(57)【要約】【課題】本発明の目的は、プリズムの回折格子と対向する面の外側に回転可能のミラーを設置し、このミラーの角度を調整することで、例えばＣバンドやＬバンド等、異なる波長帯の測定光においても同一のプリズムを使用して光スペクトルの解析を行うことのできる分光装置を実現することにある。【解決手段】本発明は、測定光をプリズムにより波長分散し、この波長分散光を受光部によって受光して測定光の光スペクトルを解析し、前記プリズムは、前記測定光を入射する入射面と、この入射面と隣接する回折格子面とを有する分光装置において、前記回折格子面と対向する面の外側近傍に任意の角度に回転可能であるミラーを備え、前記プリズムの入射面から入射した測定光は、前記回折格子面により波長分散され、前記回折格子面と対向する面から出射し、前記ミラーに反射して前記回折格子面と対向する面から入射し、前記回折格子面により再び波長分散され、前記入射面から出射し、前記受光部によって受光されることを特徴とする分光装置。【選択図】図１
2012063197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定光をプリズムにより波長分散し、この波長分散光を受光部によって受光して測定光の光スペクトルを解析し、
前記プリズムは、前記測定光を入射する入射面と、この入射面と隣接する回折格子面とを有する分光装置において、
前記回折格子面と対向する面の外側近傍に任意の角度に回転可能であるミラーを備え、
前記プリズムの入射面から入射した測定光は、前記回折格子面により波長分散され、前記回折格子面と対向する面から出射し、前記ミラーに反射して前記回折格子面と対向する面から入射し、前記回折格子面により再び波長分散され、前記入射面から出射し、前記受光部によって受光されることを特徴とする分光装置。
【請求項２】
前記ミラーは、前記回折格子の格子線と平行な軸を中心として任意の角度に回転可能であることを特徴とする請求項１記載の分光装置。
【請求項３】
前記ミラーは、前記回折格子の格子線と直交する軸を中心として任意の角度に回転可能であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の分光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＷＤＭ（wavelength division multiplexing：波長分割多重）信号等の測定光をプリズム等によって波長分散し、測定光の光スペクトルの解析等を行う分光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の分光装置の構成例を、図面を用いて説明する。図４は、従来の分光装置の構成例を示した図である。図４の紙面と直交する軸をＺ軸とする。
図４において、光ファイバ等の入射端１からの測定光はレンズ２で平行ビームとなるよう成形され、ミラー３で反射し、プリズム４の面Ａに入射する。
プリズム４の面Ａと隣接する面Ｂには、Ｚ軸と平行な格子線を有する回折格子５が密着されており、また、面Ｂと対向する面Ｃにはミラー６が密着されている。回折格子５の格子定数は「ｄ」とする。
面Ａから入射した測定光は、面Ｂに入射し回折格子５によって回折されて波長に応じた角度（分散角）で波長分散し、面Ｃに入射する。
面Ｃに入射した光はミラー６によって反射され、面Ｂに入射し、回折格子５により再度波長分散され、面Ａから出射する。
面Ａからの出射光はレンズ７により収束され、受光部８に結像する。
受光部８には、波長分散方向に複数の受光素子が配列されており、これらの受光素子によって測定光の光スペクトルを検出する。
【０００３】
なお、分光装置の受光部８に結像する光軸は、プリズム４をはじめとする分光装置の各構成要素の寸法誤差や取り付け誤差等に起因して特にＺ軸方向にズレ（煽り角）が生ずることがある。煽り角が大きいと、受光部８における結像位置が受光素子のＺ軸方向の受光可能範囲から外れてしまうが、Ｚ軸と直交する軸を中心に回転可能に設置されているミラー３を適切に回転させることにより、煽り角を許容範囲内となるよう調整することが可能である。
【０００４】
次に、図５を用いて、空気中に設置された格子定数ｄの回折格子９およびミラー１０により、測定光が回折を２回繰り返す場合の効果を説明する。
【０００５】
図５において、測定光の回折格子への１度目の入射角をθa、出射角をθb、回折格子への２度目の入射角をθc、出射角をθd、ミラー１０と回折格子９とがなす角をθeとした場合の関係式を以下に示す。（ここで、波長＝λ、空気の屈折率＝１とする。以降すべての式で共通とする。）
【０００６】
2012063197.tif 000003
【０００７】
入射角θaとθeは一定であるので、上式をλで微分すると、それぞれ、
【０００８】
2012063197.tif 000004
【０００９】
これらの式を整理すると、中心波長では
【００１０】
2012063197.tif 000005
【００１１】
であるから、
【００１２】
2012063197.tif 000006
【００１３】
2012063197.tif 000007
となり、２倍の分散角が得られることがわかる。
また、測定光のビーム径については、図６に示すとおり入射光のビーム径をＷ１、回折格子９への入射径をＷｇ、ミラーに入射するビーム径をＷ２とすると、
【００１４】
Ｗｇ = Ｗ１/cosθa
Ｗ２ = Ｗｇ・cosθb
= Ｗ１・(cosθb/cosθa)
【００１５】
となる。
