(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定デバイスの光反射率を測定する装置であって、
光周波数コム光源と、
前記光周波数コム光源から出射された光を２分岐する光分岐部と、
前記光分岐部で分岐された光に遅延差を発生させる光遅延部と、
前記光分岐部で分岐された一方の光を任意信号波形で位相変調する第１の光位相変調部と、
前記光分岐部で分岐された他方の光を、前記任意信号波形で位相変調する第２の光位相変調部と、
前記第１の光位相変調部及び前記第２の光位相変調部における位相変調のタイミングを制御するトリガ制御部と、
前記第１の光位相変調部で位相変調された前記一方の光をプローブ光として前記被測定デバイスに入射し、前記プローブ光が前記被測定デバイスで散乱された後方散乱光を導波するサーキュレータと、
前記第２の光位相変調部で位相変調された前記他方の光を参照光とし、前記参照光と前記後方散乱光を合波する光合波部と、
前記光合波部で合波された前記参照光と前記後方散乱光の干渉信号を検出する受光器と、
前記受光部から出力された干渉信号に含まれる位相変調された信号の自己相関関数を用いて、前記被測定デバイスの長手方向の任意の位置における光反射率を求めるデータ取得部と、
を備え、
前記トリガ制御部は、前記被測定デバイスの長手方向の任意の位置において反射された前記プローブ光が前記光合波部で前記参照光と合波されるように、前記第１の光位相変調部及び前記第２の光位相変調部における位相変調のタイミングを制御する、
光反射測定装置。
【請求項２】
前記第１の光位相変調部が位相変調するタイミングを制御するための第１のトリガ信号を出力する第１のトリガ源と、
前記第２の光位相変調部が位相変調するタイミングを制御するための第２のトリガ信号を出力する第２のトリガ源と、
前記第１のトリガ源から第１のトリガ信号が入力されたタイミングで任意信号波形の変調信号を発生し、前記第１の光位相変調部に当該変調信号で位相変調させる第１の任意信号発生部と、
前記第２のトリガ源から第２のトリガ信号が入力されたタイミングで前記任意信号波形の変調信号を発生し、前記第２の光位相変調部に当該変調信号で位相変調させる第２の任意信号発生部と、
をさらに備え、
前記光遅延部は、前記光分岐部によって２分岐された光周波数コムの自己相関関数を掃引するよう、前記光分岐部によって２分岐された光の遅延量を変化させ、
前記トリガ制御部は、反射率を測定する前記被測定デバイスの長手方向の位置に応じて、前記第１のトリガ信号及び前記第２のトリガ信号の出力時刻に遅延を設け、
前記データ取得部は、前記光遅延部の発生させた遅延差及び前記第１のトリガ源及び前記第２のトリガ源がトリガ信号を出力する時刻間の遅延量を用いて、前記受光部から出力された干渉信号から前記被測定デバイスの長手方向の位置を特定する、
ことを特徴とする請求項１記載の光反射測定装置。
【請求項３】
前記光周波数コム光源の繰返し周波数がｆｒｅｐである場合、
前記トリガ制御部は、１／ｆｒｅｐの周期で現れる光周波数コムの自己相関関数のうち、任意の自己相関関数を選択するよう、前記第１のトリガ信号及び前記第２のトリガ信号の出力時刻に遅延を設ける、
ことを特徴とする請求項２記載の光反射測定装置。
【請求項４】
前記第１の任意信号発生部及び前記第２の任意信号発生部から出力される前記任意信号波形のサンプルレートｆｓａｍは、前記光周波数コム光源の繰返し周波数ｆｒｅｐよりも大きい、
ことを特徴とする請求項３記載の光反射測定装置。
【請求項５】
被測定デバイスの光反射率を測定する装置が実行する光反射測定方法であって、
光分岐部が、光周波数コム光源から出射された光を２分岐する光分岐手順と、
光遅延部が、前記光分岐部で分岐された光に遅延差を発生させる光周波数コム遅延発生手順と、
第１の光位相変調部が、前記光分岐部で分岐された一方の光を任意信号波形で位相変調し、第２の光位相変調部が、前記光分岐部で分岐された他方の光を、前記任意信号波形で位相変調する位相変調手順と、
サーキュレータが、前記第１の光位相変調部で位相変調された前記一方の光をプローブ光として前記被測定デバイスに入射し、前記プローブ光が前記被測定デバイスで散乱された後方散乱光を導波し、光合波部が、前記第２の光位相変調部で位相変調された前記他方の光を参照光とし、前記参照光と前記後方散乱光を合波する合波手順と、
