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JP2005134126A - Electromagnetic spectrometer - Google Patents

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JP2005134126A
JP2005134126A JP2003366954A JP2003366954A JP2005134126A JP 2005134126 A JP2005134126 A JP 2005134126A JP 2003366954 A JP2003366954 A JP 2003366954A JP 2003366954 A JP2003366954 A JP 2003366954A JP 2005134126 A JP2005134126 A JP 2005134126A
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JP
Japan
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wavelength
electromagnetic wave
specific wavelength
specific
spectroscopic device
Prior art date
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Pending
Application number
JP2003366954A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Yamada
浩治 山田
Hiroshi Fukuda
浩 福田
Seiichi Itabashi
聖一 板橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

【課題】 本発明は、物質の定性・定量分析を目的とした分光分析技術に関し、小型でかつ高い波長分解能を有する電磁波分光装置が提供されることを課題とするものである。
【解決手段】 電磁波分光装置10において、入力電磁波Pの特定波長成分(λ2,λ4…)を、選択的に透過させる波長選択フィルタ13と、この透過した特定波長成分の波長を連続的に変化させる波長走査手段14と、この透過した複数の特定波長成分を波長ごとに分離させる回折格子12と、回折格子12により回折された電磁波が照射する照射面に連続して設けられた複数の出力端11bと、を備え、波長選択フィルタ13は、それぞれ別個の出力端11bから出力されるように特定波長成分を選択し、波長走査手段14は、各々の特定波長成分が、特定かつ単一の出力端の内部、若しくは隣接する出力端を走査するように、特定波長成分の波長を連続的に変化させることを特徴とする。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small electromagnetic wave spectroscopic apparatus having a high wavelength resolution with respect to a spectroscopic analysis technique for the purpose of qualitative / quantitative analysis of a substance.
In an electromagnetic wave spectroscopic device, a wavelength selection filter that selectively transmits specific wavelength components (λ 2 , λ 4 ...) Of an input electromagnetic wave P, and a wavelength of the transmitted specific wavelength component are continuously set. Wavelength scanning means 14 to be changed, diffraction grating 12 that separates the plurality of transmitted specific wavelength components for each wavelength, and a plurality of outputs provided continuously on the irradiation surface irradiated with the electromagnetic waves diffracted by the diffraction grating 12 The wavelength selection filter 13 selects a specific wavelength component so as to be output from each of the separate output ends 11b, and the wavelength scanning unit 14 includes a specific and single wavelength component. The wavelength of the specific wavelength component is continuously changed so as to scan the inside of the output end or the adjacent output end.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、電磁波を用いた物質の定性・定量分析を目的とした分光分析技術に関し、特に、小型でかつ波長分解能が高い電磁波分光装置に関するものである。   The present invention relates to a spectroscopic analysis technique for the purpose of qualitative / quantitative analysis of a substance using electromagnetic waves, and particularly relates to an electromagnetic wave spectroscopic apparatus that is small and has high wavelength resolution.

従来より、被測定物質に電磁波を当て、この電磁波の透過波または反射波を分光して得られた連続スペクトルを測定し、この物質の定性・定量分析することが実施されている。そして、測定の簡便性を目的として測定装置の小型化が試みられている。   Conventionally, a continuous spectrum obtained by applying an electromagnetic wave to a substance to be measured and spectrally transmitting a transmitted wave or a reflected wave of the electromagnetic wave is measured, and qualitative / quantitative analysis of the substance is performed. And the miniaturization of a measuring apparatus is tried for the purpose of the simplicity of a measurement.

図3は、小型化を目的とした従来方式による電磁波分光装置を示す概念図である。従来の電磁波分光装置30は、検出する電磁波に対して透明な薄板状のスラブ導波路31と、被測定物質(図示せず)から反射もしくは透過した入力電磁波Pを伝送してスラブ導波路31に入力するチャンネル導波路33と、を有している。そして、スラブ導波路31の一端面には、回折格子32が形成され、他端面に接続されたチャンネル導波路33から入力された入力電磁波Pは、スラブ導波路31内を拡散して回折格子32の全面に照射される。そして、入力電磁波Pは、回折格子32において回折を受け、波長毎に異なる方向に分離して反射し、則ち分光がなされる。   FIG. 3 is a conceptual diagram showing an electromagnetic wave spectroscopic apparatus according to a conventional method for the purpose of downsizing. The conventional electromagnetic wave spectroscopic device 30 transmits a thin plate-like slab waveguide 31 transparent to an electromagnetic wave to be detected and an input electromagnetic wave P reflected or transmitted from a substance to be measured (not shown) to the slab waveguide 31. And an input channel waveguide 33. A diffraction grating 32 is formed on one end surface of the slab waveguide 31, and the input electromagnetic wave P input from the channel waveguide 33 connected to the other end surface is diffused in the slab waveguide 31 and diffused. Irradiate the entire surface. The input electromagnetic wave P is diffracted by the diffraction grating 32, is reflected in a different direction for each wavelength, and is thus spectrally separated.

そして、この分光された連続スペクトルの電磁波Rは、スラブ導波路31の他端面上に照射され、この照射位置に設けられた複数の検出素子34,34…により、その検出素子の位置に対応した波長の電磁波強度が検出される。このようにして、得られた入力電磁波Pの強度の波長分布を解析することにより、被測定物質の定性・定量分析が行われる。   Then, the split electromagnetic wave R of the continuous spectrum is irradiated on the other end surface of the slab waveguide 31 and corresponds to the position of the detection element by a plurality of detection elements 34, 34. The electromagnetic wave intensity at the wavelength is detected. In this way, by analyzing the wavelength distribution of the intensity of the obtained input electromagnetic wave P, qualitative and quantitative analysis of the substance to be measured is performed.

なお、かかる分析は、旧来より自由空間伝搬系に回折格子、入出射スリット、各種レンズ系等の単体素子を配置して構成した装置により実現されており、この場合、電磁波分光装置は、数十cm角、数cm厚の大きさを必要していた。これに対し、図3に示す電磁波分光装置30にあっては、スラブ導波路31より構成される光伝搬系の採用により、回折格子や入出力構造が一体形成され、装置サイズを数cm角、1mm厚にまで小型化することが可能である(例えば、非特許文献1参照)。
清倉孝規,分光研究 第51巻 第1号別冊p.23(2002)
Note that such analysis has been realized by an apparatus that is configured by disposing a single element such as a diffraction grating, an entrance / exit slit, and various lens systems in a free space propagation system from the past. The size of cm square and several cm thickness was required. On the other hand, in the electromagnetic wave spectroscopic device 30 shown in FIG. 3, the diffraction grating and the input / output structure are integrally formed by adopting the light propagation system constituted by the slab waveguide 31, and the device size is several cm square, It is possible to reduce the size to 1 mm (for example, see Non-Patent Document 1).
Takanori Kiyokura, Spectroscopic Research Vol. 51, No. 1, p. 23 (2002)

しかし、以上述べた従来の電磁波分光装置30を、例えばガス分析のような複数の線スペクトルが近接し、これらの分離検出に高い波長分解能が要求される分析へ適用する場合、以下に記載する問題があった。   However, when the above-described conventional electromagnetic wave spectroscopic device 30 is applied to an analysis in which a plurality of line spectra are close to each other such as a gas analysis and a high wavelength resolution is required for the separation and detection thereof, the following problems are described. was there.

