(57)【要約】【課題】誘電体多層膜フィルタなどの反射型光素子の群遅延特性を精度よく、作業効率よく、繰り返し再現性にも優れ、従来になく高精度の反射群遅延の測定が可能な反射型光素子の測定装置を提供する。【解決手段】反射型光素子と全反射ミラーとを載置するステージと、前記ステージをはさんで所定の間隔をおいて対向せしめた一対のコリメータレンズと、前記一対のコリメータレンズと光ファイバで光学的に接続された群遅延測定解析装置とを備え、前記全反射ミラーと前記反射型光素子とは、それぞれの反射面が同一平面上に位置するようにステージ上に載置され、前記一対のコリメータレンズと前記ステージとを前記同一平面の面方向に相対的に移動させる移動機構を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射型光素子と全反射ミラーとを載置するステージと、前記ステージをはさんで所定の間隔をおいて対向せしめた一対のコリメータレンズと、前記一対のコリメータレンズの少なくとも一方と光ファイバで光学的に接続された群遅延測定解析装置とを備え、前記全反射ミラーと前記反射型光素子とは、それぞれの反射面が同一平面上に位置するように前記ステージ上に載置されるとともに、前記一対のコリメータレンズ間を伝搬する光ビームの光軸が、前記全反射ミラーと前記反射型光素子のそれぞれの反射面と交わり得るように、前記一対のコリメータレンズと前記ステージとを前記同一平面の面方向に相対的に移動させる第１の移動機構を有することを特徴とする反射型光素子の測定装置。
【請求項２】
前記一対のコリメータレンズと前記ステージとを、前記光ビームの光軸方向に相対的に移動させる第２の移動機構を有することを特徴とする請求項１記載の反射型光素子の測定装置。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかに記載の反射型光素子の測定装置を用いた反射型光素子の測定方法。
【請求項４】
前記全反射ミラーの反射面による反射光の群遅延時間の測定値を第１の測定値として記憶するとともに、前記反射型光素子の反射面による反射光の群遅延時間の測定値を第２の測定値として記憶した後、前記第１の測定値と前記第２の測定値とを比較演算して変化分を検出することを特徴とする請求項３記載の反射型光素子の測定方法。
【請求項５】
前記全反射ミラーの反射面による反射光の群遅延時間の測定値を第１の測定値として記憶するとともに、前記反射型光素子の反射面による反射光の群遅延時間の測定値を第２の測定値として記憶した後、前記第１の測定値と前記第２の測定値とを比較演算して変化分を検出し、前記一対のコリメータレンズと前記ステージとを、前記第２の移動機構により、前記光ビームの光軸方向に相対的に移動させるとともに、前記第１の測定値と前記第２の測定値とを比較演算した変化分に応じて、移動量を調節させることを特徴とする請求項２記載の反射型光素子の測定装置を用いた反射型光素子の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信用素子の測定装置に関し、詳しくは反射や光路変換などにより入射光軸方向に光信号の一部もしくは全部が戻る反射型光素子の群遅延時間の測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のインターネット普及に代表される通信需要の増大に伴い、特に大都市間を結ぶ幹線系の伝送能力の向上が重要となっている。そのために従来から幹線系では、光ファイバ１本当たりの伝送容量拡大の有力な手段として、波長多重光（ＷＤＭ）伝送方式が採用されている。
【０００３】
ＷＤＭ伝送方式においてさらに伝送容量を拡大するには、１チャンネル当たりの伝送速度の高速化と、多重するチャンネル数の増大が求められる。一方で、光ファイバで利用できる伝送帯域には限りがあることから、多重チャンネル数が大きくなるにつれて隣接チャンネルとの波長間隔は０．２ｎｍ〜０．８ｎｍ程度にまで狭くなってきており、さらに１チャンネル当たりの伝送速度が増大するにしたがい各チャンネル信号が必要とする光スペクトラム帯域は拡大している。
【０００４】
ある波長広がりをもつ光信号を伝送する場合、波長毎に伝送媒体の屈折率が異なることから波長毎に伝搬速度差が生じる。この現象は波長分散と呼ばれ、あるいは伝搬遅延時間に着目して群速度遅延（群遅延）とも呼ばれる。この波長分散量は伝搬速度を波長の関数として表した場合、群遅延を波長に関して１次微分した値で与えられる。群遅延が一定でないと、受信端において信号波形に遅延歪みが生じ、伝送容量は制限を受けることになる。
【０００５】
