(57)【要約】【課題】簡易かつ高精度に線幅を測定する技術を提供する。【解決手段】入力部２０は、互いに異なった周波数を有する第１の光と第２の光と第３の光とを入力する。生成部２２は、入力部２０において入力した第１の光と第２の光と第３の光とを合波することによって、異なった光間のビート成分が含まれたビート信号を生成する。解析部２４は、生成部２２において生成したビート信号をもとに、第１の光と第２の光と第３の光のうちの少なくとも１つの線幅を導出する。【選択図】図１
2018096939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なった周波数を有する第１の光と第２の光と第３の光とを入力する入力部と、
前記入力部において入力した第１の光と第２の光と第３の光とを合波することによって、異なった光間のビート成分が含まれたビート信号を生成する生成部と、
前記生成部において生成したビート信号をもとに、第１の光と第２の光と第３の光のうちの少なくとも１つの線幅を導出する解析部と、
を備えることを特徴とする線幅測定装置。
【請求項２】
前記生成部は、
前記入力部において入力した第１の光と第２の光とを合波する第１合波部と、
前記入力部において入力した第１の光と第３の光とを合波する第２合波部と、
前記第１合波部において合波した光と、前記第２合波部において合波した光とを合波する第３合波部と、
前記第１合波部において合波した光と、前記第２合波部において合波した光を９０°位相シフトさせた光とを合波する第４合波部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の線幅測定装置。
【請求項３】
前記生成部は、
前記入力部において入力した第１の光と第２の光とを合波する第１合波部と、
前記第１合波部において合波した光と、前記入力部において入力した第３の光とを合波する第２合波部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の線幅測定装置。
【請求項４】
前記解析部は、
前記生成部において生成したビート信号から３つのビート成分を抽出する抽出部と、
前記抽出部において抽出した３つのビート成分のそれぞれのビート周波数の幅をもとに、少なくとも１つの線幅を導出する導出部と、
を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の線幅測定装置。
【請求項５】
前記解析部は、
前記生成部において生成したビート信号から３つのビート成分を抽出する抽出部と、
前記抽出部において抽出した３つのビート成分のそれぞれのビート位相差の位相変動の分散をもとに、少なくとも１つの線幅を導出する導出部と、
を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の線幅測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、線幅測定技術に関し、特に光の線幅を測定する線幅測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信分野においてレーザの特性を調べるために、レーザの線幅が測定される。例えば、レーザ出力が２つに分岐されてから、一方が光ファイバによって遅延させられ、他方には周波数シフトがなされた後、それらが合波される。これに続いて、合波された光の線幅が測定される（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Ｔ．Ｏｋｏｓｈｉ，  Ｋ．Ｋｉｋｕｃｈｉ  ａｎｄ  Ａ．Ｎａｋａｙａｍａ、「Ｎｏｖｅｌ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｌａｓｅｒ  ｏｕｔｐｕｔ  ｓｐｅｃｔｒｕｍ」、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、１９８０年、Ｖｏｌ．