(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力導波路と、
前記入力導波路に接続され、当該入力導波路の光出力を偏波変換する偏波変換回路と、
前記偏波変換された光信号を入射して戻り光として反射させる電気光学結晶と、
前記電気光学結晶で反射された光信号をＴＥ偏波またはＴＭ偏波に分離する第１の偏波分離回路と、
前記分離された各偏波の光信号をそれぞれ伝搬する出力導波路と
を含む電界検出装置において、
前記入力導波路と前記偏波変換回路との間に、前記入力導波路の光出力をＴＥ偏波またはＴＭ偏波に分離して前記ＴＥ偏波の光信号を前記偏波変換回路に出力する第２の偏波分離回路をさらに含む
ことを特徴とする電界検出装置。
【請求項２】
入力導波路と、
前記入力導波路に接続され、当該入力導波路の光出力を偏波変換する偏波変換回路と、
前記偏波変換された光信号を入射して戻り光として反射させる電気光学結晶と、
前記電気光学結晶で反射された光信号をＴＥ偏波またはＴＭ偏波に分離する第１の偏波分離回路と、
前記分離された各偏波の光信号をそれぞれ伝搬する出力導波路と
を含む電界検出装置において、
前記第１の偏波分離回路によって分離されたＴＥ偏波の光信号を入力してＴＥ偏波またはＴＭ偏波に分離する第３の偏波分離回路と、前記第１の偏波分離回路によって分離されたＴＭ偏波の光信号を入力してＴＥ偏波またはＴＭ偏波に分離する第４の偏波分離回路とをさらに含む
ことを特徴とする電界検出装置。
【請求項３】
前記第１の偏波分離回路は、２つのアーム導波路を有するマッハツェンダ干渉計で構成されており、
各アーム導波路には、光学軸に対して直交するように配置された波長板を有する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電界検出装置。
【請求項４】
前記第１の偏波分離回路によって分離されたＴＥ偏波の光信号を入力してＴＥ偏波またはＴＭ偏波に分離する第３の偏波分離回路と、前記第１の偏波分離回路によって分離されたＴＭ偏波の光信号を入力してＴＥ偏波またはＴＭ偏波に分離する第４の偏波分離回路とをさらに含む
ことを特徴とする請求項１に記載の電界検出装置。
【請求項５】
前記第１の偏波分離回路から前記出力導波路までの前記各偏波の光路長は、等しくなるように予め調整される
ことを特徴とする請求項２または４に記載の電界検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気光学効果を利用して電界強度の測定を行う偏波検出型の電界検出装置に関する。
【０００２】
電界検出装置は、電気光学効果を利用して電界強度の測定を行うために用いられる。特許文献１および非特許文献１に開示された検出器は、電界、磁界または／および圧力といった外界の物理量の変化に応じて光学特性が変化する電気光学結晶を備えており、この結晶内に、光を入射させ、その光の偏波状態の変化に基づいて上記外界の物理量の変化を計測するように構成されている。
【０００３】
また、特許文献２に開示された検出器は、プローブ光を伝送する偏波保持ファイバと、１／４波長板と、反射手段を有する電気光学結晶と、サーキュレータと、ビームスプリッタとを備える。このシステムでは、偏波保持ファイバを通過した光は、１／４波長板を介して、電気光学結晶に入射した後、反射手段によって反射した戻り光は、入射時と同じ経路を通って、サーキュレータおよびビームスプリッタを介して検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４８７５８３５号公報
