JP2011007655A - 光デバイスの特性測定装置および特性測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光デバイスの特性を精度よく且つ低コストにて測定する方法および装置を提供する。
【解決手段】光源１００と、前記光源からの光の偏光方向を調整する偏光子１０４と、前記偏光方向が調整された光を伝搬する光ファイバー１０６と、所定位置に配置され、複屈折性を有するフィルターを含む光デバイス１２０の入力端子の位置に対し、前記光ファイバー１０６の出力端部の位置を調整する調芯手段１０８と、前記光ファイバー１０６を介して前記入力端子から前記光デバイス１２０に入力され、この光デバイスを透過した光のうち、前記フィルター１２０から出力された光を検出する検出手段１３２と、前記調整された光の偏光方向と、前記検出された光の周波数および強度とに基づいて前記フィルターから出力された光の偏光方向を分析する偏光方向分析手段１３８とを少なくとも備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、光デバイスの特性測定装置および特性測定方法に関する。

光フィルターや光スイッチなど、導波路を用いて信号を処理する光デバイスには、光を分岐する機能や、自由に曲直できる機能の他、伝搬する光の減衰をできる限り小さくすることなどの特性が求められる。このような要求から、光フィルターや光スイッチなどの光デバイスの特性を向上させるための研究・開発が活発になされている。

一般に、光デバイスに形成される導波路は、その加工の便宜上、断面が扁平な形状となっているため、伝搬する光の偏光方向によって導波路の特性に差異が生じる。このような光の偏光方向に対する依存性は、導波路を有する光デバイスにも現れ、特に、波長多重技術に関わる光フィルターや光スイッチなどでは顕著に現れる。このため、試作段階の光デバイスの特性を評価する際には、光デバイスに入力された光を、電場が導波路の扁平な断面の長手方向を向くＴＥ光と、電場が導波路の短手方向を向くＴＭ光とに分け、ＴＥ光およびＴＭ光のそれぞれに対する特性を別個に評価する必要がある。

従来の光デバイスの特性測定装置および特性測定方法を、図７〜図９を参照して説明する。
従来の特性測定装置は、図７，図８に示すように、偏光をもたない光を生成する光源１００、光源１００からの光を伝搬する光ファイバー１０２および１０６、光源から照射される光の偏光方向を所望の向きに調整する第１の偏光子１０４、光ファイバー１０６の端部の位置を調整する調芯機１０８、光ファイバー１０６からの光の偏光方向を調べる際に用いる第２の偏光子１１０およびＣＣＤカメラ１１２、試料となる光デバイス３２０の位置を調整するＸＹＺステージ１１４、光デバイス３２０から出力された光を検出・分析するスペクトル分析器１３２、光デバイス３２０から出力される光をスペクトル分析器１３２に伝搬する光ファイバー１３０から構成される。

従来の光デバイスの特性測定方法は、図９に示すように、大きく分けて、光源１００からの光の偏光方向を調節する工程（ステップＳ３１０）、光デバイス３１０を配置すると共に光ファイバー１０６の位置を調節する工程（ステップＳ３２０）、光デバイス３２０に光を入力して出力された光を検出する工程（ステップＳ３３０）、光デバイス３２０の特性を分析する工程（ステップＳ３４０）、という四つの工程から構成されている。以下、各工程を順番に説明する。

まず、第１の偏光子１０４の向き調節することにより、光源１００からの光の偏光方向を調節する（ステップＳ３１０）。具体的には、図７に示すように、光源１００からの光を第１の偏光子１０４を介して光の偏光方向を調節したうえで第２の偏光子１１０に入射し、その透過光をＣＣＤカメラ１１２で検出する。ここで、たとえば、第２の偏光子１１０の向きを電場の向きが水平であるＴＥ光のみを抽出するよう調整しておき、ＣＣＤカメラ１１２で検出した透過光の強度が最大になるように、光ファイバー１０６の端部の位置や，第１の偏光子１０４の向きを調整することにより、光源１００から第２の偏光子１１０に入力される光の偏光方向をＴＥ光の向きに調整することができる。なお、光ファイバー１０６の端部の位置が変化しないよう、光ファイバー１０６の端部付近を調芯機１０８のチャックにより機械的に固定しておく。

次いで、図８に示すように、第２の偏光子１１０を退け、もともと第２の偏光子１１０があった位置に試料となる光デバイス３２０を配置する（ステップＳ３２０）。この状態で、光源１００から第１の偏光子１０４および光ファイバー１０６を介して光デバイス３２０に光を照射し、その透過光をスペクトル分析器１３２で検出する（ステップＳ３３０）。このようにして検出した透過光の周波数・強度を分析することにより、光デバイス３２０の特性を測定することが可能となる（ステップＳ３４０）。

ところで、光デバイス３２０の大きさが約数ｍｍ角と小さいときには、図９のステップＳ３２０の工程において、光デバイス３２０の入力端子と光ファイバー１０６の端部との位置関係を５０ｎｍ程度の微細なオーダーで調整する必要が生じる場合がある。光デバイス３２０を搭載するＸＹＺステージ１１４は、このような数十ｎｍオーダーでの微調整には対応できないのに対し、光ファイバー１０６の端部の位置を調整する調芯機１０８はこのような微細なオーダーでの位置調整にも対応することができる。このため、通常、ＸＹＺステージ１１４により光デバイス３２０を移動させて、おおよその位置関係の調整を行なった後に、光ファイバー１０６の端部の位置を調芯機１０８により調整することで最終的な調芯を行なっている。

