JPH0820336B2 - 屈折率分布測定方法及びその測定装置 - Google Patents
屈折率分布測定方法及びその測定装置Info
- Publication number
- JPH0820336B2 JPH0820336B2 JP62159601A JP15960187A JPH0820336B2 JP H0820336 B2 JPH0820336 B2 JP H0820336B2 JP 62159601 A JP62159601 A JP 62159601A JP 15960187 A JP15960187 A JP 15960187A JP H0820336 B2 JPH0820336 B2 JP H0820336B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- refractive index
- prism
- medium
- light
- index distribution
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は屈折率分布の測定方法及びその測定装置に係
り、特に非破壊で簡便かつ高精度な測定方法に関する。
り、特に非破壊で簡便かつ高精度な測定方法に関する。
従来、屈折率分布の測定方法としては、干渉顕微鏡を
用いた方法が一般に広く知られている。しかし、本方法
では測定媒質を薄片化し、しかも光学研磨する必要があ
る。したがって、試料作製に多大な時間を必要とする。
しかも、破壊検査であるため、試料の再生ができない欠
点があった。その他、薄膜の光学定数測定方法として、
偏光解析法、反射分光法などが知られている。しかし、
いずれの方法も、屈折率分布の測定方法として適用でき
ない欠点があった。
用いた方法が一般に広く知られている。しかし、本方法
では測定媒質を薄片化し、しかも光学研磨する必要があ
る。したがって、試料作製に多大な時間を必要とする。
しかも、破壊検査であるため、試料の再生ができない欠
点があった。その他、薄膜の光学定数測定方法として、
偏光解析法、反射分光法などが知られている。しかし、
いずれの方法も、屈折率分布の測定方法として適用でき
ない欠点があった。
一方、近年半導体レーザに関する研究の進展に伴な
い、一枚の基板上に上記レーザ等の受発光素子や各種導
波路形光学素子を集積した光集積回路の研究が活発に行
なわれている。この光集積回路の最も基本的な構成要素
の一つとし光導波路がある。光導波路の実効屈折率の測
定方法としては、アプライドオプティクス,10,11（1971
年）第2395頁から第2413頁（Applied Optics Vol10、No
11（1971）PP2395−2413）等に論じられているようにプ
リズムカップラ法が一般に広く知られている。
い、一枚の基板上に上記レーザ等の受発光素子や各種導
波路形光学素子を集積した光集積回路の研究が活発に行
なわれている。この光集積回路の最も基本的な構成要素
の一つとし光導波路がある。光導波路の実効屈折率の測
定方法としては、アプライドオプティクス,10,11（1971
年）第2395頁から第2413頁（Applied Optics Vol10、No
11（1971）PP2395−2413）等に論じられているようにプ
リズムカップラ法が一般に広く知られている。
上記従来技術は、光導波路上に屈折率npのプリズムを
空気層をはさんで密着させる。そして、プリズム底面に
所定の角度θで光ビームを入射させ光導波路との位相整
合をとる事により導波光を励振し、第２のプリズムによ
り導波光を外部へ取り出す。この場合、出射光の角度が
光導波路の導波モードにより異なる原理を用いて、光導
波路の実効屈折率を算出する。しかし、本法において
も、光導波路の屈折率が連続的に変化している場合、適
用できない欠点があった。
空気層をはさんで密着させる。そして、プリズム底面に
所定の角度θで光ビームを入射させ光導波路との位相整
合をとる事により導波光を励振し、第２のプリズムによ
り導波光を外部へ取り出す。この場合、出射光の角度が
光導波路の導波モードにより異なる原理を用いて、光導
波路の実効屈折率を算出する。しかし、本法において
も、光導波路の屈折率が連続的に変化している場合、適
用できない欠点があった。
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、
非破壊で簡便に、しかも高精度な屈折率分布測定方法及
びその測定装置を提供することにある。
非破壊で簡便に、しかも高精度な屈折率分布測定方法及
びその測定装置を提供することにある。
上記目的は、屈折率が深さ方向に変化している媒質の
屈折率分布測定方法において、プリズムを媒質に密着
し、該プリズムにレーザ光を照射し、該レーザ光の入射
角を変化させ、該プリズム底面からの反射光強度を測定
し、反射光強度が最小になる該レーザ光の入射角度少な
くとも２点測定し、該レーザ光の入射角度より媒質の実
効屈折率を算出し、該実効屈折率の算出値より逆WKB法
により媒質の屈折率変化を求める。
屈折率分布測定方法において、プリズムを媒質に密着
し、該プリズムにレーザ光を照射し、該レーザ光の入射
角を変化させ、該プリズム底面からの反射光強度を測定
し、反射光強度が最小になる該レーザ光の入射角度少な
くとも２点測定し、該レーザ光の入射角度より媒質の実
効屈折率を算出し、該実効屈折率の算出値より逆WKB法
