JP2009109393A - 干渉計及び波長測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化による光路長の変化及び光学接着剤により貼り合わせてなる分岐素子における光学接着剤の厚みのばらつきを補償することにより、安定且つ正確な動作を行うことができる干渉計、及び当該干渉計を備える波長測定装置を提供する。
【解決手段】干渉計１は、入射光Ｌ０を分岐光Ｌ１，Ｌ２に分岐するビームスプリッタ１２と、分岐光Ｌ１，Ｌ２をビームスプリッタ１２に向けてそれぞれ反射する直角プリズムミラー１３，１４と、屈折率温度依存性を有していて温度変化により生ずる分岐光Ｌ１，Ｌ２の光路長の変化を補償する位相補償器１５とを備える。ビームスプリッタ１２は、分岐膜１２ｃが形成された透明部材１２ａと、分岐膜１２ｄが形成された透明部材１２ｂと有し、分岐膜１２ｃ，１２ｄが互いに重ならないように透明部材１２ａ，１２ｂの斜面が光学接着剤１８により貼り合わせてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、入射光を複数の分岐光に分岐し、異なる光路を介した分岐光を干渉させて干渉縞等を測定する干渉計、及び当該干渉計を備える波長測定装置に関する。

従来から様々な干渉計が提案されているが、干渉計の一種に一方の分岐光に対して他方の分岐光を遅延させて干渉させる遅延干渉計がある。図７は、従来の遅延干渉計の構成を示す図である。図７に示す遅延干渉計１００は、入射レンズ１０１、ビームスプリッタ１０２、直角プリズムミラー１０３，１０４、及び射出レンズ１０５，１０６を備えるマイケルソン型の遅延干渉計である。

入射レンズ１０１は、外部から入射される入射光Ｌ１００を平行光に変換する。ビームスプリッタ１０２は、入射レンズ１０１によって平行光に変換された入射光Ｌ１００を反射・透過させて所定の強度比（例えば、１対１）を有する分岐光Ｌ１０１，Ｌ１０２に分岐する。また、直角プリズムミラー１０３，１０４の各々で反射された分岐光Ｌ１０１，Ｌ１０２を合波して干渉させるとともに、干渉により得られた干渉光を所定の強度比（例えば、１対１）で分岐した干渉光Ｌ１０３，Ｌ１０４を射出する。

図７に示す通り、ビームスプリッタ１０２は、断面形状が直角二等辺三角形であって、その斜辺を含む斜面に所定の誘電体多層膜１０２ｃが形成された三角柱形状の透明部材１０２ａと、断面形状が直角二等辺三角形である三角柱形状の透明部材１０２ｂとを、底辺を対面させた状態で光学接着剤１０７により貼り合わせたものである。かかる構成のビームスプリッタ１０２は、誘電体多層膜１０２ｃが形成された面に対して入射光Ｌ１００が所定の角度（例えば、４５度）をもって入射するように配置される。

直角プリズムミラー１０３は、直交する２つの反射面を有しており、一方の反射面がビームスプリッタ１０２で分岐された一方の分岐光Ｌ１０１の光路に対して４５度の角度をなすように配置されており、ビームスプリッタ１０２からの分岐光Ｌ１０１を所定量だけシフトさせてビームスプリッタ１０２に向けて反射する。直角プリズムミラー１０４も直角プリズムミラー１０４と同様に直交する２つの反射面を有しており、一方の反射面がビームスプリッタ１０２で分岐された他方の分岐光Ｌ１０２の光路に対して４５度の角度をなすように配置されており、ビームスプリッタ１０２からの分岐光Ｌ１０２を所定量だけシフトさせてビームスプリッタ１０２に向けて反射する。

尚、図７に示す遅延干渉計１００においては、分岐光Ｌ１０２の光路長よりも分岐光Ｌ１０１の光路長が所定長だけ長くなるように直角プリズムミラー１０３，１０４の位置決めがなされている。射出レンズ１０５，１０６は、ビームスプリッタ１０２で分岐された干渉光Ｌ１０３，Ｌ１０４をそれぞれ集光して外部に出力する。

上記構成において、入射光Ｌ１０１が遅延干渉計１００に入射すると、入射レンズ１０１で平行光に偏向された後にビームスプリッタ１０２に入射して分岐光Ｌ１０１，Ｌ１０２に分岐される。分岐光Ｌ１０１，Ｌ１０２は直角プリズムミラー１０３，１０４でそれぞれ反射されて再びビームスプリッタ１０２に入射する。ここで、分岐光Ｌ１０１の光路長は、分岐光Ｌ１０２の光路長よりも所定長だけ長いため、分岐光Ｌ１０１は分岐光Ｌ１０２に対して所定の時間だけ遅延する。その後、分岐光Ｌ１０１，Ｌ１０２はビームスプリッタ１０２で合波されて干渉されることにより、分岐光Ｌ１０２と上記の時間だけ遅延した分岐光Ｌ１０１との位相比較が行われ、その比較結果に応じた強度を有する干渉光が出力光Ｌ１０３，Ｌ１０４として出力される。

尚、以上の遅延干渉計１００は、例えば差動位相変調方式（ＤＰＳＫ：Differential Phase Shift Keying）等の変調方式によって変調された光信号を波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）して伝送するＷＤＭ光通信システムの復調器に設けられる。尚、上記の差動移動変調方式とは、先行する信号の位相に対する相対的な位相差をとって変調する変調方式をいう。遅延干渉計１００を復調器で用いる場合には、分岐光Ｌ１０１が分岐光Ｌ１０２に対して被変調光の変調レートの１ビット分に相当する時間だけ遅延するように各々の光路長を設定し、被変調光を入射光Ｌ１００として入射させることにより被変調光を復調することができる。

尚、従来の遅延干渉計を備えるＷＤＭ光通信システムの復調器の詳細については、例えば以下の特許文献１を参照されたい。
特表２００４−５１６７４３号公報

ところで、図７に示す遅延干渉計１００は、温度変化が生ずると直角プリズムミラー１０３，１０４の位置誤差等が生じて分岐光Ｌ１０１，Ｌ１０２の光路長が共に変化し、ビームスプリッタ１０２に入射する分岐光Ｌ１０１，Ｌ１０２の干渉状態が変化する。このため、遅延干渉計１００は、温度変化によって安定且つ正確な動作を行うことができなくなる可能性が考えられる。

