WO2005015149A1 - 検出装置、光路長測定装置、測定用器具、光学部材評価方法、温度変化検出方法 - Google Patents

検出装置、光路長測定装置、測定用器具、光学部材評価方法、温度変化検出方法 Download PDF

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Kensuke Ogawa
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    • G01M11/331—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter being disposed at one fibre or waveguide end-face, and a light receiver at the other end-face by using interferometer

Definitions

  • Detection device optical path length measurement device, measuring instrument, optical member evaluation method, temperature change detection method
  • the present invention relates to a detection device, an optical member evaluation method, and a temperature change detection method that are suitable for performing evaluation of an optical element or an optical member, detection of a chemical reaction, a biological reaction, and heat generation due to heat exchange, and the like. Method etc.
  • optical members such as optical fibers and various devices, photonic crystals, and the like used in optical fiber communication, which have become widespread in recent years, are evaluated and inspected. To do so, the wavelength dispersion in the optical member is measured.
  • Non-Patent Document 2 As another method of evaluating chromatic dispersion, a method of measuring an interference waveform on a spectrum axis using a spectrum interferometer has been implemented (see Non-Patent Document 2).
  • the light emitted from the interferometer is spectrally resolved through a diffraction grating or spectrometer, interference fringes are measured as a function of wavelength or frequency, and chromatic dispersion is determined based on the wavelength (or frequency) dependence of the spectral phase.
  • thermocouple that directly detects a temperature change
  • a type that detects a change in refractive index due to a temperature change.
  • Non-Patent Document 3 a method using a thermal lens effect. In this method, monitor light is condensed and incident on a sample, and a change in the degree of condensing due to a change in temperature is detected as a change in intensity.
  • Non-Patent Document 1 Kazunori Naganuma, laser research, 23 Certificates, No. 11, 1995, Institute of lasers one Society, 55 - 66 pages
  • Non-Special Noon Document 2 A.P.Kovacs et al. Uroup-delay measurement on laser mirrors by spectrally resolved white-light interferometry "Optics Letters April 1995 Vol.
  • Patent Document 1 Japanese Patent No. 3278129
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-248276
  • a time axis interferometer In the chromatic dispersion evaluation device using the optical delay stage, it is necessary to drive an optical delay stage to measure interference fringes. When the variance is large, it is necessary to drive the delay stage in a wide time domain, and it takes a long time to sweep, so that high-speed measurement is difficult. In addition, it is necessary to obtain the phase by performing Fourier transform on the interference waveform on the time axis, and it takes time to analyze the data. The fact that high-speed measurement is difficult is the same for spectrum interferometers.
  • the chromatic dispersion measurement method that uses phase-modulated light and directly measures it with an electronic measuring instrument, and the method that uses a mode-locked light source, evaluate the chromatic dispersion of a long-distance optical fiber having a length of lkm or more. Is possible, but it is not suitable for measuring the chromatic dispersion of optical elements less than lcm in length with high accuracy.
  • the present invention has been made based on such technical problems, and it is possible to quickly evaluate optical characteristics such as chromatic dispersion and optical path length, an optical path length measuring apparatus, and an optical member evaluation.
  • the purpose is to provide methods and the like.
  • Another object of the present invention is to provide a detection device and a temperature change detection method that can evaluate a chemical reaction and a biological reaction and a thermal effect with high accuracy. Means for solving the problem
  • the present invention basically, in order to obtain chromatic dispersion from the wavelength (or frequency) dependency of the phase, direct measurement of the phase requires interference that generates a beat. Build a meter. In addition, to monitor the phase change at high speed, it is necessary to remove the phase fluctuation and improve the phase detection accuracy. Therefore, using a two-wavelength light source, a beat signal generated at one wavelength can be used as a reference signal for phase reference, and a beat signal generated at the other wavelength can be used as a measurement signal for phase measurement. In this case, after passing through the interferometer, the reference light and the measurement light are separated by a difference in wavelength, and the chromatic dispersion is obtained as a relative phase change of the probe light with respect to the reference light.
  • the detection device of the present invention made from such a viewpoint emits measurement light having a first wavelength and reference light having a second wavelength different from the first wavelength from a light source. Then, the measuring light and the reference light are branched into a first measuring light and a second measuring light, a first reference light and a second reference light by a frequency shifter driven by the AC electric signal source, The frequency of the first measurement light and the first reference light or the frequency of the second measurement light and the second reference light is shifted. Further, after irradiating the object to be measured with the first measurement light and the first reference light in the irradiation unit, the first measurement light and the first reference light are applied to the object to be measured in the superimposition unit.
  • the frequency shift amount is an integer multiple of zero of an AC electric signal from a frequency shifter and a driving AC electric signal source. Using primary light, its integer value is 1. The frequency shift amount is equal to the frequency of the beat generated in each of the measurement light and the reference light.
  • the phase of the beat of the measurement light includes a phase shift caused by irradiating the measured object.
  • the generated beam is also in the RF band.
  • a beat has a significantly lower frequency than the original measurement light and reference light, and can be detected using an electronic measuring instrument such as a lock-in amplifier.
  • the frequency of the AC electric signal is selected so as to increase the efficiency of generating the second light.
  • Acousto-optic crystal In the frequency shifter using it is usually in the range of about 10 to 200 MHz.
  • the distribution ratio control unit adjusts the power of the AC electric signal applied to the frequency shifter, and shifts the frequency with the frequency shifter, thereby distributing the first measurement light and the first reference light, and the second measurement light. Controlling the distribution ratio between the light and the second reference light is effective in preventing a decrease in the intensity of a beat signal due to light loss due to the device under test and avoiding an increase in noise.
  • the apparatus may further include a chromatic dispersion measuring unit that measures chromatic dispersion of the device under test based on the phase of the beat detected by the phase detecting unit.
  • a chromatic dispersion measuring unit may be integrated with the detecting device.
  • the chromatic dispersion measuring unit may be separate from the detecting device. In this way, by detecting the phase of the measurement light beam as a function of the frequency or wavelength of the measurement light by the phase detection unit, it is possible to obtain chromatic dispersion due to the measured object.
  • relative detection is performed based on the beat of the reference light generated by the superimposition of the first reference light and the second reference light, eliminating phase fluctuations due to external vibration and the like. can do.
  • a change in the temperature of the device under test can be detected based on a change in the phase of the beat detected by the phase detector.
  • the part for detecting a change in the temperature of the device under test based on the change in the phase of the beat may be integrated with the detection device.
  • this part is configured by a PC or the like, it is separate from the detection device. It can also be a body.
  • the light source emits the measurement light having the first wavelength and the reference light having the second wavelength different from the first wavelength
  • the light source emits light of two wavelengths from one light source.
  • a so-called two-wavelength light source can be used, and a light source that emits measurement light and a light source that emits reference light can be provided separately.
  • the phase detector includes a first photodetector that converts a change in the light intensity of the measurement light into a change in an electric signal, and a second photodetector that converts a change in the light intensity of the reference light into a change in the electric signal.
  • a configuration that includes a photodetector and a lock-in amplifier that detects the relative variation in the phase of the electric signal output from the first photodetector based on the electric signal output from the second photodetector. It can. Note that the absolute value of the amplitude of the electric signal output from the first photodetector can also be detected by the lock-in amplifier. From this absolute value, the transmission or reflection spectrum of the object can be measured.
  • the phase detection In the section it is necessary to split the measurement light and the reference light according to the wavelength. Therefore, the beat generated by the superposition of the first measurement light and the second measurement light and the beat generated by the superposition of the first reference light and the second reference light are referred to as the measurement light and the reference light. It is preferable to provide a wavelength selector for separating the light based on the difference in the wavelength of the light, before the phase detector.
  • a wavelength selector As such a wavelength selector, the following can be considered. First, it is possible to use a wavelength selection unit having a first filter that transmits light having a first wavelength and a second finoleta that transmits light having a second wavelength. Thereby, the measurement light of the first wavelength and the reference light of the second wavelength can be branched. Also, by using a wavelength selector having a filter that transmits light having the first wavelength and reflects light having the second wavelength, it is also possible to refer to the measurement light of the first wavelength and the second wavelength. Light can be split. Such a configuration can be realized by connecting the components with an optical fiber.
  • the wavelength selection unit is a free space system using an optical element, the first measurement light and the first reference light superimposed by the superimposition unit, the second measurement light and the second measurement light
  • a wavelength selector having a diffraction grating for diffracting the reference light at a predetermined angle according to the wavelength.
  • a first lens that superimposes the first measurement light and the second measurement light diffracted by the diffraction grating and a superimposed light of the first reference light and the second reference light into a parallel beam
  • a first optical element for extracting superimposed light of the first reference light and the second reference light having passed through the first lens
  • a first optical element provided in parallel with the first lens and having passed through the first lens.
  • a second lens for refracting the superimposed light of the first measurement light and the second measurement light, and a superimposed light of the first measurement light and the second measurement light refracted by the second lens By further providing a second diffraction grating that diffracts light at an angle, and a second optical element that extracts a superimposed light of the first measurement light and the second measurement light diffracted by the second diffraction grating, wavelength selection It is also possible to configure a part.
  • the wavelength selection unit having such a configuration, when the wavelength of the measurement light is made variable, even if the diffraction angle of the diffraction grating changes as the wavelength of the measurement light changes, the second diffraction The emission angle and the emission position from the grating can be kept constant, and the measuring light S can be easily extracted.
  • the phase detection unit converts the energy of the superimposed light of the first measurement light and the second measurement light into an electric signal and outputs the electric signal, and the first reference light and the second reference light.
  • a second photoelectric element that converts light energy into an electrical signal and outputs the electrical signal.
  • the phase is determined based on the electrical signal output from the first photoelectric element and the electrical signal output from the second photoelectric element.
  • a photodiode can be used as the first photoelectric element and the second photoelectric element. If the photodiode constituting at least the second photoelectric element is of an AC-compatible type, the DC component on the reference light side can be removed, and measurement can be performed with high accuracy as the reference light.
  • the device under test reflects only light in a specific wavelength range, and the wavelength of the first measurement light is within the wavelength range and the wavelength of the first reference light is set outside the wavelength range.
  • the measurement cannot be performed because the first reference light is not reflected by the object to be measured. Therefore, the irradiating section is provided with a reflector that reflects the first reference light at a stage before or after the object to be measured in a direction in which the object to be measured is irradiated with the first measurement light and the first reference light.
  • a reflection object includes the wavelength of the first reference light and reflects only light in a wavelength region different from that of the object to be measured.
  • the optical path length of an optical fiber propagation path in the device in order to perform accurate measurement.
  • measuring the physical length includes errors due to expansion and contraction of the optical fiber itself due to temperature changes, and fluctuations and errors related to the refractive index of the optical fiber. Therefore, it is not preferable to perform an accurate length measurement.
  • the optical path length of the device under test is determined based on the change in the phase of the beat generated by the superposition of the first measurement light and the second measurement light detected by the phase detection unit. Can also be measured. With such a detection device, it is possible to measure the optical path length of the light propagation path not only for the above application but also for various applications.
  • a two-wavelength light source is used, a beat signal generated at one wavelength is used as reference light for phase reference, a beat signal generated at the other wavelength is used as measurement light for phase measurement, and the measurement light for the reference light is used.
  • the configuration is such that the chromatic dispersion is determined by relatively capturing the phase change of the above, it is also possible to generate a beat with light having a single wavelength and capture the chromatic dispersion based on the beat.
  • light from a single-mode wavelength light source is separated into zero-order light and primary light through a frequency shifter. Zero-order light passes through the object to be measured, not primary light, Are superimposed to generate a beat, and the phase is measured as a function of wavelength with reference to the phase of the AC electric signal supplied to the frequency shifter to obtain chromatic dispersion.
  • the first light having the predetermined wavelength and the predetermined frequency and the first light are the second light whose frequency is shifted. And are supplied. Then, one of the first light and the second light is irradiated to the object to be measured in the irradiation unit.
  • One of the first light and the second light applied to the object to be measured by the irradiation unit and the other of the first light and the second light not applied to the object to be measured are overlapped by the superimposing unit. Superimpose.
  • a beat is generated by the superposition of the first light and the second light, so that a difference in optical frequency is generated between the first light and the second light, and an alternating current which is a beat generation source is generated.
  • the phase of the beat is detected by the phase detector based on the phase of the electric signal.
  • the light supply unit divides a part of the light oscillated from the light source into a light source that oscillates light at a single frequency, and inputs a part of the branched light to the acousto-optic crystal to thereby obtain the frequency.
  • Such a detection device may further include a chromatic dispersion measurement unit that measures the chromatic dispersion of the device under test based on the phase of the beat detected by the phase detection unit. Further, a change in the temperature of the device under test can be detected based on a change in the phase of the beat detected by the phase detection unit.
  • the refractive index of the object to be detected is determined by measuring the phase as a function of the wavelength or frequency of the first measurement light, and further, the temperature dependence of the refractive index is measured. It is also possible to evaluate the temperature change of the device under test.
  • the first detection performed by the phase detection unit is performed. It is possible to measure the optical path length of the device under test based on the change in the phase of the beat caused by the superposition of this light and the second light.
  • the detection device as described above can be used for evaluation and inspection of various optical members by using an object to be measured as an optical member.
  • the object to be measured is a chemical, a biological material, or a cell
  • the heat generated by a chemical reaction, a biological reaction, or a change in the structure of the living body, or the heat generated by irradiating the cell with electromagnetic waves is evaluated as a temperature change in the refractive index.
  • a glass cell containing a chemical agent or an aqueous solution containing cells is used for the object to be measured, and the heat generated by mixing the chemical agent and the temperature rise of the cell due to electromagnetic wave irradiation are measured.
  • a free optical system in which light is propagated by an optical element such as a mirror may be provided between the components, or an optical fiber may be used. It is also possible to adopt a system in which light is propagated by a bar.
  • an optical fiber it is preferable to use a polarization maintaining optical fiber.
  • the light source that emits the measurement light and the reference light, particularly the measurement light has a variable frequency or wavelength. As a result, an optimum frequency or wavelength can be set according to the device under test.
  • the detection device of the present invention includes a light source that emits measurement light having a first wavelength and reference light having a second wavelength different from the first wavelength, and a light source that emits light emitted from the light source.
  • a frequency shifter that divides the light into a second frequency light and a second frequency light, an irradiation unit that irradiates the device under test with the first frequency light that is branched by the frequency shifter, and a first frequency light that passes through the irradiation unit.
  • a photo power blur that superimposes light and light of a second frequency; a filter that splits light passing through the photo power blur into light of a first wavelength and light of a second wavelength; A first photodiode that outputs an electric signal corresponding to light of the second wavelength, a second photodiode that outputs an electric signal corresponding to light of the second wavelength branched by the filter, and a first photodiode.
  • the change in the electric signal output from the diode is Output from the diode And a lock-in amplifier that measures the measured electric signal as a reference.
  • the second photodiode is preferably an AC-compatible type capable of removing a DC component from the viewpoint of power accuracy and stability.
  • the oscilloscope may further include a result output unit that outputs a measurement result as viewing angle information based on the electric signal output from the lock-in amplifier.
  • the oscilloscope that can display the electric signal in the XY mode may be provided as the result output unit.
  • Power S can be provided.
  • the present invention provides a light source that emits a measurement light having a first wavelength and a reference light having a second wavelength different from the first wavelength, and converts the measurement light into a first measurement light and a second measurement light.
  • the reference light is split into the first reference light and the second reference light, and the frequency of the first measurement light and the first reference light or the frequency of the second measurement light and the second reference light is shifted.
  • the superimposition unit that superimposes the second measurement light and the second reference light, and the phase of the beat generated by superimposing the first measurement light and the second measurement light in the superimposition unit are compared with the first reference light in the superimposition unit.
  • a phase detection unit that detects a beat generated by superimposing the light and the second reference light on the basis of the light, and emits the light from the light source.
  • the present invention relates to a measuring device used in a measuring device that irradiates a measurement light having a predetermined wavelength and a reference light having a wavelength different from the measurement light to the measurement object and measures the optical characteristics of the measurement object. It can also be regarded as an instrument.
  • This measuring instrument can be used when the device under test reflects light in a wavelength region that includes the wavelength of the measurement light and does not include the wavelength of the reference light. It is installed before or after the DUT in the irradiation direction of the DUT, and reflects light in a wavelength range that includes the wavelength of the reference light and is different from the wavelength range reflected by the DUT. I do.
  • Such a measuring instrument can be constituted by an optical fiber grating connected to the downstream side of the object to be measured.
  • the present invention provides a first measurement light having a first frequency and a second measurement light different from the first frequency.
  • a first reference light having a frequency
  • a second measurement light having a frequency shifted by a predetermined amount from the first frequency
  • a second reference light having a frequency shifted by the same predetermined amount as the second frequency force.
  • the step of superimposing on the second reference light and the phase of the beat generated by the superimposition of the first measurement light and the second measurement light are generated by the superimposition of the first reference light and the second reference light.
  • An optical member evaluation method comprising: detecting a beat based on a beat; and measuring an optical characteristic of the optical member based on a phase of the detected beat.
  • the wavelength dispersion of the optical member can be measured. Further, when the wavelengths of the first measurement light and the second measurement light are swept, the optical path length of the DUT can be measured by detecting a change in the phase of the beat.
  • the absolute value of the frequency shift amount of the second measurement light and the second reference light with respect to the first measurement light and the first reference light is the difference between the first measurement light and the first reference light. It is better to make it smaller than the absolute value of the frequency difference.
  • the absolute value of the shift amount can be set to 30-200 MHz.
  • the present invention provides a step of irradiating the optical member with one of a first light having a predetermined wavelength and a predetermined frequency and a second light having a different frequency from the first light, Superimposing one of the first light and the second light and the other of the first light and the second light, and an alternating current corresponding to a frequency difference between the first light and the second light. Detecting a phase of a beat generated by superimposing the first light and the second light based on the electric signal; and measuring a chromatic dispersion of the device under test based on the detected phase of the beat. And an optical member evaluation method characterized by including the following.
