(57)【要約】【課題】  屈折率変化で光の位相を変調するアレイ導波路型光偏向素子において、屈折率と電気光学係数とで表される性能指数を容易に測定できる、光偏向素子の性能指数の測定装置を提供する。【解決手段】  光偏向素子の性能指数の測定装置は、第１導波路とＮ本の分岐導波路とを有するコア層と、光出射端から出射される光の偏向を制御する電圧を印加する第１電極と第２電極とを備え、合成光を偏向する光偏向素子の屈折率と電気光学係数とで表される性能指数を測定する光偏向素子の性能指数の測定装置であって、第１電極と第２電極との間に電圧を印加する電圧制御部と、電圧を非印加時の合成光の第１強度の第１出射角特性と、電圧印加時の合成光の第２強度の第２出射角特性との強度比から、分岐導波路から出射される光の位相差を求める位相差導出部と、位相差に基づいて屈折率と電気光学係数とで表される性能指数を求める性能指数導出部とを含む。【選択図】図１
2018194630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入射端を備える第１導波路と、Ｎ（Ｎは４以上の整数）個の光出射端を備えるＮ本の分岐導波路とを有するコア層と、前記光出射端から出射される光の偏向を制御する電圧を印加するための第１電極と第２電極とを備え、前記Ｎ本の分岐導波路から出射されるＮ本の光の合成光を偏向する光偏向素子の屈折率と電気光学係数とで表される性能指数を測定する、光偏向素子の性能指数の測定装置であって、
前記第１電極と第２電極との間に電圧を印加する電圧制御部と、
前記第１電極と前記第２電極との間に前記電圧を印加していないときの前記合成光の第１強度の第１出射角特性と、前記第１電極と前記第２電極との間に前記電圧を印加しているときの前記合成光の第２強度の第２出射角特性との強度比から、前記分岐導波路から出射される光の位相差を求める位相差導出部と、
前記位相差に基づいて、前記屈折率と電気光学係数とで表される性能指数を求める性能指数導出部と
を含む、光偏向素子の性能指数の測定装置。
【請求項２】
前記Ｎは４以上の偶数であり、
前記電圧制御部は、前記Ｎ本の分岐導波路のうちの平面視で中央部に位置するＮ／２本の分岐導波路を通過するＮ／２本の光に、配列される順に互いに等しい位相差が生じるように前記第１電極と第２電極との間に電圧を印加し、当該電圧を印加していないときの前記第１出射角特性と、前記電圧を印加しているときの前記第２出射角特性との強度比から求めた前記位相差を次式に代入して前記性能指数を求める請求項１に記載の光偏向素子の性能指数の測定装置。
【数１】
2018194630.tif 000009
ただし、Δθは前記位相差、ΔＥは前記第１電極及び前記第２電極で前記Ｎ／２本の分岐導波路に印加する電圧の電圧差であって隣り合う分岐導波路に印加される電圧同士の電圧差、Ｌは前記Ｎ／２本の分岐導波路に前記電圧を印加する区間の長さ、ｄは前記第１電極及び前記第２電極の電極間距離、λは前記光の波長、ｎは前記コア層の屈折率、ｒは前記コア層の電気光学係数、ｎ３ｒは前記性能指数である。
【請求項３】
前記第２電極は、平面視で前記Ｎ本の分岐導波路にそれぞれ重ねて配置され、前記Ｎ本の分岐導波路の伸延方向において互いに等しい長さを有するＮ個の電極であり、
前記第２出射角特性は、前記Ｎ個の電極のうち、前記中央部に位置するＮ／２本の分岐導波路以外のＮ／２本の分岐導波路に重ねられるＮ／２個の電極には電圧を印加せずに、前記中央部に位置するＮ／２本の分岐導波路を通過するＮ／２本の光に、配列される順に互いに等しい位相差が生じるように、前記中央部に位置するＮ／２本の分岐導波路に重ねられるＮ／２個の電極に、配列される順に互いに等しい電圧差を有する電圧を印加しているときの前記合成光の第２強度の出射角特性である、請求項２記載の光偏向素子の性能指数の測定装置。
【請求項４】
前記Ｎは５以上の奇数であり、
前記電圧制御部は、前記Ｎ本の分岐導波路のうちの平面視で中央部に位置する（Ｎ±１）／２本の分岐導波路を通過する（Ｎ±１）／２本の光に、配列される順に互いに等しい位相差が生じるように前記第１電極と第２電極との間に電圧を印加し、当該電圧を印加していないときの前記第１出射角特性と、前記電圧を印加しているときの前記第２出射角特性との強度比から求めた前記位相差を次式に代入して前記性能指数を求める請求項１に記載の光偏向素子の性能指数の測定装置。
【数２】
2018194630.tif 000010
ただし、Δθは前記位相差、ΔＥは前記第１電極及び前記第２電極で前記（Ｎ±１）／２本の分岐導波路に印加する電圧の電圧差であって隣り合う分岐導波路に印加される電圧同士の電圧差、Ｌは前記（Ｎ±１）／２本の分岐導波路に前記電圧を印加する区間の長さ、ｄは前記第１電極及び前記第２電極の電極間距離、λは前記光の波長、ｎは前記コア層の屈折率、ｒは前記コア層の電気光学係数、ｎ３ｒは前記性能指数である。
【請求項５】
前記第２電極は、平面視で前記Ｎ本の分岐導波路にそれぞれ重ねて配置され、前記Ｎ本の分岐導波路の伸延方向において互いに等しい長さを有するＮ個の電極であり、
前記第２出射角特性は、前記Ｎ個の電極のうち、前記中央部に位置する（Ｎ±１）／２本の分岐導波路以外の（Ｎ±１）／２本の分岐導波路に重ねられる（Ｎ±１）／２個の電極には電圧を印加せずに、前記中央部に位置する（Ｎ±１）／２本の分岐導波路を通過する（Ｎ±１）／２本の光に、配列される順に互いに等しい位相差が生じるように、前記中央部に位置する（Ｎ±１）／２本の分岐導波路に重ねられる（Ｎ±１）／２個の電極に、配列される順に互いに等しい電圧差を有する電圧を印加しているときの前記合成光の第２強度の出射角特性である、請求項４記載の光偏向素子の性能指数の測定装置。
【請求項６】
前記Ｎは４以上の偶数であり、
前記電圧制御部は、前記Ｎ本の分岐導波路のうちの平面視で中央部に位置するＮ／２本の分岐導波路を通過するＮ／２本の光に、配列される順に互いに等しい位相差が生じるように前記第１電極と第２電極との間に電圧を印加し、当該電圧を印加していないときの前記第１出射角特性と、前記電圧を印加しているときの前記第２出射角特性との強度比から求めた前記位相差を次式に代入して前記性能指数を求める請求項１に記載の光偏向素子の性能指数の測定装置。