また、図７に示す通り、遅延干渉計１００が備えるビームスプリッタ１０２は、誘電体多層膜１０２ｃが形成された透明部材１０２ａと透明部材１０２ｂとを光学接着剤１０７により貼り合わせてなるものである。ビームスプリッタ１０２の誘電体多層膜１０２ｃによって分岐された分岐光Ｌ１０１が再び誘電体多層膜１０２ｃに入射するまでに光学接着剤１０７を通過することは無いが、分岐光Ｌ１０２は、分岐されてから再び誘電体多層膜１０２ｃに入射するまでに光学接着剤１０７を２回通過する。このため、温度変化が生じた場合に分岐光Ｌ１０２の光路長が分岐光Ｌ１０１の光路長に比べて大きく変動して分岐光Ｌ１０１，Ｌ１０２の干渉状態が大きく変化し、これにより遅延干渉計１００の安定且つ正確な動作が困難になる可能性が考えられる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、温度変化による光路長の変化及び光学接着剤により貼り合わせてなる分岐素子における光学接着剤の厚みのばらつきを補償することにより、安定且つ正確な動作を行うことができる干渉計、及び当該干渉計を備える波長測定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様による干渉計は、入射光（Ｌ０）を第１分岐光（Ｌ１）と第２分岐光（Ｌ２）とに分岐するとともに、互いに異なる光路を介した前記第１分岐光と前記第２分岐光とを干渉させる干渉計（１）において、所定の面上に部分的に第１分岐膜（１２ｃ）が形成された第１透明部材（１２ａ）と、所定の面上に部分的に第２分岐膜（１２ｄ）が形成された第２透明部材（１２ｂ）とを有し、前記第１，第２分岐膜が互いに重ならないように前記第１透明部材の前記所定面と前記第２透明部材の前記所定面とを貼り合わせてなり、前記入射光を前記第１分岐膜で反射及び透過させて前記第１分岐光と前記第２分岐光とに分岐するとともに、互いに異なる光路を介した前記第１分岐光と前記第２分岐光とを前記第２分岐膜で干渉させる分岐素子（１２）と、前記分岐素子の前記第１分岐膜で分岐された前記第１分岐光を前記分岐素子の前記第２分岐膜に向けて反射する第１反射部材（１３）と、前記分岐素子の前記第１分岐膜で分岐された前記第２分岐光を前記分岐素子の前記第１分岐膜に向けて反射する第２反射部材（１４）と、前記分岐素子と前記第１反射部材との間における前記第１分岐光の光路、及び前記分岐素子と前記第２反射部材との間における前記第２分岐光の光路の少なくとも一方の光路上に配置され、屈折率温度依存性を有する熱光学効果媒質からなる位相補償器（１５）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、分岐素子の第１分岐膜に入射光が入射すると第１分岐光と第２分岐光とに分岐され、分岐された第１分岐光は第１反射部材により分岐素子の第２分岐膜に向けて反射されるとともに、分岐された第２分岐光は位相補償器を通過しつつ第２反射部材により分岐素子の第２分岐膜に向けて反射され、第１分岐光及び第２分岐光の双方がそれぞれ第１透明部材と第２透明部材とが接着された接着部を１回ずつ通過した後に、第２分岐膜で干渉される。
また、本発明の第１の態様による干渉計は、前記第１，第２透明部材が、断面形状が直角二等辺三角形である三角柱形状であって、前記第１分岐膜が形成される前記所定の面は、前記第１透明部材の前記直角二等辺三角形の斜辺を含む斜面であり、前記第２分岐膜が形成される前記所定の面は、前記第２透明部材の前記直角二等辺三角形の斜辺を含む斜面であることを特徴としている。
また、本発明の第１の態様による干渉計は、前記分岐素子と前記第１反射部材との間における前記第１分岐光の光路、及び前記分岐素子と前記第２反射部材との間における前記第２分岐光の光路の少なくとも一方の光路上に配置された波長板（４１）を備えることを特徴としている。
本発明の第２の態様による干渉計は、入射光（Ｌ０）を第１分岐光（Ｌ１）と第２分岐光（Ｌ２）とに分岐するとともに、互いに異なる光路を介した前記第１分岐光と前記第２分岐光とを干渉させる干渉計（２）において、分岐膜（３１ｃ）が形成された第１透明部材（３１ａ）と、当該第１透明部材の前記分岐膜側に貼り合わせた第２透明部材（３１ｂ）とを有し、前記入射光を反射及び透過させて前記第１分岐光と前記第２分岐光とに分岐する第１分岐素子（３１）と、分岐膜（３２ｃ）が形成された第１透明部材（３２ａ）と、当該第１透明部材の前記分岐膜側に貼り合わせた第２透明部材（３２ｂ）とを有し、前記第１分岐素子で反射された前記第１分岐光に対する前記第１透明部材と前記第２透明部材との位置関係が、前記入射光に対する前記第１分岐素子の前記第１透明部材と前記第２透明部材との位置関係とは逆になるよう配置され、互いに異なる光路を介した前記第１分岐光と前記第２分岐光とを干渉させる第２分岐素子（３２）と、前記第１分岐素子で分岐された前記第１分岐光を前記第２分岐素子に向けて反射する第１反射部材（１３）と、前記第１分岐素子で分岐された前記第２分岐光を前記第２分岐素子に向けて反射する第２反射部材（１４）と、前記第１，第２分岐素子と前記第１反射部材との間における前記第１分岐光の光路、及び前記第１，第２分岐素子と前記第２反射部材との間における前記第２分岐光の光路の少なくとも一方の光路上に配置され、屈折率温度依存性を有する熱光学効果媒質からなる位相補償器（１５）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、第１分岐素子に入射光が入射すると第１分岐光と第２分岐光とに分岐され、分岐された第１分岐光は第１反射部材により第２分岐素子に向けて反射されるとともに、分岐された第２分岐光は位相補償器を通過しつつ第２反射部材により第２分岐素子に向けて反射され、第１分岐光及び第２分岐光の双方が第１分岐素子における第１透明部材と第２透明部材とが接着された接着部又は第２分岐素子における第１透明部材と第２透明部材とが接着された接着部を１回ずつ通過した後に第２分岐素子の分岐膜で干渉される。
また、本発明の第１の態様による干渉計は、前記第１，第２分岐素子がそれぞれ備える前記第１，第２透明部材が、断面形状が直角二等辺三角形である三角柱形状であり、前記分岐膜は、前記第１透明部材の前記直角二等辺三角形の斜辺を含む斜面に形成され、前記第１，第２透明部材は、前記斜面同士を貼り合わせてなることを特徴としている。
本発明の波長測定装置は、入射光（Ｌ０）の波長を測定する波長測定装置（５）において、上記の波長板を備える第１の態様による干渉計と、前記干渉計で得られる干渉光をその偏光状態に応じて分岐する偏光分岐素子（４２、４４）と、前記偏光分岐素子で分岐された干渉光を受光する受光素子（４３ａ、４３ｂ、４５ａ、４５ｂ）とを備えることを特徴としている。