すなわち、分光される入力電磁波Pの波長範囲を波長1500nm近傍の近赤外線に設定し、電磁波分光装置30における回折格子32と検出素子34,34…との距離を数cmとし、検出素子34,34…の配置間隔を10μm程度と想定した場合、得られる波長分解能は15nm程度である。
一方、前記したガス分析で一般に要求される波長分解能は、0.1〜1nmであることを鑑みると、従来の電磁波分光装置30では、かかる高分解能測定の要求に充分に対応できない。
That is, the wavelength range of the input electromagnetic wave P to be dispersed is set to the near infrared ray near the wavelength of 1500 nm, the distance between the diffraction grating 32 and the detection elements 34, 34. When the arrangement interval of... Is assumed to be about 10 .mu.m, the obtained wavelength resolution is about 15 nm.
On the other hand, considering that the wavelength resolution generally required in the above-described gas analysis is 0.1 to 1 nm, the conventional electromagnetic wave spectrometer 30 cannot sufficiently meet the demand for such high resolution measurement.

また、図3に示す電磁波分光装置30のように、回折格子32のみにより入力電磁波Pが分光される技術においては、電磁波分光装置30の波長分解能は、回折格子32と検出素子34,34…との距離に比例し、検出素子34,34…の配置間隔に反比例するといった性質を原理的に有している。
このため、電磁波分光装置30の波長分解能を向上させるとなると、回折格子32と検出素子34,34…との距離を広げるか、検出素子34,34…の配置間隔を狭める必要がある。
Further, in the technique in which the input electromagnetic wave P is separated only by the diffraction grating 32 as in the electromagnetic wave spectroscopy apparatus 30 shown in FIG. 3, the wavelength resolution of the electromagnetic wave spectroscopy apparatus 30 is such that the diffraction grating 32 and the detection elements 34, 34. In principle, and in inverse proportion to the arrangement interval of the detection elements 34, 34.
Therefore, when the wavelength resolution of the electromagnetic wave spectroscopic device 30 is improved, it is necessary to increase the distance between the diffraction grating 32 and the detection elements 34, 34... Or to reduce the arrangement interval of the detection elements 34, 34.

しかし、携帯性を重要視する小型の電磁波分光装置30の大きさの上限は数cm程度であり、また検出素子34,34…の配置間隔は、検出素子に求められる感度や現実的な実装上の問題から、一般に10μmより小さくできない。
すなわち、従来の電磁波分光装置30においては、装置の小型化と高分解能とは二律背反の関係にあり、小型化を目的とした電磁波の電磁波分光装置は、一般に高い分解能を得る事が困難であるという問題があった。
However, the upper limit of the size of the small electromagnetic wave spectroscopic device 30 that places importance on portability is about several centimeters, and the arrangement interval of the detection elements 34, 34. In general, it cannot be made smaller than 10 μm.
That is, in the conventional electromagnetic wave spectroscopic device 30, there is a trade-off between miniaturization of the device and high resolution, and it is generally difficult for an electromagnetic wave spectroscopic device for electromagnetic waves for miniaturization to obtain high resolution. There was a problem.

本発明は、以上の問題点を解決することを目的としてなされたものであり、小型でかつ高い波長分解能を有する電磁波分光装置を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made for the purpose of solving the above problems, and an object of the present invention is to provide an electromagnetic wave spectroscopic device that is small and has high wavelength resolution.

本発明は、前記した目的を達成するために創案されたものであり、まず請求項1に記載の電磁波分光装置は、電磁波を波長ごとに分離して抽出する電磁波分光装置であって、波長選択フィルタと、波長走査手段と、回折格子と、複数の出力端と、を備え、前記波長フィルタは、それが透過させる複数の線スペクトル若しくは狭い波長帯域を持つ特定波長成分(以後特定波長成分)の各々が、それぞれ別個の前記出力端から出力されるように前記特定波長成分を選択し、前記波長走査手段は、前記特定波長成分が、特定かつ単一の前記出力端の内部、若しくはそれに隣接する複数の前記出力端を走査するように、前記特定波長成分の波長を連続的に変化させることを特徴とした。   The present invention was devised in order to achieve the above-described object. First, the electromagnetic wave spectroscopic device according to claim 1 is an electromagnetic wave spectroscopic device that separates and extracts an electromagnetic wave for each wavelength, and includes wavelength selection. A filter, a wavelength scanning unit, a diffraction grating, and a plurality of output terminals, wherein the wavelength filter is configured to transmit a specific wavelength component (hereinafter referred to as a specific wavelength component) having a plurality of line spectra or a narrow wavelength band transmitted by the filter. Each of the specific wavelength components is selected so that each is output from a separate output end, and the wavelength scanning means has the specific wavelength component within or adjacent to the specific and single output end. The wavelength of the specific wavelength component is continuously changed so as to scan a plurality of the output terminals.

かかる構成によれば、被測定物質を透過または反射した電磁波は、まず、入力電磁波Pとして波長選択フィルタに入力され、その特定波長成分のみが、所定の離散間隔で複数、選択的に抽出される。そして、波長選択フィルタにより抽出された複数の特定波長成分は、それぞれ多重して(以下、抽出波という)、波長選択フィルタを透過する。なお、抽出波を構成する特定波長成分の波長は、波長選択フィルタに設けられた波長走査手段により、連続的に変化させることができる。そして、波長選択フィルタから透過した抽出波は、回折格子に入射すると、波長毎に異なる方向に分離して反射し、則ち分光される。   According to such a configuration, the electromagnetic wave transmitted or reflected through the substance to be measured is first input to the wavelength selection filter as the input electromagnetic wave P, and only a plurality of specific wavelength components are selectively extracted at predetermined discrete intervals. . The plurality of specific wavelength components extracted by the wavelength selection filter are multiplexed (hereinafter referred to as extraction waves) and transmitted through the wavelength selection filter. In addition, the wavelength of the specific wavelength component which comprises an extraction wave can be continuously changed by the wavelength scanning means provided in the wavelength selection filter. Then, when the extracted wave transmitted from the wavelength selection filter enters the diffraction grating, the extracted wave is separated and reflected in different directions for each wavelength, that is, dispersed.

