JP3339656B2 - 光回路評価方法 - Google Patents
光回路評価方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、干渉形光回路、特に長
さの異なる光導波路を有する干渉形光回路内の各光導波
路を伝搬する光が受ける位相変化及び光パワー分配量を
非破壊かつ高精度に測定する方法に関するものである。
さの異なる光導波路を有する干渉形光回路内の各光導波
路を伝搬する光が受ける位相変化及び光パワー分配量を
非破壊かつ高精度に測定する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図２は長さの異なる２本の光導波路（ア
ーム）を有する２×２マッハ・ツェンダ型光回路を示す
もので、図中、１，２はマッハ・ツェンダ干渉計の２つ
のアーム、３，４は３ｄＢカプラ、５，６は入射ポー
ト、７，８は出射ポートである。ポート５から入射した
光は３ｄＢカプラ３で二分され、それぞれアーム１，２
を伝搬した後、３ｄＢカプラ４で合波される。各アーム
を伝搬した光のパワーＰ1，Ｐ2 （又は光パワー分配比
Ｐ1 ／Ｐ2 ）及び位相差φに応じてポート７，８からの
出射パワーが決定されるので、これらのパラメータを非
破壊かつ高精度に測定する技術が不可欠となる。
ーム）を有する２×２マッハ・ツェンダ型光回路を示す
もので、図中、１，２はマッハ・ツェンダ干渉計の２つ
のアーム、３，４は３ｄＢカプラ、５，６は入射ポー
ト、７，８は出射ポートである。ポート５から入射した
光は３ｄＢカプラ３で二分され、それぞれアーム１，２
を伝搬した後、３ｄＢカプラ４で合波される。各アーム
を伝搬した光のパワーＰ1，Ｐ2 （又は光パワー分配比
Ｐ1 ／Ｐ2 ）及び位相差φに応じてポート７，８からの
出射パワーが決定されるので、これらのパラメータを非
破壊かつ高精度に測定する技術が不可欠となる。
【０００３】これまでにバルク型又は光ファイバ型のマ
ッハ・ツェンダ干渉計により、干渉形光回路内の光パワ
ー分配比及び光路長差を非破壊で評価する方法が報告さ
れており、その一例を図３に示す。図３において、１１
は各光導波路間の光路長差よりも短いコヒーレント長を
有する中心波長１．５３μｍの発光ダイオードからなる
光源、１２，１３は光ファイバ３ｄＢカプラ、１４は試
験用の干渉形光回路、１５，１６はレンズ、１７はプリ
ズム、１８はリフレクタ、１９は光検出器、２０は選択
レベル計、２１，２２はカプラ１２の出射ポート、２
３，２４はカプラ１３の入射ポートである。
ッハ・ツェンダ干渉計により、干渉形光回路内の光パワ
ー分配比及び光路長差を非破壊で評価する方法が報告さ
れており、その一例を図３に示す。図３において、１１
は各光導波路間の光路長差よりも短いコヒーレント長を
有する中心波長１．５３μｍの発光ダイオードからなる
光源、１２，１３は光ファイバ３ｄＢカプラ、１４は試
験用の干渉形光回路、１５，１６はレンズ、１７はプリ
ズム、１８はリフレクタ、１９は光検出器、２０は選択
レベル計、２１，２２はカプラ１２の出射ポート、２
３，２４はカプラ１３の入射ポートである。
【０００４】干渉形光回路１４は、例えば図４に示すよ
うに、共通の入射ポート２５に入射された光が、光パワ
ーを分配する分配器２６によって六分配され、６本の長
さの異なる光導波路２７−１〜２７−６を伝搬した後に
合波器２８で合波され、共通の出射ポート２９から出射
する如く構成されている。
うに、共通の入射ポート２５に入射された光が、光パワ
ーを分配する分配器２６によって六分配され、６本の長
さの異なる光導波路２７−１〜２７−６を伝搬した後に
合波器２８で合波され、共通の出射ポート２９から出射
する如く構成されている。
【０００５】図３において、光源１１からの出射光はカ
プラ１２で二分される。二分された一方の光は、ポート
２１より干渉形光回路１４に入射する。二分された他方
の光は、ポート２２を伝搬して参照光となり、レンズ１
５で平行ビームにコリメートされた後、プリズム１７で
反射され、リフレクタ１８で平行に反射され、プリズム
１７を経由してレンズ１６でカプラ１３のポート２４に
入射する。ここで、リフレクタ１８はビームに平行に移
動させることによって、参照光の光路長を変化させる。
プラ１２で二分される。二分された一方の光は、ポート
２１より干渉形光回路１４に入射する。二分された他方
の光は、ポート２２を伝搬して参照光となり、レンズ１
５で平行ビームにコリメートされた後、プリズム１７で
反射され、リフレクタ１８で平行に反射され、プリズム
１７を経由してレンズ１６でカプラ１３のポート２４に
入射する。ここで、リフレクタ１８はビームに平行に移
動させることによって、参照光の光路長を変化させる。
【０００６】一方、光回路１４を透過した光はポート２
３に入射し、カプラ１３にて前記参照光と合波される。
合波された光は光検出器１９で受光され、電気信号に変
換されて選択レベル計２０に入力される。選択レベル計
２０は参照光の光路長の変化とともに生じるビート信号
（これをインターフェログラムと呼ぶ。）の包絡線検波
を行う。
３に入射し、カプラ１３にて前記参照光と合波される。
合波された光は光検出器１９で受光され、電気信号に変
換されて選択レベル計２０に入力される。選択レベル計
２０は参照光の光路長の変化とともに生じるビート信号
