(57)【要約】【課題】  高精度の測定が行える分光装置を実現することを目的にする。【解決手段】  本発明は、測定光を波長分散素子で分散させて受光素子に入射させることにより波長別に分離された検出信号を得る分光装置に改良を加えたものである。本装置は、受光素子として波長の分散方向に複数の受光素子が配列された受光素子列を用い、この受光素子列に集光させる手段としてｆ−θレンズを用いることを特徴とするものである。【選択図】                    図７
2005062201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定光を波長分散素子で分散させて受光素子に入射させることにより波長別に分離された検出信号を得る分光装置であって、
前記受光素子として波長の分散方向に複数の受光素子が配列された受光素子列を用い、
この受光素子列に集光させる手段としてｆ−θレンズを用いることを特徴とする分光装置。
【請求項２】
測定光を波長分散素子で分散させて受光素子に入射させることにより波長別に分離された検出信号を得る分光装置であって、
前記受光素子として波長の分散方向に複数の受光素子が配列された受光素子列を用い、
これら受光素子の一部を暗電流検出用とすることを特徴とする分光装置。
【請求項３】
測定光を波長分散素子で分散させて受光素子に入射させることにより波長別に分離された検出信号を得る分光装置であって、
前記受光素子に至る光路中に前記波長分散素子の波長温度特性を補正する屈折率温度特性を有する光学要素を設けたことを特徴とする分光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は分光装置に関し、詳しくは、波長多重光通信（ＷＤＭ）における光信号の監視や評価測定に有益な分光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
次世代の情報通信方式として、波長多重光通信方式が注目されている。このような波長多重光通信における光信号の監視や評価測定にあたっては、多重化されている光信号の各波長成分を個別に測定する必要があり、各種の分光装置が提案されている。
【０００３】
図１４は従来のこのような分光装置の一例を示す基本構成図である。
図において、光ファイバ１で伝送される測定光はコリメーティングレンズ２をで平行ビームに成形されて波長分散素子として用いる回折格子（グレーティング）３に入射される。回折格子３で波長分散された出力光はフォーカシングレンズ４で収束され、波長の分散方向に複数の受光素子が配列された受光素子列５に入射される。
【０００４】
このような構成によれば、回折格子３を回転させなくてもよく、高速性、信頼性に優れた分光装置が実現できる。
ここで、回折格子３の光学特性は、以下の式で示される。
【０００５】
【数１】
2005062201.tif 000003
【０００６】
このような基本構成に基づいて波長多重光通信システム用モニタのように狭い波長範囲の分光装置を設計することにより、フォーカシングレンズ４の焦点距離に比べて波長分散による光路の広がりが小さいので、複数の受光素子が波長の分散方向に沿って１次元に配列された受光素子列５を用いた場合には素子の位置と出射角はほぼ比例関係となることは明らかである。
【０００７】
しかしながら、波長λと出射角θの関係は式１を微分して得られる次式であらわされ、
【数２】
2005062201.tif 000004
【０００８】
波長λと分散角は出射角θの余弦に依存することがわかる。出射角θは分光装置の仕様の波長範囲、用いる回折格子３の格子定数ｄ、フォーカシングレンズ４の焦点距離ｆ２等に基づき式１から求めることができる。
【０００９】
このような分光装置の波長分解能について説明する。コリメーティングレンズとして焦点距離f1が50mmのものを用いるとする。回折格子の使用領域は、シングルモードファイバーの開口数N.A.、コリメーティングレンズの焦点距離f1及び入射角iで決まり、この場合には11.1mmの長軸の楕円となる。格子定数は格子の線幅であり、1mmあたりの格子本数は1mm/dとなるので格子定数1.11×10-6では900となる。Reyleigh基準による理論分解能（λ/Δλ）は総溝本数で求められるので、この場合は900×11.1で約104であり、λを1.5μmとするとΔλとしては0.15nmと求められる。
【００１０】