  • the present invention provides a first light having a predetermined wavelength and a predetermined frequency, and a second light having a different frequency from the first light. Irradiating one of the light to the detection target, superimposing one of the first light and the second light irradiated on the detection target, and the other of the first light and the second light, By detecting the phase of the beat generated by the superposition of the first light and the second light, the temperature change of the detection target is detected. Issuing a temperature change.
  • the present invention provides a first measurement light having a first frequency, a first reference light having a second frequency different from the first frequency, and a predetermined amount from the first frequency. Generating a second measurement light having a shifted frequency, and a second reference light having a frequency shifted by the same predetermined amount as described above; a first measurement light and a first reference light; Irradiating the first measurement light and the first reference light irradiated on the optical member with the second measurement light and the second reference light.
  • the refractive index of the object to be detected is determined by measuring the phase as a function of the wavelength or frequency of the first measurement light, and further, by measuring the temperature dependence of the refractive index, It is better to evaluate the temperature change of the detection target.
  • a frequency band that can be measured by an electronic measuring instrument or the like is provided. Then, a beat was generated, and the wavelength dependence of the beat phase was measured. This makes it possible to measure chromatic dispersion, optical path length, and the like at high speed and reliably. Then, since the measurement result can be output as information indicating the wavelength dependence of the phase, it is possible to intuitively recognize the measurement result.
  • high-precision measurement can be performed by eliminating the phase fluctuation by using the light of the two wavelengths with a frequency shift and using a signal for the frequency shift as a reference.
  • a measurement light for measuring chromatic dispersion is applied to an acoustic wave to which a predetermined AC electric signal is applied.
  • the optical (A ⁇ ) crystal force is also passed through a frequency shifter 12, which is also composed.
  • the primary light (second light) B1 diffracted by the acousto-optic crystal is shifted by the frequency of the AC electric signal.
  • the transmitted zero-order light (first light) B0 remains at the original frequency.
  • the zero-order light B0 is transmitted through the wavelength-dispersed DUT (optical member, detection target) S. Then, the zero-order light B0 undergoes a phase change due to the chromatic dispersion of the device under test S (frequency does not change). Thereafter, when the zero-order light B0 and the primary light B1 are superimposed again, a beat occurs due to interference. In this way, by measuring the wavelength dependence of the beat phase of the superimposed light Z in which a beat is generated by superimposing the zero-order light B0 and the primary light B1, chromatic dispersion can be measured and evaluated.
  • the beat generated by the superimposed light Z obtained by superimposing these is: It can be detected by an electronic measuring instrument equal to the frequency of the AC electrical signal. As a result, the chromatic dispersion can be reliably measured.
  • the intensity of the primary light B1 is proportional to the power of the AC electric signal applied to the frequency shifter 12, and the intensity of the zero-order light B0 decreases accordingly. Therefore, by changing the power of the AC electric signal applied to the frequency shifter 12, the light intensity distributed to the zero-order light B0 and the primary light B1 can be controlled.
  • Optical fiber gratings ⁇ For existing devices such as arrayed waveguide diffraction gratings, the loss due to light entering the optical circuit, radiation loss associated with the propagation of the optical circuit, and loss when extracting light exiting from the optical circuit, etc.
  • the optical attenuation after passing through the device is about 35 dB, and at most about 10 dB.
  • the attenuation of light intensity may reach as much as 30 dB due to the above-described loss and the like.
  • the detection device 10A includes a light source (light supply unit) 11, a frequency shifter 12, an object to be measured set unit (irradiation unit) 13, an optical path difference control unit 14, a beam coupler (superimposition unit). ) 15, Photodetector 16, a lock-in amplifier (phase detection unit) 17, a control display unit (wavelength dispersion measurement unit, result output unit) 18, and a distribution ratio control unit 30.
  • the path through which light propagates among the light source 11, the frequency shifter 12, the DUT setting unit 13, the optical path difference control unit 14, the beam coupler 15, and the photodetector 16 is as follows.
  • All are composed of optical fiber F.
  • the optical fiber F a single-mode polarization maintaining fiber (PMF) is used. Unimodality is necessary to avoid degradation of chromatic dispersion measurement accuracy due to inter-mode dispersion.
  • Polarization preservation is necessary to evaluate the polarization dependence of the device under test S. In a normal single mode fiber, different polarizations may be mixed without maintaining a single polarization, which makes it difficult to select polarization.
  • the light source 11 is a tunable laser light source that oscillates in a single mode (single wavelength).
  • the spectrum width of the oscillation line in the light source 11 is 1 GHz or less in frequency, and the wavelength variable range is 1500 1600 nm.
  • the peak wavelength of the oscillation line in the light source 11 is denoted by ⁇ .
  • the measurement light emitted from the light source 11 is introduced into the frequency shifter 12 through the optical fiber F.
  • the frequency shifter 12 is composed of an acousto-optic crystal.
  • the frequency shifter 12 emits the primary light B1 shifted by a frequency equal to the frequency of the AC electric signal input to the acousto-optic crystal, for example, 80 °.
  • the zero-order light 0 that does not shift and the frequency-shifted primary light B1 are emitted from the frequency shifter 12. Further, the frequency shifter 12 outputs an electric signal whose phase is stable at the same frequency as that of the AC electric signal input to the acousto-optic crystal to the lock-in amplifier 17 as a monitor signal for the phase reference.
  • the zero-order light # 0 emitted from the frequency shifter 12 enters the DUT setting unit 13 via the optical fiber F, and the primary light B1 enters the optical path difference control unit 14 via the optical fiber F. Thereafter, the zero-order light 0 and the first-order light B1 emitted from the DUT setting unit 13 and the optical path difference control unit 14 are combined in the beam coupler 15.
  • An optical fiber power blur can be used as the beam coupler 15.
  • the zero-order light 0 undergoes a phase change due to chromatic dispersion of the DUT S through the DUT S set in the DUT setting section 13.
  • the primary light B1 has not received the phase change of the device under test S.
  • the frequency applied to the acousto-optic crystal of the frequency shifter 12 be a frequency sufficiently lower than the measurement light.
  • the frequency applied to the acousto-optic crystal should be a frequency band that is significantly lower than the frequency of the measurement light, for example, the RF band or a band lower than the RF band.
  • the beat signal generated by combining the zero-order light B0 and the primary light B1 has a significantly lower frequency than the measurement light.
  • the zero-order light B0 and the primary light B1 can be considered to have substantially the same wavelength.
  • the distribution ratio of the zero-order light B0 and the primary light B1 emitted from the frequency shifter 12 is controlled by the distribution ratio control unit 30.
  • the distribution ratio control unit 30 controls the acousto-optic crystal of the frequency shifter 12 so that the intensity of the beat generated by the interference between the zero-order light B0 that has undergone a phase change due to the chromatic dispersion of the device under test S and the primary light B1 is maximized. It adjusts the power of the AC electrical signal that is input to. If the device under test S is limited to a specific device, the distribution ratio control unit 30 may fix the power of the AC electric signal to a preset value without making the power variable. In such a case, the distribution ratio control unit 30 can be omitted.
  • the optical path difference controller 14 is introduced to maximize the intensity of the beat signal due to the interference between the zero-order light B0 and the primary light B1. This is because the phase of the laser beam fluctuates due to the temporal coherence constraint, which is not always constant. To minimize the decrease in the intensity of the beat signal due to the fluctuation, the optical path difference may be adjusted so that the propagation distances of the zero-order light B0 and the primary light B1 become equal. If the above propagation distances can be made equal by adjusting the length of each optical fiber F and the intensity of the beat signal can be maximized, the optical path difference control unit 14 can be omitted.
  • the superimposed light Z of the zero-order light B0 and the primary light B1 emitted from the DUT setting unit 13 and the optical path difference control unit 14 and combined by the beam coupler 15 passes through one optical fiber F.
  • the light propagates and enters the photodetector 16.
  • the photodetector 16 outputs an electric signal according to the intensity of the incident light.
  • the incident light that is, the superimposed light Z of the zero-order light B0 and the primary light B1 has a beat
  • the electric signal output from the photodetector 16 also has a beat corresponding thereto. Have.
  • the frequency shifter 12 to the beam coupler 15 constitute an interferometer using an optical fiber connection.
  • This interferometer is equivalent to a Matsuhart's Ender interferometer, and the frequency shifter 112 functions as a kind of beam splitter.
  • the lock-in amplifier 17 is used as a measuring device for detecting a phase. It is necessary to select a response band of the lock-in amplifier 17 that exceeds the frequency of the beat signal.
  • the electric signal from the photodetector 16 is used as a measurement signal for measurement (hereinafter referred to as a measurement signal), and the AC electric signal for monitoring from the frequency shifter 12 is used as a phase reference.
  • Each is input to the lock-in amplifier 17 as a reference signal (hereinafter, referred to as a phase reference signal).
  • the lock-in amplifier 17 can detect the relative phase of the measurement signal with respect to the phase reference signal.
  • the relative phase of the measurement signal corresponds to a phase change of the zero-order light B0 due to transmission through the device under test S. Therefore, by measuring the relative phase as a function of the wavelength of the light source 11, the chromatic dispersion of the device under test S can be obtained. Further, by measuring the absolute value of the intensity of the measurement signal, the transmission or reflection spectrum of the object S can be obtained.
  • a control and display unit 18 is provided as a chromatic dispersion measuring unit.
  • the control / display unit 18 displays information on which the wavelength dependency of the relative phase, that is, the wavelength dispersion, can be intuitively visually recognized.
  • the configuration of the control / display unit 18 is, for example, a configuration in which an analog-to-digital converter that enables data input to a computer, an interface that controls devices, and a display are connected.
  • Control ⁇ The display unit 18 and the light source 11 are connected by a device control line L.
  • the device control line L is, for example, an interface conforming to the IEEE488 standard and its cable.
  • Control • The display unit 18 sets the variable range of the wavelength of the light source 11 'sweep speed, and simultaneously monitors the wavelength and light intensity of the light emitted from the light source 11.
  • the control 'display section 18 also controls other measuring instruments such as the lock-in amplifier 17 at the same time. Then, the input signal range at the lock-in amplifier 17 can be monitored.
  • the relative phase detected by the lock-in amplifier 17 is output as a voltage, and the reference signal is used as a base.
  • the control / display unit 18 may be provided in the housing 19, or may be configured as a separate unit such as a PC as shown in FIG. In this case, the chromatic dispersion waveform is displayed on the display 18a of the PC as the control / display unit 18.
  • the chromatic dispersion of the device under test S can be measured.
  • the measurement results are displayed on the control display 18 as a graph showing the wavelength (frequency) dependence of the phase, plotting the wavelength (frequency) on the horizontal axis and the phase on the vertical axis as shown in FIG. be able to.
  • a coefficient of each power that is, a chromatic dispersion term of each order is obtained.
  • FIG. 3 shows the change reflecting the second-order chromatic dispersion.
  • the zero-order light BO that has undergone the wavelength dispersion of the device under test S and the primary light B1 whose frequency has been shifted are superimposed on each other. And the wavelength (frequency) dependence of the beat phase is measured.
  • the measurement result can be output as information indicating the wavelength dependence of the phase, the measurement result can be intuitively recognized. Further, according to such a method, it is possible to provide a highly versatile device that does not ask the type and size of the DUT S.
  • Such a detection device 10A can be used for evaluation and inspection of various optical elements and optical members such as optical fibers and various devices used for optical fiber communication, and photonic crystals.
  • the DUT setting section 13 In order to facilitate this, a module independent of the housing 19 can be provided.
  • the optical devices such as the optical device Sa, the optical fiber Sb, and the optical fiber grating Sc in the reflective arrangement, etc., become the object to be measured S
  • the DUT S can also be directly connected to an optical fiber connector (not shown) provided on the surface of the housing 19.
  • the circulator 60 is used to take in light from the incident side and send out light to the emission side. Further, as shown in FIG.
  • the input side and the output side of the device under test set section 13 are set.
  • the ends Fa and Fb of the optical fiber F are spherical.
  • the optical fibers F on the input side and the output side are held by fiber holding portions 20A and 20B, and the held optical fibers F are linearly moved in three axial directions orthogonal to each other by the fiber holding portions 20A and 20B. And a drive mechanism that enables rotation about the axis.
  • 61 is used.
  • a plurality of DUTs S are connected to the optical switch 61, the switching of the optical switch 61 is controlled from the control 'display unit 18 side, and the plurality of DUTs S to be irradiated with the measurement light and the reference light are sequentially switched.
  • the measurement of each device under test S can be performed. In this way, it is possible to automatically and continuously measure a plurality of DUTs S.
  • a device under test S having a plurality of paths p can be performed.
  • an AWG Arrayed Waveguide Grating
  • the AWG can perform demultiplexing to multiple wavelengths and multiplexing from multiple wavelengths (row f; J3 ⁇ 4, 16-ch Arrayed Waveguide urating Module with 100-uHz Spacing
  • a plurality of branched optical fibers 62 are used.
  • the branch fiber 62a of the optical fiber 62 By connecting the branch fiber 62a of the optical fiber 62 to each path p, it is possible to simultaneously irradiate a plurality of paths p with light and perform measurement.
  • the characteristics such as the optical path length are preferably known, and calibration based on the characteristics is preferably performed as necessary.
  • high-precision measurement without performing calibration can be performed.
  • the AWG is also used for controlling the waveform of an ultrashort optical pulse that can only be split and multiplexed
  • such a detection device 10A can also be used as a device for detecting heat generated by the reaction and heat exchange in order to detect a chemical reaction, a biological reaction, and heat exchange.
  • the detection device 10A detects a change in the refractive index of the medium caused by the heat generated during the reaction or the temperature rise due to the thermal effect accompanying the electromagnetic wave irradiation.
  • an object S to be evaluated such as a chemical to be detected or a cancer cell, is placed in a cell 21 such as a glass cell, for example, and set in the object setting section 13.
  • the optical fibers F on the entrance side and the exit side with respect to the DUT set section 13 are provided so that the zero-order light B0 becomes a parallel beam in the cell 21.
  • the detection device 10A evaluates (detects) this.
  • the object S is a cancer cell or the like.
  • the DUT setting unit 13 includes a heating unit 22 that irradiates the cell 21 with electromagnetic waves or the like to heat the DUT S. By irradiating the heating unit 22 with an electromagnetic wave or the like, the temperature of the test object S rises, and the refractive index changes.
  • the detector 10A detects and evaluates the change in the refractive index as a phase change of the propagating light (zero-order light B0).
  • such a detection device 10A can also perform optical path length measurement in an optical fiber or the like.
  • the same measurement as described above is performed on the optical fiber as the device under test S, and the measurement is performed using the optical path length of the optical fiber instead of the chromatic dispersion.
  • the DUT S is set in the DUT setting section 13, and the phase is measured by sweeping the wavelength in a predetermined region.
  • the optical path length L can be obtained from the following equation from the amount of phase change ( ⁇ ) in the wavelength range of the sweep range.
  • L is the optical path length
  • c is the light speed
  • V and V are max mm of the frequency corresponding to the measurement wavelength range.
  • the optical path difference control unit 14 for adjusting the optical path length of the path of the zero-order light BO and the path of the primary light B1 specifically has the following configuration. Can be adopted.
  • the optical path difference control unit 14 is configured by changing the optical path length by appropriately replacing and removing the batch cord type optical fiber with both ends connected by connectors. Power S can.
  • a stage 91 is provided on a base 90 so as to be movable in one direction, and a retro-reflector 92 having a substantially V-shaped cross section is provided on the stage 91.
  • the retroreflector 92 is fixed to the optical fiber F1 for irradiating the primary light B1, the optical fiber F2 for receiving the light reflected by the retroreflector 92 and sending it to the beam coupler 15, and the force base 90. It has become.
  • the stage 91 can be moved to adjust the distance between the retroreflector 92 and the outgoing and incoming ends of the optical fibers Fl and F2.
  • the optical path length of the path of the zero-order light B0 and the optical path length of the path of the primary light B1 can be matched.
  • the control and display unit 18 monitors the phase change as a function of the wavelength of the measurement light, and controls the optical path difference control unit 14 to minimize the amount of phase change. Use to adjust the optical path length of the path on the primary light B1 side. In this way, the phase change that depends linearly on frequency can be removed, and only the term that depends nonlinearly on the frequency that is the source of chromatic dispersion can be extracted.
  • the detection device 10A By designing the detection device 10A so that the chromatic dispersion of all components including the optical fiber in the detection device 10A except for the device under test S is suppressed to 1Z10 or less of the device under test S, Only the chromatic dispersion of the object S can be measured with high accuracy.
  • the monitoring AC electric signal from the frequency shifter 12 is used as the phase reference signal to detect the relative phase of the measurement signal.
  • the measurement light (E) and the reference light (E prob ref) are used as the phase reference signal to detect the relative phase of the measurement signal.
  • the detection device 10A shown in the first embodiment and the detection device 10B in the second embodiment described below have a common basic device configuration. The same reference numerals are given and the description is omitted.
  • the light source 31 of the detection device 10B shown in Fig. 10 can generate light of two wavelengths ⁇ and ⁇ .
  • light source 31 emits light of wavelength (first wavelength);
  • a coupling unit 34 for coupling the lights of wavelengths ⁇ and ⁇ emitted from the first light source 32 and the second light source 33;
  • the connector 35 is provided. When used in a free space system, connect the optical fiber F and the beam collimator 70 to this.
  • Each of the first light source 32 and the second light source 33 is a single mode oscillation wavelength tunable laser used as the light source 11 in the detection device 10A of the first embodiment. It has the same performance as the one light source.
  • the first light source 32 and the second light source 33 are set so that the wavelength and the wavelength sweep condition and the light intensity can be externally controlled, and the oscillation wavelength, the wavelength sweep condition and the output light power can be monitored from the outside. I have. In the following description,
  • the light of 0 is the reference light, and the light of wavelength; I is the measurement light for chromatic dispersion detection.
  • variable range of the wavelength and the oscillation line width are the same as those in the first embodiment.
  • the reference light and the measurement light emitted from the light source 31 are introduced into the frequency shifter 12 through the optical fin F. From the frequency shifter 12, the reference light of wavelength ⁇ , the wavelength
  • the primary light B1 which is shifted to the second frequency by the frequency shift to 0, is emitted.
