JP5605643B2

JP5605643B2 - 波長分散測定装置および波長分散測定方法

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Publication number: JP5605643B2
Application number: JP2010281399A
Authority: JP
Inventors: 喬堀
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2030-12-17
Also published as: JP2012127898A

Description

本発明は、被測定物における波長分散を測定するための波長分散測定装置および波長分散測定方法に関する。

波長分散は、媒質における材料分散や構造分散に起因し、光の伝搬速度に波長依存性を与える。光ファイバにおける波長分散は光パルスの幅を広げ、符号間干渉による伝送速度の低下につながる。このため、波長分散を正確に測定することは極めて重要であり、従来より、様々な波長分散測定装置が案出されてきた。

例えば、非特許文献１（Simple Chromatic Dispersion Measurement by Use of Wavelength-Tunable Raman Soliton Pulse and Two-Photon Absorption”, T. Hori, et.al, Electronics Letters, Vol.41, No.1, pp.32-33）には、チャープフリーな光パルスを光源に用い、被測定物質を透過した光パルスのピークパワーを2光子吸収特性を有するフォトダイオードによって検出する波長分散測定装置が提案されている。波長分散媒質に光パルスを通過させると、パルス幅が広がり、パルスのピークパワーが低下する。この波長分散測定装置は、媒質を透過したパルスのピークパワーを、2光子吸収特性を有するフォトダイオードによって検出することにより、波長分散を計測している。

また、特許文献１（特開２００５−３１５８５８号公報）に記載の装置は、光パルスのスペクトル強度とスペクトル位相（グループディレイ）を計測することにより、光パルスを評価する装置に関する。この評価装置の応用例として、測定媒質の有無による測定結果（グループディレイ値）の差から、媒質の波長分散の測定を行うことが記載されている。特に、チャープフリーな光パルスを光源に用いた場合には、測定されたグループディレイの傾きが、その媒質の分散量を示す、

特開２００５−３１３５８５号公報

Simple Chromatic Dispersion Measurement by Use of Wavelength-Tunable Raman Soliton Pulse and Two-Photon Absorption", T. Hori, et.al, Electronics Letters, Vol.41, No.1, pp32-33

しかしながら、非特許文献１に記載の装置は、媒質を透過した光パルスのピークパワーの大きさから直接に波長分散を計測するものである。このため、媒質の透過率または反射率が波長依存性を有していた場合には、媒質の波長分散により誘起されるパルスのチャーピングによるピークパワーの変化と、スペクトル形状変化に起因したパルス形状の変化によるピークパワーの低下とを区別することができない。例えば、媒質の透過帯域幅が光源の帯域（スペクトル）よりも狭い場合には、光パルスを透過したパルスの幅が広がり、ピークパワーが低下してしまう。特に、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）の帯域幅は狭く、非特許文献１に記載の装置によってＦＢＧの波長分散を正確に計測することはできない。

また、特許文献１に記載の装置は、位相検出装置を用いて波長分散を求めているため、波長分散の測定精度は位相検出装置の精度に依存する。しかしながら、一般的な位相検出装置の測定精度には限界があり、波長分散を高精度に測定するのは必ずしも容易ではない。特に、分散値の小さな測定対象（FBG等）においては、測定精度を高めるのは困難である。

例えば、図１４において、FBG(波長分散D=0.196ps/nm、バンド幅Δλ＝10nm)を、位相検出精度がΔθ=0.05度である市販の位相検出装置を用いて波長分散を測定したとする。変調周波数をfreq=1GHz（変調周期T＝1/frep=1ns）であるとすると、グループディレイ測定精度はΔt＝Δθ/360°×T＝0.05°/360°×1ns＝139fsとなり、波長分散測定精度はΔD＝Δt/Δλ＝139fs/10nm＝0.0139ps/nmになる。この数値は、FBGの波長分散D=0.196ps/nmの測定おいて、７％の測定誤差に相当する。従って、一般的な位相検出装置を用いる限り、測定精度を向上させるには限界がある。

