JP3275282B2 - 光スペクトラムアナライザ - Google Patents
光スペクトラムアナライザInfo
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Description
光スペクトラムアナライザに関し、特に波長確度および
パワーレベル確度を向上するための簡単に行える補間方
式に関するものである。
る有限のスリット幅すなわちスペクトル幅に存在する光
パワーの平均値を示すものであった。また、アレイ素子
を用いた分光器においても各素子の出力をそのまま表示
せざるを得なかった。なぜなら、被測定光のスペクトル
形状は任意のものを想定しており、このスペクトル形状
と、アレイ素子の出力とは必ずしも1対1に対応しない
からである。
子の出力から真のスペクトル形状を推定することは困難
であるという問題があった。本発明の目的は、このよう
な点に鑑み、被測定光として単色光(レーザなどのよう
にスペクトル線幅が装置の分解能に比べてはるかに狭い
光)およびそれらの集まりを想定し、アレイ素子におけ
る隣接素子の出力をもとにして簡単な演算により該当す
る単色光の中心波長とトータルパワーを求めることがで
きる光スペクトラムアナライザを提供することにある。
るために本発明では、入射口からの被測定光を分散素子
に入射し、分散素子から出射される光を集束して複数の
受光素子から成るアレイ素子に照射するように構成され
た分光装置と、前記各アレイ素子の出力と前記入射口で
の光パワー分布とから中心波長を補間し、トータルパワ
ーを演算する演算装置と、前記中心波長およびトータル
パワーの値を表示する表示装置を備えたことを特徴とす
る。
ておくと共に、アレイ素子の中で出力が最大となるn番
目の素子と、アレイ素子に当たる出射ビームの中心とが
Δxだけずれた場合の、ずれΔxと関連する受光素子の
出力との関係を予め求めておく。実測値が得られれば、
上記関係からΔxが求められ、これにより中心波長が求
められる。また、トータルパワーも受光素子出力の理論
値と実測値から計算により求めることができる。
図1は本発明に係る光スペクトラムアナライザの一実施
例を示す原理構成図である。図1において、10は分散
素子とアレイ素子を有する分光装置、20は分光装置1
0のアレイ素子の駆動および信号読み出しを行う駆動装
置、30は演算装置、40は表示装置である。
ティングミラー12、回折格子などの分散素子13、フ
ォーカシングミラー14、アレイ素子15から構成され
る。スリット11の入射口を通して入射された被測定光
はコリメーティングミラー12で平行光となり分散素子
13に入射する。分散素子13の出射光はフォーカシン
グミラー14でアレイ素子15上に集束する。この場
合、分散素子13は固定されていて、アレイ素子15に
当たる光スポットの位置は被測定光の波長に対応して移
動する(ずれる)。
ゴリズムについて説明する。アレイ素子は、図2に示す
ように、短冊状の受光部(素子または受光素子という)
が配列されたもので、いま素子の数をn0 、素子の長さ
をL、素子の幅をd、素子のピッチをrとする。このよ
うな構成のアレイ素子の中で出力が最大となるn番目の
素子の中心と、出射ビーム(強度分布f(x,y))の中心
(x=0)とがΔxだけずれている場合、本発明では各
素子の出力Pn-2 ,Pn-1 ,Pn(max) ,Pn+1 ,
・・・からΔxを求め、波長を補間してトータルパワー
を推定する。
はレーザ光を想定している)、出射ビームの広がり(あ
るいは形状)は主としてレンズによる回折および入射口
のパワー分布によって決まる。 (2) 受光素子の番号と波長とは予め対応が付けられてお
り、受光素子間もΔxによって補間できるものとする。
素子番号1,・・・,n-1 ,n ,n+1 ,・・・,n0 に
対し、波長λ1 ,・・・λn-1 ,λn ,λn+1 ,・・
・,λ0 が対応し、各素子間の波長差は λk −λk-1 ≒Δλ ただし、k:2〜n0 とする。
チャートに示すように、実測値P1,・・・,Pn-1 ,
Pn ,Pn+1 ,・・・,Pn0を用い、Δxを推定し、中
心波長λ0 、トータルパワーPtotal を求めることがで
きる。以下中心波長λ0 、トータルパワーPtotal を求
める場合の動作について説明する。
射口での光強度分布g(ξ,η)がガウス型の場合、ト
ータルパワーを1とすれば、 g(ξ,η)=(2/πω0 2)exp{−2(ξ2+η2)/ω0 2}……(1) ただし、ω0 はスポットサイズとなる。
少の回折の効果を受けても、アレイ素子上での光強度分
布f(x,y)はやはりガウス型となり、損失がないも
のとすれば、 f(x,y)=(2/πω2)exp{−2(x2+y2)/ω2} ……(2) ただし、ωはスポットサイズとなる。
パワーpは、
軸)を
d/2+Δx} t2 =(2)1/2 (1/ω){(n−k)r+d/2+
Δx} となる。
差関数
n-1 ,pn ,pn+1 等とΔxの関係について述べる。図
4はpn-1 ,pn ,ln(pn+1 /pn-1 )に対するΔx
の関係を示す図である。なお、pn+1 はpn-1 を左右反
転したものである。ただし、d=30μmとし、r=5
0μm、ω=30,50,70の場合を示した。つまり
pn+1 /pn-1 の対数値すなわちln(pn+1 /pn-1 )
とΔxとはほぼ直線的になり、 ln(pn+1 /pn-1 )∝Δx となる。
が得られれば、Δxは容易に求められ、中心波長λ0 お
よびトータルパワーPtotal はそれぞれ次式で求められ
る。 λ0 =λn −Δx・Δλ/(r/2) Ptotal =Pn /pn
関係を求めておき、実測したデータPn+1 ,Pn-1 によ
るln(pn+1 /pn-1 )の値からΔxを推定するもので
あるが、本発明はこれに限らず次のようにしてもよい。
ln(pn+1 /pn-1 )とΔxの直線性に着目し、この関
係を3点(−r/2,ln(pn+1 /pn-1 )),(0,
