(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を平行光に変換して出射する凹面鏡と、
前記凹面鏡から出射された平行光を回折する平面回折格子と、
前記平面回折格子で回折された１回目の回折光を前記平面回折格子の格子と平行な方向にずらすように反射して前記平面回折格子に２回目の入射光として入射させる２枚の平面鏡により構成されてなる第１の反射手段と、
前記回折格子で回折された２回目の回折光の光路と略直交する反射面を有する平面鏡により構成され、２回目の回折光を反射して前記平面回折格子に３回目の入射光として入射させる第２の反射手段と、
３回目の回折光が前記第１の反射手段で反射して前記平面回折格子に４回目の入射光として入射され、４回目の回折光が前記凹面鏡により集光された光の焦点位置近傍に、特定波長の光を取り出し可能となるように設けられた出射スリットと、を有することを特徴とする分光器。
【請求項２】
請求項１に記載の分光器に、
前記平面回折格子を格子と平行な軸を回転軸として回転させる回転機構と、
前記出射スリットからの出射光を受ける受光器と、
表示手段と、
制御手段とを設け、前記表示手段に前記出射スリットからの出射光のスペクトルを表示することを特徴とする光スペクトラムアナライザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分光器及びそれを用いた光スペクトラムアナライザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
分光特性における高い分解能または広いダイナミックレンジを得るため、被測定光が回折格子を２回以上通過するマルチパス方式の分光器がある。
このようなマルチパス方式の分光器としては、例えば、特開２０００−０８８６４７に開示された２段式分光器（被測定光が回折格子を２回通過するタイプ）がある。このような２段式分光器において、その分解能を向上させるためには、分散量が大きくなる様な加分散配列で、被測定光が回折格子を通過する回数を増やす必要がある。
【０００３】
例えば、被測定光が回折格子を４回通過するようにさせるには、上記特開２０００−０８８６４７号公報の２段式分光器を加分散配列となるように２台接続する配置が考えられ、その配置例（４段式分光器）を図６に示す。
【０００４】
従来の２段式分光器は、図６に示すように、光源１１９（測定される被測定光）と、入射スリット１２０と、出射スリット１２８、中間スリット１２３，１２６と、凹面鏡１２１と、回折格子１２２と、折り返し反射手段１２４，１２５と、光出力の受光器１３０で構成されている。
【０００５】
入射スリット１２０は、光源１１９と凹面鏡１２１との間に設けられて入力スリットとされるものであり、出射スリット１２８は、凹面鏡１２１と受光器１３０との間に設けられて２回目の出射光から特定の波長を選択し、２段式分光器の分解波長を選択するものである。また、中間スリット１２３，１２６は、凹面鏡１２１と折り返し反射手段１２４，１２５との間に設けられて２回目の回折における回折波長を選択するものである。
【０００６】
図６に示す例は、上記２段式分光器を２台配置し、初めの２段式分光器の出射スリット１２８が後の２段式分光器の入射スリットとなるように、それぞれの分光器の間に、平面鏡１２７を配置することにより４段式分光器として構成したものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６に示す例のような４段式分光器は、光学部品点数が多いうえ、装置が大型化するという問題がある。
また、スリットの通過波長を決定する回折格子が複数枚あることで、その制御が複雑化する問題も生じる。さらに、上記４段式分光器を組み合わせて、回折格子を８回通過する８段式分光器を構成した場合には、この問題はさらに顕著となる。
【０００８】
また、他の従来例として、特開平８−１４５７９５号公報や特開２００１−１８３２３３号公報等にも４段式分光器の例が開示されているが、本発明と比較した場合、特開平８−１４５７９５号公報の例においては、凹面鏡の焦点位置近傍の部品点数が多く、配置が困難である。また、特開２００１−１８３２３３号公報の例においては、光学部品点数が多い。
