JP2004170411A - 重畳された遅延信号を用いた光学的特性の決定 - Google Patents

Abstract

【課題】試験対象デバイスの光学特性を効率的に決定する手段を提供する。
【解決手段】試験対象デバイス（DUT）の光学的特性を、検出されたDUT応答信号、または、それから導出された信号から決定する。DUT応答信号は、合成信号または合成信号から得られた信号に応答したDUTの信号応答を表す。合成信号は、互いに対して遅延されて重畳された信号から構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、試験対象デバイス（ＤＵＴ）の応答信号又はそれから導出された信号を分析することによりＤＵＴの光学的特性を決定することに関する。

「掃引式ホモダイン干渉分析法（swept homodyne interferometry）」と一般に呼ばれる公知の技法により、ＤＵＴは追加の波長依存光路長を導入する干渉測定構成の干渉計アームの一つに実装される。レーザ光源は、一定範囲の波長にわたって掃引される。アーム長の食い違いが原因で、検出器において被変調信号すなわちインターフェログラム（または干渉光強度変化記録図）が観察される。この構成は、伝送に関して見たときはマッハ・ツェーンダー（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）構成に、また反射に関して見たときはトワイマン・グリーン（Ｔｗｙｍａｎ−Ｇｒｅｅｎ）干渉計に相当する。この手法に関するさらなる詳細は、Ｔｈｏｍａｓ Ｊｅｎｓｅｎの著作（非特許文献１参照）や同一出願人による特許出願（特許文献１参照）に見出すことができ、その教示は参照により本願明細書に組み込むものとする。

欧州特許出願公開第１２０２０３８号明細書 Ｔｈｏｍａｓ Ｊｅｎｓｅｎ著、「Ｐｈａｓｅ ａｎｄ Ｇｒｏｕｐ Ｄｅｌａｙ Ｒｅｌａｔｉｏｎ ｉｎ Ｓｗｅｐｔ Ｈｏｍｏｄｙｎｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ」

ＤＵＴ応答信号又はそれから導出された信号を分析することによる光学的特性の決定を改善することが本発明の一つの目的である。この目的は、特許請求の範囲の独立請求項に記載された発明により解決される。好適な実施形態は、従属請求項に示されている。

本発明は、試験対象デバイス（または試験対象装置）（ＤＵＴ）の光学的特性を決定するよう構成された装置に関するものである。この装置は合成信号を形成する遅延ユニットを備え、合成信号（または複合信号）は相互に遅延された重畳信号から構成される。合成信号に応答するか又は該合成信号から導出される信号に応答するＤＵＴの信号応答を表わすＤＵＴ応答信号を検出する。この装置はさらに、ＤＵＴ応答信号又はそれから導出された信号からＤＵＴの光学的特性を決定する第１の決定ユニットを備える。

合成信号は、少なくとも２つの重畳された信号を含む。合成信号又は該合成信号から導出される信号に対するＤＵＴの応答を検出して分析すると、ＤＵＴが合成信号をどのように変更したかを見出すことが可能である。単純な信号、例えば一つの信号成分のみからなる信号に対するＤＵＴの応答を分析する代わりに、合成信号に対するＤＵＴの応答を用いてＤＵＴの光学的特性を決定する。合成信号は、ＤＵＴにより異なる仕方で影響を受ける異なる信号成分を含む。合成信号を使用することによって１計測当たりより多くの情報が収集できるようになるが、それは合成信号の様々な成分のそれぞれがＤＵＴにより異なる仕方で影響を受けることがあるからである。例えば、合成信号は互いに干渉する異なる周波数成分を含むことがある。この種の合成信号に対するＤＵＴの応答を検出することによって、単一の計測で異なる周波数におけるＤＵＴの応答に関する情報を得ることが可能である。

ＤＵＴに合成信号を供給する別の利点は、測定構成が相当に簡単化されることである。遅延ユニットはＤＵＴの入力端へ接続され、ＤＵＴの出力端は第１の決定ユニットに接続される。合成信号は既に幾つかの信号成分で構成されているため、もはや決定ユニットに対して余分な基準信号を供給する必要はない。

本発明は、単一ポート装置と複数ポート装置の両方に用いることができる。複数ポート装置は例えば幾つかの入力ポートを備えており、それによって入力ポートに供給された入力信号は幾つかのチャンネルを構成する少なくとも一つの出力信号に組み合わされる。複数ポート装置は幾つかの出力ポートを備えることもでき、それによって入力信号の様々なチャンネルが出力ポートへ分配される。幾つかの入力ポートを備える複数ポート装置の場合は、遅延ユニットと各入力ポートの間にファイバ接続を確立することにより入力ポートのそれぞれに合成信号を供給することができる。出力ポートは、１以上の決定装置に接続される。この種の測定構成の場合、基準信号が不要であることは格別有利である。これは、全ての必要な信号成分が合成信号内に含まれているからである。

