(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光振幅位相特性測定装置において、
（ａ）二つの波長の異なる光源と、
（ｂ）前記二つの光源の出力光の基本波成分を分岐する光分岐器と、
（ｃ）該光分岐器の出力のどちらか一方の光路に配置される被測定試料と、
（ｄ）前記光分岐器の出力の他方の光路に前記二つの光源の基本波の和周波成分を発生させる手段と、
（ｅ）前記光分岐器の出力のどちらか一方の光路差を変調する手段と、
（ｆ）前記二つの基本波成分と前記被測定試料で発生した和周波成分を合波する光合波器と、
（ｇ）該光合波器の出力光を二つの基本波成分と和周波成分に分波する光分波器と、
（ｈ）該光分波器の出力の二つの基本波成分をそれぞれ検波する二つの光検波手段と、
（ｉ）該光検波手段の出力の二つの交流信号の和周波数成分を発生させる手段と、
（ｊ）前記光分波器の出力の和周波成分を検波する手段と、
（ｋ）該和周波成分の出力交流信号の振幅と位相差を検出する手段とを具備することを特徴とする光振幅位相特性測定装置。
【請求項２】
光振幅位相特性測定方法において、
二つの波長の異なる光源と、前記二つの光源の出力光の基本波成分を分岐する光分岐器と、該光分岐器の出力のどちらか一方の光路に配置される被測定試料と、前記光分岐器の出力の他方の光路に前記二つの光源の基本波の和周波成分を発生させる手段と、前記光分岐器の出力のどちらか一方の光路差を変調する手段と、前記二つの基本波成分と前記被測定試料で発生した和周波成分を合波する光合波器と、該光合波器の出力光を二つの基本波成分と和周波成分に分波する光分波器と、該光分波器の出力の二つの基本波成分をそれぞれ検波する二つの光検波手段と、該光検波手段の出力の二つの交流信号の和周波数成分を発生させる手段と、前記光分波器の出力の和周波成分を検波する手段と、該和周波成分の出力交流信号の振幅と位相差を検出する手段とを配置し、
前記二つの光源の出力光の基本波成分を、前記光分岐器で分岐後、どちらか一方の光路差を変調して、前記二つの基本波成分と和周波成分をそれぞれ別々にホモダイン検波を行い、光路差の変調によって発生する二つの基本波成分による交流信号の和の周波数の交流信号を基準信号として、前記被測定試料で発生する光の和周波成分の振幅と位相差を測定することを特徴とする光振幅位相特性測定方法。
【請求項３】
光振幅位相特性測定装置において、
（ａ）二つの波長の異なる光源と、
（ｂ）前記二つの光源の出力光の基本波成分を分岐する光分岐器と、
（ｃ）該光分岐器の出力のどちらか一方の光路に配置される被測定試料と、
（ｄ）前記光分岐器の出力の他方の光路に前記二つの光源の基本波の差周波成分を発生させる手段と、
（ｅ）前記光分岐器の出力のどちらか一方の光路差を変調する手段と、
（ｆ）前記二つの基本波成分と前記被測定試料で発生した差周波成分を合波する光合波器と、
（ｇ）該光合波器の出力光を二つの基本波成分と差周波成分に分波する光分波器と、
（ｈ）該光分波器の出力の二つの基本波成分をそれぞれ検波する二つの光検波手段と、
（ｉ）該光検波手段の出力の二つの交流信号の差周波数成分を発生させる手段と、
（ｊ）前記光分波器の出力の差周波成分を検波する手段と、
（ｋ）該差周波成分の出力交流信号の振幅と位相差を検出する手段とを具備することを特徴とする光振幅位相特性測定装置。
【請求項４】
光振幅位相特性測定方法において、
二つの波長の異なる光源と、前記二つの光源の出力光の基本波成分を分岐する光分岐器と、該光分岐器の出力のどちらか一方の光路に配置される被測定試料と、前記光分岐器の出力の他方の光路に前記二つの光源の基本波の差周波成分を発生させる手段と、前記光分岐器の出力のどちらか一方の光路差を変調する手段と、前記二つの基本波成分と前記被測定試料で発生した差周波成分を合波する光合波器と、該光合波器の出力光を二つの基本波成分と差周波成分に分波する光分波器と、該光分波器の出力の二つの基本波成分をそれぞれ検波する二つの光検波手段と、該光検波手段の出力の二つの交流信号の差周波数成分を発生させる手段と、前記光分波器の出力の差周波成分を検波する手段と、該差周波成分の出力交流信号の振幅と位相差を検出する手段とを配置し、
