JPH1163914A

JPH1163914A - 光周波数領域反射光分布計測装置

Info

Publication number: JPH1163914A
Application number: JP9220508A
Authority: JP
Inventors: Junji Ikeda; 順司池田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-08-15
Filing date: 1997-08-15
Publication date: 1999-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】小型で、アライメントの容易な光周波数領域反
射光分布計測装置を提供する。【解決手段】一端に、光を入出射するための端面５ａを
もつ光導波路５と、端面５ａ上に形成された半反射膜８
と、光導波路の他端から前記光導波路に照明光１３を入
射する照明光学系１、３と、照明光１３の周波数を時間
に対して変化させる周波数変調手段１１と、光導波路５
を逆向きに伝搬してきた光を検出する検出光学系６、７
と、検出光学系６、７の検出結果から、検出した光の周
波数を求める周波数解析手段１２とを有する。半反射膜
８は、参照ミラーとして用いられる。光導波路は、半反
射膜８で反射された光を参照光１４として、逆向きに伝
搬する一方で、半反射膜５ａを透過した照明光１３を信
号光１５として、被検物体１０に向かって出射し、反射
された信号光を再び端面５ａから入射させ、参照光１４
と共に逆向きに伝搬する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、時間に対して周波
数変化させた光を被検物体と参照ミラーとに照射し、こ
れらからの反射光を干渉させた光の周波数を解析するこ
とにより、物体間の距離測定、物体の変位測定、または
光ファイバ等光導波路の欠陥診断を精密に行なう光周波
数領域反射光分布計測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】被検物体との距離の測定、被検物体の変
位の測定、被検物体の表面形状の測定、ならびに、光フ
ァイバ等光導波路の欠陥診断方法等に用いられる計測方
法として、周波数変調した光波の干渉を利用する光周波
数領域反射光分布計測法（optical frequency-domain r
eflectometry:ＯＦＤＲ）がある。例えば、Ａｐｐｌｉ
ｅｄＯｐｔｉｃｓ，ｖｏｌ．３３，ｐｐ．７８２９−
７８３７（１９９４）に記載されている光周波数領域反
射光分布計測装置は、光源の半導体レーザ、半導体レー
ザから出射された光を参照光と信号光とに分離するビー
ムスプリッタ、参照ミラー、参照光と信号光との干渉光
を受光する受光素子等から構成されている。そして、半
導体レーザへの注入電流を時間に対して鋸歯状の波形に
変調することにより、参照光および信号光の波長を鋸歯
状の波形に周期的に変調させながら、参照光を参照ミラ
ーに照射し、信号光を被検物体に照射する。これらの反
射光を再びビームスプリッタで合波し干渉させると、合
波の時点における信号光の鋸歯状の波形は、参照光の鋸
歯状の波形に対して、信号光と参照光の光路長差分だけ
遅延しているため、信号光と参照光とには光路長差に比
例した周波数差が発生している。よって、参照光と信号
光との干渉信号の周波数を解析することによって、被検
物体との距離の測定ができる。また、この距離の被検物
体上の分布を測定することにより、被検物体の表面形状
を測定することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光周波数領域反射光分布計測装置は、上述のようにビー
ムスプリッタや参照ミラー等のバルク素子を使用するた
め、光学系が大きくなるという問題があった。しかも、
これらバルク素子を精密にアライメントする必要がある
ため、装置が高価になるという問題点があった。

【０００４】本発明は、小型で、アライメントの容易な
光周波数領域反射光分布計測装置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】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、以下のような光周波数領域反射光
分布計測装置が提供される。

【０００６】すなわち、一端に、光を入出射するための
端面をもつ光導波路と、前記端面上に配置され、前記光
導波路を伝搬してきた光の一部を反射し、残部を透過す
る半反射膜と、前記光導波路の他端から前記光導波路に
照明光を入射する照明光学系と、前記照明光学系が入射
する照明光の周波数を時間に対して変化させる周波数変
調手段と、前記光導波路を前記端面から前記他端に向か
って逆向きに伝搬してきた光を検出する検出光学系と、
前記検出光学系の検出した光の周波数を求める周波数解
析手段とを有し、前記光導波路は、前記端面を被検物体
に向けて配置され、前記他端から伝搬してきた前記照明
光のうち、前記端面において前記半反射膜で反射された
光を参照光として、前記他端に向かって逆向きに伝搬す
る一方で、前記半反射膜を透過した照明光を信号光とし
て、前記被検物体に向かって出射し、前記被検物体で反
射された前記信号光を再び前記端面から入射させ、前記
参照光とともに前記他端に向かって逆向きに伝搬するこ
とを特徴とする光周波数領域反射光分布計測装置であ
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態について説
明する。

