JPS604109Y2 - 簡易分光器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は光を分光し、スペクトルを得る分光器に関する
ものである。

例えば物質が発射または吸収する光のスペクトルを測定
・解析することはその物質の性質を知る上で重要であり
、光のスペクトルを得るには分光器が必要となる。

また、特定の波長の光を光源として使用する要求も多く
、この場合にも一般に分光器が用いられている。

従来、分光器には種々のものがあるが、大別するとプリ
ズムを用いたプリズム分光器、回折格子を用いた格子分
光器、光の干渉を利用した干渉分光器などがある。

これらの分光器は大型で重量があり、しかも高価である
等の欠点を有する。

本考案の目的はきわめて小型でかつ軽量の簡易型分光器
を提供せんとするものである。

本考案分光器は、光束の伝播が可能である薄膜先導波路
を具え、この薄膜先導波路内には、光束を平行光束にす
るコリメーターレンズ系と、この平行光束を回折させる
超音波回折格子と、この回折格子により回折した光束の
一部を取り出すスリットとを設け、前記超音波回折格子
へ所定の周波数の超音波を供給することにより分光を行
なうようにしたことを特徴とするものである。

次に図面を参照して本考案をさらに詳細に説明する。

第１図は本考案による分光器の一例の構威を模式的に示
す斜視図であり、第２図は同じく断面図である。

光導波体１を３層の薄膜構造とし、先導波路を形成する
中間薄膜３をその屈折率が外側薄膜２及び４の屈折率よ
り大きい光透過性を有する材料で構威し、入射光束が中
間薄膜３内を外側薄膜２及び４との境界面で多重反射し
ながら伝播するように構成する。

中間薄膜３としては厚さ１０〜数１００μ乳で屈折率が
１．５６の透明エポキシ樹脂や屈折率の大きいアクリル
樹脂、ガラス等を用い、外側薄膜２及び４としてはシリ
コン樹脂や屈折率の小さいガラス等を用いる。

この中間薄膜３内には入射側から出射側に沿ってコリメ
ーターレンズ系５、超音波励振子７、集光レンズ９及び
スリット１０を順次形威し、スリット１０の後方には出
射用プリズム１１を中間薄膜３上に形成する。

コリメーターレンズ系５及び集光レンズ９は、レンズを
形成すべき位置の薄膜の厚さを厚くしたりイオン注入に
より局部的に屈折率を変えることにより形成でき、例え
ばモードインデックスレンズ、ルネベルグレンズ又はジ
オデシックレンズ等があげられる。

超音波励振子７は櫛形形状等の適切な形状の励振子を中
間薄膜３上に蒸着や貼り着けして形成腰この超音波励振
子７を可変周波数の駆動信号を供給する信号発生器１２
に接続する。

また、スリット１０は分光器として分解能を高める作用
を果すものであり、例えばクロム等から成る金属膜に反
射防止膜を形成したものを微小な間隙だけ離間して外側
薄膜２上に設け、その後中間薄膜３を形成して作ること
ができる。

中間薄膜３の膜厚が厚い場合には、スリット１０より入
射側の中間薄膜を形成し、この中間薄膜の端縁にスリッ
トを形成した後出射側の中間薄膜３とプリズム１１を形
成することもできる。

入射用プリズム（図示せず）から中間薄膜３内に入射し
た光束は、コリメーターレンズ系５で平行光束とされて
から超音波励振子７から発する超音波が伝播する音束領
域８に入射する。

中間薄膜３内に超音波が伝播すると光弾性効果により超
音波の波長に応じて屈折率が変化し回折格子が形成され
る。

この音束領域８に光束が入射すると、入射光束はブラッ
ク回折をおこし、光の波長や超音波の周波数により定ま
る格子定数に応じて所定の回折角方向に回折することに
なる。