【特許文献２】特開２０１０−１４５７９号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】都甲他２名、「より正確な電界計測を可能にする電気光学プローブ」、ＮＴＴ技術ジャーナル、２００６年６月、第２１−２４頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来の検出器は、金属材料を用いずに構成することが可能であり、測定したい電界または／および磁界の乱れを防止して電界を検出することできる。しかしながら、従来の検出器では、ファイバ内を伝搬する光の偏波状態の変化やファイバとの接続部分を伝搬する光の偏波状態の変化に対する対策が不十分であるという問題があった。また、ファイバを用いた偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ：Polarization Beam Splitter）の場合、偏波消波比が、キューブ型ＰＢＳよりも小さくなるため、検出精度を向上することができないという問題もあった。以下、検出器の動作原理を説明しながら、上記問題について詳細に説明する。
【０００７】
検出器に備えられる電気光学結晶では、光学結晶に印可される電界により屈折率が変化するように構成されている。電気光学結晶に対して特定の偏波状態の光が入射した場合、電気光学結晶内では、印加された電界強度に応じて、複屈折率が変化するため、電気光学結晶内を伝搬する光の偏波状態が変化する。この様子は、非特許文献１の図２に模式的に示してある。この偏波状態の変化は、外部電界によっても生じることになるが、その変化量は極めて小さい。したがって、偏波状態を検出する場合、外部電界による偏波状態の変化も検出できるように、高感度で行う必要がある。
【０００８】
一方、電気光学結晶に与えられる電界を検出するには、伝搬する光の偏波状態を維持する必要がある。
【０００９】
特許文献１の検出器の場合、光学センサー、ＰＢＳ、ビームスプリッタおよびレンズを含む光学素子が備えられる。そして、上記光学素子は、偏波保持ファイバで接続されている。偏波保持ファイバは、外部からの応力が変わると、ファイバ内を伝搬する光の偏波状態が変化してしまう。
【００１０】
また、非特許文献１の検出器の場合、フェルール内に、接着剤等を用いてファイバが固定されている。しかし、これらの固定時に、ファイバの接続位置がずれたり、あるいはファイバの回転（ねじれ）により異なる偏波が結合したりすることにより、偏波状態が変化し得る。また、ファイバとの接続部分において、接着剤が不均一のために、その接続部分に加わる応力が変化し、結果的に、偏波状態が変化し得る。このような偏波状態の変化が起因し、結果的にノイズが観測され得る。
【００１１】
ここで、下記表は、電気光学結晶の代表的な材料であるInＰおよびZnTeの物理定数より、波長λ＝1.55μm、および長さＬ＝4000μmの結晶を通過したときの光の位相変化量の計算結果を示してある。
【００１２】
なお、下記表では、比較のため、電気光学効果を持たない光ファイバの材料である石英（Silica）についての計算結果も示してある。
【００１３】
【表１】
0006539227.tif 000002
【００１４】
上記表において、ｎ0＝電界がないときの屈折率、Δφ＝(2π/λ)・Δn・L、Δn(E)＝(1/2)・n03・r・E、Δn(T)＝(dn/dT)・T、λ＝1.55μm、L＝4000μmとする。
【００１５】
上記表において、InＰ結晶の場合、電気光学効果（ポッケルス効果）の係数は、1.3pm/Vである。3V/mの電界強度の電界中に電気光学結晶を設けた場合、位相は、電界が無い場合に比べて、1×10-6[rad] 変化することになる。同様に、ZnTe結晶の場合でも、位相は２倍程度に大きくなるが、位相の桁数は、InＰ結晶の場合と同じで、位相は1.9×10-6[rad]となる。上述した各結晶の位相差は極めて小さいが、これらの結晶の場合でも、位相変化に対応する偏波状態の違いを検出する必要がある。
【００１６】
光強度の場合、３０〜４０ｄＢ程度の変化を検出することになるので、ＰＢＳは、これと同程度以上の偏波消光比を有することが望ましい。しかし、一般的に、キューブ型ＰＢＳに代表されるバルク光学素子の偏波消光比は３０ｄＢ程度であるのに対し、ファイバ型のＰＢＳの偏波消光比は２０ｄＢ程度であるため、従来の検出器では、偏波状態の変化を高精度に検出するのが難しかった。
【００１７】