ところが、調芯機１０８により光ファイバー１０６の端部の位置を調整した場合、光ファイバー１０６に加わる応力が変化することに起因して、光ファイバー１０６の内部に僅かなひずみが生じる。この場合、光ファイバー１０６の内部に生じた僅かなひずみにより、光ファイバー１０６の内部を透過する光や，光ファイバー１０６を透過して光デバイス３２０に入力される光の偏光方向も僅かながら変化してしまう恐れがある。内部を透過する光の偏光方向を維持する特殊な光ファイバーも市販されているが、その信頼性はそれほど高くない。
すなわち、せっかく図９のステップＳ３１０の工程によって光源１００からの光の偏光方向をＴＥ光に調整したとしても、図９のステップＳ３２０の工程で光ファイバー１０６の端部の位置を調整することに起因して、ステップＳ３３０の工程で光デバイス３２０に入力する光の偏光方向がＴＥ光から変化してしまう恐れがある。

従来の手法では、図９のステップＳ３２０の工程に起因した光の偏光方向の変化はないか、または無視できるほど小さいという前提のもと、光の偏光方向の変化を修正せずに光デバイス３２０の特性を分析している。しかしながら、光デバイス３２０の特性を測定する際の信頼性を高めるためには、実際に光デバイス３２０に入力された光の偏光方向を正確にモニターすることが望ましい。
そこで、被検査対象である光デバイス３２０自体にＴＥ光およびＴＭ光をそれぞれ別個に分けて検出する偏光検出素子を形成して、実際に光デバイス３２０に入力された光の偏光方向を直接モニターするという方法が考えられる。

たとえば、特許文献１には、ジオデシックレンズによりＴＥ光およびＴＭ光が互いに異なる地点に集光することを利用した偏光検出素子が記載されてる。この偏光検出素子では、ＴＥ光およびＴＭ光の混ざった光をグレーティングカプラを介して基板上の光導波層に導波するとともに、同じ基板上のジオデシックレンズを用いてＴＥ光およびＴＭ光をそれぞれ別の位置に集光させ、異なる位置に集光したＴＥ光およびＴＭ光をそれぞれ同一基板上に形成された光電変換素子により電流に変換し、同じ基板上に搭載されたアンプを介して電流信号として観測している。

特開平５−３３４７５８号公報

特許文献１に記載されたようなジオデシックレンズや光電変換素子を、試作段階の光デバイス上に形成して光を照射してその透過光であるＴＥ光およびＴＭ光それぞれの振る舞いを調べることができれば、ＴＥ光およびＴＭ光それぞれに対するデバイスの応答を調べることが可能になるとも考えられる。
しかしながら、特許文献１に記載されたジオデシックレンズは、焦点距離が通常２０ｍｍ程度と光デバイスの大きさに比べると長いので、たとえば、光デバイスの大きさが数ｍｍ角程度と小さい場合にはこの方法を採用することはできない。また、光デバイス中に光電変換素子を形成する必要があるため、試作段階の光デバイスの特性を評価する方法としては、工数およびコストが嵩みすぎてしまうという問題もある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、光デバイスの特性を精度よく且つ低コストにて測定する方法および装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる光デバイスの特性測定装置は、光源と、前記光源からの光の偏光方向を調整する偏光子と、前記偏光方向が調整された光を伝搬する光ファイバーと、所定位置に配置され、複屈折性を有するフィルターを含む光デバイスの入力端子の位置に対し、前記光ファイバーの出力端部の位置を調整する調芯手段と、前記光ファイバーを介して前記入力端子から前記光デバイスに入力され、この光デバイスを透過した光のうち、前記フィルターから出力された光を検出する検出手段と、前記調整された光の偏光方向と、前記検出された光の周波数および強度とに基づいて前記フィルターから出力された光の偏光方向を分析する偏光方向分析手段とを少なくとも備える。

このような本発明にかかる光デバイスの特性測定装置において、前記光デバイスは、入力された光を処理して出力する複数の機能部を有し、これらの機能部は、前記入力端子から入力された光を分岐する方向性結合器と、前記フィルターと、その他の機能部とを含み、前記方向性結合器は、分岐した光を前記フィルターと前記その他の機能部とにそれぞれ入力するものとしてもよい。

また、本発明にかかる光デバイスの特性測定装置において、前記光ファイバーを介して前記入力端子から前記光デバイスに入力され、この光デバイスを透過した光のうち、前記その他の機能部から出力された光を分析する分析手段をさらに備えるものとしてもよい。

さらに、本発明にかかる光デバイスの特性測定装置において、前記フィルターは、二本の導波路と、これら二本の導波路と近接するリング導波路とからなるリング共振器としてもよい。

また、本発明にかかる光デバイスの特性測定装置において、前記偏光方向分析手段は、前記光源から前記光ファイバーを介して出力される光の偏光方向を前記偏光子によりＴＥ光（ＴＭ光）に調整したときには、前記検出された光のうち強度の大きい周波数成分をＴＥ成分（ＴＭ成分）と同定するとともに、強度の小さい周波数成分をＴＭ成分（ＴＥ成分）と同定し、前記同定したＴＥ成分およびＴＭ成分の強度比から前記光デバイスに入力された光の偏光方向を分析する手段としてもよい。

