JP3478125B2 - 光周波数スペクトラム計算方法 - Google Patents
光周波数スペクトラム計算方法Info
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Description
ラム特性を測定する光スペクトラム測定装置に用いられ
る光周波数スペクトラム計算方法に関する。
の構成を示すブロック図である。図4において、10は
種々の波長成分が含まれ、スペクトル測定の対象である
光を出射する光源である。12は光源10から出射され
る光の強度を制限する入射スリットである。14は入射
スリット12を介して入射される光を平行光に変換する
凹面鏡である。
形成されており、凹面鏡14で変換された平行光を波長
毎に空間的に分離する。この回折格子16は図中符号D
1が付された方向に回動可能なステージ17上に配され
ており、ステージ 17の回動に合わせて符号D1が付さ
れた方向に回動する。18は凹面鏡であり 、回折格子
16によって波長毎に空間的に分離された光のうち、凹
面鏡18に入射した光のみを出射スリット20のスリッ
ト位置に結像させるものである。20は出射スリットで
あり、凹面鏡18によってスリット位置に結像された光
の波長帯域を制限するためのものである。上記入射スリ
ット12、凹面鏡14、回折格子16、凹面鏡18、及
び出射スリット20はツェルニ・ターナ形分散分光器と
呼ばれる分光器をなす。
り、出射スリット20から出射される光の強度を電気信
号に変換するためのものである。24は光検出器22か
ら出力される電気信号を増幅する増幅器である。26は
増幅器24で増幅された値をディジタル信号に変換する
アナログ/ディジタル変換器(以下、D/Aコンバータ
と称する)である。
格子16が配されたステージ17を回動させるモータで
あり、符号D2が付された方向にモータ28の回動軸2
9が回動することによって、ステージ17及び回折格子
16を符号D1が付された方向に回動させる。30はモ
ータ駆動回路であり、後述するCPU34から出力され
る制御信号に応じてモータ28の回動軸29の回動動作
を制御する。32は後述のCPU34から出力される制
御信号に応じて、出射スリット20のスリット幅を変化
させるスリット幅制御装置である。
e)、液晶等の表示装置である。CPU34は、前述し
たA/Dコンバータ26、モータ駆動回路30、スリッ
ト幅制御装置32、及び表示装置36とバスBによって
接続され、モータ駆動回路30、スリット幅制御装置3
2を制御する制御信号を出力するとともに、A/Dコン
バータ26から出力されるディジタル信号を演算処理
し、例えばスペクトラム分布を表示装置36に表示させ
る。
されると、出射された光は入射スリット12へ入射す
る。入射スリット12を通過した光は凹面鏡14よって
平行光に変換され、回折格子16に入射する。回折格子
16は、表面に形成された多数の溝に平行な軸を中心と
して、モータ28により回動させられ、平行光に対して
任意の角度をなすようになる。この任意の角度は、モー
タ駆動回路30がCPU34から出力される制御信号に
応じてモータ28を制御することにより決定される。
に空間的に分離する。回折格子16によって空間的に分
離された波長のうち、平行光の進行方向と回折格子16
とのなす角度等によって決定される波長の光のみが凹面
鏡18へ出射される。凹面鏡18は入射した波長の光の
みを出射スリット20のスリット位置へ結像させる。そ
して、出射スリット20のスリット幅の範囲内となる波
長成分だけが出射スリット20を通過する。スリット幅
制御装置32はCPU34から出力される制御信号に基
づいて、出射スリット20のスリット幅を設定する。
光を受光し、通過光の光強度に比例した電気信号に変換
する。増幅器24は光検出器22の出力をA/Dコンバ
