JPS5961723A - 光スペクトル分析装置 - Google Patents

光スペクトル分析装置

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JPS5961723A
JPS5961723A JP17343482A JP17343482A JPS5961723A JP S5961723 A JPS5961723 A JP S5961723A JP 17343482 A JP17343482 A JP 17343482A JP 17343482 A JP17343482 A JP 17343482A JP S5961723 A JPS5961723 A JP S5961723A
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JP
Japan
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output
spectrometer
converter
light
oscilloscope
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Pending
Application number
JP17343482A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Naono
博之 直野
Michio Matsumoto
松本 美治男
Katsunori Fujimura
藤村 勝典
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS5961723A publication Critical patent/JPS5961723A/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/2889Rapid scan spectrometers; Time resolved spectrometry

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、たとえば、レーザーやLEDなどの発光素子
の発光スペクトルの分析、光ファイバーや干渉フィルタ
ーなどのスペクトル分析のための光スペクトル分析装置
に関するものである。
従来例の構成とその問題点 近年、たとえば、半導体レーザーの開発、あるいは、光
センザー、光記録、光通信などの半導体レーザーの利用
技術分野において、性能、信頼性などの向−]−ヲ目的
にして半導体レーザーの発光スペクトルの動的変化の族
4111装置が望丑才lている。
以下に従来の光スペクトル分析装置について説明する。
第1図は従来の光スペクトル分析装置の構成例を示すも
のであり、1は光ファイバー、21−J、X Y Z微
動装置、3は分散型分)し器、4は入射“スリット、6
は平面鏡、6および7は凹面鏡、8は回折格子、9は回
転ガラス板、1oは出射スリ71・、11d1回折格子
8の手動回転装置、12は光電子増倍管、13は光電子
増倍管用の高圧電源、14は前置増幅器、15はトリガ
ー回路、16はオンロスコープである。
」ソ、1−の」:りに構成さ才また従来の九スペクトル
分析装置について、以下その動作について説明する。
測定光は光ファイバー1によって分光器3の入射スリッ
ト4に導か几る。その位置合わせはXYZ微動装置2に
よっておこなわnる。入射スリット41d:0解能を高
めるためKT@るだけしぼりこむ。
入射スリット4を通過した光は凹面鏡6および平面鏡6
を介して回折格子8に導かnlそこで波長および入射角
に対応した回折角を持った光に分けらfLる。その回折
光は凹面鏡7によって出射スリット10に結像さn背後
の光電子増倍管12でその光強度が検出さ1’Lるが、
検出波長の選択および掃引は凹面鏡7と光電子増倍管1
2の間に配置さ1′した回転ガラス板9と出射スリット
10によっておこなわnる。すなわち、凹面鏡7からの
反射光は回転ガラス板9に入射しそこでざらに屈折さ几
て出射スリン)10に導か1.るが、波長に対応した位
置に結像されるため、出射スリット10’(zしばりこ
むことによって波長の選択がおこなえる。
第2図は、従来の光スペクトル分析装置の出射部の拡大
図で、前述の波長の選択の様子を示したものである。図
中、・・・・・λ1.・・・・・・λ2.・・・・λ3
