(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、該光源の出力光を入力する複数の光導波路と、該光導波路の出力光を検出する光検出器とを備えた波長板評価装置であって、
前記複数の光導波路の入力部および出力部に挿入され互いに主軸の等しい１組の薄膜偏光子と、
前記１組の薄膜偏光子間に設けられ前記複数の光導波路と交差して波長板の厚さよりも幅の広い溝とを有し、
前記溝に被測定対象物である前記波長板を挿入することにより該波長板の面内分布を評価することを特徴とする波長板評価装置。
【請求項２】
光源と、該光源の出力光を入力する複数の光導波路と、該光導波路の出力光を検出する光検出器とを備えた波長板評価装置であって、
前記複数の光導波路の入力部および出力部に挿入され互いに主軸の等しい１組の薄膜偏光子と、
前記１組の薄膜偏光子間に設けられ前記複数の光導波路と交差して波長板の厚さよりも幅の広い溝とを有し、
前記溝に被測定対象物である前記波長板を挿入し、
前記１組の薄膜偏光子と前記波長板を透過した光の透過スペクトルを求めることで該波長板のリターデーション誤差と光学軸誤差とを個別に評価することを特徴とする波長板評価装置。
【請求項３】
前記１組の薄膜偏光子と前記波長板を透過した光の透過スペクトルを求めることで該波長板のリターデーション誤差と光学軸誤差とを個別に評価することを特徴とする請求項１に記載の波長板評価装置。
【請求項４】
前記溝は、前記複数の光導波路の垂直面から３°〜１０°傾けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の波長板評価装置。
【請求項５】
前記複数の光導波路は、前記入力部および出力部での光導波路の間隔と、前記溝と交差する部分での光導波路の間隔とが互いに異なることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の波長板評価装置。
【請求項６】
前記光源としての偏光依存性のない光源と、前記複数の光導波路と、前記光検出器としての光スペクトルアナライザと、該偏光依存性のない光源と該複数の光導波路とを結ぶ第１の光スイッチと、該複数の光導波路と該光スペクトラムアナライザとを結ぶ第２の光スイッチとを有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の波長板評価装置。
【請求項７】
前記波長板は、アレイ導波路格子の偏波無依存化に用いられるポリイミドを材料とする薄膜１／２波長板であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の波長板評価装置。
【請求項８】
前記光スペクトラムアナライザは偏波変換クロストークの波長依存性を求めることで前記薄膜１／２波長板の面内光学特性を評価することを特徴とする請求項７に記載の波長板評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光波長板評価装置に関し、特にアレイ導波路格子（以下、ＡＷＧと略す）の偏波無依存化に用いられる薄膜１／２波長板の光波長板評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、通信容量の拡大のために複数の光波長を用いた光波長多重通信システム（ＷＤＭシステム）の開発が盛んである。この光波長多重通信システムにおいて、送信側で複数の波長の光信号を合波したり、受信側で１本の光ファイバ中の複数の光信号を異なるポートに分波する光波長合分波器として、ＡＷＧ（アレイ導波路格子）が広く使用されている。
【０００３】
一般に、平面光導波路は複屈折を有するため、ＡＷＧは偏波依存性を持つ。この偏波依存性を解消するため、ＡＷＧの中央部に偏波モード変換器として主軸が基板に対して４５°傾いた薄膜１／２波長板を挿入して偏波無依存化がなされている。
【０００４】
図５に１／２波長板を挿入した従来のＡＷＧの外観図を示す。このＡＷＧは、シリコン基板５０１上に、入力導波路５０２、入力側スラブ導波路５０３、アレイ導波路５０４、出力側スラブ導波路５０５、出力導波路５０６、およびアレイ導波路５０４を交差する１／２波長板挿入用溝５０７を形成し、この溝５０４に主軸が基板５０１に対して４５°傾いた薄膜１／２波長板５０８を挿入して、偏波無依存化がなされている。現在、この１／２波長板５０８として、面内複屈折が大きなポリイミドが用いられている（Ｙ．