JPH11211572A

JPH11211572A - 光振幅位相特性測定装置およびその測定方法

Info

Publication number: JPH11211572A
Application number: JP891998A
Authority: JP
Inventors: Susumu Machida; 進町田; Gun Chin; 軍陳; Yoshihisa Yamamoto; 喜久山本
Original assignee: Japan Science and Technology Corp
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1998-01-20
Filing date: 1998-01-20
Publication date: 1999-08-06
Anticipated expiration: 2018-01-20
Also published as: JP3701457B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】高感度かつ高安定な光の振幅と位相の測定を
行う。【解決手段】二つの波長の異なる光源１，２の出力光
の基本波成分を分岐する光分岐器３の出力のどちらか一
方の光路に配置される被測定試料６と、光分岐器３の出
力の他方の光路に二つの光源１，２の基本波の和周波成
分を発生させる和周波発生素子４と、光分岐器３の出力
のどちらか一方の光路差を変調する光路差変調用信号発
生器７と光路差変調用ミラー８と、二つの基本波成分と
被測定試料６で発生した和周波成分を合波する光合波器
９の出力光を二つの基本波成分と和周波成分に分波する
光分波器１０，１１，１２，１３の出力の二つの基本波
成分をそれぞれ検波する二つの光検波手段の二つの交流
信号の和周波数成分を発生させる手段と、光分波器の出
力の和周波成分を検波する手段と、この和周波成分の出
力交流信号の振幅と位相差を検出する手段とを具備す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光の振幅と位相を
測定する光振幅位相特性測定装置およびその測定方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、非線形光学結晶等の評価には、二
つの波長の異なる光源を用いて、その和もしくは差の周
波数の光を測定する。この時、和もしくは差周波の波長
は光源のどちらかの波長の第２高調波の波長に近接して
おり、和もしくは差周波成分と第２高調波成分および光
源の基本波成分の分離回路に問題がある。もし、この分
離回路から和もしくは差周波成分以外の成分が漏れると
背景光になり、分離を完全にするには大きな損失を伴
い、共に測定感度を劣化させる原因になる。

【０００３】一方、光の振幅と位相を高感度に測定する
方法としては、ホモダイン検波法またはヘテロダイン検
波法が用いられている。このホモダイン検波法またはヘ
テロダイン検波法では、局発光との干渉効果を用いるた
めに背景光の影響を除去することができる。しかしこれ
らの方法は、基本的に干渉計を構成しているために、干
渉計を安定化しなければならない。この干渉計の安定化
は干渉計の位相変動を安定にするために、被測定信号の
振幅と位相変化は、干渉計の位相変動を分離しなけれ
ば、高感度な振幅及び位相特性の測定は困難である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、上記
した従来の方法では、ホモダイン検波法またはヘテロダ
イン検波法による光の振幅と位相の高感度測定では、干
渉計を安定化する必要があるために、測定方法に問題が
ある。本発明は、上記問題を除去し、干渉計を安定化す
ることなく、高感度、かつ、高安定な光の振幅と位相の
測定を行うことができる光振幅位相特性測定装置および
その測定方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、〔１〕光振幅位相特性測定装置において、二つの波長の
異なる光源と、前記二つの光源の出力光の基本波成分を
分岐する光分岐器と、この光分岐器出力のどちらか一方
の光路に配置される被測定試料と、前記光分岐器の出力
の他方の光路に前記二つの光源の基本波の和周波成分を
発生させる手段と、前記光分岐器の出力のどちらか一方
の光路差を変調する手段と、前記二つの基本波成分と前
記被測定試料で発生した和周波成分を合波する光合波器
と、この光合波器の出力光を二つの基本波成分と和周波
成分に分波する光分波器と、この光分波器出力の二つの
基本波成分をそれぞれ検波する二つの光検波手段と、こ
の光検波手段の出力の二つの交流信号の和の周波数成分
を発生させる手段と、前記光分波器の出力の和周波成分
を検波する手段と、この和周波成分の出力交流信号の振
幅と位相差を検出する手段とを設けるようにしたもので
ある。