１６、Ｎｏ.１６、ｐ．６３０−６３１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１のような自己干渉方式は、位相不安定性である位相変動を検出することによって、周波数不安定性である線幅を導出する。また、移動変動を検出するために、位相差が検出される。さらに、位相差を検出するために、一方の遅延量が大きくされる。しかしながら、遅延量を大きくするためには光ファイバを長くする必要がある。
【０００５】
本開示はこうした状況に鑑みてなされており、その目的とするところの１つは、簡易かつ高精度に線幅を測定する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本開示のある態様の線幅測定装置は、互いに異なった周波数を有する第１の光と第２の光と第３の光とを入力する入力部と、入力部において入力した第１の光と第２の光と第３の光とを合波することによって、異なった光間のビート成分が含まれたビート信号を生成する生成部と、生成部において生成したビート信号をもとに、第１の光と第２の光と第３の光のうちの少なくとも１つの線幅を導出する解析部と、を備える。
【０００７】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本開示の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本開示の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、簡易かつ高精度に線幅を測定できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施例１に係る線幅測定装置の構成を示す図である。
【図２】図２（ａ）−（ｂ）は、図１の線幅測定装置における光の周波数領域の配置を示す図である。
【図３】図３（ａ）−（ｂ）は、図１の解析部において導出されるスペクトルを示す図である。
【図４】本実施例２に係る線幅測定装置の構成を示す図である。
【図５】図４の線幅測定装置における光の周波数領域の配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本実施例を具体的に説明する前に、基礎となった知見を説明する。レーザ(スペクトル)の線幅（Ｈｚ）は、レーザの位相安定性を表す指標であり、スペクトル線幅が狭いほどレーザの位相安定性が高く、高性能なレーザであるといえる。レーザは、例えば、光ファイバ通信システムに使用されており、商用の光ファイバ通信システムでは、位相偏移変調（ＰＳＫ：Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）・直交振幅変調（ＱＡＭ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）といった光電界振幅の位相を利用した高次変調方式が導入されつつある。位相を変調パラメータとする信号の復調特性はレーザの位相雑音の影響を受けるので、狭スペクトル線幅を持つレーザが必要不可欠になる。これに応じて、線幅測定技術も重要になる。
【００１１】
一般的に光ファイバ通信システムにおいて使用される周波数は１９６ＴＨｚであり、このような光波の位相を直接測定することはできない。そのため、光波の干渉によって「ビート（うなり）」を生じさせ、数ＧＨｚ以下の電気的に解析可能な周波数に変換(ダウンコンバート)する必要がある。また、光波の干渉のためには二波の偏波状態が一致しなければならない。このようにしてなされる測定の一例が、非特許文献１のようなコヒーレント検波・自己干渉方式である。しかしながら、前述のごとく、自己干渉方式では光ファイバを長くする必要がある。また、自己干渉方式では、光ファイバによって偏波状態が変動するので、偏波制御が必要になる。これらを解決するために、二波干渉方式による測定がなされている。二波干渉方式では、２つのレーザからの出力を干渉させることによってビートを生じさせる。しかしながら、二波干渉方式では、２つのレーザが同一特性を有すると仮定しなくてはならず、各レーザの個別評価が不可能である。これらのような状況のもと、狭い線幅レーザの線幅を正確にかつ簡易に測定することが求められる。
