(57)【要約】      （修正有）【課題】反射スペクトルにおけるディップ波長の位置を正確に測定し、光位相変調器の位相変化を正確に測定することができる装置の提供。【解決手段】反射型の光位相変調器１２の位相変化を測定する装置であって、光源１５と、上記光源１５からの光ビームを上記光位相変調器１２に入射する光コリメータレンズ１１と、上記光コリメータレンズ１１から光位相変調器１２への光ビームの光軸上に配置される光ビームスプリッタ１３と、上記光源１５から入力光と上記光コリメータレンズ１１から出力される上記反射光を分離する光サーキュレータ１４と、上記光コリメータレンズ１１から出力された反射光について反射スペクトルを測定する光波長スペクトル測定手段１６とを備え、上記光ビームの光軸を、測定対象の上記光位相変調器１２の反射面の法線に対して傾けることにより上記反射スペクトルに深いディップが得られるようにしたことを特徴とする光位相変化測定装置。【選択図】図３
2011038992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射型の光位相変調器の位相変化を測定する装置であって、
広帯域の波長の光を同時に出力する手段または光の波長を掃引して出力する手段を有する光源と、
前記光源からの出力光を集光して、前記光位相変調器に光ビームとして入射し、かつ前記光位相変調器からの反射光を受光して出力する光コリメータレンズと、
前記光コリメータレンズから光位相変調器への光ビームの光軸上に配置され、前記光ビームの一部を前記光コリメータレンズに反射し、一部を前記光位相変調器へ透過する光ビームスプリッタと、
前記光源から前記光コリメータレンズへの入力光と前記光コリメータレンズから出力される前記反射光を分離する光サーキュレータと、
前記光コリメータレンズから出力された反射光について反射スペクトルを測定する光波長スペクトル測定手段とを備え、
前記光ビームの光軸を、測定対象の前記光位相変調器の反射面の法線に対して傾けることにより前記反射スペクトルに深いディップが得られるようにしたことを特徴とする光位相変化測定装置。
【請求項２】
反射型の光位相変調器の位相変化を測定する装置であって、
広帯域の波長の光を同時に出力する手段または光の波長を掃引して出力する手段を有する光源と、
前記光源からの出力光を集光して、前記光位相変調器に光ビームとして入射し、かつ前記光位相変調器からの反射光を受光して出力する光コリメータレンズと、
前記光コリメータレンズから光位相変調器への光ビームの光軸上に配置され、前記光ビームの一部を前記光コリメータレンズに反射し、一部を前記光位相変調器へ透過する光ビームスプリッタと、
前記光源から前記光コリメータレンズへの入力光と前記光コリメータレンズから出力される反射光を分離する光サーキュレータと、
前記光コリメータレンズから出力された反射光について反射スペクトルを測定する光波長スペクトル測定手段とを備え、
前記光ビームスプリッタの反射面の法線を、光ビームの光軸に対して傾けることにより前記反射スペクトルに深いディップが得られるようにしたことを特徴とする光位相変化測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光位相変調器の位相変化を測定する装置に関し、より詳細には、反射型の光位相変調器の位相変化を、光位相変調器と、その前面に配置された光ビームスプリッタとの間での多重干渉による反射スペクトルの変化として測定するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の光通信ネットワークの大容量化・高速化に伴い、光の位相を制御する光デバイスが重要となってきている。光位相変調器は、電圧などの外部入力信号に応じて、入力光の位相に変化を与えて出力する光デバイスであり、電気光学効果を示す材料や液晶を用いて構成されたものが知られている。これらの光位相変調器を実際に使用する場合には、入力信号に対して出力光の位相がどのように変化するかという特性を正確に把握する必要がある。
【０００３】
光位相変調器の位相変化を測定する方法として、反射型の光位相変調器の場合には、その前面に光ビームスプリッタを配置して、光ビームスプリッタと光位相変調器との間での多重干渉による反射スペクトルの変化として測定する方法がある。これは、ファブリ・ペロー（Fabry-Perot）干渉計の片側を高反射率としたものに相当し、ジール・トゥルノワ（Gires-Tournois）干渉計と呼ばれる（非特許文献１）。ジール・トゥルノワ干渉計は、光学系が一直線上に配置されているので光軸調整が容易であること、単一偏波の位相変化を直接観測できること、などの特長がある。ジール・トゥルノワ干渉計の反射スペクトルには、以下に説明するように、多重干渉によるディップが現れるので、その中心波長の変化を測定することで、光位相変調器の位相変化を求めることができる。
【０００４】