以上のように、分光装置の波長分解能は回折格子３の使用されている領域の大きさに依存していることがわかる。したがって、図１４の基本構成で波長分解能を高めるためには、分光装置を大型化しなければならないことになる。
【００１１】
他の構成として、図１５に示すように、２台の単色分光器（モノクロメータ）をカスケードに連結して回折格子の総溝本数を多くし、波長分解能を高めるとともに本来のスペクトルに重なった迷光のみを更に分散させて近傍のダイナミックレンジを改善したものも提案されている。
【００１２】
図において、光ファイバ６で伝送される測定光は第１のコリメーティングレンズ７で平行ビームに成形されて第１の回折格子８に入射される。回折格子８で波長分散された出力光は第１のフォーカシングレンズ９で収束されてスリット１０に入射される。スリット１０の出力光は第２のコリメーティングレンズ１１で平行ビームに成形されて第２の回折格子１２に入射される。回折格子１２で波長分散された出力光は第２のフォーカシングレンズ１３で収束され、スリット１４を通して単一受光素子１５に入射される。
【００１３】
ここで、２個の回折格子８，１２は、測定光の波長を走査するために連動して回転駆動される。これにより、分光装置全体の格子の総本数はこれら回折格子８，１２の格子本数の和になって波長分解能は向上する。そして、後段のモノクロメータにより本来のスペクトルに重なった迷光のみを更に分散させ、本来のスペクトル近傍のダイナミックレンジの改善を図っている。
【００１４】
しかし、図１５の構成は、２個の回折格子８，１２を連動回転させなければならず、構成が複雑になり、小型化は難しい。
【００１５】
次に、分光装置の温度特性について説明する。
空気中で回折格子を用いる時、空気の屈折率をnairとするとその出射角の温度特性は次式で表される。
【００１６】
【数３】
2005062201.tif 000005
【００１７】
ここで、括弧内の第１項は回折格子の線膨張係数、第２項は空気屈折率の温度係数である。
波長の温度係数は以下の式で求められる。
【００１８】
【数４】
2005062201.tif 000006
【００１９】
例えば波長1.55μmのとき、パイレックス（登録商標）ガラスの回折格子を空気中で用いると、その温度係数はおよそ3.7pm/℃と求められる。
【００２０】
このような温度係数は、分光装置を用いる環境の温度が変化すると、測定光は安定しているにもかかわらず測定結果は温度に応じて変動することになり、好ましくない。
【００２１】
ところで、図１６に示すように、回折格子３の出射光を受光素子列５に集光させる光学系として例えば凹面鏡１６を用いることが多いが、凹面鏡は比較的高価であって軽量化が難しいという問題がある。また、反射させることにより光路が大きく変化するので光学系の占めるスペースが大きくなり、調整が複雑になるという問題もある。さらには、収差の影響によって受光素子列５の両端近傍の結像がひずむことがある。
【００２２】
一方、受光素子の出力電流ＩＳに着目すると、入射光がない状態においても微小な暗電流ＩＤが生じている。暗電流ＩＤは、周囲温度により大きく変化し、若干の経年変化もある。
従って、入射光のパワーを受光素子の出力電流ＩＳに基づいて正確に測定するためには、必要に応じてこの暗電流の大きさＩＤを測定し、出力電流ＩＳから暗電流ＩＤを減算して入射光のみにより発生する電流ＩＬ（＝ＩＳ−ＩＤ）を求める必要がある。
【００２３】
また、波長分散素子として用いる回折格子の出射光は、入射光の波長に応じて回折角度が異なる。
従って、受光素子として波長の分散方向に複数の受光素子が配列された受光素子列を用いる場合、受光素子列への集光にあたり通常のレンズでは収差などの影響で特に両端には十分集光できないことが多い。
【００２４】
さらに、図１７に示すように、波長分散素子として入力側スラブ導波路１７と出力側スラブ導波路１８と測定光を入力側スラブ導波路１７に伝送する入力側導波路１９と入力側スラブ導波路１７の出力光を出力側スラブ導波路１８に伝送する導波路列２０と出力側スラブ導波路１８の出力光を外部に伝送する出力側導波路２１とが共通の基板２２上に一体形成された導波路型回折格子(AWG;Arrayed  Waveguide  Grating)を用い、出力側導波路２１の各ポートに受光素子が対向するように受光素子列２３を配置した分光装置も提案されている。
【００２５】
ところが、このような装置では、図１８のような測定結果が得られるものの、その測定結果における測定信号の変動ΔＰが光パワーの変動なのか波長のずれΔλによるものなのかを識別できない。もちろん波長の変化も検出できない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
