(57)【要約】【課題】高い測定精度で安定して測定できる吸光分析装置を提供する。【解決手段】第１光カプラ１８と光検出器２０との間に負帰還増幅型半導体光増幅器３４が備えられ、その負帰還増幅型半導体光増幅器３４は、第１入力光Ｌinを負帰還増幅することにより、制御光Ｌc と同じ波長λ２を有し、且つ第１入力光Ｌinの第１周囲光Ｌs1により強度変調された出力光Ｌout を光検出器２０へ出力することから、その光検出器２０に検出される光( 信号) は、負帰還増幅によって波形の歪みが少なくＳ／Ｎ比が高められたものとなる。光導波器１４の閉鎖系伝播経路内での発振がなく、安定した吸光分析が可能となる。パルス状レーザ光Ｌの光強度が時間経過に伴って減衰する減衰波形のＳ／Ｎ比が高くその波形に含まれるノイズが少なくなることから、減衰曲線の減衰に対する測定精度が十分に得られる。【選択図】図１
2010185726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定波長のパルス状レーザ光を出力するレーザ光源と、周回または往復させることによって光を繰り返し伝播させる閉鎖系伝播経路を有する光導波器と、該光導波器の閉鎖系伝播経路に設けられ、前記レーザ光源と該光導波器とを光学的に結合して該レーザ光源から出力されるパルス状レーザ光を該光導波器の閉鎖系伝播経路内に入力し、且つ該閉鎖系伝播経路内を繰り返し伝播するパルス状レーザ光の一部を取り出す光カプラ装置と、該光カプラ装置により前記光導波器の閉鎖系伝播経路内から取り出された前記パルス状レーザ光の一部を検出する光検出器と、試料を収容した状態で前記光導波器の閉鎖系伝播経路に設けられ、該光導波器の閉鎖系伝播経路内において該試料を通して前記パルス状レーザ光を繰り返し伝播させる試料収容装置とを備え、前記光検出器により検出される前記パルス状レーザ光の一部の強度の減衰率に基づいて前記試料を分析する吸光分析装置であって、
前記光カプラ装置から取り出された前記光導波器内を伝播するパルス状レーザ光の一部を入力光として受けて、該入力光が負帰還増幅された出力光を前記光検出器へ出力する負帰還増幅型半導体光増幅器を、前記光カプラ装置と前記光検出器との間に備えることを特徴とする吸光分析装置。
【請求項２】
前記負帰還増幅型半導体光増幅器は、
前記所定波長のパルス状レーザ光の一部である前記第１入力光を増幅して出力すると共に、該パルス状レーザ光の強度に対して強度反転した該パルス状レーザ光の波長以外の第１周囲光を放射する第１半導体光増幅素子と、
該第１半導体光増幅素子から出力される光から前記第１周囲光の全部または一部を選択する第１波長選択素子と、
該第１波長選択素子により選択された前記第１周囲光の全部または一部と、前記光カプラ装置により前記光導波器の閉鎖系伝播経路から取り出されたパルス状レーザ光の一部である第２入力光とが入力され、該第２入力光の波長を有し、且つ該第１入力光の周囲光により強度変調された出力光を出力する第２半導体光増幅素子と、
前記第２半導体光増幅素子から出力側へ放射される光のうち、前記第２入力光の波長の光を透過させるが、該第２入力光の波長とは異なる波長に光を反射して該第２半導体光増幅素子へ入射させる第２負帰還増幅用波長選択性反射素子と
を、含むことを特徴とする請求項１の吸光分析装置。
【請求項３】
前記第２負帰還増幅用波長選択性反射素子は、前記第２半導体光増幅素子の出力側に光学的に結合された出力側光ファイバの端部に設けられ、該第２半導体光増幅素子から放出される第２周囲光の全部または一部を反射して該第２半導体光増幅素子へ再入射させる第２光ファイバグレーティング部である
ことを特徴とする請求項２の吸光分析装置。
【請求項４】
前記出力側光ファイバの前記第２光ファイバグレーティング部が設けられた前記第２半導体光増幅素子側の端部の端面には先球レンズが備えられ、該出力側光ファイバと該第２半導体光増幅素子との間は、該先球レンズを介して直接的に光学結合されていることを特徴とする請求項３の吸光分析装置。
【請求項５】
前記第２光ファイバグレーティング部は、前記出力光の波長の光を透過させ、前記第２半導体光増幅素子の増幅により生じた少なくとも３ｎｍ以上の帯域の増幅光に対して、前記出力光の波長よりも短波長側および／または長波長側の帯域の全部または一部の光を反射する反射特性を有し、かつ、前記第２半導体光増幅素子に対して所定の光路長ＬＬを隔てて近接して配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載の吸光分析装置。
【請求項６】
前記所定の光路長ＬＬは、前記第２半導体光増幅素子と前記第１光ファイバグレーティング部との間の光伝送路の屈折率をｎ、真空中の光速をｃ（ｍｍ／秒）、前記第２入力光のパルスの時間間隔をｔ（秒）としたとき、
ＬＬ≦（ｃ・ｔ）／（２０・ｎ）
であることを特徴とする請求項５に記載の吸光分析装置。
【請求項７】
前記負帰還増幅型半導体光増幅器は、
前記第１半導体光増幅素子の入力側に設けられ、該第１半導体光増幅素子へ入力される前記第１入力光は通過させるが、該第１半導体光増幅素子から入力側へ放出される前記第１周囲光の全部または一部を反射して該第１半導体光増幅素子へ再入力させる第１負帰還増幅用波長選択性反射素子を、含むことを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１の吸光分析装置。
【請求項８】
前記第１負帰還増幅用波長選択性反射素子は、前記第１半導体光増幅素子の入力側に光学的に結合された入力光ファイバの端部に設けられ、該第１半導体光増幅素子から放出される前記第１周囲光の全部または一部を反射して該第１半導体光増幅素子へ再入射させる第１光ファイバグレーティング部であることを特徴とする請求項７の吸光分析装置。
【請求項９】
前記第１光ファイバグレーティング部が設けられた前記入力光ファイバの前記第１半導体光増幅素子側の端部の端面には先球レンズがそれぞれ備えられ、該入力光ファイバと該第１半導体光増幅素子との間は、該先球レンズを介して直接的に光学結合されていることを特徴とする請求項８の吸光分析装置。
【請求項１０】
前記第１光ファイバグレーティング部は、前記第１入力光の第１波長の光を透過させ、前記第１半導体光増幅素子の増幅により生じた少なくとも３ｎｍ以上の帯域の増幅光に対して、前記第１入力光の波長よりも短波長側および／または長波長側の帯域の全部または一部の光を反射する反射特性を有し、かつ、前記第１半導体光増幅素子に対して所定の光路長ＬＬを隔てて近接して配置されていることを特徴とする請求項８または９に記載の吸光分析装置。
【請求項１１】
前記所定の光路長ＬＬは、前記第１半導体光増幅素子と前記第１光ファイバグレーティング部との間の光伝送路の屈折率をｎ、真空中の光速をｃ（ｍｍ／秒）、前記第１入力光のパルスの時間間隔をｔ（秒）としたとき、
ＬＬ≦（ｃ・ｔ）／（２０・ｎ）
であることを特徴とする請求項１０に記載の吸光分析装置。
【請求項１２】
前記負帰還増幅型半導体光増幅器は、
前記光カプラ装置により前記光導波器の閉鎖系伝播経路から取り出されたパルス状レーザ光の一部が第２入力光として入力され、該第２入力光の波長を有する負帰還増幅された出力光を出力する第２半導体光増幅素子と、
前記第２半導体光増幅素子から出力側へ放射される光のうち、前記第２入力光の波長の光を透過させるが、該第２入力光の波長とは異なる波長に光を反射して該第２半導体光増幅素子へ入射させる第２負帰還増幅用波長選択性反射素子と
を、含むことを特徴とする請求項１の吸光分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負帰還増幅機能を有する半導体光増幅器を用いた吸光分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光透過性を有する物質の吸光特性を利用して試料を分析する装置として、所謂キャビティリングダウン法を用いた光分析装置が知られている。この光分析装置では、閉鎖系に構成された伝播経路内にたとえば数十ｋＨｚ程度の周波数のパルス状であって所定波長のレーザ光を環状の伝播経路内に周回させ或いはミラー間に設けられた直線状の伝播経路内で往復させ、試料を充填したセルをその閉鎖系伝播経路に介挿したとき、その光伝播経路内を伝播するパルス状レーザ光の強度が時間経過に伴って減衰する減衰波形が光検出器を用いて検出され、その減衰波形のリングダウンタイム或いは減衰率が求められ、予め設定された関係からそのリングダウンタイム或いは減衰率に基づいて試料の数密度或いは吸光率が測定される。この試料の数密度或いは吸光率に基づいて、試料中に含まれる物質を特定したり、その物質の定量をしたりすることが行われるようになっている。たとえば、特許文献１、特許文献２に記載された吸光分析装置がそれである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３３３３３７号公報
【特許文献２】特開２００７−０９３５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記パルス状レーザ光の光強度の減衰率を測定するに際しては、光検出器を用いて観測される、そのパルス状レーザ光の光強度が時間経過に伴って減衰する減衰波形にノイズが混入し易く、Ｓ／Ｎ比が低い。このため、そのような減衰波形信号からパルス状レーザ光の光強度が１／ｅまで減衰するまでの時間であるリングダウンタイムが短くしかも正確に得られないし、或いは、減衰率も同様に正確に得られないので、測定精度が十分に得られなかった。