図１は、ジール・トゥルノワ干渉計を用いた位相変調器の光位相変化を測定する装置の概略構成を示す図である。図１に示す装置では、広帯域光源５からの光を光コリメータレンズ１により集光して光ビームとして測定対象の光位相変調器２に入射する。光位相変調器２の前面の光軸上には光ビームスプリッタ３が配置されている。光ビームスプリッタ３は、光ビームの一部を光コリメータレンズ１に反射するとともに、一部を光位相変調器２へ透過する。そして、光ビームスプリッタ３および光位相変調器２からの反射光を、再び光コリメータレンズ１で受光する。さらに光コリメータレンズ１から出力される反射光を光サーキュレータ４により光スペクトラムアナライザ６へ導いて観測する。
【０００５】
従来の測定装置では、光ビームスプリッタ３および光位相変調器２は、光コリメータレンズ１への反射光パワーが最大になるように配置されていた。すなわち、光ビームスプリッタ３および光位相変調器２の反射面の法線が光ビームに対して垂直になるように調整されるのが常であった。このとき、多重干渉による反射スペクトルは次式（１）で表わされる。
【０００６】
【数１】
2011038992.tif 000003
【０００７】
ここで、Ｒ１、Ｒ２はそれぞれ光ビームスプリッタ３、光位相変調器２の反射率である。式（１）においてφは多重干渉光の位相差であり、次式（２）で表わされる。
【０００８】
【数２】
2011038992.tif 000004
【０００９】
ここで、Ｌは光ビームスプリッタ３と光位相変調器２との距離であり、Ψは光位相変調器２が与える位相である。従来の光位相変化測定装置において、広帯域光源５からの光を波長掃引して検出し、その反射光スペクトルを測定すると、位相がφ＝（２ｍ＋１）πとなるとき、すなわち次式（３）の関係式を満たす波長λmに反射率が極小となるディップが現れる。
【００１０】
【数３】
2011038992.tif 000005
【００１１】
ここで、ｍは負でない整数である。ディップは、式(３)を満たす位置に複数現れる。隣接するディップの波長間隔Δλは、次式（４）で表わされる。
【００１２】
【数４】
2011038992.tif 000006
【００１３】
また、位相変調器２に外部信号を入力して、光ビームスプリッタ３への反射光の位相をδΨだけ変化させた場合には、ディップ波長の位置は次式（５）にしたがって、δλmだけ変化する。
【００１４】
【数５】
2011038992.tif 000007
【００１５】
よって、ディップ波長λmがディップ間隔Δλに対してどれだけ変化したかを測定することで、式（５）から位相変調器の光位相変化δΨを測定することができる。
【００１６】
反射スペクトルにおけるディップ波長は、広帯域光源５と光スペクトラムアナライザ６の組合せ、もしくは、波長掃引光源と光パワー検出器の組合せを用いて、高精度で測定することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】F. Gires and P. Tournois, “Interf▲e▼rom▲e▼tre utilisable pour la compression d'impulsions lumineuses modul▲e▼es en fr▲e▼quence,” C. R. Acad. Sc. Paris, vol. 258, pp. 6112-6115, 1964.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、前記の従来の測定装置では、反射スペクトルにおけるディップの波長位置を正確に測定するためには、光ビームスプリッタ３と光位相変調器２の反射率を一致させなければならないという問題があった。これは、ディップの深さが、光ビームスプリッタの反射率Ｒ１と光位相変調器の反射率Ｒ２の関係で決まるためである。式(１)からディップにおける反射光パワーを求めると、次式のようになる。
【００１９】
【数６】
2011038992.tif 000008
【００２０】
式(６)から、Ｒ１とＲ２が等しいときディップにおける反射率は零となるが、Ｒ１とＲ２の差が大きくなるほどＩ（π）が大きくなるので、図２に示すようにディップは浅くなることが分かる。ディップが浅くなると、その中心波長を峻別し難く、ディップの波長位置を正確に測定するのが困難になる。そのため、従来の光位相変化測定装置では、光位相変調器の反射率に合わせた反射率を持つ光ビームスプリッタを用意する必要があった。
【００２１】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光位相変調器と光ビームスプリッタの反射率とが一致しない場合であっても、反射スペクトルにおけるディップ波長の位置を正確に測定し、光位相変調器の位相変化を正確に測定することができる装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
