JP5123264B2 - Optical phase change measuring device - Google Patents

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Description

本発明は、光位相変調器の位相変化を測定する装置に関し、より詳細には、反射型の光位相変調器の位相変化を、光位相変調器と、その前面に配置された光ビームスプリッタとの間での多重干渉による反射スペクトルの変化として測定するための装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for measuring a phase change of an optical phase modulator. More specifically, the present invention relates to a phase change of a reflective optical phase modulator, an optical phase modulator, and an optical beam splitter disposed in front of the optical phase modulator. Relates to a device for measuring as a change in the reflection spectrum due to multiple interference between.

近年の光通信ネットワークの大容量化・高速化に伴い、光の位相を制御する光デバイスが重要となってきている。光位相変調器は、電圧などの外部入力信号に応じて、入力光の位相に変化を与えて出力する光デバイスであり、電気光学効果を示す材料や液晶を用いて構成されたものが知られている。これらの光位相変調器を実際に使用する場合には、入力信号に対して出力光の位相がどのように変化するかという特性を正確に把握する必要がある。   With the recent increase in capacity and speed of optical communication networks, optical devices that control the phase of light have become important. An optical phase modulator is an optical device that changes the phase of input light in response to an external input signal such as a voltage and outputs it, and is known to be composed of materials or liquid crystals that exhibit an electro-optic effect. ing. When these optical phase modulators are actually used, it is necessary to accurately grasp the characteristics of how the phase of the output light changes with respect to the input signal.

光位相変調器の位相変化を測定する方法として、反射型の光位相変調器の場合には、その前面に光ビームスプリッタを配置して、光ビームスプリッタと光位相変調器との間での多重干渉による反射スペクトルの変化として測定する方法がある。これは、ファブリ・ペロー(Fabry-Perot)干渉計の片側を高反射率としたものに相当し、ジール・トゥルノワ(Gires-Tournois)干渉計と呼ばれる(非特許文献1)。ジール・トゥルノワ干渉計は、光学系が一直線上に配置されているので光軸調整が容易であること、単一偏波の位相変化を直接観測できること、などの特長がある。ジール・トゥルノワ干渉計の反射スペクトルには、以下に説明するように、多重干渉によるディップが現れるので、その中心波長の変化を測定することで、光位相変調器の位相変化を求めることができる。   As a method of measuring the phase change of the optical phase modulator, in the case of a reflective optical phase modulator, an optical beam splitter is arranged in front of the optical phase modulator, and multiplexing between the optical beam modulator and the optical phase modulator is performed. There is a method of measuring as a change in the reflection spectrum due to interference. This corresponds to a high reflectivity of one side of a Fabry-Perot interferometer, and is called a Gires-Tournois interferometer (Non-patent Document 1). The Zeill-Turnova interferometer has features such as easy alignment of the optical axis and direct observation of a single polarization phase change since the optical system is arranged in a straight line. As described below, a dip due to multiple interference appears in the reflection spectrum of the Zeill-Turnova interferometer, so that the phase change of the optical phase modulator can be obtained by measuring the change of the center wavelength.

図1は、ジール・トゥルノワ干渉計を用いた位相変調器の光位相変化を測定する装置の概略構成を示す図である。図1に示す装置では、広帯域光源5からの光を光コリメータレンズ1により集光して光ビームとして測定対象の光位相変調器2に入射する。光位相変調器2の前面の光軸上には光ビームスプリッタ3が配置されている。光ビームスプリッタ3は、光ビームの一部を光コリメータレンズ1に反射するとともに、一部を光位相変調器2へ透過する。そして、光ビームスプリッタ3および光位相変調器2からの反射光を、再び光コリメータレンズ1で受光する。さらに光コリメータレンズ1から出力される反射光を光サーキュレータ4により光スペクトラムアナライザ6へ導いて観測する。   FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an apparatus for measuring an optical phase change of a phase modulator using a Zeill-Turnova interferometer. In the apparatus shown in FIG. 1, the light from the broadband light source 5 is condensed by the optical collimator lens 1 and is incident on the optical phase modulator 2 to be measured as a light beam. An optical beam splitter 3 is disposed on the optical axis on the front surface of the optical phase modulator 2. The light beam splitter 3 reflects a part of the light beam to the optical collimator lens 1 and transmits a part of the light beam to the optical phase modulator 2. Then, the reflected light from the light beam splitter 3 and the optical phase modulator 2 is received by the optical collimator lens 1 again. Further, the reflected light output from the optical collimator lens 1 is guided to the optical spectrum analyzer 6 by the optical circulator 4 and observed.

従来の測定装置では、光ビームスプリッタ3および光位相変調器2は、光コリメータレンズ1への反射光パワーが最大になるように配置されていた。すなわち、光ビームスプリッタ3および光位相変調器2の反射面の法線が光ビームに対して垂直になるように調整されるのが常であった。このとき、多重干渉による反射スペクトルは次式(1)で表わされる。   In the conventional measuring apparatus, the light beam splitter 3 and the optical phase modulator 2 are arranged so that the reflected light power to the optical collimator lens 1 is maximized. In other words, the normal lines of the reflecting surfaces of the light beam splitter 3 and the optical phase modulator 2 are usually adjusted to be perpendicular to the light beam. At this time, the reflection spectrum due to multiple interference is expressed by the following equation (1).