【数３】
2018194630.tif 000011
ただし、Δθは前記位相差、Ｅは前記第１電極及び前記第２電極で前記Ｎ／２本の分岐導波路に印加する電圧、ΔＬは前記第１電極及び前記第２電極が前記Ｎ／２本の分岐導波路に前記電圧を印加する区間の長さの差分であって隣り合う分岐導波路同士における長さの差分、ｄは前記第１電極及び前記第２電極の電極間距離、λは前記光の波長、ｎは前記コア層の屈折率、ｒは前記コア層の電気光学係数、ｎ３ｒは前記性能指数である。
【請求項７】
前記第２電極は、平面視で前記中央部に位置するＮ／２本の分岐導波路に重ねて配置され、前記中央部に位置するＮ／２本の分岐導波路を通過するＮ／２本の光に、配列される順に互いに等しい位相差が生じるように、前記Ｎ／２本の分岐導波路と重なる部分の前記Ｎ／２本の分岐導波路の伸延方向における長さが、互いに等しい差を有するように形成された電極であり、
前記第２出射角特性は、前記第２電極に電圧を印加しているときの前記合成光の第２強度の出射角特性である、請求項６記載の光偏向素子の性能指数の測定装置。
【請求項８】
前記Ｎは５以上の奇数であり、
前記電圧制御部は、前記Ｎ本の分岐導波路のうちの平面視で中央部に位置する（Ｎ±１）／２本の分岐導波路を通過する（Ｎ±１）／２本の光に、配列される順に互いに等しい位相差が生じるように前記第１電極と第２電極との間に電圧を印加し、当該電圧を印加していないときの前記第１出射角特性と、前記電圧を印加しているときの前記第２出射角特性との強度比から求めた前記位相差を次式に代入して前記性能指数を求める請求項１に記載の光偏向素子の性能指数の測定装置。
【数４】
2018194630.tif 000012
ただし、Δθは前記位相差、Ｅは前記第１電極及び前記第２電極で前記Ｎ／２本の分岐導波路に印加する電圧、ΔＬは前記第１電極及び前記第２電極が前記Ｎ／２本の分岐導波路に前記電圧を印加する区間の長さの差分であって隣り合う分岐導波路同士における長さの差分、ｄは前記第１電極及び前記第２電極の電極間距離、λは前記光の波長、ｎは前記コア層の屈折率、ｒは前記コア層の電気光学係数、ｎ３ｒは前記性能指数である。
【請求項９】
前記第２電極は、平面視で前記中央部に位置する（Ｎ±１）／２本の分岐導波路に重ねて配置され、前記中央部に位置する（Ｎ±１）／２本の分岐導波路を通過する（Ｎ±１）／２本の光に、配列される順に互いに等しい位相差が生じるように、前記（Ｎ±１）／２本の分岐導波路と重なる部分の前記（Ｎ±１）／２本の分岐導波路の伸延方向における長さが、互いに等しい差を有するように形成された電極であり、
前記第２出射角特性は、前記第２電極に電圧を印加しているときの前記合成光の第２強度の出射角特性である、請求項８記載の光偏向素子の性能指数の測定装置。
【請求項１０】
光入射端を備える第１導波路と、Ｎ（Ｎは４以上の整数）個の光出射端を備えるＮ本の分岐導波路とを有するコア層と、前記光出射端から出射される光の偏向を制御する電圧を印加するための第１電極と第２電極とを備え、前記Ｎ本の分岐導波路から出射されるＮ本の光の合成光を偏向する光偏向素子の屈折率と電気光学係数とで表される性能指数を測定する、光偏向素子の性能指数の測定プログラムであって、
コンピュータが、
前記第１電極と第２電極との間に電圧を印加し、
前記第１電極と前記第２電極との間に前記電圧を印加していないときの前記合成光の第１強度の第１出射角特性と、前記第１電極と前記第２電極との間に前記電圧を印加しているときの前記合成光の第２強度の第２出射角特性との強度比から、前記分岐導波路から出射される光の位相差を求め、
前記位相差に基づいて、前記屈折率と電気光学係数とで表される性能指数を求める、
処理を実行する、光偏向素子の性能指数の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光偏向素子の性能指数の測定装置、及び、光偏向素子の性能指数の測定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、コヒーレント性の高い光を偏向するための光制御素子は、三次元（３Ｄ）画像、バイオメディカルイメージングやレーザー距離計測機など多くの用途を有する、ポリゴンミラーを回転させる技術、ガルバノミラーにより光の偏向を制御する技術、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)と呼ばれるマイクロマシン技術等が提案されている。
【０００３】
さらに近年では、機械的可動部を持たない熱光学効果や電気光学（ＥＯ(Electro-Optical)）効果を利用したフェーズドアレイ導波路型光偏向素子の研究が進められている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
電気光学（ＥＯ）効果を有する材料としては、ＬｉＮｂＯ３結晶等の無機誘電体や、低電力で１００ＧＨｚを超える超高速変調を可能とする有機ＥＯポリマー等がある（例えば、非特許文献２参照）。
【０００５】
通常アレイ導波路型光偏向素子では、1本の光ファイバから入射された光をそれぞれのアレイ導波路に等分配する必要があり、その実現のために多モード干渉導波路(Multi-Mode Interference: MMI)素子を用いて光を等分配することが試みられている。さらに分岐導波路からの光が干渉し合った光出力をフェーズドアレイの原理により偏向動作させるためには、分岐導波路の光の位相を制御する必要がある。そこで、熱光学効果や電気光学（ＥＯ）効果を利用して、分岐導波路への印加電圧により屈折率を変化させることにより位相を制御する方法が用いられている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Firooz Aflatouni, Behrooz Abiri, Angad Rekhi, and Ali Hajimiri, "Nanophotonic coherent imager," Opt. Express 23(4), 5117-5125 (2015).
