JPH0781911B2 - 光スペクトラムアナライザ− - Google Patents
光スペクトラムアナライザ−Info
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- JPH0781911B2 JPH0781911B2 JP62180779A JP18077987A JPH0781911B2 JP H0781911 B2 JPH0781911 B2 JP H0781911B2 JP 62180779 A JP62180779 A JP 62180779A JP 18077987 A JP18077987 A JP 18077987A JP H0781911 B2 JPH0781911 B2 JP H0781911B2
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Classifications
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/12004—Combinations of two or more optical elements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
- G01J3/0256—Compact construction
- G01J3/0259—Monolithic
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
- G01J3/1256—Generating the spectrum; Monochromators using acousto-optic tunable filter
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/33—Acousto-optical deflection devices
- G02F1/335—Acousto-optical deflection devices having an optical waveguide structure
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光スペクトル分析を行なう光スペクトラムア
ナライザー、特に詳細には音響光学効果を利用して光ス
ペクトルを分析する光スペクトラムアナライザーに関す
るものである。
ナライザー、特に詳細には音響光学効果を利用して光ス
ペクトルを分析する光スペクトラムアナライザーに関す
るものである。
（従来の技術） 光スペクトルを分析する光スペクトラムアナライザーと
しては、種々のものが公知となっている。従来より広く
実用に供されている光スペクトラムアナライザーの１つ
として、例えばツェルニターナー型と称されるものが知
られている。この光スペクトラムアナライザーは、照射
された被測定光を回折させる回折格子を回転させ、それ
により回折光をスリット上において移動させ、このスリ
ット越しに回折光を検出したときの回折格子の回転角に
基づいて光スペクトルを分析するものである。このよう
な光スペクトラムアナライザーは、高分解能で光スペク
トルを分析可能となっている。
しては、種々のものが公知となっている。従来より広く
実用に供されている光スペクトラムアナライザーの１つ
として、例えばツェルニターナー型と称されるものが知
られている。この光スペクトラムアナライザーは、照射
された被測定光を回折させる回折格子を回転させ、それ
により回折光をスリット上において移動させ、このスリ
ット越しに回折光を検出したときの回折格子の回転角に
基づいて光スペクトルを分析するものである。このよう
な光スペクトラムアナライザーは、高分解能で光スペク
トルを分析可能となっている。
（発明が解決しようとする問題点） しかしこのような光スペクトラムアナライザーは、大型
でかつ重いので取扱い性に難があり、例えば携帯使用等
には不向きであった。小型軽量に形成されうる光スペク
トラムアナライザーも種々考えられているが、そのよう
なものの多くは分解能が低いという問題を有している。
でかつ重いので取扱い性に難があり、例えば携帯使用等
には不向きであった。小型軽量に形成されうる光スペク
トラムアナライザーも種々考えられているが、そのよう
なものの多くは分解能が低いという問題を有している。
そこで本発明は、小型軽量に形成可能で、しかも分解能
の高い光スペクトラムアナライザーを提供することを目
的とするものである。
の高い光スペクトラムアナライザーを提供することを目
的とするものである。
（問題点を解決するための手段） 本発明の光スペクトラムアナライザーは、表面弾性波が
伝播可能な材料から形成された光導波路と、 この光導波路内に入射されて該光導波路内を進行する被
測定光としての導波光の光路に交わる方向に進行して、
該導波光を回折、偏向させる連続的に周波数が変化する
表面弾性波を上記光導波路において発生させる表面弾性
波発生手段と、 上記表面弾性波によって偏向されて光導波路外に出射し
た上記被測定光を検出する光検出手段と、 この光検出手段の前側に配され、少なくとも回折角の違
いによる光の広がりを制限する方向に光を絞る開口板
と、 前記光検出手段が被測定光を検出したときの表面弾性波
の周波数を検出する周波数検出手段とから構成されたこ
とを特徴とするものである。
伝播可能な材料から形成された光導波路と、 この光導波路内に入射されて該光導波路内を進行する被
測定光としての導波光の光路に交わる方向に進行して、
該導波光を回折、偏向させる連続的に周波数が変化する
表面弾性波を上記光導波路において発生させる表面弾性
波発生手段と、 上記表面弾性波によって偏向されて光導波路外に出射し
た上記被測定光を検出する光検出手段と、 この光検出手段の前側に配され、少なくとも回折角の違