本発明によれば、第１分岐光の光路及び第２分岐光の光路の少なくとも一方の光路上に位相補償器を配置するとともに、第１分岐光及び第２分岐光の双方が第１透明部材と第２透明部材とが接着された接着部を１回ずつ通過するようにしているため、温度変化による光路長の変化及び光学接着剤により貼り合わせてなる分岐素子における光学接着剤の厚みのばらつきが補償され、その結果として安定且つ正確な動作を行うことができるという効果がある。

以下、図面を参照して本発明の実施形態による干渉計及び波長測定装置について詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態による干渉計の要部構成を示す図である。図１に示す通り、本実施形態の干渉計１は、入射レンズ１１、ビームスプリッタ１２（分岐素子）、直角プリズムミラー１３（第１反射部材）、直角プリズムミラー１４（第２反射部材）、位相補償器１５、及び射出レンズ１６，１７を備えるマイケルソン型の遅延干渉計である。

入射レンズ１１は、入射ポートＰ１から入射される入射光Ｌ０を平行光に変換する。尚、入射ポートＰ１の位置には例えば光ファイバ（図示省略）の射出端が配置されており、この光ファイバの射出端から射出される光が入射光Ｌ０として干渉計１の内部に入射される。ビームスプリッタ１２は、入射レンズ１１によって平行光に変換された入射光Ｌ０を反射・透過させて所定の強度比（例えば、１対１）を有する分岐光Ｌ１（第１分岐光）と分岐光Ｌ２（第２分岐光）に分岐する。また、直角プリズムミラー１３，１４の各々で反射された分岐光Ｌ１，Ｌ２を合波して干渉させるとともに、干渉により得られた干渉光を所定の強度比（例えば、１対１）で分岐した干渉光Ｌ３，Ｌ４を射出する。

図２は、ビームスプリッタ１２の分解図である。図２に示す通り、ビームスプリッタ１２は、断面形状が直角二等辺三角形である三角柱形状の透明部材１２ａ（第１透明部材）と、断面形状が直角二等辺三角形である三角柱形状の透明部材１２ｂ（第２透明部材）とを有する。透明部材１２ａの上記直角二等辺三角形の斜辺を含む面である斜面には分岐膜１２ｃが部分的に形成されている。具体的には、透明部材１２ａの斜面には、軸方向に沿って段差部が形成されており、分岐膜１２ｃの表面と分岐膜１２ｃが形成されていない透明部材１２ａの斜面とがほぼ同一平面に含まれるよう、その段差部に分岐膜１２ｃが埋め込み形成されている。

同様に、透明部材１２ｂの上記直角二等辺三角形の斜辺を含む面である斜面には分岐膜１２ｄが部分的に形成されている。具体的には、透明部材１２ｂの斜面には、軸方向に沿って段差部が形成されており、分岐膜１２ｄの表面と分岐膜１２ｄが形成されていない透明部材１２ｂの斜面とがほぼ同一平面に含まれるよう、その段差部に分岐膜１２ｄが埋め込み形成されている。

尚、図２に示す例では、透明部材１２ａ，１２ｂの斜面に段差部が形成されており、この段差部に分岐膜１２ｃ，１２ｄがそれぞれ埋め込み形成されている例について説明するが、図３に示す構成にすることもできる。図３は、ビームスプリッタ１２の変形例を示す分解図である。図３に示す例では、透明部材１２ａ，１２ｂの斜面には段差部が形成されておらず、透明部材１２ａ，１２ｂの斜面上に分岐膜１２ｃ，１２ｄが部分的にそれぞれ形成されている。

ここで、上記の透明部材１２ａ，１２ｂは、例えばガラスの一種である「ＢＫ７」からなり、上記の分岐膜１２ｃ，１２ｄは、例えば誘電体多層膜、金属の薄膜、又は誘電体多層膜と金属の薄膜とを組み合わせた薄膜等である。分岐膜１２ｃ，１２ｄは同一の構造である。具体的には、分岐膜１２ｃ，１２ｄが誘電体多層膜である場合には分岐膜１２ｃの層数と分岐膜１２ｄの層数とが同じであり、また、分岐膜１２ｃの各層の厚みの設計値と、分岐膜１２ｄの対応する各層の厚みの設計値とが同じである。このため、分岐膜１２ｃと分岐膜１２ｄとは、同様の反射・透過特性（好ましくは、同一の反射・透過特性）を有するよう設計・形成される。ビームスプリッタ１２は、以上説明した分岐膜１２ｃ，１２ｄ同士が重ならないように、透明部材１２ａの斜面と透明部材１２ｂの斜面とを光学接着剤１８（図１参照）により貼り合わせてなるものである。

また、ビームスプリッタ１２は、分岐光Ｌ１に対する分岐膜１２ｄ、分岐膜１２ｄが形成された透明部材１２ｂ、及び光学接着剤１８の位置関係が、入射光Ｌ０に対する分岐膜１２ｃ、分岐膜１２ｃが形成された透明部材１２ａ、及び光学接着剤１８の位置関係とは逆になるように配置される。つまり、ビームスプリッタ１２は、入射光Ｌ０に対しては、分岐膜１２ｃが形成された透明部材１２ａ、分岐膜１２ｃ、及び光学接着剤１８の順で透過するように配置されているのに対し、直角プリズムミラー１３で反射された分岐光Ｌ１に対しては、光学接着剤１８、分岐膜１２ｄ、及び分岐膜１２ｄが形成された透明部材１２ｂの順で透過するように配置されている。