  • the light emitted from the frequency shifter 12 corresponds to the reference light having the wavelength ⁇ and the measurement light having the wavelength ⁇ .
  • the distribution ratio of the zero-order light 0 and the primary light B1 can be controlled by the distribution ratio control unit 30 as in the first embodiment.
  • the frequency shift amount of the primary light B1 is the same for both wavelengths ⁇ and ⁇ .
  • the frequency is, for example, 80 MHz.
  • the frequency shifter 12 does not output an AC electric signal for monitoring.
  • the first measurement light, the wavelength as the first reference light, and the zero-order light BO of ⁇ pass through the optical fiber F.
  • the light enters the DUT setting section 13 as measurement light.
  • the second measuring light, the wavelength as the second reference light, and the primary light B1 of ⁇ are transmitted through the optical fiber F, and the optical path difference is used as the reference light.
  • the light enters the control unit 14.
  • the zero-order light ⁇ 0 and the primary light B1 emitted from the DUT setting unit 13 and the optical path difference control unit 14 are combined by a beam coupler 15, and the superimposed light of wavelengths ⁇ and ⁇ ⁇
  • Wavelength; superimposed light of I and ⁇ Beat frequencies of ⁇ and ⁇ are
  • the force phase which is the frequency (80 MHz) due to the frequency shift amount in (12), reflects the wavelength dispersion of the device under test S, and differs according to each wavelength.
  • a wavelength selector 36 is provided at the subsequent stage of the beam coupler 15.
  • the wavelength selector 36 separates the superimposed lights ⁇ and ⁇ of the wavelengths I and ⁇ according to the wavelength.
  • Figure 13 shows
  • FIG. 3 shows an example of the configuration of the wavelength selector 36.
  • the wavelength selector 36 branches the optical fiber F, which has propagated the superimposed light ⁇ , ⁇ of the wavelength; I, ⁇ , into two systems at the optical fiber branching unit 37,
  • variable wavelength filter (first filter) 38A is provided in the system LO and a variable wavelength filter (second filter) 38B is provided in the system L1.
  • the tunable filter 38A of one system L0 extracts the superimposed light ⁇ of the wavelength ⁇ as the reference light, and extracts the tunable filter of the other system L1.
  • the filter 38 ⁇ the superimposed light ⁇ of the wavelength ⁇ as the measurement light is extracted.
  • the wavelength selection unit 36 the wavelength; the superimposed light of I;
  • the wavelength ⁇ of the measurement light is, for example, 1502-1600 ⁇ .
  • wavelength tunable filter 38B must transmit a wide band of light that sweeps I;
  • wavelength tunable filter 38B must transmit a wide band of light that sweeps I;
  • the reflected light from the wavelength tunable filter (filter) 38C contains components other than the reference light.
  • the reflection band can extend over a wide band of about 100 nm near the wavelength of the reference light. Therefore, as shown in FIG. 14, the reflected light of the wavelength tunable filter 38C is used as the measurement light without using the optical fiber branching section 37 and the wavelength tunable filters 38A and 38B. The ability to realize equivalent functions can be achieved.
  • the photodetector is connected to the system L0 after the wavelength selector 36 (including 36 ′).
  • First photoelectric element, first photodiode 16A, and a photodetector (second photoelectric element, second photodiode) 16B is provided in the system L1.
  • the superimposed lights Z, Z separated for each wavelength by the wavelength selector 36 pass through the optical fiber F and pass through the photodetectors 16A and 16B.
  • the photodetectors 16A and 16B output an electric signal corresponding to the intensity of the incident light.
  • the photodetector 16A outputs an electric signal corresponding to the beat of the wavelength; I, the superimposed light Z.
  • This electric signal is input to the lock-in amplifier 17 as a phase reference electric signal. Further, the photodetector 16B outputs an electric signal corresponding to the beat of the superimposed light Z of the wavelength; I, and outputs this electric signal.
  • the air signal is input to the lock-in amplifier 17 as a measurement signal.
  • the lock-in amplifier 17 uses the electric signal from the photodetector 16A as the phase reference electric signal and the electric signal from the photodetector 16B as the measurement signal to determine the relative value of the measurement signal to the phase reference signal. Detect the phase. This makes it possible to obtain the relative phase of the measurement signal, that is, the phase change of the zero-order light B0 due to transmission through the device under test S, and measures the chromatic dispersion of the device under test S for control. It can be displayed on the display unit 18. In this manner, in the detection apparatus 10B, the wavelength of the reference light is fixed, and the phase of the beat of the measurement light whose wavelength is swept is measured with reference to the beat phase at that wavelength. Can be known.
  • the detection device 10A shown in the first embodiment has a configuration in which an AC electric signal in the frequency shifter 12 is extracted as a phase reference signal.
  • a phase reference method it is not possible to remove the phase fluctuation caused by vibrations and the like in the detection device 10A, and the phase fluctuation of the generated beat is affected. That is, depending on the required measurement accuracy, the phase may not be measured stably, which may affect the measurement accuracy in the error force detection device 10A due to the phase fluctuation.
  • the detection device 10B of the present embodiment uses different wavelengths ⁇ light as the reference light and the measurement light, respectively.
  • the reference light and the measurement light pass through the same path, they receive a common phase fluctuation. Therefore, by canceling the phase fluctuation, most of the error due to the phase fluctuation can be eliminated.
  • the remaining phase fluctuation is caused by the difference between the wavelengths. For example, if the wavelength of the reference light is 1500 nm, which is the lower limit of the sweep range, and the wavelength of the measurement light is 1600 nm, which is the upper limit, the wavelength difference between the two is 100 nm. This is 6.7% of the wavelength of the reference light. Therefore, as compared with the detection device 10A of the first embodiment, the detection device 10B can significantly reduce the error due to the phase fluctuation and perform more accurate and much more stable measurement. It is.
  • the wavelength ⁇ of the reference light is set at a predetermined interval from the wavelength region R.
  • the wavelength region ⁇ ⁇ that reflects light from the DUT S is a wide band that encompasses the wavelength region R that sweeps the measurement light and the wavelength ⁇ of the reference light.
  • the reference light does not reflect off the measured object s.
  • the circulator 60 can obtain only the measurement light reflected by the device under test S, and thus cannot detect the phase itself.
  • An example of such a narrow band D under test S is FBG (Fiber Bragg Grating).
  • the FBG has a configuration in which a diffraction grating is provided on the optical fiber propagation path (for example, “Fiber Bragg Gratings for Optical Fiber Communications” MN Zervas, John Wiley & Sons December 2003 ISBN: 0471815004, or , " ⁇ ADM in Metro Access” Masayoshi Kagawa, Hiroyuki Tsukada, Masafumi Yoneda, Furukawa Electric Journal, January 2003, No. 111, pp.56-61).
  • a configuration as shown in Fig. 16 is effective for measuring a narrow-band DUT S. That is, the DUT S
  • a reflector (reflector) 80 that reflects the wavelength of the reference light is arranged on the subsequent stage.
  • the measurement light is reflected by the object S, 100% of the light is not completely reflected, but a part of the light passes through the object S and reaches the reflector 80. You. When the measurement light that reaches the reflector 80 is reflected, it affects the measurement light reflected by the DUT S, which may cause a decrease in measurement accuracy. It is preferable to have a characteristic that does not reflect the light in the region R. In the case of an FBG, for example, if the FBG has a reflection peak at a wavelength of 1550 nm, the wavelength region R for sweeping the measurement light is 1545 1555 nm, and the wavelength of the reference light; I is, for example, a wavelength of 1530 nm and the like.
  • the wavelength difference is as small as 15 nm. In this way, it has the characteristic that it reflects the reference light and does not reflect the light in the wavelength region R that sweeps the measurement light at a very small wavelength difference.
  • the reflector 80 a reflector having a narrow band reflection characteristic itself is preferable. For example, an FBG is preferable.
  • the FBG of the device under test S and the FBG serving as the reflector 80 are connected by an optical fiber 81 having a standard (known) dispersion.
  • the measurement light is reflected by the FBG, which is the measurement object S, and returns to the circulator 60, whereas the reference light passes through the FBG, which is the measurement object S, and is reflected by the FBG that becomes the reflector 80. Return to the circulator 60.
  • FIG. 17 shows an example of a specific configuration of the detection device 10 B as described above.
  • an A ⁇ frequency shifter Acoustic-Optic: A ⁇
  • a ⁇ acousto-optic crystal
  • AOFS Acoust Optic Frequency Shifter
  • a distribution ratio control unit 30 for adjusting an AC electric signal applied to the frequency shifter 12 composed of A ⁇ frequency shifter is provided, and the zero-order light B0 after the DUT S is added by the distribution ratio control unit 30.
  • the intensity of the beat generated between the primary light and the primary light B1 was optimized so that the noise in the measurement results was minimized.
  • the wavelength selector 36 has a function of adding a new wavelength into the medium in which a plurality of wavelengths are propagating (optical ADD) and a function of extracting only one wavelength from the medium (optical DROP).
  • the adopted Add / Drop filter was adopted.
  • the light detection for detecting the reference light having the wavelength ⁇ and the measurement light having the wavelength ⁇ and converting the same into an electric signal is performed.
  • Photodiodes are used as devices 16A and 16B.
  • an AC (alternating current) -compatible photodiode as a photo diode constituting the reference light side photodetector 16B used as a reference in the lock-in amplifier 17.
  • the zero-order light B0 that has passed through the DUT setting section 13 is shown by [Equation 2] below, and the primary light B1 that has not passed through the DUT setting section 13 is shown by [Equation 3]. it can.
  • E is the electric field of the measurement light or reference light
  • X is the measurement light (prob) or reference light (ref)
  • e is the base of natural logarithm
  • i is the imaginary unit
  • ⁇ is the angle of the measurement light or reference light Frequency
  • t is time
  • ⁇ is the phase difference (this term includes chromatic dispersion) caused by the device under test S.
  • the power ⁇ of the superimposed light ⁇ ⁇ superimposed in the beam coupler 15 is represented by ⁇ in [Equation 2] and ⁇ ⁇ ⁇ in [Equation 3].
  • the term 1 I 2 is a so-called DC component that is not related to interference because it is determined by the paths of the zero-order light B0 and the primary light B1.
  • the use of an AC (alternating current) -compatible photodiode as the photodetector 16B makes it possible to output an electric signal from which the DC component has been cut.
  • the lock-in amplifier 17 can detect the phase based on a highly accurate signal by using the electric signal from which the DC component has been cut as a reference.
  • First light source 32 NewFocus Model 6528
  • Second light source 33 NewFocus Model 6428
  • frequency shifter 12 Brimrose AMF-100-10_1525
  • photodetector 16A NewFocus Model 1811-FC (photodiode compatible with DC )
  • Photodetector 16B NewFocus Model 1811-AC-FC (photodiode compatible with AC)
  • lock-in amplifier 17 Stanford Research Systems SR844, (operating conditions: 0.3ms or less, X_Y or R-theta mode )
  • Control 'display 18 Oscilloscope Iwatsu model TS_8500.
  • the DUT S was an FBG which has a reflection peak at a wavelength of 1550 nm and is used as an optical filter for an IOGbps wavelength division multiplexing transmission system in the c-band band.
  • the wavelength region R for sweeping the measurement light was set to 1545-1555 nm with respect to such an object S, and the wavelength region R having a width of 10 ⁇ m was swept in 1 second.
  • the reference light had a wavelength of 1530 nm.
  • the output signal from the lock-in amplifier 17 is used as an oscilloscope and PC as the control While displaying visual information on an oscilloscope, the PC received an output signal of 60,000 points (times) per second and output it as a relationship between frequency, phase and reflection intensity.
  • the output result power is shown in FIG.
  • a reflection intensity peak having a spectrum width of about 20 to 30 GHz clearly appears on the line U indicating the relationship between the frequency and the reflection intensity (the L1 portion in FIG. 18). Fluctuations called sidelobes also clearly appear beside the peaks (L2 in Fig. 18).
  • Both the line L indicating the relationship between frequency and reflection intensity and the line P indicating the relationship between frequency and phase show fluctuations at a pitch of about 1 GHz, which indicates that measurement can be performed with a resolution of about 1 GHz. It is clear.
  • the wavelength range R with a width of 10 nm is swept in 1 second, which enables very high-speed and high-resolution measurement.
  • the position and size of the wavelength region to be swept are not subject to any restrictions, and even in the wider wavelength region R, measurement can be performed with high speed and high accuracy.
  • the detection devices 10A and 10B described in the first and second embodiments are configured to propagate light using the optical fiber F
  • the detection device 10C according to the present embodiment includes a mirror, a prism, or the like.
  • a free-space beam system was constructed using
  • the same components as those of the detection devices 10A and 10B shown in the first or second embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the above-described various modifications and application examples can be similarly applied. In this case, as shown in FIG. 19, in the detector 10C, the same configuration as the light source 31 (see FIG.
  • the light source 41 can be used as the light source 41, but the free space beam
  • a beam collimator is provided at the tip of an optical fiber F serving as an output fiber so that the emitted light becomes a parallel beam. From the light source 41, the wavelength as the reference light; I
  • the measuring light reaches the frequency shifter 12 through free space. Then, from the frequency shifter 12, the reference light of wavelength ⁇ and the measurement light of wavelength;
  • the light and the frequency-shifted primary light B1 are emitted. At this time, the wavelength ⁇
  • the distribution ratio of the secondary light B0 and the primary light B1 can be controlled by the distribution ratio control unit 30 as in the first embodiment.
  • the frequency shift amount of the primary light B1 is
  • the frequency is, for example, 80 MHz. Note that, also in the present embodiment, the frequency shifter 12 does not output an AC electric signal for monitoring.
  • the zero-order light BO of wavelengths ⁇ and ⁇ passes through free space, passes through the incident optical system 42, and is used as measurement light.
  • the zero-order light B0 that has passed through the DUT setting section 13 reaches a cube-shaped beam coupler 45 via an emission optical system 43 and a mirror 44.
  • the primary light Bl of wavelengths ⁇ and ⁇ is emitted from the frequency shifter 12 at a different angle from the zero-order light BO.
  • the beam reaches a beam coupler 45 via mirrors 46 and 47 and retro-reflector type movable mirrors 48 and 49 functioning as an optical path difference control unit.
  • Each beat frequency is a frequency (80 ° ⁇ ) based on the amount of frequency shift in the frequency shifter 12, but the phase reflects the chromatic dispersion of the DUT S and depends on each wavelength. It is different.
  • a wavelength selector 50 is provided at the subsequent stage of the beam coupler 45.
  • the wavelength selector 50 separates the superimposed lights ⁇ and ⁇ of the wavelengths ⁇ and ⁇ according to the wavelength.
  • Figure 20 shows
  • the wavelength selector 50 has a configuration in which a pair of lenses 53 and 54 are arranged between a pair of diffraction gratings 51 and 52.
  • the lenses 53 and 54 are spherical lenses, and if the focal length of the lenses 53 and 54 is f, the distance between the lenses 53 and 54 is 2f, the distance between the lens 53 and the diffraction grating 51, and the distance between the lens 53 and the diffraction grating 52. The distance is f.
  • ⁇ ⁇ are diffracted at an angle corresponding to the wavelength, and travel toward the lens (first lens) 53.
  • the incident position on the lens 53 differs depending on the wavelength of the tatami lights Z, Z. And times
  • a mirror (first optical element) 56 for taking out the superimposed light ⁇ having the wavelength I fixed as the reference light is provided.
  • the superimposed light ⁇ having the wavelength ⁇ is directed to the photodetector 16A via the mirror 56.
  • the superimposed light ⁇ of wavelength ⁇ is a lens (second lens)
  • the light is condensed on a diffraction grating (second diffraction grating) 52 via 54 and diffracted again at a predetermined angle according to the wavelength.
  • a diffraction grating (second diffraction grating) 52 via 54 and diffracted again at a predetermined angle according to the wavelength.
  • the superimposed light is directed in the same direction from the diffraction grating 52 because the diffraction
  • a parallel beam is emitted to the outside. Wavelength emitted outside; superimposed light ⁇
  • the optical system having such a configuration can easily separate light of different wavelengths from a beam propagating in free space and take out each separated light as a parallel beam.
  • the reference light and the measurement light are separated by the wavelength difference in the wavelength selection unit 50, and are condensed and incident on the photodetectors 16A and 16B. Then, the photodetectors 16A and 16B output an electric signal corresponding to the intensity of the incident light, and based on this, the lock-in amplifier 17 outputs the electric signal from the photodetector 16A as a phase reference electric signal. The relative phase of the measurement signal with respect to the phase reference signal is detected from the electrical signal from the photodetector 16B as the measurement signal.
  • the relative phase of the measurement signal that is, the phase change of the zero-order light ⁇ 0 due to transmission through the DUT S
  • the chromatic dispersion of the DUT S can be measured and controlled and displayed. It can be displayed in part 18.
  • the same effects as those of the first and second embodiments can be obtained in the detection apparatus 10C having the free space beam system.
  • the detector 10C can measure chromatic dispersion even in the wavelength region where the optical fiber F cannot be used, for example, light near the wavelength of 500 nm. It becomes.
  • a PC is generally used as the control display unit 18 as shown in FIG.
  • the mouth The electric signal from the cook-in amplifier 17 is received via an AD converter (ADC), and the chromatic dispersion waveform is displayed on the display 18a in a ⁇ - ⁇ format as shown in FIG.
  • ADC AD converter
  • the electric signal output from the lock-in amplifier 17 can be displayed in the XY format by the oscilloscope 100.
  • the output display in the XY format on the oscilloscope 100 and the output on the PC 18 can be combined.
  • the rough display is intuitively performed using the output display on the oscilloscope 100, and the characteristics of the DUT S are adjusted based on the rough evaluation.
  • the stage where the characteristics of the device under test S have become stable for example, at the stage of mass production, it is possible to perform output using numerical values and the like in the PC 18.
  • the zero-order light B0 is incident on the DUT S, and the primary light B1 is not incident.
  • the apparatus it is also possible to configure the apparatus so that the zero-order light B0 does not enter the DUT S and the primary light B1 enters.
  • the zero-order light B0 passes through the DUT S, which has higher intensity than the minus-order light B1, there may be a loss due to reflection or absorption.
