JP2003014585A

JP2003014585A - 光デバイスの特性の判定

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Publication number: JP2003014585A
Application number: JP2002166603A
Authority: JP
Inventors: Jens Cierullies; イェンズ・セルリリーズ; Ernst Brinkmeyer; エンスト・ブリンクメイヤー
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2002-06-07
Publication date: 2003-01-15
Also published as: DE60100064T2; EP1191321B1; US6788419B2; EP1191321A1; US20020191190A1; DE60100064D1

Abstract

(57)【要約】【課題】光デバイスの群遅延等の特性を短時間で正確に
測定する手段及び方法を提供すること。【解決手段】第１の初期コヒーレント光ビームを用いる
ステップと、第１の初期光ビームの初期特性を変化させ
るステップと、第１の初期光ビームを検査対象物に接続
するステップと、検査対象から受信した第１の初期光ビ
ームの第１の信号を検出するステップと、第１の信号を
線形スケール上に補間することによって第１の信号のな
んらかの非線形性を補正するステップとからなる検査対
象の光デバイスの特性を判定する方法。

Description

【発明の詳細な説明】【０００１】【発明の属する技術分野】本発明は、検査対象となる光
デバイスの特性の判定、例えば、光デバイスの群遅延の
判定に関する。群遅延は、情報の光伝送に用いられるデ
バイスであるシングルモード光ファイバあるいはブラッ
ググレーティングを含む光学部品などの光デバイスの基
本的な特性である。【０００２】【従来の技術】データの光伝送の背景として、光ファイ
バの一番の特徴は、極めて低損失であることが言われて
いる。この特徴は、光ファイバを長距離接続用の優れた
伝送媒体にしている。光ファイバのこの損失特性が、光
通信を実用的なものにした。１５５０ｎｍのシングルモ
ード光ファイバは、０．２ｄＢ／ｋｍの減衰しか有しな
い。これによって、再生中継をすることなく、光信号を
極めて長距離にわたって伝搬することを可能にしてい
る。電気通信システムは、光ファイバの損失が最小にな
る１３００ｎｍおよび１５５０ｎｍの窓を用いる。遠隔
通信システムは、極めて長距離をカバーしなければなら
ないので、上述した光ファイバにおける単一強度の減衰
は、非常に重要である。従って、光ファイバの損失特性
は、信号がその光ファイバ内を伝播できる距離を制限す
ることが多い。【０００３】しかしながら、これはいつでもそうだとは
限らない。シングルモード光ファイバにおいて、色分散
（波長分散）は、光ファイバ信号が伝播できる距離を制
限することがある。色分散は、光ファイバ内の信号伝搬
速度がその光波長に依存していることを示すものであ
る。その結果、信号は、長距離の光ファイバを伝搬する
につれて、信号の波形のエッジがいくらかなまりはじめ
る。最後には、隣接ビットが時間的に重なりを生じるよ
うになり、デジタル波形がほとんど読み取れなくなって
しまう。信号（波形）なまりの量は、他のパラメータよ
りもケーブル内の色分散の量に依存している。このパル
ス拡散の問題は、ビットレートが１通信路当たり４０Ｇ
ｂｉｔ／ｓもの数値に達する最新技術の光ファイバ通信
システムにおいて、かかる４０Ｇｂｉｔ／ｓの通信シス
テムのビット解像度の領域に色分散を生じさせるので、
今日の光ファイバ通信において問題とされている。【０００４】光ファイバにおける色分散を補償するた
め、チャープトブラッググレーティング(chirped Bragg
grating)が開発された。これらのグレーティングにお
いては、光ファイバによって生じる分散を補償するた
め、様々な波長のパルスが異なる時間でグレーティング
を通過する必要がある。この補償の概略を、図１に示
す。図１は、もとのパルス１が、光ファイバ３を移動す
る間に幅を広げられ、拡散パルス２になることを示して
いる。サーキュレータ４の補助によって、チャープトブ
ラッググレーティング５が、パルスの経路に導入され
る。前述のように、これにより生じるパルス６は、パル
ス１のもとの形になる。【０００５】【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成要素をチャープトブラッググレーティングとし
て用いるためには、このようなグレーティングによって
生じる色分散の正確な知識が必要である。色分散の測定
は、光ファイバの群遅延を、波長の関数として分析する
ことによってなされる。群遅延を測定するため、波長調
節可能なレーザなど、波長調節可能な光源を用いて様々
な波長のコヒーレント光を生成する。従来技術の方法で
は、次に、調節可能なレーザーの波長を少しづつ増加さ
せ、それぞれの波長について群遅延を判定する。最終的
に、これらの群遅延の詳細を用いて色分散係数を計算す
る。このような段階的な群遅延測定方法の欠点は、すべ
ての波長変更とそれらに対して個々の測定を実施するの
に必要とされる時間にある。即ち、これは、電気通信産
業のニーズを満たすの十分なくらい正確なデータを得る
までに、極めて長い時間が必要とされることを意味す
る。【０００６】【課題を解決するための手段】従って、本発明は、光デ
バイスの群遅延など、検査対象とする光デバイスの特性
の判定を改善することを目的している。この目的は、独
立請求項によって達成される。【０００７】本発明の主な利点は、電気通信産業のニー
ズを満たすのに十分なデータの正確さを維持しつつ、光
ファイバまたはチャープトブラッググレーティングなど
の光デバイスの群遅延、即ち色分散を短時間で測定でき
ることにある。この目的は、所定の時間で、レーザーの
コヒーレント光ビームの周波数を所定の周波数範囲の最
大値から最小値まで調節することによって、例えば、所