【０００６】〔２〕光振幅位相測定方法において、二つ
の波長の異なる光源と、前記二つの光源の出力光の基本
波成分を分岐する光分岐器と、この光分岐器の出力のど
ちらか一方の光路に配置される被測定試料と、前記光分
岐器の出力の他方の光路に前記二つの光源の基本波の和
周波成分を発生させる手段と、前記光分岐器の出力のど
ちらか一方の光路差を変調する手段と、前記二つの基本
波成分と前記被測定試料で発生した和周波成分を合波す
る光合波器と、この光合波器の出力光を二つの基本波成
分と和周波成分に分波する光分波器と、この光分波器の
出力の二つの基本波成分をそれぞれ検波する二つの光検
波手段と、この光検波手段の出力の二つの交流信号の和
周波数成分を発生させる手段と、前記光分波器出力の和
周波成分を検波する手段と、この和周波成分の出力交流
信号の振幅と位相差を検出する手段とを配置し、前記二
つの光源の出力光の基本波成分を、前記光分岐器で分岐
後、どちらか一方の光路差を変調して、前記二つの基本
波成分と和周波成分をそれぞれ別々にホモダイン検波を
行い、光路差の変調によって発生する二つの基本波成分
による交流信号の和の周波数の交流信号を基準信号とし
て、前記被測定試料で発生する光の和周波成分の振幅と
位相差を測定するようにしたものである。

【０００７】〔３〕光振幅位相特性測定装置において、
二つの波長の異なる光源と、前記二つの光源の出力光の
基本波成分を分岐する光分岐器と、この光分岐器の出力
のどちらか一方の光路に配置される被測定試料と、前記
光分岐器の出力の他方の光路に前記二つの光源の基本波
の差周波成分を発生させる手段と、前記光分岐器の出力
のどちらか一方の光路差を変調する手段と、前記二つの
基本波成分と前記被測定試料で発生した差周波成分を合
波する光合波器と、この光合波器の出力光を二つの基本
波成分と差周波成分に分波する光分波器と、この光分波
器の出力の二つの基本波成分をそれぞれ検波する二つの
光検波手段と、この光検波手段の出力の二つの交流信号
の差周波数成分を発生させる手段と、前記光分波器の出
力の差周波成分を検波する手段と、この差周波成分の出
力交流信号の振幅と位相差を検出する手段とを設けるよ
うにしたものである。

【０００８】〔４〕光振幅位相特性測定方法において、
二つの波長の異なる光源と、前記二つの光源の出力光の
基本波成分を分岐する光分岐器と、この光分岐器の出力
のどちらか一方の光路に配置される被測定試料と、前記
光分岐器の出力の他方の光路に前記二つの光源の基本波
の差周波成分を発生させる手段と、前記光分岐器の出力
のどちらか一方の光路差を変調する手段と、前記二つの
基本波成分と前記被測定試料で発生した差周波成分を合
波する光合波器と、この光合波器の出力光を二つの基本
波成分と差周波成分に分波する光分波器と、この光分波
器の出力の二つの基本波成分をそれぞれ検波する二つの
光検波手段と、この光検波手段の出力の二つの交流信号
の差周波数成分を発生させる手段と、前記光分波器の出
力の差周波成分を検波する手段と、この差周波成分の出
力交流信号の振幅と位相差を検出する手段とを配置し、
前記二つの光源の出力光の基本波成分を、前記光分岐器
で分岐後、どちらか一方の光路差を変調して、前記二つ
の基本波成分と差周波成分をそれぞれ別々にホモダイン
検波を行い、光路差の変調によって発生する二つの基本
波成分による交流信号の差の周波数の交流信号を基準信
号として、前記被測定試料で発生する光の差周波成分の
振幅と位相差を測定するようにしたものである。

【０００９】〔５〕光振幅位相特性測定装置において、
二つの波長の異なる光源と、前記二つの光源の出力光の
基本波成分を合波する光合波器と、この光合波器の出力
の光路に配置され、和周波成分を発生させる被測定試料
と、二つの基本波成分と和周波成分を同時に分岐する光
分岐器と、この光分岐器の出力のどちらか一方の光路差
を変調する手段と、前記二つの基本波成分と前記被測定
試料で発生した和周波成分を合波する光合波器と、この
光合波器の出力光を二つの基本波成分と和周波成分に分
波する光分波器と、この光分波器の出力の二つの基本波
成分をそれぞれ検波する二つの光検波手段と、この光検
波手段の出力の二つの交流信号の和周波数成分を発生さ
せる手段と、前記光分波器の出力の和周波成分を検波す
る手段と、この和周波成分の出力交流信号の振幅と位相
差を検出する手段とを設けるようにしたものである。

