JPH02194332A - 光スペクトラムアナライザー - 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） 本発明は、光スペクトル分析を行なう光スペクトラムア
ナライザー、特に詳細には音響光学効果を利用して光ス
ペクトルを分析する光スペクトラムアナライザーに関す
るものである。

（従来の技術） 光スペクトルを分析する光スペクトラムアナライザーと
しては、種々のものが公知となっている。

従来より広く実用に供されている光スペクトラムアナラ
イザーの１つとして、例えばツエルニターナ−型と称さ
れるものが知られている。この光スペクトラムアナライ
ザーは、照射された被測定光を回折させる回折格子を回
転させ、それにより回折光をスリット上において移動さ
せ、このスリット越しに回折光を検出したときの回折格
子の回転角に基づいて光スペクトルを分析するものであ
る。

このような光スペクトラムアナライザーは、高分解能で
光スペクトルを分析可能となっている。

しかしこのような光スペクトラムアナライザーは、大型
でかつ重いので取扱い性に難があり、例えば携帯使用等
には不向きであった。小型軽量に形成されうる光スペク
トラムアナライザーも種々考えられているが、そのよう
なものの多くは分解能が低いという問題を有している。

そこで本出願人は先に、小型軽量に形成可能で、しかも
分解能の高い光スペクトラムアナライザーを提案した（
特願昭６２−１８０７７９号）。この光スペクトラムア
ナライザーは、 表面弾性波が伝播可能な材料から形成された光導波路と
、 この光導波路内に入射されて該光導波路内を進行する被
測定光としての導波光の光路に交わる方向に進行して、
該導波光を回折、偏向させる連続的に周波数が変化する
表面弾性波を」肥太光導波路において発生させる表面弾
性波発生手段と、上記表面弾性波によって偏向されて光
導波路外に出射した」肥太被測定光を検出する光検出手
段と、この光検出手段が被測定光を検出したときの表面
弾性波の周波数を検出する周波数検出手段とから構成さ
れたことを特徴とするものである。

光導波路内を導波する導波光は、この光導波路を伝播す
る表面弾性波と交差すると、音響光学相互作用により回
折、偏向する。この偏向角δは、表面弾性波の進行方向
に対する導波光の入射角をθとすると、δ−２θである
。そして導波光の波長をλ、光導波路の実効屈折率をＮ
ｅとし、表面弾性波の波長、周波数、速度をそれぞれＡ
Ｓ　ｆ。

■とすれば、 λ である。ＮｅおよびＶは一定であるから、この式で示さ
れるブラッグ条件を満足して導波光が最も効率良く回折
するときの前記入射角θと表面弾性波周波数ｆが分かれ
ば、導波光すなわち被測定光の波長λが分かることにな
る。

また導波光（被測定光）が非常に波長が近接した複数の
スペクトル成分を含む場合、各スペクトル成分を表面弾
性波の回折作用により分離させることができる。したが
って、例えば前記光検出器の前にピンホール板等を配置
して、各スペクトル成分の光がそれぞれ個別に検出され
るようにしておけば、上述のように波長が近接していて
も各スペクトル成分を正確に測定可能となる。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上述の光スペクトラムアナライザーにおいて
、被測定光を高Ｓ／Ｎで検出可能とすることを目的とす
るものである。

（課題を解決するための手段） 本発明による光スペクトラムアナライザーは、先に述べ
たような光導波路と、表面弾性波発生手段と、光検出手
段と、周波数構Ｈ４手段とから構成された光スペクトラ
ムアナライザーにおいて、光導波路を、電気光学効果を
示す材料から形成するとともに、 光導波路の導波光光路部分に配された電気光学へ 光スィッチと、 この電気光学光スイッチへの電圧印加を、前記表面弾性
波の周波数よりも低い変調周波数の下にＯＮ−Ｏｒ’ｌ
’制御して、光導波路の光路を、前記光検出器に向かう
光路占、そこから外れた光路とに周期的に切り換えさせ
るスイッチング回路と、」−記光検出手段から被測定光
検出信号を受け、この検出信号から上記変調周波数と同
じ周波数の成分のみを取り出すフィルター手段とを設け
、そして周波数検出手段は、上記フィルター手段から取
り出された成分に基づいて、光検出手段が被測定光を検
出したときの表面弾性波の周波数を検出するように構成
したことを特徴とするものである。

