JPH02194342A - 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先スペクトラムア
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先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
分解能の高い先スペクトラムアナライザを提案した（特
願昭６２−１．８０７７９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
表面弾性波を上記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
波路外に出射した上記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
Ｑとし、表面弾性波の波長、周波数、速度をそれぞれＡ
、ｆ。

■とすれば、 λ である。ＮＯ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） ところで従来より、縦モードが１本の分布帰還型（Ｄ　
ｊｓｉｒｊｂｕＬｅｄ　　Ｆ　ｅｅｄｂａｃｋ　：　Ｄ
　Ｆ　Ｂ　）半導体レーザや分布反射型（Ｄ　ｊｓｔｒ
ｉｂｕｔｅｄ　　Ｂ　ｒａｇｇ　　Ｒｅｒ　１ｅｃｔｏ
ｒ　：　Ｄ　Ｂ　Ｒ）半導体レーザが知られている。

これらの半導体レーザを例えば長距離通信に用いる場合
は、そのスペクトル幅が伝送距離限界を左右する要素と
なるので、このスペクトル幅を正確に測定したいという
要求がある。しかしこれらの半導体レーザにおけるスペ
クトル幅（半値全幅）は１／ＩＱＱｐｍのオーダーであ
り、このように微小なスペクトル幅は上記のような光ス
ペクトラムアナライザーを用いても測定不可能である。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり
、上述のように極めて狭いスペクトル幅を求めることも
できる、光導波路型の光スペクトラムアナライザーを提
供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及び作用）本発明による第
１の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
波数検出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、上記の構成要素を有効に利用して、遅延
自己へテロダイン法により微小なスペクトル幅をも測定
できるようにしたものであり、具体的には上記の各要素
に加えて、 導波光の光路に交わる方向に進行して、該導波光を回折
、偏向させる周波数一定の表面弾性波を前記光導波路に
おいて発生させる第２の表面弾性波発生手段と、 上記周波数が変化する表面弾性波および周波数一定の表
面弾性波に入射する前の被測定光の一部を分岐する分岐
手段と、 上記周波数一定の表面弾性波により偏向されて光導波路
外に出射した被測定光を受けるように配された合波手段
と、 上記分岐手段で分岐された被測定光を上記合波手段に導
く光伝達系と、 この光伝達系に設けられ、該光伝達系の光路長を、上記
分岐手段から周波数一定の表面弾性波を経て合波手段に
至るまでの光路長よりも十分に長くする、例えば長さ数
ｋｍ程度の単一モード光ファイバー束等からなる光遅延
手段と、 上記合波手段で合波された被測定光を検出する第２の光
検出手段と、 この第２の光検出手段が出力した電気信号を周波数分析
する高周波スペクトラムアナライザーとを設けたことを
特徴とするものである。

第７図は上記の構成におけるスペクトル幅の測定系を概
略的に示すものであり、以下、この第７図を参照してス
ペクトル幅の測定を説明する。なおこの第７図は、先に
述べたようにして光スペクトルをＡｐｊ定する測定系は
特に示し−こいない。前記ＤＦＢ半導体レーザ等の光源
２３から発せられた被測定光りは、分岐手段としてのビ
ームスプリッタ５０によって２系統に分岐され、一方は
光導波路１２に入射され、他方は単一モード光ファイバ
ー５１からなる光伝達系に送られる。光導波路１２に入
射してそこを導波する被測定光りは、該光導波路１２を
進行する周波数一定の第２の表面弾性波１６によって回
折され、光ビームＬ６として光導波路ｊ２外に出射する
。一方単一モード光ファイバー５１は例えば１．５ｋｍ
程度の長さか束ねられて、光遅延手段５１．Ａを形成し
ている。この光遅延手段５ｉＡを通った被１１ａｌｌ定
光り了は、ビームスプリッタ５２において上記光ビーム
Ｌ６と合波され、先ビームＬ８として第′、２の光検出
手段５３に受光される。この光検出手段５３が出力する
信号Ｓ５は、高周波スペクトラムアナライザー５４に送
られてスペクトル分析を受ける。

ここで導波光りの中心周波数をν、スペクトル幅（半値
全幅）に対応する周波数変動分をΔνとする。この導波
光りは第２の表面弾性波１６で回折されることにより、
周波数か表面弾性波１６の周波数ｆＡたけシフトする。