前記二つの光源の出力光の基本波成分を、前記光分岐器で分岐後、どちらか一方の光路差を変調して、前記二つの基本波成分と差周波成分をそれぞれ別々にホモダイン検波を行い、光路差の変調によって発生する二つの基本波成分による交流信号の差の周波数の交流信号を基準信号として、前記被測定試料で発生する光の差周波成分の振幅と位相差を測定することを特徴とする光振幅位相特性測定方法。
【請求項５】
光振幅位相特性測定装置において、
（ａ）二つの波長の異なる光源と、
（ｂ）前記二つの光源の出力光の基本波成分を合波する光合波器と、
（ｃ）該光合波器の出力の光路に配置され、和周波成分を発生させる被測定試料と、
（ｄ）二つの基本波成分と和周波成分を同時に分岐する光分岐器と、
（ｅ）該光分岐器の出力のどちらか一方の光路差を変調する手段と、
（ｆ）前記二つの基本波成分と前記被測定試料で発生した和周波成分を合波する光合波器と、
（ｇ）該光合波器の出力光を二つの基本波成分と和周波成分に分波する光分波器と、
（ｈ）該光分波器の出力の二つの基本波成分をそれぞれ検波する二つの光検波手段と、
（ｉ）該光検波手段の出力の二つの交流信号の和周波数成分を発生させる手段と、
（ｊ）前記光分波器の出力の和周波成分を検波する手段と、
（ｋ）該和周波成分の出力交流信号の振幅と位相差を検出する手段とを具備することを特徴とする光振幅位相特性測定装置。
【請求項６】
光振幅位相特性測定方法において、
二つの波長の異なる光源と、前記二つの光源の出力光の基本波成分を合波する光合波器と、該光合波器の出力の光路に配置され、和周波成分を発生させる被測定試料と、二つの基本波成分と和周波成分を同時に分岐する光分岐器と、該光分岐器の出力のどちらか一方の光路差を変調する手段と、前記二つの基本波成分と前記被測定試料で発生した和周波成分を合波する光合波器と、該光合波器の出力光を二つの基本波成分と和周波成分に分波する光分波器と、該光分波器の出力の二つの基本波成分をそれぞれ検波する二つの光検波手段と、該光検波手段の出力の二つの交流信号の和周波数成分を発生させる手段と、前記光分波器の出力の和周波成分を検波する手段と、該和周波成分の出力交流信号の振幅と位相差を検出する手段とを配置し、
前記二つの光源の出力光の基本波成分を、前記光合波器で合波後、前記出力光の基本波成分と前記被測定試料で発生する和周波成分とを分岐し、どちらか一方の光路差を変調して、前記二つの基本波成分と和周波成分をそれぞれ別々にホモダイン検波を行い、光路差の変調によって発生する二つの基本波成分による交流信号の和の周波数の交流信号を基準信号として、前記被測定試料で発生する光の和周波成分の振幅と位相差を測定することを特徴とする光振幅位相特性測定方法。
【請求項７】
光振幅位相特性測定装置において、
（ａ）二つの波長の異なる光源と、
（ｂ）前記二つの光源の出力光の基本波成分を合波する光合波器と、
（ｃ）該光合波器の出力の光路に配置され、差周波成分を発生させる被測定試料と、
（ｄ）二つの基本波成分と差周波成分を同時に分岐する光分岐器と、
（ｅ）該光分岐器の出力のどちらか一方の光路差を変調する手段と、
（ｆ）前記二つの基本波成分と前記被測定試料で発生した差周波成分を合波する光合波器と、
（ｇ）該光合波器の出力光を二つの基本波成分と差周波成分に分波する光分波器と、
（ｈ）該光分波器の出力の二つの基本波成分をそれぞれ検波する二つの光検波手段と、
（ｉ）該光検波手段の出力の二つの交流信号の差周波数成分を発生させる手段と、
（ｊ）前記光分波器の出力の差周波成分を検波する手段と、
（ｋ）該差周波成分の出力交流信号の振幅と位相差を検出する手段とを具備することを特徴とする光振幅位相特性測定装置。
【請求項８】
光振幅位相特性測定方法において、
