JP3825334B2 - Optical device evaluation method and apparatus - Google Patents

Description

で表される。ここで、ｃ、ψは定数、Ｇ（ν）は光周波数をνとした光源の出射光スペクトル、Ａ（ν）は測定用光デバイスの振幅スペクトル、φ（ν）は位相スペクトルである。光デバイスの透過スペクトルはＡ（ν）²で与えられる。
【０００４】
インターフェログラムＩ^(r)（τ）のフーリエ変換は、ν＞０に対して次式で与えられる。
【０００５】
【数３】

（２）式中の、ｃ及びＧ（ν）は確定しているので、測定用光デバイスの複素振幅スペクトルＡ（ν）ｅｘｐｉφ（ν）は、Ｉ^(r)（τ）のフーリエ変換により求めることができる。振幅スペクトルからは、光デバイスの透過スペクトルを求めることができ、また、位相スペクトルを周波数νに関して二回微分することにより、その分散を求めることができる。また、光デバイスがアレイ導波路型回折格子である場合には、インターフェログラムＩ^(r)（τ）よりアレイ導波路の光学的長さの設計値からのずれである位相誤差を導出することもできる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のような従来の干渉計では、光源からの出射光を第１光カプラで二分した後に、第２の光カプラで合波、干渉させるため、測定用光デバイスからの信号光と光学遅延回路からの参照光の偏光状態が、干渉計のなかで使用している光ファイバの状態により一般に異なり、干渉ビート信号の値は非常に小さくなることがある。このため、インターフェログラムを測定する前に、偏波コントローラ１０を微調整してこれらの偏光状態を一致させ、インターフェログラムの信号レベルが最大となるようにする必要があった。
【０００７】
本発明の目的は、従来不可欠であった、参照光と信号光の偏光状態を一致させるための偏波コントローラによる調整を行うことなく、光デバイスの振幅スペクトル及び位相スペクトルを求めることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、前記目的を達成するため、信号光側又は参照光側のいずれかに、偏光状態を０°及び９０°回転できる偏波回転装置と偏光子を設置する。この装置において、光源に無偏光光原を用い、偏波回転角を０°と９０°に設定したときのそれぞれのインターフェログラムを求める。これらのインターフェログラムの２乗和の平方根から、偏波状態を一致させて測定した場合に等しい強度の振幅スペクトルを得る。また、これらのインターフェログラムの信号レベルの大きい方をフーリエ変換することによって、位相スペクトルを得る。
【０００９】
本発明によれば、偏波コントローラによる偏光状態の調整なしに測定用光デバイスの振幅スペクトル及び位相スペクトルを求めることが可能である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の第１の実施例を示す図であって、偏波回転モジュール１２を測定光デバイス側に設置している。ここで、偏波回転モジュール１２は、コリメートレンズ１３，０ｍＡ及び５０ｍＡの電流を注入することで、偏波方向を０°及び９０°回転することができるファラデー回転素子１４，偏光子１５及びコリメートレンズ１６から構成される光モジュールである。ファラデー回転素子１４は入射側に、偏光子１５は出射側に設置されている。なお、その他の構成は、従来の場合と同様である。
【００１１】
本測定原理を以下に説明する。光源１からの出射光が光カプラ２で二分される直前の光周波数νにおける光電場ベクトルをｅ（ν）とすると、第１の光カプラ２で二分された直後の光デバイス側の信号光及び光学的遅延回路側の参照光の光電場ベクトルはそれぞれ、ｅ（ν）／√２、−ｉｅ（ν）／√２と表される。ここでｅはｅのベクトルを表し、ｉ＝（−１）^1/2である。ある長さの光ファイバを伝播した後の光の偏波状態は、入射光電場ベクトルのユニタリー変換により表現できるので、第１の光カプラ２からファラデー回転子１４までの光路、偏光子１５から光デバイス４を伝播した後に第２の光カプラ１１に到るまでの光路、及び第１の光カプラ２から光学的遅延回路５を伝播した後に第２の光カプラ１１に到るまでの光路に対するユニタリー行列をそれぞれ、Ｕ₁，Ｕ₂，Ｕ₃とすれば、ファラデー回転角が０°及び９０°の時の、光カプラ１１に到着する信号光の伝播ベクトルはそれぞれ、
【００１２】
【数４】

