JP4627020B2

JP4627020B2 - マルチモード光導波路の光学特性測定方法

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Publication number: JP4627020B2
Application number: JP2005230554A
Authority: JP
Inventors: 真司小池; 栗原　　隆; 松浦　　徹; 彰夫杉田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2005-08-09
Filing date: 2005-08-09
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2025-08-09
Also published as: JP2007046973A

Description

本発明は、ファイバー・ツー・ザ・ホーム（ＦＴＴＨ）を狙いとする光トランシーバモジュールに内蔵されるマルチモード光回路をはじめとする情報通信処理装置用光部品類におけるマルチモード光部品の光学特性測定方法に関する。

ＤＶＩ(Digital Visual Interface)規格に基づいた大画面ディスプレイの画像データとその制御コンピュータ間の光リンクの高速化や、家電製品間で交信されるユビキタス通信の普及により、家庭内外で取り扱われるデータ量は、増加の一途をたどり、家庭内で必要とされる情報量が１Ｇｂｉｔ／ｓクラスの伝送容量を超えるという予想は現実感を帯びてきている。

これら光リンクは技術的には必ずしもシングルモード光ファイバ伝送が必要とはいい難く、集合住宅もしくは家庭内の伝送距離を考慮すると、伝送帯域としてはマルチモード光ファイバでも十分と考えられる。また、家計費に占める通信コストはほぼ横ばい傾向であることから、部品としての接続コストならびに配線工事のＤＩＹ化の可能性を考慮すれば、マルチモード光ファイバリンクは低廉化が期待でき、より一層のＦＴＴＨの普及を図ることが期待できる。

一方、ＯＮＵ(Optical Network Unit)等の光トランシーバモジュールに内蔵される光導波回路の評価方法は、シングルモード光導波回路技術が急速に進展した結果、マルチモード光回路の測定評価技術については十分に規格化が進展していない。また、マルチモード光ファイバそのものの評価手法の適用が想定できるものの、上述のマルチモード光部品の適用領域である３００ｍ以下ではＪＩＳＣ６８６３ならびにＪＩＳＣ６８３６−０２で述べられる評価手法が必ずしも現実を反映していないと考えられる。

図１２には上述の従来手法によるマルチモード光導波回路評価方法の概要を示した。図中、１はマルチモード光ファイバ、２は励振器、３はファイバシェイカ、４は光源、５はフォトディテクタ、６はマルチモード光導波路である。励振器２には励振形態によって２種類が有り、ＳＧＳ励振器もしくはＧＳＧ励振器がある。これらＳならびにＧはステップインデクス形（以下ＳＩ形）とグレーデッドインデクス形（以下ＧＩ形）の２種類の屈折率分布を有する光ファイバを表している。ＳＧＳ励振器では伝送ファイバ中の伝搬モードの均一なパワー分配のもとで伝送を行う形態である一様モード励振を実現できる。

これに対し、ＧＳＧ励振器では伝送ファイバの伝搬モードにつき低次のモードに主にパワーが分配される伝搬形態をとり、定常モード励振が実現できる。例えば、ＮＡ(NA-Numerical Aperture)が０．２のＧＩ形光ファイバで、０．８５μｍ光でファイバの励振を行う場合には、定常モード励振では２ｍ長のＧＩ形光ファイバ、２ｍ長のＳＩ形光ファイバと２ｍのＧＩ形光ファイバとを接続して励振器を構成する。ＬＤ光もしくはＬＥＤ光をこれに通過させた後に５００ｍ以上のファイバを伝送させることによって、ファイバ端で定常モード励振を得てマルチモード光ファイバもしくは光回路の特性評価が試みられている。

一様モード励振ではＳＩ形＋ＧＩ形＋ＳＩ形のそれぞれ２ｍ長の光ファイバを接続させて励振器を構成させ、５００ｍ長の光ファイバを用いずにそのままマルチモード光回路にファイバを接続して特性評価を行うことになる。定常モード励振では損失加算則が成立するので一般にマルチモード光部品評価には定常励振が用いられている。