【０００８】まず、本発明の第１の実施の形態の光周波
数領域反射光分布計測装置について、図１を用いて説明
する。

【０００９】図１のように、化合物半導体基板２には、
光源となる半導体レーザ１、光検出器７、および、光導
波路が集積されている。光導波路は、第１、第２、第３
の光導波路３、５、６と、第１および第３の光導波路
３、６の端部を第２の光導波路５の端部に接続する分岐
部４とにより構成されている。光導波路３、５、６は、
単一モード光導波路および多モード光導波路のいずれで
あってもよい。

【００１０】半導体レーザ１は、第１の光導波路３の端
部に接続されている。光検出器７は、第３の光導波路６
の端部に接続されている。

【００１１】第２の光導波路５は、伝搬してきた光を出
射するために、基板２の側面にその端面５ａを露出して
いる。端面５ａの表面は、半反射膜８により覆われてい
る。

【００１２】基板２上の半導体レーザ１、光検出器７、
光導波路３、５、６および分岐部４の詳しい層構成につ
いては、後述する。

【００１３】基板２は、端面５ａが、被検物体（不図
示）に取り付けられた被検ミラー１０に対向するように
配置される。また、端面５ａと被検ミラー１０との間に
は、端面５ａからの出射された光を平行光にするコリメ
ートレンズ９が配置される。また、半導体レーザ１に
は、注入電流変調装置１１が接続されており、光検出器
７には周波数解析装置１２が接続されている。

【００１４】つぎに、この図１の光周波数領域反射光分
布計測装置の動作を説明する。

【００１５】半導体レーザ１からの出射光１３は、第１
の光導波路３に結合してこれを伝搬した後、分岐部４を
介して第２の光導波路５へ結合し、第２の光導波路５を
伝搬する。そして、第２の光導波路５の端面５ａに到達
すると、半反射膜８によりその一部が反射され、再び第
２の光導波路５を逆方向に伝搬する。この経路を通った
光は参照光１４として機能する。一方、半反射膜８を透
過した光は、端面５ａから被検ミラー１０に向かって出
射され、コリメートレンズ９により平行光となり、被検
ミラー１０に照射され、これによって反射されたのち、
コリメータレンズ９を通過し、端面５ａから再び第２の
光導波路５に入射し、第２の光導波路５を逆進する。こ
の経路を通った光は信号光１５として機能する。

【００１６】この参照光１４と信号光１５は、共に、第
２の光導波路５を逆進した後、分岐部４において一部が
第３の光導波路６に結合し、これを伝搬する。光検出器
７は、第３の光導波路６を伝搬してきた参照光１４と信
号光１５との干渉信号１２ａが検出される。よって、光
検出器７に検出されるまでの参照光１４の光路長と信号
光１５の光路長との間には、端面５ａと被検ミラーとの
距離ｚを往復する長さ２ｚの光路長差がある。

【００１７】このような構成において、半導体レーザ１
に注入する電流１１ａを、注入電流変調装置１１によっ
て、図７（ａ）のように、鋸歯状の波形に変調すると、
半導体レーザ１の発振周波数は図７（ｂ）のような鋸歯
状の波形に変調を受ける。前述のように、参照光１４の
光路長と信号光１５の光路長との間には、端面５ａと被
検ミラーとの距離ｚを往復する長さ２ｚの光路長差があ
るため、光検出器７に検出される時点において、信号光
１５は、参照光１４に対して時間Δｔだけ遅延し、参照
光１４と信号光１５の鋸歯状の波形がΔｔだけずれる
（図７（ｃ））。このとき、Δｔは Δｔ＝２ｚ／ｃ・・・（１）と表すことができる。ただし、ｃは光速である。この時
間遅延Δｔにより、光検出器７における参照光１４の周
波数と信号光１５の周波数とには、図７（ｃ）のよう
に、差周波数Δν Δν＝ν_mΔｔ／τ ・・・（２）が生じている。ただし、ｚは測定したい端面５ａと被検
ミラー１０との間の距離、ν_mは半導体レーザ１の周波
数変調幅、τは半導体レーザ１の周波数変調周期であ
る。

