JPH03180737A - 光導波路の伝搬損失測定装置 - 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、光導波路の伝搬損失測定装置に関する。

（従来の技術） 光導波路では、光が導波路内を伝搬して行くに従い、導
波路材料の光吸収、導波路構造の不完全さによって、伝
搬光の強度が次第に減衰してゆく。

伝搬損失とは、その導波路内を伝搬してゆく伝搬光の減
衰を定量的に表わすものであり、次のように定義される
。

ここで、Ｉｏは導波路内を伝搬する伝搬光の任意の位置
での強度、またＩＬは前記任意の位置から伝搬光の進行
方向に沿って距離りだけ進んだ位置での伝搬光の強度を
表わす。

一般に光導波路の光学的評価を行なう際には、この光導
波路の伝搬損失を測定することが重要な課題であり、従
来からいくつかの測定方法が行なわれている。

この光導波路の伝搬損失測定方法には、例えば、第７図
に示す導波路切断法がある。

この方法は、まず初めにレンズ１によって測定用光を光
導波路基板２の光導波路２′の一方の端面へ端面結合さ
せ、導波路内を伝搬するその測定用光がもう一方の端面
から外部へ出射するところをレンズ３によって空間フィ
ルタ４を介して光検出器５に導くことにより、光導波路
２′の伝搬光量を測定しておく。そして次に、光導波路
基板２を図中のＣ−Ｃ線の位置で切断して長さを短縮し
た後、前述した方法と全く同じ方法で再び伝搬光量を測
定し、それを切断前の伝搬光量と比較することにより伝
搬損失を求めようとするものである。

この導波路切断法は、河単な構成で測定することができ
るが、伝搬光の入出力結合効率の再現性に難があり、へ
き開等により良好な端面が得られる導波路材料の場合に
限られ、かつ、光導波路２′を切断、破壊するという重
大な欠点がある。

また、第８図に示すプリズム移動法は、入射側プリズム
６によって測定用光を光導波路２−へプリズム結合させ
、導波路内を伝搬するその測定用光が出射側プリズム７
によって外部へ出射するところを空間フィルタ４を介し
て光検出器５へ導き伝搬光量を測定する。この時入射側
プリズム６は光導波路２′に対して固定しておき、出射
側プリズム７を光検出器５といっしょに伝搬光の進行方
向に沿って移動させ、伝搬距離を変化させながら伝搬光
量の変化を測定して伝搬損失を求める方法である。

この方法では、光導波路２−に対して出射側プリズム７
を移動させる際に、光導波路２−から出射側プリズム７
を一度離して位置を変え、再度光導波路２−に接触させ
るか、あるいは光導波路２−と出射側プリズム７の間に
適当な液体を含浸させ、出射側プリズム７を光導波路２
”の表面をすべらせて連続的に移動させるという２通り
の方法がある。このうち前者は、とくに光導波路基板２
が変形しやすいものの場合に、出射側プリズム７の接触
圧を一定にしても、接触位置によって光導波路基板２の
そり、変形の状態が微妙に変化するため入出力結合効率
を一定に保つことが難しい。

また後者の方法では出射側プリズム７を一定の接触状態
に維持しつつ移動させる必要から、複雑なプリズム移動
機構と測定テクニックとを要する。

さらに、第９図に示す散乱検出法は、入射側プリズム６
によって光導波路２′へプリズム結合された伝搬光の伝
搬に伴って、散乱する散乱光強度を伝搬光の進行方向に
沿ってファイバプローブ８を用いて光検出器５に導き測
定し、ロックインアンプ対数増幅器８を経てレコーダ１
１に出力させることにより、間接的に伝搬損失を求める
方法である。

この方法は、散乱光強度の大きいもの（１ｄＢ／ｃｍ程
度の伝搬損失以上）の測定は行えるが、低損失の光導波
路２′では散乱光強度が微弱になるので、検出が困難で
ある。また光検出器５に至るまでのファイバプローブ８
内で、微弱な散乱光の強度が光ファイバの曲がり等によ
って変化するので、測定精度を高くすることができない
。

