JP4835908B2 - 光学特性測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源部からの光を分岐し、一方の分岐光を被測定対象に入射させ、被測定対象から出力される出力光（信号光）に、他方の分岐光（参照光）を干渉させて被測定対象の光学特性、特に被測定対象の伝達関数行列（例えば、ジョーンズ行列）を測定する光学特性測定装置に関するものであり、詳しくは、合波される光（信号光と参照光）の位相差の増減を容易に判断することができる光学特性測定装置に関するものである。

光学特性測定装置とは、被測定対象（例えば、光学素子、光学装置、これら光学素子や光学装置の試験装置・測定装置等）の光学特性（例えば、挿入損失、反射率、透過率、偏光依存性、波長分散、偏波モード分散等）を求めるものであり、具体的には被測定対象の伝達関数行列（例えば、ジョーンズ行列）を測定によって求め、この伝達関数から被測定対象の光学特性を一括して、または必要な光学特性のみを求めるものである。

伝達関数行列を測定によって求めるには、被測定対象に周波数ｆｓの信号光を入射し、被測定対象から出力される信号光（透過光や反射光）を参照光（周波数ｆｒ）と合波して干渉させる。そして、干渉信号を受光部で受光して干渉信号の振幅と位相を測定する（いわゆるヘテロダイン検出）。また、所定の測定波長範囲において伝達関数を求めるため、光源を波長掃引（周波数掃引）する（例えば、特許文献１〜特許文献３参照）。

図５は、被測定対象１への入出力特性を示した図である。図５において、被測定対象１への入力光、出力光は、直交する２偏光の振幅と位相を表す２行１列の列ベクトル（いわゆるジョーンズベクトル）で表され、被測定対象１の伝達関数行列（いわゆるジョーンズ行列）は、下記式（１）で示される。

このようなジョーンズ行列を求めるには、偏光状態が互いに直交する偏光（直線偏光、楕円偏光、円偏光）を有する第１、第２の入力光を被測定対象１に入力する。そして、入力光と被測定対象１から出力される出力光のジョーンズベクトルの振幅と位相を測定して求める。

入力光、出力光の測定結果から演算によってジョーンズ行列を容易に求めるために、一般的には、偏光面が直交する直線偏光（例えば、ｓ偏光、ｐ偏光）を第１、第２の入力光に用いる。そして、被被測定対象１へのｓ偏光、ｐ偏光それぞれの入力光の偏光状態は、被測定対象１の光学特性によって変化して出射する。なお、演算を容易とするため、被測定対象１からの出力光のうち、偏光面が直交する直線偏光（例えば、ｓ偏光、ｐ偏光）を参照光で干渉させて測定する。

つまり、入射ｓ偏光に対する出射ｓ偏光と出射ｐ偏光が存在し、入射ｐ偏光に対する出射ｓ偏光と出射ｐ偏光が存在する。なお、入射ｓ偏光とは、被測定対象１に入力するｓ偏光のことであり、出射ｓ偏光とは、被測定対象１から出力されるｓ偏光のことである。入射ｐ偏光、出射ｐ偏光も同様に、被測定対象１に入力、出力するｐ偏光のことである。

従って、上記の式（１）において、Ｔ_１１は、入射ｓ偏光に対する出射ｓ偏光の関係を表し、Ｔ_２１は、入射ｓ偏光に対する出射ｐ偏光の関係を表し、Ｔ_１２は、入射ｐ偏光に対する出射ｓ偏光の関係を表し、Ｔ_２２は、入射ｐ偏光に対する出射ｐ偏光の関係を表す。つまり、Ｔ_ｘｙのうち、ｘは出射側の偏光状態（ｘ＝１がｓ偏光、ｘ＝２がｐ偏光）を表し、ｙは入射側の偏光状態（ｙ＝１がｓ偏光、ｙ＝２がｐ偏光）を表している。

例えば、被測定対象１からの出力光は、被測定対象１への入力光(つまり、信号光)がｓ偏光であればＴ_１１とＴ_２１が合わさった光となり、入力光がｐ偏光であればＴ_１２とＴ_２２が合わさった光となる。

図６は、従来の光学特性測定装置の構成を示した図である。
波長可変光源２は、光源部であり、所定の波長掃引速度で波長掃引しつつ、レーザ光を出力する。光ファイバ３は、波長可変光源２からのレーザ光を伝送する。レンズ４は、光ファイバ３から出射されたレーザ光を平行光にする。偏波コントローラ５は、レンズ４からの平行光を所望の偏光状態（例えば、直線偏光）に変換する。

干渉部６は、ハーフミラー（以下ＨＭと略す）６ａ、ミラー６ｂ、６ｃ、偏光ビームスプリッタ（以下ＰＢＳと略す）６ｄ、偏光面回転部６ｅ、偏光子６ｆ、６ｇを有し、偏波コントローラ５からの光を分岐し、一方の分岐光を被測定対象１に入力させ、被測定対象１から出力される出力光（信号光）に、他方の分岐光（参照光）を干渉させる。