Figure 0005123264
Figure 0005123264

ここで、R1、R2はそれぞれ光ビームスプリッタ3、光位相変調器2の反射率である。式(1)においてφは多重干渉光の位相差であり、次式(2)で表わされる。   Here, R1 and R2 are the reflectivities of the light beam splitter 3 and the optical phase modulator 2, respectively. In Expression (1), φ is the phase difference of the multiple interference light and is expressed by the following Expression (2).

Figure 0005123264
Figure 0005123264

ここで、Lは光ビームスプリッタ3と光位相変調器2との距離であり、Ψは光位相変調器2が与える位相である。従来の光位相変化測定装置において、広帯域光源5からの光を波長掃引して検出し、その反射光スペクトルを測定すると、位相がφ=(2m+1)πとなるとき、すなわち次式(3)の関係式を満たす波長λmに反射率が極小となるディップが現れる。   Here, L is the distance between the optical beam splitter 3 and the optical phase modulator 2, and ψ is the phase given by the optical phase modulator 2. In the conventional optical phase change measuring apparatus, when the light from the broadband light source 5 is detected by sweeping the wavelength and the reflected light spectrum is measured, when the phase is φ = (2m + 1) π, that is, the following equation (3) A dip having a minimum reflectance appears at a wavelength λm that satisfies the relational expression.

Figure 0005123264
Figure 0005123264

ここで、mは負でない整数である。ディップは、式(3)を満たす位置に複数現れる。隣接するディップの波長間隔Δλは、次式(4)で表わされる。   Here, m is a non-negative integer. A plurality of dips appear at positions satisfying the expression (3). The wavelength interval Δλ between adjacent dip is expressed by the following equation (4).

Figure 0005123264
Figure 0005123264

また、位相変調器2に外部信号を入力して、光ビームスプリッタ3への反射光の位相をδΨだけ変化させた場合には、ディップ波長の位置は次式(5)にしたがって、δλmだけ変化する。   When an external signal is input to the phase modulator 2 and the phase of the reflected light to the optical beam splitter 3 is changed by δΨ, the position of the dip wavelength changes by δλm according to the following equation (5). To do.

Figure 0005123264
Figure 0005123264

よって、ディップ波長λmがディップ間隔Δλに対してどれだけ変化したかを測定することで、式(5)から位相変調器の光位相変化δΨを測定することができる。   Therefore, by measuring how much the dip wavelength λm has changed with respect to the dip interval Δλ, the optical phase change δΨ of the phase modulator can be measured from the equation (5).

反射スペクトルにおけるディップ波長は、広帯域光源5と光スペクトラムアナライザ6の組合せ、もしくは、波長掃引光源と光パワー検出器の組合せを用いて、高精度で測定することができる。   The dip wavelength in the reflection spectrum can be measured with high accuracy using a combination of the broadband light source 5 and the optical spectrum analyzer 6 or a combination of a wavelength swept light source and an optical power detector.

F. Gires and P. Tournois, “Interf▲e▼rom▲e▼tre utilisable pour la compression d'impulsions lumineuses modul▲e▼es en fr▲e▼quence,” C. R. Acad. Sc. Paris, vol. 258, pp. 6112-6115, 1964.F. Gires and P. Tournois, “Interf ▲ e ▼ rom ▲ e ▼ tre utilisable pour la compression d'impulsions lumineuses modul ▲ e ▼ es en fr ▲ e ▼ quence,” CR Acad. Sc. Paris, vol. 258, pp. 6112-6115, 1964.

しかしながら、前記の従来の測定装置では、反射スペクトルにおけるディップの波長位置を正確に測定するためには、光ビームスプリッタ3と光位相変調器2の反射率を一致させなければならないという問題があった。これは、ディップの深さが、光ビームスプリッタの反射率R1と光位相変調器の反射率R2の関係で決まるためである。式(1)からディップにおける反射光パワーを求めると、次式のようになる。   However, the conventional measuring apparatus has a problem that the reflectances of the light beam splitter 3 and the optical phase modulator 2 must be matched in order to accurately measure the wavelength position of the dip in the reflection spectrum. . This is because the depth of the dip is determined by the relationship between the reflectance R1 of the optical beam splitter and the reflectance R2 of the optical phase modulator. When the reflected light power at the dip is obtained from the equation (1), the following equation is obtained.

Figure 0005123264
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式(6)から、R1とR2が等しいときディップにおける反射率は零となるが、R1とR2の差が大きくなるほどI(π)が大きくなるので、図2に示すようにディップは浅くなることが分かる。ディップが浅くなると、その中心波長を峻別し難く、ディップの波長位置を正確に測定するのが困難になる。そのため、従来の光位相変化測定装置では、光位相変調器の反射率に合わせた反射率を持つ光ビームスプリッタを用意する必要があった。   From equation (6), when R1 and R2 are equal, the reflectivity at the dip becomes zero, but I (π) increases as the difference between R1 and R2 increases, so that the dip becomes shallow as shown in FIG. I understand. When the dip becomes shallow, it is difficult to distinguish the center wavelength, and it is difficult to accurately measure the wavelength position of the dip. For this reason, in the conventional optical phase change measuring device, it is necessary to prepare an optical beam splitter having a reflectivity that matches the reflectivity of the optical phase modulator.