二つの波長の異なる光源と、前記二つの光源の出力光の基本波成分を合波する光合波器と、該光合波器の出力の光路に配置され、差周波成分を発生させる被測定試料と、二つの基本波成分と差周波成分を同時に分岐する光分岐器と、該光分岐器の出力のどちらか一方の光路差を変調する手段と、前記二つの基本波成分と前記被測定試料で発生した差周波成分を合波する光合波器と、該光合波器の出力光を二つの基本波成分と差周波成分に分波する光分波器と、該光分波器の出力の二つの基本波成分をそれぞれ検波する二つの光検波手段と、該光検波手段の出力の二つの交流信号の差周波数成分を発生させる手段と、前記光分波器の出力の差周波成分を検波する手段と、該差周波成分の出力交流信号の振幅と位相差を検出する手段とを配置し、
前記二つの光源の出力光の基本波成分を、前記光合波器で合波後、前記出力光の基本波成分と前記被測定試料で発生する差周波成分とを分岐し、どちらか一方の光路差を変調して、前記二つの基本波成分と差周波成分をそれぞれ別々にホモダイン検波を行い、光路差の変調によって発生する二つの基本波成分による交流信号の差の周波数の交流信号を基準信号として、前記被測定試料で発生する光の差周波成分の振幅と位相差を測定することを特徴とする光振幅位相特性測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光の振幅と位相を測定する光振幅位相特性測定装置およびその測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、非線形光学結晶等の評価には、二つの波長の異なる光源を用いて、その和もしくは差の周波数の光を測定する。この時、和もしくは差周波の波長は光源のどちらかの波長の第２高調波の波長に近接しており、和もしくは差周波成分と第２高調波成分および光源の基本波成分の分離回路に問題がある。もし、この分離回路から和もしくは差周波成分以外の成分が漏れると背景光になり、分離を完全にするには大きな損失を伴い、共に測定感度を劣化させる原因になる。
【０００３】
一方、光の振幅と位相を高感度に測定する方法としては、ホモダイン検波法またはヘテロダイン検波法が用いられている。このホモダイン検波法またはヘテロダイン検波法では、局発光との干渉効果を用いるために背景光の影響を除去することができる。しかしこれらの方法は、基本的に干渉計を構成しているために、干渉計を安定化しなければならない。この干渉計の安定化は干渉計の位相変動を安定にするために、被測定信号の振幅と位相変化は、干渉計の位相変動を分離しなければ、高感度な振幅及び位相特性の測定は困難である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、上記した従来の方法では、ホモダイン検波法またはヘテロダイン検波法による光の振幅と位相の高感度測定では、干渉計を安定化する必要があるために、測定方法に問題がある。
本発明は、上記問題を除去し、干渉計を安定化することなく、高感度、かつ、高安定な光の振幅と位相の測定を行うことができる光振幅位相特性測定装置およびその測定方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕光振幅位相特性測定装置において、二つの波長の異なる光源と、前記二つの光源の出力光の基本波成分を分岐する光分岐器と、この光分岐器出力のどちらか一方の光路に配置される被測定試料と、前記光分岐器の出力の他方の光路に前記二つの光源の基本波の和周波成分を発生させる手段と、前記光分岐器の出力のどちらか一方の光路差を変調する手段と、前記二つの基本波成分と前記被測定試料で発生した和周波成分を合波する光合波器と、この光合波器の出力光を二つの基本波成分と和周波成分に分波する光分波器と、この光分波器出力の二つの基本波成分をそれぞれ検波する二つの光検波手段と、この光検波手段の出力の二つの交流信号の和の周波数成分を発生させる手段と、前記光分波器の出力の和周波成分を検波する手段と、この和周波成分の出力交流信号の振幅と位相差を検出する手段とを設けるようにしたものである。
【０００６】
