JPH02102425A - 光スペクトラムアナライザ用光干渉計 - Google Patents

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」 この発明は光スペクトラムアナライザのような測定器に
利用することができる光路差ゼロ点検出装置及びこの検
出装置を利用した光干渉信号平均化処理装置に関する。

「従来の技術」 第６図に従来の光路差ゼロ点検出装置を利用した光干渉
信号平均化処理装置の構成を示す。

図中ＩＯは光干渉計を示す。この例ではマイケルソン干
渉計を利用した場合を示すが、他の形式の光干渉計を使
うこともできる。

マイケルソン光干渉計ｌＯはハーフミラ−１１と、固定
ミラー１２及び可動ミラー１３と、受光器１４．１５と
によって構成される。

ハーフミラ−１１には、外部から例えばヘリウムレーザ
のように狭スペクトル光を発射する基準光源２０の基準
光２１と、被測定光２２とを二つの光路ＡとＢに振り分
ける動作を受は持つ。

つまり基準光２１に関してはハーフミラ−１１で反射し
て固定ミラー１２で折返されて受光器ｌ４に入る光路長
が固定された固定光路Ａと、ハーフミラ−１１を通過し
て可動ミラー１３で折返され受光器１４に入る光路長が
可動ミラー１３の動きに応じて変化する可変光路Ｂの二
つに振り分けられる。

一方被測定光２２に関してはハーフミラ−１１で反射し
て固定ミラー１２で折返されて受光器１５に入る固定光
路Ａと、ハーフミラ−１１を通過して可動ミラー１３で
折返されハーフミラ−１１で反射して受光器１５に入射
する可変光路Ｂの二つの光路に振り分けられる。

これら二つの光路ＡとＢを通過した基準光２１と被測定
光２２は最終的に受光器１４と１５に入射する部分で合
波される。可動ミラー１３は矢印Ｘ方向にほぼ一定速度
で移動され、光路ＡとＢに光路差を与え、更にこの光路
差を変化させる。

この光路差の変化によって基準光２１と被測定光２２は
各自が互に干渉を起し、可動ミラー１３の移動速度と、
光の波長に同期した周期で明暗が繰返される。この明暗
の変化を受光器１４と１５から電気信号として取出し干
渉信号を得る。

可動ミラー１３はＸ方向の最大偏倚点に達すると急激に
元の位置に戻され、再び矢印Ｘ方向に定速度で移動し、
これを繰返す。従って受光器１４と１５から基準光２１
の干渉信号と被測定光２２の干渉信号を繰返し得ること
ができる。

受光器１５から得られる被測定光２２の干渉信号はＡＤ
変換器３０に与えられ、ＡＤ変換器３０でＡＤ変換され
る。ＡＤ変換器３０のＡＤ変換動作は基準光２１の干渉
信号を逓倍回路３１でｎ逓倍してサンプリングクロック
を生成し、このサンプリングクロックを利用してＡＤ変
換動作を行なう。

つまり基準光源２０はＡＤ変換器３０のサンプリングパ
ルスを生成するために設けられている。

従って逓倍回路３１に入力される干渉信号の振幅は可動
ミラー１３の移動に関係なく一定振幅を維持した方が好
ましい。

このため基準光源２０としては単一スペクトラムに近い
狭スペクトラム特性を持つ光が利用される。つまり挟ス
ベク］・ラム特性を持つ光の干渉信号は、第７図に示す
ように可動ミラー１３の位置に関係なく一定のレベルで
繰返される。

これに対して広スペクトラム特性を持つ光の干渉信号は
第８図に示すように可動ミラー１３が光路差ゼロの点ｌ
。を通過するとき最大振幅となる変化を呈する。

従って基準光源２０としてはヘリウムレーザのような挟
スペクトラム特性の光を発生する光源が用いられ、振幅
変動の少ない干渉信号を生成して安定なサンプリングパ
ルスを得るようにしている。