ＨＭ６ａは、分岐手段であり、偏波コントローラ５からの平行光を、偏光状態に依存せずに分岐し、一方の分岐光を被測定対象に出力する。ミラー６ｂ、６ｃは、ＨＭ６ａで分岐された他方の分岐光の光路に配置され、参照光を順番に反射する。

ＰＢＳ６ｄは、被測定対象１からの出力光の光路上に配置され、ミラ−６ｃからの反射光（参照光）と信号光を合波すると共に、偏光面が直交する光に２分岐する。

偏光面回転部６ｅは、例えば、１／２波長板等であり、ミラー６ｂとミラー６ｃの間に設けられる。偏光子６ｆは、ＰＢＳ６ｄからの一方の分岐光の光路上に設けられ、偏光子６ｇは、ＰＢＳ６ｄからの他方の分岐光の光路上に設けられ、信号光と参照光とを干渉させる。

フォトダイオード７は、干渉部６の偏光子６ｆからの干渉光を受光し、受光した干渉光の光パワー（光強度とも呼ばれる）に応じた信号を出力する。フォトダイオード８は、干渉部６の偏光子６ｇからの他方の干渉光を受光し、受光した干渉光の光パワーに応じた信号を出力する。演算部９は、フォトダイオード７、８からの干渉信号が入力される。

このような装置の動作を説明する。
被測定対象１にｐ偏光とｓ偏光それぞれを入力させるため、所定の波長範囲において２回波長掃引する。まず、１回目の波長掃引から説明する。
波長可変光源２が、所定の波長範囲において連続的に波長掃引しつつレーザ光を出力する。そして、光ファイバ３によって伝送されたレーザ光をレンズ４が平行光にし、偏波コントローラ５が、平行光になったレーザ光の偏光状態をｐ偏光に変換して干渉部６に出力する。

そして、ＨＭ６ａが、偏波コントローラ５からの光を分岐し、一方を信号光として被測定対象１に出力し、他方を参照光として、ミラー６ｂに出力する。さらに、偏光面回転部６ｅが、後段のＰＢＳ６ｄにて光パワーが均等に分岐されるように、ＰＢＳ６ｄの光学軸に対して、ミラー６ｂの反射光の偏光面を４５°傾けミラー６ｃに出力する。

そして、ＰＢＳ６ｄが、被測定対象１からの出力光（入射ｐ偏光に対する出射ｓ偏光、出射ｐ偏光）とミラー６ｂ、６ｃを経た参照光とを合波し、偏光面の直交する光（ｐ偏光、ｓ偏光）に２分岐し、出射ｐ偏光をフォトダイオード７、出射ｓ偏光をフォトダイオード８に出力する。なお、ＰＢＳ６ｄで合波され分岐された光（信号光と参照光）は、偏光面が直交しているので、偏光子６ｆ、６ｇによって偏光面を傾けて干渉させて、フォトダイオード７、８で受光させる

これにより、フォトダイオード７には、ジョーンズ行列のＴ_２２の作用をうけた信号光と参照光の干渉光が入力される。また、フォトダイオード８には、ジョーンズ行列のＴ_１２の作用をうけた信号光と参照光の干渉光が入力される。

さらに、フォトダイオード７、８が、受光した干渉光の光パワーに応じた電気信号を演算部９に出力する。

続いて２回目の波長掃引を行なうが、１回目の波長掃引と異なる点は、偏波コントローラ５が、レーザ光をｓ偏光に変換する点、フォトダイオード７にジョーンズ行列のＴ_２１の作用をうけた信号光と参照光の干渉光が入力される点、フォトダイオード８にジョーンズ行列のＴ_１１の作用をうけた信号光と参照光の干渉光が入力される点であり、その他の動作は１回目の波長掃引と同様なので説明を省略する。

そして、演算部９が、ｐ偏光、ｓ偏光それぞれに基づく干渉信号の位相と振幅からジョーンズ行列の各要素を求め、求めたジョーンズ行列から被測定対象１の光学特性を求める。

特開２００２−２４３５８５号公報 米国特許第６３７６８３０号 特開２００４−２０５６７号公報

このように、信号光と参照光との干渉信号の位相と振幅から、被測定対象１のジョーンズ行列を求めている。

しかしながら、一般的に、フォトダイオード７、８で測定される光波干渉信号は、合波された光（信号光、参照光）の位相差の三角関数に比例した信号強度が得られ、位相差が、増加しているのか、減少しているのか判断することが難しいという問題があった。