上述の課題を解決するために、本発明に係る波長分散測定装置は、パルス光を発生させるパルス光源と、被測定物を透過または反射したパルス光の信号強度を検出する検出器と、前記パルス光源から前記検出器までの光路上に設けられた、分散量Ｄvを変更可能な可変分散器と、前記分散量Ｄvを変化させ、前記信号強度が極値となる分散量Ｄvに基づき前記被測定物の分散量を算出する制御手段とを有する。

前記制御手段は、さらに前記パルス光源におけるパルス光の波長を変化させながら、前記被測定物の分散量を算出する。
また、前記制御手段は、前記パルス光源より出射されるパルスのチャープ量Ｄoと前記可変分散器の分散量Ｄvとの総和を、前記被測定物の分散量として算出する。
さらに、前記検出器は、前記パルス光のピークパワー若しくはパルス幅を前記信号強度として検出する。

本発明によれば、可変分散器における分散量Ｄvを変化させながら、パルス光の信号強度が極値となる分散量Ｄvを求めることにより、分散量Ｄvに基づき被測定物の分散量を算出することができる。例えば、被測定物がパルス光源のスペクトルよりも狭い透過帯域または反射帯域を有していたとしても、検出された信号強度が極値となる分散量Ｄvは変わらない。したがって、被測定物の透過帯域または反射帯域によらず、被測定物の分散量を正確に測定することが可能となる。

また、測定された分散量の精度は、可変分散器における分散量Ｄvの変化ステップに依存する。このため、分散量Ｄvの変化ステップを小さくすることにより、極めて高精度の波長分散測定が可能となる。
さらに、パルス光源におけるパルス光の波長を変化させながら、被測定物の分散量を算出することによって、波長に依存した分散量を測定することができる。
また、パルス光源により出射されるパルスのチャープ量Ｄoと可変分散器の分散量Ｄvとの総和を被測定物の分散量として算出することにより、チャープを有するパルス光源を用いながらも正確な測定が可能となる。

本発明における検出器はパルス光のピークパワー若しくはパルス幅を前記信号強度として検出し、可変分散量Ｄvに対する信号のピーク検出を行うため、外乱に対しても安定に測定を行うことができる。

本発明の第１実施形態に係る波長分散測定装置の概略構成図である。本発明の第１実施形態に係る波長分散測定装置のブロック図である。本発明の第１実施形態に係る制御装置のブロック図である。パルス光源のスペクトルと媒質透過率（反射率）との関係を表す図である。本発明の波長分散測定方法を説明するための図である。本発明の第１実施形態に係る被測定物の反射スペクトルを表す図である。本発明の第１施形態に係る波長分散測定方法を表すフローチャートである。本発明の第１実施形態に係る測定結果を表す図である。本発明の第２実施形態に係る波長分散測定装置の概略構成図である。本発明の第２実施形態に係る波長分散測定装置のブロック図である。本発明の第２実施形態に係る波長分散測定方法を表すフローチャートである。本発明の第２実施形態に係る測定結果を表す図である。本発明の第２実施形態に係る測定結果を表す図である。従来の波長分散測定装置を説明するための図である。

以下に、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る波長分散測定装置の概略構成図である。

波長分散測定装置１は、パルス光を発生させるパルス光源１０、分散量を変更可能な可変分散器２０、測定対象である被測定物４０、被測定物４０からの反射光を分離するビーム分離素子３０、被測定物４０からの反射光のピークパワー若しくはパルス幅を検出する検出器５０とを備えて構成されている。

パルス光源１０からのパルス光は可変分散器２０を通過し、このとき可変分散器２０において所定量の波長分散によるチャープを受ける。この光パルスはビーム分離素子３０を介して被測定物４０に照射され、被測定物４０において波長分散によるチャープを受ける。被測定物４０において反射したパルス光はビーム分離素子３０を経由して、検出器５０において検出される。

