JPH0412407B2 - - Google Patents

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JPH0412407B2
JPH0412407B2 JP10366983A JP10366983A JPH0412407B2 JP H0412407 B2 JPH0412407 B2 JP H0412407B2 JP 10366983 A JP10366983 A JP 10366983A JP 10366983 A JP10366983 A JP 10366983A JP H0412407 B2 JPH0412407 B2 JP H0412407B2
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JP
Japan
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light
pout
electro
signal
optical modulator
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JP10366983A
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JPS59228133A (ja
Inventor
Sunao Sugyama
Hideto Iwaoka
Akira Oote
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/45Interferometric spectrometry
    • G01J3/453Interferometric spectrometry by correlation of the amplitudes

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、PLZT等の電気光学効果を有する電
気光学材料を用いた分光装置に関するものであ
る。
〔従来技術の説明〕
第1図及び第2図は、従来公知の分光装置の一
例を示す説明図である。
第1図に示す装置は、入射スリツト11から入
射した光を、凹面鏡12で平行光線束とし、回折
格子13に入射させ、透過光あるいは回折光を凹
面鏡14に結像させるものである。この装置にお
いては、分解能を上げるためには、受光側のスリ
ツトを細くする必要があり、分解能と精度とを同
時に向上させるのは難かしい。
第2図に示す装置は、2光線束干渉計を用いた
フーリエ分光法の原理に基づく分光装置で、入射
スリツト21から入射した光を、レンズ22で平
行光線とし、この平行光をハーフミラー23で2
光線束とし、各光線束をそれぞれ反射鏡24,2
5で反射させ、これらの各反射光をレンズ26を
介してスリツト27に入射させるものである。こ
の装置において、反射鏡24,25のいずれか一
方を矢印に示す方向に動かし、2光線束の光路差
を変化させると、スリツト27を通つた光を受光
する受光素子28から得られる信号のインターフ
エログラムが、入射した光のフーリエ変換になる
もので、この逆変換を行なつて、元のスペクトル
分布を知るようにしている。
この装置は、第1図に示す装置に比べ、入射ス
リツトを必要とせず、受光素子に入る光の全スペ
クトルを同時に測定できること、光量が多いため
S/Nが良好であること、波長精度が高いこと等
の長所がある反面、光路差を変えるために反射鏡
を動かす必要があり、その機械的な精度が要求さ
れること、小型化、集積化が困難であること等の
欠点がある。
〔本発明の目的〕
ここにおいて、本発明は機械的な構成部分を有
せず、小型、集積化が可能で、分解能及び精度の
良好な分光装置を実現しようとするものである。
〔本発明の概要〕
本発明に係る装置は、電気光学効果を有する電
気光学材料で構成した光変調器と、この光変調器
を通つた光を受光する受光素子と、この受光素子
からの信号を入力するとともに光変調器に印加す
る信号を制御する手段とを備え、光変調器の変調
度の波長依存性からフーリエ分光法によつて光変
調器に入射する光のスペクトル分布を知るように
した点に特徴がある。
〔原理説明〕
第3図は、本発明に係る装置の原理を説明する
ための図で、本発明において用いられる光変調器
の一例を示す。図において、3は電気光学効果を
有する電気光学材料(例えばPLZTやLiNbO3)、
31,32はこの電気光学材料3の平行な2面に
設けられた電極、33,34は電気光学材料3を
挾んで光の入射側と出射側とにそれぞれ設置した
偏光子と検光子で、その偏光面の方向は、電極3
1,32によつて生ずる電界Eに対して45゜傾き、
かつ平行となつている。
このような構成の光変調器において、電極3
1,32間に電圧Vを印加した場合、入射光Pio
と出射光POUTとの比T=POUT/Pioは(1)式で表わす
ことができる。
T=POUT/Pio=kCOS2{k′/λΔα(V)}……(1) ここで、k,k′は定数(k≦1)、λは入射光