【０００５】
これに対して、上記特許文献２の段落００３３に記載されているように、閉鎖系伝播経路内或いは外に光増幅器を介挿することによりその光伝播経路内を伝播するレーザ光の強度を高めて、光検出器により検出される信号の強度を高めることが提案されている。しかしながら、このような構成によれば、ノイズも増幅されることから信号のＳ／Ｎ比が十分に改善されず、しかも上記閉鎖系伝播経路内でレーザ光が発振し易く、測定が不能となるか或いは不安定となる場合もあった。
【０００６】
本発明は以上の事情を背景としてなされたものであり、その目的とするところは、高い測定精度で安定して測定できる吸光分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者等は、以上の事情を背景として種々検討を重ねた結果、光検出器により検出される光、すなわち前記閉鎖系伝播経路内から取り出された光伝播経路内の光の一部を負帰還増幅機能を有する光増幅器を用いて増幅すると、Ｓ／Ｎ比が高く改善されると同時に、上記閉鎖系伝播経路内での発振がなく、高精度で安定した吸光分析が可能となるという事実を見いだした。本発明は係る知見に基づいて為されたものである。
【０００８】
すなわち、前記目的を達成するための請求項１にかかる発明は、(a) 所定波長のパルス状レーザ光を出力するレーザ光源と、(b) 周回または往復させることによって光を繰り返し伝播させる閉鎖系伝播経路を有する光導波器と、(c) その光導波器の閉鎖系伝播経路に設けられ、前記レーザ光源とその光導波器とを光学的に結合してそのレーザ光源から出力されるパルス状レーザ光をその光導波器の閉鎖系伝播経路内に入力し、且つその閉鎖系伝播経路内を繰り返し伝播するパルス状レーザ光の一部を取り出す光カプラ装置と、(d) その光カプラ装置により前記光導波器の閉鎖系伝播経路内から取り出された前記パルス状レーザ光の一部を検出する光検出器と、(e) 試料を収容した状態で前記光導波器の閉鎖系伝播経路に設けられ、その光導波器の閉鎖系伝播経路内においてその試料を通して前記パルス状レーザ光を繰り返し伝播させる試料収容装置とを備え、前記光検出器により検出される前記パルス状レーザ光の一部の強度の減衰率に基づいて前記試料を分析する吸光分析装置であって、(f) 前記光カプラ装置から取り出された前記光導波器内を伝播するパルス状レーザ光の一部を入力光として受けて、該入力光が負帰還増幅された出力光を前記光検出器へ出力する負帰還増幅型半導体光増幅器を、前記光カプラ装置と前記光検出器との間に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に係る発明の吸光分析装置によれば、前記光カプラ装置と前記光検出器との間に負帰還増幅型半導体光増幅器が備えられ、その負帰還増幅型半導体光増幅器は、前記光カプラ装置から取り出された前記光導波器内を伝播するパルス状レーザ光の一部を入力光として受けて、該入力光が負帰還増幅された出力光を前記光検出器へ出力することから、その光検出器に検出される光は、負帰還増幅によって波形の歪みが少なくＳ／Ｎ比が高められたものとなる。このため、上記閉鎖系伝播経路内での発振がなく、安定した吸光分析が可能となる。しかも、パルス状レーザ光の光強度が時間経過に伴って減衰する観測波形のＳ／Ｎ比が高くその波形に含まれるノイズが少なくなることから、そのような信号からパルス状レーザ光の光強度が減衰するまでの時間すなわちリングダウンタイムが長くしかも正確に得られるようになるので、減衰曲線の減衰に対する測定精度が十分に得られる。
【００１０】
ここで、好適には、前記吸光分析装置において、前記負帰還増幅型半導体光増幅器は、前記光カプラ装置により取り出されたパルス状レーザ光の一部を第１入力光として受けるとともに、前記光カプラ装置から取り出された前記光導波器内を伝播する前記パルス状レーザ光の一部を第２入力光として受けて、負帰還増幅することにより、該第２入力光と同じ波長を有し、且つ該第１入力光の周囲光により強度変調された出力光を前記光検出器へ出力するものである。このようにすれば、光検出器に検出される光は、負帰還増幅によって波形の歪みが少なくＳ／Ｎ比が高められたものとなるので、上記閉鎖系伝播経路内での発振がなく、安定した吸光分析が可能となる。しかも、パルス状レーザ光の光強度が時間経過に伴って減衰する観測波形のＳ／Ｎ比が高くその波形に含まれるノイズが少なくなることから、そのような信号からパルス状レーザ光の光強度が減衰するまでの時間すなわちリングダウンタイムが長くしかも正確に得られるようになるので、減衰曲線の減衰に対する測定精度が十分に得られる。
【００１１】
また、好適には、前記吸光分析装置において、前記負帰還増幅型半導体光増幅器は、前記所定波長のパルス状レーザ光の一部である前記第１入力光を増幅して出力すると共に、そのパルス状レーザ光の強度に対して強度反転したそのパルス状レーザ光の波長以外の第１周囲光を放射する第１半導体光増幅素子と、その第１半導体光増幅素子から出力される光から前記第１周囲光の全部または一部を選択する第１波長選択素子と、その第１波長選択素子により選択された前記第１周囲光の全部または一部と、前記光カプラ装置により前記光導波器の閉鎖系伝播経路から取り出されたパルス状レーザ光の一部である第２入力光とが入力され、その第２入力光の波長を有し、且つその第１入力光の周囲光により強度変調された出力光を出力する第２半導体光増幅素子と、前記第２半導体光増幅素子から出力側へ放射される光のうち、前記第２入力光の波長の光を透過させるが、その第２入力光の波長とは異なる波長に光を反射してその第２半導体光増幅素子へ入射させる第２負帰還増幅用波長選択性反射素子とを、含む。このようにすれば、第２半導体光増幅素子から出力側へ放射される光のうちその第２入力光の波長とは異なる波長に光が第２負帰還増幅用波長選択性反射素子により反射されることによりその第２半導体光増幅素子へ再び入射させられて負帰還増幅作用が発生させられるので、前記光検出器に検出される光( 信号光) は、負帰還増幅によってＳ／Ｎ比が高められたものとなる。
【００１２】
また、好適には、前記吸光分析装置において、前記第２負帰還増幅用波長選択性反射素子は、前記第２半導体光増幅素子の出力側に光学的に結合された出力側光ファイバの端部に設けられ、その第２半導体光増幅素子から放出される第２周囲光の全部または一部を反射してその第２半導体光増幅素子へ再入射させる第２光ファイバグレーティング部である。このようにすれば、第２負帰還増幅用波長選択性反射素子が出力側光ファイバの端部内に設けられて小型化されるので、吸光分析装置が小型化される。
【００１３】
また、好適には、前記吸光分析装置において、出力側光ファイバの前記第２光ファイバグレーティング部が設けられた前記第２半導体光増幅素子側の端部の端面には先球レンズが備えられ、その出力側光ファイバとその第２半導体光増幅素子との間は、その先球レンズを介して直接的に光学結合される。このようにすれば、光学結合の為のレンズなどの光学部品を必要としないので、結合構造が簡単且つ小型となり、吸光分析装置が小型化される。
【００１４】
また、好適には、前記吸光分析装置において、前記第２光ファイバグレーティング部は、前記出力光の波長の光を透過させ、前記第２半導体光増幅素子の増幅により生じた少なくとも３ｎｍ以上の帯域の増幅光に対して、前記出力光の波長よりも短波長側および／または長波長側の帯域の全部または一部の光を反射する反射特性を有し、かつ、前記第２半導体光増幅素子に対して所定の光路長ＬＬを隔てて近接して配置される。このようにすれば、吸光分析装置が小型化される。
【００１５】
また、好適には、前記吸光分析装置において、前記所定の光路長ＬＬは、前記第２半導体光増幅素子と第１光ファイバグレーティング部との間の光伝送路の屈折率をｎ、真空中の光速をｃ（ｍｍ／秒）、前記第２入力光のパルスの時間間隔をｔ（秒）としたとき、ＬＬ≦（ｃ・ｔ）／（２０・ｎ）である。このようにすれば、第２半導体光増幅素子の高い応答性が得られる。したがって、第１光ファイバグレーティング部により反射された第２周囲光が第２半導体光増幅素子へ遅れなく速やかに再入力されるので、効果的に信号波形の歪みが低減されるとともに、高い変調度が得られる。
【００１６】
また、好適には、前記吸光分析装置において、前記負帰還増幅型半導体光増幅器は、前記第１半導体光増幅素子の入力側に設けられ、その第１半導体光増幅素子へ入力される前記第１入力光は通過させるが、その第１半導体光増幅素子から入力側へ放出される前記第１周囲光の全部または一部を反射してその第１半導体光増幅素子へ再入力させる第１負帰還増幅用波長選択性反射素子を、含む。このようにすれば、第１半導体光増幅幅素子においても負帰還作用が得られ、一層、波形の歪みが少なくＳ／Ｎ比が高められたものとなる。
【００１７】