これら分光された電磁波が照射する照射面には、複数の出力端が連続して設けられている。そして、これらスペクトル線の各々は、それぞれ別個の出力端から出力されるように、複数の特定波長成分の波長間隔が波長選択フィルタにより調整されている。そして、波長走査手段により抽出される特定波長成分の波長が連続的に変化するのに対応して、抽出された複数の特定波長成分は、照射面を走査し、複数の出力端において同時に検出される。   A plurality of output ends are continuously provided on the irradiation surface on which the dispersed electromagnetic waves are irradiated. The wavelength intervals of the plurality of specific wavelength components are adjusted by the wavelength selection filter so that each of these spectral lines is output from a separate output end. In response to the continuous change of the wavelength of the specific wavelength component extracted by the wavelength scanning means, the plurality of extracted specific wavelength components are scanned at the output surface and simultaneously detected at the plurality of output ends. The

なお、ある特定波長成分の走査範囲の両端部分が、それに隣接した特定波長成分の走査範囲の両端部分とそれぞれ接するように、波長走査手段が制御されれば、入射電磁波Pを波長に対し連続的に分光することができる。   If the wavelength scanning means is controlled so that both end portions of the scanning range of a specific wavelength component are in contact with both end portions of the scanning range of the specific wavelength component adjacent thereto, the incident electromagnetic wave P is continuously applied to the wavelength. Can be spectroscopically separated.

請求項2に記載の電磁波分光装置は、請求項1に記載の電磁波分光装置において前記出力端には、前記特定波長成分が送出される導波路が接続されていることを特徴とする。   The electromagnetic wave spectroscopic device according to claim 2 is characterized in that in the electromagnetic wave spectroscopic device according to claim 1, a waveguide through which the specific wavelength component is transmitted is connected to the output end.

かかる構成によれば、回折格子により回折された複数の特定波長成分は、それぞれ分離して電磁波分光装置の外部に取り出すことができる。   According to such a configuration, the plurality of specific wavelength components diffracted by the diffraction grating can be separated and extracted outside the electromagnetic wave spectrometer.

請求項3に記載の電磁波分光装置は、請求項1に記載の電磁波分光装置において、前記出力端には、前記特定波長成分の強度を検出する検出素子が設けられていることを特徴とする。   The electromagnetic wave spectroscopic device according to claim 3 is the electromagnetic wave spectroscopic device according to claim 1, wherein a detection element for detecting the intensity of the specific wavelength component is provided at the output end.

かかる構成によれば、電磁波分光装置において、電磁波を波長に対し連続的に分光して検出することができる。   According to such a configuration, the electromagnetic wave spectroscopic device can continuously detect and detect the electromagnetic wave with respect to the wavelength.

請求項4に記載の電磁波分光装置は、請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の電磁波分光装置において、前記波長選択フィルタは、リング共振器から構成されていることを特徴とする。   The electromagnetic wave spectroscopic device according to claim 4 is the electromagnetic wave spectroscopic device according to any one of claims 1 to 3, wherein the wavelength selection filter includes a ring resonator. .

かかる構成によれば、電磁波分光装置に入力した電磁波のうち、リング共振器の共振波長に一致する特定波長成分のみが選択的に抽出されて多重した抽出波を構成し、波長選択フィルタから透過される。   According to such a configuration, only the specific wavelength component that matches the resonance wavelength of the ring resonator is selectively extracted from the electromagnetic wave input to the electromagnetic wave spectroscopic device, thereby forming an extracted wave that is multiplexed and transmitted from the wavelength selection filter. The

請求項5に記載の電磁波分光装置は、請求項4に記載の電磁波分光装置において、前記波長走査手段は、前記リング共振器の温度を変化させる温度調節器であることを特徴とする。   The electromagnetic wave spectroscopic device according to claim 5 is the electromagnetic wave spectroscopic device according to claim 4, wherein the wavelength scanning unit is a temperature controller that changes a temperature of the ring resonator.

かかる構成によれば、温度調節器の作用によるリング共振器の温度値の変化に対応して、リング共振器の屈折率が変化し、これに伴って共振波長も変化し、波長選択フィルタに抽出される特定波長成分の波長を変化させる。   According to this configuration, the refractive index of the ring resonator changes corresponding to the change in the temperature value of the ring resonator due to the action of the temperature regulator, and the resonance wavelength also changes accordingly, and is extracted to the wavelength selection filter. The wavelength of the specific wavelength component is changed.

請求項6に記載の電磁波分光装置は、請求項4に記載の電磁波分光装置において、前記波長走査手段は、前記リング共振器に電気的にキャリアを注入する機構であることを特徴とする。   The electromagnetic wave spectroscopic device according to claim 6 is the electromagnetic wave spectroscopic device according to claim 4, wherein the wavelength scanning means is a mechanism for injecting carriers into the ring resonator electrically.

かかる構成によれば、このキャリア注入機構により、リング共振器に注入されるキャリアの量の変化に対応して、リング共振器の屈折率が変化し、これに伴って共振波長も変化し、波長選択フィルタに抽出される特定波長成分の波長を変化させる。   According to such a configuration, this carrier injection mechanism changes the refractive index of the ring resonator in response to a change in the amount of carriers injected into the ring resonator, and the resonance wavelength also changes accordingly. The wavelength of the specific wavelength component extracted by the selection filter is changed.

請求項7に記載の電磁波分光装置は、請求項1乃至請求項6の何れか一項に記載の電磁波分光装置において、前記入射電磁波、抽出波及びその特定波長成分を伝送する媒体である伝送路のコア部の材料は、硅素、窒化硅素系化合物、ガリウム砒素系化合物、インジウム燐系化合物の群から選ばれる一の物質であり、前記コア部の外周面を被覆するクラッド部は、ガリウム砒素系化合物、インジウム燐系化合物、酸化硅素系化合物、エポキシ系ポリマー、ポリイミド系ポリマー、空気の群から選ばれる一の物質であることを特徴とする。   The electromagnetic wave spectroscopic device according to claim 7 is the electromagnetic wave spectroscopic device according to any one of claims 1 to 6, wherein the electromagnetic wave spectroscopic device is a medium that transmits the incident electromagnetic wave, the extracted wave, and a specific wavelength component thereof. The material of the core part is one substance selected from the group consisting of silicon, silicon nitride compound, gallium arsenide compound and indium phosphorus compound, and the cladding part covering the outer peripheral surface of the core part is made of gallium arsenide It is one substance selected from the group consisting of a compound, an indium phosphorus compound, a silicon oxide compound, an epoxy polymer, a polyimide polymer, and air.

かかる構成によれば、コア部は、クラッド部より、屈折率の大きい材料により構成されることとなる。これにより、前記入力電磁波、抽出波及びその特定波長成分を伝送する伝送媒体の配設が曲率半径の小さな折曲を伴うものであっても、伝送中の電磁波が外部に漏れ出すことがない。   According to such a configuration, the core portion is made of a material having a higher refractive index than the cladding portion. Thereby, even if the transmission medium for transmitting the input electromagnetic wave, the extracted wave and the specific wavelength component is accompanied by a bend with a small curvature radius, the electromagnetic wave being transmitted does not leak to the outside.

請求項8に記載の電磁波分光装置は、請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載の電磁波分光装置において、前記回折格子は、検出する電磁波に対して透明な誘電体スラブの一端面に形成され、前記複数の出力端および前記波長選択フィルタの接続端は、前記誘電体スラブの他端面に形成されていることを特徴とする。   The electromagnetic wave spectroscopic device according to claim 8 is the electromagnetic wave spectroscopic device according to any one of claims 1 to 7, wherein the diffraction grating is one end surface of a dielectric slab that is transparent to the electromagnetic wave to be detected. The connection ends of the plurality of output ends and the wavelength selection filter are formed on the other end surface of the dielectric slab.