【００１２】
図１は、本実施例１に係る線幅測定装置１００の構成を示す。線幅測定装置１００は、入力部２０、生成部２２、解析部２４を含む。入力部２０は、第１入力部２０ａ、第２入力部２０ｂ、第３入力部２０ｃを含み、生成部２２は、合波部３０と総称される第１合波部３０ａ、第２合波部３０ｂ、光検出部３２、１−ｃｈＡＤＣ３４を含み、解析部２４は、抽出部５０、導出部５２を含む。また、線幅測定装置１００は、レーザ装置１０と総称される第１レーザ装置１０ａ、第２レーザ装置１０ｂ、第３レーザ装置１０ｃに接続される。
【００１３】
第１レーザ装置１０ａ、第２レーザ装置１０ｂ、第３レーザ装置１０ｃは、互いに異なった周波数を有する光を出力する。ここでは、第１レーザ装置１０ａから第１の光Ｅ１（ｔ）が出力され、第２レーザ装置１０ｂから第２の光Ｅ２（ｔ）が出力され、第３レーザ装置１０ｃから第３の光Ｅ３（ｔ）が出力されるとする。これらの光は次のように示される。
Ｅ１（ｔ）∝ｅｘｐ［ｊ（２πｆ１ｔ＋θ１（ｔ））］・・・式（１）
Ｅ２（ｔ）∝ｅｘｐ［ｊ（２πｆ２ｔ＋θ２（ｔ））］・・・式（２）
Ｅ３（ｔ）∝ｅｘｐ［ｊ（２πｆ３ｔ＋θ３（ｔ））］・・・式（３）
ここで、「ｆ１」は第１の光の周波数を示し、「θ１」は第１の光の位相を示し、「ｆ２」は第２の光の周波数を示し、「θ２」は第２の光の位相を示し、「ｆ３」は第３の光の周波数を示し、「θ３」は第３の光の位相を示す。ｆ１、ｆ２、ｆ３は互いに異なり、θ１、θ２、θ３も互いに異なる。なお、周波数は中心周波数を意味してもよい。
【００１４】
これら第１の光から第３の光のうち、任意の１つ以上の光が線幅の測定対象となる。そのため、第１の光だけが線幅の測定対象であってもよく、第１の光から第３の光のすべてが線幅の測定対象であってもよい。レーザ装置１０の構成には公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。
【００１５】
第１入力部２０ａは、第１レーザ装置１０ａに接続され、第１レーザ装置１０ａからの第１の光を入力する。第２入力部２０ｂと第３入力部２０ｃも、第１入力部２０ａと同様に、第２レーザ装置１０ｂからの第２の光、第３レーザ装置１０ｃからの第３の光をそれぞれ入力する。図２（ａ）−（ｂ）は、線幅測定装置１００における光の周波数領域の配置を示す。図２（ａ）は、入力部２０に入力された光のスペクトルを示す。最も高い周波数「ｆ１」には線幅「δｆ１」の第１の光が配置され、周波数「ｆ１」よりも低い周波数「ｆ２」には線幅「δｆ２」の第２の光が配置され、最も低い周波数「ｆ３」には線幅「δｆ３」の第３の光が配置される。また、ｆ１−ｆ２＞ｆ２−ｆ３の関係があるとする。なお、ｆ１、ｆ２、ｆ３の関係はこれに限定されない。図２（ｂ）は後述し、図１に戻る。
【００１６】
第１合波部３０ａは、第１入力部２０ａと第２入力部２０ｂとに接続されており、第１入力部２０ａからの第１の光と、第２入力部２０ｂからの第２の光とを入力することによって、第１の光と第２の光とを合波する。第１合波部３０ａは、合波した光を出力する。合波部３０の構成には公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。第２合波部３０ｂは、第１合波部３０ａと第３入力部２０ｃとに接続されており、第１合波部３０ａにおいて合波した光と、第３入力部２０ｃからの第３の光とを入力することによって、これらを合波する。第２合波部３０ｂは、合波した光を出力する。