また、好適には、前記吸光分析装置において、前記第１負帰還増幅用波長選択性反射素子は、前記第１半導体光増幅素子の入力側に光学的に結合された入力光ファイバの端部に設けられ、その第１半導体光増幅素子から放出される前記第１周囲光の全部または一部を反射してその第１半導体光増幅素子へ再入射させる第１光ファイバグレーティング部である。このようにすれば、第１負帰還増幅用波長選択性反射素子が出力光側ファイバ３９の端部内に設けられて小型化されるので、吸光分析装置が小型化される。
【００１８】
また、好適には、前記吸光分析装置において、前記第１光ファイバグレーティング部が設けられた前記入力光ファイバの前記第１半導体光増幅素子側の端部の端面には先球レンズがそれぞれ備えられ、その入力光ファイバとその第１半導体光増幅素子との間は、その先球レンズを介して直接的に光学結合される。このようにすれば、光学結合の為のレンズなどを部品を必要としないので、一層、結合構造が簡単且つ小型となり、吸光分析装置が小型化される。
【００１９】
また、好適には、前記吸光分析装置において、前記第１光ファイバグレーティング部は、前記第１入力光の第１波長の光を透過させ、前記第１半導体光増幅素子の増幅により生じた少なくとも３ｎｍ以上の帯域の増幅光に対して、前記第１入力光の波長よりも短波長側および／または長波長側の帯域の全部または一部の光を反射する反射特性を有し、かつ、前記第１半導体光増幅素子に対して所定の光路長ＬＬを隔てて近接して配置される。このようにすれば、一層、吸光分析装置が小型化される。
【００２０】
また、好適には、前記吸光分析装置において、前記所定の光路長ＬＬは、前記第１半導体光増幅素子と前記第１光ファイバグレーティング部との間の光伝送路の屈折率をｎ、真空中の光速をｃ（ｍｍ／秒）、前記第１入力光のパルスの時間間隔をｔ（秒）としたとき、ＬＬ≦（ｃ・ｔ）／（２０・ｎ）である。このようにすれば、第１半導体光増幅素子の高い応答性が得られる。したがって、第１光ファイバグレーティング部により反射された第１周囲光が第１半導体光増幅素子へ遅れなく速やかに再入力されるので、効果的に信号波形の歪みが低減されるとともに、高い変調度が得られる。
【００２１】
また、好適には、前記吸光分析装置において、前記前記負帰還増幅型半導体光増幅器は、前記光カプラ装置により前記光導波器の閉鎖系伝播経路から取り出されたパルス状レーザ光の一部が第２入力光として入力され、該第２入力光の波長を有する負帰還増幅された出力光を出力する第２半導体光増幅素子と、前記第２半導体光増幅素子から出力側へ放射される光のうち、前記第２入力光の波長の光を透過させるが、該第２入力光の波長とは異なる波長に光を反射して該第２半導体光増幅素子へ入射させる第２負帰還増幅用波長選択性反射素子とを、含む。このようにすれば、閉鎖系伝播経路内での発振がなく、安定した吸光分析が可能となるとともに、パルス状レーザ光の光強度が時間経過に伴って減衰する観測波形のＳ／Ｎ比が高くその波形に含まれるノイズが少なくなることから、そのような信号からパルス状レーザ光の光強度が減衰するまでの時間すなわちリングダウンタイムが長くしかも正確に得られるようになるので、減衰曲線の減衰に対する測定精度が十分に得られる。また、吸光分析装置が一層簡単に構成される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施例の吸光分析装置の基本的な構成例を説明する略図である。
【図２】図１のレーザ光源の構成例を説明する回路図である。
【図３】図１の第１光カプラの構成例の要部を説明する断面図である。
【図４】図１の試料収容装置の構成例の要部を説明する断面図である。
【図５】図１の負帰還増幅型半導体光増幅器の構成例の要部を説明する図である。
【図６】図５の第１半導体光増幅素子器または第２半導体光増幅素子の構成を説明する斜視図である。
【図７】図５の出力側光ファイバの端部に設けられた第２ファイバグレーティング部の構成例を説明する図である。
【図８】図５の第２光ファイバグレーティング部によって選択的に通過させられる増幅後の制御光Ｌc すなわち出力光Ｌout のスペクトルを示す図である。
【図９】図５の第２光ファイバグレーティング部によって選択的に反射される、第２周囲光Ｌs2のスペクトルを示す図である。
【図１０】図５の第２半導体光増幅素子を用いた実験において用いられた第１波長λ１の制御光（第２入力光）Ｌc の波形を示す図である。
【図１１】図５の第２半導体光増幅素子において図１０に示す入力光が入力されたときに光ファイバグレーティング部に反射されて再入力される周囲光を示す図である。
【図１２】図５の第２半導体光増幅素子において図１０に示す入力光が入力されたときに光ファイバグレーティング部により透過される出力光( 実線）を、負帰還のない場合の出力光( 点線) と対比して示す図である。
【図１３】図５の第２半導体光信号増幅素子のアイパターンの測定値を示す図である。
【図１４】図５の第２半導体光信号増幅素子において負帰還のない場合のアイパターンの測定値を示す図である。
【図１５】図１の吸光分析装置において、パルス状レーザ光が周回させられる閉鎖系伝播経路から取り出されるパルス状レーザ光の一部の減衰波形を示す模式図である。
【図１６】図１の吸光分析装置において、閉鎖系伝播経路から取り出されたパルス状レーザ光の一部の減衰波形を示す、観測図である。
【図１７】本発明の他の実施例( 実施例２) における負帰還増幅型半導体光増幅器の他の構成例の要部を説明する図である。
【図１８】本発明の他の実施例( 実施例３) における負帰還増幅型半導体光増幅器の他の構成例の要部を説明する図である。
【図１９】本発明の他の実施例( 実施例４) における負帰還増幅型半導体光増幅器の他の構成例の要部を説明する図である。
【図２０】本発明の他の実施例( 実施例５) における負帰還増幅型半導体光増幅器の他の構成例の要部を説明する図である。
【図２１】本発明の他の実施例( 実施例６) における負帰還増幅型半導体光増幅器の他の構成例の要部を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。尚、以下の説明に用いる図面において各部の寸法比等は必ずしも正確に描かれていない。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本発明の一実施例の吸光分析装置１０の構成の要部を示す略図である。図１において、吸光分析装置１０は、(a) 所定波長たとえば１５５１ｎｍの第１波長λ１を有するパルス状レーザ光Ｌを出力するレーザ光源１２と、(b) 周回させることによって光を繰り返し伝播させる環状の閉鎖系伝播経路を有する光導波器１４と、(c) その光導波器１４の環状の閉鎖系伝播経路に設けられ、レーザ光源１２と光導波器１４との間を光学的に結合してそのレーザ光源１２から出力されるパルス状レーザ光Ｌをその光導波器１４の閉鎖系伝播経路内に入力し、且つその閉鎖系伝播経路内を繰り返し伝播するパルス状レーザ光Ｌの一部を取り出す第１光カプラ１８と、(d) 第１光カプラ１８により光導波器１４の閉鎖系伝播経路内から取り出されたパルス状レーザ光Ｌの一部を検出する、ホトダイオード、ホトトランジスタなどの半導体ホトセルから成る光検出器２０と、(e) 試料２２を収容した状態で光導波器１４の環状の閉鎖系伝播経路に介在させられ、光導波器１４の環状の閉鎖系伝播経路内において試料２２を通してパルス状レーザ光Ｌを繰り返し伝播させる容器状の試料収容装置２４と、光検出器２０により検出されたパルス状レーザ光Ｌの一部の減衰波形の減衰状態を示すリングダウンタイムτ或いは減衰率ｋを算出し、そのリングダウンタイムτ或いは減衰率ｋに基づいて試料２２の数密度ｎ或いは吸光率Δｋを算出する演算装置２６と、その演算装置２６において算出された減衰曲線、吸光率Δｋなどを表示する表示装置２８とを備えている。第１光カプラ１８は、光導波器１４の閉鎖系伝播経路内を周回して繰り返し伝播するパルス状レーザ光Ｌの一部をたとえば９９：１の割合で取り出すように２０ｄＢの結合係数を備えている。
【００２５】
また、上記吸光分析装置１０では、パルス状レーザ光Ｌをレーザ光源１２から第１光カプラ１８へ導く光ファイバ３０においてたとえば５０：５０程度となるように所定の結合係数( ｄＢ）で光学的に結合するように設けられ、そのパルス状レーザ光Ｌの一部を取り出し、光ファイバ３２を介して負帰還増幅型半導体光増幅器３４へ第１入力光Ｌinとして入力させる第２光カプラ３６が設けられている。
【００２６】
負帰還増幅型半導体光増幅器３４は、図１に示すように、第１光カプラ１８および第２光カプラ３６と光検出器２０との間に介挿された状態で配置されている。負帰還増幅型半導体光増幅器３４は、第２光カプラ３６により分割されてレーザ光源１２から光導波器１４へ向かうパルス状レーザ光Ｌの一部を第１入力光Ｌinとして受けるとともに、光ファイバ３１を介して導かれた第１光カプラ１８から取り出された光導波器１４内を伝播するパルス状レーザ光Ｌの一部を第２入力光すなわち制御光Ｌc として受け、負帰還増幅することにより、制御光Ｌc と同じ波長を有し、且つその第１入力光( パルス信号光）Ｌinの第１周囲光Ｌs1により強度変調された出力光Ｌout を光検出器２０へ光ファイバ３９を介して出力する。
【００２７】