このため、例えば、特許文献２では、信号光の伝送される光路、参照光の伝送される光路、被測定対象１の光路を所定の条件とすることにより、信号光と参照光の位相差が、増加または減少のどちらか一方となるように構成している。そのため、光学特性測定装置の構成に大きな制限、すなわち、被測定対象１の光路長が限定されるという問題があった。

そこで本発明の目的は、合波される光（信号光と参照光）の位相差の増減を容易に判断することができる光学特性測定装置を実現することにある。

請求項１記載の発明は、
光源部からの光を分岐し、一方の分岐光を被測定対象に入力させ、この被測定対象から出力される出力光に、他方の分岐光を干渉させて前記被測定対象の光学特性を測定する光学特性測定装置において、
前記光源部からの光を２系統に分岐し、一方の分岐光を信号光として前記被測定対象に入力し他方の分岐光を参照光とするハーフミラーと、前記他方の分岐光の光路に配置された第１、第２のミラーと、前記被測定対象から出力される出力光と他方の分岐光とを合波し、偏光面の直交する光に２分岐する偏光ビームスプリッタと、この偏光ビームスプリッタの一方の分岐光の偏光面を傾けて他方の分岐光と干渉させる第１の偏光子と、前記偏光ビームスプリッタの他方の分岐光の偏光面を傾けて一方の分岐光と干渉させる第２の偏光子とを有し、前記第２のミラーの反射光の光軸を被測定対象からの出力光の光軸に対して直交せずにわずかなずれをもって前記偏光ビームスプリッタに入力することにより前記出力光の光軸と他方の分岐光の光軸とを傾けて合波させて干渉縞を形成する干渉部と、
複数のフォトダイオードを有し、前記干渉部からの干渉光を受光するフォトダイオードアレイと、
このフォトダイオードアレイの出力から位相のずれた第１、第２の干渉信号を生成する干渉信号変換部と、
前記光源部が出力している光の波長または波長掃引の開始波長と掃引速度に基づいて、
前記干渉縞の空間的な周期と前記フォトダイオードアレイのフォトダイオードとの周期のずれによる干渉縞の移動量の誤差を補正する補正手段とを設け、
前記フォトダイオードは、前記干渉縞が形成される方向に沿って、ずらして配置され、
前記光源部からの光を波長掃引することにより前記干渉縞を移動させ、前記干渉縞の移動方向と移動量を測定することを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記フォトダイオードアレイは、フォトダイオードを少なくとも４個有し、
これらフォトダイオードのそれぞれは、前記干渉縞の空間的な１周期を４等分して受光することを特徴とするものである。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、
前記干渉信号変換部は、
１番目のフォトダイオードの出力と３番目のフォトダイオードの出力とを減算した結果を前記第１の干渉信号として出力し、
２番目のフォトダイオードの出力と４番目のフォトダイオードの出力とを減算した結果を前記第２の干渉信号として出力することを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、
前記干渉縞が形成される方向に沿って、前記フォトダイオードアレイを複数個設けたことを特徴とするものである。
請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記フォトダイオードアレイは、フォトダイオードを少なくとも（４×ｎ）個有し、
これらフォトダイオードのそれぞれは、前記干渉縞の空間的な１周期を４等分して受光し、
前記干渉信号変換部は、
（４×（ｉ−１）＋１）番目のフォトダイオードの出力と（４×（ｉ−１）＋３）番目のフォトダイオードの出力とを減算した結果を第１の干渉信号として出力し、
（４×（ｉ−１）＋２）番目のフォトダイオードの出力と（４×（ｉ−１）＋４）番目のフォトダイオードの出力とを減算した結果を第２の干渉信号として出力し、
ただし、ｎ、ｉは自然数であることを特徴とするものである。
請求項６記載の発明は、請求項２〜５のいずれかに記載の発明において、
ｐ偏光、ｓ偏光それぞれに基づく干渉信号の位相と振幅からジョーンズ行列の各要素を求め、求めたジョーンズ行列から前記被測定対象の光学特性を求める演算部を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、以下のような効果がある。
請求項１〜７によれば、被測定対象の出力光（信号光）の光軸に対して、他方の分岐光（参照光）の光軸をずらして合波させて干渉縞を形成させ、干渉縞の移動量と移動方向を測定する。すなわち、干渉縞は、合波される光（信号光と参照光）の位相差の増減に伴って所定の方向に移動する。これにより、合波される光の位相差の増減を容易に判断することができる。
また、補正手段が、フォトダイオードアレイと干渉縞の空間的な周期のずれで生ずる移動量の誤差を補正するので、精度よく測定することができる。

また、干渉部が、出力光（信号光）の光軸と他方の分岐光（参照光）の光軸を傾けて干渉させて、空間的な干渉縞を形成する。そして、干渉縞の周期に対して位相をずらした複数のフォトダイオードで受光し、干渉信号変換部がフォトダイオードからの出力に基づいて、９０°位相のずれた干渉信号を出力する。これにより、干渉縞の移動方向と移動量が求まり、合波される光（信号光と参照光）の位相差の増減を容易に判断することができる。従って、被測定対象の光路長が制限されない。