データ取得部が、前記受光部から出力された干渉信号に含まれる位相変調された信号の自己相関関数を用いて、前記被測定デバイスの長手方向の任意の位置における光反射率を求めるデータ取得手順と、
を有し、
前記位相変調手順において、トリガ制御部が、前記被測定デバイスの長手方向の任意の位置において反射された前記プローブ光が前記光合波部で前記参照光と合波されるように、前記第１の光位相変調部及び前記第２の光位相変調部における位相変調のタイミングを制御する、
光反射測定方法。
【請求項６】
前記光反射測定装置は、
前記第１の光位相変調部が位相変調するタイミングを制御するための第１のトリガ信号を出力する第１のトリガ源と、
前記第２の光位相変調部が位相変調するタイミングを制御するための第２のトリガ信号を出力する第２のトリガ源と、
前記第１のトリガ源から第１のトリガ信号が入力されたタイミングで任意信号波形の変調信号を発生し、前記第１の光位相変調部に当該変調信号で位相変調させる第１の任意信号発生部と、
前記第２のトリガ源から第２のトリガ信号が入力されたタイミングで前記任意信号波形の変調信号を発生し、前記第２の光位相変調部に当該変調信号で位相変調させる第２の任意信号発生部と、
をさらに備え、
前記光遅延手順において、前記光遅延部は、前記光分岐部によって２分岐された光周波数コムの自己相関関数を掃引するよう、前記光分岐部によって２分岐された光の遅延量を変化させ、
前記位相変調手順において、前記トリガ制御部は、反射率を測定する前記被測定デバイスの長手方向の位置に応じて、前記第１のトリガ信号及び前記第２のトリガ信号の出力時刻に遅延を設け、
前記データ取得手順において、前記データ取得部は、前記光遅延部の発生させた遅延差及び前記第１のトリガ源及び前記第２のトリガ源がトリガ信号を出力する時刻間の遅延量を用いて、前記被測定デバイスの長手方向の位置を特定する、
ことを特徴とする請求項５記載の光反射測定方法。
【請求項７】
前記光周波数コム光源の繰返し周波数がｆｒｅｐである場合、
前記位相変調手順において、前記トリガ制御部は、１／ｆｒｅｐの周期で現れる光周波数コムの自己相関関数のうち、任意の自己相関関数を選択するよう、前記第１のトリガ信号及び前記第２のトリガ信号の出力時刻に遅延を設ける、
ことを特徴とする請求項６記載の光反射測定方法。
【請求項８】
前記位相変調手順において、前記第１の任意信号発生部及び前記第２の任意信号発生部から出力される前記任意信号波形のサンプルレートｆｓａｍは、前記光周波数コム光源の繰返し周波数ｆｒｅｐよりも大きい、
ことを特徴とする請求項７記載の光反射測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光反射測定装置及び光反射測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光反射測定技術について、非特許文献１、非特許文献２及び非特許文献３が報告されている。
【０００３】
非特許文献１は低コヒーレンス光源と片アームが遅延量可変な干渉計から構成され、以下のように反射測定を実現する。低コヒーレンス光源から出射した光を干渉計に入力し、２分岐する。２分岐された光のうち、一方はプローブ光として、被測定デバイスに入射し、もう一方は参照光として、遅延量可変なアームに入射する。被測定デバイスのある地点において、プローブ光は後方散乱され、後方散乱された光は被測定デバイスを往復することで、τＤＵＴの遅延を受ける。一方、遅延量可変なアームに入射した参照光はτＲｅｆの遅延を受ける。後方散乱された光と参照光を合波し、それらの干渉信号（相関）を測定する。低コヒーレンスであるから、干渉信号はτＲｅｆと一致するτＤＵＴからの後方散乱光強度を表し、数十μｍ程度の高空間分解能の測定を実現できる。そして、τＲｅｆを変化させることで、位置分解を行い、被測定デバイスの後方散乱光強度分布を測定することができる。
【０００４】
非特許文献２はパルス光源を用いて以下のように反射測定を実現する。パルス光源から出射されたパルス光ＥＰｒｏｂｅ（ｔ）をプローブ光として被測定デバイスに入射する。プローブ光は被測定デバイスの各遅延における反射率Ｒ（τ）に応じて後方散乱される。後方散乱光はプローブ光に対する被測定デバイスの応答であり、ＥＰｒｏｂｅ（ｔ）とＲ（τ）の畳み込み積分