いによる光の広がりを制限する方向に光を絞る開口板
と、 前記光検出手段が被測定光を検出したときの表面弾性波
の周波数を検出する周波数検出手段とから構成されたこ
とを特徴とするものである。
（作用） 光導波路内を導波する導波光は、この光導波路を伝播す
る表面弾性波と交差すると、音響光学相互作用により回
折、偏向する。この偏向角δは、表面弾性波の進行方向
に対する導波光の入射角をθとすると、δ＝２θであ
る。そして導波光の波長、実効屈折率をλ、Neとし、表
面弾性波の波長、周波数、速度をそれぞれΛ、ｆ、ｖと
すれば、 である。Neおよびｖは一定であるから、この式で示され
るブラッグ条件を満足して導波光が最も効率良く回折す
るときの前記入射角θと表面弾性波周波数ｆが分かれ
ば、導波光すなわち被測定光の波長λが分かることにな
る。
る表面弾性波と交差すると、音響光学相互作用により回
折、偏向する。この偏向角δは、表面弾性波の進行方向
に対する導波光の入射角をθとすると、δ＝２θであ
る。そして導波光の波長、実効屈折率をλ、Neとし、表
面弾性波の波長、周波数、速度をそれぞれΛ、ｆ、ｖと
すれば、 である。Neおよびｖは一定であるから、この式で示され
るブラッグ条件を満足して導波光が最も効率良く回折す
るときの前記入射角θと表面弾性波周波数ｆが分かれ
ば、導波光すなわち被測定光の波長λが分かることにな
る。
また導波光（被測定光）が非常に波長が近接した複数の
スペクトル成分を含む場合、各スペクトル成分を表面弾
性波の回折作用により分離させることができる。したが
って、例えば前記光検出器の前にピンホール板等を配置
して、各スペクトル成分の光がそれぞれ個別に検出され
るようにしておけば、上述のように波長が近接していて
も各スペクトル成分を正確に測定可能となる。
スペクトル成分を含む場合、各スペクトル成分を表面弾
性波の回折作用により分離させることができる。したが
って、例えば前記光検出器の前にピンホール板等を配置
して、各スペクトル成分の光がそれぞれ個別に検出され
るようにしておけば、上述のように波長が近接していて
も各スペクトル成分を正確に測定可能となる。
（実 施 例） 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細に説明
する。
する。
第１図は本発明の第１実施例による光スペクトラムアナ
ライザーを示すものである。この光スペクトラムアナラ
イザー10は、基板11上に形成された光導波路12と、この
光導波路12に形成された導波路レンズ13と、光ビーム出
射用集光性回折格子（Focustig Grating Coupler、以
下FGCと称する）14と、これらのレンズ13およびFGC14の
間を進行する導波光の光路に交わる方向に進行する表面
弾性波15を発生させるチャープ交叉くし形電極対（Chir
ped Inter Digital Transducer、以下チャープIDTと
称する）17と、上記表面弾性波15を発生させるためにこ
のチャープIDT17に高周波の交番電圧を印加する高周波
アンプ19と、上記電圧の周波数を連続的に変化（掃引）
させるスイーパー20とを有している。
ライザーを示すものである。この光スペクトラムアナラ
イザー10は、基板11上に形成された光導波路12と、この
光導波路12に形成された導波路レンズ13と、光ビーム出
射用集光性回折格子（Focustig Grating Coupler、以
下FGCと称する）14と、これらのレンズ13およびFGC14の
間を進行する導波光の光路に交わる方向に進行する表面
弾性波15を発生させるチャープ交叉くし形電極対（Chir
ped Inter Digital Transducer、以下チャープIDTと
称する）17と、上記表面弾性波15を発生させるためにこ
のチャープIDT17に高周波の交番電圧を印加する高周波
アンプ19と、上記電圧の周波数を連続的に変化（掃引）
させるスイーパー20とを有している。
また上記光ビーム出射用FGC14から出射した光ビームL4
が照射される位置には、ピンホール板30と、上記光ビー
ムL4の強度を測定するフォトダイオード等の光検出器31
が配置されている。この光検出器31が出力する光量信号
S1は後述するサンプリング回路32に入力され、このサン
プリング回路32が出力する周波数検出信号S2は、制御回
路33に入力されるようになっている。
が照射される位置には、ピンホール板30と、上記光ビー
ムL4の強度を測定するフォトダイオード等の光検出器31
が配置されている。この光検出器31が出力する光量信号
S1は後述するサンプリング回路32に入力され、このサン
プリング回路32が出力する周波数検出信号S2は、制御回
路33に入力されるようになっている。
本実施例においては一例として、基板11にLiNbO3ウェハ
を用い、このウェハの表面にTi拡散膜を設けることによ
り光導波路12を形成している。なお基板11としてその他
サファイア、Si等からなる結晶性基板が用いられてもよ
い。また光導波路12も上記のTi拡散に限らず、基板11上
にその他の材料をスパッタ、蒸着する等して形成するこ
ともできる。なお光導波路については、例えばティー
タミール（T.Tamir）編「インテグレイテッド オプテ
ィクス（Integrated Optics）」（トピックス イン
アプライド フィジックス（Topics in Applied Phy
sics）第７巻）スプリンガー フェアラーグ（Springer
−Verlag）刊（1975）；西原、春名、栖原共著「光集積
回路」オーム社刊（1985）等に成著に詳細な記述があ
り、本発明では光導波路12としてこれら公知の光導波路
のいずれをも使用できる。ただし、この光導波路12は、
上記Ti拡散膜等、後述する表面弾性波が伝播可能な材料
から形成されなければならない。また光導波路は２層以
上の積層構造を有していてもよい。