【００１８】よって、光検出器７で検出される参照光１
４と信号光１５との干渉信号１２ａのスペクトルは、図
７（ｄ）のようになるため、周波数解析装置によって、
干渉信号１２ａの中心周波数Δνを測定し、ｚ＝（１／２）（Δν／ν_m）ｃτ ・・・（３）に代入して計算することにより、端面５ａから被検ミラ
ー１０までの距離ｚを測定することができる。

【００１９】上述してきた図１の光周波数領域反射光分
布計測装置は、１つの基板２上にコリメータレンズ９を
除く光学素子がすべて集積されているため、基板上の光
学素子を連続した製造工程で一体に製造することが可能
であると共に、装置の大きさを非常に小型にすることが
できる。また、光学素子同士を機械的にアライメントす
る手間が省けるため、アライメントが容易な装置を提供
できる。

【００２０】また、光周波数領域反射光分布計測装置
は、従来から知られているように、被検物体に被検ミラ
ー１０を取り付けずに被検物体の表面に直接信号光１５
を照射する構成とし、信号光１５を被検物体の表面で走
査させながら、距離ｚを測定し、測定結果を信号光１５
の走査位置と対応させることにより、被検物体の表面の
凹凸像を測定することができる。このような測定を行う
場合、本実施の形態の光周波数領域反射光分布計測装置
は、コリメートレンズを除く光学素子が基板上に集積さ
れているため、基板２を被検物体に対して移動させるこ
とにより、信号光１５を容易に走査させることができ
る。また、このように移動させた場合にも、基板２上に
光学素子が集積されているため、光学素子間のアライメ
ントがずれる恐れがない。また、基板２は小型であるた
め、移動のための駆動系も小型でよいという利点もあ
る。

【００２１】さらに、光周波数領域反射光分布計測装置
は、従来より、光ファイバ等光導波路の欠陥診断に用い
られている。この場合、信号光を被検物体である光導波
路に入射させる必要があるが、本実施の形態の光周波数
領域反射光分布計測装置は、光導波路５の出射端面５ａ
から被検物体へ光を出射する構成であるため、出射端面
５ａと被検物体の光導波路端面とを直接接合させること
により、被検物体の光導波路へ容易に信号光１５を入射
させることができる。この場合、コリメータレンズ９は
不要である。なお、光導波路５の出射端面５ａの形状
が、被検物体の光導波路の端面の形状と異なり、直接接
合では信号光１５の結合効率が低い場合には、出射端面
５ａと被件物体の光導波路の端面との間に集光レンズ等
を配置することにより、結合効率を向上させることがで
きる。

【００２２】このように、本実施の形態の光周波数領域
反射光分布計測装置は、光導波路を利用し、基板上に光
学素子を集積した構成であるため、距離の測定のみなら
ず、被検物体の表面の凹凸像の測定や、光導波路の欠陥
診断に適している。

【００２３】なお、図１の実施の形態では、コリメート
レンズ９を基板２とは独立させているが、コリメートレ
ンズ９をフレネルレンズとし、端面５ａの半反射膜８の
上に取り付けた構成にすることも可能である。

【００２４】ここで、本実施の形態の基板２への半導体
レーザ１、光検出器７、光導波路３、５、６および分岐
部４の具体的な集積構造について図８（ａ），（ｂ）を
用いて説明する。ここでは、半導体レーザ１と光導波路
３との接続構造、ならびに、光検出器７と光導波路６と
の接続構造として、エバネッセント波結合型の接続構造
を用いている。よって、光導波路３の端部の上に半導体
レーザ１が形成され、光導波路６の端部の上に光検出器
７が形成されている。エバネッセント波結合型の接続構
造は、例えば、K.Okamoto et al.:Jpn.J.Appl.Phys.34
(1995)4809,に記載されている。ただし、図１の基板２
の集積構造を実現する接続構造は、図８（ａ）、（ｂ）
に示したエバネッセント波結合型に限られるものではな
く、例えば端面直接結合方法などを用いることももちろ
ん可能である。

