JPH0261529A - ダブルグレーティング型分光装置 - 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２個の分散型分光素子を光路に対して直列に介
挿したダブルグレーティング型分光装置に関する。

［従来の技術］ 回折格子（グレーティング）等の分散型分光素子を被測
定光の光路に２個直列に介挿してなるダブルグレーティ
ング型分光装置は例えば第２図に示すように構成されて
いる。すなわち、外部から入力された被測定光ａは入射
スリット１を介して第１のコリメータ鏡２で平行光線に
直されて第１の回折格子３に入射される。第１の回折格
子３にて分光された被測定光は凹面鏡からなる第１のカ
メラ鏡４で集光され、中間スリット５を介して第２のコ
リメータ鏡６へ入射される。この第２のコリメータ鏡６
で再び平行光線に直された被測定光は第２の回折格子７
へ入力される。第２の回折格子７でさらに分光された被
測定光は凹面鏡からなる第２のカメラ鏡８で集光され、
出射スリット９を介して、この出射スリット９の裏面に
配設されたフォトダイオードからなる受光器１０へ入射
される。

一般に、このようなダブルグレーティング型分光装置に
おいては、第１の回折格子３の回折溝の刻線方向と第２
の回折格子７の刻線方向とを一致させるようにしている
。したがって、入射スリット１．中間スリット５および
出射スリット９のスリット方向も第１．第２の回折格子
３，７の刻線方向と一致している。そして、前述したよ
うに構成される２台の分光器を同じ構造とし、第２図に
おいて、各回折格子３，７に対する被測定光の入射角θ
は互いに一致するように、各回折格子３゜７は図示しな
い一つ又は２つの駆動機構にて連動して回動される。し
たがって、各回折格子３．７から各カメラ鏡４，８へ入
射される分光された光の中心位置の波長λは一致する。

このような構成のダブルグレーティング型分光装置にお
いて、入射スリット１を介して入力された被ｎ１定光ａ
は第１の回折格子３で分光されて、分光された被測定光
がさらに第２の回折格子７で分光される。

一般に回折格子の分光性能は単一波長久。の基準光を分
光した場合にこの中心波長λ０の両側の波長領域に存在
する光レベルの減衰度で示すことができるので、第１の
回折格子３にて分光された光をさらに第２の回折格子７
で分光することによって、前記中心波長λ０の両側の波
長領域に存在する前記第１の回折格子３によって減衰さ
れた光レベルをさらに減衰させることが可能となる。し
たがって、２個の回折格子３，７を入射角θが常時一致
するように連動させて使用することにより、被測定光ａ
に対する分光性能を大幅に向上できる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、２個の回折格子３．７を使用して分光性
能を向上させた第２図に示すダブルグレーティング型分
光装置においてもまだ次のような課題があった。すなわ
ち、第３図（ｂ）に示すように、一般に被ｎ１定光ａの
光の振動方向は任意の方向に振動する。したがって、回
折格子３．７に入射した時点で、この入射光ａの振動方
向と回折格子３，７の刻線方向との間には任意の角度α
が存在する。また、一般に、回折格子においては第３図
（ａ）に示すように、その回折効率が刻線の平行方向の
回折効率Ｐ（λ）と刻線の垂直方向の回折効率Ｓ（λ）
とで波長特性が異なる。したがって、同一波長成分を含
む被測定光ａを分光分析を実施したとしても、被測定光
ａの光の振動方向が異なれば回折格子３．７上における
刻線に平行な偏波成分（Ｐ成分）と刻線に垂直な偏波成
分（Ｓ成分）との成分比が変化するので、得られた分光
特性上の各波長λにおける光レベルが常時正しい値にな
るとは限らない。

また、一つの被測定光ａを入射したとしても、振動方向
によっては、前記成分比が異なるので、Ｓ成分が多い場
合と、Ｐ成分が多い場合とでは、回折効率の波長特性が
異なるので、得られた分光特性上の各波長相互間におけ
る各光レベルの厳密なレベル比較を実行するとが不可能
である。