また、光源４としてレーザ光を用いた場合にはそのコヒーレンシの高さから、ファイバもしくは光導波路コア内でスペックルノイズが発生してファイバ接続部の不整合によりフォトディテクタ５で検出されるパワーが安定しない等の問題が発生する。そこで、ファイバシェイカ３と呼ばれる物理的にファイバを揺する装置を用いることによって、スペックルによる光出射強度の不均一分布を時間的に平均化処理を行う装置を用いて、マルチモード光導波路６の端からの出射光強度分布測定を行っていた。このためマルチモード光導波路測定評価にあたっては装置規模が大きくなる状況であった。

"ＤＶＩ光リンク"ＬＧＰ−Ｚ０００３Ａ−ＰＡ、［ｏｎｌｉｎｅ］、本多通信工業株式会社、［平成１７年８月１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｏｎｄａ−ｃｏｎｎｅｃｔｏｒｓ．ｃｏｍ／ＰＤＦ／ＮＥＷ／０１／２００５０５１８／０／２００５０５１８．ＤＶＩＪ．ｐｄｆ＞ＰｈｉｌｌｉｐＢｅｌｌ，"ＦｉｂｅｒＳｅｌｅｃｔｉｏｎＧｕｉｄｅｆｏｒＰｒｅｍｉｓｅｓＮｅｔｗｏｒｋｓ，"ＣｏｒｎｉｎｇＷｈｉｔｅｐａｐｅｒＷＰ１１６０Ｉｓｓｕｅｄ：Ｆｅｂｒｕａｒｙ２００５ＩＳＯ９００１ＲｅｇｉｓｔｅｒｄＪＩＳＣ６８２３−１９９９「光ファイバ損失試験方法」ＪＩＳＣ６８６３−１９９０「全プラスチックマルチモールド光ファイバ損失試験方法」Ｇ．ＴｈｏｍａｓＨｏｌｍｅｓａｎｄＲｏｂｅｒｔＭ．Ｈａｗｋ，"Ｌｉｍｉｔｅｄｐｈａｓｅ−ｓｐａｃｅａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｏｆｌｏｗ−ｌｏｓｓｏｐｔｉｃａｌｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ，"ＯｐｔｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．６，ｎｏ．２，ｐｐ．５５−５７，（１９８１）．

以上述べてきたように従来手法によるマルチモード光導波路特性測定法では、定常モード励振では５００ｍ以上の長い伝送距離を経た光ファイバを用意する必要があるため、装置規模が大きくなる。

さらに、今日の家庭内や、集合住宅といったマルチモード光ファイバ伝送の使用環境を鑑みると、必要となるマルチモード光ファイバの長さは高々５０ｍ程度であり、５００ｍ以上の長い伝送距離を経た光ファイバによって行われる従来測定手法は、実際のマルチモード光ファイバの使用環境に合致しない。

また、マルチモード光ファイバの材質によっては評価波長において著しく吸収損失をもたらすものもあり、家庭内や集合住宅といった環境において使用する高々５０ｍ程度の光導波路としては十分使用に耐える伝送損失であるにもかかわらず、従来測定手法に必要となる５００ｍ以上の長いマルチモード光ファイバを通すと、測定対象光導波路に光を入射することができなくなり、従来測定手法によっては光回路としての特性評価ができない問題があった。

本発明は、このような背景の下に行われたものであって、使用環境との整合性が高く再現性のよい簡易なマルチモード光導波路の光学特性評価法を実現することができる励振装置および励振方法を提供することを目的とする。

今日の家庭や集合住宅などにおけるマルチモード光ファイバによる短距離ネットワークの使用環境を考慮したマルチモード光導波路の特性評価方法を実現するにあたって、本発明の励振装置は、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）光源と、このＳＬＤ光源に接続されこのＳＬＤ光が入射される偏波保存光ファイバと、この偏波保存光ファイバに挿入され前記ＳＬＤ光を一定偏波とする偏光素子と、この偏波保存光ファイバからの出射光ビームのスポットサイズを変換するスポットサイズ変換手段と、このスポットサイズ変換手段からの出射光ビームをマルチモード光導波路コアに入射させるビーム入射手段とを備えたことを特徴とする。

さらに、前記ビーム入射手段の光出射端面にコンタクトセンサを設け、このコンタクトセンサを、前記マルチモード光導波路端面もしくは前記マルチモード光導波路を搭載するサンプルホルダ端面に突き当てることにより前記ビーム入射手段と前記マルチモード光導波路端面もしくは前記サンプルホルダ端面との距離を測定する手段を備えることができる。