本発明にかかる光デバイスの特性測定方法は、光源からの光の偏光方向を偏光子の向きにより調整する第１の工程と、所定位置に配置され、複屈折性を有するフィルターを含む光デバイスの入力端子の位置に対し、前記光ファイバーの出力端部の位置を調整する第２の工程と、前記偏光方向が調整された光を前記光ファイバーを介して前記入力端子から前記光デバイスに入力するとともに、この光デバイスを透過した光のうち、前記フィルターから出力された光を検出する第３の工程と、前記第１の工程で調整された前記光の偏光方向と、前記第３の工程で検出された光の波長および強度とに基づいて、前記フィルターから出力された光の偏光方向を分析する第４の工程とを少なくとも備える。

このような本発明にかかる光デバイスの特性測定方法において、前記光デバイスは、入力された光を処理して出力する複数の機能部を有し、これらの機能部は、前記入力端子から入力された光を分岐する方向性結合器と、前記フィルターと、その他の機能部とを含み、前記方向性結合器は、分岐した光を前記フィルターと前記その他の機能部とにそれぞれ入力するものとしてもよい。

また、本発明にかかる光デバイスの特性測定方法において、前記光ファイバーを介して前記入力端子から前記光デバイスに入力され、この光デバイスを透過した光のうち、前記その他の機能部から出力された光を分析する第５の工程をさらに含むものとしてもよい。

さらに、本発明にかかる光デバイスの特性測定方法において、前記フィルターは、二本の導波路と、これら二本の導波路と近接するリング導波路とからなるリング共振器としてもよい。

また、本発明に係る光デバイスの特性測定方法において、前記第１の工程は、前記光源から前記光ファイバーを介して出力される光の偏光方向を前記偏光子によりＴＥ光（ＴＭ光）に調整する工程とし、前記第４の工程は、前記第３の工程で検出された光のうち強度の大きい周波数成分をＴＥ成分（ＴＭ成分）と同定するとともに、強度の小さい周波数成分をＴＭ成分（ＴＥ成分）と同定し、前記同定したＴＥ成分およびＴＭ成分の強度比から前記光デバイスに入力された光の偏光方向を分析する工程としてもよい。

本発明にかかる光デバイスの特性測定装置および特性測定方法によれば、偏光子により予め偏光方向が調整された光を複屈折性を有するフィルターを含む光デバイスに入力するとともに、この光デバイスを透過した光のうち前記フィルターから出力された光を検出する。この際、予め調整した偏光方向と、検出した光の周波数および強度とに基づいて、前記フィルターから出力された光の偏光方向の変化を分析することができる。したがって、光ファイバーの調芯作業に際して、光デバイスに入力する光の偏光方向に変化が生じたときでも、この偏光方向の変化をモニターして光デバイスの特性を精度よく測定することができる。
さらに、光デバイスに光電変換素子を形成する必要がないので、低コストにて光デバイスの特性を測定することができる。

また、本発明に係る光デバイスの特性測定装置および特性測定方法によれば、特に、前記光デバイスは、入力された光を処理して出力する複数の機能部を有し、これらの機能部は、前記入力端子から入力された光を分岐する方向性結合器と、前記フィルターと、その他の機能部とを含み、前記方向性結合器は、分岐した光を前記フィルターと前記その他の機能部とにそれぞれ入力するものである場合、前記フィルターを透過した光を検出して分析することにより、光デバイスに入力された光の偏光方向の変化をモニターしながら、前記その他の機能部を透過した光の検出して分析することにより、偏光方向の変化が既知の光に対する前記その他の機能部の特性を測定することができる。したがって、光ファイバーの調芯作業に際して、光デバイスに入力する光の偏光方向に変化が生じたときでも、この偏光方向の変化をモニターしながら前記その他の機能部の特性を精度よく測定することができる。

本発明の実施の形態１に係る特性測定方法において用いられる光デバイスの構成を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る光デバイスの特性測定方法の手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る特性測定方法において用いられる光デバイスを透過した光のスペクトルの一例を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る特性測定方法において用いられる光デバイスの構成を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る光デバイスの特性測定方法の手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る光デバイスの特性測定方法に使用する装置を説明するための図である。 従来の光デバイスの特性測定方法に使用する装置を説明するための図である。 従来の光デバイスの特性測定方法に使用する装置を説明するための図である。 従来の光デバイスの特性測定方法の手順を示すフローチャートである。

［実施の形態１］
以下、本発明の実施の形態１について図を参照しながら詳細に説明する。
本発明の実施の形態１に係る光デバイスの特性測定装置および特性測定方法は、光デバイスに偏光をもつ光を入力するとともに光デバイスから出力された光を検出し、検出した光の周波数・強度を分析することにより光デバイスの特性測定を行なうものである。

まず、本発明の実施の形態１に係る光デバイスの特性測定装置の構成を説明する。
実施の形態１に係る光デバイスの特性測定装置は、背景技術で用いた図７および図８に示すように、偏光をもたない光を生成する光源１００、光源１００からの光を伝搬する光ファイバー１０２および１０６、光源から照射される光の偏光方向を所望の向きに調整する第１の偏光子１０４、光ファイバー１０６の端部の位置を調整する調芯機１０８、光ファイバー１０６からの光の偏光方向を調べる際に用いる第２の偏光子１１０およびＣＣＤカメラ１１２、試料となる光デバイス３２０の位置を調整するＸＹＺステージ１１４、光デバイス３２０から出力された光を検出・分析するスペクトル分析器１３２、光デバイス３２０から出力される光をスペクトル分析器１３２に伝搬する光ファイバー１３０から構成される。
ここで、光源１００が光源に相当し、偏光子１０４，１１０が偏光子に相当し、光ファイバー１０６が光ファイバーに相当し、調芯機１０８やＸＹＺステージ１１４が調芯手段に相当し、光ファイバー１３０とスペクトル分析器１３２との組み合わせが検出手段に相当し、スペクトル分析器１３２が偏光方向分析手段に相当する。
なお、実施の形態１に係る測定装置の各構成要素は、背景技術として説明した従来のものと共通するため、これらについては背景技術と同一の符号を用いた。