を用い、このウェハの表面にTi拡散膜を設けることによ
り光導波路12を形成している。なお基板11としてその他
サファイア、Si等からなる結晶性基板が用いられてもよ
い。また光導波路12も上記のTi拡散に限らず、基板11上
にその他の材料をスパッタ、蒸着する等して形成するこ
ともできる。なお光導波路については、例えばティー
タミール（T.Tamir）編「インテグレイテッド オプテ
ィクス（Integrated Optics）」（トピックス イン
アプライド フィジックス（Topics in Applied Phy
sics）第７巻）スプリンガー フェアラーグ（Springer
−Verlag）刊（1975）；西原、春名、栖原共著「光集積
回路」オーム社刊（1985）等に成著に詳細な記述があ
り、本発明では光導波路12としてこれら公知の光導波路
のいずれをも使用できる。ただし、この光導波路12は、
上記Ti拡散膜等、後述する表面弾性波が伝播可能な材料
から形成されなければならない。また光導波路は２層以
上の積層構造を有していてもよい。
チャープIDT17は、例えば光導波路12の表面にポジ型電
子線レジストを塗布し、さらにその上にAu導電用薄膜を
蒸着し、電極パターンを電子線描画し、Au薄膜を剥離後
現像を行ない、次いでCr薄膜、Al薄膜を蒸着後、有機溶
媒中でリフトオフを行なうことによって形成することが
できる。なおチャープIDT17は、基板11や光導波路12が
圧電性を有する材料からなる場合には、直接光導波路12
内あるいは基板11上に設置しても表面弾性波15を発生さ
せることができるが、そうでない場合には基板11あるい
は光導波路12の一部に例えばZnO等からなる圧電性薄膜
を蒸着、スパッタ等によって形成し、そこにIDT17を設
置すればよい。
子線レジストを塗布し、さらにその上にAu導電用薄膜を
蒸着し、電極パターンを電子線描画し、Au薄膜を剥離後
現像を行ない、次いでCr薄膜、Al薄膜を蒸着後、有機溶
媒中でリフトオフを行なうことによって形成することが
できる。なおチャープIDT17は、基板11や光導波路12が
圧電性を有する材料からなる場合には、直接光導波路12
内あるいは基板11上に設置しても表面弾性波15を発生さ
せることができるが、そうでない場合には基板11あるい
は光導波路12の一部に例えばZnO等からなる圧電性薄膜
を蒸着、スパッタ等によって形成し、そこにIDT17を設
置すればよい。
例えば半導体レーザ等の光源21から発せられてスペクト
ル分析にかけられる光ビームＬは、光源21に接続された
光ファイバー22、結合器23、および光導波路12の端面12
aに直接結合された光ファイバー24を介して、該端面12a
から光導波路12内に取り込まれる。この光ビームＬ（発
散ビーム）は導波路レンズ13によって平行ビームとさ
れ、光導波路12内を導波する。この導波光L1は、前記
（１）で示されるブラッグ条件が満たされれば、チャー
プIDT17から発せられた表面弾性波15との音響光学相互
作用により、図示のように回折（Bragg回折）する。回
折した導波光L2は、FGC14の作用で、集束しつつ光導波
路12外に出射する。
ル分析にかけられる光ビームＬは、光源21に接続された
光ファイバー22、結合器23、および光導波路12の端面12
aに直接結合された光ファイバー24を介して、該端面12a
から光導波路12内に取り込まれる。この光ビームＬ（発
散ビーム）は導波路レンズ13によって平行ビームとさ
れ、光導波路12内を導波する。この導波光L1は、前記
（１）で示されるブラッグ条件が満たされれば、チャー
プIDT17から発せられた表面弾性波15との音響光学相互
作用により、図示のように回折（Bragg回折）する。回
折した導波光L2は、FGC14の作用で、集束しつつ光導波
路12外に出射する。
以下、上記導波光の回折、偏向について、第２、３図を
参照して詳細に説明する。第２図はチャープIDT17の部
分を拡大して詳しく示すものであり、また第３図は導波
光L1と表面弾性波15の波数ベクトルを示している。第２
図に示すように導波光L1は、表面弾性波15の進行方向に
対して一定の角度θで入射する。また、表面弾性波15に
入射する前の導波光L1および通過した後の導波光L2の波
数ベクトルをそれぞれ とし、表面弾性波15の波数ベクトルを とすると、前記（１）式で示したブラッグ条件が満たさ
れるときは第３図に示すように となっており、導波光L2の導波光L1に対する偏向角はδ
＝２θである。この入射角θが上述のように一定であれ
ば、上記（２）式が成立するときの偏向角δも一定であ
る。したがって、ブラッグ条件を完全に満たして光導波
路12外に出射する光ビームL4は、一定方向に出射する。
光検出器31の前のピンホール板30は、上記の一定方向に
出射した光ビームL4がピンホール30aを通過するように
配設されている。
参照して詳細に説明する。第２図はチャープIDT17の部
分を拡大して詳しく示すものであり、また第３図は導波
光L1と表面弾性波15の波数ベクトルを示している。第２
図に示すように導波光L1は、表面弾性波15の進行方向に
対して一定の角度θで入射する。また、表面弾性波15に
入射する前の導波光L1および通過した後の導波光L2の波
数ベクトルをそれぞれ とし、表面弾性波15の波数ベクトルを とすると、前記（１）式で示したブラッグ条件が満たさ
れるときは第３図に示すように となっており、導波光L2の導波光L1に対する偏向角はδ
＝２θである。この入射角θが上述のように一定であれ
ば、上記（２）式が成立するときの偏向角δも一定であ
る。したがって、ブラッグ条件を完全に満たして光導波
路12外に出射する光ビームL4は、一定方向に出射する。
光検出器31の前のピンホール板30は、上記の一定方向に
出射した光ビームL4がピンホール30aを通過するように
配設されている。
導波光L1（被測定光）の波長をλ、表面弾性波15の波長