定の波長範囲を波長スイープすることによって、達成さ
れる。レーザーの調節において非線形性により生じる影
響を新たに補正しているので、有害なスペクトル幅の拡
散を生じさせることなくこのスイープを行うことができ
る。本発明の方法および装置は、従来技術における上述
の問題を回避するとともに、測定時間を短く保ちつつ正
確なデータを提供する。【０００８】本発明の好ましい実施例によれば、フーリ
エ変換された第１の信号を高域通過フィルタを用いてフ
ィルタリング（櫓波）する。高域通過フィルタの形状
（特性）としてハニングウィンドウを用いると、さらに
好ましい。高域通過フィルタを用いることによって、フ
ィルタ内のスペクトルのエッジに位置するデータの重要
な部分を保持する一方、使用できないデータを良好に除
去することを可能にしている。さらに、高域通過フィル
タの形状として、ハニングウインドウの半分を用いるこ
とが好ましい。【０００９】本発明のさらに好ましい実施例において、
補正された第１の位相信号から干渉信号を生成し、該干
渉信号をフーリエ変換してスペクトル信号を取得し、該
スペクトル信号の最大値の部分を判定し、該最大値の部
分の縦座標と前記スペクトル信号の曲線との交点の横座
標を判定し、該横座標の平均値として平均周波数ｆ_me _an
を判定し、中心を該平均周波数に有するとともに周波数
範囲の幅よりも広い幅を有する帯域通過フィルタを用い
てスペクトル信号をフィルタリングすることによって、
この高域通過フィルタは、レーザの非線形性について補
正されて得られた信号のスペクトルの精度および形状に
適合する。レーザーの非線形性について補正された信号
の適応性のあるフィルタリングの創造的な概念は、非線
形性を排除することによって、フーリエ変換の結果得ら
れるスペクトルのピークを極めて鋭いものにし、従来技
術における周知のフィルタ幅よりも遥かに狭いフィルタ
幅を用いることができるようにするので、本発明の創造
的な成果を２倍にする。本発明の以下の詳細な説明およ
び各図面から分かるように、この創造的な概念によっ
て、群遅延を表す非常に滑らかな曲線が得られる。【００１０】好ましい実施例において、本発明の想像的
な方法は、以下のステップを含む。【００１１】第１の初期光ビームを第１の光ビームと第
２の光ビームとに分割するステップと、【００１２】第１の光ビームを、検査対象の光デバイス
に接続するステップと、【００１３】第２の光ビームを、第１の光ビームとは異
なる光路に通すステップと、【００１４】第１の光ビームと第２の光ビームとを重ね
合わせ、第１の光ビームと第２の光ビームとの間に干渉
を生じさせて、第１の重ね合わせられた光ビームを得る
ステップと、【００１５】コヒーレント光ビームの周波数を所定の時
間間隔で所定の周波数範囲の最小値から最大値まで調節
したとき、第１の重ね合わせられた光ビームの出力を時
間の関数として第１の信号として検出するステップと、【００１６】第２の初期光ビームを、第３の光ビームと
第４の光ビームとに分割するステップと、【００１７】第３の光ビームと第４の光ビームとが異な
る光路を進行した後、２つの光ビームを重ね合わせ、第
３の光ビームと第４の光ビームとの間に干渉を生じさせ
て、第２の重ね合わせられた光ビームを得るステップ
と、【００１８】コヒーレント光ビームの周波数を所定の時
間間隔で所定の周波数範囲の最大値から最小値まで調節
したとき、第２の重ね合わされた光ビームの出力を時間
の関数として第２の信号として検出するステップと、【００１９】検出された第２の信号を用いて、コヒーレ
ント光ビームの周波数を所定の周波数範囲の最大値から
最小値まで調節したときの周波数の調節勾配（変化量）
の非線形性に関する非線形情報を導出するステップと、【００２０】非線形情報を用いて、非線形性によって生
じた第１の信号への影響を補正し、補正された前記第１
の信号を得るステップ。【００２１】変換前に少なくとも二次の多項式を用いて
第１および／または第２の信号を近似することによって
平滑化することがさらに好ましい。【００２２】さらに、約５ｎｍ／ｓの調節速度で周波数
を調節することが好ましい。【００２３】さらに、ｃ＝光速としたとき、約ｃ／１４
００ｎｍ〜ｃ／１６００ｎｍの調節間隔内で周波数を調
節することが好ましい。【００２４】さらに、約１００ｋＨｚの周波数で出力を
検出することが好ましい。【００２５】本明細書において、用語「コヒーレント」
は、光ビームのコヒーレンス長（可干渉距離）が、第１
と第２および第３と第４それぞれの光ビームの光路差よ
りも長いことを意味している。【００２６】他の好ましい実施形態は、従属項に示され
ている。【００２７】本発明は、任意の種類のデータ記憶媒体上
に記憶または供給することができる１つ以上の適当なソ
フトウェアプログラムによって部分的または全体的に実
施またはサポートすることができ、これらは、適当なデ
ータ処理装置によってまたはデータ処理装置内で実行す
ることができる。本発明の他の目的および多数の付随す
る利点は、添付の図面とともに発明の詳細な説明を参照
することによって、容易に、より良く理解できるであろ
う。図面中の構成要素は、本発明の原理を分かりやすく
説明するために、同一の縮尺ではなく強調して示されて
いる。実質的にまたは機能的に同一または類似の構成要
素は、同一の符号で示されている。【００２８】【発明の実施の形態】ここで、詳細な図面を参照する
と、図２は、検査対象装置としてのチャープトブラッグ
グレーティング１２の群遅延の干渉判定をするための装
置１０の好ましい実施例の概略図である。しかしなが
ら、本発明によると、他の装置の群遅延、光ファイバや
大気の群遅延などの光学特性を判定することもできる。【００２９】装置１０は、コヒーレントレーザービーム
１６用の信号源として、レーザー１４を含み、レーザー
１４は、１４００ｎｍと約１６００ｎｍとの間で波長を
調節することができる。調節可能なレーザ１４は、所定
の時間間隔で所定の周波数範囲内において連続的に調節
可能である。レーザービーム１６は、第１のビームスプ
リッタ１８に接続され、ビームスプリッタ１８は、コヒ
ーレントレーザービーム１６を第１の初期光ビーム２０
と第２の初期光ビーム２２とに分割する。第１の初期光