したがって、ＷＤＭ伝送方式で使用される誘電体多層膜フィルタは、その通過帯域および隣接チャンネルに相当する反射の帯域における群遅延偏差が小さいことが要求される。すなわち４０ギガビット／秒以上で変調される高速通信においては、１ビットのタイムスロットが２５ピコ秒以下になるため、受信処理に必要な帯域内における群遅延偏差はおおむねその１／１０である２．５ピコ秒以下であることが望ましい。
【０００６】
例えば波長多重された信号光をバンドパスフィルタで分波する際に、選択を希望するチャンネルの信号はバンドパスフィルタを透過し、他のチャンネルの信号はバンドパスフィルタで反射される。このとき隣接チャンネルに相当する反射の帯域における群遅延偏差が２．５ピコ秒以上あると隣接チャンネル信号を劣化させることになる。
【０００７】
従来、反射の帯域における群遅延偏差を抑制した反射型光素子は存在しなかったが、本出願者が出願した特許文献１に示すように、信号光の通過帯域内で群遅延偏差がないベッセル型特性を有するバンドパスフィルタの設計手法を見いだし、反射の群遅延偏差の小さな誘電体多層膜フィルタを実現することができるようになった。そのため、より精度の高い測定方法が求められている。
【０００８】
これについて、従来は反射の群遅延を高精度に測定する方法が知られていなかった。例えば、特許文献２に示される光フィルタの損失評価の方法では、反射の損失を測定する方法が記されているのみであり、群遅延の測定に関しては言及されていなかった。また、本出願人が先に出願した特許文献３では、透過の群遅延測定についての技術を開示したが、反射の群遅延の測定方法に関しては考慮していなかった。
【０００９】
〔特許文献１〕特開２００２−２５８０３６号公報（段落番号００１９〜００２０）
〔特許文献２〕特開平８−１７８７９９号公報（段落番号００１８、図３）
〔特許文献３〕特開２００３−１４５８１号公報（段落番号０００９〜００１１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
出願人は、特許文献２に示された反射損失を測定する方法を応用して、反射群遅延を測定することを試みた。その内容について、図６を用いて説明する。
【００１１】
一対のコリメータレンズ４ａ、４ｂが所定間隔で対向して置かれ、コリメータレンズ４ａ、４ｂは光ファイバ５によってそれぞれ群遅延測定解析装置６の出力端子と入力端子に光学的に接続される。コリメータレンズ４ａからは評価に適した波長範囲のプローブ光が出射される。
【００１２】
反射型光素子１を保持する固定台１０には、板状の反射型光素子１を保持するための直線状の溝１１が形成されており、この溝１１には板状の全反射ミラーも同様に保持される。溝１１の幅は素子を傷つけないよう、挿入する素子の厚みに対して０．１ｍｍ程度大きい寸法で加工されている。
【００１３】
測定は以下のように行う。まず直線状の溝１１に全反射ミラーを置き、コリメータレンズ４ａから出射するプローブ光の光軸が全反射ミラーの反射面に垂直になるよう固定台１０の位置は調整される。この状態で全反射ミラーによって反射されたプローブ光の群遅延を群遅延測定解析装置６で測定し、リファレンス値として記録する。次に被測定物である反射型光素子１を全反射ミラーの代わりに溝１１に置き、同様に測定を行い、先に測定したリファレンス値と比較し、その変化分が反射型光素子１の反射の群遅延（以下、反射群遅延と呼ぶ）とみなしていた。
【００１４】
しかしながら、溝１１は素子の厚みに対して０．１ｍｍ広く作られているため、全反射ミラーと反射型光素子１を置き換えたときに、それらの素子とコリメータレンズ４ａとの距離が変わってしまい、反射群遅延を正確に測定することができなかった。
【００１５】
この位置ずれ量は、反射群遅延の測定ではプローブ光が往復することから２倍の長さとなり、反射群遅延の値では約０．７ピコ秒の誤差となる。この値は、特に反射型光素子１の反射群遅延偏差が２ピコ秒以下であるような場合には無視できない誤差となり、精度の良い計測は不可能もしくは困難であった。
【００１６】
従来は、反射群遅延特性の優れた素子がなかったため、図６に示した方式による測定精度でも問題はなかったが、特許文献１に示すような反射群遅延の小さな反射型光素子の測定には、この方法を用いることができなかった。