【００１０】〔６〕光振幅位相特性測定方法において、
二つの波長の異なる光源と、前記二つの光源の出力光の
基本波成分を合波する光合波器と、この光合波器の出力
の光路に配置され、和周波成分を発生させる被測定試料
と、二つの基本波成分と和周波成分を同時に分岐する光
分岐器と、この光分岐器の出力のどちらか一方の光路差
を変調する手段と、前記二つの基本波成分と前記被測定
試料で発生した和周波成分を合波する光合波器と、この
光合波器の出力光を二つの基本波成分と和周波成分に分
波する光分波器と、この光分波器の出力の二つの基本波
成分をそれぞれ検波する二つの光検波手段と、この光検
波手段の出力の二つの交流信号の和周波数成分を発生さ
せる手段と、前記光分波器の出力の和周波成分を検波す
る手段と、この和周波成分の出力交流信号の振幅と位相
差を検出する手段とを配置し、前記二つの光源の出力光
の基本波成分を、前記光合波器で合波後、前記出力光の
基本波成分と被測定試料で発生する和周波成分とを分岐
し、どちらか一方の光路差を変調して、前記二つの基本
波成分と和周波成分をそれぞれ別々にホモダイン検波を
行い、光路差の変調によって発生する二つの基本波成分
による交流信号の和の周波数の交流信号を基準信号とし
て、前記被測定試料で発生する光の和周波成分の振幅と
位相差を測定するようにしたものである。

【００１１】〔７〕光振幅位相特性測定装置において、
二つの波長の異なる光源と、前記二つの光源の出力光の
基本波成分を合波する光合波器と、この光合波器の出力
の光路に配置され、差周波成分を発生させる被測定試料
と、二つの基本波成分と差周波成分を同時に分岐する光
分岐器と、この光分岐器の出力のどちらか一方の光路差
を変調する手段と、前記二つの基本波成分と前記被測定
試料で発生した差周波成分を合波する光合波器と、この
光合波器の出力光を二つの基本波成分と差周波成分に分
波する光分波器と、この光分波器の出力の二つの基本波
成分をそれぞれ検波する二つの光検波手段と、この光検
波手段の出力の二つの交流信号の差周波数成分を発生さ
せる手段と、前記光分波器の出力の差周波成分を検波す
る手段と、この差周波成分の出力交流信号の振幅と位相
差を検出する手段とを設けるようにしたものである。

【００１２】〔８〕光振幅位相特性測定方法において、
二つの波長の異なる光源と、前記二つの光源の出力光の
基本波成分を合波する光合波器と、この光合波器の出力
の光路に配置され、差周波成分を発生させる被測定試料
と、二つの基本波成分と差周波成分を同時に分岐する光
分岐器と、この光分岐器の出力のどちらか一方の光路差
を変調する手段と、前記二つの基本波成分と前記被測定
試料で発生した差周波成分を合波する光合波器と、この
光合波器の出力光を二つの基本波成分と差周波成分に分
波する光分波器と、この光分波器の出力の二つの基本波
成分をそれぞれ検波する二つの光検波手段と、この光検
波手段の出力の二つの交流信号の差周波数成分を発生さ
せる手段と、前記光分波器の出力の差周波成分を検波す
る手段と、この差周波成分の出力交流信号の振幅と位相
差を検出する手段とを配置し、前記二つの光源の出力光
の基本波成分を、前記光合波器で合波後、前記出力光の
基本波成分と被測定試料で発生する差周波成分とを分岐
し、どちらか一方の光路差を変調して、前記二つの基本
波成分と差周波成分をそれぞれ別々にホモダイン検波を
行い、光路差の変調によって発生する二つの基本波成分
による交流信号の差の周波数の交流信号を基準信号とし
て、前記被測定試料で発生する光の差周波成分の振幅と
位相差を測定するようにしたものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。まず、本発明の第１
実施例について説明する。図１は本発明の第１実施例を
示す光位相特性測定装置の構成図である。この図に示す
ように、この実施例の光振幅位相測定装置は、第１の光
源１、第２の光源２、光分岐器３、和周波発生素子４、
ミラー５、被測定試料６、光路差変調用信号発生器７、
光路差変調用ミラー８、光合波器９、第１の光分波器１
０，第２の光分波器１１、第３の光分波器１２、第４の
光分波器１３、第１の光検波器１４、第２の光検波器１
５、第３の光検波器１６、第４の光検波器１７、第５の
光検波器１８、第６の光検波器１９、第１の差動増幅器
２０、第２の差動増幅器２１、第３の差動増幅器２２、
変調器２３、同期検出器２４により構成される。