さらに、前記ＳＬＤ光源と前記スポットサイズ変換手段との間の偏波保存光ファイバに２入力×１出力光カプラが挿入され、前記ＳＬＤ光源からの出力光が前記偏波保存光ファイバを介して当該光カプラの一方の入力側端子に入射され、他方の入力側端子には前記ＳＬＤ光の前記マルチモード光導波路端もしくは前記サンプルホルダ端からの反射戻り光の強度を検出する光パワー検出手段が接続され、当該光カプラの出力側端子には前記スポットサイズ変換手段が前記偏波保存光ファイバを介して接続された構成とすることができる。

このような本発明の励振装置を用い、前記ビーム入射手段から出射されるガウシアンビームを被試験試料であるマルチモード光導波路コアに入射させ、当該マルチモード光導波路端面からの反射戻り光の強度を前記光パワー検出手段により検出してこの強度が最大となるように前記ビーム入射手段と前記マルチモード光導波路コアとの相対位置を調整して前記ガウシアンビームと前記マルチモード光導波路コアとの位置決めを行うと共に、前記ガウシアンビームのビームウェストを前記マルチモード光導波路端面位置に設定して前記マルチモード光導波路の光学特性を測定することができる。

これにより、従来のＪＩＳＣ６８６３ならびにＪＩＳＣ６８３６−０２に示される定常モード励振とほぼ同一規模の励振状態が得られるので、ガウシアンビームによる励振手法は有効なマルチモード光導波路の評価手法となり得る。

前述のとおり、ガウシアンビームの興味深い点はビームウェストを中心として対称にビームが伝搬する性質があるため、マルチモード光導波路端面とビームウェスト等位相面とが一致するように位置決め設定ができれば、マルチモード光導波路端面から入射光学系への反射戻り光が最大となり、マルチモード光導波路端面とビームウェストとを重ね合わせた状態の位置検出が可能となる。

例えば、前記ガウシアンビームのビームウェストを前記マルチモード光導波路端面位置に設定する際に、当該マルチモード光導波路端面からの反射戻り光の強度を前記光パワー検出手段により検出してこの強度が最大となるように前記ビーム入射手段端面と前記マルチモード光導波路端面もしくは前記サンプルホルダ端面との距離を設定する。

設定された前記距離を前記コンタクトセンサにより測定し、次回以降の光学特性の測定からは今回測定して得られた前記距離の値を、前記ガウシアンビームのビームウェストを前記マルチモード光導波路端面位置に設定することができる確定値として扱うことができる。

これにより、次回以降の測定の際には、前記ビーム入射手段端面と被試験試料であるマルチモード光導波路端面との距離を予め前記確定値に設定しておくことができるため、効率良く毎回同様な位置と角度でマルチモード光導波路へのガウシアンビームの励振が実現可能となる。

本発明による測定系を用いることによって、マルチモード光導波路への励振状態を精密にかつ簡易に規定することが可能となり、従来技術と比して種々のコアサイズ、屈折率差を有するマルチモード光導波路を簡易に一元的に評価することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこの例のみに限定されるものではない。
（測定原理）各実施例に共通する測定原理を以下に説明する。

本項で本発明による測定原理を図１を参照して説明する。符号６はマルチモード光導波路、符号６−ａは光導波路コア、符号７は光学ヘッド内に設けた第二レンズ、符号８はガウシアンビームの等位相面を模式的に破線で表している。図中にはコリメートビームが第二レンズ７を経てあるスポットサイズω₀を持ったガウシアンビームに変換された様子を示している。第二レンズ７にて集光された結果、コリメートビームとは異なる広がり角でビームが伝搬するようになる。

ガウシアンビームはビームウェスト位置を中心とした球面波のような波面湾曲を持つ位相でもって等位相面が広がりを持ち、この等位相面湾曲の割合はビームスポットに向かうにつれて少しずつ減少し、ビームウェスト位置で等位相面はビーム進行方向と垂直となる。

一方、各種光導波路部品の評価を行うにあたり、そのコアサイズとＮＡは適用伝送域によって多種多様なものがあり、数μｍサイズのコアから数１００μｍまでのコアサイズのものまである。これに対して評価に用いる光としてシングルモード光ファイバからの出射光を用いた場合には、一旦第一レンズ（図外）でコリメートビームとした後で、第二レンズ７で第一レンズと同一レンズを用いた光学系を構成した場合には、第二レンズ通過後のスポットサイズはシングルモード光ファイバからのモードフィールド半径と同様に数μｍのサイズとなる。