このように、従来のダブルグレーティング型分光装置に
おいては、どの波長λ位置にピークが存在するかを正確
に把握することが可能であるが、そのピーク波形の光レ
ベルが該当波長の光の振動方向によって大きく変動する
ので、正しい光レベルを得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、
第１の分散型分光素子から出力された光の振動方向を等
価的に９０″回転させて第２の分散型分光素子へ人力す
ることによって、各測定波長における得られた光レベル
から彼ａｌｌｌ定光の振動方向に依存する変動成分を除
去することができ、常時安定した正確な光レベルの測定
が実施でき、ひいては装置全体の測定精度を向上できる
ダブルグレーティング型分光装置を提供することを目的
とする。

［課題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は、刻線の平行方向お
よび刻線の直角（垂直）方向の各回折効率がそれぞれ互
いに等しい２個の分散型分光素子を用い、人力された被
測定光を第１の分散型分光素子で分光し、この第１の分
散型分光素子で分光された被測定光を第２の分散型分光
素子を用いてさらに分光するダブルグレーティング型分
光装置であって、 第１の分散型分光素子から出力されこの第１の分散型分
光素子の刻線方向に垂直な偏波成分の光を第２の分散型
分光素子の刻線方向に平行に入射させ、かつ第１の分散
型分光素子から出力されこの第１の分散型分光素子の刻
線方向に平行な偏波成分の光を第２の分散型分光素子の
刻線方向に垂直に入射させるようにしたものである。

１作用］ このような構成のダブルグレーティング型分光装置であ
れば、第１の分散型分光素子へ入射され、振動方向がこ
の第１の分散型分光素子の刻線方向に対して任意角αを
有する被測定光は、この第１の分散型分光素子にて分光
される。この第１の分散型分光素子にて分光された光は
第２の分散型分光素子へ入射される。この場合、第１の
分散型分光素子から出力された光の刻線方向に垂直な偏
波成分（Ｓ成分）は第２の分散型分光素子の刻線方向に
平行に入射される。また、第１の分散型分光素子から出
力された光の刻線方向に平行な偏波成分（Ｐ成分）は第
２の分散型分光素子の刻線方向に垂直に入射される。す
なわち、第１の分散分光素子から出力された光はその振
動方向が等価的に９０″回転されて第２の分散分光素子
へ入射される。

その結果、第１の分散型分光素子の一方の回折効率Ｐ（
λ）の影響を受けた入射光成分は第２の分散型分光素子
にて他方の回折効率Ｓ（λ）の影響を受ける。逆に、第
１の分散型分光素子の他方の回折効率Ｓ（λ）の影響を
受けた入射光成分は第２の分散型分光素子にて一方の回
折効率Ｐ（λ）の影響を受ける。したがって、前記入射
光のいずれの成分も両方の回折効率Ｐ（λ）、Ｓ（λ）
の影響を等しく受けるので、第２の分散分光素子から出
力される分光された光から前記入射光の偏波状態の影響
を除去できる。

しかして、得られた分光特性の各波長λにおける各光レ
ベルの測定精度が向上する。

［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図は実施例のダブルグレーディング型分光装置を示
す模式図である。外部から入射された被βｊ定光ａは入
射スリット１１を介して第１のコリメータ鏡１２で平行
光線に直されて第１の回折格子１３に入射される。第１
の回折格子１３にて分光された被測定光ａは凹面鏡から
なる第１のカメラ鏡１４で集光され、さらに第１の平面
鏡１５で反射され、中間スリット１６を通過する。中間
スリット１６を通過した被測定光ａは第２の平面鏡１７
で反射されて第２のコリメータ鏡１８へ入射される。こ
の第２のコリメータ鏡１８で再び平行光線に直された被
測定光ａは第２の回折格子１９へ入力される。第２の回
折格子１９でさらに分光された被測定光ａは凹面鏡から
なる第２のカメラ鏡２０で集光され、出射スリット２１
を介して、この出射スリット２１の裏面に配設されたフ
ォトダイオードからなる受光器２２へ入射される。

