JPH0455726A - フーリエ分光器 - 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光束干渉を利用して光のスペクトルを測定す
るフーリエ分光器に関するものである。

［従来の技術］ 精密なスペクトルを測定する装置として知られるフーリ
エ分光器は、被測定光を２分割し、光路長差を少しずつ
変化させながらそれら２光を干渉させ、その可視度を光
路長差の関数として求めた後、この関数をフーリエ変換
することによりスペクトルを測定するものである。従来
は光路長差を少しずつ変化させるために、マイケルソン
干渉計を構成している一方のミラーを微小距離ずつ移動
させていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来例では干渉計を構成するミラー
の一方を微小８動させる度に干渉の可視度を測定するの
で次のような欠点があった。第一にエキシマレーザのよ
うにパルス発光する場合その１パルスのスペクトル測定
ができなかった。又連続光でもスペクトルが時間的に変
化する場合は正確な測定ができなかった。第二にミラー
の微小移動機構が必要なので、装置が複雑化していた。

第三に測定に長時間を要していた。

本発明は上記従来技術の欠点に鑑みなされたものであっ
て、干渉計を構成するミラーを移動させることなくフー
リエ分光によるスペクトル測定を可能とし、装置構成を
簡素化し、測定時間の短縮を可能としたフーリエ分光器
の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段および作用］前記目的を達
成するため、本発明によれば、フーリエ分光器の内部で
２分割された１方または両方の光束中に光束の出射方向
を波長に依って分散させる回折格子等の分散素子を設け
、また干渉縞を読み込む手段としての２次元センサと更
にこの２次元センサで受光した光束の部分別の干渉縞の
可視度を計算する画像処理装置を設けることにより、ミ
ラーを移動させることなくフーリエ分光法によるスペク
トル測定ができるようにしたものである。なお、以下分
散素子とは光束の出射方向を波長に依って分散させる機
能を有するものを言うものとする。

［実施例］ 第１図は本発明の実施例の構成を表わす図面であり、同
図において、１は光源、１０は光源１より発せられた被
測定光、２は光束を必要なだけ拡大するビーム拡大器、
３は被測定光１０を２光束に分割するハーフミラ−４は
ミラー　５は回折格子、１１はハーフミラ−３で分割さ
れた２光束のうちミラー４に向う光束、１２は同しく回
折格子５に向う光束、１３はハーフミラ−３で再合成さ
れた光束、６は光束１３を２次元センサ７の受光部のサ
イズに合わせるためのビーム縮小器、７は２次元センサ
、８は２次元センサからの信号を処理する画像処理装置
である。

光源１から発した被測定光１０はビーム拡大器２を通り
て光束径りまで拡大された後、ハーフミラ−３により光
束１１と光束１２に分割される。

光束１１はミラー４で反射し再びハーフミラ−３に戻る
。一方光束１２は回折格子５で回折されハーフミラ−３
に戻る。回折格子５は被測定光１０の中心波長λ。にお
いて回折角ψと入射角θが等しくなるようにθを調整し
である。回折条件はよく知られているように、回折格子
５の格子定数をｄとし、ｍを整数とすれば、次式（１）
を満たすことである。

ｄ　（ｓｉｎθ＋ｓｉｎ　　ψ）＝ｍλ　　　　　・・
・・・・（１）λ＝λ。、ψ＝θとして２ｄｓｉｎθ＝
ｍλ。

・・・・・・（２） ハーフミラ−３は合成された光束１３が２次元センサ７
上で適当な本数（数本〜数十本）の横縞を生じるように
わずかに前傾または後傾させである。ここでハーフミラ
−３とミラー４の距離ＬＨ、ハーフミラ−３と回折格子
５の下端の距離Ｌ２としてＬｌ＝Ｌ２とすれば、光束１
１と光束１２の干渉パターンのコントラストは、２次元
センサ７の受光部の１端ａではいわゆるマイケルソン干
渉計において、光路差０での２光束干渉のコントラスト
に等しく、他端すでは同様に光路差Ｄ　ｔａｎθでの２
光束干渉のコントラストに等しい。この理由を次に述べ
る。回折格子の分散は、式（１）をλて微分した後、式
（２）でｍとｄを消去して と表わされるので、回折格子５による波長λ０の光と波
長λ、＝λ。＋Δλの光では回折光の方向が だけ異なる。したがって、ハーフミラ−で合成された光
束１３の１端Ｏではλ０とλ１の光の位相差δの差Δδ
は、Δδ＝０であり点０からＸだけ離れた点Ｐでは ・・・・・・（５） となる。ここで位相差δとはハーフミラ−３で分離され
た光束１１と光束１２がハーフミラ−で再結合した時の
位相差であり、位相差の差Δδとは、波長λ１の光の位
相差δ１と波長λ。の光の位相差δ。の差δ１−δ。の
ことである。一方いわゆるマイケルソン干渉計では、分
離された２光束の光路長差がｋの場合、波長λ０の光の
位相差δ。は、 波長λ、の光の位相差δ１は である。したがって、 Δ　δ　＝　δ　１−６゜ ・・・・・・（８） 式（５）と（８）を比較して４２　＝　ｘ　ｔａｎθと
すれば両式の値は等しくなる。言い換えれば、図１の点
Ｐのコントラストとマイケルソン干渉計で光路差がｘ　
ｔａｎθである時の２光束干渉のコントラストが等しい
。