パルス光源１０より出射されるパルスのチャープ量Ｄoと可変分散器２０およびビーム分離素子３０の分散量（チャープ量）Ｄvとの総和が、被測定物４０の分散量（チャープ量）Ｄtestを打ち消す場合（分散補償された状態）、すなわち、−（Ｄo＋Ｄv）＝Ｄtestである場合に、検出器５０におけるパルス光のパルス幅は最小となり、そのピークパワーは最大となる。従って、検出されたパルス光のパルス幅が最小、若しくはパルスのピークパワーが最大となるように可変分散器２０を変化させることにより、被測定物３０の分散量Ｄtestを測定することができる。

（全体構成）
図２は、本発明の第１実施形態に係る波長分散測定装置のブロック図である。この図において、パルス光源１０は、例えばモードロック型Ｙｂファイバレーザにより構成されており、パルス光を発生させる。実験におけるパルス光の中心波長はλｃ＝１０４５ｎｍ、スペクトルバンド幅はΔλ＝１５ｎｍであった。なお、パルス光源１０のチャープ量Ｄoが既知であれば、パルス光源１０は必ずしもチャープフリーでなくても良い。

可変分散器２０は、パルス光源１０から検出器５０までの光路上に設けられており、長さの異なる複数（ｎ本）の光ファイバ２０１、２０２・・・２０ｎを備えている。光ファイバ２０１、２０２・・・２０ｎは、波長１０４５ｎｍにおいて単位ｋｍ当たり、Ｄ＝−４０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの群速度分散を有する。このため、光ファイバの長さを変えることによって、分散量を変化させることができる。例えば、５ｃｍ毎に異なるファイバ長を有する光ファイバ２０１〜２０ｎを用いることにより、ΔＤ＝０．００２ｐｓ／ｎｍ毎に分散量Ｄvを変化させることができる。さらに、高精度の波長分散を測定する必要がある場合には、ファイバ長の差を短くするとよい。

ビーム分離素子３０は、５０：５０の光カップラにより構成されている。可変分離装置２０からの光パルスはビーム分離素子３０を透過し、被測定物４０に照射される。

被測定物４０は本実施形態においては反射型の分散媒質であり、例えばチャープ型ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）であってもよい。実験で用いたＦＢＧの推定分散量はＤtest＝０．１９６ｐｓ／ｎｍであり、帯域はΔλ＝１３nm、ピーク反射率はR＝１０％であった。FBGの反射スペクトルの一例を図６に示す。

ＦＢＧはパルス光源１０のスペクトルに比べて狭い帯域を有するため、パルス光源１０のスペクトルはＦＢＧを反射することによって狭められてしまう。上述したように、パルスピークパワーの変化から分散量を見積もる従来の波長分散測定装置においては、このようなスペクトル変化に伴うパルスのピークパワーの変化と波長分散によるパルスのピークパワーの変化とを区別することができない。これに対して、本実施形態によれば、反射波のピークパワーが最大になる可変分散器２０の分散量Ｄvを計測すれば良いため、被測定物４０による帯域の影響を受けずに済む。また、ピーク検出を行うため、測定系の光軸のずれや、外乱による信号強度の変動に対して安定的に測定を行うことができる。

検出器５０は、レンズとＧａＡｓＰフォトダイオードから構成される二光子吸収検出器であって、光パルスのピークパワーを検出可能である。もし検出器が光源５０の半波長λｃ／２以外に、λｃにおいても検出感度を有していた場合には、検出信号に一光子吸収による検出成分が重畳されるため、ピークパワーのみを検出することが困難となってしまう。

ＧａＡｓＰフォトダイオードの分光ピークは約６００ｎｍであり、光源の半波長のλ_０／２＝５２０ｎｍにおける検出感度は０．２３Ａ／Ｗである。一方で、パルス光源１０からのパルス光の波長λｃ＝１０４５ｎｍにおける検出感度は１０^−３Ａ／Ｗ以下となる。従って、パルス光源１０の波長λｃにおける検出感度は十分に無視でき、検出器５０はピークパワーに依存した信号を検出することが可能である。また、検出器５０は、自己相関計などのパルス幅を測定できるものであってもよい。この場合は、パルス幅が最小となる可変分散器の分散量Ｄvを測定する。