となる。また、光カプラ１１に到着する参照光の電場ベクトルは、
【００１３】
【数５】

と表される。ここで、ｇ_sとｇ_rは定数、τ₁とτ₂は、それぞれ信号光と参照光が干渉計を伝播するのに要する時間である。ｈ（ν）は測定用デバイスの伝達関数であり、振幅スペクトルＡ（ν）と位相スペクトルφ（ν）によりｈ（ν）＝Ａ（ν）ｅｘｐｉφ（ν）で与えられる。（３）式中の行列Ｒ及びＰはそれぞれ９０°ファラデー回転素子、偏光子の効果を表し、以下の行列で表される。
【００１４】
【数６】

０°及び９０°のファラデー回転に対し、信号光と参照光が第２の光カプラ１１で合波された時の合波光の電場ベクトルはそれぞれＥ ₀ （ν）＝｛ｅ ₀ （ν）−ｉｅ _r （ν）｝／√２及びＥ ₉₀ （ν）＝｛ｅ ₉₀ （ν）−ｉｅ _r （ν）｝／√２で表される。光強度は電磁場の強さの２乗に比例するから、それぞれ｜Ｅ ₀ （ν）｜²∝｜｛ｅ ₀ （ν）−ｉｅ _r （ν）｝／√２｜²＝［｜ｅ ₀ （ν）｜²＋｜ｅ _r （ν）｜²＋２ｉ（ｅ ₀ （ν），ｅ _r （ν））＋ｃ．ｃ．］／２及び｜Ｅ ₉₀ （ν）｜²∝｜｛ｅ ₉₀ （ν）−ｉｅ _r （ν）｝／√２｜²＝［｜ｅ ₉₀ （ν）｜²＋｜ｅ _r （ν）｜²＋２ｉ（ｅ ₉₀ （ν），ｅ _r （ν）＋ｃ．ｃ．）］／２である。ここで、ｃ．ｃ．は共役複素数を表す。光強度中の干渉成分はそれぞれ、
【００１５】
【数７】

の実数部分で表される。ここで、＜ ＞は統計平均、（ ）は複素ベクトルの内積を表す。（６）式は、特定の光周波数νに対する干渉フリンジに相当するので、光学的遅延回路でτ₂を連続的に増加させた時に発生するインターフェログラムは、（６）式をνで積分した値の実数部分で与えられる。（３）、（４）式を（６）式に代入すると、
【００１６】
【数８】

を得る。ここで、＊は共役複素数を表し、遅延時間τ＝τ₂−τ₁であり、
【００１７】
【数９】

は、やはりユニタリー行列である。ここで、†は行列の成分の複素共役を転置する操作を表す。光源からの出射が完全に無偏光なので、ｅ（ν）の互いに垂直な２成分をｅ₀（ν）、ｅ₁（ν）で表すと、ｅ₀（ν）とｅ₁（ν）の間には相関がないので、＜ｅ_k（ν）ｅ_l（ν）^*＞＝０（ｋ≠ｌ、ｋ，ｌ＝０，１）を得る。また、光の進行方向に垂直な二方向の光パワーは等しいので、＜ｅ_k（ν）ｅ_k（ν）^*＞＝＜ｅ_l（ν）ｅ_l（ν）^*＞という条件も課される。これらをあわせて、＜ｅ_k（ν）ｅ_l（ν）^*＞＝δ_kl＜｜ｅ（ν）｜²＞／２なる条件を満足するため、（７）式は、
【００１８】
【数１０】

と変換される。ここで、Ｇ（ν）＝＜｜ｅ（ν）｜²＞は光源からの出射光スペクトル、Ｔｒ（ ）は行列の対角成分の和を表す。一般に、ユニタリー行列であるＵ₁とＵ₄は以下の様に表現できる。
【００１９】
【数１１】

ここで、要素ａ，ｂ，ｃ，ｄは一般に複素数であり、｜ａ｜²＋｜ｂ｜²＝１，｜ｃ｜²＋｜ｄ｜²＝１を満足するが、光ファイバへの側圧や曲げによって変化するので、予めこれらの値を確定することは難しい。（５）と（９）を（８）に代入することにより、以下の式を得る。
【００２０】
【数１２】

