JPH0259639A - 格子結合器の自動コリメーション角度の測定方法 - Google Patents

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〕 この発明は、導波構造体と回折格子から成る光ビームに
対する格子結合器の自動コリメーション角度を測定する
方法に関する。

〔従来の技術〕

格子結合器、プリズム結合器及び端面結合器は、導波管
で案内されるモードを励起するために公知である。この
格子結合器又はプリズム結合器を用い、対応する結合角
度を測定して有効屈折率を測定できる。この結合角度は
モード励起が観測される共鳴入射角度とレーザビームが
反射する自動コリメーション角度の間の差である。入射
角度の測定は非常に正確にできる。何故なら、モード励
起は共鳴現象を示すからである。既に公知の方法では、
自動コリメーション角度は、レーザビームを調査する導
波管の表面に垂直に向け、回転盤をレーザビームが出来
る限り正確に自動反射するように向ける方法で測定され
る。しかしながら、この方法は比較的大きな許容度に結
びついている。自動コリメーション角度を正確に測定す
ることは困難であり、高価な自動コリメーション光学系
を要求している。

〔発明の課題〕

この発明は、出来る限り簡単な方法で格子結合器の自動
コリメーション角度を出来る限り正確に測定できる方法
を提供することにある。

〔課題の解決〕

上記の課題は、この発明により ａ）光ビームを回折格子の各共鳴入射角度に指向させて
、導入した少なくとも一つのモードを対応する正又は負
の回折次数を用いて進行方向及び反対方向に励起し、 ｂ）両方の共鳴入射角度を測定し、 Ｃ）　自動コリメーション角度を両方の共鳴入射角度の
平均値として測定する、 ことによって解決されている。

〔効　果〕

自動コリメーション角度が既知の場合には、モードの有
効屈折率を格子の領域で定量的に測定できる。

更に、導波管が回転盤のホルダーを一時的に離れる場合
にも、この有効屈折率を連続的に定量測定できる。

〔実施例〕

以下に、この発明を図面に基づき例示的により詳しく説
明する。

格子結合器は、基板Ｓ上の薄い波を通すフィルムＦと回
折格子Ｇから構成されている。光ビームとして使用され
るレーザ光線りは、格子Ｇの方を指向しているが、結合
条件、 Ｎ＋　Ｅ＋Ｎ＝　５ｉｎｃｒ、＋　１＋　（λ／Δ）が
満たされれば、（＋１）の方向に結合している（第１図
参照）。ここで、Ｎはモードの有効屈折率、ｌ、　−＋
＋　１１　　（ｌは回折次数）、λは波長、Δは格子間
隔。しかし、結合条件、 Ｎ−＝−Ｎ＝　　５ｉｒｃｒ−＋　ｌ−（λ／Δ）が満
たされれば、回折次数１＝−１１１にようてモードが（
−Ｘ）方向に励起することあり得る（第１図参照）。こ
こで、α−は（−Ｘ）方向のモード励起に対する結合角
度である。対称性から、αや　＝　α− になる。この場合、同じ回折次数でモード変換が行われ
る、即ちｌ　１．Ｉ＝Ｉ　Ｉ−１であることが前提にな
っている。

結合角度に対して、 αや　２α【、−αａｃ＋　　α−；α（−−α１ｃが
当てはまる。ここで、α５．とα１−はそれぞれ回折次
数１．とｌ−を経由した＋Ｘと−Ｘ方向のモード励起の
共鳴入射角であり、α。は自動コリーメーション角度で
ある。α、＝α−であることから、自動コリーメーショ
ン角度Ｑ’、ｃ”’　（α１．十αト）／２は両方の入
射角の平均値であることになる。α、。とα１−が共鳴
入射角度であるので、自動コリーメーション角度は共鳴
入射角度の精度で照ってされる。−度、自動コリーメー
ション角度が見出されると、結合条件を介して有効屈折
率を測定できる。

格子結合器は第２図によれば回転円板Ｔの上に組み込ん
である。この回転円板を実際に仕上げる場合必ず一定の
不確定性に結び付いている。この不正確性の影響を低減
するために、角度差α。

α−＝２α。１を出来る限り最低に維持することになる
。それ故角度値α。は１５°より大きくなくて、主に９
″より大きくないように選択されることになる。

このことは、特に格子周期を正しく選択して達成できる
。この周期は使用した回折次数に再び依存している。例
えば、α。＝α−＝０にすると、Ｎ＝ｌｌ＋（λ）Ａ）
になる。この場合に対しては、格子周期はΔ＝ｌＩ＋（
λ／Ｎ）に選択する必要がある。

例えば、Ｗ、　Ｌｕｋｏｓｚとに、　Ｔｉｅｆｅｎｔｈ
ａｌｅｒによって０ｐｔｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　８　
（１９８３）、　５３７−５３９に記載されたように屈
折率１．８で膜厚１２０　ｎｍのＳｉＯ□ＴｉＯ□の導
波管を用いると、次の格子周期を用いて作業することが
推奨されている。即ち、回折次数１＝１を介する結合に
対して、格子結合器には主に２４００本／…ｍの線数が
ある。しかし、ただ１２００本／ｍｍの線数を有する格
子も使用できる。この場合、回折次数１＝２を介して結
合する。