ータ26の入力に適した電圧まで増幅する。A/Dコン
バータ26は増幅器24の出力をディジタル信号に変換
する。A/Dコンバータ26から出力されたディジタル
信号は、CPU34に入力され、CPU34において演
算処理される。CPU34は演算処理の結果(例えば、
スペクトラム分布)をバスBを介して表示装置36に出
力する。表示装置36はCPU34から出力される演算
結果に応じた表示内容を表示する。
34は、スリット幅制御装置32に制御信号を出力し、
出射スリット20の幅を設定する。次に、CPU34
は、モータ駆動回路30に指令を与え、回折格子16の
角度を可変することにより出射スリット20を通過する
波長を設定し、出射スリット20の透過光の光強度をA
/Dコンバータ26の出力から取り込む。CPU34
は、モータ駆動回路30へ制御信号を出力し、出射スリ
ット20を通過する波長を測定開始波長から測定終了波
長まで掃引させ、繰り返し得られた測定波長対光強度特
性を、光スペクトラムとして表示装置36に表示させ
る。
ムを波長対光強度の特性として表すのではなく、光周波
数スペクトラム、つまり光周波数対光強度の特性として
表す場合が増えている。この場合は、繰り返し得られた
測定波長対光強度特性をもとに、各測定点の測定波長を
光周波数に変換し、光周波数スペクトラムとして表示装
置36に表示させる。最近の光スペクトラム測定装置で
は光スペクトラムと光周波数スペクトラムの両者を切り
替えて表示できる機能を備えたものが市販されている。
れたツェルニ・ターナ形分散形の分光器5の通過波長帯
域幅RB(波長分解能ともいう)は、凹面鏡14の焦点
距離と凹面鏡18の焦点距離とが等しく、出射スリット
20のスリット幅が入力スリット12のスリット幅より
広いという条件において、およそ次の(1)式で表され
る。
回折格子16の回折次数、fは凹面鏡14,18の焦点
距離、Sは出射スリット20のスリット幅、βは回折格
子16の回折光のうち、凹面鏡18の方向へ出射される
光の方向と回折格子16の法線とのなす角である。
の際の分光器5の波長帯域幅を光源の種類に合わせて適
切に設定することが必要である。上記(1)式によれ
ば、分光器5の波長帯域幅RBを変化させるためには出
射スリット20の幅を変えてやればよい。そこで従来
は、分光器5の波長帯域幅を任意に設定するために、ス
リット幅制御装置32により出射スリット20のスリッ
ト幅を機械的に制御していた。このため、構成が複雑と
なり、調整が大変であった。
格子16を図中符号D1が付された方向に回動させなけ
ればならないが、回折格子16の平行光に対する角度を
変化させると、上記式(1)中の角βも変化する。
(1)式によれば、分光器5の波長帯域幅は測定波長に
依存して変化することとなる。このため、分光器5の波
長帯域幅の特性は、例えば、図5に示した特性となる。
図5は、図4に示された分光器5の特性の一例を示す図
である。図5において、符号G1が付された曲線は、図
4に示された分光器5の波長帯域幅の特性の一例を示
し、符号G2が付された曲線は、光周波数帯域幅の特性
の一例を示す。
波長帯域幅より広がっている場合が一般的であるから、
図5に示された特性の波長帯域幅を分光器5が有する場
合、測定された光スペクトラムは波長の短い側が持ち上
がった特性となり、光スペクトラムが正しく得られない
という問題があった。光スペクトラムを光周波数対光強
度特性として表示する場合も、分光器5の光周波数帯域
幅は波長帯域幅と同様に、測定波長あるいは測定光周波
数に依存して変化するので、同様の問題がある。
の波長帯域幅の特性は、光周波数帯域幅の特性に換算す
ると符号G2を付して示した曲線で示されるようにな
り、波長帯域幅と比べても一層大きな変化を示す。従来
の技術においては、測定された波長対光強度特性より単
に波長を光周波数に換算するだけで、そのまま光スペク