  • a setting is adopted in which light B0 is incident on the object S to be measured.
  • the frequency shifter 12 when the frequency shifter 12 is composed of a commercially available acousto-optic crystal and an RF oscillator, there is a type in which the RF intensity is variable and the intensity of the zero-order light B0 and the primary light B1 can be adjusted. In this case, the intensity ratio between the zero-order light B0 and the primary light B1 may be reversed, and it may be effective to make the primary light B1 incident on the DUT S. Therefore, which one is incident on the DUT S may be selected according to the characteristics of the frequency shifter 12.
  • the electrical frequency band of the photodetectors 16, 16A, and 16B may be a wide band higher than the beat frequency or a narrow band of about several MHz around the beat frequency.
  • select photodetectors 16, 16A, and 16B that respond in a wide band from DC to the beat frequency. If it is necessary to remove noise from components other than the DC component and beat frequency, those that respond only in a narrow band can be selected as the photodetectors 16, 16A, and 16B.
  • the above-described embodiments will be described. It is possible to select the configuration that has been changed, or to appropriately change the configuration to another configuration.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a detection device according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of an appearance of a detection device.
  • FIG. 3 is an example of information indicating wavelength dependence of a phase output by a detection device.
  • FIG. 4 is a view showing a form of an object to be measured set in a detection device.
  • FIG. 5 is a view showing another embodiment of an object to be measured set in the detection device.
  • FIG. 6 is a view showing still another form of the device under test set in the detection device.
  • FIG. 7 is a view showing still another form of the device under test set in the detection device.
  • FIG. 8 is a view showing still another form of the device under test set in the detection device.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a configuration of an optical path difference control unit.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a detection device according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a light source.
  • FIG. 12 is a diagram showing a light propagation mode when two wavelengths are used.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a wavelength selection unit.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating another example of the wavelength selection unit.
  • FIG. 15 is a diagram showing a relationship between measurement light and a wavelength region in a reflection-type DUT.
  • FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a measuring instrument in a narrow band reflection type DUT.
  • FIG. 17 is a diagram showing a specific configuration of a detection device.
  • FIG. 18 is a diagram showing the obtained measurement results.
  • FIG. 19 is a diagram showing a configuration of a detection device according to a third embodiment.
  • FIG. 20 is a diagram showing a configuration of a wavelength selection unit.
  • 10A, 10B, 10C detection device
  • 11 light source (light supply unit)
  • 12 frequency shifter
  • 15 beam coupler (superimposition unit)
  • wavelength selection part 37 ... optical fiber branching part, 38A ... wavelength tunable filter (first filter), 38B ... wavelength tunable filter (second 38C: variable wavelength filter (filter), 41: light source, 50: wavelength selector, 51: diffraction grating, 52: diffraction grating (second diffraction grating), 53: lens (first lens) , 54... lens (second lens), 56... mirror (first optical element), 57... mirror (second optical element), 80... reflector (reflector), 100... oscilloscope, B0... Zero-order light (first light), B1: Primary light (second light), F: Optical fiber, S: DUT (optical member, object to be detected), Sa: Optical device (optical member), Sb ... Optical fiber (optical member), Sc... optical fiber grating (optical member), Z, Z, Z: superimposed light, ⁇ : wavelength, ⁇ : wavelength (first wavelength), ⁇ : wavelength (second) Wavelength)

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Abstract

　波長分散や光路長等の光学特性を高速に評価することのできる検出装置、光路長測定装置、光学部材評価方法等を提供することを目的とする。　また、他の目的は、化学・生体反応および温熱効果を高精度に評価できる検出装置、温度変化検出方法を提供することにある。　検出装置１０Ａでは、被測定物Ｓの波長分散を受けたゼロ次光Ｂ０と、周波数をシフトさせた一次光Ｂ１とを重ね合わせ、これによって低周波のビートを発生させ、そのビート位相の波長依存性を測定するようにした。さらに、周波数シフター１２からの交流電気信号を位相基準信号とし、測定信号の相対的な位相を検出するようにした。また、互いに波長が異なる測定光と参照光をそれぞれ周波数シフトさせ、測定光のビート位相を、参照光のビート位相を基準として相対的に求めるようにすることも有効である。

Description

明 細 書
検出装置、光路長測定装置、測定用器具、光学部材評価方法、温度変 化検出方法
技術分野
[0001] 本発明は、光素子や光学部材の評価、化学反応、生体反応、および温熱交換に伴う 発熱等の検知 '評価を行うのに好適な検出装置、光学部材評価方法、温度変化検 出方法等に関する。
背景技術
[0002] 近年普及しつつある光ファイバ通信に用いられる光ファイバや各種デバイス、フォト ニック結晶等、各種の光素子や光部品 (以下、これらを光学部材と総称する)を評価し たり検査したりするには、光学部材における波長分散を計測する。
[0003] 波長分散を評価するには、従来、以下に示すような複数の手法がある。 まず、時間 軸干渉計を用いる方法がある。この方法では、時間軸干渉計を用い時間軸上での干 渉波形を測定し、その干渉波形のフーリエ変換を行うことにより、被測定物の透過あ るいは反射スペクトルの強度および位相を求め、波長分散を得る (非特許文献 1参照
。）。これには、時間軸上での干渉波形を得るために、干渉計の片方の経路に設置し た光学遅延ステージを光路に対して前後に掃引し、その掃引から得られた遅延時間 の関数として干渉計から出射される光の強度を測定する。
[0004] 波長分散を評価する他の方法として、スペクトル干渉計を用いてスペクトル軸上で干 渉波形を測定する方法が実施されている (非特許文献 2参照。）。この方法では、干渉 計から出射された光を回折格子あるいは分光器を通してスペクトル分解し、波長ある いは周波数の関数として干渉縞を測定し、スペクトル位相の波長 (もしくは周波数)依 存性から波長分散を求める。
[0005] また、他の方法として、位相変調された光を用レ、、光ファイバ伝搬に伴う位相シフトを ネットワークアナライザ等の電子計測器で直接計測し、波長分散を測定する方法が ある (特許文献 1参照。）。 この他、モード同期パルス光源を用いた波長分散測定方 法もある (特許文献 2参照。）。この方法では、ある特定の縦モードに着目し、その縦モ ードの位相遅延を測定することにより、波長分散を求めている。
[0006] ところで、化学反応、生体反応、および温熱交換等を検知するため、これらの反応 · 温熱交換に伴う発熱を検知することがある。 これには従来、温度変化を直接検出す る熱電対の他、温度変化に伴う屈折率の変化を検出するものもある。温度に伴う屈折 率変化を評価する方法として、熱レンズ効果を利用した方法がある (非特許文献 3。 ) 。この方法では、モニター光をサンプル中に集光して入射し、温度変化による集光度 変化を強度変化として検出する。
[0007] 非特許文献 1 :長沼和則、レーザー研究、第 23卷、第 11号、 1995年、社団法人レー ザ一学会、 55— 66ページ
非特午文献 2 : A. P. Kovacs et al. uroup-delay measurement on laser mirrors by spectrally resolved white-light interferometry" Optics Letters 1995年 4月 Vol.
20, No. 7， pp. 788-790
特許文献 1 :特許第 3278129号公報
特許文献 2：特開平 7 - 248276号公報
特 3午文献 3： M. Terazima et al. hotothermai investigation of the triplet state of carbon molecule (C60)" Journal of Physical (chemistry 1991年 Vol. 95, pp.
9080-9085
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0008] 上述したような光ファイバ通信が高速化するにつれて、波長分散の及ぼす影響はま すます大きくなりつつあり、波長分散は、超高速光ファイバ通信を実現するにあたり、 重要な評価項目となっている。 一般に光素子や光部品の温度は時々刻々と変化し ており、波長分散もその温度変化と呼応して時々刻々と変化している。 従来の時間 軸干渉計やスペクトル干渉計を用いる方法であると、光強度の振動を時間もしくは波 長の関数として測定し、その測定で得られる干渉縞から位相を算出することが必要に なり、データ処理のための時間が余計に力かることになる。このため、従来の手法で は、時々刻々変化する波長分散を高速で評価するのが困難であった。また、評価結 果は、直感的に認識できる状態ではなレ、、という問題もある。 さらに、時間軸干渉計 を用いた波長分散評価装置では、干渉縞を測定するために光学遅延ステージを駆 動させることが必要になる。分散が大きい場合、広い時間領域で遅延ステージを駆 動する必要があり、掃引に時間がかかってしまい、高速の測定は困難である。また、 時間軸上の干渉波形をフーリエ変換して位相を求める必要が生じ、データの解析に も時間を要してしまう。 高速の測定が困難であるという点では、スペクトル干渉計で も同様である。
[0009] 位相変調された光を用い、それを電子計測器で直接測定する波長分散測定法、お よびモード同期光源を用いる方法では、長さ lkm以上といった長距離の光ファイバ の波長分散の評価は可能であるが、長さ lcmにも満たない光素子などの波長分散を 高精度で測定するには適していない。
[0010] 近年は、光ファイバの普及に伴レ、、伝送効率の高い波長多重伝送等の技術が開発 されており、波長分散だけでなぐ光ファイバや各種光デバイスにおける光路長等、 様々な光学特性を高精度に計測できる技術が要求されている。 さらに、波長多重 伝送等では、波長により分割されたチャンネルを多く扱うため、多数の光導波路を同 一チップ上に集積した素子を開発することが必要となっている。これに対応するべぐ フォトニック結晶導波路等の微小光回路を用いたデバイス技術が検討されている。微 小光回路では、外部ファイバとの入出力、および光回路自体での光伝搬等に伴う損 失が増大する可能性があり、その損失を低減することが技術開発の課題となる。よつ て、微小光回路の開発段階では、光損失の大きな素子を測定評価することが要求さ れる。
[0011] 一方、化学反応、生体反応、および温熱効果等に伴う発熱を検知するための熱レン ズ効果を利用した屈折率測定では、サンプルに光を集光して入射しなければならな レ、。そのため、モニター用の光による発熱が無視できなくなり、化学'生体反応および 温熱効果を正しく評価することが困難である。
[0012] 本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、波長分散や光路長等 の光学特性を高速に評価することのできる検出装置、光路長測定装置、光学部材評 価方法等を提供することを目的とする。 また、他の目的は、化学'生体反応および 温熱効果を高精度に評価できる検出装置、温度変化検出方法を提供することにある 課題を解決するための手段
[0013] かかる目的のもと、本発明では、基本的に、位相の波長 (もしくは周波数)依存性から 波長分散を求めるため、位相の直接測定を行うには、ビート（唸り）を発生させる干渉 計を構築する。 また、高速で位相変化をモニターするには、位相ゆらぎを除去し、 位相検出精度を高めることも必要である。このため、二波長光源を用いて、一方の波 長で生じるビート信号を位相基準用の基準信号とし、他方の波長で生じるビート信号 を位相測定用の測定信号とすることもできる。この場合、干渉計を通した後、基準光 と測定光を波長の違いにより分離し、参照光に対するプローブ光の相対位相変化と して波長分散を求める。
[0014] このような観点からなされた本発明の検出装置は、光源から、第一の波長を有する測 定光と、第一の波長とは異なる第二の波長を有する参照光を出射する。そして、交流 電気信号源によって駆動される周波数シフタ一にて、測定光、参照光を、第一の測 定光と第二の測定光、第一の参照光と第二の参照光に分岐させ、第一の測定光お よび第一の参照光、または第二の測定光および第二の参照光の周波数をシフトさせ る。さらに、照射部にて、第一の測定光および第一の参照光を被測定物に照射した 後、重畳部にて、これら第一の測定光および第一の参照光を、被測定物に照射して いない第二の測定光および第二の参照光に重畳する。すると、第一の測定光と第二 の測定光が重畳することで測定光にビートが生じる。同様に、第一の参照光と第二の 参照光の間にも参照光のビートが生ずる。周波数シフト量は、周波数シフターと駆動 する交流電気信号源からの交流電気信号のゼロでなレ、整数倍である。一次光を用 レ、ると、その整数値は 1である。周波数シフト量が測定光、参照光のそれぞれに生ず るビートの周波数に等しい。測定光のビートの位相には、被測定物に照射したことに 伴う位相シフトが含まれる。交流電気信号源として、例えば 30 200MHz、より具体 例を挙げれば 100MHz程度のラジオ周波（RF)帯のものを使用すると、発生するビ ートも RF帯にある。このようなビートは、元々の測定光、参照光に較べれば大幅に低 周波であり、ロックインアンプ等の電子計測器を用いて検出できる。 ここで、交流電 気信号の周波数は、第二の光を発生する効率が高くなるように選ぶ。音響光学結晶 を用いた周波数シフターでは、通常 10— 200MHz程度の領域にある。 また、分配 比制御部にて、周波数シフターに印加する交流電気信号のパワーを調整し、周波数 シフターで周波数をシフトさせる第一の測定光と第一の参照光の分配比、および第 二の測定光と第二の参照光の分配比を制御するのは、被測定物による光損失による ビート信号の強度低下を防止し、ノイズの増加を回避する点において、有効である。
