(57)【要約】【課題】光デバイスの変調特性を直接かつ高精度に評価することができる光デバイス特性評価装置を提供する。【解決手段】光デバイス特性評価装置は、波長λａの光を出力する光源１と、波長λｂの光を出力する光源２と、光源１，２からの光の偏光を制御する偏光制御器３，４と、偏光制御器３，４からの光を合波する光合波器５と、光合波器５からの光を２つの光路Ｌａ，Ｌｂに分波する光分波器６と、光路Ｌａに配置された周波数変調器７と、光路Ｌｂに配置された被測定デバイス８と、周波数変調器７および被測定デバイス８からの光を合波する光合波器９と、光合波器９からの光を波長に応じて分波する波長分波器１０と、分波された光を検波する光検波器１１，１２と、光検波器１１の参照信号Ｓａおよび光検波器１２の評価信号Ｓｂについて振幅および位相差を検出する位相弁別検出器２１などで構成される。【選択図】        図１
2004294298.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１波長の光を出力する第１光源と、
第１波長と異なる第２波長の光を出力する第２光源と、
第１光源から出力された光の偏光を制御する第１偏光制御器と、
第２光源から出力された光の偏光を制御する第２偏光制御器と、
第１偏光制御器からの光および第２偏光制御器からの光を合波する第１光合波器と、
第１光合波器からの光を、第１光路および被測定デバイスが配置される第２光路に沿ってそれぞれ分波する第１光分波器と、
第１光路に配置され、第１光路に沿って進行する光の周波数を変調する周波数変調器と、
周波数変調器からの光および被測定デバイスからの光を合波する第２光合波器と、
第２光合波器からの光を波長に応じて分波する波長分波器と、
波長分波器で分波された光をそれぞれ検波する第１光検波器および第２光検波器と、
第１光検波器からの信号および第２光検波器からの信号について振幅および位相差を検出する位相弁別検出器とを備えることを特徴とする光デバイス特性評価装置。
【請求項２】
第１波長の光を出力する第１光源と、
第１波長と異なる第２波長の光を出力する第２光源と、
第１光源からの光および第２光源からの光を合波する第１光合波器と、
第１光合波器からの光を、第１光路および被測定デバイスが配置される第２光路に沿ってそれぞれ分波する第１光分波器と、
第１光路に配置され、第１光路に沿って進行する光の周波数を変調する周波数変調器と、
周波数変調器からの光および被測定デバイスからの光を合波する第２光合波器と、
第２光合波器からの光を波長に応じて分波する波長分波器と、
波長分波器で分波された光をそれぞれ検波する第１光検波器および第２光検波器と、
第１光検波器からの信号および第２光検波器からの信号について振幅および位相差を検出する位相弁別検出器と、
被測定デバイスを所定のタイミングで変調するための変調電源と、
変調電源の変調タイミングと第１光源の出力タイミングを調整するための第１電気信号遅延器と、
変調電源の変調タイミングと第２光源の出力タイミングを調整するための第２電気信号遅延器とを備えることを特徴とする光デバイス特性評価装置。
【請求項３】
光源と、
光源から出力された光を互いに直交した偏光成分に分離し、各分離光の間に遅延時間を設けるための偏光依存遅延器と、
偏光依存遅延器からの各分離光を合波する第１光合波器と、
第１光合波器からの光を、第１光路および被測定デバイスが配置される第２光路に沿ってそれぞれ分波する第１光分波器と、
第１光路に配置され、第１光路に沿って進行する光の周波数を変調する周波数変調器と、
周波数変調器からの光および被測定デバイスからの光を合波する第２光合波器と、
第２光合波器からの光を偏光に応じて分波する偏光依存分波器と、
偏光依存分波器で分波された光をそれぞれ検波する第１光検波器および第２光検波器と、
第１光検波器からの信号および第２光検波器からの信号について振幅および位相差を検出する位相弁別検出器と、
被測定デバイスを所定のタイミングで変調するための変調電源と、
変調電源の変調タイミングと光源の出力タイミングを調整するための電気信号遅延器とを備えることを特徴とする光デバイス特性評価装置。
【請求項４】
光源と、
光源から出力された光を第１光路および被測定デバイスが配置される第２光路に沿ってそれぞれ分波する第１分波器と、
第１光路に配置され、第１光路に沿って進行する光の周波数を変調する周波数変調器と、
周波数変調器からの光および被測定デバイスからの光を合波する合波器と、
合波器からの光を分波する第２分波器と、
第２分波器からの光を所定のタイミングでオンオフする第１光スイッチおよび第２光スイッチと、
第１光スイッチおよび第２光スイッチからの光をそれぞれ検波する第１光検波器および第２光検波器と、
第１光検波器からの信号および第２光検波器からの信号について振幅および位相を検出する位相弁別検出器と、
被測定デバイスを所定のタイミングで変調するための第１変調電源と、
光源を被測定デバイスの変調の２倍の周波数で出力するための第２変調電源と、
第１変調電源の変調タイミングと光源の出力タイミングを調整するための第１電気信号遅延器と、
第１変調電源の変調タイミングと第１スイッチおよび第２スイッチのオンオフするタイミングを調整するための第２電気信号遅延器および第３電気信号遅延器を備えることを特徴とする光デバイス特性評価装置。
【請求項５】
光源と、
光源から出力された光を第１光路および被測定デバイスが配置される第２光路に沿ってそれぞれ分波する分波器と、
第１光路に配置され、第１光路に沿って進行する光の周波数を変調する周波数変調器と、
周波数変調器からの光および被測定デバイスからの光を合波する合波器と、