（作　　用） 光導波路の光路を上述のよう切り換えれば、光検出器に
よって検出される被測定光は、上記の変調周波数でＯＮ
−ＯＦＦ変調されるようになる。そこでこの光検出器の
出力信号から上記変調周波数と同一の周波数成分を取り
出せば、それはほぼ被測定光のみに基づく成分となる。

したがって、光検出器の出力信号にノイズが含まれてい
ても、それをカットして、被測定光を高Ｓ／Ｎで検出可
能となる。

なお、導波光は上記のようにし゛ｒＯＮ−ＯＦＩ’変調
する他、該導波光を回折させる表面弾性波への交番電圧
印加をＯＮ−ＯＦＦ　Ｉ、て変調することも考えられる
が、そのようにする場合は、導波光の回折効率低下を招
かないように、変調周波数は比較的低く設定せざるを得
ない。つまり、表面弾性波の変調周波数を高くし過ぎる
と、導波光のビーム幅内で表面弾性波が飛び飛びに途切
れてしまうからである。

それに対して、電気光学光スイッチにより被測定光をス
イッチングして変調する場合は、上述のような制約がな
いから、変調周波数を十分に高めることができる。

（実　施　例） 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細な説明
する。

第１図は本発明の第１実施例による光スペクトラムアナ
ライザーを示すものである。この光スペクトラムアナラ
イザー１０は、基板１１上に形成された光導波路Ｉ２と
、この光導波路１２に形成された導波路レンズ１３と、
光ビーム出射用集光性回折格子（Ｆ　ｏｃｕｓｔｉｇ　
　Ｇ　ｒａｔｉｎｇ　　Ｃｏｕｐｌｃｒ、以下ＦＣＣと
称する）１４と、これらのレンズ１３およびＦＧＣ１４
の間を進行する導波光Ｌ１の光路に交わる方向に進行す
る表面弾性波１５を発生させるチャーブ交叉くし形電極
対（Ｃｈｌｒｐｅｄ　　Ｉ　ｎｔｅｒ　−Ｄ　ｊｇｉｔ
ａｌＴ　ｒａｎｓｄｕｃｅｒ　、以下チャープＩＤＴと
称する）１７と、上記表面弾性波１５を発生させるため
にこのチャープＩＤＴｌ７に高周波の交番電圧を印加す
る高周波アンプ１９と、上記電圧の周波数を連続的に変
化（掃引）させるスィーパ−２０と、導波光Ｌ１の光路
部分において光導波路１２に形成された電気光学光スイ
ッチとしての電気光学グレーティング（Ｅ　Ｉｅｃｔｒ
ｏｏｐｔｉｃ　Ｇ　ｒａｔｉｎｇ、以下ＥＯＧと称する
）２９と、このＥＯＧ２９に電圧を印加するＥＯＧ駆動
回路２５と、この駆動回路２５内のスイッチング素子の
作動を制御して、上記電圧の印加をＯＮ−０１’Ｐさせ
る変調制御回路２Ｂとを有している。

また上記光ビーム出射用Ｆ　Ｇ　Ｃ１４から出射した光
ビームＬ４が照射される位置には、ピンホール板３０と
、上記光ビームＬ＆の強度を測定するフォトダイオード
等の光検出器３）が配置されている。

この光検出器３１が出力する光量信号Ｓ１は後述するロ
ックインアンプ３５によって増幅され、このロックイン
アンプ３５の出力信号Ｓ１−゛　は演算処理回路３３に
入力され、この演算処理回路３３が出力する光量信号Ｓ
３は、表示装置３４に入力されるようになっている。

本実施例においては一例として、基板ｌ】にＬｉＮｂＯ
３ウェハを用い、このウェハの表面にＴｉ拡散膜を設け
ることにより光導波路Ｊ２を形成している。なお基板１
１としてその他サファイア、８１等からなる結晶性基板
が用いられてもよい。また光導波路１２も上記のＴｉ拡
散に限らず、基板１１」：にその他の材料をスパッタ、
蒸着する等して形成することもできる。ただし、この光
導波路１２は、上記Ｔｉ拡散膜等、後述する表面弾性波
が伝播可能で、かつ電気光学効果を示す材料から形成さ
れなければならない。また光導波路は２層以上の積層構
造を有していてもよい。