 ・・・・・・は光の波長を示すもので、ここでは、λ
2の波長の光強度が検出さ几ている。検出波長の掃引は
回転ガラス板9を回転して屈折角を変えることによりお
こなわ7しる。回転ガラス板90回転すなわち波長の掃
引は、トリガー回路15によっておこなわ几る。光電子
増倍管12で検出さ才1.た光は電気信号に変換さ才′
シてオシロスコープ16に送ら几る。
オシロスコープ16はトリガー回路16によって掃引さ
才1.ており、光スペクトル分布が表示さ!しる。
なお、分析波長領域は回折格子8への入射角を回転装置
11によって変えることによっておこなえる。
しかしながら、従来の光スペクトル分析装置では、J−
記のように波長掃引が回転ガラス板9の回転という機械
的掃引方式をとっているため、高速掃引が困難となる。
したがって、たとえば、半導体レーザーのモード跳び現
象などの高速変化の解析に対しては有効でないといつ欠
点があった。現在、市販さ扛ている光スペクトル分析装
置は、その掃引外IWは数10ミリ秒から数秒程度で定
常状態での光スペクトルを分析するものである。
発明の目的 本発明は」1記問題点を解消するもので、たとえば、温
度や反射物などの外乱時あるいは変調時などに生じる半
導体レーザーのモード跳び現象のようl高速変化のスペ
クトル分析を可能にする光スペクトル分析装置を提供す
ることにある。
発明の構成 本発明の光スペクトル分析装置は、分散型分光器と、上
記分光器に測定光を導くためのマルチモードの光ファイ
バーと、」二記光ファイノぐ−の(IA方力光上記分光
器の入射スリットに位置合わせするためのXYZ微動装
置と、上記分光器の出射側の結像面上に分光面に合わせ
て配置した一次元配列の多チャンネル型光検H−を器と
、−4二記光検出器の出力を入力としてオシロスコープ
に光スペクトルの表示全行なうための信号処理回路を備
えたものであり、かかる構成によ扛ば、分光器の出射側
の結像面」−に分光面に合わせて一次元配列のクチへ・
ンネル型光検出器全配置したので、波長掃引全機械的方
式から電気式方式V?−変えることにより従来の機械掃
引方式では得らnZかった高速掃引全可能にできる利点
を有する。
実施例の説明 第3図は本発明の光スペクトル分析装置の−実雄側の構
成を示すものである。第3図においC121はマルチモ
ードの光ファイバー、221..1’、XYZ微動装置
、23は焦点距離5oommの非対称型変形ツエルニ・
ターナマウント方式の分散型分光器、24は入射スリッ
ト、25は平面鏡、26および27は凹面鏡、28は溝
数1200本/關、ブレーズ波長750間の回折格子、
29は回折格子の手動回転装置、3o1d、自己掃引型
の一次元配列シリコンホトダイオードアレイ(ピッグ;
257z。
ビット(素子)数1512)、31ばCPU内蔵の信号
処理回路、32は16KBのメモIJ−133はオシロ
ス:j−プである。
第4図は第3図の光分光器23の出射部の拡犬斜祝1ン
1て、30J:↓ホトダイオードアレイ30の受光部、
30″lま端子である。[ンj中、・・・・・・λ1.
・・・・・・λハ・・・・・λ3・・・・・・は尤の波
長全示す。ホトダイオードアレイ3Qは)Y、分−)Y
、器23の出射側の結像面I・に分光H向とアレイの配
列方向’1(r−−一致させて配列しており、ホトダイ
オードアレイ3Qの各ビットと光の波長がそス′シぞ1
を対応する。なお、)℃分)を器23の出射側には第1
図のような従来の光スペクトル分析装置にあった出射ス
リットは無い。
第6図は第3図の信号処理回路31およびメモリー32
の回路ブロック図を示したものである。
図中、40はホトダイオードアレイ30の駆動回路、4
1および42は同一の出力ゲインコントロール回路、4
3および44は、同一のA/D変換器(8ビツト)、4
5はセレクター、46はD / A変換器、47は増幅
器、48はセレクター、49は1sKB(32画面)の
RAM(第3図の32に対応)、60はセレクター、5
1はアドレスカウンター、62はタイミングコントロー
ル回路、53は装置内蔵回路用のIlo、64はCPU
(ZaO)、66は外部CPUとの接続のためのインタ
ーフェイス、66はパネルスイッチ、57は電源である
以上のように構成された本実施例の光スペクトル分析装
置について、以下その動作全説明する。
まず、第3図において、測定光は光ファイバー21によ
シ分光器23に導か12る。その時、分光器23の入射
スリノI・24と光ファイバー21との位置合わせはx