好適な実施形態の他の利点は、単純化された構成の機構的な安定性が改善され、かつ振動に起因する歪が低減されることである。

好適な実施形態によれば、合成信号形成用に用いる重畳信号は一つの入射信号から導出される。信号成分が一つの共通信号源から得られる場合には、それらは互いに対して十分に規定された位相関係を有する。

本発明の別の好適な実施形態によれば、入射光信号は可調整光源（または同調式光源）により、好ましくは狭帯域可調整レーザ光源（狭帯域チューナブルレーザ源）によって生成される。可調整光源により生成される光の周波数は、時間の関数として可変することができ、例えば、光の周波数を一定の周波数範囲にわたって掃引することもできる。この場合、重畳された信号（被重畳信号）間の相対的な遅延により、被重畳信号間に周波数差が生じる。それ故、合成信号は互いに干渉する異なる周波数成分を含み、合成信号は干渉信号を構成する。この干渉信号又はそれから導出される信号は、ＤＵＴへ供給することができる。ＤＵＴ応答信号又はそれから導出される信号を検出して分析することで、合成信号の干渉パターンがＤＵＴにより如何なる影響を受けるかを見出すことが可能である。合成信号の干渉パターンを応答信号の干渉パターンと比較することによって、ＤＵＴの光学的特性に関する情報を収集することが可能である。例えば、ＤＵＴのばらつきに関する情報とＤＵＴの屈折率の周波数依存性を得ることができる。

本発明の別の好適な実施形態によれば、入射光信号は少なくとも２つの異なる光路に分割される。この光路は異なる光路長を有する。被重畳信号を異なる光路によって遅延させると、被重畳信号には互いに相対的遅延が存在する。

本発明の好適な実施形態によれば、ＤＵＴ応答信号はＤＵＴを介して伝送される光信号か、ＤＵＴにより反射された光信号のいずれかである。好ましくは、この装置はＤＵＴを介して伝送される信号と該ＤＵＴにより反射される信号の両方を同時に検出する第１及び第２の決定ユニットを備える。これにより、伝送強度（または伝送された信号強度）と反射強度（または反射された信号強度）の比較が可能となり、伝送強度と反射強度の対応関係を理解することができる。これは、例えばファブリ・ペロー・エタロン（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ−Ｅｔａｌｏｎ）の特性などの、より複雑な光学装置の光学的特性の理解に特に役立つものである。

本発明の好適な実施形態によれば、個々の光学的特性は合成信号に応答して得られる干渉パターンの位相を分析することで得られる。これは、例えば、この位相の数学的モデルを構築することによって行うことができ、これにより、適合パラメータ集合は適合化処理期間中に調整される。これを行なうことで、位相への様々な寄与を識別することができる。

ＤＵＴ応答信号の時間依存強度から、例えばＤＵＴの挿入損失を決定することができる。これは、応答信号の強度を合成信号の強度へ関連付けることで行なうことができる。加えて、群遅延の周波数依存度をＤＵＴ応答信号の位相を分析することによって決定することができる。例えば、ＤＵＴによりＤＵＴ応答信号の干渉パターンを変更する手法によって、周波数の関数として群遅延τ_{ｇｒｏｕｐ}の変動を導出することができる。しかし、本発明はこれらの例に限定されるものではない。ＤＵＴのいかなる位相特性、または、ＤＵＴの損失特性や利得特性も決定することが可能である。

本発明の別の好適な実施形態によれば、入射信号はある波長範囲にわたって所定の掃引速度ｖ_ｆでもって掃引される。この場合、周波数分離Δｆは式Δｆ＝ΔＴ・ｖ_ｆにより相対遅延ΔＴに関連付けることができる。一定の掃引速度ｖ_ｆの場合、周波数分離Δｆも一定である。

本発明の別の好適な実施形態によれば、合成信号の信号成分間の周波数分離Δｆは掃引速度ｖ_ｆを可変することにより変化させられる。かくして、構成内で用いられる個々の決定ユニットに対し周波数分離Δｆを適用することが可能となる。さらに、計測値の周波数分解能はユーザの必要性に従って調整することができる。例えば、広帯域装置の場合は高い掃引速度が選択されることがあるが、その一方で狭帯域装置の場合は周波数を例えばゆっくりと掃引する。この掃引速度を可調整レーザ光源の部分で可変することができ、それ故に様々な光路の遅延線を変更する必要はない。別の実施形態によれば、周波数分離Δｆは少なくとも一つの光路の少なくとも一つの可変遅延を変更することにより変更される。

別の好適な実施形態では、光路のうちの少なくとも一つが、検出された干渉パターンのコントラストを最適化するための偏光コントローラを備える。様々な周波数成分の偏光状態が互いにほぼ等しいときに、高品質の干渉パターンが得られる。