合波器の光を検波する光検波器と、
光検波器の信号を２つの時間的に分離された信号に切り替える電気スイッチと、
電気スイッチにより切り替えられた２つの時間的に分離された信号について振幅および位相を検出する位相弁別検出器と、
被測定デバイスを所定のタイミングで変調するための第１変調電源と、
光源を被測定デバイスの変調の２倍の周波数で出力するための第２変調電源と、
第１変調電源の変調タイミングと光源の出力タイミングを調整するための第１電気信号遅延器と、
第１変調電源の変調タイミングとスイッチを切り替えるタイミングを調整するための第２電気信号遅延器を備えることを特徴とする光デバイス特性評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光変調器などの光デバイスの特性を評価するための光デバイス特性評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電界吸収変調器、マッハ−ツェンダ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）型ＬＮ（ＬｉＮｂＯ３）変調器などの電界変調型光デバイスは、長距離光通信など各種応用分野に利用されている。変調時の透過特性には、減衰係数変化、有効屈折率変化、チャープ特性などがあり、これらの特性を精度よく評価することによって光デバイスの高性能化を図ることができる。
【０００３】
【非特許文献１】
Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．，  Ｖｏｌ．７５，  Ｎｏ．２，  １２  Ｊｕｌｙ  １９９９，  ｐｐ．２７１−２７３
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、導波路型の光デバイスについて、変調時の透過特性を直接かつ高精度に評価することは困難である。
【０００５】
従来の透過特性評価方法として、例えば電界吸収変調器では、電界による透過スペクトル変化を測定し、このスペクトル変化にクラマース−クローニヒ（Ｋｒａｍｅｒｓ−Ｋｒｏｎｉｇ）変換を適用して屈折率変化に換算することによって間接的に評価している。そのため、測定から評価結果を得るまでに中間の処理作業が必要になり、評価精度も低下する。
【０００６】
本発明の目的は、光デバイスの変調特性を直接かつ高精度に評価することができる光デバイス特性評価装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る光デバイス特性評価装置は、第１波長の光を出力する第１光源と、
第１波長と異なる第２波長の光を出力する第２光源と、
第１光源から出力された光の偏光を制御する第１偏光制御器と、
第２光源から出力された光の偏光を制御する第２偏光制御器と、
第１偏光制御器からの光および第２偏光制御器からの光を合波する第１光合波器と、
第１光合波器からの光を、第１光路および被測定デバイスが配置される第２光路に沿ってそれぞれ分波する第１光分波器と、
第１光路に配置され、第１光路に沿って進行する光の周波数を変調する周波数変調器と、
周波数変調器からの光および被測定デバイスからの光を合波する第２光合波器と、
第２光合波器からの光を波長に応じて分波する波長分波器と、
波長分波器で分波された光をそれぞれ検波する第１光検波器および第２光検波器と、
第１光検波器からの信号および第２光検波器からの信号について振幅および位相差を検出する位相弁別検出器とを備えることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の第１実施形態を示すブロック図である。光デバイス特性評価装置は、光源１，２と、偏光制御器３，４と、光合波器５と、光分波器６と、周波数変調器７と、被測定デバイス８と、光合波器９と、波長分波器１０と、光検波器１１，１２と、位相弁別検出器２１と、変調電源２２などで構成される。
【０００９】
光源１，２はレーザダイオードなどで構成され、光源１は波長λａの光を出力し、光源２は波長λｂ（≠λａ）の光を出力する。ここでは理解容易のため、波長λａが波長λｂよりも長い（λａ＞λｂ）場合を例として説明するが、本発明は波長λａが波長λｂよりも短い（λａ＞λｂ）場合も適用可能である。
【００１０】
偏光制御器３，４は位相板などで構成され、偏光制御器３は光源１から出力された光の偏光を制御し、偏光制御器４は光源２から出力された光の偏光を制御して、両者の偏光方向を異ならせる。光源１，２からの光が直線偏光である場合、偏光制御器３，４として２分の１波長板が用いられる。
【００１１】
光合波器５は、偏光ビームスプリッタやダイクロイックミラーなどで構成され、偏光制御器３からの光および偏光制御器４からの光を合波する。
【００１２】
光分波器６および光合波器９は、望ましくは波長依存性および波長依存性のないビームスプリッタなどで構成され、両者はマッハ−ツェンダ干渉計ＭＩの光分波器および光合波器として機能する。即ち、光分波器６は、光合波器５からの光を、干渉計ＭＩの２つの光路Ｌａ，Ｌｂに沿ってそれぞれ分波する。光合波器９は、２つの光路Ｌａ，Ｌｂに沿って進行する光を合波する。
【００１３】
干渉計ＭＩの２つの光路Ｌａ，Ｌｂは光学的に互換性がある。ここでは理解容易のため、図中上側の光路Ｌａ上に周波数変調器７を配置し、図中下側の光路Ｌｂ上に被測定デバイス８を配置した例を説明するが、本発明は光路Ｌａ上に被測定デバイス８を配置し、光路Ｌｂ上に周波数変調器７を配置した場合も適用可能である。
【００１４】
周波数変調器７は、音響光学（Ａｃｃｏｕｓｔｉｃ−Ｏｐｔｉｃ）変調器などで構成され、通過光の光周波数を一定の値Δｆだけ変化させる。