（これをインターフェログラムと呼ぶ。）の包絡線検波
を行う。
【０００７】光回路１４内の光路長差よりも伝搬光のコ
ヒーレント長が短いので、各光導波路を伝搬した光波
は、それぞれ独立に参照光と干渉する。従って、試験用
の干渉形光回路１４内にＮ本の光導波路がある場合、参
照光の光路長の変化とともにＮ個の孤立したビート信号
が観測される。従来例では、これらビート信号の包絡線
波形を電圧計２０で測定した。
ヒーレント長が短いので、各光導波路を伝搬した光波
は、それぞれ独立に参照光と干渉する。従って、試験用
の干渉形光回路１４内にＮ本の光導波路がある場合、参
照光の光路長の変化とともにＮ個の孤立したビート信号
が観測される。従来例では、これらビート信号の包絡線
波形を電圧計２０で測定した。
【０００８】図５は図４中の１番目及び２番目の光導波
路２７−１，２７−２に対する包絡線波形を示す。図
中、横軸は参照光の光路長変化を、縦軸は強度を示す。
従来例では、各孤立波形のピーク間隔から２光導波路間
の光路長としてピーク間隔Ｋ＝２４０μｍを、２光導波
路間のパワー分配比として各波形のピークの比Ｐ1 ／Ｐ
2 ＝１．５の値をそれぞれ導出していた。
路２７−１，２７−２に対する包絡線波形を示す。図
中、横軸は参照光の光路長変化を、縦軸は強度を示す。
従来例では、各孤立波形のピーク間隔から２光導波路間
の光路長としてピーク間隔Ｋ＝２４０μｍを、２光導波
路間のパワー分配比として各波形のピークの比Ｐ1 ／Ｐ
2 ＝１．５の値をそれぞれ導出していた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】理論的には、ビート信
号のピーク間隔より求まるＫの値は、群遅延時間差τ
（＝（Ｌ1 −Ｌ2 ）／ｖg ；Ｌ1 及びＬ2 は１番目及び
２番目の光導波路の幾何学的長さ、ｖg は群速度）に光
速度ｃを乗じた値τｃに等しい。光導波路の屈折率は波
長に依存するので、群速度ｖg と位相速度ｖp （＝ｃ／
ｎ；ｎは実効屈折率）とは異なり、Ｋの値は２光導波路
間の光路長差と一致しない。
号のピーク間隔より求まるＫの値は、群遅延時間差τ
（＝（Ｌ1 −Ｌ2 ）／ｖg ；Ｌ1 及びＬ2 は１番目及び
２番目の光導波路の幾何学的長さ、ｖg は群速度）に光
速度ｃを乗じた値τｃに等しい。光導波路の屈折率は波
長に依存するので、群速度ｖg と位相速度ｖp （＝ｃ／
ｎ；ｎは実効屈折率）とは異なり、Ｋの値は２光導波路
間の光路長差と一致しない。
【００１０】実際、石英系光導波路では、群速度と位相
速度とは約２％異なるので、光導波路長が数ｃｍの光回
路では、ピーク間隔から見積った光路長差には、数100
μｍの誤差が生じる。即ち、波長λ＝１．５μｍにおい
て、Ｋ／λの関係式から光導波路間の位相差φを求める
ことができない。また、長尺の光回路では、作製プロセ
スの不完全性によって、位相速度が光回路の位置によっ
て微妙に変化してしまうので、群速度と位相速度との差
を理論的に求めた後、Ｋの値から光路長差をサブミクロ
ンの精度で求めることは不可能である。
速度とは約２％異なるので、光導波路長が数ｃｍの光回
路では、ピーク間隔から見積った光路長差には、数100
μｍの誤差が生じる。即ち、波長λ＝１．５μｍにおい
て、Ｋ／λの関係式から光導波路間の位相差φを求める
ことができない。また、長尺の光回路では、作製プロセ
スの不完全性によって、位相速度が光回路の位置によっ
て微妙に変化してしまうので、群速度と位相速度との差
を理論的に求めた後、Ｋの値から光路長差をサブミクロ
ンの精度で求めることは不可能である。
【００１１】また、光源である発光ダイオードは数１０
ｎｍのスペクトル幅を有するが、一般に、光回路の分配
比はこのスペクトル範囲では波長とともに変化するの
で、包絡線のピークから分配比を求める方法では、分配
比の波長平均値しか求めることができない。
ｎｍのスペクトル幅を有するが、一般に、光回路の分配
比はこのスペクトル範囲では波長とともに変化するの
で、包絡線のピークから分配比を求める方法では、分配
比の波長平均値しか求めることができない。
【００１２】本発明の目的は、干渉形光回路内の各光導
波路を伝搬する光が受ける位相変化及び光パワー分配量
を高精度に測定し得る光回路評価方法を提供することに
ある。
波路を伝搬する光が受ける位相変化及び光パワー分配量
を高精度に測定し得る光回路評価方法を提供することに
ある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明では、コヒーレン
ト長の十分短い光を試験用の干渉形光回路に入射した
時、該光回路内の各光導波路を伝搬した光と参照光との
干渉によって孤立したビート信号（即ち、インターフェ
ログラム）が発生し、これらビート信号のフーリエ変換
により、各光導波路の応答関数を求めることができるこ
とに注目した。
ト長の十分短い光を試験用の干渉形光回路に入射した
時、該光回路内の各光導波路を伝搬した光と参照光との
干渉によって孤立したビート信号（即ち、インターフェ
ログラム）が発生し、これらビート信号のフーリエ変換
により、各光導波路の応答関数を求めることができるこ
とに注目した。
【００１４】図１は請求項１に対応するフローチャート
を示すもので、孤立したビート信号を生成し（ｓ１）、
各ビート信号を光路長差ｘの関数として抽出し（ｓ