【００２５】光導波路３、６は、半導体レーザ１の下部
および光検出器７の下部においては平板型光導波路と
し、それ以外の部分では、図８（ｂ）のように、クラッ
ド層２４、２５を光導波路３、６の形状に加工した装荷
型光導波路とした。また、光導波路５および分岐部４も
装荷型である。半導体レーザ１は、エッチングミラーで
構成されるファブリーペロー型のレーザとした。光検出
器７の構造は、半導体レーザ１と同一とした。

【００２６】本実施の形態では、基板２として、ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板を用い、光の進行方向が〈−１１０〉方向
（但し−１は、１にオーバーラインを付したものを表
す）になるように結晶方向を定めた。

【００２７】光導波路３、５、６および分岐部４は、基
板２上に順に積層された、下部クラッド層２２、コア層
２３、上部第１クラッド層２４、上部第２クラッド層２
５の４層によって構成されている（図８（ａ），
（ｂ））。上部第２クラッド層２５は、この上に形成さ
れるｐｉｎ構造の半導体レーザ１および光検出器７のｎ
型層を兼用する。そのため、上部第２クラッド層２５
は、４層の中で唯一ドープされた材料からなり、具体的
には、厚さ０．３μｍのｎ^--ドープ(ｎ型キャリア濃
度：５×１０¹⁷ｃｍ^-3)のＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．
３５）層によって形成する。また、下部クラッド層２２
は、厚さ２．０μｍ程度のノンドープのＡｌ_xＧａ_1-xＡ
ｓ（ｘ＝０．３）層とし、コア層２３は、厚さ０．４５
μｍのノンドープのＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．１６
５）層とする。また、上部第１クラッド層２４は、厚さ
０．３μｍのノンドープ（ｎ型キャリア濃度：１×１０
¹⁵ｃｍ^-3以下）のＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．３５）層
とする。

【００２８】半導体レーザ１および光検出器７は、光導
波路３、６と兼用の上部第２クラッド層２５と、この上
に順に積層されたレーザ活性層２６、レーザバリア層２
７、レーザガイド層２８、レーザクラッド層２９、レー
ザキャップ層３０の各層と、電極７０１、５０１と、ｎ
型不純物ドーピング領域３０１とにより構成されてい
る。但し、レーザバリア層２７およびレーザガイド層２
８は備えていなくとも何ら問題はない。

【００２９】レーザ活性層２６、レーザバリア層２７、
レーザガイド層２８、レーザクラッド層２９およびレー
ザキャップ層３０は、図８（ａ）のように上部第２クラ
ッド層２５上の一部のレーザメサ領域のみに配置されて
いる。レーザクラッド層２９およびレーザキャップ層３
０は、注入電流狭窄のためのレーザストライプ形状に加
工されている。ｎ型不純物ドーピング領域３０１は、上
部第２クラッド層２５上であって、レーザメサ領域に隣
接する位置に設けられている。

【００３０】なお、レーザ活性層２６は、厚さ０．１μ
ｍのノンドープのＧａＡｓ層とした。レーザバリア層２
７は、厚さ０．１μｍのＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．３
０）層、レーザガイド層２８は、厚さ０．１５μｍのＡ
ｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．０７）層とし、これらはとも
に、ｐ^-ドープ（ｐ型キャリア濃度：５×１０¹⁷ｃｍ^-3)
とした。レーザクラッド層２９は、厚さ０．７μｍのｐ
^-ドープ（ｐ型キャリア濃度：５×１０¹⁷ｃｍ^-3)のＡｌ
_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．３５）層とした。レーザキャッ
プ層３０は、厚さ０．３μｍのｐ⁺ドープ（ｐ型キャリ
ア濃度：５×１０¹⁸ｃｍ^-3)のＧａＡｓ層とした。

【００３１】ｎ型不純物ドーピング領域３０１は、Ｓｎ
を拡散することにより形成し、その深さは約０．３μｍ
以下、表面部のｎ型キャリア濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3と
した。

【００３２】また、電極７０１、５０１部分を除いて、
半導体レーザ１、光検出器７、光導波路３、５、６およ
び分岐部４の表面は、絶縁のために酸化膜８６とポリイ
ミド６０１とによって被覆した。また、光導波路５の出
射端面５ａの上には、半反射膜８を成膜した。