このように、ビーム径も保たれており、波長分解能が２倍に向上することがわかる。
【００１６】
次に、図４に示す構成において、プリズム４に張り合わせて密着させた回折格子５で測定光が２度回折する場合について説明する。図７は、図４に示すプリズム４に入射および出射する測定光の経路を示した図である。
図７において、測定光の面Ａへの入射角をθ0、その屈折角をθ1、回折格子５が密着された面Ｂへの１度目の入射角をθ2、出射角をθ3、ミラー６が密着された面Ｃへの入射角をθ4、面Ｃからの反射角をθ5、回折格子への２度目の入射角をθ6、出射角をθ7、プリズム４の面Ａからの出射角をθ8、その屈折角をθ9とし、プリズムの面Ａと面Ｂとのなす角度をθp1、面Ｃと面Ｂとがなす角度をθp2、とすると、これらの関係式は、以下の通りとなる。（ここで、プリズムの屈折率＝ｎとする。以降すべての式で共通とする。）
【００１７】
2012063197.tif 000008
【００１８】
これらの式をλで微分し、整理すると、波長分散による角度変化は
【００１９】
2012063197.tif 000009
【００２０】
となる。
このように、回折格子５の波長による回折角の非線形性は、プリズム４により線形となるように補正されて平坦化される。このように平坦化された測定光を受光部８に結像させる。
受光部８には、波長分散方向に複数の受光素子が等間隔で配列されており、これらの受光素子によって測定光の光スペクトルを検出する。
【００２１】
特許文献１には、プリズム、回折格子およびミラー等を使用して測定光の光スペクトルを解析する分光装置の構成例が詳細に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開２００２−２６７５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかしながら、波長分散の方向は波長帯によって変わるので、このような分光装置を用いて異なる波長帯の測定光を解析するためには、プリズム４からの出射光が受光部８のＺ軸と直交する方向に広がる受光可能範囲内に結像するよう、波長帯ごとにプリズム４のθp1およびθp2を適切に変える（つまりプリズム４の形状を変える）等の必要があった。
例えば波長1530〜1565nmのＣバンド(C-band)および、波長1575nm〜1625nmのＬバンド（L-band）等を測定する際には、それぞれ異なったプリズムを用意しなければならなかった。
【００２４】
そこで本発明の目的は、プリズムの回折格子と対向する面の外側に回転可能のミラーを設置し、このミラーの角度を調整することで、例えばＣバンドやＬバンド等の異なる波長帯の測定光においても同一のプリズムを使用して光スペクトルの解析を行うことの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】
【００２５】
このような課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、
測定光をプリズムにより波長分散し、この波長分散光を受光部によって受光して測定光の光スペクトルを解析し、
前記プリズムは、前記測定光を入射する入射面と、この入射面と隣接する回折格子面とを有する分光装置において、
前記回折格子面と対向する面の外側近傍に任意の角度に回転可能であるミラーを備え、
前記プリズムの入射面から入射した測定光は、前記回折格子面により波長分散され、前記回折格子面と対向する面から出射し、前記ミラーに反射して前記回折格子面と対向する面から入射し、前記回折格子面により再び波長分散され、前記入射面から出射し、前記受光部によって受光されることを特徴とする。
【００２６】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明であって、
前記ミラーは、前記回折格子の格子線と平行な軸を中心として任意の角度に回転可能であることを特徴とする。
【００２７】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２のいずれかに記載の発明であって、
前記ミラーは、前記回折格子の格子線と直交する軸を中心として任意の角度に回転可能であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、測定光をプリズムにより波長分散し、この波長分散光を受光部によって受光して測定光の光スペクトルを解析し、前記プリズムは、前記測定光を入射する入射面と、この入射面と隣接する回折格子面とを有する分光装置において、前記回折格子面と対向する面の外側近傍に任意の角度に回転可能であるミラーを備え、前記プリズムの入射面から入射した測定光は、前記回折格子面により波長分散され、前記回折格子面と対向する面から出射し、前記ミラーに反射して前記回折格子面と対向する面から入射し、前記回折格子面により再び波長分散され、前記入射面から出射し、前記受光部によって受光されるので、例えば波長1530〜1565nmのＣバンドおよび、波長1575nm〜1625nmのＬバンド等の異なる波長帯の測定光においても同一のプリズムを使用して光スペクトルの解析を行うことのできる分光装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施例の構成図である。
【図２】図１に示す装置のプリズムから出射した測定光がミラーで反射され再びプリズムに入射する様子を示している。
【図３】本発明の他の実施例の構成図である。
