(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低コーヒレンス光を二分させ、そのうちの一方を信号光として測定用光デバイスに入射させ、他方を参照光として連続的な光路長変化を発生させる光学的遅延回路を通過させ、前記光デバイスからの出射光と該光学的遅延回路からの参照光を合波させた干渉光に関して、前記光学的遅延回路により与えられる遅延時間量τを連続的に変化させた時に発生する干渉フリンジであるインターフェログラムＩ(r)（τ）（（ｒ）は複素数の実数部を表す）を求め、Ｉ(r)（τ）をτに関してフーリエ変換することによって、測定用光デバイスの振幅スペクトルＡ（ν）及び位相スペクトルφ（ν）を求める光デバイス評価方法において、
前記低コーヒレンス光をさらに無偏光とし、前記信号光または参照光のいずれか一方の入射光の偏光状態を０°及び９０°回転させた前記干渉光に関して、インターフェログラムＩ0(r)（τ）及びＩ90(r)（τ）を求め、該インターフェログラムをτに関してフーリエ変換し、得られるＦ［Ｉ0(r)（τ）］（ν）及びＦ［Ｉ90(r)（τ）］（ν）と、定数ｃ、光源出射光のスペクトルＧ（ν）とで表される、
Ａ（ν）＝（ｃ／Ｇ（ν））
×［｜Ｆ（Ｉ0(r)（τ））（ν）｜2
＋｜Ｆ（Ｉ90(r)（τ））（ν）｜2］1/2
によって、測定用光デバイスの振幅スペクトルＡ（ν）を求め、
前記Ｉ0(r)（τ）とＩ90(r)（τ）のうちで信号レベルの大きい方をフーリエ変換することによって、測定用光デバイスの位相スペクトルφ（ν）を求める
ことを特徴とする光デバイス評価方法。
【請求項２】
低コーヒレンス無偏光光源と、該光源からの光を二分する第１の光カプラと、該第１の光カプラの一方に分岐された光を測定用光デバイスに入射させ、該光デバイスからの出射光を取り出す信号光系と、前記第１の光カプラにより分岐された他方の光を光学的に連続的な遅延を生じさせるための光学的遅延回路に入射させ、該光学的遅延回路からの出射光を取り出す参照光系と、前記測定用光デバイスからの出射光と前記光学的遅延回路からの出射光を合波させるための第２の光カプラとを備えた光デバイス評価装置において、
前記信号光系または前記参照光系に、入射光を０°及び９０°偏光させる偏波回転装置及び偏光子を備えるとともに、
前記信号光または参照光のいずれか一方の入射光の偏光状態を０°及び９０°回転させた前記干渉光に関して、前記光学的遅延回路により与えられる遅延時間量τを連続的に変化させた時に発生する干渉フリンジであるインターフェログラムＩ0(r)（τ）及びＩ90(r)（τ）（（ｒ）は複素数の実数部を表す）を求めるためのデータ取得装置、及び
前記インターフェログラムＩ0(r)（τ）及びＩ90(r)（τ）をτに関してフーリエ変換し、得られるＦ［Ｉ0(r)（τ）］（ν）及びＦ［Ｉ90(r)（τ）］（ν）と、定数ｃ、光源出射光のスペクトルＧ（ν）とで表される、
Ａ（ν）＝（ｃ／Ｇ（ν））
×［｜Ｆ（Ｉ0(r)（τ））（ν）｜2
＋｜Ｆ（Ｉ90(r)（τ））（ν）｜2］1/2
によって、測定用光デバイスの振幅スペクトルＡ（ν）を求め、
前記Ｉ0(r)（τ）とＩ90(r)（τ）のうちで信号レベルの大きい方をフーリエ変換することによって、測定用光デバイスの位相スペクトルφ（ν）を求めるための処理系を備える
ことを特徴とする光デバイス評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光デバイスの振幅スペクトル、位相スペクトル等の特性を、低コーヒレンス光干渉計を利用して測定する分野に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、従来の低コーヒレンス光干渉を利用した光デバイスの評価装置であって、１は１．５μｍ帯のＬＥＤ光源、２は第１の光ファイバカプラ、３は光ファイバ、４は測定用光デバイスであるアレイ導波路型回折格子である。