２）、フーリエ変換し（ｓ３）、それぞれの位相と振幅
を求めることにより、各光導波路における位相及び光パ
ワー分配量を求める（ｓ４）ことを特徴とする。
を示すもので、孤立したビート信号を生成し（ｓ１）、
各ビート信号を光路長差ｘの関数として抽出し（ｓ
２）、フーリエ変換し（ｓ３）、それぞれの位相と振幅
を求めることにより、各光導波路における位相及び光パ
ワー分配量を求める（ｓ４）ことを特徴とする。
【００１５】また、光路長差ｘが非常に大きい場合は、
請求項２に対応する図６のフローチャートに示すよう
に、中心までの光路長差を予め求めて計算する方が得策
である。即ち、各ビート信号の中心付近における参照光
の光路長変化をｘk （ｋ＝１，２，……Ｎ）、ｘk を原
点とした光路長変化をｙk として、各ビート信号をｊk
（ｙk ）と表し、σを波数としてｊk （ｙk ）のフーリ
エ変換 を計算し（ｉは虚数単位）（ｓｔ１〜３）、振幅ｂ
k （σ）及び位相φk （σ）を求めた後に、２πσｘk
＋φk （σ）の関係式よりｋ番目の光導波路により波数
σの光が受ける位相を、また、ｇ（σ）を光源のスペク
トルとして｜ｂk （σ）／ｇ（σ）｜2 の関係式より光
導波路で光が受けるパワー分配量を求める（ｓｔ４）こ
とを特徴とする。
請求項２に対応する図６のフローチャートに示すよう
に、中心までの光路長差を予め求めて計算する方が得策
である。即ち、各ビート信号の中心付近における参照光
の光路長変化をｘk （ｋ＝１，２，……Ｎ）、ｘk を原
点とした光路長変化をｙk として、各ビート信号をｊk
（ｙk ）と表し、σを波数としてｊk （ｙk ）のフーリ
エ変換 を計算し（ｉは虚数単位）（ｓｔ１〜３）、振幅ｂ
k （σ）及び位相φk （σ）を求めた後に、２πσｘk
＋φk （σ）の関係式よりｋ番目の光導波路により波数
σの光が受ける位相を、また、ｇ（σ）を光源のスペク
トルとして｜ｂk （σ）／ｇ（σ）｜2 の関係式より光
導波路で光が受けるパワー分配量を求める（ｓｔ４）こ
とを特徴とする。
【００１６】また、光源のスペクトルｇ（σ）が複雑な
波形となり、孤立したビート信号が得られない場合は、
請求項３に対応する図７のフローチャートに示すよう
に、全ビート信号Ｉ（ｘ）をフーリエ変換し（ｓｐ１，
２）、光源のスペクトルｇ（σ）で除算し（ｓｐ３）、
さらにガウス型のウィンドゥ関数Ｃ（σ）を乗じ（ｓｐ
４）、これを逆フーリエ変換して（ｓｐ５）、孤立した
ビート信号を生成する（ｓｐ６）ことを特徴とする。
波形となり、孤立したビート信号が得られない場合は、
請求項３に対応する図７のフローチャートに示すよう
に、全ビート信号Ｉ（ｘ）をフーリエ変換し（ｓｐ１，
２）、光源のスペクトルｇ（σ）で除算し（ｓｐ３）、
さらにガウス型のウィンドゥ関数Ｃ（σ）を乗じ（ｓｐ
４）、これを逆フーリエ変換して（ｓｐ５）、孤立した
ビート信号を生成する（ｓｐ６）ことを特徴とする。
【００１７】
【作用】本発明方法によれば、従来、不可能であった、
干渉形光回路内の各光導波路で受けた位相変化やパワー
分配比の波長依存性を高精度に測定することができるの
で、作製プロセスへのフィードバックを可能とするとと
もに、本方法を位相モニタとした精密位相制御技術の開
発を可能とする。
干渉形光回路内の各光導波路で受けた位相変化やパワー
分配比の波長依存性を高精度に測定することができるの
で、作製プロセスへのフィードバックを可能とするとと
もに、本方法を位相モニタとした精密位相制御技術の開
発を可能とする。
【００１８】
【実施例】単位振幅の光波を試験用の干渉形光回路に入
射した際、該干渉形光回路内の各光導波路を伝搬した光
波の複素振幅をｈk （σ）（ｋ＝１，２，……Ｎ；Ｎは
光導波路の本数）とする（以後、ｈk （σ）を波数σで
の光導波路ｋの応答関数と呼ぶ。）。ｈk （σ）を ｈk （σ）＝ａk （σ）ｅｘｐ［ｉδk （σ）］ ……(1) と表せば、γk （σ）＝｜ａk （σ）｜2 が波数σでの
光導波路ｋへのパワー分配量、δk （σ）が光導波路ｋ
で受ける光波の位相変化を示す量であり、これらを測定
する原理を以下に述べる。
射した際、該干渉形光回路内の各光導波路を伝搬した光
波の複素振幅をｈk （σ）（ｋ＝１，２，……Ｎ；Ｎは
光導波路の本数）とする（以後、ｈk （σ）を波数σで
の光導波路ｋの応答関数と呼ぶ。）。ｈk （σ）を ｈk （σ）＝ａk （σ）ｅｘｐ［ｉδk （σ）］ ……(1) と表せば、γk （σ）＝｜ａk （σ）｜2 が波数σでの
光導波路ｋへのパワー分配量、δk （σ）が光導波路ｋ
で受ける光波の位相変化を示す量であり、これらを測定
する原理を以下に述べる。
【００１９】干渉形光回路がＮ本の光導波路から構成さ
れ、それぞれが結合の無い互いに独立した光導波路であ
るとすると、干渉形光回路の応答関数Ｈ（σ）はそれぞ
れの応答関数の和として、 と表される。
れ、それぞれが結合の無い互いに独立した光導波路であ
るとすると、干渉形光回路の応答関数Ｈ（σ）はそれぞ
れの応答関数の和として、 と表される。
【００２０】従って、入射光のスペクトルをｇ（σ）と
すれば、参照光の光路長の変化ｘによって生じるビート
信号は、 と表される。
すれば、参照光の光路長の変化ｘによって生じるビート
信号は、 と表される。
【００２１】 の半値全幅として光源のコヒーレント長を定義する。光
源のコヒーレント長がどの光導波路間の光路長差よりも
