JPH02262023A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明はファブリペロ−型分光器を用いた光スペクトラ
ムアナライザに係わり、特にファブリペロー共振器にお
ける取付は精度等の機械的誤差の測定結果への影響を除
去した光スペクトラムアナライザに関する。

［従来の技術］ 例えば光通信に用いるレーザ光線等の比較的波長帯域幅
が狭い光の波長特性を正確にハｊ定する光スペクトラム
アナライザとして、ファブリペロー共振器が組込まれた
ファブリペロ−型分光器を用いた光スペクトラムアナラ
イザが開発されている。

このような光スペクトラムアナライザは例えば第３図に
示すように構成されている。ナなイつち、外部から人力
した被１１１１定光ａはファブリペロ−型分光器１へ入
射される。ファブリペロー型分光器１は入射した被測定
光ａを各波長λにおける光強度（スペクトラム）に分光
する。ファブリペロー型分光器１にて分光された光はフ
ォトダイオード等にて形成された測定用受光器２にて光
強度信号すに変換される。Ｍ１定用受光蓋２から出力さ
れた光強度信号すは増幅器３で増幅されたのちＡ／Ｄ変
換器４でデジタル値に変換され、データ処理部５へ人力
される。

データ処理部５は一種のマイクロコンピュータで構成さ
れており、Ａ／Ｄ変換器４から入力された各波長λにお
ける光強度Ｉ　（λ）を編集して表示器６へ送出する。

表示器６は入力された各光強度！　（λ）を波長λを横
軸にして表示する。

また、前記データ処理部５は前記ファブリペロ−型分光
器１へＤ／Ａ変換器７を介してａｌ定波長λを制御する
電圧信号Ｃを送出する。

ファブリペロ−型分光器１は周知のように第４図（ａ）
の構成を有する。すなわち、反射率の高い一対の平行板
８ａ、８ｂを対向配置してなるファブリペロ−共振器に
おける一方の平行板８ｂ裏面の複数箇所に圧電素子９ａ
、９ｂの一方面を取付け、各圧電素子９ａ、９ｂの他方
面を図示しないフレームに固定したものである。他方の
平行板８ａはやはりフレームに固定されている。そして
、各圧電素子９ａ、９ｂに前記データ処理部５からＤ／
Ａ変換器７で直流値に変換された電圧信号Ｃが印加され
る。

このような構成のファブリペロー型分光器１において、
平行板８ａの裏面からこの平行板８ａに垂直に光ｇが入
射されると、図示するように、この先ｇは２枚の平行板
８ａ、８ｂの間で反射を繰返し、一種の共振状態が形成
される。そして、入射した光ｇの波長λの１／２が前記
平行板８ａ。

８ｂの間隔りの整数倍になると、入射した光は反対側の
平行板８ｂを透過して出力される。よって、間隔りを固
定して、入力する光の波長λを変化させていった場合、
反対側の平行板８ｂから出力される光を波長分析すると
、第４図（ｂ）に示すように、前記間隔りにて定まるＦ
　Ｓ　Ｒ（ＦｒｅｅＳｐｅｃｔｒａｌ　Ｒａｎｇｅ）と
呼ばれる波長Δλ毎にピーク１０が生じる。

したがって、その間隔りを図示する圧電素子９ａ、９ｂ
に電圧信号Ｃを印加することによって変化させると、共
振波長を連続的に変えることができる。つまり、掃引型
フィルタとなり、ピーク１０の位置が変化する。よって
、被測定光の含む波長範囲を前記ＦＳＲより狭い範囲に
限定すると、前記間隔りに対してその間隔りにおける平
行板８ｂから出力される光の波長λが一義的に定まる。

第４図（ｂ）のピーク１０は非常に鋭いピーク波形を有
する。したがって、データ処理部５からファブリブロー
型分光器１へ印加する電圧信号Ｃを制御することによっ
て、ファブリペロ−型分光器１から出力される光の波長
λを非常に高い精度で制御することが可能となる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、第３図に示す光スペクトラムアナライザ
においてもまだ次のような問題があった。

