(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定用の光源と、その光源の光を分岐する光分岐器と、この光分岐器で分岐された光を導く２つの光経路と、これら光経路を導かれた２つの光を合波する光合波器と、この光合波器で合波された光の干渉強度を電気信号に変換する受光器とから構成されたマッハツェンダ干渉計を製造する際に、前記２つの光経路がいずれも光ファイバであって、前記光源の代わりに、前記光源よりも十分コヒーレント長が短い光源を前記光分岐器に接続し、前記受光器の出力を観測しつつ、前記受光器の出力が大きくなるように前記２つの光ファイバの両方またはいずれか一方の長さを加熱、延伸により調節して光路長差を前記測定用の光源のコヒーレント長よりも十分に短くすることを特徴とするマッハツェンダ干渉計の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの光経路の光路長差が光源のコヒーレント長よりも短く設定されたマッハツェンダ干渉計の製造方法に係り、特に、光路長差が容易にかつ確実に設定できるマッハツェンダ干渉計の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マッハツェンダ（Mach-Zehnder）干渉計は、１つの光源からの光を２つのパス（光経路）に分岐させ、その２つのパス間の光路長差に応じた信号を出力する一種の光センサである。マッハツェンダ干渉計の概略図を図３に示す。光源１から出力される光は、光分岐器（ビームスプリッタ）２により２つのパスａ，ｂに分岐される。３、５はミラー、６は光合波器（ビームスプリッタ）である。一方のパスｂには、光路長を変化させる媒質４が挿入され、これによりパスｂの光の位相が変化する。光分岐器２の分岐比を１：１とし、光路中の光の損失を無視すると、２つのパスａ，ｂを通過後の光の電場Ｅａ，Ｅｂは、
Ｅａ＝Ｅ（ｔ）ｃｏｓ（ωｔ＋θａ）        （１）
Ｅｂ＝Ｅ（ｔ）ｃｏｓ（ωｔ＋θｂ）        （２）
と表される。ここで、ωは光の角周波数、θａ，θｂは２本のパスａ，ｂ中での光の位相変化量、ｔは時刻である。
【０００３】
その後、２つのパスａ，ｂの光は光合波器６により合波され、受光器７において光の干渉強度が電気信号に変換されて検出される。受光器７における光強度は、式（１）、式（２）より、次式で表される。
【０００４】
Ｉ＝｛（Ｅａ＋Ｅｂ）2 ｝
＝｛Ｅａ｝2 ＋｛Ｅｂ｝2 ＋｛２ＥａＥｂ｝
＝Ｉ0 ＋Ｉ0 Ｖ（ｌ，ΔＬ）ｃｏｓ（Δθ）      （３）
ここで、Ｉ0 ＝｛Ｅ｝2 であり、Δθ＝θａ−θｂである。Ｖは、ビジビリティ（visivility; 可視度）と呼ばれる２つの光の干渉性を表すパラメータ関数で、光源１のコヒーレント長ｌと、２つのパスａ，ｂの光路長差ΔＬに依存し、コヒーレント長ｌ→∞、光路長差ΔＬ→０の極限で１、コヒーレント長ｌ→０、光路長差ΔＬ→∞の極限で０となる。
【０００５】
式（３）において右辺の第一項は光源１の光量のみに依存するオフセット(offset)である。一方、右辺第二項は２つのパス間の位相差Δθに依存する量であり、このΔθは媒質４において生じる光路長変化に依存する。この右辺第二項の信号を今後、干渉信号と呼ぶことにする。このことから、媒質４における光路長変化を感知するセンサとしてマッハツェンダ干渉計を用いる場合、干渉信号の振幅を決定するビジビリティＶは大きく、時間的に変化しないことが望まれる。
【０００６】
図３のマッハツェンダ干渉計は、自由空間中で光を伝搬させる系で構成されるが、光ファイバなどの誘電体中で光を伝搬させる系でもマッハツェンダ干渉計を構成できる。図４は光ファイバを用いたマッハツェンダ干渉計の概略図である。光源８を発した光はカプラ９において２本の光ファイバ１０，１１中に分岐される。一方の光ファイバ１０には光路を変化させる媒質１２が挿入されており、この媒質１２で光の位相が変化する。光ファイバ１０，１１中を伝搬する光はカプラ１３において合波され、受光器１４から干渉信号が出力される。この図４の系においても、図３の系と同様、媒質１２における光路長変化を干渉信号から得ることができる。
【０００７】
このマッハツェンダ干渉計において大きな干渉信号を得るためには、２つのパスの光が十分干渉するよう、２つのパス間の光路長差を光源８のコヒーレント長よりも短くする必要がある。従来は、マッハツェンダ干渉計を製造する場合、光源８のコヒーレント長よりも２つのパス間の光路長差が短くなるよう、目視でファイバ長を調整し、マッハツェンダ干渉計を製造する手法がとられていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のマッハツェンダ干渉計の製造方法では、実際の光路長差を確かめる手段がないため、光路長差の誤差が大きい。そのため、マッハツェンダ干渉計あるいは光源８の使用条件によって干渉信号のビジビリティが変化するという問題がある。例えば、光ファイバ１０，１１の置かれている位置の差や、光ファイバ１０，１１の温度特性が異なる場合、雰囲気温度の変化によって２つのパス間の光路長差が大きくなり、ビジビリティが低下する可能性がある。