JP3704031B2 - 導波路特性評価装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信、光交換、光情報処理などに用いられ、光素子を構成する導波路の特性を簡易に評価する導波路特性評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
世界的なネットワーク社会の到来により、光通信や光情報処理の分野は急速に発展をとげつつある。これらのネットワークやシステムにおいては、光の波長多重技術や位相情報を利用した複雑な光集積回路が求められている。高度な光集積回路では、光素子が設計通りの動作を行っているかどうかを評価する技術は非常に重要な意味を持つ。それらの光集積回路の最も基本的なエレメントとして、光を自由に導いたり、分岐を行ったりする光導波路があげられるが、その特性を正確に評価することは特に重要である。
【０００３】
光集積回路の一例としては、大規模光スイッチや、波長合分波機能を有するアレイ導波路格子などがあげられるが、実際に素子を作製した場合、それらを構成する導波路が設計通りの特性を果たさないために、素子特性を劣化させる場合が生じる。特に、光が導波路内部で反射したり、散乱したりして、予定外のところに光が透過していたりする場合など、非常に解析が困難である。
【０００４】
また、近年素子の小型化のためにより強い光閉じ込め構造を有する光導波路が用いられてきている（参考文献：神徳、ハイメサ導波路を用いた半導体アレー導波路格子の研究、電子情報通信学会論文誌C-I,vol.J82-C-I No.10 pp.579-586,1999もしくはY.Hibino,et al.“Fabrication of silica-on-Si waveguide with higher index difference and its application to 256 channel arrayed waveguide multi/demultiplexer",in proceedings WH2,OFC2000）。これらの導波路においては、設計上単一のモードしか伝播しない、すなわち、高次モードは伝播しない条件で作製を行うが、ごく微弱な高次モードが完全に減衰せずに、素子特性に意外に大きな影響を与えたりする場合がある。
【０００５】
高次モードの与える影響の例を図８を用いて説明を行う。基本モードと高次モードが混在している場合には、図中に示したように、基本モードと高次モードの干渉により光は蛇行して伝播してしまう。また、一例として光の分岐回路が接続されているとすると、光は偏っている側の導波路により強く結合してしまうため、光の分岐比が変わってしまうなどの現象を生じる。このため、高次モードの影響を除去するために高次モードフィルタなどが作製されている（参考文献：五明他、1996年電子情報通信学会ソサイエティ大会論文誌 C-212）。しかしながら、その効果を実際に測定することは容易ではない。
【０００６】
これらの導波路を評価する装置の１つとして、光時間分解反射測定装置（ＯＴＤＲ：Optical Time domain reflection）もしくは、低コヒーレンス干渉リフレクトメータ（Low coherence interferometer reflectmeter)が有効な手段としてあげられる。これは、測定を行いたい物や導波路などに光を入射し、反射してくる時間もしくは距離を測定することができるものである。
【０００７】
この装置は、ファイバケーブルの敷設や保守において、ファイバの接続損失を測定するのに用いられたり、また事故などにより切断されたファイバケーブルなどの破断点を正確に測定するのに用いられる。光回路の評価においては、導波路の損失を測定することや、欠陥などによる反射点を究明するために用いられていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の装置では、反射点の位置や反射の強度は解明することができるが、導波路の高次モードの影響などを簡易な手法で詳細に測定することができないという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、高度な機能を有する光集積回路において大きな影響を及ぼす導波路の高次モードの影響を詳細に解明して、その特性を簡易に評価し得る導波路特性評価装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、評価対象の導波路に光を入射し、該光の導波路からの反射光を受光し、前記反射光を受光するまでの時間または距離を測定する光時間分解反射測定手段と、該光時間分解反射測定手段からの光を評価対象の導波路に伝播し、該導波路からの反射光を前記光時間分解反射測定手段に伝播するように前記光時間