音束領域８で回折した光束は集光レンズ９で集光された
後、集光レンズの焦点位置に配置したスリット１０を通
過してから出射用プリズム１１を経て外部へ出射する。

出射用プリズム１１は光導波路を形成する中間薄膜３と
外部とをカップリングするものであり、第２図に示すよ
うに直角プリズムを中間薄膜３上に接して設置する。

臨界角以下の角度でプリズム１１の底面に入射した光束
はプリズム１１内に屈折して導入され、外部に出射する
ことになる。

上述した分光器においては音束領域８を透過した光速の
回折角φは（１）式により定まる。

ここで、入：光の波長 Ｖ：超音波の伝播速度 ｆ：超音波の周波数 今、（１）式を変形すると（２）式が得られる。

（２）式より、回折角ψと超音波の伝般速度Ｖを固定し
超音波の周波数ｆを変えると所定の回折角方向に波長に
応じた光が順次分光されることになる。

従って、回折角を設定し、この回折角方向に集光レンズ
９及びスリット１０を配置して信号発生器１２から種々
の周波数を超音波励振子７に供給するように構成すれば
、信号発生器１２からの駆動周波数に応じ上程々の波長
の光を集光レンズ９、スリット１０及び出射用プリズム
１１を介して外部に出射させることができ、簡単な構成
で分光器を構成することができる。

次に、分光器としての分解能について説明する。

第３図は分解能とスリット間隙ｄとの関係を示す線図で
ある。

分光できる最小角Δθは、（３）式により定まる。

ここで、ｄニスリット１０のスレッド間隙１：集光レン
ズ９の焦点距離 一方、（１）式より分光すべき光の波長λおよび回折角
φの変化量の関係は（４）式により定まる。

ここで、Δθ＝Δψとおくことができるから、最小分解
可能波長Δλは上式（３）および（４）により次式（５
）のように定まる。

例えば、ｖ ＝ ２ ｋｍ／ｓｅｃ、 ｆ ＝ ５０
０ＭＨｚ］”２５ｍｍ 、Δｘ ＝ １０μｍ、に設
定すると、Δ入＝１６Ａとなる。

１６Ａ程度までの分解能が得られれば実用上十分である
。

また、入＝０．５μ汎の光に対する回折角ψは、 ＝０．１２５ラジアン となり、回折角としても実用できる範囲にある。

以上説明したように本考案によれば、薄膜光導波体内に
各光学素子を配置する構成としているから、小型で軽量
で高精度の分光器を提供することができる。

また、一体化した構成としているから光軸のズレ等が生
ずる心配がなく保守が容易になる。

更に、超音波回折格子の後方に集光レンズとスリットと
を設ける構成としているから、分光器としての分解能を
高めることができると共に、利用できる光量の損失が少
なくなりＳ／Ｎ比の良好な分光器を構成することができ
る。

上述した実施例では三層構造の薄膜先導波路を用いたが
、これに限らず本考案を光束の伝播が可能な二層構造の
薄膜先導波路で構成することもできる。

また、特定の波長の光を放射させる場合には、超音波励
振子へ印加する信号の周波数を一定とすればよい。

更に、超音波励振子を複数個直列に設ければ、分解能を
一層増加させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の簡易分光器の一例を図式化して示す斜
視図、第２図は同じくその断面図、第３図は分解能を説
明するための線図である。 １・・・・・・先導波路、２．３．４・・曲薄膜、５・
・・・・・コリメーターレンズ系、７・曲・超音波励振
子、８・・・・・・音束域、９・・・・・・集光レンズ
、１ｏ・・−−−−スＩＪット、１１・・・・・・プリ
ズム、１２・・曲信号源。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 光束の伝播が可能である薄膜光導波路を具え、この薄膜
   先導波路内には、光束を平行光束にするコリメーターレ
   ンズ系と、この平行光束を回折させる超音波回折格子と
   、この回折格子により回折した光束の一部を取り出すス
   リットとを設け、前記超音波回折格子へ所定の周波数の
   超音波を供給することにより分光を行なうようにしたこ
   とを特徴とする簡易分光器。