他方被７１ＩＩＪ定光Ｌ７の周波数は（ν」−Δν）の
ままであり、この被測定光Ｌ７と周波数（シ十Δシ＋ｆ
Ａ）の被１１ａｌｌ定光Ｌ６が合波されると、そこで両
者が干渉する。この干渉により被測定光Ｌ８には、両者
の周波数の違いによるビート成分が重畳するが、被測定
光Ｌ７が遅延しているため、両者は互いに変動範囲内で
不規則に出現する周波数成分が互いにランダムに干渉し
合う形となり、ビート成分には半値全幅約２Δνで変動
する成分が残される。つまり」−２被測定光Ｌ８の検出
信号Ｓ５には、第８図に示すように、中心周波数がｆＡ
で半値全幅がΔｆ′＝２Δνのと−）・か現われる。そ
こでこの信号Ｓ５を高周波スペクトラムアナライザー５
４に送って上記Δｆを求めれば、その値の約半分がΔν
となる。

光速をＣ１光波長をλ、周波数をνとすると、λ２ Δλ　＝　−□　壷　Δν であるから、Δしが分かれば上式から究へベクトル幅Δ
λを求めることができる。

一方本発明による第２の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、周波数検出手段とから構成された先ス
ペクトラムアナライザーにおいて、上記の構成要素を有
効に利用して、遅延自己ホモダイン法により微小なスペ
クトル幅をも測定できるようにしたものであり、具体的
には上記の各要素に加えて、 光導波路において進行する周波数が連続的に変化する表
面弾性波に入射する前の被測定光の一部を分岐する分岐
手段と、 上記表面弾性波を０次光として通過し、光導波路外に出
射した被測定光を受けるように配された合波手段と、 上記分岐手段で分岐された被測定光を上記合波］　２ 手段に導く光伝達系と、 この光伝達系に設りられ、該光伝達系の光路長を、」１
記分岐手段から表面弾性波を経て合波手段に至るまでの
光路長よりも十分に長くする光遅延手段と、 上記合波手段で合波された被１１ｐノ定光を検出する第
２の光検出手段と、 この第２の光検出手段が出力した電気信号を周波数分析
する高周波スペクｉ・ラムアナライザーとを設けたこと
を特徴とするものである。

この光スペクトラムアナライザーのスペクトル幅ｉ＋ｐ
ｊ定系は、第７図の７１Ｉ＋１定系と比べれば、ビーム
スプリッタ５０を透過して図中右方に向かう被ΔＰ１定
光りが、表面弾性波１６と交差することなくビームスプ
リッタ５２に入射するように構成されている点が異なっ
ている。したがってその場合、被測定光りが表面弾性波
１６において回折して表面弾性波周波数ｆＡだけ周波数
シフトすることがないから、光検出手段５３が出力する
検出信号Ｓ５には第９図に示すように、中心周波数がｆ
Ａではなく０（ゼロ）で、半値全幅がΔｆ′＝２Δνの
ビートが現われることになる。この場合、Δｆ゛　は直
接的には確認できず、Δｆ′／２が分かることになる。

このΔｆ′／２の値は、求めるスペクトル幅Δλに対応
する周波数変動分Δνとほぼ等しい。

（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図は本発明の一実施例による光スペクトラムアナラ
イザーの平面形状を示すものであり、また第２図はこの
光スペクトラムアナライザーの光導波路１２の周辺部分
の側面形状を示している。この光スペクトラムアナライ
ザーは、基板１１上に形成された光導波路１２と、この
光導波路１２の表面に形成された光ビーム出力用の線状
回折格子（Ｌｉｎｃａｒ　ＧｒａＬｉｎｇ　　Ｃｏｕｐ
ｌｅｒ、以下ＬＧＣと称する）１３および光ビーム出力
用ＬＧＣ１４と、光導波路１２において導波光Ｌ１の光
路に交わる方向に進行する、周波数が変化する第１の表
面弾性波１５を発生させるチャープ交叉くし形電極対（
Ｃｈｉｒｐｅｄ　　１ｎｔｅｒ−Ｄ　ｊｇｉｔａｌ　　
Ｔ　ｒａｎｓｄｕｃｅｒ　、以下チャープ■ＤＴと称す
る）１７と、光導波路１２において一定周波数の第２の
表面弾性波１６を発生させるＩＤＴ１．８と、上記第１
の表面弾性波Ｉ５を発生させるためにチャーブＩＤＴ１
７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、上記第２の表面弾性波１６を発生させるた
めにＩＤＴ１．８に一定周波数の交番電圧を印加する高
周波アンプ４０と、そこに一定周波数の発振信号を入力
する発振器４１とを有している。

