(57)【要約】【課題】アイソレーション特性測定方法及び測定装置において、受光素子であるｐｉｎ−ＰＤに生じる暗電流や照明光による光電流等の測定誤差要因の影響を受けずにアイソレーション特性を精確に測定し、また測定装置のダイナミックレンジを拡大することを目的とする。【解決手段】光源と受光器を直列に配設し、上記光源と上記受光器の間で光アイソレータのアイソレーション特性を測定する測定方法、及び装置において、上記受光器における上記光アイソレータ未配置時の受光強度をＰＯ、上記光アイソレータ配置時の受光強度をＰ１、上記光源消灯時の受光強度をＰＢＧ、としたとき、上記光アイソレータのアイソレーション特性を−１０×ｌｏｇ｛（Ｐ１−ＰＢＧ）／（ＰＯ−ＰＢＧ）｝として算出する。【選択図】図１
2004233108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と受光器を直列に配設し、上記光源と上記受光器の間で光アイソレータのアイソレーション特性を測定する測定方法において、上記受光器における上記光アイソレータ未配置時の受光強度をＰＯ、上記光アイソレータ配置時の受光強度をＰ１、上記光源消灯時の受光強度をＰＢＧ、としたとき、上記光アイソレータのアイソレーション特性を−１０×ｌｏｇ｛（Ｐ１−ＰＢＧ）／（ＰＯ−ＰＢＧ）｝として算出することを特徴とするアイソレーション特性測定方法。
【請求項２】
光源と受光器を直列に配設し、上記光源と上記受光器の間で光アイソレータのアイソレーション特性を測定する測定装置において、上記受光器における上記光アイソレータ未配置時の受光強度をＰＯ、上記光アイソレータ配置時の受光強度をＰ１、上記光源消灯時の受光強度をＰＢＧとしたとき、上記光アイソレータのアイソレーション特性を−１０×ｌｏｇ｛（Ｐ１−ＰＢＧ）／（ＰＯ−ＰＢＧ）｝として演算処理することを特徴とするアイソレーション特性測定装置。
【請求項３】
上記光源と上記受光器に制御機構を配設し、上記光源と上記受光器に同期を持たせて測定することを特徴とする請求項２記載のアイソレーション特性測定装置。
【請求項４】
上記Ｐ１とＰＢＧの測定間隔が、上記ＰＯとＰ１間及び上記ＰＯとＰＢＧ間のいずれの測定間隔よりも短いことを特徴とする請求項３記載のアイソレーション特性測定装置。
【請求項５】
上記ＰＯ、Ｐ１、ＰＢＧを周期的に測定することを特徴とする請求項３記載のアイソレーション特性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源から出射された光を各種光学素子や光ファイバに導入する際に生じる戻り光を除去するために用いられる光アイソレータのアイソレーション特性測定方法、及び測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ光源等の光源から出射した光は、各種光学素子や光ファイバに入射されるが、入射光の一部は各種光学素子、光ファイバを透過する際、反射や散乱を起こす。反射や散乱した光の一部は光源側に戻るが、この戻り光を遮断するため、光アイソレータが用いられる。
【０００３】
図２は光アイソレータ１の構造を示す斜視図である。ここで偏光子１０、１１は透過する光の一方向の偏波成分を吸収し、その偏波成分に直交する偏波成分を透過する機能を有し、また、ファラデー回転子１２はリング状の永久磁石１３による飽和磁界強度の下で所定波長の光の偏波方向を約４５度回転する機能を有する。また２つの偏光子１０、１１は、それぞれの吸収あるいは透過偏波方向が約４５度ずれるように配置されている。
【０００４】
次に光アイソレータ１の動作について説明する。光軸Ｌに示す矢印方向を順方向とし、角度は右回転方向を＋とする。ＬＤから出射した光は順方向に進行し、その光は一般にＴＥモード発振となり、偏光子１０の透過偏波方向に平行な偏波方向で光アイソレータ１に入射する。順方向の光は偏光子１０を透過し、ファラデー回転子１２でその偏波方向を＋４５度回転させ、偏光子１１に入射する。偏光子１１の透過偏波方向は偏光子１０の透過偏波方向に対し＋４５度の角度となるように配置されているため、順方向に進む光は偏光子１１を透過する。
【０００５】
逆方向から入射する反射戻り光は、不確定な偏光状態を有するが、偏光子１１では＋４５度の偏波方向を有する光のみが透過し、他は遮断される。偏光子１１を透過した逆方向の光は、ファラデー回転子１２でその偏波方向をさらに＋４５度回転させ、偏光子１０に入射する。ここで偏光子１０に入射する逆方向の光は、＋９０度の偏波方向であり、偏光子１０とはクロスニコルとなるため、偏光子１０で遮断され、逆方向の光はＬＤに戻らない。このように、偏光子１０と偏光子１１の透過偏波方向を４５度ずらして配置することにより、光アイソレータとして機能する。