ビームスプリッタ１２の配置を以上の配置にすることで、分岐膜１２ｃで反射された分岐光Ｌ１及び分岐膜１２ｃを透過した分岐光Ｌ２は、分岐膜１２ｄに入射するまでにそれぞれ１回ずつ光学接着剤１８を通過することになる。このため、温度変化が生じた場合であっても、分岐光Ｌ１の光路及び分岐光Ｌ２の一方の光路長が他方の光路長に比べて大きく変化する事態を防止することができる。

直角プリズムミラー１３は、断面形状が直角二等辺三角形である三角柱形状であって、直交する２つの面を反射面とするミラーであり、ビームスプリッタ１２で反射された分岐光Ｌ１をその光路をシフトさせてビームスプリッタ１２に向けて反射する。つまり、ビームスプリッタ１２から直角プリズムミラー１３に向かう分岐光Ｌ１の往路と、直角プリズムミラー１３からビームスプリッタ１２に向かう分岐光Ｌ１の復路は異なる光路となる。

直角プリズムミラー１４は、直角プリズムミラー１３と同様に、断面形状が直角二等辺三角形である三角柱形状であって、直交する２つの面を反射面とするミラーであり、ビームスプリッタ１２を透過した分岐光Ｌ２をその光路をシフトさせてビームスプリッタ１２に向けて反射する。つまり、ビームスプリッタ１２から直角プリズムミラー１４に向かう分岐光Ｌ２の往路と、直角プリズムミラー１４からビームスプリッタ１２に向かう分岐光Ｌ２の復路は異なる光路となる。

位相補償器１５は、ビームスプリッタ１２と直角プリズムミラー１４との間における分岐光Ｌ２の光路上に配置されており、温度変化による分岐光Ｌ１の光路長の変化を、分岐光Ｌ２の光路長の変化と位相補償器１５の屈折率温度依存性とにより相殺（補償）するものである。ここで、位相補償器１５は高い屈折率温度依存性を有する光透過性の熱光学効果媒質からなり、例えばＳｉ（シリコン）単結晶で形成される。Ｓｉ単結晶の屈折率温度係数ｄｎ／ｄＴは、およそ１．３×１０^−４である。

尚、図１に示す遅延干渉計１においては、位相補償器１５を通過する分岐光Ｌ２の光路長よりも分岐光Ｌ１の光路長が所定長だけ長くなるように直角プリズムミラー１３，１４の位置決めがなされている。射出レンズ１６，１７は、ビームスプリッタ１２で分岐された干渉光Ｌ１３，Ｌ１４をそれぞれ射出ポートＰ２，Ｐ３に集光する。尚、射出ポートＰ２，Ｐ３の位置には例えば光ファイバ（図示省略）の入射端が配置されており、この光ファイバの入射端から入射した光が光ファイバ内を伝播して外部に導かれる。

ここで、位相補償器１５について詳細に説明する。図４は、位相補償器１５の構成例を示す図であって、（ａ）は位相補償器１５の斜視図であり、（ｂ）は位相補償器１５の上面図であり、（ｃ）は（ｂ）中のＡ−Ａ矢視断面図である。これらの図に示す通り、位相補償器１５は、外枠部２１、梁部２２、光透過領域２３、及び温度制御用配線２４からなる。外枠部２１、梁部２２、及び光透過領域２３は、（１００）面のＳｉ単結晶基板を異方性エッチングして、梁部２２と光透過領域２３の周辺をくりぬくことで形成される。光透過領域２３は、梁部２２によって外枠部２１に支持されており、その外周には温度制御用配線２４が形成されている。位相補償器１５は、この光透過領域２３が分岐光Ｌ２の光路に対して垂直になるように配置される。

温度制御用配線２４は、例えば白金材料からなる配線であり、図示しない温度制御装置からの電流供給を受けて発熱する。温度制御用配線２４の発熱によって光透過領域２３は所定の温度に保持される。このように、温度制御用配線２４を光透過領域２３の外周を覆うように形成することで、光透過領域２３内における温度勾配の発生を抑制して光透過領域２３を一定の温度に保持している。尚、温度制御用配線２４は、例えば白金材料を蒸着法等により光透過領域２３の外周に蒸着して形成することができる。

次に、以上の通り構成された遅延干渉計１の設計例について説明する。いま、遅延干渉計１のＦＳＲ（分岐光Ｌ１，Ｌ２を干渉させて得られる干渉光の周波数間隔（Free Spectral Range））を１０．７１ＧＨｚとし、分岐光Ｌ１の光路長をＬ_Ｏ１、分岐光Ｌ２の光路長をＬ_Ｏ２とすると、分岐光Ｌ１，Ｌ２の光路長差ΔＬ_Ｏは以下の（１）式で表される。尚、光路長Ｌ_Ｏ１，Ｌ_Ｏ２は以下の（２）式で表される。

尚、上記（１），（２）式中において、ｃ_０は真空中の光速であり、ｎ_０は空気の屈折率であり、ｎ_１はＳｉ単結晶の屈折率であり、ｔは位相補償器１５の厚みである。また、Ｌ_１は分岐光Ｌ１の光路の物理長であり、Ｌ_２は分岐光Ｌ２の光路の物理長であり、Ｌは物理長Ｌ_１，Ｌ_２の差（Ｌ_１−Ｌ_２）である。上記（２）式を上記（１）式に代入すると、光路長差ΔＬ_Ｏは以下の（３）式で表すことができる。

上記（３）式で表される光路長差ΔＬ_Ｏの温度変化を求めると、下記（４）式で表される。

ここで、光路長差ΔＬ_Ｏの温度変化（上記（４）式の左辺）を０とすると、下記（５）式のように整理することでができ、分岐光Ｌ１，Ｌ２の光路の物理長の差Ｌと位相補償器１５の厚さｔとの比率を求めることができる。但し、空気の屈折率ｎ_０はほぼ１である。尚、以下の（５）式において、α_Ｍは遅延干渉計１の筐体（図示省略）を構成する金属材料の線膨張係数であり、α_１はＳｉ単結晶の線膨張係数である。また、ｄｎ_１／ｄＴはＳｉ単結晶の屈折率温度係数であり、ｄｎ_０／ｄＴは空気の屈折率温度係数である。