上記レーザ光源１２は、たとえば図２にも示すように、直流電源１２a と、たとえばＡｌＧａＡｓ系やＩｎＧａＡｓＰ系の化合物半導体が基板上にエピタキシャル成長させられることにより一対の反射層の間に発光層が介在した状態で構成されたレーザダイオードであって、その直流電源１２a から供給される駆動電流に従って一定波長λ１のレーザ光を出力するレーザダイオード１２b と、そのレーザダイオード１２b へ直流電源１２a から供給される駆動電流を開閉するための、トランジスタ、ＦＥＴなどの半導体スイッチング素子から成るドライバ１２c と、そのドライバ１２c を所定の周波数で開閉するための開閉制御信号を出力するパルスジェネレータ１２d とを備え、たとえば１５５１ｎｍの第１波長λ１を有し、２０乃至４０ｎｓのパルス幅と２７乃至９８ｋＨｚの周波数を有するパルス状レーザ光Ｌを出力する。
【００２８】
上記第１光カプラ１８および第２光カプラ３６は、たとえば光ファイバから成る互いに近接配置させられた一対の光導波路から同様に構成される。たとえば第１光カプラ１８は、図３に示すように、両端が光ファイバ３８に接続されることで光導波器１４の環状の閉鎖系伝播経路を構成する第１導波路１８a と、両端が光ファイバ３０および光ファイバ３１に接続された第２導波路１８b とが本体１８c 内において固定され且つ所定距離間相互に接近させられることにより所定割合で相互に光学的に結合された状態で本体１８c 内において固定されており、それら第１導波路１８a および第２導波路１８b との間で、光が分岐されるように構成されたものである。第１導波路１８a および第２導波路１８b との間の接近長さや相互間距離などに従って結合係数が決定されており、第１光カプラ１８では、たとえば１％（１：９９）の割合で取り出されるように結合係数が２０ｄＢに設定され、第２光カプラ３６では、５０％（５０：５０) の割合で取り出されるように結合係数が設定されている。
【００２９】
上記光導波器１４は、図１に示すように、光ファイバ３８を１回または複数回環状に周回させることにより構成され、この光ファイバ３８が、第１光カプラ１８の第１導波路１８a に直列接続されている。この環状の光ファイバ３８により、第１光カプラ１８を介して供給されたレーザ光源１２からのパルス状レーザ光Ｌがその光ファイバ３８によって導入されることによりそのパルス状レーザ光Ｌを同じ経路で繰り返し伝播させる環状の閉鎖系伝播経路が構成されている。
【００３０】
試料収容装置２４は、たとえば図４に示すように、試料２２を収容した状態で光導波器１４の環状の閉鎖系伝播経路に介在させられる容器２４ａと、この容器２４ａ内の試料２２を挟んで端面が対向する一対の光ファイバ２４b とを備え、閉鎖系伝播経路を構成する光ファイバ３８がその一対の光ファイバ２４b に直列接続されている。これにより、光導波器１４の環状の閉鎖系伝播経路内において容器２４ａ内に保持された試料２２を通してパルス状レーザ光Ｌが繰り返し伝播させられるようになっている。なお、上記試料収容装置２４は、光導波器１４の環状の閉鎖系伝播経路を構成する光ファイバ３８の一部において、その側面からコアを貫通した穴を設け、その穴内に試料２２が充填されるようにしたもので構成されてもよい。
【００３１】
負帰還増幅型半導体光増幅器３４は、光ファイバ３２を介して第１波長λ1 のパルス状レーザ光Ｌが第１入力光Ｌinとして入力されると、その第１入力光Ｌinの強度Ｉinに応じてその第１波長λ１以外の光すなわち第１波長λ１の第１周囲光Ｌs1の光強度増幅特性が変調され、その第１入力光Ｌinを増幅した光とその第１入力光Ｌinの強度Ｉinに対して強度反転したその第１波長λ１以外の光すなわち第１周囲光Ｌs1とを出力する第１半導体光増幅素子４０と、この第１半導体光増幅素子４０から出力される光を受けてその光のうちの第１波長λ１以外の光すなわち第１周囲光Ｌs1を反射により分離するとともに、その第１周囲光Ｌs1を光ファイバ３１を介して第２波長λ２の第２入力光である制御光Ｌc と合波して第２半導体光増幅素子４２へ出力する波長選択素子である第３光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ３と、その第３光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ３からの周囲光Ｌs1および第２波長λ２の第２入力光である制御光Ｌc の合波光が入力されると、相互利得変調により制御光Ｌc を第１入力光Ｌinの周囲光Ｌs1により変調し且つ増幅した出力光Ｌout とその制御光Ｌc の強度Ｉc に対して強度反転したその第２波長λ２以外の光すなわち第２周囲光Ｌs2とを出力する第２半導体光増幅素子４２と、光ファイバ３９に設けられ、その第２半導体光増幅素子４２からの光が導入されると、その光のうちの制御光Ｌc が増幅された第２波長λ２の出力光Ｌout を透過させるが、その光のうちの第２波長λ２以外の光すなわち第２周囲光Ｌs2を反射する第２光ファイバグレーティング部４６を有し、その反射光を上記第２半導体光増幅素子４２へ再入力させるための出力用光ファイバである第２光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２とを、備えた負帰還増幅型３端子光信号増幅器( 光トライオード) である。
【００３２】
なお、第２波長λ２および第１波長λ１は相互にその周囲光の波長帯に含まれる波長であるか、或いは、第２波長λ２および第１波長λ１は同一波長である。たとえば、第１波長λ１が１５５１ｎｍであるとき、第２波長λ２は第１周囲光Ｌs1の波長帯に含まれる波長、或いは同じ波長１５５１ｎｍに設定される。仮に、制御光Ｌc の第２波長λ２が１５４９ｎｍであれば、出力光Ｌout の波長は１５４９ｎｍとなり、制御光Ｌc の第２波長λ２が１５５１ｎｍであれば、出力光Ｌout の波長は１５５１ｎｍとなる。
【００３３】
上記第１半導体光増幅素子４０および第２半導体光増幅素子４２は、たとえば図６に示すチップ状の素子から互いに同様に構成されている。たとえば第２半導体光増幅素子４２は、化合物半導体たとえばインジウム燐ＩｎＰから構成される半導体基板４２ａと、その上にエピタキシャル成長させられたIII-V 族混晶半導体から成り、ホトリソグラフィーにより所定幅に形成された相対的に屈折率の高い多層膜から成る光導波路４２ｂと、その光導波路４２ｂ内の多層膜の一部を構成するｐｎ接合であって、バルク、多重量子井戸、歪み超格子、量子ドットのいずれかから構成された活性層４２ｃと、光導波路４２ｂの上面に固着された上部電極４２ｅと、半導体基板４２ａの下面に固着された下部電極４２ｆとを、備えている。上部電極４２ｅと下部電極４２ｆとの間に注入電流が流される状態では、所定波長λ１の第１入力光Ｌinが入射されて上記光導波路４２ｂ内を伝播させられる過程で活性層４２ｃを通過させられるとき、誘導放射作用による光増幅を受け、出力される。同時に、所謂相互利得変調作用により、波長λ１を中心とするその波長λ１以外の周囲波長を有してその第１入力光Ｌinの強度変調に反比例して強度が増減する第１周囲光( 自然発生光) Ｌs1、および波長λ２を中心とするその波長λ２以外の周囲波長を有してその制御光( 第２入力光) Ｌc の強度変調に反比例して強度が増減する第２周囲光( 自然発生光) Ｌs2がそれぞれ発生させられて、これも出力される。
【００３４】
上記活性層４２ｃが多重井戸から構成される場合は、たとえば、半導体基板４２ａからエピタキシャル成長させられることにより格子整合された１００ｎｍ程度の６対のＩｎＧａＡｓおよびＩｎＧａＰにより構成され、その活性層４２ｃの上には、組成( 屈折率）が段階的に変化させられたグリン( ＧＲＩＮ）構造のガイド層( ２０００Å) が順次設けられる。この活性層４２ｃのデバイス長は、たとえば６００μｍ程度である。
【００３５】
前記光ファイバ３２の第１半導体光増幅素子４０の入力側端部と、光ファイバ３９の第２半導体光増幅素子４２側の端部に設けられた第２光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２とには、凸レンズとして機能する先球レンズＲが端面に備えられており、光ファイバ３２と第１半導体光増幅素子４０の入力側端面との間、および光ファイバ３９と第２半導体光増幅素子４２の出力側端面との間は、それぞれ光学的に直接結合されている。すなわち、光ファイバ３２と第１半導体光増幅素子４０の入力側端面との間、および光ファイバ３９と第２半導体光増幅素子４２の出力側端面との間は、他の光学部品を介在させないで、信号光が直接入力或いは出力可能とされている。
【００３６】
第２光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２の第２光ファイバグレーティング部４６から反射される第２周囲光Ｌs2を速やかに第２半導体光増幅素子４２内へ再入力させてその応答性能を高めるために、上記第２半導体光増幅素子４２の出力側端面と第２光ファイバグレーティング部４６の端面との間の間隔すなわち光路長ＬＬは、その間の光伝送路の屈折率をｎ、真空中の光速をｃ( ｍｍ／ｓｅｃ）、制御光( 第２入力光) Ｌc の１パルス当たりの時間間隔をｔ（ｓｅｃ）としたとき、ＬＬ≦( ｃ・ｔ）（２０・ｎ）を満足するように設定されている。上記第２半導体光増幅素子４２と第２光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２の端部および光ファイバ３９の端部との間は、所定のアライメントが施された後、図示しないケースの底または壁に支持されることによりそれぞれ相対的に位置固定とされている。