ビーム２０は、第２のビームスプリッタ２４に接続され
る。第２のビームスプリッタ２４の働きによって、第１
の初期光ビーム２０は、第１の光ビーム２６と第２の光
ビーム２８とに分割される。第１の光ビーム２６は、サ
ーキュレータ５２を介してグレーティング１２に接続さ
れているので、第２の光ビーム２８とは異なる長い光路
を進行する。グレーティング１２によって反射された第
１の光ビーム２６は、サーキュレータ５２を介して第１
の光路の第１の光ビーム２６と再び結合される。その
後、第１の光ビーム２６と第２の光ビーム２８とは、第
１の光ビーム２６と第２の光ビーム２８とを重ね合わせ
る第３のビームスプリッタ３４によって結合され、第１
の結果光ビーム３６となる。第１の結果光ビーム３６
は、第１のフォトダイオード３８に接続される。フォト
ダイオード３８は、その出力を第１の信号としてアナロ
グ／ディジタルコンバータ（ＡＤＣ）４０へ送信する
（ＡＤＣ４０は、ＮａｔｉｏｎａｌＩｎｓｔｒｕｍｅ
ｎｔｓ製のＡＤ−ＭＩＯ−１６ＤＥ−１０などでよ
い）。ＡＤＣ４０は、過渡レコーダ４２に接続される。
過渡レコーダ４２には、ＦａｓｔＣｏｍｔｅｃＧｍ
ｂＨ（ドイツ）製のＦＡＳＴＴＲ１２０２などを用い
ることができる。レーザ１４には、本出願人のＨＰ８１
６８０Ａを用いることができる。過渡レコーダ４２は、
装置１０の評価ユニットであるコンピュータ４４に接続
される。【００３０】第２のビームスプリッタ２４、第１の光ビ
ーム２６、第２の光ビーム２８および第３のビームスプ
リッタ３４は、第１のマッハツェンダー干渉計を構成し
ている。【００３１】第１のビームスプリッタ１８からは、第２
の初期光ビーム２２が出力される。第４のビームスプリ
ッタ４６は、第２の初期光ビーム２２を第３の光路に進
行する第３の光ビーム４８と第４の光ビーム５０とに分
割する。第３の光ビーム４８は、第４の光路５０とは異
なる長い光路を進行し、第３の光路の長さは、第４の光
路の長さとは１ｍ以上異なり、好ましくは２０ｍ未満、
さらに好ましくは９ｍ未満、もっとも好ましくは７〜９
ｍの間の光路長差を有する。この光路長差は、なんらか
のループ３０として抽象的に図示されている。第３の光
ビーム４８と第４の光ビーム５０は、第５のビームスプ
リッタ５４に接続され、ビームスプリッタ５４が、第３
の光ビーム４８と第４の光ビーム５０とを結合し、重な
り合った第２の結果光ビーム５６を生成する。その後、
第２の結果光ビーム５６は、第２のフォトダイオード５
８に接続される。第２のフォトダイオード５８は、その
出力を第２の信号としてアナログ／ディジタルコンバー
タＡＤＣ４０に類似したアナログ／ディジタルコンバー
タＡＤＣ６０に送信する。ＡＤＣ６０は、過渡レシーバ
４２にも接続されている。第４のビームスプリッタ４
６、第３の光ビーム４８、第４の光ビーム５０および第
５のビームスプリッタ５４は、第２のマッハツェンダー
干渉計を構成している。【００３２】本発明による光学部品１２の群遅延を判定
するシステムは、前述の２つのマッハツェンダー干渉計
を基礎とし、いずれの干渉計にも同じ光源１４の光が供
給される。光学部品１２の位相特性を直接検出すること
ができないので、干渉測定を行う必要がある。【００３３】検出された第１と第２の信号に基づく特性
の計算は、以下のようになる。【００３４】レーザ１４は、次の式に従って、時間ｔに
依存するフィールド強度Ｅの光１６をマッハツェンダー
干渉計内に放出する。【００３５】【数１】【００３６】ここで、ν_momは、瞬時周波数を意味す
る。【００３７】図２の実施例において、レーザ１４の周波
数は、瞬時周波数が、 ν_mom（ｔ）＝ν₀＋γ・ｔ（３．３）であるように直線的に変化される。【００３８】第２のディテクタ５８によって検出された
第２のマッハツェンダ干渉計の結果信号５６の出力を第
２の信号として計算するため、ｎを媒体の屈折率、ΔＬ
を光路長の差、ｃを光速とし、長い方の光路の光が第５
のビームスプリッタ５４に到達したときτ＝ΔＬ・ｎ／
ｃだけ遅延する検出電圧をＵ_detとおく。【００３９】検出電圧は、以下のように、干渉計の異な
る光路を通過する２つの重ね合わせられたフィールドに
よって判定される。【００４０】【数２】【００４１】この信号の変化部分のみを考慮し、Γ＝∫
ν（ｔ）と置くと、次の結果が得られる。【００４２】【数３】【００４３】τ＜＜ｔと仮定して、異なる微分商で近似
すると、以下のように表される。【００４４】【数４】【００４５】従って、第２の干渉計の第２の信号は、理
想的には（即ち、レーザー１４の周波数を直線的に増加
させた場合）コサインであって、その周波数は、長さΔ
Ｌおよび波長のスイープ速度によって判定される。【００４６】レーザ１４は、所定の周波数範囲において
理想的でないスイープを生成し、このスイープに非線形
性を生じさせるので、時間に関して変化する周波数をも
つコサインが予想される。この第２の信号を用いると、
本発明に従って、第１の干渉計の第１の信号をこの非線
形性について補正し、レーザー１４が線形のスイープを
実施したかのような補正された第１の信号を得ることが
できる。【００４７】グレーティング１２が組み込まれた第１の
干渉計において、グレーティング１２の群遅延が判定さ
れる。この目的のために、第１の信号として、第１のフ
ォトダイオード３８の検出出力が、上述したようにアナ
ログ的に計算される。しかしながら、以下のように、第
１の信号は、時間依存性が後から判定される場合、光学
的な周波数νの依存性が判定されるだけである。【００４８】フォトダイオード３８で検出された信号に
対して、以下の式を適用する。【００４９】【数５】【００５０】ここで、βは、第２の光路の位相定数であ
り、β_DUTは、グレーティング１２を通過する第１の光
路の位相定数である。この式は、グレーティング１２が
１よりも小さな反射係数である場合を考慮していない。
しかしながら、これは、検出信号３６の変化部分には重
要でない。この変化部分については、φ＝β・Ｌとし
て、以下のように表すことができる。【００５１】【数６】【００５２】この信号をヒルバート変換することによっ