制御装置６０は、検出器５０から出力された信号を分析し、波長分散を算出することが可能である。また、制御装置６０は、可変分散器２０に指示を与えることにより分散量Ｄvを変化させる機能を有していてもよい。

（制御装置の構成）
図３は本実施形態に係る制御装置６０のブロック図である。制御装置６０はパーソナルコンピュータ等によって構成され、データバス５００、インターフェース５０１、レジスタ５０２、ＣＰＵ５０３、ＲＯＭ５０５、ＲＡＭ５０７、記憶装置５０８、ディスプレイ５０９等を備えている。

データバス５００は、ＣＰＵ５０３と、インターフェース５０１等の各部とのデータの受け渡しを行うためのものである。インターフェース５０１はデータの入出力のためのポートである。インターフェース５０１には、可変分散器２０、検出器５０が接続されている。制御措置６０は、可変分散器２０の光ファイバ２０１、２０２・・・２０ｎを順に切替えながら、検出器５０におけるピークパワーをスキャンすることができる。

レジスタ５０２はＣＰＵ５０３の動作のためのキャッシュレジスタとして一時的にデータを蓄えるためのメモリである。ＣＰＵ５０３は予め定められた検査プログラムを実行し、波長分散測定装置１を制御するとともに、計測データの解析を行う。

ＲＯＭ５０５は制御装置６０のＢＩＯＳ等の基本プログラムを格納するために用いられる。ＲＡＭ５０６は検査プログラムを実行するためのワークエリアとして用いられる。外部記憶装置５０７は、ハードディスクドライブ、ＣＤドライブ、ＤＶＤドライブであって、測定された検査データの保存に用いられる。ディスプレイ５０８は液晶表示装置を備え、波長分散の測定結果を表示可能である。

（波長分散の計測原理）
続いて、本実施形態に係る波長分散の計測原理について説明する。図４は、パルス光源１０のスペクトルと被測定物４０の媒質透過率（反射率）との関係を表している。被測定物４０の媒質透過率（反射率）が図中の（Ａ）の特性を有していた場合、被測定物４０の分散によってパルス幅が広がるとともに、パルスのピークパワーも減少する。被測定物４０の媒質透過率（反射率）が図中の（Ｂ）の特性を有していた場合、すなわち、媒質透過率（反射率）の帯域が光源の帯域よりも狭い場合、分散によるパルスのピークパワーの低下とともに、帯域が制限されることによるパルスのピークパワーの低下が生じる。

このような場合には、従来の波長分散計測装置においては、帯域制限によるピークパワー低下と分散によるピークパワー低下とを区別できず、正確な分散量を測定することは困難となる。これに対して、本実施形態によれば、可変分散器２０における分散量Ｄvを
可変し、反射光のピークパワーが最大となる分散量Ｄvを求めることによって、被測定物４０の分散量Ｄtest＝−（Ｄo＋Ｄv）を計測することができる。

すなわち、本実施形態によれば、被測定物４０がどのような媒質透過率（反射率）を有していたとしても、ピークパワーが最大となる分散量Ｄvは変化しないため、この分散量Ｄvに基づき被測定物の分散量Dtestを正確に計測可能である。

例えば、図５（Ａ）に示されたように、光源のスペクトルに対して、被測定物４０がグラフＡで示される媒質透過率（反射率）を有していたとする。このように媒質透過率（反射率）の帯域が狭い場合には、被測定物４０の反射光の信号強度は図５（Ｂ）のグラフＡのように比較的に低いものとなる。被測定物４０の媒質透過率（反射率）の帯域がグラフＢ、Ｃのように広がるにしたがい、反射光の信号強度も大きく変化する。ところが、被測定物４０の媒質透過率（反射率）の如何によらず、反射光の信号強度が最大となる分散量は一定である。従って、反射光のピークパワーが最大となる分散量Ｄtestを求めることによって、被測定物４０の分散量Ｄtest＝−（Ｄo＋Ｄv）を計測することができる。