請求項４によれば、フォトダイオードアレイが、干渉縞の配列方向に沿って複数個設けられ、干渉信号変換部が、複数のフォトダイオードアレイの出力から干渉信号を生成する。これにより、干渉縞の一部または全体にムラ（ランダムなノイズ）があっても、平均化によってムラの影響の少ない干渉信号をえることができる。

請求項５によれば、フォトダイオードアレイが、複数周期分の干渉縞を測定し、干渉信号変換部が、フォトダイオードアレイの出力から干渉信号を生成する。これにより、干渉縞の一部または全体にムラ（ランダムなノイズ）があっても、平均化によってムラの影響の少ない干渉信号をえることができる。

以下図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
［第１の実施例］
図１は、本発明の第１の実施例を示した構成図である。図２は、図１に示す装置の要部を詳細に示した図である。ここで、図６と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。図１において、干渉部６の代わりに干渉部１０が設けられる。また、フォトダイオード７、８の代わりに、フォトダイオードアレイ１１、１２が設けられる。そして、フォトダイオードアレイ１１、１２と演算部９との間に干渉信号変換部１３、１４が設けられる。

干渉部１０は、ＨＭ１０ａ、ミラー１０ｂ、１０ｃ、ＰＢＳ１０ｄ、偏光面回転部１０ｅ、偏光子１０ｆ、１０ｇを有し、偏波コントローラ５からの光を分岐し、一方の分岐光を被測定対象１に入力させ、被測定対象１から出力される出力光（信号光）に、他方の分岐光（参照光）を合波させて干渉光を出力するが、出力光の光軸と参照光の光軸とを傾け、両光軸で形成される光軸角に所定の角度をもたせて合波させ、空間的な干渉縞を形成する。

ＨＭ１０ａ、ミラー１０ｂ、ＰＢＳ１０ｄ、偏光面回転部１０ｅ、偏光子１０ｆ、１０ｇのそれぞれは、干渉部６のＨＭ６ａ、ミラー６ｂ、ＰＢＳ６ｄ、偏光面回転部６ｅ、偏光子６ｆ、６ｇと同様であり、説明を省略する。

ミラー１０ｃは、ミラー１０ｂで反射され、偏光面回転部１０ｅで偏光面の傾いた参照光をＰＢＳ１０ｄに反射するが、ＰＢＳ１０ｄで合波されて分岐された後の参照光の光軸と信号光の光軸とが平行でなく、わずかな角度だけずれて合波するように設置される。これにより、干渉部１０は、干渉光ビーム面内の光強度分布に干渉縞を発生させる。

フォトダイオードアレイ１１、１２は、４個のフォトダイオードを有する。図２を用いて詳細に説明する。フォトダイオードアレイ１１，１２ともに同じ構成なので、フォトダイオードアレイ１１を図示して説明する。

フォトダイオードアレイ１１、１２は、フォトダイオードＰ（１）〜Ｐ（４）を有する。フォトダイオードＰ（１）〜Ｐ（４）のそれぞれは、干渉部１０によって形成される干渉縞の空間的な１周期を４等分して受光する。もちろん、フォトダイオードＰ（１）〜Ｐ（４）は、干渉縞が形成される方向に沿って、ずらして並べられる。言い換えると、フォトダイオードＰ（１）〜Ｐ（４）は、干渉縞の周期で位相を９０°ずらして配置されている。

ここで、図２中の光強度分布１００は、フォトダイオードＰ（１）〜Ｐ（４）の受光面上に形成される干渉縞の光強度を模式的に示したものである。

光強度がこのような干渉縞になるのは、上述したように、ミラー１０ｃからの反射光（参照光）と被測定対象１の出力光（信号光）の波面を傾けてＰＢＳ１０ｄで合波することにより、干渉光ビーム面内に図２に示す光強度分布１００が発生するからである。

なお、図２中において、左側のフォトダイオードＰ（１）から１番目、２番目、３番目、４番目とする。また、フォトダイオードＰ（１）〜Ｐ（４）の受光部分は、干渉縞の空間的な１周期を４等分した幅となるように、フォトダイオードＰ（１）〜Ｐ（４）間の非受光部分を小さくするとよい。

また、干渉縞の周期は、被測定光の波長によって異なるので、例えば、波長測定範囲の中心波長において、４個のフォトダイオードＰ（１）〜Ｐ（４）全体の幅と、干渉縞の周期が一致するようにするとよい。