0),(r/2,ln(pn+1 /pn-1 ))を通る直線で
近似し、予め行う計算は、Δx=r/2または−r/2
の場合のln(pn+1 /pn-1 )のみにしている。
pn-1 )と上記直線のずれは、図5に示す通りである。
ただし、r=50μm、d=30μmである。この場合
ωが小さいほど誤差は大きくなるが、ω=30μmの場
合でも誤差は±3%である。つまり、上記方法によって
中心波長を補間するとき、 λ0 =λn −Δx・Δλ/(r/2) において、例えば、 λn =1550.0nm Δλ=0.10nm として、Δxに±3%の誤差があっても、λ0 を0.0
1nmの桁までは確定できる。実際の光学系では、ωは
使用するシングルモードファイバによって若干変化する
が、測定中は不変であるから、予め知る必要があるのは
近似に使う1本の直線の傾きのみである。
なるとき、すなわちΔx=±r/2のときのln(pn+1
/pn-1 )のみである。図6は、r=50μm、d=3
0μmとし、Δx=−r/2=−25μmにおけるln
(pn+1 /pn-1 )とωの関係を示したものである。さ
らに実用的には、理論的なpn-1 ,pn ,pn+1 を求め
るときに補誤差関数Erfc(x)を用いるよりも数値積
分を行った方が便利な場合もあり、またきざみをあまり
細かくしなくても十分な精度が得られる。
/3公式(m=1)で求めたln(pn+1 /pn-1 )の比
較である。ただし、ω=50μm、r=50μm、d=
30μmの場合である。
れるが、上記条件のときシンプソンの1/3公式で求め
たpn の誤差は役0.25%であり、実用上問題はな
い。
Δx=12.12μmによる理論値pn-1 ,pn ,p
n+1 との比較である(実際にはpn =0.365で規格
化した値をプロット)。
し11.6nWと求められているため、実測値の縦軸の
目盛としては、Pn の値が Pn /pn =11.6nW すなわち Pn =11.6nW×0.365=4.23nW と表示されるようにしておけばよい。
ような効果がある。光スペクトラムアナライザで単色光
(レーザ光)を測定する場合、中心波長とパワーレベル
の確度が要求されるが、アレイ素子の出力そのものでは
中心波長の確度は受光素子間波長差Δλより良くはなら
ず、トータルパワーについても何らかの演算が不可欠で
あった。しかし本発明によれば、アレイ素子上のビーム
位置を正確に求めることにより、容易に中心波長λ0 お
よびトータルパワーPtotalの確度を向上することがで
きる。
施例を示す要部構成図
す図
Claims (3)
- 【請求項1】入射口からの被測定光を分散素子に入射
し、分散素子から出射される光を集束して複数の受光素
子から成るアレイ素子に照射するように構成された分光
装置と、 前記各受光素子の出力と前記入射口での光パワー分布と
から中心波長を補間し、トータルパワーを演算する演算
装置と、 前記中心波長およびトータルパワーの値を表示する表示
装置を備えたことを特徴とする光スペクトルアナライ
ザ。 - 【請求項2】前記入射口にシングルモードファイバを用
い、前記演算装置は入射口での光パワー分布をガウス型
として前記中心波長とトータルパワーを演算により求め
るように構成された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。 - 【請求項3】前記演算装置は、最大出力を示す受光素子
の両側の受光素子の出力の比の対数の値が、最大出力を
示す受光素子の中心と入射ビームの中心とのずれに実質
上直線になると近似して、中心波長およびトータルパワ
ーを演算により求めるように構成されたことを特徴とす
る請求項1記載の光スペクトラムアナライザ。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP05701295A JP3275282B2 (ja) | 1995-03-16 | 1995-03-16 | 光スペクトラムアナライザ |
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DE69634321T DE69634321T2 (de) | 1995-03-15 | 1996-03-12 | Optischer spektrumanalysator und spektroskop |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08254465A JPH08254465A (ja) | 1996-10-01 |
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Family Applications (1)
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JP05701295A Expired - Fee Related JP3275282B2 (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-16 | 光スペクトラムアナライザ |
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Country | Link |
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JP5115796B2 (ja) * | 2007-11-29 | 2013-01-09 | 横河電機株式会社 | 分光器 |
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1995
- 1995-03-16 JP JP05701295A patent/JP3275282B2/ja not_active Expired - Fee Related
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