本発明の別の好適な実施形態によれば、ＤＵＴ応答信号又はそれから導出された信号の時間依存強度が、異なる周波数分離Δｆ_１，Δｆ_２等について記録される。様々な干渉パターンから、ＤＵＴ応答信号に影響を及ぼす様々な寄与を理解し、互いから識別することができる。

本発明の別の好適な実施形態によれば、装置は合成信号又は該合成信号から導出され信号の基準測定を実行するよう構成された基準決定ユニットを備える。合成信号の強度が変動する場合があり、または、周波数掃引が実行される場合に掃引速度ｖ_ｆが変動することがあるが、これらは測定誤差を招くものである。合成信号の基準測定を実行することで、所望の光学的特性を決定するときにこれらの変動を考慮することが可能である。さらに、合成信号（又はそれから導出された信号）の異なる周波数成分間の周波数分離Δｆを、合成信号の位相を分析することにより決定することができる。さらなる分析期間中、Δｆの情報が役立つことがある。

本発明の別の好適な実施形態によれば、装置はさらに可調整光源と決定ユニットの間の光路の任意の位置に挿入される光変調器を備える。この変調器は、外部周波数で個々の光信号を変調する。その結果、個々の光信号の各周波数成分は外部周波数によって遷移（またはシフト）させられる。外部周波数の適切な選択により、この周波数成分を任意の所望範囲の周波数に遷移させることが可能となり、これにより、周波数成分の検出を簡単化することができる。

本発明のさらに好適な実施形態によれば、入射信号は少なくとも３つの異なる光信号に分割される。この場合、第１の信号の光路と第３の信号の光路はそれぞれ偏光コントローラを構成する。第１の光信号は第１の偏光状態に設定され、第３の光信号は第２の偏光状態に設定される。さらに、第１及び第３の信号は第２の信号に対し遅延させられる。３つの信号を組み合わせて合成信号を形成すると、第２の信号は遅延された第１の信号に干渉し、それによって第１の干渉パターンを生成し、第２の信号はまた第３の信号に干渉し、それによって第２の干渉パターンを生成する。この理由から、合成信号は２つの異なる偏光面内で振動する２つの干渉パターンを含む。本発明のこの実施形態により、ＤＵＴが干渉パターンの個々の偏光状態に依存して干渉パターンを如何に変更するかを見出すことができる。

本発明の別の好適な実施形態によれば、第１の決定ユニットは偏光ダイバ−シティ受信器を含む。偏光ダイバーシティ受信器は、受信干渉パターンの偏光の配向具合を検出する。この目的に合わせ、偏光ダイバーシティ受信器は、例えば、偏光依存ビームスプリッタと、それぞれの偏光方向について信号強度を検出する一組の電力計（パワーメータ）とから構成することができる。ＤＵＴ応答信号又はそれから導出された信号の偏光分解測定を実行することで、合成信号の偏光が、ＤＵＴにより信号が変更される仕方にどのように影響するかを分析することが可能である。例えば、ＤＵＴは合成信号の偏光状態を回転させることもある。偏光ダイバーシティ受信器により、ＤＵＴ内での偏光依存効果を理解できるようになる。

１以上の適切なソフトウェアプログラムにより、本発明の一部または全体を具現化し、またはサポートすることができる。このプログラムを、任意の種類のデータ記憶媒体に保存し、または、そのような記憶媒体から供給することができる。そのプログラムを、任意の適切なデータ処理ユニットにおいて、または、そのユニットにより実行することが可能である。ソフトウェアプログラムやルーチンは、好ましくは可調整光源を制御するため、例えば周波数掃引を実行するために適用される。さらに、検出された干渉パターンの位相を分析するためにソフトウェアプログラムやルーチンを適用することもできる。

本発明の他の目的ならびに付随する多くの利点は、添付図面と共に以下の詳細な説明を参照することにより容易に理解され、かつより良く理解されよう。実質的にまたは機能的に同じか同様である構成には、同一の参照符号が付されている。

図１は、本発明の基本的な測定構成を示す。可調整レーザ光源１は光ビーム２を照射し、それによって照射光の周波数をある波長範囲にわたって掃引する。照射光は、光ファイバまたはバルク光学系（bulk optic）からなるビームスプリッタ３へ送られる。ビームスプリッタ３は、光ビーム２を第１の光路の信号４と第２の光路の信号５に分割する。光路を屈折率ｎ_{ｆｉｂｅｒ}の光ファイバで実施した場合、第１の光路の光路長は（ｎ_{ｆｉｂｅｒ}・Ｌ_１）であり、第２の光路の光路長は（ｎ_{ｆｉｂｅｒ}・Ｌ_２）である。ここでＬ_１，Ｌ_２はそれぞれの光ファイバの長さを表わす。第１の光路と第２の光路の光路長は（ΔＬ・ｎ_{ｆｉｂｅｒ}）だけ異なり、ここでΔＬ＝Ｌ_２−Ｌ_１である。光合成器（または光結合器）６は、第１の光路を介する第１の遅延信号と第２の光路を介する第２の遅延信号を受け取る。第１の遅延信号はＴ_１＝ｎ_{ｆｉｂｅｒ}・Ｌ_１／ｃだけ遅延され、第２の遅延信号はＴ_２＝ｎ_{ｆｉｂｅｒ}・Ｌ_２／ｃだけ遅延され、それ故にこれら２つの信号間の相対的な時間遅延ΔＴ＝Ｔ_２−Ｔ_１は、