チャーブＩＤＴ１７およびＥＯＧ２９は、例えば光導波
路１２の表面にポジ型電子線レジストを塗布し、さらに
その上にＡｕ導電用薄膜を蒸着し、電極パターンを電子
線描画し、Ａｕ薄膜を剥離後現像を行ない、次いでＣｒ
薄膜、ＡＩ薄膜を蒸着後、有機溶媒中でリフトオフを行
なうことによって形成することができる。なおチャーブ
ＩＤＴ１７は、基板１１や光導波路１２が圧電性を有す
る材料からなる場合には、直接光導波路１２内あるいは
基板１１上に設置しても表面弾性波１５を発生させるこ
とができるが、そうでない場合には基板１１あるいは光
導波路１２の一部に例えばＺｎＯ等からなる圧電性薄膜
を蒸着、スパッタ等によって形成し、そこにＩＤＴ１７
を設置すればよい。

例えば半導体レーザ等の光源２１から発せられてスペク
トル分析にかけられる光ビームＬは、光源２１に接続さ
れた光ファイバー２２、結合器２３、および光導波路１
２の端面１２ａに直接結合された光ファイバー２４を介
して、該端面１．２ａから光導波路１２内に取り込まれ
る。この光ビームＬ（発散ビーム）は導波路レンズ１３
によって平行ビームとされ、光導波路１２内を導波する
。この導波光Ｌ１は、ＥＯＧ２９の部分に入射する。こ
のＥＯＧ２９にＥＯＧ駆動回路２５から所定の電圧が印
加されていると、ＥＯＧ２９は回折格子として作用し、
そのとき導波光Ｌ１は回折して第１図中の実線表示方向
に進行する。一方上記の電圧印加がなされないと、導波
光Ｌｌは第１図の破線表示方向に進行する。回折した導
波光Ｌ１は、前記（１）式で示されるブラッグ条件が満
たされれば、チャープＩＤＴ１．７から発せられた表面
弾性波１５との音響光学相互作用により、図示のように
回折（Ｂ　ｒａｇｇ回折）する。回折した導波光Ｌ２は
、ＦＧＣｌ、４の作用で、集束しつつ光導波路１２外に
出射する。

以下、上記導波光Ｌ１の表面弾性波１５による回折、偏
向について、第２．３図を参照して詳細に説明する。第
２図はチャープＩＤＴ１．７の部分を拡大して詳しく示
すものであり、また第３図は導波光し１と表面弾性波１
５の波数ベクトルを示している。第２図に示すように導
波光Ｌ１は、表面弾性波１５の進行方向に対して一定の
角度θで入射する。

また、表面弾性波Ｉ５に入射する前の導波光Ｌ１および
通過した後の導波光Ｌ２の波数ベクトルをそれぞれＩｋ
、ｔ　、Ｉｋ２とし、表面弾性波Ｉ５の波数ベクトルを
ＩＫｌ　とすると、前記（１）式で示したブラッグ条件
が満たされるときは第３図に示すようにＩｋｌ　　＋Ｉ
Ｋ１　＝Ｉｋｚ　−・＝（２Ｊとなっており、導波光Ｌ
２の導波光Ｌ１に対する偏向角はδ−２θである。この
入射角θが上述のように一定であれば、上記（２Ｊ式が
成立するときの偏向角δも一定である。したがって、ブ
ラッグ条件を完全に満たして光導波路１２外に出射する
光ビームＬ６は、一定方向に出射する。光検出器３１の
前のピンホール板３０は、上記の一定方向に出射した光
ビームＬ４がピンホール３０ａを通過するように配設さ
れている。

導波光Ｌｌ　　（被測定光）の波長をλ、表面弾性波１
５の波長をＡとすると、 Ｉｋｌ　ｌ−２π／λ であり、また導波光Ｌ２の波長もλであるから、ＩＪ　
　ｌ　−１１ｋｚ　　ｌ　−２π／λである。したがっ
て前記（２）式を満足するＩＩＫニー２π／Ａの値は、
入射角θが固定である以上、１つの１１ｋｌ＋に対して
１つだけ存在する。そこでこの（２式が成立するとき（
つまり光ビームＬ４がピンホール３０ａを通過して光検
出器３１に検出されたとき）のＩＩＫＩＩの値から、す
なわち表面弾性波１５の波長への値から、波長λが求め
られうる。