【００１５】
光合波器９は、周波数変調器７からの光および被測定デバイス８からの光を合波する。
【００１６】
波長分波器１０は、ダイクロイックミラー、あるいはビームスプリッタとバンドパスフィルタの組合せなどで構成され、光合波器９からの光を波長に応じて２つの方向に分波するものであり、ここでは光源１からの波長λａの光と光源２からの波長λｂの光を分離している。
【００１７】
光検波器１１，１２はフォトディテクタなどで構成され、光検波器１１は波長分波器１０によって分離された波長λａの光を検波して参照信号Ｓａを出力する。光検波器１２は波長分波器１０によって分離された波長λｂの光を検波して評価信号Ｓｂを出力する。ここで、光検波器１１，１２は周波数変調器７による光周波数変化量よりも広い帯域を有する。
【００１８】
位相弁別検出器２１は、ロックインアンプや位相メータなどで構成され、光検波器１１からの参照信号Ｓａおよび光検波器１２からの評価信号Ｓｂが入力されて、参照信号Ｓａを基準として評価信号Ｓｂの振幅および位相差を検出する。
【００１９】
変調電源２２は、変調信号Ｓｍを所定のタイミングで出力して、被測定デバイス８を変調する。被測定デバイス８は、変調電源２２からの変調信号Ｓｍに応じて光吸収係数や屈折率が変化する。
【００２０】
次に動作を説明する。光源１からの出力光（波長λａ）は、偏光制御器３によって所定の偏光方向Ｐａに制御され、光合波器５に入射する。光源２からの出力光（波長λｂ）は、偏光制御器４によって所定の偏光方向Ｐｂに制御され、光合波器５に入射する。
【００２１】
各出力光は、光合波器５によって合波された後、波長λａ，λｂ、偏光方向Ｐａ，Ｐｂを有する光となってマッハ−ツェンダ干渉計ＭＩに入射し、光分波器６によって２つの光路Ｌａ，Ｌｂに向けて分割される。
【００２２】
光路Ｌａに沿って進行する光は、周波数変調器７によって光周波数が一定の値Δｆだけシフトして、光合波器９に入射する。一方、光路Ｌｂに沿って進行する光は、被測定デバイス８によって振幅や位相が変化して、光合波器９に入射する。
【００２３】
被測定デバイス８として、例えば半導体を用いた電界吸収型デバイスを使用した場合、吸収端エネルギー以下の波長を有するＴＭ偏光の光について吸収係数変化およびポッケルス効果を含めた屈折率変化は、吸収端エネルギー以上の波長を有するＴＥ偏光の光に比べて無視できるほど小さい。このため、光源１からの光を被測定デバイス８の吸収端エネルギー以下の波長λａを有するＴＭ偏光の光に設定し、光源２からの光を被測定デバイス８の吸収端エネルギー以上の波長λｂを有するＴＥ偏光の光に設定した場合、被測定デバイス８の変調によって光源２からの光は振幅および位相が変化するが、光源１からの光は振幅および位相が変化しない。
【００２４】
光合波器９において周波数変調器７からの光と被測定デバイス８からの光とが合波されると、両者の周波数差に対応した周期でビートが発生する。
【００２５】
干渉計ＭＩからの出力光は、波長分波器１０によって波長別に分離され、被測定デバイス８の変調による影響を受けていない光源１からの光（波長λａ）は光検波器１１に入射し、一方、被測定デバイス８によって変調された光源２からの光（波長λｂ）は光検波器１２に入射する。
【００２６】
光検波器１１からの参照信号Ｓａおよび光検波器１２からの評価信号Ｓｂは位相弁別検出器２１に入力され、周波数変調器７の変調周波数における評価信号Ｓｂの振幅および参照信号Ｓａとの位相差が検出される。
【００２７】
ここで、評価信号Ｓｂの振幅Ｉ、評価信号Ｓｂの位相φ、被測定デバイス８の変調電圧Ｖとして、光変調器の伝送特性として重要なαパラメータは、下記の式（１）で求められる。
【００２８】
【数１】
α（Ｖ）＝−（ｄφ／ｄＶ）／（ｌｎＩ／ｄＶ）        …（１）
【００２９】
このようにして被測定デバイス８を通過する光の振幅と位相の測定が可能になり、変調を受けない波長又は偏光状態の光との位相差を検出することによって、干渉計ＭＩの光路長を波長以下に安定化させなくても、被測定デバイス８の変調時の透過特性を直接かつ高精度に評価することができる。
【００３０】
干渉計ＭＩを構成するミラー等の光学部品の振動、空気の揺らぎ、干渉計ＭＩを光ファイバで構成した場合は熱等に起因する光ファイバの屈折率変化などの影響によって、光の位相が大きく変動するが、光源１，２の出力光が受ける影響も相等しいことから、位相弁別検出器２１で検出される位相差には影響が現れない。その結果、干渉計ＭＩがあまり安定していなくても、被測定デバイス８の変調による光源２からの光の位相変化を高精度で測定することができる。
【００３１】
実施の形態２．
図２は、本発明の第２実施形態を示すブロック図である。本実施形態は、図１の構成と比べて偏光制御器を省略し、２つの電気信号遅延器を追加している。
【００３２】
光デバイス特性評価装置は、光源１，２と、光合波器５と、光分波器６と、周波数変調器７と、被測定デバイス８と、光合波器９と、波長分波器１０と、光検波器１１，１２と、位相弁別検出器２１と、変調電源２２と、電気信号遅延器２３，２４などで構成される。
【００３３】
光源１，２はレーザダイオードなどで構成され、光源１は波長λａの光を出力し、光源２は波長λｂ（≠λａ）の光を出力する。ここでは理解容易のため、波長λａが波長λｂよりも長い（λａ＞λｂ）場合を例として説明するが、本発明は波長λａが波長λｂよりも短い（λａ＞λｂ）場合も適用可能である。
【００３４】
光合波器５は、ビームスプリッタやダイクロイックミラーなどで構成され、光源１，２からの光を合波する。
【００３５】