【０００６】
なお、光アイソレータ１のアイソレーション特性は以下のように定義される。
【０００７】
先ず測定光を逆方向、つまり偏光子１１側から入射させた時、光アイソレータ１を測定光の一部が透過すると考える。ここで、光アイソレータ１を通過する前の測定光の強度ＰＯと、光アイソレータ１を通過した後の測定光の強度Ｐ１の比をアイソレーション特性と呼び数１にて示す。なお、ここでは算出されたアイソレーション特性をＩｓｏと呼ぶこととする。
【０００８】
【数１】
2004233108.tif 000003
【０００９】
また、アイソレーション特性の単位としては一般的にｄＢ（デシベル）が用いられている。
【００１０】
なお、測定光が偏光子１１の透過偏波方向に平行な直線偏光である時、偏光子１１を通過する測定光の強度が最大となり、またＰ１の強度も最大となる。したがって、この時アイソレーション特性が最低値を示す。アイソレーション特性に関しては、光アイソレータ１の補償する最低値を測定する必要があるため、測定光の偏波は偏光子１１の透過偏波方向に平行な直線偏光とした上で、光アイソレータ１のアイソレーション特性を測定する。
【００１１】
また、光アイソレータ１のアイソレーション特性は偏光子１０、１１それぞれの吸収あるいは透過偏波方向角度差の４５度からのズレ、およびファラデー回転子１２の偏波方向回転角の４５度からのズレにより変化し、数２のようにも表される（特許文献１参照）。
【００１２】
【数２】
2004233108.tif 000004
【００１３】
ここで、ψは前述の角度ズレの総和であり、偏光子１０の吸収偏波方向とこれに入射する光の偏波方向との角度差である。またｓｉｎ２ψは、偏光子１０を透過する光の割合、つまり数１における（Ｐ１／ＰＯ）と同義である。
【００１４】
なお、ψ＝０である時、数２からアイソレーション特性は無限大と算出されるが、実際はファラデー回転子１２の消光比特性により４５ｄＢ程度が最大値となる。
【００１５】
次に、光アイソレータ１のアイソレーション特性測定方法を説明する。図９は、光アイソレータ１のアイソレーション特性を測定するための一般的な装置を示す図である。ここで、光源２から出力された測定光３は、光ファイバ４を通過した後、レンズ系５にてコリメートビームとなる。光源２としては主にＬＤからの出力光を用いる。ＬＤからの出力光は直線偏光であるが、光ファイバ４を通過することにより、偏光状態が変化するため、測定光３は不確定な偏光状態を持っている。そこで、測定光３は偏光子６を通過させて、直線偏光とする。直線偏光となった測定光３は受光器７に入射する。受光器７としては一般的にｐｉｎ−ＰＤが用いられており、測定光３は受光器７により光電流に変換される。さらに計測器８では光電流を測定することにより、測定光３の強度を測定する。
【００１６】
また、光アイソレータ１のアイソレーション特性を測定する際は以下の方法に従う。先ず、あらかじめ測定装置から光アイソレータ１を取り除き、受光器７で受光した測定光３の強度ＰＯを測定する。
【００１７】
次に光アイソレータ１を偏光子６と受光器７の間に挿入する。このとき、光アイソレータ１は逆方向に挿入する。つまり、図２中における偏光子１１側から測定光３を入射し、光アイソレータ１を透過した測定光３の強度をＰ１とする。
【００１８】
なお、光アイソレータ１は、測定光を入射する側の偏光子の透過偏波方向が測定光３の偏波方向と平行となるように回転調整する必要がある。回転調整は、光アイソレータ１を通過した測定光３を受光器７、及び計測器８で測定しつつ、受光強度が最大となるよう配置すればよい。
【００１９】
以上の方法により求められたＰＯ、Ｐ１の結果を元に、光アイソレータ１のアイソレーション特性を数１を基に算出する。
【００２０】
なお、上記アイソレーション特性の測定方法は、光透過率の測定方法に類するものであるが、自動車用窓ガラスやプラスチックフィルム等の光透過率測定に関しては、すでにその方法が提案されている（特許文献２参照）。この測定装置においては、光源を一定周期で点滅させる駆動回路と、外乱光による雑音信号をキャンセルする為の時系列処理回路が備えられており、外乱光の影響をキャンセルすることによる光透過率測定精度の向上を図っている。
【００２１】
【特許文献１】
特開平１１−２２３７９７号公報
【特許文献２】
特開平１−１２４７４５号公報
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
実際に光アイソレータ１のアイソレーション特性を測定する際は、必要最低限の照明光の下で作業を行うが、受光器はこの照明光をも受光してしまう。したがって、この場合も測定光強度が微弱である時、大きな誤差要因と成り得る。