具体的には、信号光と参照光の波面の傾ける角度を大きくすると干渉縞の間隔が狭くなり、反対に傾ける角度を小さくすると干渉縞の間隔が広がる。そして、最終的に波面の傾ける角度が無くなる（平行になる）と、均一な光強度となる。従って、フォトダイオードＰ（１）〜Ｐ（４）の受光幅、干渉縞の間隔などを考慮し、ミラー１０ｃの傾きを調整し、所望の波長で干渉縞の周期と一致させる。

なお、干渉縞は、信号光と参照光の位相差の変化つまりレーザ光の波長により、横方向（フォトダイオードＰ（１）〜Ｐ（４）の配列方向）に移動する。

干渉信号変換部１３、１４は、２個の減算回路を有し、フォトダイオードアレイ１１、１２それぞれの出力から位相のずれた第１、第２の干渉信号を生成し、演算部９に出力する。干渉信号変換部１３、１４ともに同じ構成なので、干渉信号変換部１３を図示して説明する。

干渉信号変換部１３、１４は、減算回路Ａ１、Ａ２を有する。減算回路Ａ１は、１番目のフォトダイオードＰ（１）の出力と３番目のフォトダイオードＰ（３）の出力とを減算した結果を第１の干渉信号として演算部９に出力する。減算回路Ａ２は、２番目のフォトダイオードＰ（２）の出力と４番目のフォトダイオードＰ（４）の出力とを減算した結果を第２の干渉信号として演算部９に出力する。従って、第１の干渉信号と第２の干渉信号は位相がずれており所定の波長（例えば、測定波長範囲の中心波長）で９０°位相がずれる。

このような装置の動作を説明する。
図６に示す装置と同様に、被測定対象１にｐ偏光とｓ偏光それぞれを入力させるため、所定の波長範囲において２回波長掃引する。まず、１回目の波長掃引から説明する。
まず１回目の波長掃引で、図６に示す装置と同様に、波長可変光源２から出力され、光ファイバ３、レンズ４、偏波コントローラ５を通過した平行光のレーザ光（ｐ偏光）が、干渉部１０に入力される。

そして、ＨＭ１０ａが、偏波コントローラ５からの光を分岐し、一方を信号光として被測定対象１に出力し、他方を参照光としてミラー１０ｂに出力する。さらに、偏光面回転部１０ｅが、後段のＰＢＳ１０ｄにて光パワーが均等に分岐されるように、ＰＢＳ１０ｄの光学軸に対して、ミラー１０ｂの反射光の偏光面を４５°傾けミラー１０ｃに出力する。なお、ミラー１０ｃへの反射光の光軸と、被測定対象１の出力光の光軸とが平行となるようにするとよい。

そして、ミラー１０ｃの反射光の光軸が、被測定対象１からの出力光の光軸に対して直交せず、わずかなずれをもってＰＢＳ１０ｄに入力する。さらに、ＰＢＳ１０ｄが、被測定対象１からの出力光（入射ｐ偏光に対する出射ｓ偏光、出射ｐ偏光）とミラー１０ｂ、１０ｃを経た参照光とを合波し、偏光面の直交する光（ｐ偏光、ｓ偏光）に２分岐する。

また、ＰＢＳ１０ｄから出力される合波光は、信号光の光軸と参照光の光軸とで形成される光軸角が、僅かな角度をもっている。これにより、フォトダイオードアレイ１１、１２の受光面上では、空間的な干渉縞が形成される。もちろん、被測定対象１からの出力光は信号光である。また、合波される信号光、参照光共に平行光にするとよい。

なお、ＰＢＳ１０ｄで合波され分岐された光（信号光と参照光）は、偏光面が直交しているので、偏光子１０ｆ、１０ｇによって偏光面を傾けて干渉させて、フォトダイオードアレイ１１、１２で受光させる

そして、フォトダイオードアレイ１１には、ジョーンズ行列のＴ_２２の作用をうけた信号光と参照光の干渉光が入力される。また、フォトダイオードアレイ１２には、ジョーンズ行列のＴ_１２の作用をうけた信号光と参照光の干渉光が入力される。

フォトダイオードアレイ１１、１２の各フォトダイオードＰ（１）〜Ｐ（４）が、ＰＢＳ１０ｄからの合波された干渉光を受光し、受光した干渉光の光パワーに応じた電気信号を干渉信号変換部１３、１４に出力する。

そして、干渉信号変換部１３、１４の減算回路Ａ１が、（１番目のフォトダイオードＰ（１）の出力）−（３番目のフォトダイオードＰ（３）の出力）を行ない、減算結果を第１の干渉信号として演算部９に出力する。

また、干渉信号変換部１３、１４の減算回路Ａ２が、（２番目のフォトダイオードＰ（２）の出力）−（４番目のフォトダイオードＰ（４）の出力）を行い、減算結果を第２の干渉信号として演算部９に出力する。もちろん、第１、第２の干渉信号共にオフセット分も除去されている。