により媒質の屈折率変化を求める。
また屈折率が深さ方向に変化している媒質に密着させ
るプリズムと、該プリズムにレーザ光を照射させるため
の光源と、該プリズム底面からの反射光強度を測定する
ための受光素子と、該プリズム、媒質及び該受光素子の
保持・回転テーブルと、逆WKB法等を用いて屈折率が深
さ方向に連続的に変化した光導波路の屈折率分布を計算
する計算機制御モジュールとを備えた屈折率分布測定装
置により達成できる。
るプリズムと、該プリズムにレーザ光を照射させるため
の光源と、該プリズム底面からの反射光強度を測定する
ための受光素子と、該プリズム、媒質及び該受光素子の
保持・回転テーブルと、逆WKB法等を用いて屈折率が深
さ方向に連続的に変化した光導波路の屈折率分布を計算
する計算機制御モジュールとを備えた屈折率分布測定装
置により達成できる。
媒質の深さ方向の屈折率が連続的に変化している場
合、これを伝搬する光ビームは円弧の軌跡を描き、伝搬
モードにより異なった軌跡を描く。したがって、受光素
子と一体化したプリズムへの光ビーム入射角を変えるこ
とにより各伝搬モードを個別に励振し、プリズム底面か
らの反射光強度が最小になる入射角θｉを読みとり、伝
搬モードに対応した実効屈折率Ｎを（１）式で算出す
る。
合、これを伝搬する光ビームは円弧の軌跡を描き、伝搬
モードにより異なった軌跡を描く。したがって、受光素
子と一体化したプリズムへの光ビーム入射角を変えるこ
とにより各伝搬モードを個別に励振し、プリズム底面か
らの反射光強度が最小になる入射角θｉを読みとり、伝
搬モードに対応した実効屈折率Ｎを（１）式で算出す
る。
ここで、α：プリズム頂角、np:プリズムの屈折率で
ある。
ある。
次に、屈折率分布がｎ（ｙ）の二次元光導波路におけ
るTEモードの波動方程式は、マックスウェルの方程式か
ら、 と表わされる。
るTEモードの波動方程式は、マックスウェルの方程式か
ら、 と表わされる。
ここで、β:z方向の伝搬定数、μ0:真空中の透磁率、
ω：光の角周波数、h0:波数（波長/2π）である。
ω：光の角周波数、h0:波数（波長/2π）である。
上記した等価屈折率Ｎを用いると（３）式は、 となる。ｎ（ｙ）が既知のとき、（６）式を満たす等価
屈折率を求めることは個有値問題となる。ここで、WKB
の近似法によれば、以下の個有値方程式が得られる。
屈折率を求めることは個有値問題となる。ここで、WKB
の近似法によれば、以下の個有値方程式が得られる。
ここでytm:m次モードの転移点、n0:表面屈折率であ
る。
る。
次に、逆WKB法は、上述した各伝搬モードの実効屈折
率N1，N2……Nmから、それぞれの転移点yt1，yt2，……
ytmを求め、点列（Nt1，yt1），（Ntm,ytm）を得る方法
である。この点列を結べば屈折率分布を求めることがで
きる。
率N1，N2……Nmから、それぞれの転移点yt1，yt2，……
ytmを求め、点列（Nt1，yt1），（Ntm,ytm）を得る方法
である。この点列を結べば屈折率分布を求めることがで
きる。
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
第１図は、本発明の一実施例を示し、基板１にLiNbO3
結晶を用いた。基板１の深さ方向に屈折率が連続的に変
化している光導波路２は、金属Tiの熱拡散法により作成
した。作成条件は基板１上にTiを200Aスパッタリング法
により堆積させた後、1000℃、O2雰囲気中で４時間熱拡
散した。次に、光導波路２上に、プリズム３を空気層を
介して密着させる。ここで、プリズム３はTiO2（ルチ
ル）製を用い、頂角45度、プリズム屈折率np＝2.854を
用いた。プリズム３への光ビーム入射方法は、光源４に
波長0.633μｍのHe−Neレーザを用い、入射角の調整は
パルスモータ（図示せず）で駆動される回転テーブル５
で行った。第２図は、プリズム３の支持方法を示す。プ
リズム３は、ホルダ６に固定し、押しネジ７により基板
１との密着度の調整する。
結晶を用いた。基板１の深さ方向に屈折率が連続的に変
化している光導波路２は、金属Tiの熱拡散法により作成
した。作成条件は基板１上にTiを200Aスパッタリング法
により堆積させた後、1000℃、O2雰囲気中で４時間熱拡
散した。次に、光導波路２上に、プリズム３を空気層を
介して密着させる。ここで、プリズム３はTiO2（ルチ
ル）製を用い、頂角45度、プリズム屈折率np＝2.854を
用いた。プリズム３への光ビーム入射方法は、光源４に
波長0.633μｍのHe−Neレーザを用い、入射角の調整は
パルスモータ（図示せず）で駆動される回転テーブル５
で行った。第２図は、プリズム３の支持方法を示す。プ
リズム３は、ホルダ６に固定し、押しネジ７により基板
１との密着度の調整する。
第３図は、光ビームをプリズム３に種々の角度で光ビ
ームを入射させ、光導波路２を伝搬する光線及びプリズ
ム底面で反射する光線の軌跡を示す。ここで、前述した
ように、光導波路２を伝搬する光線は光ビームの入射角
度に対して離散的な値をとる。したがって、光ビームの
入射角度とプリズム３の底面で反射する光強度を、プリ
ズム３と保持具９により一体化した受光素子８で連続的
に測定する。第４図に測定データの一例を示す。横軸は
光ビームの入射角θであり、縦軸は受光素子による相対
輝度を示す。同図において、相対輝度が最小値を示す入
射角度が各伝搬モードの実効屈折率Ｎに対応し、（１）