【００３７】
光ファイバ３９は、たとえば図７に示すように、ゲルマニウムＧｅを添加した石英ＳｉＯ2 から成る略円柱形状のコア３９a と、そのコア３９a よりも屈折率が低く且つそれの外周面を覆う略円筒形状の石英ＳｉＯ2 であるクラッド３９b とによって構成されている。上記第２光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２は、そのコア３９a の端部に、位相マスクなどを利用し、紫外線照射による光誘起屈折率変化による、代表的には１００００層乃至２００００層程度の周期的な屈折率変化が、その光ファイバのコア３９a の伝播方向に１群または複数群で形成された第２光ファイバグレーティング部４６を備えている。上記屈折率変化は等周期とされる場合もあるが、チャープ状に周期が順次変化させられるものであってもよい。この第２光ファイバグレーティング部４６は、第２半導体光増幅素子４２に負帰還増幅作用を発生させるための第２負帰還増幅用波長選択性反射素子として機能するものであり、その屈折率の周期と実効屈折率に対応した波長の光を選択的に反射する特性を有し、たとえば１５５１ｎｍを中心とする第２波長λ２の光は透過させるが、第２波長λ２とは異なる少なくとも３ｎｍ以上たとえば６．５ｎｍ程度の帯域幅を有する波長の光（第２周囲光Ｌs2）を反射する波長選択性フィルタとして機能している。図８は、上記第２光ファイバグレーティング部４６によって選択的に通過させられる、増幅後の制御光Ｌc(出力光Ｌout)のスペクトルを示し、図９は、上記第２光ファイバグレーティング部４６によって選択的に反射される、第２周囲光Ｌs2のスペクトルを示している。
【００３８】
なお、図９には、第２波長λ２の両側の波長帯を含む第２周囲光Ｌs2が示さ  れているが、上記第２光ファイバグレーティング部４６の反射特性は、その第２周囲光Ｌs2のうちの一部、たとえば第１波長λ１の片側の波長帯またはその一部を反射するものであってもよい。図９には、第２波長λ２が第１波長λ１と同様の１５５１ｎｍである場合を示している。
【００３９】
光ファイバ３２も、上記光ファイバ３９と同様に、コアと、そのコアよりも屈折率が低く且つそれの外周面を覆う略円筒形状の石英ＳｉＯ2 であるクラッドとによって構成されており、そのコアの端部には、位相マスクなどを利用し、紫外線照射による光誘起屈折率変化による、代表的には１００００層乃至２００００層程度の周期的な屈折率変化が、その光ファイバのコアの伝播方向に１群または複数群で形成された第１光ファイバグレーティング部５０を備える第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１が配置されている。この第１光ファイバグレーティング部５０は、この第１光ファイバグレーティング部５０は、第１半導体光増幅素子４０に負帰還増幅作用を発生させるための第１負帰還増幅用波長選択性反射素子として機能するものであり、その屈折率の周期と実効屈折率に対応した波長の光を選択的に反射する特性を有し、たとえば１５５１ｎｍを中心とする第１波長λ１の光は透過させるが、第１波長λ１とは異なる少なくとも３ｎｍ以上たとえば６．５ｎｍ程度の帯域幅を有する波長の光（第１周囲光Ｌs1）を反射する波長選択性フィルタとして機能している。
【００４０】
また、第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１の第１光ファイバグレーティング部５０から反射される第１周囲光Ｌs1を速やかに第１半導体光増幅素子４０内へ再入力させてその応答性能を高めるために、上記第１半導体光増幅素子４０の入力側端面と第１光ファイバグレーティング部５０の端面との間の間隔すなわち光路長ＬＬは、その間の伝送路の屈折率をｎ、真空中の光速をｃ( ｍｍ／ｓｅｃ）、第１入力光Ｌinの１パルス当たりの時間間隔をｔ（ｓｅｃ）としたとき、ＬＬ＜( ｃ・ｔ）（２０・ｎ）を満足するように設定されている。上記第１半導体光増幅素子４０と第１光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ１の端部および光ファイバ３９の端部との間は、所定のアライメントが施された後、図示しないケースの底または壁に支持されることによりそれぞれ相対的に位置固定とされている。
【００４１】
上記第１光ファイバグレーティング部５０および第２光ファイバグレーティング部４６によって第１波長λ１の周囲波長帯の第１周囲光Ｌs1および第２波長λ２の周囲波長帯の第２周囲光Ｌs2が第１半導体光増幅素子４０および第２半導体光増幅素子４２へそれぞれ再入力させられることにより負帰還増幅作用が発生し、ノイズが少なく、変調度が高く、安定した出力がそれぞれ得られるようになっている。
【００４２】
本発明者等による第２半導体光増幅素子４２を用いた実験によれば、たとえば図１０に示す第１波長λ１の制御光（第２入力光）Ｌc および第１周囲光Ｌs1が第２半導体光増幅素子４２に入力されると、第２半導体光増幅素子４２においては、その第１波長λ１の制御光Ｌc が増幅されるとともに、それに強度反転した波長λ１以外の第２周囲光Ｌs2が発生させられて、それぞれが合波された光が出力される。これらの光は、第２光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２へ出力されるが、それに備えられている第２光ファイバグレーティング部４６によって、上記の光のうちの制御光Ｌc の増幅光である第１波長λ１の出力光Ｌout が通過させられると同時に、第１波長λ１以外の波長の第２周囲光Ｌs2が反射されて第２半導体光増幅素子４２内に再入力される。この再入力された第２周囲光Ｌs2は、相互利得変調によって第１波長λ１の出力光Ｌout と強度が反転させられていることから、第２半導体光増幅素子４２の第１波長λ１の制御光（第２入力光）Ｌc に対するそのゲイン( 増幅率）が変調させられる。すなわち、再入力された第２周囲光Ｌs2は、制御光Ｌc に対して負帰還光として機能する。図１１は、図１０に示す第１波長λ１の制御光Ｌc が第２半導体光増幅素子４２に入力されるとき、それに同期して変化する第２光ファイバグレーティング部４６の反射光すなわち第２半導体光増幅素子４２に再入力される第２周囲光Ｌs2を示している。
【００４３】
図１２は、上記実験において、第２半導体光増幅素子４２に負帰還光である第２周囲光Ｌs2を入力させない場合に第２光ファイバグレーティングデバイスＦ  ＧＤ２から出力された出力光Ｌout を点線に示し、負帰還光( 第２周囲光Ｌs2) を第２半導体光増幅素子４２に入力させた場合に第２光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２から出力された出力光Ｌout を実線に示している。図１２の実線を点線と対比すると明らかなように、第２光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２から出力される出力光( 信号光) Ｌout の波形に歪みがなく、非線型歪みが低減されていることから、上記負帰還光（第２周囲光Ｌs2）が入力させられることによって光増幅での負帰還効果が得られることにより、利得が安定するとともに、非線型歪みが低減されていることが明らかである。また、第２光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２から出力される出力光の極小値( 信号の基線) が点線に示す場合よりも低い値とされていることから、上記負帰還光（第２周囲光Ｌs2）が入力させられることによって光増幅での負帰還効果が得られることにより、出力される出力光Ｌout の変調度が高められるとともに、低雑音化されてＳ／Ｎ比が高められている。
【００４４】
また、図１３は、上記実験において第２半導体光増幅素子４２に負帰還光である第２周囲光Ｌs2を入力させた場合に第２光ファイバグレーティングデバイスＦ  ＧＤ２から出力された出力光Ｌout を、アイパターン測定した結果( オシロスコープに表示されたパターン) を示し、図１４は、上記実験において第２半導体光増幅素子４２に負帰還光( 第２周囲光Ｌs2) を入力させない場合の第２光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２から出力された出力光Ｌout を、アイパターン測定した結果( オシロスコープに表示されたパターン) を示している。上記アイパターン測定には、テストパターンＰＥＢＳ３１、マーク率１／２、標準マスクＳＹＭ１６／ＯＣ４８（２．４８８３２ＧＨｚ）が用いられた。図１３から明らかなように、第２半導体光増幅素子４２に負帰還光( 第２周囲光Ｌs2) を入力させた場合に第２光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２から出力された出力光Ｌout の信号は、大幅に安定化されている。
【００４５】