【００１４】ここで、光分岐器３は二つの基本波成分を
同時に分岐するものであり、光合波器９は基本波成分
と、和周波成分を同時に合波するものであり、ハーフミ
ラー、無偏光ビームスプリッタ、偏光ビームスプリッ
タ、光方向性結合器などが使用可能である。また、和周
波発生素子４は、二つの光源の基本波から和周波成分を
発生させる手段に、光路差変調用信号発生器７、光路差
変調用ミラー８は光路差を変調する手段に、光分波器１
０，１１，１２，１３は基本波成分と和周波成分を分波
する手段に、光検波器１４，１５と差動増幅器２０およ
び光検波器１６，１７と差動増幅器２１は基本波成分を
検波する手段に、光検波器１８，１９と差動増幅器２２
は和周波成分を検波手段に、変調器２３は交流信号の和
の周波数成分を発生させる手段に、同期検出器２４は振
幅と位相差を検出する手段にそれぞれ対応する。

【００１５】なお、和周波発生素子４は局発光側の和周
波成分を効率良く発生させるために、非線形光学結晶を
用いる。また、光路差変調用ミラー８は光波長の数倍程
度の振動が得られれば十分であり、ピエゾ素子に光学ミ
ラーを張り付けたものが使用可能である。さらに、この
作用は、光の位相を連続的に変化させるものであり、同
等の位相変化が得られるものならばどのようなものでも
良い。

【００１６】更に、光分波器１０，１１，１２，１３は
基本波成分と和周波成分とを分波するものであり、分光
プリズム、ダイクロイックミラーなどが使用可能であ
る。また、光分波器１０，１３を一体化して基本波成分
と和周波成分を同時に分波する分波器の構成も使用する
ことができる。また、光分波器１２，１３の出力を光検
波器として、１個の光検波器を用いる方法もあるが、こ
の実施例に示すように、２個の光検波器１４，１５と差
動増幅器２０、および２個の光検波器１６，１７と差動
増幅器２１、さらに２個の光検波器１８，１９と差動増
幅器２２の組み合わせによるバランスド検波の構成の方
が、光源の出力光の持つ振幅雑音が抑圧され、測定系の
雑音がショット雑音レベルになるので、ＳＮ比が、改善
されて高感度になることは明らかである。

【００１７】また、同期検出器２４としてはロックイン
増幅器等を使用することができる。以下、本発明の第１
実施例による光位相特性測定装置の動作について説明す
る。ホモダイン干渉計の不安定性の原因は、干渉計の光
路差の変動による位相変化である。一般的に、この位相
変化を検出して、負帰還制御によって干渉計を安定化し
ているために、測定のための位相信号と負帰還制御信号
を分離することは困難である。

【００１８】いま、干渉計を安定化させずに、一方の光
路差を変調すると、その変調速度と振幅にしたがって干
渉縞が変化し、交流信号が発生する。この交流信号の振
幅は干渉計の可視度に一致しているために、非常に安定
である（参考文献：特願平８─１８５２３５号）。しか
し、干渉計が安定化されていないために生じる不安定性
は、この交流信号の位相に変換されるので、このままで
は、安定に振幅と位相の特性を測定することはできな
い。

【００１９】そこで、光源の出力光によって発生させた
２次高調波（周波数が２倍、波長が１／２）を用いる
と、非常に安定に位相特性を測定することができる。
（参考文献：特願平９─２６２０６４号）いま、二つの光源の光の周波数をｆ_o1とｆ_o2とすると、
この和の光の周波数ｆ _osは、ｆ_os＝ｆ_o1＋ｆ_o2になる。
ここで、干渉計の光路差の変調波形を３角波で行うと、
検波出力には光路差の変調速度に応じた交流信号が発生
する。二つの光源とその和周波の光に対する検波出力の
交流信号の周波数をそれぞれｆ_r1，ｆ_r2，ｆ_rsとする
と、ｆ_r1＝ｆ_o1／ｋ、ｆ_r2＝ｆ_o2／ｋ、ｆ_rs＝ｆ_os／ｋ
の関係になる（ｋは光路差の変調速度に関係する定
数）。したがって、和周波成分の検波出力の周波数ｆ_rs
はｆ_r1とｆ_r2の和の周波数になる。

【００２０】ここで、ｆ_r1とｆ_r2の交流信号から合成し
た和の周波数ｆ_rr（ｆ_rr＝ｆ_r1＋ｆ _r2）成分の交流信号
は光の周波数ｆ_o1とｆ_o2の位相情報を保存しているため
に、その和の周波数ｆ_rrの交流信号成分もｆ_o1とｆ_o2の
位相情報を保存する。したがって、和の周波数ｆ_rrの交
流信号成分を基準信号として、和周波の光を検波した交
流信号成分ｆ_rsを同期検出すれば、和周波の光の振幅と
位相を高感度で測定することができる。

