JPH02210239A - 反射防止膜のパラメータ測定法 - Google Patents

反射防止膜のパラメータ測定法

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JPH02210239A
JPH02210239A JP1032224A JP3222489A JPH02210239A JP H02210239 A JPH02210239 A JP H02210239A JP 1032224 A JP1032224 A JP 1032224A JP 3222489 A JP3222489 A JP 3222489A JP H02210239 A JPH02210239 A JP H02210239A
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誠 山田
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、導波路端面に形成した反射防止膜の膜厚及び
屈折率を簡便に測定する反射防止膜のパラメータ測定法
に関するものである。
〔従来の技術〕
先導波回路と半導体レーザ及び半導体光増幅素子等の半
導体光素子を接続する場合、半導体光素子への戻り光を
抑制するためには、光導波路端面に第8図に示すような
反射防止膜を形成する必要がある。図において、lは光
導波路、2は先導波・路のコア、20は光導波路の基板
、3は反射防止膜である。
しかし、従来、導波路端面に形成した反射防止膜3の反
射率及び反射防止膜を構成する各層の膜厚、屈折率、吸
収率等を直接評価する方法はなく、導波路端面に反射防
止膜3を形成するときに、その近傍に配置した石英板に
同時に反射防止膜を形成し、その基板、トの反射防止膜
の反射特性及び透過特性の波長依存性を分光光度計を用
いて測定し、その波長依存性から各層の膜厚、屈折率及
び吸収率を評価をするのみであった。
一方、同様の測定法としては、単一モード光ファイバの
端面に形成した反射防止膜の評価法がある。
この方法を第9図に示す。ボックスカーインテグレータ
21によりLD駆動部22は、LD23をパルス発振さ
せており、その出力光を光ファイバ25−1に入射する
。さらに光をカップラー24を通して光ファイバ25−
2に入射して、その光フアイバ端面に形成された反射防
止膜28に光を照射し、その反射防止膜28からの反射
光をカップラー24と光ファイバ25−3を通して受光
器26で受光する。ボックスカーインテグレータ21は
LD駆動部22より光パルス送出周期と同期したゲート
パルスを得、このゲートパルスを基準として反射防止膜
28までの往復伝搬時間に対応した時間だけ遅延時間を
設定して、積分器のゲート時間を設定して反射防止膜2
8からの光による電気信号だけを増幅し、さらに表示部
27で観察する。
[発明が解決しよとする課題] 上述した従来の2つの測定方法には、それぞれ次のよう
な問題があった。
前者の測定方法の場合には、直接、導波路端面の反射防
止膜3の評価ができないという欠点がある。
後者の測定方法の場合は、単一の波長の光での反射特性
を測定するため、反射防止膜28を形成するときに必要
な反射防止膜28の各層の膜厚、屈折率及び吸収特性を
評価できないという欠点がある。
結局、従来技術では、光導波路端面の反射防止膜の反射
率及び反射防止膜を構成する各層の膜厚、屈折率、吸収
率を直接測定する方法は厳密な意味では存在しなかった
と言える。
本発明はこの問題を解決するために成されたものであり
、光導波路端面に形成された反射防止膜の反射率及び反
射防止膜を構成する各層の膜厚、屈折率、吸収率を簡便
に直接測定する反射防止膜のパラメータ測定方法を提供
することを目的とする。
[課題を解決するための手段] この発明の反射防止膜のパラメータ測定法は、一方の導
波路端面に反射防止膜を形成した光導波路に対して、も
う一方の導波路端面より任意の波長の光を入射させ、 反射防止膜の形成された端面の近傍に受光用の光ファイ
バを配置し、 反射防止膜を透過した光を受光できる状態にして、光フ