次に、本発明の実施の形態１で用いられる光デバイス１２０の構成を説明する。
光デバイス１２０は、数ｍｍ角程度の大きさのＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板の上にリング共振器１２４（複屈折性を有するフィルターに相当する。）が形成されている。フィルターは、ＳＯＩ基板上に形成された直線導波路１２１，１２３と、直線導波路１２１，１２３に近接するリング導波路１２２と、出力端子１２５とを基本的な構成要素としている。
ここで、直線導波路１２１，１２３やリング導波路１２２は、それぞれシリコン（Ｓｉ）からなるコアが、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）などからなる下部クラッド・上部クラッドにより覆われてなる構造をしている。コアは方形あるいは台形で、その各辺は１５０〜５００ｎｍ程度の長さである。
また、出力端子１２５にはＶ字溝が形成されており、光ファイバー１３０の端部をこの出力端子に嵌め込むと共に、接着剤により固定することができるよう構成されている。

次いで、光デバイス１２０に光が入力された際の動作について説明する。
リング共振器１２４を構成する、リング導波路１２２と直線導波路１２１，１２３との間の距離はそれぞれ約１００〜５００ｎｍと、近接している。このため、直線導波路１２１から伝搬されてきた光の一部がクロストークによりリング導波路１２２に伝搬し、リング導波路１２２に共振する所定の周波数の光だけが抽出されたうえで直線導波路１２３を経由して出力端子１２５から出力される。

ここで、リング導波路１２２を構成するシリコンからなるコアの屈折率がＴＥ成分およびＴＭ成分で異なることや導波路の断面形状における幅・厚さの比率などに起因して、光がリング導波路１２２を透過する際の振る舞いは、ＴＥ成分およびＴＭ成分で差異を生じる。このため、リング共振器１２４から抽出されて出力端子１２５から出力される光の周波数は、ＴＥ成分とＴＭ成分とで互いに異なったものとなる。
この互いに異なる周波数として出力されるＴＥ成分およびＴＭ成分の強度を分析することにより、光デバイス１２０に入力された光の偏光方向の変化をモニターすることが可能となる。

次に、本発明の実施の形態１に係る光デバイスの特性測定方法により光デバイス１２０の特性測定を行なう手順を、主に図２を参照して説明する。
実施の形態１に係る光デバイスの特性測定方法は、図２に示すように、大きく分けて、光源１００からの光の偏光方向を調節する工程（ステップＳ１１０）、光デバイス１２０を配置すると共に光ファイバー１０６の位置を調節する工程（ステップＳ１２０）、光デバイス１２０に光を入力して出力された光を検出する工程（ステップＳ１３０）、光デバイス１２０の特性分析を行なう工程（ステップＳ１４０）、という四つの工程から構成されている。以下、各工程を順番に説明する。

まず、第１の偏光子１０４の向きを調整することにより、光源１００からの光の偏光方向を調整する（ステップＳ１１０）。具体的な調整の仕方は、背景技術の説明ですでに述べた通りである。なお、実施の形態１では、説明の便宜上、第２の偏光子１１０の位置における光の偏光方向をＴＥ光（後述するステップＳ１２０の工程で配置する光デバイス１２０に対するＴＥ光）に調整することにする。

次いで、第２の偏光子１１０を退け、もともと第２の偏光子１１０があった位置に試料となる光デバイス１２０を配置し、光ファイバー１０６の端部の調芯を行なう（ステップＳ１２０）。
ここで、光デバイス１２０の出力端子１２５に、予め光ファイバー１３０の端部のうち一方を嵌め込んで接着剤により固定し、光ファイバー１３０の端部のうち他方をスペクトル分析器１３２と接続しておくことに留意されたい。これにより、光デバイス１２０に光を入力したときに、光デバイス１２０を透過して出力端子１２５から出力される光をスペクトル分析器１３２により検出することができる。
なお、光ファイバー１０６の端部と光デバイス１２０の入力端子である直線導波路１２２との間の位置関係は約５０ｎｍ程度の微細なオーダーで調整する必要があるので、光デバイス１２０を搭載するＸＹＺステージ１１４により光デバイス１２０のおおよその位置調整をした後に、光ファイバー１０６の端部の位置を調芯機１０８により調整し、最終的な調芯を行なう。この場合、光ファイバー１０６に加わる応力が変化することに起因して、光ファイバー１０６の内部を伝搬する光の偏光方向が変化する恐れがあることについては、上述したとおりである。