分解反射測定手段と前記導波路とを接続する接続手段と、前記接続手段の前記導波路に対する位置を調整する位置調整手段と、該位置調整手段で調整された前記接続手段と前記導波路との接続位置ずれ量を測定する接続位置ずれ量測定手段とを有し、前記接続手段を介して前記光時間分解反射測定手段から前記導波路に光を入射し、該光の導波路からの反射光を前記接続手段を介して前記光時間分解反射測定手段で受信し、前記位置調整手段で前記接続手段の前記導波路に対する位置を調整しつつ前記接続手段と前記導波路との接続位置ずれ量を前記接続位置ずれ量測定手段で測定して、高次モードの反射ピークが最大となるように接続手段と導波路との位置を調整し、これにより接続位置ずれ量と前記導波路を透過した光強度の時間分解反射により生じる複数のピーク強度の関係を連続的に測定することを要旨とする。
【００１１】
請求項１記載の本発明にあっては、接続手段を介して前記光時間分解反射測定手段から前記導波路に光を入射し、導波路からの反射光を接続手段を介して光時間分解反射測定手段で受信し、位置調整手段で接続手段の導波路に対する位置を調整しつつ接続手段と導波路との接続位置ずれ量を接続位置ずれ量測定手段で測定して、高次モードの反射ピークが最大となるように接続手段と導波路との位置を調整し、これにより接続位置ずれ量と前記導波路を透過した光強度の時間分解反射により生じる複数のピーク強度の関係を連続的に測定するため、導波路の高次モードの影響を詳細に解明することができる。
【００１２】
また、請求項２記載の本発明は、請求項１記載の発明において、前記接続手段の途中に設けられ、偏波状態を調整する偏波調整手段と、複数のピーク強度の偏波依存性を評価する偏波依存性評価手段と、ピーク強度が最大または最小となるように前記偏波調整手段を調整するピーク強度調整手段とを更に有することを要旨とする。
【００１３】
請求項２記載の本発明にあっては、接続手段の途中に偏波調整手段を設け、ピーク強度が最大または最小となるように偏波調整手段を調整するため、導波路の高次モードの影響を偏波依存性を含めて測定することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る導波路特性評価装置の構成を示す図である。同図に示す導波路特性評価装置は、評価対象の導波路２５の一方の端面に対して接続手段であるファイバ２２を介して接続され、該ファイバ２２を介して導波路２５に光を入射し、該光の導波路２５からの反射光を受光し、反射光を受光するまでの時間または距離を測定する光時間分解反射測定装置２１、導波路２５寄りのファイバ２２の一方の端部に設けられ、ファイバ２２の導波路２５に対する位置を調整する位置調整装置２３、およびこの位置調整装置２３で調整されたファイバ２２と導波路２５との接続位置ずれ量を測定する接続位置ずれ量測定装置２４を有し、これにより接続位置ずれ量測定装置２４で測定した接続位置ずれ量と導波路２５を透過した光強度の時間分解反射により生じる複数のピーク強度の関係を連続的に測定可能にしている。
【００１５】
また、図１に示す導波路特性評価装置は、測定精度を向上させ、測定の高速化を図るために、導波路２５の他方の端面に接続されるファイバ２６、このファイバ２６の導波路２５に対する位置を調整する位置調整装置２７、およびファイバ２６を通った光を受光する受光器２８を有する。
【００１６】
次に、図２を参照して、図１のように構成される導波路特性評価装置の高次モード伝播損失の測定原理について説明する。
【００１７】
図２（ａ）は、評価対象である導波路２５に光３１を入射した場合に起こる現象を示している。同図に示すように、入射光３１は導波路２５の基本導波モード３２と高次モード３３に分離されて、導波路２５内を伝播していく。導波路２５が高度な反射率を有している場合には、同図に示すように、それぞれのモードは多重反射しながら、光を入射した導波路２５の端面に戻ってくる。ここで、導波路２５の入射側と反対側端面での反射回数が１回のものである基本モードの反射を３４、高次モードの反射を３５、反対側端面での反射回数が２回のものである基本モードの反射を３６、高次モードの反射を３７とすると、これらの反射の光強度を比較することにより、導波路２５の高次モードの伝播損失を抽出することができる。
【００１８】
図２（ｂ）は、上述したような反射が生じている場合に光時間分解反射測定装置２１で測定される結果の一例を示しているグラフであり、横軸に反射距離（時間）を取り、縦軸に反射光強度を取っている。
【００１９】
次に、高次モードの伝播損失の２つの求め方について説明する。まず、第１の方法について説明する。第１の方法では、それぞれの反射で生じる光強度を図２（ｂ）に示すようにそれぞれ３４′，３５′，３６′，３７′とする。光損失を求めるには、光強度をデシベル単位で表記した方が簡略となるため以下では光強度をデシベル単位で表す。