このような位相が９０°ずれた第１、第２の干渉信号から、演算部９が、干渉縞の移動方向と移動量を求める。すなわち、移動方向および移動量は、合波光の位相差の増減に対応するからである。

続いて２回目の波長掃引を行なうが、１回目の波長掃引と異なる点は、偏波コントローラ５が、レーザ光をｓ偏光に変換する点、フォトダイオードアレイ１１にジョーンズ行列のＴ_２１の作用をうけた信号光と参照光の干渉光が入力される点、フォトダイオードアレイ１２にジョーンズ行列のＴ_１１の作用をうけた信号光と参照光の干渉光が入力される点であり、その他の動作は１回目の波長掃引と同様なので説明を省略する。

そして、演算部９が、ｐ偏光、ｓ偏光それぞれに基づく干渉信号の位相と振幅からジョーンズ行列の各要素を求め、求めたジョーンズ行列から被測定対象１の光学特性を求める。

このように、干渉部１０が、信号光の光軸と参照光の光軸をずらせて干渉させて、空間的な干渉縞を形成する。そして、干渉縞の周期に対して位相を９０°ずらした４個のフォトダイオードＰ（１）〜Ｐ（４）が干渉光を受光する。さらに、干渉信号変換部１３、１４が、フォトダイオードアレイ１１の信号から、９０°位相のずれた第１、第２の干渉信号を生成する。この第１、第２の干渉信号から、演算部９が、干渉縞の移動方向と移動量を求めるので、合波光の位相差の増減を含めた位相量が求まる。これにより、合波される光（信号光と参照光）の位相差の増減を容易に判断することができる。従って、被測定対象１の光路長が限定されることもなくなる。

［第２の実施例］
図３は、本発明の第２の実施例を示した構成図である。ここで、図１、図２と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。図３において、干渉部１０からの干渉縞が形成される方向に沿って、フォトダイオードアレイ１１、１２が複数個設けられる。なお、図３においては、フォトダイオードアレイ１１のみを図示し、フォトダイオードアレイ１１側で説明する。

各フォトダイオードアレイ１１の１番目のフォトダイオードＰ（１）の出力と３番目のフォトダイオードＰ（３）の出力は、減算回路Ａ１に入力され減算され、第１の干渉信号として出力される。

また、各フォトダイオードアレイ１１の２番目のフォトダイオードＰ（２）の出力と４番目のフォトダイオードＰ（４）の出力は、減算回路Ａ２に入力され、減算され、第２の干渉信号として出力される。つまり、フォトダイオードＰ（１）〜Ｐ（４）は、４個おきに結線される。

このように、フォトダイオードアレイ１１、１２のそれぞれが、干渉縞の配列方向に沿って複数個設けられ、干渉信号変換部１３、１４が、複数のフォトダイオードアレイ１１、１２の出力から干渉信号を生成する。これにより、干渉縞の一部または全体にムラ（ランダムなノイズ）があっても、平均化によってムラの影響の少ない干渉信号をえることができる。

［第３の実施例］
図１、図３に示す光学特性測定装置は、所定の波長においては、干渉縞の空間的周期とフォトダイオードアレイ１１、１２の周期とが一致するが、所定の波長から離れるほど周期が一致しなくなる。

図４は、本発明の第３の実施例を示した構成図であり、干渉縞の移動量、すなわち、合波光の位相差を高精度に求めることができるものである。ここで、図１と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。図４において、演算部９に補正手段９ａが設けられる。

補正手段９ａは、出力中のレーザ光の波長が波長可変光源２から入力され、干渉縞の空間的な周期とフォトダイオードアレイ１１、１２のフォトダイオードＰ（１）〜Ｐ（４）との周期のずれによる干渉縞の移動量の誤差を補正する。

このような装置の動作を説明する。
波長可変光源２から、出力中のレーザ光の波長（例えば、［ｐｍ］単位でなく、［ｎｍ］単位の粗い精度でも構わない）が補正手段９ａに入力される。そして、補正手段９ａが、粗い精度の波長から、干渉縞の空間的な周期とフォトダイオードアレイ１１、１２のフォトダイオードＰ（１）〜Ｐ（４）との周期のずれを求める。

つまり、波長可変光源２から出力されるレーザ光の波長に依存して干渉縞が移動する。しかし、干渉縞の周期は、波長により変化する。従って、補正手段９ａが、この周期の変化を考慮し、波長の変化量に対する干渉縞の移動量を演算で求める。または予め波長に依存した周期のずれを実測・演算してメモリ（図示せず）に記憶しておく。そして、補正手段９ａが、波長掃引によって生ずる干渉縞の周期の変化の影響を除去し、合波光の位相差による移動量を求める。