て、次の分析信号が得られる。【００５３】【数７】【００５４】そして、位相情報は、次のようになる。【００５５】 φ_det（ν）＝φ_DUT−φ（ν）（３．１１）【００５６】レーザ１４の周波数スイープを行うときの
信号の時間依存性を判定するとともに群遅延τ_g.DUTの
評価規則を見付けるため、次に、関数φおよびφ_DUTを
調べる。【００５７】グレーティング１２を有しない光ビーム２
８の光路の位相について、その光路に分散が生じないも
のと仮定すると、次のように一次のテイラー近似を行う
ことができる。【００５８】【数８】【００５９】ここで、Ｌは、グレーティング１２を有し
ない光路の長さである。グレーティング１２を有する光
ビーム２６の光路３２について、同様の近似を行うと、
次のように表される。【００６０】【数９】【００６１】ここで、ψは、残余誤差である。式３．１
２と同じ過程（式の変形）を経て、以下の式が得られ
る。【００６２】【数１０】【００６３】この式を式３．１１に代入すると、以下の
ように、分析信号の位相が得られる。【００６４】【数１１】【００６５】グレーティング１２の群遅延を判定するた
めには、フェイスφ_detをωで微分するだけでよい。【００６６】【数１２】【００６７】周波数に関する群遅延の挙動のみを知りた
いので、絶対値ではなく、この情報が求められる。【００６８】しかしながら、式３．１７−３．２０から
線形チャープのグレーティングの波長に関する群遅延の
この線形の上昇のずれについての情報を導くことは容易
である。これは、測定された位相を二次の多項式で近似
し、この位相信号の多項式を減算することにより行われ
る。その後、線形のチャープグレーティングに関しての
群遅延のずれを示す式３．２０の部分のみが残ることに
なる。【００６９】図３のフロー図を用いて、本発明による方
法の実施例における主要なステップ（手順）を説明する
が、これらのステップのいくつかの詳細は、後で説明す
る。【００７０】図３において、楕円形は信号を表し、ボッ
クス（長方形）は評価ユニット４４の測定を表してい
る。まず、ステップ１００において、第２の信号即ち基
準信号５６と第１の信号３６は、ゼロの線に引き寄せら
れる（図４参照）。その結果得られる信号１０２および
１０４は、ゼロの線に関して振動する。ステップ１０６
において、レーザ１４のスイープの何らかの非線形性
は、第２の信号５６を用いて補正される（図５参照）。
ステップ１１０において、上述の式を用いて群遅延１１
２および線形チャ−プ１１４の線形のずれが評価され
る。【００７１】フィルタステップ１１６によって、群遅延
およびグレーティング１２の線形チャープからのずれの
フィルタされた信号１１８および１２０を得ることでき
る。【００７２】図４は、機能１００の原理を視覚的に例示
している。Ａは、信号３５および５６の振幅である。１
５２は、グレーティング１２の反射スペクトルを示して
いる。符号１２４は、スペクトル１２２の理想的な中心
線を示している。【００７３】ステップ１００の機能は、図８に例示さ
れ、以下のステップを含む。信号３６、５６の平均値の
点を判定するため、全範囲の時間よりも短い所定の第１
の範囲の時間における信号３６、５６の最大値と最小値
とを判定するステップと、前記最大値と最小値との間の
平均値を判定するステップと、すでに検査された範囲の
時間に隣接する所定の次の範囲の時間における信号３
６、５６の最大値と最小値とを判定するステップと、前
記最大値と最小値との間の平均値を判定するステップ
と、すべての時間間隔が処理されるまで最後の２つのス
テップを繰り返すステップと、前記所定の範囲の時間を
選択するため、信号３６、５６の振動の平均周期を判定
するステップと、２つ以上の平均周期が選択した範囲の
時間に適合するように、前記範囲の大きさを選択するス
テップと、これらのステップによって、信号３６、５６
をゼロの線に関して振動させる。【００７４】図５は、レーザ１４のスイープにおける意
図しない非線形性を補正するステップ１０６の機能の一
部分を示している。ステップ１０６は、以下のステップ
を含む（以下の説明において、記号「ν」を記号「ｆ」
の代わりに用いる）。非線形情報を導出するため、第２
の信号５６を変換して、フーリエ変換された第２の信号
を取得するステップと、前記フーリエ変換された第２の
信号の負の部分を削除して、非負のフーリエ変換された
第２の信号を取得するステップと、前記非負のフーリエ
変換された第２の信号を再変換して、前記第２の信号５
６の分析信号を取得するステップと、前記分析信号の位
相を判定して、該位相を前記第２の信号５６の時間の関
数として第２の位相信号として取得するステップと、前
記第２の位相信号を用いて、周波数を前記第２の信号５
６の時間の関数として非線形情報として判定するステッ
プ。【００７５】第１の位相信号を導出するため、前記第１
の信号３６を変換して、フーリエ変換された第１の信号
を取得するステップと、前記フーリエ変換された第１の
信号の負の部分を除去して、非負のフーリエ変換された
第１の信号を取得するステップと、前記非負のフーリエ
変換された第１の信号を再変換して、前記第１の信号３
６の分析信号を取得するステップと、前記分析信号の位
相を判定して、前記第１の信号３６の時間の関数として
第１の位相信号を取得するステップと、前記非線形性に
よって生じる前記第１の信号３６への影響を補正するた
め、非線形情報を用いて前記第１の信号３６の第１の位
相信号を周波数の線形スケール上に補間して、補正され
た第１の位相信号を取得するステップ。【００７６】非線形情報を判定するステップについて、
以下のステップを実施する：第２の位相信号に基づい
て、前記第２の信号５６の周波数ｆ（ｎ）を、離散的時
点ｎ＝１，...，Ｎの関数として判定するため、時点ｎ
において前記第２の位相信号φ（ｎ）を判定するステッ
プと、前記第２の位相信号の最大値φ_maxを判定するス
テップと、前記周波数範囲の所定の最大周波数ｆ_max、
前記周波数を調節する際の所定の平均調節速度および前
記第２の位相信号の最大値φ_maxを用いて、時点ｎのそ
れぞれについて式ｆ（ｎ）＝[（ｆ_max−ｆ_min）／
φ_max]φ（ｎ）に従って周波数ｆ（ｎ）を判定するステ
ップ。【００７７】補間するステップについて、以下のサブス