続いて、光源１００から光デバイス１２０に対して光を入力し、その透過光をスペクトル分析器１３２で検出する（ステップＳ１３０）。
具体的には、まず、光源１００からの光を、図２のステップＳ１１０の工程にて向きを調整した第１の偏光子１０４や図２のステップＳ１２０の工程にて端部の位置を調整した光ファイバー１０６を介して光デバイス１２０の入力端子としての直線導波路１２２に入力する。すると、上述したように、リング共振器１２４から抽出されて出力端子１２５から出力される光の周波数は、ＴＥ成分とＴＭ成分とで互いに異なったものとなるので、スペクトル分析器１３２により検出した光のスペクトルは、図３（ａ）に示すように、互いに周波数が異なる二本のピークとして現れる。これら二本のピークは、一方がスペクトル分析器１３２が検出した光のうちＴＥ成分の強度を現し、他方がＴＭ成分の強度を現している。このため、スペクトル分析器１３２が検出した光がＴＥ成分のみであったときや、ＴＭ成分のみであったときには、図３（ｂ），（ｃ）に示すように、ピークは一本のみ現れる。

次いで、光デバイス１２０の特性分析を行なう（ステップＳ１４０）。
ここでは、光デバイス１２０の機能はもっぱらリング共振器１２４により特定周波数の光を抽出する機能にあるので、たとえば、リング共振器１２４により抽出されたＴＥ光およびＴＭ光の周波数や強度，透過率などが所望の値となっているか否かを調べる。

この際、上述したように、図３（ａ）に示すような、二本のピークをもつスペクトルを得た場合、光の偏光方向の変化を求めるために、二本のピークをそれぞれＴＥ成分およびＴＭ成分のいずれかと同定し、偏光方向の変化が大きいか否かを判断する必要がある。
ここで、図２のステップＳ１２０の工程にて光ファイバー１０６の端部を僅かほどしか動かしていないため、光ファイバー１０６の端部から照射される光の偏光方向の変化も僅かであると考えられる。したがって、二本のピークのうち強度が大きい方を図２のステップＳ１１０の工程にて偏光方向を調整したＴＥ光と同じ偏光方向をもつＴＥ成分と同定し、他方のピークをこれに直交するＴＭ成分と同定することができる。

なお、リング共振器１２４のＴＥ光に対する屈折率とＴＭ光に対する屈折率との間の差が大きいほど、スペクトル分析器１３２により検出された光のうちＴＥ成分の周波数と、ＴＭ成分の周波数との間の差が顕著になる。このため、ＴＥ成分およびＴＭ成分を周波数の差により区別するという観点からは、リング共振器１２４のＴＥ光に対する屈折率とＴＭ光に対する屈折率との間の差はなるべく大きい方が望ましい。この点、リング共振器１２４では、他の形態の共振器に比べてＴＥ光に対する屈折率とＴＭ光に対する屈折率との間の差を大きくしやすいという利点がある。

また、リング共振器１２４の光に対する結合度を低くすることにより、つまり、リング導波路１２２と直線導波路１２１，１２３との間のギャップを大きくすることにより、リング導波路１２２に結合するわずかな周波数幅の光だけが共振できることになり、周波数分解能を高くすることができる。この結果、スペクトルのピークの周波数幅が狭くなり、より同定がしやすくなる。

図３（ａ）に示すような、二本のピークをもつスペクトルを得たならば、目視によりＴＥ成分およびＴＭ成分のおおよその比率を判断することも可能である。しかしながら、このスペクトルに対して、たとえば、二つのローレンツ関数の重ね合わせとしてフィッティングを行なうことによって、ＴＥ成分およびＴＭ成分それぞれの正確な周波数・強度を求めた後に、ＴＥ成分の強度に対するＴＭ成分の強度の比率を求めることもできる。
ここで、ＴＥ成分の強度に対するＴＭ成分の強度の比率は、図２のステップＳ１２０の工程によって生じた光の偏光方向の変化の度合いを示す物理量でもある。したがって、ＴＥ成分の強度に対するＴＭ成分の強度の比率が閾値（たとえば、５％や１０％など）より小さいときに、光の偏光方向の変化は無視できるほど小さいとみなし、得られたスペクトルを、ＴＭ光の混合度が少ない、純粋なＴＥ光に対する光デバイス１２０の応答とみなして分析することができる。
また、ＴＭ成分の強度がより小さくなるよう、スペクトルの変化の様子を観測しながら、第１の偏光子１０４の向きを微調整するという手だても考えられる。

こうして、ＴＥ光に対する光デバイス１２０の応答を分析した後に、スペクトルの変化の様子を観測しながら、第１の偏光子１０４の向きを９０°変更することにより、今度は光デバイス１２０に入力される光を純粋なＴＭ光に調整することもできる。このため、ＴＭ光に対する光デバイス１２０の応答を分析することも容易である。このようにして、ＴＥ光およびＴＭ光の双方に対する光デバイス１２０の応答を精度よく測定することができるのである。

以上、本発明の実施の形態１に係る光デバイスの特性測定方法および特性測定装置によれば、第１の偏光子１０４により予め偏光方向が調整された光をリング共振器１２４を含む光デバイス１２０に入力するとともに、光デバイス１２０を透過した光のうちリング共振器１２４から出力された光を検出する。この際、第１の偏光子１０４により予め調整した偏光方向と、検出した光の周波数および強度とに基づいて、リング共振器１２４から出力された光の偏光方向の変化を分析することができる。したがって、光ファイバー１０６の調芯作業に際して、光デバイス１２０に入力する光の偏光方向に変化が生じたときでも、この偏光方向の変化をモニターして光デバイス１２０の特性を精度よく測定することができる。
さらに、光デバイス１２０に光電変換素子を形成する必要がないので、低コストにて光デバイス１２０の特性を測定することができる。