光分波器６および光合波器９は、望ましくは波長依存性のないビームスプリッタなどで構成され、両者はマッハ−ツェンダ干渉計ＭＩの光分波器および光合波器として機能する。即ち、光分波器６は、光合波器５からの光を、干渉計ＭＩの２つの光路Ｌａ，Ｌｂに沿ってそれぞれ分波する。光合波器９は、２つの光路Ｌａ，Ｌｂに沿って進行する光を合波する。
【００３６】
干渉計ＭＩの２つの光路Ｌａ，Ｌｂは光学的に互換性がある。ここでは理解容易のため、図中上側の光路Ｌａ上に周波数変調器７を配置し、図中下側の光路Ｌｂ上に被測定デバイス８を配置した例を説明するが、本発明は光路Ｌａ上に被測定デバイス８を配置し、光路Ｌｂ上に周波数変調器７を配置した場合も適用可能である。
【００３７】
周波数変調器７は、音響光学（Ａｃｃｏｕｓｔｉｃ−Ｏｐｔｉｃ）変調器などで構成され、通過光の光周波数を一定の値Δｆだけ変化させる。
【００３８】
光合波器９は、周波数変調器７からの光および被測定デバイス８からの光を合波する。
【００３９】
波長分波器１０は、ダイクロイックミラー、あるいはビームスプリッタとバンドパスフィルタの組合せなどで構成され、光合波器９からの光を波長に応じて２つの方向に分波するものであり、ここでは光源１からの波長λａの光と光源２からの波長λｂの光を分離している。
【００４０】
光検波器１１，１２はフォトディテクタなどで構成され、光検波器１１は波長分波器１０によって分離された波長λａの光を検波して参照信号Ｓａを出力する。光検波器１２は波長分波器１０によって分離された波長λｂの光を検波して評価信号Ｓｂを出力する。ここで、光検波器１１，１２は周波数変調器７による光周波数変化量よりも広い帯域を有する。
【００４１】
位相弁別検出器２１は、ロックインアンプや位相メータなどで構成され、光検波器１１からの参照信号Ｓａおよび光検波器１２からの評価信号Ｓｂが入力されて、参照信号Ｓａを基準として評価信号Ｓｂの振幅および位相差を検出する。
【００４２】
変調電源２２は、変調信号Ｓｍを所定のタイミングで出力して、被測定デバイス８を変調する。被測定デバイス８は、変調電源２２からの変調信号Ｓｍに応じて光吸収係数や屈折率が変化する。
【００４３】
電気信号遅延器２３，２４は、変調電源２２の変調タイミングに基づいて同期信号Ｙａ，Ｙｂを発生する。光源１，２は、外部からの同期信号Ｙａ，Ｙｂに応じて矩形状の出力光を発生する。従って、電気信号遅延器２３，２４の遅延時間を調整することによって、変調電源２２の変調タイミングと光源１，２の出力タイミングが個別に調整可能になる。
【００４４】
図３は、光源１，２の出力と変調電源２２の出力との位相関係の一例を示すタイミングチャートである。本実施形態では、図３（ｃ）に示すように、変調電源２２からの変調信号Ｓｍとして矩形状の変調電圧を被測定デバイス８に供給している。光源２の出力は変調電圧と同期しており、図３（ｂ）に示すように、時間ｔ１〜ｔ２において変調電圧がハイレベルのとき光源２の出力がオンになり、時間ｔ２〜ｔ５において変調電圧がローレベルのとき光源２の出力がオフになるように電気信号遅延器２４の遅延時間を調整している。
【００４５】
一方、光源１の出力も変調電圧と同期しているが、図３（ａ）に示すように、時間ｔ１〜ｔ２において変調電圧がハイレベルのとき光源２の出力がオフになり、時間ｔ２〜ｔ５において変調電圧がローレベルのとき、時間ｔ３〜ｔ４だけ光源１の出力がオンになるように電気信号遅延器２３の遅延時間を調整している。
【００４６】
次に動作を説明する。光源１からの出力光（波長λａ）および光源２からの出力光（波長λｂ）は、光合波器５によって合波された後、波長λａ，λｂを有する光となってマッハ−ツェンダ干渉計ＭＩに入射し、光分波器６によって２つの光路Ｌａ，Ｌｂに向けて分割される。
【００４７】
光路Ｌａに沿って進行する光は、周波数変調器７によって光周波数が一定の値Δｆだけシフトして、光合波器９に入射する。一方、光路Ｌｂに沿って進行する光は、被測定デバイス８によって振幅や位相が変化して、光合波器９に入射する。
【００４８】
光合波器９において周波数変調器７からの光と被測定デバイス８からの光とが合波されると、両者の周波数差に対応した周期でビートが発生する。
【００４９】
干渉計ＭＩからの出力光は、波長分波器１０によって波長別に分離され、被測定デバイス８の変調による影響を受けていない光源１からの光（波長λａ）は光検波器１１に入射し、一方、被測定デバイス８によって変調された光源２からの光（波長λｂ）は光検波器１２に入射する。
【００５０】
光検波器１１からの参照信号Ｓａおよび光検波器１２からの評価信号Ｓｂは位相弁別検出器２１に入力され、周波数変調器７の変調周波数における評価信号Ｓｂの振幅および参照信号Ｓａとの位相差が検出される。
【００５１】
ここで、評価信号Ｓｂの振幅Ｉ、評価信号Ｓｂの位相φ、被測定デバイス８の変調電圧Ｖとして、光変調器の伝送特性として重要なαパラメータは、上記の式（１）で求められる。
【００５２】
このようにして被測定デバイス８の変調と光源１，２の光出力を同期させることによって、非変調時に透過する異なる波長を有する光との位相差を検出することによって、干渉計ＭＩの光路長を波長以下に安定化させなくても、被測定デバイス８の変調時の透過特性を直接かつ高精度に評価することができる。
【００５３】
本実施形態では、被測定デバイス８の変調電圧がハイレベルのとき、光源１の出力がオフで光源２の出力がオンであるため、評価信号Ｓｂは光源１の出力光による影響を受けなくなり、被測定デバイス８の特性測定から光源１に起因する誤差を排除することができる。また、被測定デバイス８の変調電圧がローレベルのとき、光源１の出力がオンで光源２の出力がオフであるため、参照信号Ｓａは光源２の出力光による影響を受けなくなり、被測定デバイス８の変調に起因する誤差を排除することができる。その結果、干渉計ＭＩがあまり安定していなくても、被測定デバイス８の変調による光源２からの光の位相変化を高精度で測定することができる。