請求項9に記載の電磁波分光装置は、請求項8に記載の電磁波分光装置において、前記誘電体スラブの厚さはこの誘電体スラブを構成する物質からなる一様媒体を伝搬する前記入力電磁波、抽出波及びその特定波長成分の波長の1/2以下であることを特徴とする。   The electromagnetic wave spectroscopic device according to claim 9 is the electromagnetic wave spectroscopic device according to claim 8, wherein the thickness of the dielectric slab is the input electromagnetic wave propagating through a uniform medium made of a material constituting the dielectric slab, It is characterized in that it is ½ or less of the wavelength of the extracted wave and its specific wavelength component.

かかる構成によれば、電磁波分光装置の全体形状は、例えば、半導体デバイス製造プロセスを応用して小型に製造される。また、誘電体スラブの厚みが前記入力電磁波、抽出波及びその特定波長成分の波長の1/2以下であることにより、誘電体スラブはこれら電磁波に対し単一モード伝搬条件を満たすこととなる。これにより、誘電体スラブに伝送する抽出波が回折格子に入射して回折する際、伝搬モードによって回折角度がばらつくといった多モード条件において発生する現象が回避され、狭幅で強度の大きなスペクトル線を得る。   According to such a configuration, the entire shape of the electromagnetic wave spectroscopic device is manufactured in a small size by applying a semiconductor device manufacturing process, for example. Moreover, when the thickness of the dielectric slab is ½ or less of the wavelength of the input electromagnetic wave, the extracted wave, and the specific wavelength component thereof, the dielectric slab satisfies the single mode propagation condition for these electromagnetic waves. As a result, when the extracted wave transmitted to the dielectric slab is incident on the diffraction grating and diffracted, a phenomenon that occurs in multimode conditions such as the diffraction angle varies depending on the propagation mode is avoided, and a narrow and strong spectral line is generated. obtain.

請求項10に記載の電磁波分光装置は、請求項1乃至請求項9の何れか一項に記載の電磁波分光装置において、前記リング共振器の内部において、リング共振器を構成し、前記入力電磁波、抽出波及びその特定波長成分を伝送するチャンネル導波路のコア部の断面は、このコア部を構成する物質からなる一様媒体内を伝搬する前記入力電磁波、抽出波及びその特定波長成分の波長以下の長さを一辺長とする四角形であることを特徴とする。   The electromagnetic wave spectroscopic device according to claim 10 is the electromagnetic wave spectroscopic device according to any one of claims 1 to 9, wherein a ring resonator is formed inside the ring resonator, and the input electromagnetic wave, The cross-section of the core portion of the channel waveguide that transmits the extracted wave and the specific wavelength component thereof is less than the wavelength of the input electromagnetic wave, the extracted wave, and the specific wavelength component that propagates in the uniform medium made of the material constituting the core portion. It is a quadrangle whose length is one side.

かかる構成によれば、リング共振器の内部を伝送する前記入力電磁波、抽出波およびその特定波長成分が単一モード条件を満たすこととなり、伝送する抽出波は、波長間隔が等間隔である複数の特定波長成分より構成されることになる。   According to such a configuration, the input electromagnetic wave transmitted through the ring resonator, the extracted wave, and the specific wavelength component thereof satisfy a single mode condition, and the extracted wave to be transmitted has a plurality of wavelength intervals at equal intervals. It is composed of specific wavelength components.

本発明に係る電磁波分光装置により、携帯が可能な程に小型で、かつ、波長分解能が高い、電磁波分光装置を提供することができる。   The electromagnetic wave spectroscopic device according to the present invention can provide an electromagnetic wave spectroscopic device that is small enough to be carried and has high wavelength resolution.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図1は実施の形態における電磁波分光装置の基本構成を示す上面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a top view showing a basic configuration of an electromagnetic wave spectroscopy apparatus according to an embodiment.

図1(a)に示すように電磁波分光装置10は、スラブ導波路(誘電体スラブ)11、波長選択フィルタ13、波長走査手段14および特定波長取出し導波路15から構成される。   As shown in FIG. 1A, the electromagnetic wave spectroscopic device 10 includes a slab waveguide (dielectric slab) 11, a wavelength selection filter 13, a wavelength scanning unit 14, and a specific wavelength extraction waveguide 15.

波長選択フィルタ13は、入力光導波路13a、リング共振器13bおよびチャンネル導波路13cから構成され、接続端11aにおいてスラブ導波路11に接続されている。
波長選択フィルタ13は、入力光導波路13aの一端に入力した入力電磁波Pのうち、リング共振器13bの共振波長と一致する特定波長成分のみが選択的に抽出されて多重した抽出波Wをチャンネル導波路13cの一端から出力させるものである。
The wavelength selection filter 13 includes an input optical waveguide 13a, a ring resonator 13b, and a channel waveguide 13c, and is connected to the slab waveguide 11 at the connection end 11a.
The wavelength selection filter 13 channel-guides an extracted wave W obtained by selectively extracting only a specific wavelength component that matches the resonance wavelength of the ring resonator 13b from the input electromagnetic wave P input to one end of the input optical waveguide 13a. The signal is output from one end of the waveguide 13c.

リング共振器13bは、通常、多くの共振点を有し、共振波長(λ2,λ4,λ6…)の間隔はほぼ一定となっている。また、リング共振器13bでは、1000〜10000程度のQ値を実現することができるため、共振波長の1/Q程度、すなわち0.1〜1nmオーダーの波長分布が狭い特定波長成分を得ることができる。そして、入力電磁波Pから一定の波長間隔(λ2,λ4,λ6…)で離散的に抽出された複数の特定波長成分は、多重化した抽出波Wとなって波長選択フィルタ13から出力される。 The ring resonator 13b usually has many resonance points, and the intervals between the resonance wavelengths (λ 2 , λ 4 , λ 6 ...) Are almost constant. Further, since the ring resonator 13b can realize a Q value of about 1000 to 10000, a specific wavelength component having a narrow wavelength distribution of about 1 / Q of the resonance wavelength, that is, the order of 0.1 to 1 nm can be obtained. it can. A plurality of specific wavelength components discretely extracted from the input electromagnetic wave P at a certain wavelength interval (λ 2 , λ 4 , λ 6 ...) Are output from the wavelength selection filter 13 as multiplexed extracted waves W. Is done.