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光位相変調器と光ビームスプリッタの反射率とが一致しない場合であっても、反射スペクトルにおけるディップ波長の位置を正確に測定し、光位相変調器の位相変化を正確に測定することができる装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to provide a dip wavelength in the reflection spectrum even when the reflectivity of the optical phase modulator and the optical beam splitter do not match. An object of the present invention is to provide an apparatus capable of accurately measuring a position and accurately measuring a phase change of an optical phase modulator.

このような目的を達成するために、請求項1に係る光位相変化測定装置は、反射型の光位相変調器の位相変化を測定する装置であって、広帯域の波長の光を同時に出力する手段または光の波長を掃引して出力する手段を有する光源と、上記光源からの出力光を集光して、上記光位相変調器に光ビームとして入射し、かつ上記光位相変調器からの反射光を受光して出力する光コリメータレンズと、上記光コリメータレンズから光位相変調器への光ビームの光軸上に配置され、上記光ビームの一部を上記光コリメータレンズに反射し、一部を上記光位相変調器へ透過する光ビームスプリッタと、上記光源から上記光コリメータレンズへの入力光と上記光コリメータレンズから出力される上記反射光を分離する光サーキュレータと、上記光コリメータレンズから出力された反射光について反射スペクトルを測定する光波長スペクトル測定手段とを備え、上記光ビームの光軸を、測定対象の上記光位相変調器の反射面の法線に対して傾けることにより上記反射スペクトルに深いディップが得られるようにしたことを特徴とする。   In order to achieve such an object, an optical phase change measuring apparatus according to claim 1 is an apparatus for measuring a phase change of a reflective optical phase modulator, and means for simultaneously outputting light having a wide wavelength range. Alternatively, a light source having means for sweeping and outputting the wavelength of light, and the output light from the light source is collected, incident on the optical phase modulator as a light beam, and reflected light from the optical phase modulator An optical collimator lens that receives and outputs the light, and is disposed on the optical axis of the light beam from the optical collimator lens to the optical phase modulator, and reflects a part of the light beam to the optical collimator lens An optical beam splitter that transmits to the optical phase modulator, an optical circulator that separates input light from the light source to the optical collimator lens and reflected light output from the optical collimator lens, and the optical collimator. Optical wavelength spectrum measuring means for measuring a reflection spectrum of the reflected light output from the lens, and by tilting the optical axis of the light beam with respect to the normal of the reflecting surface of the optical phase modulator to be measured A deep dip is obtained in the reflection spectrum.

また、請求項2に係る光位相変化測定装置は、反射型の光位相変調器の位相変化を測定する装置であって、広帯域の波長の光を同時に出力する手段または光の波長を掃引して出力する手段を有する光源と、上記光源からの出力光を集光して、上記光位相変調器に光ビームとして入射し、かつ上記光位相変調器からの反射光を受光して出力する光コリメータレンズと、上記光コリメータレンズから光位相変調器への光ビームの光軸上に配置され、上記光ビームの一部を上記光コリメータレンズに反射し、一部を上記光位相変調器へ透過する光ビームスプリッタと、上記光源から上記光コリメータレンズへの入力光と上記光コリメータレンズから出力される反射光を分離する光サーキュレータと、上記光コリメータレンズから出力された反射光について反射スペクトルを測定する光波長スペクトル測定手段とを備え、上記光ビームスプリッタの反射面の法線を、光ビームの光軸に対して傾けることにより上記反射スペクトルに深いディップが得られるようにしたことを特徴とする。   An optical phase change measuring apparatus according to claim 2 is an apparatus for measuring a phase change of a reflection type optical phase modulator, wherein the optical phase change measuring apparatus sweeps the wavelength of light or means for simultaneously outputting light of a wide-band wavelength. A light source having means for outputting, and an optical collimator that collects the output light from the light source, enters the optical phase modulator as a light beam, and receives and outputs the reflected light from the optical phase modulator A lens and an optical axis of a light beam from the optical collimator lens to the optical phase modulator, a part of the light beam is reflected by the optical collimator lens, and a part is transmitted to the optical phase modulator An optical beam splitter, an optical circulator for separating input light from the light source to the optical collimator lens and reflected light output from the optical collimator lens, and reflected light output from the optical collimator lens. And a light wavelength spectrum measuring means for measuring the reflection spectrum, and the normal of the reflection surface of the light beam splitter is tilted with respect to the optical axis of the light beam so that a deep dip can be obtained in the reflection spectrum. It is characterized by that.

本発明の一態様によれば、ジール・トゥルノワ干渉計を用いた光位相変化測定装置において、光ビームスプリッタと光位相変調器の等価的な反射率を調整することができるので、光ビームスプリッタと光位相変調器の反射率が異なっている場合でも、反射スペクトルに深いディップを得ることができる。これにより、ディップの波長位置を正確に測定することが可能となり、光位相変調器の位相変化を正確に測定する装置を実現することができる。   According to one aspect of the present invention, in an optical phase change measuring apparatus using a Zeal-Turnova interferometer, the equivalent reflectance of the optical beam splitter and the optical phase modulator can be adjusted. Even when the reflectivity of the optical phase modulator is different, a deep dip can be obtained in the reflection spectrum. As a result, the wavelength position of the dip can be accurately measured, and an apparatus for accurately measuring the phase change of the optical phase modulator can be realized.