をΛとすると、 であり、また導波光L2の波長もλであるから、 である。したがって前記（２）式を満足する の値は、入射角θが固定である以上、１つの に対して１つだけ存在する。そこでこの（２）式が成立
するとき（つまり光ビームL4がピンホール30aを通過し
て光検出器31に検出されたとき）の の値から、すなわち表面弾性波15の波長Λの値から、波
長λが求められうる。
をΛとすると、 であり、また導波光L2の波長もλであるから、 である。したがって前記（２）式を満足する の値は、入射角θが固定である以上、１つの に対して１つだけ存在する。そこでこの（２）式が成立
するとき（つまり光ビームL4がピンホール30aを通過し
て光検出器31に検出されたとき）の の値から、すなわち表面弾性波15の波長Λの値から、波
長λが求められうる。
この波長λは、前記（１）式から求めることも勿論可能
であるが、入射角θや、導波光L1に対する光導波路12の
屈折率Neが不明でも求められうる。すなわち周波数が既
知（λrefとする）の基準導波光を光導波路12内に入射
させ、そのとき波長Λrefの基準表面弾性波によってこ
の基準導波光が回折されたとする。第３図において基準
導波光の波数ベクトルを▲▼、波長Λrefの基準表
面弾性波の波数ベクトルを▲▼、回折された基準導
波光の端数ベクトルを▲▼とすると、 ΔOPQ∽ΔSPRであるから、 OP＝２π／λref、PQ＝２π／Λrefであるから、 λ＝λref（Λ／Λref） ここで表面弾性波15の速度、周波数をそれぞれｖ、ｆ、
基準表面弾性波の速度、周波数をそれぞれvref、frefと
すると、 ｖ＝ｆΛ、vref＝fref・Λref、ｖ＝vrefであるから、
結局上式より λ＝λref（fref/f） ……（３） となる。つまり基準導波光の波長λrefおよび基準表面
弾性波の周波数frefを予め調べておけば、この（３）式
から被測定光の波長λが求められる。
であるが、入射角θや、導波光L1に対する光導波路12の
屈折率Neが不明でも求められうる。すなわち周波数が既
知（λrefとする）の基準導波光を光導波路12内に入射
させ、そのとき波長Λrefの基準表面弾性波によってこ
の基準導波光が回折されたとする。第３図において基準
導波光の波数ベクトルを▲▼、波長Λrefの基準表
面弾性波の波数ベクトルを▲▼、回折された基準導
波光の端数ベクトルを▲▼とすると、 ΔOPQ∽ΔSPRであるから、 OP＝２π／λref、PQ＝２π／Λrefであるから、 λ＝λref（Λ／Λref） ここで表面弾性波15の速度、周波数をそれぞれｖ、ｆ、
基準表面弾性波の速度、周波数をそれぞれvref、frefと
すると、 ｖ＝ｆΛ、vref＝fref・Λref、ｖ＝vrefであるから、
結局上式より λ＝λref（fref/f） ……（３） となる。つまり基準導波光の波長λrefおよび基準表面
弾性波の周波数frefを予め調べておけば、この（３）式
から被測定光の波長λが求められる。
先に述べた通り、光スペクトル分析を行なうときチャー
プIDT17に印加される高周波の交番電圧の周波数は、ス
イーパー20によりfminからfmaxまで連続的に掃引され
る。こうして交番電圧の周波数すなわち表面弾性波15の
周波数が掃引されるとき、上記fmin、fmaxの値が適切に
設定されていれば、前記（１）式を満たすある表面弾性
波周波数ｆ（fmin≦ｆ≦fmax）において導波光L1の回折
が最も効率良く行なわれる。この際光導波路12から出射
した光ビームL4は、ピンホール30aを通過して光検出器3
1によって検出される。スイーパー20に接続されたサン
プリング回路32は、光検出器31が出力する光量信号S1が
所定レベル以上の光量を示したとき、つまりブラッグ条
件が成立して導波光L1が回折されたときの交番電圧周波
数、つまり表面弾性周波数ｆを求める。この周波数ｆを
示す信号S2は、制御回路33に入力される。この制御回路
33には、前述した基準導波光の波長λrefおよび基準表
面弾性波の周波数frefが予め記憶されており、該制御回
路33はこれらの波長λref、周波数frefおよび信号S2が
示す表面弾性波周波数ｆから、前記（３）式に基づいて
導波光L1の波長λを演算する。
プIDT17に印加される高周波の交番電圧の周波数は、ス
イーパー20によりfminからfmaxまで連続的に掃引され
る。こうして交番電圧の周波数すなわち表面弾性波15の
周波数が掃引されるとき、上記fmin、fmaxの値が適切に
設定されていれば、前記（１）式を満たすある表面弾性
波周波数ｆ（fmin≦ｆ≦fmax）において導波光L1の回折
が最も効率良く行なわれる。この際光導波路12から出射
した光ビームL4は、ピンホール30aを通過して光検出器3
1によって検出される。スイーパー20に接続されたサン
プリング回路32は、光検出器31が出力する光量信号S1が
所定レベル以上の光量を示したとき、つまりブラッグ条
件が成立して導波光L1が回折されたときの交番電圧周波
数、つまり表面弾性周波数ｆを求める。この周波数ｆを
示す信号S2は、制御回路33に入力される。この制御回路
33には、前述した基準導波光の波長λrefおよび基準表
面弾性波の周波数frefが予め記憶されており、該制御回
路33はこれらの波長λref、周波数frefおよび信号S2が
示す表面弾性波周波数ｆから、前記（３）式に基づいて
導波光L1の波長λを演算する。
こうして求められた導波光L1すなわち被測定光の波長λ
を示す信号S3は制御回路33から出力され、例えば液晶表
示装置、光電管表示装置等の表示装置34に入力され、こ
の信号S3に基づいて上記波長λの値が表示される。
を示す信号S3は制御回路33から出力され、例えば液晶表
示装置、光電管表示装置等の表示装置34に入力され、こ
の信号S3に基づいて上記波長λの値が表示される。
なお上記表示装置34は、適当な記録装置等に置き換えら