YZ微動装置22によっておこなう。入射スリット24
を通過し7た光は分光器内でスペクトルにOMさ几てホ
トダイオードアレイ30に入射する。以下、第4図を用
いて説明する。
ホトダイオードアレイ 23の出射([11の結像面一ヒに分光方向とアレイの
配列方向と全一致させてあり、ホトダイオードアレ・f
30の各ヒ゛ノド(1ビット目,・・・・・・、Nビッ
ト目,・・・・・・、512ヒ′ノド目)と光の4支長
(λ1,・・・、λ2,・・・・、λ3)とがそ才′シ
ぞ几対応して検出さfLる。
以下、信号処理部の説明を第5図を用いておこなう。ホ
トダイオードアレイ3oのf1711信11はタイミン
グコントロール回路52によっておこなゎnる。
ホトダイオードアレイ3oの各ビットの出力は、光強1
反と積分時間(照射口4間)の積でLjえら才゛シ、積
分時間(do.5msec 、 1msec, 2 m
sec 、 5msec 。
1omsecの6段階をパネルスイッチ56が選択する
ことができる。ホトダイオードアレイ30の512ビツ
トの一回の掃引時間はo.5msθCに設定しである。
今、タイミングコントロール回路52から自己掃引型の
ホトダイオードアレイ30に掃引開始の信号が入力さn
るとO−5 msecががって512ヒ’zl・分の出
力が順次転送さiL,出力転送が完了すると自動的に転
送を停止する。なお、転送全完了したピントは順次刷副
孕開始する。上記掃引開始の信号は、上記積分時間の間
隔分おいて繰り返えさnる。なお、ホトダイオードアレ
イ3。
の出力は奇数番ビットと偶数番ビット全分離して取り出
し、そ几ぞ几ゲインコントロール回路41(42)、A
/D変換器43 ( 44 )を介(〜てセレクター4
5で時系列的に並び換えら扛、D/Afm器46,増幅
器47を介してオシロスコープ3 3 (7) Y 軸
に与えらnる。一方、オンロスコープ33のX 軸には
タイミングコントロール回路62から制呻信号が力えら
nており、光スペクトル全常時モニターすることができ
る。セレクター46のデジタル信号は上記オシロスコー
プ33でのモニターと同時に16KB(32画面分に相
当)のRA、 M 49に順次外す換えら2”しており
、パネルスイッチ56からRAM49内の書す換えの停
止信号を送るこ々により、成る時間の32画面分のデー
タを保持することができる。上記停止イハ号はブリとボ
スト全選択でさる。RAM49への書さ込み、読み取り
はアドレスカウンター51によって側斜さ几ている。R
AM49に川さ込1′i′L保持さt′Lだデータは、
パネルスイッチ56がら読み取りのための命令金送るこ
とにより、オンロスコープ33への入力はセレクター4
5の出力からセレクター48の1昌力に切り換えら几、
RAM49内のデータをオシロスコープ33上に表示す
ることができる。なお・ RAM49内の32画面分の
内の’l’!+定画商の表示、あるいし]、332画の
全画面を順次視覚が追従できる速[−て′繰り返し表示
することがでさるC) さらにインターフェイス55VCよっ”’C外部cPU
によって本装置のリモートコントロ−ル次に本発明の光
スペクトル分析装置にょる#171il1例を第6図り
,  bに示す。自己結合効果の強い近赤外用の半導体
レーザーの発光スペクトル全、半導体レーザーの発光端
面がら1馴程度に光ファイバーに近接して時系列的に3
−1測し外部CPUi用いて描いたものである。aけ積
分時間を10msecにした時、bは積分時間音。J5
 msecにした時である。図中、縦軸は光強度、横軸
は光波長である。
aにおいては、3本のスペクトルがあり、がっ、同時に
2本ないし3本のスペクトルが存在すること(マルチモ
ード)を示しているが、bにおいては、3本のスペクト
ルは同時に存在しないことを示している。すなわち、シ
ングルモードて゛モード跳びが生していることを示して
いる。このように高速測光によって現象が明らかになる
このように分散型分光器と、上記分光器に測定光を導く
ためのマルチモードの光ファイバーと、」二記光ファイ
バーの出力光全上記分光器の入射スリットに位置合せす
るためのXYZ微動装置と、上記分光器の出射側の結像
面」二に分光面に合わせて配置した一次元配列の多チヤ
ンネル型光検出器と、、上記光検出器の出力を入力とし
てオシロスコープに光スペクトルの表示を行なつ/辷M
)の41T”J処Jψ回路を備えるため、波長掃引を機
(戒的方式から電気的方式に変えることが′T:’@、