十分短いとすれば、(3) 式中の積分項である は、ｘがｉk （ｘ）のピークから光導波路間の光路長差
程度変化すると、無視し得るほどに小さくなる。即ち、
これらのビート信号は、孤立したインターフェログラム
波形を示す。図８にｋ，ｋ＋１番目の光導波路から生じ
たインターフェログラムの一例を示す。
源のコヒーレント長がどの光導波路間の光路長差よりも
十分短いとすれば、(3) 式中の積分項である は、ｘがｉk （ｘ）のピークから光導波路間の光路長差
程度変化すると、無視し得るほどに小さくなる。即ち、
これらのビート信号は、孤立したインターフェログラム
波形を示す。図８にｋ，ｋ＋１番目の光導波路から生じ
たインターフェログラムの一例を示す。
【００２２】従って、次式(4) に示す通り、各インター
フェログラムｉk （ｘ）のフーリエ変換によってｇ
（σ）ｈk （σ）を求め、 これをｇ（σ）で除することにより、ｈk （σ）を求め
ることができる。
フェログラムｉk （ｘ）のフーリエ変換によってｇ
（σ）ｈk （σ）を求め、 これをｇ（σ）で除することにより、ｈk （σ）を求め
ることができる。
【００２３】ｘが数ｃｍに及ぶ反面、各インターフェロ
グラムの有限な持続幅（即ち、コヒーレント長）が数１
０μｍである場合の効率的な計算方法は以下の通りであ
る。
グラムの有限な持続幅（即ち、コヒーレント長）が数１
０μｍである場合の効率的な計算方法は以下の通りであ
る。
【００２４】図８に示す通り、座標を光路長差ｘから、
ｉk （ｘ）のピーク近辺の座標ｘkからの相対座標ｙk
に変換（即ち、ｘ＝ｘk ＋ｙk ）すれば、(4) 式は、 となる。ここで、ｊk （ｙk ）はｉk （ｘ）に等しく、
座標ｘk を原点としたインターフェログラムを示す。
ｉk （ｘ）のピーク近辺の座標ｘkからの相対座標ｙk
に変換（即ち、ｘ＝ｘk ＋ｙk ）すれば、(4) 式は、 となる。ここで、ｊk （ｙk ）はｉk （ｘ）に等しく、
座標ｘk を原点としたインターフェログラムを示す。
【００２５】ｊk （ｙk ）のフーリエ変換を振幅ｂ
k （σ）、位相φk （σ）により、 と表せば、(5) 式は、 ｇ（σ）ｈk （σ）＝ｅｘｐ（２πｉσｘk ） ・ｂk （σ）ｅｘｐ［ｉφk （σ）］ ＝ｂk （σ）ｅｘｐ［ｉ（２πσｘk ＋φk （σ））］ ……(7) となる。
k （σ）、位相φk （σ）により、 と表せば、(5) 式は、 ｇ（σ）ｈk （σ）＝ｅｘｐ（２πｉσｘk ） ・ｂk （σ）ｅｘｐ［ｉφk （σ）］ ＝ｂk （σ）ｅｘｐ［ｉ（２πσｘk ＋φk （σ））］ ……(7) となる。
【００２６】即ち、ｋ番目の光導波路の応答関数は、 ｈk （σ）＝ｂk （σ）ｅｘｐ［ｉ（２πσｘk ＋φk （σ））］／ｇ（σ） ……(8) で与えられる。
【００２７】最終的に、ｋ番目の光導波路で受ける位相
ρk （σ）、パワー分配量γk （σ）は、 ρk （σ）＝２πσｘk ＋φk （σ）、 γk （σ）＝｜ｂk （σ）／ｇ（σ）｜2 ……(9) より求めることができる。また、ρk （σ）をσに関し
て一階及び二階微分することにより、各光導波路で受け
る群遅延χk （σ）と分散ξk （σ）、即ち χk （σ）＝｛ｄ［ρk （σ）］／ｄσ｝／２π ＝ｘk ＋｛ｄ［φk （σ）］／ｄσ｝／２π、 ξk （σ）＝σ2 ｛ｄ2 ［ρk （σ）］／ｄσ2 ｝／２πｃ ……(10) も導出することができる。ここで、ｃは光速度である。
ρk （σ）、パワー分配量γk （σ）は、 ρk （σ）＝２πσｘk ＋φk （σ）、 γk （σ）＝｜ｂk （σ）／ｇ（σ）｜2 ……(9) より求めることができる。また、ρk （σ）をσに関し
て一階及び二階微分することにより、各光導波路で受け
る群遅延χk （σ）と分散ξk （σ）、即ち χk （σ）＝｛ｄ［ρk （σ）］／ｄσ｝／２π ＝ｘk ＋｛ｄ［φk （σ）］／ｄσ｝／２π、 ξk （σ）＝σ2 ｛ｄ2 ［ρk （σ）］／ｄσ2 ｝／２πｃ ……(10) も導出することができる。ここで、ｃは光速度である。
【００２８】以上の説明は、各ビート信号が図８に示す
ように孤立している場合に当てはまる。アルミニウムを
添加した光ファイバ増幅器からの自然放出光には、二つ
のピークが存在するため、これを光源とした場合、発生
するインターフェログラムにはいくつかのサイドローブ
が生じ、隣のインターフェログラムと重なってしまう場
合が生じる。光源のスペクトルが十分に広いにもかかわ
らず（従って、コヒーレント長が十分短いにもかかわら
ず）、スペクトル構造によって孤立したインターフェロ
グラムの発生が困難な場合でも、以下の方法で孤立した
ビート信号を再生することができる。
ように孤立している場合に当てはまる。アルミニウムを
添加した光ファイバ増幅器からの自然放出光には、二つ
のピークが存在するため、これを光源とした場合、発生
するインターフェログラムにはいくつかのサイドローブ
が生じ、隣のインターフェログラムと重なってしまう場
合が生じる。光源のスペクトルが十分に広いにもかかわ
らず（従って、コヒーレント長が十分短いにもかかわら
ず）、スペクトル構造によって孤立したインターフェロ
グラムの発生が困難な場合でも、以下の方法で孤立した
ビート信号を再生することができる。
【００２９】(3) 式が示す通り、全インターフェログラ