【００１７】
光検出部３２は、第２合波部３０ｂに接続されており、第２合波部３０ｂにおいて合成した光を入力する。光検出部３２は、例えば、フォトダイオードであり、入力した光に対して光電変換を実行する。ここでは、入力した光が大きくなれば大きくなるような光電流が生成される。１−ｃｈＡＤＣ３４は、光検出部３２からの光電流を電流電圧変換することによって、アナログの電気信号を生成する。また、１−ｃｈＡＤＣ３４は、アナログの電気信号をアナログ・デジタル変換することによって、デジタルの電気信号を生成する。デジタルの電気信号は、第２合波部３０ｂにおいて合成した光に応じたデジタル信号に相当する。
【００１８】
図２（ｂ）は、１−ｃｈＡＤＣ３４において生成したデジタルの電気信号のスペクトルを示す。第１合波部３０ａと第２合波部３０ｂにおける第１の光から第３の光の合波によって、ビート信号であるうなり信号が生成される。ビート信号は、次に示す第１ビート信号Ｅａ（ｔ）、第２ビート信号Ｅｂ（ｔ）、第３ビート信号Ｅｃ（ｔ）を合成した信号である。
Ｅａ（ｔ）∝ｃｏｓ［ｊ（２π（ｆ１−ｆ３）ｔ＋θ１（ｔ）−θ３（ｔ））］・・・式（４）
Ｅｂ（ｔ）∝ｃｏｓ［ｊ（２π（ｆ１−ｆ２）ｔ＋θ１（ｔ）−θ２（ｔ））］・・・式（５）
Ｅｃ（ｔ）∝ｃｏｓ［ｊ（２π（ｆ２−ｆ３）ｔ＋θ２（ｔ）−θ３（ｔ））］・・・式（６）
【００１９】
第１ビート信号は、第１の光と第３の光とのビートによって生成される信号であり、第２ビート信号は、第１の光と第２の光とのビートによって生成される信号であり、第３ビート信号は、第２の光と第３の光とのビートによって生成される信号である。そのため、図示のごとく、第１ビート信号の線幅はδｆ１＋δｆ３と示され、第２ビート信号の線幅はδｆ１＋δｆ２と示され、第３ビート信号の線幅はδｆ２＋δｆ３と示される。第１ビート信号におけるｆ１−ｆ３は、ビートの周波数である「ビート周波数」を示し、θ１（ｔ）−θ３（ｔ）は、ビートの位相差である「ビート位相差」を示す。また、ビート周波数とビート位相差は、「ビート成分」と総称される。ビート周波数、ビート位相差、ビート成分は、第２ビート信号と第３ビート信号とにおいても同様に示される。図１に戻る。
【００２０】
１−ｃｈＡＤＣ３４は、ビート信号を出力する。このようなビート信号は、第２合波部３０ｂにおいて合成した光、光検出部３２において生成された光電流にも含まれているので、これらをビート信号と呼んでもよい。これまでの処理をまとめると、生成部２２は、入力部２０において入力した第１の光と第２の光と第３の光とを合波することによって、異なった光間のビート成分が含まれたビート信号を生成するといえる。このような生成部２２は、三波干渉へテロダイン方式に相当する。
【００２１】
解析部２４は、１−ｃｈＡＤＣ３４に接続されており、１−ｃｈＡＤＣ３４からのビート信号を入力する。解析部２４は、ビート信号をもとに、第１の光と第２の光と第３の光のうちの少なくとも１つの線幅を導出する。ここでは、解析部２４の処理をさらに詳細に説明する。抽出部５０は、第１ビート信号を通過可能な通過可能なバンドパスフィルタ、第２ビート信号を通過可能な通過可能なバンドパスフィルタ、第３ビート信号を通過可能なバンドパスフィルタを備える。抽出部５０は、これらのバンドパスフィルタにビート信号を通過させることによって、第１ビート信号、第２ビート信号、第３ビート信号を抽出する。
【００２２】
抽出部５０は、第１ビート信号を周波数領域に変換した後、周波数領域の第１ビート信号をローレンツ関数でフィッティングすることによって、「第１ビート信号のビート周波数の幅」を取得する。なお、抽出部５０は、第１ビート信号の大きさのピークを検出し、第１ビート信号の大きさがピークから３ｄＢ減少した周波数の幅を「第１ビート信号のビート周波数の幅」として取得してもよい。また、抽出部５０は、同様の処理によって、第２ビート信号のビート周波数の幅、第３ビート信号のビート周波数の幅も取得する。