と書き表わすことができる。

第１及び第２の遅延信号は重畳され、合成信号７が得られる。合成信号７はＤＵＴ８へ入射し、ＤＵＴの出力端にて伝送信号９が得られる。伝送信号９の強度は、電力計１０により時間の関数として記録される。

周波数掃引の間、照射された光ビーム２の周波数は、下記の式

に従って連続的に増大させられる。ここでｖ_ｆは可調整レーザ光源の掃引速度、ｆ_０は開始周波数である。代替的には、照射光の周波数ｆ（ｔ）を時間とともに連続的に減少させることもできる。波長に関しては、掃引速度は４０ｎｍ／秒か１０００ｎｍ／秒、または１０００ｎｍ／秒を超えることもある。赤外光を照射する可調整レーザ光源を用いた場合、開始周波数ｆ_０は例えば１９３ＴＨｚのオーダーである。

以下では、図１に示した可調整レーザ光源１は時間とともに連続的に増大する周波数を有する光ビーム２を生成することを仮定している。第１の光路の光路長は第２の光路の光路長よりも小さく、従って時間遅延Ｔ_１は時間遅延Ｔ_２よりも小さい。この理由から、第１の光路の出力端にて得られる周波数は第２の光路の出力端で得られる周波数より大きい。第２の光路における追加の時間遅延ΔＴがあるのは、第１の遅延信号と第２の遅延信号間の周波数差分Δｆのためである。

図２には、第１の遅延信号の周波数の時間依存度１１と第２の遅延信号の周波数の時間依存度１２が示されている。上記の式（２）から、２つの曲線のそれぞれの傾斜が掃引速度ｖ_ｆにより決まることが分かる。２つの光路間の光路差ΔＬは、第２の光路内の追加の時間遅延ΔＴに対応する。第１の光路を介して周波数ｆ’の光を受光した後、同一周波数ｆ’の光を第２の光路を介して受光できるようになるまで追加の時間期間ΔＴにわたって待機せねばならない。所定時点ｔ’において第１の遅延信号の周波数と第２の遅延信号の周波数を比較すると、それら２つの信号間には十分に規定された（または明確な）周波数差Δｆが常に存在することになろう。この周波数差は、追加の時間遅延ΔＴと掃引速度ｖ_ｆの両方に依存する。すなわち、

である。

この周波数差Δｆは、第１の光路と第２の光路の遅延信号を重畳させ、図１の合成信号７を周波数差Δｆに従って変調するときに、干渉を引き起こす。第１と第２の光路間の光路差は、例えばΔＬ＝２００ｍのオーダーであり、ファイバの屈折率ｎ_{ｆｉｂｅｒ}は、例えば１．５に等しく、従って周波数差Δｆは、例えば５ＭＨｚである。

十分に規定された干渉パターンを有する合成信号７は、試験対象デバイス（ＤＵＴ）８上に入射し、このＤＵＴ８がそのＤＵＴに特徴的であるやり方で干渉パターンを変更（または変調）する。

ＤＵＴの出力端において、検出した干渉パターンの位相を分析的に導出することができる。図３は、図１の干渉分析構成を数学的モデルに関連付ける方法を示すものである。図３の上側部分に、干渉計の第１の光路が図示してある。時点ｔ_０で光ファイバ１３を光が出射し、ＤＵＴ１４に入射する。この場合、ＤＵＴ１４の横断には時間期間τ１が必要である。図３の下側部分は、図１に示した干渉分析構成の第２の光路に対応している。第２の光路長は、第１の光路長を上回る。時間ｔ_０において第１の光路の光が既にＤＵＴ１４に到達しているときは、第２の光路の光はＤＵＴ１４に達する前に追加の長さΔＬ＝Ｌ_２−Ｌ_１の光ファイバ１５を横断しなければならない。この長さの差ΔＬは、前記式（１）で与えられる追加の遅延ΔＴに対応するものである。この時間期間ΔＴの間、周波数掃引は続行され、それによって追加遅延ΔＴに対応する周波数差Δｆが上記の式（３）に従って決定される。この理由から、ＤＵＴ１４を横断するのに必要な時間期間τ２は、時間期間τ１とは異なることになる。何故なら、周波数がその間に変化してしまうからであり、また、分散（または散乱、またはばらつき。以下同じ）のためにＤＵＴの屈折率が周波数に依存することがあるからである。