ここで、電気光学結晶の屈折率は、外気温度の変化によって変化することになるが、ロックインアンプによって、特定周波数における電界強度の変化のみを検出することができる。しかし、電界強度は、上述した光学素子の偏波消光比に依存することになるため、検出の精度を向上するには不十分である。
【００１８】
プリズム型の偏光子の場合、偏波消光比が高いため、電界強度の検出精度が向上すると考えられるが、それは一般的に素子サイズが大きいため、検出部が大きくなってしまうという問題がある。
【００１９】
また、電界強度マッピングの場合、分解能が素子サイズに依拠されることになるし、マッピングの高速化を実現しようとした場合も、アレイ化が必要になり、検出部のサイズが大きくなってしまう。
【００２０】
本発明は、このような状況下において鑑みてなされたものであり、電気光学結晶で得られる電界強度の変化状態を高精度に検出することができる電界検出装置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】
【００２１】
上記の課題を解決するため、本発明は、入力導波路と、前記入力導波路に接続され、当該入力導波路の光出力を偏波変換する偏波変換回路と、前記偏波変換された光信号を入射して戻り光として反射させる電気光学結晶と、前記電気光学結晶で反射された光信号をＴＥ偏波またはＴＭ偏波に分離する第１の偏波分離回路と、前記分離された各偏波の光信号をそれぞれ伝搬する出力導波路とを含む電界検出装置において、
前記入力導波路と前記偏波変換回路との間に、前記入力導波路の光出力をＴＥ偏波またはＴＭ偏波に分離して前記ＴＥ偏波の光信号を前記偏波変換回路に出力する第２の偏波分離回路をさらに含むことを特徴とする。
【００２２】
本発明はまた、入力導波路と、前記入力導波路に接続され、当該入力導波路の光出力を偏波変換する偏波変換回路と、前記偏波変換された光信号を入射して戻り光として反射させる電気光学結晶と、前記電気光学結晶で反射された光信号をＴＥ偏波またはＴＭ偏波に分離する第１の偏波分離回路と、前記分離された各偏波の光信号をそれぞれ伝搬する出力導波路とを含む電界検出装置において、前記第１の偏波分離回路によって分離されたＴＥ偏波の光信号を入力してＴＥ偏波またはＴＭ偏波に分離する第３の偏波分離回路と、前記第１の偏波分離回路によって分離されたＴＭ偏波の光信号を入力してＴＥ偏波またはＴＭ偏波に分離する第４の偏波分離回路とをさらに含むことを特徴とする。
【００２３】
ここで、前記第１の偏波分離回路は、２つのアーム導波路を有するマッハツェンダ干渉計で構成されており、各アーム導波路には、光学軸に対して直交するように配置された波長板を有するようにしてもよい。
【００２４】
本発明はさらに、前記第１の偏波分離回路によって分離されたＴＥ偏波の光信号を入力してＴＥ偏波またはＴＭ偏波に分離する第３の偏波分離回路と、前記第１の偏波分離回路によって分離されたＴＭ偏波の光信号を入力してＴＥ偏波またはＴＭ偏波に分離する第４の偏波分離回路とを含むようにしてもよい。
【００２５】
前記第１の偏波分離回路から前記出力導波路までの前記各偏波の光路長は、等しくなるように予め調整されるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、電気光学結晶で得られる電界強度の変化状態を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１実施形態の電界検出装置の構成例を示す図である。
【図２】電界検出装置における偏波状態の様子を説明するための図である。
【図３】第１実施形態の電界検出装置で得られる電界強度の検出結果を評価するために用いられる評価システムの一例を示す図である。
【図４】第１実施形態の電界検出装置で得られた電界強度の検出結果の一例を示す図である。
【図５】第１実施形態の電界検出装置との比較例となる一般的な電界検出装置の構成例を示す図である。
【図６】図４の電界検出装置で得られる電界強度の検出結果を評価するために用いられる評価システムの構成を示す図である。
【図７】図４の電界検出装置で得られた電界強度の検出結果の一例を示す図である。
【図８】第２実施形態の電界検出装置の構成例を示す図である。