式により値を算出する。次に、上述した伝搬モードに対
応した実効屈折率の測定データを用いて、（７）式によ
り、実効屈折率と転移点との点列を算出する。第５図に
屈折率分布の計算結果の一例を示す。屈折率分布をガウ
ス分布と仮定した理論曲線（実線）と計算値が良く対応
し本法の有効性を確認することができた。なお、繰返し
測定による再現性についても、３α＝0.001と良好であ
った。
ームを入射させ、光導波路２を伝搬する光線及びプリズ
ム底面で反射する光線の軌跡を示す。ここで、前述した
ように、光導波路２を伝搬する光線は光ビームの入射角
度に対して離散的な値をとる。したがって、光ビームの
入射角度とプリズム３の底面で反射する光強度を、プリ
ズム３と保持具９により一体化した受光素子８で連続的
に測定する。第４図に測定データの一例を示す。横軸は
光ビームの入射角θであり、縦軸は受光素子による相対
輝度を示す。同図において、相対輝度が最小値を示す入
射角度が各伝搬モードの実効屈折率Ｎに対応し、（１）
式により値を算出する。次に、上述した伝搬モードに対
応した実効屈折率の測定データを用いて、（７）式によ
り、実効屈折率と転移点との点列を算出する。第５図に
屈折率分布の計算結果の一例を示す。屈折率分布をガウ
ス分布と仮定した理論曲線（実線）と計算値が良く対応
し本法の有効性を確認することができた。なお、繰返し
測定による再現性についても、３α＝0.001と良好であ
った。
なお、上記した回転テーブル５の駆動制御、ならびに
実効屈折率Ｎ、屈折率分布の計算はマイクロコンピュー
タからなる計算機制御モジュール（図示せず）にて行う
ことができる。
実効屈折率Ｎ、屈折率分布の計算はマイクロコンピュー
タからなる計算機制御モジュール（図示せず）にて行う
ことができる。
以上、本発明によれば、従来測定ができなかった屈折
率分布の測定が、非破壊で簡便に、しかも高精度に測定
できる効果がある。
率分布の測定が、非破壊で簡便に、しかも高精度に測定
できる効果がある。
第１図は本発明に係る屈折率分布測定装置の一実施例を
示す斜視図、第２図はプリズム保持部を示す正面図、第
３図は本発明によるプリズムを介した媒質への光線軌跡
を示す正面図、第４図は本発明によるプリズム入射角と
受光素子による相対輝度の関係を示す特性の測定例を示
す図、第５図は本発明による屈折率分布特性の測定例を
示す図である。 １……基板、２……光導波路、３……プリズム、４……
光源、５……回転テーブル。
示す斜視図、第２図はプリズム保持部を示す正面図、第
３図は本発明によるプリズムを介した媒質への光線軌跡
を示す正面図、第４図は本発明によるプリズム入射角と
受光素子による相対輝度の関係を示す特性の測定例を示
す図、第５図は本発明による屈折率分布特性の測定例を
示す図である。 １……基板、２……光導波路、３……プリズム、４……
光源、５……回転テーブル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川本 和民 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭56−43529（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−12840（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】屈折率が深さ方向に変化している媒質の屈
折率分布測定方法において、プリズムを媒質に密着し、 該プリズムにレーザ光を照射し、 該レーザ光の入射角を変化させ、 該プリズム底面からの反射光強度を測定し、 反射光強度が最小になる該レーザ光の入射角度少なくと
も２点測定し、 該レーザ光の入射角度より媒質の実効屈折率を算出し、 該実効屈折率の算出値より逆WKB法により媒質の屈折率
変化を求めることを特徴とする屈折率分布の測定方法。 - 【請求項２】屈折率が深さ方向に変化している媒質に密
着させるプリズムと、 該プリズムにレーザ光を照射させるための光源と、 該プリズム底面からの反射光強度を測定するための受光
素子と、 該プリズム、媒質及び該受光素子の保持・回転テーブル
と、 逆WKB法等を用いて屈折率が深さ方向に連続的に変化し
た光導波路の屈折率分布を計算する計算機制御モジュー
ルと、 を備えたことを特徴とする屈折率分布測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62159601A JPH0820336B2 (ja) | 1987-06-29 | 1987-06-29 | 屈折率分布測定方法及びその測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62159601A JPH0820336B2 (ja) | 1987-06-29 | 1987-06-29 | 屈折率分布測定方法及びその測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS646735A JPS646735A (en) | 1989-01-11 |
| JPH0820336B2 true JPH0820336B2 (ja) | 1996-03-04 |
Family
ID=15697266