ＤＵＴ１４の出力端では、以下の如く表わすことができる２つの光波ｕ１，ｕ２が得られる。

光波ｕ１，ｕ２に関するこれらの式から、電力計が検出する電力の時間依存度を以下のように導出することができる。

項ａ１^２，ａ２^２は定数であり、それ故に電力計が検出する干渉パターンは余弦項に起因するものとなる。以下、この余弦項の位相ψ（ｔ）をより詳しく分析する。位相ψ（ｔ）は、下記の如く書き表わすことができる。

周波数掃引が、周波数を時間の関数として増加させるように実行されると仮定すると、周波数ｆ（ｔ−τ１）はｆ（ｔ−ΔＴ−τ２）よりも大となろう。ＤＵＴが常分散を示す場合、ＤＵＴの屈折率ｎ_ＤＵＴは周波数の増加と共に増加する。屈折率ｎ_ＤＵＴが大きいときは、横断時間τもまた大きくなる。これから、ＤＵＴが常分散を示す場合、Δτ＝τ１−τ２が零よりも大となるという結論に至る。その量Δτは、ＤＵＴの分散に関する測度と見ることができる。無論、Δτは負値の場合も可能である。

通常、第１と第２の光路間の光路差ΔＬは、周波数差Δｆが所望範囲内の値であると見なせるよう選択される。例えば、ΔＬ＝２００ｍであれば、ΔＴはマイクロ秒のオーダーであり、Δｆは５ＭＨｚのオーダーとなろう。オーダーが異なる大きさもまた、用いることができる。いずれにせよ、関係Δτ≪ΔＴは概ね維持され、この理由からＤＵＴ出力端での周波数差はΔｆにほぼ等しくなる。すなわち、

である。

ΔτとΔｆを上式（６）に代入すると、位相ψ（ｔ）に関して以下の式が得られる。

干渉パターンの位相に関するこの式中、５つの項は特定することができる。第４項（Δｆ・ΔＴ）は定数であり、時間に依存しない。第５項（Δｆ・τ２）は非常に小さい。何故ならΔｆとτ２が共に小さいからである。さらに、τ２が時間に強く依存することはない。

第１項（Δｆ・ｔ）は時間とともに線形に増大し、それによってΔｆは５ＭＨｚのオーダーで一定であると考えることができる。掃引速度ｖ_ｆは例えば５ＴＨｚ／秒とし、追加の時間遅延ΔＴはマイクロ秒のオーダーとすることができる。周波数掃引のために、上記式（８）の第２項及び第３項中の周波数ｆ（ｔ−τ１）もまた時間への線形依存を示す。

量Δτは、周波数間隔Δｆに対する横断時間τの時間の変化である。周波数に伴なう横断時間τのこの変化は、周波数に伴なうＤＵＴの屈折率変動により引き起こされる。かくして、ΔτがＤＵＴの分散の追跡を可能にする。

上記式（８）の第２項の意味は、この項を下記の如く書き改めることでより明確となろう。

ＤＵＴの群遅延τ_{ｇｒｏｕｐ}は、下記の如く書き表わすことができる。

それ故に、式（８）中の位相ψ（ｔ）の第２項は群遅延τ_{ｇｒｏｕｐ}と位相遅延τ_{ｐｈａｓｅ}の間の差分として特定することができる。

特に、より複雑な装置、例えばファブリー・ペロー・エタロン（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ−Ｅｔａｌｏｎ）といった装置にとって、伝送信号と反射信号の両方を記録することは理に適ったものである。図４には、対応する測定構成を備える第２の実施形態が示されている。可調整レーザ光源１１が入射信号１２を生成し、この信号がビームスプリッタ１３により、第１の光路１４に向かう第１の信号と第２の光路１５向かう第２の信号に分割される。それによって第２の光路１５が余分な遅延を含むことになる。ビーム合成器１６では、第１と第２の光路の信号が重畳され、ビームスプリッタ１８に供給される合成信号１７が形成される。好ましくは、入来光強度のほぼ５０％を基準決定ユニット１９へ反射する３ｄＢビームスプリッタが用いられる。基準決定ユニット１９は基準干渉パターンを記録し、この基準干渉パターンの位相から第１と第２の遅延信号間の周波数間隔（周波数分離）Δｆを決定することができる。基準決定パターンからのΔｆの決定は、式（８）の位相ψ（ｔ）に対する様々な寄与の分析に役立つ。さらに、合成信号１７の強度を決定することができ、この強度はＤＵＴ２０の挿入損失や挿入利得を決定するときの基準として用いることができる。