〔２〕光振幅位相測定方法において、二つの波長の異なる光源と、前記二つの光源の出力光の基本波成分を分岐する光分岐器と、この光分岐器の出力のどちらか一方の光路に配置される被測定試料と、前記光分岐器の出力の他方の光路に前記二つの光源の基本波の和周波成分を発生させる手段と、前記光分岐器の出力のどちらか一方の光路差を変調する手段と、前記二つの基本波成分と前記被測定試料で発生した和周波成分を合波する光合波器と、この光合波器の出力光を二つの基本波成分と和周波成分に分波する光分波器と、この光分波器の出力の二つの基本波成分をそれぞれ検波する二つの光検波手段と、この光検波手段の出力の二つの交流信号の和周波数成分を発生させる手段と、前記光分波器出力の和周波成分を検波する手段と、この和周波成分の出力交流信号の振幅と位相差を検出する手段とを配置し、
前記二つの光源の出力光の基本波成分を、前記光分岐器で分岐後、どちらか一方の光路差を変調して、前記二つの基本波成分と和周波成分をそれぞれ別々にホモダイン検波を行い、光路差の変調によって発生する二つの基本波成分による交流信号の和の周波数の交流信号を基準信号として、前記被測定試料で発生する光の和周波成分の振幅と位相差を測定するようにしたものである。
【０００７】
〔３〕光振幅位相特性測定装置において、二つの波長の異なる光源と、前記二つの光源の出力光の基本波成分を分岐する光分岐器と、この光分岐器の出力のどちらか一方の光路に配置される被測定試料と、前記光分岐器の出力の他方の光路に前記二つの光源の基本波の差周波成分を発生させる手段と、前記光分岐器の出力のどちらか一方の光路差を変調する手段と、前記二つの基本波成分と前記被測定試料で発生した差周波成分を合波する光合波器と、この光合波器の出力光を二つの基本波成分と差周波成分に分波する光分波器と、この光分波器の出力の二つの基本波成分をそれぞれ検波する二つの光検波手段と、この光検波手段の出力の二つの交流信号の差周波数成分を発生させる手段と、前記光分波器の出力の差周波成分を検波する手段と、この差周波成分の出力交流信号の振幅と位相差を検出する手段とを設けるようにしたものである。
【０００８】
〔４〕光振幅位相特性測定方法において、二つの波長の異なる光源と、前記二つの光源の出力光の基本波成分を分岐する光分岐器と、この光分岐器の出力のどちらか一方の光路に配置される被測定試料と、前記光分岐器の出力の他方の光路に前記二つの光源の基本波の差周波成分を発生させる手段と、前記光分岐器の出力のどちらか一方の光路差を変調する手段と、前記二つの基本波成分と前記被測定試料で発生した差周波成分を合波する光合波器と、この光合波器の出力光を二つの基本波成分と差周波成分に分波する光分波器と、この光分波器の出力の二つの基本波成分をそれぞれ検波する二つの光検波手段と、この光検波手段の出力の二つの交流信号の差周波数成分を発生させる手段と、前記光分波器の出力の差周波成分を検波する手段と、この差周波成分の出力交流信号の振幅と位相差を検出する手段とを配置し、
前記二つの光源の出力光の基本波成分を、前記光分岐器で分岐後、どちらか一方の光路差を変調して、前記二つの基本波成分と差周波成分をそれぞれ別々にホモダイン検波を行い、光路差の変調によって発生する二つの基本波成分による交流信号の差の周波数の交流信号を基準信号として、前記被測定試料で発生する光の差周波成分の振幅と位相差を測定するようにしたものである。
【０００９】
〔５〕光振幅位相特性測定装置において、二つの波長の異なる光源と、前記二つの光源の出力光の基本波成分を合波する光合波器と、この光合波器の出力の光路に配置され、和周波成分を発生させる被測定試料と、二つの基本波成分と和周波成分を同時に分岐する光分岐器と、この光分岐器の出力のどちらか一方の光路差を変調する手段と、前記二つの基本波成分と前記被測定試料で発生した和周波成分を合波する光合波器と、この光合波器の出力光を二つの基本波成分と和周波成分に分波する光分波器と、この光分波器の出力の二つの基本波成分をそれぞれ検波する二つの光検波手段と、この光検波手段の出力の二つの交流信号の和周波数成分を発生させる手段と、前記光分波器の出力の和周波成分を検波する手段と、この和周波成分の出力交流信号の振幅と位相差を検出する手段とを設けるようにしたものである。