れてもよい。また本実施例においては、被測定光の波長
λを制御回路33が演算して求めるようになっているが、
このような演算は別途人手によって行なうようにしても
よい。つまり少なくとも、光検出器31が所定レベル以上
の光量を検出したときの表面弾性波周波数ｆが検出され
るようになっていれば、被測定光の波長λを求めること
ができる。
れてもよい。また本実施例においては、被測定光の波長
λを制御回路33が演算して求めるようになっているが、
このような演算は別途人手によって行なうようにしても
よい。つまり少なくとも、光検出器31が所定レベル以上
の光量を検出したときの表面弾性波周波数ｆが検出され
るようになっていれば、被測定光の波長λを求めること
ができる。
ここで、本発明の光スペクトラムアナライザーは、被測
定光が互いに波長が極めて近接した複数のスペクトル成
分からなる場合でも、各スペクトル成分を高分解能で測
定可能となっている。以下、この点について詳述する。
例えば被測定光が、互いに近接した波長λ１、λ２、λ
３（λ１＜λ２＜λ３）のスペクトル成分からなるもの
とする。そして第４図に示すように、中間の波長λ２の
導波光と表面弾性波15との間でブラッグ条件が満たさ
れ、 の方向に回折光が出射するものとする。このとき波長λ
１およびλ３の導波光も、表面弾性波15に対して、完全
では無いがほぼブラッグ条件を満たす状態となる。した
がってこれらの波長λ１およびλ３の導波光も表面弾性
波15によって回折され、光導波路12から出射する。しか
しこれらの光の回折角は、波長λ２の光の回折角とは異
なり、第４図に示すようにそれぞれベクトルk4、ベクト
ルk5の方向となる（なお第４図においてG1、G3がそれぞ
れ、波長λ１、λ３の導波光の波数ベクトルの始点であ
る）。したがって光導波路12から出射した光ビームは、
各スペクトル成分毎に分離する。このようにしてピンホ
ール板30上で各スペクトル成分が完全に分離されれば、
前記交番電圧の周波数が掃引されるとき、ピンホール板
30上を３つのビームスポットが移動し、各波長の光は順
次個別にピンホール30aを通過する。
定光が互いに波長が極めて近接した複数のスペクトル成
分からなる場合でも、各スペクトル成分を高分解能で測
定可能となっている。以下、この点について詳述する。
例えば被測定光が、互いに近接した波長λ１、λ２、λ
３（λ１＜λ２＜λ３）のスペクトル成分からなるもの
とする。そして第４図に示すように、中間の波長λ２の
導波光と表面弾性波15との間でブラッグ条件が満たさ
れ、 の方向に回折光が出射するものとする。このとき波長λ
１およびλ３の導波光も、表面弾性波15に対して、完全
では無いがほぼブラッグ条件を満たす状態となる。した
がってこれらの波長λ１およびλ３の導波光も表面弾性
波15によって回折され、光導波路12から出射する。しか
しこれらの光の回折角は、波長λ２の光の回折角とは異
なり、第４図に示すようにそれぞれベクトルk4、ベクト
ルk5の方向となる（なお第４図においてG1、G3がそれぞ
れ、波長λ１、λ３の導波光の波数ベクトルの始点であ
る）。したがって光導波路12から出射した光ビームは、
各スペクトル成分毎に分離する。このようにしてピンホ
ール板30上で各スペクトル成分が完全に分離されれば、
前記交番電圧の周波数が掃引されるとき、ピンホール板
30上を３つのビームスポットが移動し、各波長の光は順
次個別にピンホール30aを通過する。
したがって、光検出器31が検出する光量と、上記交番電
圧周波数すなわち表面弾性波周波数の関係は、第５図図
示のようなものとなる。つまり、波長λ１、λ２、λ３
の各スペクトル成分は、それぞれ表面弾性波周波数が
f1、f2、f3のときに個別に検出される。これらの表面弾
性波周波数f1、f2、f3が検出されれば、波長λ１、
λ２、λ３は前述と同様にして求められうる。
圧周波数すなわち表面弾性波周波数の関係は、第５図図
示のようなものとなる。つまり、波長λ１、λ２、λ３
の各スペクトル成分は、それぞれ表面弾性波周波数が
f1、f2、f3のときに個別に検出される。これらの表面弾
性波周波数f1、f2、f3が検出されれば、波長λ１、
λ２、λ３は前述と同様にして求められうる。
なお上の説明から明らかなように、ピンホール板30は回
折角の違いによる光の広がりを制限する方向に光を絞れ
ばよいものであるから、上記方向と直交する方向に延び
るスリットを有するスリット板に置き換えられてもよ
い。
折角の違いによる光の広がりを制限する方向に光を絞れ
ばよいものであるから、上記方向と直交する方向に延び
るスリットを有するスリット板に置き換えられてもよ
い。
次に第６、７および８図を参照して本発明の第２実施例
について説明する。なおこれら第６〜８図において、既
に説明したものと同じ要素等については同符号を付して
あり、それらについての説明は特に必要の無い限り省略
する。第６図および第７図に示されるように本実施例の
光スペクトラムアナライザー50においては光導波路12
に、前記チャープIDT17に加えて第２のチャープIDT18が
設けられている。このチャープIDT18は第２の表面弾性
波16を発生させるものであり、この表面弾性波16は、第
１の表面弾性波15によって回折、偏向した導波光L2を、
該偏向をさらに増幅させる方向に回折、偏向させる。本
例において第１および第２のチャープIDT17、18には、
高周波アンプ19から互いに等しい周波数の掃引交番電圧
が印加されるようになっている。したがって第１および
第２の表面弾性波15、16の周波数は、常に互いに等しい
値を保って連続的に変化する。
について説明する。なおこれら第６〜８図において、既
に説明したものと同じ要素等については同符号を付して
あり、それらについての説明は特に必要の無い限り省略
する。第６図および第７図に示されるように本実施例の
光スペクトラムアナライザー50においては光導波路12