【０００９】
さらに、前記両者の４段式分光器を８段式とした場合は、図６に示した例と同様、分光器を接続することによる光学部品点数の増加、装置の大型化、制御の複雑化といった問題が生じる。
一方、従来の分光器は、分光器が置かれている周囲温度の変化により、分光特性の変化が生じる。高分解能を有している分光器であっても、その特性が確保できる温度範囲が狭いのでは、周囲温度の制御も必要となり、装置の大型化、制御の複雑化となる。その主たる原因の１つとして、分光器を構成している凹面鏡と、その焦点位置近傍に置かれた入射スリット及び出射スリットとの位置関係にある。周囲の温度変化により生じる凹面鏡の焦点位置の変化量と、各スリットが固定されているベ−ス等の距離変化により生じているスリット位置の変化量が異なるため、被測定光の平行光への変換や出射スリットにおける特定波長の選択が理想状態で行われなくなるためである。従って、被測定光が分光器内で凹面鏡を通過する回数は、少ない方が周囲の温度変化による影響を受けにくく望ましい。
図６に示す例のような４段式分光器においては、被測定光の凹面鏡を通過する回数は８回であり、周囲温度の変化による分光特性の変化が生じやすい。また、他の従来例の４段式分光器においても、被測定光が凹面鏡を通過する回数は４回と多い。
また、従来では、これら周囲温度の変化による分光特性の変化をおさえる対策として、周囲温度に変化が生じた場合、スリット位置を移動させる方法や、凹面鏡の背面に補強部材を取り付ける方法などがあげられるが、いずれの方法も部品点数は増加してしまう。
【００１０】
本発明は、前述した問題を解決するためになされたものであり、その目的は、少ない部品点数で、高い分解能、広い近傍ダイナミックレンジを得ることができ、かつ装置を小型化することができる分光器を提供し、さらに、その分光器を用いることで、高い分解能、広い近傍ダイナミックレンジを広い温度範囲で得ることができ、かつ小型化された光スペクトラムアナライザを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る分光器は、請求項１に記載したように、入射光を平行光に変換して出射する凹面鏡と、前記凹面鏡から出射された平行光を回折する平面回折格子と、前記平面回折格子で回折された１回目の回折光を前記平面回折格子の格子と平行な方向にずらすように反射して前記平面回折格子に２回目の入射光として入射させる２枚の平面鏡により構成されてなる第１の反射手段と、前記回折格子で回折された２回目の回折光の光路と略直交する反射面を有する平面鏡により構成され、２回目の回折光を反射して前記平面回折格子に３回目の入射光として入射させる第２の反射手段と、３回目の回折光が前記第１の反射手段で反射して前記平面回折格子に４回目の入射光として入射され、４回目の回折光が前記凹面鏡により集光された光の焦点位置近傍に、特定波長の光を取り出し可能となるように設けられた出射スリットと、を有することを特徴とする。
上記構成は４回の光の回折がなされる加分散配列であり、波長による分散方向が同じであり、回折回数を重ねる毎に波長による分散量が増えていく。これにより、出射スリットにおいて選択される特定波長成分の波長範囲が狭くなり、高分解能の分光器を得ることができ上記目的を達成することができる。
また、上記構成においては、被測定光は、波長を選択する出射スリットまでに、凹面鏡の通過が２回と少ないため、高い分解能、広いダイナミックレンジを広い温度範囲で得ることができる。
【００２１】
また、本発明に係る光スペクトラムアナライザは、請求項２に記載したように、前記平面回折格子を格子と平行な軸を回転軸として回転させる回転機構と、前記出射スリットからの出射光を受ける受光器と、表示手段と、制御手段とを設け、前記表示手段に前記出射スリットからの出射光のスペクトルを表示することを特徴とする。
これにより、入射された光の波長や強度を測定し、表示手段の画面にそのスペクトルを表示する光スペクトラムアナライザにおいて、高い分解能、広い近傍ダイナミックレンジを得ることができ、かつ光スペクトラムアナライザの筐体の小型化が可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