従来の光位相変化測定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional optical phase change measuring apparatus. 従来の光位相変化測定装置の光ビームスプリッタと光位相変調器との反射率の差が大きい場合の反射スペクトルを示す図である。It is a figure which shows a reflection spectrum in case the difference of the reflectance of the optical beam splitter and optical phase modulator of the conventional optical phase change measuring apparatus is large. 本発明に係る光位相変化測定装置の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the optical phase change measuring apparatus which concerns on this invention. 本発明の第1の実施形態の光位相変化測定装置で測定した反射スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the reflection spectrum measured with the optical phase change measuring apparatus of the 1st Embodiment of this invention. 本発明に係る別の光位相変化測定装置の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of another optical phase change measuring apparatus which concerns on this invention. 本発明の第2の実施形態の光位相変化測定装置で測定した反射スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the reflection spectrum measured with the optical phase change measuring apparatus of the 2nd Embodiment of this invention.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図3は、第1の実施形態の光位相変化測定装置の構成の一例を示す図である。
この光位相変化測定装置は、光コリメータレンズ11と、光ビームスプリッタ13、光サーキュレータ14、広帯域光源15、光スペクトラムアナライザ16とを備えてなる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the configuration of the optical phase change measuring apparatus according to the first embodiment.
This optical phase change measuring apparatus includes an optical collimator lens 11, an optical beam splitter 13, an optical circulator 14, a broadband light source 15, and an optical spectrum analyzer 16.

広帯域光源15は、広帯域の波長の光を同時に出力する。   The broadband light source 15 outputs light having a broadband wavelength at the same time.

光コリメータレンズ11は、光源15からの出力光を集光して、測定対象である反射型の光位相変調器12に光ビームとして入射し、かつ光位相変調器12からの反射光を受光して光サーキュレータ14に出力する。光ビームの光軸が測定対象となる光位相変調器12の反射面の法線に対して傾くよう構成されている。例えば、光位相変調器12が光位相変化測定装置の光軸に対して傾くように光位相変調器12の支持体(図示せず)を構成すればよい。   The optical collimator lens 11 condenses the output light from the light source 15, enters the reflection-type optical phase modulator 12 to be measured as a light beam, and receives the reflected light from the optical phase modulator 12. Output to the optical circulator 14. The optical axis of the light beam is configured to be inclined with respect to the normal line of the reflecting surface of the optical phase modulator 12 to be measured. For example, the support (not shown) of the optical phase modulator 12 may be configured so that the optical phase modulator 12 is inclined with respect to the optical axis of the optical phase change measuring device.

光ビームスプリッタ13は、光コリメータレンズ11から出射した光ビームの一部をコリメータレンズ11に反射し、一部を前記光位相変調器12へ透過する。   The light beam splitter 13 reflects a part of the light beam emitted from the optical collimator lens 11 to the collimator lens 11 and transmits a part thereof to the optical phase modulator 12.

光サーキュレータ14は、広帯域光源15からの光を光コリメータレンズ11に入力し、光コリメータレンズ11からの出力された反射光を光スペクトラムアナライザ16へ導く。光スペクトラムアナライザ16は、光コリメータレンズ11から出力された反射光について反射スペクトルを測定する。   The optical circulator 14 inputs the light from the broadband light source 15 to the optical collimator lens 11 and guides the reflected light output from the optical collimator lens 11 to the optical spectrum analyzer 16. The optical spectrum analyzer 16 measures the reflection spectrum of the reflected light output from the optical collimator lens 11.

なお、図3の広帯域光源が無偏光の場合には、偏光子もしくは偏波ビームスプリッタを置くことで、光位相変調器に入射する光の偏光方向を規定することができる。   When the broadband light source of FIG. 3 is non-polarized light, the polarization direction of light incident on the optical phase modulator can be defined by placing a polarizer or a polarization beam splitter.

本実施形態の装置構成は、通常のジール・トゥルノワ干渉計と異なり、光ビームの光軸が測定対象となる光位相変調器12の反射面の法線に対して傾くよう構成されていることが特徴である。ここで、光位相変調器12の反射面に対する光ビームの光軸の傾きについて説明する。本実施形態の光位相変化測定装置における多重干渉による反射スペクトルと光ビームスプリッタ13の反射率R1および光位相変調器12の反射率R2との関係は次式(7)で示される。   The apparatus configuration of the present embodiment is different from a normal Zeir-Turnova interferometer in that the optical axis of the light beam is configured to be inclined with respect to the normal line of the reflection surface of the optical phase modulator 12 to be measured. It is a feature. Here, the inclination of the optical axis of the light beam with respect to the reflection surface of the optical phase modulator 12 will be described. The relationship between the reflection spectrum caused by multiple interference, the reflectance R1 of the optical beam splitter 13 and the reflectance R2 of the optical phase modulator 12 in the optical phase change measuring apparatus of the present embodiment is expressed by the following equation (7).