５は光学的遅延回路であって、コリメートレンズ６と７、プリズム８、ビーム方向に移動するリフレクター９から構成される。また、１０は偏波コントローラ、１１は第２の光ファイバカプラである。光源１からの出射光は、第１の光ファイバカプラ２で二分される。二分された一方は、光ファイバ３を伝播した後に測定用の光デバイス４に入射し、その透過光が第２の光ファイバカプラ１１の一方のポートに入射する。光ファイバカプラ２で二分された他方の光は、光学的遅延回路５を伝播した後に、第２の光ファイバカプラ１１の他方のポートに入射して、光デバイスの透過光と合波される。光学的遅延回路によって与えられる遅延時間をτとすれば、τの変化とともに発生する干渉ビート信号（すなわちインターフェログラム）Ｉ(r)（τ）は、
【０００３】
【数２】
0003825334.tif 000002
で表される。ここで、ｃ、ψは定数、Ｇ（ν）は光周波数をνとした光源の出射光スペクトル、Ａ（ν）は測定用光デバイスの振幅スペクトル、φ（ν）は位相スペクトルである。光デバイスの透過スペクトルはＡ（ν）2で与えられる。
【０００４】
インターフェログラムＩ(r)（τ）のフーリエ変換は、ν＞０に対して次式で与えられる。
【０００５】
【数３】
0003825334.tif 000003
（２）式中の、ｃ及びＧ（ν）は確定しているので、測定用光デバイスの複素振幅スペクトルＡ（ν）ｅｘｐｉφ（ν）は、Ｉ(r)（τ）のフーリエ変換により求めることができる。振幅スペクトルからは、光デバイスの透過スペクトルを求めることができ、また、位相スペクトルを周波数νに関して二回微分することにより、その分散を求めることができる。また、光デバイスがアレイ導波路型回折格子である場合には、インターフェログラムＩ(r)（τ）よりアレイ導波路の光学的長さの設計値からのずれである位相誤差を導出することもできる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のような従来の干渉計では、光源からの出射光を第１光カプラで二分した後に、第２の光カプラで合波、干渉させるため、測定用光デバイスからの信号光と光学遅延回路からの参照光の偏光状態が、干渉計のなかで使用している光ファイバの状態により一般に異なり、干渉ビート信号の値は非常に小さくなることがある。このため、インターフェログラムを測定する前に、偏波コントローラ１０を微調整してこれらの偏光状態を一致させ、インターフェログラムの信号レベルが最大となるようにする必要があった。
【０００７】
本発明の目的は、従来不可欠であった、参照光と信号光の偏光状態を一致させるための偏波コントローラによる調整を行うことなく、光デバイスの振幅スペクトル及び位相スペクトルを求めることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、前記目的を達成するため、信号光側又は参照光側のいずれかに、偏光状態を０°及び９０°回転できる偏波回転装置と偏光子を設置する。この装置において、光源に無偏光光原を用い、偏波回転角を０°と９０°に設定したときのそれぞれのインターフェログラムを求める。これらのインターフェログラムの２乗和の平方根から、偏波状態を一致させて測定した場合に等しい強度の振幅スペクトルを得る。また、これらのインターフェログラムの信号レベルの大きい方をフーリエ変換することによって、位相スペクトルを得る。
【０００９】
本発明によれば、偏波コントローラによる偏光状態の調整なしに測定用光デバイスの振幅スペクトル及び位相スペクトルを求めることが可能である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の第１の実施例を示す図であって、偏波回転モジュール１２を測定光デバイス側に設置している。ここで、偏波回転モジュール１２は、コリメートレンズ１３，０ｍＡ及び５０ｍＡの電流を注入することで、偏波方向を０°及び９０°回転することができるファラデー回転素子１４，偏光子１５及びコリメートレンズ１６から構成される光モジュールである。ファラデー回転素子１４は入射側に、偏光子１５は出射側に設置されている。なお、その他の構成は、従来の場合と同様である。