また光導波路１２から出射した光ビームＬ４の光路には
、集束レンズ２９と、ピンホール板３０と、集束レンズ
２９で小さなスポットに絞られた上記光ビームＬ４の強
度を測定するフォトダイオード等の第１の光検出器３１
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Ａ／Ｄ変換器３２においてＡ／Ｄ変換され、そ
れにより得られたディジタルの光量データＳ２は、演算
処理部３３に入力されるようになっている。一方、上記
光ビームＬ４とは異なる方向に出射して集束レンズ２９
を通過した光ビームＬ６の光路には、合波手段としての
ビームスプリッタ５２と、このビームスプリッタ５２か
ら出射した光ビームＬ８の光量を検出する、フォトダイ
オード等の第２の光検出器５３が配置されている。この
光検出器５３が出力する光検出信号Ｓ５は、高周波スペ
クトラムアナライザー５４に入力される。

本実施例においては一例として、基板１１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１２を形成している。なお基板１
１としてその他サファイア、Ｓｉ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上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
伝播可能な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ＩＤＴｌ７およびＩＤＴ１８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、Ａ１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およびＩＤＴ１８は、基板１１や光導波路１
２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１
５．１６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Ｚｎ
Ｏ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ＩＤＴ１７．１８を設置すればよい。

例えば半導体レーザ等の光源２３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２３に接続さ
れた光ファイバー２４、結合器２５を介して、光ファイ
バー２６の端面から発散光として出射する。この光ビー
ムＬはコリメーターレンズ２７によって平行光とされ、
次にビームスプリッタ５０において２系統に分岐される
。ビームスプリッタ５０を透過した先ビームＬは、反射
型の波長変動補正用回折格子２８で回折し、斜めにカッ
トされた基板端面１．１．　ａを通ってＬ　Ｇ　Ｃ１３
の部分に入射し、そこ−ご回折して効率良く光導波路１
２内に取り込まれる。

この光は、平行ビームの状態て光導波路１２内を導波す
る。

なお上述のようなＬＧＣｌ３は、光ビームＬの波長に応
じて光入力効率が変動する。上記の波長変動補正用回折
格子２８は、光ビームＬの波長変動に応じてそこからの
出射角（つまりＬＧＣｌ、３への入射角）が変化するよ
うにして、ＬＧＣｌ３における光入力効率を安定化する
ものである。この回折格子２８としては、反射型のもの
の他、透過型のものが用いられてもよい。なおこのよう
な波長変動補正用回折格子については、本出願人による
昭和６３年１２月１６日伺は特許願（２）（代理人柳［
η征史他１名）の明細書に詳しい記載がなされている。

本実施例の装置は、−例として中心波長λ＝１゜５５μ
ｍの崖導体レーザ光のスペクトル分析を前提とし、チャ
ーブＩＤＴ１７には１．　Ｇ　Ｈｚ前後で周波数掃引さ
れる交番電圧が印加され、一方ＩＤＴ１８には０．２Ｇ
Ｂ（ｚの一定周波数の交番電圧が印加される。また導波
光Ｉ、１の第２の表面弾性波１Ｇへの入射角θ°　は、
前記（１）式で示すブラッグ条件が満たされる角度に設
定されている。

したがって導波光Ｌ１の一部は表面弾性波１６において
回折して導波光Ｌｓ　　（これについては後述する）と
して光導波路１２を進行するが、表面弾性波１６を０次
光と（７゛Ｃ通過した導波光り、は、前記（１）で示さ
れるブラッグ条件か満たされれば、チャブＩＤＴｌ７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
り回ｉ５　（Ｂ　ｒａｇｇ回折）する。

回折【７た導波光Ｌ２は、ＬＧＣｌ、４において回↑ｈ
し、プリズノ、２１を通って光導波路１２外に出射する
。出η１１シた光ビームＬ４は集束１ノンズ２９によっ
て小さなスポットに絞られる。

以下、光導波路１２内における上記導波光の回折、偏向
について、第３および４図を参照して詳細に説明する。

第３図はチャープＩＤＴ１７およびｉＤＴｌｇの部分を
拡大して詳しく示すものであり、ま１つ た第４図は導波光Ｌ１と表面弾性波１５の波数ベクトル
を示している。第３図に示すように第２の表面弾性波１
６を０次光として通過した導波光Ｌ１は、表面弾性波１
５の進行方向に対して一定の角度θて入射する。また、
表面弾性波１５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１ｋｌ、１
に２とし、表面弾性波１５の波数ベクトルをｌＫ１　と
すると、（１）式で示したブラッグ条件が満たされると
きは第４図に示すように Ｉｋ　１　＋　ＩＫ　１−１ｋ　２・・・・（２）とな
っており、導波光Ｌ２の導波光Ｔ、１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（２）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Ｌ４は、一定方向に出射
する。−刃表面弾性波１Ｂによ−って回４Ｊｉ　した光
ビームＬ５は、第１の表面弾性波１５に対してはブラッ
グ条件を満たさない角度で入射するので、そこでは回折
しないで、光ビームＬ６として光ビームＬ、とは異なる
一定方向に出射する。