τは光学的遅延回路で連続的に増加するので、この時に発生するインターフェログラムは、（１０）式をνに関して積分した
【００２１】
【数１３】

の実数部で与えられる。つまり、
【００２２】
【数１４】

である。ここで、ψ₀とψ₉₀は、それぞれｃ₀及びｃ₉₀の位相である。（２）式と同様、Ｉ₀（τ）及びＩ₉₀（τ）をν＞０においてフーリエ変換して、
【００２３】
【数１５】

となる。ここで、｜ａ｜²＋｜ｂ｜²＝１，｜ｃ｜²＋｜ｄ｜²＝１なる条件を考慮すれば、｜ｃ₀｜²＋｜ｃ₉₀｜²＝｜ｇ_sｇ_r｜²／１６となるので、（１３）式より、
【００２４】
【数１６】

を得、要素ａ，ｂ，ｃ，ｄに依存しなくなるのでＡ（ν）を求めることができる。また、上記の条件をもとに、そえぞれのインターフェログラムの振幅を合成した値も、
【００２５】
【数１７】

となって、要素ａ，ｂ，ｃ，ｄに依存しなくなる。ここで、Ｉ^(r)（τ）は信号光と参照光の偏波状態を一致させて干渉フリンジの信号レベルが最大になるように調整した時に観測されるインターフェログラムに相当する。したがって、｜Ｉ₀（τ）｜²または｜Ｉ₉₀（τ）｜²の少なくとも一方は、｜Ｉ（τ）｜²／２以上の値をとることになり、その結果、｜Ｉ₀（τ）｜または ｜Ｉ₉₀（τ）｜の少なくとも一方は｜Ｉ（τ）｜／√２以上の値となる。すなわち、ファラデー回転角を０°と９０°に設定してインターフェログラムを求めれば、少なくとも一方のインターフェログラムの信号レベルは、ベストな偏波調整をして得られるインターフェログラムの信号レベルの７０％以上となる。したがって、２個のインターフェログラムのうちで、より大きな信号レベルを有するインターフェログラムとほとんど同じＳ／Ｎで位相スペクトルφ（ν）を求めることが可能となる。
【００２６】
図３は、干渉計の参照光側の偏波状態を様々に変化させ、各偏光状態に対して、Ｉ₀ ^(r)（ν）及びＩ₉₀ ^(r)（ν）を測定し、（１４）式より透過スペクトルＡ（ν）²を求めた結果をプロットしたものである。図に示す通り、偏波状態が変化しても、２．５ｄＢ以内の変動で透過スペクトルを測定することが本発明により可能となった。
【００２７】
図４は、測定光デバイスであるアレイ導波路型回折格子を構成する全アレイ導波路長の設計値からのずれによって生じる位相誤差を、各偏光状態に対して、より大きな信号レベルを有するインターフェログラムから求めたものである。図に示す通り、参照光の偏波状態に関係なく、アレイ導波路型回折格子の位相誤差を中心付近で０．１ｒａｄ、端の部分でも０．２ｒａｄの精度で測定できることがわかった。
【００２８】
図５は本発明の第２の実施例であって、第１の実施例と同様に偏波回転モジュール１２は、測定光用デバイス側に設置されているが、偏光子１５が入射側に、ファラデー回転素子１４が出射側に設置されている点で異なっている。
【００２９】
第１の実施例と同様に、ファラデー回転角が０°及び９０°の時の、光カプラ１１に到着する信号光の伝播ベクトルｅ ₀ （ν）は（３）式の上式と同一であり、また、ｅ _r （ν）も（４）式の上式と同一である。しかし、ｅ ₀ （ν）は、
【００３０】
【数１８】