【００２１】この干渉計はホモダイン検波方式であるた
め、一方の光路を局部発振光として十分な光量を用いれ
ば、他方の光路の信号光の強度を非常に小さくすること
が可能で、高感度な位相特性の測定と同時に振幅特性も
測定可能である。さらに、ここで用いる光検波器は、光
路差を変調したときに発生する交流信号を検波するのに
必要な帯域幅で十分であり、広帯域特性を必要としな
い。

【００２２】図１において、いま、第１の光源１および
第２の光源２の出力光を光分岐器３で分岐し、一方は、
和周波発生素子４で和周波成分を発生させ、二つの基本
波成分と和周波成分をホモダイン検波の局部発振光とす
る。この時、和周波発生素子４の出力の基本波成分と和
周波成分をミラー５で反射させ、全ての成分を光合波器
９に導く。

【００２３】また、光分岐器３で分岐されたもう一方
は、信号光として被測定用試料６に入射し、被測定用試
料６で発生した和周波成分と基本波成分は、光路差変調
用信号発生器７で作動する光路差変調用ミラー８で反射
させ、全ての成分を光合波器９に導く。光合波器９で合
波された三組の成分は、第１の光分波器１０と第２の光
分波器１１でそれぞれ基本波成分と和周波成分に分波す
る。

【００２４】第１の光分波器１０と第２の光分波器１１
で分波された基本波の成分は、それぞれ第３の光分波器
１２と第４の光分波器１３でさらに二つの基本波成分に
分波し、第１の光検波器１４，第２の光検波器１５と第
１の差動増幅器２０および第３の光検波器１６，第４の
光検波器１７と第２の差動増幅器２１で検波し増幅す
る。第１の差動増幅器２０、第２の差動増幅器２１の出
力信号のうち光路差の変調によって生じた交流信号成分
を変調器２３に導く。この変調器２３で、基本波による
二つの交流信号成分の和の周波数を発生させ、同期検出
器２４の基準信号入力端子に接続する。

【００２５】一方、第１の光分波器１０と第２の光分波
器１１で分波した和周波成分は、第５の光検波器１８，
第６の光検波器１９と第３の差動増幅器２２で検波、増
幅して、同期検出器２４の信号入力端子に接続する。ま
た、変調器２３で発生させた同期検出器２４の基準信号
の周波数と和周波成分を検波した信号光成分の周波数
は、干渉計が変動しても、常に等しいために、同期検出
器２４では高感度に信号光成分を測定することができ
る。

【００２６】次に、第１実施例を用いて、被測定試料で
発生する和周波成分の振幅と位相差を測定する方法につ
いて述べる。（１）二つの光源１，２の出力光を同時に分波する。（２）光分岐器３の分岐比を調整して、必要かつ十分な
局発光側の光量を設定する。

【００２７】（３）局発光側に挿入した和周波発生素子
４としての非線形光学結晶４で和周波の光を発生させ、
二つの基本波と同時に光合波器９に導く。（４）信号光側に設置した非測定試料６からの和周波の
透過光、反射光または発光光と二つの基本波成分は、光
路差変調用信号発生器７の３角波で動作する光路差変調
用ミラー８で同時に変調して、光合波器９で局発光成分
と合波する。（５）光合波器９のそれぞれの出力光を第１の光分波器
１０，第２の光分波器１１で基本波成分と和周波成分と
に分波し、さらに、基本波成分は第３の光分波器１２，
第４の光分波器１３でそれぞれの基本波に分波する。

【００２８】（６）第１〜第４の光分波器１０，１１，
１２，１３で分波されたそれぞれの成分を検波、増幅し
て三つの交流信号成分を出力する。（７）このうち基本波による二つの交流信号は、変調器
２３でその和の成分を発生させ、同期検出器２４の基準
信号入力端子に接続する。（８）和周波による交流信号は同期検出器２４の信号入
力端子に接続して、和周波成分の振幅と基準信号との位
相差を求める。

【００２９】本発明の第２実施例について説明する。図
２は本発明の第２実施例を示す光位相特性測定装置の構
成図である。なお、第１実施例と同様の部分は同じ符号
を付してそれらの説明は省略する。この図に示すよう
に、この実施例の光振幅位相測定装置は、光合波器２５
と光分岐器３１を備える点が第１実施例のものと相違
し、その他は第１実施例と略同じ構成である。