ピンホール板３０は、光ビーム１．４が」−２の一定方
向に出射したとき、小さなスポットに絞られた光ビーム
Ｌ４がそのビンポール３０ａを通過するように配設され
ている。ピンホール板３０を通過した光ビームＬ４は、
光検出器３１に受光される。なおピンホール板３０の代
りに、スリット板か用いられてもよい。

ここで、導波光り、（被測定光）の波長をλ、表面弾性
波１５の波長をＡとすると、 ＋に、１＝２π／λ であり、また導波光Ｌ２の波長もλであるから、ｌｋｌ
　　１　＝　ｌ　Ｉｋ２　１　＝２π／λである。した
がって前記（２）式を満足する１１に１＝２π／Ａの値
は、入射角θか固定である以上、１つの１１に１１に対
して１つたけ存在する。そこでこの（２）式が成立する
とき（つまり光ビームＬ４かピンホール３０ａを通過し
て光検出器３１に検出されたとき）の１１に１１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
が求められつる。

この波長λは、前述の（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Ｌ１に対する光導波路
１２の実効屈折率Ｎｅが不明でも求められうる。すなわ
ち、周波数が既知（λｒｅｒ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Ａ　ｒｅｒの基
準表面弾性波によってこの基準導波光が回折し、光検出
器３１によって検出されたとする。第４図において基準
導波光の波数ペクト−チ ルをＯＰ１波長Ａ　ｒｅｆの基準表面弾性波の波数ベク
トルをＰＱ、回折された基準導波光の波数ベクトルをＯ
Ｑとすると、 ΔＯＰＱωΔＳＰＲであるから、 ０Ｐ＝２π／λｒａｒ　、　　　ＰＱ＝２π／Ａｒｅｆ
’であるから、 λ−λｒｅｒ（Ａ／Ａｒｅｒ） ここで表面弾性波１５の速度、周波数をそれぞれｖ５ｆ
、基準表面弾性波の速度、周波数をそれぞれＶｒｅｆ　
、　　ｆ　ｒｅｆとすると、 ｖ＝ｆＡ、ｖｒｃｆ　＝ｆｒｃｆ　−Δｒｅｆ　、　ｖ
−ｖｒｅｆであるから、結局上式より λ−λｒｅｆ　　（ｆ　ｒｅｆ　／　ｆ　）　　−４３
）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。

光スペクトル分析を行なうときチャーブＩＤＴ１７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　ｍｉｎからｆ　ｍａｘまで掃引される。なお
この周波数掃引のタイミングは、全体制御部９５が出力
するクロック信号Ｃに基づいて制御される。こうして交
番電圧の周波数すなわち第１の表面弾性波１５の周波数
が掃引されるとき、上記ｆ　ｍｉｎ　Ｓｆ　ｍａｘの値
が適切に設定されていれば、前述の（１）式を満たすあ
る表面弾性波周波数ｆ（ｆｍｉｎ≦ｆ≦ｆｍａｘ）の表
面弾性波１５により導波光り、が最も効率良く回折する
。

光検出器３１が出力した光量信号Ｓ１は、Ａ／Ｄ変換器
３２に通してディジタル化される。この際のサンプリン
グ周期は、前記全体制御部９５が出力したクロック信号
Ｃに基づいて制御され、表面弾性波１５の周波数掃引周
期と対応が取られている。したがってＡ／Ｄ変換器３２
から出力されるディジタル光量データＳ２のうち、第何
番目のものは表面弾性波１５の周波数が何Ｈｚのときの
ものである、ということが自ずから分かるようになって
いる。

つまりこの光量データＳ２は、連続的に示せば第６図図
示のように、表面弾性波周波数ｆ　（横軸）と検出光量
との関係を示すものとなりうる。なお上記説明から明ら
かなように、本例では全体制御部９５が、光ビームＬ４
が検出されたときの表面弾性波周波数ｆを検出する周波
数検出手段を構成している。