【００１０】
〔６〕光振幅位相特性測定方法において、二つの波長の異なる光源と、前記二つの光源の出力光の基本波成分を合波する光合波器と、この光合波器の出力の光路に配置され、和周波成分を発生させる被測定試料と、二つの基本波成分と和周波成分を同時に分岐する光分岐器と、この光分岐器の出力のどちらか一方の光路差を変調する手段と、前記二つの基本波成分と前記被測定試料で発生した和周波成分を合波する光合波器と、この光合波器の出力光を二つの基本波成分と和周波成分に分波する光分波器と、この光分波器の出力の二つの基本波成分をそれぞれ検波する二つの光検波手段と、この光検波手段の出力の二つの交流信号の和周波数成分を発生させる手段と、前記光分波器の出力の和周波成分を検波する手段と、この和周波成分の出力交流信号の振幅と位相差を検出する手段とを配置し、
前記二つの光源の出力光の基本波成分を、前記光合波器で合波後、前記出力光の基本波成分と被測定試料で発生する和周波成分とを分岐し、どちらか一方の光路差を変調して、前記二つの基本波成分と和周波成分をそれぞれ別々にホモダイン検波を行い、光路差の変調によって発生する二つの基本波成分による交流信号の和の周波数の交流信号を基準信号として、前記被測定試料で発生する光の和周波成分の振幅と位相差を測定するようにしたものである。
【００１１】
〔７〕光振幅位相特性測定装置において、二つの波長の異なる光源と、前記二つの光源の出力光の基本波成分を合波する光合波器と、この光合波器の出力の光路に配置され、差周波成分を発生させる被測定試料と、二つの基本波成分と差周波成分を同時に分岐する光分岐器と、この光分岐器の出力のどちらか一方の光路差を変調する手段と、前記二つの基本波成分と前記被測定試料で発生した差周波成分を合波する光合波器と、この光合波器の出力光を二つの基本波成分と差周波成分に分波する光分波器と、この光分波器の出力の二つの基本波成分をそれぞれ検波する二つの光検波手段と、この光検波手段の出力の二つの交流信号の差周波数成分を発生させる手段と、前記光分波器の出力の差周波成分を検波する手段と、この差周波成分の出力交流信号の振幅と位相差を検出する手段とを設けるようにしたものである。
【００１２】
〔８〕光振幅位相特性測定方法において、二つの波長の異なる光源と、前記二つの光源の出力光の基本波成分を合波する光合波器と、この光合波器の出力の光路に配置され、差周波成分を発生させる被測定試料と、二つの基本波成分と差周波成分を同時に分岐する光分岐器と、この光分岐器の出力のどちらか一方の光路差を変調する手段と、前記二つの基本波成分と前記被測定試料で発生した差周波成分を合波する光合波器と、この光合波器の出力光を二つの基本波成分と差周波成分に分波する光分波器と、この光分波器の出力の二つの基本波成分をそれぞれ検波する二つの光検波手段と、この光検波手段の出力の二つの交流信号の差周波数成分を発生させる手段と、前記光分波器の出力の差周波成分を検波する手段と、この差周波成分の出力交流信号の振幅と位相差を検出する手段とを配置し、
前記二つの光源の出力光の基本波成分を、前記光合波器で合波後、前記出力光の基本波成分と被測定試料で発生する差周波成分とを分岐し、どちらか一方の光路差を変調して、前記二つの基本波成分と差周波成分をそれぞれ別々にホモダイン検波を行い、光路差の変調によって発生する二つの基本波成分による交流信号の差の周波数の交流信号を基準信号として、前記被測定試料で発生する光の差周波成分の振幅と位相差を測定するようにしたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
まず、本発明の第１実施例について説明する。
図１は本発明の第１実施例を示す光位相特性測定装置の構成図である。