テップを実施する：周波数の線形スケールｆ_lin（ｎ）
を取得するため、前記周波数範囲の所定の最大周波数ｆ
_maxおよび前記周波数範囲の所定の最小周波数ｆ_minを用
いて、周波数の線形スケールｆ_lin（ｎ）を式ｆ
_lin（ｎ）＝[（ｆ_max−ｆ_min）／（Ｎ−１）]ｎに従っ
て判定するサブステップと、好ましくはｆ（ｎ）の絶対
値を単調に並べ替えるサブステップと、ｆ（ｎ）を用い
て、第１の信号３６の第１の位相信号を周波数の線形ス
ケールｆ_lin（ｎ）上に補間するサブステップであっ
て、該補間が、線形に、または、多項式またはスプライ
ン曲線を用いて実行できるサブステップ。【００７８】レーザー１４のスイープにおいて何らかの
非線形性を補正して得られた信号１０８は、ステップ１
１０において、群遅延１１２およびグレーティング１２
の線形チャ−プからのずれを評価するために用いられ
る。この評価は、上述の数式を用いてなされ、補償され
た第１の位相信号を周波数について微分することによっ
て、検査対象の光デバイス１２の群遅延１１２を導出す
ることを含む。【００７９】本発明の方法は、以下のステップをさらに
含むことができる。調節の開始時に補正された第１の位
相信号の所定量の値を無視して、補正された第１の信号
１０８から初期の問題を除去するステップと、少なくと
も二次の多項式を用いて群遅延１１２を近似して、近似
された群遅延を取得するステップと、近似された群遅延
を群遅延１１２から減算して、群遅延１１２の非線形部
分を取得するステップと、群遅延１１２の非線形部分を
用いて、検査対象の装置１２の群遅延１１２の直線から
のずれの平均信号出力を判定するステップと、多項式の
２乗係数を用いて、群遅延１１２の平均勾配を判定する
ステップ。【００８０】群遅延１１２およびずれ１１４の評価が済
んでいる場合、フィルタステップ１１６を実施して信号
１１２、１１４をフィルタすることができるが、必須で
はない。実際には、このフィルタステップは、以下のよ
うに、群遅延１１２の計算前に実施することが好まし
い。ａ：補正された第１の位相信号から干渉信号を生成し、ｂ：前記干渉信号をフーリエ変換してスペクトル信号を
取得し、ｃ：前記スペクトル信号の最大値の部分、好ましくは半
分を判定し、ｄ：前記最大値の部分の縦座標と前記スペクトル信号の
曲線との交点の横座標を判定し、ｅ：前記横座標の平均値として平均周波数ｆ_meanを判定
し、ｆ：前記平均周波数にその中心を有し周波数範囲の幅よ
りも広い幅を有する帯域通過フィルタを用いて、前記ス
ペクトル信号に帯域通過フィルタを適用することによっ
て、フィルタを補正された第１の信号１０８の形状に適
合させ、【００８１】ａ：群遅延の最大範囲ＧＤ_rangeを予め定
めまたは予測し、ｂ：請求項２６に記載のステップｃ〜ｅに従って群遅延
の平均値ＧＤ_meanを判定し、ｃ：フィルタ幅＝ｆ_mean（ＧＤ_range／ＧＤ_mean）の式
に従ってフィルタ幅を計算し、ハニングウインドウの形
状を有するフィルタを用いてフィルタを適用することに
よって、帯域通過フィルタの幅を判定し、【００８２】フィルタされた群遅延１１８とフィルタさ
れたずれ１２０が、得られる。【００８３】図６は、干渉スペクトルの中心周波数ｆ
_meanを判定するための原理を示すものである。【００８４】図７は、本発明に用いられる異なるフィル
タ形状を示すグラフであり、フラットトップのフィルタ
形状１３０およびハニング型フィルタ形状１４０を示し
ている。図９は、ＪＤＳＦｉｔｅｌ社のＦＧＢＤＣ−
ＨＰ１Ａであるチャープトブラッググレーティング１２
の波長に対する群遅延１１２を示している。この群遅延
１１２のグラフは、従来技術に基づく方法を用いて判定
されたグラフに比較して非常に滑らかである。【００８５】以下においては、本発明の種々の構成要件
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。１．検査対象の光デバイスの特性を判定する方法であっ
て、第１の初期コヒーレント光ビーム(20)を用いるステ
ップと、前記第１の初期光ビーム(20)の第１の初期特性
を変化させるステップと、前記第１の初期光ビーム(20)
を検査対象の装置(12)に接続するステップと、前記検査
対象の装置(12)から受信した前記第１の初期光ビーム(2
0)の第１の信号を検出するステップと、前記第１の信号
を線形スケール上に補間することによって、前記第１の
初期特性の変化の非線形性によって生じる前記第１の信
号の非線形性を補正するステップと、からなる方法。２．第２の初期コヒーレント光ビーム(22)を用いるステ
ップと、前記第２の初期光ビーム(22)の第２の初期特性
を変化させるステップと、前記第２の初期光ビーム(22)
の第２の信号を、前記検査対象の装置に接続することな
く検出し、前記第２の初期特性の変化の非線形性によっ
て生じる前記第２の信号の非線形性を見出すステップ
と、前記検出された第２の信号の見出された非線形性を
用いて、前記第１の信号を補間するステップと、をさら
に含む、項番１の方法。３．コヒーレント光ビーム(16)を生成するステップと、
前記コヒーレント光ビーム(16)を第１の初期光ビーム(2
0)と第２の初期光ビーム(22)とに分割するステップと、
をさらに含む、項番１または２の方法。４．第１の結果特性を第２の結果特性と同時に検出する
ステップをさらに含む、項番１〜３のうちのいずれか１
項に記載の方法。５．前記第１の初期特性を前記第２の初期特性と同時に
変化させる、項番１〜４のうちのいずれか１項に記載の
方法。６．前記第１の初期特性と前記第２の初期特性とが同一
の初期特性である、項番１〜５のうちのいずれか１項に
記載の方法。７．前記初期特性が、前記コヒーレント光ビームの周波
数である、項番１〜６のうちのいずれか１項に記載の方
法。８．前記第１の信号を線形スケール上の複数の時点にわ
たって複数の位相信号に変換するステップと、前記第２
の信号を同一の線形スケール上の時点にわたって複数の
周波数信号に変換し、前記コヒーレント光ビームの周波
数である前記初期特性の変化の非線形性によって生じる
前記第２の信号の非線形性を見出すステップと、前記変