【非特許文献２】情報通信研究機構研究報告Vol. 59 No. 1 (2013)、「超高速光通信のための有機電気光学ポリマーデバイス」、大友  明  山田俊樹  井上振一郎
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
アレイ導波路型光偏向素子では、熱光学効果やＥＯ効果を持つ材料で構成される位相変調部の電圧に対する屈折率変化が小さい場合は大きな電圧を印加する必要がある。有機ＥＯポリマー材料の場合は、比較的大きな電気光学係数を有しており、電極の長さをＬ、屈折率をｎ、電気光学定数をｒ、電極間の厚みをｄ、印加電圧をV、光の波長をλとした場合の伝搬した光波の位相シフト量は、次式で与えられる。なお、これは、ニオブ酸リチウム結晶の場合の位相シフト量も同様の式で表される。
【０００８】
【数１】
2018194630.tif 000003
しかし、その大きな電気光学係数を発揮させるためには、ポリマーのガラス転移温度付近に温度を上昇させ、そこで比較的高い電圧を印加し、ＥＯ色素の双極子の方向を揃え、そのまま温度を下げてその配向を凍結させるポーリングという処理を行う必要がある。通常ＥＯ材料の性能を調べるための実験用素子は、単純なスラブ型構造になっており、ポーリング電圧を均一に高く印加することができるので、材料本来の電気光学係数を得ることができる。また、測定のために素子形状を加工することができ、セナルモン法等を用いて電気光学係数を容易に測定することができる。
【０００９】
一方、実際にデバイス化したアレイ導波路型光偏向素子では、その電極が細く複雑な形状をとる構造上、局所的に高電界が発生しやすく、高いポーリング電圧を均一に印加することが難しくなり、十分な電気光学係数を得ることが容易ではない。特に電気光学係数が小さい場合は、最大の電圧を印加しても屈折率（位相）がほとんど変化せず、偏向動作が得られない。そのため、その電気光学係数が実際にどの程度の値なのか、偏向結果から測定することができない。これは、ＥＯポリマー材料を利用したデバイスに限らず、他の無機結晶材料や熱光学効果を利用した電圧印加による屈折率変化で位相を変調するデバイスにおいても同じである。
【００１０】
そこで、屈折率変化で光の位相を変調するアレイ導波路型光偏向素子において、屈折率と電気光学係数とで表される性能指数を容易に測定できる、光偏向素子の性能指数の測定装置、及び、光偏向素子の性能指数の測定プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の実施の形態の光偏向素子の性能指数の測定装置は、光入射端を備える第１導波路と、Ｎ（Ｎは４以上の整数）個の光出射端を備えるＮ本の分岐導波路とを有するコア層と、前記光出射端から出射される光の偏向を制御する電圧を印加するための第１電極と第２電極とを備え、前記Ｎ本の分岐導波路から出射されるＮ本の光の合成光を偏向する光偏向素子の屈折率と電気光学係数とで表される性能指数を測定する、光偏向素子の性能指数の測定装置であって、前記第１電極と第２電極との間に電圧を印加する電圧制御部と、前記第１電極と前記第２電極との間に前記電圧を印加していないときの前記合成光の第１強度の第１出射角特性と、前記第１電極と前記第２電極との間に前記電圧を印加しているときの前記合成光の第２強度の第２出射角特性との強度比から、前記分岐導波路から出射される光の位相差を求める位相差導出部と、前記位相差に基づいて、前記屈折率と電気光学係数とで表される性能指数を求める性能指数導出部とを含む。
【００１２】
【数２】
2018194630.tif 000004
ただし、Δθは前記位相差、ΔＥは前記第１電極及び前記第２電極で前記Ｎ／２本の分岐導波路に印加する電圧の電圧差、Ｌは前記Ｎ／２本の分岐導波路に前記電圧を印加する区間の長さ、ｄは前記第１電極及び前記第２電極の電極間距離、λは前記光の波長、ｎは前記コア層の屈折率、ｒは前記コア層の電気光学係数、ｎ３ｒは前記性能指数である。
【発明の効果】
【００１３】
屈折率変化で光の位相を変調するアレイ導波路型光偏向素子において、屈折率と電気光学係数とで表される性能指数を容易に測定できる、光偏向素子の性能指数の測定装置、及び、光偏向素子の性能指数の測定プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】光偏向素子１００と光偏向素子の性能指数の測定装置２００を示す図である。
【図２】図１に示す光偏向素子１００の一部の断面構造を示す図である。
【図３】分岐導波路１３１〜１３８から出力される光が干渉して形成した放射ビームの出力強度の分布を示す図である。
【図４】比較用の光偏向素子における放射ビームの出射角度に対する相対出力強度の分布の計算結果を示す図である。
【図５】放射ビームの出射角度に対する相対出力強度の分布の計算結果を示す図である。
【図６】９本の分岐導波路を含む光偏向素子について、放射ビームの出射角度に対する相対出力強度の分布の計算結果を示す図である。
【図７】位相差Δθに対する相対出力強度を示す図である。
【図８】分岐導波路のピッチと本数に対する相対出力強度の分布を示す図である。
【図９】光偏向素子の性能指数の測定プログラムが実行する処理を示すフローチャートである。
【図１０】実施の形態の変形例の光偏向素子１００Ａを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の光偏向素子の性能指数の測定装置、及び、光偏向素子の性能指数の測定プログラムを適用した実施の形態について説明する。
【００１６】
＜実施の形態＞
図１は、光偏向素子１００と光偏向素子の性能指数の測定装置２００を示す図である。図２は、図１に示す光偏向素子１００の一部の断面構造を示す図である。図１、２では、ＸＹＺ座標系を定義する。なお、図１（Ａ）には光偏向素子１００の平面図（ＸＹ平面図）を示し、図１（Ｂ）には斜視図を示す。
【００１７】
光偏向素子１００は、下部電極１１０、クラッド層１２０、コア層１３０、クラッド層１４０、及び上部電極１５０を含む。
【００１８】
下部電極１１０は、酸化シリコン（ＳｉＯ2）層を形成した図示しないシリコン（Ｓｉ）ウェハ基板の表面に形成される。なお、基板は、シリコン基板に限られず、例えば、樹脂等の絶縁体製の基板であってもよい。
【００１９】
下部電極１１０は、基板の表面の全体に形成される電極である。下部電極１１０は、上部電極１５０に電圧を印加してコア層１３０の屈折率を制御する際に、基準電位点となる電極である。
【００２０】
下部電極１１０は、平面視で矩形状であり、一例としてクラッド層１２０の下面（Ｚ軸負方向側の面）の全体に設けられる長方形の下部電極１１０を示す。下部電極１１０は、例えば、基板の表面に、クロム（Ｃｒ）層をスパッタ法によって成膜し、露光・現像工程により形成すればよい。クロム層の厚さは、一例として１２０ｎｍである。
【００２１】