この図に示すように、この実施例の光振幅位相測定装置は、第１の光源１、第２の光源２、光分岐器３、和周波発生素子４、ミラー５、被測定試料６、光路差変調用信号発生器７、光路差変調用ミラー８、光合波器９、第１の光分波器１０，第２の光分波器１１、第３の光分波器１２、第４の光分波器１３、第１の光検波器１４、第２の光検波器１５、第３の光検波器１６、第４の光検波器１７、第５の光検波器１８、第６の光検波器１９、第１の差動増幅器２０、第２の差動増幅器２１、第３の差動増幅器２２、変調器２３、同期検出器２４により構成される。
【００１４】
ここで、光分岐器３は二つの基本波成分を同時に分岐するものであり、光合波器９は基本波成分と、和周波成分を同時に合波するものであり、ハーフミラー、無偏光ビームスプリッタ、偏光ビームスプリッタ、光方向性結合器などが使用可能である。
また、和周波発生素子４は、二つの光源の基本波から和周波成分を発生させる手段に、光路差変調用信号発生器７、光路差変調用ミラー８は光路差を変調する手段に、光分波器１０，１１，１２，１３は基本波成分と和周波成分を分波する手段に、光検波器１４，１５と差動増幅器２０および光検波器１６，１７と差動増幅器２１は基本波成分を検波する手段に、光検波器１８，１９と差動増幅器２２は和周波成分を検波手段に、変調器２３は交流信号の和の周波数成分を発生させる手段に、同期検出器２４は振幅と位相差を検出する手段にそれぞれ対応する。
【００１５】
なお、和周波発生素子４は局発光側の和周波成分を効率良く発生させるために、非線形光学結晶を用いる。
また、光路差変調用ミラー８は光波長の数倍程度の振動が得られれば十分であり、ピエゾ素子に光学ミラーを張り付けたものが使用可能である。さらに、この作用は、光の位相を連続的に変化させるものであり、同等の位相変化が得られるものならばどのようなものでも良い。
【００１６】
更に、光分波器１０，１１，１２，１３は基本波成分と和周波成分とを分波するものであり、分光プリズム、ダイクロイックミラーなどが使用可能である。また、光分波器１０，１３を一体化して基本波成分と和周波成分を同時に分波する分波器の構成も使用することができる。
また、光分波器１２，１３の出力を光検波器として、１個の光検波器を用いる方法もあるが、この実施例に示すように、２個の光検波器１４，１５と差動増幅器２０、および２個の光検波器１６，１７と差動増幅器２１、さらに２個の光検波器１８，１９と差動増幅器２２の組み合わせによるバランスド検波の構成の方が、光源の出力光の持つ振幅雑音が抑圧され、測定系の雑音がショット雑音レベルになるので、ＳＮ比が、改善されて高感度になることは明らかである。
【００１７】
また、同期検出器２４としてはロックイン増幅器等を使用することができる。
以下、本発明の第１実施例による光位相特性測定装置の動作について説明する。
ホモダイン干渉計の不安定性の原因は、干渉計の光路差の変動による位相変化である。一般的に、この位相変化を検出して、負帰還制御によって干渉計を安定化しているために、測定のための位相信号と負帰還制御信号を分離することは困難である。
【００１８】
いま、干渉計を安定化させずに、一方の光路差を変調すると、その変調速度と振幅にしたがって干渉縞が変化し、交流信号が発生する。この交流信号の振幅は干渉計の可視度に一致しているために、非常に安定である（参考文献：特願平８─１８５２３５号）。しかし、干渉計が安定化されていないために生じる不安定性は、この交流信号の位相に変換されるので、このままでは、安定に振幅と位相の特性を測定することはできない。
【００１９】
そこで、光源の出力光によって発生させた２次高調波（周波数が２倍、波長が１／２）を用いると、非常に安定に位相特性を測定することができる。（参考文献：特願平９─２６２０６４号）
いま、二つの光源の光の周波数をｆo1とｆo2とすると、この和の光の周波数ｆosは、ｆos＝ｆo1＋ｆo2になる。ここで、干渉計の光路差の変調波形を３角波で行うと、検波出力には光路差の変調速度に応じた交流信号が発生する。二つの光源とその和周波の光に対する検波出力の交流信号の周波数をそれぞれｆr1，ｆr2，ｆrsとすると、ｆr1＝ｆo1／ｋ、ｆr2＝ｆo2／ｋ、ｆrs＝ｆos／ｋの関係になる（ｋは光路差の変調速度に関係する定数）。したがって、和周波成分の検波出力の周波数ｆrsはｆr1とｆr2の和の周波数になる。