【００２０】
Ｐ（ｄＢ）＝１０×ｌｏｇ10Ｐ …（１）
基本モードの光強度の変化ΔＰ１は、導波路２５を一往復するときの基本モードが受ける損失を表している。この損失の内訳をより詳細にみていくと、導波路の伝播損失と両端面での反射損失とに分けられる。また、実際の測定では、導波路分散による光パルスの広がりに起因するピーク強度の減少が引き起こす見かけ上の損失も含まれる場合がある。ここで、導波路の端面での反射損失や導波路の光パルスの広がりに起因するピーク強度の減少による見かけ上の損失はモードにより大きく変化しない。以下式としてまとめると
【数１】
同様にして、高次モードの場合には
【数２】
従って、両者のピーク強度の差は
【数３】
として表され、高次モードの伝播損失と基本モードの伝播損失の差を求めることができる。基本モードの伝播損失は他の導波路の測定法によっても簡単に測定することができる。また、式（２）で、分散による光パルスの広がりによる見かけ上の損失を補正することによっても測定を行うことができる。第１の方法の問題点としては、上記では、反射で生じる光強度をそれぞれ３４′，３５′，３６′，３７′としたが、時間分解反射測定装置２１の測定可能レンジは７０ｄＢ程度と小さいため、高次モードの伝播損失が大きい場合に問題を生じる。
【００２１】
図３は反射で生じた光強度の測定例を示している。同図に示したように、それぞれのピークは明瞭に分離しているが、さらに伝播損失が増加した場合、高次モードの第２のピーク、すなわち３７′の測定を行うことが非常に困難となってくる。第１の方法では３７′が測定できないと、高次モードの伝播損失の測定を行うことができないため、伝播損失の測定可能レンジは５０ｄＢ／ｃｍ程度に限られる。
【００２２】
図４は半導体ハイメサ導波路の高次モード伝播損失を測定した例を示す。横軸が導波路幅を示しており、縦軸が基本モードと比較した場合の高次モードの過剰損失を示している。導波路幅が狭くなるにつれて、急激に伝播損失が増加しているが、これはほぼ理論的な計算と傾向が一致している。また、同図に示すように、非常に高精度に伝播損失が測定できていることが推定される。
【００２３】
次に、第２の測定方法について説明する。導波路の高次モード伝播損失が大きい場合、第１の測定方法では、測定可能レンジが制限されてしまう。ところが、高次モードの励振強度がわかれば、第１のピークのみ測定できれば良いため、より大きな伝播損失に対しても測定が可能となる。式で表すと、高次モードの第２のピーク強度は以下の式で与えられる。
【００２４】
【数４】
である。
【００２５】
高次モードの励振強度は、ファイバと導波路の接続位置ずれ量により極めて大きく変化するため、第２の測定方法においては、高次モードの光の励振強度を正確に設定することが必要不可欠となる。例えば、図５は、導波路の基本モードならびに高次モードの励振強度と光ファイバと導波路の位置ずれ量の関係を示したものであり、ミスアライメント量が０に近い場合、高次モードの励振強度は０であるが、わずかでも軸ずれを生じた場合には、高次モードの励振強度が大きく変化してしまうことになる。一方、光ファイバ２２と導波路２５の位置ずれ量を＋１μｍもしくは−１μｍと設定すれば、高次モードの励振強度を最大にすることができるとともに、軸ずれに対する励振強度の誤差を小さくすることができるため、正確に測定を行うことが可能となる。このため、接続位置ずれ量と、導波路を透過した光強度の時間分解反射により生じる複数のピーク強度の関係を連続的に測定可能とすることが、高精度の測定のためには必要不可欠である。
【００２６】
第２の測定法の場合、高次モードの励振強度が確定できるように測定サンプルの形状などに若干の工夫が必要となる場合があるが、測定可能レンジとしては、２００ｄＢ／ｃｍ程度までの測定が可能となる。
【００２７】
以上に述べた２つの測定方法のいずれにおいても、高精度な測定を行うためには、高次モードのピーク強度の最適化を行うことが必要となる。すなわち３７′ならびに３５′の光強度を最大となるように測定を行うことが肝要である。
【００２８】
次に、図６を参照して、本発明の他の実施形態に係る導波路特性評価装置について説明する。図６に示す実施形態の導波路特性評価装置は、図１に示した実施形態の導波路特性評価装置に対して偏波調整装置７１を付加した点が異なるものであり、その他の構成および作用は同じであり、同じ構成要素には同じ符号を付している。この偏波調整装置７１は、偏波状態を調整するものであり、ファイバ２２の途中に設けられている。このように構成される導波路特性評価装置でも、図１と同様に、接続位置ずれ量と導波路２２を透過した光強度の時間分解反射により生じる複数のピーク強度の関係を連続的に測定可能としている。
【００２９】