【００３３】上述の構成において、第１クラッド層２４
および第２クラッド層２５の厚さは、半導体レーザ１の
活性層２６で生じた光のエバネッセント領域の内側に、
光導波路３のコア層２３が位置し、しかも、活性層２６
とコア層２３とをまたぐように０次モード光と１次モー
ド光の２つのモードが生じるように定められている。こ
のため、この２つのモードが干渉することで、光パワー
が活性層２６とコア層２３との間を行き来する。半導体
レーザ１の共振器長Ｌは、活性層２６とコア層２３との
間を行き来している光パワーが、活性層２５側に１００
％モード移行する位置が共振器の端部となるように、数
値計算によって定められている。具体的には、Ｌ＝３０
３μｍとした。また、光検出器７の長さＬも同じ長さＬ
に定められている。

【００３４】このような構成において、半導体レーザ１
において、電極７０１から電極５０１へ向かって電流を
流すと、電流はレーザストライプ部から活性層２６を流
れ、さらに、第２クラッド層２５を基板面に平行な方向
に流れ、不純物ドーピング領域３０１を通って、電極５
０１に達する。これにより、活性層２６から生じた光
は、共振器内を往復してレーザ発振する。

【００３５】このとき、半導体レーザ１の下に位置する
光導波路２のコア層２３は、上述したように、活性層２
６を進行する光のエバネッセント領域内に配置されてい
るため、活性層２６とコア層２３とをまたぐように２つ
のモードが生じ、この２つのモードが干渉することで、
光パワーが活性層２６とコア層２３との間を行き来し、
半導体レーザ１の共振器の端部で、光はほぼ１００％光
導波路３に移行する。これにより、半導体レーザ１の下
部の平板型の光導波路３に光が移行し、平板型光導波路
３のうちレーザストライプ部の下部に位置する部分に光
が進行する。移行した光は、光導波路２の装荷型に加工
された部分に入射して伝搬し、分岐部４に達する。

【００３６】一方、光検出器７の電極７０１と電極５０
１には、半導体レーザ１の電極７０１、５０１とは、逆
向きのバイアスを印加する。これにより、光導波路６の
コア層２３を伝搬した光が、光検出器７の下部に到達す
ると、光導波路６のコア層２３と光検出器７の活性層２
６とをまたぐように、２つのモードが生じ、この２つの
モードが干渉する。光検出器７の長さＬも半導体レーザ
１の共振器長Ｌと同じ長さに定められているため、光
は、光導波路６のコア層２３から光検出器７の活性層２
６にほぼ１００％移行し、光検出器７、８の電極７０
１、５０１間の電圧信号として検出することができる。

【００３７】このように、図８（ａ）、（ｂ）の集積構
造では、エバネッセント結合を利用することにより、半
導体レーザ１の発振した光を光導波路２に効率よく結合
させることができるとともに、光導波路６を伝搬した光
を光検出器７に効率よく結合させ検出することができ
る。

【００３８】また、光導波路３、５、６は、上述したよ
うに、ノンドープの第１クラッド層２４と、ｎ型にドー
プされた第２クラッド層２５とを備えている。ここで、
ノンドープの第１クラッド層２４が、コア層２３側に配
置されているので、光導波路３、５、６を伝搬する光の
大部分は、キャリア濃度が低いコア層２３と第１クラッ
ド層２４とを伝搬する。したがって、光導波路３、５、
６を伝搬する光のうち、キャリアによって吸収される割
合は、非常に小さい。したがって、光導波路３、５、６
は、キャリアの光吸収による損失が非常に小さく、低損
失に光を伝搬することができる。

【００３９】また、ｎ型側の電極５０１を、ｐ型側の電
極７０１と同じく、基板２１の上面側に配置しているた
め、電極５０１、３０１の配線を注入電流変調装置１１
および周波数解析装置１２に接続する際の配線の引き回
しを、基板２１の上面側のみで行うことができるという
利点もある。

【００４０】つぎに、本発明の第２の実施の形態の光周
波数領域反射光分布計測装置について、図２を用いて説
明する。図２において第１の実施の形態と同一の構成要
素に対しては同じ番号をつけた。