の波長、Δα(V)/λは、電気光学効果による複
屈折の量(rad)である。
(1)式において、1/λ=f/c(c:光速度、f:
周 波数)とし、k′/cを改めてk′と書き直すと、(2)式 の通りとなる。
T=POUT/Pio=kCOS2(k′/λΔα(V)) =k/2{1+COS(2k′fΔα(V)} ……(2) (2)式において、入射光束のスペクトル分布をB
(f)とおくと、出射光POUTは、(2)式と同様に
(PioをB(f)で置き換える。)(3)式の通りとな
る。
POUT(V)=∫ 0B(f)・k/2{1 +COS(2k′fΔα(V)}df=k/2∫ 0B(f
)df+ k/2 ∫ 0B(f)COS(2k′fΔα(V))df ……(3) (3)式右辺第2項は、B(f)のフエーリエ余弦
変換である。したがつて入射光のスペクトル分布
B(f)は、これをフエーリエ逆変換して求める
ことができる。
ここで、V0をΔα(V0)=0(通常はV0=0)と
選ぶことは容易であるから、これを(3)式に代入す
ると、(4)式が得られる。
POUT(V0)=k/2∫ 0B(f)df+k/2
0B(f)=k∫ 0B(f)df……(4) (4)式を(3)式に代入すれば(5)式の通りとなる。
POUT(V)=1/2POUT(V0)+k/2∫ 0
B(f)COS(2k′fΔα(V))df……(5) (5)式から明らかなように、POUT(V)から、1/2 POUT(V0)を引き、残りの項を逆フエーリエ余弦
変換すれば、入射光Pioのスペクトル分布B(f)
を知ることができる。
〔実施例の説明〕
第4図は本発明に係る装置の一例を示す構成ブ
ロツク図である。この図において、3は第3図で
示したような構成の光変調器で、(1)式を満たすも
のとする。35はこの光変調器の電極間に電圧を
印加する電源、4は光変調器3から出射した光を
受光する受光素子、5はこの受光素子からの信号
を入力し記憶するとともに、電源35に制御信号
を与え、光変調器3に印加する電圧を制御する演
算制御部で、例えば、受光素子4からの信号を
A/D変換するA/D変換器51と、ここからの
デイジタル信号を入力とするマイクロプロセツサ
52と、これに結合しているメモリ53とで構成
される。6は演算制御部5での演算結果を表示す
る表示装置である。
このように構成した装置の動作は次の通りであ
る。はじめに、演算制御部5は、電源35の出力
電圧をある範囲で、V1からV2までスイーブさせ
る。光変調器3は、電極間に印加される電圧に応
じて、(5)式で表わされる様な光POUTを出射する。
受光素子4は、出力光POUTを電気信号に変換し、
演算制御部5に入力させる。この演算制御部5内
のメモリ手段53は、光変調器3に印加される電
圧と、その時の受光素子4からの信号を、V1
らV2の間、記憶する。ここで、必要あらば、V1
からV2まで数回スイープさせ、いくつかのデー
タをとり、平均加算した結果を得るようにし、
S/Nの向上をはかるようにしてもよい。
メモリ手段53に蓄えられたデータは、(5)式か
らB(f)を求めるための逆フエーリエ変換演算、
受光素子4の波長−感度特性や、光変調器3自体
の波長−透過率特性等の補正演算を行なつて、入
射光Pioのスペクトルを求め、この演算結果を表
示器6に表示させる。
第5図〜第8図は、本発明装置に使用可能な光
変調器の他の構成例を示す説明図である。
第5図、第6図において、いずれもイは平面
図、ロはイ図におけるX−X断面図である。
第5図に示す光変調器は、誘電体基板30に分
岐位相変調−干渉型の光導波路35,36を形成
するとともに、光導波路35を挾んで電極31,
32を設置したものである。ここで、基板30と
光導波路35,36の形成は例えば次のものがあ
る。
(i) LiNbO3基板にTiを熱拡散する。
(ii) LiNbO3基板にAg+やK+のイオン拡散を行な
う。この場合、いわゆるオプテイカルダメージ
(Optical−damage)が少なくできる。
(iii) LiTaO3基板にCu拡散を行なう。
(iv) PLZT透明セラミツクス基板に金属イオン交
換を行なう。
(v) GaAS、In−P基板に、プロトン照射する。
第6図に示す光変調器は、第5図のものと同様
の原理によるもので、半導体基板30に分岐−位
相変調−干渉型の光導波路35,36を形成する
ようにしたものである。半導体基板30は、n−
GaAS基板30n上にn−GaAS30Pを数μm程
度エピタキシヤル成長させ、この上にオーミツク
電極31a,31bを形成するとともに、n−
GaAS基板30n側全面にオーミツク電極32を
形成してある。この構成において、P−n接合に
逆バイアスとなるように電極31a(31b)と
32間に電圧を印加すると、Pn接合近傍の空乏
層が広がり、同時にキヤリア濃度の低下により、
屈折率が上昇して、印加電圧により選択的に光導
波路35,36がP−GaAS基板30P側の電極
下に形成される。なお空乏層にn−GaAS側に広
く、P−GaAS側に狭い。ここで、電極31,3
2間に印加する電圧を調整すると、光導波路3
5,36を通る導波光は、GaASの電気光学効果