このような目的を達成するために、請求項１に係る光位相変化測定装置は、反射型の光位相変調器の位相変化を測定する装置であって、広帯域の波長の光を同時に出力する手段または光の波長を掃引して出力する手段を有する光源と、上記光源からの出力光を集光して、上記光位相変調器に光ビームとして入射し、かつ上記光位相変調器からの反射光を受光して出力する光コリメータレンズと、上記光コリメータレンズから光位相変調器への光ビームの光軸上に配置され、上記光ビームの一部を上記光コリメータレンズに反射し、一部を上記光位相変調器へ透過する光ビームスプリッタと、上記光源から上記光コリメータレンズへの入力光と上記光コリメータレンズから出力される上記反射光を分離する光サーキュレータと、上記光コリメータレンズから出力された反射光について反射スペクトルを測定する光波長スペクトル測定手段とを備え、上記光ビームの光軸を、測定対象の上記光位相変調器の反射面の法線に対して傾けることにより上記反射スペクトルに深いディップが得られるようにしたことを特徴とする。
【００２３】
また、請求項２に係る光位相変化測定装置は、反射型の光位相変調器の位相変化を測定する装置であって、広帯域の波長の光を同時に出力する手段または光の波長を掃引して出力する手段を有する光源と、上記光源からの出力光を集光して、上記光位相変調器に光ビームとして入射し、かつ上記光位相変調器からの反射光を受光して出力する光コリメータレンズと、上記光コリメータレンズから光位相変調器への光ビームの光軸上に配置され、上記光ビームの一部を上記光コリメータレンズに反射し、一部を上記光位相変調器へ透過する光ビームスプリッタと、上記光源から上記光コリメータレンズへの入力光と上記光コリメータレンズから出力される反射光を分離する光サーキュレータと、上記光コリメータレンズから出力された反射光について反射スペクトルを測定する光波長スペクトル測定手段とを備え、上記光ビームスプリッタの反射面の法線を、光ビームの光軸に対して傾けることにより上記反射スペクトルに深いディップが得られるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の一態様によれば、ジール・トゥルノワ干渉計を用いた光位相変化測定装置において、光ビームスプリッタと光位相変調器の等価的な反射率を調整することができるので、光ビームスプリッタと光位相変調器の反射率が異なっている場合でも、反射スペクトルに深いディップを得ることができる。これにより、ディップの波長位置を正確に測定することが可能となり、光位相変調器の位相変化を正確に測定する装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来の光位相変化測定装置の構成を示す図である。
【図２】従来の光位相変化測定装置の光ビームスプリッタと光位相変調器との反射率の差が大きい場合の反射スペクトルを示す図である。
【図３】本発明に係る光位相変化測定装置の構成の一例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の光位相変化測定装置で測定した反射スペクトルを示す図である。
【図５】本発明に係る別の光位相変化測定装置の構成の一例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の光位相変化測定装置で測定した反射スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。  
（第１の実施形態）
図３は、第１の実施形態の光位相変化測定装置の構成の一例を示す図である。
この光位相変化測定装置は、光コリメータレンズ１１と、光ビームスプリッタ１３、光サーキュレータ１４、広帯域光源１５、光スペクトラムアナライザ１６とを備えてなる。
【００２７】
広帯域光源１５は、広帯域の波長の光を同時に出力する。
【００２８】
光コリメータレンズ１１は、光源１５からの出力光を集光して、測定対象である反射型の光位相変調器１２に光ビームとして入射し、かつ光位相変調器１２からの反射光を受光して光サーキュレータ１４に出力する。光ビームの光軸が測定対象となる光位相変調器１２の反射面の法線に対して傾くよう構成されている。例えば、光位相変調器１２が光位相変化測定装置の光軸に対して傾くように光位相変調器１２の支持体（図示せず）を構成すればよい。
【００２９】
光ビームスプリッタ１３は、光コリメータレンズ１１から出射した光ビームの一部をコリメータレンズ１１に反射し、一部を前記光位相変調器１２へ透過する。
【００３０】
光サーキュレータ１４は、広帯域光源１５からの光を光コリメータレンズ１１に入力し、光コリメータレンズ１１からの出力された反射光を光スペクトラムアナライザ１６へ導く。光スペクトラムアナライザ１６は、光コリメータレンズ１１から出力された反射光について反射スペクトルを測定する。
【００３１】
