(57)【要約】      （修正有）【課題】  微小光導波路分光特性評価装置において、光源からの光を光ファイバで試料に導入するときの光ファイバと試料との結合効率を向上することによって、試料からの出力光の強度を増大する。また、測定波長範囲を拡大するためには光源に波長可変レーザに代えて白色光源を用いることが有力な手段であるが、これによって生じる光強度の大幅な低下および試料のセッティング作業の困難という課題を克服する。【解決手段】  測定試料と光源との光結合に、レンズ状に加工研磨した先球を先端部に有する先球加工光ファイバを用いる微小光導波路分光特性評価装置において、前記先球加工光ファイバの前記先球の曲率が約５μｍから約１５μｍの範囲内の値を有し、より好ましくは、前記先球加工光ファイバの前記先球の曲率が約１０μｍである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定試料と光源との光結合に、レンズ状に加工研磨した球面を先端部に有する先球加工光ファイバを用いる測定装置において、前記先球加工光ファイバの前記先球の曲率が約５μｍから約１５μｍの範囲内の値を有している、微小光導波路分光特性評価装置。
【請求項２】
前記先球加工光ファイバの前記先球の曲率が約１０μｍである、請求項１に記載の微小光導波路分光特性評価装置。
【請求項３】
前記先球加工光ファイバとして偏波面保存光ファイバを用いる、請求項１に記載の微小光導波路分光特性評価装置。
【請求項４】
前記光源が白色光源であり、前記試料からの出力光を分光器によって分光した後に高感度マルチチャンネル受光器によって受光する構成を持つ、請求項１に記載の微小光導波路分光特性評価装置。
【請求項５】
前記光源が前記白色光源よりも出力の大なる波長可変レーザをさらに備え、前記試料への入力光として前記白色光源および前記波長可変レーザを切り替える機能を備える、請求項４に記載の微小光導波路特性分光評価装置。
【請求項６】
前記光源の切替え時に、前記先球加工光ファイバの前記先球を有さない他端にコネクタを装着し、前記光源の出力ポートに前記コネクタに勘合するレセプタクルを備える、請求項５に記載の微小光導波路分光特性評価装置。
【請求項７】
前記試料の上方に、拡大レンズを有する赤外線カメラが配置されている、請求項１に記載の微小光導波路分光特性評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、光通信用部品等に使用される光導波路の波長分光特性を測定する装置にかかわり、とくにフォトニック結晶光導波路などの微小光部品の光導波路分光特性評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来から使用されている光導波路分光特性評価装置においては、測定試料の光導波路部の断面における寸法が測定波長と同程度かあるいはそれよりも小さい場合には、光源と試料との結合効率が十分に取れないために、強い光強度が得られるレーザを光源に用いても満足なＳＮ比が得られ難いという問題があった。さらに、光源として波長可変レーザを用いているため、測定波長範囲が狭いという問題があった。
【非特許文献】たとえばＮ．Ｋａｗａｉ  ｅｔ  ａｌ，“Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ａｎｄ  Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ  Ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  ＡｌＧａＡｓ−Ｂａｓｅｄ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ”，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ６３  Ｎｏ１５，ｐ３３１３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  本発明が解決しようとしている課題は、第１に、光源からの光を光ファイバで試料に導入するときの光ファイバと試料との結合効率を向上することによって、試料からの出力光の強度を増大することである。【０００４】  また、測定波長範囲を拡大するためには光源に波長可変レーザに代えて白色光源を用いることが有力な手段であるが、これによって生じる光強度の大幅な低下および試料のセッティング作業の困難という新たな課題を解決することが、本発明が解決しようとしている第２の課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  本発明の微小光導波路分光特性評価装置は、測定試料と光源との光結合に、レンズ状に加工研磨した先球を先端部に有する先球加工光ファイバを用いる構成であり、前記先球加工光ファイバの前記先球の曲率が約５μｍから約１５μｍの範囲内の値を有している。