残存強度をもった合成信号１７が、ＤＵＴ２０へ入射される。電力計２２では、伝送信号（透過信号）２１の強度が時間の関数として決定される。ＤＵＴ２０が反射する信号は、ビームスプリッタ１８により一部透過されるとともに一部反射され、反射信号２３の強度が電力計２４により決定される。図４に示す実施形態では、ビームスプリッタ１８は、合成信号１７の一部を電力計１９に反射し、反射された信号２３を電力計２４に送るという両方の機能を受け持つ。これらの２つのタスク用に一つのビームスプリッタ１８を用いる代わりに、２つの別個のビームスプリッタを適用することもできる。

式（８）中の位相ψ（ｔ）への異なる寄与を識別するために、少なくとも２つの異なる周波数分離Δｆ_１，Δｆ_２等に関する干渉パターンを記録することが有益である。周波数分離Δｆは、Δｆ＝ΔＴ・ｖ_ｆとして表わすことができる。周波数分離Δｆを可変する第１の方法によれば、可調整レーザ光源の掃引速度ｖ_ｆは可変されるが、その一方で２つの光路間の遅延ΔＴは一定に保たれる。すなわち、

である。

周波数分離Δｆを変化させる第２の方法に従い、第１と第２の光路間の追加遅延ΔＴが変えられる。このことは、例えば、第２の光路長を変更することにより、及び／または、例えば、追加の遅延線を追加することにより行なうことができる。選択する追加の遅延ΔＴが大きければ大きいほど、以下で示されるように、周波数分離Δｆは大きくなる。

さらに、第１及び第２の方法を組み合わせてΔｆを変化させることができる。Δｆの個々の値は、常に合成信号の干渉パターンの基準測定により決定することができる。

干渉パターン検出用の光路は、さらに少なくとも一つの光変調器を備えることも可能である。図４には、光変調器２５は、ＤＵＴ２０と電力計２２の間に挿入された状態で（点線で）示されている。光変調器は、光路内の他の任意の位置に挿入することもできる。変調器の個々の入力信号、例えばＤＵＴ出力信号２１は、外部周波数

で変調され、信号の全ての周波数成分はこの周波数

だけシフトさせられる。光変調器２５は、音響光変調器（ＡＯＭ：acoustic optical modulator）として、または電気光変調器（ＥＯＭ：electrical optical modulator）として実施することができる。ある周波数成分を任意の所望の周波数範囲へシフトさせることができ、その周波数成分を適切な決定ユニットにより検出することができる。

さらに、偏光コントローラを光路のうちの少なくとも一つに加えることもできる。図４は、第１の光路１４に加えた偏光コントローラ２６を（点線で）示すものである。偏光コントローラ２６は、ビーム合成器１６の入力端において第１の光路の信号の偏光が第２の光路の信号の偏光にほぼ一致するように第１の光路の信号の偏光を変化させる。両光路内の偏光が同一であるときは、最高のコントラストのインターフェログラムが得られる。例えば、両信号が同じ偏光面内で振動する場合、インターフェログラムのコントラストはその最適状態に達する。別の実施形態によれば、インターフェログラムのコントラストは偏波（偏光）保持型ファイバを第１の光路と第２の光路の両方で用いることで最適化することができる。この場合も、異なる光路を介して受信される信号の偏光状態はビーム合成器１６の入力端でほぼ同一とされる。

伝送信号２１或いは反射信号２３の偏光状態は、偏光ダイバーシティ受信器を用いて分析することができる。どの電力計１９，２２，２４も、この種の偏光ダイバーシティ受信器でもって置換することができる。個々の信号強度を時間の関数として記録するのに加えて、偏光ダイバーシティ受信器は受信信号の偏光状態の決定を可能にもする。図５は、受信信号２９を第１の偏光状態を有する第１の信号３０と第２の偏光状態を有する第２の信号３１へ分割する偏光依存ビームスプリッタ２８を備える偏光ダイバーシティ受信器２７を示す。さらに、偏光ダイバーシティ受信器２７は２つの電力計を備え、それによって第１の電力計３２は第１の信号３０の時間依存度を検出し、第２の電力計３３は時間の関数として第２の信号３１の強度を記録する。電力計３２，３３が記録する２つの干渉パターンから、受信信号２９の偏光状態を導出することができる。

図６には、ＤＵＴ上に入射する信号の偏光状態がそのＤＵＴによりどのように変更されるかを分析するのに特に役立つ本発明の第３の実施形態が示されている。可調整レーザ光源３４は信号３５を生成し、その信号の周波数はある波長範囲にわたって連続的に掃引させられる。ビームスプリッタ３６は、信号３５を第１の光路の第１の信号３７と第２の光路の第２の信号３８と第３の光路の第３の信号３９とに分割する。第１の光路は、偏光コントローラ４０と追加の遅延線４１を備える。ビーム合成器４３の入力端では、第１の光路から遅延信号４２が受信される。偏光コントローラ４０は、遅延信号４２が−４５度を向く（−４５度配向した）偏光面において偏光されるように第１の信号３７の偏光状態を変更する。第３の光路は、偏光コントローラ４４と追加の遅延線４５を備える。ここで、偏光コントローラ４４はビーム合成器４３の入力端における遅延信号４６が＋４５度を向く（＋４５度配向した）偏光面において偏光されるように第３の信号３９の偏光状態を偏光する。ビーム合成器４３において、第２の信号３８と遅延信号４２，４６が重畳され、合成信号４７が得られる。