トラムとしていたため上記の問題を解決することができ
なかった。尚、出願者は、波長対光強度特性の光スペク
トラムにおいて、任意に定めた波長帯域幅による光スペ
クトラムを得るための光スペクトラム計算方法を特願平
9−142765号において提供している。
であり、光周波数対光強度特性の光周波数スペクトラム
を表示する際、出射スリットの幅を任意に変化させるこ
とのできない分光器においても、任意に定めた光周波数
帯域幅による光スペクトラムを求めることができる光周
波数スペクトラム計算方法を提供することを目的とす
る。また、本発明は、分光器の波長帯域幅が測定波長に
依存して変化する場合であっても、任意に定めた光周波
数帯域幅に対する光スペクトラムを正しく求めることが
できる光周波数スペクトラム計算方法を提供することを
目的とする。
に、本発明は、光スペクトラムの測定点の測定間隔及び
所定の光周波数帯域幅を設定し、設定された前記測定点
毎に入射される光の光強度を分光器によって測定し、前
記測定点の各々に対し、短波長及び長波長側に前記測定
間隔及び前記光周波数帯域幅によって決定される波長領
域を設定し、測定された光強度に対して当該波長領域に
わたって光強度を加算して前記測定点各々の光強度値を
得ることを特徴とする。あるいは、本発明は、光スペク
トラムの測定点の測定間隔及び所定の光周波数帯域幅を
設定し、設定された前記測定点毎に入射される光の光強
度を分光器によって測定し、前記測定点の各々に対し、
低周波数及び高周波数側に前記測定間隔及び前記光周波
数帯域幅によって決定される光周波数領域を設定し、測
定された光強度に対して当該波長領域にわたって光強度
を加算して前記測定点各々の光強度値を得ることを特徴
とする。また、本発明は、測定波長に対応する分光器の
波長帯域幅を設定し、光スペクトラムの測定点の測定間
隔及び所定の光周波数帯域幅を設定し、設定された前記
測定点毎に入射される光の光強度を前記分光器によって
測定し、光スペクトラムの前記測定点各々に対する前記
分光器の波長帯域幅を設定された前記波長帯域幅から求
め前記測定点の各々に対し、短波長及び長波長側に前記
測定間隔及び前記光周波数帯域幅によって決定される波
長領域を設定し、測定された光強度に対して当該波長領
域にわたって光強度を加算して前記測定点各々の光強度
を得て、前記測定点各々の光強度を、前記波長帯域幅と
前記波長間隔との比に基づいて補正することにより各測
定点の光強度値を得ることを特徴とする。前記波長領域
の最短波長部及び最長波長部が前記測定点と測定点の間
にある場合、最短波長部にあっては、前記波長領域外で
あって、当該最短波長部に最も近接する測定点の光強
度、最短波長部が当該最も近接する測定点への近接の度
合い、及び当該最も近接する測定点における波長帯域幅
と前記波長間隔との比に応じて、最長波長部にあって
は、前記波長領域外であって、当該最長波長部に最も近
接する測定点の光強度、最長波長部が当該最も近接する
測定点への近接の度合い、及び当該最も近接する測定点
における波長帯域幅と前記波長間隔との比に応じて、前
記光強度値を補正することが好ましい。
実施形態による光周波数スペクトラム計算方法について
詳細に説明する。まず、本発明の一実施形態について説
明する前に、以下の説明で用いる記号及び語句の意味を
定義し、更に本発明の一実施形態による光周波数スペク
トラム計算方法が適用される光スペクトラム測定装置に
ついて説明する。
度を測定している場合の離散的な各測定点を意味する。
各々の測定点には番号を付し、この測定点に付した番号
をm(mは整数である)で示す。また、1つの測定点に
は単一の波長が対応づけられ、この波長をλ(m)で表
し、この測定点において得られる光強度をP(m)と表
す。例えば、600nm〜700nmの波長範囲を0.
1nm間隔で測定する場合には、λ(1)=600.