【００１７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、誘電体多層膜フィルタなどの反射型光素子について、従来よりも高精度の反射群遅延の測定が可能な反射型光素子の測定装置およびこれを用いた測定方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の反射型光素子の測定装置は、反射型光素子と全反射ミラーとを載置するステージと、前記ステージをはさんで所定の間隔をおいて対向せしめた一対のコリメータレンズと、前記一対のコリメータレンズの少なくとも一方と光ファイバで光学的に接続された群遅延測定解析装置とを備え、前記全反射ミラーと前記反射型光素子とは、それぞれの反射面が同一平面上に位置するように前記ステージ上に載置されるとともに、前記一対のコリメータレンズ間を伝搬する光ビームの光軸が、前記全反射ミラーと前記反射型光素子のそれぞれの反射面と交わり得るように、前記一対のコリメータレンズと前記ステージとを前記同一平面の面方向に相対的に移動させる第１の移動機構を備えている。
【００１９】
また、前記一対のコリメータレンズと前記ステージとを、前記光ビームの光軸方向に相対的に移動させる第２の移動機構を有することを特徴とする。
【００２０】
さらに、本発明の反射型光素子の測定方法は、本発明の反射型光素子の測定装置を用いたものであって、前記全反射ミラーの反射面による反射光の群遅延時間の測定値を第１の測定値として記憶するとともに、前記反射型光素子の反射面による反射光の群遅延時間の測定値を第２の測定値として記憶した後、前記第１の測定値と前記第２の測定値とを比較演算して変化分を検出することを特徴とする。
【００２１】
そして、第２の移動機構によって、前記一対のコリメータレンズと前記ステージとを、前記光ビームの光軸方向に相対的に移動させるとともに、前記第１の測定値と前記第２の測定値とを比較演算して検出した変化分に基づいて、移動量を調節することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態として、本発明による反射型光素子の測定装置について説明する。
【００２３】
図１は本発明の第１の実施形態の反射型光素子の測定装置のブロック図である。
【００２４】
一対のコリメータレンズ４ａ、４ｂがステージ３を挟んで所定間隔で対向して置かれ、コリメータレンズ４ａ、４ｂは光ファイバ５によってそれぞれ群遅延測定解析装置６の出力端子と入力端子に光学的に接続される。コリメータレンズ４ａからは評価に適した波長範囲のプローブ光が出射される。
【００２５】
反射型光素子１と全反射ミラー２はそれぞれの反射面が同一の平面１２に並ぶようステージ３に固定される。反射型光素子１と全反射ミラー２のそれぞれの反射面を同一の平面１２に並べるためには、例えば反射面を平面１２に突き当てる向きに押圧を加えるか、平面１２の側から負圧を加えるためバキューム吸引を行うなどすればよく、それぞれの例を図５に示す。
【００２６】
図５（ａ）は図１中のステージ３部分を抜き出した部分図であり、図５（ｂ）と図５（ｃ）に破線の四角で囲んだＡ部の拡大図を示す。図５（ｂ）は、反射型光素子１の反射面を平面１２に突き当てる向きに押圧を加える様子を示す。このように押圧を加え、図示しない係止部によって、反射型光素子１が動かないように固定する。図５（ｃ）は、平面１２に吸引孔１４が設けられており、取り付け口１４ａに図示しない吸引ポンプが取り付けられ、反射型光素子１は平面１２の側に吸引し、動かないように固定される。なお、全反射ミラー２についても、全く同様にして平面１２を基準に反射面を並べることができる。
【００２７】
反射型光素子１と全反射ミラー２のそれぞれの反射面を同一の平面１２に並ぶ方法としては、これに限るものではなく、例えば、反射面の高さを調整可能なステージ３に、非反射面側をステージ３に向けて搭載した後に、それぞれの反射面が同一の平面１２に並ぶように、反射面の高さを調整しても良く、本発明の効果を得ることができる。
【００２８】
所定間隔で対向して置かれた一対のコリメータレンズ４ａ、４ｂは、コリメータレンズ間の光学的結合損失が最小になるようあらかじめ調整されている。
【００２９】
この調整は、コリメータレンズ４ａからプローブ光を出射させ、コリメータレンズ４ｂで受光される光パワーが最大になるようにコリメータレンズ４ａ、４ｂの光軸を図示しない調整機構を用いて調整することで達せられる。調整機構としては例えば市販の精密ステージが用いられる。
【００３０】
まず、コリメータレンズ４ａから出射するプローブ光の光軸が全反射ミラー２の反射面と直交し、全反射ミラー２で反射されたプローブ光がコリメータレンズ４ａに最大結合するよう図示しない調整機構を用いて、ステージ３の位置は調整される。
【００３１】
この状態で全反射ミラー２によって反射されたプローブ光の群遅延を群遅延測定解析装置６で測定し、第１の測定値として記録する。この第１の測定値は、
測定系の光路長や測定系に挿入されている光デバイスに起因する群遅延の総量を意味し、この状態の群遅延を基準にして反射型光素子１だけに起因する群遅延を求めることができる。