【００３０】ここで、光合波器２５は第１の光源１と第
２の光源２からの二つの基本波成分を合波するものであ
り、光分岐器３１は二つの基本波成分と和周波成分を同
時に分岐するものであり、ハーフミラー、無偏光ビーム
スプリッタ、偏光ビームスプリッタ、光方向性結合器な
どが使用可能である。以下、この実施例の光振幅位相測
定装置の動作について説明する。

【００３１】図２において、いま、第１の光源１及び第
２の光源２の出力光を光合波器２５で合波し、その出力
を被測定試料６に入射して和周波成分を発生させる。二
つの基本波成分と和周波成分は、光分岐器３１で同時に
分岐し、ホモダイン検波の信号光と局部発振光として、
第１実施例と同様に二つの基本波成分と和周波成分を光
検波して、和周波成分の振幅と位相を測定する。

【００３２】なお、第１及び第２実施例では和周波発生
素子を用いたが、これを差周波発生素子とし、変調器の
出力を二つの基本波の交流信号成分の差周波にすれば、
非測定試料で発生する差周波成分の振幅と位相差を測定
することができる。すなわち、差の光の周波数をｆ_od、
差周波成分を検波した信号の周波数をｆ_rdとすると、ｆ
_rd＝（ｆ_o1−ｆ₀₂）／ｋ＝ｆ_r1−ｆ_r2であるから、前述
の和周波と同様に、変調器によって発生させた二つの基
本波成分の差の周波数成分を基準信号として、光の差周
波成分の検波信号を同期検出することができる。

【００３３】さらに、第１、第２実施例ではマッハツェ
ンダー形干渉計での構成を示したが、マイケルソン形干
渉計などの構成でも同様の動作を行わせることができ
る。さらに、構成部品も光ファイバを用いた部品の使用
も可能である。なお、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可
能であり、これらを本発明の範囲から排除するものでは
ない。

【００３４】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。（Ａ）光源の二つの基本波と、それらと位相相関を持っ
た和もしくは差の周波数の光に対して、光路差を変調し
て発生する交流信号成分を測定するために、干渉計を安
定化する必要もなく、非常に安定である。

【００３５】（Ｂ）さらに、ホモダイン検波法と位相同
期検出器を用いるために、非常に高感度であり、振幅特
性と位相特性を同時に測定することが可能である。（Ｃ）また、光検波器の周波数特性に広帯域特性を必要
とせず、構成も簡単である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す光位相特性測定装置
の構成図である。

【図２】本発明の第２実施例を示す光位相特性測定装置
の構成図である。

【符号の説明】

１第１の光源２第２の光源３，３１光分岐器４和周波発生素子（非線形光学素子）５ミラー６被測定試料７光路差変調用信号発生器８光路差変調用ミラー９，２５光合波器１０，１１，１２，１３光分波器（第１〜第４の光
分波器）１４，１５，１６，１７，１８，１９光検波器（第
１〜第６の光検波器）２０，２１，２２差動増幅器（第１〜第３の差動増
幅器）２３変調器２４同期検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本喜久アメリカ合衆国カリフォルニア州スタンフォードライアンコート８