本発明は、これら測定光を波長分散素子で分散させて受光素子に入射させることにより波長別に分離された検出信号を得るように構成される分光装置の問題点に着目したものであり、その目的の一つは、受光素子列への集光特性を改善した分光装置を実現することにある。
【００２７】
また他の目的は、受光素子を用いた場合の暗電流の影響を補正して高精度の測定が行える分光装置を実現することにある。
【００２８】
また他の目的は、装置全体の温度特性を改善できる分光装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
このような目的を達成する本発明の請求項１は、
測定光を波長分散素子で分散させて受光素子に入射させることにより波長別に分離された検出信号を得る分光装置であって、
前記受光素子として波長の分散方向に複数の受光素子が配列された受光素子列を用い、
この受光素子列に集光させる手段としてｆ−θレンズを用いることを特徴とする。
【００３０】
これにより、波長毎に回折方向が異なる場合であっても、実質的にそれらの特性を補正して受光素子列に集光させることができる。
【００３１】
本発明の請求項２は、
測定光を波長分散素子で分散させて受光素子に入射させることにより波長別に分離された検出信号を得る分光装置であって、
前記受光素子として波長の分散方向に複数の受光素子が配列された受光素子列を用い、
これら受光素子の一部を暗電流検出用とすることを特徴とする。
【００３２】
これにより、通常の測定を中断することなく任意の時点で暗電流を測定でき、入射光パワーの高精度測定が実現できる。
【００３３】
本発明の請求項３は、
測定光を波長分散素子で分散させて受光素子に入射させることにより波長別に分離された検出信号を得る分光装置であって、
前記受光素子に至る光路中に前記波長分散素子の波長温度特性を補正する屈折率温度特性を有する光学要素を設けたことを特徴とする。
【００３４】
これにより、分光装置全体の波長温度特性を実質的にゼロにできる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、以下のような効果がある。
本発明の請求項１によれば、受光素子列への集光特性を改善した分光装置を実現できる。
【００３６】
本発明の請求項２によれば、受光素子を用いた場合の暗電流の影響を補正して高精度の測定が行える分光装置を実現できる。
【００３７】
本発明の請求項３によれば、装置全体の温度特性を改善できる分光装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、発明の実施の形態の一例を示す構成図である。図において、入射端（光ファイバ）１０１から出射される測定光はレンズ１０２で平行ビームに成形されて波長分散素子として用いる回折格子（グレーティング）１０３に入射される。この回折格子１０３と対向する位置には、光が回折格子１０３を２度通るように、具体的には設計された中心波長でレンズ１０２の中心を光がほぼ往復するようにしてミラー１０４が設けられている。ただし、通常は入射端１０１と結像位置を分離する必要があるので、波長分散方向に直交する方向で光軸の開きを設けることによって両者を分離する。側面図にはこの様子を示したが、波長分散を簡単に示すため上面図では省略した。レンズ１０２をほぼ往復した光はミラー１０５で反射され、波長の分散方向に複数の受光素子が配列された受光素子列１０６に入射される。
【００３９】
これにより、光は回折格子１０３を２度通るので波長分解能は２倍になり、小型化の分光装置が得られる。
【００４０】
図２は回折格子１０３とミラー１０４を組み合わせた波長分散素子の動作を光軸で示す説明図である。回折格子１０３への１度目の入射角をθ１、出射角をθ２、回折格子１０３への２度目の入射角をθ３、出射角をθ４、ミラー１０４と回折格子１０３がなす角度をθ２０としている。ミラー１０４の法線は中心波長で光線に沿っているものとする。２度の回折の関係式を以下に示す。簡単のため、媒質の屈折率は１としている。
【００４１】
【数５】
2005062201.tif 000007
【００４２】
入射角θ１とθ２０は一定であるので、λで微分すると、次式が得られる。
【数６】
2005062201.tif 000008
【００４３】