によつて位相変化を受けるため、それぞれの導波
光の間に位相差が生じ、光変調させることができ
る。
なお、この実施例では、GaASを例にとつた
が、n−Inp基板、P−Inpエピタキシヤル層とし
てもよい。
第7図イ,ロに示す光変調器は、いずれも基板
30上に受光素子4を共に集積したものである。
イに示すものは、基板30上に形成した光導波
路35(36)の光出射部分に透明電極41を設
けるとともに、この透明電極41上にアモルフア
スシリコン(a−Si)やCdS又はZnSなどの光電
層42を設け、その上にAl等の電極層43を形
成させたものである。ここで、透明電極41とし
ては、In2O3・SnO2などの材料が用いられ、真空
蒸着法やプラズマ蒸着法等によつて形成できる。
また、a−Si光電層42は、膜厚が0.5〜1.0μm程
度で、モノシラン(SiH4)や、SiF4のプラズマ
分解あるいは、反応性スパツタリングや、CVD
法等で作成できる。
ロに示すものは、受光素子4をPIN型にしたも
ので、透明電極41上に順番に、n−aSi層42
n,i−aSi層42i,P−aSi層42Pを形成さ
せたものである。なお、PIN層は多層(PIN
PIN……)としてもよい。また、a−Siの代りに
a−SiCとしてもよい。
第8図イ,ロに示す光変調器は、いずれも半導
体導波路上に受光素子4を集積したものである。
イに示すものは、n−GaASなどの基板30n
上にP−GaASなどの層30Pを形成させ、半導
体導波路をつくり、この上に電極43を設けて、
PN接合を利用したホトダイオードPDを構成した
ものである。
ロに示すものは、電極43としてシヨツトキー
接合可能な金属材料を用い、シヨツトキー接合を
利用したシヨツトキーバリアダイオードSDを構
成したものである。
なお、上記の実施例において、光変調器3に光
を導びく手段については、特に説明しなかつた
が、公知の手法、例えばプリズムカツプラや、グ
レイテイングカツプラ等が用いられる。また、光
変調器3は、第5図〜第8図に示した構造以外の
ものも使用可能であり、例えば、変調器を構成す
る基板上に、メモリ手段や、マイクロプロセツサ
等を集積したものでもよい。
〔本発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、機械的
構成部分を有しないので、小型、集積化が可能
で、信頼性の高い分光装置が実現できる。また、
スリツト等が不要であるところから、S/Nが高
く、精度の良好な装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は、従来公知の分光装置の一
例を示す説明図、第3図は本発明装置の原理を説
明するための図、第4図は本発明に係る装置の一
例を示す構成ブロツク図、第5図〜第8図は本発
明装置に使用可能な光変調器の他の例を示す構成
図である。 3……光変調器、4……受光素子、5……演算
制御部、6……表示装置。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 電気光学効果を有する電気光学材料で構成さ
    れ印加される信号(V)に対して入射光(Pin)
    と出射光(Pout)との比(T)が、 T=(Pout)/(Pin) =k・cos2{(k-/λ)Δα(V)} ただし、k、k-は定数(k≦1) λは入射光の波長 Δα(V)/λは、電気光学効果による複屈折の
    量(rad) で与えられる光変調器と、 この光変調器からの出射光を受光する受光素子
    と、 この受光素子からの信号を入力し当該信号を記
    憶する機能と、演算を行う機能と、前記光変調器
    に印加する電圧信号を制御する機能とを有する演
    算制御部とを備え、 前記演算制御部は、前記光変調器に印加する信
    号をある電圧(Vo)からある電圧(V)までス
    イープし、その時受光素子から出力される出射光
    (Pout)に関連する下記の式を用い、入射光
    (Pin)のスペクトル分布B(f)を逆フエーリエ
    余弦変換演算を行つて求めることを特徴とする分
    光装置。 Pout(Vo) =(1/2)Pout(Vo) +(k/2)∫ pB(f) cos(2k-fΔα(V))df ただし、fは周波数。
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GB8625486D0 (en) * 1986-10-24 1986-11-26 British Telecomm Optical signal modulation device
JPS63266321A (ja) * 1987-04-24 1988-11-02 Hitachi Ltd スペクトル測定方法及びフ−リエ変換型分光光度計
JP2024017359A (ja) 2022-07-27 2024-02-08 セイコーエプソン株式会社 光学デバイスおよび分光装置
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