ァイバと反射防止膜の間に屈折率の既知の第1の媒質を
充填した場合と屈折率が既知の第2の媒質を挿入した場
合の両者の受光用光ファイバからの出力の比の波長依存
性の測定値を求め、反射防止膜の膜厚及び屈折率のパタ
メータを変化させて理論値を計算し、 該理論値と前記測定値とを比較して両者を一致させるよ
うにすることにより反射防止膜のパタメータを測定する
ことを特徴とする。
[作用] 本発明の反射防止膜のパラメータ測定法は、光導波路端
面に形成されたの反射防止膜を直接評価する。その場合
、波長依存性測定することによって、反射防止膜を構成
する各層の膜厚、屈折率、吸収率を評価する。
[実施例コ 以下、本発明の実施例を第1図ないし第7図に基づいて
説明する。
まず、本発明の測定原理について説明する(第1図(a
)、(b)参照)。
図において、1は光導波路、2は光導波路コア、3は光
導波路1の端面に形成された反射防止膜、4は受光用光
ファイバ 5−1は屈折率が既知の第1の媒質、5−2
は屈折率が既知の第2の媒質、6は波長を任意に可変可
能な入射光を示す。同図(a)は、反射防止膜3を付加
した光導波路1の端面と受光用光ファイバ4の間に、屈
折率が既知の第1の媒質5−1を充填した場合を示し、
同図中T、は反射防止膜3を付加した光導波路1の端面
の透過率、Tlfは多モード光ファイバ端面での透過率
、7はこの場合の受光用光フ1イノく4からの出力光I
 outlを表す。一方、同図(b)は、反射防止膜3
を付加した光導波路1の端面と受光用光ファイバ4の間
に、屈折率が既知の第2の媒質5−2を充填した場合を
示し、同図中T、は反射防止膜3を付加した光導波路1
の端面の透過率、T2fは多モード光ファイバ端面での
透過率、8はこの場合の受光用光ファイバ4からの出力
光1 out2を表す。
受光用光ファイバ4からの出カフと出力8の比I ou
t2/ 1 outlは、 1 out2/ 1 outl= T *”T sr/
 (T r”T r r)”’ ”’  (1)で表せ
る。
Ttr及びTlfの反射率は第1及び第2の媒質5−1
.5−2の屈折率が既知なため、出カフと出力8の比I
 out2/ I outlの波長依存性はT、/T。
の波長依存性に対応している。したがって、出力の比I
 out2/ I outlの波長依存性の測定結果と
理論計算値を比較することによって、導波路端面微小領
域の反射防止膜を構成する各層の膜厚、屈折率、吸収率
を直接評価できる。
第2図は、本発明の測定法を実施する測定装置の1例を
示す。
測定に使用した光導波路1は、火炎堆積法と反応性イオ
ンエツチングにより作製された石英系単一モード光導波
路(コア2の寸法8μmX8μ口、比屈折率差0.2%
)であり、反射防止膜3は、抵抗加熱・真空蒸着法によ
り1.5μmにおいて無反射となるようにSiOxとM
KF、の2層を蒸着した(第4図参照)。
1.5μmにおける無反射の条件は、 n 、t 、=n、t 、=λ1./4n 1” n 
s=12” n p となる。
ここで、λ1..は1,5μmを意味し、npは空気に
対する無反射を条件としているため“1”とする。
ここでは、SiOxの膜厚n1を2252人、その屈折
率t、を1.665、MgFtの膜厚n、を271γ人
、その屈折率t、を1.380として作製した。受光用
の多モード光ファイバ4は光導波路1からの出力光を完
全に受光するためコア径50μmφ、比屈折率差1%を
使用し、光導波路端面より約30μm離して光導波路1
と光軸を合わせて固定した。
受光用多モード光ファイバ4からの出力光は受光器17
にて電気信号に変換され、増幅器18をへてロックイン
増幅器16へ入力される。ハロゲン光源13からの白色
光は分光器12にて単色光とし、そして光導波路1のコ
ア2に入射させるために、光導波路1に接続された光フ
ァイバ9(比屈折率差0.2%、コア径11μmφ、カ
ットオフ波長1.32μm)に入射する。光ファイバ9
の入射端の近傍の部分を直系4cmの円柱に巻き付けた
高次モード除去部19にて高次モードを除去し、この高
次モード除去部19を通過した後の光ファイバの伝搬モ
ードを基本モードのみとした。なお、本例では、光ファ