【００３２】
次に、ステージを第１の移動機構９ａによって、平面１２の面方向に移動して、コリメータレンズ４ａから出射したプローブ光が反射型光素子１の反射面で反射され、プローブ光がコリメータレンズ４ａに最大結合するように、調整する。
【００３３】
ここで、反射型光素子１がプローブ光の一部を透過する性質を有する素子であるならば、コリメータレンズ４ｂにて受光される透過光の光パワーも最大になるよう調整すれば、プローブ光の光軸は反射型光素子１の反射面に対してなお精度良く垂直にできる。
【００３４】
この状態で反射型光素子１によって反射されたプローブ光の群遅延を群遅延測定解析装置６で測定し、第２の測定値として記録する。この第２の測定値は、
測定系と反射型光素子１の両方に起因する群遅延を意味する。したがって、第１の測定値と第２の測定値を比較演算し、その変化分を求めることにより、反射型光素子１の反射の群遅延（以下、反射群遅延と呼ぶ）を求めることができる。
【００３５】
なお、群遅延測定解析装置の例としては、位相シフト法で群遅延を計測するアドバンテスト製Ｑ７７６０などを使用することができる。
【００３６】
本発明の反射型光素子の測定装置では、反射型光素子１と全反射ミラー２の反射面が位置する平面１２は、コリメータレンズ４ａから出射するプローブ光の光軸とほぼ垂直に調整されているため、ステージ３を平面１２の面方向に移動させて、反射型光素子１と全反射ミラー２を置き換えても、コリメータレンズ４ａに対する反射型光素子１と全反射ミラー２のそれぞれの反射面の距離は、ほとんど変わらない。例えば、市販の精密ステージ（例えば、駿河精機ＢＳＳ１６）を用いた場合、０．００７ｍｍ〜０．０１５ｍｍの精度で移動が可能である。
【００３７】
したがって、図６に示すような、溝１１に反射型光素子と全反射ミラーとを差し替えて測定する方法に比べて、反射面の距離の変動は０．００７ｍｍ〜０．０１５ｍｍのように小さく押さえられるため、誤差を０．０５ピコ秒〜０．１ピコ秒のように低く抑えることが可能となる。
【００３８】
図２は本発明の第２の実施形態の反射型光素子の測定装置のブロック図である。第２の実施形態は、コリメータレンズ４ａが光ファイバ５によって、光サーキュレータ８を介して群遅延測定解析装置６の出力端子に光学的に接続されているほかは、各構成要素は第１の実施形態と同じ配置となっている。また光パワーメータ７は、透過光と反射光の光パワーをモニターし、反射型光素子１もしくは全反射ミラー２を光軸に対して垂直にする際に使用される。
【００３９】
第１の実施形態と異なるのは、反射型光素子１もしくは全反射ミラー２のそれぞれの反射面で反射したプローブ光が、コリメータレンズ４ａに再度入射した後、光サーキュレータ８によって光分岐結合器１３へと導かれ、所定の分岐比で分岐した一方のプローブ光が、群遅延測定解析装置６の入射端子に光学的に接続されるという点である。
【００４０】
この点を除けば、第１の実施形態と全く同様にして、反射型光素子１の反射群遅延を求めることができる。
【００４１】
第２の実施形態は、光プローブ光の出射端子に反射光が戻らない構成であるので第１の実施形態に比べて光プローブ光のパワーがより安定するという特徴を有する。
【００４２】
図３は本発明の第３の実施形態の反射型光素子の測定装置のブロック図である。図１、図２に示した本発明の第１の実施形態、第２の実施形態との違いは、第２の移動機構９ｂを備えた点にある。
【００４３】
本発明の第１の実施形態で説明したように、全反射ミラー２の群遅延測定値を第１の測定値とし、反射型光素子１の群遅延測定値を第２の測定値とする。これらの値を比較し、その変化分を反射型光素子１の反射群遅延としたときに、第２の移動機構９ｂは変化分の値に応じて光ビームの光軸方向に移動する。詳細には図４を用いて説明する。
【００４４】
図４は、反射型光素子であるバンドパスフィルタの反射群遅延を示す図である。図４（ａ）に示した群遅延特性では、バンドパスフィルタの中心波長から大きく外れた裾野部分の漸近線とＹ軸の交点が０ピコ秒になっていない。これは第２の測定値を計測する際に、反射型光素子（この場合はバンドパスフィルタ）の位置が光ビームの光軸方向にずれていることを意味する。
【００４５】
このずれが起こる原因は、測定装置の歪みや、第１の移動機構９ａの移動時の誤差などによって、全反射ミラー２と反射型光素子１とを正しく同一平面上で移動することができないためである。したがって、このようなずれが生ずると、反射型光素子１と全反射ミラー２を測定して比較演算しても、真値からずれた値となる。
【００４６】