ここでは、下部電極１１０がクロム層である形態について説明するが、下部電極１１０は、上部電極１５０との間で、クラッド層１２０、コア層１３０、及びクラッド層１４０に電圧を印加できる電極であればよい。このため、下部電極１１０は、クロム層以外の金属層によって構成される金属電極であってもよい。
【００２２】
クラッド層１２０、下部電極１１０のＺ軸正方向側の面に配置される。クラッド層１２０は、平面視で矩形状であり、平面視のサイズは下部電極１１０と等しい。クラッド層１２０の厚さは、一例として０．５μｍである。
【００２３】
クラッド層１２０は、コア層１３０よりも屈折率の低い電気光学ポリマー材料で形成されていればよい。クラッド層１２０は、例えば、スピンコート法でクラッド層用の薄膜を作製することにより、下部電極１１０のＺ軸正方向側の面に形成される。
【００２４】
コア層１３０は、導波路１３０Ａ、分岐部１３０Ｂ、分岐導波路１３１〜１３８を有する。コア層１３０は、クラッド層１２０に重ねて配置される、多モード干渉導波路型(Multi-Mode Interference, MMI導波路)のコア層である。
【００２５】
導波路１３０Ａは、Ｙ軸負方向側の端部に光入射端１３０Ａ１を有し、光入射端１３０Ａ１と分岐部１３０Ｂとを接続する１本の光導波路である。分岐部１３０Ｂは平面視で矩形状であり、１本の光入射端１３０Ａ１と８本の分岐導波路１３１〜１３８とを接続する。分岐部１３０Ｂは、光入射端１３０Ａ１から入射する光を８個に分けて分岐導波路１３１〜１３８に出力する。分岐導波路１３１〜１３８は、分岐部１３０ＢからＹ軸正方向側の端部まで伸延し、８個の光出射端から８本の光を出射する。分岐導波路１３１〜１３８は、フェーズドアレイを構成する。出射される８本の光は、合成されて１つの放射ビームになる。
【００２６】
なお、導波路１３０Ａと分岐導波路１３１〜１３８とは、Ｘ軸方向において、導波路１３０Ａが分岐導波路１３４と１３５との中心に位置するように配置されている。また、導波路１３０ＡはＹ軸に平行に伸延しており、分岐導波路１３１〜１３８は、Ｘ軸方向に等間隔で配置され、Ｙ軸に平行に伸延している。このため、導波路１３０ＡのＹ軸に平行な中心軸は、分岐導波路１３４と１３５とのＸ軸方向における中心を通っている。また、分岐導波路１３１〜１３４と、分岐導波路１３５〜１３８とは、導波路１３０ＡのＹ軸に平行な中心軸を対称軸として線対称に配置されている。
【００２７】
コア層１３０の厚さは、一例として２μｍである。コア層１３０は、電気光学ポリマー材料で構成される。電気光学ポリマー材料としては、例えば、屈折率ｎ＝１．７、電気光学定数ｒ＝７０ｐｍ／Ｖの非線形光学ポリイミドであるトリシアノフラン（ＴＣＦ）を用いることができる。なお、コア層１３０の材料は、クラッド層１２０及び１４０よりも屈折率の高い電気光学ポリマーコア材料であれば、他の材料を用いてもよい。
【００２８】
クラッド層１２０の上にコア層１３０を積層した後、フォトレジストを塗布し導波路のパターンを作製した。架橋性ＥＯポリマーは、熱処理後に溶媒に不溶となり、フォトレジストの溶媒や現像液にも耐性があることから、コア層１３０用の架橋性ＥＯポリマーの上に直接フォトレジストを塗布しパターニングできる。次に、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）でフォトレジストがない部分のコア層１３０を削り取りフォトレジストを剥離後に、クラッド層１４０を塗布することにより、分岐導波路１３１〜１３８によるチャンネル導波路が形成される。
【００２９】
コア層１３０は、クラッド層１２０及び１４０によって覆われる。コア層１３０のうち光偏向素子１００の外表面に表出するのは、光入射端１３０Ａ１と、分岐導波路１３１〜１３８の光出射端（８個）のみであり、その他の面はクラッド層１２０及び１４０によって覆われる。
【００３０】
クラッド層１４０は、コア層１３０のＺ軸正方向側に重ねて配置される。クラッド層１４０は、クラッド層１２０と等しい平面視のサイズを有するため、クラッド層１２０のＺ軸正方向側の面のうち、コア層１３０が存在しない部分においては、クラッド層１２０と直接的に接合される。クラッド層１４０は、例えば、スピンコート法でクラッド層用の電気光学ポリマー材料の薄膜を作製することによって形成される。なお、クラッド層１４０の厚さは、一例として５μｍである。
【００３１】
また、上述のような厚さに設定したクラッド層１２０、コア層１３０、及びクラッド層１４０の合計の厚さｄは、１２μｍである。
【００３２】
上部電極１５０は、電極１５１〜１５８、及び、配線１５１Ａ〜１５８Ａを有する。電極１５１〜１５８は、それぞれ、平面視で分岐導波路１３１〜１３８の上（Ｚ軸正方向側）に重ねて配置される。上部電極１５０としては、ＩＺＯ層（１００ｎｍ）を形成し、ドライエッチングにより電極パターンを形成した。
【００３３】
電極１５１〜１５８は、それぞれ、分岐導波路１３１〜１３８の屈折率を制御するための屈折率制御電極である。電極１５１〜１５８には、それぞれ、配線１５１Ａ〜１５８Ａが接続される。電極１５１〜１５８には、それぞれ異なる電圧を印加することができるように構成されている。電極１５１〜１５８に印加する電圧を光偏向素子の性能指数の測定装置２００で制御して、分岐導波路１３１〜１３８を伝搬する光の位相を制御することにより、分岐導波路１３１〜１３８から出射される８本の光の合成光を偏向することができる。
【００３４】
このような上部電極１５０は、上記ＩＺＯ層以外では例えば、クラッド層１４０のＺ軸正方向側の面の一面に、金（Ａｕ）層を形成し、不要部分（電極１５１〜１５８、及び、配線１５１Ａ〜１５８Ａが存在しないＹ軸方向正方向側の部分）をドライエッチングすることによっても形成できる。なお、電極１５１〜１５８の厚さは、一例として１００ｎｍである。
【００３５】
以上のような構成の光偏向素子１００では、コア層１３０の分岐部１３０Ｂは、スターカプラのように分岐導波路１３１〜１３８に出力される光の位相を揃える機構を備えていないため、分岐部１３０Ｂから分岐導波路１３１〜１３８に分岐された光には位相差が生じる。位相差は、導波路１３０Ａを伝搬する光（入力光）の位相に対する、分岐導波路１３１〜１３８を伝搬する光（出力光）の位相である。
【００３６】
この位相差は、Ｘ軸方向において、導波路１３０ＡのＹ軸に平行な中心軸がＹ軸に近い分岐導波路ほど小さくなり、分岐導波路１３４を伝搬する光の位相差＝分岐導波路１３５を伝搬する光の位相差＜分岐導波路１３３を伝搬する光の位相差＝分岐導波路１３６を伝搬する光の位相差＜分岐導波路１３２を伝搬する光の位相差＝分岐導波路１３７を伝搬する光の位相差＜分岐導波路１３１を伝搬する光の位相差＝分岐導波路１３８を伝搬する光の位相差となり、中心軸に対して値が線対称になるように分布する。
【００３７】
また、分岐導波路１３１〜１３８のうち中央部に位置する分岐導波路１３３、１３４、１３５、１３６を伝搬する光の位相差は、略ゼロになる。上述のように分岐導波路１３３、１３４、１３５、１３６を伝搬する光の位相差には分布が生じるが、分岐導波路１３１〜１３８のうち中央部に位置する分岐導波路１３３、１３４、１３５、１３６を伝搬する光の位相差は極めて小さい。