図５に戻って、第３ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ３は、光ファイバ３１に接続される２本の光ファイバ５２および５４と、それらの光ファイバ３１側の端部が溶融延伸された溶融延伸部に設けられた第３光ファイバグレーティング部５６とを備え、光ファイバ５２へ入力した第１半導体光増幅素子４０の出力光のうち第１波長λ１の第１入力光Ｌinの増幅光は透過させるが、第１波長λ１以外の波長の光である第１周囲光Ｌs1を反射し、光ファイバ５４から第２半導体光増幅素子４２へ入力させる。同時に、第３ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ３は、光ファイバ３１を介して伝送された、第１光カプラ１８から取り出された光導波器１４内を伝播するパルス状レーザ光Ｌの一部を透過させ、第２入力光すなわち制御光Ｉc として第２半導体光増幅素子４２へ入力させる。すなわち、第３ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ３は、波長選択素子として機能し、第１半導体光増幅素子４０の出力光を受けてその出力光のうちの第１波長以外の光である第１周囲光Ｌs1を反射により分離するとともに、その第１周囲光Ｌs1を光ファイバ３１を介して第２波長λ２の第２入力光である制御光Ｌc と合波して第２半導体光増幅素子４２へ出力する。
【００４６】
上記２本の光ファイバ５２および５４の端面にも、凸レンズとして機能する先球レンズＲがそれぞれ備えられており、第１半導体光増幅素子４０の出力光がその端面から光ファイバ５２へ直接入力されるとともに、光ファイバ５４から出力される光が第２半導体光増幅素子４２の端面へ直接入力されるようになっている。すなわち、前記光ファイバ５２の端面と第１半導体光増幅素子４０の端面との間、第２半導体光増幅素子４２の端面と光ファイバ５４との間も、他の光学部品を用いることなく、直接結合されている。
【００４７】
上記第３ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ３の溶融延伸部は、コアが所定長にわたって相互に溶融延伸させられてＹ型に分岐する所謂ファイバ型カプラを構成しており、第３ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ３は、その溶融延伸部のコアにおいて、前述の第２光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ２と同様に、位相マスクなどを利用し、紫外線照射による光誘起屈折率変化による、代表的には１００００層乃至２００００層程度の周期的な屈折率変化が上記コアの伝播方向に１群または複数群で形成された第３光ファイバグレーティング部５６が設けられることにより、第１波長λ１の光は透過させるが、その第１波長λ１以外の光すなわち第１波長λ１を含まない第１周囲光Ｌs1を反射するように構成されている。
【００４８】
上記の負帰還増幅型半導体光増幅器３４では、出力光Ｌout は、第１波長λ１の第１入力光Ｌinが単に増幅されるのではなく、第２波長λ２の制御光( 第２入力光) Ｌc の第２周囲光Ｌs2により変調されて増幅された信号であるが、その第２波長λ２の出力光Ｌout を第２光ファイバグレーティング部４６を通過させて伝送すると同時に、第２波長λ２以外の第２周囲光Ｌs2を反射して第２半導体光  増幅器４２に再入力させるので、強度反転を示す第２周囲光Ｌs2がフィードバ  ックさせられることにより第２半導体光増幅素子４２の利得を制御光( 第２入力光) Ｌc に応じて変調して負帰還光増幅効果が得られ、出力光Ｌout が効果的に信号波形の歪みが低減されるとともに、低雑音で高い変調度が得られ、誤り率( ビットエラー) が２桁程度低くなるという効果が得られる。また、制御光により変調された第１波長λ１の出力光Ｌout を出力する小型の３端子の光信号増幅器( 光トライオード) が得られる。
【００４９】
演算装置２６は、所謂マイクロコンピュータから構成されており、予め記憶されたプログラムに従って光検出器２０により検出された負帰還増幅型半導体光増幅器３４の出力光Ｌout を処理し、リングダウン分光法を用いて試料２２の成分等を特定する。すなわち、演算装置２６は、試料２２を試料収容装置２４内に未だ収容しないときにパルス状レーザ光Ｌが出力されたときに光検出器２０から得られるパルス群の減衰波形を算出するとともに、その減衰波形からそのリングダウンタイムτ0 を予め求め、次いで、試料２２を試料収容装置２４内に未だ収容しないときにパルス状レーザ光Ｌが出力されたときに光検出器２０から得られるパルス群の減衰波形を算出するとともに、その減衰波形からそのリングダウンタイムτを算出し、たとえば(4) 式に示す予め記憶された関係から実際のそれらリングダウンタイムτ0 およびτに基づいて試料２２の数密度ｎを算出して試料２２を特定する。
【００５０】
本実施例に用いられる分光分析測定の原理および上記(4) 式の導出方法を以下に説明する。光導波器１４において環状の閉鎖系伝播経路を構成する光ファイバ３８内を周回させられるパルス状のレーザ光Ｌの一部は、周回する毎に第１光カプラ１８から所定の割合たとえば１／１００の取出割合で取り出されるので、パルス状レーザ光Ｌが出力される毎にたとえば図１５に示すように上記取り出された光すなわちパルス群の減衰波形が観測される。この波形は、時間経過に伴って減衰し、その減衰率は、周回させられるパルス状の第１入力光Ｌの一部が透過する試料２２の物質状態に応じて変化する。上記波形は、その初期値の強度をＩ0 とすると、次式(1) の時間関数Ｉ (ｔ）で表わされるものである。
Ｉ (ｔ）＝Ｉ0 ｅｘｐ−（１／τ0 ) ｔ    ・・・(1) 
ここで、（１／τ0 ) は減衰率である。τ0 は強度が１／ｅとなるまでの時間すなわち時定数であり、基準リングダウンタイムとも称される。第１光カプラ１８における光の取出割合をＲ、光速をｃ、キャビティ長( 周回長) をＬとすると、τ0 は次式(2) で示される。
τ0 ＝Ｌ／ｃ（１−Ｒ）    ・・・(2) 
次いで、試料をある吸光物質としたときのリングダウンタイムτ、その試料の物質の吸収断面積をσ、物質の数密度をｎとすると、(1) 式は(3) 式に書き換えられる。(2) 式から(4) 式が得られる。
Ｉ (ｔ）＝Ｉ0 ｅｘｐ−（ｔ／τ0 −σｎｃｔ)     ・・・(3) 
ｎ＝１／σｃ( １／τ−１／τ0 )                 ・・・(4) 
これにより、吸収断面積σが既知である水等の媒質の振動回転遷移を対象とし、τ0 とτとを測定で求めることにより、(4) 式を用いて水の数密度ｎを算出することができる。
【００５１】
以上のように構成された本実施例の吸光分析装置１０において、光導波器１４において環状の閉鎖系伝播経路を構成する光ファイバ３８内を周回させられるパルス状の第１レーザＬの一部が、周回する毎に第１光カプラ１８から所定の割合たとえば１／１００の取出割合で制御光Ｌc として取り出され、負帰還増幅型半導体光増幅器３４においてそれを用いて第１入力光Ｌinが変調されて負帰還増幅された出力光Ｌout が光検出器２０によって検出された信号強度( パワー）をオシロスコープにて観測すると、図１６の実線に示すような減衰波形が得られる。この減衰波形ではオシロスコープの周波数特性が十分に高くないためか、図１５に示されるようなパルス状には表示されないが、それらパルスの包絡線が表示される。演算装置２６は、その実線で示される減衰曲線の初期値時点とその初期値の１／ｅとなる時点との間の時間を計測することでリングダウンタイムτを測定し、(4) 式から試料２２の数密度ｎを算出し、表示装置２８に表示する。
【００５２】
ここで、図１６の１点鎖線で示す太い減衰曲線は、負帰還増幅型半導体光増幅器３４が用いられない場合に光検出器２０によって検出された減衰波形を示している。この場合には、Ｓ／Ｎが低く不安定であり、しかもリングダウンタイムτN が大幅に短いため、本実施例ほど十分な測定精度が得られない。
【００５３】
上述のように、本実施例の吸光分析装置１０によれば、第１光カプラ１８と光検出器２０との間に負帰還増幅型半導体光増幅器３４が備えられ、その負帰還増幅型半導体光増幅器３４は、第２光カプラ３６により分岐された波長λ１のパルス状レーザ光Ｌの一部を第１入力光Ｌinとして受けるとともに、第１光カプラ１８から取り出された光導波器１４内を繰り返し伝播するパルス状レーザ光Ｌの一部を制御光( 第２入力光) Ｌc として受けて、その第１入力光Ｌinを負帰還増幅することにより、その制御光Ｌc と同じ波長λ２を有し、且つ第１入力光Ｌinの第１周囲光Ｌs1により強度変調された出力光Ｌout を光検出器２０へ出力することから、その光検出器２０に検出される光( 信号) は、負帰還増幅によって波形の歪みが少なくＳ／Ｎ比が高められたものとなる。このため、光導波器１４の閉鎖系伝播経路内での発振がなく、安定した吸光分析が可能となる。しかも、パルス状レーザ光Ｌの光強度が時間経過に伴って減衰する観測波形のＳ／Ｎ比が高くその波形に含まれるノイズが少なくなることから、そのような信号からパルス状レーザ光Ｌの光強度が減衰するまでの時間すなわちリングダウンタイムτが長くしかも正確に得られるようになるので、減衰曲線の減衰に対する測定精度が十分に得られる。
【００５４】