すなわち、このファブリペロー型分光器１において、所
望の波長分解能および所望の光強度（スペクトラム）４
−１定積度を得るために、第４図（ａ）に示すファブリ
ペロー共振器を構成する一対の平行板８ａ、８ｂは、光
学的に非常に高い位置決め精度を必要とする。すなわち
、入射光ｇが平行板８ａに対して多少傾斜して入射した
場合や、平行板８ａ、８ｂの平行度が低下したり、また
、入射光ｇが完全に平行光線でなく、広がりを持ってい
た場合においては、たとえ第５図（ａ）に示すようなき
れいな波長特性を有する光が入射したとしても、このフ
ァブリペロ−型分光器１にて分光された光の波長特性は
前記各ファブリペロー共振器の位置決め不完全状態に応
じて第５図（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように同図（ａ）
の波長特性と大きく異なる。したがって、この光スペク
トラムアナライザにおいては各波長λにおける光強度（
スペクトラムレベル）の測定精度が大幅に低下する問題
があった。

しかし、前述したようにファブリペロ−分光器１内の各
平行板８ａ、８ｂを精度良く光学的位置決めする作業は
非常に煩雑であり、多大の労力と時間を必要とした。

また、たとえ据付は時に精度良く位置決めしたとしても
、長期間に亘って使用すると、取付は位置が狂ってきて
初期の精度が低下する問題もある。

さらに、温度上昇によって光学構成部材が熱膨張して寸
法精度が低下する懸念もある。

よって、各波長における光強度（スペクトラムレベル）
に対して常に高い測定精度を維持することは困難であっ
た。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
校正用の２！準光をファブリペロ−型分光器を通過させ
た状態と通過させない状態とで比較して、実際のＡ＃ｊ
定にて得られる各波長における光強度を補正することに
より、波長ｌ１ｌｌＪ定精度に加えて各波長における光
強度の測定精度をも大幅に向上でき、たとえ煩雑な光学
構成部材の位置決め調整を行なわなかったとしても常に
高い測定精度を維持できる光スベクトラムアラナイザを
提供することを目１白とする。

［課頴を解決するための手段］ 上記課題を解消するために本発明の光スペクトラムアナ
ライザにおいては、ファブリペロ−共振器を用いたファ
ブリペロ−型分光器と、このファブリペロ−型分光器で
分光された光の光強度を検出する７３）Ｊ走用受光器と
、基準光の光強度を検出する校正用受光器と、ファブリ
ペロ−型分光器へ入射される光を基準光または被測定光
に切換選択する光切換器と、この光切換器が基準光を切
換選択したときに測定用受光器から出力される光強度を
校正用受光器にて検出された光強度に一致するようにゲ
イン調整するゲイン調整制御手段と、このゲイン２ｊ整
制御手段にてゲイン調整された光強度を表示する表示器
とを備えたものである。

［作用コ このように構成された光スペクトラムアナライザにおい
て、例えば基準波長を有した基準光の光強度を校正用受
光器で検出する。次に光切換器を切換えて前記基準光を
ファブリペロ−型分光器で分光する。そして、分光され
た基準波長における光強度を測定用受光器で検出して読
取る。ここで、基準光は基準波長の波長成分しか有さな
いので、校正用受光器から出力された光強度は理想的な
ファブリペロー型分光器にて分光された前記基■波長に
おける光強度と一致するはずである。したがって、前記
校正用受光器で検出された光強度がこの分光された基準
光の光強度と一致するようにゲイン調整すればよい。

しかして、光切換器にて被測定光を切換選択すれば、披
ΔＰ１定光がファブリペロ−型分光器で分光されて、測
定用受光器で光強度に変換されゲイン調整されて正しい
光強度に自動的に補正される。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の光スペクトラムアナライザの概略（１
η成を示す模式図である。第３図と同一部分には同一符
号が付しである。

外部から入力した被測定光ａは光切換器１１を介してフ
ァブリペロ−型分光器１へ入射される。

また図中１２はＤＦＢ　（分布帰還形）レーザ発振器等
からなる基準波長λ０を有する基準光ｄを出力する基準
光源１２であり、この基準光源１２がら出力される基準
光ｄはもう一つの光切換器１３を介して前記光切換器１
１へ入射される。光切換器１１は次のファブリペロ−形
骨光器１へ入射する光を前記被ａ定光ａか基準光ｄかに
切換選択する。