【数２１】
0006342857.tif 000002
で表される。
【０００５】
プローブ光はパルス光であるため、
【数２２】
0006342857.tif 000003
（空間分解能はパルス幅程度）となり、後方散乱光の時間変化は各遅延における反射率Ｒ（τ）を表し、後方散乱光強度を測定することで各遅延における反射率を測定する。
【０００６】
非特許文献３は周波数掃引光源と干渉計から構成され、以下のように反射測定を実現する。周波数掃引速度ｇを持つ周波数掃引光源から出射された周波数掃引光を干渉計に入力し、２分岐する。２分岐された光のうち、一方はプローブ光として、被測定デバイスに入射し、もう一方は参照光として用いる。被測定デバイスの各遅延τからの後方散乱光の光周波数は参照光の光周波数に対してｇτ周波数シフトしているため、後方散乱光と参照光を干渉させ、そのビート信号を周波数解析することで、被測定デバイスの反射率分布を測定する。
【０００７】
しかしながら、非特許文献１では、τＲｅｆの遅延量可変範囲が測定可能範囲となる。可動ミラーによる遅延付与が代表的であるが、その最大遅延量は数ｎｓ（長さ換算では、数１０ｃｍ）であり、長尺なデバイスを評価することはできない。従って、非特許文献１は短距離かつ高空間分解能の反射測定を実現していた。非特許文献２では、プローブ光の帯域（パルス幅の逆数程度）よりも広帯域な受信系が必要となる。受信系の広帯域化は受信感度を劣化させるため、プローブ光のパルス幅（空間分解能）と測定距離はトレードオフの関係にある。非特許文献３では、数ｍｍの空間分解能で数ｋｍの測定距離を実現していた。以上のように、光反射測定技術において、長距離測定可能かつ高空間分解能の測定技術は存在しなかった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｒ．Ｃ．Ｙｏｕｎｇｑｕｉｓｔ，Ｓ．Ｃａｒｒ，ａｎｄ  Ｄ．Ｅ．Ｎ．Ｄａｖｉｅｓ，“Ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ−ｄｏｍａｉｎ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ：ａ  ｎｅｗ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，”Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．３，１９８７．
【非特許文献２】Ｍ．Ｐ．Ｇｏｌｄ，“Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  ａ  Ｌｏｎｇ−Ｒａｎｇｅ  Ｓｉｎｇｌｅ−Ｍｏｄｅ  ＯＴＤＲ，”Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，Ｖｏｌ．ＬＴ−３，Ｎｏ．１，１９８５．
【非特許文献３】Ｄ．Ｋ．Ｇｉｆｆｏｒｄ，Ｍ．Ｅ．Ｆｒｏｇｇａｔｔ，Ｍ．Ｓ．Ｗｏｌｆｅ，Ｓ．Ｔ．Ｋｒｅｇｅｒ，ａｎｄ  Ｂ．Ｊ．Ｓｏｌｌｅｒ，“Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ  Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ  Ｏｖｅｒ  Ｔｗｏ  Ｋｉｌｏｍｅｔｅｒｓ，”  ｉｎ  Ｐｒｏｃ．３３ｒｄ  ＥＣＯＣ，Ｔｕ．３．６．１，２００７．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明では、従来技術の上記問題を鑑み、光反射測定において、長距離測定が可能でありかつ高空間分解能を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本願発明は、被測定デバイスの光反射率分布を測定する装置において、光周波数コム光源から出射した光を２分岐して一方をプローブ光、他方を参照光とし、プローブ光に対して可変の遅延と所定信号による所定タイミングの位相変調を与え、該プローブ光をサーキュレータを介して被測定デバイスに入射させ、参照光に対して所定信号による所定タイミングよりτ１遅延させたタイミングの位相変調を与え、該参照光とサーキュレータを介して得られた被測定デバイスからの後方散乱光とを合波させ、該合波された光を検出して干渉信号を取得し、該干渉信号に基づき被測定デバイスの長手方向の所望の位置における光反射率を求める。