【図９】第２実施形態の電界検出装置で得られる電界強度の検出結果を評価するために用いられる評価システムの一例を示す図である。
【図１０】第２実施形態の電界検出装置で得られた電界強度の検出結果の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態の電界検出装置１について説明する。
【００２９】
図１は、電界検出装置１の構成例を示す図である。
【００３０】
この電界検出装置１は、平面光波回路（ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuit）１０と、レンズ１４と、電気光学結晶１５とを含む。
【００３１】
平面光波回路１０は、基板上に形成され、光を伝搬する光導波路からなる。ＰＬＣ１０の材料としては、例えば、石英系材料等が用いられる。図１の例では、ＰＬＣ１０は、入力導波路１１と、偏波変換回路１２と、検出部用入力導波路１３と、検出部用出力導波路１６と、偏波分離回路１７と、出力導波路１８，１９とを含む。
【００３２】
偏波変換回路１２は、例えば１／４波長板１２１を備えており、この波長板１２１によって偏波変換が行われる。この実施形態の偏波変換回路１２では、偏波変換回路１２内の導波路に対して直交するように溝が形成されており、この溝内において、波長板１２１は、波長板の長手方向を基準軸とし、光学軸（ｆａｓｔ軸またはｓｌｏｗ軸）に対して４５度回転して設けられる。この波長板１２１によって、直線偏波が円偏波に変換される。
【００３３】
なお、この実施形態では、偏波変換回路１２は、入力導波路１１に入力した直線偏波を円偏波に変換するようにしているが、入力導波路１１への入力光をあらかじめ円偏波としておき、偏波変換回路１２を設けないようにすることもできる。しかし、ファイバ内を伝搬する光の偏波状態が変化したり、ファイバとの接続部分を伝搬する光の偏波状態が変化したりすることがあるため、この実施形態のように、偏波変換回路１２１によって変換された偏波状態のまま電気光学結晶１５に光信号を入力させるのが好ましい。
【００３４】
また、この実施形態の電界検出装置１では、波長板１２１として、１／４波長板を適用しているが、１／２波長板を適用するようにしてもよい。
【００３５】
偏波分離回路１７は、例えばマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ：Mach-Zehnder interferometer）が用いられ、Ｙ分岐１７１、２つの１／４波長板１７２，１７３、２本のアーム導波路１７５ａ，１７５ｂ、および２×２多モード干渉（ＭＭＩ）導波路１７４を備える。各波長板１７２，１７３は、対応するアーム導波路に対して直交して形成された溝内に設けられる。
【００３６】
Ｙ分岐１７１で分岐した光は、対応する波長板１７２，１７３を介して、ＭＭＩ導波路１７４を伝搬する。
【００３７】
ＭＭＩ導波路１７４で分離された光は、それぞれ、第１の出力導波路１８または第２の出力導波路１９へ出力される。この実施形態では、ＭＭＩ導波路１７４で分離されたＴＥ（Transverse Electric）偏波は、出力導波路１８へ出力され、ＭＭＩ導波路１７４で分離されたＴＭ（Transverse Magnetic)偏波は、出力導波路１９へ出力される。
【００３８】
波長板１７２は、アーム導波路１７５ａを伝搬するＴＥ偏波に９０度の位相差を与えるように構成される。また、波長板１７３は、アーム導波路１７５ｂを伝搬するＴＭ偏波に９０度の位相差を与えるように形成される。
【００３９】
検出部用要導波路１６を伝搬する光は、Ｙ分岐１７１で同相に等分配され、波長板１７２，１７３によって、アーム導波路１７５ａ，１７５ｂを伝搬する光に対して位相差が付与される。図１の例では、アーム導波路１７５ａを伝搬するＴＥ偏波の位相差は−９０度となり、アーム導波路１７５ｂを伝搬するＴＭ偏波の位相差は＋９０度となる。
【００４０】
なお、上記位相差を付与する方法は、様々な改変が可能である。例えば、かかる方法として、導波路幅の違う導波路を設けて、偏波の伝搬定数を変化させるものや、導波路の脇に溝を設けて、それに対応する複屈折を利用するもの等が考えられる。
