JPH02198367A - 光スペクトラムアナライザ - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、レーザ光を用いてＲＦ倍信号スペクトルを
解析する光スペクトラムアナライザに関する。

（従来の技術） 光スペクトラムアナライザについて記載されている文献
として、 （１）　　オーム社　「光集積囲路」 著者　西原　浩、春名正光、楢原敏明 （２）　　Ｄ、Ｍｅｒｇｅｒｌａｎ　、　ｃ、ａ’０ｐ
ｅｒａｔｉｏｎａｌ　１ｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｏｐｔｌ
ｃａｌ　ＲＦｓｐｅｃｔｒｕｍ　ａｎａｌｙｚｅｒ Ａｐｐｌ、　Ｏｐｔ、　１９　、１８．　ｐ、３０３３
．５ｅｐｔ、　１９８０（３）　　Ｔ、５ｕｈａｒａ、
　ｅ、ａ’Ａ　ｆｏｌｄｅｄ−ｔｙｐｅ　Ｉｎｔｅｇｒ
ａｔｅｄ−ｏｐｔｌｃＳｐｅｃｔｒｕｆｆｌ　ａｎａｌ
ｙｚｅｒ　ｕｓｉｎｇ　ｂｕｔｔ−ｃｏｕｐｌｅｄｃｈ
ｉｒｐｅｄ　　ｇｒａｔｌｎｇ　　１ｅｎｓｅｓＩＥＥ
Ｅ　　Ｊ、Ｑｕａｎｔｕｍ　　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ。

ＱＥ−１８、７、ｐ、１０５７．　　Ｊｕｌｙ　　１９
８２があげられる。ここには、第２図に示すようにジオ
デシックレンズを用いたもの、第３図に示すように反射
形チャーブグレーティングレンズを用いた折返し形のも
のについて説明されている。

簡単に説明すると、第２図の光スペクトラムアナライザ
は、Ｔ１：ＬｉＮｂＯ５による先導波路１２上に表面弾
性波（ＳＡＷ））ランスデューサ１５が形成され、さら
にこの光導波路１２上に第１、第２のジオデシックレン
ズ１３．１４が形成されている。

この光スペクトラムアナライザでは、光導波路１２の一
方の端部に取付けたレーザダイオード１Ｂから出射され
るレーザ光を光導波路１２に入射させ、このレーザ光を
第１のジオデシックレンズ１３に導いて平行光に変換し
、ブラッグセル１１に入射させる。表面弾性波トランス
デユーサ１５は入力ＲＦ信号に応じた弾性波を発生し、
上記平行光に垂直に加える。ブラッグセル１１の入射光
はこの弾性波により回折する。ブラッグセル１１から出
力される回折した光は第２のジオデシックレンズ１４に
導かれ先導波路１２の他方の端部に取付けた光検出器ア
レイ（イメージセンサ）　１７に集光される。ここで光
検出アレイ１７によって被回折光に対する回折光の距離
を測定すればＲＦ倍信号周波数成分を求めることができ
、光強度を測定すればＲＦ倍信号電力を求めることがで
きる。

第３図の光スペクトラムアナライザは、Ｔｌ　：ＬｉＮ
ｂＯ３による光導波路２２に表面弾性波トランスデユー
サ２３が形成されている。この光スペクトラムアナライ
ザでは、光導波路２２の一方の端部に取付けたレーザダ
イオード２４から出射されるレーザ光を光導波路２２に
入射させ、このレーザ光を光導波路２２の他方の端部に
取付けた第１の反射形チャーブグレーティングレンズ２
５に導いて光軸ｇに対して角度φを持って平行光となる
ように反射させ、ブラッグセル２１に入射させる。表面
弾性波トランスデユーサ２３は入力ＲＦ信号に応じた弾
性波を発生し、上記平行光に垂直に加える。ブラッグセ
ル２１に入射した平行光はこの弾性波により回折する。

回折した光は第２の反射形チャーブグレーティングレン
ズ２Ｂに導かれて光軸ｇ′に対して角度マを持って先導
波路２２の他方の端部に取付けた光検出アレイ（イメー
ジセンサ）２７に集光される。

ここで光検出アレイ２７によって被回折光に対する回折
光の距離を測定すればＲＦ倍信号周波数成分を求めるこ
とができ、光強度を測定すればＲＦ倍信号電力を求める
ことができる。

しかしながら、上記構成の光スペクトラムアナライザは
以下の問題を有する。

第２図に示したジオデシックレンズを用いた光スペクト
ラムアナライザにおいては、ジオデシックレンズの作製
が困難である。また分解能を向上させるためには光学長
を長くしなければならないが、ブラッグセル基板を大き
くすると結晶性が悪くなるので、光学長を長くとれる基
板の作製が困難である。また、第３図に示した反射形チ
ャーブグレーティングレンズを用いた折返し形光スペク
トラムアナライザにおいても、上記と同じ理由で分解能
を向上させるために光学長を長くとれる大きな基板を得
ることが困難である。