ここで、例えば遅延干渉計１の筐体を構成する金属材料がコバールである場合には、線膨張係数α_Ｍは例えば以下の値をとる。
α_Ｍ＝６×１０^−６
また、Ｓｉ単結晶の線膨張係数α_１、屈折率ｎ_１、及び屈折率温度係数ｄｎ_１／ｄＴ、並びに、空気の屈折率温度係数ｄｎ_０／ｄＴは例えば以下の値をとる。
α_１＝２．４×１０^−６
ｎ_１＝３．５
ｄｎ_１／ｄＴ＝１．３×１０^−４
ｄｎ_０／ｄＴ＝−１．０×１０^−６

これらの値を上記（５）式に代入すると、分岐光Ｌ１，Ｌ２の光路の物理長の差Ｌを１４［ｍｍ］にした場合には、位相補償器１５の厚みｔを０．５３［ｍｍ］にすれば良いことがわかる。つまり、上記のような設計例に基づいて位相補償器１５を作製し、分岐光Ｌ２の光路上に配置することにより、温度変化によって筐体の膨張が発生した場合であっても、光路長差ΔＬ_Ｏの温度変化を補償することができ、遅延干渉計１の特性の安定性を保持することができる。

次に、上記構成における干渉計１の動作について説明する。入射ポートＰ１から入射された入射光Ｌ０は、入射レンズ１１によって平行光に変換された後にビームスプリッタ１２の分岐膜１２ｃに入射して分岐光Ｌ１，Ｌ２に分岐される。分岐膜１２ｃで分岐された分岐光Ｌ１は、直角プリズムミラー１３が配置された方向に射出されて直角プリズムミラー１３に入射した後、分岐膜１２ｄに向けて反射される。直角プリズムミラー１３で反射された分岐光Ｌ１は、透明部材１２ａを透過した後に光学接着剤１８を通過してから分岐膜１２ｄに入射する。

これに対し、分岐膜１２ｃで分岐された分岐光Ｌ２は、光学接着剤１８を通過してから直角プリズムミラー１４が配置された方向に射出されて位相補償器１５を通過した後に直角プリズムミラー１３に入射して分岐膜１２ｄに向けて反射され、再度位相補償器１５を通過した後にビームスプリッタ１２に入射する。ビームスプリッタ１２に入射した分岐光Ｌ２は、透明部材１２ｂを透過した後に分岐膜１２ｄに入射する。このように、本実施形態では、分岐膜１２ｃで分岐されてから分岐膜１２ｄに入射するまでに分岐光Ｌ１，Ｌ２は光学接着剤１８を１度ずつ通過することになる。

分岐膜１２ｄに分岐光Ｌ１，Ｌ２が入射すると、合波されて干渉光が生成される。そして、この干渉により得られた干渉光が所定の強度比（例えば、１対１）で分岐されて干渉光Ｌ３，Ｌ４として射出される。干渉光Ｌ３，Ｌ４は、射出レンズ１６，１７で集光されて射出ポートＰ２，Ｐ３からそれぞれ射出される。

以上の通り、本実施形態では、ビームスプリッタ１２と直角プリズムミラー１４との間における分岐光Ｌ２の光路上に位相補償器１５を配置し、温度変化による分岐光Ｌ１の光路長の変化を、分岐光Ｌ２の光路長の変化と位相補償器１５の屈折率温度依存性とにより相殺（補償）している。このため、温度変化が生じても干渉計１の大幅な特性の変化が生ずることなく安定且つ正確な動作を行うことができる。

また、本実施形態では、分岐膜１２ｃが斜面に部分的に形成された透明部材１２ａと分岐膜１２ｄが斜面に部分的に形成された透明部材１２ｂとを、分岐膜１２ｃ，１２ｄ同士が重ならないように、透明部材１２ａの斜面と透明部材１２ｂの斜面とを光学接着剤１８により貼り合わせてなるビームスプリッタ１２を備えており、分岐膜１２ｃで分岐されてから分岐膜１２ｄに入射するまでに、分岐光Ｌ１，Ｌ２の各々が１度ずつ光学接着剤１８を通過するようにしている。このため、温度変化が生じた場合に分岐光Ｌ１，Ｌ２の何れか一方のみの光路長が何れか他方の光路長に比べて大きく変動するといった事態を防止することができ、これにより安定且つ正確な動作を行うことができる。

更に、本実施形態では、ビームスプリッタ１２の分岐膜１２ｃで反射された分岐光Ｌ１に対する透明部材１２ｂと分岐膜１２ｄとの位置関係が、入射光Ｌ０に対するビームスプリッタ１２の透明部材１２ａと分岐膜１２ｃとの位置関係とは逆になるようにビームスプリッタ１２が配置されている。このため、入射光Ｌ０がビームスプリッタ１２の分岐膜１２ｃで分岐される際に分岐光Ｌ１，Ｌ２間の位相差が生じたとしても、その位相差は分岐光Ｌ１，Ｌ２がビームスプリッタ１２の分岐膜１２ｄに入射することにより補償され、遅延干渉計１の位相が入射光Ｌ０の偏光状態によって変化する現象（ＰＤＦＳ：Polarization Dependent Frequenc Shift）も低減される。

〔第２実施形態〕
図５は、本発明の第２実施形態による干渉計の要部構成を示す図である。尚、図５においては、図１に示した部材と同一の部材については同一の符号を付してある。図５に示す通り、本実施形態の干渉計２は、図１のビームスプリッタ１２に代えてビームスプリッタ３１（第１分岐素子）及びビームスプリッタ３２（第２分岐素子）を備えるマイケルソン型の遅延干渉計である。