図６に示す実施形態の導波路特性評価装置を用いて測定を行った場合には、図１に示した導波路特性評価装置で測定を行う場合に比較して、若干異なった手順を踏む必要がある。図７は、図２に示した測定原理を説明するための図で示した第１の反射ピーク３４′および３５′の付近を拡大して再掲しているものである。
【００３０】
図７に示すように拡大すると、基本モードに対する第１の反射ピーク３４′は、ＴＥモードに対する反射ピーク３４１′とＴＭモードに対する反射ピーク３４２′に分かれている。また、高次モードに対する第１の反射ピーク３５′も同様にＴＥモードに対する反射ピーク３５１′およびＴＭモードに対する反射ピーク３５２′に分かれている。通常、基本モードに対する反射ピーク３４１′と３４２′は、測定上は明瞭に分離することができないが、高次モードに対する反射ピーク３５１′と３５２′は分離することが可能である。
【００３１】
そこで、反射ピーク３５１′が最大となるかまたは３５２′が最小となるように偏波調整装置７１を制御することにより、ＴＥモードに対する伝播損失を測定することが可能となる。また同様に、３５１′が最小となるかまたは３５２′が最大になるように偏波調整装置７１を調整することにより、ＴＭモードに対する伝播損失を測定することが可能となる。なお、この場合においても、偏波調整装置７１を制御する前に、高次モードの反射ピークが最大となるように導波路２５とファイバ２２の位置を調整しておくことが高い精度で測定するために必要である。
【００３２】
なお、上述した説明では、導波路２５の伝播損失の測定について主に説明したが、本発明の導波路特性評価装置を用いれば、導波路２５の高次モードに対する特定の光回路の反射率や分岐回路などにおける分岐比なども容易に測定することができるものである。
【００３３】
また、上述した各実施形態では、位置調整装置２３および接続位置ずれ量測定装置２４は、別々の装置として図示しているが、両者を１つの装置として一体的に構成することも可能である。更に、これらの制御を行うために、内部にＣＰＵを含む構成としてもよいし、外部のコンピュータに接続して制御してもよいものである。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高次モードの反射ピークが最大となるように接続手段と導波路との位置を調整し、これにより接続位置ずれ量と導波路を透過した光強度の時間分解反射により生じる複数のピーク強度の関係を連続的に測定するので、導波路の高次モードの影響を詳細に解明して、光集積回路を構成する導波路を詳細に解析でき、これにより従来困難であった導波路の高次モードの伝播損失や反射や分岐比などの測定を可能とし、結果として素子特性の改善を容易に行うことができ、素子の製造価格および時間の削減を図ることができる。
【００３５】
また、本発明によれば、接続手段の途中に偏波調整手段を設け、ピーク強度が最大または最小となるように偏波調整手段を調整するので、導波路の高次モードの影響を偏波依存性を含めて測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る導波路特性評価装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す実施形態における測定原理を説明するための図である。
【図３】図１に示す実施形態において反射で生じた光強度の測定例を示す図である。
【図４】図１に示す実施形態における高次モードの伝播過剰損失の測定例を示す図である。
【図５】図１に示す実施形態における光ファイバと導波路の位置ずれ量に対する各モードの励振強度の関係を示す図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る導波路特性評価装置の構成を示す図である。
【図７】図６に示す実施形態における偏波調整装置によるピークの調整を説明するための図である。
【図８】高次モードの与える影響の例を示す図である。
【符号の説明】
２１ 光時間分解反射測定装置
２２，２６ 光ファイバ
２３，２７ 位置調整装置
２４ 接続位置ずれ量測定装置
２５ 導波路
２８ 受光器
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信、光交換、光情報処理などに用いられ、光素子を構成する導波路の特性を簡易に評価する導波路特性評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
世界的なネットワーク社会の到来により、光通信や光情報処理の分野は急速に発展をとげつつある。これらのネットワークやシステムにおいては、光の波長多重技術や位相情報を利用した複雑な光集積回路が求められている。高度な光集積回路では、光素子が設計通りの動作を行っているかどうかを評価する技術は非常に重要な意味を持つ。それらの光集積回路の最も基本的なエレメントとして、光を自由に導いたり、分岐を行ったりする光導波路があげられるが、その特性を正確に評価することは特に重要である。