【００４１】図２の装置では、基板２上の光導波路３の
端部を、基板２の側面部まで延長し、光導波路３の入射
端面を基板２の側面部に露出するようにした。そして、
この光導波路３の入射端面に半導体レーザ１を固定する
構成とした。この構造では、半導体レーザ１は、基板２
上に集積せず、別途独立して製造したものを用いるた
め、基板２として、Ｓｉ基板を用いることができる。光
検出器７は、Ｓｉ基板２上に集積する。これ以外の構
成、動作及び測定原理は第１の実施の形態と同様である
ので、説明を省略する。

【００４２】さらに、本発明の第３の実施の形態の光周
波数領域反射光分布計測装置について、図３を用いて説
明する。図３において第１の実施の形態と同一の構成要
素に対しては同じ番号をつけた。

【００４３】図３の装置では、基板２上の光導波路３の
みならず、光導波路６についても、端部を基板２の側面
部まで延長し、光導波路３の入射端面および光導波路６
の出射端面を基板２の側面部に露出するようにした。そ
して、光導波路３の入射端面に半導体レーザ１に固定
し、光導波路６の出射端面に光検出器７を固定する構成
とした。この構造では、半導体レーザ１および光検出器
７は、基板２上に集積せず、別途独立して製造したもの
を用いるため、基板２として、誘電体基板を用いること
ができる。これ以外の構成、動作及び測定原理は第１の
実施の形態と同様であるので、説明を省略する。

【００４４】つぎに、本発明の第４の実施の形態の光周
波数領域反射光分布計測装置について、図４を用いて説
明する。図４において第１の実施の形態と同一の構成要
素に対しては同じ番号をつけた。

【００４５】図４は分岐部４の形状を、左右に非対称な
形状としている。すなわち、第３の光導波路６の軸方向
が、第２の光導波路５の軸方向と一致するように設計し
ている。また、第３の光導波路６の導波路幅が、第２の
光導波路５の導波路幅よりも大きくなるよう設計してい
る。このように分岐部４の形状を非対称にすることによ
り、半反射膜８で反射された参照光１４及び被検ミラー
１０で反射された信号光１５が分岐部４において、主に
第３の光導波路６へ結合するため、半導体レーザ１への
戻り光を減少させることができる。

【００４６】これ以外の構成、動作及び測定原理は第１
の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。

【００４７】なお、図４では、第３の光導波路６の軸方
向が、第２の光導波路５の軸方向と一致するように分岐
部４を設計しているが、これらの軸方向が完全に一致し
ていないともよい。すなわち、第３の光導波路６の軸方
向と第２の光導波路５の軸方向との間の角度が、第１の
光導波路３の軸方向と第２の光導波路５の軸方向との間
の角度よりも小さければ、第３の光導波路６の軸方向が
外側に開いていても半導体レーザ１への戻り光を減少さ
せることができる。

【００４８】つぎに、本発明の第５の実施の形態の光周
波数領域反射光分布計測装置について、図５を用いて説
明する。なお、図５の構成において、第１の実施の形態
と同一の構成要素に対しては同じ番号をつけた。

【００４９】図５の構成では、半導体レーザ１への戻り
光を減少させるために、モードコンバータ１７と、ＴＭ
モード光を吸収させる金属クラッド層１６とを配置して
いる。すなわち、図５の構成では、基板２として、電気
光学効果を有する基板を用い、半導体レーザ１を出射光
の偏光方向がＴＥモードとなるように形成している。そ
して、第１の光導波路３上に金属クラッド層１６を形成
し、第２の光導波路６にモードコンバータ１７を配置し
ている。モードコンバータ１７は、電気光学効果を利用
して、半導体レーザ１からのＴＥモード光が往復する間
にＴＭモード光へ変換されるよう形成されている。よっ
て、半反射膜８で反射された参照光および被検ミラー１
０で反射された信号光は、モードコンバータ１７を通過
することにより、ＴＭモード光に変換され、分岐部４に
達する。分岐部４で第１の光導波路３へ結合したＴＭモ
ードの参照光１４ｂおよび信号光１５ｂは、金属クラッ
ド層１６によって吸収されるため、半導体レーザ１へ光
が戻るのを防止することができる。一方、分岐部４で第
３の光導波路６へ結合した参照光１４および信号光１５
は、図１の場合と同様に、光検出器７によって検出され
る。これ以外の構成、動作及び測定原理は第１の実施の
形態と同様であるので、説明を省略する。