この波長λは、前記（１）式から求めることも勿論可能
であるが、入射角θや、導波光Ｌｌに対する光導波路１
２の屈折率Ｎｅが不明でも求められうる。

すなわち周波数が既知（λｒａｔとする）の基準導波光
を光導波路１２内に入射させ、そのとき波長Ａｒｅｒの
基準表面弾性波によってこの基準導波光が回折されたと
する。第３図において基準導波光の波の波数ベクトルを
ＰＱ、回折された基準導波光の波数ベクトルをＯＱとす
ると、 Δ０ＰＱｃｏΔＳＰＲであるから、 ＯＰ　　　　　　　ＰＱ ＯＰ−２ｙｒ／λｒｅｒＳ　　ＰＱ−２ｙｒ／Ａｒｅｆ
であるから、 λ−λｒｅｆ　　（Ａ／Ａｒｅｆ’　）ここで表面弾性
波１５の速度、周波数をそれぞれ■、ｆ、基準表面弾性
波の速度、周波数をそれぞれ■ｒｅｒ、　　ｆ　ｒｅｒ
とすると、 ｖ　−ｆ　Ａ、　ｖｒｅｆ　−ｆｒｅｒＩＡｒｅｆ　、
　ｖ−ｖｒｅｒであるから、結局」１式より λ−λｒｅｆ（ｆ　ｒｅｒ／　ｆ　）　　−−（３）と
なる。つまり基準導波光の波長λｒｅｆおよび基準表面
弾性波の周波数ｆ　ｒｅｆ’を予め調べておけば、この
（３）式から被測定光の波長λが求められる。

先に述べた通り、光スペクトル分析を行なうときチャー
ブＩＤＴ１．７に印加される高周波の交番電圧の周波数
は、スィーパ−２０によりｆ　ｗｉｎがらｆＩＩｌａｘ
まで連続的に掃引される。またこのとき変調制御回路２
６は、ＥＯＧ駆動回路２５によるＥＯＧ２９への電圧印
加を所定の変調周波数ｆｒで繰り返しＯＮ−ＯＦＦさせ
る。それにより、表面弾性波１５に入射する導波光Ｌ１
は、変調周波数ｆｒでＯＮ−ＯＦＩ）変調される。この
変調周波数ｆｒは、ＩＤＴ１７に印加される交番電圧の
周波数よりも低い値とされる。

上述のように交番電圧の周波数すなわち表面弾性波１５
の周波数が掃引されるとき、上記ｆｍｉｎ、ｆｆｆｉａ
Ｘの値が適切に設定されていれば、前記（１）式を満た
すある表面弾性波周波数ｆ（ｆｍｉｎ≦ｆ≦ｆＷａＸ　
）において導波光Ｌ１の回折が最も効率良く行なわれる
。この際光導波路１２から出射した光ビームＬ４は、ピ
ンホール３０ａを通過して光検出器３１によって検出さ
れる。

ここで、表面弾性波１５に入射する導波光Ｌ１は上記の
ようにＯＮ−ＯＦＦ変調されているから、この表面弾性
波１５によって回折した光ビームＬ、も変調周波数ｆｒ
で変調されており、したがって光検出器３１が出力する
光量信号Ｓ１も変調周波数ｆｒで変調されるようになる
。前述した変調制御回路２Ｂからロックインアンプ３５
には、周波数ｆｒのクロック信号Ｃが入力される。該ロ
ックインアンプ３５は内蔵しているバンドパスフィルタ
ーにより、光量信号Ｓ１から上記周波数ｆｒと同じ周波
数の成分を取り出し、その成分を増幅し、光量信号Ｓｌ
’として出力する。一般に光量信号Ｓ１には、光ビーム
Ｌ４を検出した信号成分以外の各種ノイズが含まれるが
、上述のようなバンドパスフィルターに通すことにより
、光量信号Ｓｌ’　は各種ノイズをカットした高Ｓ／Ｎ
のものとなりうる。こうして本装置においては、回折し
た光ビームＬ４の強度を精度良く検出可能となる。なお
導波光１１の変調周波数ｆｒは、本質的にＥＯＧ２９の
容量と、該Ｅ　ＯＧ　２９に接続されている回路の抵抗
とによって上限値が制限されるものであり、表面弾性波
１５をＯＮ−ＯＦＦ変調する場合のような制約は生じな
いから、この変調周波数ｆｒを例えばＩＧＨｚ程度と十
分に高くすることが可能である。