【０００６】  より好ましくは、前記先球加工光ファイバの前記先球の曲率が約１０μｍである。【０００７】  前記先球加工光ファイバとして、偏波面保存光ファイバを用いてもよい。【０００８】  また、前記光源が白色光源であり、前記試料からの出力光を分光器によって分光した後に高感度マルチチャンネル受光器によって受光する構成を持っていてもよい。【０００９】  前記光源が前記白色光源よりも出力の大なる波長可変レーザをさらに備え、前記試料への入力光として前記白色光源および前記波長可変レーザを切り替える機能を備えていてもよい。【００１０】  前記光源の切替え時に、前記先球加工光ファイバの前記先球を有さない他端にコネクタを装着し、前記光源の出力ポートにこれに前記コネクタに勘合するレセプタクルを備えることができる。
【発明の効果】
【００１１】  本発明は以上のように構成されているので、以下に記載されているような効果を有する。【００１２】  微小光導波路に結合する先球加工偏波面保存光ファイバの曲率を約１０μｍにすることにより、光源と試料との結合効率が高くなる。これによって、測定精度の向上が図られる。【００１３】  光部品の損失波長分布の測定光源として、可視光を中心に広い波長範囲にわたって均一な強度分布を持つ白色光源を用い、且つ、波長可変レーザにくらべて白色光源の強度が弱いという欠点を高感度のマルチチャンネル光検出器と組み合わせることによってカバーする構成とすれば、従来法に比べて約４倍以上の広い波長範囲にわたって測定が可能になり、短時間で測定することが可能になる。【００１４】  測定に先立って試料と偏波面保存光ファイバとの結合を調整する際、白色光源の光強度が弱いために試料からの出力光を赤外線カメラによって視認できず、調整に多大の時間を要することがある。これに対しては、入力側の偏波面保存光ファイバの一端を光コネクタに接続し、白色光源と波長可変光源の双方にコネクタのレセプタクルを設置することによって、切り替えによる光路差の差異を無視できるようになり、これによって調整用波長可変レーザと測定用白色光源の切り替えを容易に行うことが可能になる。これによって、白色光源の出力強度が弱いために波長可変レーザに比較して調整に困難を生じるという欠点をカバーすること可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】  上記の目的を達成するための本発明の実施にあたって、まず測定波長と先球加工ファイバの曲率が結合効率にどのような影響を与えるかについて、理論的および実験的に詳細に検討した。【００１６】  微小光導波路と先球加工した光ファイバとの光結合効率は次の式で表せる。（たとえばＪ．ＳＡＫＡＩ  ａｎｄ  Ｔ．ＫＩＭＵＲＡ：ＩＥＥＥ  Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，ＱＷ−１６，１０５９（１９８０）参照）。【００１７】
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【００１８】  上記の式（１）〜（３）において、ηは結合効率であり、ηｘηｙはｘｙ方向それぞれの結合効率、ωｆは使用している光ファイバのスポットサイズ、ωｘとωｙは微小光導波路のｘ方向とｙ方向のサイズ、ＲｘとＲｙはｘ方向とｙ方向の波面の曲率、ｋは波数、ｎＬはレンズの部分の屈折率、ｒＬはレンズ部分の曲率半径である。【００１９】  これらの式を用いて測定波長１μｍの時の試料からの出射光と先球ファイバとの結合効率を算出した。結果を図１に示す。図１に示されるように、結合効率は先球ファイバの曲率が約６μｍで最大になっている。以上から、先球加工ファイバの曲率は６μｍであることが望ましい。【００２０】  そこで、ファイバ先端の曲率を５μｍ、１０μｍ、１５μｍに研磨した３種類の偏波面保存光ファイバを用いて実験を行い、結合効率を比較した。その結果、曲率１０μｍを持つファイバを用いたときに最も良い結合効率が得られた。さらに、曲率半径１０μｍのファイバを４本用意し結合効率を測定したところ、最大で２０％程度の個体差が現れた。個体差が大きかったために計算結果と異なった結果になったと考えられる。【００２１】  以上の結果から、上に述べた計算および光ファイバ先端のレンズ加工の精度を考慮して、先球の曲率が１０μｍのときに最大の結合効率が得られることが明らかとなった。したがって、先球ファイバ先端の曲率半径は、約５μｍ〜約１５μｍの範囲に設定することが望ましく、特に約１０μｍとすることが好ましい。