換された第１の信号を前記変換された第２の信号に割り
当てるステップと、割り当てられた前記変換された第１
の信号を周波数の線形スケール上に補間するステップ
と、をさらに含む、項番１〜７のうちのいずれか１項に
記載の方法。９．ｎ要素が、１、．．．、Ｎであって、Ｎが、前記時
点の数であるとき、式ｆ _lin（ｎ）＝（ｆ_min−ｆ_max）
×（ｎ／Ｎ）に従って周波数ｆ_lin（ｎ）の線形スケー
ルを生成するステップをさらに含む、項番８の方法。１０．前記第１の初期光ビーム(20)を第１の光ビーム(2
6)と第２の光ビーム(28)とに分割するステップと、前記
第１の光ビーム(26)を前記検査対象の光デバイス(12)に
接続するステップと、前記第２の光ビーム(28)を前記第
１の光ビーム(26)とは異なる光路に通すステップと、前
記第１の光ビーム(26)と前記第２の光ビーム(28)とを重
ね合わせ、前記第１の光ビーム(26)と前記第２の光ビー
ム(28)とを干渉させて第１の重ね合わせられた光ビーム
(36)を生成するステップと、前記コヒーレント光ビーム
(16)の前記周波数を所定の時間間隔で所定の周波数範囲
の最小値から最大値まで調節するとき、前記第１の重ね
合わせられた光ビーム(36)の出力を時間の関数として第
１の信号として検出するステップと、前記第２の初期光
ビーム(22)を第３の光ビーム(48)と第４の光ビーム(50)
とに分割するステップと、前記第３の光ビーム(48)と前
記第４の光ビーム(50)が異なる経路を進行した後、それ
ぞれの光ビーム(48,50)を重ね合わせ、第３の光ビーム
(48)と第４の光ビーム(50)との間に干渉を生じさせて、
第２の重ね合わせられた光ビーム(56)を得るステップ
と、前記コヒーレント光ビーム(16)の前記周波数を所定
の時間間隔で所定の周波数範囲の最大値から最小値まで
調節するとき、前記第２の重ね合わせられた光ビーム(5
6)の出力を時間の関数として第２の信号として検出する
ステップと、検出された前記第２の信号を用いて、前記
コヒーレント光ビーム(16)の前記周波数を前記所定の周
波数範囲の前記最大値から前記最小値まで調節したとき
の前記周波数の調節勾配の非線形性に関する非線形情報
を導出するステップと、前記非線形情報を用いて、前記
非線形性によって生じる前記第１の信号への影響を補正
し、補正された前記第１の信号(108)を得るステップ
と、をさらに含む項番１〜９のいずれか１項に記載の方
法。１１．前記第２の信号を変換して、フーリエ変換された
第２の信号を取得するステップと、前記フーリエ変換さ
れた第２の信号の負の部分を削除して、非負のフーリエ
変換された第２の信号を取得するステップと、前記非負
のフーリエ変換された第２の信号を再変換して、前記第
２の信号の分析信号を取得するステップと、前記分析信
号の位相を判定して、前記第２の信号の時間の関数とし
て第２の位相信号を取得するステップと、前記第２の位
相信号を用いて前記第２の信号の時間の関数として前記
非線形情報を判定するするステップと、をさらに含み、
これらのステップによって前記非線形情報を導出する、
項番１〜１０のうちのいずれか１項に記載の方法。１２．前記第１の信号を変換して、フーリエ変換された
第１の信号を取得するステップと、前記フーリエ変換さ
れた第１の信号の負の部分を削除して、非負のフーリエ
変換された第１の信号を取得するステップと、前記非負
のフーリエ変換された第１の信号を再変換して、前記第
１の信号の分析信号を取得するステップと、前記分析信
号の位相を判定して、前記第１の信号の時間の関数とし
て第１の位相信号を取得するステップと、をさらに含
み、これらのステップによって第１の位相信号を導出す
る、項番１〜１１のうちのいずれか１項に記載の方法。１３．前記非線形情報を用いて前記第１の信号の第１の
位相信号を周波数の線形スケール上に補間し、補正され
た第１の位相信号を取得するステップをさらに含み、該
ステップによって前記非線形性によって前記第１の信号
に対する影響を補正する、請求項１〜１２のうちのいず
れか１項に記載の方法。１４．ｎ＝離散的時点１，...，Ｎとしたとき、時点ｎ
における前記第２の位相信号φ（ｎ）を判定するステッ
プと、前記第２の位相信号の最大値φ_maxを判定するス
テップと、前記周波数範囲の所定の最大周波数ｆ_max、
前記周波数の調節中における所定の平均調節速度および
前記第２の位相信号の最大値φ_maxを用いて、式ｆ
（ｎ）＝［（ｆ_max−ｆ_min）／φ_max］φ（ｎ）に従っ
て前記時点ｎのそれぞれについて周波数ｆ（ｎ）を判定
するステップと、をさらに含み、これらのステップによ
って、前記第２の位相信号に基づいて時点ｎの関数とし
て前記第２の信号の周波数ｆ（ｎ）を判定する、項番１
〜１３のうちのいずれか１項に記載の方法。１５．前記周波数範囲の所定の最大周波数ｆ_maxと前記
周波数範囲の所定の最小周波数ｆ_minとを用いて、式ｆ
_lin（ｎ）＝［（ｆ_max−ｆ_min）／（Ｎ−１）］ｎに従
って周波数の線形スケールを判定するステップと、好ま
しくはｆ（ｎ）の絶対値を単調に並べ替えるステップ
と、をさらに含み、これらのステップによって、周波数
の線形スケールｆ_lin（ｎ）を取得する、項番１〜１４
のいずれか１項に記載の方法。１６．ｆ（ｎ）を用いて前記第１の信号の前記第１の位
相信号を前記周波数の線形スケールｆ_lin（ｎ）上に補
間するステップをさらに含む、項番１〜１５のうちのい
ずれか１項に記載の方法。１７．前記検査対象の光デバイスの透過的および／また
は反射的特性を前記補正された第１の信号から導出する
ステップをさらに含む、項番１〜１６のうちのいずれか
１項に記載の方法。１８．前記補正された第１の信号(108)から前記検査対
象の光デバイス(12)の群遅延(112)を周波数の関数とし
て導出するステップと、前記補正された第１の信号(10
8)から前記検査対象の光デバイス(12)の色分散係数を周
波数の関数として導出するステップと、のうちの少なく
とも一方のステップを含む、項番１〜１７のうちのいず
れか１項に記載の方法。１９．前記補正された第１の位相信号を周波数について
微分することによって前記検査対象の光デバイス(12)の