また、光源８の発振状態（コヒーレント長）が変化し、ビジビリティが低下する可能性もある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、光路長差が容易にかつ確実に設定できるマッハツェンダ干渉計の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【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の方法は、測定用の光源と、その光源の光を分岐する光分岐器と、この光分岐器で分岐された光を導く２つの光経路と、これら光経路を導かれた２つの光を合波する光合波器と、この光合波器で合波された光の干渉強度を電気信号に変換する受光器とから構成されたマッハツェンダ干渉計を製造する際に、前記２つの光経路がいずれも光ファイバであって、前記光源の代わりに、前記光源よりも十分コヒーレント長が短い光源を前記光分岐器に接続し、前記受光器の出力を観測しつつ、前記受光器の出力が大きくなるように前記２つの光ファイバの両方またはいずれか一方の長さを加熱、延伸により調節して光路長差を前記測定用の光源のコヒーレント長よりも十分に短くするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１５】
図１に、本発明に係るマッハツェンダ干渉計製造装置の概要を示す。
【００１６】
まず、光源１５と、その光源の光を分岐する光カプラ１９と、この光カプラで分岐された光を導く２つの光ファイバ２０，２１と、これら光経路を導かれた２つの光を合波する光カプラ２２と、この光カプラ２２で合波された光信号を電気信号に変換する受光器１８とにより、マッハツェンダ干渉計を作成する。この作成したマッハツェンダ干渉計は、調整用の光源１５を使用したもので、光学系１６のファイバ長が未調整の状態である。
【００１７】
調整用の光源１５のコヒーレント長をｌ１とする。実際にマッハツェンダ干渉計の製品に組み込まれる測定用の光源（図示せず）のコヒーレント長をｌ２とすると、コヒーレント長ｌ１はコヒーレント長ｌ２より十分に短い。測定用の光源を一般的なレーザダイオード（ＬＤ；Lasor Diode ）だと仮定すると、調整用の光源１５として適切な光源としては、例えば、コヒーレント長がＬＤよりも十分短いスーパー発光ダイオード（ＳＬＤ；Super Luminescent Diode ）が挙げられる。
【００１８】
受光器１８には、出力を観測する観測装置（図示せず）を接続する。
【００１９】
光ファイバの長さを調節する調節装置１７として、例えば、光ファイバをバーナ、高出力レーザなどで加熱しながら延伸する延伸機構を用いる。
【００２０】
光ファイバの長さの調節は、以下のように行う。受光器１８から出力される信号が光強度に比例するとすると、出力信号は２つのパス間の光路長差ΔＬに応じて定性的には図２のように変化する。光路長差ΔＬが光源１５のコヒーレント長ｌ１よりも十分に長い場合、２つのパスの光は干渉せず、受光器１８の出力信号は一定値である。
【００２１】
この状態から、調節装置１７を用いて一方のパス（光ファイバ２１）のみを徐々に延伸すると、｜ΔＬ｜が小さくなっていき、やがてｌ１程度の大きさとなる。この領域では、２つのパスの光が干渉するようになり、受光器１８の出力信号には干渉信号が現れる。干渉信号は、光路長差ΔＬが光源１５の半波長変化するごとに明暗を繰り返す形となる。この干渉信号の包絡線が式（３）におけるビジビリティに相当する。即ち、ビジビリティはＶ（ｌ１，ΔＬ）となる。
【００２２】
媒質における光路長変化を検知するセンサとしては、光路長差ΔＬがＶ＝最大（＝１）となるΔＬ＝０の点にあるのが最も望ましく、このΔＬ＝０の点でパスの延伸を止めることで、２つのパス間の光路長差ΔＬが光源１５のコヒーレント長ｌ１以下のマッハツェンダ干渉計が調節完了したことになる。
【００２３】
このようにして、コヒーレント長ｌ１の光源１５を用いて光路長差ΔＬの調節が完了したマッハツェンダ干渉計は、光路長差ΔＬが測定用の光源のコヒーレント長ｌ２よりも十分に短いことになる。このため、雰囲気温度の変化によって光路長差ΔＬが変化した場合におけるビジビリティの変動が、従来技術で製造したマッハツェンダ干渉計に比べて小さい。また、光源の状態が変化して、そのコヒーレント長ｌ２が変化した場合も、コヒーレント長ｌ２がｌ１程度に低下しない限り、ビジビリティは一定に保たれる。
【００２４】
以上のように、本発明では、測定用の光源よりも十分にコヒーレント長が短い光源１５を光学系１６に接続し、干渉信号を観測しながら、干渉信号が最大となるように光ファイバの長さを調節するようにしたので、光路長差が測定用の光源のコヒーレント長よりも十分に小さいマッハツェンダ干渉計を容易にかつ確実に製造することが可能になる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００２７】
（１）干渉信号を観測しながら光経路の長さを調節するので、調節が容易である。
【００２８】
（２）測定光よりも十分にコヒーレント長が短い光を使用して光経路の長さを調節するので、ビジビリティに優れた製品を確実に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すマッハツェンダ干渉計製造装置の構成図である。
【図２】マッハツェンダ干渉計における光路長差対出力光強度特性図である。
【図３】マッハツェンダ干渉計の構成図である。
【図４】光ファイバを用いたマッハツェンダ干渉計の構成図である。
【符号の説明】
１５  光源
１７  調節装置
１８  受光器
１９  光カプラ（光分岐器）
２０、２１  光ファイバ（光経路）
２２  光カプラ（光合波器）
【図１】
0004242571.tif 000002
【図２】
0004242571.tif 000003
【図３】
0004242571.tif 000004
【図４】
0004242571.tif 000005