一方ｎ逓倍回路３Ｉで生成されたサンプリングクロック
によって被測定光２２の干渉信号をＡＤ変換し、このＡ
Ｄ変換した可動ミラー１３の各位置におけるサンプルデ
ータを例えばＦＦＴのような周波数分析装置に与え、周
波数分析することにより被測定光２２のスペクトラムを
表示することができる。

ところで被測定光２２は弱い光の場合が多い。

このため可動ミラー１３が一回掃引されて得られた被測
定光２２の干渉信号を周波数分析してもＳＮ比が悪く、
精度の高い周波数分析結果を得ることはむずかしい。

このため従来よりＡＤ変換器３０の後に加算平均化処理
装置３３を設け、この加算平均化処理装置３３でＡＤ変
換した各サンプル値を可動ミラー１３の掃引毎に加算し
て平均化処理し、この加算平均化処理によってＳＮ比を
向上させ精度の高い周波数分析結果を得るようにしてい
る。

加算平均化処理装置３３でＡＤ変換した各サンプル値を
加算する場合に各掃引周期毎に可動ミラー１３のアドレ
スが一致したサンプルを加算しなければならない。

このため従来より可動ミラー１３が光路ＡとＢの光路差
がゼロの点を通過するとき広スペクトラム特性を持つ光
の干渉信号の振幅が最大となる現象を利用して光路差ゼ
ロのアドレスを規定し、このアドレスを基準に各ＡＤ変
換したサンプルデータのアドレスを規定して掃引周期毎
に同一アドレスのサンプルデータを加算してＳＮ比のよ
り干渉信号が得られるようにしている。

３２はこのために設けられた最大値検出回路を示し、こ
の最大値検出回路３２によって比測定器の干渉信号の最
大値を検出し、この最大値が得られるＡＤ変換値のアド
レスを基準にして各ＡＤ変換データのアドレスを規定す
るようにしている。

「発明が解決しようとする課題」 ところで光の干渉は先にも説明したように挟スペクトラ
ム特性の場合は光路差がゼロの点でも振幅があまり変化
しない特質を持つ。また広スペクトラム特性の光であっ
ても光の強度が弱い場合はＳＮ比が悪いため光路差ゼロ
の点で振幅が増加したとしても光路差ゼロの点を正確に
特定することはむずかしい。

被測定光２２は弱い光の場合もあれば、挟スペクトル特
性の光の場合があるため、どのような場合にも光路差ゼ
ロの点を適確に検出することができない欠点がある。

この発明の目的は被測定光が弱い光の場合でも、また挟
スペクトラム特性を持つ場合でも正確に光路差がゼロの
点を検出することができる光路差ゼロ検出装置と、この
光路差ゼロ検出装置を用いて正しい平均化処理を行なっ
てＳＮ比のよい干渉信号を出力する光干渉信号平均化処
理装置を提供しようとするものである。

「課題を解決するための手段」 この出願の第１発明では広スペクトラム光を発光する補
助光源を設け、この補助光源で発光する広スペクトラム
光を基準光又は比測定光に合波して二つの光路を通過さ
せ、補助光の干渉信号を得ると共に、この補助光干渉信
号を最大値検出回路に与え、補助光干渉信号の振幅最大
点を光路差ゼロの点として検出するようにして光路差ゼ
ロ点検出装置を構成したものである。

またこの出願の第２発明ではこの光路差ゼロ点検出装置
によって検出した光路差ゼロのアドレスを基準に各ＡＤ
変換データのアドレスを規定し、可動ミラーの掃引毎に
同一アドレスのＡＤ変換データを加算し、平均化処理す
ることができる光スペクトル平均化処理装置を構成した
ものである。

「作　用」 この出願の第１発明によれば広スペクトル特性を持つ補
助光を光干渉計に与えて干渉させ、その干渉信号を得て
この干渉信号を最大値検出回路に与え、最大振幅点を検
出するようにしたから光路差ゼロの点を正しく検出する
ことができる。