[0015] そして、位相検出部で検出したビートの位相に基づき、被測定物の波長分散を計測 する波長分散計測部をさらに備えることもできる。このような波長分散計測部は、検出 装置と一体としてもよレ、が、 PC (Personal Computer)等によって波長分散計測部が 構成される場合、検出装置とは別体とすることもできる。 このようにして、測定光のビ ートの位相を、測定光の周波数または波長の関数として位相検出部で検出すること で、被測定物による波長分散を得ることができる。このときに、重畳部で第一の参照 光と第二の参照光が重畳することで生じる参照光のビートを基準として相対的に検出 するので、外部からの振動等の影響による位相ゆらぎを排除することができる。
[0016] また、位相検出部で検出したビートの位相の変化に基づき、被測定物の温度変化を 検出することもできる。この場合も、ビートの位相の変化に基づき、被測定物の温度 変化を検出する部分は、検出装置と一体としてもよいが、 PC等によってこの部分を構 成される場合、検出装置とは別体とすることもできる。
[0017] なお、光源は、第一の波長を有する測定光と、第一の波長とは異なる第二の波長を 有する参照光を出射するのであれば、一つの光源から二波長の光を出射する、いわ ゆる二波長光源を用いることもできるし、測定光を出射する光源と、参照光を出射す る光源と別体に備えることもできる。 また、位相検出部としては、測定光の光強度の 変化を電気信号の変化に変換する第一の光検出器と、参照光の光強度の変化を電 気信号の変化に変換する第二の光検出器と、第二の光検出器から出力された電気 信号に基づき、第一の光検出器から出力された電気信号の位相の相対変動を検出 するロックインアンプとを備えた構成が採用できる。 なお、第一の光検出器から出力 された電気信号の振幅の絶対値も、ロックインアンプにより検出できる。この絶対値に より、被測定物の透過もしくは反射スペクトルを測定することもできる。
[0018] 上記のように、第一の波長の測定光、第二の波長の参照光を用いる場合、位相検出 部では、測定光と参照光を波長に応じて分岐させておく必要がある。 このため、上 記第一の測定光と第二の測定光が重畳することで生じるビートと、第一の参照光と第 二の参照光が重畳することで生じるビートとを、測定光と参照光の波長の相違により 分離するための波長選択部を、位相検出部の前段に備えるのが好ましい。
[0019] このような波長選択部としては、以下に示すようなものが考えられる。 まず、第一の 波長を有した光を透過する第一のフィルタと、第二の波長を有した光を透過する第二 のフイノレタと、を有した波長選択部を用いることができる。これにより、第一の波長の 測定光と第二の波長の参照光を分岐させることができる。 また、第一の波長 を有した光を透過し、第二の波長を有した光を反射するフィルタを有する波長選択部 を用いることでも、第一の波長の測定光と第二の波長の参照光を分岐させることがで きる。 このような構成は、光ファイバで各構成を接続することで実現できる。
[0020] さらに、波長選択部を、光学素子を用いた自由空間系とするのであれば、重畳部で 重畳した第一の測定光および第一の参照光と、第二の測定光および第二の参照光 を、波長に応じた所定の角度で回折させる回折格子を有する波長選択部を用いるこ ともできる。この場合、回折格子で回折した第一の測定光と第二の測定光の重畳光と 、第一の参照光と第二の参照光の重畳光とを平行ビームにする第一のレンズと、第 一のレンズを通過した第一の参照光と第二の参照光の重畳光を取り出す第一の光 学素子と、第一のレンズと平行に設けられ、第一のレンズを通過した第一の測定光と 第二の測定光の重畳光を屈折させる第二のレンズと、第二のレンズで屈折した第一 の測定光と第二の測定光の重畳光を、波長に応じた所定の角度で回折させる第二 の回折格子と、第二の回折格子で回折した第一の測定光と第二の測定光の重畳光 を取り出す第二の光学素子と、をさらに有することで、波長選択部を構成することもで きる。このような構成を有した波長選択部の光学系では、測定光の波長を可変とした 場合に、測定光の波長が変わるに伴って回折格子での回折角が変わっても、第二の 回折格子からの出射角と出射位置を一定とすることができ、測定光を容易に取り出す こと力 Sできる。
[0021] また、位相検出部は、第一の測定光と第二の測定光の重畳光のエネルギーを電気 信号に変換して出力する第一の光電素子と、第一の参照光と第二の参照光の重畳 光のエネルギーを電気信号に変換して出力する第二の光電素子と、を備え、第一の 光電素子から出力される電気信号と第二の光電素子から出力される電気信号に基 づき、位相を検出することができる。 ここで、第一の光電素子および第二の光電素 子としては、フォトダイオードを用いることができる。そして、少なくとも第二の光電素 子を構成するフォトダイオードを交流対応型とすれば、参照光側の直流成分を除去 することができ、精度の高い参照光を基準とした測定が行える。
[0022] ところで、被測定物が特定の波長領域の光のみを反射するものであり、第一の測定 光の波長が波長領域内で、かつ第一の参照光の波長が波長領域外に設定されてい るとき、第一の参照光が被測定物で反射しないため、測定を行うことができない。そこ で、照射部では、第一の測定光および第一の参照光の被測定物に対する照射方向 において、被測定物の前段または後段に、第一の参照光を反射する反射物を備える のが好ましい。このような反射物は、第一の参照光の波長を含み、かつ被測定物とは 異なる波長領域の光のみを反射するものであるのが好ましい。
[0023] さて、上記したような波長分散を求めるためのデバイスにおいては、正確な測定を行 うためにデバイス内における光ファイバ伝搬路の光路長に高い精度が必要となる。従 来、光ファイバの長さを測定する場合、物理的な長さを測ったのでは、温度変化によ る光ファイバ自体の伸縮による誤差、さらに光ファイバの屈折率に関する変動および 誤差が含まれるため、正確な測長を行うのには好ましくない。 これに対し、本発明の 検出装置では、位相検出部で検出した、第一の測定光と第二の測定光が重畳するこ とで生じるビートの位相の変化に基づき、被測定物の光路長を測定することもできる。 このような検出装置により、上記用途に限らず、様々な用途の光伝搬路の光路長を 計測することが可能となる。
[0024] ところで、上記では二波長光源を用い、一方の波長で生じるビート信号を位相基準 用の基準光とし、他方の波長で生じるビート信号を位相測定用の測定光とし、基準光 に対する測定光の位相変化を相対的に捉え、波長分散を求める構成としたが、これ に代えて、単一の波長の光でビートを発生させ、これに基づいて波長分散を捉えるこ ともできる。この場合、単一モード波長光源からの光を、周波数シフターを通してゼロ 次光と一次光とに分離する。ゼロ次光は被測定物を通し、一次光は通さずに、両者 を重ね合わせてビートを発生させ、その位相を周波数シフターに供給する交流電気 信号の位相を基準として波長の関数として測定し、波長分散を得る。
[0025] このような観点からなされた本発明の検出装置は、光供給部にて、所定波長および 所定周波数を有する第一の光と、第一の光とは周波数がシフトした第二の光とを供 給する。そして、照射部にて、第一の光および第二の光の一方を被測定物に照射す る。照射部にて被測定物に照射された第一の光および第二の光の一方と、被測定物 に照射されていない第一の光および第二の光の他方と、を重畳部にて重畳する。す ると、第一の光と第二の光が重畳することでビートが生じるので、第一の光と第二の 光に対して光周波数の差を発生させてビートの発生源となる交流電気信号の位相を 基準として、ビートの位相を位相検出部で検出する。 また、光供給部は、単一周波 数で光を発振する光源と、光源から発振された光の一部を分岐させ、分岐させた光 の一部を音響光学結晶に入力することでその周波数をシフトさせる周波数シフターと 、を備え、位相検出部は、前記した光の一部の周波数をシフトさせるために音響光学 結晶に入力した交流電気信号を用い、重畳部で第一の光と第二の光が重畳すること で生じるビートの位相を検出することもできる。このように、前記した光の一部の周波 数をシフトさせるための交流電気信号を用い、この交流電気信号と同じ周波数で位 相が安定した電気信号を基準とすることで、発生したビートの位相を検出できるので ある。 ところで、分配比制御部にて、周波数シフターに印加する交流電気信号のパ ヮーを調整し、周波数シフターで周波数をシフトさせる第一の光と第二の光の分配比 を制御するのは、被測定物による光損失によるビート信号の強度低下を防止し、ノィ ズの増加を回避する点において、有効である。
[0026] このような検出装置においても、位相検出部で検出したビートの位相に基づき、被測 定物の波長分散を計測する波長分散計測部をさらに備えることもできる。 また、位 相検出部で検出したビートの位相の変化に基づき、被測定物の温度変化を検出す ることもできる。 ところで、温度変化を検出する場合、第一の測定光の波長または周 波数の関数として位相を測定することにより検出対象の屈折率を求め、さらに、屈折 率の温度依存性を測定することにより、被測定物の温度変化を評価することもできる 。 さらに、このような一波長系の検出装置においても、位相検出部で検出した、第一 の光と第二の光が重畳することで生じるビートの位相の変化に基づき、被測定物の 光路長を測定することが可能である。
[0027] 上記したような検出装置は、被測定物を光学部材とすることで、各種の光学部材の評 価-検査等に用いることができる。 また、被測定物を化学薬品 ·生体材料 ·細胞とす れば、化学反応 ·生体反応 ·生体の構造変化による発熱または細胞に電磁波を照射 して生ずる発熱を、屈折率の温度変化として評価することもできる。これには、被測定 物に、化学薬品を投入したガラスセルや細胞を混入した水溶液を用レ、、化学薬品の 混合により生ずる発熱や電磁波照射に伴う細胞の温度上昇を測定する。これにより、 化学反応 '生体反応等の検出を行ったり、ガン細胞への温熱効果を評価することが 可能となる。 そして、このような構成の検出装置では、光を平行ビームとして被測定 物に入射させることができるため、光照射による温度上昇は無視できる。さらに、高速 の屈折率変化の捕捉が可能であるため、反応過程や温熱過程をリアルタイムでモニ ターすることがでさる。
[0028] ところで、上記したような一波長系、二波長系の検出装置において、各構成要素間は 、ミラー等の光学素子によって光を伝搬する自由光学系とすることもできるし、光ファ ィバによって光を伝搬する系とすることもできる。光ファイバを用いる場合、偏波保存 光ファイバを用いるのが好ましい。 また、測定光および参照光、特に測定光を発す る光源は、周波数もしくは波長を可変とするのが好ましい。これにより、被測定物に応 じ、最適な周波数もしくは波長に設定することができる。
[0029] 本発明の検出装置は、第一の波長を有する測定光と第一の波長とは異なる第二の 波長を有する参照光を出射する光源と、光源から出射された光を、第一の周波数の 光と第二の周波数の光に分岐させる周波数シフターと、周波数シフターで分岐され た第一の周波数の光を被測定物に照射する照射部と、照射部を経た第一の周波数 の光と、第二の周波数の光を重畳させるフォト力ブラと、フォト力ブラを経た光を第一 の波長の光と第二の波長の光に分岐させるフィルタと、フィルタで分岐された第一の 波長の光に応じた電気信号を出力する第一のフォトダイオードと、フィルタで分岐さ れた第二の波長の光に応じた電気信号を出力する第二のフォトダイオードと、第一の フォトダイオードから出力された電気信号の変化を、第二のフォトダイオードから出力 された電気信号を基準として測定するロックインアンプと、を備えることを特徴とするこ ともできる。 ここで、第二のフォトダイオードは、直流成分を除去できる交流対応型と するの力 精度'安定性の面で好ましい。 また、ロックインアンプから出力される電気 信号に基づき、測定結果を視角情報として出力する結果出力部をさらに備えることも でき、この結果出力部としては、電気信号を X— Yモードで表示できるオシロスコープ を備えること力 Sできる。
[0030] 本発明は、第一の波長を有する測定光と第一の波長とは異なる第二の波長を有する 参照光を出射する光源と、測定光を第一の測定光と第二の測定光に、参照光を第一 の参照光と第二の参照光に分岐させ、第一の測定光および第一の参照光、または 第二の測定光および第二の参照光の周波数をシフトさせる周波数シフターと、第一 の測定光および第一の参照光を被測定物に照射する照射部と、照射部にて被測定 物に照射された第一の測定光および第一の参照光を、第二の測定光および第二の 参照光に重畳する重畳部と、重畳部で第一の測定光と第二の測定光が重畳すること で生じるビートの位相を、重畳部で第一の参照光と第二の参照光が重畳することで 生じるビートを基準として検出する位相検出部と、を備え、光源から出射する測定光 の波長を掃引したとき、位相検出部にて、ビートの位相の変化を検出することで、被 測定物の光路長を測定することを特徴とする光路長測定装置として捉えることもでき る。
[0031] 本発明は、所定の波長を有する測定光と当該測定光とは異なる波長の参照光を被 測定物に照射し、被測定物の光学特性を測定する測定装置にて用いられる測定用 器具として捉えることもできる。この測定用器具は、被測定物が、測定光の波長を含 み、かつ参照光の波長を含まない波長領域の光を反射するものであるときに用いるこ とができ、測定光および参照光の被測定物に対する照射方向において、被測定物の 前段または後段に設置され、参照光の波長を含み、かつ被測定物で反射する波長 領域とは異なる波長領域の光を反射することを特徴とする。 このような測定用器具 は、被測定物の後段側に接続される光ファイバグレーティングによって構成すること ができる。
[0032] 本発明は、第一の周波数を有する第一の測定光と、第一の周波数とは異なる第二の 周波数を有する第一の参照光と、第一の周波数から所定量だけ周波数がシフトした 第二の測定光と、第二の周波数力 前記と同じ所定量だけ周波数がシフトした第二 の参照光を発生させるステップと、第一の測定光および第一の参照光を光学部材に 照射するステップと、光学部材に照射された第一の測定光および第一の参照光を、 第二の測定光および第二の参照光に重畳するステップと、第一の測定光と第二の測 定光が重畳することで生じるビートの位相を、第一の参照光と第二の参照光が重畳 することで生じるビートを基準として検出するステップと、検出されたビートの位相に 基づき、光学部材の光学特性を計測するステップと、を有することを特徴とする光学 部材評価方法
として捉えることもできる。 光学特性を測定するステップでは、光学部材の波長分散 を測定するができる。また、第一の測定光および第二の測定光の波長を掃引したとき 、ビートの位相の変化を検出することで、被測定物の光路長を測定することもできる。 ここで、第二の測定光および第二の参照光の、第一の測定光および第一の参照光 に対する周波数のシフト量の絶対値は、第一の測定光と第一の参照光との周波数の 差の絶対値より小さくするのが良レ、。例えば、そのシフト量の絶対値は、 30— 200M Hzとすること力 Sできる。
[0033] また、本発明は、所定波長および所定周波数を有する第一の光、第一の光とは周波 数が異なる第二の光の一方を光学部材に照射するステップと、光学部材に照射され た第一の光および第二の光の一方と、第一の光および第二の光の他方とを重畳する ステップと、第一の光と第二の光の周波数の差分に応じた交流電気信号に基づき、 第一の光と第二の光が重畳することで生じるビートの位相を検出するステップと、検 出された前記ビートの位相に基づき、被測定物の波長分散を計測するステップと、を 含むことを特徴とする光学部材評価方法とすることもできる。
[0034] さらに、被測定物を化学薬品 ·生体材料 ·細胞とする場合、本発明は、所定波長およ び所定周波数を有する第一の光、第一の光とは周波数が異なる第二の光の一方を 検出対象に照射するステップと、検出対象に照射された第一の光および第二の光の 一方と、第一の光および第二の光の他方とを重畳するステップと、第一の光と第二の 光が重畳することで生じるビートの位相を検出することで、検出対象の温度変化を検 出するステップと、を含むことを特徴とする温度変化検出方法とすることができる。
[0035] また、本発明は、第一の周波数を有する第一の測定光と、第一の周波数とは異なる 第二の周波数を有する第一の参照光と、第一の周波数から所定量だけ周波数がシ フトした第二の測定光と、第二の周波数力 前記と同じ所定量だけ周波数がシフトし た第二の参照光を発生させるステップと、第一の測定光および第一の参照光を光学 部材に照射するステップと、光学部材に照射された第一の測定光および第一の参照 光を、第二の測定光および第二の参照光に重畳するステップと、第一の測定光と第 二の測定光が重畳することで生じるビートの位相を、第一の参照光と第二の参照光 が重畳することで生じるビートを基準として検出するステップと、検出されたビートの 位相に基づき、検出対象の温度変化を検出するステップと、を含むことを特徴とする 温度変化検出方法とすることもできる。
[0036] このようにして、検出対象の温度変化を検出することで、検出対象の化学反応、生体 反応を検出することができる。 ところで、温度変化を検出する場合、第一の測定光 の波長または周波数の関数として位相を測定することにより検出対象の屈折率を求 め、さらに、屈折率の温度依存性を測定することにより、検出対象の温度変化を評価 することちでさる。
発明の効果
[0037] 本発明によれば、被測定物の波長分散を受けた光と、被測定物の波長分散を受け ない光とで周波数をシフトさせることで、電子計測器等で測定可能な周波数帯でビー トを発生させ、そのビート位相の波長依存性を測定するようにした。これにより、波長 分散、光路長等の測定を高速で、しかも確実に行うことが可能となる。そして、測定結 果は、位相の波長依存性を示す情報で出力できるため、直感的な測定結果の認識 が可能となる。また、二波長の光をそれぞれ周波数シフトさせて用いたり、周波数シフ トさせるための信号を基準として用いることで、位相ゆらぎを排除して高精度な測定 が行える。 また、化学反応、生体反応、および温熱交換等に伴う発熱を検知するた めの屈折率測定を行うこともでき、化学'生体反応および温熱効果を正しく評価する ことが可能となる。
発明を実施するための最良の形態 [0038] 以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。 [第一の 実施の形態] 図 1に示すように、本実施の形態における一波長ビート位相検出系の 検出装置 10Aでは、波長分散測定用の測定光を、所定の交流電気信号を印加した 音響光学 (A〇)結晶力も構成される周波数シフター 12に通す。すると、音響光学結 晶で回折した一次光 (第二の光) B1は交流電気信号の周波数分だけシフトする。透 過したゼロ次光 (第一の光) B0は元の周波数のままである。そして、ゼロ次光 B0を、波 長分散の被測定物 (光学部材、検出対象) Sに透過させる。すると、ゼロ次光 B0は、被 測定物 Sの波長分散による位相変化を受ける (周波数は不変)。この後、ゼロ次光 B0 と一次光 B1とを再び重ね合わせると、干渉によるビートが発生する。 このようにして 、ゼロ次光 B0と一次光 B1とを重ね合わせることでビートが発生した重畳光 Zのビート 位相の波長依存性を測定すれば、波長分散を測定評価することができるのである。 このとき、ゼロ次光 B0と一次光 B1の周波数差は、音響光学結晶に印加する交流電 気信号の周波数分だけシフトしているため、これらを重ね合わせた重畳光 Zにて発生 するビートは、交流電気信号の周波数に等しぐ電子計測器により検出できる。これ により、波長分散の測定を確実に行えるのである。