【００２３】
図３（ａ）−（ｂ）は、解析部２４において導出されるスペクトルを示す。図３（ａ）は、周波数領域の第１ビート信号、周波数領域の第２ビート信号、周波数領域の第３ビート信号を示す。第１ビート信号のビート周波数の幅、第２ビート信号のビート周波数の幅、第３ビート信号のビート周波数の幅は、δｆ１＋δｆ３、δｆ１＋δｆ２、δｆ２＋δｆ３とそれぞれ示される。図３（ｂ）は、図３（ａ）の周波数領域の第１ビート信号の拡大図を示し、図１に戻る。
【００２４】
なお、抽出部５０は、ビート信号を周波数領域に変換した後、３つのピークを検出することによって、周波数領域の第１ビート信号等を抽出してもよい。この場合、周波数領域の第１ビート信号等に対する前述の処理が実行されることによって、第１ビート信号のビート周波数の幅等が取得される。このように、抽出部５０は、生成部２２において生成したビート信号から３つのビート成分を抽出する。
【００２５】
導出部５２は、抽出部５０からの第１ビート信号のビート周波数の幅、第２ビート信号のビート周波数の幅、第３ビート信号のビート周波数の幅を入力する。ここでは、抽出部５０からの第１ビート信号のビート周波数の幅、第２ビート信号のビート周波数の幅、第３ビート信号のビート周波数の幅を「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」とそれぞれ示す。そのため、導出部５２は、次の３元連立方程式を解くことによって、δｆ１、δｆ２、δｆ３をそれぞれ導出する。
δｆ１＋δｆ３＝Ａ・・・式（７）
δｆ１＋δｆ２＝Ｂ・・・式（８）
δｆ２＋δｆ３＝Ｃ・・・式（９）
このように導出部５２は、抽出部５０において抽出した３つのビート成分のそれぞれのビート周波数の幅をもとに、少なくとも１つの線幅を導出する。つまり、δｆ１、δｆ２、δｆ３のうちの少なくとも１つが導出される。
【００２６】
この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ハードウエアとソフトウエアの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００２７】
本実施例によれば、３つの光を合波するので、異なった光間のビート成分が含まれたビート信号を生成できる。また、異なった光間のビート成分が含まれたビート信号を生成するので、これを解析することによって、簡易かつ高精度に線幅を測定できる。また、三波による干渉へテロダインを実行するので、異なった光間のビート成分が含まれたビート信号を生成できる。また、３つのビート成分のそれぞれのビート周波数の幅を取得するので、少なくとも１つの線幅を簡易かつ高精度に線幅を測定できる。また、３つの光を合波するので、計算過程で自己較正を実行できる。また、計算過程で自己較正が実行されるので、レーザ装置の経年劣化や環境温度の影響を低減できる。また、レーザ装置の経年劣化や環境温度の影響が低減されるので、高精度に線幅を測定できる。また、３つの光を合波するので、各レーザ装置を評価できる。また、３つの光を合波するので、偏波制御を不要にできる。また、偏波制御が不要になるので、安定かつ高速に測定を実行できる。
【００２８】
（実施例２）
次に実施例２を説明する。実施例２は、実施例１と同様に、狭い線幅レーザの線幅を正確にかつ簡易に測定する線幅測定装置に関する。実施例１に係る線幅測定装置では三波干渉へテロダイン方式によってビート信号を生成しているが、実施例２に係る線幅測定装置では三波干渉位相ダイバーシティ方式によってビート信号を生成する。以下では、実施例１との差異を中心に説明する。
【００２９】
