(57)【要約】【課題】光導波路のみから構成される受動素子の入出力光導波路のスポットサイズをチップ・バー状態のまま簡易に測定する。【解決手段】制御装置が、入力光ファイバ、受動素子および出力光ファイバとの間の調芯を行う第１ステップと、受光器の光出力強度のピーク値が得られた位置を中心として、前記出力光ファイバ載置台を光軸方向に対して垂直方向に移動させ、光軸方向に垂直な軸ずれ量に対する出射光のパワートレランス特性を取得する第２ステップと、前記パワートレランス特性から前記光出力強度がピーク値から−３ｄＢとなる軸ずれ量から受動素子の入出力光導波路のスポットサイズを算出する第３ステップとを備えた。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路のみから構成される受動素子の入出力光導波路のスポットサイズを測定する方法であって、前記受動素子の入力光導波路の入射端と入力光ファイバとが光学的に結合されるように、駆動装置により位置を制御することができる入力光ファイバ載置台と、前記受動素子の出力光導波路の出射端と出力光ファイバとが光学的に結合されるように、前記駆動装置により位置を制御することができる出力光ファイバ載置台と、前記入力光ファイバに出射光を出力するための光源と、前記出力光ファイバからの出射光の光出力強度を測定するための受光器と、前記駆動装置と前記受光器とに接続された制御装置とを備えたスポットサイズ測定装置を用いたスポットサイズ測定方法において、
前記入力光ファイバおよび前記出力光ファイバは、既知のスポットサイズを有し、
前記制御装置が、前記入力光ファイバ、前記受動素子および前記出力光ファイバとの間の調芯を行う第１ステップと、
前記受光器の光出力強度のピーク値が得られた位置を中心として、前記出力光ファイバ載置台を光軸方向に対して垂直方向に移動させ、光軸方向に垂直な軸ずれ量に対する出射光のパワートレランス特性を取得する第２ステップと、
前記パワートレランス特性から前記光出力強度がピーク値から−３ｄＢとなる軸ずれ量から前記入出力光導波路のスポットサイズを算出する第３ステップと
を備えたことを特徴とするスポットサイズ測定方法。
【請求項２】
前記第３ステップは、前記光出力強度がピーク値から−３ｄＢとなる軸ずれ量の範囲を３ｄＢトレランス幅Ｔを算出し、前記既知のスポットサイズｗｆに応じた定数ａ，ｂとから、
ｗ＝ａ×Ｔ＋ｂ
により前記入出力光導波路のスポットサイズｗを算出することを特徴とする請求項１に記載のスポットサイズ測定方法。
【請求項３】
前記入力光ファイバおよび前記出力光ファイバの既知のスポットサイズは、１〜２μmであり、
ｗｆ＝１μｍのとき、ａ＝０．９９、ｂ＝−０．６３
ｗｆ＝２μｍのとき、ａ＝１．０５、ｂ＝−１．５３
であることを特徴とする請求項２に記載のスポットサイズ測定方法。
【請求項４】
光導波路のみから構成される受動素子の入出力光導波路のスポットサイズを測定するスポットサイズ測定装置であって、
前記受動素子の入力光導波路の入射端と入力光ファイバとが光学的に結合されるように、駆動装置により位置を制御することができる入力光ファイバ載置台と、
前記受動素子の出力光導波路の出射端と出力光ファイバとが光学的に結合されるように、前記駆動装置により位置を制御することができる出力光ファイバ載置台と、
前記入力光ファイバに出射光を出力するための光源と、
前記出力光ファイバからの出射光の光出力強度を測定するための受光器と、
前記駆動装置と前記受光器とに接続された制御装置とを備え、
前記入力光ファイバおよび前記出力光ファイバは、既知のスポットサイズを有し、
前記制御装置は、前記入力光ファイバ、前記光学部品および前記出力光ファイバとの間の調芯を行い、前記受光器の光出力強度のピーク値が得られた位置を中心として、前記出力光ファイバ載置台を光軸方向に対して垂直方向に移動させ、光軸方向に垂直な軸ずれ量に対する出射光のパワートレランス特性を取得し、前記パワートレランス特性から前記光出力強度がピーク値から−３ｄＢとなる軸ずれ量からスポットサイズを算出することを特徴とするスポットサイズ測定装置。
【請求項５】
前記入力光ファイバおよび前記出力光ファイバは、先球加工ファイバであることを特徴とする請求項４に記載のスポットサイズ測定装置。
【請求項６】
前記出力光ファイバは、レンズ集積されたファイバモジュールであることを特徴とする請求項４に記載のスポットサイズ測定装置。