【００３８】
上述のような構成の光偏向素子１００に対して、ポリマーのガラス転移温度付近約９０℃に温度を上昇させ、そこで電圧を印加しポーリングを行った。ＮＬ無機結晶（ニオブ酸リチウム結晶）の場合は１ｃｍ以上の大きな結晶を加工して導波路１３０Ａ、分岐部１３０Ｂ、分岐導波路１３１〜１３８を形成すればよい。
【００３９】
分岐導波路１３１〜１３８の設計には、ビーム伝播法（ＢＰＭ法）のソフトを用いて、分岐部１３０Ｂから分岐導波路１３１〜１３８に出力される８本の光において、中央部の分岐導波路１３４、１３５と一番端の分岐導波路１３１、１３８を伝搬する光の位相差が最大となりその位相差がπ（振幅は全て同じ）となるように設計する。
【００４０】
こうすることで、０度方向に対して線対称に生じる分岐導波路１３１〜１３８から出射される合成光（放射ビーム）の２つの出力強度のピークが顕著となる。これは単純な矩形の分岐部１３０ＢのＹ軸方向の長さを調整するだけで容易に設計でき、そうすることで２つのピークのうち角度が正側のピークだけが小さくなっていく現象がより顕著になるので精度よく電気光学係数を測定することができる。なお、出力強度のピークについては、図３を用いて後述する。
【００４１】
光偏向素子の性能指数の測定装置２００（以下、測定装置２００）は、制御部２１０と電圧制御部２２０とメモリ２３０とを含む。制御部２１０は、主制御部２１１、位相差導出部２１２、及び性能指数導出部２１３を含む。制御部２１０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)、通信インターフェース、及び内部バス等を含むコンピュータによって実現される。主制御部２１１、位相差導出部２１２、及び性能指数導出部２１３は、測定装置２００のコンピュータが光偏向素子の性能指数の測定プログラムを実行することによって得られる機能ブロックである。
【００４２】
主制御部２１１は、位相差導出部２１２及び性能指数導出部２１３が行う処理以外の処理を行い、測定装置２００の処理を統括する。位相差導出部２１２は、後述する位相差Δθを導出する。性能指数導出部２１３は、後述する性能指数ｎ３ｒを導出する。位相差導出部２１２及び性能指数導出部２１３の具体的な処理内容については後述する。電圧制御部２２０は、電源２２１を含み、配線１５１Ａ〜１５８Ａに接続され、制御部２１０によって駆動されることにより、配線１５１Ａ〜１５８Ａに印加する電圧を制御する。
【００４３】
図３は、分岐導波路１３１〜１３８から出力される光が干渉して形成した放射ビーム（出力光ビーム（合成光））の出力強度の分布を示す図である。図３において、横軸はＸ軸に対応しており、中央の０は、平面視（ＸＹ面視）での放射ビームの出射角度が０度の方向（Ｙ軸に平行な方向）を示す。図３には、電極１５１〜１５８に電圧を印加しない状態における放射ビームの出力強度の分布を示す。
【００４４】
分岐導波路１３１〜１３８から出力される光の位相差により、分岐導波路１３１〜１３８の出力光が干渉して形成した放射ビームは、図３に示すように、中心（０度方向）に最も近い位置に大きな２つのピークを有する。２つの出力強度のピークは、０度を挟んで正側と負側とに生じる。
【００４５】
本実施の形態では、アレイ導波路型の光偏向素子１００の分岐導波路１３１〜１３８のうち、比較的位相が揃った中央部の分岐導波路１３３〜１３６に対応する電極１５３〜１５６に電圧を印加して、分岐導波路１３３〜１３６のうちの隣り合う分岐導波路間に一定の位相差Δθを与えて、Ｘ軸方向に配列される順に整数倍の位相差を与える。位相差Δθは、式（１）における位相シフト量に相当する。なお、分岐導波路１３１、１３２、１３７、１３８に対応する電極１５１、１５２、１５７、１５８には電圧を印加しない。
【００４６】
ここで、電極１５３〜１５６に、１００Ｖ、２００Ｖ、３００Ｖ、４００Ｖの電圧を印加したところ、分岐導波路１３３〜１３６を伝搬する光に位相差０．０１π、０．０２π、０．０３π、０．０４πが生じた。
【００４７】
このように、電極１５３〜１５６に印加する電圧を１００Ｖ単位で増大させても、位相差Δθは０．０１πしか得られていないことが分かる。これは、ＥＯ材料の電気光学係数が予想していた値より１桁以上小さく、ポーリングがうまくいっていない等の問題が生じていると考えることができる。
【００４８】
図４は、比較用の光偏向素子における放射ビームの出射角度に対する相対出力強度の分布の計算結果を示す図である。図４（Ｂ）には、図４（Ａ）の−１．５度から＋１．５度の区間を横方向に拡大した特性を示す。
【００４９】
比較用の光偏向素子は、分岐導波路１３１〜１３８を伝搬する８本の光の位相がすべて揃っている光偏向素子である。図４には、電極１５１〜１５８のすべてに異なる所定の電圧を印加することにより、８本の分岐導波路１３１〜１３８を伝搬する８本の光に、０．０１πずつの位相差Δθを付与した場合の相対出力強度の分布を示す。分岐導波路１３１〜１３８を伝搬する８本の光の位相がすべて揃っている場合には、出力強度のピークは、０度の位置に１つ生じる。
【００５０】
このような光偏向素子において、８本すべての分岐導波路１３１〜１３８間に０．０１πの位相差Δθを付与しても、放射ビームの出力強度のピークは０．０４度しか偏向されず、測定に用いたレーザービームプロファイラ（LEPAS-12浜松ホトニクス）の角度分解能０．３度以下（０．３度は位相πの７.５％）となり、測定することができない。本実施の形態の光偏向素子の性能指数の測定装置２００は、このように位相差Δθが測定機器の測定下限値以下になるような場合においても、位相差Δθを求め、屈折率ｎと電気光学係数ｒとで表される性能指数ｎ３ｒを求める。
【００５１】
図５は、放射ビームの出射角度に対する相対出力強度の分布の計算結果（シミュレーション結果）を示す図である。図５（Ｂ）には、図５（Ａ）の０度から５度の区間を横方向に拡大した特性を示す。なお、計算では、分岐導波路１３１〜１３８のＸ軸方向のピッチを１０μｍ、レーザー光の波長を１．５５μｍに設定した。分岐導波路１３１〜１３８の本数Ｎは８である。
【００５２】
分岐導波路１３１〜１３８の位相を決めるだけでMathWorks合同会社のMATLABのようなホイヘンス＝フレネルの原理に基づくフェーズドアレイシミュレーターを利用し容易に計算できる。
【００５３】
分岐導波路１３１〜１３８のうちの中央部の分岐導波路１３３〜１３６に対応する電極１５３〜１５６に電圧を印加するとともに、分岐導波路１３１、１３２、１３７、１３８に対応する電極１５１、１５２、１５７、１５８には電圧を印加しない場合の相対出力強度の分布は、４本の分岐導波路１３３〜１３６のみが存在するフェーズドアレイ型の光偏向素子において、４本の分岐導波路１３３〜１３６に電圧を印加した場合に得られる相対出力強度の分布と良く一致した。
【００５４】
