(57)【要約】【課題】小型で持ち運びやすく、設置場所に制限されない装置が実現可能となる、APDを用いた波長スペクトル検出方法を提案することにある。【解決手段】任意の光の波長スペクトルを検出する方法であって、アバランシェフォトダイオードの増倍率を検出する増倍率検出回路を用いて、アバランシェフォトダイオードに、予め波長が判明している比較用の光を入射させたときの増倍率を検出し、アバランシェフォトダイオードに前記任意の光を入射させたときの増倍率を、前記増倍率検出回路を用いて検出し、数式１に基づいて、前記任意の光の波長スペクトルを検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意の光の波長スペクトルを検出する方法であって、
アバランシェフォトダイオードの増倍率を検出する増倍率検出回路を用いて、アバランシェフォトダイオードに、予め波長が判明している比較用の光を入射させたときの増倍率を検出し、
アバランシェフォトダイオードに前記任意の光を入射させたときの増倍率を、前記増倍率検出回路を用いて検出し、
数式１に基づいて、前記任意の光の波長スペクトルを検出することを特徴とするアバランシェフォトダイオードを用いた波長スペクトル検出方法。
なお、Anは波長λnの光比率（含有率）。ｎは、1以上の整数。
X[λn，Vn]はアバランシェフォトダイオード（APD）に「逆バイアス電圧Vnを印加し、波長λnの光を入れた場合」の増倍率。
M(n)はAPDに「逆バイアス電圧Vnを印加し、任意の光（波長スペクトルを求めたい光）を入れた場合」の増倍率。
【数１】
2008241578.tif 000014
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、波長スペクトルを検出する方法に関し、より詳細には、アバランシェフォトダイオードの増倍率に基づいて波長スペクトルを検出するアバランシェフォトダイオードを用いた波長スペクトル検出方法に関する
【背景技術】
【０００２】
通常、波長スペクトラム測定をするために光スペクトラムアナライザが用いられている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
光スペクトラムアナライザは、モータ等によって角度を変えることができるように支持された回折格子に測定対象光を入射し、その回折光からスリットによって選択した光のレベルを受光器によって検出する光学部を有しており、回折格子の角度を連続的に変えることによりスリットを通過する光の波長を掃引して、入力光の波長毎のスペクトラムを求め、これを表示器の画面に波長軸とともに表示している。表示されるスペクトラムの波長情報は、光学部の機械的な情報、即ち、回折格子の角度情報に基づいて生成されている。
【０００４】
【特許文献１】特開2002-168692（第３頁、従来の技術）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記した光スペクトルアナライザは大きな構造をとるため、持ち運びや設置に問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は上記課題を解決するためになされ、その目的とするところは、小型で持ち運びやすく、設置場所に制限されない装置が実現可能となる、APDを用いた波長スペクトル検出方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかるバランシェフォトダイオードを用いた波長スペクトル検出方法によれば、任意の光の波長スペクトルを検出する方法であって、アバランシェフォトダイオードの増倍率を検出する増倍率検出回路を用いて、アバランシェフォトダイオードに、予め波長が判明している比較用の光を入射させたときの増倍率を検出し、アバランシェフォトダイオードに前記任意の光を入射させたときの増倍率を、前記増倍率検出回路を用いて検出し、数式１に基づいて、前記任意の光の波長スペクトルを検出することを特徴とする。なお、Anは波長λnの光比率（含有率）。ｎは、1以上の整数。X[λn，Vn]はアバランシェフォトダイオード（APD）に「逆バイアス電圧Vnを印加し、波長λnの光を入れた場合」の増倍率。M(n)はAPDに「逆バイアス電圧Vnを印加し、任意の光（波長スペクトルを求めたい光）を入れた場合」の増倍率。
【０００８】
【数１】
2008241578.tif 000003
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかるアバランシェフォトダイオードを用いた波長スペクトル検出方法によれば、小型で持ち運びやすく設置場所に制限されない装置が実現可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
アバランシェフォトダイオード（以下、単にAPDと称する場合がある）は入射光の波長により増倍率が変化する特徴を持っている。図1にAPDの入射光の波長と増倍率の依存特性を示している。APDの増倍率検出には増倍率検出回路を用いる。これにより、APDの増倍率を検出することが可能である。
【００１１】
図２に増倍率検出回路の具体例を示す。
【００１２】
全素子の接続関係は、ＡＰＤ１１のアノードは直流電源ＶＡＰＤと接続されている。
ＡＰＤ１１のカソードはＡ点と接続されている。Ａ点は電界効果トランジスタ（以下ＦＥＴと称することもある）１のソース、コンデンサ６の陽極、ＦＥＴ４のソース、ＦＥＴ３のソースに接続されている。コンデンサ６の陰極はＧＮＤに接続されている。ＦＥＴ１のゲートはパルス電圧源Ｖｒｅｓ１に接続されている。ＦＥＴ１のドレインは電圧源Ｖｒ１に接続されている。ＦＥＴ４のゲートはパルス電圧源Ｖｒｅｓ２に接続されている。ＦＥＴ４のドレインはＤ点に接続されており、Ｄ点は電圧源Ｖｒ１に接続されている。ＦＥＴ３のゲートはＣ点に接続されている。ＦＥＴ３のドレインはＢ点に接続されている。Ｃ点は、ＰＤ１２のカソードと、コンデンサ７の陽極、ＦＥＴ２のソースと接続されている。コンデンサ７の陰極はＧＮＤと接続されている。ＰＤ１２のアノードは直流電源ＶＰＤに接続されている。ＦＥＴ２のゲートはパルス電源Ｖｒｅｓ１に接続されている。ＦＥＴ２のドレインは直流電源Ｖｒ１に接続されている。Ｂ点は、コンデンサ８の陽極と、ＦＥＴ５のソースとＶｏｕｔ端子に接続されている。コンデンサ８の陰極はＧＮＤに接続されている。ＦＥＴ５のゲートはパルス電圧源Ｖｒｅｓ３に接続されている。ＦＥＴ５のドレインは電圧源Ｖｒ２に接続されている。