特に、どちらのアナライザにも言えることであるが、１
つの基板の大きさが大きいため、１枚のウェハから作製
できる個数が少ない。また、光源、光検出部、レンズ部
の各光学パラメータ（例えば光源の先広がり角、光検出
部の光入射許容角度、レンズ部の焦点距離等）の作製誤
差はそのままアナライザの分解能低下につながるが、そ
れを許容し補正できる調整機能を持っていない。さらに
、光源、光検出部（及びチャーブグレーティングレンズ
）は光導波路に対して直接固定するが、その材質が異な
るため信頼性の高い固定が難しいばかりでなく、固定位
置の許容誤差が小さいためどちらか一方を固定した後に
他方を微調整して固定しなければならない。その上、光
源、光検出部の信頼性を確保するためにはアナライザ全
体を高い精度で気密封止しなければならない。以上のこ
とから、従来のアナライザは製造が難しい、分解能を上
げられない、歩溜りが悪い、信頼性確保が難しいという
問題を有していた。

（発明が解決しようとする課題） 以上述べたように従来の光スペクトラムアナライザでは
、表面弾性波トランスデユーサと同一基板上にレンズを
形成したり、基板を大きくしてグレーティングレンズを
直接固定して、それに光源、光検出部を直接固定してい
るため、製造が難しい、分解能を上げられない、歩溜り
が悪い、信頼性確保が難しいという問題があった。

この発明は上記の問題を解決するためになされたもので
、製造が容品で、分解能が高く、歩溜りも良好で容易に
信頼性を確保することができる光スペクトラムアナライ
ザを提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するためにこの発明に係る光スペクトラ
ムアナライザは、一定方向に光ビームを出射する光源と
、この光源から出射される光ビームを平行光ビームに変
換する第１のレンズと、この第１のレンズで変換された
平行光ビームを一方向に集光させる第２のレンズと、こ
の第２のレンズで一方向に集光された光ビームを入射し
その入射光を閉込めて伝搬させる２次元光導波路基板と
、この２次元光導波路基板に配設され入力ＲＦ信号に応
じた表面弾性波を前記２次元光導波路基板中を伝搬する
平行光に垂直に加える表面弾性波トランスデユーサと、
前記２次元光導波路基板から出射される光ビームを当該
基板の導波面と同一面内で集光させる第３のレンズと、
前記２次元光導波路基板から出射される光ビームを当該
基板の導波面に垂直な面内で集光させる第４のレンズと
、前記第３及び第４のレンズにより集光された光を受光
する複数の受光素子を配設してなる光検出アレイとを具
備して構成される。

（作用） 上記構成による光スペクトラムアナライザでは、光源か
ら一定方向に出射された光ビームは第１のレンズによっ
て平行光ビームに変換され、第２のレンズによって一方
向に集光されて２次元光導波路基板に入射される。この
２次元光導波路基板に入射された光は閉込められて伝搬
するが、この際、表面弾性波トランスデユーサによって
入力ＲＦ信号に応じた表面弾性波が垂直に加えられ、こ
れによってＲＦ倍信号応じた回折がなされる。

この２次元光導波路基板から出射された光ビームは第３
のレンズによって基板の導波面と同一面内で集光され、
さらに第４のレンズによって基板の導波面に垂直な面内
で集光されて光検出アレイの受光面に照射される。この
際、表面弾性波による回折方向と同一方向に複数の受光
素子が配設されているので、回折時の集光点の位置変化
、光強度変化を検出することができる。この場合、各レ
ンズにはバルク形レンズを使用でき、表面弾性波トラン
スデユーサと同一基板上にレンズを形成する必要がない
ので、先導波路基板は小さくて済む。

また、光源、光検出アレイは直接基板に固定する必要も
ないので、その位置調整も容易である。したがって、製
造が簡単になり、分解能が上がり、歩溜りも良好となっ
て、高い信頼性を得ることができる。

（実施例） 以下、第１図を参照してこの発明の一実施例を説明する
。

第１図はその構造を示すもので、（ａ）図は導波路表面
に対して垂直に見た場合、（ｂ）図は平行に見た場合を
示している。

この光スペクトラムアナライザは、ガラス窓付の気密封
止されたレーザダイオード３１と、表面弾性波トランス
デユーサ３２が配設された２次元光導波路基板３３と、
ガラス窓付の気密封止されたＣＣＤによる光検出アレイ
３４の他、バルク形の第１乃至第４のレンズ３５〜３８
を具備して構成される。

レーザダイオード３１と先導波路基板３３との光結合は
第１及び第２のレンズ３５．３６によって行われる。第
１のレンズ３５は非球面レンズで、レーザダイオード３
１から出射されるレーザ光を平行光に変換して第２のレ
ンズ３Ｂに導くものである。第２のレンズ３Ｂは円柱レ
ンズで、第１のレンズ３５から導かれる平行光のうち導
波路基板３３の表面に垂直な方向の光を集光して長楕円
形の断面を有するビームを生成し、先導波路基板３３に
入射するものである。

光導波路基板３３は入射光のうち表面に垂直な方向の光
を導波路内に閉込めて伝搬させ、表面に平行な光はその
まま伝搬させるものである。また、この先導波路基板３
３に配設された表面弾性波トランスデユーサ３２は入力
されるＲＦ倍信号応じた表面弾性波を先導波路中を伝搬
する平行光に垂直に加え、これによって平行光の回折現
象を生じさせるものである。