となり、（３）式と比べて、行列Ｐ、Ｒが逆である。ファラデー回転角が９０°の光強度の干渉成分も同様に、
【００３１】
【数１９】

となる。光源からの出射は完全に無偏光なので、（１７）式は、
【００３２】
【数２０】

となる。行列成分を計算して、（１８）式は、
【００３３】
【数２１】

となり、（１９）式をνに関して積分した
【００３４】
【数２２】

の実数部をとることによって、
【００３５】
【数２３】

を得る。（２１）式のフーリエ変換は（１２）式と類似しており、ｃ₀＝ｇ_sｇ_r ^*（ｃａ−ｂ^*ｄ）／４，ｃ₉₀＝ｇ_sｇ_r ^*（ｃ^*ｂ^*＋ａｄ^*）／４であって、｜ａ｜²＋｜ｂ｜²＝１，｜ｃ｜²＋｜ｄ｜²＝１なので、｜ｃ₀｜²＋｜ｃ₉₀｜²＝｜ｇ_sｇ_r｜²／１６となり、第１の実施例の（１４）、（１５）式と類似した結果を得ることができる。すなわち、第１の実施例と同じ振幅スペクトルＡ（ν）を得ることができる。
【００３６】
したがって、偏波回転モジュール１２において、偏光子１５を入射側、ファラデー回転素子１４を出射側に設置しても、ファラデー回転角を０°と９０°に設定してインターフェログラムを求めれば、少なくとも一方のインターフェログラムの信号レベルは、ベストな偏波調整をして得られるインターフェログラムの信号レベルの７０％以上となる。また、２個のインターフェログラムのうちで、より大きな信号レベルを有するインターフェログラムとほとんど同じＳ／Ｎで位相スペクトルφ（ν）を求めることができる。
【００３７】
さらに、実施例１及び２では、光デバイス側に偏波回転モジュール１２を設置したが、光学的遅延回路側に設置しても、同様の結果を得ることができる。
【００３８】
偏光子を使用しないか、または、光源に無偏光な光を使用しなければ、（１４）と（１５）の結果を得られないこと、すなわち、偏波状態に依存せずに振幅と位相のスペクトルを導出できないことも計算より明らかである。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、偏波状態の調整を必要とせずに、光デバイスの振幅及び位相スペクトルを測定することが可能となるので、生産ラインにおける自動光デバイス評価システムとして展開することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術の実施例を示した図
【図２】 本発明の第１の実施例を示した図
【図３】 偏波状態を様々に変化させた時に、本発明の第１の実施例において測定した透過スペクトルを全て表示した図
【図４】 偏波状態を様々に変化させた時に、本発明の第１の実施例において測定したアレイ導波路型回折格子の位相誤差分布を全て表示した図
【図５】 本発明の第２の実施例を示した図
【符号の説明】
１…１．５μｍ帯のＬＥＤ光源、２…第１の光ファイバカプラ、３…光ファイバ、４…測定用光デバイスであるアレイ導波路型回折格子、５…光学的遅延回路、６、７…コリメートレンズ、８…プリズム、９…移動リフレクター、１０…偏波コントローラ、１１…第２の光ファイバカプラ、１２…光モジュール、１３…コリメートレンズ、１４…ファラデー回転素子、１５…偏光子、１６…コリメートレズ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to the field of measuring characteristics such as an amplitude spectrum and a phase spectrum of an optical device using a low-coherence optical interferometer.
[0002]
[Prior art]
FIG. 1 shows a conventional optical device evaluation apparatus using low-coherence optical interference, in which 1 is a 1.5 μm band LED light source, 2 is a first optical fiber coupler, 3 is an optical fiber, and 4 is for measurement. It is an arrayed waveguide type diffraction grating which is an optical device. An optical delay circuit 5 includes collimating lenses 6 and 7, a prism 8, and a reflector 9 that moves in the beam direction. Further, 10 is a polarization controller, and 11 is a second optical fiber coupler. The light emitted from the light source 1 is divided into two by the first optical fiber coupler 2. One of the two halves propagates through the optical fiber 3 and then enters the measurement optical device 4, and the transmitted light enters one port of the second optical fiber coupler 11. The other light divided into two by the optical fiber coupler 2 propagates through the optical delay circuit 5 and then enters the other port of the second optical fiber coupler 11 to be combined with the transmitted light of the optical device. If the delay time given by the optical delay circuit is τ, the interference beat signal (ie, interferogram) I ^(r) (τ) generated with the change of τ is
[0003]
[Expression 2]

It is represented by Here, c and ψ are constants, G (ν) is an emission light spectrum of a light source with an optical frequency ν, A (ν) is an amplitude spectrum of an optical device for measurement, and φ (ν) is a phase spectrum. The transmission spectrum of the optical device is given by A (ν) ² .
[0004]
The Fourier transform of the interferogram I ^(r) (τ) is given by the following equation for ν> 0.
[0005]
[Equation 3]