【００５４】
なお本実施形態では、被測定デバイス８として電界吸収型変調器の他に、光通信の波長帯域で透明なＬＮ（ＬｉＮｂＯ３）変調器等の評価に好適である。
【００５５】
実施の形態３．
図４は、本発明の第３実施形態を示すブロック図である。本実施形態は、図２の構成と比べて、光源および電気信号遅延器をそれぞれ１つ使用して、偏光依存遅延器を追加し、波長分波器の代わりに偏光依存分波器を使用している。
【００５６】
光デバイス特性評価装置は、光源１と、偏光依存遅延器１３と、光合波器５と、光分波器６と、周波数変調器７と、被測定デバイス８と、光合波器９と、偏光依存分波器１４と、光検波器１１，１２と、位相弁別検出器２１と、変調電源２２と、電気信号遅延器２３などで構成される。
【００５７】
光源１はレーザダイオードなどで構成され、波長λの光を出力する。
【００５８】
偏光依存遅延器１３は位相板などで構成され、光源１から出力された光を互いに直交する２つの偏光成分に分離して、偏光成分の間で一定の位相遅延を付与している。光源１がパルス光を出力する場合、偏光依存遅延器１３によって分離された第１偏光成分のパルス光と第２偏光成分のパルス光とが時間軸上で区別できるように位相遅延が設定される。
【００５９】
光合波器５は、偏光ビームスプリッタなどで構成され、偏光依存遅延器１３によって分離された２つの偏光成分を合波する。
【００６０】
光分波器６および光合波器９は、望ましくは波長依存性のないビームスプリッタなどで構成され、両者はマッハ−ツェンダ干渉計ＭＩの光分波器および光合波器として機能する。即ち、光分波器６は、光合波器５からの光を、干渉計ＭＩの２つの光路Ｌａ，Ｌｂに沿ってそれぞれ分波する。光合波器９は、２つの光路Ｌａ，Ｌｂに沿って進行する光を合波する。
【００６１】
干渉計ＭＩの２つの光路Ｌａ，Ｌｂは光学的に互換性がある。ここでは理解容易のため、図中上側の光路Ｌａ上に周波数変調器７を配置し、図中下側の光路Ｌｂ上に被測定デバイス８を配置した例を説明するが、本発明は光路Ｌａ上に被測定デバイス８を配置し、光路Ｌｂ上に周波数変調器７を配置した場合も適用可能である。
【００６２】
周波数変調器７は、音響光学（Ａｃｃｏｕｓｔｉｃ−Ｏｐｔｉｃ）変調器などで構成され、通過光の光周波数を一定の値Δｆだけ変化させる。
【００６３】
光合波器９は、周波数変調器７からの光および被測定デバイス８からの光を合波する。
【００６４】
偏光依存分波器１４は偏光ビームスプリッタなどで構成され、光合波器９からの光を偏光に応じて２つの方向に分波する。
【００６５】
光検波器１１，１２はフォトディテクタなどで構成され、光検波器１１は偏光依存分波器１４によって分離された第１偏光成分の光を検波して参照信号Ｓａを出力する。光検波器１２は偏光依存分波器１４によって分離された第２偏光成分の光を検波して評価信号Ｓｂを出力する。ここで、光検波器１１，１２は周波数変調器７による光周波数変化量よりも広い帯域を有する。
【００６６】
位相弁別検出器２１は、ロックインアンプや位相メータなどで構成され、光検波器１１からの参照信号Ｓａおよび光検波器１２からの評価信号Ｓｂが入力されて、参照信号Ｓａを基準として評価信号Ｓｂの振幅および位相差を検出する。
【００６７】
変調電源２２は、変調信号Ｓｍを所定のタイミングで出力して、被測定デバイス８を変調する。被測定デバイス８は、変調電源２２からの変調信号Ｓｍに応じて光吸収係数や屈折率が変化する。
【００６８】
電気信号遅延器２３は、変調電源２２の変調タイミングに基づいて同期信号Ｙａを発生する。光源１は、外部からの同期信号Ｙａに応じて矩形状の出力光を発生する。従って、電気信号遅延器２３の遅延時間を調整することによって、変調電源２２の変調タイミングと光源１の出力タイミングが調整可能になる。
【００６９】
本実施形態では、偏光依存遅延器１３を配置することによって、光源１からの出力光のうち第１偏光成分のパルス光と第２偏光成分のパルス光とが時間軸上でシフトしている。変調電源２２は変調信号Ｓｍとして矩形状の変調電圧を被測定デバイス８に供給している。
【００７０】
そこで、光源１からの第１偏光成分のパルス光が被測定デバイス８を通過するとき、変調電圧がローレベルとなるように電気信号遅延器２３の遅延時間を設定して、光検波器１１からの参照信号Ｓａを取得する。一方、光源１からの第２偏光成分のパルス光が被測定デバイス８を通過するとき、変調電圧がハイレベルとなるように電気信号遅延器２３の遅延時間を設定して、光検波器１２からの評価信号Ｓｂを取得する。
【００７１】
次に動作を説明する。光源１からの出力光は、偏光依存遅延器１３によって直交する２つの偏光成分に分離され、各偏光成分は時間軸上でも分離される。次に光合波器５によって２つの偏光成分を有する光に合波され、マッハ−ツェンダ干渉計ＭＩに入射し、光分波器６によって２つの光路Ｌａ，Ｌｂに向けて分割される。
【００７２】
光路Ｌａに沿って進行する光は、周波数変調器７によって光周波数が一定の値Δｆだけシフトして、光合波器９に入射する。一方、光路Ｌｂに沿って進行する光は、被測定デバイス８によって振幅や位相が変化して、光合波器９に入射する。
【００７３】
光合波器９において周波数変調器７からの光と被測定デバイス８からの光とが合波されると、両者の周波数差に対応した周期でビートが発生する。
【００７４】