【０００３】
光集積回路の一例としては、大規模光スイッチや、波長合分波機能を有するアレイ導波路格子などがあげられるが、実際に素子を作製した場合、それらを構成する導波路が設計通りの特性を果たさないために、素子特性を劣化させる場合が生じる。特に、光が導波路内部で反射したり、散乱したりして、予定外のところに光が透過していたりする場合など、非常に解析が困難である。
【０００４】
また、近年素子の小型化のためにより強い光閉じ込め構造を有する光導波路が用いられてきている（参考文献：神徳、ハイメサ導波路を用いた半導体アレー導波路格子の研究、電子情報通信学会論文誌C-I,vol.J82-C-I No.10 pp.579-586,1999もしくはY.Hibino,et al.“Fabrication of silica-on-Si waveguide with higher index difference and its application to 256 channel arrayed waveguide multi/demultiplexer",in proceedings WH2,OFC2000）。これらの導波路においては、設計上単一のモードしか伝播しない、すなわち、高次モードは伝播しない条件で作製を行うが、ごく微弱な高次モードが完全に減衰せずに、素子特性に意外に大きな影響を与えたりする場合がある。
【０００５】
高次モードの与える影響の例を図８を用いて説明を行う。基本モードと高次モードが混在している場合には、図中に示したように、基本モードと高次モードの干渉により光は蛇行して伝播してしまう。また、一例として光の分岐回路が接続されているとすると、光は偏っている側の導波路により強く結合してしまうため、光の分岐比が変わってしまうなどの現象を生じる。このため、高次モードの影響を除去するために高次モードフィルタなどが作製されている（参考文献：五明他、1996年電子情報通信学会ソサイエティ大会論文誌 C-212）。しかしながら、その効果を実際に測定することは容易ではない。
【０００６】
これらの導波路を評価する装置の１つとして、光時間分解反射測定装置（ＯＴＤＲ：Optical Time domain reflection）もしくは、低コヒーレンス干渉リフレクトメータ（Low coherence interferometer reflectmeter)が有効な手段としてあげられる。これは、測定を行いたい物や導波路などに光を入射し、反射してくる時間もしくは距離を測定することができるものである。
【０００７】
この装置は、ファイバケーブルの敷設や保守において、ファイバの接続損失を測定するのに用いられたり、また事故などにより切断されたファイバケーブルなどの破断点を正確に測定するのに用いられる。光回路の評価においては、導波路の損失を測定することや、欠陥などによる反射点を究明するために用いられていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の装置では、反射点の位置や反射の強度は解明することができるが、導波路の高次モードの影響などを簡易な手法で詳細に測定することができないという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、高度な機能を有する光集積回路において大きな影響を及ぼす導波路の高次モードの影響を詳細に解明して、その特性を簡易に評価し得る導波路特性評価装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、評価対象の導波路に光を入射し、該光の導波路からの反射光を受光し、前記反射光を受光するまでの時間または距離を測定する光時間分解反射測定手段と、該光時間分解反射測定手段からの光を評価対象の導波路に伝播し、該導波路からの反射光を前記光時間分解反射測定手段に伝播するように前記光時間分解反射測定手段と前記導波路とを接続する接続手段と、前記接続手段の前記導波路に対する位置を調整する位置調整手段と、該位置調整手段で調整された前記接続手段と前記導波路との接続位置ずれ量を測定する接続位置ずれ量測定手段とを有し、前記接続手段を介して前記光時間分解反射測定手段から前記導波路に光を入射し、該光の導波路からの反射光を前記接続手段を介して前記光時間分解反射測定手段で受信し、前記位置調整手段で前記接続手段の前記導波路に対する位置を調整しつつ前記接続手段と前記導波路との接続位置ずれ量を前記接続位置ずれ量測定手段で測定して、高次モードの反射ピークが最大となるように接続手段と導波路との位置を調整し、これにより接続位置ずれ量と前記導波路を透過した光強度の時間分解反射により生じる複数のピーク強度の関係を連続的に測定することを要旨とする。