表面弾性波１５の周波数掃引が終了した後、演算処理部
３３は、表面弾性波周波数対検出光量の関係を示してい
る光量データＳ２を、予め入力されている前記基準導波
光の波長λｒｅｆと基準表面弾性波の周波数ｆ　ｒｅｆ
、および前記（３）式に基づいて、導波光波長対検出光
量の関係を示すデータに変換する。変換処理された光量
データＳ３は、光ビームＬ４の光量をその波長と対応付
けて示すものとなる。この光量データＳ３は、例えばＣ
ＲＴ等からなる表示装置３４に入力される。この表示装
置３４においては一例として、上記光ビームＬ４の光量
対波長の関係が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。さらに上記実施例では、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１
５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の検出の有無に係らず光量信
号Ｓ１を連続的にＡ／Ｄ変換器３２に送って、上記光ビ
ームＬ４の光量対波長の関係をグラフ状に表示している
が、光ビームＬ４が検出されたときの波長λを自動的に
検出して、その波長λの値のみを表示装置に表示する、
あるいは記録するようにしてもよい。しかし上記実施例
のようにすれば、表示装置３４においては、光ビームＬ
４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）が明確に示されるので、より好まし
い。こうする場合、一般には光量信号Ｓ〕等にノイズ成
分か含まれるので、上記光ビームＬ、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、
上記７ノイズ成分よりもやや高い所定レベルを光ｆｆ１
Ｏ（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」−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、ディジタル処理によって
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、アナログ処理によって上記関係を求めること
もてきる。

ここで、本発明による光スペクトラムアナライザーは、
被Ａ１１ｌ定光かｒＨいに波長が極め°Ｃ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
を高分解能で測定司能となっている。

以下この点について説明する。例えば披Ｍｊ定光か、互
いに近接した波長λ１、Ａ２、Ａ３　（Ａ１くＡ２〈Ａ
３）のスペクトル成分からなるものとする。

そ（７て第５図に示すように、中間の波長λ２の導波光
と表面弾性波Ｉ５との間でブラッグ条件が満たされ、ベ
クトルｌｋ２の力向に回折光が出射するものとする。こ
のとき波長λｊおよびＡ３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ず状
態となる。したかってこれらの波長λ１およびＡ３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５図に示すようにそれぞれベクトル１に４
、ベクＩ・ルｌｋ５の方向となる（なお第５図において
Ｇ　１　、Ｇ　３がそれぞれ、波長λ１、Ａ３の導波光
の波数ベクトルの始点である）。したかって光導波路１
２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ビンポール３
０ａ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６図
図示のようなものとなる。つまり、波長λ１、Ａ２、Ａ
３の各スペクトル成分は、それぞれ表面弾性波周波数が
ｆｌ、ｆｌ、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ｆ１、ｆｌ、ｆ３が検出されれば、波
長λ１、Ａ２、Ａ３は前述と同様にして求められうる。

ここで、光源２３が前述したＤＦＢ平導体レーザ等であ
る場合、以上のようにして表示装置３４に表示される光
量対波長の関係は、第１０図図示のようなものとなる。

つまり、その縦モードは１−本で、スペクトル幅Δλ（
半値全幅）は極めて狭いものとなっている。以下、この
スペクトル幅Δλを求める点について説明する。第２図
に示されるようにビームスプリッタ５０において反射し
て、光導波路Ｉ２に向かう先ビームＩ、から分岐された
光ビームＬ７は、集束レンズ５５によって集束されて、
単一モード光ファイバー５１内に入射される。この単一
モード光ファイバー５１は例えば１．．５ｋｍ程度の長
さがドラム５７に巻回されており、この巻回されたファ
イバー束が、光遅延手段５１Ａを構成している。

この光遅延手段５１．Ａを通過した光ビームＬ７は単一
モード光ファイバー５１から発散光として出射し、集束
レンズ５６によって絞られ−Ｃ１前述のビームスプリッ
タ５２に入射する。

一方光導波路１２から出射した光ビームＬ６は、集束レ
ンズ２９によって絞られてビームスプリッタ５２に入射
し、そこで上記光ビームＬ７と合波される。この際、第
２の表面弾性波１６で回折したことにより０．２ＧＨｚ
周波数シフトしている光ビームＬ６と、元の被４Ｉ１１
定光りの周波数のままである光ビームＬＴとの間で、前
述した通りの干渉が生じる。合波された光ビームＬ８は
第２の光検出器５３で検出され、その光検出信号Ｓ５は
、高周波スペクトラムアナライザー５４に入力されて周
波数分析される。この高周波スペクトラムアナライザー
５４が示す第８図図示のようなビート成分から、被測定
光りの周波数変動幅Δνが求められることは、先に第７
図を参照して説明した通りである。