【請求項７】
前記入力光ファイバおよび前記出力光ファイバの既知のスポットサイズは、１〜２μmであることを特徴とする請求項４、５または６に記載のスポットサイズ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スポットサイズ測定方法およびその装置に関し、より詳細には、光導波路のみから構成される受動素子の入出力光導波路のスポットサイズをチップ・バー状態のまま簡易に測定するスポットサイズ測定方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光伝送システムに用いられる光モジュールは、発光素子、受光素子、レンズ、プリズムなどの光学部品から構成され、空間光学系でそれぞれ結合されたり、光導波路、光ファイバを用いて光学的に結合されている。光モジュールの設計に際しては、これら光学部品同士の結合のために、個々の光部品のスポットサイズを予め把握しておく必要がある。光学部品のスポットサイズの測定は、遠視野像（ＦＦＰ）の測定から算出できることが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
図１に、従来のスポットサイズ測定系の構成を示す。発光素子１０１と受光素子１０２とが測定台に載置され、外気温、対流等の擾乱を避けるために暗箱１０４に収容されている。発光素子１０１と受光素子１０２とは、制御装置１０３に接続されている。受光素子１０２は、発光素子１０１の出射端を中心として、等距離Ｒの球面上のｘｚ平面およびｙｚ平面において、弧を描くように移動することができる（受光素子１０２を固定し、発光素子１０１を回転させてもよい）。このとき、出射光軸をｚ方向とする。
【０００４】
制御装置１０３は、所定の光パワーで発光素子１０１を発光させ、受光素子１０２を移動させながら、回転角θに対する光出力強度を測定する。発光素子１０１の出射光をガウシアンビームと仮定した場合、光出力強度のピーク値の１／２となる角度の２倍、すなわち半値全幅（ＦＷＨＭ）から、ピーク値の１／ｅ２となる角度θ０を求める。この角度θ０からスポットサイズｗを求めることができる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
図２に、スポットサイズとＦＦＰのＦＷＨＭとの関係を示す。スポットサイズは、半導体レーザで１μｍ程度、シングルモード光ファイバで５μｍ程度である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】河野健治著「光デバイスのための光結合系の基礎と応用」現代工学社（ISBN4-87472-151-6 C）, p 162
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した測定系においては、発光素子１０１は、測定用のキャリアに固定実装され、測定台に載置され、さらに制御装置１０３から電流注入できるように、電気配線が接続される。このため、実用に供する光モジュールに搭載する発光素子そのものを、測定系に組み込むことは困難であった。
【０００８】
また、光導波路のみから構成される受動素子、例えばカプラーなどに対しては、ＦＦＰの測定のために、外部から光を入力する必要がある。このため、光ファイバ、レンズなどを実装した測定用のキャリアを特別に作製しなければならず、大きな労力を要した。
【０００９】
図１に示した測定系は、機械式のＦＦＰ測定装置に分類されるが、これ以外にもカメラ式のＦＦＰ測定装置が知られている。しかしながら、受動素子に対しては測定用のキャリアを作製する必要がある点は、機械式と同様である。一般的に、ＦＦＰ測定装置は大変高価であり、スポットサイズ測定のために導入するにはコスト的な困難が伴う。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、光導波路のみから構成される受動素子の入出力光導波路のスポットサイズをチップ・バー状態のまま簡易に測定するスポットサイズ測定方法およびその装置を提供することにある。
【００１１】