以上の従来例については「光集積回路」　（発行所：オ
ーム社、著者：大阪大学　西原　浩・他）に記載されて
いる。

この発明は、このような背景に基づいてなされたもので
、低損失の光導波路の伝搬損失を精度良く、容易に測定
することのできる光導波路の伝搬損失測定装置を提供す
ることを口約とするものである。

（課題を解決するための手段） この目的を達成するために、この発明は、光導波路の伝
搬損失を測定するために該光導波路途中から出射させた
測定用光を受光するための受光素子を移動可能に設け、
該受光素子を前記光導波路の表面にその光導波路よりも
高い屈折率を有する液体を挾み接触させて伝搬損失を測
定するものである。

（作用） この発明によれば、光導波路途中から出射させた測定用
光を受光素子で直接検出して、測定用光の光量を電気信
号に変換して信号線を介して測定器へ送り、伝搬損失を
測定することになる。

（実施例） 以下、図面に示す一実施例によりこの発明を説明する。

第１図において、Ｓは光導波路の伝搬損失測定装置を示
し、２１はレーザ光源であり、このレーザ光源２１から
のレーザ光は、反射鏡２２、偏光子２３を経て入射側プ
リズム２４に入射するようになっている。

入射側プリズム２４は、光導波路基板２の一端にマイク
ロメータヘッド２４ａを用いて固定設置される。マイク
ロメータヘッド２４ａは入射側プリズム２４を光導波路
基板２へ均一に一定圧力で押しつけるために用いる。こ
の入射側プリズム２４に入射したレーザ光は、光導波路
基板２の光導波路２′にプリズム結合する。

また、この光導波路基板２の他端には、マイクロメータ
ヘッド２５ａを用いて出射側プリズム２５が固定設置さ
れている。光導波路基板２の光導波路２′を伝搬して出
射側プリズム２５に到達したレーザ光はこの出射側プリ
ズム２５から出射され光パワメータ２６に至る。光パワ
メータ２６の機能については後述する。

入射側プリズム２４と出射側プリズム２５との間に位置
する光導波路２゛の表面の近傍には、受光素子（例えば
、ＳＰＤ；　シリコンフォトダイオード）２７がその受
光面２７ａが光導波路２−の表面と平行となるように設
けられている。

この受光素子２７は、光導波路２′の伝搬損失を測定す
るためにこの光導波路２′の途中から出射する伝搬光の
一部を測定用光として受光し電気信号に変換する機能を
有する。この受光素子２７はＸ−Ｙステージ２８の移動
テーブル３１に固定された支持棒３２の先端にバネ３３
を介して支持されている。ここで、バネ３３はバネ定数
が０゜０５　ｋｇ／ｍｍ未満の弱いバネであり、その伸
縮方向は、光導波路２−の表面ならびに受光素子２７の
受光面２７ａと直交している。さらに、この受光素子２
７は信号線３７により電流計３８と接続されていて、そ
の出力が測定用光の光強度と比例した電気信号として読
み取ることができるようになっている。

Ｘ　−Ｙ　ステージ２８（７）Ｘ軸（第１図中矢印Ｘ）
方向は、光導波路２−と平行とされている。このＸ−Ｙ
ステージ２８にはその移動テーブル３１のＸ軸方向の移
動量を正確に把握するための測長器３４が設置されてい
る。

なお、図中３５は、移動テーブル３１をＸ軸方向に移動
させるための操作ハンドル、３６は７輪（第１図中矢印
Ｙ）方向に移動させるための操作ハンドルを示す。

このように溝底された測定装置Ｓは、次のように使用さ
れる。

まず、入射側プリズム２４によって、光導波路２−にレ
ーザ光をプリズム結合させる。

次に、受光素子２７の受光面２７ａに、シリコンオイル
やちょうじ油など光導波路２−よりも高い屈折率を有す
る液体Ｍを塗布した後、Ｘ−Ｙステージ２８を操作して
レーザ光が伝搬する光導波路２−の表面に受光素子２７
の受光面２７ａをわずかに接触させる。