Since c and G (ν) in the formula (2) are fixed, the complex amplitude spectrum A (ν) expiφ (ν) of the optical device for measurement is obtained by Fourier transform of I ^(r) (τ). be able to. From the amplitude spectrum, the transmission spectrum of the optical device can be obtained, and the dispersion can be obtained by differentiating the phase spectrum twice with respect to the frequency ν. When the optical device is an arrayed waveguide type diffraction grating, a phase error that is a deviation from the design value of the optical length of the arrayed waveguide is derived from the interferogram I ^(r) (τ). You can also.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional interferometer as described above, the output light from the light source is bisected by the first optical coupler and then combined and interfered by the second optical coupler. The polarization state of the reference light from the delay circuit generally differs depending on the state of the optical fiber used in the interferometer, and the value of the interference beat signal may be very small. Therefore, before measuring the interferogram, it is necessary to finely adjust the polarization controller 10 so that these polarization states coincide with each other so that the signal level of the interferogram is maximized.
[0007]
An object of the present invention is to obtain an amplitude spectrum and a phase spectrum of an optical device without performing adjustment by a polarization controller for making the polarization states of reference light and signal light coincide with each other.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, in order to achieve the above object, a polarization rotation device and a polarizer capable of rotating the polarization state by 0 ° and 90 ° are installed on either the signal light side or the reference light side. In this apparatus, an unpolarized light source is used as a light source, and respective interferograms are obtained when the polarization rotation angle is set to 0 ° and 90 °. From the square root of the sum of squares of these interferograms, an amplitude spectrum having the same intensity as that obtained when the polarization states are matched is obtained. Further, the phase spectrum is obtained by performing Fourier transform on the larger signal level of these interferograms.
[0009]
According to the present invention, it is possible to obtain the amplitude spectrum and phase spectrum of the measurement optical device without adjusting the polarization state by the polarization controller.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 2 is a diagram showing a first embodiment of the present invention, in which the polarization rotation module 12 is installed on the measurement optical device side. Here, the polarization rotation module 12 injects the currents of the collimator lenses 13, 0 mA and 50 mA, thereby rotating the polarization direction by 0 ° and 90 °, the Faraday rotation element 14, the polarizer 15 and the collimator lens. 16 is an optical module composed of sixteen. The Faraday rotator 14 is installed on the incident side, and the polarizer 15 is installed on the outgoing side. Other configurations are the same as in the conventional case.
[0011]
This measurement principle will be described below. If the photoelectric field vector at the optical frequency ν immediately before the light emitted from the light source 1 is bisected by the optical coupler 2 is e (ν), the signal light on the optical device side immediately after being bisected by the first optical coupler 2 and each of the optical electric field vector of an optical delay circuit side of the reference light, e (ν) / √2, is expressed by -i e (ν) / √2. Here, e represents a vector of e, and i = (− 1) ^1/2 . Since the polarization state of the light after propagating through a certain length of optical fiber can be expressed by unitary conversion of the incident photoelectric field vector, the optical path from the first optical coupler 2 to the Faraday rotator 14, the light from the polarizer 15 A unitary to the optical path from the first optical coupler 2 to the second optical coupler 11 after propagating through the device 4 and the optical path from the first optical coupler 2 to the second optical coupler 11 after propagating through the optical delay circuit 5 If the matrices are U ₁ , U ₂ and U ₃ , respectively, the propagation vectors of the signal light arriving at the optical coupler 11 when the Faraday rotation angles are 0 ° and 90 ° are respectively
[0012]
[Expression 4]

It becomes. Further, the electric field vector of the reference light arriving at the optical coupler 11 is
[0013]
[Equation 5]

It is expressed. Here, g _s and g _r are constants, and τ ₁ and τ ₂ are times required for signal light and reference light to propagate through the interferometer, respectively. h (ν) is a transfer function of the measuring device, and is given by h (ν) = A (ν) expiφ (ν) by the amplitude spectrum A (ν) and the phase spectrum φ (ν). The matrices R and P in the equation (3) represent the effects of the 90 ° Faraday rotator and the polarizer, respectively, and are represented by the following matrix.
[0014]
[Formula 6]