なお以上述べた遅延自己ヘテロダイン法により周波数変
動幅Δνを求めるのに当り、光ビームＬを第２の表面弾
性波１６で回折させて周波数シフトさせるのは、第８図
に示すビート信号のスペクトルの中心周波数をｆＡとし
て、このスペクトルが０（ゼロ）周波数から離れた領域
に現われるようにするためである。したがって、スペク
トル幅Δλに対応する周波数変動幅Δνが、前述したＤ
ＦＢ半導体レーザ等にあっては通常１００ＭＨｚに達し
ないことを考慮すると、上記周波数シフト幅つまり第２
の表面弾性波１６の周波数は、１．００ＭＨｚ前後に設
定すれば十分である。

次に第１１．１２および１３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１１〜１３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（以下、同様）。第１１図および第１
２図に示されるように本実施例の光スペクトラムアナラ
イザーにおいては光導波路１２に、前記チャープＩＤＴ
１７に加えてもう１つのチャープＩＤＴ１７°が設けら
れている。このチャープＩＤ７１７″　も周波数が変化
する表面弾性波１５′を発生させるものであり、この表
面弾性波１５′　は、前記表面弾性波１５によって回折
、偏向した導波光Ｌ２を、該偏向をさらに増幅させる方
向に回折、偏向させる。本例においてこれらのチャープ
ＩＤＴ１７．１７°　には、高周波アンプＩ９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。したがって表面弾性波１．５．１．５″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。

この場合、導波光Ｌ１、表面弾性波１５によって回折し
た後の導波光Ｌ２、表面弾性波１５’　によって回折し
た後の導波光Ｌ３の波数ベクトルを各々Ｉｋ１　、ｌｋ
２、Ｉｋ３とし、表面弾性波１５．１５′　の波数ベク
トルをＩＫｌ、ＩＫ２とすると、上記２回の回折が行な
われるときは、 Ｉｋｌ　＋ｌＫｌ　−１ｋｚ １に２＋ＩＫ２雪１に３ のブラッグ回折条件を満足するようになっている。

そして表面弾性波１５に対する導波光Ｌ１の入射角と、
表面弾性波１５’　に対する導波光し２の入射角とが互
いにθで等しくなるようにチャープＩＤＴ１７．１７′
　を配置しておけば、この場合も表面弾性波１５．１５
゛　の周波数ｆ１すなわちＩＤＴ１７．１７’に印加さ
れる交番電圧の周波数の値に基づいて被測定光りの波長
λを求めることができる。

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１３図において、基準導波光の波数ベク
トルを５下、第１の基準表面弾性波の波数ベクトルをＰ
Ｑ、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
数ベクトルをＱＴ、この第２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ＯＴとすると、こ
の場合も Δ０ＰＱ（１）ΔＳＰＲ 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Ｌ１の表面弾性波１５への
入射角をθとすると４０となる。これは先に説明した実
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先の実施
例におけるよりも高められつる。以下、この点について
詳述する。

例えば第５図において、ベクトルＩｋ２と、ベクトルｌ
ｋ、あるいはＩｋ５とがなす角度は、ベクトルＩｋ１に
対してベクトルＩｋ２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はと大となる
。ずなわち、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、各光ビムは前述のピンポール板３０　、Ｊ
−で、より大きなｌｊｌ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ｌ〜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か大きいほど
スペクトル分析の分解能か向−Ｌすることになる。

なお以上説明した実施例においては、表面弾性波１５．
１５′　の周波数が常に等しくなるようにされているか
、これらの表面弾性波１５．１５゛　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、周波数が連続的に変化す
る３つ以上の表面弾性波によって３回置上回折させるよ
うにしても構わない。先に述べた通り、導波光の偏向角
δが大きいはどスペクトル分析の分解能か向」二するか
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Ｉ−げすにスペクトル分析の分解能を高
めることがてきて好ましい。

またこの第１１図の装置においては、光ビームＬから、
光遅延１段５１Ａに送る先ビームＩ、７を分岐させる分
岐ず段と、この光ビームＬ７と光ビームＬ６とをｒ）波
するご技手段とか、第１図の装置のものと異なっている
。すなわち上記分岐手段としては、光ファイバー２４か
ら送られて来る光ビームＬをは１Ｊ等光量に分岐する光
フアイバーカブラ７０か用いられている。また合波手段
としては、一端側の２又状部分かそれぞれ、光導波路１
２を出射した光ビームＬ６か入力される光ファイバー７
１と、光ビームＬ７か導波する光ファイバー５１とに接
続された先ファイバーカブラ７２か用いられている。

この光フアイバーカブラ７２の他端側には第２の光検出
器５３か結合されており、互いに干渉（７て合波される
光ビー１．Ｉ−６、Ｌ７が、この光検出器５３によって
検出される。