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について図を参照しながら詳細に説明する。
本発明の実施の形態２に係る光デバイスの特性測定装置および特性測定方法も、実施の形態１と同じく、光デバイスに偏光をもつ光を入力するとともに光デバイスから出力された光を検出し、検出した光の周波数・強度を分析することにより光デバイスの特性測定を行なうものである。

まず、本発明の実施の形態２に係る光デバイスの特性測定装置の構成を説明する。
実施の形態２に係る光デバイスの特性測定装置は、図６および図７に示すように、実施の形態１で用いた、偏光をもたない光を生成する光源１００、光源１００からの光を伝搬する光ファイバー１０２および１０６、光源から照射される光の偏光方向を所望の向きに調整する第１の偏光子１０４、光ファイバー１０６の端部の位置を調整する調芯機１０８、光ファイバー１０６からの光の偏光方向を調べる際に用いる第２の偏光子１１０およびＣＣＤカメラ１１２、試料となる光デバイス３２０の位置を調整するＸＹＺステージ１１４、光デバイス３２０から出力された光を検出・分析するスペクトル分析器１３２、光デバイス３２０から出力される光をスペクトル分析器１３２に伝搬する光ファイバー１３０に加えて、光デバイス２２０から出力される光を検出・分析するスペクトル分析器１３８，光デバイス２２０から出力される光を伝搬する光ファイバー１３６，光ファイバー１３６の端部の位置を調整する調芯機１３４から構成される。
ここで、光源１００が光源に相当し、偏光子１０４，１１０が偏光子に相当し、光ファイバー１０６が光ファイバーに相当し、調芯機１０８やＸＹＺステージ１１４が調芯手段に相当し、光ファイバー１３０とスペクトル分析器１３２との組み合わせが検出手段に相当し、スペクトル分析器１３２が偏光方向分析手段に相当し、スペクトル分析器１３８が分析手段に相当する。
なお、実施の形態２に係る測定装置の各構成要素のうち、背景技術として説明したものと重複するものについては背景技術と同一の符号を用いた。

次に、実施の発明２で用いられる光デバイス２２０の構成を説明する。
光デバイス２２０は、数ｍｍ角程度の大きさのＳＯＩ基板の上に導波路が形成されている点で、実施の形態１に係る光デバイス１２０と共通している。また、リング共振器２２８が設けられている点でも、実施の形態１に係る光デバイス１２０と共通している。
しかしながら、光デバイス２２０には、直線導波路２２１からの光路を二つに分岐する方向性結合器２２２や、方向性結合器２２２により分岐された光路の一方の先にラティスフィルター２２３が設けられている点が、実施の形態１に係る光デバイス１２０とは大きく異なる。
なお、光デバイス２２０はラティスフィルター２２３の特性を測定するために作成された試作段階の試料であり、方向性結合器２２２やリング共振器２２８，出力端子２２９は、ラティスフィルター２２３の特性を測定する際の便宜を図るために設けられたものである。

続いて、光デバイス２２０に光が入力された際の動作について説明する。
直線導波路２２１から入力された光は方向性結合器２２２により二つに分岐され、一方はラティスフィルター２２３へと導波され、他方はリング共振器２２８へと導波される。ここで、方向性結合器２２２は、たとえば入力された光のうち数％〜５０％程度をリング共振器２２８に導波するものとする。
方向性結合器２２２による分岐機能は、入力された光の周波数に依存するものの、数十ＰＨｚ程度の周波数帯域（すなわち、数十ｎｍ程度の波長帯域。）の光をほぼ同じ強度で分岐することが可能である。
なお、ラティスフィルター２２３に伝搬された光は、ラティスフィルター２２３に設けられた回折格子の幅に依存する所望の周波数の光だけが抽出されて、直線導波路２２４から出力されることが期待される。
リング共振器２２８に伝搬され、出力端子２２９から出力される光は、ＴＥ成分とＴＭ成分とで互いに周波数が異なるものとなるが、この理由は上述したとおりである。

次に、本発明の実施の形態２に係る光デバイスの特性測定方法により光デバイス２２０の特性測定を行なう手順を、主に図５を参照して説明する。
実施の形態２に係る光デバイスの特性測定方法は、図５に示すように、大きく分けて、光源１００からの光の偏光方向を調節する工程（ステップＳ２１０）、光デバイス２２０を配置すると共に光ファイバー１０６，１３０の位置を調節する工程（ステップＳ２２０）、光デバイス２２０に光を入力して出力された光を検出する工程（ステップＳ２３０）、検出した光の偏光方向を求める工程（ステップＳ２４０）、光デバイス２２０の特性分析を行なう工程（ステップＳ２５０）、という五つの工程から構成されている。以下、各工程を順番に説明する。

まず、第１の偏光子１０４の角度を調整することにより、光源１００の偏光方向を調整する（ステップＳ２１０）。具体的な調整の仕方は、背景技術の説明ですでに述べた通りである。なお、実施の形態２では、説明の便宜上、第２の偏光子１１０の位置における光の偏光方向をＴＥ光（後述するステップＳ２２０の工程で配置する光デバイス２２０に対してＴＥ光）に調整する。