【図４】従来の分光装置の実施例を示す構成図である。
【図５】回折格子により波長分散を２回繰り返す様子を説明する図である。
【図６】回折格子により波長分散を２回繰り返す様子を説明する図である。
【図７】図４に示すプリズムに入射および出射する測定光の経路を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示した構成図である。ここで、図７と同一のものは同一符号を付し説明を省略する。
本発明による分光装置は、図４のプリズム４およびミラー６の代わりに、プリズム１１およびミラー１２が使用され、その他の構成は、図４で示す構成と同一である。
【００３１】
図１において、プリズム１１の、面Ｄと隣接する面ＥにはＺ軸と平行な格子線を有する回折格子５が密着されている。
面Ｅと対向する面Ｆは、光透過面であり、その外側にはミラー１２が設置される。ミラー１２は、格子線と平行な軸を中心として回転可能に設置され、面Ｅとのなす角をθtとする。
【００３２】
このような分光装置において、入射端１から出射されレンズ２で平行ビームに成形されミラー３に反射した測定光は、プリズム１１の面Ｄに入射角θ0にて入射する。
入射した測定光は、屈折角θ1にてプリズム１１に入り、面Ｅの回折格子５に入射角θ2にて入射し、θ3の回折角をもって回折し、面Ｆに入射角θ4にて入射する。
図２は、プリズム１１の面Ｆから出射した測定光がミラー１２で反射され再びプリズム１１に入射する様子を示している。
入射角θ4で面Ｆに入射した光は、屈折角θ4aにてプリズム１１から出射し、θmaの入射角にてミラー１２に入射し、θmbの反射角にて反射する。
この反射光は、入射角θ5aにてプリズム１１の面Ｆに入射し、屈折角θ5'にてプリズム１１に入る。
プリズム１１に入った測定光は、入射角θ6'にて面Ｅの回折格子５に再入射し、θ7'の回折角をもって回折する。
この回折光は、面Ｄに入射角θ8'にて入射し、屈折角θ9'にてプリズム１１から出射される。
面Ｄからの出射光はレンズ７により収束され、受光部８に結像する。
受光部８には、波長分散方向に複数の受光素子が配列されており、これらの受光素子によって測定光の光スペクトルを検出する。
【００３３】
異なる波長帯の測定光を解析するためには、それぞれの波長帯の測定光が、受光部８の受光可能範囲に適切に結像する必要がある。
ここで図２に示すとおり、θma＝θ4a+θtであり、またθmaと、θmb,θ5aおよびθ5'は、図２に示す関係であるので、ミラー１２のθtの変化に応じて、プリズム１１への屈折角であるθ5'を自在に調整することができる。
同様に、θ5'と、θ6',θ7',θ8'およびθ9'は、図１に示すような関係であるので、ミラー１２のθtを変化させることで、プリズム１１からの出射角であるθ9'を自在に調整することができる。
したがって、例えば波長1530〜1565nmのＣバンドおよび、波長1575nm〜1625nmのＬバンドを測定する際に、ミラー１２のθtを適切に調整することで、いずれのバンドにおいてもプリズム１１のみを用いて出射光を受光部８の受光可能範囲に適切に結像させることができる。
【００３４】
このように本発明によれば、測定光をプリズム１１により波長分散し、この波長分散光を受光部８によって受光して測定光の光スペクトルを解析し、前記プリズム１１は、前記測定光を入射する面Ｄと、この面Ｄと隣接し回折格子５が密着する面Ｅとを有する、分光装置において、前記面Ｅと対向する面Ｆの外側近傍にＺ軸（回折格子の格子線と平行な軸）を中心に回転可能であるミラー１２を備え、前記プリズム１１の面Ｄから入射した測定光は、前記面Ｅにより波長分散され、前記面Ｅと対向する面Ｆから出射し、前記ミラー１２に反射して前記面Ｅと対向する面Ｆから入射し、前記面Ｅによって再び波長分散され、前記面Ｄから出射し、前記受光部８によって受光されるので、例えば波長1530〜1565nmのＣバンドおよび、波長1575nm〜1625nmのＬバンド等の異なる波長帯の測定光であっても、同一のプリズム１１を使用して光スペクトルの解析を行うことのできる分光装置を実現することができる。
【００３５】
なお、分光装置の受光部８に結像する分散光にＺ軸方向のずれ（煽り角）が生じるのを防ぐために、図３に示すように、ミラー１２はＺ軸（回折格子の格子線と平行な軸）と直交する軸をも中心として回転可能としてもよい。
ミラー１２がＺ軸と直交する軸を中心に回転する際の、ミラー１２と面Ｅとのなす角をθvとし、このθvを適切に調整することで、煽り角を許容範囲とすることが可能である。この場合、入射端１から出射されてレンズ２で平行ビームに成形された測定光を、ミラー３を介さずにプリズム１１の面Ｄへ入射させることができ、ミラー３が不要となるので、分光装置の小型化やコストダウンを図ることができる。
【００３６】
なお、ミラー１２は、Ｚ軸と直交する軸のみを中心として回転可能としてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
５  回折格子
８  受光部
１１  プリズム
１２  ミラー
【図１】
2012063197.tif 000010
【図２】
2012063197.tif 000011
【図３】
2012063197.tif 000012
【図４】
2012063197.tif 000013
【図５】
2012063197.tif 000014
【図６】
2012063197.tif 000015
【図７】
2012063197.tif 000016