Figure 0005123264
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式(7)のαは、光位相変調器12の反射面の法線を光ビームの光軸に対して傾くように構成したことによる反射光パワーの変化を表わす因子(α≦1)である。光位相変調器12の反射面の法線が光ビームの光軸に対して傾いていないときに対する光パワー比がαで示されている。すなわち式(7)は、光位相変調器12が傾くよう構成したことが、光位相変調器12の反射率が等価的にα倍に低下したことに相当することを示している。したがって、本実施形態の光位相変化測定装置では、式(7)におけるαR2の項を光ビームスプリッタ13の反射率R1に合わせるように、ビームの光軸が光位相変調器12の反射面の法線に対して傾くように調整して、反射スペクトルに深いディップが得ることができるようにしている。好ましくは、ディップの深さが−10dBとなるように光位相変調器12が傾くよう調整される。   Α in Expression (7) is a factor (α ≦ 1) representing a change in reflected light power due to the configuration in which the normal line of the reflection surface of the optical phase modulator 12 is inclined with respect to the optical axis of the light beam. . The optical power ratio with respect to when the normal line of the reflecting surface of the optical phase modulator 12 is not inclined with respect to the optical axis of the light beam is indicated by α. That is, Expression (7) indicates that the configuration in which the optical phase modulator 12 is tilted corresponds to that the reflectance of the optical phase modulator 12 is equivalently reduced to α times. Therefore, in the optical phase change measuring apparatus of this embodiment, the optical axis of the beam is the method of the reflecting surface of the optical phase modulator 12 so that the term αR2 in the equation (7) matches the reflectance R1 of the optical beam splitter 13. It is adjusted so as to be inclined with respect to the line so that a deep dip can be obtained in the reflection spectrum. Preferably, the optical phase modulator 12 is adjusted to be inclined so that the depth of the dip is -10 dB.

図3の光位相変化測定装置を用いた光位相変化の測定方法について説明する。図3に示す光位相変化測定装置では、光位相変調器12の反射面の法線に対する光ビームの光軸の傾きがあらかじめ調整される。例えば、光位相変調器12の反射面の傾きを調整しながら、広帯域光源15からの出力光を光ビームスプリッタ13および光位相変調器12に入射し、その反射光のスペクトルを光スペクトラムアナライザ16で測定する。測定したスペクトルにおいて図4に示すような深いディップが得られたら、光位相変調器12の反射面の法線に対する光ビームの光軸の傾きを決定する。   An optical phase change measurement method using the optical phase change measurement apparatus of FIG. 3 will be described. In the optical phase change measuring apparatus shown in FIG. 3, the inclination of the optical axis of the light beam with respect to the normal line of the reflecting surface of the optical phase modulator 12 is adjusted in advance. For example, while adjusting the inclination of the reflection surface of the optical phase modulator 12, the output light from the broadband light source 15 is incident on the optical beam splitter 13 and the optical phase modulator 12, and the spectrum of the reflected light is measured by the optical spectrum analyzer 16. taking measurement. When a deep dip as shown in FIG. 4 is obtained in the measured spectrum, the inclination of the optical axis of the light beam with respect to the normal of the reflecting surface of the optical phase modulator 12 is determined.

まず、光位相変調器12が動作していない状態で、図3の光位相変化測定装置により反射光のスペクトルを測定し、ディップ波長λmとディップ間隔Δλとを特定する。また、光位相変調器12を動作させた状態で、図3の光位相変化測定装置により反射光のスペクトルを測定し、ディップ波長λm’を特定する。   First, in a state where the optical phase modulator 12 is not operating, the spectrum of the reflected light is measured by the optical phase change measuring device of FIG. 3, and the dip wavelength λm and the dip interval Δλ are specified. Further, in the state where the optical phase modulator 12 is operated, the spectrum of the reflected light is measured by the optical phase change measuring device of FIG. 3, and the dip wavelength λm ′ is specified.

次に、上記の2つの状態におけるディップ波長変化量δλm=λm’−λmを求めると、次式(5)に基づいて位相変調器の位相変化δΨを決定できる。   Next, when the dip wavelength change amount δλm = λm′−λm in the above two states is obtained, the phase change δΨ of the phase modulator can be determined based on the following equation (5).

Figure 0005123264
Figure 0005123264

(実施例1)
従来の光位相変化測定装置と本実施形態の光位相変化測定装置とにおいて、反射率R1=0.5の光ビームスプリッタ3、13と、反射率R2=0.9の光位相変調器2、12とを用いて、それぞれ反射スペクトルを測定した。ここで、光ビームスプリッタ3、13と光位相変調器2、12との距離はL=1.5mmとした。また、反射スペクトルの測定は波長1.55μm付近で行った。
Example 1
In the conventional optical phase change measuring apparatus and the optical phase change measuring apparatus of the present embodiment, the optical beam splitters 3 and 13 having a reflectance R1 = 0.5, and the optical phase modulator 2 having a reflectance R2 = 0.9, 12 were used to measure reflection spectra. Here, the distance between the light beam splitters 3 and 13 and the optical phase modulators 2 and 12 is L = 1.5 mm. The reflection spectrum was measured near a wavelength of 1.55 μm.