なお、被測定物４０の分散量Ｄtestの符号は、パルス光源１０の分散量Ｄo、可変分散器２０の分散量Ｄvの総和の符号と逆である。すなわち、分散量（Ｄo＋Ｄv）は被測定物４０の分散量Ｄtest対して、分散補償として機能している。
（波長分散計測方法）
続いて、図７のフローチャートを参照しながら、本実施形態に係る波長分散測定方法を説明する。

まず、測定対象となる被測定物４０を波長分散測定装置１にセットする（ステップＳ１）。オペレータが制御装置６０を操作し、検査プログラムを起動させると、ＣＰＵ５０３は外部記憶装置５０６に記憶された検査プログラムを実行し（ステップS２）、可変分散器２０において最短長の光ファイバ２０１を選択する（ステップS３）。すなわち、最小値となる分散量Ｄvが選択される。

続いて、パルス光源１０から所定のチャープ量Ｄoを有するパルス光が発せられ、さらに可変分散器２０において所定の分散量Ｄvが与えられる。このパルス光はビーム分離素子３０を透過し、被測定物４０に照射される。ＦＢＧである被測定物４０から反射したパルス光は、分散量（チャープ量）Ｄo、Ｄvとは逆極性の分散量Ｄtestの影響を受ける。

ビーム分離素子３０は、被測定物４０からのパルス光を検出器５０に導き、検出器５０はパルス光のピークパワーを検出する（ステップＳ４）。上述したように、検出器５０は非線形の二光子吸収特性を有しているため、波長分散に起因するピークパワーの相違を検出することが可能である。検出されたピークパワーは、制御装置６０のＲＡＭ５０６上に一時的に記憶される。

制御装置６０は、可変分散器２０における分散量Ｄvが最大値に達したか否かを判断し（ステップＳ５）、判断結果がＮＯであればステップＳ３の処理に戻る。このとき、分散量Ｄvは最小値が選択されている（ステップＳ５でＮＯ）。従って、制御装置６０は、可変分散器２０にいて最短の光ファイバ２０１から２番目に短い光ファイバ２０２に切り替え、分散量Ｄvを変更する（ステップＳ３）。検出器５０は被測定物４０からのパルス光のピークパワーを検出し、記憶する（ステップＳ４）。

以下、同様にして、制御装置６０は、可変分散器２０における分散量Ｄvが予め定められた最大値になるまで（ステップS５でＹＥＳ）、ピークパワーの検出を繰り返す。すなわち、可変分散器２０において最長の光ファイバ２０ｎに切り替えられるまで、ピークパワーの検出が行われる。

このようにして検出されたピークパワーは、図８に示されるグラフ上にプロットされる。このグラフにおいて、横軸は分散量、縦軸はピークパワー（検出電圧）を表している。制御装置６０は、ピークパワーが最大となる分散量（Ｄo＋Ｄv）を求める（ステップＳ６）。

制御装置６０は、ピークパワーが最大となる分散量Ｄ_０＋Ｄ_ｖを被測定物４０の分散量Ｄtestとして決定する（ステップＳ７）。図８においては、分散量Ｄo＋Ｄv＝０．１９６ｐｓ／ｎｍにおいてピークパワーが最大となった。従って、被測定物４０の分散量Ｄtest＝０．１９６ｐｓ／ｎｍが求められる。このようにして算出された計測結果は、ディスプレイ５０８に表示される（ステップＳ８）。

上述の例では、可変分散器２０において５ｃｍ毎に異なる光ファイバ２０１〜２０ｎを用いた場合、ΔＤ＝０．００２ｐｓ／ｎｍの分解能で波長分散を計測可能である。この数値は、ＦＢＧの波長分散を約１％（０．００２ｐｓ／ｎｍ／０．１９６ｐｓ／ｎｍ）で計測可能であることを意味している。