【００２３】
なお、照明光が受光器に入射することを防ぐためには暗室等の設備の下で作業を行う事が有効であるが、これら一連の測定作業を暗室下で行うことは困難を極める。
【００２４】
また、図１に示したアイソレーション特性測定装置において、受光器７には一般的にピンフォトダイオード（以降ｐｉｎ−ＰＤ）が用いられている。
【００２５】
このｐｉｎ−ＰＤは、光を光電流に変換する役割を果たすが、光を受光していない状態でも暗電流が流れる特性を持つ。また、暗電流はｐｉｎ−ＰＤの受光面積の増加に従い増加し、また雰囲気温度の変動によって増減する。従来例で示したように、測定光３をコリメート光とし、この強度を受光器７によって測定しようとする場合、受光器７に用いるｐｉｎ−ＰＤの受光径は数ｍｍとなるため、暗電流は増加し、さらに雰囲気温度の変動による増減幅も増加する。この暗電流の増減は光アイソレータ１のアイソレーション特性の測定時、特に光アイソレータ１を通過した後の測定光３の強度Ｐ１の測定時など受光強度が微弱である時、大きな誤差要因と成り得る。なお、ｐｉｎ−ＰＤの暗電流低減のためにはｐｉｎ−ＰＤ部の冷却、および定温化が有効であるが、これには大規模な装置が必要となる。
【００２６】
また、最近の動向として波長多重（：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ以降、ＷＤＭと呼ぶ）伝送方式が次世代の通信技術として定着しつつある。ＷＤＭ方式は異なる複数の波長の光を一本の光ファイバで伝送する方式、つまり波長軸上に多重化して大容量伝送を実現するものであり、近年、その光源波長の帯域はより広範囲となってきている。
【００２７】
ここで用いられる光源２に対しても、その出力安定化のために光アイソレータ１が使用される。光アイソレータ１のアイソレーション特性には光源波長に対する依存性があるため、限られた波長範囲の下でしか良好なアイソレーション特性は得られない。そこで、ＷＤＭ伝送方式に用いるような広い波長帯域の下でアイソレーション特性を有するために、従来技術の光アイソレータ１を複数段直列に配置し、高アイソレーション特性を持たせることを特徴とした光アイソレータも提案されている。ここでは、図２で示した光アイソレータ１の構成のものを１段型、２つの光アイソレータ１を直列に配置した構成のものを２段型、２つの光アイソレータ１を直列に配置した構成において、中央で隣接する２枚の偏光子のうち、片方を削除したものを１．５段型と呼ぶこととする。なお、光アイソレータ１の最大アイソレーション特性は、前述の通りファラデー回転子１２の消光比特性に起因し、１段型の光アイソレータ１では４５ｄＢ程度、１．５段型や２段型の光アイソレータにおいては、最大で９０ｄＢを上回る事もある。このような光アイソレータの高特性化に伴い、特性測定の際には、より広範囲に渡って光強度の測定が可能な測定装置が求められるようになってきている。なお以降、測定可能な光強度の範囲、つまり測定可能な光強度最大値ＰＭＡＸと最小値ＰＭＩＮの比をダイナミックレンジＤＲと呼び数３にて示す。
【００２８】
【数３】
2004233108.tif 000005
【００２９】
なお、ダイナミックレンジの単位としてはｄＢ（デシベル）を用いる。また、（Ｐ１＞ＰＭＩＮ）、（Ｐ０＜ＰＭＡＸ）の関係があることから、測定装置のダイナミックレンジを上回るアイソレーション特性は測定できないこととなる。
【００３０】
ここで、一般的なアイソレーション特性測定装置に対するダイナミックレンジを検討する。図９に示すように先ず光源２としては波長可変光源が一般的に使用されるが、この最大出力としては、ＰＭＡＸ＝５ｍＷ（７ｄＢｍ）程度のものが実現されている。また、受光器７が対応できる最低受光強度は、受光素子であるｐｉｎ−ＰＤを冷却することによりＰＭＩＮ＝２０ｐＷ（−７７ｄＢｍ）程度が実現されている。しかしながら以上の装置を組み合わせることによっても測定可能なダイナミックレンジは８４ｄＢであり、前述のように高アイソレーション特性を得ることを目的とし、光アイソレータ２つを直列に配置する等行ったものに対しては、精確なアイソレーション特性を評価することは困難であった。
【００３１】