ファブリペロー型分光器１は第４図に示した（＾ｉ造を
有しており、光切換器１１を介して入射した披Ａｌ定光
ａ又は基準光ｄを各波長λにおける光強度（スペクトラ
ム）に分光する。ファブリペロ−型分光器１にて分光さ
れた光はフォトダイオード等にて形成されたβ１定用受
光器２にて光強度信号すに変換される。ハ１定用受光器
２から出力された光強度信号すはゲイン調整器１４にて
ゲイン調整されたのちＡ／Ｄ変換器４でデジタルの光強
度値に変換され、例えばマイクロコンピュータで構成さ
れたデータ処理部１５へ入力される。このデータ処理部
１５は前記ファブリペロー型分光器１へＤ／Ａ変換器７
を介して測定波長λを制御する電圧信号Ｃを送出する。

一方、基準光源１２から出力された基準光ｄは光切換器
１３を介して同じくフォトダイオードで形成された校正
用受光器１６へ入射されて光強度信号に変換されたのち
増幅器１７で増幅され、Ａ／Ｄ変換器１８でデジタルの
光強度値へ変換される。そして、この基準光ｄの光強度
値Ａｏは前記データ処理部１５へ入力される。

そして、このデータ処理部１５には測定結果を表示する
例えばＣＲＴ表示装置等からなる表示器６が接続されて
いる。表示器６はデータ処理部１５から入力された補正
済の各波長λにおける各光強度！（λ）を波長λを横軸
にして表示する。

なお、前記各光切換器１１．１３はデータ処理部１５に
おける操作者の切換操作によって切換制御される。また
、ゲイン調整器１４のゲインはデータ処理部１５からの
制御指令にて制御される（ゲイン調整制御手段１５ａ）
。

次に第１図のように構成された光スペクトラムアナライ
ザの操作手順を説明する。

まず、基準光源１２を駆動して第２図（ａ）に示す波長
特性を有した基準光ｄを出力させ、光切換器１３を校正
用受光器１６側へ切換える。すると、基準波長λ０のみ
を有する基準光ｄが校正用受光器１６へ入射される。す
ると、増幅器１７から第２図（ｂ）に示す波形の光強度
信号ｅが出力され、Ａ／Ｄ変換器１８から光強度信号ｅ
の信号レベルに対応する光強度値ＡＯがデータ処理部１
５へ入力される。データ処理部１５はその基準光ｄに対
応する光強度Ａｏを記憶する。

次に、光切換器１３をファブリペロ−型分光器１側に切
換え、かつ光切換器１１を基準光ｄ側に切換える。する
と、基準光源１２から出力された基準波長λ０のみを有
する第２図（ａ）の波長特性を有する基準光ｄは各光切
換器１３．１１を介してファブリペロ−型分光器１へ入
射される。ファブリペロ−型分光器１は入射した基準光
ｄを各波長λに分光する。ファブリペロ−型分光器１に
て分光された光は測定用受光器２で光強度信号すに変換
され、ゲイン調整器１４で第２図（Ｃ）に示すピークレ
ベルＡの光強度信号ｆに変換されてＡ／Ｄ変換器４へ入
力される。このＡ／Ｄ変換器４は入力された光強度信号
ｆを各波長λに対応した所定サンプリング周期でＡ／Ｄ
変換して、各波長λにおける光強度値をデータ処理部１
５へ送出する。

データ処理部１５は入力された各波長λにおける各光強
度値のうち基準波長λ０に対応するピークの光強度Ａを
読取る。次に、データ処理部１５は先に記憶したファブ
リペロ−型分光器１を通さない基準光ｄの光強度Ａｏと
今回読取った光強度Ａとを比較して、光強度Ａが光強度
Ａｏに等しくなければ、光強度Ａが光強度Ａｏに接近す
る方向に変化するように、ゲイン調整器１４のゲインを
変化させる。そして、再度基準光ｄをファブリペロ−型
分光器１で分光測定し、得られた光強度値Ａと先の光強
度Ａｏとを比較する。そして、ａｐ１定された光強度Ａ
が基準となる光強度Ａｏに一致すると、ゲイン調整器１
４のゲイン調整が終了する。