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光振幅位相特性測定装置において、
（ａ）二つの波長の異なる光源と、（ｂ）前記二つの光
源の出力光の基本波成分を分岐する光分岐器と、（ｃ）
該光分岐器の出力のどちらか一方の光路に配置される被
測定試料と、（ｄ）前記光分岐器の出力の他方の光路に
前記二つの光源の基本波の和周波成分を発生させる手段
と、（ｅ）前記光分岐器の出力のどちらか一方の光路差
を変調する手段と、（ｆ）前記二つの基本波成分と前記
被測定試料で発生した和周波成分を合波する光合波器
と、（ｇ）該光合波器の出力光を二つの基本波成分と和
周波成分に分波する光分波器と、（ｈ）該光分波器の出
力の二つの基本波成分をそれぞれ検波する二つの光検波
手段と、（ｉ）該光検波手段の出力の二つの交流信号の
和周波数成分を発生させる手段と、（ｊ）前記光分波器
の出力の和周波成分を検波する手段と、（ｋ）該和周波
成分の出力交流信号の振幅と位相差を検出する手段とを
具備することを特徴とする光振幅位相特性測定装置。
【請求項２】光振幅位相特性測定方法において、二つの波長の異なる光源と、前記二つの光源の出力光の
基本波成分を分岐する光分岐器と、該光分岐器の出力の
どちらか一方の光路に配置される被測定試料と、前記光
分岐器の出力の他方の光路に前記二つの光源の基本波の
和周波成分を発生させる手段と、前記光分岐器の出力の
どちらか一方の光路差を変調する手段と、前記二つの基
本波成分と前記被測定試料で発生した和周波成分を合波
する光合波器と、該光合波器の出力光を二つの基本波成
分と和周波成分に分波する光分波器と、該光分波器の出
力の二つの基本波成分をそれぞれ検波する二つの光検波
手段と、該光検波手段の出力の二つの交流信号の和周波
数成分を発生させる手段と、前記光分波器の出力の和周
波成分を検波する手段と、該和周波成分の出力交流信号
の振幅と位相差を検出する手段とを配置し、前記二つの光源の出力光の基本波成分を、前記光分岐器
で分岐後、どちらか一方の光路差を変調して、前記二つ
の基本波成分と和周波成分をそれぞれ別々にホモダイン
検波を行い、光路差の変調によって発生する二つの基本
波成分による交流信号の和の周波数の交流信号を基準信
号として、前記被測定試料で発生する光の和周波成分の
振幅と位相差を測定することを特徴とする光振幅位相特
性測定方法。
【請求項３】光振幅位相特性測定装置において、
（ａ）二つの波長の異なる光源と、（ｂ）前記二つの光
源の出力光の基本波成分を分岐する光分岐器と、（ｃ）
該光分岐器の出力のどちらか一方の光路に配置される被
測定試料と、（ｄ）前記光分岐器の出力の他方の光路に
前記二つの光源の基本波の差周波成分を発生させる手段
と、（ｅ）前記光分岐器の出力のどちらか一方の光路差
を変調する手段と、（ｆ）前記二つの基本波成分と前記
被測定試料で発生した差周波成分を合波する光合波器
と、（ｇ）該光合波器の出力光を二つの基本波成分と差
周波成分に分波する光分波器と、（ｈ）該光分波器の出
力の二つの基本波成分をそれぞれ検波する二つの光検波
手段と、（ｉ）該光検波手段の出力の二つの交流信号の
差周波数成分を発生させる手段と、（ｊ）前記光分波器
の出力の差周波成分を検波する手段と、（ｋ）該差周波
成分の出力交流信号の振幅と位相差を検出する手段とを
具備することを特徴とする光振幅位相特性測定装置。
【請求項４】光振幅位相特性測定方法において、二つの波長の異なる光源と、前記二つの光源の出力光の
基本波成分を分岐する光分岐器と、該光分岐器の出力の
どちらか一方の光路に配置される被測定試料と、前記光
分岐器の出力の他方の光路に前記二つの光源の基本波の
差周波成分を発生させる手段と、前記光分岐器の出力の
どちらか一方の光路差を変調する手段と、前記二つの基
本波成分と前記被測定試料で発生した差周波成分を合波
する光合波器と、該光合波器の出力光を二つの基本波成
分と差周波成分に分波する光分波器と、該光分波器の出
力の二つの基本波成分をそれぞれ検波する二つの光検波
手段と、該光検波手段の出力の二つの交流信号の差周波
数成分を発生させる手段と、前記光分波器の出力の差周
波成分を検波する手段と、該差周波成分の出力交流信号
の振幅と位相差を検出する手段とを配置し、前記二つの光源の出力光の基本波成分を、前記光分岐器
で分岐後、どちらか一方の光路差を変調して、前記二つ
の基本波成分と差周波成分をそれぞれ別々にホモダイン
検波を行い、光路差の変調によって発生する二つの基本
波成分による交流信号の差の周波数の交流信号を基準信
号として、前記被測定試料で発生する光の差周波成分の
振幅と位相差を測定することを特徴とする光振幅位相特