For the Faraday rotation of 0 ° and 90 °, the electric field vectors of the combined light when the signal light and the reference light are combined by the second optical coupler 11 are respectively E ₀ (ν) = { e ₀ (ν) − _{i e r (ν)} /} √2 and _{E 90 (ν) = {e} 90 (ν) is represented by the _{-i e r (ν)} /} √2. Since the light intensity is proportional to the square of the intensity of the electromagnetic field, respectively ^{_{| E 0 (ν) | 2}} α | {e 0 (ν) -i e r (ν)} / √2 | 2 = [| e 0 ^{(ν) | 2 + | e} r (ν) | 2 + 2i (e 0 (ν), e r (ν)) + c. c. ] / 2 and ^{_{| E 90 (ν) | 2}} α | {e 90 (ν) -i e r (ν)} / √2 | 2 = [| e 90 (ν) | 2 + | e r (ν) ^{_{| 2 + 2i (. e 90}} (ν), e r (ν) + c.c)] is / 2. Where c. c. Represents a conjugated complex number. Each interference component in the light intensity is
[0015]
[Expression 7]

Represented by the real part of. Here, <> represents a statistical average, and () represents an inner product of complex vectors. Since equation (6) corresponds to an interference fringe for a specific optical frequency ν, the interferogram generated when τ ₂ is continuously increased by an optical delay circuit is obtained by integrating equation (6) with ν. Is given in the real part of the value. Substituting equations (3) and (4) into equation (6),
[0016]
[Equation 8]

Get. Here, * represents a conjugate complex number, delay time τ = τ ₂ −τ ₁ ,
[0017]
[Equation 9]

Is still a unitary matrix. Here, † represents an operation for transposing the complex conjugate of the matrix components. Since emitted from the light source is completely unpolarized, mutually perpendicular two components of _{e (ν) e 0 (ν} ), is represented by e ₁ (ν), between e ₀ (ν) and e ₁ (ν) Since there is no correlation, <e _k (ν) e _l (ν) ^* > = 0 (k ≠ l, k, l = 0,1) is obtained. In addition, since the optical power in two directions perpendicular to the traveling direction of light is equal, the condition <e _k (ν) e _k (ν) ^* > = <e _l (ν) e _l (ν) ^* > is also imposed. The In order to satisfy these conditions, <e _k (ν) e _l (ν) ^* > = δ _kl <| e (ν) | ² > / 2,
[0018]
[Expression 10]

Is converted. Here, G (ν) = <| e (ν) | ² > represents the light spectrum emitted from the light source, and Tr () represents the sum of the diagonal components of the matrix. In general, U ₁ and U ₄ which are unitary matrices can be expressed as follows.
[0019]
[Expression 11]

Here, the elements a, b, c, and d are generally complex numbers and satisfy | a | ² + | b | ² = 1, | c | ² + | d | ² = 1, but the lateral pressure on the optical fiber is satisfied. It is difficult to determine these values in advance because they change due to or bending. By substituting (5) and (9) into (8), the following equation is obtained.
[0020]
[Expression 12]

Since τ continuously increases in the optical delay circuit, the interferogram generated at this time is obtained by integrating the expression (10) with respect to ν.
[Formula 13]

Given by the real part of In other words,
[0022]
[Expression 14]

It is. Here, ψ ₀ and ψ ₉₀ are the phases of c ₀ and c ₉₀ , respectively. Similar to equation (2), I ₀ (τ) and I ₉₀ (τ) are Fourier transformed at ν> 0,
[0023]
[Expression 15]

It becomes. Here, if the condition | a | ² + | b | ² = 1, | c | ² + | d | ² = 1 is considered, | c ₀ | ² + | c ₉₀ | ² = | g _s g _r | since the ^2/16, from (13),
[0024]
[Expression 16]

And A (ν) can be obtained because it does not depend on the elements a, b, c, and d. Also, based on the above conditions, the value obtained by synthesizing the amplitude of each interferogram is
[0025]
[Expression 17]