受光素子２７を光導波路２−へ押しつける力は、バネ３
３がほんのわずかに縮み始める程度とする。

この時、バネ３３の縮み量が１ｍｍ未満であれば、受光
素子２７が光導波路基板２を押す力は０．０５　ｋｇｆ
未満であり、このために光導波路基板２が変形してレー
ザ光のプリズム結合効率が変わってしまうということは
ない、予め受光素子２７の受光面２７ａに塗布しておい
た液体Ｍは、光導波路２−を伝搬するレーザ光を強制的
に外部へ出射させる機能を持つ、受光面２７ａが接触す
ると、受光面２７ａと光導波路２′との間に液体Ｍの薄
膜が形成される。これにより、レーザ光が強制的に外部
に出射され、その一部が測定用光として受光素子２７の
受光面２７ａに受光され、電流計３８によって測定用光
の光強度と比例した電気信号（以下、この電気信号を゛
受光素子の出力゛と略記する。）が測定される。そして
、この測定後、操作ハンドル３６を操作して、受光素子
２７を光導波路２−の表面から離間させ、光導波路２−
の表面に残留する液体Ｍを拭き取った後、操作ハンドル
３５を操作して先に測定を行なったＸ軸方向の位置から
所定距離離れた他のＸ軸方向位置に受光素子２７を移動
させ、再度受光素子２７の受光面２７ａに液体Ｍを塗布
した後、前記と同様な測定を行なう、この受光素子２７
のＸ軸方向の移動距離は測長器３４によって正確に測定
される。

光導波路２−の伝搬損失を求めるためには前述したよう
な光導波路２−の表面に受光素子２７の受光面２７ａを
接触させて受光素子２７の出力を測定する作業を、レー
ザ光が伝搬する光導波路２−の表面の少なくとも２箇所
の異なる位置で行なえばよい、この場合には入射側プリ
ズム２４に近い位置での受光素子２７の出力をＡＯｓ　
　出射側プリズム２５に近い位置での受光素子２７の出
力をＡＬ％それら２箇所の位置の距離をＬとすると、光
導波路２−の伝搬損失は と求めることができる。

また、前述したような測定を、レーザ光が伝搬する光導
波路２−の表面の３箇所以上の異なる位置で行なっても
よく、３箇所以上測定を行なった場合、光導波路基板２
の光導波路２′の伝搬損失は後述するように、ｌｏｇ＋
ｓＡｚ対９のグラフの傾きから求めることができる。な
お、ここで、９はＸ軸方向の任意原点に対する受光素子
２７の移動距離、Ａｌはその移動距離９のところでの前
述した測定による受光素子２７の出力である。

第３図から第６図は、このようにして得られた測定結果
をグラフで示したものである。

この測定に際しては、第２図に示すように、入射側プリ
ズム２４かも出射側プリズム２５側に８ｍｍ離れた位置
を原点とし、この原点から出射側プリズム２５に向かう
Ｘ軸方向の距離を９としている。第３図から第６図はこ
の距離２をグラフの横軸とし、原点（Ｑ＝Ｏ）における
受光素子２７の出力Ａｌｌによって、距離Ｑ離れた箇所
の受光素子２７の出力Ａ、を規格化して得られる規格化
出力Ａ。

（＝Ａｚ／Ａｏ）を対数目盛りにより縦軸にプロットし
たものである。これらの実施例では、入射側プリズム２
４と出射側プリズム２５の間のレーザ光が伝搬する光導
波路２−の表面の異なる１５箇所について測定を行い、
前述した対数グラフで１５箇所の測定データのプロット
点に最も適した直線の傾きから伝搬損失を求めている。