まず、比較例として、光ビームスプリッタ3と反射型の光位相変調器2から光コリメータレンズ1への反射光パワーが最大になるように構成された従来の光位相変化測定装置において反射スペクトルを測定する。従来の光位相変化測定装置は図1に示すように、光ビームスプリッタ3と反射型の光位相変調器2の反射面がいずれも光ビームに対して垂直になるように調整されている。この場合は、図2のような反射スペクトルが得られた。反射スペクトルには、波長間隔がおおよそΔλ=0.8nmのディップが観測された。しかしながら、図2の反射スペクトルにおける、ディップ深さはわずか−2.7dBであった。ディップ波長の特定が困難であった。   First, as a comparative example, a reflection spectrum is measured in a conventional optical phase change measuring apparatus configured so that the reflected light power from the optical beam splitter 3 and the reflective optical phase modulator 2 to the optical collimator lens 1 is maximized. To do. As shown in FIG. 1, the conventional optical phase change measuring apparatus is adjusted so that the reflecting surfaces of the optical beam splitter 3 and the reflective optical phase modulator 2 are both perpendicular to the optical beam. In this case, a reflection spectrum as shown in FIG. 2 was obtained. In the reflection spectrum, a dip having a wavelength interval of approximately Δλ = 0.8 nm was observed. However, the dip depth in the reflection spectrum of FIG. 2 was only -2.7 dB. It was difficult to specify the dip wavelength.

次に、実施例として、反射型光位相変調器からの反射光パワーが対入力光パワー比で0.7(反射面が垂直な場合のR2に比べて−1.1dB低下)になるように構成された本実施形態の光位相変化測定装置において反射スペクトルを測定する。本実施形態の光位相変化測定装置は図3に示すように、光位相変調器の反射面に対して光ビームの光軸が傾けて調整されているので、図4のような反射スペクトルが得られ、ディップにおける反射率は−10dBとなり、ディップの波長位置を正確に測定するのに充分な深さが得られた。図4の反射スペクトルからディップ波長の特定が容易であった。   Next, as an example, the reflected light power from the reflection type optical phase modulator is 0.7 to the input light power ratio (-1.1 dB lower than R2 when the reflecting surface is vertical). The reflection spectrum is measured in the configured optical phase change measuring device of the present embodiment. As shown in FIG. 3, the optical phase change measuring apparatus of the present embodiment is adjusted by tilting the optical axis of the light beam with respect to the reflection surface of the optical phase modulator, so that a reflection spectrum as shown in FIG. 4 is obtained. As a result, the reflectivity at the dip was -10 dB, and a depth sufficient to accurately measure the wavelength position of the dip was obtained. It was easy to identify the dip wavelength from the reflection spectrum of FIG.

(第2の実施形態)
図5は、第2の実施形態の光位相変化測定装置の構成の一例を示す図である。本実施形態の光位相変化測定装置は、光位相変調器12の反射面の法線に対する光ビームの光軸の傾きが調整されて反射スペクトルに深いディップが得られるようにする第1の実施形態の構成に代えて、光ビームの光軸に対する光ビームスプリッタ13の傾きを調整して反射スペクトルに深いディップが得られるようにしたものである。なお、図5において、図3と同一構成は同一符号を付してその説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the configuration of the optical phase change measuring apparatus according to the second embodiment. The optical phase change measuring apparatus according to the present embodiment is a first embodiment in which a deep dip is obtained in the reflection spectrum by adjusting the inclination of the optical axis of the light beam with respect to the normal line of the reflection surface of the optical phase modulator 12. Instead of this configuration, the inclination of the light beam splitter 13 with respect to the optical axis of the light beam is adjusted to obtain a deep dip in the reflection spectrum. In FIG. 5, the same components as those in FIG.

ここで、光ビームスプリッタ13の反射面の傾きについて説明する。本実施形態の光位相変化測定装置における多重干渉による反射スペクトルは次式(8)で示される。   Here, the inclination of the reflection surface of the light beam splitter 13 will be described. A reflection spectrum due to multiple interference in the optical phase change measuring apparatus of the present embodiment is expressed by the following equation (8).

Figure 0005123264
Figure 0005123264

式(8)のβは、光ビームスプリッタ13の反射面を傾けたことによる反射光パワーの変化を表わす因子(β≦1)である。光ビームスプリッタ13の反射面の法線が光ビームの光軸に対して傾いていないときに対する光パワー比がβで示されている。式(8)は、光ビームスプリッタ13の反射面を傾けることが、光ビームスプリッタ13の反射率が等価的にβ倍に低下するとともに、光位相変調器12からの多重反射のうち、2回目以降の反射率が等価的にβの2乗に比例して低下することに相当することを示している。したがって、本実施形態の光位相変化測定装置では、結果的に、光位相変調器12の反射率の変化の方が大きいので、光ビームスプリッタ13の反射率と光位相変調器12の反射率が実質的に等価となるように、光ビームスプリッタ13の反射面の法線が光ビームの光軸に対して傾くように調整して、反射スペクトルに深いディップを得ることができるようにしている。好ましくは、ディップの深さが−10dBとなるように光ビームスプリッタ13が傾くよう調整される。   Β in Expression (8) is a factor (β ≦ 1) representing a change in reflected light power caused by tilting the reflecting surface of the light beam splitter 13. The optical power ratio with respect to when the normal line of the reflecting surface of the light beam splitter 13 is not inclined with respect to the optical axis of the light beam is indicated by β. In equation (8), tilting the reflection surface of the light beam splitter 13 reduces the reflectance of the light beam splitter 13 equivalently to β times, and the second time out of the multiple reflections from the optical phase modulator 12. It shows that the subsequent reflectance is equivalent to a decrease in proportion to the square of β. Therefore, as a result, in the optical phase change measuring apparatus of this embodiment, the change in the reflectance of the optical phase modulator 12 is larger, so that the reflectance of the optical beam splitter 13 and the reflectance of the optical phase modulator 12 are higher. In order to be substantially equivalent, the normal line of the reflection surface of the light beam splitter 13 is adjusted to be inclined with respect to the optical axis of the light beam so that a deep dip can be obtained in the reflection spectrum. Preferably, the optical beam splitter 13 is adjusted to be inclined so that the depth of the dip is -10 dB.