【００２２】  一方、広い波長範囲にわたって損失波長特性を測定するには、可視から赤外光にわたって広い波長スペクトラムを持つハロゲンランプ等の白色光源を用いることが望ましい。しかしながら、フォトニック結晶光導波路のように導波路サイズが波長の数分の１のように微小になると、光源との結合効率が極端に悪くなるため、十分な強度の光強度が得られにくいという問題が生じる。また、これにともなって試料からの出射光を視認出来難くなるため、試料の位置調整が困難になるという問題も生じる。【００２３】  本発明では、前者の問題を、試料からの出力光を分光器によって分光した後に高感度マルチチャンネル受光器によって受光する構成とすることによって解決した。【００２４】  また、後者の問題に関しては、光源として、白色光に加えて位置調整のために光出力の大きなレーザを用意するとともに、光ファイバのレンズ加工していない一端にたとえばＦＣコネクタを装着して、双方の光源を再現性良く容易に接続できる構成とした。【００２５】  以上に説明したような特徴を有する本発明の構成の一例を、図２を用いて詳細に説明する。【００２６】  波長可変レーザ２から出た光を白色光源１の筐体に取り付けられたレセプタクル３を介して偏波面保存光ファイバ（入射側光ファイバ）４のコネクタに導き、先端を曲率１０μｍにレンズ加工した偏波面保存光ファイバ４のもう一方の端１２から、試料となる２次元スラブフォトニック結晶光導波路（微小光導波路）７に結合した。このとき、使用した２次元スラブフォトニック結晶光導波路７のサイズは、例えば厚み０．２５μｍ、面内方向の幅は０．３５μｍであるが、この数値に限定されるものではない。光ファイバ４の先端１２の位置調整に際しては、好ましくは、試料７の上方に設置した赤外線カメラ５を用いる。試料（２次元スラブフォトニック結晶光導波路７）から出射した光は、入射側光ファイバ４の端１２と同様に加工した先端１３を持つ偏波面保存光ファイバ（出射側光ファイバ）６を用いて集光し、分光器８によって分光した後に、多チャンネル受光器９、例えば５１２チャンネルのＩｎＧａＡｓ高感度受光器（ＯＭＡ−Ｖ，プリンストンインスツルメンツ社）９で受光する。多チャンネル受光器９からの信号は、コントローラ１０を介してＰＣ１１に送られ、必要なデータ処理が実施される。なお、ＰＣ１１は、特定の機種に限定されるものではない。【００２７】  波長可変レーザ２の波長範囲内で出力が最大になるよう入射側ファイバ４および出力側ファイバ６の位置を調整した後、入射側ファイバ４を波長可変光源２から白色光源１（例えば安藤電気ＡＱ−４３０３Ｂ）につなぎ代えて、損失分光特性を測定した。このとき、８００ｎｍから１６００ｎｍの波長範囲の測定に要した時間は約４分であった。測定結果を図３に示す。なお、比較のために同様の試料をチタンサファイア波長可変レーザ（波長可変範囲８５０ｎｍ〜１０５０ｎｍ）を光源とした従来法で測定した結果を図４に示す。従来法の測定系を用いたときの測定時間は、本発明にくらべて測定波長範囲が約１／４と狭いにもかかわらず、約３０分を要した。【００２８】  図３および図４の結果から、本発明の装置を用いることによって、測定波長範囲が約４倍に広がるとともに、測定点のばらつきが大幅に減少し、測定精度が格段に改善されることがわかる。【００２９】  なお、上記の説明では、先球加工された先端１２を有する入射側光ファイバ４および同様に加工された先端１３を有する出射側光ファイバ６として偏波面保存光ファイバを用いているが、本発明の構成はこれに限定されるものではない。入射側光ファイバ４および出射側光ファイバ６としては、他のタイプの光ファイバの使用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】先球加工光ファイバの曲率と評価試料との結合効率の関係を表す図である。
【図２】本発明の実施例を示す装置構成図である。
【図３】本発明の装置構成を用いて測定した損失分光特性を示す図である。
【図４】従来法の装置構成を用いて測定した損失分光特性を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】１  白色光源、２  波長可変レーザ、３  レセプタクル、４  偏波面保存光ファイバ（入射側光ファイバ）、５  赤外線カメラ、６  偏波面保存光ファイバ（出射側光ファイバ）、７  微小光導波路、８  分光器、９  多チャンネル受光器、１０  コントローラ、１２  先球加工された偏波面保存光ファイバ（入射側光ファイバ）の端部、１３  先球加工された偏波面保存光ファイバ（出射側光ファイバ）の端部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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