に、前記チャープIDT17に加えて第２のチャープIDT18が
設けられている。このチャープIDT18は第２の表面弾性
波16を発生させるものであり、この表面弾性波16は、第
１の表面弾性波15によって回折、偏向した導波光L2を、
該偏向をさらに増幅させる方向に回折、偏向させる。本
例において第１および第２のチャープIDT17、18には、
高周波アンプ19から互いに等しい周波数の掃引交番電圧
が印加されるようになっている。したがって第１および
第２の表面弾性波15、16の周波数は、常に互いに等しい
値を保って連続的に変化する。
この場合、導波光L1、第１の表面弾性波15によって回折
した後の導波光L2、第２の表面弾性波16によって回折し
た後の導波光L3の波数ベクトルを各々 とし、第１、第２の表面弾性波15、16の端数ベクトルを とすると、上記２回の回折が行なわれるときは、 である。そして第１の表面弾性波15に対する導波光L1の
入射角と、第２の表面弾性波16に対する導波光L2の入射
角とが互いにθで等しくなるようにチャープIDT17、18
を配置しておけば、この場合も第１および第２の表面弾
性波15、16の周波数ｆ、すなわちIDT17、18に印加され
る交番電圧の周波数の値に基づいて被測定光Ｌの波長λ
を求めることができる。
した後の導波光L2、第２の表面弾性波16によって回折し
た後の導波光L3の波数ベクトルを各々 とし、第１、第２の表面弾性波15、16の端数ベクトルを とすると、上記２回の回折が行なわれるときは、 である。そして第１の表面弾性波15に対する導波光L1の
入射角と、第２の表面弾性波16に対する導波光L2の入射
角とが互いにθで等しくなるようにチャープIDT17、18
を配置しておけば、この場合も第１および第２の表面弾
性波15、16の周波数ｆ、すなわちIDT17、18に印加され
る交番電圧の周波数の値に基づいて被測定光Ｌの波長λ
を求めることができる。
本例のおいても前述したような基準導波光と基準表面弾
性波（本列では互いに等しい周波数の第１、第２の２つ
の基準表面弾性波を用いる）を用いるのであれば、前記
（３）式に基づいて被測定光の波長λを求めることがで
きる。つまり第８図において、基準導波光の波数ベクト
ルを▲▼、第１の基準表面弾性波の波数ベクトルを
▲▼、この第１の基準表面弾性波により回折された
基準導波光の波数ベクトルを▲▼、第２の基準表面
弾性波の波数ベクトルを▲▼、この第２の基準表面
弾性波により回折された基準導波光の波数ベクトルを▲
▼とすると、この場合も ΔOPG∽ΔSPR であるから、結局前記（３）式が成立する。
性波（本列では互いに等しい周波数の第１、第２の２つ
の基準表面弾性波を用いる）を用いるのであれば、前記
（３）式に基づいて被測定光の波長λを求めることがで
きる。つまり第８図において、基準導波光の波数ベクト
ルを▲▼、第１の基準表面弾性波の波数ベクトルを
▲▼、この第１の基準表面弾性波により回折された
基準導波光の波数ベクトルを▲▼、第２の基準表面
弾性波の波数ベクトルを▲▼、この第２の基準表面
弾性波により回折された基準導波光の波数ベクトルを▲
▼とすると、この場合も ΔOPG∽ΔSPR であるから、結局前記（３）式が成立する。
ただし本例では、導波光L1に対する２回回折後の導波光
L3の偏向角δは、導波光L1の第１の表面弾性波15への入
射角をθとすると４θとなる。これは前記第１実施例に
おける偏向角δ＝２θの２倍であり、そのため本実施例
においては、スペクトル分析の分解能が第１実施例にお
けるよりも高められうる。以下、この点について詳述す
る。
L3の偏向角δは、導波光L1の第１の表面弾性波15への入
射角をθとすると４θとなる。これは前記第１実施例に
おける偏向角δ＝２θの２倍であり、そのため本実施例
においては、スペクトル分析の分解能が第１実施例にお
けるよりも高められうる。以下、この点について詳述す
る。
例えば第４図において、 とがなす角度は、 がなす角度が大きいほど、つまり表面弾性波による導波
光の回折角が大きいほど大となる。すなわち、光導波路
12から同時に出射する何本かの光ビームの出射角の差
は、導波光の偏向角δが大きいほど大となり、各光ビー
ムは前述のピンホール板30上で、より大きな間隔をおい
て分離するようになる。そのようになれば、より近接し
た波長のスペクトル成分を分離可能となるので、結局偏
向角δが大きいほどスペクトル分析の分解能が向上する
ことになる。以下、具体的に数値例を挙げて説明する。
２回回折の場合の偏向角δは前述の通り４θであるか
ら、前記（１）式より、 である。したがって微小な波長の変化量Δλに対する偏
向角の変化量Δδは大略、 となる。ここでＸカットのLiNbO3からなる光導波路12を
考えてNe＝2.2、ｖ＝3463m/s、またｆ＝1.5GHz、そして
回折点から前記ピンホール板30までの距離ｌ＝90mmとす
ると、入射光ビーム径Ｄ＝15mmのときピンホール上で10
μｍのビームスポットを形成し、ピンホール板30上での
ビームスポットの分離量は大略ｌ・Δδで、 ｌ・Δδ＝35,400×Δλ となり、空気中では ｌ・Δδ＝2.2×35,400×Δλ ＝77,880×Δλ となる。このビームスポット分離量ｌ・Δδは、最小で
ビームスポット径だけ確保されれば、２つの光ビームを
分離して検出可能となる。したがって、前記光ビーム出
射用FGC14により光ビームL4が例えば光通信用ファイバ
ーのコア径と等しい10μｍのスポット径に絞られるとす
ると、 77,800×Δλ＝10μｍ であれば、波長差がΔλの２つの光ビームを分離して検
出可能となる。上記式を解くと、Δλは約0.13nmとな
る。つまりこの第２実施例装置は、約0.1nm単位でスペ
クトル分析を行なうことができる。
光の回折角が大きいほど大となる。すなわち、光導波路
12から同時に出射する何本かの光ビームの出射角の差