And no longer depends on the elements a, b, c and d. Here, I ^(r) (τ) corresponds to an interferogram observed when adjustment is made so that the signal level of the interference fringe is maximized by matching the polarization states of the signal light and the reference light. _{Therefore, | I 0 (τ) |} 2 or | I ₉₀ (τ) | ² of at least one of, | I (τ) | would take ^2/2 or more values, the result, | I ₀ (tau ) | Or | I ₉₀ (τ) | is at least one value of | I (τ) | / √2. That is, when the interferogram is obtained by setting the Faraday rotation angle to 0 ° and 90 °, the signal level of at least one interferogram is the signal level of the interferogram obtained by performing the best polarization adjustment. 70% or more. Therefore, the phase spectrum φ (ν) can be obtained with almost the same S / N as the interferogram having a larger signal level out of the two interferograms.
[0026]
FIG. 3 shows various changes in the polarization state on the reference light side of the interferometer, and I ₀ ^(r) (ν) and I ₉₀ ^(r) (ν) are measured for each polarization state. ) Is a plot of the transmission spectrum A (ν) ² obtained from the equation. As shown in the figure, the present invention makes it possible to measure a transmission spectrum with fluctuation within 2.5 dB even when the polarization state changes.
[0027]
FIG. 4 shows the phase error caused by the deviation from the design value of the total arrayed waveguide length constituting the arrayed waveguide type diffraction grating as the measurement optical device, and shows the interferometer having a larger signal level for each polarization state. It is obtained from gram. As shown in the figure, it was found that the phase error of the arrayed waveguide grating can be measured with an accuracy of 0.1 rad near the center and with an accuracy of 0.2 rad at the end regardless of the polarization state of the reference light.
[0028]
FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention. Like the first embodiment, the polarization rotation module 12 is installed on the measuring light device side, but the polarizer 15 is on the incident side. The difference is that the Faraday rotator 14 is installed on the exit side.
[0029]
As in the first embodiment, the propagation vector e ₀ (ν) of the signal light arriving at the optical coupler 11 when the Faraday rotation angles are 0 ° and 90 ° is the same as the above equation (3). in addition, e _r ([nu) also (4) is identical to the above equation equation. However, e ₀ (ν) is
[0030]
[Formula 18]

Thus, the matrices P and R are reversed compared to the equation (3). Similarly, the interference component of the light intensity with a Faraday rotation angle of 90 ° is
[0031]
[Equation 19]

It becomes. Since the emission from the light source is completely non-polarized,
[0032]
[Expression 20]

It becomes. By calculating the matrix component, equation (18) is
[0033]
[Expression 21]

And the equation (19) is integrated with respect to ν.
[Expression 22]

By taking the real part of
[0035]
[Expression 23]

Get. (21) the Fourier transform of the equation is similar to equation _{(12), c 0 = g s g r} * (ca-b * d) / 4, c 90 = g s g r * (c * b * + ad ^* ) / 4, and | a | ² + | b | ² = 1, | c | ² + | d | ² = 1, so | c ₀ | ² + | c ₉₀ | ² = | g _s g _r | next ^2/16, of the first embodiment (14), it is possible to obtain a result similar to (15). That is, the same amplitude spectrum A (ν) as in the first embodiment can be obtained.
[0036]
Therefore, in the polarization rotation module 12, even if the polarizer 15 is installed on the incident side and the Faraday rotation element 14 is installed on the output side, at least if the interferogram is obtained by setting the Faraday rotation angles to 0 ° and 90 °, The signal level of one interferogram is 70% or more of the signal level of the interferogram obtained by performing the best polarization adjustment. In addition, the phase spectrum φ (ν) can be obtained with almost the same S / N as the interferogram having a larger signal level out of the two interferograms.
[0037]
Furthermore, in the first and second embodiments, the polarization rotation module 12 is installed on the optical device side, but the same result can be obtained even if it is installed on the optical delay circuit side.
[0038]
If a polarizer is not used or unpolarized light is not used as a light source, the results of (14) and (15) cannot be obtained, that is, the amplitude and phase are independent of the polarization state. It is clear from the calculation that the spectrum cannot be derived.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to measure the amplitude and phase spectrum of an optical device without requiring adjustment of the polarization state, so that it is developed as an automatic optical device evaluation system in a production line. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the prior art. FIG. 2 is a diagram showing a first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing the first embodiment of the present invention when the polarization state is changed variously. FIG. 4 shows all transmission spectrums measured in the example. FIG. 4 shows all phase error distributions of the arrayed waveguide grating measured in the first example of the present invention when the polarization state is changed variously. Fig. 5 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... LED light source of 1.5 micrometer band, 2 ... 1st optical fiber coupler, 3 ... Optical fiber, 4 ... Array waveguide type diffraction grating which is optical device for measurement, 5 ... Optical delay circuit, 6, 7 ... Collimating lens, 8 ... prism, 9 ... moving reflector, 10 ... polarization controller, 11 ... second optical fiber coupler, 12 ... optical module, 13 ... collimating lens, 14 ... Faraday rotator, 15 ... polarizer, 16 ... Collimate lesbian