合成信号４７を理解するため、第２の信号３８が２つの異なる成分で構成されていると考えることは有益であり、この場合、信号３８の第１の成分は−４５度の方向に偏光し、第２の成分は＋４５度の方向へ偏光する。信号３５の周波数は掃引周波数ｖ_ｆで連続的に掃引され、それ故に第１の光路中の遅延線４１が信号３８と遅延信号４２の間に周波数分離Δｆを引き起こす。この周波数分離のために、遅延信号４２は−４５度を向く偏光面内で信号３８の第１の成分と干渉する。それ故、合成信号４７は−４５度を向く偏光面内で振動する第１の干渉パターンを含むことになる。同様に、第３の光路中の遅延線４５が信号３８と遅延信号４６との間に周波数分離Δｆを引き起こし、それ故に信号３８の第２の成分は＋４５度を向く偏光面内で遅延信号４６と干渉する。それ故、合成信号４７は２つの干渉パターンを含み、この場合、第１の干渉パターンは−４５度を向く偏光面内で振動し、第２の干渉パターンは＋４５度を向く偏光面内で振動することになる。

合成信号４７は、ビームスプリッタ４８を介してＤＵＴ４９へ送られる。ビームスプリッタ４８は、合成信号４７を基準通信ユニット５０へ供給する。そこで、干渉パターンが分析され、周波数分離Δｆが決定される。ＤＵＴ４９の出力端において伝送信号５１が得られ、この伝送信号５１が決定ユニットにより検出されて分析される。図６に示す実施形態では、伝送信号５１は偏光依存ビームスプリッタ５３と伝送信号５１の干渉パターンを時間の関数として記録する２つの電力計５４，５５を含む偏光ダイバーシティ受信器５２により分析される。これにより、ＤＵＴ４９が干渉パターンの偏光面に依存して干渉パターンをどのように変更するかを分析できるようになる。さらに、ＤＵＴ４９により引き起こされる干渉パターンのどんな回転も追跡可能である。ＤＵＴ４９が反射する信号は、一部がビームスプリッタ４８により反射され、決定ユニット５６へ達する。好ましくは、決定ユニット５６もまた偏光ダイバーシティ受信器である。

本発明によれば、試験対象デバイス（DUT）の光学的特性が、検出されたDUT応答信号、または、それから導出された信号から決定される。DUT応答信号は、合成信号または合成信号から得られた信号に応答したDUTの信号応答を表す。合成信号は、互いに対して遅延されて重畳された信号から構成される。

重畳された遅延信号を用いて光学的特性を決定する第１実施形態を示す図である。 時間の関数としてＤＵＴ入力信号の２つの周波数成分を表わす図である。 ＤＵＴの出力端においてどのようにして干渉パターンを導出できるかを示す図である。 本発明の第２実施形態を示す図である。 偏光分解検出を可能にする偏光ダイバーシティ受信器を示す図である。 本発明の第３実施形態を示す図である。

符号の説明

２、１２、３５ 入射光信号
８、２０、４９ 試験対象デバイス
７、１７、４７ 合成信号
９、２１、５１ DUT応答信号

Claims (21)