【００１１】
具体的には、本発明に係る光反射測定装置は、
被測定デバイスの光反射率を測定する装置であって、
光周波数コム光源と、
前記光周波数コム光源から出射された光を２分岐する光分岐部と、
前記光分岐部で分岐された光に遅延差を発生させる光遅延部と、
前記光分岐部で分岐された一方の光を任意信号波形で位相変調する第１の光位相変調部と、
前記光分岐部で分岐された他方の光を、前記任意信号波形で位相変調する第２の光位相変調部と、
前記第１の光位相変調部及び前記第２の光位相変調部における位相変調のタイミングを制御するトリガ制御部と、
前記第１の光位相変調部で位相変調された前記一方の光をプローブ光として前記被測定デバイスに入射し、前記プローブ光が前記被測定デバイスで散乱された後方散乱光を導波するサーキュレータと、
前記第２の光位相変調部で位相変調された前記他方の光を参照光とし、前記参照光と前記後方散乱光を合波する光合波部と、
前記光合波部で合波された前記参照光と前記後方散乱光の干渉信号を検出する受光器と、
前記受光部から出力された干渉信号に含まれる位相変調された信号の自己相関関数を用いて、前記被測定デバイスの長手方向の任意の位置における光反射率を求めるデータ取得部と、
を備え、
前記トリガ制御部は、前記被測定デバイスの長手方向の任意の位置において反射された前記プローブ光が前記光合波部で前記参照光と合波されるように、前記第１の光位相変調部及び前記第２の光位相変調部における位相変調のタイミングを制御する。
【００１２】
本発明に係る光反射測定装置では、
前記第１の光位相変調部が位相変調するタイミングを制御するための第１のトリガ信号を出力する第１のトリガ源と、
前記第２の光位相変調部が位相変調するタイミングを制御するための第２のトリガ信号を出力する第２のトリガ源と、
前記第１のトリガ源から第１のトリガ信号が入力されたタイミングで任意信号波形の変調信号を発生し、前記第１の光位相変調部に当該変調信号で位相変調させる第１の任意信号発生部と、
前記第２のトリガ源から第２のトリガ信号が入力されたタイミングで前記任意信号波形の変調信号を発生し、前記第２の光位相変調部に当該変調信号で位相変調させる第２の任意信号発生部と、
をさらに備え、
前記光遅延部は、前記光分岐部によって２分岐された光周波数コムの自己相関関数を掃引するよう、前記光分岐部によって２分岐された光の遅延量を変化させ、
前記トリガ制御部は、反射率を測定する前記被測定デバイスの長手方向の位置に応じて、前記第１のトリガ信号及び前記第２のトリガ信号の出力時刻に遅延を設け、
前記データ取得部は、前記光遅延部の発生させた遅延差及び前記第１のトリガ源及び前記第２のトリガ源がトリガ信号を出力する時刻間の遅延量を用いて、前記受光部から出力された干渉信号から前記被測定デバイスの長手方向の位置を特定してもよい。
【００１３】
本発明に係る光反射測定装置では、前記光周波数コム光源の繰返し周波数がｆｒｅｐである場合、前記トリガ制御部は、１／ｆｒｅｐの周期で現れる光周波数コムの自己相関関数のうち、任意の自己相関関数を選択するよう、前記第１のトリガ信号及び前記第２のトリガ信号の出力時刻に遅延を設けてもよい。
【００１４】
本発明に係る光反射測定装置では、前記第１の任意信号発生部及び前記第２の任意信号発生部から出力される前記任意信号波形のサンプルレートｆｓａｍは、前記光周波数コム光源の繰返し周波数ｆｒｅｐよりも大きくてもよい。
【００１５】
具体的には、本発明に係る光反射測定方法は、
被測定デバイスの光反射率を測定する装置が実行する光反射測定方法であって、
光分岐部が、光周波数コム光源から出射された光を２分岐する光分岐手順と、
光遅延部が、前記光分岐部で分岐された光に遅延差を発生させる光周波数コム遅延発生手順と、
第１の光位相変調部が、前記光分岐部で分岐された一方の光を任意信号波形で位相変調し、第２の光位相変調部が、前記光分岐部で分岐された他方の光を、前記任意信号波形で位相変調する位相変調手順と、
サーキュレータが、前記第１の光位相変調部で位相変調された前記一方の光をプローブ光として前記被測定デバイスに入射し、前記プローブ光が前記被測定デバイスで散乱された後方散乱光を導波し、光合波部が、前記第２の光位相変調部で位相変調された前記他方の光を参照光とし、前記参照光と前記後方散乱光を合波する合波手順と、