ここで、本発明の第３の実施形態にかかる反射型光素子の測定装置では、第２の移動機構９ｂで光ビームの光軸方向にステージ３を移動し、図４（ｂ）に示したように前述した漸近線とＹ軸との交点が０ピコ秒になるよう調整することができる。このように、バンドバスフィルタやローパスフィルタ、ハイパスフィルタなど、ある波長域の信号を選択的に通過するタイプの反射型光素子については、測定値の中に、信号を通過しない領域があるので、この領域における測定値が０に近づくように、第２の移動機構９ｂを調整することによって、実際に測定されるデータを真値に近づけることが可能となる。
【００４７】
なお、本発明の実施形態は上述の例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることはもちろんである。
【００４８】
例えば、上述の例では、第１の移動機構９ａ、第２の移動機構９ｂをステージ３に備えるようにしたが、これに限るものではなく、一対のコリメータレンズ４ａ、４ｂ側に設けても良く、上述の例と全く同様の効果を得ることができる。
【００４９】
以上、本実施形態に示した反射型光素子の測定装置および測定方法によれば、従来の方式では全反射ミラーと反射型光素子１を置き換えていたために位置精度が悪く反射群遅延の測定精度が０．７ピコ秒と良くなかった欠点を解消して、反射型光素子の群遅延特性を精度よく、作業効率よく、従来になく高精度の反射群遅延の測定が可能な反射型光素子の測定装置が実現する。
【００５０】
【実施例】
図２に示す本発明の第２の実施形態における反射型光素子の測定装置を用いて評価を行った。ベッセル型光学フィルタを試作し評価を行った。
【００５１】
試作したベッセル型光学フィルタは、３ｄＢ通過帯域幅が０．６５ｎｍ、２０ｄＢ通過帯域幅が１．５ｎｍであり、チャンネル間隔０．８ｎｍのＷＤＭ伝送を想定した特性のものを用いた。また、比較のため、図６に示される従来の測定装置でも測定を行った。
【００５２】
その結果、本発明の第２の実施形態の反射型光素子の測定装置では、ベッセル型光学フィルタの反射群遅延時間を０．０５ピコ秒以下の精度で測定することができた。一方、図６に示される従来の測定装置で測定した場合は０．７ピコ秒の精度でしか測定ができなかった。
【００５３】
また、図３に示す第３の実施形態における反射型光素子の測定装置にて、全く同様にして同一のベッセル型光学フィルタを評価したところ、ベッセル型光学フィルタの反射群遅延時間を０．０３ピコ秒以下の精度まで向上させることができた。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の反射型光素子の測定装置によれば、反射型光素子と全反射ミラーとを載置するステージと、前記ステージをはさんで所定の間隔をおいて対向せしめた一対のコリメータレンズと、前記一対のコリメータレンズと光ファイバで光学的に接続された群遅延測定解析装置とを備え、前記全反射ミラーと前記反射型光素子とは、それぞれの反射面が同一平面上に位置するようにステージ上に載置され、前記一対のコリメータレンズと前記ステージとを前記同一平面の面方向に相対的に移動させる移動機構を有するので、全反射ミラーや反射型光素子とコリメータレンズとの距離を、ほぼ等しい距離で反射光信号の群遅延時間を測定することができるようになり、高精度で反射群遅延の測定ができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の反射型光素子の測定装置の第１の実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の反射型光素子の測定装置の第２の実施形態を示すブロック図である。
【図３】本発明の反射型光素子の測定装置の第３の実施形態を示すブロック図である。
【図４】バンドパスフィルタの反射群遅延を示す図である。
【図５】（ａ）は本発明の反射型光素子の測定装置のステージ部分を抜き出した部分図であり、（ｂ）と（ｃ）は、（ａ）のＡ部の拡大図を示す。
【図６】従来の測定装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
１：反射型光素子
２：全反射ミラー
３：ステージ
４ａ：コリメータレンズ
４ｂ：コリメータレンズ
５：光ファイバ
６：群遅延測定解析装置
７：光パワーメータ
８：光サーキュレータ
９ａ：第１の移動機構
９ｂ：第２の移動機構
１０：固定台
１１：溝
１２：平面
１３：光分岐結合器
１４：吸引孔
１４ａ：取り付け口
【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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