Ｉｎｏｕｅ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｍｏｄｅ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ  ｗｉｔｈ  ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ  ｈａｌｆ  ｗａｖｅｐｌａｔｅ  ｉｎ  ｓｉｌｉｃａ−ｂａｓｅｄ  ｐｌａｎａｒ  ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  ｃｉｒｃｕｉｔｓ，”  ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．６，ｐｐ．６２６−６２８，１９９４．参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなポリイミド１／２波長板は、面内方向に延伸して作製されるため、場所に依存する揺らぎを持っている。このポリイミド１／２波長板をＡＷＧに挿入する場合、１００本ものアレイ導波路がこのポリイミド１／２波長板に交差するため、ポリイミド１／２波長板の空間的な分布はＡＷＧの偏波特性に大きな影響を与える。このため、作製されたポリイミド１／２波長板の場所に依存する揺らぎを評価する必要があった。
【０００６】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、その目的は、ポリイミド１／２波長板の面内分布特性を評価することができる光波長板評価装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、光源と、該光源の出力光を入力する複数の光導波路と、該光導波路の出力光を検出する光検出器とを備えた波長板評価装置であって、前記複数の光導波路の入力部および出力部に挿入され互いに主軸の等しい１組の薄膜偏光子と、前記１組の薄膜偏光子間に設けられ前記複数の光導波路と交差して波長板の厚さよりも幅の広い溝とを有し、前記溝に被測定対象物である前記波長板を挿入し、前記１組の薄膜偏光子と前記波長板を透過した光の透過スペクトルを求めることで該波長板のリターデーション誤差と光学軸誤差とを個別に評価することを特徴とする。
また、上記目的を達成するため、請求項２の発明は、光源と、該光源の出力光を入力する複数の光導波路と、該光導波路の出力光を検出する光検出器とを備えた波長板評価装置であって、前記複数の光導波路の入力部および出力部に挿入され互いに主軸の等しい１組の薄膜偏光子と、前記１組の薄膜偏光子間に設けられ前記複数の光導波路と交差して波長板の厚さよりも幅の広い溝とを有し、前記溝に被測定対象物である前記波長板を挿入し、
前記１組の薄膜偏光子と前記波長板を透過した光の透過スペクトルを求めることで該波長板のリターデーション誤差と光学軸誤差とを個別に評価することを特徴とする。
また、請求項１の発明において、前記１組の薄膜偏光子と前記波長板を透過した光の透過スペクトルを求めることで該波長板のリターデーション誤差と光学軸誤差とを個別に評価することを特徴とすることができる。
【０００８】
ここで、前記溝は、前記複数の光導波路の垂直面から３°〜１０°傾けられていることを特徴とすることができる。
【０００９】
また、前記複数の光導波路は、前記入力部および出力部での光導波路の間隔と、前記溝と交差する部分での光導波路の間隔とが互いに異なることを特徴とすることができる。
【００１０】
また、前記光源としての偏光依存性のない光源と、前記複数の光導波路と、前記光検出器としての光スペクトラムアナライザと、該偏光依存性のない光源と該複数の光導波路とを結ぶ第１の光スイッチと、該複数の光導波路と該光スペクトラムアナライザとを結ぶ第２の光スイッチとを有することを特徴とすることができる。
【００１１】
また、前記波長板は、アレイ導波路格子の偏波無依存化に用いられるポリイミドを材料とする薄膜１／２波長板であることを特徴とすることができる。
【００１２】
また、前記光スペクトラムアナライザは偏波変換クロストークの波長依存性を求めることで前記薄膜１／２波長板の面内光学特性を評価することを特徴とすることができる。
【００１３】
（作用）
本発明の波長板評価装置は、上記のような構成であるので、本発明の波長板評価装置を用いることにより、ポリイミド１／２波長板の面内光学特性を評価することが可能となる。また、その評価結果を製作工程にフィードバックしてポリイミド１／２波長板の特性を改善することで、ひいてはＡＷＧの特性を改善することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１５】
（装置構成）