まず、本発明に係る第１の実施の形態について説明する。
第１の実施の形態に係る分光器１０は、図１に示すように、光ファイバ１から入射された入射光を平行光に変換して出射する凹面鏡２と、平行光を回折する平面回折格子３と、この平面回折格子３で回折された回折光を平面回折格子３の格子と平行な方向にずらすように反射する平面鏡４，５からなる第１の反射手段と、平面回折格子３で回折された回折光の光路とほぼ直交する反射面を有し、この回折光を反射して平面回折格子３に入射させる平面鏡６と、平面回折格子３の４回目の回折光が、凹面鏡２により集光される焦点位置近傍に特定の波長を有する光のみ取り出すための出射スリット７を備える。
【００２３】
次に、本実施の形態の機能、動作を説明する。
光ファイバ１から入射された入射光（被測定光）は、凹面鏡２により平行光に変換され、平面回折格子３で１回目の回折がなされる。この１回目の回折による回折光は平面鏡４，５（第１の反射手段）により反射されて、平面回折格子３の格子と平行な方向にずらされ、再度平面回折格子３に入射され、２回目の回折がなされる。
この２回目の回折による回折光は、その光路と略直交する平面鏡６（第２の反射手段）で反射され平面回折格子３に入射され、３回目の回折がなされる。
この３回目の回折による回折光は、再度平面鏡４，５により、１回目の回折光の入射位置に近い位置にずらされ、平面回折格子３に４回目の入射光として入射され、４回目の回折がなされる。
この４回目の回折による回折光は、凹面鏡２により集光され、その焦点位置近傍に置かれた出射スリット７により特定波長の光のみ選択され、受光器８へ出射する。
【００２４】
本実施の形態に係る分光器１０の如く、上述のようにして４回の光の回折がなされる光学配置は加分散配列と呼ばれるもので、波長による分散方向が同じであり、回折回数を重ねる毎に波長による分散量が増えていくものである。
よって、出射スリット７において選択される特定波長成分の波長範囲が狭くなり、高分解能の分光器を得ることができる。
【００２５】
（第２の実施の形態）
次に、本発明に係る第２の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する第２の実施の形態において、既に図１において説明した部材等については、図中に同一符号あるいは相当符号を付すことにより説明を簡略化あるいは省略する。
【００２６】
第２の実施の形態に係る分光器２０は、図２に示すように、第１の実施の形態に係る分光器１０（図１参照）の構成に加えて、４回目の回折光が凹面鏡２により集光された光の焦点位置近傍に、この４回目の回折光を反射させて、再度凹面鏡２に入射させる第３の反射手段９（平面鏡１２，１３と中間スリット１１とで構成）を備えたものである。
【００２７】
この第３の反射手段９で反射した光が再び凹面鏡２に入射され、凹面鏡２の出射光は平面回折格子３に５回目の入射光として入射される。
さらに、５回目の回折光が、平面鏡４，５（第１の反射手段）を経て平面回折格子３に入射され、次に、６回目の回折光が、平面鏡６（第２の反射手段）で反射して平面回折格子３に７回目の入射光として入射される。
次に、７回目の回折光が平面鏡４，５（第１の反射手段）で反射され、平面回折格子３に８回目の入射光として入射される。
そして、８回目の回折光は、凹面鏡２により集光された光の焦点位置近傍に、特定波長の光を取り出し可能となるように設けられた出射スリット７により、特定波長の光のみ選択され、受光器８へ出射する。
【００２８】
本実施の形態は、上記のように、４回目の回折光が凹面鏡２により集光された光の焦点位置近傍に、第３の反射手段９を設けることで、凹面鏡２により集光された４回目の回折光を凹面鏡２に入射させ、第１の実施の形態の場合からさらに４回の回折を繰りかえすようにし、その８回目の回折光が凹面鏡２により集光されるものである。
【００２９】
本実施の形態は、第３の反射手段９を、平面回折格子３の格子方向に沿って中間スリット１１を挟むように２枚の平面鏡１２，１３で構成した場合である。