図４は、本実施例２に係る線幅測定装置１００の構成を示す。線幅測定装置１００は、入力部２０、生成部２２、解析部２４を含む。入力部２０は、第１入力部２０ａ、第２入力部２０ｂ、第３入力部２０ｃを含み、生成部２２は、合波部３０と総称される第１合波部３０ａ、第２合波部３０ｂ、第３合波部３０ｃ、第４合波部３０ｄ、光検出部３２と総称される第１光検出部３２ａ、第２光検出部３２ｂ、分配部３６、２−ｃｈＡＤＣ４０を含み、解析部２４は、抽出部５０、導出部５２を含む。また、線幅測定装置１００は、レーザ装置１０と総称される第１レーザ装置１０ａ、第２レーザ装置１０ｂ、第３レーザ装置１０ｃに接続される。
【００３０】
分配部３６は、第１入力部２０ａに接続されており、第１入力部２０ａからの第１の光を入力する。分配部３６は、第１の光を第１合波部３０ａと第２合波部３０ｂとに出力する。第１合波部３０ａは、第２入力部２０ｂと分配部３６とに接続されており、第２入力部２０ｂからの第２の光と、分配部３６からの第１の光とを入力することによって、第１の光と第２の光とを合波する。第１合波部３０ａは、合波した光を出力する。第２合波部３０ｂは、分配部３６と第３入力部２０ｃに接続されており、分配部３６からの第１の光と、第３入力部２０ｃからの第３の光とを入力することによって、第１の光と第３の光とを合波する。第２合波部３０ｂは、合波した光を出力する。
【００３１】
第３合波部３０ｃは、第１合波部３０ａと第２合波部３０ｂとに接続されており、第１の光と第２の光とを合波した光と、第１の光と第３の光とを合波した光とを入力し、これらを合波する。第３合波部３０ｃは、合波した光を第１光検出部３２ａに出力する。９０°位相シフト部３８は、第２合波部３０ｂに接続されており、第１の光と第３の光とを合波した光とを入力し、入力した光の位相を９０°シフトさせる。９０°位相シフト部３８の構成には公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。９０°位相シフト部３８は、位相をシフトさせた光を出力する。
【００３２】
第４合波部３０ｄは、第１合波部３０ａと９０°位相シフト部３８とに接続されており、第１の光と第２の光とを合波した光と、第１の光と第３の光とを合波した光を９０°位相シフトさせた光とを入力し、これらを合波する。第４合波部３０ｄは、合波した光を第２光検出部３２ｂに出力する。第３合波部３０ｃ、９０°位相シフト部３８、第４合波部３０ｄにおける処理は、第１の光と第３の光とを合波した光によって、第１の光と第２の光とを合波した光を検波することに相当する。そのため、第３合波部３０ｃから出力される光と、第４合波部３０ｄから出力される光は、同相成分と直交成分の関係を有する。
【００３３】
第１光検出部３２ａは、第３合波部３０ｃに接続されており、第３合波部３０ｃにおいて合成した光を入力する。第２光検出部３２ｂは、第４合波部３０ｄに接続されており、第４合波部３０ｄにおいて合成した光を入力する。第１光検出部３２ａ、第２光検出部３２ｂは、入力した光の大きさに応じた大きさの光電流を生成する。
【００３４】
２−ｃｈＡＤＣ４０は、第１光検出部３２ａと第２光検出部３２ｂからの光電流をそれぞれ電流電圧変換することによって、アナログの電気信号を生成する。また、２−ｃｈＡＤＣ４０は、アナログの電気信号をアナログ・デジタル変換することによって、デジタルの電気信号を生成する。デジタルの電気信号は、第３合波部３０ｃ、第４合波部３０ｄにおいて合成した光に応じたデジタル信号に相当し、同相成分と直交成分とを有する。
【００３５】
図５は、線幅測定装置１００における光の周波数領域の配置を示し、これは、２−ｃｈＡＤＣ４０において生成したデジタルの電気信号のスペクトルを示す。第３合波部３０ｃ、９０°位相シフト部３８、第４合波部３０ｄによる検波によって、ビート信号が生成される。ビート信号は、次に示す第１ビート信号Ｅａ（ｔ）、第２ビート信号Ｅｂ（ｔ）、第３ビート信号Ｅｃ（ｔ）を合成した信号である。
Ｅａ（ｔ）∝ｅｘｐ［ｊ（２π（ｆ１−ｆ３）ｔ＋θ１（ｔ）−θ３（ｔ））］・・・式（１０）