[0039] 音響光学結晶を用いた周波数シフター 12の場合、一次光 B1の強度は周波数シフタ 一 12に印加する交流電気信号のパワーに比例し、ゼロ次光 B0の強度はそれに応じ て減少する。このため、周波数シフター 12に印加する交流電気信号のパワーを変化 させることにより、ゼロ次光 B0および一次光 B1へと分配する光強度を制御することが できる。光ファイバグレーティング 'アレイ型導波路回折格子等の既存デバイスであれ ば、光回路に光を入射する際の損失、光回路伝搬に伴う放射損失、光回路から出射 する光を取り出す際の損失等による、デバイス通過後の光減衰は 3 5dB程度、最 大でも 10dB程度である。これに対し、フォトニック結晶導波路等の微小光回路では、 前記したような損失等によって、光強度の減衰が 30dBにも達する場合がある。このよ うな場合、被測定物 Sをセットする側の経路であるゼロ次光 B0に、相対的により多く のパワーを分配し、発生するビートの強度を最大とするのが望ましレ、。
[0040] 図 1に示すように、検出装置 10Aは、光源 (光供給部) 11、周波数シフター 12、被測 定物セット部 (照射部) 13、光路差制御部 14、ビームカプラー (重畳部) 15、光検出器 16、ロックインアンプ (位相検出部) 17、制御'表示部 (波長分散計測部、結果出力部） 18、分配比制御部 30を備えて構成されている。
[0041] ここで、本実施の形態では、光源 11、周波数シフター 12、被測定物セット部 13、光 路差制御部 14、ビームカプラー 15、光検出器 16の間で光が伝搬する経路は、全て 光ファイバ Fで構成している。 光ファイバ Fには、単一モードの偏波保存ファイバ (P MF)を用いる。単一モード性は、モード間分散による波長分散測定精度の劣化を避 けるために必要である。偏波保存性は、被測定物 Sの偏光依存性を評価するために 必要である。通常の単一モードファイバでは、単一の偏波が維持されず異なる偏光 が混在してしまうおそれがあり、偏光の選別が困難となる。
[0042] 光源 11は、単一モード (単一波長)で発振する波長可変レーザー光源である。この光 源 11における発振線のスペクトル幅は、周波数にして 1GHz以下であり、波長可変 範囲は 1500 1600nmである。図 1では、光源 11における発振線のピーク波長を λと表す。 光源 11から出射した測定光は、光ファイバ Fを通して周波数シフター 12 に導入される。周波数シフター 12は、音響光学結晶から構成され、この周波数シフタ 一 12では、音響光学結晶に入力した交流電気信号の周波数と等しい周波数、例え ば 80ΜΗζ、だけシフトした一次光 B1を出射する。これにより、周波数シフター 12か らは、シフトしないゼロ次光 Β0、および周波数シフトされた一次光 B1が出射される。 また、周波数シフター 12は、位相基準用のため、音響光学結晶に入力する交流電 気信号と同周波数で位相が安定した電気信号を、モニター信号としてロックインアン プ 17に出力する。
[0043] 周波数シフター 12から出射されたゼロ次光 Β0は、光ファイバ Fにより被測定物セット 部 13に入射し、一次光 B1は、光ファイバ Fを通して光路差制御部 14に入射する。 その後、被測定物セット部 13および光路差制御部 14から出射したゼロ次光 Β0およ び一次光 B1は、ビームカプラー 15において結合する。ビームカプラー 15としては、 光ファイバ力ブラ—を使用することができる。 このとき、ゼロ次光 Β0は、被測定物セッ ト部 13にセットされる被測定物 Sを通して、被測定物 Sの波長分散による位相変化を 受けている。一方、一次光 B1は、被測定物 Sの位相変化を受けていなレ、。よって、ゼ 口次光 Β0と一次光 B1を結合させると干渉が生じ、差周波のビート信号が発生する。 すると、このビート信号の位相には被測定物 sによる位相変化分が加わることになる。 ここで、周波数シフター 12の音響光学結晶に印加する周波数は、測定光よりも十 分に低い周波数とするのが好ましい。例えば、測定光の周波数が 150— 400THzで ある場合、音響光学結晶に印加する周波数は、測定光の周波数よりも大幅に低い周 波数帯、例えば RF帯、あるいは RF帯よりも低い帯域とするのが好ましぐ例えば、 30 一 200MHzとするのが好ましレ、。これにより、ゼロ次光 B0と一次光 B1を結合させるこ とで生じるビート信号は、測定光よりも大幅に低周波なものとなる。この場合、ゼロ次 光 B0および一次光 B1は、実質的に同一波長であるとみなすことができる。
[0044] ところで、周波数シフター 12から出射されるゼロ次光 B0、一次光 B1は、分配比制御 部 30によって分配比が制御されるようになっている。分配比制御部 30では、被測定 物 Sの波長分散による位相変化を受けたゼロ次光 B0と、一次光 B1との干渉によって 生じるビートの強度が最大となるよう、周波数シフター 12の音響光学結晶に入力する 交流電気信号のパワーを調整するのである。 なお、被測定物 Sが特定のものに限 定される場合は、分配比制御部 30によって、交流電気信号のパワーを可変とするこ となぐ事前に設定した値に固定すればよぐさらにこのような場合であれば、分配比 制御部 30を省略することもできる。
[0045] また、光路差制御部 14は、ゼロ次光 B0と一次光 B1の干渉によるビート信号の強度 を最大にするために導入している。これは、レーザー光の位相が常に一定ではなぐ 時間的コヒーレンスの制約により揺らいでいるためである。そのゆらぎによるビート信 号の強度低下を最小にするには、ゼロ次光 B0と一次光 B1の伝播距離が等しくなる ように、光路差を調節すればよい。各光ファイバ Fの長さを調節することによって、上 記伝搬距離を等しくし、ビート信号の強度を最大化できる場合、光路差制御部 14は 省略できる。
[0046] さて、被測定物セット部 13および光路差制御部 14から出射し、ビームカプラー 15で 結合されたゼロ次光 B0と一次光 B1の重畳光 Zは、一本の光ファイバ F中を伝搬し、 光検出器 16に入射する。光検出器 16では、入射した光の強度に応じた電気信号を 出力する。このとき、入射した光、すなわちゼロ次光 B0と一次光 B1の重畳光 Zは、ビ ートを有しているため、光検出器 16から出力される電気信号も、これに応じたビートを 有している。
[0047] このようにして、周波数シフター 12からビームカプラー 15までは、光ファイバ接続によ る干渉計を構成する。この干渉計は、マツハーツエンダー干渉計と等価であり、周波 数シフタ一 12は一種のビームスプリツターとして機能しているのである。
[0048] ロックインアンプ 17は、位相を検出する計測器として用いる。ロックインアンプ 17の応 答帯域は、ビート信号の周波数を超えているものを選択する必要がある。光検出器 1 6からの電気信号を測定用の measurement信号 (以下、測定信号)とし、周波数シフタ 一 12からのモニター用の交流電気信号を位相基準の
reference信号 (以下、位相基準信号)として、おのおの、ロックインアンプ 17に入力す る。 これにより、ロックインアンプ 17では、位相基準信号に対する測定信号の相対 的な位相を検出できる。この測定信号の相対位相が、被測定物 Sを透過したことによ るゼロ次光 B0の位相変化に対応している。よって、光源 11の波長の関数として相対 位相を測定することにより、被測定物 Sの波長分散を求めることができる。また、測定 信号の強度の絶対値を測定することにより、被測定物 Sの透過または反射スぺクトノレ を求めることができる。
[0049] 相対位相の波長依存性を測定するには、光源 11の波長掃引に同期して相対位相を 取得すればよい。そのため、波長分散計測部として、制御 ·表示部 18が備えられて レ、る。 制御 ·表示部 18は、相対位相の波長依存性、すなわち波長分散を直感的に 視認できる情報を表示する。制御 ·表示部 18の構成は、例えば、コンピューターにデ ータ入力を可能とするアナログ一デジタル変換部、機器を制御するインターフェース、 およびディスプレイが接続されたものである。
[0050] 制御 ·表示部 18と光源 11との間は、機器制御ライン Lで接続する。機器制御ライン L は、例えば、 IEEE488規格に準拠するインターフェースとそのケーブルである。制御 •表示部 18により、光源 11の波長の可変範囲'掃引速度を設定すると同時に、光源 11から出射する光の波長や光強度などをモニターする。制御'表示部 18は、同時に 、ロックインアンプ 17など他の計測器も制御する。そうすれば、ロックインアンプ 17で の入力信号レンジなどをモニターできる。 ところで、位相を検出するには、ロックイン アンプ 17で検出した相対位相を電圧として出力する場合と、参照信号を基底とした 直交二軸に対する強度変化を X— Yの二成分の電圧として出力する場合の二通りが ある。前者では、位相が直接出力されるが、出力範囲は- π力 + π、もしくは 0から 2 πの範囲に限られてしまう。その範囲を超えてしまうと、信号は 2 πの周期で折り返 されてしまうため、測定後、その折り返しを解除する必要がある。後者の X— Υ出力と する場合には、位相は直接出力されない代わりに、振動する強度信号が得られ、そ れを変換することによって、相対位相が得られる。被測定物 Sの特性に応じて、二通 りの出力方式からレ、ずれかを選択すればょレ、。
[0051] また、検出装置 10Aでは、光源 11、周波数シフター 12、光路差制御部 14、ビーム力 ブラー 15、光検出器 16、ロックインアンプ 17等力 図 2に示すように、筐体 19に格納 されている。制御 ·表示部 18は、この筐体 19に設けられても良いし、図 2に示す如ぐ 別体として PC等で構成することもできる。この場合、制御 ·表示部 18としての PCのデ イスプレイ 18aに波長分散波形が表示される。
[0052] 以上のようにして、被測定物 Sの波長分散を測定することができる。測定結果は、制 御'表示部 18に、図 3に示すように、横軸の波長 (周波数)、縦軸に位相をプロットした 、位相の波長（周波数)依存性を示すグラフ等として表示することができる。この結果 をある周波数を中心としたべき展開で表した位相と比較することにより、各べき乗の係 数、すなわち各次数の波長分散項が求められる。この図 3では、二次の波長分散を 反映した変化を示している。
[0053] 上述したように、検出装置 10Aでは、被測定物 Sの波長分散を受けたゼロ次光 BOと 、周波数をシフトさせた一次光 B1とを重ね合わせ、これによつて低周波のビートを発 生させ、そのビート位相の波長（周波数)依存性を測定するようにした。これにより、波 長分散の測定を高速で、しかも確実に行うことが可能となる。しかも、測定結果は、位 相の波長依存性を示す情報で出力できるため、直感的な測定結果の認識が可能と なる。また、このような方法では、被測定物 Sの種類やサイズを問うことなぐ汎用性の 高い装置とすることができる。
[0054] このような検出装置 10Aは、光ファイバ通信に用いられる光ファイバや各種デバイス 、フォトニック結晶等、各種の光素子や光学部材の評価や検査に用いることができる
。 この場合、図 2に示したように、被測定物セット部 13は、被測定物 Sのセット'交換 を容易とするため、筐体 19からは独立したモジュールとすることができる。 また、図 4 (A)— (C)に示すように、光学部材である、光デバイス Sa、光ファイバ Sb、反射型配置 での光ファイバグレーティング Sc等が被測定物 Sとなる場合、これらの被測定物 Sは、 筐体 19の表面に設けられた光ファイバコネクタ (図示無し)に直接接続することもでき る。なお、光ファイバグレーティング Scを被測定物 Sとする場合、入射側から光を取り 込み、出射側に光を送り出すよう、サーキユレータ 60を用いる。 さらに、図 5に示す ように、通常の光導波路、フォトニック結晶導波路、導波路型半導体光増幅器等が被 測定物 Sとなる場合、被測定物セット部 13にて、入射側、出射側の光ファイバ Fの先 端部 Fa、 Fbを球状とする。入射側、出射側の光ファイバ Fは、ファイバ保持部 20A、 20Bに保持され、このファイバ保持部 20A、 20Bには、保持した光ファイバ Fを、互い に直交する三軸方向への直線移動、および軸周りの回転を可能とする駆動機構が 備えられている。
[0055] この他、図 6 (A)、 (B)に示すように、複数の被測定物 Sを測定する場合、光スィッチ
61を用いるのが好ましい。この光スィッチ 61に複数の被測定物 Sを接続し、制御'表 示部 18側から光スィッチ 61の切替を制御し、測定光、参照光を照射する複数の被 測定物 Sを順次切り替え、各々の被測定物 Sの測定を行うことができる。 このように すれば、複数の被測定物 Sを、連続して自動的に測定することが可能となる。
[0056] 図 7 (A)に示すように、複数のパス pを有する被測定物 Sを行うこともできる。このような 被測定物 Sとしては、 AWG (Arrayed Waveguide Grating:アレイ型導波路回折格子） がある。 AWGでは、複数の波長への分波、複数波長からの合波を行うことができる（ f列; J¾、 16-ch Arrayed Waveguide urating Module with 100-uHz Spacing
Tsunetoshi Saito, Toshihiko Ota, Tomoaki Toratani, oshimi Ono [online]、 [平成 1 5年 12月 2日検索]、インターネットく URL：
http://www.fhrukawa.co.jp/review/fr019/frl9_09.pdf>参照。 "2: 1
Arrayed-Waveguide ratmg Based WDM Access Networks: An Evolutionary Multi-Gb/s Upgrade Path" Michael C. Parker, Stuart D. Walker [online] , [平成 15 年 12月 2日検索]、インターネットく URL：
http://www.issls-council.org/proc00/papers/2_l.pdf>参照）。 このような被測定物 Sを測定する場合も、同様に光スィッチ 61を用いることで、各々のチャンネルのパス p の測定を行うことができる。
[0057] さらに、 AWGを被測定物 Sとする場合において、複数のパス p間での相関を評価す る場合、図 7 (B)に示すように、複数本に分岐した光ファイバ 62を用いる。この光ファ ィバ 62の分岐ファイバ 62aを各パス pに接続することで、複数のパス pに同時に光を 照射し、測定を行うことができるのである。この場合、光ファイバ 62の各分岐ファイバ 6 2aは、その光路長等の特性が既知であるのが好ましぐその特性に基づいた較正を 必要に応じて行う。また、各分岐ファイバ 62aの光路長を揃えておけば、較正を行うこ となぐ高精度な測定が行なえる。
[0058] AWGは、分波、合波だけでなぐ超短光パルスの波形制御にも用いられる（
Analysis of optical-signal processing using an arrayed— waveguide grating riirokazu Takenouchi, Hiroyuki Tsuda [online] , [平成 15年 12月 2日検索]、インターネットく URL： http://www.opticsexpress.org/abstract.cfin?URI=OPEX-6-6-124 >参照)。 このような波形制御に用いる AWGを被測定物 Sとする場合も、図 7 (B)に示したよう な構成で、入力波形を変化させた時の、チャンネル全体にわたる出力波形の評価等 を行うこと力 Sできる。
[0059] また、このような検出装置 10Aは、化学反応、生体反応、および温熱交換等を検知 するため、これらの反応 ·温熱交換に伴う発熱を検知するための装置として用いること もできる。 その場合、検出装置 10Aは、反応時の発熱や電磁波照射に伴う温熱効 果による温度上昇によってもたらされる媒質の屈折率変化を検出する。図 8に示すよ うに、検出対象となる化学薬品、ガン細胞等、評価すべき被測定物 Sは、例えばガラ スセル等のセル 21に入れられ、被測定物セット部 13にセットされる。 被測定物セッ ト部 13に対し、入射側および出射側の光ファイバ Fは、セル 21中でゼロ次光 B0が平 行ビームとなるよう設けられている。
[0060] 被測定物 Sが、化学反応、生体反応を起こすものである場合、被測定物 Sの反応が 進むにつれて放出される熱は、セル 21中の溶媒等の温度を上昇させ、屈折率を変 化させる。この屈折率変化は、波長に依存した位相変化を引き起こすため、検出装 置 10Aでは、これを評価 (検出)するのである。 また、被測定物 Sがガン細胞等である 場合、被測定物セット部 13は、被測定物 Sを加熱するため、セル 21に対し、電磁波 等を照射する加熱部 22を備えている。加熱部 22で電磁波等を照射することで、被測 定物 Sの温度が上昇し、屈折率が変化する。検出装置 10Aでは、その屈折率変化を 伝搬光 (ゼロ次光 B0)の位相変化として検出し評価する。
[0061] このようにして、化学反応、生体反応、および温熱交換等に伴う温度上昇により被測 定物 Sの屈折率変化を検出することができ、し力、も従来のようにモニター用の光によ る発熱等の影響を受けることもなぐ化学'生体反応および温熱効果を正しく評価す ること力 S可肯 となる。
[0062] また、このような検出装置 10Aは、光ファイバ等における光路長測定を行うこともでき る。 この場合、被測定物 Sとしての光ファイバにおいて、上記と同様の測定を行いつ つ、波長分散ではなぐ光ファイバの光路長で測定する。 これには、被測定物 Sの 波長分散を無視できることが必要である。このため、検出装置 10Aにおいて、被測定 物 Sをセットする以前に、ゼロ次光 BOの経路と、一次光 B1の経路が互いに等しい光 路長となるように調整しておく必要がある。 被測定物 Sを被測定物セット部 13にセッ トし、波長を所定の領域で掃引させて位相を測定する。そのときの、掃引範囲の波長 域での位相の変化量（Δ Φ )から、光路長 Lを次式で求めることができる。
[0063] [数 1] ニ。Δ 0,
9 7 'Γ I ^ V ^ max― V *■ mm - ) '
[0064] ここで、 Lは光路長、 cは光速度、 V , V は、測定波長域に対応する周波数の最 max mm
大および最小値である。
[0065] ところで、上記のように、ゼロ次光 BOの経路と、一次光 B1の経路の光路長を合わせ るための光路差制御部 14としては、具体的には以下に示すような構成が採用できる 。 まず一つには、両端がコネクタ接続されたバッチコード型の光ファイバを、適宜、 交換 '付加'除去することによって、光路長を可変とすることで、光路差制御部 14を構 成すること力 Sできる。 また、図 9に示すように、ベース 90上に、ステージ 91を一方向 に移動可能に備え、このステージ 91上に、断面略 V字状のレトロレフレクタ 92を備え る。そして、このレトロレフレクタ 92に対し、一次光 B1を照射する光ファイバ F1と、レト ロレフレクタ 92で反射した光を受け、ビームカプラー 15に送る光ファイバ F2と力 ベ ース 90に固定されるようになっている。これにより、ステージ 91を移動させ、光フアイ バ Fl、 F2の出射端、入射端とレトロレフレクタ 92との距離を調整することができる。 これらのような光路差制御部 14を備えることで、す
なわち、ゼロ次光 B0の経路と、一次光 B1の経路の光路長を合わせることができる。 これには、測定光の波長を掃引しつつ、制御 ·表示部 18にて、位相の変化を測定光 の波長の関数としてモニターし、位相の変化量が最も少なくなるように光路差制御部 14で一次光 B1側の経路の光路長を調整する。 このようにして、周波数に線形に依 存する位相変化分を除去することができ、波長分散の源となる周波数に、非線形的 に依存する項のみを抽出することが可能となる。そして、被測定物 Sを除いた、検出 装置 10A内の光ファイバを含む全ての部品の波長分散を、被測定物 Sの 1Z10以 下に抑えるように検出装置 10Aを設計することにより、被測定物 Sの波長分散のみを 高精度で計測することが可能となる。