以上述べたように、本実施形態によれば、可変分散器における分散量Ｄvを変化させながら、パルス光の信号強度が最大となる分散量Ｄvを求めることにより、分散量Ｄvに基づき被測定物の分散量を算出することができる。被測定物が、パルス光源のスペクトルよりも狭い透過帯域または反射帯域を有していたとしても、検出された信号強度が最大となる分散量Ｄvは変わらない。したがって、被測定物の透過帯域または反射帯域によらず、被測定物の分散量を正確に測定することが可能となる。

また、測定された分散量の精度は、可変分散器における分散量Ｄvの変化ステップに依存する。このため、分散量Ｄvの変化ステップを小さくすることにより、極めて高精度の波長分散測定が可能となる。

また、パルス光源のチャープ量Ｄoと可変分散器の分散量Ｄvとの総和を被測定物の分散量として算出することにより、チャープを有するパルス光源を用いながらも正確な測定が可能となる。

［第２実施形態］
（全体構成）
図９は、本発明の第２実施形態に係る波長分散測定装置の概略構成図である。
本実施形態に係る波長分散測定装置１ａは、透過型の被測定物４０ａを計測可能であって、パルス光を発生させるパルス光源１０ａ、分散量を変更可能な可変分散器２０、測定対象である被測定物３０、被測定物３０を透過したパルス光のピークパワーを検出する検出器５０とを備えて構成されている。

パルス光源１０ａからの光パルスは可変分散器２０を通過し、可変分散器２０において所定量の波長分散によるチャープを受ける。この光パルスは被測定物４０ａを通過する際に、波長分散によるチャープを受ける。被測定物４０ａを透過したパルス光は検出器５０において検出される。

本実施形態においても、パルス光源１０ａの分散量をＤoと可変分散器２０ａおよびビーム分散素子３０の分散量Ｄvとの総和が、被測定物４０ａの分散量Ｄtestを打ち消す場合、すなわち、−（Ｄo＋Ｄv）＝Ｄtestである場合に、検出器５０におけるパルス光のピークパワーは最大となる。従って、検出された光パルスのピークパワーが最大となるように可変分散器２０を調整することにより、被測定物３０の分散量Ｄtestを測定することができる。

図１０は、本発明の第２実施形態に係る波長分散測定装置のブロック図である。同図において、第１実施形態に係る波長測定装置と同様の構成部材に関しては、同じ符号を付してある。
この図において、パルス光源１０ａは、パルスの中心波長を変更できる波長可変光源である。実験では、フーリエ限界のパルス幅１００ｆｓを発生可能なパルス光源１０を用い、１０００〜１１５０ｎｍの範囲で波長を変化させた。なお、第１実施形態と同様に、パルス光源１０のチャープ量Ｄoが既知であれば、パルス光源１０は必ずしもチャープフリーでなくても良い。

被測定物４０ａは透過型の媒質であり、実験では１．０ｍのシングルモード光ファイバを用いた。被測定物４０ａは、シングルモード光ファイバに限定されることなく、透過型の媒質であればその種類を問わない。

レンズ１２は、被測定物４０ａからのパルス光をコリメートし、ビームスプリッタ３０ａに導く。ビーム分離素子３０ａは、５０：５０の光カップラにより構成されており、レンズ１２からのパルス光を可変分散器２０ａに導くとともに、可変分散器２０ａからのパルス光を検出器５０に照射する。

可変分散器２０ａは、パルス光源１０ａから検出器５０までの光路上に設けられており、グレーティング（回折格子）対２１、２２、ミラー２３を備えている。グレーティング対２１、２２は、互いに平行に配置されており、パルス光はグレーティング対２１、２２において反射する。パルス光内の異なった周波数成分は、グレーティング２１から異なった方向に回折される。このとき、高い周波数成分は低い周波数成分よりも短い時間でグレーティング対２１，２２を通過する。正のチャープのあるパルス光において、高い周波数成分はパルスの後端近くにあり、低い周波数成分はパルスの前端にあるので、パルスがグレーティング対を通過する間に後端が前端に近づき、異常分散が生じる。