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62159601A Expired - Lifetime JPH0820336B2 (ja) | 1987-06-29 | 1987-06-29 | 屈折率分布測定方法及びその測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0820336B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02244106A (ja) * | 1989-03-17 | 1990-09-28 | Hitachi Ltd | 薄膜光学定数の測定方法及びそれを用いて作製した光集積回路もしくは半導体素子 |
| JP4657775B2 (ja) * | 2005-03-28 | 2011-03-23 | 独立行政法人理化学研究所 | フォトニック結晶導波路のフォトニックバンド構造の測定方法およびその装置 |
| CN103884490B (zh) * | 2014-03-05 | 2016-09-14 | 内蒙古科技大学 | 基于光杠杆的测量双棱镜折射率的方法和装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5643529A (en) * | 1979-09-18 | 1981-04-22 | Nec Corp | Measuring method of minute refractive index difference between optical waveguide line and its substrate |
| JPS6212840A (ja) * | 1985-07-10 | 1987-01-21 | Morioka Shoji Kk | 被検液の濃度測定方法および測定器 |
-
1987
- 1987-06-29 JP JP62159601A patent/JPH0820336B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS646735A (en) | 1989-01-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH02244106A (ja) | 薄膜光学定数の測定方法及びそれを用いて作製した光集積回路もしくは半導体素子 | |
| JP2802825B2 (ja) | 半導体ウエハの電気測定装置 | |
| Swalen et al. | Spectra of organic molecules in thin films | |
| JP3260619B2 (ja) | 光導波路プロ−ブおよび光システム | |
| JPH0348106A (ja) | 表面構造を検査する方法 | |
| JPH0820336B2 (ja) | 屈折率分布測定方法及びその測定装置 | |
| CA2135091C (en) | Method for producing a tapered waveguide | |
| US20050117165A1 (en) | Semiconductor etching process control | |
| JP2000097648A (ja) | 段差測定装置および段差測定方法 | |
| Zernike | Fabrication and measurement of passive components | |
| JP2724025B2 (ja) | 薄膜光学定数の測定方法 | |
| Hase et al. | New method for determining the nonlinear optical coefficients of thin films | |
| JP2906924B2 (ja) | ウエーハの表面粗さ測定方法 | |
| Cheng et al. | Losses in tantalum pentoxide waveguides | |
| RU2097747C1 (ru) | Способ исследования поверхности полупрозрачного образца методом пэв-микроскопии | |
| JP2851935B2 (ja) | コリニア型光偏向器及びその製造方法並びに光偏向装置及び光集積ヘッド及び光情報記録再生装置 | |
| US20250199283A1 (en) | Acousto-optic system | |
| JP2001284294A (ja) | 近接場光プローブを用いたレーザ光励起エッチング加工装置及び加工方法 | |
| JPS60202940A (ja) | 食刻深さ測定方法 | |
| JPH10170742A (ja) | 光導波路素子及びその製造方法 | |
| Petrov et al. | Phase measurements of surface electromagnetic waves on silver with excitation through the substrate | |
| SU1657946A1 (ru) | Способ контрол процесса ионной обработки | |
| JPH07261039A (ja) | 光ファイバ及びその加工方法、光ファイバプローブ及びその製造方法 | |
| JP2006258641A (ja) | 光学計測方法 | |
| JPH10229061A (ja) | 研磨量測定装置 |