図１に本発明の一実施形態における光波長板評価装置の構成を示す。本実施形態では、光源１０１として偏光依存性のないＥｒドープファイバアンプの自然放出光光源（ＡＳＥ光源）を用いている。また、１×６４スイッチ１０３、シリコン基板１０５上の６４本の石英系光導波路１０６、６４×１スイッチ１０７を用いて、時間的に光路を切り替えることで、波長板特性の場所依存性を評価する。
【００１６】
光導波路１０６には、その入力部と出力部にラミポールと呼ばれる、互いに主軸の等しい薄膜偏光子１０８、１０９を１つずつ挿入して、シリコン基板１０５と垂直方向に電界成分を持つＴＭモードのみが伝搬するようにしている（ラミポールについては、例えば、Ｋ．  Ｂａｂａ  ｅｔ  ａｌ．  ”Ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｖｅｒｙ  ｔｈｉｎ  ｍｅｔａｌ  ｆｉｌｍｓ  ｆｏｒ  ｌａｍｉｎａｔｅｄ  ｐｏｌａｒｉｚｅｒｓ．”  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ，ｖｏｌ．２７，ｎｏ．１２，ｐｐ．２５５４−２５６０．１９８８．参照）。
【００１７】
１対の薄膜偏光子１０８、１０９間の光導波路１０６に被測定対象物である波長板挿入用の溝１１０を加工している。１．５５ミクロン用ポリイミド１／２波長板１１１の厚みは１５ミクロンであるため、溝１１０としては幅３０ミクロン、深さ２００ミクロンとしている。
【００１８】
また、現在ＡＷＧに波長板を挿入する場合、反射戻り光を抑制するために波長板の溝を５°程度傾けている。よって、波長板１１１の光学特性もこの傾きと同じ角度傾けて評価する必要がある。このため、図１の波長板挿入用溝部１１０の光導波路は５°傾けて設計している。
【００１９】
更に、入出力導波路１０６−１、１０６−２は光ファイバテープの形状に依存して２５０ミクロン間隔で設計しているが、本実施形態では波長板１１１のより細かい空間分布を評価するために、溝部１１０の近傍での導波路間隔を１００ミクロンとして、入出力導波路１０６−１、１０６−２と溝部近傍の導波路１０６−３とをＳ字カーブで接続している。このような導波路ピッチ変換は、平面導波路の最も得意とするものである。溝部１１０の近傍での導波路間隔は、必要に応じて、２０ミクロン程度まで縮めることも、あるいは１０００ミクロンまで広げることも可能である。
【００２０】
（評価原理）
次に、本実施形態の光波長板評価装置による波長板の評価原理を説明する。
【００２１】
ポリイミド１／２波長板１１１はＡＷＧの中で偏波モード変換器として機能するため、その偏波モード変換クロストークを評価する必要がある。この偏波モード変換クロストークとは、例えばＴＭモードの光が入射したとき、ＴＥモードに変換されずにＴＭモードのまま透過してしまう光の割合で定義される。
【００２２】
図１の装置において、偏光依存性のない入力光が初段の薄膜偏光子１０８を通過すると、ＴＭモードのみが透過する。一般に、平面光導波路は複屈折を有するために、ＴＭモードの光は偏光状態を保持したまま伝搬する。よって、このＴＭモードの光は直線偏光のまま波長板１１１に入射する。そして、この入射した光は主軸が基板１０５に対して４５°傾いたポリイミド１／２波長板１１１によりＴＥモードに変換される。
【００２３】
しかし、波長板１１１の不完全性によって一部の光がＴＭモードのまま波長板１１１を透過する。更に、後段の薄膜偏光子１０９によってＴＥモードの光は阻止され、波長板１１１の不完全性により発生したＴＭモードの光のみが導波路から出力される。
【００２４】
このときの入力光に対する出力光の強度が前述の偏波変換クロストークとなる。この出力光を光スペクトラムアナライザ１１４で評価することにより、偏波変換クロストークの波長依存性を求めることができる。
【００２５】
（測定結果）
図２に図１の構成の光波長板評価装置によりポリイミド１／２波長板１１１を実測した偏波変換クロストークの波長依存性を示す。測定時には、反射を抑制するため、波長板１１１と溝１１０の側面との間に屈折率マッチング液を充填している。
【００２６】
この光波長板評価装置は、ＡＷＧ偏波無依存化に最も重要な偏波変換クロストークを直接的に、しかも光波長に応じて求めることができる。更に、そのスペクトルにより、波長板１１１の不完全性の要因であるリターデーション誤差と光学主軸誤差の２つを個別に評価することができる。ここで、リターデーションとは波長板１１１の２つの光学軸における、光学的な膜厚の差で定義される量である。波長板１１１は、図２に示すように、ＡＷＧの中心周波数（１５５０ｎｍ）において、偏波変換クロストークが最小となるようにリターデーションが設計されている。また、光学主軸誤差とは、基板１０５に対する波長板１１１の光学主軸が設計値の４５°から何度傾いているかという値である。