【００１３】
ＦＥＴ１はＡ点の電位をＶｒ１まで充電するために用いられる。コンデンサ６はＡＰＤ１１により発生する光信号電流を蓄積するために用いられる。ＦＥＴ２はＣ点の電位をＶｒ１まで充電するために用いられる。コンデンサ７はＰＤ１２により発生する光信号電流を蓄積するために用いられる。ＦＥＴ３はＣ点とＡ点の電位を比較し、Ａ点の電位が大きい場合には、Ｂ点に電位差分の電荷を移動する役割を持っている。ＦＥＴ４は、Ａ点からＢ点に行く電荷量を制限する役割がある。この制限によって、Ｂ点には増倍率に比例した信号電荷が蓄積されることになる。ＦＥＴ５はＢ点の電位をＶｒ２まで充電するために用いられる。コンデンサ８はＡ点からＢ点に移動する電荷を蓄積するために用いられる。
【００１４】
「増倍率が１倍の場合」はＢ点に転送される信号電荷量は０となる。「増倍率が２倍の場合」はＢ点に転送される信号電荷量は（Ｖｒ１−Ｖｒｅｓ２）／Ｃである。「増倍率が３倍の場合」はＢ点に転送される信号電荷量は２×（Ｖｒ１−Ｖｒｅｓ２）／Ｃである。「増倍率が４倍の場合」はＢ点に転送される信号電荷量は３×（Ｖｒ１−Ｖｒｅｓ２）／Ｃである。このように、Ｂ点の信号電荷量は（増倍率−１）×（Ｖｒ１−Ｖｒｅｓ２）／Ｃとなり、増倍率を検出することが可能となる。
【００１５】
ここで、任意の光（波長スペクトルを求めたい光）がAPDに入射した場合の増倍率は、数式２のように表される。
【００１６】
【数２】
2008241578.tif 000004
【００１７】
また、APDは印加電圧によっても増倍率が変化する特徴を持っている。図３にAPDへの印加電圧を変化させた場合の入射光の波長と増倍率の依存特性を示している。
【００１８】
ここで、「印加電圧をV1からVnに変化させた場合」において、任意の光（波長スペクトルを求めたい光）がAPDに入射した場合の増倍率は、数式３のように表される。
【００１９】
【数３】
2008241578.tif 000005
【００２０】
数式3を行列に書き換えると数式４のようになる。
【００２１】
【数４】
2008241578.tif 000006
【００２２】
数式４を波長スペクトル（A1からAn）を求める形に変形すると数式５のようになる。
【００２３】
【数５】
2008241578.tif 000007
【００２４】
このように、波長スペクトルは、式５より求めることができる。ここで、Anは波長λnの光比率（含有率）を示している。故に、A1からAnはλ1からλnまでの波長スペクトルを表している。また、X[λn，Vn]はアバランシェフォトダイオード（APD）に「逆バイアス電圧Vnを印加し、波長λnの光を入れた場合」の増倍率を表している。またM(n)はAPDに「逆バイアス電圧Vnを印加し、任意の光（波長スペクトルを求めたい光）を入れた場合」の増倍率を表している。この式より、X[λn，Vn]を予め測定して置けば、「任意の光」の増倍率M(1)からM(n)を求めることで、式４により任意の光の波長スペクトル（A1からAn）を求めることが可能である。
【００２５】
数式５が正しいことを確認した実験を報告する。実験で用いたAPDは浜松フォトニクス製S2381を用いている。ここでは、2つの波長に限定して実験を行う。「2つの波長を持つ光を入射した場合」、数式５は数式６のように変形される。
【００２６】
【数６】
2008241578.tif 000008
【００２７】
λ1には655nmの光(Kokuyo製赤色レーザポインタ)を用い、λ2には532nmの光(Kokuyo製緑色レーザポインタ)を用いる。またV1には73.0Vを用い、V2には73.1Vの電圧を用いる。その場合、数式６は数式７のように表される。
【００２８】
【数７】
2008241578.tif 000009
【００２９】
Xの値を予め測定し、数式７に代入すると数式８のようになる。
【００３０】
【数８】
2008241578.tif 000010
【００３１】
655nmの光と532nmの光を、75%  対  25%の割合で入射した場合、測定結果から数式９を得ることができる。
【００３２】
【数９】
2008241578.tif 000011
【００３３】
数式９の逆行列を計算すると、数式１０を得ることが出来る。
【００３４】
【数１０】
2008241578.tif 000012
【００３５】
数式１０より、A(655nm)とA(532nm)を計算すると数式１１を得る。
【００３６】
【数１１】
2008241578.tif 000013
【００３７】
数式１１より、A(655nm)が0.76、A(532nm)が0.24であることが確認できた。これは、入射した光に、655nmの光が76%の割合で含まれており、532nmの光が24％の割合で含まれていることを意味している。元々入射した光の割合は655nmの光が75%で、532nmの光が25％であったことから、ほぼ正しい値が出力されているといえる。
【００３８】
以上本発明につき、好適な実施例を挙げて種々説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、APDの入射光の波長と増倍率の依存特性である。
【図２】図２は、APDの増倍率検出回路の回路図である。
【図３】図３は、APDへの印加電圧を変化させた場合の入射光の波長と増倍率の依存特性である。
【符号の説明】
【００４０】
１，２、３、４、５  ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ
６、７、８  コンデンサ
１１  ＡＰＤ
１２  ＰＤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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