【００１１】
請求項１記載の本発明にあっては、接続手段を介して前記光時間分解反射測定手段から前記導波路に光を入射し、導波路からの反射光を接続手段を介して光時間分解反射測定手段で受信し、位置調整手段で接続手段の導波路に対する位置を調整しつつ接続手段と導波路との接続位置ずれ量を接続位置ずれ量測定手段で測定して、高次モードの反射ピークが最大となるように接続手段と導波路との位置を調整し、これにより接続位置ずれ量と前記導波路を透過した光強度の時間分解反射により生じる複数のピーク強度の関係を連続的に測定するため、導波路の高次モードの影響を詳細に解明することができる。
【００１２】
また、請求項２記載の本発明は、請求項１記載の発明において、前記接続手段の途中に設けられ、偏波状態を調整する偏波調整手段と、複数のピーク強度の偏波依存性を評価する偏波依存性評価手段と、ピーク強度が最大または最小となるように前記偏波調整手段を調整するピーク強度調整手段とを更に有することを要旨とする。
【００１３】
請求項２記載の本発明にあっては、接続手段の途中に偏波調整手段を設け、ピーク強度が最大または最小となるように偏波調整手段を調整するため、導波路の高次モードの影響を偏波依存性を含めて測定することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る導波路特性評価装置の構成を示す図である。同図に示す導波路特性評価装置は、評価対象の導波路２５の一方の端面に対して接続手段であるファイバ２２を介して接続され、該ファイバ２２を介して導波路２５に光を入射し、該光の導波路２５からの反射光を受光し、反射光を受光するまでの時間または距離を測定する光時間分解反射測定装置２１、導波路２５寄りのファイバ２２の一方の端部に設けられ、ファイバ２２の導波路２５に対する位置を調整する位置調整装置２３、およびこの位置調整装置２３で調整されたファイバ２２と導波路２５との接続位置ずれ量を測定する接続位置ずれ量測定装置２４を有し、これにより接続位置ずれ量測定装置２４で測定した接続位置ずれ量と導波路２５を透過した光強度の時間分解反射により生じる複数のピーク強度の関係を連続的に測定可能にしている。
【００１５】
また、図１に示す導波路特性評価装置は、測定精度を向上させ、測定の高速化を図るために、導波路２５の他方の端面に接続されるファイバ２６、このファイバ２６の導波路２５に対する位置を調整する位置調整装置２７、およびファイバ２６を通った光を受光する受光器２８を有する。
【００１６】
次に、図２を参照して、図１のように構成される導波路特性評価装置の高次モード伝播損失の測定原理について説明する。
【００１７】
図２（ａ）は、評価対象である導波路２５に光３１を入射した場合に起こる現象を示している。同図に示すように、入射光３１は導波路２５の基本導波モード３２と高次モード３３に分離されて、導波路２５内を伝播していく。導波路２５が高度な反射率を有している場合には、同図に示すように、それぞれのモードは多重反射しながら、光を入射した導波路２５の端面に戻ってくる。ここで、導波路２５の入射側と反対側端面での反射回数が１回のものである基本モードの反射を３４、高次モードの反射を３５、反対側端面での反射回数が２回のものである基本モードの反射を３６、高次モードの反射を３７とすると、これらの反射の光強度を比較することにより、導波路２５の高次モードの伝播損失を抽出することができる。
【００１８】
図２（ｂ）は、上述したような反射が生じている場合に光時間分解反射測定装置２１で測定される結果の一例を示しているグラフであり、横軸に反射距離（時間）を取り、縦軸に反射光強度を取っている。
【００１９】
次に、高次モードの伝播損失の２つの求め方について説明する。まず、第１の方法について説明する。第１の方法では、それぞれの反射で生じる光強度を図２（ｂ）に示すようにそれぞれ３４′，３５′，３６′，３７′とする。光損失を求めるには、光強度をデシベル単位で表記した方が簡略となるため以下では光強度をデシベル単位で表す。
【００２０】
Ｐ（ｄＢ）＝１０×ｌｏｇ10Ｐ …（１）
基本モードの光強度の変化ΔＰ１は、導波路２５を一往復するときの基本モードが受ける損失を表している。この損失の内訳をより詳細にみていくと、導波路の伝播損失と両端面での反射損失とに分けられる。また、実際の測定では、導波路分散による光パルスの広がりに起因するピーク強度の減少が引き起こす見かけ上の損失も含まれる場合がある。ここで、導波路の端面での反射損失や導波路の光パルスの広がりに起因するピーク強度の減少による見かけ上の損失はモードにより大きく変化しない。以下式としてまとめると
【数１】
【数２】
【数３】
【００２１】