また、特許文献２で提案されている自動車用窓ガラスやプラスチックフィルムの光透過率測定装置においても、光源が点光源であり、受光器で受光する測定光の強度が低下するため、ダイナミックレンジが低くなる。また、光源と受光器の軸調芯が困難である為、光アイソレータ１のような微小光学部品の特性を測定する場合は、測定光が部品開口部以外の部分でけられてしまい、精確な測定をすることは困難であった。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、光源と受光器を直列に配設し、上記光源と上記受光器の間で光アイソレータのアイソレーション特性を測定する測定方法において、上記受光器における上記光アイソレータ未配置時の受光強度をＰＯ、上記光アイソレータ配置時の受光強度をＰ１、上記光源消灯時の受光強度をＰＢＧ、としたとき、上記光アイソレータのアイソレーション特性を−１０×ｌｏｇ｛（Ｐ１−ＰＢＧ）／（ＰＯ−ＰＢＧ）｝として算出することを特徴とする。
【００３３】
また、光源と受光器を直列に配設し、上記光源と上記受光器の間で光アイソレータのアイソレーション特性を測定する測定装置において、上記受光器における上記光アイソレータ未配置時の受光強度をＰＯ、上記光アイソレータ配置時の受光強度をＰ１、上記光源消灯時の受光強度をＰＢＧとしたとき、上記光アイソレータのアイソレーション特性を−１０×ｌｏｇ｛（Ｐ１−ＰＢＧ）／（ＰＯ−ＰＢＧ）｝として演算処理することを特徴とする。
【００３４】
さらに、上記光源と上記受光器に制御機構を配設し、上記光源と上記受光器に同期を持たせて測定することを特徴とする。
【００３５】
また、上記Ｐ１とＰＢＧの測定間隔が、上記ＰＯとＰ１間及び上記ＰＯとＰＢＧ間のいずれの測定間隔よりも短いことを特徴とする。
【００３６】
さらに、上記ＰＯ、Ｐ１、ＰＢＧを周期的に測定することを特徴とする。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明による光アイソレータ測定装置の実施形態について説明する。
【００３８】
図１は、光アイソレータ１のアイソレーション特性を測定する装置を示す図である。先ず光アイソレータ１を未配置にて光源２から出力された測定光３は、光ファイバ４を通過した後、レンズ系５にてコリメートビームとなり、偏光子６を通過し、直線偏光となり、受光器７に入射する。測定光３は受光器７により信号電流に変換され、計測器８によって信号電流量を測定することにより、強度が測定される。また、光源２及び計測器８には制御機構９が付加されている。制御機構９は光源２の点滅を制御し、また、光源２の点灯前後における受光器７での受光強度を測定する機能を持つ。
【００３９】
また、光アイソレータ１のアイソレーション特性を測定する際は以下の方法に従う。
【００４０】
先ず、あらかじめ測定装置から光アイソレータ１を取り除き、受光器７での受光強度ＰＯを測定する。
【００４１】
次に光アイソレータ１を偏光子６と受光器７の間に挿入する。このとき、光アイソレータ１は逆方向に挿入し、光アイソレータ１を通過した測定光３の受光強度をＰ１とする。なお、光アイソレータ１は、測定光３を入射する側の偏光子の透過偏波方向が測定光３の偏波方向と平行となるように回転調整する。回転調整は、光アイソレータ１を通過した測定光３を受光器７で測定しつつ、受光強度Ｐ１が最大となるよう配置すればよい。
【００４２】
さらに、制御機構９により光源２の出力を切断した後、受光器７での受光強度ＰＢＧを測定する。なお、ＰＢＧは受光器７が検出した照明光等の背景光強度を示す。
【００４３】
また、これら受光強度ＰＯ、Ｐ１、ＰＢＧ値を基にアイソレーション特性を数４により求める。
【００４４】
【数４】
2004233108.tif 000006
【００４５】
なお、図１に示したアイソレーション特性測定装置において受光器７としては、光カロリメータ等の熱変換型光パワーメータやｐｉｎ−ＰＤ等の光電変換型光パワーメータが用いられるが、微弱光に対する検出感度が高く、ダイナミックレンジを大きく取れ、小型で取り扱いが容易等の理由から光電変換型光パワーメータを用いることが一般的である。
【００４６】
図３に光電変換型光パワーメータに用いられる受光素子１６の動作原理図を示す。
【００４７】
ここでは、単にｐ型半導体１４とｎ型半導体１５を直接接合させた受光素子１６としてとらえる。受光素子１６のｐｎ接合部近傍にバンドギャップ以上の光子エネルギーを持つ入射光１７が入射すると光キャリア（電子・正孔対）が発生し、外部回路１８に光電流１９が流れる。また、受光素子１６にバイアス電源２０により逆方向電圧を印加すると、その程度によって光電流１９の量が変化する。
【００４８】