すなわち、周期のずれは波長によって一意に決まるので、補正手段９ａが、演算またはメモリに格納したデータにより周期のずれを求める。

そして、補正手段９ａが、周期のずれによって生ずる移動量の誤差分を補正する。さらに、演算部９が、補正された移動量に基づいて、干渉信号の位相と振幅から、被測定対象１のジョーンズ行列を求める。その他の動作は、図１に示す装置と同様なので説明を省略する。

このように、補正手段９ａが、粗い精度の波長から周期のずれで生ずる移動量の誤差を補正するので、位相差の増減が精度よく求まる。

なお、本発明はこれに限定されるものではなく、以下に示すようなものでもよい。
図１、図４に示す装置において、干渉部１００として、マッハ・ツェンダ型の干渉計を設ける構成を示したが、どのような２光束干渉計を用いてもよく、例えば、マイケルソン型の干渉計でもよい。要は、信号光と参照光の波面を傾いた状態で合波させて直線状の干渉縞を発生させるものならばどのようなものでもよい。

図１、図４に示す装置において、ＨＭ１０ａを用いる構成を示したが、偏光状態に依存せずに光を分岐するものであればどのようなものでもよく、例えば、無偏光ビームスプリッタ、光ファイバカプラ等でもよい。

図１、図４に示す装置において、ミラー１０ｃを傾ける構成を示したが、ＰＢＳ１０ｄで合波される参照光の光軸と信号光の光軸が、僅かに傾いた状態に調整されればよく、この両光軸の傾きを発生させる方法は、ミラー１０ｂ、１０ｃを傾けても、ＨＭ１０ａ、ＰＢＳ１０ｄを傾けてもよい。

図１、図４に示す装置において、偏波コントローラ５をレンズ４と干渉部１０との間に設ける構成を示したが、偏波コントローラ５を波長可変光源２内に設けてもよい。

図１、図４に示す装置において、波長可変光源２が、２回波長掃引（１回目にｐ偏光を出力し、２回目にｓ偏光を出力）行なう構成を示したが、１回の波長掃引でジョーンズ行列の各要素を求めるようにしてもよい。

例えば、光源部が、周波数が異なり偏光状態が直交する第１、第２の入力光を干渉部１０に出力する。ここで、第１の入力光をｐ偏光（周波数ｆ１（ｔ））、第２の入力光をｓ偏光（周波数ｆ２（ｔ）、ただし、ｆ１（ｔ）≠ｆ２（ｔ））とする。そして、光源部２が、周波数差（｜ｆ１（ｔ）−ｆ２（ｔ）｜）をほぼ一定にして、波長掃引（周波数掃引）して、干渉部１０に出力する。一方、フォトダイオードアレイ１１、１２からの信号には、入射ｐ偏光、入射ｓ偏光それぞれに対する出射ｐ偏光、出射ｓ偏光と参照光との干渉信号が存在する。しかし、入射ｐ偏光、入射ｓ偏光の周波数が異なるので、この周波数差によって生ずる干渉信号のビート周波数の違いをフィルタリングし、ｓ偏光と参照光の干渉信号、ｐ偏光と参照光の干渉信号を分離するとよい。

なお第１、第２の入力光を出力する光源部は、波長可変光源を２台用意するとよい。または、１台の波長可変光源の光を２分岐し、一方の光を遅延させて周波数差を生じさせたり、一方の光の周波数をシフトさせて（例えば、音響光学変調器を用いる）周波数差を生じさせるとよい。

図２に示す装置において、フォトダイオードアレイ１１、１２は、４個のフォトダイオードＰ（１）〜Ｐ（４）を有する構成を示したが、何個でもよく、例えば、フォトダイオードを少なくとも（４×ｎ）個、有していればよく、フォトダイオードのそれぞれは、干渉縞の空間的な１周期を４等分（つまり、干渉縞の周期に対して位相が９０°ずれて設置）して受光する。

また、干渉信号変換部１３、１４は、（４×（ｉ−１）＋１）番目のフォトダイオードの出力と（４×（ｉ−１）＋３）番目のフォトダイオードの出力とを減算した結果を第１の干渉信号として出力し、（４×（ｉ−１）＋２）番目のフォトダイオードの出力と（４×（ｉ−１）＋４）番目のフォトダイオードの出力とを減算した結果を第２の干渉信号として出力するとよい。ただし、ｎ、ｉは自然数である。

つまり、干渉信号変換部１３、１４は、（１、５、９、…）番目のフォトダイオードの出力と（３、７、１１、…）番目のフォトダイオードの出力とを減算した結果を第１の干渉信号として出力し、（２、６、１０、…）番目のフォトダイオードの出力と（４、８、１２、…）番目のフォトダイオードの出力とを減算した結果を第２の干渉信号として出力する。

このように、フォトダイオードアレイ１１、１２が、複数周期分の干渉縞を測定し、干渉信号変換部１３、１４が、フォトダイオードアレイ１１、１２の出力から干渉信号を生成する。これにより、干渉縞の一部または全体にムラ（ランダムなノイズ）があっても、平均化によってムラの影響の少ない干渉信号をえることができる。