これをそのまま数１０μｍから数１００μｍまでの光導波路コアサイズの励振に用いる場合には、入射ガウシアンビームのスポットサイズが小さいため、光導波路への入射位置および角度が規定できないと、マルチモード光導波路の特性として様々な励振モードを受け入れることができ、導波路内で様々な伝搬モードが励振され、損失特性に代表される光学特性評価結果の再現性が欠けることになる。一方、このような複数のレンズ系で実現されるガウシアンビームは、評価用入射ビームとして簡易に規定できる大きな利点がある。すなわち、光導波路コア構造が異なる被試験試料を用いた場合でも、同様の入射を行うことができ、従来のＪＩＳＣ６８６ならびにＪＩＳＣ６８３６−０２に示される定常モード励振とほぼ同一規模の励振状態が得られるので、ガウシアンビームによる励振手法は有効なマルチモード光導波路回路の評価手法となり得る。

前述のとおりガウシアンビームの興味深い点はビームウェストを中心として対称にビームが伝搬する性質があるため、マルチモード光導波路端面とビームウェスト等位相面とが一致するように位置決め設定ができれば、マルチモード導波路端面から入射光学系への反射戻り光が最大となり、マルチモード光導波路端面とビームウェストとを重ね合わせた状態の位置検出が可能となる。この位置合わせを実現した上でなおかつ、マルチモード光導波路コア中心位置と励振ガウシアンビーム光軸中心とを設定することによって、効率良く毎回同様な位置と角度でマルチモード光回路へのガウシアンビームの励振が実現可能となる。

以下具体的な実施例を用いて測定過程とその測定結果を述べる。

（第一実施例）
第一実施例では前述の原理を用いた本発明によるマルチモード光回路の評価方法を示す。図２にはその基本測定光学系を示す。符号６は被試験試料であるマルチモード光導波路、符号７は第二レンズ、符号９は第一レンズ、符号１０はファイバピッグテール、符号１１は光学ヘッド、符号１２は偏光子、符号１３は光カプラ、符号１４−ａ、１４−ｂは偏光子付偏波保持光ファイバ、符号１５は８４８ｎｍで発振するスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ：Super Luminescent Diode）、符号１６は光パワー検出器、符号１７は光学ヘッド端面に取り付けられたコンタクトセンサ、１８はサンプルホルダである。

次に、本光学系で光導波路評価に用いる測定光の伝送過程を述べる。ＳＬＤ光源１５から出射した測定光はファイバ形偏光子１２を内蔵させた偏波保存光ファイバ１４−ａに光結合して伝送される。測定光は内蔵された偏光子１２を通過後には一定偏波を持ちファイバ中を伝送されることになる。偏波保持光ファイバは偏波保持光カプラ１３と接続されており、測定光は光カプラを所望のパワー分岐比で出力側ポートに出力され、本ポートと接続している偏光子を内蔵した偏波保存光ファイバ１４−ｂに伝送されることになる。
この偏波保存光ファイバの出射端１４−ｂ、ならびに測定光出射方向対向位置に第一レンズ９が光学ヘッド１１に保持されて設置されている。第一レンズ９によって偏波保存光ファイバから出射する測定光をコリメートビームとしている。コリメートビームとなった測定光は光学ヘッド１１に保持されている第二レンズ７によって集光され所望のスポットサイズを有するガウシアンビームに変換される。これら第一ならびに第二の光学レンズ９ならびに７の変更によって所望のスポットサイズを有するガウシアンビームを実現することができる。

本測定に用いたガウシアンビームの遠視野像の一例を図３に示す。図３に示すようにω_x＝１．６μｍ、ω_y＝１．６μｍのガウシアンビームが得られた。また、光学ヘッド１１の第二レンズ７搭載面を原点として顕微鏡焦点位置を変えながら、ガウシアンビーム近視野像観察を行った結果を図４に示す。図４に示すように光学ヘッド１７のレンズ搭載冶具面を原点にとり顕微鏡焦点位置を１００μｍ単位で移動させることでビームウェスト位置の検出を試みた。その結果、Ｚ_OW＝１８００±１００μｍ位置にビームウェストがあることが判明した。