【００２０】
ここで、ｆr1とｆr2の交流信号から合成した和の周波数ｆrr（ｆrr＝ｆr1＋ｆr2）成分の交流信号は光の周波数ｆo1とｆo2の位相情報を保存しているために、その和の周波数ｆrrの交流信号成分もｆo1とｆo2の位相情報を保存する。
したがって、和の周波数ｆrrの交流信号成分を基準信号として、和周波の光を検波した交流信号成分ｆrsを同期検出すれば、和周波の光の振幅と位相を高感度で測定することができる。
【００２１】
この干渉計はホモダイン検波方式であるため、一方の光路を局部発振光として十分な光量を用いれば、他方の光路の信号光の強度を非常に小さくすることが可能で、高感度な位相特性の測定と同時に振幅特性も測定可能である。さらに、ここで用いる光検波器は、光路差を変調したときに発生する交流信号を検波するのに必要な帯域幅で十分であり、広帯域特性を必要としない。
【００２２】
図１において、いま、第１の光源１および第２の光源２の出力光を光分岐器３で分岐し、一方は、和周波発生素子４で和周波成分を発生させ、二つの基本波成分と和周波成分をホモダイン検波の局部発振光とする。この時、和周波発生素子４の出力の基本波成分と和周波成分をミラー５で反射させ、全ての成分を光合波器９に導く。
【００２３】
また、光分岐器３で分岐されたもう一方は、信号光として被測定用試料６に入射し、被測定用試料６で発生した和周波成分と基本波成分は、光路差変調用信号発生器７で作動する光路差変調用ミラー８で反射させ、全ての成分を光合波器９に導く。
光合波器９で合波された三組の成分は、第１の光分波器１０と第２の光分波器１１でそれぞれ基本波成分と和周波成分に分波する。
【００２４】
第１の光分波器１０と第２の光分波器１１で分波された基本波の成分は、それぞれ第３の光分波器１２と第４の光分波器１３でさらに二つの基本波成分に分波し、第１の光検波器１４，第２の光検波器１５と第１の差動増幅器２０および第３の光検波器１６，第４の光検波器１７と第２の差動増幅器２１で検波し増幅する。第１の差動増幅器２０、第２の差動増幅器２１の出力信号のうち光路差の変調によって生じた交流信号成分を変調器２３に導く。この変調器２３で、基本波による二つの交流信号成分の和の周波数を発生させ、同期検出器２４の基準信号入力端子に接続する。
【００２５】
一方、第１の光分波器１０と第２の光分波器１１で分波した和周波成分は、第５の光検波器１８，第６の光検波器１９と第３の差動増幅器２２で検波、増幅して、同期検出器２４の信号入力端子に接続する。
また、変調器２３で発生させた同期検出器２４の基準信号の周波数と和周波成分を検波した信号光成分の周波数は、干渉計が変動しても、常に等しいために、同期検出器２４では高感度に信号光成分を測定することができる。
【００２６】
次に、第１実施例を用いて、被測定試料で発生する和周波成分の振幅と位相差を測定する方法について述べる。
（１）二つの光源１，２の出力光を同時に分波する。
（２）光分岐器３の分岐比を調整して、必要かつ十分な局発光側の光量を設定する。
【００２７】
（３）局発光側に挿入した和周波発生素子４としての非線形光学結晶４で和周波の光を発生させ、二つの基本波と同時に光合波器９に導く。
（４）信号光側に設置した非測定試料６からの和周波の透過光、反射光または発光光と二つの基本波成分は、光路差変調用信号発生器７の３角波で動作する光路差変調用ミラー８で同時に変調して、光合波器９で局発光成分と合波する。
（５）光合波器９のそれぞれの出力光を第１の光分波器１０，第２の光分波器１１で基本波成分と和周波成分とに分波し、さらに、基本波成分は第３の光分波器１２，第４の光分波器１３でそれぞれの基本波に分波する。
【００２８】
（６）第１〜第４の光分波器１０，１１，１２，１３で分波されたそれぞれの成分を検波、増幅して三つの交流信号成分を出力する。