群遅延(112)を導出するステップをさらに含む、項番１
〜１８のうちのいずれか１項に記載の方法。２０．前記調節の開始時に、前記補正された第１の位相
信号の所定量の値を無視し、前記補正された第１の信号
(108)から初期の問題を除去する、請求項１〜１９のう
ちのいずれか１項に記載の方法。２１．前記群遅延(112)を少なくとも二次の多項式で近
似し、近似された群遅延を取得するステップと、前記近
似された群遅延を前記群遅延(112)から減算して前記群
遅延(112)の非線形部分を取得するステップと、をさら
に含む、項番１〜２０のうちのいずれか１項に記載の方
法。２２．前記群遅延の前記非線形部分を用いて、前記検査
対象の光デバイス(12)の線形の群遅延からのずれの平均
信号出力を判定するステップをさらに含む、項番１〜２
１のうちのいずれか１項に記載の方法。２３．前記多項式の２乗係数を用いて前記群遅延(112)
の平均勾配を判定するステップをさらに含む、項番１〜
２２のうちのいずれか１項に記載の方法。２４．前記第１の信号の平均値の点を判定するステップ
と、これらの点を補間する曲線を生成するステップと、
前記第１の信号から前記曲線の値を減算し、ゼロの線に
関して振動する補正された第１の信号を取得するステッ
プと、をさらに含み、これらのステップによって前記第
１の信号をゼロの線に関して振動させる、項番１〜２３
のうちのいずれか１項に記載の方法。２５．最大勾配を用いてすべての点を抽出することによ
って前記平均値の点を判定するステップをさらに含む、
項番１〜２４のうちのいずれか１項に記載の方法。２６．全時間範囲よりも短い所定の第１の時間範囲にお
いて前記第１の信号の最大値および最小値を判定するス
テップと、前記最大値と前記最小値との間の平均値を判
定するステップと、すでに検査された時間範囲に隣接す
る所定の次の時間範囲において、前記第１の信号の最大
値および最小値を判定するステップと、前記最大値と前
記最小値との間の平均値を判定するステップと、すべて
の時間間隔が処理されるまで最後の２ステップを繰り返
すステップと、をさらに含み、これらのステップによっ
て、前記平均値の点を判定し、前記第１の信号をゼロの
線に関して振動させる、項番１〜２５のうちのいずれか
１項に記載の方法。２７．前記第１の信号の振動の平均周期を判定するステ
ップと、前記所定の時間範囲の大きさを選択して２以上
の平均周期が選択された時間範囲に適合するように前記
所定の時間範囲を選択するステップと、をさらに含み、
これらのステップによって前記所定の範囲を選択する、
項番１〜２６のうちのいずれか１項に記載の方法。２８．前記第１の信号のフーリエ変換された信号の最大
値を判定するステップと、前記最大値を用いて高域通過
フィルタの大きさを判定するステップと、前記高域通過
フィルタを用いて前記フーリエ変換された第１の信号を
フィルタするステップと、をさらに含み、これらのステ
ップによって前記平均値の点を判定する、項番号１〜２
７のいずれか１項に記載の方法。２９．検査対象の光デバイス(12)の特性を判定する方法
であって、前記特性を得るための基礎となる時間に関し
ての信号の変化を検出するステップと、前記検出された
信号をフィルタするための、検出された信号を変換して
フーリエ変換された信号を取得するステップと、フィル
タを用いて前記フーリエ変換された信号をフィルタし、
フィルタされたフーリエ変換された信号を取得するステ
ップと、前記フィルタされたフーリエ変換された信号を
再変換して、フィルタされた信号を取得するステップ
と、前記フィルタされた信号に基づいて前記特性を導出
するステップと、からなる方法。３０．項番１〜２８のうちのいずれか１項に記載の方法
によって前記検出された信号を非線形性について補正し
て補正された第１の信号(108)を取得するステップをさ
らに含む、項番２９の方法。３１．前記補正された第１の信号を用いて補正された第
１の位相信号対周波数を計算するステップと、前記第１
の位相信号をフィルタするための、前記補正された第１
の信号をフィルタする前にヒルバート変換し、項番２９
または項番３０のいずれかのステップに従ってフィルタ
されるべき補正された信号を取得するステップと、をさ
らに含む、項番１〜３０のうちのいずれか１項に記載の
方法。３２．前記群遅延(112)を計算する前に前記補正された
第１の信号(108)をフィルタするステップをさらに含
む、項番１〜３１のうちのいずれか１項に記載の方法。３３．ａ：前記補正された第１の位相信号から干渉信号
を生成するステップと、ｂ：前記干渉信号をフーリエ変換してスペクトル信号を
取得するステップと、ｃ：前記スペクトル信号の最大値の部分、好ましくは半
分を判定するステップと、ｄ：前記部分の縦座標と前記スペクトル信号の曲線との
交点の横座標を判定するステップと、ｅ：前記横座標の平均値として平均周波数ｆ_meanを判定
するステップと、ｆ：平均周波数に中心を有し周波数範囲の幅よりも広い
幅有する帯域通過フィルタを用いて、前記スペクトル信
号をフィルタするステップと、をさらに含み、これらの
ステップによって前記フィルタを前記補正された第１の
信号(108)の形状に適合させる、項番１〜３２のうちの
いずれか１項に記載の方法。３４．ａ：前記群遅延の最大範囲ＧＤ_rangeを予め定
め、または予測するステップと、ｂ：項番３３に記載のステップｃ〜ｅに従って前記群遅
延の平均値ＧＤ_meanを判定するステップと、ｃ：フィルタ幅＝ｆ_mean（ＧＤ_range／ＧＤ_mean）の式
に従って前記フィルタ幅を計算するステップと、をさら
に含み、これらのステップによって前記帯域通過フィル
タの前記幅を判定する項番１〜３３のうちのいずれか１
項に記載の方法。３５．前記群遅延から前記群遅延の勾配を減算するステ
ップと、前記群遅延の最大範囲ＧＤ_rangeを予め判定す
るステップと、項番３４のステップｂおよびｃを実施す
るステップと、前記群遅延を計算するステップと、前記
減算された勾配を前記計算された群遅延に加算するステ
ップと、をさらに含む、項番１〜３４のうちのいずれか
１項に記載の方法。３６．項番１〜３５のうちのいずれか１つの方法をコン