ムＩ（ｘ）のフーリエ変換により、関数ｇ（σ）Ｈ
（σ）を求めることができる。隣のインターフェログラ
ムと重なるのはｇ（σ）の凹凸の構造に起因する。フー
リエ変換から求めたこの関数を光源のスペクトルｇ
（σ）で割ることによって、平坦な単位スペクトル入射
の場合に相当するＨ（σ）自身を求める。
ムＩ（ｘ）のフーリエ変換により、関数ｇ（σ）Ｈ
（σ）を求めることができる。隣のインターフェログラ
ムと重なるのはｇ（σ）の凹凸の構造に起因する。フー
リエ変換から求めたこの関数を光源のスペクトルｇ
（σ）で割ることによって、平坦な単位スペクトル入射
の場合に相当するＨ（σ）自身を求める。
【００３０】次に、ガウス型関数等の波数σに対して滑
らかに変化するウィンドゥ関数Ｃ（σ）を乗ずることに
より、ｇ（σ）ではなくＣ（σ）のスペクトル光源が入
射した場合の関数であるＣ（σ）・Ｈ（σ）を計算で求
める。(3) 式から、スペクトルＣ（σ）入射に対するイ
ンターフェログラムは、Ｃ（σ）Ｈ（σ）の逆フーリエ
変換を行うことにより得られるので、結果的に、孤立し
たインターフェログラムを再生させることが可能とな
る。
らかに変化するウィンドゥ関数Ｃ（σ）を乗ずることに
より、ｇ（σ）ではなくＣ（σ）のスペクトル光源が入
射した場合の関数であるＣ（σ）・Ｈ（σ）を計算で求
める。(3) 式から、スペクトルＣ（σ）入射に対するイ
ンターフェログラムは、Ｃ（σ）Ｈ（σ）の逆フーリエ
変換を行うことにより得られるので、結果的に、孤立し
たインターフェログラムを再生させることが可能とな
る。
【００３１】図９は本発明を実施する測定系の構成を示
すもので、干渉計の構成は図３に示したものとほぼ同一
であるが、参照光の光路長変化を高精度に測定するた
め、波長λ＝１．３μｍの分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ
を設置した点が異なる。これは、干渉性の良いレーザ光
をファイバ型干渉計内に伝搬させて、参照光の光路長変
化をモニタするためである。
すもので、干渉計の構成は図３に示したものとほぼ同一
であるが、参照光の光路長変化を高精度に測定するた
め、波長λ＝１．３μｍの分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ
を設置した点が異なる。これは、干渉性の良いレーザ光
をファイバ型干渉計内に伝搬させて、参照光の光路長変
化をモニタするためである。
【００３２】図９において、１１は光源、１２，１３は
光ファイバ３ｄＢカプラ、１４は試験用の干渉形光回
路、１５，１６，３１はレンズ、１７はプリズム、１８
はリフレクタ、２１，２２はカプラ１２の出射ポート、
２３，２４はカプラ１３の入射ポート、３２はＤＦＢレ
ーザ、３３はダイクロイックミラー、３４，３５は光検
出器、３６はフリンジカウンタ、３７はウェーブフォー
ム・レコーダである。
光ファイバ３ｄＢカプラ、１４は試験用の干渉形光回
路、１５，１６，３１はレンズ、１７はプリズム、１８
はリフレクタ、２１，２２はカプラ１２の出射ポート、
２３，２４はカプラ１３の入射ポート、３２はＤＦＢレ
ーザ、３３はダイクロイックミラー、３４，３５は光検
出器、３６はフリンジカウンタ、３７はウェーブフォー
ム・レコーダである。
【００３３】干渉計から出射する波長１．３μｍ及び
１．５３μｍの光をダイクロイックミラー３３で分離
し、１．３μｍ光は光検出器３４で、１．５３μｍ光は
光検出器３５でそれぞれ受光した。干渉計内の光路長が
λ／２だけ変化するとレーザ光のビート信号が半周期変
化することを利用して、フリンジカウンタ３６はλ／２
の光路長変化毎にクロックパルスを発生させる。外部ク
ロックモードに設定されたウェーブフォーム・レコーダ
３７は、このクロックでインターフェログラムのサンプ
リングを行う。
１．５３μｍの光をダイクロイックミラー３３で分離
し、１．３μｍ光は光検出器３４で、１．５３μｍ光は
光検出器３５でそれぞれ受光した。干渉計内の光路長が
λ／２だけ変化するとレーザ光のビート信号が半周期変
化することを利用して、フリンジカウンタ３６はλ／２
の光路長変化毎にクロックパルスを発生させる。外部ク
ロックモードに設定されたウェーブフォーム・レコーダ
３７は、このクロックでインターフェログラムのサンプ
リングを行う。
【００３４】本実施例では、図１０に示すようなアレー
光導波回路回折格子型光合分波器の各光導波路の位相を
測定した。この合分波器は、３２本の入射ポート４１、
３２本の出射ポート４２、ΔＬ＝６３４μｍのピッチで
長さの増加するＮ＝１２８本の光導波路４３を有する。
本合分波器の何れも１６番目のポートを本実験での光の
入出射に使用した。この光導波路は、回折格子としての
機能を有し、透過バンドのピークに対するサイドローブ
の抑圧比は１０ｄＢであった。
光導波回路回折格子型光合分波器の各光導波路の位相を
測定した。この合分波器は、３２本の入射ポート４１、
３２本の出射ポート４２、ΔＬ＝６３４μｍのピッチで
長さの増加するＮ＝１２８本の光導波路４３を有する。
本合分波器の何れも１６番目のポートを本実験での光の
入出射に使用した。この光導波路は、回折格子としての
機能を有し、透過バンドのピークに対するサイドローブ
の抑圧比は１０ｄＢであった。
【００３５】ピッチのわずかな変動が合分波器の透過特