なお、図３の広帯域光源が無偏光の場合には、偏光子もしくは偏波ビームスプリッタを置くことで、光位相変調器に入射する光の偏光方向を規定することができる。
【００３２】
本実施形態の装置構成は、通常のジール・トゥルノワ干渉計と異なり、光ビームの光軸が測定対象となる光位相変調器１２の反射面の法線に対して傾くよう構成されていることが特徴である。ここで、光位相変調器１２の反射面に対する光ビームの光軸の傾きについて説明する。本実施形態の光位相変化測定装置における多重干渉による反射スペクトルと光ビームスプリッタ１３の反射率Ｒ１および光位相変調器１２の反射率Ｒ２との関係は次式（７）で示される。
【００３３】
【数７】
2011038992.tif 000009
【００３４】
式（７）のαは、光位相変調器１２の反射面の法線を光ビームの光軸に対して傾くように構成したことによる反射光パワーの変化を表わす因子（α≦1）である。光位相変調器１２の反射面の法線が光ビームの光軸に対して傾いていないときに対する光パワー比がαで示されている。すなわち式（７）は、光位相変調器１２が傾くよう構成したことが、光位相変調器１２の反射率が等価的にα倍に低下したことに相当することを示している。したがって、本実施形態の光位相変化測定装置では、式（７）におけるαＲ２の項を光ビームスプリッタ１３の反射率Ｒ１に合わせるように、ビームの光軸が光位相変調器１２の反射面の法線に対して傾くように調整して、反射スペクトルに深いディップが得ることができるようにしている。好ましくは、ディップの深さが−１０ｄＢとなるように光位相変調器１２が傾くよう調整される。
【００３５】
図３の光位相変化測定装置を用いた光位相変化の測定方法について説明する。図３に示す光位相変化測定装置では、光位相変調器１２の反射面の法線に対する光ビームの光軸の傾きがあらかじめ調整される。例えば、光位相変調器１２の反射面の傾きを調整しながら、広帯域光源１５からの出力光を光ビームスプリッタ１３および光位相変調器１２に入射し、その反射光のスペクトルを光スペクトラムアナライザ１６で測定する。測定したスペクトルにおいて図４に示すような深いディップが得られたら、光位相変調器１２の反射面の法線に対する光ビームの光軸の傾きを決定する。
【００３６】
まず、光位相変調器１２が動作していない状態で、図３の光位相変化測定装置により反射光のスペクトルを測定し、ディップ波長λｍとディップ間隔Δλとを特定する。また、光位相変調器１２を動作させた状態で、図３の光位相変化測定装置により反射光のスペクトルを測定し、ディップ波長λｍ’を特定する。
【００３７】
次に、上記の２つの状態におけるディップ波長変化量δλｍ＝λｍ’−λｍを求めると、次式（５）に基づいて位相変調器の位相変化δΨを決定できる。
【００３８】
【数８】
2011038992.tif 000010
【００３９】
（実施例１）
従来の光位相変化測定装置と本実施形態の光位相変化測定装置とにおいて、反射率Ｒ１＝０．５の光ビームスプリッタ３、１３と、反射率Ｒ２＝０．９の光位相変調器２、１２とを用いて、それぞれ反射スペクトルを測定した。ここで、光ビームスプリッタ３、１３と光位相変調器２、１２との距離はＬ＝１．５ｍｍとした。また、反射スペクトルの測定は波長１．５５μｍ付近で行った。
【００４０】
まず、比較例として、光ビームスプリッタ３と反射型の光位相変調器２から光コリメータレンズ１への反射光パワーが最大になるように構成された従来の光位相変化測定装置において反射スペクトルを測定する。従来の光位相変化測定装置は図１に示すように、光ビームスプリッタ３と反射型の光位相変調器２の反射面がいずれも光ビームに対して垂直になるように調整されている。この場合は、図２のような反射スペクトルが得られた。反射スペクトルには、波長間隔がおおよそΔλ＝０．８ｎｍのディップが観測された。しかしながら、図２の反射スペクトルにおける、ディップ深さはわずか−２．７ｄＢであった。ディップ波長の特定が困難であった。
【００４１】
次に、実施例として、反射型光位相変調器からの反射光パワーが対入力光パワー比で０．７（反射面が垂直な場合のＲ２に比べて−１．１ｄＢ低下）になるように構成された本実施形態の光位相変化測定装置において反射スペクトルを測定する。本実施形態の光位相変化測定装置は図３に示すように、光位相変調器の反射面に対して光ビームの光軸が傾けて調整されているので、図４のような反射スペクトルが得られ、ディップにおける反射率は−１０ｄＢとなり、ディップの波長位置を正確に測定するのに充分な深さが得られた。図４の反射スペクトルからディップ波長の特定が容易であった。
【００４２】
（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態の光位相変化測定装置の構成の一例を示す図である。本実施形態の光位相変化測定装置は、光位相変調器１２の反射面の法線に対する光ビームの光軸の傾きが調整されて反射スペクトルに深いディップが得られるようにする第１の実施形態の構成に代えて、光ビームの光軸に対する光ビームスプリッタ１３の傾きを調整して反射スペクトルに深いディップが得られるようにしたものである。なお、図５において、図３と同一構成は同一符号を付してその説明を省略する。