データ取得部が、前記受光部から出力された干渉信号に含まれる位相変調された信号の自己相関関数を用いて、前記被測定デバイスの長手方向の任意の位置における光反射率を求めるデータ取得手順と、
を有し、
前記位相変調手順において、トリガ制御部が、前記被測定デバイスの長手方向の任意の位置において反射された前記プローブ光が前記光合波部で前記参照光と合波されるように、前記第１の光位相変調部及び前記第２の光位相変調部における位相変調のタイミングを制御する。
【００１６】
本発明に係る光反射測定方法では、
前記光反射測定装置は、
前記第１の光位相変調部が位相変調するタイミングを制御するための第１のトリガ信号を出力する第１のトリガ源と、
前記第２の光位相変調部が位相変調するタイミングを制御するための第２のトリガ信号を出力する第２のトリガ源と、
前記第１のトリガ源から第１のトリガ信号が入力されたタイミングで任意信号波形の変調信号を発生し、前記第１の光位相変調部に当該変調信号で位相変調させる第１の任意信号発生部と、
前記第２のトリガ源から第２のトリガ信号が入力されたタイミングで前記任意信号波形の変調信号を発生し、前記第２の光位相変調部に当該変調信号で位相変調させる第２の任意信号発生部と、
をさらに備え、
前記光遅延手順において、前記光遅延部は、前記光分岐部によって２分岐された光周波数コムの自己相関関数を掃引するよう、前記光分岐部によって２分岐された光の遅延量を変化させ、
前記位相変調手順において、前記トリガ制御部は、反射率を測定する前記被測定デバイスの長手方向の位置に応じて、前記第１のトリガ信号及び前記第２のトリガ信号の出力時刻に遅延を設け、
前記データ取得手順において、前記データ取得部は、前記光遅延部の発生させた遅延差及び前記第１のトリガ源及び前記第２のトリガ源がトリガ信号を出力する時刻間の遅延量を用いて、前記被測定デバイスの長手方向の位置を特定してもよい。
【００１７】
本発明に係る光反射測定方法では、前記光周波数コム光源の繰返し周波数がｆｒｅｐである場合、前記位相変調手順において、前記トリガ制御部は、１／ｆｒｅｐの周期で現れる光周波数コムの自己相関関数のうち、任意の自己相関関数を選択するよう、前記第１のトリガ信号及び前記第２のトリガ信号の出力時刻に遅延を設けてもよい。
【００１８】
本発明に係る光反射測定方法では、前記位相変調手順において、前記第１の任意信号発生部及び前記第２の任意信号発生部から出力される前記任意信号波形のサンプルレートｆｓａｍは、前記光周波数コム光源の繰返し周波数ｆｒｅｐよりも大きくてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、光反射測定において、長距離測定が可能でありかつ高空間分解能を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態に係る光反射測定装置の一例を示す。
【図２】変調信号ｆ（ｔ）の振幅に対する係数ＣＸＴの振る舞いの一例を示す。
【図３】変調信号ｆ（ｔ）及び光周波数コムの自己相関の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００２２】
本発明に係る光反射測定装置の実施形態例を図１に示す。ここで、１は光周波数コム光源、２は光分岐部、３は光遅延部、４−１と４−２は光位相変調部、５−１と５−２は任意信号発生部、６は光サーキュレータ、７は被測定デバイス、８−１と８−２はトリガ源、９はトリガ源制御部、１０は光合波部、１１はバランス型受光器、１２はデータ取得部を表す。光位相変調部４−１は第１の光位相変調部として機能し、光位相変調部４−２は第２の光位相変調部として機能する。任意信号発生部５−１は第１の任意信号発生部として機能し、任意信号発生部５−２は第２の任意信号発生部として機能する。トリガ源８−１は第１のトリガ源として機能し、トリガ源８−２は第２のトリガ源として機能する。
【００２３】
本実施形態に係る光反射測定方法は、
被測定デバイスの光反射率を測定する装置が実行する光反射測定方法であって、光分岐手順と、光周波数コム遅延発生手順と、位相変調手順と、合波手順と、データ取得手順と、を有する。光周波数コム遅延発生手順及び位相変調手順の前後は任意である。例えば、位相変調手順の後に光周波数コム遅延発生手順を行ってもよい。