ビームスプリッタ３１は、断面形状が直角二等辺三角形である三角柱形状の透明部材３１ａ（第１透明部材）と、同形状の透明部材３１ｂ（第２透明部材）とを有する。透明部材３１ａの上記直角二等辺三角形の斜辺を含む面である斜面上には分岐膜３１ｃが形成されており、ビームスプリッタ３１は、透明部材３１ｂの斜面を透明部材３１ａの分岐膜３１ｃが形成された斜面に光学接着剤３３により貼り合わせてなるものである。このビームスプリッタ３１は、図１に示すビームスプリッタ１２と同様に、入射光Ｌ０を所定の強度比（例えば、１対１）を有する分岐光Ｌ１（第１分岐光）と分岐光Ｌ２（第２分岐光）とに分岐する。上記の透明部材３１ａ，３１ｂは、例えばガラスの一種である「ＢＫ７」からなり、上記の分岐膜３１ｃは、例えば誘電体多層膜、金属の薄膜、又は誘電体多層膜と金属の薄膜とを組み合わせた薄膜等である。

ビームスプリッタ３２は、ビームスプリッタ３１と同様の構造であり、直角プリズムミラー１３，１４の各々で反射された分岐光Ｌ１，Ｌ２を合波して干渉させるとともに、干渉により得られた干渉光を所定の強度比（例えば、１対１）を有する干渉光Ｌ３と干渉光Ｌ４とに分岐する。具体的に、ビームスプリッタ３２は、断面形状が直角二等辺三角形である三角柱形状の透明部材３２ａ（第１透明部材）と、同形状の透明部材３２ｂ（第２透明部材）とを有し、透明部材３２ａの上記直角二等辺三角形の斜辺を含む面である斜面上には分岐膜３２ｃが形成されており、透明部材３２ｂの斜面を透明部材３２ａの分岐膜３２ｃが形成された斜面に光学接着剤３４により貼り合わせてなるものである。

上記の透明部材３２ａ，３２ｂは、ビームスプリッタ３１が備える透明部材３１ａ，３１ｂと同様に、例えばガラスの一種である「ＢＫ７」からなり、上記の分岐膜３２ｃは、例えば誘電体多層膜、金属の薄膜、又は誘電体多層膜と金属の薄膜とを組み合わせた薄膜等である。尚、ビームスプリッタ３２の分岐膜３２ｃはビームスプリッタ３１の分岐膜３１ｂと同一の構造を有し、ビームスプリッタ３１，３２は、同様の反射・透過特性（好ましくは、同一の反射・透過特性）を有する。

ここで、ビームスプリッタ３２は、ビームスプリッタ３１で反射された分岐光Ｌ１に対する透明部材３２ａと透明部材３２ｂとの位置関係が、入射光Ｌ０に対するビームスプリッタ３１の透明部材３１ａと透明部材３１ｂとの位置関係とは逆になるように配置される。つまり、ビームスプリッタ３１は、入射光Ｌ０が分岐膜３１ｃが形成された透明部材３１ａを介して分岐膜３１ｃに入射し、次いで分岐膜３１ｃを透過した光（分岐光Ｌ２）が光学接着剤３４を通過した後で透明部材３１ｂに入射する位置関係に配置されている。これに対し、ビームスプリッタ３２は、ビームスプリッタ３１で反射された分岐光Ｌ１が最初に透明部材３２ｂに入射し、次いで光学接着剤３４を通過した後で分岐膜３２ｃに入射して分岐膜３２ｃを通過した光が、光学部材３２ａ（分岐膜３２ｃが形成された光学部材３２ａ）を透過する位置関係に配置されている。

ビームスプリッタ３１に対するビームスプリッタ３２の配置を上記の配置にしているため、本実施形態の干渉計２は、第１実施形態の干渉計１と同様に、温度変化が生じた場合に分岐光Ｌ１，Ｌ２の何れか一方のみの光路長が何れか他方の光路長に比べて大きく変動するといった事態を防止することができ、これにより安定且つ正確な動作を行うことができる。また、入射光Ｌ０がビームスプリッタ３１の分岐膜３１ｃで分岐される際に分岐光Ｌ１，Ｌ２間の位相差が生じたとしても、その位相差は分岐光Ｌ１，Ｌ２がビームスプリッタ３２の分岐膜３２ｃに入射することにより補償されるため。遅延干渉計２の位相が入射光Ｌ０の偏光状態によって変化する現象ＰＤＦＳも低減することができる。

また、本実施形態においても、ビームスプリッタ１２と直角プリズムミラー１４との間における分岐光Ｌ２の光路上に位相補償器１５を配置し、温度変化による分岐光Ｌ１の光路長の変化を、分岐光Ｌ２の光路長の変化と位相補償器１５の屈折率温度依存性とにより相殺（補償）している。このため、干渉計１と同様に、温度変化が生じても干渉計２の大幅な特性の変化が生ずることなく安定且つ正確な動作を行うことができる。

〔波長測定装置〕
図６は、本発明の第１実施形態による干渉計１を備える波長測定装置の要部構成を示す図である。図６に示す通り、本実施形態の波長測定装置５は、図１に示す干渉計１に１／８波長板４１を追加するとともに、干渉計１が備える射出レンズ１６に代えて偏光ビームスプリッタ４２及びフォトダイオード４３ａ，４３ｂを設け、干渉計１が備える射出レンズ１７に代えて偏光ビームスプリッタ４４及びフォトダイオード４５ａ，４５を設けた構成である。

１／８波長板４１は、干渉計１が備えるビームスプリッタ１２と直角プリズムミラー１３との間の分岐光Ｌ１の光路上に配置されており、例えば分岐光Ｌ１の偏光状態を直線偏光から楕円偏光に変換する。ここで、１／８波長板４１は、分岐光Ｌ１の往路及び復路の双方に挿入されているため、分岐光Ｌ１が光路を往復すると偏光状態が９０度変化することになる。

偏光ビームスプリッタ４２は、分岐膜１２ｄで得られる干渉光（分岐光Ｌ１，Ｌ２の干渉光）の一方をその偏光状態に応じて分岐する。具体的には、紙面に平行な偏光状態を有する干渉光と紙面に垂直な偏光状態を有する干渉光とに分岐する。フォトダイオード４３ａ，４３ｂは、偏光ビームスプリッタ４２で分岐された干渉光をそれぞれ個別に受光する。同様に、偏光ビームスプリッタ４４は、分岐膜１２ｄで得られる干渉光（分岐光Ｌ１，Ｌ２の干渉光）の他方をその偏光状態に応じて分岐し、フォトダイオード４５ａ，４５ｂは、偏光ビームスプリッタ４４で分岐された干渉光をそれぞれ個別に受光する。