Claims (2)

The low-coherence light is bisected, one of which is incident on the measurement optical device as signal light, and the other is used as reference light to pass through an optical delay circuit that generates a continuous optical path length change. Interferogram I which is an interference fringe generated when the delay time amount τ given by the optical delay circuit is continuously changed with respect to the interference light obtained by combining the incident light and the reference light from the optical delay circuit. ^(r) (τ) ((r) represents the real part of a complex number), and I ^(r) (τ) is Fourier-transformed with respect to τ, whereby the amplitude spectrum A (ν) and phase of the optical device for measurement In the optical device evaluation method for obtaining the spectrum φ (ν),
With respect to the interference light in which the low coherence light is further non-polarized and the polarization state of either the signal light or the reference light is rotated by 0 ° and 90 °, an interferogram I ₀ ^(r) (τ ) And I ₉₀ ^(r) (τ) and Fourier transform the interferogram with respect to τ, and the resulting F [I ₀ ^(r) (τ)] (ν) and F [I ₉₀ ^(r) (τ )] (Ν), a constant c, and a spectrum G (ν) of the light emitted from the light source,
A (ν) = (c / G (ν))
× [| F (I ₀ ^(r) (τ)) (ν) | ²
+ | F (I ₉₀ ^(r) (τ)) (ν) | ² ] ^1/2
To obtain the amplitude spectrum A (ν) of the optical device for measurement,
The phase spectrum φ (ν) of the optical device for measurement is obtained by performing Fourier transform on the larger signal level of I ₀ ^(r) (τ) and I ₉₀ ^(r) (τ). Optical device evaluation method. A low-coherence non-polarized light source, a first optical coupler that bisects the light from the light source, and light branched into one of the first optical couplers are incident on the measurement optical device and output from the optical device. The signal light system for extracting the incident light and the other light branched by the first optical coupler are incident on an optical delay circuit for causing an optically continuous delay, and output from the optical delay circuit. In an optical device evaluation apparatus comprising: a reference light system for extracting emitted light; and a second optical coupler for combining the emitted light from the measurement optical device and the emitted light from the optical delay circuit,
The signal light system or the reference light system includes a polarization rotation device and a polarizer for polarizing incident light at 0 ° and 90 °, and
When the delay time amount τ given by the optical delay circuit is continuously changed with respect to the interference light obtained by rotating the polarization state of the incident light of either the signal light or the reference light by 0 ° and 90 ° A data acquisition device for determining interferograms I ₀ ^(r) (τ) and I ₉₀ ^(r) (τ) (where (r) represents the real part of a complex number), which are interference fringes that occur , and
The interferograms I ₀ ^(r) (τ) and I ₉₀ ^(r) (τ) are Fourier-transformed with respect to τ, and the obtained F [I ₀ ^(r) (τ)] (ν) and F [I ₉₀ ^{( r)} (τ)] (ν), a constant c, and a spectrum G (ν) of light emitted from the light source,
A (ν) = (c / G (ν))
× [| F (I ₀ ^(r) (τ)) (ν) | ²
+ | F (I ₉₀ ^(r) (τ)) (ν) | ² ] ^1/2
To obtain the amplitude spectrum A (ν) of the optical device for measurement,
A processing system for obtaining the phase spectrum φ (ν) of the optical device for measurement by Fourier-transforming the higher one of I ₀ ^(r) (τ) and I ₉₀ ^(r) (τ) An optical device evaluation apparatus comprising:

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