図５には、図３に示す出力強度分布を基準とし（すなわち、電極１５１〜１５８に印加する電圧をすべて０Ｖにした場合に分岐導波路１３１〜１３８から出力される光が干渉して形成した放射ビームの出力強度分布を基準とし）、電極１５１、１５２、１５７、１５８には電圧を印加せず（印加電圧は０Ｖ）、電極１５３〜１５６に印加する電圧を変化させた場合の相対出力強度の分布を示す。
【００５５】
すなわち、電極１５１〜１５８に印加する電圧をすべて０Ｖにした場合に分岐導波路１３１〜１３８から出力される光が干渉して形成した放射ビームの出力強度に対する、電極１５３〜１５６に印加する電圧を変化させた場合の相対出力の比を相対強度として示す。
【００５６】
分岐導波路１３３〜１３６に、Ｘ軸方向に配列される順に（分岐導波路１３３〜１３６の順で位相差が大きくなるように）整数倍の位相差Δθを与えるように電極１５３〜１５６に電圧を印加する。より具体的には、分岐導波路１３３〜１３６に位相差Δθ、２×Δθ、３×Δθ、４×Δθを与えるように、電極１５３〜１５６に電圧を印加する。
【００５７】
ここで、電極１５３〜１５６に印加する電圧が増大するほど、分岐導波路１３３〜１３６を伝搬する光に与えられる位相差が大きくなる。印加電圧と位相差Δθは比例関係にあるため、電極１５３〜１５６に、位相差Δθに対応する電圧の１倍、２倍、３倍、４倍の電圧を印加すればよい。
【００５８】
図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、位相差Δθが０度のときは、図３に示す出力強度分布と同一の特性が得られ、０度に最も近い２つのピークの相対出力強度は１である。２つのピークは、角度が約＋１．２度と約−１．２度とに生じる。
【００５９】
また、位相差Δθを０．０１πから０．１２５πまで増大させると、０度よりも左側における相対出力強度に変化は現れないが、０度よりも右側における相対出力強度は位相差Δθが大きくなるほど低下する。位相差Δθの増大に伴い、約１．２度のピークの値も低下している。また、位相差Δθが０．０１πになると、相対出力強度は約１０％減衰し、位相差Δθが０．０２πになると、相対出力強度は約１５％減衰し、位相差Δθが０．０４πになると、相対出力強度は約２５％減衰し、位相差Δθが０．０６πになると、相対出力強度は約３７％減衰し、位相差Δθが０．０８πになると、相対出力強度は約４８％減衰し、位相差Δθが０．１０πになると、相対出力強度は約５７％減衰し、位相差Δθが０．１２５πになると、相対出力強度は約６７％減衰している。
【００６０】
なお、位相差Δθが０．０１πのときは、分岐導波路１３３〜１３６に位相差０．０１π、０．０２π、０．０３π、０．０４πが与えられる。また、位相差Δθが０．１２５πのときは、分岐導波路１３３〜１３６に位相差０．１２５π、０．２５０π、０．３７５π、０．５００πが与えられる。
【００６１】
このように、位相差Δθの値を０から大きくするにつれて光の干渉の効果により、０度の方向に対して対称に生じていた２つのピークのうちの片方の出力強度だけが低下する現象が生じる。
【００６２】
そして、分岐導波路１３３〜１３６に与える位相差Δθが０度のときの出力強度と、分岐導波路１３３〜１３６に与える位相差Δθが所定の角度のときの出力強度とを比較して相対出力強度を求めれば、相対出力強度に応じた位相差Δθの値を求めることができる。
【００６３】
なお、位相差Δθが０．１２５πの場合は、角度が約１．２度に生じるピークの相対出力強度が、角度が約２．５度に生じるサイドローブの相対出力強度とほぼ等しくなる。すなわち、位相差Δθが０．１２５π以上になると、角度が約１．２度に生じるピークと、約２．５度に生じるサイドローブとを見分けられなくなる。このような場合には、角度が約１．２度に生じるピークがサイドローブの相対出力強度よりも高い領域（位相差Δθが０．１０π以下の領域）で位相差Δθを求めるようにすればよい。
【００６４】
図６は、９本の分岐導波路を含む光偏向素子について、放射ビームの出射角度に対する相対出力強度の分布の計算結果（シミュレーション結果）を示す図である。図６（Ｂ）には、図６（Ａ）の０度から５度の区間を横方向に拡大した特性を示す。図５には、８本の分岐導波路１３１〜１３８を含む光偏向素子１００を示したため、図６には、奇数本の一例として９本の分岐導波路を含む光偏向素子についての計算結果を示す。分岐導波路の本数Ｎは９である。
【００６５】
なお、９本の分岐導波路は、中央の（Ｘ軸負方向側から５本目の）分岐導波路が導波路１３０ＡのＹ軸に平行な中心軸上に位置し、残りの８本は、導波路１３０ＡのＹ軸に平行な中心軸を対称軸として線対称に配置される。９本の分岐導波路には、クラッド層１４０を介して９個の電極が重ねて配置される。また、ここでの計算では、９本の分岐導波路のＸ軸方向のピッチを１０μｍ、レーザー光の波長を１．５５μｍに設定した。
【００６６】
９本の分岐導波路のうちの５本の分岐導波路に対応する５個の電極に互いに異なる電圧（位相差Δθに対応する電圧の１倍、２倍、３倍、４倍、５倍の電圧）を印加する条件で計算を行った。
【００６７】
図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、位相差Δθが０度のときは、図３に示す出力強度分布と同一の特性が得られ、０度に最も近い２つのピークの相対出力強度は１である。また、位相差Δθを０．０１πから０．１０πまで増大させると、０度よりも左側における相対出力強度に変化は現れないが、０度よりも右側における相対出力強度は位相差Δθが大きくなるほど低下する。
【００６８】
なお、位相差Δθが０．０１πのときは、５本の分岐導波路に位相差０．０１π、０．０２π、０．０３π、０．０４π、０．０５πが与えられる。また、位相差Δθが０．１０πのときは、５本の分岐導波路に位相差０．１π、０．２π、０．３π、０．４π、０．５πが与えられる。
【００６９】
このように、位相差Δθの値を０から大きくするにつれて光の干渉の効果により、０度方向に対して対称に生じていた放射ビームの２つのピークのうちの片方の出力強度だけが低下する現象が生じる。
【００７０】
そして、５本の分岐導波路に与える位相差Δθが０度のときの出力強度と、５本の分岐導波路に与える位相差Δθが所定の角度のときの出力強度とを比較して相対出力強度を求めれば、４本の分岐導波路１３３〜１３６に電圧を印加した場合（図５参照）と同様に、相対出力強度に応じた位相差Δθの値を求めることができる。
【００７１】
なお、位相差Δθが０．１０π以上になると、角度が約１．２度に生じるピークの相対出力強度が、角度が約２．５度に生じるサイドローブの相対出力強度とほぼ等しくなる。すなわち、位相差Δθが０．１０π以上になると、角度が約１．２度に生じるピークと、約２．５度に生じるサイドローブとを見分けられなくなる。このような場合には、角度が約１．２度に生じるピークがサイドローブの相対出力強度よりも高い領域（位相差Δθが０．０８π以下の領域）で位相差Δθを求めるようにすればよい。
【００７２】
図７は、位相差Δθに対する相対出力強度を示す図である。図７には、図５及び図６で得られた相対出力強度（分岐導波路の本数Ｎが８及び９である場合の相対出力強度）を示す。