ここで、特に図面を参照しないが、入力光導波路13a、リング共振器13bおよびチャンネル導波路13cの内部の、入力電磁波Pや抽出波Wが伝送する媒体であるコア部、およびコア部の外周面に被覆されているクラッド部の設計基準について説明する。まずコア部やクラッド部の材料は、コア部の材料よりクラッド部における材料の屈折率が小さくなるように、かつ、両者の屈折率差が可能な限り大きくなるように選定されるのが良い。具体的には、例えばガス分析でよく利用される赤外線領域では、コア部に硅素、窒化硅素系化合物、ガリウム砒素系化合物、インジウム燐系化合物等を用い、クラッド部にガリウム砒素系化合物、インジウム燐系化合物、酸化硅素系化合物、エポキシ系ポリマー、ポリイミド系ポリマー、空気等を用いることとする。   Here, although not particularly referring to the drawings, the core portion, which is a medium for transmitting the input electromagnetic wave P and the extracted wave W, inside the input optical waveguide 13a, the ring resonator 13b, and the channel waveguide 13c, and the outer peripheral surface of the core portion The design criteria for the clad part coated on the substrate will be described. First, the material of the core part and the clad part is preferably selected so that the refractive index of the material in the clad part is smaller than the material of the core part, and the refractive index difference between them is as large as possible. Specifically, for example, in the infrared region often used in gas analysis, silicon, a silicon nitride compound, a gallium arsenide compound, an indium phosphorus compound, or the like is used for the core portion, and a gallium arsenide compound or indium phosphorus is used for the cladding portion. System compounds, silicon oxide compounds, epoxy polymers, polyimide polymers, air, and the like are used.

このように、コア部やクラッド部の材料が選定されることにより、電磁波が伝送される導波路が小径の曲率半径を伴って配設されたとしても、伝送中の電磁波が当該小径の曲率半径部において外部へ漏洩することがない。よって、導波路の回路パターンの設計において、回路パターンの折曲性が一定レベルで許容されるため、電磁波分光装置10の小型化を追求する観点からも好ましい結果が得られる。その他、コア部やクラッド部の材料の決定は、伝送される電磁波の波長帯の伝搬特性、導波路構造の加工性、入手の容易性等の因子も考慮されることとする。   Thus, even if the waveguide through which the electromagnetic wave is transmitted is arranged with a small radius of curvature by selecting the material of the core part and the clad part, the electromagnetic wave being transmitted has the small radius of curvature. There is no leakage to the outside. Therefore, since the bendability of the circuit pattern is allowed at a certain level in the design of the circuit pattern of the waveguide, a preferable result can be obtained from the viewpoint of pursuing the miniaturization of the electromagnetic wave spectroscopic device 10. In addition, the determination of the material of the core part and the clad part also takes into consideration factors such as the propagation characteristics of the wavelength band of the transmitted electromagnetic wave, the workability of the waveguide structure, and the availability.

次に、コア部の断面寸法についてであるが、リング共振器13bおよびチャンネル導波路13cのコア部の断面寸法は、導波路を伝送する電磁波Pまたは抽出波Wの波長以下の長さを一辺長とする四角形であることとする。これにより、導波路を伝送する電磁波Pまたは抽出波Wは、単一モード条件を満たすこととなる。このように、単一モード条件をみたすことにより、抽出波を構成する複数の特定波長成分の波長間隔(λ2,λ4,λ6…)が等間隔となる効果を得る。 Next, regarding the cross-sectional dimension of the core part, the cross-sectional dimension of the core part of the ring resonator 13b and the channel waveguide 13c is a length equal to or shorter than the wavelength of the electromagnetic wave P or the extracted wave W transmitted through the waveguide. And a rectangle. As a result, the electromagnetic wave P or the extracted wave W transmitted through the waveguide satisfies the single mode condition. Thus, by satisfying the single mode condition, an effect is obtained in which the wavelength intervals (λ 2 , λ 4 , λ 6 ...) Of a plurality of specific wavelength components constituting the extracted wave are equal.

波長走査手段14は、波長選択フィルタ13から出力される抽出波Wの構成要素である特定波長成分の波長を連続的に変化させる作用を有するものである。具体的には、以下に述べる方法により当該作用が達成される。すなわち、図示しないオーミック抵抗ヒータ等の温調媒体を設置して、適切に温度制御することにより、リング共振器13bおよびチャンネル導波路13cの屈折率がコントロールされる方法。もしくは、電極を配置し、付与された電圧により電気的にキャリアが注入されることで、リング共振器13bおよびチャンネル導波路13cの屈折率が適切にコントロールされる方法。   The wavelength scanning unit 14 has a function of continuously changing the wavelength of a specific wavelength component that is a component of the extracted wave W output from the wavelength selection filter 13. Specifically, this action is achieved by the method described below. That is, a method in which the refractive index of the ring resonator 13b and the channel waveguide 13c is controlled by installing a temperature control medium such as an ohmic resistance heater (not shown) and appropriately controlling the temperature. Alternatively, a method in which the refractive index of the ring resonator 13b and the channel waveguide 13c is appropriately controlled by arranging electrodes and electrically injecting carriers by the applied voltage.

スラブ導波路(誘電体スラブ)11には、一端面に成形された回折格子12と、他端面にチャンネル導波路13cが接続する接続端11aと、同じく他端面に後記するスペクトル線Sの開口窓となる出力端11b…と、が形成されている。そして、接続端11aからスラブ導波路11に抽出波Wが入力されると、この抽出波Wはスラブ導波路11の内部を拡散して伝搬し回折格子12の全面に出射されることとなる。   The slab waveguide (dielectric slab) 11 includes a diffraction grating 12 formed on one end surface, a connection end 11a connected to the other end surface of the channel waveguide 13c, and an aperture window of a spectral line S described later on the other end surface. The output ends 11b are formed. When the extracted wave W is input from the connection end 11 a to the slab waveguide 11, the extracted wave W is diffused and propagated inside the slab waveguide 11 and emitted to the entire surface of the diffraction grating 12.

また、スラブ導波路11のコア部の材質は、抽出波Wに対して透明な誘電体スラブであって、具体的には、前記した材料があげられる。また、スラブ導波路11のコア部の外周面には、前記した材料のクラッド部が同様にして被覆されている。
そして、誘電体スラブの厚みは、スラブ導波路11を伝送する電磁波の波長の1/2程度であることとする。具体的には、対象とする電磁波として波長が1500nmである赤外線、誘電体スラブの屈折率が3.5であるとした場合、誘電体スラブの厚みは214nm以下となる。
The material of the core portion of the slab waveguide 11 is a dielectric slab that is transparent to the extracted wave W, and specifically includes the materials described above. Further, the outer peripheral surface of the core portion of the slab waveguide 11 is covered with the clad portion of the above-described material in the same manner.
The thickness of the dielectric slab is about ½ of the wavelength of the electromagnetic wave transmitted through the slab waveguide 11. Specifically, when the target electromagnetic wave is infrared having a wavelength of 1500 nm and the refractive index of the dielectric slab is 3.5, the thickness of the dielectric slab is 214 nm or less.