小さい角度差αや一α−＝２α。モード励起に対してほ
ぼ垂直光入射を意味し、正確な共鳴入射角度α、。とα
Ｌ−が定まる二つの共鳴結合曲線が回転板に組み込んだ
レーバーアームＨを介してステップモータＳＭによって
制御され、推進装置として使用されるマイクロメータＭ
Ｓが最高精度で順次通過し、記録される（第２図参照）
。マクロメータＭＳの測定点の位置は、例えばステップ
モータＳＭに組み込ん第２図に描き込んでないエンコー
ダ、主として光学的な作成形状、を介して測定できる。

レバーアームで支援される回転装置は、非常に制限され
た角度範囲のみを走査するので、両方の共鳴入射角度α
、。とα１−がこの角度範囲に入ることに注意する必要
がある。対称性から、主として次の実験的な構成が選択
される。つまり、自動コリメーション角度、つまりレー
ザービームＬが反射する角度は、マイクロメータＭＳの
位置にほぼ対応してる。、この位置では、レーバアーム
がマイクロメータＭＳの軸に垂直である（第２図参照）
。より正確に定式化すれば以下のようになる。即ち、回
転盤の回転点Ｐ、と、この実施例では測定点として使用
されるマイクロメータＭＳのところのレバーアームの当
接点Ｐ２とによって決まる直線がマイクロメータＭＳに
垂直である。前記当接点Ｐ２は、この時マイクロメータ
のＸ１軸の原点ＸＭＳ＝０を構成する。この点Ｘ５ｓ＝
０は、少なくとも基本モードＴＥ０とＴ　Ｍ　ｏを運ぶ
格子結合器の補助手段の下に、以下の簡単な方法で決定
される。即ち、 ＴＥ、モードとＴＭ、モードに対し自動コリメーション
角度を突き止める。即ち、α、ｃ（ＴＥ）とα、ｃ（Ｔ
Ｍ）。Ｘ０軸に沿って原点Ｘ。−〇の位置を変えて、 αａｃ　（ＴＥ）　　＝α、ｃ（ＴＭ）を作ることがで
きる。このようにして見出した座標原点Ｘ□＝０は、直
線Ｐ、Ｐ、がマイクロメータＭＳのＸＭＳ軸に垂直にな
る条件を満たす。

上記の調節方法は、一般に小さいな角度範囲を高精度で
移動する回転板を校正するためにも利用できる。格子結
合器は、この場合、レーバーアームがマイクロメータの
軸に対して垂直になった位置を見出すためだけに採用さ
れている。

格子結合器をセンサとして採用すると（Ｋ。

Ｔｉｅｆｅｎｔｈａｌｅｒと−、１、ｕｋｏｓｚ、　Ｊ
Ｏ５Ａ　Ｂ６　（１９８９）。

２０９−２２０と比較されたい）、格子結合器が水平、
つまり盤の板に平行に置かれている実験的な構造を選択
することが有利になる。液体状の試料を液滴の形態で格
子結合器に、滴り落ちることなく、直接載せることがで
きる。設置条件から、レーザ光源とマイクロメータを同
じように盤仮に平行に選ぶと良い。反射鏡によって、水
平なレーザビームから格子結合器に垂直に入射する本職
レーザビームが発生する。この発明による測定装置では
、何時もほんの僅かな角度変化しか生じないので、測定
液滴は全測定時間の間流れ出ることはありえない。

直線偏光レーザを採用すると有利である。この種のレー
ザを用いると、レーザ管の回転によって成るモードに結
合している光出力を可変できる。

特に、ＴＥ、モードの強度及びＴＭ、モードの強度を等
しくできる。

共鳴結合曲線は、以下の技術を用いて有利に得られる。

導波管の両端にそれぞれ一個の光ダイオードＤやとＤ−
を組み込み、これ等のダイオードが導波管中で結合する
レーザ光の強度を測定する。

光ダイオードＤ、とＤ−は、それぞれ（＋Ｘ）と（−Ｘ
）方向に進行するモードのモード強度ｉ。

とｉ−を測定する。入射角度αに依存する検出モード強
度は、成る共鳴幅によって検知される共鳴結合曲線η。

（α）とη−（α）に比例する。共鳴幅の典型的な値は
４〜６分の間隔にある。

入射角度αは、以下のように、マイクロメータの位置Ｘ
Ｍ３から算出できる。点Ｐ１とＰ２の間の間隔がＲに等
しいなら、 ｔｘ＝　　ａｒｃｔａｎＣＸｓｓ／Ｒ）正確な共鳴入射
角度α、。又はα、−は共鳴結合曲線η、（α）又はη
−（α）から数学的なアルゴリズムによって算出される
。例えば、共鳴入射角度α、土を共鳴結合曲線η上（α
）の積分重心点として定義する、つまり ここで、η上　＝η土−”／Ｌ□つで典型的な値として
ｔ＝０．２゜共鳴結合曲線η　の最大値は、η１１．Ｘ
として表しである。共鳴結合曲線は、非常に小さい共鳴
幅を存するので、上の条件はＸＨ９座標で、 となる。この等式は共鳴入射角度α５士を一義的に決め
る。第３図には、共鳴結合曲線がグラフ表示されている
。上の定義等式は、水平にハツチングを付けた面積と垂
直にハツチングを付けた面積が同じ大きさになることを
意味している。