次に、今度は近視野観察系を取り除き、光学ヘッド１１と対向させて鏡面（図示せず）を設置し、これを光軸方向に微動させることで反射戻り光最大となる光軸方向位置の検出を行った。まずは光学ヘッド１１面に搭載しているコンタクトセンサ１７を鏡面に突き当て原点設定を行った後、鏡面をｚ軸方向に移動させると共に図１記載の測定光学系の光パワー検出器１６で反射戻り光をモニタすることでピーク位置を検出することとした。その結果を図５に示す。測定結果によればピーク位置Ｚ_CPは１４００μｍと検出された。一方、図２にあるようにコンタクトセンサ１７は光学ヘッド１１の第二レンズ７を搭載した面よりも突出しており、その突き出し量はＺ_OC＝４３１±５９μｍであった。

従って、本測定結果から求められる光学ヘッド１１の第二レンズ搭載面から測定されたガウシアンビームのビームウェスト位置Ｚ’_OWは１８３１±５９μｍとなった。この結果、近視野像から測定された結果とほぼ一致することから、本発明による測定系によってビームウェスト位置が検出できることが明らかとなった。

次に鏡面を取り外し、実際の被測定マルチモード光導波路端面からの反射戻り光ピーク位置の検出を試みた。測定にはコア断面サイズ５００μｍ×５００μｍ、コア屈折率１．５１２、ならびにクラッド屈折率１．５３１の光導波路を用いた。その結果を図６に示す。図６に示すように約２ｄＢの消光比のピークが得られ、実際のマルチモード光導波路においても入射ガウシアンビームのビームウェスト位置の検出が可能であることが明らかとなった。なお、図６のｚ座標は原点設定を図５と一致させずに測定した結果である。

さらに、図７においてマルチモード光導波路端面での近視野像を本発明による観察結果とＪＩＳＣ６８６３による手法での観察結果を比較検討した結果を示す。図７（２）はＨｅＮｅレーザ光（中心発振波長６３３ｎｍ）を用いた場合であり、図７（１）に示すＳＬＤ光励起による結果と比較して細かな輝点が数多く発生している様子がわかる。これらはスペックルであり、このパターン変動は入射側におけるファイバとマルチモード光導波路との光接続損失変動として現れることになる。一方、ＳＬＤ光による励振では光導波路コア端面全域にわたりスペックルによる明暗がきわめて小さくスペックルコントラストが低い状態であることがわかる。この結果、スペックル変動による検出パワー変動は観察されなかった。これらスペックルコントラストの相違は光源コヒーレンスに関わる結果である。

図７（３）にはＳＬＤ光の発振波長スペクトルを示しており、中心波長として８４８ｎｍ、線幅として１３．８ｎｍのガウスシアン分布状の単峰スペクトラムを示している。一方、ＨｅＮｅレーザ光については中心波長として６３３ｎｍ、線幅が２．１ｎｍであった。加えてスペクトラムピーク値から５ｄＢの低下領域ではもう一つのピークが観察され、発振線幅の規定が困難であることがわかった（図示せず）。

（第二実施例）
本実施例では、本発明による測定系による測定過程を図８〜図１０を参照して説明する。符号１２は偏光子、符号６はマルチモード光導波路、符号１１は光学ヘッド、符号１３は光カプラ、符号１４−ａ、１４−ｂは偏波保存光ファイバ、符号１５はＳＬＤ光源、符号１６は光パワー検出器、符号１７はコンタクトセンサである。図８は測定過程Ｉを示しており、光学ヘッド１１をマルチモード光導波路基板６の端面にコンタクトさせることによって、光学ヘッド１１とマルチモード光導波路端面との原点位置を認識させた。

次に、図９に示す測定過程ＩＩによって、光学ヘッド１１を光軸方向にマルチモード光導波路端面からずらしていき、光パワー検出器１６で検出される入射ガウシアンビームの反射戻り光が最大となるように、光学ヘッド１１とマルチモード光導波路端面との位置合わせを行う。さらに、図１０に示す測定過程ＩＩＩでは、マルチモード光導波路出射端からの光パワーの検出を行いながら（光パワー検出器は図示せず）、ガウシアンビームスポットとマルチモード光導波路との位置合わせを行う。