【００５０】なお、図５の構成において、コリメータレ
ンズ９と被検ミラー１０との間に１／４波長板を配置
し、信号光を円偏光に変換してから被検ミラー１０に照
射する構成にすることも可能である。

【００５１】つぎに、本発明の第６の実施の形態の光周
波数領域反射光分布計測装置について、図６を用いて説
明する。なお、図６の構成において、第１の実施の形態
と同一の構成要素に対しては同じ番号をつけた。図６の
光導波路３、５、６および分岐部４の構成は、図４の構
成と同じである。

【００５２】図６の構成では、被検ミラー１０として、
コーナーミラー１０ａを用いている。コーナーミラーを
用いることにより、端面５ａから出射された信号光の光
軸に対して、被検ミラーが傾いた場合にも、被検ミラー
からの反射光が、信号光の光軸に平行に進行するため、
端面５ａに再び効率よく結合し、正確に測定を行うこと
ができる。これ以外の構成、動作及び測定原理は第４の
実施の形態と同様であるので、説明を省略する。

【００５３】上述の第２および第３の実施の形態では、
半導体レーザ１や光検出器７の基板上に集積しない構成
について説明したが、これらの構成においても、半導体
レーザ１や光検出器７を基板２の側面に固定するため、
小型で、かつ、アライメントが容易であるという効果
は、第１の実施の形態と同様である。また、第４および
第５の実施の形態では、半導体レーザ１への戻り光を防
止することができるため、半導体レーザ１の発振波長を
安定させることができる。よって、発振波長を図７
（ｂ）の鋸歯状の波形に安定して変調させることができ
るため、測定の精度を高めることができるという効果も
得られる。また、第６の実施の形態では、信号光の反射
光を効率よく端面５ａから入射させることができるた
め、被検ミラー１０の傾きにかかわらず端面５ａへの入
射光量を大きく維持することができ、検出精度が高くな
るという効果が得られる。

【００５４】なお、上述の実施の形態では、半導体レー
ザからの出射光の周波数を図７（ｂ）のように鋸歯状の
波形に変調しているが、周波数の変調はこの波形に限定
されるものでない。基板と被検ミラーの往復の光路長に
よる時間遅延に応じた周波数差が生じる波形であればよ
く、例えば、単調に周波数が増加または減少するように
出射光の周波数を変調させることができる。

【００５５】

【発明の効果】上述してきたように、本発明によれば、
小型で、アライメントの容易な光周波数領域反射光分布
計測装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の光周波数領域反射
光分布計測装置の概略構成を示す説明図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態の光周波数領域反射
光分布計測装置の概略構成を示す説明図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態の光周波数領域反射
光分布計測装置の概略構成を示す説明図である。

【図４】本発明の第４の実施の形態の光周波数領域反射
光分布計測装置の概略構成を示す説明図である。

【図５】本発明の第５の実施の形態の光周波数領域反射
光分布計測装置の概略構成を示す説明図である。

【図６】本発明の第６の実施の形態の光周波数領域反射
光分布計測装置の概略構成を示す説明図である。

【図７】図１の光周波数領域反射光分布計測装置におい
て、（ａ）半導体レーザ１への注入電流１１ａの変調を
示すグラフ、（ｂ）半導体レーザ１の発振周波数の変調
を示すグラフ、（ｃ）光検出器７に入射する時点におけ
る参照光と信号光の波形を示すグラフ、（ｄ）光検出器
７で検出された干渉信号のスペクトルを示すグラフであ
る。