上記中間スリット１１及び平面鏡１２，１３の配置により、復路（５回目の回折〜８回目の回折）における４回の回折は、往路（１回目の回折〜４回目の回折）により生じた波長による分散を元に戻す差分散配列と呼ばれるものとなる。
【００３０】
本実施の形態においては、往路において、凹面鏡２の焦点位置近傍におかれた中間スリット１１により選択された特定波長の光を、さらに復路においても回折を繰りかえす構成である。これによって、中間スリット１１により選択された光に含まれる迷光と呼ばれる特定波長の成分以外の成分を、凹面鏡２の焦点位置近傍におかれた出射スリット７により取り除くことができ、高分解能かつ広い近傍ダイナミックレンジを得ることができる。
【００３１】
（第３の実施の形態）
次に、本発明に係る第３の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する第３の実施の形態において、既に図１又は図２において説明した部材等については、図中に同一符号あるいは相当符号を付すことにより説明を簡略化あるいは省略する。
【００３２】
第３の実施の形態に係る分光器３０は、図３に示すように、第３の反射手段９は、平面回折格子３の格子の方向とほぼ垂直な方向に、中間スリット１１を挟むように２枚の平面鏡１４，１５が配置されている。
この中間スリット１１及び平面鏡１４，１５の配置により、復路における４回の回折は、往路により生じた波長による分散量をさらに増やす加分散配列と呼ばれるものとなる。
【００３３】
往路時の凹面鏡２の焦点位置近傍におかれた中間スリット１１により選択した特定波長成分の光を、さらに復路においても回折を繰りかえすことで、凹面鏡２の焦点位置近傍におかれた出射スリット７により選択される特定波長成分の波長範囲がさらに狭くなる。
これにより、より高分解能が得られ、また、波長範囲選択を２度行っていることで広い近傍ダイナミックレンジを持った分光器を得ることができる。
【００３４】
本実施の形態においては、第３の反射手段９が、平面回折格子３の格子の方向とほぼ垂直な方向に、中間スリット１１を挟むように配置された２枚の平面鏡１４，１５で構成されているので、部品点数が少なくても高分解能、広近傍ダイナミックレンジが得られる。
【００３５】
ところが、中間スリット１１により選択される特定波長範囲と出射スリット７により選択される特定波長範囲を広い波長範囲で一致させようとしたすると、中間スリット１１または出射スリット７のどちらか一方、もしくは両方のスリットの位置を移動させる必要がある。このため、スリットを移動させる機構（図示せず）が必要となる。
【００３６】
（第４の実施の形態）
次に、本発明に係る第４の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する第４の実施の形態において、既に図１〜図３において説明した部材等については、図中に同一符号あるいは相当符号を付すことにより説明を簡略化あるいは省略する。
【００３７】
第４の実施の形態に係る分光器４０は、図４に示すように、第３の反射手段９は、平面回折格子３によって回折された４回目の回折光の格子面に対する角度と、第３の反射手段９により凹面鏡２に入射され、平行光に変換され平面回折格子３に５回目の入射光として入射される際の、平面回折格子３の格子面に対する角度を同一となるように、レンズ１６と平面鏡１７とによって構成される。
【００３８】
これにより、中間スリット１１により選択される特定波長範囲と、出射スリット７により選択される特定波長範囲とを、広い波長範囲でスリットを移動させる機構を用いなくても一致させることができる。
【００３９】
上記第２〜第４の実施の形態に係る分光器は、第３の反射手段９が設けられたてことによって、少ない光学部品点数で、広い波長範囲において高分解能・広近傍ダイナミックレンジ特性をもつ分光器を得ることができる。
【００４０】