性に影響する。ｋ番目（ｋ＝１，２，…，Ｎ）の光導波
路の設計光導波路長からのずれをδＬk とすれば、波数
σでのｋ番目の光導波路（以下、アレーと呼ぶ。）の位
相は、定数を無視して、 Φk （σ）＝２πσ（ｋΔＬ＋δＬk ） ＝２πσｋΔＬ＋２πσ（δＬk ） ……(11) となる。(11)式の右辺第二項の２πσ（δＬk ）が各光
導波路に付随する位相誤差である。透過スペクトルのピ
ーク点の波数では、(11)式の右辺第一項が全て２πの整
数倍になることに注目すれば、各光導波路の位相誤差
は、ピーク地点でのΦk （σ）の値として求めることが
できる。
性に影響する。ｋ番目（ｋ＝１，２，…，Ｎ）の光導波
路の設計光導波路長からのずれをδＬk とすれば、波数
σでのｋ番目の光導波路（以下、アレーと呼ぶ。）の位
相は、定数を無視して、 Φk （σ）＝２πσ（ｋΔＬ＋δＬk ） ＝２πσｋΔＬ＋２πσ（δＬk ） ……(11) となる。(11)式の右辺第二項の２πσ（δＬk ）が各光
導波路に付随する位相誤差である。透過スペクトルのピ
ーク点の波数では、(11)式の右辺第一項が全て２πの整
数倍になることに注目すれば、各光導波路の位相誤差
は、ピーク地点でのΦk （σ）の値として求めることが
できる。
【００３６】図１１は、このようにして求めた位相誤差
をアレーの番号順に示したものである。多数回の測定の
結果、測定誤差は各アレーともにπ／３０以下であっ
た。また、図１１に示した位相誤差分布と設計ピッチを
用いて計算したアレー導波路の理論透過特性は、測定透
過曲線と良く一致した。
をアレーの番号順に示したものである。多数回の測定の
結果、測定誤差は各アレーともにπ／３０以下であっ
た。また、図１１に示した位相誤差分布と設計ピッチを
用いて計算したアレー導波路の理論透過特性は、測定透
過曲線と良く一致した。
【００３７】図１２は、特定の二本のアレーの光パワー
分配量を測定した結果である。縦軸は任意目盛りである
ので、両曲線の比がアレーへの光パワー分配比率を示
す。図のように、各アレーともに無視できない程に波長
に対して変化していることが分かる。
分配量を測定した結果である。縦軸は任意目盛りである
ので、両曲線の比がアレーへの光パワー分配比率を示
す。図のように、各アレーともに無視できない程に波長
に対して変化していることが分かる。
【００３８】図１３は、透過スペクトルの透過ピークを
与える波長において求めた各アレーへの光パワー分配量
を示す。アレー毎に分配量はかなり変動していることが
分かった。
与える波長において求めた各アレーへの光パワー分配量
を示す。アレー毎に分配量はかなり変動していることが
分かった。
【００３９】図１４は、ピッチΔＬ＝１２６μｍ、１０
１本のアレー光導波路を有するアレー光導波回路の位相
誤差の測定結果である。このアレー光導波路が３０ｄＢ
という優れたサイドローブ抑圧比を示すのに対応して、
各アレーの位相誤差はかなり小さいことが分かった。
１本のアレー光導波路を有するアレー光導波回路の位相
誤差の測定結果である。このアレー光導波路が３０ｄＢ
という優れたサイドローブ抑圧比を示すのに対応して、
各アレーの位相誤差はかなり小さいことが分かった。
【００４０】光ファイバ増幅器からの自然放出光を光源
とした時のサンプリングされたビート信号波形の一例を
図１５(a) に、また、光源のスペクトルをもとにビート
信号を再生した結果を図１５(b) に示す。ウィンドゥ関
数Ｃ（σ）としては、スペクトルの半値全幅３０ｎｍの
ガウス型関数を用いた。自然放出光の二つのピークを有
するスペクトル構造によって、図１５(a) に示す通り、
ビートの端が重なってしまったのが、信号処理により、
図１５(b) に示す通り、孤立したビート波形を再生でき
たことが分かる。
とした時のサンプリングされたビート信号波形の一例を
図１５(a) に、また、光源のスペクトルをもとにビート
信号を再生した結果を図１５(b) に示す。ウィンドゥ関
数Ｃ（σ）としては、スペクトルの半値全幅３０ｎｍの
ガウス型関数を用いた。自然放出光の二つのピークを有
するスペクトル構造によって、図１５(a) に示す通り、
ビートの端が重なってしまったのが、信号処理により、
図１５(b) に示す通り、孤立したビート波形を再生でき
たことが分かる。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、多
くの光導波路を有する干渉形光回路における光導波路間
の位相差と分配比を高精度に測定することが可能とな
り、作製プロセスへのフィードバックを可能にするとと
もに、本方法を位相モニタとした精密位相制御技術の開
発を可能とする。
くの光導波路を有する干渉形光回路における光導波路間
の位相差と分配比を高精度に測定することが可能とな
り、作製プロセスへのフィードバックを可能にするとと
もに、本方法を位相モニタとした精密位相制御技術の開
発を可能とする。
【図１】請求項１に対応するフローチャート
【図２】２×２マッハ・ツェンダ型光回路の構成図
【図３】マッハ・ツェンダ干渉計を用いた従来の測定系
の構成図
の構成図
【図４】試験用の干渉形光回路の一例を示す構成図
【図５】ビート信号の包絡線波形の一例を示す図
【図６】請求項２に対応するフローチャート
【図７】請求項３に対応するフローチャート
【図８】ビート信号の波形の一例を示す図