上記構成の波長測定装置において、入射ポートＰ１から入射光Ｌ０が入射されると、入射レンズ１１によって平行光に変換された後にビームスプリッタ１２の分岐膜１２ｃに入射して分岐光Ｌ１，Ｌ２に分岐される。分岐膜１２ｃで分岐された分岐光Ｌ１は、直角プリズムミラー１３が配置された方向に射出されて直角プリズムミラー１３に入射した後、分岐膜１２ｄに向けて反射される。このとき、ビームスプリッタ１２と直角プリズムミラー１３との間の光路上には、１／８波長板４１が配置されているため、分岐光Ｌ１の偏光状態は９０度変化する。１／８波長板４１を２回通過した分岐光Ｌ１は、透明部材１２ａを透過した後に光学接着剤１８を通過してから分岐膜１２ｄに入射する。

これに対し、分岐膜１２ｃで分岐された分岐光Ｌ２は、光学接着剤１８を通過してから直角プリズムミラー１４が配置された方向に射出されて位相補償器１５を通過した後に直角プリズムミラー１３に入射して分岐膜１２ｄに向けて反射され、再度位相補償器１５を通過した後にビームスプリッタ１２に入射する。ここで、分岐光Ｌ２の光路上には波長板が配置されていないため、分岐光Ｌ２の偏光状態は変化しない。ビームスプリッタ１２に入射した分岐光Ｌ２は、透明部材１２ｂを透過した後に分岐膜１２ｄに入射する。

分岐膜１２ｄには偏光状態が９０度変化した分岐光Ｌ１と偏光状態が変化していない分岐光Ｌ２とが入射して合波されて干渉光が生成される。そして、この干渉により得られた干渉光が所定の強度比（例えば、１対１）で分岐され、一方の干渉光は偏光ビームスプリッタ４２に入射し、他方の干渉光は偏光ビームスプリッタ４４に入射する。偏光ビームスプリッタ４２に入射した干渉光はその偏光状態に応じて分岐されてフォトダイオード４３ａ，４３ｂに入射し、偏光ビームスプリッタ４４に入射した干渉光はその偏光状態に応じて分岐されてフォトダイオード４５ａ，４５ｂに入射する。そして、フォトダイオード４３ａ，４３ｂ，４５ａ，４５ｂの受光結果から波長の変化が測定される。

以上の通り、本実施形態の波長測定装置は、図１に示した干渉計１と同様に、ビームスプリッタ１２と直角プリズムミラー１４との間における分岐光Ｌ２の光路上に位相補償器１５を配置し、温度変化による分岐光Ｌ１の光路長の変化を、分岐光Ｌ２の光路長の変化と位相補償器１５の屈折率温度依存性とにより相殺（補償）している。このため、温度変化が生じても干渉計１の大幅な特性の変化が生ずることなく安定且つ正確な動作を行うことができる。

また、本実施形態の波長測定装置は、図１に示した干渉計１と同様に、分岐膜１２ｃで分岐されてから分岐膜１２ｄに入射するまでに、分岐光Ｌ１，Ｌ２の各々が１度ずつ光学接着剤１８を通過するようにしている。このため、温度変化が生じた場合に分岐光Ｌ１，Ｌ２の何れか一方のみの光路長が何れか他方の光路長に比べて大きく変動するといった事態を防止することができ、これにより安定且つ正確な動作を行うことができる。

更に、本実施形態では、ビームスプリッタ１２の分岐膜１２ｃで反射された分岐光Ｌ１に対する透明部材１２ｂと分岐膜１２ｄとの位置関係が、入射光Ｌ０に対するビームスプリッタ１２の透明部材１２ａと分岐膜１２ｃとの位置関係とは逆になるようにビームスプリッタ１２が配置されている。このため、入射光Ｌ０がビームスプリッタ１２の分岐膜１２ｃで分岐される際に分岐光Ｌ１，Ｌ２間の位相差が生じたとしても、その位相差は分岐光Ｌ１，Ｌ２がビームスプリッタ１２の分岐膜１２ｄに入射することにより補償され、遅延干渉計１の位相が入射光Ｌ０の偏光状態によって変化する現象（ＰＤＦＳ）も低減される。

以上、本発明の実施形態による干渉計及び波長測定装置について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、図１に示す干渉計１とほぼ同様の構成を備える波長測定装置を例に挙げたが、波長測定装置は図５に示す干渉計２とほぼ同様の構成を備えるものであっても良い。また、叙述した干渉計１，２は、波長測定装置以外に、特許文献１に挙げたＷＤＭ光通信システムの復調器（例えば、二つのフォトダイオードからなるバランス型光検出器を備え、差動位相変調（ＤＰＳＫ）信号の復調器等）に設けることも可能である。

また、上記実施形態では、位相補償器１５を構成する熱光学効果媒質としてＳｉ単結晶を用いた場合を説明したが、多結晶や非晶質のＳｉ材料を用いても良いし、他の光透過性の半導体材料（ＧａＡｓやＩｎＰ等）を用いても良い。また、高い屈折率温度依存性及び光透過性を有するものであれば、他の熱光学効果媒質を用いても良い。また、上記実施形態では、分岐光Ｌ２の光路上に位相補償器１５が配置されている構成を例に挙げたが、例えば位相補償器１５を構造上厚くする必要がある場合は、分岐光Ｌ１の光路上に厚みが薄い位相補償器を挿入し、両者の厚さの差によって温度補償量を決定することも可能である。同様に、図６に示す１／８波長板４１についても、分岐光Ｌ２の光路上のみに配置しても良く、或いは分岐光Ｌ１，Ｌ２の双方の光路上に配置しても良い。但し、波長板を分岐光Ｌ１，Ｌ２の双方の光路上に配置する場合には、分岐光Ｌ１，Ｌ２の偏光状態が９０度だけ異なるよう各々の光路上に配置する波長板の組み合わせを選択する必要がある。