さらに、上記第１〜第４の実施の形態のいずれかの分光器１０，２０，３０，４０と、平面回折格子３をその格子と平行な軸を回転軸として回転させる回転機構２１と、出射スリット７からの出射光を受ける受光器８と、スペクトルを表示できる表示手段１９と、それらを制御する制御手段１８とを設けることで、入射された光の波長や強度を測定し、表示手段１９の画面にそのスペクトルを表示することができる高分解能かつ広近傍ダイナミックレンジの特性を持つ光スペクトラムアナライザが得られる。
【００４１】
なお、本発明に係る分光器は、凹面鏡２の代わりにレンズを用いた構成としても、同様の効果が得られる。
同様に、光ファイバ１の代わりに入射スリットを用いてもよい。
さらに、凹面鏡２は放物面鏡が望ましく、これにより光学収差を減らすことができ分光器の精度を高めることができる。
【００４２】
また、本発明に係る分光器において、光ファイバ１と凹面鏡２との間に偏光解消板を設けてもよい。
平面回折格子３は入射される光の偏光状態により回折効率が異なってしまう特性を持つため、光ファイバ１と凹面鏡２との間に偏光解消板を設けることで、被測定光の偏光状態の影響を受けない高分解能かつ広近傍ダイナミックレンジの特性を持つ分光器を得ることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明によれば、請求項１に記載したように、入射光を平行光に変換して出射する凹面鏡と、凹面鏡から出射された平行光を回折する平面回折格子と、前記平面回折格子で回折された１回目の回折光を前記平面回折格子の格子と平行な方向にずらすように反射して前記平面回折格子に２回目の入射光として入射させる２枚の平面鏡により構成されてなる第１の反射手段と、前記回折格子で回折された２回目の回折光の光路と略直交する反射面を有する平面鏡により構成され、２回目の回折光を反射して前記平面回折格子に３回目の入射光として入射させる第２の反射手段と、３回目の回折光が第１の反射手段で反射して平面回折格子に４回目の入射光として入射され、４回目の回折光が凹面鏡により集光された光の焦点位置近傍に、特定波長の光を取り出し可能となるように設けられた出射スリットと、を有することにより、出射スリットにおいて選択される特定波長成分の波長範囲が狭くなり、また、被測定光が波長を選択する出射スリットまでに、凹面鏡の通過が２回と少ないため、高い分解能、広いダイナミックレンジを広い温度範囲で得ることができる分光器を提供することができる。
【００５３】
また、本発明によれば、請求項２に記載したように、平面回折格子を格子と平行な軸を回転軸として回転させる回転機構と、出射スリットからの出射光を受ける受光器と、表示手段と、制御手段とを設け、表示手段に出射スリットからの出射光のスペクトルを表示することにより、入射された光の波長や強度を測定し、表示手段の画面にそのスペクトルを表示する光スペクトラムアナライザにおいて、高い分解能、広い近傍ダイナミックレンジを得ることができ、かつ光スペクトラムアナライザの筐体の小型化が可能となる光スペクトラムアナライザを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る分光器を示す図である。
【図２】第２の実施の形態に係る分光器を示す図である。
【図３】第３の実施の形態に係る分光器を示す図である。
【図４】第４の実施の形態に係る分光器を示す図である。
【図５】本発明に係る光スペクトラムアナライザの構成の一例を示す図である。
【図６】従来の２段式分光器を２個用いて４段式分光器を構成した一例を示す図である。
【符号の説明】
１  光ファイバ
２  凹面鏡
３  平面回折格子
４，５，６  平面鏡
７  出射スリット
８  受光器
９  第３の反射手段
１０  （第１の実施の形態の）分光器
２０  （第２の実施の形態の）分光器
３０  （第３の実施の形態の）分光器
４０  （第４の実施の形態の）分光器
１１  中間スリット
１２，１３，１４，１５，１７  平面鏡
１６  レンズ
１８  制御手段
１９  表示手段
２１  回転機構
【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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