図5の光位相変化測定装置を用いた光位相変化の測定方法について説明する。図5に示す光位相変化測定装置は、光ビームの光軸に対する光ビームスプリッタ13の反射面の法線の傾きが予め調整されている。光ビームスプリッタ13の傾きを調整するには、例えば、広帯域光源15からの出力光を光ビームスプリッタ13および光位相変調器12に入射し、その反射光のスペクトルを光スペクトラムアナライザ16で測定する。測定したスペクトルにおいて図6に示すような深いディップが得られたら、光ビームスプリッタ13の反射面の法線の光ビームの光軸に対する傾きが決定される。   An optical phase change measurement method using the optical phase change measurement apparatus of FIG. 5 will be described. In the optical phase change measuring apparatus shown in FIG. 5, the inclination of the normal line of the reflecting surface of the light beam splitter 13 with respect to the optical axis of the light beam is adjusted in advance. In order to adjust the inclination of the light beam splitter 13, for example, the output light from the broadband light source 15 is incident on the light beam splitter 13 and the optical phase modulator 12, and the spectrum of the reflected light is measured by the optical spectrum analyzer 16. When a deep dip as shown in FIG. 6 is obtained in the measured spectrum, the inclination of the normal line of the reflection surface of the light beam splitter 13 with respect to the optical axis of the light beam is determined.

光ビームスプリッタ13の傾きが調整された図5に示す光位相変化測定装置において第1の実施形態と同様に光位相変化を測定する。   In the optical phase change measuring apparatus shown in FIG. 5 in which the inclination of the light beam splitter 13 is adjusted, the optical phase change is measured as in the first embodiment.

(実施例2)
従来の光位相変化測定装置と本実施形態の光位相変化測定装置とにおいて、反射率R1=0.5の光ビームスプリッタ3、13と、反射率R2=0.9の光位相変調器2、12とを用いて、それぞれ反射スペクトルを測定した。
(Example 2)
In the conventional optical phase change measuring apparatus and the optical phase change measuring apparatus of the present embodiment, the optical beam splitters 3 and 13 having a reflectance R1 = 0.5, and the optical phase modulator 2 having a reflectance R2 = 0.9, 12 were used to measure reflection spectra.

まず、比較例として、光ビームスプリッタ3と反射型の光位相変調器2から光コリメータレンズ1への反射光パワーが最大になるように構成された従来の光位相変化測定装置において反射スペクトルを測定する。従来の光位相変化測定装置は図1に示すように、光ビームスプリッタ3と反射型の光位相変調器2の反射面がいずれも光ビームに対して垂直になるように調整されている。この場合は、図2のような反射スペクトルが得られた。図2の反射スペクトルにおける、ディップ深さはわずか−2.7dBであった。ディップ波長の特定が困難であった。   First, as a comparative example, a reflection spectrum is measured in a conventional optical phase change measuring apparatus configured so that the reflected light power from the optical beam splitter 3 and the reflective optical phase modulator 2 to the optical collimator lens 1 is maximized. To do. As shown in FIG. 1, the conventional optical phase change measuring apparatus is adjusted so that the reflecting surfaces of the optical beam splitter 3 and the reflective optical phase modulator 2 are both perpendicular to the optical beam. In this case, a reflection spectrum as shown in FIG. 2 was obtained. In the reflection spectrum of FIG. 2, the dip depth was only -2.7 dB. It was difficult to specify the dip wavelength.

次に、実施例として、光ビームスプリッタからの反射光パワーが対入力光パワー比で0.35(反射面が垂直な場合のR1に比べて−1.5dB低下)になるように構成された本実施形態の光位相変化測定装置において反射スペクトルを測定する。光ビームスプリッタ13の反射面をこのように傾けることで、光位相変調器12からの多重反射のうち、2回目以降の反射率は等価的に0.44に低下することになる。本実施形態の光位相変化測定装置は図5に示すように、光ビームスプリッタの反射面を傾けて調整されているので、図6のような反射スペクトルが得られ、ディップにおける反射率は−10dBとなり、ディップの波長位置を正確に測定するのに充分な深さが得られた。   Next, as an embodiment, the reflected light power from the light beam splitter is configured to be 0.35 (-1.5 dB lower than R1 when the reflecting surface is vertical) in the ratio of the input light power. The reflection spectrum is measured in the optical phase change measuring apparatus of this embodiment. By tilting the reflection surface of the light beam splitter 13 in this way, the second and subsequent reflectances of the multiple reflections from the optical phase modulator 12 are equivalently reduced to 0.44. As shown in FIG. 5, the optical phase change measuring apparatus of the present embodiment is adjusted by tilting the reflection surface of the light beam splitter, so that a reflection spectrum as shown in FIG. 6 is obtained, and the reflectance at the dip is −10 dB. Thus, a depth sufficient to accurately measure the wavelength position of the dip was obtained.