Ｅｂ（ｔ）∝ｅｘｐ［ｊ（２π（ｆ２−ｆ１）ｔ＋θ２（ｔ）−θ１（ｔ））］・・・式（１１）
Ｅｃ（ｔ）∝ｅｘｐ［ｊ（２π（ｆ２−ｆ３）ｔ＋θ２（ｔ）−θ３（ｔ））］・・・式（１２）
【００３６】
第１ビート信号は、第１の光と第３の光とのビートによって生成される信号であり、第２ビート信号は、第１の光と第２の光とのビートによって生成される信号であり、第３ビート信号は、第２の光と第３の光とのビートによって生成される信号である。そのため、図示のごとく、第１ビート信号の線幅はδｆ１＋δｆ３と示され、第２ビート信号の線幅はδｆ１＋δｆ２と示され、第３ビート信号の線幅はδｆ２＋δｆ３と示される。実施例１と同様に、第１ビート信号におけるｆ１−ｆ３はビート周波数を示し、θ１（ｔ）−θ３（ｔ）はビート位相差を示す。ビート周波数、ビート位相差、ビート成分は、第２ビート信号と第３ビート信号とにおいても同様に示される。なお、ビート信号には、第１の光と第１の光とによる直流成分も含まれる。図４に戻る。
【００３７】
２−ｃｈＡＤＣ４０は、ビート信号を出力する。このようなビート信号は、第３合波部３０ｃ、９０°位相シフト部３８、第４合波部３０ｄにおいて検波した光、第１光検出部３２ａと第２光検出部３２ｂにおいて生成された光電流にも含まれているので、これらをビート信号と呼んでもよい。
【００３８】
解析部２４は、２−ｃｈＡＤＣ４０に接続されており、２−ｃｈＡＤＣ４０からのビート信号を入力する。解析部２４は、ビート信号をもとに、第１の光と第２の光と第３の光のうちの少なくとも１つの線幅を導出する。線幅の導出は実施例１と同様に周波数領域でなされてもよいが、ここでは時間領域における導出を説明する。なお、時間領域における導出が実施例１に適用されてもよい。抽出部５０は、第１ビート信号を通過可能な通過可能なバンドパスフィルタ、第２ビート信号を通過可能な通過可能なバンドパスフィルタ、第３ビート信号を通過可能なバンドパスフィルタを備える。抽出部５０は、これらのバンドパスフィルタにビート信号を通過させることによって、第１ビート信号、第２ビート信号、第３ビート信号を抽出する。
【００３９】
導出部５２は、第１ビート信号からビート周波数の成分を減算することによって、第１ビート信号を次のように変形する。
ＥＡ（ｎ）∝ｅｘｐ［ｊ（θ１（ｎ）−θ３（ｎ））］・・・式（１３）
また、導出部５２は、第２ビート信号、第３ビート信号も次のように変形する。
ＥＢ（ｎ）∝ｅｘｐ［ｊ（θ２（ｎ）−θ１（ｎ））］・・・式（１４）
ＥＣ（ｎ）∝ｅｘｐ［ｊ（θ２（ｔ）−θ３（ｔ））］・・・式（１５）
【００４０】
導出部５２は、変形した第１ビート信号に対して、τ時間に生じる位相変動を次のように導出する。
ΔθＡ（ｎ，τ）＝ａｒｇ（ＥＡ（ｎ＋τ）ＥＡ（ｎ）＊）・・・式（１６）
また、導出部５２は、第２ビート信号、第３ビート信号に対しても、τ時間に生じる位相変動を次のように導出する。
ΔθＢ（ｎ，τ）＝ａｒｇ（ＥＢ（ｎ＋τ）ＥＢ（ｎ）＊）・・・式（１７）
ΔθＣ（ｎ，τ）＝ａｒｇ（ＥＣ（ｎ＋τ）ＥＣ（ｎ）＊）・・・式（１８）
【００４１】
第１ビート信号、第２ビート信号、第３ビート信号に対して、位相変動の分散と線幅との関係は、次のように示される。
【数１】
2018096939.tif 000003
そのため、導出部５２は、次のようにδｆ１、δｆ２、δｆ３をそれぞれ導出する。
【数２】
2018096939.tif 000004
このように導出部５２は、抽出部５０において抽出した３つのビート成分のそれぞれのビート位相差の位相変動の分散をもとに、少なくとも１つの線幅を導出する。つまり、δｆ１、δｆ２、δｆ３のうちの少なくとも１つが導出される。
【００４２】
本実施例によれば、三波による干渉位相ダイバーシティを実行するので、異なった光間のビート成分が含まれたビート信号を生成できる。また、三波による干渉位相ダイバーシティを実行するので、ビート位相差を取得できる。また、３つのビート成分のそれぞれのビート位相差の位相変動の分散を取得するので、少なくとも１つの線幅を簡易かつ高精度に線幅を測定できる。