これに際して光学ヘッド１１を図１０に示すように、ｘ、ｙ方向にコアを中心に＋方向と−方向に位置をずらすことで、入射ガウシアンビームと光導波路コア６−ａとの光結合がはずれた位置を認識させ、それぞれの位置合わせ方向について光結合がはずれた位置の中点位置で、光導波路コア６−ａの中心位置を認識させる。この後、再度反射戻り光が最大となるように光導波路の傾き（ｘ、ｙ、ｚ軸方向のそれぞれの回転軸方向）を変化させる。以上の測定過程ＩＩＩを繰り返すことによって、光導波路コア６−ａとガウシアンビーム中心位置とを一致させた。

以上述べた測定過程Ｉ〜過程ＩＩＩによってガウシアンビームのマルチモード光導波路入射位置構成を規定した。次に本発明による測定光学系の有効性の確認を従来技術による励振手法の結果と交えて説明を行う。励振状態評価にあたり、測定に用いたマルチモード光導波路試料は第一実施例と同様に、コア断面サイズとして５００μｍ×５００μｍ、コア屈折率１．５１２、ならびにクラッド屈折率１．５３１のマルチモード光導波路構成を持つ。また、測定評価に伴う励振モードのパラメータとして、ＥＭＶ(Effective
Mode Volume)値を用いた。

ＥＭＶ値は評価すべき光学ビーム近視野像で得られる１／ｅ²全幅と遠視野像で得られる１／ｅ²幅半値を角度とするｓｉｎの値の積として表し、これによって励振されるモード量として規格化している。従って、ガウシアンビームの場合には、遠視野像としては一定値をとり、近視野像ではビームの広がりと共にＥＭＶ値は大きくなり、ビームウェスト位置では最小となる。かたやガウシアンビームによって励振されたマルチモード光導波路からの出射光ではステップインデクス形の光導波路の場合には近視野像を励振されるモード数に関わらず、ほぼ一定になるのに対して、遠視野像は励振モードの変化と一致する傾向を持つ。

そこで、励振に用いるガウシアンビームをマルチモード光導波路端面からビームウェスト位置を遠ざけることで、マルチモード光導波路へのガウシアンビームによる励振状態ＥＭＶ_inputに変化を与えた場合に、マルチモード光回路の出力側の励振状態ＥＭＶ_outputがどのような変化を示すかう評価測定を行った結果を図１１に示す。測定にあたっては光学ヘッド１１を遠ざけることによってＥＭＶ_input値を変更し、６ｃｍ長さの上述の光導波路からの出力側のＥＭＶ_output値の変化を調べた。なお、図１１の点線は入力ＥＭＶ_inputと出力ＥＭＶ_outputとの値が一致する状態を示している。図１１（ａ）ではスポットサイズω_x＝１．６μｍ、ω_y＝１．６μｍのガウシアンビームで評価された結果を示している。

図１１に示すように、励振されたＥＭＶ_outputはビームウェスト位置にて５．０×１０³μｍ²と最大値をとり、その後、入力ＥＭＶ_inputの増加に関わらず少しずつ減少し、ＥＭＶ_inputが４．０×１０³μｍ²を超えた領域から減少傾向が顕著になることがわかる。この原因としてはＥＭＶ_inputが４．０×１０³μｍ²までは入射ガウシアンビーム（１／ｅ²幅）が評価すべき導波路コア内に収まっているのに対し、４．０×１０³μｍ²以上ではガウシアンビームがコア幅を超えた結果、光導波路コア内で励振されるモード数の減少傾向が顕著になっていく様子がわかる。

図１１（ｂ）では光学ヘッド１１のレンズ系を取り替えて、スポットサイズωｘ＝０．９９μｍ、ωｙ＝０．８８μｍのガウシアンビームをマルチモード導波路励振光として実験を行った結果を示している。この結果、入力時焦点位置ＥＭＶ_inputが０．０７（ビームウェストとマルチモード光導波路端面とが一致）では出力側ＥＭＶ_outputとして１１．５×１０³μｍ²の値を示した。ビームウェスト位置をマルチモード導波路端面位置から遠ざけ、ＥＭＶ_inputの増加を図った結果、ビームウェストから外れたと同時に減少するものの、測定範囲中ＥＭＶ_outputはほぼ一定な状態をとることがわかる。