ミラー２３は、グレーティング対２１、２２から反射したレーザビームをさらにグレーティング２１、２２に戻す。グレーティング対２１、２２から反射したレーザビームのスペクトル成分は空間的に分散されてしまう。このため、ミラー２３によってレーザビームをグレーティング対２１，２２に反射させ、空間的に分散したパルス光を元に戻す。

可変分散器２０ａは、グレーティング対２１、２２へのパルス光の入射角、グレーティング対２１、２２の間隔、グレーティングの間隔等を変化させることにより、分散量を変更できる。

検出器５０は、第１実施形態と同様に、レンズとＧａＡｓＰフォトダイオードから構成される二光子吸収検出器であって、反射光のピークパワーを検出可能である。

制御装置６０は、検出器５０から出力された信号を分析し、波長分散を算出することが可能である。また、制御装置６０は、パルス光源１０ａにおけるパルス光の波長を変化させるとともに、可変分散器２０ａにおける分散量Ｄvを変化させる機能を有している。
算出された波長分散を表示するディスプレイを備えている。

（波長分散計測方法）
続いて、図１１のフローチャートを参照しながら、本実施形態に係る波長雲散計測方法を説明する。
まず、測定対象となる被測定物４０ａを波長分散測定装置１ａにセットする（ステップＳ２１）。オペレータが制御装置６０を操作し、検査プログラムを起動させると、ＣＰＵ５０３は外部記憶装置５０６に記憶された検査プログラムを実行し（ステップＳ２２）、パルス光源１０ａにおけるパルス光の波長λを最小値に設定するととともに（ステップＳ２３）、可変分散器２０における分散量Ｄvを最小値に設定する（ステップＳ２４）。

続いて、パルス光源１０ａから所定の分散量Ｄoを有するパルス光が発せられ、このパルス光は被測定物４０ａを透過する。この際、パルス光には分散量Ｄtestによるチャープが与えられる。被測定物４０ａを透過したパルス光はビーム分離素子３０ａを透過し、可変分散器２０ａに導かれる。

可変分散器２０ａは、回折格子対２１、２２においてパルス光に所定の分散量Ｄvによるチャープを与える。このパルス光はビーム分離素子３０aを透過し、検出器５０に導かれ、検出器５０はパルス光のピークパワーを検出する（ステップＳ２５）。上述したように、検出器５０は非線形の二光子吸収特性を有しているため、波長分散に起因するピークパワーの相違を検出することが可能である。検出されたピークパワーは、制御装置６０のＲＡＭ５０６上に一時的に記憶される。

制御装置６０は、可変分散器２０ａにおける分散量Ｄvが最大値に達したか否かを判断し（ステップＳ２６）、判断結果がＮＯであればステップＳ２４の処理に戻る。このとき、分散量Ｄvは最小値が選択されているため（ステップＳ２６でＮＯ）、制御装置６０は可変分散器２０ａの分散量Ｄvを所定量だけ増加させる（ステップＳ２４）。検出器５０は被測定物４０ａ０からのパルス光のピークパワーを検出するとともに、ＲＡＭ５０６上に記憶する（ステップＳ２５）。

以下、同様にして、可変分散器２０ａにおける分散量Ｄvが予め定められた最大値になるまで、ピークパワーの検出を繰り返す。分散量Ｄvが最大値になると（ステップＳ２６でＹＥＳ）、制御装置６０はパルス光源１０ａにおけるパルス光の波長λが最大値になったか否かを判断する（ステップＳ２７）。このとき、パルス光の波長λは最小値に設定されているため（ステップＳ２７でＮＯ）、制御装置６０はパルス光源１０ａにおけるパルス光の波長λを所定量だけ増加させる（ステップＳ２３）。さらに制御装置６０は可変分散器２０ａにおける分散量Ｄvを最小値に設定し（ステップＳ２４）、検出器５０はパルス光のピークパワーを検出する（ステップＳ２５）。

パルス光の波長λを変化させた後、可変分散器２０ａにおける分散量Ｄvが最大値になるまで（ステップＳ２６でＹＥＳ）、検出子５０はパルス光のピークパワーを検出する（ステップＳ２５）。このようにして、パルス光源１０ａにおけるパルス光の波長λが最大値になるまで（ステップＳ２７でＹＥＳ）、パルス光のピークパワーの検出が行われる。