図４は受光素子１６に印可する逆方向電圧Ｖｂと光電流Ｉの相関曲線である。破線２１は入射光１７がない場合の光電流電圧曲線であり、入射光１７があると、曲線は光量に比例して実線２２側にずれていく。なお、図３における、バイアス電源２０により受光素子１６に印加される逆方向電圧Ｖｂによって、ＰＤの動作モードが以下の３つ、図４における領域２３乃至２５に大別される。先ず、逆方向電圧の加わらない状態（Ｖｂ≒０）は太陽電池モード２３と呼ばれる。また、ブレークダウン電圧ＶＢ未満の逆方向電圧（０＞Ｖｂ＞ＶＢ）が印加される状態はフォトダイオードモード２４と呼ばれる。さらに。ブレークダウン電圧近傍の逆方向電圧（Ｖｂ≒ＶＢ）が印加されるときはアバランシェフォトダイオードモード２５と呼ばれる。なお、光電変換型パワーメータにおいて、受光素子１６はフォトダイオードモード２４下にて動作させる。これは、入射光１７の強度Ｐと光電流量Ｉに比例関係があり、また逆方向電圧Ｖｂが数Ｖ程度から使用でき使いやすいためである。
【００４９】
また、フォトダイオードモード２４下にて動作させる受光素子１６において入射光１７の強度に対する光電流量Ｉの変換効率である量子効率を高めるために光吸収層であるｉ型半導体層を設けたものが広く使われており、その構造からｐｉｎ−ＰＤと呼ばれている。
【００５０】
ｐｉｎ−ＰＤに用いる結晶材料としてはＳｉ、Ｇｅ，ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰ等が使用され、各々波長に対する量子効率が異なるために、入射光波長毎に区別して使用される。例として４００〜１０００ｎｍ帯波長用としてＳｉが用いられ、８００〜１６００ｎｍ帯波長用としてＧｅ、１０００〜１７５０ｎｍ帯波長用としてＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰが使用される。
【００５１】
ここで、受光器７における受光素子としてｐｉｎ−ＰＤを用いた場合の入射光強度Ｐと光電流量Ｉの関係を図５に示す。図５では横軸に入射光強度Ｐ、縦軸に電流量Ｉ、実線２６にて入射光１７による光電流量Ｉを示している。図５に示すとおりｐｉｎ−ＰＤには逆方向電圧Ｖｂが印可されている為、光を受光していない状態でも微弱な電流、暗電流Ｉｄが流れる。また、入射光１７の強度Ｐが増加することに比例して、光電流量Ｉが増加していく。この関係を数５で示す。
【００５２】
【数５】
2004233108.tif 000007
【００５３】
なお、数５中のｋはｐｉｎ−ＰＤの受光感度から求められる定数であり、あらかじめｐｉｎ−ＰＤの受光感度を求めた上で決定される。
【００５４】
計測器８は光電流量Ｉを基に、図５及び数５に示した関係に従い、入射光強度Ｐを算出することになる。なお、実際の測定の際には、受光器７の受光部分を遮蔽し、ｐｉｎ−ＰＤに光が入射することを防いだ上で、あらかじめ暗電流Ｉｄを測定し、暗電流Ｉｄによる光強度測定誤差を補償する
なお、暗電流Ｉｄはｐｉｎ−ＰＤが使用される低電圧下では、光吸収層内の光子欠陥に起因した電流（発生再結合電流）Ｉｄｇが支配的であり、発生量は数６で表される。
【００５５】
【数６】
2004233108.tif 000008
【００５６】
ここでｑは光キャリアの電荷、Ｗは空乏層幅、ＮＣ、ＮＶは伝導体、荷電子帯の有効状態密度、τｇは光キャリアのライフタイム、Ｅｇは光吸収層のバンドギャップエネルギーでありそれぞれ結晶材料や品質に関与するものである。またＡはｐｎ接合面積、Ｔは温度を示しており、ｐｉｎ−ＰＤの暗電流Ｉｄは、受光面積Ａに比例して増加し、また温度Ｔが高くなるほど指数関数的に増加する。測定光３がコリメートビームの場合、ｐｉｎ−ＰＤの受光径は数ｍｍにする必要があるため暗電流Ｉｄは増加し、さらに雰囲気温度の変動による増減幅も増加する。さらに、測定作業を行う際の照明光が、受光器７に入射することによって光電流量Ｉが発生するため、光電流量Ｉを基に微弱な測定光強度を測定することは困難となり、最低受光強度ＰＭＩＮが上昇する。
【００５７】
つぎに図６を用いて本発明における第一実施形態の測定原理を説明する。
【００５８】
なお、図６では、横軸に時間経過ｔ、縦軸に電流値Ｉを示す。また、実線２７でｐｉｎ−ＰＤに流れる光電流量Ｉを示し、このうち照明光等による光電流量Ｉを波線２８で、暗電流Ｉｄを実線２９で示す。前述した本発明のアイソレーション測定手順に従い、経時的に説明するならば、先ず図１に示した測定装置から光アイソレータ１を取り除き、時点Ａでの電流値をＩＯとする。次に光アイソレータ１を偏光子６と受光器７の間に逆方向に挿入し、時点Ｂにて電流値をＩ１とする。さらにその後、制御機構９により光源２の出力を切断した後、時点Ｃにて電流値をＩＢＧとする。ここで、ＩＯ、Ｉ１は図６に示したように照明光による光電流ＩＢＧ、及び暗電流Ｉｄによりかさ上げされており、純粋に光アイソレータ１に入射する測定光３による光電流、及びこれを透過した測定光３による光電流は各々（ＩＯ−ＩＢＧ）、（Ｉ１−ＩＢＧ）で表される。数５に従い、光電流ＩＯ、Ｉ１、ＩＢＧから、各時点に於ける受光強度を求め、それぞれＰＯ、Ｐ１、ＰＢＧとすると光アイソレータ１に入射する測定光３の強度、及びこれを透過した測定光３の強度は（ＰＯ−ＰＢＧ）、（Ｐ１−ＰＢＧ）で表す事ができる。よって、光アイソレータ１のアイソレーション特性は数４にて表されることになる。