これをｄθ４／ｄλについて整理すると、中心波長ではcosθ２０=cosθ２=cosθ３であるから、
【００４４】
【数７】
2005062201.tif 000009
【００４５】
これにより、
【数８】
2005062201.tif 000010
となり、２倍の分散角が得られることがわかる。
【００４６】
また、入射ビーム径をW1とするとWg 、W2は次のように示される。
【数９】
2005062201.tif 000011
【００４７】
ここで、ビーム径も一定に保たれているので、波長分解能は２倍に向上することになる。
【００４８】
なお、回折格子１０３の回折効率は入射光の偏光状態により変化する。このような実施の形態例の構成では光線は２度回折格子１０３を通過するので、図示しない波長板を回折格子１０３とミラー１０４の間に挿入してそれぞれの偏光状態を直交するように変化させることで、全体の回折効率の偏光依存性を改善できる。
【００４９】
図３は、発明のその他の実施の形態例を示す構成図であって波長分散特性改善のためにプリズムを一体化したものであり、図１と共通する部分には同一の符号を付けている。プリズム１０７は断面形状が台形に形成されていて、入射面に隣接する一方の面には回折格子１０３が密着され、入射面に隣接する他方の面には波長板１０８を挟むようにしてミラー１０４が密着されている。
【００５０】
図４は図３の動作説明図である。
プリズム１０７への入射角をθi、その屈折角をθ0、回折格子１０３への１度目の入射角をθ1、出射角をθ2、回折格子１０３への２度目の入射角をθ3、出射角をθ4、プリズム１０７からの出射角をθ5、その屈折角をθ6とし、ミラー１０４と回折格子１０３がなす角度をθ20、プリズム１０７の入射面と回折格子１０３のなす角度をθpとしている。これら２度の回折と２度の屈折の関係式を以下に示す。
【００５１】
【数１０】
2005062201.tif 000012
【００５２】
θｉ、θｐとθ２０を一定としてλで微分して波長分散特性を求める。
ｄθ０／ｄλ＝ｄθ１／ｄλ＝０となるので
【００５３】
【数１１】
2005062201.tif 000013
【００５４】
になる。ｄθ６／ｄλについて整理する。中心波長ではcosθ２０=cosθ２=cosθ３であるから、
【００５５】
【数１２】
2005062201.tif 000014
【００５６】
従って、
【数１３】
2005062201.tif 000015
になり、波長分散が２倍になることを示している。
【００５７】
また、波長分散の平坦化の条件は、ｄ２θ６／ｄλ２＝０のとき、
【数１４】
2005062201.tif 000016
である。
【００５８】
温度依存性については、基本式をＴで微分し、ｄθ６／ｄＴについて整理することにより求められる。
【００５９】
【数１５】
2005062201.tif 000017
【００６０】
屈折率ｎについては空気に対するnrと絶対値のnaとを区別している。nrとnaと空気屈折率nairの関係は以下のように示される。
【数１６】
2005062201.tif 000018
ｄθ６／ｄＴについて整理すると、
【００６１】
【数１７】
2005062201.tif 000019
【００６２】
中心波長ではcosθ２０=cosθ２=cosθ３、cosθ１=cosθ４、cosθ０=cosθ５、cosθｉ=cosθ６であるから、
【００６３】
【数１８】
2005062201.tif 000020
となる。
【００６４】
図１のようにミラーと回折格子を組み合わせて光が回折格子を２度通過するように構成することで波長分散が２倍になる。
これにより、同一の波長分散特性を得るための回折格子の幅は半分となり、分光装置の小型化が可能となる。
【００６５】
また図３のように回折格子をプリズムに張り合わせて波長分散特性の平坦化を図る分散素子の場合も、ミラーを組み合わせることにより光が回折格子を２度通るように構成することで波長分散が２倍となるので、同一の波長分散特性を得るための回折格子の幅が半分となり、小型の分光装置が構成できる。
【００６６】
さらに、ミラーと回折格子の間で適切な偏光素子により偏光状態を変化させることで、回折効率の偏光依存性を改善した分光装置が構成できる。
【００６７】