性測定方法。
【請求項５】光振幅位相特性測定装置において、
（ａ）二つの波長の異なる光源と、（ｂ）前記二つの光
源の出力光の基本波成分を合波する光合波器と、（ｃ）
該光合波器の出力の光路に配置され、和周波成分を発生
させる被測定試料と、（ｄ）二つの基本波成分と和周波
成分を同時に分岐する光分岐器と、（ｅ）該光分岐器の
出力のどちらか一方の光路差を変調する手段と、（ｆ）
前記二つの基本波成分と前記被測定試料で発生した和周
波成分を合波する光合波器と、（ｇ）該光合波器の出力
光を二つの基本波成分と和周波成分に分波する光分波器
と、（ｈ）該光分波器の出力の二つの基本波成分をそれ
ぞれ検波する二つの光検波手段と、（ｉ）該光検波手段
の出力の二つの交流信号の和周波数成分を発生させる手
段と、（ｊ）前記光分波器の出力の和周波成分を検波す
る手段と、（ｋ）該和周波成分の出力交流信号の振幅と
位相差を検出する手段とを具備することを特徴とする光
振幅位相特性測定装置。
【請求項６】光振幅位相特性測定方法において、二つの波長の異なる光源と、前記二つの光源の出力光の
基本波成分を合波する光合波器と、該光合波器の出力の
光路に配置され、和周波成分を発生させる被測定試料
と、二つの基本波成分と和周波成分を同時に分岐する光
分岐器と、該光分岐器の出力のどちらか一方の光路差を
変調する手段と、前記二つの基本波成分と前記被測定試
料で発生した和周波成分を合波する光合波器と、該光合
波器の出力光を二つの基本波成分と和周波成分に分波す
る光分波器と、該光分波器の出力の二つの基本波成分を
それぞれ検波する二つの光検波手段と、該光検波手段の
出力の二つの交流信号の和周波数成分を発生させる手段
と、前記光分波器の出力の和周波成分を検波する手段
と、該和周波成分の出力交流信号の振幅と位相差を検出
する手段とを配置し、前記二つの光源の出力光の基本波成分を、前記光合波器
で合波後、前記出力光の基本波成分と前記被測定試料で
発生する和周波成分とを分岐し、どちらか一方の光路差
を変調して、前記二つの基本波成分と和周波成分をそれ
ぞれ別々にホモダイン検波を行い、光路差の変調によっ
て発生する二つの基本波成分による交流信号の和の周波
数の交流信号を基準信号として、前記被測定試料で発生
する光の和周波成分の振幅と位相差を測定することを特
徴とする光振幅位相特性測定方法。
【請求項７】光振幅位相特性測定装置において、
（ａ）二つの波長の異なる光源と、（ｂ）前記二つの光
源の出力光の基本波成分を合波する光合波器と、（ｃ）
該光合波器の出力の光路に配置され、差周波成分を発生
させる被測定試料と、（ｄ）二つの基本波成分と差周波
成分を同時に分岐する光分岐器と、（ｅ）該光分岐器の
出力のどちらか一方の光路差を変調する手段と、（ｆ）
前記二つの基本波成分と前記被測定試料で発生した差周
波成分を合波する光合波器と、（ｇ）該光合波器の出力
光を二つの基本波成分と差周波成分に分波する光分波器
と、（ｈ）該光分波器の出力の二つの基本波成分をそれ
ぞれ検波する二つの光検波手段と、（ｉ）該光検波手段
の出力の二つの交流信号の差周波数成分を発生させる手
段と、（ｊ）前記光分波器の出力の差周波成分を検波す
る手段と、（ｋ）該差周波成分の出力交流信号の振幅と
位相差を検出する手段とを具備することを特徴とする光
振幅位相特性測定装置。
【請求項８】光振幅位相特性測定方法において、二つの波長の異なる光源と、前記二つの光源の出力光の
基本波成分を合波する光合波器と、該光合波器の出力の
光路に配置され、差周波成分を発生させる被測定試料
と、二つの基本波成分と差周波成分を同時に分岐する光
分岐器と、該光分岐器の出力のどちらか一方の光路差を
変調する手段と、前記二つの基本波成分と前記被測定試
料で発生した差周波成分を合波する光合波器と、該光合
波器の出力光を二つの基本波成分と差周波成分に分波す
る光分波器と、該光分波器の出力の二つの基本波成分を
それぞれ検波する二つの光検波手段と、該光検波手段の
出力の二つの交流信号の差周波数成分を発生させる手段
と、前記光分波器の出力の差周波成分を検波する手段
と、該差周波成分の出力交流信号の振幅と位相差を検出
する手段とを配置し、前記二つの光源の出力光の基本波成分を、前記光合波器
で合波後、前記出力光の基本波成分と前記被測定試料で
発生する差周波成分とを分岐し、どちらか一方の光路差
を変調して、前記二つの基本波成分と差周波成分をそれ
ぞれ別々にホモダイン検波を行い、光路差の変調によっ
て発生する二つの基本波成分による交流信号の差の周波
数の交流信号を基準信号として、前記被測定試料で発生
する光の差周波成分の振幅と位相差を測定することを特
徴とする光振幅位相特性測定方法。