0、λ(2)=600.1、λ(3)=600.2、…
…、λ(1001)=700.0 となる。
に換算した値をF(m)で示す。光周波数スペクトラム
を図示する場合は、横軸にF(m)、縦軸にP(m)を
とったXYグラフで示される。
スペクトラム計算方法が適用される光周波数スペクトラ
ム測定装置の構成を示すブロック図である。図1に示さ
れた光スペクトラム測定装置が、図4に示した従来の光
スペクトラム測定装置と異なる点は、図4中のスリット
幅制御装置32が省略され、出射スリット20が出射ス
リット20′に変更された分光器5′を備えた点であ
る。
ト20のようにスリット幅を変化せず、スリット幅が固
定されたスリットである。また、帯域幅記憶部40がバ
スBに接続されている点が異なる。波長帯域幅記憶部4
0は、分光器5′の測定波長に対する通過波長帯域幅の
特性を記憶する。例えば、600nm〜1750nmに
対する波長帯域幅が10nm毎に記憶されている。この
値は実測又は計算により求めた値を予め記憶させてお
く。
よる光周波数スペクトラム計算方法について説明する前
に、図1に示した装置を用いて波長対光強度特性の光ス
ペクトラム特性を得た後、周波数対光強度特性を求める
場合の動作について説明する。光スペクトラムの測定を
行う場合には、従来と同様に、光源10から出射された
光を、出射スリット12を介して凹面鏡14へ入射させ
て平行光に変換した後、回折格子16へ入射させる。回
折格子16へ入射した光は空間的に分離されるが、入射
する光の方向と回折格子16の法線のなす角度等によっ
て決定される波長の光のみが凹面鏡18の方向へ回折さ
れ、凹面鏡18によって出射スリット20′のスリット
に結像される。
によって決定される波長成分だけが出射スリット20′
を通過し、光検出器22へ入射する。入射した光は光検
出器22によって光強度に比例した電気信号に変換さ
れ、光検出器22から出力される。光検出器22から出
力された信号は増幅器24によってA/Dコンバータ2
6の入力に適した電圧まで増幅する。増幅された信号は
A/Dコンバータ26によってディジタル信号に変換さ
れる。変換されたディジタル信号は、CPU34に入力
され、CPU34において演算処理される。
度の測定を終了すると、制御信号をモータ駆動回路30
へ出力し、モータ28を回転させて凹面鏡14から出射
される光の方向と回折格子16の法線とのなす角度を変
化させる。この角度が変化すると、出射スリット20′
から出射される光の波長が例えば0.1nm変化する。
後、前述した動作と同様に、入力されるディジタル信号
を演算処理する。このようにして、CPU34は、例え
ば、1529nm〜1579nmの波長範囲を0.1n
m間隔で測定し、各波長の光強度を演算処理して求め
る。この波長範囲は約189.8THzから196.0
THzの光周波数範囲に相当する。従って、測定した波
長範囲を単に光周波数範囲に変換すれば、光周波数スペ
クトラムを得ることができる。
ラムの一例を図2に示す。図2は、本発明の一実施形態
による光周波数スペクトラム計算方法が適用されない場
合に得られたDFBレーザの光スペクトラムの一例を示
す図である。図示されたように、この例では、約19
2.8THz付近に光強度のピークを有する波形が得ら
れ、その左右の光周波数領域においては、光強度が約
0.00001mW付近で振動する波形が得られる。
スペクトラム計算方法について詳細に説明する。
が変化すると波長帯域も変化することを考慮し、各測定
点mにおける波長帯域幅をRB(m)と表す。本発明の
一実施形態による光周波数スペクトラム計算方法が特徴
とするところは、図1中の波長帯域幅記憶部40に記憶
された測定波長に対する通過波長帯域幅の特性を用いる
点である。波長帯域幅記憶部40は、分光器5′の測定
波長に対する通過波長帯域幅の特性が記憶されている。
例えば、600nm〜1750nmに対する分光器5′
波の長帯域幅が10nm毎に記憶されている。この値は
実測又は計算により求めた値を予め記憶させておく。
4が所定のプログラムを実行することにより行われる。
まず、測定する波長の間隔を波長間隔Sに設定し、前述
のように、光の強度を測定する波長帯域に亘って測定す
る。この測定動作は前述した動作と全く同一である。
尚、測定前又は測定後に、操作者は任意の光周波数帯域
幅Rfを設定する、この光周波数帯域幅Rfは操作者が
任意に設定可能であり、例えば、100GHzに設定す
る。
40に記憶されている波長帯域幅に基づき、各測定点m
に対する分光器5′の波長帯域幅RB(m)を求める。
測定点mに対応する波長が記憶されていない場合は、記
憶されている最も近い波長の通過帯域幅をもとに直線補
間などの方法によりRB(m)を求める。次に、操作者