【図９】マッハ・ツェンダ干渉計を用いた本発明の測定
系の構成図
系の構成図
【図１０】アレー光導波回路回折格子型光合分波器の構
成図
成図
【図１１】各アレー光導波路における位相誤差の分布を
示すグラフ
示すグラフ
【図１２】特定の２本のアレー光導波路における光パワ
ー分配量の波長依存性を示すグラフ
ー分配量の波長依存性を示すグラフ
【図１３】各アレー光導波路における光パワー分配量の
分布を示すグラフ
分布を示すグラフ
【図１４】他のアレー光導波回路回折格子型光合分波器
の各アレー光導波路における位相誤差の分布を示すグラ
フ
の各アレー光導波路における位相誤差の分布を示すグラ
フ
【図１５】信号処理前後のビート信号の波形の一例を示
す図
す図
１，２…マッハ・ツェンダ干渉計の２つのアーム、３，
４…３ｄＢカプラ、５，６，２３，２４…入射ポート、
７，８，２１，２２…出射ポート、１１…光源、１２，
１３…光ファイバ３ｄＢカプラ、１４…試験用の干渉形
光回路、１５，１６，３１…レンズ、１７…プリズム、
１８…リフレクタ、１９，３４，３５…光検出器、２０
…選択レベル計、３２…ＤＦＢレーザ、３３…ダイクロ
イックミラー、３６…フリンジカウンタ、３７…ウェー
ブフォーム・レコーダ。
４…３ｄＢカプラ、５，６，２３，２４…入射ポート、
７，８，２１，２２…出射ポート、１１…光源、１２，
１３…光ファイバ３ｄＢカプラ、１４…試験用の干渉形
光回路、１５，１６，３１…レンズ、１７…プリズム、
１８…リフレクタ、１９，３４，３５…光検出器、２０
…選択レベル計、３２…ＤＦＢレーザ、３３…ダイクロ
イックミラー、３６…フリンジカウンタ、３７…ウェー
ブフォーム・レコーダ。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−29029（ＪＰ，Ａ) 1994年電子情報通信学会秋季大会講演 論文集，日本，（社）電子情報通信学 会，1994年 ９月 ５日，エレクトロニ クス（１），ｐ．226 1994年（平成６年）春季 第41回応用 物理学関係連合講演会予稿集 第３分 冊，日本，（社）応用物理学会，1994年 ３月28日，ｐ．1031 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01J 9/00 - 9/04 G01B 9/00 - 9/04 G01M 11/00
Claims (4)
- 【請求項１】 共通の入射ポート及び出射ポートを有
し、長さの異なるＮ本のそれぞれが結合の無い互いに独
立した光導波路を有する干渉形光回路内の各光導波路を
伝搬する光が受ける位相変化及び光パワー分配量を測定
する光回路評価方法において、 光回路の任意の２つの光導波路間の光路長差よりも短い
コヒーレント長を有する光源を用いた干渉計の一方の光
路内に該光回路を設置し、参照光の光路となる該干渉計
の他方の光路の光路長を変化させ、各光導波路を伝搬す
る光と前記参照光との干渉によって生じるＮ個の孤立し
たビート信号からなるインターフェログラムＩ（ｘ）を
生成（ｘは特定の地点からの参照光の光路長変化）し、
孤立した各ビート信号ｉk （ｘ）を抽出し、σを波数と
して、フーリエ変換 を計算し（ｉは虚数単位）、それぞれの振幅Ａk （σ）
と位相Φk （σ）を求め、位相Φk （σ）をｋ番目の光
導波路にて光が受けた位相変化、光源のスペクトルをｇ
（σ）として｜Ａk （σ）／ｇ（σ）｜2 を光パワー分
配量として導出することを特徴とする光回路評価方法。 - 【請求項２】 前記ビート信号をフーリエ変換して振幅
と位相を導出する方法として、それぞれのビート信号の
中心付近の特定の地点での（参照光の）光路長変化をｘ
k 、ｘk を原点とした光路長の変化をｙk として、各ビ
ート信号をｙkの関数としてｊk （ｙk ）（ｋ＝１，
２，……Ｎ）と表し（即ち、ｉk （ｘ）＝ｊ
k （ｙk ））、ｊk （ｙk ）のフーリエ変換 を計算し、それぞれの振幅ｂk （σ）と位相φk （σ）
を求め、２πσｘk ＋φk （σ）の関係式より波数σに
おけるｋ番目の光導波路を通過した光の受けた位相を、
｜ｂk （σ）／ｇ（σ）｜2 の関係式よりその光への光
パワー分配量をそれぞれ導出することを特徴とする請求
項１記載の光導波路評価方法。 - 【請求項３】 Ｎ個の孤立したビート信号を生成する方
法として、参照光の光路長の変化とともに生じる全ビー
ト信号（インターフェログラム）Ｉ（ｘ）を取得し、こ
れをフーリエ変換して振幅Ａ（σ）と位相ψ（σ）を求
め（即ち、 Ｂ（σ）＝Ａ（σ）／ｇ（σ）を求め、単一のピークを
有し集束性の良いウィンドゥ関数Ｃ（σ）と前記位相項
ｅｘｐ［ｉψ（σ）］をＢ（σ）に乗じた後、逆フーリ
エ変換を施して（即ち、 を計算して）、孤立したビート信号を再生することを特
徴とする請求項１又は２記載の光回路評価方法。 - 【請求項４】 前記光源と波長が異なる単色光源からの
光を前記干渉計内に入射させ、前記光路長の変化ととも
に生じるビート信号の変化より、前記参照光の光路長変
化を測定することを特徴とする請求項１記載の光回路評