【００２４】
光分岐手順では、光分岐部２が、光周波数コム光源から出射された光を２分岐する。
光周波数コム遅延発生手順では、光遅延部３が、光分岐部２で分岐された光に遅延差を発生させる。このとき、光遅延部３は、光分岐部２によって２分岐された光周波数コムの自己相関関数を掃引するよう、光分岐部２によって２分岐された光の遅延量を変化させる。
【００２５】
位相変調手順では、光位相変調部４−１が、光分岐部２で分岐された一方の光を任意信号波形で位相変調してプローブ光を生成し、光位相変調部４−２が、光分岐部２で分岐された他方の光を、任意信号波形で位相変調して参照光を生成する。このとき、トリガ源制御部９は、反射率を測定する被測定デバイス７の長手方向の位置に応じて、トリガ源８−１及び８−２がトリガ信号を出力する時刻に遅延を設ける。これにより、トリガ源制御部９は、被測定デバイス７の長手方向の任意の位置において反射されたプローブ光が光合波部１０で参照光と合波されるように、光位相変調部４−１及び４−２における位相変調のタイミングを制御する。
【００２６】
合波手順では、サーキュレータ６が、プローブ光を被測定デバイス７に入射し、プローブ光が被測定デバイス７で散乱された後方散乱光を導波し、光合波部１０が参照光と後方散乱光を合波する。
【００２７】
データ取得手順では、データ取得部１２が、受光部から出力された干渉信号に含まれる位相変調された信号の自己相関関数を用いて、被測定デバイス７の長手方向の任意の位置における光反射率を求める。このとき、データ取得部１２は、光遅延部３の発生させた遅延差及びトリガ源８−１及び８−２がトリガ信号を出力する時刻間の遅延量を用いて、被測定デバイス７の長手方向の位置を特定する。
【００２８】
図１の構成で本実施形態に係る光反射測定装置が長距離測定可能かつ高空間分解能を実現できることを示す。
【００２９】
光周波数コム光源１は、広帯域かつ櫛状のスペクトルを持つ光である光周波数コムを出射する。光周波数コム光源１から出射される光の複素電界振幅Ｅ（ｔ）を次式で表す。
【数１】
0006342857.tif 000004
【００３０】
ここで、Ａ（ｔ）は光周波数コム光源１から出射する光の振幅波形、νは中心周波数、θ（ｔ）は位相雑音を表す。光周波数コム光源１の繰返し周波数をｆｒｅｐとすると、光周波数コムの振幅波形Ａ（ｔ）は周期１／ｆｒｅｐの周期関数である。すなわち、光周波数コムの振幅波形Ａ（ｔ）は１／ｆｒｅｐごとにピークが現れる。
【数２】
0006342857.tif 000005
ここで、ｎは整数である。
【００３１】
振幅波形Ａ（ｔ）は（２）式で表される周期関数であるから、振幅波形Ａ（ｔ）の帯域の逆数よりも十分長い時間で積分すれば、その自己相関関数ｒＡＡ（τ）も周期関数である。
【数３】
0006342857.tif 000006
【００３２】
光分岐部２によって、光は２分岐され、一方は光位相変調部４−１、もう一方は光位相変調部４−２に送られる。光位相変調部４−１に送られた光は、任意信号発生部５−１から出力される変調信号で位相変調され、プローブ光となる。
【００３３】
ここで、光を位相変調する時刻は、トリガ源８−１からのトリガ信号を任意信号発生部５−１が受け付けた時刻である。任意信号発生部５−１から出力される変調信号をｆ（ｔ）とすると、光位相変調部４−１で変調されたプローブ光の複素電界振幅は次式で表される。
【数４】
0006342857.tif 000007
【００３４】
光位相変調部４−１で発生したプローブ光は、光サーキュレータ６を介して被測定デバイス７に入射し、被測定デバイス７の内部において後方散乱される。被測定デバイス７の遅延τにおける反射率をＲ（τ）とすると、後方散乱光Ｅｓｉｇ（ｔ）は反射率Ｒ（τ）とプローブ光の畳み込み積分で表される。
【数５】
0006342857.tif 000008
ここで、τｍａｘは被測定デバイス７が与える最大の遅延量である。
【００３５】
後方散乱光は光サーキュレータ６を介して、光合波部１０に送られる。
【００３６】