【００４３】
ここで、光ビームスプリッタ１３の反射面の傾きについて説明する。本実施形態の光位相変化測定装置における多重干渉による反射スペクトルは次式（８）で示される。
【００４４】
【数９】
2011038992.tif 000011
【００４５】
式（８）のβは、光ビームスプリッタ１３の反射面を傾けたことによる反射光パワーの変化を表わす因子（β≦1）である。光ビームスプリッタ１３の反射面の法線が光ビームの光軸に対して傾いていないときに対する光パワー比がβで示されている。式(８)は、光ビームスプリッタ１３の反射面を傾けることが、光ビームスプリッタ１３の反射率が等価的にβ倍に低下するとともに、光位相変調器１２からの多重反射のうち、２回目以降の反射率が等価的にβの２乗に比例して低下することに相当することを示している。したがって、本実施形態の光位相変化測定装置では、結果的に、光位相変調器１２の反射率の変化の方が大きいので、光ビームスプリッタ１３の反射率と光位相変調器１２の反射率が実質的に等価となるように、光ビームスプリッタ１３の反射面の法線が光ビームの光軸に対して傾くように調整して、反射スペクトルに深いディップを得ることができるようにしている。好ましくは、ディップの深さが−１０ｄＢとなるように光ビームスプリッタ１３が傾くよう調整される。
【００４６】
図５の光位相変化測定装置を用いた光位相変化の測定方法について説明する。図５に示す光位相変化測定装置は、光ビームの光軸に対する光ビームスプリッタ１３の反射面の法線の傾きが予め調整されている。光ビームスプリッタ１３の傾きを調整するには、例えば、広帯域光源１５からの出力光を光ビームスプリッタ１３および光位相変調器１２に入射し、その反射光のスペクトルを光スペクトラムアナライザ１６で測定する。測定したスペクトルにおいて図６に示すような深いディップが得られたら、光ビームスプリッタ１３の反射面の法線の光ビームの光軸に対する傾きが決定される。
【００４７】
光ビームスプリッタ１３の傾きが調整された図５に示す光位相変化測定装置において第１の実施形態と同様に光位相変化を測定する。
【００４８】
（実施例２）
従来の光位相変化測定装置と本実施形態の光位相変化測定装置とにおいて、反射率Ｒ１＝０．５の光ビームスプリッタ３、１３と、反射率Ｒ２＝０．９の光位相変調器２、１２とを用いて、それぞれ反射スペクトルを測定した。
【００４９】
まず、比較例として、光ビームスプリッタ３と反射型の光位相変調器２から光コリメータレンズ１への反射光パワーが最大になるように構成された従来の光位相変化測定装置において反射スペクトルを測定する。従来の光位相変化測定装置は図１に示すように、光ビームスプリッタ３と反射型の光位相変調器２の反射面がいずれも光ビームに対して垂直になるように調整されている。この場合は、図２のような反射スペクトルが得られた。図２の反射スペクトルにおける、ディップ深さはわずか−２．７ｄＢであった。ディップ波長の特定が困難であった。
【００５０】
次に、実施例として、光ビームスプリッタからの反射光パワーが対入力光パワー比で０．３５（反射面が垂直な場合のＲ１に比べて−１．５ｄＢ低下）になるように構成された本実施形態の光位相変化測定装置において反射スペクトルを測定する。光ビームスプリッタ１３の反射面をこのように傾けることで、光位相変調器１２からの多重反射のうち、２回目以降の反射率は等価的に０．４４に低下することになる。本実施形態の光位相変化測定装置は図５に示すように、光ビームスプリッタの反射面を傾けて調整されているので、図６のような反射スペクトルが得られ、ディップにおける反射率は−１０ｄＢとなり、ディップの波長位置を正確に測定するのに充分な深さが得られた。
【００５１】
なお、以上の実施形態では、光源として広帯域光源１５を用い、光波長スペクトル測定手段として光スペクトルアナライザ１６を用いた場合を例に挙げて説明したが、広帯域光源１５に代えて光の波長を掃引して出力する波長掃引光源を用い、光スペクトラムアナライザ１６の代わりに光パワー検出器を用いてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１、１１  光コリメータレンズ
２、１２  反射型光位相変調器
３、１３  光ビームスプリッタ
４、１４  光サーキュレータ
５、１５  広帯域光源
６、１６  光スペクトラムアナライザ
【図１】
2011038992.tif 000012
【図２】
2011038992.tif 000013
【図３】
2011038992.tif 000014
【図４】
2011038992.tif 000015
【図５】
2011038992.tif 000016
【図６】
2011038992.tif 000017