【図８】図１の光周波数領域反射光分布計測装置におい
て、基板２上の集積構造を示すための断面図である。

【符号の説明】

１半導体レーザ２基板３第１の光導波路４分岐部５第２の光導波路５ａ端面６第３の光導波路７光検出器８半反射膜９コリメートレンズ１０被検ミラー１０ａコーナーミラー１１注入電流変調装置１１ａ注入電流１２周波数解析装置１２ａ干渉信号１３半導体レーザの出射光１４参照光１４ａ不要な参照光１５信号光１６金属クラッド層１７モードコンバータ２２下部クラッド層２３コア層２４上部第１クラッド層２５上部第２クラッド層２６レーザ活性層２７レーザバリア層２８レーザガイド層２９レーザクラッド層３０レーザキャップ層８６酸化膜３０１ｎ型不純物ドーピング領域５０１電極６０１ポリイミド７０１電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一端に、光を入出射するための端面をもつ
光導波路と、前記端面上に配置され、前記光導波路を伝搬してきた光
の一部を反射し、残部を透過する半反射膜と、前記光導波路の他端から前記光導波路に照明光を入射す
る照明光学系と、前記照明光の周波数を時間に対して変化させる周波数変
調手段と、前記光導波路を前記端面から前記他端に向かって逆向き
に伝搬してきた光を検出する検出光学系と、前記検出光学系の検出した光の周波数を求める周波数解
析手段とを有し、前記光導波路は、前記端面を被検物体に向けて配置さ
れ、前記他端から伝搬してきた前記照明光のうち、前記
端面において前記半反射膜で反射された光を参照光とし
て、前記他端に向かって逆向きに伝搬する一方で、前記
半反射膜を透過した照明光を信号光として、前記被検物
体に向かって出射し、前記被検物体で反射された前記信
号光を再び前記端面から入射させ、前記参照光とともに
前記他端に向かって逆向きに伝搬することを特徴とする
光周波数領域反射光分布計測装置。
【請求項２】請求項１に記載の光周波数領域反射光分布
計測装置において、前記照明光学系は、光源と、前記光
源の光を前記光導波路に導く照明用光導波路とを有し、前記検出光学系は、光検出器と、前記光導波路の光を前
記光検出器に導く検出用光導波路とを有し、前記光導波路の他端には、前記照明用光導波路と前記検
出用光導波路とを前記光導波路の他端に接続する分岐部
が形成されていることを特徴とする光周波数領域反射光
分布計測装置。
【請求項３】請求項２に記載の光周波数領域反射光分布
計測装置において、前記光導波路、分岐部、照明用光導
波路、および検出用光導波路は、同一の基板上に形成さ
れていることを特徴とする光周波数領域反射光分布計測
装置。
【請求項４】請求項３に記載の光周波数領域反射光分布
計測装置において、前記光源および前記光検出器のうち
の少なくとも一方は、前記基板上に集積されていること
を特徴とする光周波数領域反射光分布計測装置。
【請求項５】請求項２に記載の光周波数領域反射光分布
計測装置において、前記分岐部は、前記光導波路の軸方
向に対して非対称な形状に形成されていることを特徴と
する光周波数領域反射光分布計測装置。
【請求項６】請求項５に記載の光周波数領域反射光分布
計測装置において、前記分岐部は、前記検出用光導波路
の軸方向が前記光導波路の軸方向と一致するように形成
されていることを特徴とする光周波数領域反射光分布計
測装置。
【請求項７】請求項１に記載の光周波数領域反射光分布
計測装置において、前記端面と前記被検物体との間に
は、前記端面から出射された信号光をコリメートするコ
リメート光学系が配置されていることを特徴とする光周
波数領域反射光分布計測装置。
【請求項８】請求項４に記載の光周波数領域反射光分布
計測装置において、前記光源は、前記基板上に集積され
た半導体レーザであり、前記照明用光導波路は、前記半導体レーザの活性層のエ
バネッセント波の内側に位置するように配置されている
ことを特徴とする光周波数領域反射光分布計測装置。
【請求項９】請求項２に記載の光周波数領域反射光分布
計測装置において、前記照明光学系は、前記照明光とし
て、第１の偏光を前記光導波路に入射させ、前記光導波路は、前記他端と前記一端との間を前記照明
光が往復する間に、前記第１の偏光を、前記第１の偏光
と直交する第２の偏光に変換する偏光変換手段を有し、前記照明用光導波路は、前記第２の偏光の伝搬を阻止す
る阻止手段を備えることを特徴とする光周波数領域反射
光分布計測装置。
【請求項１０】請求項９に記載の光周波数領域反射光分
布計測装置において、前記光導波路は、電気光学効果を
有する材料からなり、前記偏光変換手段は、前記光導波路の電気光学効果を利
用して、偏光方向を変換する変換器であり、前記阻止手段は、前記照明用光導波路を伝搬する第２の
偏光を吸収するために前記照明用光導波路上に配置され
た金属層であることを特徴とする光周波数領域反射光分
布計測装置。