干渉計ＭＩからの出力光は、偏光依存分波器１４によって偏光成分に応じて分離され、第１偏光成分の光は光検波器１１に入射し、第２偏光成分の光は光検波器１２に入射する。
【００７５】
光検波器１１からの参照信号Ｓａおよび光検波器１２からの評価信号Ｓｂは位相弁別検出器２１に入力され、周波数変調器７の変調周波数における評価信号Ｓｂの振幅および参照信号Ｓａとの位相差が検出される。
【００７６】
ここで、評価信号Ｓｂの振幅Ｉ、評価信号Ｓｂの位相φ、被測定デバイス８の変調電圧Ｖとして、光変調器の伝送特性として重要なαパラメータは、上記の式（１）で求められる。
【００７７】
このようにして被測定デバイス８の変調と光源１の光出力を同期させることによって、非変調時に透過する異なる偏光成分を有する光との位相差を検出することによって、干渉計ＭＩの光路長を波長以下に安定化させなくても、被測定デバイス８の変調時の透過特性を直接かつ高精度に評価することができる。
【００７８】
本実施形態では、被測定デバイス８の変調電圧がハイレベルのとき、光源１からの第２偏光成分の光が被測定デバイス８を通過し、第１偏光成分の光は被測定デバイス８を通過していないため、評価信号Ｓｂは第１偏光成分による影響を受けなくなり、被測定デバイス８の特性測定から第１偏光成分に起因する誤差を排除することができる。また、被測定デバイス８の変調電圧がローレベルのとき、光源１からの第１偏光成分の光が被測定デバイス８を通過し、第２偏光成分の光は被測定デバイス８を通過していないため、参照信号Ｓａは第２偏光成分による影響を受けなくなり、被測定デバイス８の変調に起因する誤差を排除することができる。その結果、干渉計ＭＩがあまり安定していなくても、被測定デバイス８の変調による光の位相変化を高精度で測定することができる。
【００７９】
なお本実施形態では、被測定デバイス８として電界吸収型変調器の他に、光通信の波長帯域で透明なＬＮ（ＬｉＮｂＯ３）変調器等の評価に好適である。
【００８０】
実施の形態４．
図５は、本発明の第４実施形態を示すブロック図である。本実施形態は図４の構成と比べて、偏光依存遅延器、光合波器を省略し、偏光依存分波器の代わりに光分波器と２つの光スイッチを使用し、さらに変調電源、２つの電気信号遅延器を追加している。
【００８１】
光デバイス特性評価装置は、光源１と、光分波器６と、周波数変調器７と、被測定デバイス８と、光合波器９と、光分波器２８と、光スイッチ２９，３０と、光検波器１１，１２と、位相弁別検出器２１と、変調電源２２，２７と、電気信号遅延器２３，２５，２６などで構成される。
【００８２】
光源１は、レーザダイオードなどで構成され、波長λの光を出力する。
【００８３】
光分波器６および光合波器９、２７は、ビームスプリッタなどで構成され、両者はマッハ―ツェンダ干渉計ＭＩの光分波器および光合波器として機能する。即ち、光分波器６は、光源１からの光を干渉計ＭＩの２つの光路Ｌａ、Ｌｂに沿ってそれぞれ分波する。光合波器９は、２つの光路Ｌａ、Ｌｂに沿って進行する光を合波する。光分波器２８は光合波器９からの光を２つの光路に分波する。
【００８４】
干渉計ＭＩの２つの光路Ｌａ、Ｌｂは光学的に互換性がある。ここでは理解容易のため、図中上側の光路Ｌａ上に周波数変調器７を配置し、図中下側の光路Ｌｂ上に被測定デバイス８を配置した例を説明するが、本発明は光路Ｌａ上に被測定デバイス８を配置し、光路Ｌｂ上に周波数変調器７を配置した場合も適用可能である。
【００８５】
周波数変調器７は、音響光学（Ａｃｃｏｕｓｔｉｃ−Ｏｐｔｉｃ）変調器などで構成され、通過光の光周波数を一定の値Δｆだけ変化させる。
【００８６】
光スイッチ２９、３０はそれぞれ音響光学変調器などで構成され、電気信号遅延器２５，２６からの同期信号Ｙａ，Ｙｂに応じて光の透過をオン、オフする。
【００８７】
光検波器１１，１２は、フォトディテクタなどで構成され、光検波器１１は光スイッチ２９によって時間的に分離された光を検波して参照信号Ｓａを出力する。光検波器１２は光スイッチ３０によって時間的に分離された光を検波して評価信号Ｓｂを出力する。ここで、光検波器１１，１２は周波数変調器７による光周波数変化量よりも広い帯域を有する。
【００８８】
位相弁別検出器２１は、ロックインアンプや位相メータなどで構成され、光検波器１１からの参照信号Ｓａおよび光検波器１２からの評価信号Ｓｂが入力されて、参照信号Ｓａを基準として評価信号Ｓｂの振幅および位相を検出する。
【００８９】
変調電源２２は、矩形状の変調信号Ｓｍを所定のタイミングで出力して、被測定デバイス８を変調する。被測定デバイス８は、変調電源２２からの変調信号Ｓｍに応じて吸収係数や屈折率が変化する。
【００９０】
電気信号遅延器２３は、変調電源２２の変調タイミングに基づいて同期信号Ｙｃを発生する。変調電源２７は、外部からの同期信号Ｙｃに応じてこの信号に対し２倍の周波数で同期信号Ｙｄを発生する。さらに、光源１は、外部からの同期信号Ｙｄに応じて矩形状の出力光を発生する。従って、電気信号遅延器２３の遅延時間を調整することによって、変調電源２２の変調タイミングと光源１の出力タイミングが調整可能になる。
【００９１】
図６は、光源１の光出力、変調電源２２の変調信号Ｓｍの出力、光スイッチ２９、３０の透過出力と位相の関係の一例を示すタイミングチャートである。本実施形態では光源１、変調電源２２、光スイッチ２９、光スイッチ３０の出力は同期している。また、光源１は、変調電源２２、光スイッチ２９、光スイッチ３０に対し２倍の周波数で出力している。光スイッチ３０の透過出力は、図６（ｂ）に示すように、時間ｔ１〜ｔ２において変調電圧がハイレベルのとき光スイッチ３０の透過出力がオンになり、時間ｔ２〜ｔ５において変調電圧がローレベルのとき透過出力がオフになるように電気信号遅延器２６の遅延時間を調整している。