次いで、第２の偏光子１１０を退け、もともと第２の偏光子１１０があった位置に試料となる光デバイス２２０を配置し、光ファイバー１０６の出力端部や光ファイバー１３６の入力端部の調芯を行なう（ステップＳ２２０）。
光ファイバー１０６の調芯を行なう方法は、実施の形態１で図２のステップＳ１２０で説明した通りである。しかしながら、光デバイス２２０の出力端子２２４に対しても、ＸＹＺステージ１３４を操作することにより光ファイバー１３６の端部の位置を調節して調芯を行なう点が実施の形態１とは異なる。
このような構成にすることにより、後述するように、光デバイス２２０に入力された光の応答を二つのスペクトル分析器１３２，１３８で同時に調べることが可能となる。

続いて、光源１００から光デバイス２２０に対して光を入力し、その透過光をスペクトル分析器１３２，１３８で検出する（ステップＳ２３０）。
詳細には、まず、光源１００からの光を、図５のステップＳ２１０の工程にて向きを調整した第１の偏光子１０４や図５のステップＳ２２０の工程にて端部の位置を調整した光ファイバー１０６を介して光デバイス２２０の入力端子としての直線導波路２２１に入力する。すると、直線導波路２２１に入力された光は方向性結合器２２２により二つに分岐され、一方はラティスフィルター２２３へと導波され、他方はリング共振器２２８へと導波される。そこで、ラティスフィルター２２３を透過して出力端子２２４から出力された光を光ファイバー１３６を介してスペクトル分析器１３８で検出すると共に、リング共振器２２８を透過して出力端子２２９から出力された光を光ファイバー１３０を介してスペクトル分析器１３２により検出する。
ここで、スペクトル分析器１３２により検出した光は、リング共振器２２８を透過しているので、実施の形態１で説明したように、ＴＥ成分とＴＭ成分とで互いに周波数が異なる二本のピークを有するスペクトルとして観測することができる。

次いで、検出した光の偏光方向を分析する（ステップＳ２４０）。
具体的には、実施の形態１で説明した図２のステップＳ１４０と同様の手順によって、スペクトル分析器１３２により検出した光の偏光方向の変化が無視できるほど小さいか否かを調べる。
なお、光デバイス２２０に入力された光は方向性結合器２２２により分岐されているところ、方向性結合器２２２における光結合の程度はＴＥ成分およびＴＭ成分で異なるため、リング共振器２２８まで到達した光のＴＥ成分およびＴＭ成分の割合は、入力された光のＴＥ成分およびＴＭ成分の割合と必ずしも一致するわけではない。しかしながら、モードマッチング法などで計算するとＴＥ成分とＴＭ成分との間の光結合の程度の差は高々３ｄＢと、小さいことが分かっている。

続いて、光デバイス２２０の特性分析を行なう（ステップＳ２５０）。
具体的には、図５のステップＳ２３０の工程にて観測した、ラティスフィルター２２３を透過した光のスペクトルを分析することにより、光デバイス２２０（ラティスフィルター２２３）の特性を評価する。
ここで、ラティスフィルター２２３を透過した光のなかにはＴＥ成分とともに、ＴＭ成分が混合しているおそれがあるが、図５のステップＳ２４０の工程にて、光デバイス２２０に入力された光の偏光方向の変化を調べ、ＴＭ成分の割合が無視できるほど小さいと判断した場合には、スペクトル分析器１３８により検出したラティスフィルター２２３に入力された光に含まれるＴＭ成分の割合も無視できるほど小さいと判断し、スペクトル分析器１３８により得たスペクトルを純粋なＴＥ光に対するラティスフィルター２２３の応答であるとみなして、信頼性の高い分析を行なうことができる。
ここでは、ＴＥ光に対する光デバイス２２０の応答を調べる際の手順を例として説明したが、第１の偏光子１０４の向きを９０°変更することによってＴＭ光に対する光デバイス２２０の応答も調べることができる。

このようにして、ラティスフィルター２２３のＴＥ光およびＴＭ光に対する特性を調べ、所望の結果が得られたときには、次は光デバイス２２０の量産する段階に入る。
ここで、光デバイス２２０の機能がもっぱらラティスフィルター２２３によるものであり、方向性結合器２２２やリング共振器２２８，出力端子２２９は試作品の検査をするために設けられたものであるから、量産する段階では、これらについては設ける必要がないのは言うまでもない。

以上、本発明の実施の形態２に係る光デバイスの特性測定方法および特性測定装置によれば、リング共振器２２８を透過した光を検出して分析することにより、光デバイス２２０に入力された光の偏光方向の変化をモニターしながら、ラティスフィルター２２３を透過した光の検出して分析することにより、偏光方向の変化が既知の光に対するラティスフィルター２２３の特性を測定することができる。したがって、光ファイバー１０６の調芯作業に際して、光デバイス２２０に入力する光の偏光方向に変化が生じたときでも、この偏光方向の変化をモニターしながらラティスフィルター２２３の特性を精度よく測定することができる。

なお、実施の形態２では、光デバイス２２０の主たる機能を果たす構成要素としてラティスフィルター２２３を挙げたが、ラティスフィルター２２３に限定されるものではなく、センサやスプリッタなど、他の構成要素を用いてもかまわない。

また、実施の形態１，２では、リング共振器１２２，２２８を用いて光デバイスに入力された光をＴＥ成分とＴＭ成分とで異なる周波数として分離して抽出しているが、リング共振器に限られず、複屈折性を有するフィルターであれば、たとえばラティスフィルターなど、他の形態のフィルターを用いてもかまわない。