【００４１】
ＭＭＩ導波路１７４では、例えば、アーム導波路１７５ａから出力導波路１８までのスルー経路、およびアーム導波路１７５ｂから出力導波路１９までのクロス経路を伝搬する各々の光が結合する場合に、各経路を伝搬する光信号に＋９０度の位相差を与える。このため、上述したＴＥ偏波の位相差は０度となり、ＴＭの位相差は＋１８０度となる。その結果、ＭＭＩ導波路１７４を出力するＴＥ偏波は同相となる一方、ＴＭ偏波は逆相となり、これにより、ＴＥ偏波とＴＭ偏波が分離される。
【００４２】
レンズ１４は、例えば、主に半径方向に屈折率分布をもつ円筒状のＧＲＩＮ(Gradient Index Rod Lenses)レンズであり、コリメートと呼ばれる光学調整を得るために用いられる。図１では、コリメート光（平行光）を電気光学結晶１５に入射したほうが低損失が実現するため、レンズ１４が備えられているが、必ずしもレンズ１４を備える必要はない。
【００４３】
図１の例では、レンズ４０は、例えば、直径が１ｍｍで、レンズ長が２．６３ｍｍの１／４ピッチとなるように形成されている。なお、ピッチは、光の正弦波の１周期に対するレンズの長さの割合を表している。１／４ピッチは、正弦波の１／４の長さに等しく、点光源からの光をレンズの表面でコリメート光を得ることができる。
【００４４】
レンズ１４と光結合する電気光学結晶１５は、例えば閃亜鉛鉱型構造を有する結晶である。例えば、この結晶は、（１１０）面を上面に持つＺｎＴｅ結晶である。電気光学結晶１５は、例えば、１辺の長さが１ｍｍの立方体構造を有する。
【００４５】
電気光学結晶１５では、検出部用入力導波路１３からの光をレンズ１４を介して入射し、電気光学結晶１５の端面１５Ａで反射させた戻り光をレンズ１４を介して、検出部用出力導波路１６へ出射するように構成されている。
【００４６】
図１において、電気光学結晶の端面１５Ａには、無反射（ＡＲ：Anti Reflection）コートが施され、端面１５Ｂには、無反射（ＡＲ：Anti Reflection）コートが施されている。
【００４７】
この実施形態では、電気光学結晶１５への電界Ｅは、例えば図１に示すように、（１１０）面に対して垂直な方向に与えられる。
【００４８】
ここで、上述した平面光波回路１０は、以下のような手順で作製することができる。先ず、厚さ１ｍｍの石英基板上に、光の伝搬するコア層となるガラスを成膜する。コア層は、ＧｅＯ2をドーパントとして用いて屈折率が石英の屈折率より高くなるように設定している。コア層の厚さは、６μmである。コア層の屈折率は、コア層の曲げ半径が２ｍｍとなるように調整している。
【００４９】
次に、標準的なフォトリソグラフィー技術およびリアクティブイオンエッチングを用いて、所望の光導波路回路が得られるように上記コア層のパターン化および加工を行った。
【００５０】
その後、FHD（flame-hydrolysis-deposit）法を用いて、オーバークラッドとなるガラスの堆積および透明化を行う。オーバークラッドの厚さは、２０μmである。
【００５１】
図２は、ＰＬＣ１０の水平方向をＴＥ偏波方向とした場合の電界検出装置１における偏波状態を説明するための図であって、（ａ）ＰＬＣ１０への入力後の状態と、（ｂ）偏波変換後の状態と、（ｃ）電気光学結晶１５の通過した後の状態と、（ｄ）偏波分離後（ＴＥ偏波）の状態と、（ｅ）偏波分離後（ＴＭ偏波）の状態とを示す。
【００５２】
［評価方法］
次に、電界検出装置１で得られる電界強度の検出結果を評価する方法について、図１および図３を参照して説明する。
【００５３】
図３は、電界検出装置１の検出結果を評価するために用いられる評価システム２を例示している。
【００５４】
図３において、評価システム２では、光源２０として、例えばＣ帯用のチューナブルレーザを用いる。光源２０から偏波保持ファイバ２１を介して伝搬する光は、被試験デバイス（ＤＵＴ：Device Under Test）としての電界検出装置１でＴＥ偏光の状態で入射する。図３の例では、電界検出装置１は、２つの平板３１ａ，３１ｂを有する電界印加装置３内に設置されている。電界印加装置３は、平板３１ａ，３１ｂに電圧を加える電圧源３０と、同期信号ｓを生成するファンクションジェネレータ３１とを含む。平板３１ａ，３１ｂに電圧が印加されると、電界検出装置１に対して電界Ｅが与えられる。