なお、このゲイン調整器１４のゲイン調整処理は制御プ
ログラムに従って自動的に実施される。また、前述した
ように、基準光ｄは基準波長λ。の波長成分しか有さな
いので、校正用受光器１６からＡ／Ｄ変換器１８を介し
て出力された光強度Ａｏは理想的なファブリペロ−型分
光器１にて分光された基準光ｄの前記基準波長λ０にお
ける光強度Ａと一致するとしている。

ゲイン調整器１４のゲイン調整が終了すると、基準光［
１２の電源を遮断して、光切換器１１を披１１＃１定光
ａ側に切換える。

以上でこの光スペクトラムアナライザにおけるファブリ
ペロー型分光器１の調整操作が終了する。

調整操作が終了すると、被１１１１１定光ａに対する通
常の分光＋１１１定を開始することが可能となる。

このような光スペクトラムアナライザによれば、実際の
披ハ１定光ａの分光測定を開始する前に、基準光ｄのフ
ァブリペロ−型分光器１を通した光強度Ａを、ファブリ
ペロ−型分光器１を通さない基県となる光強度Ａｏに一
致すようにゲイン調整器１４のゲインを調整している。

したがって、ファブリペロ−型分光器１を構成するファ
ブリペロ−共振器における各平行板８ａ。

８ｂの平行度等の取付は位置精度がある一定の水準以上
に維持されていれば、前記取付は位置精度を厳密に調整
していなかったとしても、被測定光ａの各波長λにおけ
る光強度（スペトラムレベル）を正確に測定することが
可能となる。

また、上記基準光ｄを利用した調整作業は簡単に実施で
きるので、一定周期毎又は測定開始毎に実施すれば、光
スペクトラムアナライザにおける経時変化や温度変化に
起因する測定精度低下に対しても十分対処することが可
能となる。よって、常に最良の測定精度を維持できる。

以上、ここでは基準光ｄを用いた場合を説明したが、無
変調である被測定光ａを基準光の代りとして用いても同
様なｎ１定精度を維持できる。

また、実施例においては、ゲイン調整器１４をＡ／Ｄ変
換器４の前段に設けて、ｎ１定用受光器２から出力され
るアナログの光強度信号すのゲインを調整したが、この
ゲイン調整器１４の機能をデータ処理部１５内に持たせ
て、光強度信号すをＡ／Ｄ変換器４でデジタル値に変換
したのち、データ処理部１５内で制御プログラムに従っ
て、ソフト的にゲイン調整することも可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の光スペクトラムアナライザ
によれは、基準波長を有した校正用の基準光をファブリ
ペロー型分光器を通過させた状態と通過させない状態と
における各光強度が一致するように、測定用受光器の信
号路に介挿されたゲイン調整器を調整している。したが
って、波長測定精度に加えて各波長における光強度のＡ
ｌｌ定精度をも大幅に向上でき、たとえ煩雑な光学構成
部材の位置決め調整を行なわなかったとしても常に高い
Δｌｌｊ定精度を維持できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる光スペクトラムアナ
ライザの概略構成を示すブロック図、第２図は同実施例
の動作を説明するための波形図、第３図は従来の光スペ
クトラムアナライザを示すブロック図、第４図は一般的
なファブリペロ−型分光器の動作を説明するための図、
第５図は従来の光スペクトラムアナライザの問題点を説
明するための波形図である。 １・・・フてブリペロー型分光器、２・・・ｉ’ｌＰｊ
定用受光器用受光器・表示器、１１・・・光切換器、１
２・・・基準光源、１４・・・ゲイン調整器、１５・・
・データ処理部、１６・・・校正用受光器。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 （ａ） （ｂ） （ｃ） （ｄ） 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ファブリペロー共振器を用いたファブリペロー型分光
   器（１）と、このファブリペロー型分光器で分光された
   光の光強度を検出する測定用受光器（２）と、基準光の
   光強度を検出する校正用受光器（１６）と、前記ファブ
   リペロー型分光器へ入射される光を前記基準光または被
   測定光に切換選択する光切換器（１１）と、この光切換
   器が前記基準光を切換選択したときに前記測定用受光器
   から出力される光強度を前記校正用受光器にて検出され
   た光強度に一致するようにゲイン調整するゲイン調整制
   御手段（１５ａ）と、このゲイン調整制御手段にてゲイ
   ン調整された光強度を表示する表示器（６）とを備えた
   光スペクトラムアナライザ。