スィーパ−２０に接続された周波数計測回路３２は、ス
ィーパ−２０が高周波アンプ■９に送る高周波信号Ｓｆ
を受けて、刻々変化する交番電圧周波数、つまり表面弾
性波周波数ｆを求める。この連続的に変化する周波数ｆ
を示す信号Ｓ２は、演算処理回路３３に入力される。こ
の演算処理回路３３には、前述した基準導波光の波長λ
ｒｅｆおよび基準表面弾性波の周波数ｆ　ｒｅｒが予め
記憶されており、該演算処理回路３３はこれらの波長λ
ｒｅｆ’　、周波数ｆｒｃｒおよび信号Ｓ２が示す表面
弾性波周波数ｆから、前記（３）式に基づいて導波光Ｌ
１の波長λを演算するとともに、信号Ｓ２と同期が取ら
れた光量信号Ｓｌ’　に基づいて、検出光量対波長λの
関係を求める。

こうして求めら４ｚた導波光Ｌ１すなわち被測定光の波
長λと検出ｅ、’−ｉｔとの関係を示す信号ｓ３は演算
処理回路３３から出力され、例えば液晶表示装置、光電
管表示装置等の表示装置３４に入力され、この信号Ｓ３
に基づいて、上記光量対波長λの関係が一例としてグラ
フ状に表示される。したがってこの表示から、光ビーム
Ｌ４が検出されたとき、つまりブラッグ条件が成立した
ときの波長λを見出せば、それが求める被測定光りの波
長となる。

なお上記表示装置３４は、適当な記録装置等に置き換え
られてもよい。また本実施例においては、表面弾性波周
波数ｆに対応する被測定光の波長λを演算処理回路３３
が演算して求めるようになっているが、このような演算
は別途人手によって行なうようにしてもよい。つまり少
なくとも、光検出器３１が光ビームＬ４を検出したとき
の表面弾性波周波数ｆが検出されるようになっていれば
、被測定光の波長λを求めることができる。

また上述した実施例におけるように、光検出器３１が光
ビームＬ４を検出したときのみならず、表面弾性波１５
を周波数掃引している間はずっとその周波数ｆを求め、
またその開光ビームＬ４の検出の白゛無に係らず光量信
号Ｓｌ’　を連続的に演算処理回路３３に送ってもよい
ことは勿論である。そうすれば表示装置３４においては
、光ビームＬ４が全く検出されない波長領域（つまりス
ペクトル成分が存在しない領域）が明確に示されること
になる。

そのような場合、一般には光量信号Ｓ１−゛　等にノイ
ズ成分が含まれるので、上記光ビームＬ４が検出されな
い波長領域においても、検出光量表示はＯ（ゼロ）とな
らないことが多い。そうなっても、光量表示のあるレベ
ルまではノイズ成分であるということが予め分かってい
れば何ら問題はない。

またこのようなことを回避するため、」肥太ノイズ成分
よりもやや高い所定レベルを光ｆｆ１Ｏ（ゼロ）レベル
として表示するようにしてもよい。さらにこの所定レベ
ルを上記よりもさらに高く設定すれば、スペクトラム（
縦モードは１つでも複数でもよい）の中心波長近辺の波
長のみを表示することも可能である。

また上記の実施例においては、アナログ処理によって被
測定光の検出光量と波長λとの関係を求めるようにして
いるが、光検出器３１が出力する光量信号をディジタル
化して、ディジタル処理によって上記関係を求めること
もできる。

また光導波路１２への光ビームＬの入力は、上記実施例
におけるようにする他、例えば光ファイバ−２４から空
気中に出射させた光ビームＬを、シリンドリカルレンズ
によって偏平に絞って光導波路端面１．２ａに照射する
、あるいは光導波路】２の表面に形成した回折格子に光
ビームＬを照射してそこで回折させる、等によって行な
うことも可能である。

ここで、本発明の光スペクトラムアナライザーは、被測
定光が互いに波長が極めて近接した複数のスペクトル成
分からなる場合でも、各スペクトル成分を高分解能で測
定可能となっている。以下、この点について詳述する。