次に光分岐部２によって、光位相変調部４−２に送られる光を考える。光位相変調部４−２は任意信号発生部５−２から出力される変調信号で位相変調され、参照光となる。ここで、光位相変調部４−２が光を位相変調する時刻は、トリガ源８−２からのトリガ信号を任意信号発生部５−２が受け付けた時刻である。任意信号発生部５−２から出力される変調信号をｇ（ｔ）とすると、光位相変調部４−２で変調された参照光の複素電界振幅ＥＬｏ（ｔ）は次式で表される。
【数６】
0006342857.tif 000009
【００３７】
参照光は光合波部１０に送られる。
【００３８】
光合波部１０は後方散乱光Ｅｓｉｇ（ｔ）と参照光ＥＬｏ（ｔ）を合波する。バランス型受光器１１は、合波された光強度の干渉成分を検出する。バランス型受光器１１で検出された干渉成分は、光電流Ｉ（τ）として出力され、データ取得部１２でＡＤ変換される。バランス型受光器１１の積分時間をＴとすると、Ｉ（τ）は次式で表される。
【数７】
0006342857.tif 000010
【００３９】
ここで、光周波数コム光源１のコヒーレンス時間τｃがτに対して、十分長ければ、光周波数コム光源１の位相雑音θ（ｔ）は次式を満たす。
【数８】
0006342857.tif 000011
【００４０】
（７）、（８）式より、光電流Ｉ（τ）は
【数９】
0006342857.tif 000012
となる。
【００４１】
（３）式で表されるように、光周波数コム光源１の自己相関関数は周期関数であるため、周期関数に応じた反射率Ｒ（τ）の和が光電流Ｉ（τ）として測定される。反射率Ｒ（τ）の和から任意の位置における反射率Ｒ（τ）を任意信号発生部５−２で選択する。
【００４２】
任意信号発生部５−２から出力される変調信号ｇ（ｔ）は、任意信号発生部５−１から出力される変調信号ｆ（ｔ）と同一の波形である。さらに、トリガ源制御部９で任意信号発生部５−２が駆動する時刻を、任意信号発生部５−１が駆動する時刻に対して、τ１遅延させる。これにより、被測定デバイス７の長手方向の任意の位置において反射されたプローブ光が光合波部１０で参照光と合波されるように、光位相変調部４−１及び光位相変調部４−２における位相変調のタイミングを制御することができる。このとき、変調信号ｇ（ｔ）は次式で表される。
【数１０】
0006342857.tif 000013
【００４３】
（９）式及び（１０）式より、光電流Ｉ（τ）は次式で表される。
【数１１】
0006342857.tif 000014
【００４４】
ここで、係数ＣＸＴは次式で与えられる。
【数１２】
0006342857.tif 000015
【００４５】
（１１）式において、第１項目は所望の位置である遅延τ１における反射率Ｒ（τ）を表す項で、第２項目は他の位置である遅延τ≠τ１からのクロストークを表す。ＣＸＴ＜＜１を満たせば、所望の位置である遅延τ１における反射率Ｒ（τ）を測定することができる。係数ＣＸＴは、変調信号ｆ（ｔ）の波形とその振幅に依存する。Ａ（ｔ）Ａ（ｔ−τ）が積分結果に与える影響は係数ＣＸＴの大きさを決めるものであり、係数ＣＸＴの振る舞いを決めるものではない。
【００４６】
簡単のために光周波数コムの振幅波形Ａ（ｔ）は一定とし、位相オフセット２πντはゼロ、変調信号ｆ（ｔ）を一様分布する白色雑音とした場合における変調信号ｆ（ｔ）の振幅に対する係数ＣＸＴの振る舞いを図２に示す。ここで、変調信号を白色雑音としているため、振幅として、雑音の標準偏差を用いている。図２より変調信号ｆ（ｔ）がある振幅値の場合、係数ＣＸＴは極小値を持つ。この極小値は位相オフセット２πντによらず一定である。このため、図２に示されるように、係数ＣＸＴに極小値を与える振幅値で変調信号ｆ（ｔ）を設計することで、次式で表すように、（１２）式における第２項に現れる係数ＣＸＴの影響を排除することができる。
【００４７】
例えば図２より雑音波形の標準偏差が約１．８ｒａｄの場合にＣｘＴが極小となるので、変調信号ｆ（ｔ）を、標準偏差が１．８ｒａｄ／２πとなるような一様分布白色雑音に２πをかけた波形とすることで実現できる。ただし、雑音波形であっても、式（１０）より、ｆ（ｔ）とｇ（ｔ）は遅延差がある同一波形である必要があるため、任意信号発生部５−１と５−２で別々に雑音を生成するのではなく、同一の雑音波形を両信号発生部で共有して送出する必要がある。したがって、係数ＣＸＴが極小値となるような振幅値の変調信号ｆ（ｔ）を用いることで、所望の位置における反射率Ｒ（τ）を測定することができる。