このように、誘電体スラブの厚みが所定の値となることにより、スラブ導波路11に伝送する電磁波は単一モード条件を充足することとなる。これにより、スラブ導波路11を伝送する抽出波Wが回折格子12に入射して回折する際、伝搬モードによって回折角度がばらつくといった多モード条件において発生する現象が回避される。このため、単一モードの特定波長成分が回折格子12で回折されることにより狭幅でも強度の大きな分光出力が得られるといった、多モード条件では得られない効果を得る。   Thus, when the thickness of the dielectric slab becomes a predetermined value, the electromagnetic wave transmitted to the slab waveguide 11 satisfies the single mode condition. Thereby, when the extraction wave W transmitted through the slab waveguide 11 enters the diffraction grating 12 and is diffracted, a phenomenon that occurs in a multimode condition in which the diffraction angle varies depending on the propagation mode is avoided. For this reason, an effect that cannot be obtained under a multi-mode condition is obtained such that a specific wavelength component of a single mode is diffracted by the diffraction grating 12 to obtain a spectral output having a large intensity even in a narrow width.

回折格子12は、スラブ導波路11の一端面に成形され、その表面には等間隔の無数の溝が刻まれたものである。そして、回折格子12に抽出波Wが入力すると、それぞれの溝で回折された回折光が互いに干渉し、他端面に、抽出波Wを構成する複数の特定波長成分がそれぞれ分離してスラブ導波路11の回折格子12とは反対端に集光する。そこで、これら複数の集光点に、一定の開口幅を有し、一定間隔で配置された複数の出力端11b、11b…を設ければ、各々の特定波長成分を独立に取り出すことができる。   The diffraction grating 12 is formed on one end face of the slab waveguide 11 and has an infinite number of equally spaced grooves on its surface. When the extracted wave W is input to the diffraction grating 12, the diffracted lights diffracted in the respective grooves interfere with each other, and a plurality of specific wavelength components constituting the extracted wave W are separated from each other at the other end surface, thereby slab waveguide. 11 is condensed at the end opposite to the diffraction grating 12. Therefore, if a plurality of output ends 11b, 11b,... Having a constant aperture width and arranged at a constant interval are provided at the plurality of condensing points, each specific wavelength component can be extracted independently.

特定波長取出し導波路15、15…(図1(a))は、一端が出力端11b、11b…にそれぞれ接続され、分光されたそれぞれの特定波長成分をスラブ導波路11の外部に引き出すものである。また、図1(b)に示すように、出力端11b、11b…に、検出素子16、16…をそれぞれ配置する構造も考えられる。   The specific wavelength extraction waveguides 15, 15... (FIG. 1A) are connected to the output ends 11 b, 11 b, respectively, and each of the dispersed specific wavelength components is extracted to the outside of the slab waveguide 11. is there. Moreover, as shown in FIG.1 (b), the structure which arrange | positions the detection elements 16, 16 ... to output ends 11b, 11b ..., respectively is also considered.

検出素子16は、電磁波の強度を検出するもので、出力端11bに配置された複数の検出素子16、16…が検出したそれぞれの特定波長成分の強度の分布から、回折格子12に入射した電磁波の波長分布が検知される。なお、検出素子16は、図1(b)中、一定の隙間を設けて表示されているが、実際は、隙間なく敷き詰められていることとする。   The detection element 16 detects the intensity of the electromagnetic wave, and the electromagnetic wave incident on the diffraction grating 12 from the distribution of the intensity of each specific wavelength component detected by the plurality of detection elements 16, 16. Is detected. In addition, although the detection element 16 is displayed with a certain gap in FIG. 1B, it is assumed that the detection element 16 is actually spread without a gap.

次に、図1(b)および図2に基づいて電磁波分光装置10の動作について説明する。図2は、電磁波分光装置の出力を示す概念図である。図2中、横軸は、検知された電磁波の波長に対応するものであるが、出力端11b、11b…が配置されている部分の距離に換算してもよい。図2中、縦軸は、検出素子16の出力強度を示すものである。   Next, the operation of the electromagnetic wave spectroscopic device 10 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a conceptual diagram showing the output of the electromagnetic wave spectrometer. In FIG. 2, the horizontal axis corresponds to the wavelength of the detected electromagnetic wave, but may be converted to the distance of the portion where the output ends 11b, 11b. In FIG. 2, the vertical axis indicates the output intensity of the detection element 16.

図2中、出力端11b(n,n+1…)は、スラブ導波路11の他端面に配列した、任意の隣接する出力端11bとの対応を示している。破線は、フラットな波長分布特性を有する電磁波が波長選択フィルタ13を介さずに接続端11aに入力した場合の、検出素子16,16…における出力分布を示すものである。破線の縦線部分は、検出素子16間の境界部分に対応し、この部分では出力(出力強度)がゼロとなることを示している。また、破線の上部が湾曲しているのは、検出素子16の中央部ほど高くなる感度分布が存在することによる。
そして、破線の縦線の間隔(図では、便宜的に15nmと記載されている)は、波長選択フィルタ13と波長走査手段14とを用いない従来の電磁波分光装置30(図3)の波長分解能であり、検出素子16b…の配置間隔に対応するものである。
In FIG. 2, output terminals 11 b (n, n + 1...) Indicate correspondence with arbitrary adjacent output terminals 11 b arranged on the other end surface of the slab waveguide 11. A broken line indicates an output distribution in the detection elements 16, 16... When an electromagnetic wave having a flat wavelength distribution characteristic is input to the connection end 11a without passing through the wavelength selection filter 13. A broken vertical line portion corresponds to a boundary portion between the detection elements 16 and indicates that the output (output intensity) is zero in this portion. Moreover, the reason why the upper part of the broken line is curved is that there is a sensitivity distribution that increases toward the center of the detection element 16.
The interval between the dashed vertical lines (indicated in the figure as 15 nm for convenience) is the wavelength resolution of the conventional electromagnetic wave spectrometer 30 (FIG. 3) that does not use the wavelength selection filter 13 and the wavelength scanning means 14. This corresponds to the arrangement interval of the detection elements 16b.

まず、入力光導波路13a(図1)の一端から、入力電磁波Pを入力することとする。この入力電磁波Pは、λ1…λnの波長が連続して多重した連続波であるとする。ここで、リング共振器13bの共振波長がλ2,λ4,λ6…であるとする。すると、入力電磁波Pのうち波長λ2,λ4,λ6…に対応する特定波長成分が選択的に抽出され、チャンネル導波路13cに出力される。なお、ここで波長λ2,λ4,λ6…は、それぞれ波長の間隔が前記破線の縦縞の間隔(15nm)となるように設定されている。そして、入力電磁波Pの、残りの波長成分(λ1,λ3,λ5…)は、入力光導波路13aをそのまま通り抜け他端から排出される。 First, the input electromagnetic wave P is input from one end of the input optical waveguide 13a (FIG. 1). The input electromagnetic wave P is the wavelength of λ 1 ... λ n is a continuous wave multiplexed continuously. Here, it is assumed that the resonance wavelengths of the ring resonator 13b are λ 2 , λ 4 , λ 6 . Then, specific wavelength components corresponding to the wavelengths λ 2 , λ 4 , λ 6 ... Are selectively extracted from the input electromagnetic wave P and output to the channel waveguide 13c. Here, the wavelengths λ 2 , λ 4 , λ 6 ... Are set such that the wavelength interval is the interval (15 nm) of the vertical stripes of the broken line. Then, the remaining wavelength components (λ 1 , λ 3 , λ 5 ...) Of the input electromagnetic wave P pass through the input optical waveguide 13a as they are and are discharged from the other end.