先導波路基板３３と光検出アレイ３４との光結合は第３
及び第４のレンズ３７．３８によって行われる。

第３のレンズ３７は片面凸レンズで、先導波路基板３３
から放射されるレーザ光のうち導波路基板３３の表面に
平行な面内の光を光検出アレイ３４の受光面に集光する
ものである。第４のレンズ３８は円柱レンズで、第３の
レンズ３７を介して先導波路基板３３から導かれるレー
ザ光のうち導波路基板３３の表面に垂直な面内の光を光
検出アレイ３４の受光面に集光するものである。

すなわち、上記構成による光スペクトラムアナライザに
おいて、レーザダイオード３１から出射されたレーザ光
は第１のレンズ３５で断面を円形とする平行光に変換さ
れ、第２のレンズ３Ｂで断面を長楕円形とするビームと
なって先導波路基板３３に入射される。この導波路基板
３３中では、基板表面に垂直な方向の光は導波路中に閉
込められて伝搬し、基板表面に平行な方向の光はＲＦ倍
信号入力した表面弾性波トランスデユーサ３２による表
面弾性波でＲＦ倍信号対応した回折を受けて伝搬される
。

光導波路基板３３から出射されたレーザ光は第３のレン
ズ３７及び第４のレンズ３８を介して光検出アレイ３４
に導かれる。この際、導波路基板３３の表面に平行な方
向の光は第３のレンズ３７により、垂直な方向の光は第
４のレンズ３８により光検出アレイ３４の受光面に集光
される。

この際、光検出アレイ３４には表面弾性波による回折方
向と同一方向に複数の受光素子が配設されているので、
回折時の集光点の位置変化、光強度変化を検出すること
ができる。この場合、各レンズにはバルク形レンズを使
用でき、表面弾性波トランスデユーサと同一基板上にレ
ンズを形成する必要がないので、先導波路基板は小さく
て済む。

また、光源、光検出アレイは直接基板に固定する必要も
ないので、その位置調整も容易である。

したがって、上記のように構成した光スペクトルアナラ
イザは、製造が簡単になり、分解能が上がり、歩溜りも
良好となって、高い信頼性を得ることができる。

尚、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、
レーザダイオード３１と２次元導波路基板３３との間の
レンズ系は必ずしも非球面レンズや円柱形レンズを用い
る必要はなく、レーザダイオード３１からのレーザ光が
２次元導波路基板３３に光結合するように、一方向に集
光させるための２枚以上のバルク形レンズ、例えば片面
凸レンズ等を用いてもよい。同様に、２次元導波路基板
３３と光検出アレイ３４との間のレンズ系も、必ずしも
片面凸レンズや円柱形レンズを用いる必要はなく、光検
出アレイ３４の受光面に導波路基板３３からの出射ビー
ムが集光するのであれば、２枚以上のバルク形レンズを
用いてもよい。

さらにまた、光源はレーザダイオード３１を用いなくて
も先導波路中を伝搬できる波長のコヒーレント光を出射
できるものであればよい。また、光検出アレイも回折さ
れた光の位置がＲＦ倍信号対応して検出できるものであ
ればよい。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、製造が容易で、分解能
が高く、歩溜りも良好で容易に信頼性を確保することが
できる光スペクトラムアナライザを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る光スペクトラムアナライザの一
実施例の構成を示す構成図で、（ａ）図は導波路表面に
対して垂直に見た場合、（ｂ）図は平行に見た場合を示
す図、第２図及び第３図はそれぞれ従来の代表的な光ス
ペクトラムアナライザの構成を示す構成図である。 ３１・・・レーザダイオード、３２・・・表面弾性波ト
ランスデユーサ、３３・・・２次元光導波路基板、３４
・・・光検出アレイ、３５・・・第１のレンズ（非球面
レンズ）、３Ｂ・・・第２のレンズ（円柱形レンズ）、
３７・・・第３のレンズ（片面凸レンズ）、３８・・・
第４のレンズ（円柱形レンズ）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一定方向に光ビームを出射する光源と、この光源から出
   射される光ビームを平行光ビームに変換する第１のレン
   ズと、この第１のレンズで変換された平行光ビームを一
   方向に集光させる第２のレンズと、この第２のレンズで
   一方向に集光された光ビームを入射しその入射光を閉込
   めて伝搬させる２次元光導波路基板と、この２次元光導
   波路基板に配設され入力ＲＦ信号に応じた表面弾性波を
   前記２次元光導波路基板中を伝搬する平行光に垂直に加
   える表面弾性波トランスデューサと、前記２次元光導波
   路基板から出射される光ビームを当該基板の導波面と同
   一面内で集光させる第３のレンズと、前記２次元光導波
   路基板から出射される光ビームを当該基板の導波面に垂
   直な面内でか集光させる第４のレンズと、前記第３及び
   第４のレンズにより集光された光を受光する受光素子を
   配設してなる光検出アレイとを具備する光スペクトラム
   アナライザ。