図３は反射で生じた光強度の測定例を示している。同図に示したように、それぞれのピークは明瞭に分離しているが、さらに伝播損失が増加した場合、高次モードの第２のピーク、すなわち３７′の測定を行うことが非常に困難となってくる。第１の方法では３７′が測定できないと、高次モードの伝播損失の測定を行うことができないため、伝播損失の測定可能レンジは５０ｄＢ／ｃｍ程度に限られる。
【００２２】
図４は半導体ハイメサ導波路の高次モード伝播損失を測定した例を示す。横軸が導波路幅を示しており、縦軸が基本モードと比較した場合の高次モードの過剰損失を示している。導波路幅が狭くなるにつれて、急激に伝播損失が増加しているが、これはほぼ理論的な計算と傾向が一致している。また、同図に示すように、非常に高精度に伝播損失が測定できていることが推定される。
【００２３】
次に、第２の測定方法について説明する。導波路の高次モード伝播損失が大きい場合、第１の測定方法では、測定可能レンジが制限されてしまう。ところが、高次モードの励振強度がわかれば、第１のピークのみ測定できれば良いため、より大きな伝播損失に対しても測定が可能となる。式で表すと、高次モードの第２のピーク強度は以下の式で与えられる。
【００２４】
【数４】
【００２５】
高次モードの励振強度は、ファイバと導波路の接続位置ずれ量により極めて大きく変化するため、第２の測定方法においては、高次モードの光の励振強度を正確に設定することが必要不可欠となる。例えば、図５は、導波路の基本モードならびに高次モードの励振強度と光ファイバと導波路の位置ずれ量の関係を示したものであり、ミスアライメント量が０に近い場合、高次モードの励振強度は０であるが、わずかでも軸ずれを生じた場合には、高次モードの励振強度が大きく変化してしまうことになる。一方、光ファイバ２２と導波路２５の位置ずれ量を＋１μｍもしくは−１μｍと設定すれば、高次モードの励振強度を最大にすることができるとともに、軸ずれに対する励振強度の誤差を小さくすることができるため、正確に測定を行うことが可能となる。このため、接続位置ずれ量と、導波路を透過した光強度の時間分解反射により生じる複数のピーク強度の関係を連続的に測定可能とすることが、高精度の測定のためには必要不可欠である。
【００２６】
第２の測定法の場合、高次モードの励振強度が確定できるように測定サンプルの形状などに若干の工夫が必要となる場合があるが、測定可能レンジとしては、２００ｄＢ／ｃｍ程度までの測定が可能となる。
【００２７】
以上に述べた２つの測定方法のいずれにおいても、高精度な測定を行うためには、高次モードのピーク強度の最適化を行うことが必要となる。すなわち３７′ならびに３５′の光強度を最大となるように測定を行うことが肝要である。
【００２８】
次に、図６を参照して、本発明の他の実施形態に係る導波路特性評価装置について説明する。図６に示す実施形態の導波路特性評価装置は、図１に示した実施形態の導波路特性評価装置に対して偏波調整装置７１を付加した点が異なるものであり、その他の構成および作用は同じであり、同じ構成要素には同じ符号を付している。この偏波調整装置７１は、偏波状態を調整するものであり、ファイバ２２の途中に設けられている。このように構成される導波路特性評価装置でも、図１と同様に、接続位置ずれ量と導波路２２を透過した光強度の時間分解反射により生じる複数のピーク強度の関係を連続的に測定可能としている。
【００２９】
図６に示す実施形態の導波路特性評価装置を用いて測定を行った場合には、図１に示した導波路特性評価装置で測定を行う場合に比較して、若干異なった手順を踏む必要がある。図７は、図２に示した測定原理を説明するための図で示した第１の反射ピーク３４′および３５′の付近を拡大して再掲しているものである。
【００３０】
図７に示すように拡大すると、基本モードに対する第１の反射ピーク３４′は、ＴＥモードに対する反射ピーク３４１′とＴＭモードに対する反射ピーク３４２′に分かれている。また、高次モードに対する第１の反射ピーク３５′も同様にＴＥモードに対する反射ピーク３５１′およびＴＭモードに対する反射ピーク３５２′に分かれている。通常、基本モードに対する反射ピーク３４１′と３４２′は、測定上は明瞭に分離することができないが、高次モードに対する反射ピーク３５１′と３５２′は分離することが可能である。
【００３１】
そこで、反射ピーク３５１′が最大となるかまたは３５２′が最小となるように偏波調整装置７１を制御することにより、ＴＥモードに対する伝播損失を測定することが可能となる。また同様に、３５１′が最小となるかまたは３５２′が最大になるように偏波調整装置７１を調整することにより、ＴＭモードに対する伝播損失を測定することが可能となる。なお、この場合においても、偏波調整装置７１を制御する前に、高次モードの反射ピークが最大となるように導波路２５とファイバ２２の位置を調整しておくことが高い精度で測定するために必要である。