【数１３】
0006342857.tif 000016
【００４８】
光遅延部３で光周波数コムの自己相関関数の位置を掃引し、トリガ源制御部９で任意信号発生部５−１と５−２を駆動させる時刻を変化させることで、光周波数コムの周期的な自己相関関数から任意の自己相関関数を選択し、被測定デバイス７の任意の位置における反射率Ｒ（τ）を測定することができる。なお、光遅延部３は、光周波数コムの繰返し周波数ｆｒｅｐ（光周波数コムの周波数間隔）を変化させることでも代替可能である。
【００４９】
（１３）式で表されるように、本実施形態に係る測定法では、光周波数コムの周期的な自己相関関数の中から一つの相関ピークを選択することができるが、その条件は下記のとおりである。
【００５０】
変調信号ｆ（ｔ）のサンプルレートをｆｓａｍとすると、その自己相関は２／ｆｓａｍの幅を持つ。一方、光周波数コムの自己相関関数は（３）式で表されるように１／ｆｒｅｐの周期関数である。この場合、図３に示すように、光周波数コムの周期的な自己相関関数から一つの相関ピークを選択するためには、選択する相関ピークに隣接する相関ピークを含まないために次式を満たす必要がある。
【数１４】
0006342857.tif 000017
【００５１】
また、本実施形態に係る測定法の分解能は、光周波数コムの自己相関関数の幅で決定する。ウィーナー・ヒンチンの定理より、自己相関関数は光周波数コムのスペクトルのフーリエ変換で与えられる。１ＴＨｚの帯域を持つ光周波数コムであれば、その自己相関関数の幅は１ｐｓ（１００μｍ）程度である。このため、１ＴＨｚの帯域を持つ光周波数コムを用いることで、所望の位置における反射率Ｒ（τ）を１ｐｓ（１００μｍ）程度の分解能で測定することができる。
【００５２】
以上のように、本実施形態に係る発明は、光周波数コム光源１を２分岐し、一方をプローブ光、もう一方を参照光とし、トリガ源制御部９を用いてそれぞれの光を変調する時間の間に遅延τ１を設けること、かつ、光位相変調部４−１及び４−２において同一の波形で位相変調し、被測定デバイス７の内部から後方散乱されたプローブ光と参照光の相関をとることで、被測定デバイス７の光反射測定を行う技術である。トリガ源制御部９を用いてプローブ光と参照光を変調する時刻を制御することと、光遅延部３を用いて２分岐された光周波数コムの間に遅延を設けることで、２分岐された光周波数コムの間の自己相関関数を掃引し、被測定デバイス７の後方散乱位置の分解を行うことができる。
【００５３】
なお、測定距離は光周波数コム光源１のコヒーレンス時間τｃによって決まり、式（８）が満たされる限り、光反射測定を行うことができる。このため、ファイバレーザ等の高コヒーレンス光源を光周波数コム光源１の種光とすることで、長距離測定を実現することができる。したがって、本実施形態に係る光反射測定装置は、非特許文献１〜非特許文献３では到達できなかった測定距離数十ｋｍ、空間分解能１００μｍの性能を持つ長距離高空間分解能反射測定技術を実現することができる。
【００５４】
本発明は、図１に示す構成に限定されない。
例えば、光遅延部３は、光分岐部２で分岐された光に遅延差を発生さる任意の構成を採用することができる。例えば、光位相変調部４−１と光サーキュレータ６の間に配置されていてもよい。また、光遅延部３は、光分岐部２と光位相変調部４−２の間、或いは、光位相変調部４−２と光合波部１０の間に配置され、参照光を遅延させてもよい。
また、トリガ源８−１のトリガ信号をトリガ源８−２のトリガ信号よりも遅延させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は情報通信産業に適用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１：光周波数コム光源
２：光分岐部
３：光遅延部
４−１、４−２：光位相変調部
５−１、５−２：任意信号発生部
６：光サーキュレータ
７：被測定デバイス
８−１、８−２：トリガ源
９：トリガ源制御部
１０：光合波部
１１：バランス型受光器
１２：データ取得部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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