本発明は、光デバイスの製造産業などに利用可能である。

１００…光源、１０２…光ファイバー、１０４…第１の偏光子、１０６…光ファイバー、１０８…調芯機、１１０…第２の偏光子、１１２…ＣＣＤカメラ、１１４…ＸＹＺステージ、１２０…光デバイス、１２１…直線導波路、１２２…リング導波路、１２３…直線導波路、１２４…リング共振器、１２５…出力端子、１３０…光ファイバー、１３２…スペクトル分析器、１３４…調芯機、１３６…光ファイバー、１３８…スペクトル分析器、２２０…光デバイス、２２１…直線導波路、２２２…方向性結合器、２２３…ラティスフィルター、２２４…直線導波路、２２６…リング導波路、２２７…直線導波路、２２８…リング共振器、２２９…出力端子、３２０…光デバイス。

Claims (10)

1. 光源と、
   前記光源からの光の偏光方向を調整する偏光子と、
   前記偏光方向が調整された光を伝搬する光ファイバーと、
   所定位置に配置され、複屈折性を有するフィルターを含む光デバイスの入力端子の位置に対し、前記光ファイバーの出力端部の位置を調整する調芯手段と、
   前記光ファイバーを介して前記入力端子から前記光デバイスに入力され、この光デバイスを透過した光のうち、前記フィルターから出力された光を検出する検出手段と、
   前記調整された光の偏光方向と、前記検出された光の周波数および強度とに基づいて前記フィルターから出力された光の偏光方向を分析する偏光方向分析手段と
   を少なくとも備えることを特徴とする光デバイスの特性測定装置。
2. 請求項１に記載の光デバイスの特性測定装置において、
   前記光デバイスは、入力された光を処理して出力する複数の機能部を有し、
   これらの機能部は、前記入力端子から入力された光を分岐する方向性結合器と、前記フィルターと、その他の機能部とを含み、
   前記方向性結合器は、分岐した光を前記フィルターと前記その他の機能部とにそれぞれ入力する
   ことを特徴とする光デバイスの特性測定装置。
3. 請求項２に記載の光デバイスの特性測定装置において、
   前記光ファイバーを介して前記入力端子から前記光デバイスに入力され、この光デバイスを透過した光のうち、前記その他の機能部から出力された光を分析する分析手段
   をさらに備えることを特徴とする光デバイスの特性測定装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の光デバイスの特性測定装置において、
   前記フィルターは、二本の導波路と、これら二本の導波路と近接するリング導波路とからなるリング共振器である
   ことを特徴とする光デバイスの特性測定装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の光デバイスの特性測定装置において、
   前記偏光方向分析手段は、前記光源から前記光ファイバーを介して出力される光の偏光方向を前記偏光子によりＴＥ光（ＴＭ光）に調整したときには、前記検出された光のうち強度の大きい波長成分をＴＥ成分（ＴＭ成分）と同定するとともに、強度の小さい波長成分をＴＭ成分（ＴＥ成分）と同定し、前記同定したＴＥ成分・ＴＭ成分の強度比から前記光デバイスに入力された光の偏光方向を分析する手段である
   ことを特徴とする光デバイスの特性測定装置。
6. 光源からの光の偏光方向を偏光子の向きにより調整する第１の工程と、
   所定位置に配置され、複屈折性を有するフィルターを含む光デバイスの入力端子の位置に対し、前記光ファイバーの出力端部の位置を調整する第２の工程と、
   前記偏光方向が調整された光を前記光ファイバーを介して前記入力端子から前記光デバイスに入力するとともに、この光デバイスを透過した光のうち、前記フィルターから出力された光を検出する第３の工程と、
   前記第１の工程で調整された前記光の偏光方向と、前記第３の工程で検出された光の波長および強度とに基づいて、前記フィルターから出力された光の偏光方向を分析する第４の工程と
   を少なくとも備えることを特徴とする光デバイスの特性測定方法。
7. 請求項６に記載の光デバイスの特性測定方法において、
   前記光デバイスは、入力された光を処理して出力する複数の機能部を有し、
   これらの機能部は、前記入力端子から入力された光を分岐する方向性結合器と、前記フィルターと、その他の機能部とを含み、
   前記方向性結合器は、分岐した光を前記フィルターと前記その他の機能部とにそれぞれ入力する
   ことを特徴とする光デバイスの特性測定方法。
8. 請求項７に記載の光デバイスの特性測定方法において、
   前記光ファイバーを介して前記入力端子から前記光デバイスに入力され、この光デバイスを透過した光のうち、前記その他の機能部から出力された光を分析する第５の工程
   をさらに含むことを特徴とする光デバイスの特性測定方法。
9. 請求項６〜８のいずれかに記載の光デバイスの特性測定方法において、
   前記フィルターは、二本の導波路と、これら二本の導波路と近接するリング導波路とからなるリング共振器である
   ことを特徴とする光デバイスの特性測定方法。
10. 請求項６〜９のいずれかに記載の光デバイスの特性測定方法において、
    前記第１の工程は、前記光源から前記光ファイバーを介して出力される光の偏光方向を前記偏光子によりＴＥ光（ＴＭ光）に調整する工程であり、
    前記第４の工程は、前記第３の工程で検出された光のうち強度の大きい波長成分をＴＥ成分（ＴＭ成分）と同定するとともに、強度の小さい波長成分をＴＭ成分（ＴＥ成分）と同定し、前記同定したＴＥ成分・ＴＭ成分の強度比から前記光デバイスに入力された光の偏光方向を分析する工程である
    ことを特徴とする光デバイスの特性測定方法。

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