【００３２】
なお、上述した説明では、導波路２５の伝播損失の測定について主に説明したが、本発明の導波路特性評価装置を用いれば、導波路２５の高次モードに対する特定の光回路の反射率や分岐回路などにおける分岐比なども容易に測定することができるものである。
【００３３】
また、上述した各実施形態では、位置調整装置２３および接続位置ずれ量測定装置２４は、別々の装置として図示しているが、両者を１つの装置として一体的に構成することも可能である。更に、これらの制御を行うために、内部にＣＰＵを含む構成としてもよいし、外部のコンピュータに接続して制御してもよいものである。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高次モードの反射ピークが最大となるように接続手段と導波路との位置を調整し、これにより接続位置ずれ量と導波路を透過した光強度の時間分解反射により生じる複数のピーク強度の関係を連続的に測定するので、導波路の高次モードの影響を詳細に解明して、光集積回路を構成する導波路を詳細に解析でき、これにより従来困難であった導波路の高次モードの伝播損失や反射や分岐比などの測定を可能とし、結果として素子特性の改善を容易に行うことができ、素子の製造価格および時間の削減を図ることができる。
【００３５】
また、本発明によれば、接続手段の途中に偏波調整手段を設け、ピーク強度が最大または最小となるように偏波調整手段を調整するので、導波路の高次モードの影響を偏波依存性を含めて測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る導波路特性評価装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す実施形態における測定原理を説明するための図である。
【図３】図１に示す実施形態において反射で生じた光強度の測定例を示す図である。
【図４】図１に示す実施形態における高次モードの伝播過剰損失の測定例を示す図である。
【図５】図１に示す実施形態における光ファイバと導波路の位置ずれ量に対する各モードの励振強度の関係を示す図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る導波路特性評価装置の構成を示す図である。
【図７】図６に示す実施形態における偏波調整装置によるピークの調整を説明するための図である。
【図８】高次モードの与える影響の例を示す図である。
【符号の説明】
２１ 光時間分解反射測定装置
２２，２６ 光ファイバ
２３，２７ 位置調整装置
２４ 接続位置ずれ量測定装置
２５ 導波路
２８ 受光器
Claims (2)
- 評価対象の導波路に光を入射し、該入射光は前記導波路の基本モードと高次モードに分離され、前記導波路の入射側端面と反対側端面で多重反射され、入射側端面に戻ってきた基本モードの反射光及び高次モードの反射光を受光し、前記反射光を受光するまでの時間または距離を測定する光時間分解反射測定手段と、
該光時間分解反射測定手段からの光を評価対象の導波路に伝播し、該導波路からの反射光を前記光時間分解反射測定手段に伝播するように前記光時間分解反射測定手段と前記導波路とを接続する接続手段と、
前記接続手段の前記導波路に対する位置を調整する位置調整手段と、
該位置調整手段で調整された前記接続手段と前記導波路との接続位置ずれ量を測定する接続位置ずれ量測定手段とを有し、
前記位置調整手段で前記接続手段の前記導波路に対する位置を調整しつつ前記接続手段と前記導波路との接続位置ずれ量を前記接続位置ずれ量測定手段で測定して、前記高次モードの反射ピーク強度が最大となるように接続手段と導波路との位置を調整し、これにより接続位置ずれ量と前記導波路を透過した光強度の時間分解反射により生じる前記高次モードの反射ピーク強度を連続的に測定すること
を特徴とする導波路特性評価装置。 - 前記接続手段の途中に設けられ、前記高次モードのＴＥモードまたはＴＭモードの反射ピーク強度が最大または最小となるように偏波状態を調整する偏波調整手段
を更に有することを特徴とする請求項１記載の導波路特性評価装置。
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Applications Claiming Priority (1)
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| JP2000226431A JP3704031B2 (ja) | 2000-07-27 | 2000-07-27 | 導波路特性評価装置 |
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