【００１１】
本測定原理を以下に説明する。光源１からの出射光が光カプラ２で二分される直前の光周波数νにおける光電場ベクトルをｅ（ν）とすると、第１の光カプラ２で二分された直後の光デバイス側の信号光及び光学的遅延回路側の参照光の光電場ベクトルはそれぞれ、ｅ（ν）／√２、−ｉｅ（ν）／√２と表される。ここでｅはｅのベクトルを表し、ｉ＝（−１）1/2である。ある長さの光ファイバを伝播した後の光の偏波状態は、入射光電場ベクトルのユニタリー変換により表現できるので、第１の光カプラ２からファラデー回転子１４までの光路、偏光子１５から光デバイス４を伝播した後に第２の光カプラ１１に到るまでの光路、及び第１の光カプラ２から光学的遅延回路５を伝播した後に第２の光カプラ１１に到るまでの光路に対するユニタリー行列をそれぞれ、Ｕ1，Ｕ2，Ｕ3とすれば、ファラデー回転角が０°及び９０°の時の、光カプラ１１に到着する信号光の伝播ベクトルはそれぞれ、
【００１２】
【数４】
0003825334.tif 000004
となる。また、光カプラ１１に到着する参照光の電場ベクトルは、
【００１３】
【数５】
0003825334.tif 000005
と表される。ここで、ｇsとｇrは定数、τ1とτ2は、それぞれ信号光と参照光が干渉計を伝播するのに要する時間である。ｈ（ν）は測定用デバイスの伝達関数であり、振幅スペクトルＡ（ν）と位相スペクトルφ（ν）によりｈ（ν）＝Ａ（ν）ｅｘｐｉφ（ν）で与えられる。（３）式中の行列Ｒ及びＰはそれぞれ９０°ファラデー回転素子、偏光子の効果を表し、以下の行列で表される。
【００１４】
【数６】
0003825334.tif 000006
０°及び９０°のファラデー回転に対し、信号光と参照光が第２の光カプラ１１で合波された時の合波光の電場ベクトルはそれぞれＥ0（ν）＝｛ｅ0（ν）−ｉｅr（ν）｝／√２及びＥ90（ν）＝｛ｅ90（ν）−ｉｅr（ν）｝／√２で表される。光強度は電磁場の強さの２乗に比例するから、それぞれ｜Ｅ0（ν）｜2∝｜｛ｅ0（ν）−ｉｅr（ν）｝／√２｜2＝［｜ｅ0（ν）｜2＋｜ｅr（ν）｜2＋２ｉ（ｅ0（ν），ｅr（ν））＋ｃ．ｃ．］／２及び｜Ｅ90（ν）｜2∝｜｛ｅ90（ν）−ｉｅr（ν）｝／√２｜2＝［｜ｅ90（ν）｜2＋｜ｅr（ν）｜2＋２ｉ（ｅ90（ν），ｅr（ν）＋ｃ．ｃ．）］／２である。ここで、ｃ．ｃ．は共役複素数を表す。光強度中の干渉成分はそれぞれ、
【００１５】
【数７】
0003825334.tif 000007
の実数部分で表される。ここで、＜  ＞は統計平均、（  ）は複素ベクトルの内積を表す。（６）式は、特定の光周波数νに対する干渉フリンジに相当するので、光学的遅延回路でτ2を連続的に増加させた時に発生するインターフェログラムは、（６）式をνで積分した値の実数部分で与えられる。（３）、（４）式を（６）式に代入すると、
【００１６】
【数８】
0003825334.tif 000008
を得る。ここで、＊は共役複素数を表し、遅延時間τ＝τ2−τ1であり、
【００１７】
【数９】
0003825334.tif 000009
は、やはりユニタリー行列である。ここで、†は行列の成分の複素共役を転置する操作を表す。光源からの出射が完全に無偏光なので、ｅ（ν）の互いに垂直な２成分をｅ0（ν）、ｅ1（ν）で表すと、ｅ0（ν）とｅ1（ν）の間には相関がないので、＜ｅk（ν）ｅl（ν）*＞＝０（ｋ≠ｌ、ｋ，ｌ＝０，１）を得る。また、光の進行方向に垂直な二方向の光パワーは等しいので、＜ｅk（ν）ｅk（ν）*＞＝＜ｅl（ν）ｅl（ν）*＞という条件も課される。これらをあわせて、＜ｅk（ν）ｅl（ν）*＞＝δkl＜｜ｅ（ν）｜2＞／２なる条件を満足するため、（７）式は、