は、導波光の偏向角δが大きいほど大となり、各光ビー
ムは前述のピンホール板30上で、より大きな間隔をおい
て分離するようになる。そのようになれば、より近接し
た波長のスペクトル成分を分離可能となるので、結局偏
向角δが大きいほどスペクトル分析の分解能が向上する
ことになる。以下、具体的に数値例を挙げて説明する。
２回回折の場合の偏向角δは前述の通り４θであるか
ら、前記（１）式より、 である。したがって微小な波長の変化量Δλに対する偏
向角の変化量Δδは大略、 となる。ここでＸカットのLiNbO3からなる光導波路12を
考えてNe＝2.2、ｖ＝3463m/s、またｆ＝1.5GHz、そして
回折点から前記ピンホール板30までの距離ｌ＝90mmとす
ると、入射光ビーム径Ｄ＝15mmのときピンホール上で10
μｍのビームスポットを形成し、ピンホール板30上での
ビームスポットの分離量は大略ｌ・Δδで、 ｌ・Δδ＝35,400×Δλ となり、空気中では ｌ・Δδ＝2.2×35,400×Δλ ＝77,880×Δλ となる。このビームスポット分離量ｌ・Δδは、最小で
ビームスポット径だけ確保されれば、２つの光ビームを
分離して検出可能となる。したがって、前記光ビーム出
射用FGC14により光ビームL4が例えば光通信用ファイバ
ーのコア径と等しい10μｍのスポット径に絞られるとす
ると、 77,800×Δλ＝10μｍ であれば、波長差がΔλの２つの光ビームを分離して検
出可能となる。上記式を解くと、Δλは約0.13nmとな
る。つまりこの第２実施例装置は、約0.1nm単位でスペ
クトル分析を行なうことができる。
またこの光スペクトラムアナライザーを、例えば半導体
レーザの光スペクトル分析用に形成する場合は、上記Δ
λは通常数nm程度であり、Δλ＝100nmを想定すれば十
分であるから、上述のように表面弾性波周波数を1.5GHz
程度とするならば、その帯域は50〜100MHz程度確保すれ
ばよい。
レーザの光スペクトル分析用に形成する場合は、上記Δ
λは通常数nm程度であり、Δλ＝100nmを想定すれば十
分であるから、上述のように表面弾性波周波数を1.5GHz
程度とするならば、その帯域は50〜100MHz程度確保すれ
ばよい。
なお以上説明した第２実施例装置においては、第１およ
び第２の表面弾性波15、16の周波数が常に等しくなるよ
うにされているが、これら第１および第２の表面弾性波
15、16の周波数は、常に等しい比を保って相異なる値を
とるようにされてもよい。
び第２の表面弾性波15、16の周波数が常に等しくなるよ
うにされているが、これら第１および第２の表面弾性波
15、16の周波数は、常に等しい比を保って相異なる値を
とるようにされてもよい。
また被測定光である導波光を、３つ以上の表面弾性波に
よって３回以上回折させるようにしても構わない。先に
述べた通り、導波光の偏向角δが大きいほどスペクトル
分析の分解能が向上するから、このように多数回の回折
を行なえば、表面弾性波の周波数をさほど上げずにスペ
クトル分析の分解能を高めることができて好ましい。
よって３回以上回折させるようにしても構わない。先に
述べた通り、導波光の偏向角δが大きいほどスペクトル
分析の分解能が向上するから、このように多数回の回折
を行なえば、表面弾性波の周波数をさほど上げずにスペ
クトル分析の分解能を高めることができて好ましい。
（発明の効果） 以上詳細に説明した通り、本発明の光スペクトラムアナ
ライザーによれば、高分解能で光スペクトルを分析可能
となる。しかも本発明の光スペクトラムアナライザー
は、光導波路に被測定光を入射させ、表面弾性波によっ
て被測定光を回折させる構造となっているので、小型軽
量に形成され、その上機械的な作動部分を備えないの
で、耐久性、信頼性も高いものとなる。
ライザーによれば、高分解能で光スペクトルを分析可能
となる。しかも本発明の光スペクトラムアナライザー
は、光導波路に被測定光を入射させ、表面弾性波によっ
て被測定光を回折させる構造となっているので、小型軽
量に形成され、その上機械的な作動部分を備えないの
で、耐久性、信頼性も高いものとなる。
第１図は本発明の第１実施例装置を示す概略斜視図、 第２図は上記第１実施例装置の一部を拡大して示す平面
図、 第３図は上記第１実施例装置における光ビーム偏向を説
明する説明図、 第４図は本発明装置における光スペクトルの分離を説明
する説明図、 第５図は本発明装置における検出光量と、表面弾性周波
数の関係を示すグラフ、 第６図は本発明の第２実施例装置を示す概略斜視図、 第７図は上記第２実施例装置の一部を拡大して示す平面
図、 第８図は上記第２実施例装置における光ビーム偏向を説
明する説明図である。 10、50……光スペクトラムアナライザー、 11……基板、12……光導波路 13……導波路レンズ、14……光ビーム出射用FGC 15……第１の表面弾性波、16……第２の表面弾性波 17……第１のチャープIDT 18……第２のチャープIDT 19……高周波アンプ、20……スイーパー 21……光源、30……ピンホール板 30a……ピンホール、31……光検出器 32……サンプリング回路、33……制御回路 34……表示装置 L1……第１の表面弾性波に入射する前の導波光 L2……第１の表面弾性波を通過した導波光 L3……第２の表面弾性波を通過した導波光
図、 第３図は上記第１実施例装置における光ビーム偏向を説
明する説明図、 第４図は本発明装置における光スペクトルの分離を説明
する説明図、 第５図は本発明装置における検出光量と、表面弾性周波
数の関係を示すグラフ、 第６図は本発明の第２実施例装置を示す概略斜視図、 第７図は上記第２実施例装置の一部を拡大して示す平面
図、 第８図は上記第２実施例装置における光ビーム偏向を説