ビームスポットサイズから判断すれば確実にマルチモード光導波路コア内に励振されているにも関わらず、ビームウェストがマルチモード光導波路端面から外れることでみられる励振量の急激な変化は、測定光学系のｚ軸方向精度がこのような広角のビームで励振する場合には測定系の僅かな位置ずれの影響が大きくなったためと考えられ、ガウシアンビーム焦点位置からずらして光導波路を励振する場合には、より精密な光学系が要求されることになる。

従って、ここで提案した測定系で焦点位置以外で励振を行う場合には、位置精度においてばらつきが想定されるものの、ビームウェスト位置でガウシアンビーム入射状態を規定する手法は反射戻り光ピークの変化として敏感に検出できるため、規定されたガウシアンビームを種々のマルチモード光導波路に対して簡易に再現性高く励振することが可能となる。

一方、図１２で述べたＪＩＳ６８６３全プラスチック光ファイバ損失測定法に記された定常モード励振方法に従い、プラスチック光ファイバ端面での励振状態ならびにその定常モードで上記と同一光導波路でＨｅＮｅレーザ光を用いて励振を行った。その結果、そのＥＭＶ値は入力側ＥＭＶ_input＝４３．３×１０³、ＥＭＶ_output＝１５．０×１０³の値を示し、出力側ＥＭＶ_outputでみた場合には、ほぼ同一のモード規模での励振が本発明によるガウシアンビーム光励振によっても実現できていることが明らかとなり、本手法の有効性が確認された。

なお、本実施例で詳述していないがＳＬＤ光源と光カプラとの間に光アイソレータを設けその反射戻り光の影響による光源出力変動を抑えてそのバックグランドレベルの低下を行ってもよい。
（実施例まとめ）
スポットサイズが小さなガウシアンビームを、ビームウェストが測定対象となるマルチモード光導波路の光入射端面に位置するように入射することにより、図１１（ｂ）のＥＭＶ_inputが０．０７の点（ｙ軸にほぼ接している点）で、ＥＭＶ_outputが１１．５×１０³という値が得られていることからわかるように、従来のＪＩＳＣ６８６ならびにＪＩＳＣ６８３６−０２に示される定常モード励振方法に匹敵するモード規模での励振が実現できる。

ただし、スポットサイズが小さなガウシアンビームを用いると、高い精度での位置合わせが要求されるが、本実施例により説明した励振装置および励振方法によれば、前述したように、マルチモード光導波路端からの反射戻り光の強度が最大となる位置を検出することによって、高い精度でガウシアンビームのビームウェストをマルチモード光導波路の入射端面に一致させることができる。

本発明によれば、種々のコアサイズ、屈折率差を有するマルチモード光導波路を簡易に一元的に評価することに寄与することができる。

本発明による測定原理説明図。本発明による測定光学系全体図。測定光学系における光学ヘッドからの出射ガウシアンビーム遠視野像の一例を示す図。出射ガウシアンビーム幅と光学ヘッド表面からの距離依存性測定結果を示す図。コンタクトセンサを用いて検出された鏡面からの反射戻り光最大ピーク絶対位置測定結果を示す図。光導波路端面からの反射戻り光最大ピーク検出結果を示す図。各光源の励振による光導波路近視野像とＳＬＤ光発振波長スペクトラムとを示す図。本発明測定系による測定過程Ｉを示す図。本発明測定系による測定過程ＩＩを示す図。本発明測定系による測定過程ＩＩＩを示す図。異なるガウシアンビームを入射させた場合のＥＭＶ_inputとＥＭＶ_outputとの測定結果を示す図。従来技術による光導波路励振方法を説明するための図。

符号の説明

１マルチモード光ファイバ
２励振器
３ファイバシェイカ
４光源
５フォトディテクタ
６マルチモード光導波路
６−ａ光導波路コア
６−ｂ光導波路上部クラディング
６−ｃ光導波路下部クラディング
６−ｄ基板
７第二レンズ
８ガウシアンビーム等位相面
９第一レンズ
１０ファイバピッグテール
１１光学ヘッド
１２偏光子
１３光カプラ
１４、１４−ａ、１４−ｂ偏波保存光ファイバ
１５スーパールミネッセント（ＳＬＤ）光源
１６光パワー検出器
１７コンタクトセンサ
１８サンプルホルダ