【００５５】
電界検出装置１の出力導波路１８，１９の各々の出力は、２芯シングルモードファイバ３２ａ，３２ｂを介して、ＯＥ(optic-electric)変換装置３３に与えられる。ＯＥ変換装置３３では、上述した出力導波路１８，１９からの光信号の差動受信を行い、ロックインアンプ３４では、それらを増幅して検出する。この検出結果は、後述する図４に示してある。
【００５６】
図４は、前述した電界印加装置２によって電界検出装置１に与えられた電界強度と信号強度との検出結果が示してある。
【００５７】
図４に示した検出結果は、ファイバ３２ａ，３２ｂが巻かれている場合のもの（四角印）と、ファイバ３２ａ，３２ｂが巻かれていない場合のもの（三角印）とを含む。
【００５８】
一般に、電界強度を検出する場合には、電界検出装置を電界印加装置に近接させて位置をずらすことにより、電界強度を観測し、その観測点をマッピングして電界強度の分布を求めることになるため、図４の例では、偏波保持ファイバ３２ａ，３２ｂを１０巻き（図４中の四角印で示したもの）にして電界検出装置１の位置をずらしやすいようにした。
【００５９】
なお、偏波保持ファイバ３２ａ，３２ｂを巻くために、例えばφ１２ｍｍのマンドレルを用いた。
【００６０】
ファイバ３２ａ，３２ｂを巻いた場合、ファイバ３２ａ，３２ｂの曲げによる光損失が若干大きくなるが、その場合でも、図４に示した検出結果をみると、ファイバ３２ａ，３２ｂを巻かずに検出した場合とほぼ同じ結果が得られたことがわかる。
【００６１】
［比較例］
ここで、上述した図４との比較のため、一般的な電界検出装置１００で得られる電界強度の検出結果について説明する。
【００６２】
先ず、比較例となる電界検出装置１００の構成について、図５を参照して説明する。図５は、一般的な電界検出装置１００の構成を示す図である。
【００６３】
電界検出装置１００は、平面光波回路（ＰＬＣ）１０１と、レンズ１０４と、電気光学結晶１０５とを含む。図６でも、レンズ１０４は、図１に示したレンズ１４と同様の構成である。また、電気光学結晶１０５も図１に示した電気光学結晶１５と同様の構成である。
【００６４】
ＰＬＣ１０１は、基板上に形成され、光を伝搬する光導波路からなる。ＰＬＣ１０１の材料としては、例えば、石英系材料等が用いられる。図５では、ＰＬＣ１０１は、入力導波路１０２と、検出部用入力導波路１０３と、検出部用出力導波路１０６と、出力導波路１０７とを含む。
【００６５】
次に、上述した電界検出装置１００で得られる電界強度の検出結果を評価する方法について、図５および図６を参照して説明する。
【００６６】
図６は、電界検出装置１００の検出結果を評価するために用いられる評価システム２００を例示している。
【００６７】
図６において、評価システム２００では、光源２０１として、例えばＣ帯用のチューナブルレーザを用いる。光源２０１から偏波保持ファイバ２０２および偏波コントローラ２０３を介して伝搬する光は、被試験デバイス（ＤＵＴ：Device Under Test）としての電界検出装置１００で円偏光の状態で入射する。図６の例では、電界検出装置１００は、２つの平板３０１ａ，３０１ｂを有する電界印加装置３００内に設置されている。電界印加装置３００は、平板３０１ａ，３０１ｂに電圧を加える電圧源３０１と、同期信号ｓを生成するファンクションジェネレータ３０２とを含む。平板３０１ａ，３０１ｂに電圧が印加されると、電界検出装置１００に対して電界Ｅが与えられる。
【００６８】
電界検出装置１００の出力導波路１０７の出力は、２芯シングルモードファイバ３０４を介して、偏波ビームスプリッタ４００に与えられる。偏波ビームスプリッタ４００では、入力光をＴＥ偏光とＴＭ偏光とに分離してＯＥ変換装置５００に出力する。ＯＥ変換装置５００では、上述した偏波ビームスプリッタ４００からの偏光の差動受信を行い、ロックインアンプ６００では、それらを増幅して電界強度を検出する。この検出結果は、後述する図７に示してある。