明する説明図である。 10、50……光スペクトラムアナライザー、 11……基板、12……光導波路 13……導波路レンズ、14……光ビーム出射用FGC 15……第１の表面弾性波、16……第２の表面弾性波 17……第１のチャープIDT 18……第２のチャープIDT 19……高周波アンプ、20……スイーパー 21……光源、30……ピンホール板 30a……ピンホール、31……光検出器 32……サンプリング回路、33……制御回路 34……表示装置 L1……第１の表面弾性波に入射する前の導波光 L2……第１の表面弾性波を通過した導波光 L3……第２の表面弾性波を通過した導波光
Claims (3)
- 【請求項１】表面弾性波が伝播可能な材料から形成され
た光導波路と、 この光導波路内に入射されて該光導波路内を進行する被
測定光としての導波光の光路に交わる方向に進行して、
該導波光を回折、偏向させる連続的に周波数が変化する
表面弾性波をこの光導波路において発生させる表面弾性
波発生手段と、 前記表面弾性波によって偏向されて光導波路外に出射し
た前記被測定光を検出する光検出手段と、 この光検出手段の前側に配され、少なくとも回折角の違
いによる光の広がりを制限する方向に光を絞る開口板
と、 前記光検出手段が前記被測定光を検出したときの前記表
面弾性波の周波数を検出する周波数検出手段からなる光
スペクトラムアナライザー。 - 【請求項２】前記表面弾性波発生手段が、前記導波光を
回折、偏向させる第１の表面弾性波を前記光導波路にお
いて発生させる第１の表面弾性波発生手段と、 回折された前記導波光の光路に交わる方向に進行して該
導波光を、前記回折による偏向をさらに増幅させる方向
に回折、偏向させる第２の表面弾性波を前記光導波路に
おいて発生させる第２の表面弾性波発生手段とからなる
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光スペク
トラムアナライザー。 - 【請求項３】前記表面弾性波発生手段が、電極指間隔が
段階的に変化するチャープ交叉くし形電極対と、該電極
対に周波数が連続的に変化する交番電圧を印加するドラ
イバーとからなることを特徴とする特許請求の範囲第２
項記載の光スペクトラムアナライザー。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62180779A JPH0781911B2 (ja) | 1987-07-20 | 1987-07-20 | 光スペクトラムアナライザ− |
| US07/221,970 US4900113A (en) | 1987-07-20 | 1988-07-20 | Optical spectrum analyzer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62180779A JPH0781911B2 (ja) | 1987-07-20 | 1987-07-20 | 光スペクトラムアナライザ− |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6425015A JPS6425015A (en) | 1989-01-27 |
| JPH0781911B2 true JPH0781911B2 (ja) | 1995-09-06 |
Family
ID=16089183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62180779A Expired - Lifetime JPH0781911B2 (ja) | 1987-07-20 | 1987-07-20 | 光スペクトラムアナライザ− |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4900113A (ja) |
| JP (1) | JPH0781911B2 (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0816747B2 (ja) * | 1988-07-19 | 1996-02-21 | 富士写真フイルム株式会社 | 光スペクトラムアナライザー |
| JPH02188729A (ja) * | 1989-01-17 | 1990-07-24 | Sharp Corp | 光学素子の回析格子製造方法 |
| US4969742A (en) * | 1989-06-27 | 1990-11-13 | The Boeing Company | Integrated optic wavemeter |
| JPH03179327A (ja) * | 1989-09-25 | 1991-08-05 | Fuji Photo Film Co Ltd | 導波路型音響光学素子 |
| GB9000968D0 (en) * | 1990-01-16 | 1990-03-14 | British Telecomm | Optical attenuator |
| US5128798A (en) * | 1991-02-07 | 1992-07-07 | International Business Machines Corporation | Addressable wedge etalon filter |
| FR2682477B1 (fr) * | 1991-10-11 | 1994-04-15 | Thomson Csf | Spectrometre. |
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| JP2920738B2 (ja) * | 1995-06-15 | 1999-07-19 | 株式会社村田製作所 | 音響光学偏向素子 |
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Also Published As
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