【００４３】
本開示の一態様の概要は、次の通りである。本開示のある態様の線幅測定装置は、互いに異なった周波数を有する第１の光と第２の光と第３の光とを入力する入力部と、入力部において入力した第１の光と第２の光と第３の光とを合波することによって、異なった光間のビート成分が含まれたビート信号を生成する生成部と、生成部において生成したビート信号をもとに、第１の光と第２の光と第３の光のうちの少なくとも１つの線幅を導出する解析部と、を備える。
【００４４】
この態様によると、３つの光を合波することによって、異なった光間のビート成分が含まれたビート信号を生成するので、簡易かつ高精度に線幅を測定できる。
【００４５】
生成部は、入力部において入力した第１の光と第２の光とを合波する第１合波部と、入力部において入力した第１の光と第３の光とを合波する第２合波部と、第１合波部において合波した光と、第２合波部において合波した光とを合波する第３合波部と、第１合波部において合波した光と、第２合波部において合波した光を９０°位相シフトさせた光とを合波する第４合波部と、を備えてもよい。この場合、三波による干渉位相ダイバーシティを実行するので、異なった光間のビート成分が含まれたビート信号を生成できる。
【００４６】
生成部は、入力部において入力した第１の光と第２の光とを合波する第１合波部と、第１合波部において合波した光と、入力部において入力した第３の光とを合波する第２合波部と、を備えてもよい。この場合、三波による干渉へテロダインを実行するので、異なった光間のビート成分が含まれたビート信号を生成できる。
【００４７】
解析部は、生成部において生成したビート信号から３つのビート成分を抽出する抽出部と、抽出部において抽出した３つのビート成分のそれぞれのビート周波数の幅をもとに、少なくとも１つの線幅を導出する導出部と、を備えてもよい。この場合、３つのビート成分のそれぞれのビート周波数の幅を取得するので、少なくとも１つの線幅を簡易かつ高精度に線幅を測定できる。
【００４８】
解析部は、生成部において生成したビート信号から３つのビート成分を抽出する抽出部と、抽出部において抽出した３つのビート成分のそれぞれのビート位相差の位相変動の分散をもとに、少なくとも１つの線幅を導出する導出部と、を備えてもよい。この場合、３つのビート成分のそれぞれのビート位相差の位相変動の分散を取得するので、少なくとも１つの線幅を簡易かつ高精度に線幅を測定できる。
【００４９】
以上、本開示を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００５０】
本実施例１、２において、線幅測定装置１００には３つのレーザ装置１０が接続されている。しかしながらこれに限らず例えば、線幅測定装置１００には４以上のレーザ装置１０が接続されてもよい。本変形例によれば、構成の自由度を向上できる。
【００５１】
本実施例１、２において、線幅測定装置１００には３つのレーザ装置１０が接続されている。しかしながらこれに限らず例えば、１つのレーザ装置１０における線幅を測定する場合、２つのレーザ装置１０が線幅測定装置１００に内蔵されてもよい。本変形例によれば、構成の自由度を向上できる。
【符号の説明】
【００５２】
１０  レーザ装置、  ２０  入力部、  ２２  生成部、  ２４  解析部、  ３０  合波部、  ３２  光検出部、  ３４  １−ｃｈＡＤＣ、  ５０  抽出部、  ５２  導出部、  １００  線幅測定装置。
【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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