イバ9、分光器12、ハロゲン光源13、光チせツバ1
4、チョッパ駆動部15、高次モード除去部19によっ
て、光入射部29が構成されている。
次に、このような測定装置を用いた測定法について説明
する。
まず初めに、第3図(a)に示すように、反射防止膜3
を付加した光導波路端面と受光用多モード光ファイバ4
の間に、屈折率の既知の第1の媒質として空気を介在さ
せて、制御及びデータ処理部10により分光器駆動部1
1を制御し、分光器12の波長を0.5μmからLea
rn (0,01μm間隔)まで変化させる。そして、
このときの多モード光ファイバ4からの出力光値を、受
光器17、増幅器18、ロックイン増幅器16を通して
制御及びデータ処理部10に格納する。そのデータをI
outlとする。
次に、第3図(b)に示すように反射防止膜3を付加し
た光導波路端面と受光用多モード光ファイバ4間に、屈
折率の既知の第2の媒質として、受光用多モード光ファ
イバ4のコアの屈折率と等しい屈折率1.456のマツ
チング液を媒質充填器30から充填する。そして、上述
した場合と同様にして、多モード光ファイバ4からの出
力光値を測定し、そのデータをI out2とする。
そして、制御及びデータ処理部10によって、第5図に
示すような両測定の比1 out2/ I outlを
出力させる。図中のerrorは測定時の誤差が0.0
6dBであることを示す。両測定の比1 out2/ 
I outlを演算するということは、光導波路1と光
ファイバ9の接続特性及び光導波路自体の特性を相殺し
て、反射防止膜3の波長依存性だけを浮き彫りにするこ
とになる。同第5図には、特性行列法及び上記(1)式
で求めた上記設計値の反射防止膜に対する計算結果を併
せて示す。その計算式を以下に示す(第2図(b)参照
)。
以下余白 以 下 余 白 ここで、λは波長、n、は光導波路1のコア2の屈折率
、n、はSiOxの屈折率、ntはMgF、の屈折率で
ある。また、n9は反射防止膜3を付加した光導波路端
面と受光用多モード光ファイバ4間の屈折率の既知媒質
の屈折率であって、n、、1は空気の屈折率(=1)、
np!はマツチング液の屈折率(= 1.456)であ
る。また、n、は受光用多モード光ファイバ4のコアの
屈折率、tlはSiOxの膜厚、t、はMgF!の膜厚
である。ただし、T2fはマツチング液の屈折率が受光
用多モード光ファイバ4のコアの屈折率に等しいため、
“1”である。
計算結果と測定結果の極値の生ずる波長(0,63゜(
175,0,94,1,50μm)が一致していること
から、n 、at 、+ n 、at !=λ1.!/
2  −−−−−− (2)の関係を満たしていること
が分かる。
ここで、λ1.は1.5μmを意味する。しかし0.7
5μmの極少値PkO275と1.50.cz+の極少
値P kl、 5Gとの差は、計算値では0.30dB
に対して測定値で3より、O0旧μ川の極大値P ko
、 94が測定値では0.04dB大きくなっている(
計算値では極大値の差はない)。2層膜の場合、極少値
の差は反射防止膜を形成する各層の屈折率に大きく依存
しており、第6図よりSiOxの屈折率が1.637と
小さいことが分かる。
極大値の差は反射防止膜を形成する各層の膜厚に大きく
依存しており、また上式(2)を満たすことから、横軸
がSiOxとMgFtの光学膜厚(n・t/λ15)の
和が0.5である第7図の換算曲線からMgF 、の膜
厚が作製時に狙った値より光学膜厚(n2・tt/λ、
、、=1/4)より+0.025、SiOxの光学膜厚
(n+”t+/λ、、、−1/4)が−0゜025変化
していることが分かり、実際の膜厚は、MgF 、膜厚
が2745A 、 S io X膜厚が2268Aと評
価できた。ただし、M g F tの屈折率は作製によ
り変化しなく1.380として計算し、作製条件により
屈折率が太き(変化する5iOXの屈折率についてのみ
評価した。また、吸収率については両膜とも本実施例の
測定の波長領域では〜O(0,005dB以下)である
ので評価項目から除外した。さらに、上記評価で獲られ