の設定した光周波数帯域幅Rfを波長帯域幅に換算する
処理を行う。周波数帯域幅を同一とした場合の波長帯域
幅は測定波長に依存して異なるため、換算された波長帯
域幅をR0(m)で表す。換算式は以下の(2)式のよ
うになる。
(m)を以下の(3)式より決める。前述のように波長
帯域幅R0(m)が測定点毎に異なるため、移動加算す
る範囲も測定点毎に異なる。
光強度P′(m)を各測定点mについて求める。
は、各測定点mの光強度P(m)を、光周波数帯域幅R
fの範囲にわたって移動加算し、更に、測定点mにより
異なる波長帯域幅RB(m)で測定したことによる誤差
を補正している。従って、波長帯域幅RB(m)で測定
されたデータを、光周波数帯域幅Rfとした場合の光ス
ペクトラムに変換することができる。
数スペクトラム計算方法を適用した場合に得られる光周
波数スペクトラムである。図3の光周波数スペクトラム
は、図2に示した光スペクトラムの各測定点mの光強度
を(4)式により光周波数帯域幅100GHzの範囲に
わたって移動加算し、補正したものである。例えば、図
3中の測定点A2の値は、図2中の測定点A1を中心に
光周波数帯域幅100GHzの範囲にわたって加算し、
補正して得られたものである。る。尚、N(m)が整数
でない場合、小数部を切り捨ててしまうと、移動加算さ
れる幅が光周波数帯域幅Rfに対して狭くなるため誤差
を生じる。この場合は下記(5)式のように、光周波数
帯域幅Rfの外側の波長帯域を考慮に入れて補正するこ
ともできる。
が、光源10の光を光ファイバを介して分光器5′に出
射する構成とすることもできる。この場合は、光ファイ
バの出力端が入射スリット12の役目を果たすため、入
射スリット12を省略することができる。また、凹面鏡
14及び凹面鏡18を同一の凹面鏡で兼用させる構成と
することもできる。あるいは、凹面鏡14と凹面鏡18
をレンズで置き換えることもできる。更に、特開平6−
221922号公報で開示されているような2段式分光
器にも本発明の実施形態を適用することができる。
リット幅制御装置32を省略した場合について説明した
が、例え図4のようにスリット幅制御装置32を有する
場合であっても本発明の実施形態を適用することができ
る。この場合にあっても、本実施形態によって、スリッ
ト幅制御装置32により設定可能なスリット幅より得ら
れる光周波数帯域幅と異なる光周波数帯域幅に対する光
スペクトラムを計算することができる。
波長により定め、各測定点を等波長間隔とした場合を説
明したが、本発明の原理は各測定点の間隔が等波長間隔
でない場合にも適用できる。例えば、測定範囲を光周波
数により定め、各測定点を等周波数間隔とすることもで
きる。この場合は、測定点の各々に対し、所望の光周波
数帯域幅と等しい周波数領域を設定し、この範囲で光強
度を加算すればよい。
隔となるように測定点の間隔を定める場合にも本発明を
適用できる。回折格子16を定速度で回動し、各測定点
を一定の時間間隔で測定しようとする場合である。この
場合も同様に、測定点の各々に対し、所望の光周波数帯
域幅と等しい周波数領域を設定し、この範囲で光強度を
加算すればよい。
測定された光スペクトラムの各測定点の光強度測定値を
波長軸方向に光周波数帯域幅が一定となるように移動加
算するようにしたので、出射スリットの幅を任意に設定
することのできない分光器においても、任意の光周波数
帯域幅による光スペクトラムを求めることができるとい
う効果がある。更に、分光器の各波長に対する分解能帯
域幅をあらかじめ記憶しておき、移動加算された光強度
に測定波長に対する分光器の波長帯域幅と測定波長間隔
の比を掛けることにより、分光器の波長帯域幅が測定波
長に依存して変化する場合でも、任意の光周波数帯域幅
に対する光周波数スペクトラムを正しく求めることがで
きるという効果がある。
ム計算方法が適用される光周波数スペクトラム測定装置
の構成を示すブロック図である。
ラム計算方法が適用されない場合に得られたDFBレー
ザの光スペクトラムの一例を示す図である。
ラム計算方法を適用した場合に得られる光周波数スペク
トラムである。
ブロック図である。
図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 光スペクトラムの測定点の測定間隔を設
定すると共に光周波数帯域幅を任意に設定し、この光周波数帯域幅に基づいて各測定点毎に波長帯域幅
を設定し、 前記測定点毎に入射される光の光強度を分光器によって
測定し、 前記測定点の各々に対し、短波長及び長波長側に前記測
定間隔及び前記光周波数帯域幅によって決定される波長
領域を設定し、測定された光強度に対して当該波長領域
にわたって光強度を加算することによって前記波長帯域
幅に対応した前記測定点各々の光強度値を得ることを特