【００５９】
このように本発明では、数４に従い、アイソレーション特性を算出する際にＰＯ、Ｐ１から背景光強度であるＰＢＧを差し引くことで精確なアイソレーション特性を求めようとするものである。
【００６０】
なお光電流ＩＢＧ、暗電流Ｉｄ関しては、時間的に安定した値ではないため、光電流ＩＯ、Ｉ１、ＩＢＧを求める際、特にそれぞれの差の小さいＩ１、ＩＢＧの測定は極力時点Ｂ、Ｃ間の時間間隔を空けずに行うべきである。本発明に於いては請求項３及び請求項４に示すように光源２及び計測器８に制御機構９を設け、それぞれ同期を取ることにより、Ｉ１、ＩＢＧの測定を時間間隔を空けずに測定することが可能となる。
【００６１】
ここで、設定可能な最短時間間隔を検討する際、関与する要因はｐｉｎ−ＰＤの応答速度であり、これらは、ｐｉｎ−ＰＤにおける光吸収層の性質であるＣＲ時定数と光キャリアの走行時間、及び受光素子に印加する逆方向電圧Ｖｂに依存している。しかしながら、応答速度の最も遅いＳｉを用いたｐｉｎ−ＰＤの場合でも、数ｎｓｅｃ前後の立ち上がり、立ち下り時間が得られており、ＰＢＧの時間的変動に比較して十分短時間であるため、検討から除外しても良いと考えられる。
【００６２】
なお、強度ＰＯに関しては、ＰＯがＰＢＧに比較して十分大きな値であればＰＢＧを差し引く工程を省略することが可能である。このとき、数４は数７のように変換できる。
【００６３】
【数７】
2004233108.tif 000009
【００６４】
また、光アイソレータ１を通過した後の測定光３の強度に関してはＰ１とＰＢＧの差異として求められる光強度、つまり分解能レベルまで、その絶対値を求めることが出来る。つまり、測定の際のダイナミックレンジが拡大する事となる。数８は本発明の測定方法による場合のダイナミックレンジを算出する式である。
【００６５】
【数８】
2004233108.tif 000010
【００６６】
ここで、ＰＭＡＸ、ＰＭＩＮは前述の通り、測定可能な光強度最大値ＰＭＡＸと最小値ＰＭＩＮであり、ΔＰはＰＭＩＮ測定時の分解能である。ΔＰがＰＭＩＮと同程度のとき、数７に示すダイナミックレンジと、数３に示すダイナミックレンジは同程度となるが、一般的に分解能ΔＰは測定可能な光強度最小値ＰＭＩＮに比べ十分小さいため、数７に示すダイナミックレンジは、数３に示すダイナミックレンジを大幅に上回ることとなる。
【００６７】
なお、現在受光器７が対応できる最低受光強度ＰＭＩＮは、ｐｉｎ−ＰＤを冷却することにより２０ｐＷ（−７７ｄＢｍ）程度が実現されており、また、この測定の際の分解能が０．０００１ｄＢ（２．３×１０−３％）程度であることを考えると、ΔＰの示す強度は０．０４６ｐＷ（−１２３ｄＢｍ）となる。このとき、光源２として最大出力５ｍＷ（７ｄＢｍ）のものを組み合わせ、ＰＭＡＸとするならば、この測定装置のダイナミックレンジは数７から１３０ｄＢとなり、数３からもとめた８４ｄＢに対して大幅に拡大されている。したがって、高アイソレーション特性を目的とした光アイソレータに対しても、十分に精確なアイソレーション特性を評価することが可能となる。
【００６８】
以上のように、請求項１乃至４によるアイソレーション特性測定方法、及び測定装置を用いれば、受光素子であるｐｉｎ−ＰＤに生じる暗電流Ｉｄや照明光による光電流等の測定誤差要因の影響を受けずにアイソレーション特性を精確に測定することが可能である。また、測定装置のダイナミックレンジを拡大することが可能となり、高アイソレーション特性を有する光アイソレータにおいても、その特性を測定することが可能となる。
【００６９】
つぎに図７を用いて本発明における第二実施形態の測定原理を説明する。
【００７０】
なお、図７では図６と同様、横軸に時間経過ｔ、縦軸に電流値Ｉを示す。また、実線２７でｐｉｎ−ＰＤに流れる光電流を示し、このうち照明光等による光電流を波線２８で、暗電流を実線２９で示す。なお、請求項５に示した測定方法では、光源２は制御機構９により周期的に点滅させられている。前述した本発明のアイソレーション特性測定手順に従い、経時的に説明するならば、先ず測定装置から光アイソレータ１を取り除き、光源点灯時である時点Ａ１、Ａ２・・・での電流値Ｉを断続的に測定し、この平均値をＩＯとする。さらに光源消灯時である時点Ｂ１、Ｂ２・・・での電流値Ｉを断続的に測定し、この平均値をＩＢＧ１とする。
【００７１】