【００７３】
図７に示すように、分岐導波路の本数Ｎが８本の場合と、９本の場合とでは相対出力強度の低下の仕方が少し異なるが、双方とも位相差Δθの増大に伴って、相対出力強度が低下する特性になっている。
【００７４】
このような特性を図５及び図６の計算結果から求め、実際に作製した光偏向素子１００において相対出力強度を求めれば、相対出力強度に対応する位相差Δθを求めることができる。
【００７５】
なお、相対出力強度は、実際に作製した光偏向素子１００において、電極１５１〜１５８に電圧を印加しない場合に測定する出力強度に対する、電極１５３〜１５６のみに所望の電圧を印加した場合に測定する出力強度との比として求めればよい。出力強度は、レーザービームプロファイラ（LEPAS-12浜松ホトニクス）で測定すればよい。
【００７６】
また、電極が９個（Ｎ＝９）ある場合は、９個の電極に電圧を印加しない場合に測定する出力強度に対する、中央の５個の電極のみに所望の電圧を印加した場合に測定する出力強度との比として求めればよい。
【００７７】
ここで、図５で説明したように、分岐導波路の本数Ｎが８本の場合には、位相差Δθが０．１０π以下の範囲であれば、相対出力強度から位相差Δθの値を求めることができ、分岐導波路の本数Ｎが９本の場合には、位相差Δθが０．０８π以下の範囲であれば、相対出力強度から位相差Δθの値を求めることができる。
【００７８】
すなわち、分岐導波路の本数Ｎが８本の場合には、４本の分岐導波路に付与する位相差Δθの合計が０．４０π以下の範囲であれば、相対出力強度から位相差Δθの値を求めることができ、分岐導波路の本数Ｎが９本の場合には、５本の分岐導波路に付与する位相差Δθの合計が０．４０π以下の範囲であれば、相対出力強度から位相差Δθの値を求めることができる。
【００７９】
図８は、分岐導波路のピッチと本数に対する相対出力強度の分布を示す図である。図８（Ａ）に示す分岐導波路のピッチに対する相対出力強度の分布は、Ｎ＝８で位相差Δθを０．１０πに設定した際に、ピッチを２μｍ、６μｍ、１０μｍ、１６μｍに変化させることによって求めた相対出力強度の分布を示す。図８（Ａ）に示すように、ピッチが変化しても、相対出力強度は殆ど変化せず、一定の値（約４３％）を示した。
【００８０】
また、図８（Ｂ）に示す分岐導波路の本数Ｎに対する相対出力強度の分布は、位相差Δθを０．１０πで分岐導波路のピッチを１０μｍに設定した際に、本数Ｎを８本、１６本、３２本に変化させることによって求めた相対出力強度の分布を示す。図８（Ｂ）に示すように、本数Ｎが変化しても、相対出力強度は殆ど変化せず、一定の値（約４３％）を示した。
【００８１】
このように、相対出力強度は、分岐導波路の本数Ｎが変化しても殆ど変化しないことが分かった。また、図７の結果から、測定のために分岐導波路に付与する位相差Δθの合計が０．４０π以下の範囲であれば、相対出力強度から位相差Δθの値を求めることができることが分かった。
【００８２】
ここで、分岐導波路の本数Ｎが偶数である場合に、中央のＮ／２本の分岐導波路に付与する位相差Δθの合計値をΔθtotal-eとすると、位相差Δθの合計値Δθtotal-eは次式（３）で表すことができる。同様に、分岐導波路の本数Ｎが奇数である場合に、中央の（Ｎ＋１）／２本の分岐導波路に付与する位相差Δθの合計値をΔθtotal-oとすると、位相差Δθの合計値Δθtotal-oは次式（４）で表すことができる。
【００８３】
【数３】
2018194630.tif 000005
【００８４】
【数４】
2018194630.tif 000006
例えば、Ｎ＝８の場合にサイドローブとの関係で角度が約１．２度のピークの相対出力強度を見分けることができる最大の相対出力強度は、式（３）にＮ＝８を代入すると、合計値Δθtotal-eは０．４２８である。すなわち、Ｎ＝８の場合には、位相差Δθが０．１０７π以下の範囲であれば、相対出力強度から位相差Δθを求めることができる。これは、図５で得られた結果（位相差Δθが０．１０π以下であれば相対出力強度を導出可能）と略等しい。
【００８５】
また、Ｎ＝９の場合にサイドローブとの関係で角度が約１．２度のピークの相対出力強度を見分けることができる最大の相対出力強度は、式（４）にＮ＝９を代入すると、合計値Δθtotal-oは０．４０３である。すなわち、Ｎ＝９の場合には、位相差Δθが０．０８０６π以下の範囲であれば、相対出力強度から位相差Δθを求めることができる。これは、図６で得られた結果（位相差Δθが０．０８π以下であれば相対出力強度を導出可能）と略等しい。
【００８６】
以上のように、分岐導波路のピッチ又は本数が異なっても、相対出力強度は略一定であり、様々な分岐導波路のピッチや本数の場合において、図５又は図６に示すような角度に対する相対出力強度の分布をシミュレーションで求め、さらに図７のような位相差Δθに対する相対出力強度の分布を求め、電極に印加する電圧を調整して相対出力強度を得れば、相対出力強度に対応する位相差Δθを求めることができる。
【００８７】
以上のようにして位相差Δθが求まれば、次式（５）に求めた位相差Δθを代入して、屈折率ｎと電気光学係数ｒとで表される性能指数ｎ３ｒを求めることができる。
【００８８】
【数５】
2018194630.tif 000007
ただし、Δθは前記位相差、ΔＥは電極１５３〜１５６に印加する電圧の電圧差であって隣り合う分岐導波路に印加される電圧同士の電圧差、Ｌは電極１５３〜１５６の長さ（分岐導波路１３３〜１３６に電圧を印加する区間の長さ）、ｄは電極１５３〜１５６と電極１１０とのＺ軸方向の電極間距離、λは光の波長、ｎはコア層１３０の屈折率、ｒはコア層の電気光学係数である。
【００８９】
測定装置２００は、シミュレーションで求めた図５及び図６に示す特性を表すデータと、図５及び図６の計算結果から求めた図７に示す特性を表すデータと、式（５）を表すデータとをメモリ２３０に格納する。図５及び図６に示す特性を求めるシミュレーションでは、電圧制御部２２０が電極１５３〜１５６に電圧を印加すればよい。
【００９０】
また、位相差導出部２１２が、図７に示す特性から位相差Δθを求め、性能指数導出部２１３が式（５）に位相差Δθを代入して、性能指数ｎ３ｒを求める。光偏向素子の性能指数の測定プログラムとしては、図７に示す特性から位相差Δθを求める第１ステップと、式（５）に位相差Δθを代入して性能指数ｎ３ｒを求める第２ステップとを行うことになる。
【００９１】
図９は、光偏向素子の性能指数の測定プログラムが実行する処理を示すフローチャートである。前提として、図７に示すような位相差Δθに対する相対出力強度の特性を表すデータがメモリ２３０に格納されていることとする。
【００９２】
処理が開始（スタート）すると、主制御部２１１は、電圧制御部２２０に電極１５１〜１５８に印加する電圧をすべて０Ｖに設定させる（ステップＳ１）。
【００９３】
次に、位相差導出部２１２は、分岐導波路１３１〜１３８から出力される光が干渉して形成した放射ビームの出力強度分布を測定する（ステップＳ２）。これにより、基準になる出力強度分布が得られる。