Claims

スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）光源と、
このＳＬＤ光源に接続されこのＳＬＤ光が入射される偏波保存光ファイバと、
この偏波保存光ファイバに挿入され前記ＳＬＤ光を一定偏波とする偏光素子と、
この偏波保存光ファイバからの出射光ビームのスポットサイズを変換するスポットサイズ変換手段と、
このスポットサイズ変換手段からの出射光ビームをマルチモード光導波路コアに入射させるビーム入射手段と、
前記ビーム入射手段の光出射端面に設けられたコンタンクトセンサと、
前記コンタクトセンサを、前記マルチモード光導波路端面もしくは前記マルチモード光導波路を搭載するサンプルホルダ端面に突き当てることにより前記ビーム入射手段と前記マルチモード光導波路端面もしくは前記サンプルホルダ端面との距離を測定する手段と、
前記マルチモード光導波路端面または前記サンプルホルダ端面からの反射戻り光の強度を検出する光パワー検出手段と
を備えたマルチモード光導波路の励振装置を用い、
前記ビーム入射手段から出射されるガウシアンビームを被試験試料であるマルチモード光導波路コアに入射させ、
当該マルチモード光導波路端面からの反射戻り光の強度を前記光パワー検出手段により検出してこの強度が最大となるように前記ビーム入射手段と前記マルチモード光導波路コアとの相対位置を調整して前記ガウシアンビームと前記マルチモード光導波路コアとの位置決めを行うと共に、前記ガウシアンビームのビームウェストを前記マルチモード光導波路端面位置に設定して前記マルチモード光導波路の光学特性を測定する
ことを特徴とするマルチモード光導波路の光学特性の測定方法。
スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）光源と、
このＳＬＤ光源に接続されこのＳＬＤ光が入射される偏波保存光ファイバと、
この偏波保存光ファイバに挿入され前記ＳＬＤ光を一定偏波とする偏光素子と、
この偏波保存光ファイバからの出射光ビームのスポットサイズを変換するスポットサイズ変換手段と、
このスポットサイズ変換手段からの出射光ビームをマルチモード光導波路コアに入射させるビーム入射手段と
を備え、
前記ＳＬＤ光源と前記スポットサイズ変換手段との間の偏波保存光ファイバに２入力×１出力光カプラが挿入され、
前記ＳＬＤ光源からの出力光が前記偏波保存光ファイバを介して当該光カプラの一方の入力側端子に入射され、
他方の入力側端子には前記ＳＬＤ光の前記マルチモード光導波路端面もしくは前記サンプルホルダ端面からの反射戻り光の強度を検出する光パワー検出手段が接続され、
当該光カプラの出力側端子には前記スポットサイズ変換手段が前記偏波保存光ファイバを介して接続された
マルチモード光導波路の励振装置を用い、
前記ビーム入射手段から出射されるガウシアンビームを被試験試料であるマルチモード光導波路コアに入射させ、
当該マルチモード光導波路端面からの反射戻り光の強度を前記光パワー検出手段により検出してこの強度が最大となるように前記ビーム入射手段と前記マルチモード光導波路コアとの相対位置を調整して前記ガウシアンビームと前記マルチモード光導波路コアとの位置決めを行うと共に、前記ガウシアンビームのビームウェストを前記マルチモード光導波路端面位置に設定して前記マルチモード光導波路の光学特性を測定する
ことを特徴とするマルチモード光導波路の光学特性測定方法。
前記ガウシアンビームのビームウェストを前記マルチモード光導波路端面位置に設定する際に、当該マルチモード光導波路端面からの反射戻り光の強度を前記光パワー検出手段により検出してこの強度が最大となるように前記ビーム入射手段端面と前記マルチモード光導波路端面もしくは前記サンプルホルダ端面との距離を設定する請求項１または２記載のマルチモード光導波路の光学特性測定方法。
設定された前記距離を前記コンタクトセンサにより測定し、次回以降の光学特性の測定からは今回測定して得られた前記距離の値を、前記ガウシアンビームのビームウェストを前記マルチモード光導波路端面位置に設定することができる確定値として扱う請求項１記載のマルチモード光導波路の光学特性測定方法。