[0066] [第二の実施の形態] 次に、本発明にかかる第二の実施の形態を示す。 上記第一 の実施の形態では、周波数シフター 12からのモニター用の交流電気信号を位相基 準信号とし、測定信号の相対的な位相を検出する構成としたが、以下に示す第二の 実施の形態では、波長が互いに異なる波長分散測定用の測定光 (E )と参照光 (E prob ref
)を用いる。上記第一の実施の形態で示した検出装置 10Aと、以下に説明する第二 の実施の形態における検出装置 10Bは、基本的な装置構成が共通するため、以下 の説明では共通する構成については同符号を付し、その説明を省略する。
[0067] 図 10に示す検出装置 10Bの光源 31は、二種の波長 λ 、 λ の光を発生することが
0 1
できるものを用いる。 図 11に示すように、光源 31は、波長 (第一の波長）; I の光を出
0 射する第一光源 32と、波長 (第二の波長) ; I の光を出射する第二光源 33と、これら第
1
一光源 32、第二光源 33から出射された波長 λ 、 λ の光を結合する結合部 34と、コ
0 1
ネクタ 35とを備える。 自由空間系で使用する場合は、これに光ファイバ Fとビームコリ メーター 70を接続する。第一光源 32および第二光源 33のそれぞれは、上記第一の 実施の形態の検出装置 10Aで光源 11として用いた単一モード発振の波長可変レー ザ一光源と同様の性能を有する。第一光源 32および第二光源 33は、波長'波長掃 引条件 ·光強度などを外部より制御可能とし、外部から、発振波長、波長掃引条件 · 出力光パワー等をモニターできるように設定されている。 以下の説明では、波長え
0 の光を参照光、波長; I の光を波長分散検知用の測定光とする。参照光、測定光の
1
波長の可変範囲、発振線幅は、上記第一の実施の形態と同様とする。
[0068] 図 12に示すように、光源 31から出射される参照光、測定光は、光ファイノ Fを通して 周波数シフター 12に導入される。周波数シフター 12からは、波長 λ の参照光、波長
0
λ の測定光それぞれに対し、周波数シフトしない第一の周波数を有したゼロ次光 Β
1
0と、周波数シフトして第二の周波数とされた一次光 B1が出射される。このとき、波長 λ の参照光、波長 λ の測定光それぞれに対応して周波数シフター 12から出射され
0 1
るゼロ次光 Β0、一次光 B1は、上記第一の実施の形態と同様、分配比制御部 30によ つて分配比を制御することができる。一次光 B1の周波数シフト量は、波長 λ、 λ とも
0 1
、上記第一の実施の形態と同様、例えば 80MHzである。なお、本実施の形態では、 周波数シフター 12は、モニター用としての交流電気信号は出力しない。
[0069] 第一の測定光、第一の参照光としての波長え 、 λ のゼロ次光 BOは、光ファイバ Fを
0 1
介し、測定光として被測定物セット部 13に入射する。一方、第二の測定光、第二の参 照光としての波長え 、 λ の一次光 B1は、光ファイバ Fを介し、参照光として光路差
0 1
制御部 14に入射する。被測定物セット部 13、光路差制御部 14を出射したゼロ次光 Β0および一次光 B1はビームカプラー 15によって結合され、波長 λ、 λ の重畳光 Ζ
0 1
、 Ζとなり、一本の光ファイバ F中に導かれる。その結果、波長 λ の重畳光 Ζ (測定
0 1 0 0 光および参照光)、波長え の重畳光 Ζ (測定光および参照光)のそれぞれにビートが
1 1
発生する。波長; I、 λ の重畳光 Ζ、 Ζのそれぞれのビート周波数は、周波数シフタ
0 1 0 1
一 12での周波数シフト量による周波数 (80MHz)である力 位相は、被測定物 Sの波 長分散を反映し、おのおのの波長に応じて異なっている。
[0070] ビームカプラー 15の後段側には、波長選択部 36が設けられている。この波長選択部 36は、波長; I、 λ の重畳光 Ζ、 Ζを、波長によって分離するものである。 図 13は、
0 1 0 1
波長選択部 36の構成の例を示すものである。 波長選択部 36は、光ファイバ分岐部 37にて、波長; I、 λ の重畳光 Ζ、 Ζを伝搬してきた光ファイバ Fを 2系統に分岐し、
0 1 0 1 系統 LOに波長可変フィルタ (第一のフィルタ) 38Aを、系統 L1に波長可変フィルタ (第 二のフィルタ) 38Bを設けた構成となっている。一方の系統 L0の波長可変フィルタ 38 Aは、参照光としての波長 λ の重畳光 Ζを取り出し、他方の系統 L1の波長可変フィ
0 0
ルタ 38Βでは、測定光としての波長 λ の重畳光 Ζを取り出すようになつている。これ
1 1
により、波長選択部 36では、一方の系統 L0からは波長; I の重畳光 Ζ、他方の系統
0 0
L1からは波長; I の重畳光 Ζを出射できるようになつている。 ここで、参照光となる
1 1
重畳光 Ζの波長; I を 1500nmとすると、測定光の波長 λ は例えば 1502— 1600η
0 0 1
m間での領域を掃引する。したがって、波長可変フィルタ 38Bは測定光となる重畳光 zの波長; I を掃引する広い帯域の光を透過させなければならなレ、。一方、波長可
1 1
変フィルタ 38Aは、波長; I = 1500nmを中心として ± 500pm程度の範囲の光のみ
0
を透過させる狭帯域フィルタであることが求められる。参照光および測定光の波長 λ 0
、 λ および波長範囲は被測定物 Sに応じて変化するので、波長可変フィルタ 38A、
1
38Bには、それぞれ波長可変性が求められる。
[0071] ところで、本構成以外にも、波長選択部 36として機能できる構成は存在する。例えば 、図 14に示す波長選択部 36'のように、波長可変フィルタ (フィルタ) 38Cからの反射 光には、参照光以外の成分が含まれる。しかも、反射帯域は、参照光の波長近傍で lOOnm程度の広帯域に及ぶことも可能である。したがって、図 14に示したように、光 ファイバ分岐部 37や波長可変フィルタ 38A、 38Bを用いず、波長可変フィルタ 38C 力 の反射光を測定光として用いることにより、図 13の波長選択部 36と等価の機能 を実現すること力 Sできる。
[0072] 図 10に示したように、波長選択部 36(36'を含む)の後段側には、系統 L0に光検出器
(第一の光電素子、第一のフォトダイオード） 16Aが、系統 L1には光検出器 (第二の 光電素子、第二のフォトダイオード） 16Bが設けられている。波長選択部 36で波長ご とに分離された重畳光 Z、 Zは、光ファイバ Fを通し、光検出器 16A、光検出器 16B
0 1
に入射する。 光検出器 16A、 16Bでは、入射した光の強度に応じた電気信号を出 力する。光検出器 16Aでは、波長; I の重畳光 Zのビートに応じた電気信号を出力し
0 0
、この電気信号は、位相基準電気信号としてロックインアンプ 17に入力される。また、 光検出器 16Bでは、波長; I の重畳光 Zのビートに応じた電気信号を出力し、この電
1 1 気信号は、測定信号としてロックインアンプ 17に入力される。
[0073] ロックインアンプ 17では、位相基準電気信号としての光検出器 16Aからの電気信号 と、測定信号としての光検出器 16Bからの電気信号とから、位相基準信号に対する 測定信号の相対的な位相を検出する。これによつて、この測定信号の相対位相、す なわち被測定物 Sを透過したことによるゼロ次光 B0の位相変化を得ることができ、被 測定物 Sの波長分散を測定し、制御 ·表示部 18に表示することができる。 このように して、検出装置 10Bでは、参照光の波長は固定しておき、その波長でのビート位相 を基準として、波長掃引する測定光のビートの位相を測定することによって、被測定 物 Sの波長分散を知ることができる。
[0074] ところで、上記第一の実施の形態で示した検出装置 10Aでは、周波数シフター 12内 の交流電気信号を位相基準信号として取り出す構成とした。しかし、このような位相 基準の取り方では、検出装置 10A内での振動等に起因する位相ゆらぎを除去するこ とができず、発生するビートの位相ゆらぎに影響を及ぼす。つまり、要求される測定精 度によっては、位相が安定に測定されず、位相ゆらぎによる誤差力 検出装置 10A における測定精度に影響を及ぼすことがある。 これに対し、本実施の形態の検出装 置 10Bでは、参照光と測定光として、それぞれ互いに異なる波長 λ 光を用い
0、 λ の
1 るようにした。参照光と測定光は同じ経路を通過するので、共通の位相ゆらぎを受け る。そのため、位相ゆらぎを相殺することで、位相ゆらぎによる誤差を大部分解消でき る。残留する位相ゆらぎは、おのおのの波長の相違による部分である。 例えば、参 照光の波長を掃引範囲の下限の 1500nmとし、測定光の波長を上限の 1600nmと すると、双方の波長差は lOOnmである。これは、参照光の波長の 6· 7%である。 よ つて、上記第一の実施の形態の検出装置 10Aに比較し、検出装置 10Bでは、位相 ゆらぎによる誤差を大幅に低減し、より高精度で遥かに安定した測定を行うことが可 能となるのである。
[0075] このような検出装置 10Aにおいても、図 4一図 8に示したような形態で、様々な被測 定物 Sを測定することができる。 ところで、上記したように二種の波長 λ
0、 λ の光を 1 用いる二波長系の検出装置 10Bにおいて、図 4 (C)に示したような、反射型の被測 定物 Sを測定する場合、条件 (被測定物 Sの種類、特性等）によっては、測定を行うこ とができないことがある。 図 15 (A)に示すように、二波長系の検出装置 10Bでは、 測定光の波長え は、被測定物 Sにおいて測定対象となる波長領域 Rを掃引する。こ
1
れに対し、参照光の波長 λ は、波長領域 Rに対し、所定の間隔を隔てて設定される
0
。一般的な反射型の被測定物 Sの場合、この被測定物 Sで光を反射する波長領域 Ζ は、測定光を掃引する波長領域 Rと、参照光の波長 λ を包含する広い帯域となって
0
いる。
[0076] し力、しながら、図 15 (B)に示すように、被測定物 Sにおいて光を反射する波長領域 Ζ
、測定光を掃引する波長領域 と、参照光の波長 λ を包含しない狭帯域の特性を
0
有する被測定物 sの場合、参照光は、被測定物 sで反射しない。その結果、サーキュ レータ 60では、被測定物 Sで反射した測定光しか得ることができず、これでは位相の 検出自体を行うことができなレ、のである。 このような狭帯域の被測定物 Sとしては、 例えば FBG(Fiber Bragg Grating)がある。 FBGは、光ファイバの伝播路上に回折格 子を有したような構成のものである（例えば、 "Fiber Bragg Gratings for Optical Fibre Communications" M. N. Zervas, John Wiley & Sons 2003年 12月 ISBN:0471815004 、あるいは、「メトロ'アクセスにおける〇ADM」 香川昌義、塚田浩之、米田正史、古 河電工時報、平成 15年 1月、第 111号、 pp.56-61 参照）。
[0077] 狭帯域の被測定物 Sを測定するには、図 16に示すような構成が有効である。 すな わち、被測定物 S
の後段側に、参照光の波長え を反射する反射体 (反射物） 80を配置するのである。
0
ここで、測定光は、被測定物 Sにおいて反射されるとは言え、 100%が完全に反射 するわけではなぐその一部が被測定物 Sと通過し、反射体 80まで到達することにな る。反射体 80に到達した測定光が反射すると、被測定物 Sで反射した測定光に対し 影響を及ぼし、測定精度の低下を招く恐れがあるため、反射体 80では、測定光を掃 引する波長領域 Rの光を反射しない特性とするのが好ましい。 FBGの場合、例えば 波長 1550nmに反射ピークを持つ FBGであれば、測定光を掃引する波長領域 Rは 、 1545 1555nmとなり、参照光の波長; I は、例えば波長 1530nm等とされ、その
0
波長の差は 15nm等と非常に小さいものとなる。 このように、非常に小さい波長差に おいて、参照光を反射し、測定光を掃引する波長領域 Rの光を反射しない特性を有 した反射体 80としては、それ自体が狭帯域の反射特性を有したものが好ましぐ例え ば FBGが好適である。
[0078] この場合、被測定物 Sの FBGと、反射体 80となる FBGは、標準 (既知）の分散を有す る光ファイバ 81で接続する。 これにより、測定光は、被測定物 Sである FBGで反射 されてサーキユレータ 60に戻るのに対し、参照光は、被測定物 Sである FBGを通過 し、反射体 80となる FBGで反射されてサーキユレータ 60に戻ってくる。
[0079] このような構成を採用することで、反射スペクトル帯が狭い被測定物 Sであっても、検 出装置 10Bにおいて測定を行うことが可能となる。
[0080] 図 17に示すものは、上記したような検出装置 10Bの具体的構成の例を示すものであ る。 この図 17に示すように、検出装置 10Bの具体的な構成では、周波数シフター 1 2に、音響光学 (Acousto-Optic： A〇)結晶を用いた A〇周波数シフター（
AOFS:Acoust Optic Frequency Shifter)を採用した。また、 A〇周波数シフターからな る周波数シフター 12に印加する交流電気信号を調整する分配比制御部 30を設け、 この分配比制御部 30により、被測定物 Sを追加した後のゼロ次光 B0と一次光 B1との 間で発生するビートの強度を最適化し、測定結果における雑音が最小となるようにし た。さらに、波長選択部 36には、複数の波長が伝搬している媒質中に新たな波長を 加える (光 ADD)機能、およびある 1つの波長のみを媒質中より取り出す (光 DROP)機 能を有した Add/Dropフィルターを採用した。
[0081] そして、波長 λ の参照光、波長 λ の測定光を検出し、電気信号に変換する光検出
0 1
器 16A、 16Bとしては、フォトダイオード (Photo Diode)を用いる。ここで、ロックインァ ンプ 17において基準として用いられる参照光側の光検出器 16Bを構成するフォトダ ィオードには、 AC (交流）対応のものを用いるのが好ましい。 ここで、被測定物セッ ト部 13を通ったゼロ次光 B0は、以下に示す〔数 2〕で、被測定物セット部 13を通って いない一次光 B1は〔数 3〕で示すことができる。 なお、 Eは測定光または参照光の 電界 (Xは測定光 (prob)または参照光 (ref)を指す）、 eは自然対数の底、 iは虚数単位 、 ω は測定光または参照光の角周波数、 tは時間、 Δ φは被測定物 Sにより生ずる 位相差 (この項が波長分散を含む）である。
[0082] [数 2] Eo 二 Εχ e {(QJxt+厶 φ (ωχ)}
[0083] [数 3]
El ( ωχ+ Α ω)ί
二 Ex e—
[0084] ビームカプラー 15において重畳した重畳光 Ζのパワー Ρは、〔数 2〕の Εと、〔数 3〕の
Εを用い、以下のように表すことができる。 Ρ= (Ε +Ε ) (Ε +Ε ) =
1 0 1 0 1 I Ε
0に+ I
E 2+ (Ε *Ε ) + (E E *) ここで E*は Eの複
1 I 素共役を表す。
0 1 0 1
[0085] このとき、 （E ¾ )、（E E *)の項は、ゼロ次光 BO、一次光 Blの双方の影響を受ける、
0 1 0 1
すなわち干渉に関わるわけであるが、 I E
0 I 2、 I E
1 I 2の項は、ゼロ次光 B0、一次 光 B1それぞれの経路によって決まるため、干渉には関わらない、いわゆる直流成分 である。 光検出器 16Bを構成するフォトダイオードに、 AC (交流）対応のものを用い ることで、この直流成分をカットした電気信号を出力することができる。
[0086] ロックインアンプ 17では、このように、直流成分がカットされた電気信号を基準とする ことで、精度の高い信号を基準として、位相を検出することができる。
[0087] 上記したような具体的構成を用レ、、実際に被測定物 Sの測定を行ったのでその結果 をここに示す。 ここで、検出装置 10Bに用いた構成は以下の通りである。 第一光 源 32 : NewFocus社 Model 6528、 第二光源 33 : NewFocus社 Model 6428、 周波数 シフター 12 : Brimrose社 AMF-100-10_1525、 光検出器 16A: NewFocus社 Model 1811-FC (DC対応のフォトダイオード)、 光検出器 16B : NewFocus社 Model 1811-AC-FC (AC対応のフォトダイオード)、 ロックインアンプ 17 : Stanford Research Systems社 SR844、（使用条件：時定数 0.3ms以下、 X_Y or R-theta mode) 、 制御'表示部 18 :オシロスコープ Iwatsu社 model TS_8500。
[0088] そして、被測定物 Sは、波長 1550nmに反射ピークを有し、 c-band帯での lOGbps 波長多重伝送システム用の光フィルタ一として用いられる FBGとした。このような被測 定物 Sに対し、測定光を掃引する波長領域 Rを 1545— 1555nmとし、この、幅 10η mの波長領域 Rを、 1秒で掃引した。また、参照光は、波長 1530nmとした。 ロックィ ンアンプ 17からの出力信号を、制御'表示部 18として、オシロスコープおよび PCを 用レ、、オシロスコープで視覚情報を表示しつつ、 PCで出力信号を 1秒間に 60000ポ イント（回)受信し、これを周波数、位相、反射強度の関係として出力した。
[0089] その出力結果力 図 18に示すものである。 この図に示すように、周波数一反射強度 の関係を示す線 Uこおいて、 20 30GHz程度のスペクトル幅を有する反射強度の ピークが明確に現れており（図 18中 L1の部分）、さらにそのピークの脇に、サイドロー ブと称される変動も明確に現れている（図 18中 L2の部分)。カロえて、周波数一反射強 度の関係を示す線 L、周波数一位相の関係を示す線 Pともに、 1GHz程度のピッチで 変動が現れており、このことからも、 1GHz程度の分解能で測定が行えることが明らか である。 しかも、その測定に際し、幅 10nmの波長領域 Rを 1秒で掃引しており、非 常に高速で、高い分解能の測定が実現できている。加えて、掃引する波長領域 の 位置、大きさとも、なんら制限を受けるものではなぐより広い波長領域 Rであっても、 同様に高速かつ高精度での測定が可能となっている。
[0090] [第三の実施の形態] 次に、本発明にかかる第三の実施の形態について説明する 。 上記第一および第二の実施の形態で示した検出装置 10A、 10Bは、光ファイバ Fを用いて光を伝搬する構成としたが、本実施の形態における検出装置 10Cは、ミラ 一やプリズム等を用いた自由空間ビーム系の構成とした。なお、以下の説明におい て、上記第一または第二の実施の形態で示した検出装置 10A、 10Bと共通する構成 については同符号を付し、その説明を省略する。また、上記で示した各種の変形例、 応用例等も同様に適用することが可能である。 この場合、図 19に示すように、検出 装置 10Cでは、光源 41として、上記第二の実施の形態で示した光源 31(図 11参照） と同様の構成を用いることができるが、 自由空間ビーム系で構成する本検出装置 10 Cの場合には出射ファイバとなる光ファイバ Fの先端にビームコリメーターを設け、出 射される光が平行ビームとなるようにする。 光源 41からは、参照光としての波長; I
0 の光と、測定光としての波長 λ の光とを出射する。光源 41から出射される参照光、