【００９４】
次に、主制御部２１１は、電圧制御部２２０に電極１５１、１５２、１５７、１５８には電圧を印加せず（印加電圧は０Ｖ）、電極１５３〜１５６に電圧を印加する（ステップＳ３）。例えば、分岐導波路１３３〜１３６に位相差Δθ、２×Δθ、３×Δθ、４×Δθを与えるように、電極１５３〜１５６に電圧ΔＥ×ｄ、２×ΔＥ×ｄ、３×ΔＥ×ｄ、４×ΔＥ×ｄを印加し、印加電圧ΔＥ×ｄを０から徐々に増加させ出力強度のピークからの低下が認められる任意の場所（ただし、図７より、ピーク値１に対し０．４３程度までの範囲）で、計算に必要な出力強度比とそのときのΔＥが求まる。
【００９５】
次に、位相差導出部２１２は、分岐導波路１３１〜１３８から出力される光が干渉して形成した放射ビームの出力強度分布を測定する（ステップＳ４）。これにより、電極１５３〜１５６に電圧を印加した場合の出力強度分布が得られる。
【００９６】
次に、位相差導出部２１２は、ステップＳ２で測定した出力強度分布と、ステップＳ４で測定した出力強度分布との相対出力強度を求める（ステップＳ５）。
【００９７】
次に、位相差導出部２１２は、相対出力強度から位相差Δθを求める（ステップＳ６）。より具体的には、位相差導出部２１２は、メモリ２３０から位相差Δθに対する相対出力強度の特性を表すデータ（図７参照）を読み出し、位相差Δθを求める。
【００９８】
性能指数導出部２１３は、式（５）に位相差Δθを代入して、性能指数ｎ３ｒを求める（ステップＳ７）。以上で処理が終了する（エンド）。
【００９９】
このように、本実施の形態の測定装置２００、及び、光偏向素子の性能指数の測定プログラムによれば、屈折率変化で光の位相を変調するアレイ導波路型光偏向素子において、屈折率と電気光学係数とで表される性能指数を容易に測定できる、光偏向素子の性能指数の測定装置を提供することができる。
【０１００】
本実施の形態の光偏向素子の性能指数の測定装置によれば、半波長に相当する位相πの１％程度の位相差Δθ（０．０１π）の変化でも、放射ビームの相対出力強度に約１０％の減衰量が得られるため、感度良く電気光学係数や電圧印加による屈折率の変化量を求めることができ、性能指数ｎ３ｒを求めることができる。このような微小な位相差Δθの変化は、レーザービームプロファイラでは測定できないものである。
【０１０１】
なお、以上では、分岐導波路が偶数本である場合に、８本（Ｎ＝８）である形態について説明したが、Ｎ＝４以上の偶数であればよい。また、分岐導波路が奇数本である場合に、９本（Ｎ＝９）である形態について説明したが、Ｎ＝５以上の奇数であればよい。また、奇数の場合に、相対出力強度を求めるために電圧を印加する電極が中央部の（Ｎ＋１）／２本である形態について説明したが、（Ｎ−１）／２本であってもよい。
【０１０２】
また、以上では、図１に示すように、光偏向素子１００の電極１５１〜１５８のうちの電極１５３〜１５６に電圧を印加して相対出力強度を求める形態について説明したが、図１０に示すような電極を用いてもよい。
【０１０３】
図１０は、実施の形態の変形例の光偏向素子１００Ａを示す図である。図１０（Ａ）には光偏向素子１００Ａの平面図（ＸＹ平面図）を示し、図１０（Ｂ）には斜視図を示す。光偏向素子１００Ａは、図１に示す光偏向素子１００の電極１５０を上部電極１５０Ａに置き換えた構成を有する。その他は、光偏向素子１００と同様である。このため、同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１０４】
上部電極１５０Ａは、平面視で分岐導波路１３３〜１３６に重なる位置に設けられている。上部電極１５０Ａは、平面視で直角三角形であり、分岐導波路１３３〜１３６と重なる部分の長さが、１倍（基準の長さＬ）、２倍、３倍、４倍になるようになっている。
【０１０５】
上部電極１５０Ａは、配線１５０Ａ１を介して電圧が印加されるが、分岐導波路１３３〜１３６に対して１つの上部電極１５０Ａが設けられているため、分岐導波路１３３〜１３６に印加される電圧は等しい。また、配線１５０Ａ１により全体の位相差に影響を与えないように、配線１５０Ａ１は分岐導波路１３１、１３２、１３７、１３８にも重ねられる。
【０１０６】
コア層１３０の電気光学ポリマー材料は、電極１５３〜１５６（図１参照）に印加する電圧を１倍（基準の電圧）、２倍、３倍、４倍の関係にすることによって分岐導波路１３３〜１３６を伝搬する光に付与する位相差を等しくする場合と同様に、分岐導波路１３３〜１３６に互いに等しい電圧を印加するとともに、電圧を印加する区間の長さを１倍（基準の長さＬ）、２倍、３倍、４倍にすることによっても、分岐導波路１３３〜１３６を伝搬する光に付与する位相差を等しくすることができる。
【０１０７】
従って、光偏向素子１００Ａの上部電極１５０Ａに所望の電圧を印加した状態で相対出力強度を求め、相対出力強度から位相差Δθを求めれば、次式（６）を用いて、屈折率ｎと電気光学係数ｒとで表される性能指数ｎ３ｒを求めることができる。
【０１０８】
【数６】
2018194630.tif 000008
ただし、Δθは位相差、Ｅは下部電極１１０及び上部電極１５０Ａで中央部のＮ／２本又は（Ｎ±１）／２本の分岐導波路に印加する電圧、ΔＬはＮ／２本又は（Ｎ±１）／２本の分岐導波路のうち、隣り合う分岐導波路の電圧を印加する区間の長さの差分、ｄは下部電極１１０及び上部電極１５０Ａの電極間距離、λは光の波長、ｎはコア層１３０の屈折率、ｒはコア層１３０の電気光学係数である。
【０１０９】
なお、上部電極１５０Ａは、光偏向素子の性能指数の測定装置で分岐導波路１３３〜１３６を伝搬する光に付与する位相差を付与するために用いる電極である。このため、実際のデバイスとして用いる場合には、上部電極１５０Ａとは別に、分岐導波路１３１〜１３８を伝搬する光に付与する位相差を付与できる電極を設けておけばよい。このような電極は、例えば、上部電極１５０Ａの上又は下に上部電極１５０Ａとは絶縁した状態で設ければよい。
【０１１０】
以上、本発明の例示的な実施の形態の光偏向素子の性能指数の測定装置、及び、光偏向素子の性能指数の測定プログラムについて説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【０１１１】
１００、１００Ａ  光偏向素子
１１０  下部電極
１２０  クラッド層
１３０  コア層
１３０Ａ  導波路
１３０Ｂ  分岐部
１３１〜１３８  分岐導波路
１４０  クラッド層
１５０、１５０Ａ  上部電極
１５１〜１５８  電極
１５１Ａ〜１５８Ａ、１５０Ａ１  配線
２００  光偏向素子の性能指数の測定装置
２１０  制御部
２１１  主制御部
２１２  位相差導出部
２１３  性能指数導出部
２２０  電圧制御部
２３０  メモリ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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