【００６９】
図７は、前述した電界印加装置２００によって電界検出装置１００に印加された電界強度と信号強度との検出結果が示してある。
【００７０】
なお、図７でも、図４のものと同様に、偏波保持ファイバ５００は、例えばφ１２ｍｍのマンドレルにより１０巻きにしてある。
【００７１】
図７に示した検出結果でも、図７に示したものと同様に、ファイバ３０４が巻かれている場合のもの（四角印）と、ファイバ３０４が巻かれていない場合のもの（三角印）とを含む。
【００７２】
図７に示す検出結果によると、ファイバ３０４の巻きが有る場合の電界強度に対する信号強度の変化量は、ファイバ３０４の巻きが無い場合に示したものに比べて、小さくなることがわかる。これは、ファイバ３０４の曲げにより、ファイバ３０４の偏波消光比が劣化して偏波変換が行われ、変換された偏波分がノイズとなるからである。すなわち、一般的な電界検出装置１００では、電界強度を高精度に測定することができない。
【００７３】
一方、図４に示したものでは、ファイバ３２ａ，３２ｂの巻きが有る場合であっても、電界強度に対する信号強度の変化量は、ファイバ３２ａ，３２ｂの巻きが無い場合とほぼ同じ結果を得た。これは、本実施形態の電界検出装置１では、偏波変換回路１２が、電気光学結晶１５への光入力前に、偏波状態を変換し、さらに、偏波分離回路１７が、電気光学結晶１５からの光信号を偏波分離するからである。すなわち、電気光学結晶１５内で変化した偏波状態のまま、電気光学結晶１５で得られる電界強度を高精度に検出することができる。
【００７４】
以上説明したように、本実施形態の電界検出装置１は、入力導波路１１と、入力導波路１１の光出力を偏波変換する偏波変換回路１２と、偏波変換された光信号を入射して戻り光として反射させる電気光学結晶１５と、電気光学結晶１５で反射された光信号をＴＥ偏波またはＴＭ偏波に分離する偏波分離回路１７と、分離された各偏波の光信号をそれぞれ伝搬する出力導波路１８，１９とを含む。ここで、偏波変換回路１２および偏波分離回路１７は、たとえ、ファイバ内を伝搬する光の偏波状態が変化したり、ファイバとの接続部分を伝搬する光の偏波状態が変化したりしたとしても、その変化した偏波状態を適切な偏波にする。これにより、電気光学結晶で得られる電界強度の変化状態を高精度に検出することができる。
【００７５】
＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態である電界検出装置１Ａについて説明する。この電界検出装置１Ａは、第１実施形態の電界検出装置１の偏波分離回路１７を４つ設けた場合の構成について例示している。本実施形態の以下の説明では、特に記述しない限り、第１実施形態の説明で用いた符号等をそのまま用いる。
【００７６】
図８は、本実施形態の電界検出装置１Ａの一例を示す模式図である。
【００７７】
図８において、電界検出装置１Ａは、平面光波回路（ＰＬＣ）１０と、レンズ１４と、電気光学結晶１５とを含む。
【００７８】
平面光波回路１Ａは、図１に示したものと同様に、入力導波路１１と、偏波変換回路１２と、検出部用入力導波路１３と、検出部用出力導波路１６とを含む。
【００７９】
一方、図１に示したものと異なり、電界検出装置１Ａは、４つの偏波分離回路１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄと、光路長調整部２５と、出力導波路１８Ａ，１８Ｂ，１９Ａ，１９Ｂとを含む。
【００８０】
この実施形態の各偏波分離回路１７Ａ〜１７Ｄでも、図１に示した偏波分離回路１７と同様に、マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）が用いられ、直列接続された、Ｙ分岐、２本のアーム導波路、および２×２多モード干渉（ＭＭＩ）導波路を備える。そのため、各偏波分離回路１７Ａ〜１７Ｄは、ＴＥ偏波およびＴＭ偏波をそれぞれ出力し、これにより、出力導波路１８Ａ，１９Ａの各々にはＴＥ偏波が出力され、出力導波路１８Ｂ，１９Ｂの各々にはＴＭ偏波が出力される。
