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» 2022年05月23日 10時00分 公開

光ファイバー通信の概要と分光測定器の基礎光スペクトラムアナライザーの基礎知識(1)(1/9 ページ)

今回の連載では分光測定器の1つであり、光ファイバー通信分野の開発では必須の測定器となっている光スペクトラムアナライザーについて解説していく。まず、「光ファイバー通信の概要」「分光測定器の基礎」「レーザ光を使う際の注意点」について説明する。

[TechEyesOnline]
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 本記事は、計測器専門の情報サイト「TechEyesOnline」から転載しています。

はじめに

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 現在では、虹が七色に見えるのは空気中に浮遊する水滴に太陽光が当たり、光の波長によって屈折率異なることから生じることは知られているが、分光についての知識が得られるまでは虹がどうして見えるかは人々の関心事であった。

 万有引力の法則を発見したイギリスの物理学者のアイザック・ニュートンは1666年、プリズムを使った実験によって白色の太陽光は虹に含まれている色の光が混じったものであることを発見し、1672年に発表した。これが分光の研究の始まりと考えてよいので、長い歴史を持つ分野であることが分かる。

図1:アイザック・ニュートンのプリズム分光実験[クリックで拡大] 出所:ニュートンのプリズム分光実験が1666年である根拠(光と色とHP)

 光は電波と同じ電磁波の一種であるため、分光は光に含まる周波数成分を観測する無線通信分野で使われるスペクトラムアナライザーと同じ機能となる。ただし、扱う周波数が電波にくらべて高いため測定器の原理や内部構造は異なる。

図2:光と電波の波長と周波数[クリックで拡大]

 今回は分光測定器の1つであり、光ファイバー通信分野の開発では必須の測定器となっている光スペクトラムアナライザーについて解説する。記事執筆にあたり、光スペクトラムアナライザーの分野でさまざまな製品を長年に渡って開発してきた横河計測の協力を得た。

さまざまな分野で使われている分光測定器

 分光技術の応用が歴史の中で登場するのは1860年にさかのぼる。ドイツの科学者であるロベルト・ブンゼンとグスタフ・キルヒホッフは、プリズムを使った分光器を使って元素の炎色反応の研究を行いルビジウムとセシウムを発見した。この発見によって分光化学が進歩して、ほかの研究者によってタリウム(1861年)、インジウム(1863年)、ガリウム(1875年)、スカンジウム(1879年)、ゲルマニウム(1886年)などの元素が発見された。

図3:高校の化学で学ぶ炎色反応

 現在では分光測定はさまざまな分野で使われている。用途によって分光する光の波長は異なっている。大きな市場規模を持つ分野としては材料の分析、塗装や印刷物の色彩の評価、照明光の評価、光ファイバー通信に使う部品や装置の評価である。利用には専門知識や周辺機器が必要な場合もあるため、用途ごとに参入している測定器メーカーが異なっている。最近ではバイオロジーや環境測定の分野での利用が拡大している。

図4:分光測定の応用分野[クリックで拡大]
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