次に第１４図を参照して、本発明の第３実施例について
説明する。この装置は第１１図に小した装置と比べると
、表面弾性波１６を発生ずる手段が省かれ、周波数一定
の表面弾性波を発生させる手段として、周波数が変化す
る表面弾性波を発生させる手段が兼用されている。すな
わち本装置においては、通常のスペクトル分析と、スペ
クトル幅Δλを求める操作を、時間をすらして別個に行
なう。

スペクトル幅Δλを求める際は、表面弾性波Ｉ５の周波
数を掃引範囲内のある所定値に固定する。

それによりこの場合は、一定周波数の表面弾性波１５か
発せられる。この表面弾性波１５において回折した後、
表面弾性波１５″を０次光として通過した導波光Ｌ２は
、光ビームＬ６として光導波路１２外に出射し、その後
は第１１図の装置におけるのと同様にして光ビームＬ７
と合波される。

なお例えば先に述べたＤＦＢ半導体レーザ等にあっては
、予め中心波長が大略骨かっているから、その値に応じ
て上記の所定値を定めれば、上記光ビームＩ、６を一定
方向に出射させることができる。

また特にそのようにしないで、例えば表面弾性波１５の
周波数はその掃引範囲内の最大値や最小値等に定め、被
測定光りの波長に応じて出射方向が変わる光ビームＬ６
を、比較的大きな受光面を有する光検出器で検出したり
、また第１４図の装置にあっては光ファ１′ハーフ１を
適宜移動させて光ビームＬ６を検出するようにしてもよ
い。

また高周波アンプ１９とＩＤＴ１７°　との間にスイッ
チを設け、スペクトル幅Δλの分析を行なう際は表面弾
性波１５′　を発生させないようにしてもよい。そうす
れば光ビームＬ６の光量が増大するので好ましい。

この装置においては、上述のような表面弾性波１５て光
ビームＬ６を周波数ンフトさせているので、このンフト
ｆｆｉ　ｆ　Ａは例えばＩＧＨｚ等と極めて高くなる。

そこで本装置においては、光検出器５３が出力する検出
信号Ｓ５を混合器７６に送り、局部発振器７５が出力す
る局部発振信号Ｓ８と混合させる。

例えば表１ｆ１１弾性波１５の周波数が１．　Ｇ　Ｈｚ
の場合、局部発振信号Ｓ８として０．９ＧＨｚの信号を
用いれば、混合器７６を出て高周波スペクトラムアナラ
イザー５４に送られる信号Ｓ９を、０．１ＧＨ２＋２Δ
νのビート成分を持つものとすることができる。

なお第１図の第１実施例装置や、第１１図の第２実施例
装置においても上記と同様に、スペクトル幅Δλの分析
を行なう際は、表面弾性波１５あるいは表面弾性波１５
および１５゛　を発生させないようにしてもよい。そう
すれば、それらの表面弾性波１５．１５′　で導波光が
回折することがないから、スペクトル幅分析における検
出光量を高めることができて好ましい。これは次に説明
する第４実施例においても同様である。

次に第１５図を参照して、本発明の第４実施例について
説明する。この第１５図の光スペクトラムアナライザー
は、先に述べた遅延自己ホモダイン法によってスペクト
ル幅Δλを求めるように構成されたものであり、本装置
においては、表面弾性波発生手段として、周波数掃引さ
れる表面弾性波１５を発生させるチャープＩＤＴ１７の
みが設けられている。この表面弾性波１５に入射した導
波光Ｌ１のうち、０次光としてこの表面弾性波１５を通
過した導波光し、は回折していないので、周波数シフト
することはない。この導波光Ｌ９は光導波路１２から出
射して、光ビームＬ６としてビームスプリッタ５２に入
射し、そこで、光遅延手段５１．Ａを通過して来た光ビ
ームＬ７と合波される。

この場合は、光ビームＬ６が周波数シフトしていないか
ら、高周波スペクトラムアナライザー５４に示されるビ
ート信号は第９図図示のようなものとなるが、この場合
もΔｆ′／２の値に基づいて光ビームＬの周波数変動幅
Δνを求めることができ、この値からスペクトル幅Δλ
が分かる。

また本実施例においては、フリメーターレンズ２７で平
行光とされた光ビームＬをシリンドリカルレンズ８０に
通して偏平に絞り、この光ビームＬを絞られた方向が光
導波路Ｉ２の厚さ方向と一致する状態で光導波路端面１
，２ａに照射することにより、光導波路１２内に入力さ
せるようにしている。