【００９２】
一方、光スイッチ２９の透過出力は、図６（ｃ）に示すように、時間ｔ１〜ｔ２において変調電圧がハイレベルのとき光スイッチ２９の透過出力がオフになり、時間ｔ２〜ｔ５において変調電圧がローレベルのとき、時間ｔ３〜ｔ４のときだけ透過出力がオンになるように電気信号遅延器２５の遅延時間を調整している。
【００９３】
また、光源１の光出力は、図６（ａ）に示すように、時間ｔ１〜ｔ２および時間ｔ３〜ｔ４のときだけ出力がオンになるように電気信号遅延器２３の遅延時間を調整している。
【００９４】
次に動作を説明する。光源１からの出力光はマッハ−ツェンダ干渉計ＭＩに入射し、光分波器６によって２つの光路Ｌａ，Ｌｂに向けて分割される。
【００９５】
光路Ｌａに沿って進行する光は、周波数変調器７によって光周波数が一定の値Δｆだけシフトして、光合波器９に入射する。一方、光路Ｌｂに沿って進行する光は、被測定デバイス８によって振幅や位相が変化して、光合波器９に入射する。
【００９６】
光合波器９において周波数変調器７からの光と被測定デバイス８からの光とが合波されると、両者の周波数差に対応した周期でビートが発生する。
【００９７】
干渉計ＭＩからの出力光は、光分波器２８と光スイッチ２９，３０によって、被測定デバイスの変調時に透過する光は光検波器１２に、非変調時に透過する光は光検波器１１にそれぞれ入射する。
【００９８】
光検波器１１からの参照信号Ｓａおよび光検出器１２からの評価信号Ｓｂは位相弁別検出器２１に入力され、周波数変調器７の変調周波数における評価信号Ｓｂの振幅および参照信号Ｓａとの位相差が検出される。
【００９９】
ここで、評価信号Ｓｂの振幅Ｉ、評価信号Ｓｂの位相φ、被測定デバイス８の変調電圧Ｖとして、光変調器の伝送特性として重要なαパラメータは、上記の式（１）で求められる。
【０１００】
このようにして被測定デバイス８の変調、２倍の周波数で出力した光源１の光出力、および光スイッチ２９，３０の透過出力を同期させ、非変調時に透過する光との位相差を検出することによって、干渉計ＭＩの光路長を波長以下に安定させなくても、被測定デバイス８の変調時の透過特性を直接かつ高精度に評価することができる。
【０１０１】
本実施形態では、被測定デバイス８の変調電圧がハイレベルのとき光スイッチ２９の透過出力がオフで光スイッチ３０の透過出力がオンであるため、評価信号Ｓｂは被測定デバイスが非変調時に透過する光に起因する誤差を排除することができる。また、被測定デバイス８の変調電圧がローレベルのとき光スイッチ２９の透過出力がオンで光スイッチ３０の透過出力がオフであるため、参照信号Ｓａは被測定デバイスが変調時に透過する光に起因する誤差を排除することができる。その結果、干渉計ＭＩがあまり安定していなくても、被測定デバイス８の変調による光の位相変化を高精度で測定することができる。
【０１０２】
なお、本実施形態では、被測定デバイス８として電界吸収型変調器の他に、光通信の波長帯域で透明なＬＮ（ＬｉＮｂＯ３）変調器等の評価に好適である。
【０１０３】
実施の形態５．
図７は、本発明の第５実施形態を示すブロック図である。本実施形態は図５の構成と比べて、光分波器と２つの光スイッチの代わりに電気スイッチを使用している。
【０１０４】
光デバイス特性評価装置は、光源１と、光分波器６と、周波数変調器７と、被測定デバイス８と、光合波器９と、光検波器１１と、電気スイッチ３１と、位相弁別検出器２１と、変調電源２２，２７と、電気信号遅延器２３，２５などで構成される。
【０１０５】
光源１はレーザダイオードなどで構成され、波長λの光を出力する。
【０１０６】
光分波器６および光合波器９は、ビームスプリッタなどで構成され、両者はマッハ―ツェンダ干渉計ＭＩの光分波器および光合波器として機能する。即ち、光分波器６は、光源１からの光を干渉計ＭＩの２つの光路Ｌａ，Ｌｂに沿ってそれぞれ分波する。光合波器９は、２つの光路Ｌａ、Ｌｂに沿って進行する光を合波する。
【０１０７】
干渉計ＭＩの２つの光路Ｌａ、Ｌｂは光学的に互換性がある。ここでは理解容易のため、図中上側の光路Ｌａ上に周波数変調器７を配置し、図中下側の光路Ｌｂ上に被測定デバイス８を配置した例を説明するが、本発明は光路Ｌａ上に被測定デバイス８を配置し、光路Ｌｂ上に周波数変調器７を配置した場合も適用可能である。
【０１０８】
周波数変調器７は、音響光学（Ａｃｃｏｕｓｔｉｃ−Ｏｐｔｉｃ）変調器などで構成され、通過光の光周波数を一定の値Δｆだけ変化させる。
【０１０９】
光検出器１１は、フォトディテクタなどで構成され、電気信号Ｓを出力する。ここで、光検波器１１は周波数変調器７による光周波数変化量よりも広い帯域を有する。
【０１１０】
電気スイッチ３１は、電気信号遅延器２５からの同期信号Ｙａに応じて電気信号Ｓを参照信号Ｓａおよび評価信号Ｓｂとして切り替えて、時間的に分離する。
【０１１１】
位相弁別検出器２１は、ロックインアンプや位相メータなどで構成され、電気スイッチ３１により切り替えられた参照信号Ｓａおよび評価信号Ｓｂが入力されて、参照信号Ｓａを基準として評価信号Ｓｂの振幅および位相を検出する。
【０１１２】
変調電源２２は、矩形状の変調信号Ｓｍを所定のタイミングで出力して、被測定デバイス８を変調する。被測定デバイス８は、変調電源２２からの変調信号Ｓｍに応じて吸収係数や屈折率が変化する。
【０１１３】
電気信号遅延器２３は、変調電源２２の変調タイミングに基づいて同期信号Ｙｂを発生する。変調電源２７は、外部からの同期信号Ｙｂに応じてこの信号に対し２倍の周波数で同期信号Ｙｃを発生する。さらに、光源１は外部からの同期信号Ｙｃに応じて矩形状の出力光を発生する。従って、電気信号遅延器２３の遅延時間を調整することによって、変調電源２２の変調タイミングと光源１の出力タイミングが調整可能になる。