【００２７】
図２の例では、偏波変換クロストークが１．５５ミクロン（１５５０ｎｍ）で最小になっていることから、測定したポリイミド１／２波長板１１１のリターデーションは０．７７５ミクロン（１．５５ミクロンの１／２）であることがわかる。
【００２８】
また、光学主軸誤差αと偏波変換クロストークの最小値との間に次式の関係がある。
【００２９】
【数１】
偏波変換クロストークの最小値（ｄＢ）＝１０・ｌｏｇ１０（ｓｉｎ２２α）…（１）
【００３０】
この光学主軸誤差αと偏波変換クロストークの最小値との関係を図３に示す。図３から、例えば最小偏波変換クロストーク（偏波変換クロストークの最小値）が−３５ｄＢであるとき、光学主軸誤差は０．５°であったことがわかる。
【００３１】
図４に、１６カ所での評価した偏波変換クロストークの結果を重ね書きしたものを示す。１６個のスペクトルがそれぞれ異なることから、リターデーション誤差の分布と光軸主軸誤差の分布を求めることができる。
【００３２】
このように本発明の波長板評価装置は、導波路のパターンを任意に設計することにより、評価する場所の間隔を変えたり、あるいは波長板に入射する導波路の角度を変えたりすることができる。
【００３３】
また、同一の導波路に導波路との交差角が異なる複数の溝を形成しておき、任意の溝に波長板を挿入して評価を行うこともできる。
【００３４】
本発明の波長板評価装置を用いることにより、上記のようにリターデーション誤差と光学主軸誤差を個別に評価できることは、波長板製造工程の改善に非常に有効である。さらには、リターデーション誤差と光学主軸誤差が面内でどのように分布しているかを調べることにより、より高精度な波長板の製造に有効である。
【００３５】
（その他の実施形態）
以上述べた本発明の一実施形態では、シリコン基板上の石英系光導波路を用いたが、光導波路としてはいかなる材料系の導波路を用いることも可能である。
【００３６】
また、上述の本発明の一実施形態では、透過スペクトルを評価するのにＡＳＥ光源と光スペクトラムアナライザを用いたが、この代わりに波長可変光源とパワーメータを用いることも可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光波長板評価装置を用いれば、波長板の不完全性の要因であるリターデーション誤差と光学主軸誤差とを個別に評価することができるので、波長板製造工程の改善に非常に有効であり、さらに、リターデーション誤差と光学主軸誤差が面内でどのように分布しているかを調べることにより、より高精度な波長板の製造が可能となるという効果を奏する。
【００３８】
その結果、本発明によれば、偏波モード変換器としての波長板の特性を改善すると共にその改善した特性を維持することも可能となり、ひいては、ＡＷＧの特性を改善し、ＷＤＭシステムの普及に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の光波長板評価装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態の光波長板評価装置における偏波変換クロストークの波長依存性を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施形態の光波長板評価装置における光学主軸誤差と偏波変換クロストークの最小値との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態において、１６カ所での評価した偏波変換クロストークの結果を重ね書きしたものを示すグラフである。
【図５】従来技術によるポリイミド１／２波長板を挿入したＡＷＧの外観を示す模式図である。
【符号の説明】
１０１  ＡＳＥ光源（自然放出光光源）
１０２、１０４、１１２、１１３  光ファイバ
１０３  １×６４スイッチ
１０５  シリコン基板
１０６、１０６−１、１０６−２、１０６−３  石英系光導波路
１０７  ６４×１スイッチ
１０８、１０９  薄膜偏光子
１１０  波長板挿入用の溝
１１１  ポリイミド１／２波長板
１１４  光スペクトラムアナライザ（光検出器）
５０１  シリコン基板
５０２  入力導波路
５０３、５０５  スラブ導波路
５０４  アレイ導波路
５０６  出力導波路
５０７  １／２波長板挿入用溝
５０８  ポリイミド１／２は長板
【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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