つまり広スペクトル特性を持つ光は光路差ゼロの点で顕
著に振幅が最大となる現象を呈し、更に補助光源から発
光させるため光の強度は必要なレベルに合致させること
ができる。

よって被測定光の強度が弱くても、また挟スペクトル特
性を持つ光であっても、常に正しく光路差ゼロの点の可
動ミラー１３のアドレスを特定することができる。

この結果この出願の第２発明によれば可動ミラー１３の
掃引毎に得られるＡＤ変換されたサンプルデータを可動
ミラー１３の掃引位置に正確に対応付けすることができ
る。よって正しい加算平均処理を行なうことができるか
らＳＮ比のよい加算平均処理した干渉信号を出力するこ
とができ、精度の高い光スペクトラムを表示する光スペ
クトラムアナライザ等を提供することができる。

「実施例」 第１図にこの発明の一実施例を示す。

第１図において、１０は光干渉計、２０は基準光源、３
０はＡＤ変換器、３１はｎ逓倍器、３３は加算平均化処
理装置を示す点は従来の構造と同じで・ある。

この出願の第１の発明では補助光源２３を設け、この補
助光源２３と合波器２５及び最大値検出回路３２とによ
って光路差ゼロ検出装置４０を構成した点を特徴とする
ものである。

基準光源２０から照射する基準光２１は従来と同じ挟ス
ペクトル光とされ、補助光源２３から照射する補助光２
４は広スペクトル光とされる。このため基準光源２０は
例えばヘリウムレーザを用いることができ、これに対し
補助光源としては白色光源として例えばハロゲンランプ
或はＬＥＤ等を用いる。

この実施例では補助光源２３で発光させた補助光２４を
基準光２１が通る光路に与えるように構成した場合を示
す。このために基準光２１と補助光２４は合波器２５で
合波され固定ミラー２６で反射されて光干渉計１０に入
力する。

光干渉計１０ではハーフミラ−１１によって基準光２１
と補助光２４を合波した光を固定光路Ａと可変光路Ｂに
振り分けると共に被測定光２２も固定光路Ａ及び可変光
路Ｂに与え、光路差の変化によって各光を干渉させ受光
器１４から基準光２１と補助光２４との合波光の干渉信
号を得る。また受光器１５からは被測定光２２の干渉信
号を得る。

基準光２１と補助光２４のスペクトラムを第２図に示す
ように基準光２１のスペクトルをＡ、補助光２４のスペ
クトルをＢのように選定することにより、受光器１４か
ら出力される干渉信号は第３図に示すような波形となる
。

受光器１４から出力される光干渉信号はｎ逓倍器３１と
、最大値検出回路３２に与えられる。光干渉信号は第３
図に示すように基準光２１の波長をλとしたとき、その
λのλ／２を周期とする基準光２１の干渉信号が振幅変
調を受け、可動ミラー１３の移動位置が光路差ゼロ点を
通過する際に振幅が最大となる。

最大値検出回路３２はこの振幅変調を受けた光干渉信号
の最大振幅Ｐ０が得られる可動ミラー１３のアドレス！
。を検出し、この最大振幅Ｐ０を与える可動ミラー１３
のアドレスＸ、を加算平均化処理装置３３に与える。

加算平均化処理装置３３は最大値検出回路３２から与え
られる光路差ゼロを与えるアドレスｉ。

を基準アドレスとして定め、ＡＤ変換器３０から与えら
、れる各サンプルデータを加算し平均化処理する。尚こ
の加算平均化処理装置は各サンプルを加算して記憶する
メモリを含むマイクロコンピュータによって構成される
。

またｎ逓倍回路３１は光干渉信号のキャリヤ成分をｎ逓
倍し、ＡＤ変換器３０にサンプリングクロックとして与
えている。

「変形実施例」 第４図はこの発明の変形実施例を示す。この例では被測
定光２２に対して補助光源２３から補助光２４を合波器
２５で合波し、被測定光２２と補助光２４の合波光を固
定ミラー１２と可動ミラー１３によって形成される二つ
の光路Ａ、Ｂを通して受光器１５に入射するように構成
した場合を示す。