徴とする光周波数スペクトラム計算方法。 - 【請求項2】 光スペクトラムの測定点の測定間隔を設
定すると共に光周波数帯域幅を任意に設定し、この光周波数帯域幅に基づいて各測定点毎に波長帯域幅
を設定し、 前記測定点毎に入射される光の光強度を分光器によって
測定し、 前記測定点の各々に対し、低周波数及び高周波数側に前
記測定間隔及び前記光周波数帯域幅によって決定される
光周波数領域を設定し、測定された光強度に対して当該
光周波数領域にわたって光強度を加算することによって
前記波長帯域幅に対応した前記測定点各々の光強度値を
得ることを特徴とする光周波数スペクトラム計算方法。 - 【請求項3】 測定波長に対応する分光器の波長帯域幅
を設定し、 光スペクトラムの測定点の測定間隔を設定すると共に光
周波数帯域幅を任意に設定し、 設定された前記測定点毎に入射される光の光強度を前記
分光器によって測定し、 光スペクトラムの前記測定点各々に対する前記分光器の
波長帯域幅を設定された前記波長帯域幅から求め前記測
定点の各々に対し、短波長及び長波長側に前記測定間隔
及び前記光周波数帯域幅によって決定される波長領域を
設定し、測定された光強度に対して当該波長領域にわた
って光強度を加算することによって前記波長帯域幅に対
応した前記測定点各々の光強度を得て、 前記測定点各々の光強度を、前記波長帯域幅と前記測定
間隔との比に基づいて補正することにより各測定点の光
強度値を得ることを特徴とする光周波数スペクトラム計
算方法。 - 【請求項4】 前記波長領域の最短波長部及び最長波長
部が前記測定点と測定点の間にある場合、 最短波長部にあっては、前記波長領域外であって、当該
最短波長部に最も近接する測定点の光強度、最短波長部
が当該最も近接する測定点への近接の度合い、及び当該
最も近接する測定点における波長帯域幅と前記波長間隔
との比に応じて、 最長波長部にあっては、前記波長領域外であって、当該
最長波長部に最も近接する測定点の光強度、最長波長部
が当該最も近接する測定点への近接の度合い、及び当該
最も近接する測定点における波長帯域幅と前記波長間隔
との比に応じて、 前記光強度値を補正することを特徴とする請求項3記載
の光周波数スペクトラム計算方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14346698A JP3478125B2 (ja) | 1998-05-25 | 1998-05-25 | 光周波数スペクトラム計算方法 |
EP99110044A EP0961107A3 (en) | 1998-05-25 | 1999-05-21 | Method of calculating optical frequency spectrum |
US09/316,064 US6304324B1 (en) | 1998-05-25 | 1999-05-21 | Method of calculating optical frequency spectrum |
Applications Claiming Priority (1)
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JP14346698A JP3478125B2 (ja) | 1998-05-25 | 1998-05-25 | 光周波数スペクトラム計算方法 |
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JPH11337408A JPH11337408A (ja) | 1999-12-10 |
JP3478125B2 true JP3478125B2 (ja) | 2003-12-15 |
Family
ID=15339369
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14346698A Expired - Lifetime JP3478125B2 (ja) | 1998-05-25 | 1998-05-25 | 光周波数スペクトラム計算方法 |
Country Status (3)
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-
1999
- 1999-05-21 US US09/316,064 patent/US6304324B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-05-21 EP EP99110044A patent/EP0961107A3/en not_active Withdrawn
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