1. 試験対象デバイスＤＵＴ（８，２０，４９）の光学的特性を決定するための装置であって、
   互いに対して遅延された重畳信号からなる合成信号（７，１７，４７）を供給するよう構成された遅延ユニットと、
   検出されたＤＵＴ応答信号（９，２１，５１）又はそれから導出された信号からＤＵＴの光学的特性を決定するよう構成された第１の決定ユニット（１０，２２，５２）であって、前記ＤＵＴ応答信号（９，２１，５１）が前記合成信号（７，１７，４７）又はそれから導出された信号に応答した前記ＤＵＴ（８，２０，４９）の信号応答を表わすことからなる、第１の決定ユニット
   を備える、装置。
2. 前記遅延ユニットは、入射光信号（２，１２，３５）から重畳信号を導出するように構成される、請求項１に記載の装置。
3. 入射光信号を供給する好ましくは可調整レーザ光源である可調整光源をさらに備える、請求項２に記載の装置。
4. 前記遅延ユニットが、
   前記入射光信号を第１の光信号と第２の光信号を含む少なくとも２つの光信号に分割するよう構成されたビーム分割ユニットと、
   前記光信号を互いに対して遅延させて、少なくとも２つの遅延信号を得るよう構成された少なくとも２つの異なる光路と、
   前記遅延信号を重畳することによって合成信号を形成するためのビーム合成ユニット
   を備える、請求項１乃至３のいずれかに記載の装置。
5. 前記ＤＵＴ応答信号は、前記ＤＵＴを通って伝送された光信号と前記ＤＵＴにより反射された光信号のうちの少なくとも一つである、請求項１乃至４のいずれかに記載の装置。
6. 第２の決定ユニットをさらに備え、前記第１の決定ユニットは、前記ＤＵＴを通って伝送された光信号を検出するよう構成され、前記第２の決定ユニットは、前記ＤＵＴによって反射された光信号を検出するよう構成され、または、前記第１の決定ユニットは、前記ＤＵＴによって反射された光信号を検出するよう構成され、前記第２の決定ユニットは、前記ＤＵＴを通って伝送された光信号を検出するよう構成される、請求項１乃至５のいずれかに記載の装置。
7. 前記光学的特性は、前記ＤＵＴ応答信号の干渉パターンを分析することによって決定される、請求項１乃至６のいずれかに記載の装置。
8. 前記光学的特性は、ＤＵＴの位相特性または、ＤＵＴの損失特性または利得特性を含むグループのうちの少なくとも一つである、請求項１乃至７のいずれかに記載の装置。
9. 前記入射光信号は、ある周波数調整範囲にわたって所定の掃引速度でもって周波数掃引される、請求項１乃至８のいずれかに記載の装置。
10. 前記遅延信号間の周波数分離Δｆは、周波数における入射光信号の掃引速度を可変することによって変化させられる、請求項１乃至９のいずれかに記載の装置。
11. 前記光路の少なくとも一つが前記遅延信号間の周波数分離Δｆを可変する可変遅延線と、前記遅延信号の少なくとも一つの偏光を調整する偏光コントローラとのうちの少なくとも一つを備える、請求項１乃至１０のいずれかに記載の装置。
12. 第１の干渉パターンは前記遅延信号間の第１の周波数分離Δｆ_１に関して検出され、第２の干渉パターンは前記遅延信号間の第２の周波数分離Δｆ_２に関して検出される、請求項１乃至１１のいずれかに記載の装置。
13. 前記合成信号又は該信号から導出された信号の基準測定を実行するための基準決定ユニットをさらに備える、請求項１乃至１２のいずれかに記載の装置。
14. 前記遅延信号間の周波数分離Δｆが、前記合成信号又はそれから導出された信号の基準干渉パターンを分析することによって決定される、請求項１乃至１３のいずれかに記載の装置。
15. 前記合成信号又は前記ＤＵＴ応答信号又はそれらの信号から導出された信号を外部周波数で変調するよう構成された光変調器をさらに備える、請求項１乃至１４のいずれかに記載の装置。
16. 前記第１のビーム分割ユニットは、前記可調整光源の光を前記第１の光信号と前記第２の光信号と第３の光信号を含む少なくとも３つの光信号に分割し、
    前記第１の光信号の光路は、前記第１の光信号の偏光を第１の偏光状態に設定する偏光コントローラを備え、
    前記第３の光信号の光路は、前記第３の光信号の偏光を第２の偏光状態に設定する偏光コントローラを備える、
    請求項１乃至１５のいずれかに記載の装置。
17. 前記第１の決定ユニットは、前記ＤＵＴ応答信号又はそれから導出された信号の偏光状態に依存して干渉パターンを検出するよう構成された偏光ダイバーシティ受信器を備える、請求項１乃至１６のいずれかに記載の装置。
18. 試験対象デバイスＤＵＴ（８，２０，４９）の光学的特性を決定するための方法であって、
    互いに対して遅延された信号を重畳することによって合成信号（７，１７，４７）を供給するステップと、
    ＤＵＴ応答信号（９，２１，５１）を検出するステップであって、該ＤＵＴ応答信号（９，２１，５１）が前記合成信号（７，１７，４７）又はそれから導出された信号に応答した該ＤＵＴ（８，２０，４９）の信号応答を表わすことからなる、ステップと、
    前記検出されたＤＵＴ応答信号（９，２１，５１）又はそれから導出された信号から前記ＤＵＴの光学的特性を決定するステップ
    を含む、方法。
19. 入射信号を第１の光信号と第２の光信号を含む少なくとも２つの光信号に分割するステップと、
    少なくとも２つの異なる光路を介して前記光信号を個別に遅延させて前記遅延信号を得るステップ
    を含む、請求項１８に記載の方法。
20. ある周波数調整範囲にわたって入射信号の周波数を掃引するステップをさらに含む、請求項１８又は１９に記載の方法。
21. 前記重畳信号の異なる偏光状態を用いて少なくとも１回は前記測定を繰り返すステップをさらに含む、請求項１８乃至２０のいずれかに記載の方法。

Images