第３図は、ソーダガラスを溶１ｉｉＫＮＯ３（硝酸カリ
ウム）中にて４００″Ｃで４時間処理して光導波路２′
を形成させた試料１の測定結果を示す。

この試料ｌの場合、伝搬損失は０．　５５ｄＢ／ｃｍで
ある。

第４図は、第３図の試料と同様に処理したものであるが
、処理時間を８時間とした試料２の測定結果を示すもの
である。

この試料２の場合、伝搬損失は０．５５ｄＢ／ｃｍで、
第３図のものと同様である。

第５図および第６図は、ともに石英基板上にコーニング
７０５９をスパッタリ゛ングにより薄膜化して光導波路
を形成したものであるが、それぞれ別個の試料である。

第５図の試料３においては、３．　３ｄＢ／ｃ＋ｓの伝
搬損失があり、第６図の試料４では３．　７ｄＢ／ｃ鳳
の伝搬損失となっていることが分かる。

なお、この実施例の測定装置Ｓにおいては、出射側プリ
ズム２５から出射するレーザ光を光パワメータ２６で受
光しその光強度を検出しているが、この光パワメータ２
６の検出値を補正パラメータとして次のような補正計算
に利用することで、よす正しい伝搬損失を求めることが
できる。

すなわち、受光素子２７の異なる２つの位置ｆｌＩ、　
　Ｑ２での光パワメータ２６の検出値について、受光素
子２７の受光面２７ａが光導波路２′の表面に非接触の
とき、Ｐ１１’　　Ｐｚ２’　とし、受光素子２７の受
光面２７ａが光導波路２′の表面に接触のとき、Ｐ７＋
、Ｐｚ２　とする、また、受光素子２７の異なる２つの
位置Ｑ１、Ｑ２での受光素子の出力を、Ａｚ＋、Ａｌ２
とすると、受光素子２７の受光面２７ａが光導波路２−
に接触する位置でレーザ光が外部に出射する出射率は、 となる、ここで、Ｒｊｌは位置Ｑ１での出射率を表わし
、Ｒ，２は位置Ｑ２での出射率を表わす、そこで、これ
らの出射率を用いて伝搬損失が次のように求まる。

この実施例では、出射側プリズム２５から出射するレー
ザ光の強度を光パワメータ２６で検出してモニタしてい
るので、この式により受光素子２７の出力を補正して、
より正しい伝搬損失を求めることができる。これは、光
導波路２−の表面に受光素子２７の受光面２７ａを接触
させる接触圧や接触状態のわずかな変化を完全に補正で
きることを意味する。

（発明の効果） この発明は、以上説明したように、光導波路の伝搬損失
を測定するために光導波路途中から出射させた測定用光
を受光するための受光素子を移動可能に設け、受光素子
を光導波路の表面に接触させて伝搬損失を測定すること
を特徴とするので、伝搬光の光導波路への結合効率を一
定に保ちながら光導波路途中から出射させた測定用光を
受光素子により直接検出し、電気信号に変換して信号線
を介して測定器に送ることができることになり、従って
、従来のような光ファイバによる測定器への伝達に伴う
光強度の変化も回避して、高精度な測定を行なうことが
できる。また光導波路よりも高い屈折率を有する液体を
挟んで受光素子と光導波路を接触させることにより、伝
搬光を強制的に外部へ出射させるので低損失の光導波路
の伝搬損失であっても精度良く測定することができる。

また、光導波路を切断等する必要がなく、複雑なプリズ
ム移動機構や高度の測定テクニックを用いずとも短時間
で測定を行なうことができ、測定が容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の装置全体構成図、第２図
は同装置の部分説明図、第３図は試料１の測定結果を示
すグラフ、第４図は試料２の測定結果を示すグラフ、第
５図は試料３の測定結果を示すグラフ、第６図は試料４
の測定結果を示すグラフ、第７図から第９図は従来技術
に関し、第７図は導波路切断法の説明図、第８図はプリ
ズム移動法の説明図、第９図は散乱光検出法の説明図で
ある。 Ｓ；測定装置、Ｍ；高屈折率液体 ２；光導波路基板、２′：光導波路 ２１；レーザ光源 ２４： 入射側プリズム、 ２５； 出射側プリズム ２６； 光パワメータ、 ２７； 受光素子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光導波路の伝搬損失を測定するために該光導波路途中か
   ら出射させた測定用光を受光するための受光素子を移動
   可能に設け、該受光素子を前記光導波路の表面に前記光
   導波路よりも高い屈折率を有する液体を挟み接触させて
   伝搬損失を測定することを特徴とする光導波路の伝搬損
   失測定装置