図５は、発明のその他の実施の形態例を示す構成図である。入射端１０９から出射される測定光はレンズ１１０で平行ビームに成形されて第１の波長分散素子として用いる回折格子１１１に入射される。この回折格子１１１の出射光はレンズ１１２で集光されてデジタルマイクロミラー素子（以下ＤＭＤという）１１３に入射される。ここで、ＤＭＤ１１３は波長の分散方向に沿って複数のマイクロミラーがシリコンウェハなどの半導体基板上にモノリシックに一体配列形成されたものであり、各マイクロミラーを任意の角度で選択的に回転駆動できる。ＤＭＤ１１３の出射光はレンズ１１４で再び平行ビームに成形されて第２の波長分散素子として用いる回折格子１１５に入射される。回折格子１１５の出射光はレンズ１１６で集光されて受光素子１１７に入射される。
【００６８】
図１５に示した従来のダブルモノクロメータと比較すると、従来の装置では中間スリット１０を固定して２つの分散素子８，１２を連動回転させることで波長を走査しているのに対し、図５では２つの分散素子１１１，１１５は固定して中間スリットの代わりに配置したＤＭＤ１１３を反射型の空間光変調器として動作させ、波長の分散方向に並んだマイクロミラーを順次スキャンして対応する波長のスペクトルを選択し検出することで波長を走査する。
【００６９】
受光素子１１７としては、分光装置の用途に応じて、波長の分散方向に複数の受光素子が配列された受光素子列を用いたり、単一受光素子を用いる。
受光素子列を用いる場合には、ＤＭＤ１１３のスキャンと受光素子列１１７のスキャンとを同期させる。すなわちＤＭＤ１１３で選択された波長のスペクトルが検出されるように受光素子列１１７のスキャンを同期させる。単一受光素子を用いる場合には、選択波長に応じてＤＭＤ１１３のマイクロミラーの回転角度を制御し、各波長が受光素子に入射されるようにする。
【００７０】
言い換えれば、図５の実施例は、固定の分散素子と空間的に移動するスリットで構成したダブルモノクロメータおよびダブルポリクロメータである。
【００７１】
図６は、発明のその他の実施の形態例を示す構成図である。入射端１１８から出射される測定光はレンズ１１９で平行ビームに成形されて波長分散素子として用いる回折格子１２０に入射される。この回折格子１２０の出射光はレンズ１２１で集光されてＤＭＤ１２２に入射される。ＤＭＤ１２２の出射光は再びレンズ１２１で平行ビームに成形されて回折格子１２０に入射される。回折格子１２０の出射光はレンズ１１９で集光され、スリット１２３を通って受光素子１２４に入射される。
【００７２】
図６の実施例では、図５のようにカスケードに接続されるべき第２のモノクロメータを省き、測定光を第１のモノクロメータに２度通して受光素子に戻すことにより同様の効果を得るダブルパス型構成にしたものである。ＤＭＤが空間的に移動するスリットとして動作するのは図５と同じである。
【００７３】
これら図５および図６の構成によれば、ダブルモノクロメータの波長走査をシリコンウエハなどの半導体基板にモノリシックに一体形成されたＤＭＤで行うので、従来のような大掛かり機械的可動部は不要となり、装置全体の小型化・高信頼化が実現できる。
また、ＤＭＤのスキャンは数ＭＨｚ程度までの高速駆動が可能なので受光素子列との同期も容易であり、ポリクロメータでもカスケードの接続が可能になり、分解能はもちろん測定波長近傍のダイナミックレンジも大幅に改善できる。
【００７４】
図７は、発明のその他の実施の形態例を示す構成図である。回折格子１２５で入射光の波長に応じた方向に回折された出射光は、ｆ−θレンズ１２６により集光されて受光素子列１２７上に結像される。なおｆ−θレンズ１２６は、受光素子列１２７の両端近傍の結像もひずまないように設計されたものを用いる。
【００７５】
ｆ−θレンズ１２６を用いることにより、凹面鏡に比べて比較的安価であり、軽量化が図れる。また、回折光の光路は変更しないので光学系をコンパクトに構成でき、調整作業を大幅に単純化できる。さらには、ｆ−θレンズ１２６の設計により受光素子列１２７に結像される分散波長の間隔をほぼ等間隔にでき、受光素子列１２７の出力信号処理を容易化できる。
【００７６】
図８および図９は、暗電流を補償する発明で用いる受光素子列の具体例図である。受光素子列は、前述のように波長の分散方向に沿って複数の受光素子Ｄが配列されているが、それらの一部に受光に使用しない受光素子Ｄ’を用意し、その暗電流を測定して他の受光に使用する受光素子Ｄの暗電流の補正演算処理を行う。図８は配列方向の両端の素子を受光に使用しない受光素子Ｄ’とした例を示し、図９は配列方向に沿うように受光に使用しない受光素子Ｄ’を別途設けた例を示している。
【００７７】
なお、これら受光に使用しない受光素子Ｄ’は、予めマスクなどで覆うことにより遮光しておく。
【００７８】