例えば被測定光が、互いに近接した波長λ１、λ２、λ
３　（λ１くλ２〈λ３）のスペクトル成分からなるも
のとする。

そして第４図に示すように、中間の波長λ２の導波光と
表面弾性波１５との間でブラッグ条件が満たされ、ベク
トルｌｋ２の方向に回折光が出射するものとする。この
とき波長λ１およびλ３の導波光も、表面弾性波１５に
対して、完全では無いがほぼブラッグ条件を満たす状態
となる。したがってこれらの波長λ】およびλ３の導波
光も表面弾性波１５によって回折され、光導波路１２か
ら出射する。

しかしこれらの光の回折角は、波長λ２の光の回折角と
は異なり、第４図に示すようにそれぞれベクトル１に４
、ベクトルｌｋ、の方向となる（なお第４図において０
１　、Ｇ　３がそれぞれ、波長λ１、λ３の導波光の波
数ベクトルの始点である）。したがって光導波路１２か
ら出射した光ビームは、各スペクトル成分毎に分離する
。このようにしてピンホール板３０上で各スペクトル成
分が完全に分離されれば、前記交番電圧の周波数が掃引
されるとき、ピンホール板３０上を３つのビームスポッ
トが移動し、各波長の光は順次個別にピンホール３０ａ
を通過する。

したがって、光検出器３１が検出する光量と、上記交番
電圧周波数すなわち表面弾性波周波数の関係は、第５図
図示のようなものとなる。つまり、波長λ１、λ２、λ
３の各スペクトル成分は、それぞれ表面弾性波周波数が
ｆ□、ｆＺ、ｆ３のときに個別に検出される。これらの
表面弾性波周波数ｆ、　、ｆＺ、ｆ３が検出されれば、
波長λ１、ス２、λ３は前述と同様にして求められうる
。

次に第６．７および８図を参照して本発明の第２実施例
について説明する。なおこれら第６〜８図において、既
に説明したものと同じ要素等については同符号を付して
あり、それらについての説明は特に必要の無い限り省略
する。第６図および第７図に示されるように本実施例の
光スペクトラムアナライザー５０においては光導波路１
２に、前記チャーブＩＤＴｌ７に加えて第２のチャーブ
ＩＤＴ１８が設けられている。このチャーブｌＤＴ１ｇ
は第２の表面弾性波１６を発生させるものであり、この
表面弾性波１６は、第１の表面弾性波１５によって回折
、偏向した導波光Ｌｚを、該偏向をさらに増幅させる方
向に回折、偏向させる。本例において第１および第２の
チャーブＩＤＴ１７．１８には、高周波アンプ１９から
互いに等しい周波数の掃引交番電圧が印加されるように
なっている。したがって第１および第２の表面弾性波１
５．１６の周波数は、常に互いに等しい値を保って連続
的に変化する。またこれも第１実施例と同様であるが、
導波光１．１は、チャーブＩＤＴ１７．１８に印加され
る交番電圧の周波数よりも低い変調周波数ｆｒでＯＮ−
ＯＦＦ変調される。

この場合、導波光Ｌ１、第１の表面弾性波１５によって
回折した後の導波光Ｌ２、第２の表面弾性波１Ｇによっ
て回折した後の導波光Ｌ３の波数ベクトルを各々ｌｋｌ
　、ｌｋ２、ｌｋ３とし、第１、第２の表面弾性波１５
．１６の波数ベクトルを”’Ｉ　Ｓ　ｌｋ２とすると、
上記２回の回折が行なわれるときは、ｌｋｌ　＋ｌＪ　
−ｔｉｃ２ １ｋ　２　＋ＩＫ　２　＝　ｌｋ　３ である。そして第１の表面弾性波１５に対する導波光Ｌ
１の入射角と、第２の表面弾性波１Ｇに対する導波光Ｌ
２の入射角とが互いにθで等しくなるようにチャーブＩ
ＤＴ１７．１８を配置しておけば、この場合も第１およ
び第２の表面弾性波Ｉ５．１Ｂの周波数ｆ１すなわちＩ
ＤＴｌ７、】８に印加される交番電圧の周波数の値に基
づいて被１ｉ１１１定光りの波長λを求めることができ
る。また本実施例においても、光検出器３１が出力する
光量信号Ｓ１をロックインアンプ３５に通しているので
、光ビームＬ４の強度を高Ｓ／Ｎで正確に検出可能とな
る。