ピュータなどのデータ処理システム上で実行するため
の、好ましくはデータ記憶媒体に記憶されたソフトウェ
アプログラムまたはソフトウェア製品。３７．検査対象の光デバイスの特性を判定する装置であ
って、コヒーレント光ビーム(16)を第１の初期光路を通
る第１の初期光ビーム(20)と第２の初期光路を通る第２
の初期光ビーム(22)とに分割するための、コヒーレント
光ビーム(16)の光路に設けられた第１のビームスプリッ
タ(18)と、前記第１の初期光ビーム(20)を第１の光路(3
2)を通る第１の光ビーム(26)と第２の光路を通る第２の
光ビーム(28)とに分割するための、前記第１の初期光路
に設けられた第２のビームスプリッタ（２４）と、前記
第１の光ビーム(26)を前記検査対象の光デバイス(12)に
接続するための、前記第１の初期光路(32)内の位置と、
前記第２の光ビーム(28)が前記第１の光ビーム(26)とは
異なる光路に進行した後、前記第１の光ビーム(26)と前
記第２の光ビーム(28)とを重ね合わせ、前記第１の光ビ
ーム(26)と前記第２の光ビーム(28)との間に干渉を生じ
させて、第１の結果光路を通る第１の重ね合わせられた
光ビーム(36)を生成するための、前記第１の光路(32)お
よび前記第２の光路に設けられた第３のビームスプリッ
タ(34)と、前記コヒーレント光ビーム(16)の周波数を所
定の時間間隔で所定の周波数範囲の最小値から最大値ま
で調節するとき、前記第１の重ね合わせられた光ビーム
(36)の出力を時間の関数として第１の信号として連続的
に検出する第１の出力ディテクタ(38)と、前記第２の初
期光ビーム(22)を第３の光路を通る第３の光ビーム(48)
と第４の光路を通る第４の光ビーム(50)とに分割するた
めの、第４のビームスプリッタ(46)と、前記第３の光ビ
ーム(48)と前記第４の光ビーム(50)とが異なる光路を進
行した後、前記第３の光ビーム(48)と前記第４の光ビー
ム(50)とを重ね合わせ、前記第３の光ビーム(48)と前記
第４の光ビーム(50)とに干渉を生じさせて、第２の結果
光路を通る第２の重ね合わせられた光ビーム(56)を生成
するための、前記第３の光路および前記第４の光路に設
けられた第５のビームスプリッタ(54)と、前記コヒーレ
ント光ビーム(16)の周波数を所定の時間間隔で所定の周
波数範囲の最大値から最小値まで調節するとき、前記第
２の重ね合わせられた光ビーム(56)の出力を時間の関数
として第２の信号として連続的に検出する第２の出力デ
ィテクタ(60)と、前記検出された第２の信号を用いて前
記コヒーレント光ビーム(16)の周波数を前記所定の周波
数範囲の最大値から最小値まで調節するときの前記周波
数の調節勾配の非線形性に関する非線形情報を導出し、
該非線形情報を用いて前記非線形性によって生じた前記
第１の信号への影響を補正して補正された第１の信号を
取得するための、前記検査対象の光デバイス(12)の光学
的な特性を導出するための評価ユニット(44)と、からな
る装置。３８．項番２〜３６のうちのいずれかに従う少なくとも
１つのさらなるステップを実施することのできる計算手
段をさらに有する、項番３７の装置。３９．装置(10)による反射光学部品の検査も可能にする
ように前記第１の光路(32)中の前記位置に配置されたサ
ーキュレータ(52)をさらに含む、項番３７または３８に
記載の装置。４０．前記第２のビームスプリッタ(24)、前記第３のビ
ームスプリッタ(34)および前記第１のディテクタ(38)
が、第１のマッハツェンダー干渉計を構成し、前記第４
のビームスプリッタ(46)、前記第５のビームスプリッタ
(54)および前記第２のディテクタ(58)が、第２のマッハ
ツェンダー干渉計を構成する、項番３７〜３９のうちの
いずれか１項に記載の装置。【００８６】【発明の効果】本発明は、上記のように構成することに
よって、光デバイスの群遅延等の特性を短時間で正確に
測定する手段及び方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】【図１】光路中のチャープトブラッググレーティングを
示す。【図２】本発明の一つの実施例を示す。【図３】本発明による方法の一実施例のステップを示す
フローチャートである。【図４】図３におけるステップ１００を示す。【図５】図３におけるステップ１０６を示す。【図６】図３におけるステップ１１６を示す。【図７】図３のステップ１１６に用いられるフィルタの
二つの形状を示す。【図８】図３のステップ１００の説明図である。【図９】図１の実施例におけるグレーティング１２の群
遅延を示す。【符号の説明】１２検査対象の光デバイス２０第１の初期光ビーム１６コヒーレントレーザービーム（信号源）１８第１のビームスプリッタ２４第２のビームスプリッタ２２第２の初期光ビーム２６第１の光ビーム２８第２の光ビーム３６第１の結果光ビーム４４コンピュータ（評価ユニット）４８第３の光ビーム５０第４の光ビーム５２サーキュレータ５４第５のビームスプリッタ５６第２の結果光ビーム５８第２のフォトダイオード６０Ａ／Ｄコンバータ１０８第１の信号１１２群遅延

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者イェンズ・セルリリーズドイツ国21075ハンブルク，グノレムブレヒトシュトラーセ・49 (72)発明者エンスト・ブリンクメイヤードイツ国21244ブッフホルツ，ミッテルシュトラーセ・33

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】検査対象の光デバイスの特性を判定する方
法であって、第１の初期コヒーレント光ビーム(20)を用いるステップ
と、前記第１の初期光ビーム(20)の第１の初期特性を変化さ
せるステップと、前記第１の初期光ビーム(20)を検査対象の装置(12)に接
続するステップと、前記検査対象の装置(12)から受信した前記第１の初期光
ビーム(20)の第１の信号を検出するステップと、前記第１の信号を線形スケール上に補間することによっ
て、前記第１の初期特性の変化の非線形性によって生じ
る前記第１の信号の非線形性を補正するステップと、からなる方法。