【００８１】
光路長調整部２５は、偏波分離回路１７Ａから出力導波路１８Ａまでの偏波の光路長と、偏波分離回路１７Ａから出力導波路１９Ｂまでの偏波の光路長が等しくなるよう、光路長が調整されている。これにより、前述の図３に示した評価システム２のＯＥ変換装置３３での差動受信およびロックインアンプ３４による信号検出を行う際に、より安定的かつ正確に行うことができる。
【００８２】
この電界検出装置１Ａでも、第１実施形態の電界検出装置１と同様に、電界検出装置１Ａに印加された電界強度と信号強度との検出結果を評価した。
【００８３】
図９は、このときの評価システム２Ａの構成例を示してある。この評価システム２Ａでは、入力側の偏波保持ファイバ２１ａは、図３に示したものと異なり、例えば１０巻きにして形成される。それ以外の構成は、図３に示したものと同様である。すなわち、評価システム２Ａでも、図３に示したものと同様に、光源２０、電界印加装置３、ＯＥ変換装置３３、およびロックインアンプ３４を含む。
【００８４】
図９の例では、電界検出装置１Ａが被試験デバイス（ＤＵＴ）として用いられるとで、電界検出装置１Ａには、ＴＥおよびＴＭの両偏光がある状態の光が、ファイバ２１ａを介して入射される。
【００８５】
図１０は、電界検出装置１Ａに与えられた電界強度の検出結果が示してある。
【００８６】
図１０に示す検出結果においても、ファイバ２１ａ、およびファイバ３２ａ，３２ｂの巻き有りの場合（図１０の四角印を参照）は、これらのファイバ２１ａ，３２ａ，３２ｂの巻き部分の曲げによる損失が若干大きくなるものの、巻き無しで測定した場合（図１０の丸印を参照）とほぼ同じ結果が得られた。
【００８７】
図８に示した電界検出装置１Ａでは、上述した入力側のファイバ２１ａの巻き部分の曲げによってファイバ２１ａの偏波消光比が劣化するため、ＴＥ偏波とＴＭ偏波が混在する状態の入力偏波がファイバ２１ａから与えられることになる。しかし、その入力偏波が与えられる偏波分離回路１７Ｂでは、当該入力偏波をＴＥ偏波とＴＭ偏波とに分離し、分離したＴＭ偏波を、偏波変換回路１２およびレンズ１４を介して、電気光学結晶１５に与えることとなる。これにより、電気光学結晶１５への入力光が、ＴＥ偏波の状態で保持される。
【００８８】
また、図８に示した電界検出装置１Ａでは、電気光学結晶１５の出力側に、偏波分離回路１７Ｃ，１７Ｄが２段備えられる。そのため、１段の偏波分離回路で２５ｄＢ程度になる偏波消光比が、４０ｄＢ程度まで向上することとなり、その結果、従来のキューブ型バルクＰＢＳよりも偏波消光比の高い偏波分離が実現できる。また、電界検出装置１Ａの小型化が実現できる。
【００８９】
なお、従来のキューブ型バルクＰＢＳでも、偏波分離回路を２段備えれば、理論上は偏波消光比を向上させることが可能となるものの、前述した評価時にファイバを接続する際に、ファイバの回転や角度ずれなどが生じることが考えられるため、従来のキューブ型バルクＰＢＳでは、偏波分離回路を２段備えるのは難しい。
【００９０】
本実施形態の電界検出装置１Ａによると、偏波分離回路１７Ｂおよび偏波分離回路１７Ｃ，１７Ｄを有することにより、偏波消光比の高い偏波分離が実現でき、安定した測定を高精度に行うことができる。
【符号の説明】
【００９１】
１，１Ａ  電界検出装置
２，２Ａ  評価システム
３  電界印加装置
１１  入力導波路
１２  偏波変換回路
１４  レンズ
１５  電気光学結晶
１７，１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ  偏波分離回路
２１ａ，３２ａ，３２ｂ  偏波保持ファイバ
２５  光路長調整部
【図１】
0006539227.tif 000003
【図２】
0006539227.tif 000004
【図３】
0006539227.tif 000005
【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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