抽出された複数の特定波長成分(λ2,λ4,λ6…)が多重した抽出波Wは、接続端11aからスラブ導波路11に入力し、誘電体スラブ(コア部)を拡散しながら回折格子12に向かって伝搬する。そして、抽出波Wは、回折格子12に反射すると、構成する特定波長成分(λ2,λ4,λ6…)ごとに分離して、出力端11b、11b…の配列する部分に投射される。このようにして、各々の特定波長成分(λ2,λ4,λ6…)は、それぞれ別個の特定波長取出し導波路15,15…(図1(a))、または、検出素子16,16…(図1(b))から出力される。 An extracted wave W in which a plurality of extracted specific wavelength components (λ 2 , λ 4 , λ 6 ...) Are multiplexed is input to the slab waveguide 11 from the connection end 11a, while diffusing the dielectric slab (core portion). Propagates toward the diffraction grating 12. When the extracted wave W is reflected by the diffraction grating 12, the extracted wave W is separated for each of the specific wavelength components (λ 2 , λ 4 , λ 6 ...), And is projected onto the portion where the output ends 11b, 11b. . In this way, the specific wavelength components (λ 2 , λ 4 , λ 6 ...) Are respectively separated from the specific wavelength extraction waveguides 15, 15... (FIG. 1A) or the detection elements 16, 16. ... (Figure 1 (b)).

図2に示す複数の実線の尖鋭なピークは、それぞれ順番に、特定波長成分(λ2,λ4,λ6…)の対応する特定波長成分の強度を示すものである。ここでは、先に述べたように波長λ2,λ4,λ6…の間隔は、一個分の検出素子16の検出幅にあわせてあるので、検出素子16,16…にはそれぞれ、一つずつ特定波長成分が分配される。 The sharp peaks of a plurality of solid lines shown in FIG. 2 indicate the intensities of the specific wavelength components corresponding to the specific wavelength components (λ 2 , λ 4 , λ 6 ...) In order. Here, as described above, the intervals of the wavelengths λ 2 , λ 4 , λ 6 ... Are matched to the detection width of one detection element 16, so that each of the detection elements 16, 16. Specific wavelength components are distributed one by one.

次に波長走査手段14を動作させて、リング共振器13bの共振波長を連続的に変化させる(15nm以上)。すると、図2に示す実線の尖鋭なピークは、共振波長の変化に対応して、二点鎖線で示す尖鋭なピークの方向に移動することとなる。そして、検出素子16,16…における検出値を共振波長の変化量に対応してプロットすれば、入力電磁波Pの連続した波長分布曲線を得ることができる。   Next, the wavelength scanning unit 14 is operated to continuously change the resonance wavelength of the ring resonator 13b (15 nm or more). Then, the sharp peak of the solid line shown in FIG. 2 moves in the direction of the sharp peak indicated by the two-dot chain line in accordance with the change of the resonance wavelength. If the detection values in the detection elements 16, 16... Are plotted in correspondence with the amount of change in the resonance wavelength, a continuous wavelength distribution curve of the input electromagnetic wave P can be obtained.

そもそも、図3に示す従来技術においては、検出素子16の配置間隔が、波長検出の分解能を決定するものであった。すなわち、検出素子16の開口部が許容する全ての波長成分の強度が平均化されて出力されるものであった。これに対して本発明では、入力電磁波Pから、特定の線スペクトル若しくは狭い帯域の波長成分を波長選択フィルタ13により、複数、抽出し、その波長を波長走査手段14により連続的に変化させて出力端11bで検出することにした。これにより、本発明にかかる電磁波分光装置10において入力電磁波Pの波長分布の検出を極めて高分解能で実現することが可能となった。   In the first place, in the prior art shown in FIG. 3, the arrangement interval of the detection elements 16 determines the resolution of wavelength detection. That is, the intensities of all wavelength components allowed by the opening of the detection element 16 are averaged and output. On the other hand, in the present invention, a plurality of specific line spectra or narrow band wavelength components are extracted from the input electromagnetic wave P by the wavelength selection filter 13, and the wavelength is continuously changed by the wavelength scanning means 14 and output. It was decided to detect at the end 11b. This makes it possible to detect the wavelength distribution of the input electromagnetic wave P with extremely high resolution in the electromagnetic wave spectroscopic device 10 according to the present invention.

なお、以上述べた本実施形態は、本発明を説明するための一例であり、本発明は前記した実施形態に限定されるものでなく、発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、前記説明においては、入力電磁波Pから抽出される複数の特定波長成分の波長は、それぞれ等間隔で、かつ、その間隔は出力端11bの配置間隔に一致させたものであった。ところで、入力電磁波Pから抽出される特定波長成分の波長は、入力電磁波Pにおける波長の全範囲を網羅していればよい。   The above-described embodiment is an example for explaining the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible within the scope of the invention. . For example, in the above description, the wavelengths of the plurality of specific wavelength components extracted from the input electromagnetic wave P are equal intervals, and the intervals coincide with the arrangement intervals of the output end 11b. By the way, the wavelength of the specific wavelength component extracted from the input electromagnetic wave P should just cover the whole wavelength range in the input electromagnetic wave P.

従って、波長走査手段14により、特定波長成分の走査範囲が、近隣のもの同士で互いに接するか重複するように制御されるのであれば、特に、複数の特定波長成分の波長が等間隔である必要も、その間隔が出力端11bの配置間隔に一致させる必要もない。なお、この場合、この出力端11b上において、一つの特定波長成分における走査範囲の両端部分が、それに隣接する特定波長成分の走査範囲の両端部分にそれぞれ接するか重複するように、波長走査手段を制御する。これにより、入力電磁波Pを構成する特定波長成分の検出が、漏れなく行われるからである。   Therefore, if the scanning range of the specific wavelength component is controlled by the wavelength scanning unit 14 so that adjacent ones touch each other or overlap each other, the wavelengths of the plurality of specific wavelength components need to be equally spaced. However, it is not necessary to make the interval coincide with the arrangement interval of the output end 11b. In this case, on this output end 11b, the wavelength scanning means is arranged so that both end portions of the scanning range of one specific wavelength component are in contact with or overlap each end portion of the scanning range of the specific wavelength component adjacent thereto. Control. This is because the detection of the specific wavelength component constituting the input electromagnetic wave P is performed without omission.