図３に示す装置において、フォトダイオードアレイ１１を隙間無く並べる構成を示したが、フォトダイオードアレイ１１間に隙間を設けてもよい。

図４に示す装置において、波長可変光源２から出力中の波長が演算部９に入力される構成を示したが、補正手段９ａが、波長掃引される際の開始波長、掃引速度を有しているならば、開始波長、掃引速度から周期ずれによる誤差を補正してもよい。

本発明の第１の実施例を示した構成図である。 図１に示す装置の要部を示した図である。 本発明の第２の実施例を示した構成図である。 本発明の第３の実施例を示した構成図である。 被測定対象の入出力特性を示した図である。 従来の光学特性測定装置の構成を示した図である。

符号の説明

１ 被測定対象
２ 波長可変光源
９ａ 補正手段
１０ 干渉部
１１、１２ フォトダイオードアレイ
Ｐ（１）〜Ｐ（４） フォトダイオード
１３、１４ 干渉信号変換部

Claims (6)

1. 光源部からの光を分岐し、一方の分岐光を被測定対象に入力させ、この被測定対象から出力される出力光に、他方の分岐光を干渉させて前記被測定対象の光学特性を測定する光学特性測定装置において、
   前記光源部からの光を２系統に分岐し、一方の分岐光を信号光として前記被測定対象に入力し他方の分岐光を参照光とするハーフミラーと、前記他方の分岐光の光路に配置された第１、第２のミラーと、前記被測定対象から出力される出力光と他方の分岐光とを合波し、偏光面の直交する光に２分岐する偏光ビームスプリッタと、この偏光ビームスプリッタの一方の分岐光の偏光面を傾けて他方の分岐光と干渉させる第１の偏光子と、前記偏光ビームスプリッタの他方の分岐光の偏光面を傾けて一方の分岐光と干渉させる第２の偏光子とを有し、前記第２のミラーの反射光の光軸を被測定対象からの出力光の光軸に対して直交せずにわずかなずれをもって前記偏光ビームスプリッタに入力することにより前記出力光の光軸と他方の分岐光の光軸とを傾けて合波させて干渉縞を形成する干渉部と、
   複数のフォトダイオードを有し、前記干渉部からの干渉光を受光するフォトダイオードアレイと、
   このフォトダイオードアレイの出力から位相のずれた第１、第２の干渉信号を生成する干渉信号変換部と、
   前記光源部が出力している光の波長または波長掃引の開始波長と掃引速度に基づいて、
   前記干渉縞の空間的な周期と前記フォトダイオードアレイのフォトダイオードとの周期のずれによる干渉縞の移動量の誤差を補正する補正手段とを設け、
   前記フォトダイオードは、前記干渉縞が形成される方向に沿って、ずらして配置され、
   前記光源部からの光を波長掃引することにより前記干渉縞を移動させ、前記干渉縞の移動方向と移動量を測定することを特徴とする光学特性測定装置。
2. 前記フォトダイオードアレイは、フォトダイオードを少なくとも４個有し、
   これらフォトダイオードのそれぞれは、前記干渉縞の空間的な１周期を４等分して受光することを特徴とする請求項１記載の光学特性測定装置。
3. 前記干渉信号変換部は、
   １番目のフォトダイオードの出力と３番目のフォトダイオードの出力とを減算した結果を前記第１の干渉信号として出力し、
   ２番目のフォトダイオードの出力と４番目のフォトダイオードの出力とを減算した結果を前記第２の干渉信号として出力することを特徴とする請求項２記載の光学特性測定装置。
4. 前記干渉縞が形成される方向に沿って、前記フォトダイオードアレイを複数個設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学特性測定装置。
5. 前記フォトダイオードアレイは、フォトダイオードを少なくとも（４×ｎ）個有し、
   これらフォトダイオードのそれぞれは、前記干渉縞の空間的な１周期を４等分して受光し、
   前記干渉信号変換部は、
   （４×（ｉ−１）＋１）番目のフォトダイオードの出力と（４×（ｉ−１）＋３）番目のフォトダイオードの出力とを減算した結果を第１の干渉信号として出力し、
   （４×（ｉ−１）＋２）番目のフォトダイオードの出力と（４×（ｉ−１）＋４）番目のフォトダイオードの出力とを減算した結果を第２の干渉信号として出力し、
   ただし、ｎ、ｉは自然数であることを特徴とする請求項１記載の光学特性測定装置。
6. ｐ偏光、ｓ偏光それぞれに基づく干渉信号の位相と振幅からジョーンズ行列の各要素を求め、求めたジョーンズ行列から前記被測定対象の光学特性を求める演算部を有することを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の光学特性測定装置。

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