【０１１４】
図８は、光源１の光出力、変調電源２７の変調信号出力、および電気スイッチ３１で切り替えられる各ゲート出力Ｓａ，Ｓｂと位相の関係の一例を示すタイミングチャートである。本実施形態では光源１、変調電源２７、ゲート出力Ｓａ，Ｓｂは同期している。また、光源１は、変調電源２７、ゲート出力Ｓａ，Ｓｂに対し２倍の周波数で出力している。電気スイッチ３１のゲートは、図８（ｂ），（ｃ）に示すように、時間ｔ１〜ｔ２において変調電圧がハイレベルのときゲート出力Ｓａがオフ、ゲート出力Ｓｂがオンになり、時間ｔ３〜ｔ４において変調電圧がローレベルのときゲート出力Ｓａがオン、ゲート出力Ｓｂがオフになるように電気信号遅延器２５の遅延時間を調整している。
【０１１５】
また、光源１の光出力は、図８（ａ）に示すように、時間ｔ１〜ｔ２および時間ｔ３〜ｔ４のときだけ出力がオンになるように電気信号遅延器２３の遅延時間を調整している。
【０１１６】
次に動作を説明する。光源１からの出力光はマッハ−ツェンダ干渉計ＭＩに入射し、光分波器６によって２つの光路Ｌａ、Ｌｂに向けて分割される。
【０１１７】
光路Ｌａに沿って進行する光は、周波数変調器７によって光周波数が一定の値Δｆだけシフトして、光合波器９に入射する。一方、光路Ｌｂに沿って進行する光は、被測定デバイス８によって振幅や位相が変化して、光合波器９に入射する。
【０１１８】
光合波器９において周波数変調器７からの光と被測定デバイス８からの光とが合波されると、両者の周波数差に対応した周期でビートが発生する。
【０１１９】
干渉計ＭＩからの出力光は、光検波器１１に入射する。
【０１２０】
光検波器１１からの電気信号は電気スイッチ３１により参照信号Ｓａおよび評価信号Ｓｂに振り分けられた後、位相弁別検出器２１に入力され、周波数変調器７の変調周波数における評価信号Ｓｂの振幅および参照信号Ｓａとの位相差が検出される。
【０１２１】
ここで、評価信号Ｓｂの振幅Ｉ、評価信号Ｓｂの位相φ、被測定デバイス８の変調電圧Ｖとして、光変調器の伝送特性として重要なαパラメータは、上記の式（１）で求められる。
【０１２２】
このようにして被測定デバイス８の変調、２倍の周波数で出力した光源１の光出力、および電気スイッチ３１を同期させ、非変調時に透過する光との位相差を検出することによって、干渉計ＭＩの光路長を波長以下に安定させなくても、被測定デバイス８の変調時の透過特性を直接かつ高精度に評価することができる。
【０１２３】
本実施形態では、被測定デバイス８の変調電圧がハイレベルのとき電気スイッチ３１において参照信号Ｓａのゲート出力がオフになるため、評価信号Ｓｂは被測定デバイスが非変調時に透過する光に起因する誤差を排除することができる。また、被測定デバイス８の変調電圧がローレベルのとき電気スイッチ３１において評価信号Ｓｂのゲート出力がオフになるため、参照信号Ｓａは被測定デバイスが変調時に透過する光に起因する誤差を排除することができる。その結果、干渉計ＭＩがあまり安定していなくても、被測定デバイス８の変調による光の位相変化を高精度で測定することができる。
【０１２４】
なお、本実施形態では、被測定デバイス８として電界吸収型変調器の他に、光通信の波長帯域で透明なＬＮ（ＬｉＮｂＯ３）変調器等の評価に好適である。
【０１２５】
【発明の効果】
以上詳説したように、被測定デバイスを通過する光の振幅と位相の測定が可能になり、変調を受けない波長、偏光、又は２つの時間的に分離された状態の光との位相差を検出することによって、干渉計ＭＩの光路長を波長以下に安定化させなくても、被測定デバイスの変調特性を直接かつ高精度に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示すブロック図である。
【図３】光源出力と変調電圧との位相関係の一例を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の第３実施形態を示すブロック図である。
【図５】本発明の第４実施形態を示すブロック図である。
【図６】光源出力、２つの光スイッチの透過出力および変調電圧の位相関係の一例を示すタイミングチャートである。
【図７】本発明の第５実施形態を示すブロック図である。
【図８】光源出力、電気スイッチのゲート出力および変調電圧の位相関係の一例を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１，２  光源、  ３，４  偏光制御器、  ５  光合波器、  ６，２８  光分波器、  ７  周波数変調器、  ８  被測定デバイス、  ９  光合波器、  １０  波長分波器、  １１，１２  光検波器、  １３  偏光依存遅延器、  １４  偏光依存分波器、  ２１  位相弁別検出器、  ２２，２７  変調電源、  ２３，２４，２５，２６  電気信号遅延器、  ２９，３０  光スイッチ、  ３１  電気スイッチ、  ＭＩ  マッハ−ツェンダ干渉計。
【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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【図７】
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【図８】
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