なおこの場合でも、第１Ｉ図に示した光フアイバーカプ
ラ７２で光ビームＬ６とＬ７とを合波可能である。

（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３つ 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、その上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。

しかも本発明の光スペクトラムアナライザーは、通常の
光スペクトル分析を行なうための要素を有効に利用して
、遅延自己ヘテロダイン法あるいは遅延自己ホモダイン
法により、極めて微小なスペクトル幅を分析可能に形成
したから、その利用範囲が広く実用上極めて便利なもの
となりうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例装置を示す平面図、第２図
は上記実施例装置の一部を示す側面図、第３図は上記実
施例装置の一部を拡大して示す平面図、 第４図は上記実施例装置における光ビーム偏向を説明す
る説明図、 第５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６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７図は上記実施例装置のスペクトル幅測定系を概略的
に示す系統図、 第８図は本発明に係る遅延自己ヘテロダイン法によるビ
ート信号の概略を示すグラフ、第９図は本発明に係る遅
延自己ホモダイン法によるビート信号の概略を示すグラ
フ、 第１Ｏ図は半導体レーザの発振スペクトルの一例を示す
グラフ、 第１■図は本発明の第２実施例装置を示す平面図、第１
２図は上記第１１図の装置の一部を拡大して示す平面図
、 第１３図は上記第１１図の装置における光ビーム偏向を
説明する説明図、 第１４図と第１５図はそれぞれ、本発明の第３および第
４実施例装置を示す平面図である。 月・・基　　板　　　　　　１２・・・光導波路Ｔ３・
・・光入力用ＬＧＣ１４・光出力用ＬＧＣ１５，１５′
　・・・第１の表面弾性波１Ｇ・・・第２の表面弾性波 １７．１７’　・・・チャープＩＤＴ　　　１８・・Ｉ
ＤＴ１９．４０・・・高周波アンプ　　２０・・・スィ
ーパ−２３・・・光　　源　　　　　２７・・・コリメ
ーターレンズ２９．５５．５Ｇ・・集光レンズ ３０・・・ピンホール板　　　３１・・第１の光検出器
３２・・・Ａ／Ｄ変換器　　　３３・・・演算処理部３
４・・表示装置　　　　　４１・・・発振器５０．５２
・・・ビームスプリッタ ５１・・・単一モード光ファイバー ５１Ａ・・・光遅延手段　　　５３・・・第２の光検出
器５４・・・高周波スペクトラムアナライザ７０．７２
・・・光フアイバーカブラ ７５・・・局部発振器　　　　７６・・・混合器８０・
・・ンリンドリカルレンズ ９５・・・全体制御部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）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
   表面弾性波をこの光導波路において発生させる第１の表
   面弾性波発生手段と、前記導波光の光路に交わる方向に
   進行して、該導波光を回折、偏向させる周波数一定の表
   面弾性波を前記光導波路において発生させる第２の表面
   弾性波発生手段と、 前記周波数が変化する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第１の光検
   出手段と、 この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、 前記周波数が変化する表面弾性波および周波数一定の表
   面弾性波に入射する前の被測定光の一部を分岐する分岐
   手段と、 前記周波数一定の表面弾性波により偏向されて光導波路
   外に出射した被測定光を受けるように配された合波手段
   と、 前記分岐手段で分岐された被測定光を前記合波手段に導
   く光伝達系と、 この光伝達系に設けられ、該光伝達系の光路長を、前記
   分岐手段から周波数一定の表面弾性波を経て合波手段に
   至るまでの光路長よりも十分に長くする光遅延手段と、 前記合波手段で合波された被測定光を検出する第２の光
   検出手段と、 この第２の光検出手段が出力した電気信号を周波数分析
   する高周波スペクトラムアナライザーとからなる光スペ
   クトラムアナライザー。
2. （２）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第１の光検出
   手段と、 この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、 前記表面弾性波に入射する前の被測定光の一部を分岐す
   る分岐手段と、 前記表面弾性波を０次光として通過し、光導波路外に出
   射した被測定光を受けるように配された合波手段と、 前記分岐手段で分岐された被測定光を前記合波手段に導
   く光伝達系と、 この光伝達系に設けられ、該光伝達系の光路長を、前記
   分岐手段から表面弾性波を経て合波手段に至るまでの光
   路長よりも十分に長くする光遅延手段と、 前記合波手段で合波された被測定光を検出する第２の光
   検出手段と、 この第２の光検出手段が出力した電気信号を周波数分析
   する高周波スペクトラムアナライザーとからなる光スペ
   クトラムアナライザー。