(a)本発明の実施の形態にかかる電磁波分光装置を示す上面図である。 (b)本発明の他の実施の形態にかかる電磁波分光装置を示す上面図である。(A) It is a top view which shows the electromagnetic wave spectroscopy apparatus concerning embodiment of this invention. (B) It is a top view which shows the electromagnetic wave spectroscopy apparatus concerning other embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる電磁波分光装置の出力を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the output of the electromagnetic wave spectroscopy apparatus concerning embodiment of this invention. 従来の電磁波分光装置を示す上面図である。It is a top view which shows the conventional electromagnetic wave spectroscopy apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

10 電磁波分光装置
11 スラブ導波路(誘電体スラブ)
11a 接続端
11b、11b… 出力端
12 回折格子
13 波長選択フィルタ
13a 入力光導波路
13b リング共振器
13c チャンネル導波路
14 波長走査手段
15、15… 特定波長成分取出し導波路(導波路)
16、16… 検出素子
P 入力電磁波(電磁波)
W 抽出波
10 Electromagnetic Spectrometer 11 Slab Waveguide (Dielectric Slab)
11a Connection end 11b, 11b ... Output end 12 Diffraction grating 13 Wavelength selection filter 13a Input optical waveguide 13b Ring resonator 13c Channel waveguide 14 Wavelength scanning means 15, 15 ... Specific wavelength component extraction waveguide (waveguide)
16, 16 ... Detection element P Input electromagnetic wave (electromagnetic wave)
W Extraction wave

Claims (10)

電磁波を波長ごとに分離して抽出する電磁波分光装置であって、
前記電磁波のうち、線スペクトル若しくは狭い帯域を持つ特定波長成分を、複数、選択して透過させる波長選択フィルタと、
前記波長選択フィルタが透過させる前記特定波長成分の波長を連続的に変化させる波長走査手段と、
前記波長選択フィルタから透過した複数の前記特定波長成分を波長ごとに分離させる回折格子と、
前記回折格子により回折された前記電磁波が照射する照射面に連続して設けられた複数の出力端と、を備え、
前記波長選択フィルタは、複数の前記特定波長成分の各々が、それぞれ別個の前記出力端から出力されるように前記特定波長成分を選択し、
前記波長走査手段は、前記特定波長成分が、特定かつ単一の前記出力端の内部、若しくはそれに隣接する複数の前記出力端を走査するように、前記特定波長成分の波長を連続的に変化させることを特徴とする電磁波分光装置。
An electromagnetic wave spectroscopic device for separating and extracting electromagnetic waves for each wavelength,
Among the electromagnetic waves, a plurality of specific wavelength components having a line spectrum or a narrow band, a wavelength selection filter for selectively transmitting,
Wavelength scanning means for continuously changing the wavelength of the specific wavelength component transmitted by the wavelength selective filter;
A diffraction grating that separates the plurality of specific wavelength components transmitted from the wavelength selective filter for each wavelength;
A plurality of output ends provided continuously on an irradiation surface to which the electromagnetic wave diffracted by the diffraction grating irradiates, and
The wavelength selection filter selects the specific wavelength component such that each of the plurality of specific wavelength components is output from a separate output end,
The wavelength scanning unit continuously changes the wavelength of the specific wavelength component so that the specific wavelength component scans a specific and single output end or a plurality of output ends adjacent to the specific output end. An electromagnetic wave spectrometer characterized by that.
前記出力端には、前記特定波長成分が送出される光導波路が接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電磁波分光装置。   The electromagnetic wave spectroscopic apparatus according to claim 1, wherein an optical waveguide through which the specific wavelength component is transmitted is connected to the output end. 前記出力端には、前記特定波長成分の出力強度を検出する検出素子が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の電磁波分光装置。   The electromagnetic wave spectroscopic apparatus according to claim 1, wherein a detection element that detects an output intensity of the specific wavelength component is provided at the output end. 前記波長選択フィルタは、前記電磁波のうち、共振波長に一致する前記特定波長成分を透過させるリング共振器から構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の電磁波分光装置。   The said wavelength selection filter is comprised from the ring resonator which permeate | transmits the said specific wavelength component which corresponds to a resonance wavelength among the said electromagnetic waves, The Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. Electromagnetic spectroscopy equipment. 前記波長走査手段は、前記リング共振器の温度を変化させる温度調節器であって、前記リング共振器は、前記温度値に対応して屈折率を変化させることを特徴とする請求項4に記載の電磁波分光装置。   The wavelength scanning unit is a temperature controller that changes a temperature of the ring resonator, and the ring resonator changes a refractive index corresponding to the temperature value. Electromagnetic spectroscopy equipment. 前記波長走査手段は、前記リング共振器に電気的にキャリアを注入する機構であって、前記リング共振器は、前記キャリアの注入量に対応して屈折率を変化させることを特徴とする請求項4に記載の電磁波分光装置。   The wavelength scanning unit is a mechanism for electrically injecting carriers into the ring resonator, and the ring resonator changes a refractive index in accordance with an injection amount of the carriers. 4. The electromagnetic wave spectroscopic device according to 4. 前記単波長成分が伝送する媒体であるコア部の材料は、硅素、窒化硅素系化合物、ガリウム砒素系化合物、インジウム燐系化合物の群から選ばれる一の物質であり、前記コア部の外周面を被覆するクラッド部は、ガリウム砒素系化合物、インジウム燐系化合物、酸化硅素系化合物、エポキシ系ポリマー、ポリイミド系ポリマー、空気の群から選ばれる一の物質であることを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか一項に記載の電磁波分光装置。   The material of the core part, which is a medium for transmitting the single wavelength component, is one substance selected from the group consisting of silicon, silicon nitride compound, gallium arsenide compound, and indium phosphorus compound, and the outer peripheral surface of the core part is The clad portion to be coated is one substance selected from the group consisting of a gallium arsenide compound, an indium phosphorus compound, a silicon oxide compound, an epoxy polymer, a polyimide polymer, and air. Item 7. The electromagnetic wave spectroscopic device according to any one of items 6. 前記回折格子は、前記電磁波に対して透明な誘電体スラブの一端面に形成され、前記複数の出力端および前記波長選択フィルタの接続端は、前記誘電体スラブの他端面に形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載の電磁波分光装置。   The diffraction grating is formed on one end surface of a dielectric slab that is transparent to the electromagnetic wave, and the plurality of output ends and the connection end of the wavelength selection filter are formed on the other end surface of the dielectric slab. The electromagnetic wave spectroscopic device according to claim 1, wherein: 前記誘電体スラブの厚さは、この誘電体スラブを構成する物質からなる一様媒体を伝搬する前記電磁波の波長の1/2以下であることを特徴とする請求項8に記載の電磁波分光装置。 9. The electromagnetic wave spectroscopic apparatus according to claim 8, wherein a thickness of the dielectric slab is equal to or less than ½ of a wavelength of the electromagnetic wave propagating through a uniform medium made of a material constituting the dielectric slab. . 前記リング共振器の内部において前記電磁波が伝送される媒体のコア部の断面は、このコア部を構成する物質からなる一様媒体内を伝搬する前記電磁波の波長以下の長さを一辺長とする四角形であることを特徴とする請求項1乃至請求項9の何れか一項に記載の電磁波分光装置。   The cross section of the core portion of the medium through which the electromagnetic wave is transmitted inside the ring resonator has a side length equal to or shorter than the wavelength of the electromagnetic wave propagating in the uniform medium made of the material constituting the core portion. The electromagnetic wave spectroscopic device according to any one of claims 1 to 9, wherein the electromagnetic wave spectroscopic device is a quadrangle.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011501121A (en) * 2007-10-12 2011-01-06 エスペ3アッシュ Spectroscopic device for fluid analysis

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