本例においても前述したような基準導波光と基準表面弾
性波（本例では互いに等しい周波数の第１、第２の２つ
の基準表面弾性波を用いる）を用いるのであれば、前記
（３）式に基づいて被測定光の波長λを求めることがで
きる。つまり第８図において、基準導波光の波数ベクト
ルをＯＰ、第１の基準表面弾性波の波数ベクトルをＰＱ
、この第１の基準表面弾性波により回折された基準導波
光の波数ベクトルをＯＱ、第２の基準表面弾性波の波よ
り回折された基準導波光の波数ベクトルを６１とすると
、この場合も Δ０ＰＱｃｏΔＳＰＲ であるから、結局前記（３）式が成立する。

ただし本例では、導波光Ｌ１に対する２回回折後の導波
光Ｌ３の偏向角δは、導波光り工の第１の表面弾性波１
５への入射角をθとすると４θとなる。これは前記第１
実施例における偏向角δ−２θの２倍であり、そのため
本実施例においては、スペクトル分析の分解能が第１実
施例におけるよりも高められうる。以下、この点につい
て詳述する。

例えば第４図において、ベクトルｌｋ２と、ベクトルＩ
ｋ、あるいはｌｋ５とがなす角度は、ベクトルｌｋ１に
対してベクトルｌｋ２がなす角度が大きいほど、つまり
表面弾性波による導波光の回折角が大きいほど大となる
。すなわち、光導波路１２から同時に出射する何本かの
光ビームの出射角の差は、導波光の偏向角δが大きいほ
ど大となり、各光ビームは前述のピンホール板３０上で
、より大きな間隔をおいて分離するようになる。そのよ
うになれば、より近接した波長のスペクトル成分を分離
可能となるので、結局偏向角δが大きいほどスペクトル
分析の分解能が向上することになる。以下、具体的に数
値例を挙げて説明する。２回回折の場合の偏向角δは前
述の通り４θであるから、前記（１）式より、 である。したがって微小な波長の変化量Δλに対する偏
向角の変化量Δδは大略、 となる。ここでＸカットのＬｉＮｂＯ３からなる光導波
路１２を考えてＮ　ｃ　−２，２、ｖ　−３４８３ｍ　
／　ｓ　ｓまたｆ−１，５ＧＨｚ、そして回折点から前
記ピンホール板３０までの距離９Ｊ−９０ｍ　ｍとする
と、入射光ビーム径Ｄ　−１５ｍ　ｍのときピンホール
上で１０μｍのビームスポットを形成し、ピンホール板
３０上でのビームスポットの分離量は大略見・Δδで、
交・Δδ−３５，４００ｘΔλ となり、空気中では 免・Δδ−２，２×３５．４００ｘΔλ−７７，８８０
ＸΔλ となる。このビームスポット分離ｉｕ、−Δδは、最小
でビームスポット径だけ確保されれば、２つの光ビーム
を分離して検出可能となる。したがって、前記光ビーム
出射用ＦＧＣ１４により光ビームＬ４が例えば光通信用
光ファイバーのコア径と等しい１０μｍのスポット径に
絞られるとすると、７７．８８０ＸΔλ−１０μｍ であれば、波長差がΔλの２つの光ビームを分離して検
出可能となる。上記式を解くと、Δλは約０．１３ｎ　
ｍとなる。つまりこの第２実施例装置は、約０．１ｎｍ
単位でスペクトル分析を行なうことができる。

またこの光スペクトラムアナライザーを、例えば半導体
レーザの光スペクトル分析用に形成する場合は、上記Δ
λは通常数ｎｒｎ程度であり、Δλ−１ｏｏｎｔｎを想
定すれば十分であるから、上述のように表面弾性波周波
数を１．．５ＧＨｚ程度とするならば、その帯域は５０
〜１．００ＭＨｚ程度確保すればよい。

なお以上説明した第２実施例装置においては、第１およ
び第２の表面弾性波１５、Ｉ６の周波数が常に等しくな
るようにされているが、これら第１および第２の表面弾
性波１５．１６の周波数は、常に等しい比を保って相異
なる値をとるようにされてもよい。

また被測定光である導波光を、３つ以上の表面弾性波に
よって３回以上回折させるようにしても構わない。先に
述べた通り、導波光の偏向角δが大きいほどスペクトル
分析の分解能が向上するから、このように多数回の回折
を行なえば、表面弾性波の周波数をさほど上げずにスペ
クトル分析の分解能を高めることができて好ましい。