同様に光アイソレータ１を偏光子６と受光器７の間に逆方向に挿入し、光源点灯時である時点Ｃ１、Ｃ２・・・での電流値Ｉを断続的に測定し、この平均値をＩ１とする。さらに光源消灯時である時点Ｄ１、Ｄ２・・・での電流値Ｉを断続的に測定し、この平均値をＩＢＧ２とする。ここで、ＩＯ、Ｉ１は図７に示したように照明光による光電流ＩＢＧ１、ＩＢＧ２、及び暗電流Ｉｄによりかさ上げされており、純粋に光アイソレータ１に入射する測定光３による光電流、及びこれを透過した測定光３による光電流はそれぞれ（ＩＯ−ＩＢＧ１）、（Ｉ１−ＩＢＧ２）で表される。
数５に従い、ＩＯ、Ｉ１、ＩＢＧ２、ＩＢＧ１から、各時点に於ける受光強度を求め、それぞれＰＯ、Ｐ１、ＰＢＧ２、ＰＢＧ１とすると光アイソレータ１に入射する測定光３の強度、及びこれを透過した測定光３の強度は（ＰＯ−ＰＢＧ１）、（Ｐ１−ＰＢＧ２）で表す事ができる。ここで、ＰＢＧ１及び、ＰＢＧ２に関し、ともに照明光等の光強度であり、同義である事から、これをＰＢＧに統一すると、光アイソレータ１のアイソレーション特性は数４にて表されることになる。
【００７２】
なおＩＢＧ、Ｉｄ関しては、前述の通り時間的に安定した値ではないが、請求項５に示した方法によれば、光源２の点滅の周期に合わせ、断続的に受光強度の測定を行い、これらの平均化処理をすることにより、時間的変動の影響を除外することが可能となる。従って第二実施形態によるアイソレーション特性測定方法を用いれば、照明光による光電流等の時間的変動の大きい測定誤差要因の影響を受けずにアイソレーション特性を精確に測定することが可能となる。
【００７３】
【実施例】
本発明の第一実施形態に示したアイソレーション特性測定装置の実施例として図１に示した測定装置を作製し、これ基に光アイソレータ１のアイソレーション特性の測定を行った。すなわち、光アイソレータ１を装置から取り除いた時の受光強度をＰＯ、光アイソレータ１を配置した際の受光強度をＰ１、制御機構９により光源２の出力を切断した後の受光強度ＰＢＧを基にアイソレーション特性を数４により求める方法である。
【００７４】
ここで、測定対象となる光アイソレータ１としては、アイソレーション特性をあらかじめ測定した２つの１段型光アイソレータを直列に接続した２段型の光アイソレータを用いることとした。
【００７５】
なお、２段型の光アイソレータのアイソレーション特性は、素となる１段型光アイソレータのアイソレーション特性の和となる。今回、２つの１段型光アイソレータのアイソレーション特性は、測定波長１５５０ｎｍ、測定温度２５℃の下で４４．５ｄＢ、４３．３ｄＢであり、これを直列に接続した２段型の光アイソレータのアイソレーション特性は８７．８ｄＢとなる。
【００７６】
また、光アイソレータを直列に接続する際は、これを構成するファラデー回転子部分に加わる応力が接続作業前後で変動し、アイソレーション特性が変動することの無いよう、室温下で硬化する瞬間接着剤を用いて行っている。
【００７７】
本実施例では、光源２として波長可変光源を用い、波長１５５０ｎｍ、強度３ｄＢｍの光を用いた。また、受光器７の受光素子としては受光径５ｍｍのｐｉｎ−ＰＤ、Ｇｅ冷却型を使用した。なお、受光器７の最小受光感度は２０ｐＷ（ー７７ｄＢ）であり、従来方法によるアイソレーション特性の測定ではダイナミックレンジが８０ｄＢとなる換算である。
【００７８】
なお、Ｐ１、ＰＢＧを測定する際の時間間隔を決定するために、あらかじめＰＢＧの時間的変動を測定した。この結果を図８に示す。ここで示したように、ＰＢＧは数秒単位で数ｄＢ程度の変動を示しており、この結果から、Ｐ１、ＰＢＧを測定する際の時間間隔が０．５ｓｅｃ以下であればＰＢＧの時間的変動の影響を除外できると考えられた。そこで、光源２出力の切断前後０．２ｓｅｃで、Ｐ１、ＰＢＧを測定することとした。
【００７９】
以上の設定の下で前述の測定対象光アイソレータのアイソレーション特性の測定を５回行った。この結果を表１に示す。また、併せて、従来方法により測定を行った結果も記載する。
【００８０】
【表１】
2004233108.tif 000011
【００８１】
従来方法に従った測定では、光アイソレータを通過前後の測定光強度を、それぞれＰＯ、Ｐ１とし、光アイソレータのアイソレーション特性をＰＯ、Ｐ１の比としている。しかしながら測定光３の強度の弱いＰ１の測定時は、受光器７に光アイソレータ通過後の測定光３のほか、照明光が入射するためＰ１はＰＢＧとほぼ等価の値を示している。したがってアイソレーション特性値は、ＰＯとＰＢＧとの差異とほぼ等価となり、予測されるアイソレーション特性８７．８ｄＢに対し大幅な差異が生じてしまった。
【００８２】
これに対し、本発明の第一実施例によれば、アイソレーション特性値の平均は予測される値、８７．８ｄＢに近い結果となった。また、測定のばらつきを示す標準偏差についても０．２ｄＢ程度と非常に小さな値となり、精度よくアイソレーション特性が測定できた。