なお、以上の実施形態では、光源として広帯域光源15を用い、光波長スペクトル測定手段として光スペクトルアナライザ16を用いた場合を例に挙げて説明したが、広帯域光源15に代えて光の波長を掃引して出力する波長掃引光源を用い、光スペクトラムアナライザ16の代わりに光パワー検出器を用いてもよい。   In the above embodiment, the case where the broadband light source 15 is used as the light source and the optical spectrum analyzer 16 is used as the optical wavelength spectrum measuring unit has been described as an example. However, instead of the broadband light source 15, the wavelength of light is swept. In this case, a wavelength swept light source to be output may be used, and an optical power detector may be used instead of the optical spectrum analyzer 16.

1、11 光コリメータレンズ
2、12 反射型光位相変調器
3、13 光ビームスプリッタ
4、14 光サーキュレータ
5、15 広帯域光源
6、16 光スペクトラムアナライザ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,11 Optical collimator lens 2,12 Reflective optical phase modulator 3,13 Optical beam splitter 4,14 Optical circulator 5,15 Broadband light source 6,16 Optical spectrum analyzer

Claims (2)

反射型の光位相変調器の位相変化を測定する装置であって、
広帯域の波長の光を同時に出力する手段または光の波長を掃引して出力する手段を有する光源と、
前記光源からの出力光を集光して、前記光位相変調器に光ビームとして入射し、かつ前記光位相変調器からの反射光を受光して出力する光コリメータレンズと、
前記光コリメータレンズから光位相変調器への光ビームの光軸上に配置され、前記光ビームの一部を前記光コリメータレンズに反射し、一部を前記光位相変調器へ透過する光ビームスプリッタと、
前記光源から前記光コリメータレンズへの入力光と前記光コリメータレンズから出力される前記反射光を分離する光サーキュレータと、
前記光コリメータレンズから出力された反射光について反射スペクトルを測定する光波長スペクトル測定手段とを備え、
前記光ビームの光軸を、測定対象の前記光位相変調器の反射面の法線に対して傾けることにより前記反射スペクトルに深いディップが得られるようにしたことを特徴とする光位相変化測定装置。
An apparatus for measuring the phase change of a reflective optical phase modulator,
A light source having means for simultaneously outputting light of a wide wavelength range or means for sweeping and outputting light wavelength;
An optical collimator lens that collects output light from the light source, enters the optical phase modulator as a light beam, and receives and outputs reflected light from the optical phase modulator;
An optical beam splitter that is disposed on the optical axis of the light beam from the optical collimator lens to the optical phase modulator, reflects a part of the light beam to the optical collimator lens, and transmits a part to the optical phase modulator. When,
An optical circulator for separating the input light from the light source to the optical collimator lens and the reflected light output from the optical collimator lens;
A light wavelength spectrum measuring means for measuring a reflection spectrum of the reflected light output from the optical collimator lens,
An optical phase change measuring device characterized in that a deep dip is obtained in the reflection spectrum by tilting the optical axis of the light beam with respect to the normal line of the reflecting surface of the optical phase modulator to be measured. .
反射型の光位相変調器の位相変化を測定する装置であって、
広帯域の波長の光を同時に出力する手段または光の波長を掃引して出力する手段を有する光源と、
前記光源からの出力光を集光して、前記光位相変調器に光ビームとして入射し、かつ前記光位相変調器からの反射光を受光して出力する光コリメータレンズと、
前記光コリメータレンズから光位相変調器への光ビームの光軸上に配置され、前記光ビームの一部を前記光コリメータレンズに反射し、一部を前記光位相変調器へ透過する光ビームスプリッタと、
前記光源から前記光コリメータレンズへの入力光と前記光コリメータレンズから出力される反射光を分離する光サーキュレータと、
前記光コリメータレンズから出力された反射光について反射スペクトルを測定する光波長スペクトル測定手段とを備え、
前記光ビームスプリッタの反射面の法線を、光ビームの光軸に対して傾けることにより前記反射スペクトルに深いディップが得られるようにしたことを特徴とする光位相変化測定装置。
An apparatus for measuring the phase change of a reflective optical phase modulator,
A light source having means for simultaneously outputting light of a wide wavelength range or means for sweeping and outputting light wavelength;
An optical collimator lens that collects output light from the light source, enters the optical phase modulator as a light beam, and receives and outputs reflected light from the optical phase modulator;
An optical beam splitter that is disposed on the optical axis of the light beam from the optical collimator lens to the optical phase modulator, reflects a part of the light beam to the optical collimator lens, and transmits a part to the optical phase modulator. When,
An optical circulator that separates input light from the light source to the optical collimator lens and reflected light output from the optical collimator lens;
A light wavelength spectrum measuring means for measuring a reflection spectrum of the reflected light output from the optical collimator lens,
An optical phase change measuring apparatus characterized in that a deep dip is obtained in the reflection spectrum by tilting the normal of the reflecting surface of the light beam splitter with respect to the optical axis of the light beam.
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