このようにして検出されたピークパワーは、図１２に示されるグラフ上にプロットされる。このグラフにおいて、横軸は分散量、縦軸はピークパワー（検出電圧）を表している。また、このグラフには、異なる波長λの各々についての分散量が示されている。すなわち、波長λを１０００ｎｍ、１０５０ｎｍ、１１００ｎｍ、１１５０ｎｍのそれぞれにおける分散量が示されている。制御装置６０は、波長毎にピークパワーが最大となる分散量（Ｄo＋Ｄv）を求める（ステップＳ２８）。

制御装置６０は、ピークパワーが最大となる分散量−（Ｄo＋Ｄv）を被測定物４０の分散量Ｄtestとして決定する（ステップＳ２９）。さらに、制御装置６０は、波長に対する分散量Ｄtest変化をグラフに表す。図１３のグラフは、図１２において、横軸は波長を表し、縦軸は分散量Ｄtestを単位ｋｍあたりの数値に換算した値を示している。

このグラフは、１０００ｎｍ、１０５０ｎｍ、１１００ｎｍ、１１５０ｎｍの４種類の波長のデータを曲線で表したものであるが、さらに多くの波長のデータを用いても良い。また、データをセルマイヤ多項式等によって、グラフを補間することにより、任意波長における分散量を推定することも可能である。このようにして求められた測定結果はディスプレイ５０８に表示される（ステップＳ３０）。

本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施可能である。例えば、二光子吸収検出器に代えて、ＳＨＧ（Second Harmonic Generator）結晶と光検出器で構成される倍波発生器を用いても良い。また、可変分散器は、光ファイバ、グレーティング対に限定されることなく、プリズム対等、分散量を可変できるものであればその種類を問わない。また、パルス光源は本実施形態で示された帯域を有するものに限定されず、あらゆる帯域の光源を用いることができる。なお、上述した第１実施形態においては、パルス光源における波長を変化させていないが、第２実施形態と同様に波長可変光源を用い、波長毎の分散量を測定しても良い。

１、１ａ波長分散測定装置
１０、１０ａパルス光源
２０、２０ａ可変分散器
２０１〜２０ｎ光ファイバ
３０ビーム分離素子
４０、４０ａ被測定物
５０検出器
６０制御装置（制御手段）

Claims

パルス光を発生させるパルス光源と、
被測定物を透過または反射したパルス光の信号強度を検出する検出器と、
前記パルス光源から前記検出器までの光路上に設けられた、分散量Ｄｖを変更可能な可変分散器と、
前記分散量Ｄvを変化させ、前記信号強度が極値となる分散量Ｄvに基づき前記被測定物の分散量を算出する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記パルス光源により出射されるパルスのチャープ量Ｄoと前記可変分散器の分散量Ｄvとの総和を、前記被測定物の分散量として算出する、波長分散測定装置。
前記制御手段は、さらに前記パルス光源におけるパルス光の波長を変化させながら、前記被測定物の分散量を算出する請求項１に記載の波長分散測定装置。
前記検出器は、前記パルス光のピークパワー若しくはパルス幅を前記信号強度として検出する請求項１または２のいずれかに記載の波長分散測定装置。
パルス光源によってパルス光を発生させるステップと、
検出器によって被測定物を透過または反射したパルス光の信号強度を検出するステップと、
可変分散器によって分散量Ｄvを変化させ、前記信号強度が最大となる分散量Ｄvに基づき前記被測定物の分散量を算出するステップとを有し、
前記算出ステップは、前記パルス光源のチャープ量Ｄoと前記可変分散器の分散量Ｄvとの総和を、前記被測定物の分散量として算出する、波長分散測定方法。
前記算出ステップは、さらに前記パルス光源におけるパルス光の波長を変化させながら、前記被測定物の分散量を算出する請求項４に記載の波長分散測定方法。