受光素子Ｄの暗電流の補正演算処理例について説明する。
＜例１＞
受光に使用しない受光素子Ｄ’の暗電流が１ｐＡと測定された状態で、受光に使用する受光素子Ｄの出力電流が２００ｐＡと測定されたとする。この場合の受光素子Ｄの入射光によって生じた電流ＩＬは、
ＩＬ＝２００−１＝１９９ｐＡ
とする。
【００７９】
＜例２＞
受光に使用しない両端の受光素子Ｄ’の暗電流が１ｐＡ，１．１ｐＡと測定されたとき、受光に使用する受光素子Ｄの暗電流を平均値の１．０５ｐＡとする。
＜例３＞
受光に使用しない両端の受光素子Ｄ’の暗電流が１ｐＡ，１．１ｐＡと測定されたとき、受光に使用する受光素子Ｄが例えば９個並んでいる場合にはそれぞれの暗電流を１．０１，１．０２，・・・１．０８，１．０９ｐＡとする。
【００８０】
＜例４＞
受光に使用する受光素子Ｄの暗電流が予め１．１ｐＡと求められたときに受光に使用しない受光素子Ｄ’の暗電流は１ｐＡと測定されていて、その後受光素子Ｄ’の暗電流１．２ｐＡと測定されたとすると、受光素子Ｄの暗電流は、
１．１＊（１．２／１．０）＝１．３２ｐＡ
とする。
【００８１】
これら図８，図９の構成によれば、暗電流の測定に当たって、受光素子の上面で遮光体を移動させたり受光素子に至る光学系の一部で受光素子の入射光を機械的に遮る必要はなく、受光に使用する受光素子Ｄに入射される光のパワーを高精度で測定できる。
【００８２】
なお、受光に使用する受光素子は受光素子列に限るものではなく、受光に使用しない暗電流測定用の受光素子を有するものであれば、単一波長を複数の受光素子で検出するように複数の受光素子が２次元的に配置されたものであってもよいし、単一波長を単一受光素子で検出するものでもよい。
【００８３】
図１０は、発明のその他の実施の形態例を示す構成図であり、図１４と共通する部分には同一符号を付けている。図１０と図１４の異なる点は、コリメーティングレンズ２と回折格子３との間に、波長温度特性補償用のプリズムやウェッジなどの光学要素１２８を配置していることである。
【００８４】
このような光学要素１２８による波長温度特性補償動作を図１１のウェッジ板の光屈折図を用いて説明する。
まず、ウェッジ板で屈折する光線に対応する基本式は次のようになる。
【００８５】
【数１９】
2005062201.tif 000021
【００８６】
入射角θ1については一定としてこれを温度で微分すると以下のようになる。
【数２０】
2005062201.tif 000022
【００８７】
これらを整理すると、
【数２１】
2005062201.tif 000023
となる。
【００８８】
θ３＝θ４＝０のとき、
【数２２】
2005062201.tif 000024
になり、
【００８９】
θ１＝θ２＝０のとき、
【数２３】
2005062201.tif 000025
になる。
【００９０】
上式を用いて合成石英とＳｉについて、波長１．５５μｍで計算すると、図１２のようになる。
【００９１】
次に、回折格子３の入射光での補償について説明する。
式１と式１９を連立することにより、回折格子３の入射光に光学要素としてウェッジ板１２８を挿入したものが表現できる。
【数２４】
2005062201.tif 000026
【００９２】
ｉが一定ではなくなったので式３とは異なり、
【数２５】
2005062201.tif 000027
になる。
【００９３】
式２１を代入すると、
【数２６】
2005062201.tif 000028
になり、
【００９４】
θ３＝θ４＝０またはθ１＝θ２＝０のとき、
【数２７】
2005062201.tif 000029
となる。
【００９５】
温度係数ｄθ／ｄＴ＝０とするためには、式２６，２７から、
【数２８】
2005062201.tif 000030
が求められる。
【００９６】
実際のパラメータを用いると式２８の左辺の値はおよそ３．８×１０-6[[rad/℃]と求められ、図１２の結果から合成石英ではθpが大きくなることがわかる。Ｓｉではθpが２°未満であり、薄いウェッジ板で実現できることがわかる。
【００９７】
なお、図１０では回折格子３の入射側にウェッジを配置して補償しているが、回折格子３の出射側にウェッジを配置してで補償することも可能であることは明らかである。
【００９８】
図１３は、発明のその他の実施の形態例を示す構成図であり、図１７と共通する部分には同一符号を付けている。図１３と図１７の異なる点は、出力側スラブ導波路１８の出力光を外部に伝送する出力側導波路を取り除いて出力側スラブ導波路１８の出力光を直接受光素子列２３の各受光素子に入射させ、ポリクロメータを構成していることである。