（７）このうち基本波による二つの交流信号は、変調器２３でその和の成分を発生させ、同期検出器２４の基準信号入力端子に接続する。
（８）和周波による交流信号は同期検出器２４の信号入力端子に接続して、和周波成分の振幅と基準信号との位相差を求める。
【００２９】
本発明の第２実施例について説明する。
図２は本発明の第２実施例を示す光位相特性測定装置の構成図である。なお、第１実施例と同様の部分は同じ符号を付してそれらの説明は省略する。
この図に示すように、この実施例の光振幅位相測定装置は、光合波器２５と光分岐器３１を備える点が第１実施例のものと相違し、その他は第１実施例と略同じ構成である。
【００３０】
ここで、光合波器２５は第１の光源１と第２の光源２からの二つの基本波成分を合波するものであり、光分岐器３１は二つの基本波成分と和周波成分を同時に分岐するものであり、ハーフミラー、無偏光ビームスプリッタ、偏光ビームスプリッタ、光方向性結合器などが使用可能である。
以下、この実施例の光振幅位相測定装置の動作について説明する。
【００３１】
図２において、いま、第１の光源１及び第２の光源２の出力光を光合波器２５で合波し、その出力を被測定試料６に入射して和周波成分を発生させる。二つの基本波成分と和周波成分は、光分岐器３１で同時に分岐し、ホモダイン検波の信号光と局部発振光として、第１実施例と同様に二つの基本波成分と和周波成分を光検波して、和周波成分の振幅と位相を測定する。
【００３２】
なお、第１及び第２実施例では和周波発生素子を用いたが、これを差周波発生素子とし、変調器の出力を二つの基本波の交流信号成分の差周波にすれば、非測定試料で発生する差周波成分の振幅と位相差を測定することができる。
すなわち、差の光の周波数をｆod、差周波成分を検波した信号の周波数をｆrdとすると、ｆrd＝（ｆo1−ｆ02）／ｋ＝ｆr1−ｆr2であるから、前述の和周波と同様に、変調器によって発生させた二つの基本波成分の差の周波数成分を基準信号として、光の差周波成分の検波信号を同期検出することができる。
【００３３】
さらに、第１、第２実施例ではマッハツェンダー形干渉計での構成を示したが、マイケルソン形干渉計などの構成でも同様の動作を行わせることができる。さらに、構成部品も光ファイバを用いた部品の使用も可能である。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００３４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
（Ａ）光源の二つの基本波と、それらと位相相関を持った和もしくは差の周波数の光に対して、光路差を変調して発生する交流信号成分を測定するために、干渉計を安定化する必要もなく、非常に安定である。
【００３５】
（Ｂ）さらに、ホモダイン検波法と位相同期検出器を用いるために、非常に高感度であり、振幅特性と位相特性を同時に測定することが可能である。
（Ｃ）また、光検波器の周波数特性に広帯域特性を必要とせず、構成も簡単である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す光位相特性測定装置の構成図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す光位相特性測定装置の構成図である。
【符号の説明】
１    第１の光源
２    第２の光源
３，３１    光分岐器
４    和周波発生素子（非線形光学素子）
５    ミラー
６    被測定試料
７    光路差変調用信号発生器
８    光路差変調用ミラー
９，２５    光合波器
１０，１１，１２，１３    光分波器（第１〜第４の光分波器）
１４，１５，１６，１７，１８，１９    光検波器（第１〜第６の光検波器）
２０，２１，２２    差動増幅器（第１〜第３の差動増幅器）
２３    変調器
２４    同期検出器
【図１】
0003701457.tif 000002
【図２】
0003701457.tif 000003