上のアルゴリズムの場合、ある基礎を考慮すると有利で
ある。即ち、共鳴入射角度に対する上の定義等式を以下
のように補正する、 とも表せる。ここで、共鳴入射角度は、αＬ　　＃　　
ａｒｃｔａｎ（Ｘｔｌ／Ｒ）で与えられる。この方法は
、マイクロメータＭＳの測定点の位置を主に光学エンコ
ーダデ読み取っている場合に特に興味がある。この近似
は実効屈折率に対して１０−１］〜１０−９の無視でき
る誤差をもたらす。

自動コリメーション角度が非常に正確に測定できると、
更に導波管を時折回転盤のホルダーから取り外した場合
でも、モードの実効屈折率を連続的に定量測定できる可
能性をもたらす。

【図面の簡単な説明】

第１図、格子結合器の模式図で、この場合、入射角度に
応じてモードは進み（即ち、（＋Ｘ）方向）又は遅れ（
即ち、（−Ｘ）方向）進行する。 第２図、回転盤に組み込んだ格子結合器の高精度回転を
行うために導入されたレーバアームとマイクロメータの
模式構成図。 第３図、格子結合器が共鳴入射角度のところを回転する
時励起されるモードの強度分布を示すグラフ。 図中引用記号： χ・・・移動方向、 Ｎ、、Ｎ−・・・＋Ｘと−Ｘ方向のモードの実効屈折率 αヤ、α−・・・＋Ｘと−Ｘ方向のモード励起に対し　
・　・ Ｆ　・　・ Ｓ　・　・ Ｔ　・　・ Ｐ、　・ Ｐ２　・ Ｇ　・　・ Ｈ・　・ Ｄ、、Ｄ ＭＳ　　・ ＳＭ　・ する結合角、 レーザビーム、 フィルム、 基板、 回転盤、 ・回転盤の回転点、 ・当接点、 回折格子、 レーバアーム、 ・・・光ダイオード、 ・・マイクロメータ、 ・・ステップモータ。 手 続 補 正 書 （方 式） ％式％ ３、　補正をする者 事件との関係

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導波構造体と回折格子から成る光ビームに対する格
   子結合器の自動コリメーション角度を測定する方法にお
   いて、 ａ）光ビームを回折格子の各共鳴入射角度に指向させて
   、導入した少なくとも一つのモードを対応する正又は負
   の回折次数を用いて進行方向及び反対方向に励起し、 ｂ）両方の共鳴入射角度を測定し、 ｃ）自動コリメーション角度を両方の共鳴入射角度の平
   均値として測定する、 ことを特徴とする方法。 ２、所定の回折次数の場合、格子周期は共鳴入射角度と
   自動コリメーション角度の間の差として定義される結合
   角度をできる限り小さくするよに選択されていることを
   特徴とする請求項１記載の方法。 ３、所定の格子周期の場合、回折次数は共鳴入射角度と
   自動コリメーション角度の間の差として定義される結合
   角度をできる限り小さくするよに選択されていることを
   特徴とする請求項１記載の方法。 ４、結合角度は、１５゜より小さく、主として９゜より
   小さく選定されていることを特徴とする請求項２又は３
   記載の方法。 ５、移動装置（ＭＳ）によって可変レーバーアーム（Ｈ
   ）を介して回転移動に置き換えることのできる回転盤（
   Ｔ）が使用されていることを特徴とする請求項１〜４の
   いずれか１項に記載の方法。 ６、共鳴入射角度は、移動装置（ＭＳ）の座標軸（Ｘ＿
   Ｍ＿Ｓ）の共鳴結合曲線の積分重心点によって決定され
   ることを特徴とする請求項５記載の方法。 ７、測定装置を校正するため、 ａ）少なくとも二つの異なるモードを用いて、対応する
   共鳴入射角度の少なくとも二つの平均値を決定し、 ｂ）移動装置（ＭＳ）の測定点（Ｐ＿２）の位置に対す
   る座標原点Ｘ＿Ｍ＿Ｓ＝０は、対応する両方の平均値が
   できる限り等しくなり、レーバーアーム（Ｈ）が移動装
   置（ＭＳ）の長手軸に垂直になるように位置決めされる
   、 ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の
   方法。 ８、光源として偏光したレーザが使用されることを特徴
   とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。 ９、自動コリメーション角度を用いて、実効屈折率が結
   合条件から定量的に決定されることを特徴とする請求項
   １〜８の方法の使用法。 １０、回転盤を校正するため、レーバーアーム（Ｈ）が
   移動装置（ＭＳ）の長手軸に垂直になるレーバーアーム
   の位置を少なくとも二つのモードを使用する格子結合器
   によって検出することを特徴とする請求項７又は８の方
   法の使用法。