【００９９】
図１３において、角分散は、
【数２９】
2005062201.tif 000031
【０１００】
ｍ：回折次数、ｄ：アレイ導波路ピッチ、ｎｓ：スラブ導波路実効屈折率、
ｎｃ：アレイ導波路実効屈折率、ｎｇ：群屈折率、
ΔＬ：アレイ導波路の導波路長差、λ０：中心波長
【０１０１】
従って、線分散すなわち集光位置の波長依存性は、
【数３０】
2005062201.tif 000032
【０１０２】
となる。ただし、ｆは出力側スラブ導波路１８の焦点距離である。
例えば、ｎｇ＝１．４７５２、ｎｓ＝１．４５２９、ｄ＝２５μｍ、ΔＬ＝７７μｍ、ｆ＝１００ｍｍとすると、ｄｘ／ｄλはほぼ２０１．８μｍ／ｎｍとなり、０．４ｎｍ間隔の２つのスペクトルは、受光素子列上では２０１．８＊０．４からほぼ８０．７μｍで分離されることになる。
つまり、２０μｍピッチで受光素子が配列されている受光素子列で受光するものとすると、０．４ｎｍ間隔のＷＤＭ信号１波当たり約４個の受光素子を使用することになり、そのピーク検出すなわち波長測定も可能になる。
【０１０３】
このとき、空間的なフリースペクトラムレンジＸＦＳＲ（同一波長に対しm次と（ｍ＋１）次の回折光が集光する焦点位置の間隔）は、ＸＦＳＲ＝λ０ｆ／ｎｓｄにより求めることができ、ほぼ４．２７ｍｍになる。従って、分波できる波数は、４．２７ｍｍ／８０．７μｍから、ほぼ５２波になる。
【０１０４】
このような図１３の構成によれば、主要構成部品は固体化されているＡＷＧと受光素子列の２個になることから小型化が図れ、調整は不要になる。
そして、ポリクロメータの構成になっているので、波長測定も行える。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す構成図である。
【図２】図１の動作説明図である。
【図３】本発明の実施の形態の他の例を示す構成図である。
【図４】図３の動作説明図である。
【図５】本発明の実施の形態の他の例を示す構成図である。
【図６】本発明の実施の形態の他の例を示す構成図である。
【図７】本発明の実施の形態の他の例を示す構成図である。
【図８】本発明で用いる受光素子列の構成例図である。
【図９】本発明で用いる受光素子列の他の構成例図である。
【図１０】本発明の実施の形態の他の例を示す構成図である。
【図１１】図１０のウェッジ板の動作説明図である。
【図１２】図１０のウェッジ板の屈折温度特性図である。
【図１３】本発明の実施の形態の他の例を示す構成図である。
【図１４】従来の分光装置例図である。
【図１５】従来の他の分光装置例図である。
【図１６】従来の他の分光装置例図である。
【図１７】従来の他の分光装置例図である。
【図１８】図１７の装置の測定特性例図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１０１，１０９，１１８  入射端
１０２，１１０，１１２，１１４，１１６，１１９，１２１  レンズ
１０３，１１１，１１５，１２０，１２５  回折格子（波長分散素子）
１０４  ミラー
１０６，１１７，１２４，１２７  受光素子列
１２２  ＤＭＤ
１２３  スリット
１２６  ｆ−θレンズ
１２８  光学要素
【図１】
2005062201.tif 000033
【図２】
2005062201.tif 000034
【図３】
2005062201.tif 000035
【図４】
2005062201.tif 000036
【図５】
2005062201.tif 000037
【図６】
2005062201.tif 000038
【図７】
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【図８】
2005062201.tif 000040
【図９】
2005062201.tif 000041
【図１０】
2005062201.tif 000042
【図１１】
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【図１２】
2005062201.tif 000044
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2005062201.tif 000048
【図１７】
2005062201.tif 000049
【図１８】
2005062201.tif 000050