価方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP598994A JP3339656B2 (ja) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | 光回路評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP598994A JP3339656B2 (ja) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | 光回路評価方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07209090A JPH07209090A (ja) | 1995-08-11 |
| JP3339656B2 true JP3339656B2 (ja) | 2002-10-28 |
Family
ID=11626211
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP598994A Expired - Lifetime JP3339656B2 (ja) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | 光回路評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3339656B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5940548A (en) * | 1996-07-10 | 1999-08-17 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Guided-wave circuit with optical characteristics adjusting plate, method for producing it, and apparatus for producing optical characteristics adjusting plate |
| US6975781B2 (en) | 2002-07-10 | 2005-12-13 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Characteristic adjustment method of multistage Mach-Zehnder interferometer type optical circuit and multistage Mach-Zehnder interferometer type optical circuit |
| JP4141223B2 (ja) * | 2002-10-04 | 2008-08-27 | 日本電信電話株式会社 | 光回路及びその評価装置 |
| US7911622B2 (en) * | 2007-06-15 | 2011-03-22 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | System and method for using slow light in optical sensors |
| US8068232B2 (en) | 2008-04-01 | 2011-11-29 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Unidirectional crow gyroscope |
| US9019482B2 (en) | 2009-06-05 | 2015-04-28 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Optical device with fiber Bragg grating and narrowband optical source |
| US8797540B2 (en) | 2010-09-08 | 2014-08-05 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Slow-light fiber Bragg grating sensor |
| US9025157B2 (en) | 2010-09-08 | 2015-05-05 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | System and method for measuring perturbations using a slow-light fiber Bragg grating sensor |
-
1994
- 1994-01-24 JP JP598994A patent/JP3339656B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| １９９４年（平成６年）春季 第４１回応用物理学関係連合講演会予稿集 第３分冊，日本，（社）応用物理学会，１９９４年 ３月２８日，ｐ．１０３１ |
| １９９４年電子情報通信学会秋季大会講演論文集，日本，（社）電子情報通信学会，１９９４年 ９月 ５日，エレクトロニクス（１），ｐ．２２６ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07209090A (ja) | 1995-08-11 |
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