本発明は、このような目的を達成するために、スポットサイズ測定装置の一実施態様は、前記受動素子の入力光導波路の入射端と入力光ファイバとが光学的に結合されるように、駆動装置により位置を制御することができる入力光ファイバ載置台と、前記受動素子の出力光導波路の出射端と出力光ファイバとが光学的に結合されるように、前記駆動装置により位置を制御することができる出力光ファイバ載置台と、前記入力光ファイバに出射光を出力するための光源と、前記出力光ファイバからの出射光の光出力強度を測定するための受光器と、前記駆動装置と前記受光器とに接続された制御装置とを備え、前記入力光ファイバおよび前記出力光ファイバは、既知のスポットサイズを有し、前記制御装置は、前記入力光ファイバ、前記光学部品および前記出力光ファイバとの間の調芯を行い、前記受光器の光出力強度のピーク値が得られた位置を中心として、前記出力光ファイバ載置台を光軸方向に対して垂直方向に移動させ、光軸方向に垂直な軸ずれ量に対する出射光のパワートレランス特性を取得し、前記パワートレランス特性から前記光出力強度がピーク値から−３ｄＢとなる軸ずれ量からスポットサイズを算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、スポットサイズが既知の光ファイバを用いて、パワートレランス特性を取得し、光出力強度がピーク値から−３ｄＢとなる軸ずれ量の幅である３ｄＢトレランス幅を用いて、スポットサイズを導出するので、光導波路のみから構成される受動素子の入出力光導波路のスポットサイズを簡易に測定することができる。
【００１３】
また、本発明によれば、測定の対象となる受動素子は、チップまたはバー状態のまま測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来のスポットサイズ測定系の構成を示す図である。
【図２】スポットサイズとＦＦＰのＦＷＨＭとの関係を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかるスポットサイズ測定装置を示す構成図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかるスポットサイズ測定方法を示すフローチャートである。
【図５】光学部品Ａ，Ｂのパワートレランス特性を示す図である。
【図６】３ｄＢトレランス幅とスポットサイズとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
図３に、本発明の一実施形態にかかるスポットサイズ測定装置を示す。スポットサイズ測定の対象となる光学部品４は、サンプル載置台５に固定される。光学部品４の入射端側には、光源１に接続された入力光ファイバ２が、入力光ファイバ載置台３に固定され、入力光ファイバ２の出射端と光学部品４の入射端とが光学的に結合されている。光学部品４の出射端側には、受光器９に接続された出力光ファイバ６が、出力光ファイバ載置台７に固定され、出力光ファイバ６の入射端と光学部品４の出射端とが光学的に結合されている。さらに、スポットサイズ測定装置は、入力光ファイバ載置台３と出力光ファイバ載置台７との位置を制御する駆動装置８と、駆動装置８と受光器９に接続され、パワートレランスを取得する制御装置１０とを備えている。
【００１７】
測定の対象となる光学部品４は、光導波路のみから構成される受動素子であって、例えば、半導体基板上に一体的に集積された光導波路から構成される光集積素子だけでなく、ＰＬＣ導波路、シリコン細線導波路、ＬＮ導波路等の受動素子であれば何でも構わない。光学部品４の形状は、チップ、バーであり、キャリアに実装されている必要はない。
【００１８】
図４に、本発明の一実施形態にかかるスポットサイズ測定方法を示す。光源１から入力光ファイバ２に所定の光パワーの出射光を出力させ、制御装置１０は、光学部品４の出射端から出力される出射光の光出力強度を受光器９により測定する。最初に、制御装置１０は、入力光ファイバ２と光学部品４の入射端、および光学部品４の出射端と出力光ファイバ７の光軸合わせ（調芯）を行う（ステップＳ１）。制御装置１０は、受光器９の光出力強度をモニタしながら、駆動装置８を制御し、受光器９の光出力強度のピーク値が得られたら、入力光ファイバ載置台３と出力光ファイバ載置台７との位置を固定する。
【００１９】