（発明の効果） 以上詳細に説明した通り、本発明の光スペクトラムアナ
ライザーによれば、高分解能で光スペクトルを分析可能
となる。しかも本発明の光スペクトラムアナライザーは
、光導波路に被測定光を入射させ、表面弾性波によって
被測定光を回折させる構造となっているので、小型軽量
に形成され、その」二機械的な作動部分を備えないので
、耐久性、信頼性も高いものとなる。

その上、本発明の光スペクトラムアナライザーにおいて
は、回折される被測定光をＯＮ−ＯＦＦ変調させ、被測
定光検出手段の出力信号から上記変調の周波数と同じ周
波数の成分を取り出して被測定光の検出に供するように
しているから、該被測定光を高Ｓ／Ｎで精度良く検出可
能となる。よって本装置によれば、光スペクトル分析を
極めて正確に行なうことができる。また上記被測定光の
変調は電気的に行なわれるので、この変調を機械的なチ
ョッパーを用いて行なう場合と異なり、被測定光を高Ｓ
／Ｎで精度良く検出可能とするために装置が著しく大型
化してしまうようなこともない。

さらに、上記被測定光のＯＮ−ＯＦＦ変調は、電気光学
光スイッチにより被測定光をスイッチングして行なうよ
うにしているから、表面弾性波への交番電圧印加をＯＮ
−ＯＦＦ　して被測定光を変調する場合に比べれば、変
調周波数を十分に高めることができ、よって表面弾性波
に印加される交番電圧の掃引速度を高めて、光スペクト
ル分析を短時間内に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例装置を示す概略斜視図、 第２図は上記第１実施例装置の一部を拡大して示す平面
図、 第３図はＬ先箱１実施例装置における光ビーム偏向を説
明する説明図、 第４図は本発明装置における光スペクトルの分離を説明
する説明図、 第５図は本発明装置における検出光量と、表面弾性波周
波数の関係を示すグラフ、 第６図は本発明の第２実施例装置を示す概略斜視図、 第７図は上記第２実施例装置の一部を拡大して示す平面
図、 第８図は上記第２実施例装置における光ビーム偏向を説
明する説明図である。 １．０．５０・・・光スペクトラムアナライザー１１・
・・基　　板　　　　　１２・・・光導波路１３・・・
導波路ンズ　　　１４・・・先ビーム出射用ＦＣＣ１５
・・・第１の表面弾性波　１Ｇ・・・第２の表面弾性波
Ｉ７・・・第１のチャープＩＤＴ １８・・・第２のチャープＩＤＴ １９・・・高周波アンプ　　　２０・・・スィーパ２１
・・・光　　源　　　　　２５・・・ＥＯＧ駆動回路２
６・・・変調制御回路　　　２９・・・ＥＯＧ３０・・
・ピンホール板　　　３０ａ・・・ピンホール３１・・
・光検出器　　　　　３２・・・周波数計測回路３３・
・・演算処理回路　　　３４・・・表示装置３５・・・
ロックインアンプ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 表面弾性波が伝播可能でかつ電気光学効果を示す材料か
   ら形成された光導波路と、 この光導波路内に入射されて該光導波路内を進行する被
   測定光としての導波光の光路に交わる方向に進行して、
   該導波光を回折、偏向させる連続的に周波数が変化する
   表面弾性波をこの光導波路において発生させる表面弾性
   波発生手段と、前記表面弾性波によって偏向されて光導
   波路外に出射した前記被測定光を検出する光検出手段と
   、前記光導波路の導波光光路部分に配された電気光学光
   スイッチと、 この電気光学光スイッチへの電圧印加を、前記表面弾性
   波の周波数よりも低い変調周波数の下にＯＮ−ＯＦＦ制
   御して、光導波路の光路を、前記光検出器に向かう光路
   と、そこから外れた光路とに周期的に切り換えさせるス
   イッチング回路と、 前記光検出手段から被測定光検出信号を受け、この検出
   信号から前記変調周波数と同じ周波数の成分のみを取り
   出すフィルター手段と、 このフィルター手段から取り出された前記成分に基づい
   て、前記光検出手段が前記被測定光を検出したときの前
   記表面弾性波の周波数を検出する周波数検出手段とから
   なる光スペクトラムアナライザー。