尚基準光源２０から照射される基準光２１はこの例では
単独で二つの光路を通って受光器１４に入射し、ｎ逓倍
器３１でｎ逓倍してＡＤ変換器３１のサンプリングクロ
ックとして利用される。

受光器１５の出力には被測定光２２と補助光２４の干渉
光信号が取出される。この干渉光信号はＡＤ変換器３０
でＡＤ変換され、そのＡＤ変換出力を第５図に符号りを
付して示す特性を持つディジタルローパスフィルタ３４
に与え、ディジタルローパスフィルタ３４で被測定光の
成分を分離して取出し、加算平均化処理装置３３に与え
る。

これと共にＡＤ変換器３０の出力を最大値検出回路３２
に与え、主に補助光２４の光路差ゼロ点における最大値
を検出する。

このようにこの実施例でも光路差ゼロを検出する干渉信
号を広スペクトラム特性を持つ補助光によって生成する
から常に光の強度は充分な強度をもって一定に与えられ
、然も光路差ゼロ点における振幅変化も大きく得られる
から光路差ゼロの点を正確に求めることができる。

この結果加算平均化処理装置３３における加算平均化処
理も各アドレス毎に正しく行なわれるからＳＮ比のよい
平均化処理信号を得ることができる。

「発明の効果」 以上説明したようにこの出願の第１発明によれば広スペ
クトラム特性を持つ補助光を基準光又は被測定光に合波
してその干渉光信号で最大値検出を行なう構成としたか
ら、被測定光２２のレベルに左右されることなく、また
被測定光２２が挟スペクトラム特性であっても光路差ゼ
ロの点を正確に検出することができる光路差ゼロ点検出
装置を提供することができる。

またこの出願の第２発明によれば光路差ゼロ点検出装置
を使うことによって加算平均化処理装置３３の加算平均
化処理が正確な基準アドレスを基に処理するから平均化
出力の精度が向上し、質のよいスペクトラム解析結果を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
はこの実施例に用いた基準光源と補助光源から照射され
る基準光と補助光のスペクトラムの一例を示すグラフ、
第３図は第１図の実施例で得られる補助光と基準光との
合波光の光路差ゼロ付近の光干渉信号の様子を説明する
ための波形図、第４図はこの発明の変形実施例を説明す
るためのブロック図、第５図はこの変形実施例に用いた
補助光と被測定光のスペクトラムの関係を説明するため
のグラフ、第６図は従来の技術を説明するためのブロッ
ク図、第７図は基準光源から発光される挟スペクトラム
特性を持つ光の干渉の様子を説明するための波形図、第
８図は広スペクトラム特性を持つ光の干渉の様子を説明
するための波形図である。 １０・・・光干渉計、２０・・・基準光源、２２・・・
被測定光、３０・・・ＡＤ変換器、３１・・・ｎ逓倍器
、３２・・・最大値検出回路、３３・・・加算平均化処
理装置、４０・・・光路差ゼロ点検出装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ａ、光路差を掃引することができる光干渉計と、 Ｂ、この光干渉計の干渉出力光を電気信号に変換する受
   光器と、 Ｃ、広いスペクトル分布を持つ補助光源と、 Ｄ、この補助光源と入力光又は基準光とを合波する合波
   器と、 Ｅ、補助光を含む光干渉信号の最大値点を検出する最大
   値検出回路と、 を具備して成る光路差ゼロ点検出装置。
2. （２）上記光路差ゼロ点検出装置によって検出した光干
   渉信号の最大値点を基準アドレスとして光干渉信号のＡ
   Ｄ変換値を加算平均する加算平均化回路を具備して成る
   光干渉信号平均化処理装置。