【００８３】
さらに、本発明の第二実施例によれば、アイソレーション特性測定装置の実施例として図１に示した測定装置を作製し、これを基に光アイソレータ１のアイソレーション特性の測定を行った。
【００８４】
すなわち、光源２を周期的に点滅させ、光アイソレータ１を取り除いた状態、且つ光源２が点灯時である時点Ａ１、Ａ２・・・での受光強度平均値をＰＯ、光アイソレータ１を取り除いた状態且つ光源２が消灯時である時点Ｂ１、Ｂ２・・・での受光強度平均値をＰＢＧ１、光アイソレータ１を配置した状態且つ光源２が点灯時である時点Ｃ１、Ｃ２・・・での受光強度平均値をＰ１、光アイソレータ１を配置した状態且つ光源消灯時である時点Ｄ１、Ｄ２・・・での受光強度平均値をＰＢＧ２を基にアイソレーション特性を数４により求める方法である。
【００８５】
なお、測定対象となる光アイソレータ１は、先の実施例に示した、２段型の光アイソレータを用いた。
【００８６】
本実施例では、光源２として波長可変光源を用い、波長１５５０ｎｍ、強度３ｄＢｍの光を用いた。また、光源２の点滅は外部変調器を用い、周波数は２００Ｈｚにて行った。受光強度測定の際はこれにならい、時点Ａ１、Ａ２・・・、Ｂ１、Ｂ２・・・等のサンプリング間隔は０．００５ｓｅｃとし、また、Ａ１、Ｂ１間、及びＣ１、Ｄ１間の時間間隔は０．０２５ｓｅｃとした。なお、ＰＯ、Ｐ１、ＰＢＧ１、ＰＢＧ２の各値は、１００サンプルの測定値を基に、これを平均化し用いることとする。
【００８７】
以上の設定の下で、前述の２段型光アイソレータのアイソレーション特性を５回測定した。この結果を表２に示す。なお、表２においてＰＯ、Ｐ１、ＰＢＧ１、ＰＢＧ２の各値は、測定値１００サンプルの平均値を示している。
【００８８】
【表２】
2004233108.tif 000012
【００８９】
このように、本発明の第二実施形態に示した方法に従い測定をすれば、アイソレーション特性値の平均は理論値８７．８ｄＢに非常に近い結果となった。また、測定のばらつきを示す標準偏差についても０．０４ｄＢと非常に小さな値となり、さらに精度よくアイソレーション特性が測定できた結果となった。
【００９０】
なお、本発明により測定されたアイソレーション特性と、予測されたアイソレーション特性との差異の原因としては、光アイソレータ２つを接続したことにより、ファラデー回転子部へ加わる応力が変動したこと、アイソレーション特性測定時の温度変動等が考えられる。
【００９１】
【発明の効果】
上述のように本発明によるアイソレーション特性測定方法及び測定装置を用いれば、受光素子であるｐｉｎ−ＰＤに生じる暗電流や照明光による光電流等の測定誤差要因の影響を受けずにアイソレーション特性を精確に測定することが可能である。また、測定装置のダイナミックレンジを拡大することが可能となり、高アイソレーション特性を有する光アイソレータにおいても、その特性を測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアイソレーション特性測定装置を示す正面図である。
【図２】通常の光アイソレータの構造を示す斜視図である。
【図３】通常の光電変換型光パワーメータに用いられる受光素子の動作原理を示す図である。
【図４】通常のｐｉｎ−ＰＤに印可する逆方向電圧と光電流の相関曲線を示す図である。
【図５】通常のｐｉｎ−ＰＤに入射する光強度と光電流の相関を示す図である。
【図６】本発明の実施形態１におけるｐｉｎ−ＰＤに流れる光電流の経時変化を示す図である。
【図７】本発明の実施形態２におけるｐｉｎ−ＰＤに流れる光電流の経時変化を示す図である。
【図８】通常の受光器で受光したＰＢＧの時間的変動を示す図である。
【図９】従来のアイソレーション特性測定装置を示す正面図である。
【符号の説明】
１：光アイソレータ
２：光源
３：測定光
４：光ファイバ
５：レンズ系
６、１０、１１：偏光子
７：受光器
８：計測器
９：制御機構
１２：ファラデー回転子
１３：永久磁石
１４：ｐ型半導体
１５：ｎ型半導体
１６：受光素子
１７：入射光
１８：外部回路
１９：光電流
２０：バイアス電源
２１：光電流電圧曲線
２２：光電流電圧曲線
２３：太陽電池モード領域
２４：フォトダイオードモード領域
２５：アバランシェフォトダイオードモード
２６：光電流
２７：光電流
２８：光電流
２９：暗電流
【図１】
2004233108.tif 000013
【図２】
2004233108.tif 000014
【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】
2004233108.tif 000021