前記第１の回折格子１３と第２の回折格子１９とは同一
構成を有している。したがって、第１の回折格子１３に
おける刻線の平行方向の回折効率Ｐ、（λ）と第２の回
折格子１９における刻線の平行方向の回折効率Ｐ２　（
λ）とは等しい。また、第１の回折格子１３における刻
線の垂直方向の回折効率Ｓ＋　　（λ）と第２の回折格
子１９における刻線の垂直方向の回折効率Ｓ２　　（λ
）とは等しい。

また、第２の回折格子１９の刻線方向は第１の回折格子
１３の刻線方向に対して９０°だけ回転させている。さ
らに、第１のコリメータ鏡１２と第１の回折格子１３と
第１のカメラ鏡１４の成す角と、第２のコリメータ鏡１
８と第２の回折格子１９と第２のカメラ鏡２０の成す角
とを等しくしている。各回折格子１３．１９はそれぞれ
刻線方向と平行する各軸心１３ａ、１９ａ回りに回動自
在に設けられている。そして、図示するように各回折格
子１３．１９に対する被測定光ａの入射角θは常に一致
するように、各回折格子１３゜１９は図示しない一つの
駆動機溝にて連動して回動される。したがって、各回折
格子１３．１９から各カメラ鏡１４．２０へ入射される
分光された光の中心位置の波長λは一致する。

第１．第２の回折格子１３．１９がそれぞれ上述した各
分光特性を得るために、入射スリ・ント１１および中間
スリット１６のスリット方向と第１の回折格子１３の刻
線方向とを一致させている。

また、出射スリット２１のスリット方向と第２の回折格
子の刻線方向とを一致させている。

このような構成のダブルグレーティング型分光装置にお
いて、入射スリット１１を介して入射された被ａ１定光
ａは第１の回折格子１３で上下方向に分光される。上下
方向に分光された披Ｍ１定光ａは第１のカメラ鏡１４．
第１の平面鏡１５．中間スリット１６．第２の平面鏡１
７および第２のコリメータ鏡１８を介して第２の回折格
子１９へ入射される。そして、被測定光ａがさらにこの
第２の回折格子１９で水平方向に分光される。水平方向
に分光された被測定光ａは第２のカメラ鏡２０および出
射スリット２１を介して受光器２２へ入射される。

したがって、第１の回折格子１３にて分光された被Ｍ１
定光ａの振動方向は第２の回折格子１９へ入射した時点
においては、第２の回折格子１９側から見ると振動方向
が刻線に対して９０″回転することになる。

そして、被測定光ａの第１の回折格子１３の刻線方向に
垂直な偏波成分（Ｓ成分）の光強度をＩＸとし、刻線方
向に平行な偏波成分（Ｐ成分）の光強度をＩＹとすると
、第１の回折格子１３から出力される波長λの光強度Ｉ
ｌ　（λ）は（１）式となる。

１＋　　（λ）−ＩＸ（λ）Ｓｌ　（λ）＋ＩＸ−（λ
）ＰＩ（λ）　・・・（１）そして、この第１の回折格
子１３から出力された光強度１１　（λ）の被測定光ａ
は、振動方向が９０″回転されて第２の回折格子１９へ
入射されるので、第２の回折格子１９から出力される波
長λの光強度１２　　（λ）は（２）式となる。

１２　（λ）−１ｘ（λ）Ｓ、（λ）Ｐ２　（λ）＋Ｉ
Ｙ　　（λ）　Ｐｌ　（λ）　Ｓ２　（λ）・・・（２
） 前述したように第１の回折格子１３と第２の回折格子１
９とは同一構成であるので、 Ｓｌ　（λ）−３２（λ）−８（λ） Ｐｌ　（λ）−Ｐ２　（λ）諺Ｐ（λ）となるので、（
２）式は（３）式で示される。