したがって２次元センサ５上の一端ａから他端すに向フ
て光路差ｌが０からＤ　ｔａｎθまで連続的に変化する
２光束干渉による干渉縞が生じる。２次元センサ７の受
光部を縦に細かく区分して、縦長の多数の列を作り各列
毎の干渉縞の可視度を画像処理装置８により計算する。

区分数をｎとすれば、各列の可視度はマイケルソン干渉
計において一方のミラーを−ｔａｎｅづつ１回移動させ
て、その度に測定した干渉の可視度に等しい。一般にフ
ーリエ分光法として知られるように、光路長差ρと可視
度Ｖ　（Ｊ２）の関係から次式（２）によってスペクト
ルＥ（ν）を求めることができる。ただしνは波数であ
る。

Ｅ（ν）−ｃｏｎｓｔ　ｘ　’）”、　Ｖ　（Ｉｔ　）
　Ｃ０５（２πｖ　・Ｑ）ｄΩ・・・・・・　　（２） ここでスペクトル幅Δνによってぎまる一定光路１ハ１
以上は可視度Ｖ（Ｉｌ）はｖ（１）〜０となるので式（
２）の積分範囲は０からＪＺ　、、、までとしてよい、
ガウス分布のスペクトルの場合はｊ２．、、＝１／２Δ
νである０例えば波長λ＝２４８ｎｍ、Δλｌ！！！１
ｐｍとすればΔν＝Δλ・Ｃ／λ”　”０．１６ｃｍ−
’　（ただしＣは光束）となる。したがって、１１　ｖ
ａａ＊　−３１１Ｊとなる。これよりＤ　ｔａｎθ≧３
１１■となればよい。

第２図は光路長差を大きくとるために、２個の回折格子
を用いた実施例を示している。同図において２４は第１
図のミラー４に代えて用いた回折格子である。

上記のように変更することにより、第１の実施例と同じ
光束径で、より大籾な光路差を得ることができる。たと
えば回折格子２４を回折格子５と同じ物を使用すれば第
１の実施例の２倍の光路長差が得られる。これにより、
スペクトル測定の分解能を２倍にすることができる。

第３図は、第１の実施例の回折格子５の代りに分散素子
としてプリズムを用いた場合の実施例を示している。

３０はプリズム、３５はミラーである。

この実施例では、プリズム３０の分散と等しい分散の回
折格子を用いた場合の第１の実施例と同じ効果が得られ
る。

一般にプリズムの分散は回折格子に比べて、数分の１か
ら数１０分の１程度なので、スペクトル幅の狭い光の測
定は困難だが、光量損失が小さいので、光量損失が大き
い回折格子に比べて微弱光の測定には有利である。また
回折格子を使用した場合に比べ、コストの低減にもなる
。

［発明の効果］ 以上説明したように、フーリエ分光器を構成しているマ
イケルソン干渉計等の一方または両方のミラーを回折格
子等の分散素子にすることによりミラーを移動させるこ
となく、フーリエ分光ができる。

特にエキシマレーザ光のようにパルス発光の各パルスの
スペクトルを測定する場合には有効である。

更にミラーの移動が不用なため装置の簡素化および測定
時間の短縮が図られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施したフーリエ分光器の構成図、 第２図は２個の回折格子を使用した実施例の干渉計部分
を表わした部分構成図、 第３図はプリズムを使用した実施例の干渉計部分を表わ
した部分構成図である。 ３０ニブリズム、 ３５：ミラー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定光束の光路上に該被測定光束を２分割する
   ためのビームスプリッタを設け、該ビームスプリッタに
   より２分割された透過光束および反射光束の各々の光路
   上に各光束を前記ビームスプリッタに戻すための反射手
   段を設け、該反射手段のうち少なくとも一方は光束の出
   射方向を波長に依って分散させる固定された分散素子に
   より構成し、該ビームスプリッタにより再合成された前
   記被測定光束の光路上に該被測定光束の干渉縞を検出す
   る光センサを設け、該光センサの検出結果に基づき被測
   定光束のスペクトルを演算する画像処理装置を備えたこ
   とを特徴とするフーリエ分光器。
2. （２）前記分散素子は回折格子からなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のフーリエ分光器。
3. （３）前記分散素子はプリズムおよびミラーの組合せか
   らなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のフ
   ーリエ分光器。