【００１８】
【数１０】
0003825334.tif 000010
と変換される。ここで、Ｇ（ν）＝＜｜ｅ（ν）｜2＞は光源からの出射光スペクトル、Ｔｒ（  ）は行列の対角成分の和を表す。一般に、ユニタリー行列であるＵ1とＵ4は以下の様に表現できる。
【００１９】
【数１１】
0003825334.tif 000011
ここで、要素ａ，ｂ，ｃ，ｄは一般に複素数であり、｜ａ｜2＋｜ｂ｜2＝１，｜ｃ｜2＋｜ｄ｜2＝１を満足するが、光ファイバへの側圧や曲げによって変化するので、予めこれらの値を確定することは難しい。（５）と（９）を（８）に代入することにより、以下の式を得る。
【００２０】
【数１２】
0003825334.tif 000012
τは光学的遅延回路で連続的に増加するので、この時に発生するインターフェログラムは、（１０）式をνに関して積分した
【００２１】
【数１３】
0003825334.tif 000013
の実数部で与えられる。つまり、
【００２２】
【数１４】
0003825334.tif 000014
である。ここで、ψ0とψ90は、それぞれｃ0及びｃ90の位相である。（２）式と同様、Ｉ0（τ）及びＩ90（τ）をν＞０においてフーリエ変換して、
【００２３】
【数１５】
0003825334.tif 000015
となる。ここで、｜ａ｜2＋｜ｂ｜2＝１，｜ｃ｜2＋｜ｄ｜2＝１なる条件を考慮すれば、｜ｃ0｜2＋｜ｃ90｜2＝｜ｇsｇr｜2／１６となるので、（１３）式より、
【００２４】
【数１６】
0003825334.tif 000016
を得、要素ａ，ｂ，ｃ，ｄに依存しなくなるのでＡ（ν）を求めることができる。また、上記の条件をもとに、そえぞれのインターフェログラムの振幅を合成した値も、
【００２５】
【数１７】
0003825334.tif 000017
となって、要素ａ，ｂ，ｃ，ｄに依存しなくなる。ここで、Ｉ(r)（τ）は信号光と参照光の偏波状態を一致させて干渉フリンジの信号レベルが最大になるように調整した時に観測されるインターフェログラムに相当する。したがって、｜Ｉ0（τ）｜2または｜Ｉ90（τ）｜2の少なくとも一方は、｜Ｉ（τ）｜2／２以上の値をとることになり、その結果、｜Ｉ0（τ）｜または  ｜Ｉ90（τ）｜の少なくとも一方は｜Ｉ（τ）｜／√２以上の値となる。すなわち、ファラデー回転角を０°と９０°に設定してインターフェログラムを求めれば、少なくとも一方のインターフェログラムの信号レベルは、ベストな偏波調整をして得られるインターフェログラムの信号レベルの７０％以上となる。したがって、２個のインターフェログラムのうちで、より大きな信号レベルを有するインターフェログラムとほとんど同じＳ／Ｎで位相スペクトルφ（ν）を求めることが可能となる。
【００２６】
図３は、干渉計の参照光側の偏波状態を様々に変化させ、各偏光状態に対して、Ｉ0(r)（ν）及びＩ90(r)（ν）を測定し、（１４）式より透過スペクトルＡ（ν）2を求めた結果をプロットしたものである。図に示す通り、偏波状態が変化しても、２．５ｄＢ以内の変動で透過スペクトルを測定することが本発明により可能となった。
【００２７】
図４は、測定光デバイスであるアレイ導波路型回折格子を構成する全アレイ導波路長の設計値からのずれによって生じる位相誤差を、各偏光状態に対して、より大きな信号レベルを有するインターフェログラムから求めたものである。図に示す通り、参照光の偏波状態に関係なく、アレイ導波路型回折格子の位相誤差を中心付近で０．１ｒａｄ、端の部分でも０．２ｒａｄの精度で測定できることがわかった。
【００２８】
図５は本発明の第２の実施例であって、第１の実施例と同様に偏波回転モジュール１２は、測定光用デバイス側に設置されているが、偏光子１５が入射側に、ファラデー回転素子１４が出射側に設置されている点で異なっている。
【００２９】