１２　（λ）−１１ｘ（λ）＋１ｙ（λ））×　（Ｐ（
λ）Ｓ（λ））　　・・・（３）また、被測定光ａの光
強度！　（λ）は第１の回折格子１３へ入射されるＳ成
分の光強度Ｉｘ　　（λ）とＰ成分の光強度ＩＹ　　（
λ）との和で示されるので、（３）式は（４）式となる
。

１２　　（λ）−１（λ）Ｐ（λ）Ｓ（λ）・・・（４
） したがって、第２の回折格子１９で分光されて第２のカ
メラ鏡２０および出射スリット２１を介して受光器２２
へ入射される被測定光の各波長λにおける光強度！　（
λ）は（４）式に示すように、この分光装置へ入射され
る被測定光ａの各波長λにおける光強度Ｉ　（λ）と各
回折格子１３，９の各方向の回折効率の積［Ｐ　（λ）
Ｓ（λ）］の関数になる。

各回折格子１３．１９の各方向における回折効率Ｐ（λ
）、Ｓ（λ）は第３図（ａ）に示すように既知であるの
で、各波長λにおける上記積［Ｐ　（λ）Ｓ（λ）〕は
一美的に定まる。その結果、受光器２２へ入射される光
の各波長λにおける光強度■２　（λ）は入射されたｍ
　ＡＰＩ定、光ａの各波長λにおける光強度！　（λ）
に対応して変化し、被測定光ａの振動方向、すなわち第
１の回折格子１３に対するＰ成分とＳ成分の比には依存
しない。

したがって、得られた分光特性の各波長λにおける光レ
ベル（光強度Ｉ（λ））から入射光の偏波状態の影響を
完全に除去できるので、各波長λにおける各光レベルの
測定制度を大幅に向上できる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明のダブルグレーティング型分
光装置によれば、第１の分散型分光素子から出力された
光の振動方向を等価的に９０’回転させて第２の分散型
分光素子へ人力するようにしている。よって、各測定波
長における光レベルから被測定光の振動方向に依存する
変動成分を除去することができ、常に安定した正確な光
レベルの測定が実施でき、ひいては装置全体の測定精度
を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わるダブルグレーティン
グ型分光装置の概略構成を示す模式図、第２図は従来の
ダブルグレーティング型分光装置の概略構成を示す模式
図、第３図（ａ）は回折格子における各回折効率を示す
特性図、同図（ｂ）は被測定光の振動方向と回折格子の
刻線方向との間の関係を示す図である。 １１・・・入射スリット、１２・・・第１のコリメータ
鏡、１３・・・第１の回折格子、１４・・・第１のカメ
ラ鏡、１５・・・第１の平面鏡、１６・・・中間スリッ
ト、１７・・・第２の平面鏡、１８・・・第２のコリメ
ータ鏡、１９・・・第２の回折格子、２０・・・第２の
カメラ鏡、２１・・・出射スリット、２２・・・受光器
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 刻線の平行方向および刻線の直角方向の各回折効率がそ
   れぞれ互いに等しい２個の分散型分光素子（１３、１９
   ）を用い、入力された被測定光を第１の分散型分光素子
   （１３）で分光し、この第１の分散型分光素子で分光さ
   れた被測定光を第２の分散型分光素子（１９）を用いて
   さらに分光するダブルグレーティング型分光装置であっ
   て、 前記第１の分散型分光素子から出力されこの第１の分散
   型分光素子の刻線方向に垂直な偏波成分の光を前記第２
   の分散型分光素子の刻線方向に平行に入射させ、かつ前
   記第１の分散型分光素子から出力されこの第１の分散型
   分光素子の刻線方向に平行な偏波成分の光を前記第２の
   分散型分光素子の刻線方向に垂直に入射させることを特
   徴とするダブルグレーティング型分光装置。