また、本実施例の吸光分析装置１０によれば、負帰還増幅型半導体光増幅器３４は、所定波長λ１のパルス状レーザ光Ｌの一部である第１入力光Ｌinを増幅して出力すると共に、そのパルス状レーザ光Ｌの強度に対して強度反転したそのパルス状レーザ光Ｌの波長λ1 以外の第１周囲光Ｌs1を放出する第１半導体光増幅素子４０と、その第１半導体光増幅素子４０から出力される光から第１周囲光Ｌs1の全部または一部を選択する第３光ファイバグレーティング部( 第１波長選択素子) ５６と、その第３光ファイバグレーティング部５６により選択された第１周囲光Ｌs1の全部または一部と、第１カプラ１８により光導波器１４の閉鎖系伝播経路から取り出されたパルス状レーザ光Ｌの一部である制御光( 第２入力光) Ｌc とが入力され、その制御光Ｌc の波長λ2 を有し、且つ第１入力光Ｌ１の第１周囲光Ｌs1により強度変調された出力光Ｌout を出力する第２半導体光増幅素子４２と、その第２半導体光増幅素子４２から出力側へ放射される光のうち、制御光Ｌc の波長λ2 の光を透過させるが、制御光Ｌc の波長λ2 とは異なる波長の第２周囲光Ｌs2を反射して第２半導体光増幅素子４２へ入射させる第２光ファイバグレーティング部( 第２負帰還増幅用波長選択性反射素子) ４６とを、含むことから、第２半導体光増幅素子４２から出力側へ放射される光のうち制御光Ｌc の波長λ2 とは異なる波長の第２周囲光Ｌs2が第２光ファイバグレーティング部４６により反射されることによりその第２半導体光増幅素子４２へ再び入射させられて負帰還増幅作用が発生させられるので、光検出器２０に検出される光( 信号) は、負帰還増幅によってＳ／Ｎ比が高められたものとなる。
【００５５】
また、本実施例の吸光分析装置１０によれば、第２光ファイバグレーティング部( 第２負帰還増幅用波長選択性反射素子) ４６は、第２半導体光増幅素子４２の出力側に光学的に結合された出力側光ファイバ３９の端部に設けられ、第２半導体光増幅素子４２から放出される第２周囲光Ｌs2の全部または一部を反射してその第２半導体光増幅素子４２へ再入射させるように構成されていることから、第２負帰還増幅用波長選択性反射素子４６が出力側光ファイバ３９の端部内に設けられて小型化されるので、吸光分析装置１０が小型化される。
【００５６】
また、本実施例の吸光分析装置１０によれば、出力側光ファイバ３９の第２光ファイバグレーティング部４６が設けられた第２半導体光増幅素子４２側の端部の端面には先球レンズＲが備えられ、その出力側光ファイバ３９と第２半導体光増幅素子４２との間は、先球レンズＲを介して直接的に光学結合されていることから、光学結合の為のレンズなどの光学部品を必要としないので、結合構造が簡単且つ小型となり、吸光分析装置１０が小型化される。
【００５７】
また、本実施例の吸光分析装置１０によれば、第２光ファイバグレーティング部４６は、出力光Ｌout の波長λ２の光を透過させ、第２半導体光増幅素子４２の増幅により生じた少なくとも３ｎｍ以上の帯域の増幅光に対して、出力光Ｌout の波長よりも短波長側および／または長波長側の帯域の全部または一部の光を反射する反射特性を有し、かつ、第２半導体光増幅素子４２に対して所定の光路長ＬＬを隔てて近接して配置されていることから、一層、吸光分析装置が小型化される。
【００５８】
また、本実施例の吸光分析装置１０によれば、前記所定の光路長ＬＬは、第２半導体光増幅素子４２と第２光ファイバグレーティング部４６との間の光伝送路の屈折率をｎ、真空中の光速をｃ（ｍｍ／秒）、制御光Ｌc(出力光Ｌout ) のパルスの時間間隔をｔ（秒）としたとき、ＬＬ≦（ｃ・ｔ）／（２０・ｎ）であることから、第２半導体光増幅素子４２の高い応答性が得られる。したがって、第１光ファイバグレーティング部４６により反射された第２周囲光Ｌs2が第２半導体光増幅素子４２へ遅れなく速やかに再入力されるので、効果的に信号波形の歪みが低減されるとともに、高い変調度が得られる。
【００５９】
また、本実施例の吸光分析装置１０によれば、負帰還増幅型半導体光増幅器３４は、第１半導体光増幅素子４０の入力側に設けられ、その第１半導体光増幅素子４０へ入力される第１入力光Ｌinは通過させるが、その第１半導体光増幅素子４０から入力側へ放出される第１周囲光Ｌs1の全部または一部を反射してその第１半導体光増幅素子４０へ再入力させる第１光ファイバグレーティング部５０（第１負帰還増幅用波長選択性反射素子）を、含むことから、第１半導体光増幅素子４０においても負帰還作用が得られ、一層、波形の歪みが少なくＳ／Ｎ比が高められたものとなる。
【００６０】
また、本実施例の吸光分析装置１０によれば、第１光ファイバグレーティング部５０（第１負帰還増幅用波長選択性反射素子）は、第１半導体光増幅素子４０の入力側に光学的に結合された入力側光ファイバ３２の端部に設けられ、その第１半導体光増幅素子４０から入力側へ放出される第１周囲光Ｌs1の全部または一部を反射してその第１半導体光増幅素子４０へ再入射させることから、その第１光ファイバグレーティング部５０が入力側光ファイバ３２の端部内に設けられて小型化されるので、吸光分析装置１０が小型化される。
【００６１】
また、本実施例の吸光分析装置１０によれば、第１光ファイバグレーティング部５０が設けられた入力側光ファイバ３２の第１半導体光増幅素子４０側の端部の端面には先球レンズＲがそれぞれ備えられ、その入力側光ファイバ３２とその第１半導体光増幅素子４０との間は、その先球レンズＲを介して直接的に光学結合されていることから、光学結合の為のレンズなどを部品を必要としないので、一層、結合構造が簡単且つ小型となり、吸光分析装置１０が小型化される。
【００６２】
また、本実施例の吸光分析装置１０によれば、第１光ファイバグレーティング部５０は、第１入力光Ｌinの第１波長λ１の光を透過させ、第１半導体光増幅素子４０の増幅により生じた少なくとも３ｎｍ以上の帯域の増幅光に対して、第１入力光Ｌinの波長λ１よりも短波長側および／または長波長側の帯域の全部または一部の光を反射する反射特性を有し、かつ、第１半導体光増幅素子４０に対して所定の光路長ＬＬを隔てて近接して配置されていることから、一層、吸光分析装置１０が小型化される。
【００６３】
また、本実施例の吸光分析装置１０によれば、所定の光路長ＬＬは、第１半導体光増幅素子４０と第１光ファイバグレーティング部５０との間の光伝送路の屈折率をｎ、真空中の光速をｃ（ｍｍ／秒）、前記第１入力光Ｌinのパルスの時間間隔をｔ（秒）としたとき、ＬＬ≦（ｃ・ｔ）／（２０・ｎ）であることから、第１半導体光増幅素子４０の高い応答性が得られる。したがって、第１光ファイバグレーティング部５０により反射された第１周囲光Ｌs1が第１半導体光増幅素子４０へ遅れなく速やかに再入力されるので、効果的に信号波形の歪みが低減されるとともに、高い変調度が得られる。
【実施例２】
【００６４】
次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説明において実施例相互に共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００６５】
前述の負帰還増幅型半導体光増幅器３４は、以下に示すものであってもよい。たとえば、図１７に示す負帰還増幅型半導体光増幅器６０は、実施例１の負帰還増幅型半導体光増幅器３４に比較して、第３ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ３において制御光Ｌc の入力位置が変更されている点において相違し、他は同様に構成されている。
【００６６】
図１７の第３ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ３において、一端部が溶融延伸された溶融延伸部に設けられた２本の光ファイバ５２、５４のうち、光ファイバ５４から分岐させられた分岐光ファイバ６２が設けられている。この分岐光ファイバ６２の分岐点では、コアの溶融延伸部が形成されることによりＹ字形の分岐が構成されている。この分岐光ファイバ６２から制御光Ｌc が入力されることで、同様の機能が得られている。したがって、この負帰還増幅型半導体光増幅器６０を備える吸光分析装置１０によれば、前述の実施例と同様の作用効果が得られる。
【実施例３】
【００６７】
図１８に示す負帰還増幅型半導体光増幅器６４は、実施例１の負帰還増幅型半導体光増幅器３４と同様の機能を備えたものであるが、第３光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ３に替えて、アドドロップフィルタ６６が設けられている点、そのアドドロップフィルタ６６に設けられた第１入力光ファイバ６８と第１半導体光増幅素子４０との間およびアドドロップフィルタ６６に設けられた出力光ファイバ７２と第２半導体光増幅素子４２との間が、それら第１入力光ファイバ６８および出力光ファイバ７２の先端面に形成された凸レンズとして機能する先球レンズＲを介して直接的に結合されている点、および、第２半導体光増幅素子４２および第１半導体光増幅素子４０が共通する１チップから構成されている点で相違する。
【００６８】