第１の実施例と同様に、ファラデー回転角が０°及び９０°の時の、光カプラ１１に到着する信号光の伝播ベクトルｅ0（ν）は（３）式の上式と同一であり、また、ｅr（ν）も（４）式の上式と同一である。しかし、ｅ0（ν）は、
【００３０】
【数１８】
0003825334.tif 000018
となり、（３）式と比べて、行列Ｐ、Ｒが逆である。ファラデー回転角が９０°の光強度の干渉成分も同様に、
【００３１】
【数１９】
0003825334.tif 000019
となる。光源からの出射は完全に無偏光なので、（１７）式は、
【００３２】
【数２０】
0003825334.tif 000020
となる。行列成分を計算して、（１８）式は、
【００３３】
【数２１】
0003825334.tif 000021
となり、（１９）式をνに関して積分した
【００３４】
【数２２】
0003825334.tif 000022
の実数部をとることによって、
【００３５】
【数２３】
0003825334.tif 000023
を得る。（２１）式のフーリエ変換は（１２）式と類似しており、ｃ0＝ｇsｇr*（ｃａ−ｂ*ｄ）／４，ｃ90＝ｇsｇr*（ｃ*ｂ*＋ａｄ*）／４であって、｜ａ｜2＋｜ｂ｜2＝１，｜ｃ｜2＋｜ｄ｜2＝１なので、｜ｃ0｜2＋｜ｃ90｜2＝｜ｇsｇr｜2／１６となり、第１の実施例の（１４）、（１５）式と類似した結果を得ることができる。すなわち、第１の実施例と同じ振幅スペクトルＡ（ν）を得ることができる。
【００３６】
したがって、偏波回転モジュール１２において、偏光子１５を入射側、ファラデー回転素子１４を出射側に設置しても、ファラデー回転角を０°と９０°に設定してインターフェログラムを求めれば、少なくとも一方のインターフェログラムの信号レベルは、ベストな偏波調整をして得られるインターフェログラムの信号レベルの７０％以上となる。また、２個のインターフェログラムのうちで、より大きな信号レベルを有するインターフェログラムとほとんど同じＳ／Ｎで位相スペクトルφ（ν）を求めることができる。
【００３７】
さらに、実施例１及び２では、光デバイス側に偏波回転モジュール１２を設置したが、光学的遅延回路側に設置しても、同様の結果を得ることができる。
【００３８】
偏光子を使用しないか、または、光源に無偏光な光を使用しなければ、（１４）と（１５）の結果を得られないこと、すなわち、偏波状態に依存せずに振幅と位相のスペクトルを導出できないことも計算より明らかである。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、偏波状態の調整を必要とせずに、光デバイスの振幅及び位相スペクトルを測定することが可能となるので、生産ラインにおける自動光デバイス評価システムとして展開することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来技術の実施例を示した図
【図２】  本発明の第１の実施例を示した図
【図３】  偏波状態を様々に変化させた時に、本発明の第１の実施例において測定した透過スペクトルを全て表示した図
【図４】  偏波状態を様々に変化させた時に、本発明の第１の実施例において測定したアレイ導波路型回折格子の位相誤差分布を全て表示した図
【図５】  本発明の第２の実施例を示した図
【符号の説明】
１…１．５μｍ帯のＬＥＤ光源、２…第１の光ファイバカプラ、３…光ファイバ、４…測定用光デバイスであるアレイ導波路型回折格子、５…光学的遅延回路、６、７…コリメートレンズ、８…プリズム、９…移動リフレクター、１０…偏波コントローラ、１１…第２の光ファイバカプラ、１２…光モジュール、１３…コリメートレンズ、１４…ファラデー回転素子、１５…偏光子、１６…コリメートレズ
【図１】
0003825334.tif 000024
【図２】
0003825334.tif 000025
【図３】
0003825334.tif 000026
【図４】
0003825334.tif 000027
【図５】
0003825334.tif 000028