また、分岐光Ｌ１に対する分岐膜１２ｄ、透明部材１２ｂ、及び光学接着剤１８の位置関係、並びに、入射光Ｌ０に対する分岐膜１２ｃ、透明部材１２ａ、及び光学接着剤１８の位置関係は図１に示すものには制限されない。例えば、分岐光Ｌ１に対する分岐膜１２ｄ、透明部材１２ｂ、及び光学接着剤１８の位置関係と、入射光Ｌ０に対する分岐膜１２ｃ、透明部材１２ａ、及び光学接着剤１８の位置関係とがそれぞれ逆になるようにビームスプリッタ１２を配置することもできる。これは、図５に示すビームスプリッタ３１，３２の関係についても同様である。

本発明の第１実施形態による干渉計の要部構成を示す図である。 ビームスプリッタ１２の分解図である。 ビームスプリッタ１２の変形例を示す分解図である。 位相補償器１５の構成例を示す図である。 本発明の第２実施形態による干渉計の要部構成を示す図である。 本発明の第１実施形態による干渉計１を備える波長測定装置の要部構成を示す図である。 従来の遅延干渉計の構成を示す図である。

符号の説明

１，２ 干渉計
５ 波長測定装置
１２ ビームスプリッタ
１２ａ，１２ｂ 透明部材
１２ｃ，１２ｄ 分岐膜
１３，１４ 直角プリズムミラー
１５ 位相補償器
１８ 光学接着剤
３１，３２ ビームスプリッタ
３１ａ，３１ｂ 透明部材
３１ｃ 分岐膜
３２ａ，３２ｂ 透明部材
３２ｃ 分岐膜
３３，３４ 光学接着剤
４１ １／８波長板
４２，４４ 偏光ビームスプリッタ
４３ａ，４３ｂ フォトダイオード
４５ａ，４５ｂ フォトダイオード
Ｌ０ 入射光
Ｌ１，Ｌ２ 分岐光

Claims (6)

1. 入射光を第１分岐光と第２分岐光とに分岐するとともに、互いに異なる光路を介した前記第１分岐光と前記第２分岐光とを干渉させる干渉計において、
   所定の面上に部分的に第１分岐膜が形成された第１透明部材と、所定の面上に部分的に第２分岐膜が形成された第２透明部材とを有し、前記第１，第２分岐膜が互いに重ならないように前記第１透明部材の前記所定面と前記第２透明部材の前記所定面とを貼り合わせてなり、前記入射光を前記第１分岐膜で反射及び透過させて前記第１分岐光と前記第２分岐光とに分岐するとともに、互いに異なる光路を介した前記第１分岐光と前記第２分岐光とを前記第２分岐膜で干渉させる分岐素子と、
   前記分岐素子の前記第１分岐膜で分岐された前記第１分岐光を前記分岐素子の前記第２分岐膜に向けて反射する第１反射部材と、
   前記分岐素子の前記第１分岐膜で分岐された前記第２分岐光を前記分岐素子の前記第１分岐膜に向けて反射する第２反射部材と、
   前記分岐素子と前記第１反射部材との間における前記第１分岐光の光路、及び前記分岐素子と前記第２反射部材との間における前記第２分岐光の光路の少なくとも一方の光路上に配置され、屈折率温度依存性を有する熱光学効果媒質からなる位相補償器と
   を備えることを特徴とする干渉計。
2. 前記第１，第２透明部材は、断面形状が直角二等辺三角形である三角柱形状であって、
   前記第１分岐膜が形成される前記所定の面は、前記第１透明部材の前記直角二等辺三角形の斜辺を含む斜面であり、
   前記第２分岐膜が形成される前記所定の面は、前記第２透明部材の前記直角二等辺三角形の斜辺を含む斜面である
   ことを特徴とする請求項１記載の干渉計。
3. 前記分岐素子と前記第１反射部材との間における前記第１分岐光の光路、及び前記分岐素子と前記第２反射部材との間における前記第２分岐光の光路の少なくとも一方の光路上に配置された波長板を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の干渉計。
4. 入射光を第１分岐光と第２分岐光とに分岐するとともに、互いに異なる光路を介した前記第１分岐光と前記第２分岐光とを干渉させる干渉計において、
   分岐膜が形成された第１透明部材と、当該第１透明部材の前記分岐膜側に貼り合わせた第２透明部材とを有し、前記入射光を反射及び透過させて前記第１分岐光と前記第２分岐光とに分岐する第１分岐素子と、
   分岐膜が形成された第１透明部材と、当該第１透明部材の前記分岐膜側に貼り合わせた第２透明部材とを有し、前記第１分岐素子で反射された前記第１分岐光に対する前記第１透明部材と前記第２透明部材との位置関係が、前記入射光に対する前記第１分岐素子の前記第１透明部材と前記第２透明部材との位置関係とは逆になるよう配置され、互いに異なる光路を介した前記第１分岐光と前記第２分岐光とを干渉させる第２分岐素子と、
   前記第１分岐素子で分岐された前記第１分岐光を前記第２分岐素子に向けて反射する第１反射部材と、
   前記第１分岐素子で分岐された前記第２分岐光を前記第２分岐素子に向けて反射する第２反射部材と、
   前記第１，第２分岐素子と前記第１反射部材との間における前記第１分岐光の光路、及び前記第１，第２分岐素子と前記第２反射部材との間における前記第２分岐光の光路の少なくとも一方の光路上に配置され、屈折率温度依存性を有する熱光学効果媒質からなる位相補償器と
   を備えることを特徴とする干渉計。
5. 前記第１，第２分岐素子がそれぞれ備える前記第１，第２透明部材は、断面形状が直角二等辺三角形である三角柱形状であり、
   前記分岐膜は、前記第１透明部材の前記直角二等辺三角形の斜辺を含む斜面に形成され、
   前記第１，第２透明部材は、前記斜面同士を貼り合わせてなる
   ことを特徴とする請求項４記載の干渉計。
6. 入射光の波長を測定する波長測定装置において、
   請求項３記載の干渉計と、
   前記干渉計で得られる干渉光をその偏光状態に応じて分岐する偏光分岐素子と、
   前記偏光分岐素子で分岐された干渉光を受光する受光素子と
   を備えることを特徴とする波長測定装置。

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