た各層の屈折率、膜厚を使い計算で求めた1、5μmで
の反射防止膜の反射率は0.1%以下と推定できた。
以上の実施例では、光導波路として石英系の単一モード
光導波路を使用したが本発明はこれに限るものではなく
、単一及び多モードの半導体及びその他の誘電体導波路
端面に形成した反射防止膜及び単にガラス基板に形成し
た反射防止膜も評価できる。
また、反射防止膜も2層構造だけではなく単層及び多層
膜の任意の波長の反射防止膜についても評価でき、更に
光導波路への光の入射には光導波路を使用したがレンズ
結合によって光を入射してもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明による反射防止膜のパラメ
ータ測定法は、波長依存性測定することによって、導波
路端面微小領域の反射防止膜の反射率及び反射防止膜を
構成する各層の膜厚、屈折率、吸収率を簡便に直接評価
するから、反射防止膜の作製の制御性を向上し低反射率
の反射防止膜作製に大きく貢献することができる。
また、反射防止膜を形成した光導波路端面の表面荒れに
ついても評価できるため、光導波路端面の端面の加工精
度の向上にも貢献できる。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第7図は本発明を説明するための図であっ
て、第1図(a)、(b)は測定原理を説明するための
要部の概略図、第2図は本発明を実施するための測定装
置の概略構成図、第3図(a)、(b)は測定法の実施
手順を説明するための要部の概略図、第4図は反射防止
膜の部分の拡大説明図、第5図は測定結果の説明図、第
6図は屈折率の換算図、第7図は膜厚の換算図である。 第8図および第9図は従来例を説明するための図であっ
て、第8図は光導波路端面の反射防止膜の部分の拡大説
明図、第9図は従来の測定装置の概略構成図である。 1・・・・・・光導波路、 2・・・・・・光導波路の
コア、3・・・・・・反射防止膜、 4・・・・・・受光用の晃ファイバ 5−1・・・・・・屈折率の既知の第1の媒質、5−1
・・・・・・屈折率の既知の第2の媒質、6・・・・・
・光導波路への入射光、 7・・・・・・第1の媒質を充填した場合の出力光、8
・・・・・・第2の媒質を充填した場合出力光、9・・
・・・・光導波路に接続された光ファイバ10・・・・
・・制御及びデータ処理部、11・・・・・・分光器駆
動部、  12・・・・・・分光器、13・・・・・・
ハロゲン光源、  14・・・・・・光チョッパ15・
・・・・・チョッパ駆動部、 16・・・・・・ハロツクイン増幅器、17・・・・・
・受光器、  18・・・・・・増幅器、19・・・・
・・光ファイバの高次モード除去部、20・・・・・・
光導波路の基板、 21・・・・・・ボックスカーインテグレータ、22・
・・・・・LD駆動部、 23・・・・・・LD。 24・・・・・・カップラー  25・・・・・・光フ
ァイバ、6・・・・・・受光器、 7・・・・・・表示部、 8・・・・・・反射防止膜、 9・・・・・・光入射部、 0・・・・・・媒質充填器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 一方の導波路端面に反射防止膜を形成した光導波路に対
    して、もう一方の導波路端面より任意の波長の光を入射
    させ、 反射防止膜の形成された端面の近傍に受光用の光ファイ
    バを配置し、 反射防止膜を透過した光を受光できる状態にして、光フ
    ァイバと反射防止膜の間に屈折率の既知の第1の媒質を
    充填した場合と屈折率が既知の第2の媒質を挿入した場
    合の両者の受光用光ファイバからの出力の比の波長依存
    性の測定値を求め、反射防止膜の膜厚及び屈折率のパタ
    メータを変化させて理論値を計算し、 該理論値と前記測定値とを比較して両者を一致させるよ
    うにすることにより反射防止膜のパタメータを測定する
    ことを特徴とする反射防止膜のパラメータ測定法。
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