記基準光について前記回動ミラーから戻された光に対して前記回折格子が第２の特定方向に出射する光を前記第２の受光器で受けることを特徴とする請求項１記載の光スペクトラムアナライザ。
3. 前記回動ミラーは、
   前記ミラー本体（３６）と、固定基板（３８、３９）と、前記固定基板の縁部と前記ミラー本体の外縁との間を連結し且つ長さ方向に捩れ変形して、前記ミラー本体を回動自在に支持する軸（３７）と、前記ミラー本体を回動させる回動駆動手段（４０、４４、４５、４９）とを有していることを特徴とする請求項２記載の光スペクトラムアナライザ。
4. 前記回動ミラーの一面側と反対面側に反射面が形成され、
   前記回折格子は、前記第１の入射部から入力された被測定光を受け、該被測定光に対する回折光を前記回動ミラーの一面側に入射させる第１の回折格子（２６Ａ）と、前記第２の入射部から入力された基準光を受け、該基準光に対する回折光を前記回動ミラーの反対面側に入射させる第２の回折格子（２６Ｂ）とにより構成されていることを特徴とする請求項２または請求項３記載の光スペクトラムアナライザ。
5. 前記基準光源は、
   広帯域光を出射する広帯域光源（２３ａ）と、
   前記広帯域光を受けて、ピークレベルの波長が既知の複数の光成分を抽出するフィルタ（２３ｂ）とにより構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光スペクトラムアナライザ。
6. 前記基準光源は、
   広帯域光を出射する広帯域光源（２３ａ）と、
   前記広帯域光を受けて既知波長の光を吸収して出射するガス吸収セル（２３ｃ）とにより構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光スペクトラムアナライザ。
7. 前記基準光源は、
   既知波長の複数の単一波長光をそれぞれ出射する複数の狭帯域光源（２３ｄ）と、
   前記複数の狭帯域光源から出射された単一波長光を合波して出射する光合波器（２３ｅ）とにより構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光スペクトラムアナライザ。

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