このアドドロップフィルタ６４には、第１半導体光増幅素子４０の出力が入力される第１入力光ファイバ６８と、制御光Ｌc が入力される第２入力光ファイバ７０と、第２半導体光増幅素子４２へ出力するための出力光ファイバ７２とが設けられている。アドドロップフィルタ６６は、第１入力光ファイバ６８から入力した光のうち第２波長λ１以外の第１周囲光Ｌs1を出力光ファイバ７２へ反射するとともに、第２入力光ファイバ７０から入力した制御光Ｌc を出力光ファイバ７２へ透過する。したがって、本実施例の負帰還増幅型半導体光増幅器６４によれば、実施例１と同様の作用効果が得られる。
【実施例４】
【００６９】
図１９に示す負帰還増幅型半導体光増幅器７４は、図１６の実施例２の負帰還増幅型半導体光増幅器６０と同様の機能を備えたものであるが、反射膜７８( 反射手段) が第１半導体光増幅素子４０の入力側端面に固設されている点、第３光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ３が光ファイバ３２にも接続されて４端子として用いられる点で相違する。第１半導体光増幅素子４０は反射膜７８が備えられることにより、高変調度などの特性を有する反射型半導体光増幅器として機能する。
【００７０】
本実施例の第３光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ３は、２本の光ファイバ５２、５４の端部が溶融延伸された溶融延伸部に設けられた第３光ファイバグレーティング部５６と、第１波長λ１の第１入力光Ｌinが入力されるように光ファイバ３２に接続された第３入力部７６とを備えている。
【００７１】
負帰還増幅型半導体光増幅器７４において、第３光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ３の第３入力部７６に第１波長λ１の第１入力光Ｌinが入力されると、その第１入力光Ｌinは第３光ファイバグレーティング部５６を透過して第１半導体光増幅素子４０へ入射される。この第１半導体光増幅素子４０では、その第１波長λ１の第１入力光Ｌinが増幅されるとともにそれと強度位相が反転した第１波長λ１を含まない第１周囲光Ｌs1が発生させられ、第１周囲光Ｌs1は両側へ出力されるが、反射膜７８側へ向かった第１周囲光Ｌs1はその反射膜７８により反射され、共に第３光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ３の光ファイバ５２に入射される。第３光ファイバグレーティング部５６は光ファイバ５２から入力した光のうち第１波長λ１以外の第１周囲光Ｌs1を光ファイバ５４へ反射する一方で、分岐ファイバ６２からは第２入力光として機能する第２波長λ２の制御光Ｌc が入力されて両者が合波される。そして、合波された第１波長λ１以外の第１周囲光Ｌs1と第２波長λ２の制御光Ｌc とが、第２半導体光増幅素子４２へ入力される。したがって、本実施例の負帰還増幅型半導体光増幅器７４によれば、図１７に示す実施例２の負帰還増幅型半導体光増幅器６０と同様の作用効果が得られるのに加えて、第１半導体光増幅素子４０が反射型半導体光増幅器であるため、一層変調度およびＳ／Ｎ比が高められる利点がある。
【実施例５】
【００７２】
図２０に示す実施例の負帰還増幅型半導体光増幅器８０は、上記負帰還増幅型半導体光増幅器７４に比較して、第１半導体光増幅素子４０の端面に固着された反射膜７８に替えて、たとえば図５の第１光ファイバグレーティング部５０を備えた入力側光ファイバ３２が設けられている点、第２半導体光増幅素子４２と第１半導体光増幅素子４０とが共通の１チップから構成されている点で相違し、その他は同様に構成されている。本実施例において、第１半導体光増幅素子４０内で発生させられる第１周囲光Ｌs1は両側へ出力されるが、入力側光ファイバ３２側へ向かった第１周囲光Ｌs1はその第１光ファイバグレーティング部５０により反射され、共に第３光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ３の光ファイバ５２に入射され、図１９に示す負帰還増幅型半導体光増幅器７４と同様の作用効果が得られる。また、本実施例では、第２半導体光増幅素子４２と第１半導体光増幅素子４０とが１チップ化されているため、一層小型となる利点がある。また、本実施例において、第１入力光Ｌinは、入力側光ファイバ３２から入力されてもよいし、第３光ファイバグレーティングデバイスＦＧＤ３の第３入力部７６から入力されてもよい。本実施例では、上記第１光ファイバグレーティング部５０を備えた入力側光ファイバ３２は、第１周囲光Ｌs1の反射手段として機能している。
【実施例６】
【００７３】
図２１に示す実施例の負帰還増幅型半導体光増幅器８２は、上記負帰還増幅型半導体光増幅器３４、６０、７４、８０に比較して、第１半導体光増幅素子４０、第１光ファイバグレーティング部５０、第３光ファイバグレーティング部５６が除去され、第２半導体光増幅素子４２と第２光ファイバグレーティング部４６とから構成された１段増幅である点で相違している。本実施例では、第２半導体光増幅素子４２において第１波長λ１の制御光Ｌc が増幅されるとき、その制御光Ｌc の波長λ１の周囲波長の第２周囲光Ｌs2が第２光ファイバグレーティング部４６から反射されて第２半導体光増幅素子４２に入力されることで負帰還増幅が行われるので、制御光Ｌc が増幅されたＳ／Ｎ比が高く安定した出力光Ｌout が第２光ファイバグレーティング部４６を通して出力されるので、前述の実施例と同様に、光導波器１４の閉鎖系伝播経路内での発振がなく、安定した吸光分析が可能となる。しかも、パルス状レーザ光Ｌの光強度が時間経過に伴って減衰する観測波形のＳ／Ｎ比が高くその波形に含まれるノイズが少なくなることから、そのような信号からパルス状レーザ光Ｌの光強度が減衰するまでの時間すなわちリングダウンタイムτが長くしかも正確に得られるようになるので、減衰曲線の減衰に対する測定精度が十分に得られる。また、本実施例によれば、の負帰還増幅型半導体光増幅器８２は、第１半導体光増幅素子４０、第１光ファイバグレーティング部５０、第３光ファイバグレーティング部５６を備えておらず、また、吸光分析装置１０において、光ファイバ３２および第２光カプラ３６が不要とされるので、吸光分析装置１０が一層簡単に構成される利点がある。
【００７４】
以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
【００７５】
たとえば、前述の図１の実施例において、たとえばＥＤＦＡから構成された光信号の増幅のための光信号増幅器や、ノイズ除去のためのフィルタは、たとえば破線の四角で示す位置などにおいて、必要に応じて設けられ得る。
【００７６】
また、前述の図１の実施例において、第１光カプラ１８は、パルス状レーザ光Ｌの一部を光導波器１４へ所定の割合で導入し、また光導波器１４内で周回するパルス状レーザ光Ｌの一部を所定の割合で導出するものであったが、導入用と導出用との２つ分割されてもよい。
【００７７】
また、前述の図１の実施例において、光導波器１４は、環状に巻回された光ファイバ３８で構成された環状の閉鎖系伝播経路を有するものであったが、たとえば一対のミラー間で同じ経路で往復するように構成された閉鎖系伝播経路を有するものであってもよい。この場合には、一対のミラーの一方の反射率を９９％とすることにより、１％（１：９９）の割合で、閉鎖系伝播経路を往復するパルス状レーザ光Ｌの一部を導出できる。
【００７８】
また、前述の負帰還増幅型半導体光増幅器３４、６０、６４、７４、８０、８２の構成は、必要に応じて種々変更されてもよい。
【００７９】
また、前述の図１の実施例において、演算装置２６は、減衰曲線のリングダウンタイムτを求めることで、試料２２の物質或いは物性を特定していたが、減衰曲線の減衰率ｋが、試料２２のないときの基準減衰率ｋ0 と吸光率Δｋとの和( ＝ｋ0 ＋Δｋ) であることを利用して、予め求められたら基準減衰率ｋ0 （＝１／τ0 ) と実際に測定された減衰率ｋとから試料２２の吸光率Δｋを算出するものであってもよい。
【００８０】
また、前述の実施例における負帰還増幅型半導体光増幅器３４、６０、６４、８０において、第１半導体光増幅素子４０に負帰還増幅させるための第１光ファイバグレーティング部５０は必ずしも設けられていなくてもよい。少なくとも第２半導体光増幅素子４２が負帰還増幅を行うものであればよい。
【００８１】
その他一々例示はしないが、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１０：吸光分析装置
１４：光導波器
１８：第１光カプラ( 光カプラ装置) 
２０：光検出器
２２：試料
２４：試料収容装置
３２：入力側光ファイバ
３４、６０、６４、７４、８０：負帰還増幅型半導体光増幅器
３９：出力側光ファイバ
４０：第１半導体光増幅素子
４２：第２半導体光増幅素子
４６：第２光ファイバグレーティング部
( 第２負帰還増幅用波長選択性反射素子) 
５０：第１光ファイバグレーティング部
( 第１負帰還増幅用波長選択性反射素子) 
５６：第３光ファイバグレーティング部( 第１波長選択素子) 
Ｌin：第１入力光
Ｌc ：制御光( 第２入力光) 
Ｌout ：出力光
ＬＬ：光路長
Ｒ：先球レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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