次に、制御装置１０は、駆動装置８を制御し、ピーク値が得られた出力光ファイバ載置台７の位置を中心として、出力光ファイバ載置台７のみを出射光軸（ｚ軸）方向に対してｘ軸およびｙ軸方向に移動させながら、光軸のずれに対する受光器９の光出力強度の変化を測定する（ステップＳ２）。これにより、光軸方向に垂直な軸ずれ量に対する出射光のパワートレランス特性を取得する（図５を参照して後述する）。
【００２０】
最後に、制御装置１０は、取得したパワートレランス特性から光出力強度がピーク値から−３ｄＢとなる軸ずれ量の幅である３ｄＢトレランス幅を用いて、光学部品４の出射端のスポットサイズを算出する（ステップＳ３）。サンプル載置台５を１８０度回転させ、ステップＳ１〜Ｓ３を繰り返すことにより、光学部品４の入射端のスポットサイズも算出することができる。
【００２１】
スポットサイズを算出する方法について説明する。ここで、使用する光ファイバ（入力光ファイバ２、出力光ファイバ７）のスポットサイズｗｆは１μｍで既知とする。光ファイバの種類は、先球加工ファイバが好適であるが、これに限られない。また、出力光ファイバに代えて、レンズ集積されたファイバモジュールを用いても構わない。
【００２２】
図５に、光学部品Ａ，Ｂのパワートレランス特性を示す。ｗｆ＝１μｍの先球加工光ファイバを使用し、光源１からの出射光波長は１５５０ｎｍである。ここで、３ｄＢトレランス幅Ｔは、光出力強度がピーク値から−３ｄＢとなる軸ずれ量の２倍の値となる。図５を参照すると、素子Ａで４．０μｍ、素子Ｂで１．６μｍと読み取れる。
【００２３】
図６に、３ｄＢトレランス幅とスポットサイズとの関係を示す。ｗｆ＝１μｍとｗｆ＝２μｍのときの３ｄＢトレランス幅Ｔに対するスポットサイズｗの変化を示す。ｗとＴの関係を次式に示す。
【００２４】
ｗ＝ａ×Ｔ＋ｂ：ｗｆ＝１（μｍ）のとき、ａ＝０．９９、ｂ＝−０．６３
つまり、スポットサイズｗは、３ｄＢトレランス幅Ｔに対し線形に変化する。上式より、ｗｆ＝１μｍのとき素子Ａではスポットサイズｗ＝３．３３μｍ、素子Ｂではｗ＝０．９５μｍと求めることができる。
【００２５】
ｗｆ＝２μｍの場合でも、同様にして測定は可能であり、その場合の３ｄＢトレランス幅Ｔは、素子Ａで４．６μｍ、素子Ｂで２．６μｍとなる。ｗとＴの関係式は、
ｗ＝ａ×Ｔ＋ｂ：ｗｆ＝２（μｍ）のとき、ａ＝１．０５、ｂ＝−１．５３
であり、素子Ａではスポットサイズｗ＝３．３μｍ、素子Ｂではｗ＝１．２６μｍと求めることができる。
【００２６】
図６を参照すると、３ｄＢトレランス幅Ｔが小さい領域、すなわちｗｆ＝１μｍの場合にはｗ＜１μｍの範囲、ｗｆ＝２μｍの場合にはｗ＜１．５μｍの範囲では、スポットサイズｗは３ｄＢトレランス幅Ｔに対して線形とならず、正確なスポットサイズｗ値の算出が困難になってくることがわかる。例えば、ｗｆ＝２μｍの場合、実際の素子Ｂのスポットサイズｗ＝１．０μｍに対して、上記の線形近似式から算出したスポットサイズはｗ＝１．２μｍとなってしまう。精度を上げるためには、より小さいスポットサイズを有する光ファイバを使用することが望ましい。一方、スポットサイズが１μｍより小さい先球加工ファイバは、実質的には作製が困難であり現実的でない。また、ｗｆ＝２μｍより大きくなると、スポットサイズｗが変化しても３ｄＢトレランス幅Ｔが変化しにくくなり（ａ＞１）、本実施形態の有効性が失われてしまう。従って、本実施形態においては、光ファイバのスポットサイズｗｆの範囲として１〜２μｍが好適である。
【００２７】
本実施形態によれば、高価なＦＦＰ装置を導入することなく、光導波路のみから構成される受動素子のスポットサイズを求めることができる。測定の対象となる光学部品は、チップ、バー状態のまま測定可能であり、キャリアに実装されている必要はない。従って、測定した光学部品を、そのまま光モジュールに実装することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１  光源
２  入力光ファイバ
３  入力光ファイバ載置台
４  光学部品
５  サンプル載置台
６  出力光ファイバ
７  出力光ファイバ載置台
８  駆動装置
９  受光器
１０  制御装置
【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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【図６】
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