こ)王により、従来の機1&的掃引力式では得ら2’L
なかーた高速掃引を゛可能にし?:Iるものである。し
かも、信号処理回路が1−記)℃検出器のゲインコント
ロール回路と、1−記ゲインコントロール回路のアナr
Jグ(li号出力全デジタル信号に変換する/ζめのA
/D変換器と、上記A/D変換器の出力を記録するため
の少くともI−記検出器の配列ビット分のデータの記憶
容量を持ったメモリーと、上記光検出器の出力もしくは
上記メモリー中のデータをアナログ変換し一1記オシロ
スコープのY軸に送るためのD / A変換器と、−1
記光検出器,上記D/A変換器,L記A/D変換器,手
記メモリーおよび上記オシロスコープのXilil帯引
を測針する/ヒめのタイミングコントロール回路と、装
置全体を開側1するためのCPUと、外部CPUとの接
続を可能+(するためのインターフェイスを具備してな
るものであるため発光素子の発光スペクトルなどの高速
測光, n−′;系列変化の観測を可能にし得るもので
ある。
尚、上記の実施例では光検出器としてホ)・ダイオード
アレイを用いたが、こ才tは他にCODイメージセンザ
であってもよいことは云う甘″T:もlい。
発明の効果 以上のように本発明によノ1ば、、−次元配列の多チヤ
ンネル型検出器を用い、波長掃引全機械的方式から電気
的方式に変えること(でより、従来の機械的掃引方式で
は得ら几なかった高速掃引を可能にし、装置にメモリー
を内蔵することにより、発光素子の発光スペクトルなど
の高速測光,時系tll変化の観測を行なうことができ
る利点を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の光スペクトル分析装置の(1♂)成ブロ
ック図、第2図は同装置の分光器の出射部の拡大図、第
3図は本発明の光スペクトル分析装置の一実施例を示す
構成ブrllツク図、第4図は同装置の分光器の出射部
の拡大図、第6図は同装置の信号処理回路およびメモリ
一部の構成ブロック図、第6図は本発明の光スペクトル
分析装置によるt1側倒を示す図である。 21・・・・・光ファイバー、22・・・・・・XYZ
微動装置、23・・・・分光器、30・・・・・ホトダ
イメーードアレイ、31・・・・・・イボ号処理回路、
32・・・・・・メモリー、33・・・・・オシロスコ
ープ。 代理人の氏名 j−Flj士 中 尾 敏 男 ほか1
名。                  (’np)
 SN”府〔n p)SNコWf

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)分散型分光器と、上記分光器に測定光を導くため
    のマルチモードの光ファイバーと、」1記光ファイバー
    の出力光を」1記分光器の入射スリットに位置合わせす
    るためのxYZ微動装置と、上記分光器の出射(11!
    lの結像面上に分光面に合わせて配置した一次元配列の
    多チヤンネル型光検出器と、上記元栓;11」器の出力
    を入力としてオンロスコープに光スペクトルの表示を行
    なうだめの信号処理回路を具備してなる光スペクトル分
    析装置。 (9))信号処理回路は、光検出器のゲインコントロー
    ル回路と、上記ゲインコントロール回路のアナログ信号
    出力全デジタル信号に変換するためのA/D変換器と、
    上記A / D変換器の出力を記録するだめの少くとも
    上記光検出器の配列ビット分(両面分)のデータの記憶
    容量を持ったメモリーと、上記光検出器の出力もしくは
    上記メモリー中のデータをアナログ信号に変換しオシロ
    スコープのY軸に送るためのD/A変換器と、上記光検
    出器、上記A/D変換器、上記D/Aff換器、上換器
    上上記メモリー記オンロスコープのX軸掃引を制御する
    ためのタイミングコントロール回路と、装置全体を制御
    するためのCPUと、外部CPUとの接続全可能にする
    ためのインターフェイスを具備してなることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の光スペクトル分析装置。
JP17343482A 1982-10-01 1982-10-01 光スペクトル分析装置 Pending JPS5961723A (ja)

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