1
測定光は、 自由空間を通って周波数シフター 12に到達する。そして、周波数シフタ 一 12からは、波長 λ の参照光、波長; I の測定光に対し、周波数シフトしないゼロ次
0 1
光 ΒΟと、周波数シフトした一次光 B1がそれぞれ出射される。このときも、波長 λ の参
0 照光、波長 λ の測定光それぞれに対応して周波数シフター 12から出射されるゼロ
1 次光 B0、一次光 B1は、上記第一の実施の形態と同様、分配比制御部 30によって 分配比を制御することができる。一次光 B1の周波数シフト量は、波長え 、 λ とも、上
0 1 記第一の実施の形態と同様、例えば 80MHzである。なお、本実施の形態でも、周波 数シフタ一 12は、モニター用としての交流電気信号は出力しない。
[0091] 波長 λ 、 λ のゼロ次光 BOは、 自由空間を通り、入射光学系 42を介し、測定光とし
0 1
て被測定物セット部 13に入射する。被測定物セット部 13を経たゼロ次光 B0は、出射 光学系 43、ミラー 44を介し、キューブ状のビームカプラー 45へと至る。 一方、波長 λ 、 λ の一次光 Blは、ゼロ次光 BOとは異なる角度で周波数シフター 12から出射さ
0 1
れ、ミラー 46、 47、光路差制御部として機能するレトロレフレクター型可動ミラー 48、 49を介し、ビームカプラー 45へと至る。 波長 λ 、 λ のゼロ次光 BOおよび一次光 Β
0 1
1は、それぞれビームカプラー 45において結合され、波長; I 、 λ の重畳光 Ζ、Ζと
0 1 0 1 なり出射される。その結果、干渉により、波長え の重畳光 ζ (参照光)、波長え の重
0 0 1 畳光 ζ (測定光)のそれぞれにビートが発生する。波長え 、 λ の重畳光 ζ、ζのそれ
1 0 1 0 1 ぞれのビート周波数は、周波数シフター 12での周波数シフト量による周波数 (80ΜΗ ζ)であるが、位相は、被測定物 Sの波長分散を反映し、おのおのの波長に応じて異 なっている。
[0092] ビームカプラー 45の後段側には、波長選択部 50が設けられている。この波長選択部 50は、波長え 、 λ の重畳光 Ζ、 Ζを、波長によって分離するものである。 図 20は、
0 1 0 1
波長選択部 50の構成の例を示すものである。 この波長選択部 50は、一対の回折 格子 51、 52間に、一対のレンズ 53、 54が配置された構成を有している。ここで、レン ズ 53、 54は球面レンズであり、レンズ 53、 54の焦点距離を fとすると、レンズ 53、 54 間の距離は 2f、レンズ 53と回折格子 51、レンズ 54と回折格子 52の距離は fとなって いる。
[0093] このような構成において、ミラー 55により、ビームカプラー 45から出射した波長 λ 、
0 λ の重畳光 Ζ、 Ζ (平行ビームである)が、回折格子 51の所定位置 (レンズ 53、 54の
1 0 1
中心を結んだ線の延長線上)に当たるように設定されている。これにより、回折格子 5
1に当たった波長; I 、 λ の重畳光 Ζ
0 1
、 Ζは、波長に応じた角度で回折し、レンズ (第一のレンズ) 53へと向かう。つまり、重 畳光 Z、 Zの波長により、レンズ 53における入射位置が異なるのである。そして、回
0 1
折格子 51で回折した波長 λ の重畳光 Ζと、波長 λ の重畳光 Ζは、レンズ 53を通し
0 0 1 1
、互いに離間した平行ビームとなる。 レンズ 53、 54間には、参照光とすべく固定さ れた波長 I を有する重畳光 Ζを取り出すためのミラー (第一の光学素子) 56が設けら
0 0
れており、これにより、波長 λ の重畳光 Ζは、ミラー 56を介し、光検出器 16Aに向け
0 0
て出射されるようになつている。 また、波長 λ の重畳光 ζは、レンズ (第二のレンズ）
1 1
54を経て、回折格子 (第二の回折格子) 52上に集光され、波長に応じた所定の角度 で再び回折する。このとき、重畳光 Ζの波長; I は可変であるが、一対の回折格子 51
1 1
、 52で回折'集光が行われるため、重畳光 Ζは、回折格子 52からは同一方向に向か
1
う平行ビームとなって、外部に出射される。外部に出射された波長; I の重畳光 ζは、
1 1 ミラー (第二の光学素子) 57により取り出され、さらにミラー 58、 59を経て、光検出器 1 6Βに向かう。このような構成を有する光学系は、 自由空間を伝搬するビームに対して 、異なる波長の光を分離し、分離後のおのおのの光を平行ビームとして取り出すこと が簡単にできる。
[0094] このようにして、波長選択部 50において参照光と測定光を波長の違いにより分離し、 光検出器 16A、 16Bに集光して入射させる。 すると、光検出器 16A、 16Bでは、入 射した光の強度に応じた電気信号を出力し、これに基づき、ロックインアンプ 17では 、位相基準電気信号としての光検出器 16Aからの電気信号と、測定信号としての光 検出器 16Bからの電気信号とから、位相基準信号に対する測定信号の相対的な位 相を検出する。これによつて、この測定信号の相対位相、すなわち被測定物 Sを透過 したことによるゼロ次光 Β0の位相変化を得ることができ、被測定物 Sの波長分散を測 定し、制御 ·表示部 18に表示することができる。
[0095] このようにして、 自由空間ビーム系を有した検出装置 10Cにおいても、上記第一およ び第二の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、自由空間ビーム系を用 レ、る構成を採用することで、検出装置 10Cでは、光ファイバ Fが使用できない波長領 域の光、たとえば波長 500nm付近の光であっても波長分散測定が可能となる。
[0096] (制御'表示部 18の具体例および応用例） 上記各実施の形態においては、制御表 示部 18としては、図 2に示したように、 PCを用いるのが一般的であり、この場合は、口 ックインアンプ 17からの電気信号を、 ADコンバータ（ADC)を介して受け取り、図 3 に示したような φ— λ形式でディスプレイ 18aに波長分散波形を表示する。 他の方 法として、図 17に示すように、ロックインアンプ 17から出力される電気信号を、オシ口 スコープ 100にて X-Y形式で表示することもできる。このような構成とすれば、オシ口 スコープ 100上に表示された円の画像の回転を視認することで、位相の状態をダイレ タトに認識することができる。 そこで、オシロスコープ 100における X— Y形式の出力 表示と、 PC18における出力を組み合わせることもできる。例えば、被測定物 Sの初期 の評価の段階では、オシロスコープ 100における出力表示を利用し、大まかな評価 を直感的に行い、それに基づいて被測定物 Sの特性の調整等を行レ、、ある程度、被 測定物 Sの特性が安定してきた段階、例えば量産段階では、 PC18における数値等 による出力を行うこともできる。
なお、上記各実施の形態において、ゼロ次光 B0を被測定物 Sに入射し、一次光 B1 を入射させない構成としている。しかし、ゼロ次光 B0は被測定物 Sに入射せず、一次 光 B1の方を入射させるという設定で装置を構成することも可能である。通常、ゼロ次 光 B0がー次光 B1よりも強度が高ぐ被測定物 Sから透過する際には、反射や吸収に よる損失を伴う場合があるので、上記各実施の形態では、ゼロ次光 B0を被測定物 S に入射する設定を採用している。 また、周波数シフター 12を市販の音響光学結晶 と RF発振器から構成する場合、 RF強度が可変でゼロ次光 B0と一次光 B1の強度を 調整できるものがある。この場合、ゼロ次光 B0と一次光 B1の強度比が逆転する場合 もあり、一次光 B1を被測定物 Sに入射することが有効となる場合がある。したがって、 どちらを被測定物 Sに入射させるかは、周波数シフター 12の特性に応じて選択すれ ばよい。 また、光検出器 16、 16A、 16Bの電気周波数帯域は、ビート周波数よりも 高い広帯域、もしくは、ビート周波数を中心として数 MHz程度の狭帯域のいずれを 使用しても良い。定常光強度も検出し、透過光が最大となるよう、被測定物 Sの調整 を行う場合には、 DCからビート周波数を超える広帯域で応答する光検出器 16、 16 A、 16Bを選択し、 DC成分やビート周波数以外からのノイズを除去する必要がある 場合には、狭帯域のみで応答するものを光検出器 16、 16A、 16Bとして選択するこ とができる。 これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙 げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
図面の簡単な説明
[0098] [図 1]第一の実施の形態における検出装置の構成を示す図である。
[図 2]検出装置の外観の一例を示す図である。
[図 3]検出装置によって出力される位相の波長依存性を示す情報の例である。
[図 4]検出装置にセットする被測定物の形態を示す図である。
[図 5]検出装置にセットする被測定物の他の形態を示す図である。
[図 6]検出装置にセットする被測定物のさらに他の形態を示す図である。
[図 7]検出装置にセットする被測定物のさらに他の形態を示す図である。
[図 8]検出装置にセットする被測定物のさらに他の形態を示す図である。
[図 9]光路差制御部の構成の一例を示す図である。
[図 10]第二の実施の形態における検出装置の構成を示す図である。
[図 11]光源の構成を示す図である。
[図 12]二波長を用いた場合の光の伝搬形態を示す図である。
[図 13]波長選択部の一例を示す図である。
[図 14]波長選択部の他の一例を示す図である。
[図 15]反射型の被測定物における、測定光と波長領域の関係を示す図である。
[図 16]狭帯域の反射型の被測定物における測定器具の構成を示す図である。
[図 17]検出装置の具体的な構成を示す図である。
[図 18]得られた測定結果を示す図である。
[図 19]第三の実施の形態における検出装置の構成を示す図である。
[図 20]波長選択部の構成を示す図である。
符号の説明
[0099] 10A、 10B、 10C…検出装置、 11…光源 (光供給部)、 12…周波数シフター、 13· · · 被測定物セット部 (照射部)、 15…ビームカプラー (重畳部)、 16…光検出器、 16Α· · · 光検出器 (第一の光電素子、第一のフォトダイオード）、 16B…光検出器（第二の光 電素子、第二のフォトダイオード）、 17…ロックインアンプ (位相検出部)、 18…制御' 表示部 (波長分散計測部、結果出力部)、 21…セル、 22…加熱部、 30…分配比制御 部、 31…光源、 32…第一光源、 33…第二光源、 36…波長選択部、 37…光ファイバ 分岐部、 38A…波長可変フィルタ (第一のフィルタ)、 38B…波長可変フィルタ (第二 のフィルタ)、 38C…波長可変フィルタ (フィルタ)、 41…光源、 50…波長選択部、 51 …回折格子、 52…回折格子 (第二の回折格子)、 53…レンズ (第一のレンズ)、 54…レ ンズ (第二のレンズ)、 56…ミラー (第一の光学素子)、 57…ミラー (第二の光学素子)、 8 0…反射体 (反射物）、 100…オシロスコープ、 B0…ゼロ次光 (第一の光)、 B1…一次 光 (第二の光)、 F…光ファイバ、 S…被測定物 (光学部材、検出対象)、 Sa…光デバイ ス (光学部材)、 Sb…光ファイバ (光学部材)、 Sc…光ファイバグレーティング (光学部材 )、Z、Z、 Z…重畳光、 λ…波長、 λ …波長 (第一の波長)、 λ …波長 (第二の波長）
0 1 0 1

Claims

請求の範囲
[1] 第一の波長を有する測定光と前記第一の波長とは異なる第二の波長を有する参照 光を出射する光源と、 前記測定光を第一の測定光と第二の測定光に、前記参照光 を第一の参照光と第二の参照光に分岐させ、前記第一の測定光および前記第一の 参照光、または前記第二の測定光および前記第二の参照光の周波数をシフトさせる 周波数シフターと、 前記第一の測定光および前記第一の参照光を被測定物に照 射する照射部と、 前記照射部にて前記被測定物に照射された前記第一の測定光 および前記第一の参照光を、前記第二の測定光および前記第二の参照光に重畳す る重畳部と、 前記重畳部で前記第一の測定光と前記第二の測定光が重畳すること で生じるビートの位相を、前記重畳部で前記第一の参照光と前記第二の参照光が重 畳することで生じるビートを基準として検出する位相検出部と、を備えることを特徴と する検出装置。
[2] 前記第一の測定光と前記第二の測定光が重畳することで生じるビートと、前記第一 の参照光と前記第二の参照光が重畳することで生じるビートとを、前記第一の測定光 および前記第二の測定光と、前記第一の参照光および前記第二の参照光の波長の 相違に基づき分離する波長選択部を、前記位相検出部の前段に備えることを特徴と する請求項 1に記載の検出装置。
[3] 前記波長選択部は、 前記第一の波長を有した光を透過する第一のフィルタと、 前 記第二の波長を有した光を透過する第二のフィルタと、を有することを特徴とする請 求項 2に記載の検出装置。
[4] 前記波長選択部は、 前記第一の波長を有した光を透過し、前記第二の波長を有し た光を反射するフィルタを有することを特徴とする請求項 2に記載の検出装置。
[5] 前記波長選択部は、 前記重畳部で重畳した前記第一の測定光および前記第一の 参照光と前記第二の測定光および前記第二の参照光を、波長に応じた所定の角度 で回折させる回折格子を有することを特徴とする請求項 2に記載の検出装置。
[6] 前記波長選択部は、 前記回折格子で回折した前記第一の測定光と前記第二の測 定光の重畳光と、前記回折格子で回折した前記第一の参照光と前記第二の参照光 の重畳光とを平行ビームにする第一のレンズと、 前記第一のレンズを通過した前記 第一の参照光と前記第二の参照光の重畳光を取り出す第一の光学素子と、 前記 第一のレンズと平行に設けられ、当該第一のレンズを通過した前記第一の測定光と 前記第二の測定光の重畳光を屈折させる第二のレンズと、 前記第二のレンズで屈 折した前記第一の測定光と前記第二の測定光の重畳光を、波長に応じた所定の角 度で回折させる第二の回折格子と、 前記第二の回折格子で回折した前記第一の 測定光と前記第二の測定光の重畳光を取り出す第二の光学素子と、をさらに有する ことを特徴とする請求項 5に記載の検出装置。
[7] 前記位相検出部は、 前記第一の測定光と前記第二の測定光の重畳光のエネルギ 一を電気信号に変換して出力する第一の光電素子と、 前記第一の参照光と前記第 二の参照光の重畳光のエネルギーを電気信号に変換して出力する第二の光電素子 と、を備え、 前記第一の光電素子から出力される電気信号と前記第二の光電素子 力 出力される電気信号に基づき、前記位相を検出することを特徴とする請求項 1に 記載の検出装置。
[8] 前記第一の光電素子および前記第二の光電素子がフォトダイオードであり、かつ少 なくとも前記第二の光電素子を構成する前記フォトダイオードが交流対応型であるこ とを特徴とする請求項 7に記載の検出装置。
[9] 前記被測定物が特定の波長領域の光のみを反射するものであり、前記第一の測定 光の波長が前記波長領域内で、
かつ前記第一の参照光の波長が前記波長領域外に設定されているとき、 前記照射 部は、前記第一の測定光および前記第一の参照光の前記被測定物に対する照射 方向において、前記被測定物の前段または後段に、前記第一の参照光を反射する 反射物を備えることを特徴とする請求項 1に記載の検出装置。
[10] 前記反射物は、前記第一の参照光の波長を含み、かつ前記被測定物とは異なる波 長領域の光のみを反射することを特徴とする請求項 9に記載の検出装置。
[11] 前記位相検出部で検出した、前記第一の測定光と前記第二の測定光が重畳するこ とで生じるビートの位相に基づき、前記被測定物の波長分散を計測する波長分散計 測部をさらに備えることを特徴とする請求項 1に記載の検出装置。
[12] 前記位相検出部で検出した、前記第一の測定光と前記第二の測定光が重畳するこ とで生じるビートの位相の変化に基づき、前記被測定物の温度変化を検出する請求 項 1に記載の検出装置。
[13] 前記位相検出部で検出した、前記第一の測定光と前記第二の測定光が重畳するこ とで生じるビートの位相の変化に基づき、前記被測定物の光路長を測定する請求項
1に記載の検出装置。
[14] 前記周波数シフターに印加する交流電気信号のパワーを調整し、前記周波数シフタ 一で周波数をシフトさせる前記第一の測定光と前記第一の参照光の分配比、および 前記第二の測定光と前記第二の参照光の分配比を制御する分配比制御部をさらに 備えることを特徴とする請求項 1に記載の検出装置。
[15] 所定波長および所定周波数を有する第一の光、前記第一の光とは周波数がシフトし た第二の光を供給する光供給部と、 前記第一の光および前記第二の光の一方を 被測定物に照射する照射部と、 前記照射部にて前記被測定物に照射された前記 第一の光および前記第二の光の一方と、前記第一の光および前記第二の光の他方 とを重畳する重畳部と、 前記第一の光と前記第二の光に対して光周波数の差を発 生させる交流電気信号に基づき、前記重畳部で前記第一の光と前記第二の光が重 畳することで生じるビートの位相を検出する位相検出部と、を備えることを特徴とする
[16] 前記光供給部は、単一周波数で光を発振する光源と、 前記光源から発振された光 の一部を分岐させ、分岐させた前記光の一部を音響光学結晶に入力することでその 周波数をシフトさせる周波数シフターと、を備え、 前記位相検出部は、前記光の一 部の周波数をシフトさせるために前記音響光学結晶に入力する交流電気信号を用 レ、、前記重畳部で前記第一の光と前記第二の光が重畳することで生じるビートの位 相を検出することを特徴とする請求項 15に記載の検出装置。
[17] 前記位相検出部で検出した、前記第一の光と前記第二の光が重畳することで生じる ビートの位相に基づき、前記被測定物の波長分散を計測する波長分散計測部をさら に備えることを特徴とする請求項 15に記載の検出装置。
[18] 前記位相検出部で検出した、前記第一の光と前記第二の光が重畳することで生じる ビートの位相の変化に基づき、前記被測定物の温度変化を検出する請求項 15に記 載の検出装置。
[19] 前記位相検出部で検出した、前記第一の光と前記第二の光が重畳することで生じる ビートの位相の変化に基づき、前記被測定物の光路長を測定する請求項 15に記載 の検出装置。
[20] 第一の波長を有する測定光と前記第一の波長とは異なる第二の波長を有する参照 光を出射する光源と、 前記光源から出射された光を、第一の周波数の光と第二の 周波数の光に分岐させる周波数シフターと、 前記周波数シフターで分岐された前 記第一の周波数の光を被測定物に照射する照射部と、 前記照射部を経た前記第 一の周波数の光と、前記第二の周波数の光を重畳させるフォト力ブラと、 前記フォト 力ブラを経た光を前記第一の波長の光と前記第二の波長の光に分岐させるフィルタ と、 前記フィルタで分岐された前記第一の波長の光に応じた電気信号を出力する 第一のフォトダイオードと、 前記フィルタで分岐された前記第二の波長の光に応じた 電気信号を出力する第二のフォトダイオードと、 前記第一のフォトダイオードから出 力された電気信号の変化を、前記第二のフォトダイオードから出力された電気信号を 基準として測定するロックインアンプと、を備えることを特徴とする検出装置。
[21] 前記第二のフォトダイオードは、直流成分を除去できる交流対応型であることを特徴 とする請求項 20に記載の検出装置。
[22] 前記ロックインアンプから出力される電気信号に基づき、測定結果を視覚情報として 出力する結果出力部をさらに備えることを特徴とする請求項 20に記載の検出装置。
[23] 前記結果出力部は、前記電気信号を X— Yモードで表示できるオシロスコープを備え ることを特徴とする請求項 22に記載の検出装置。
[24] 第一の波長を有する測定光と前記第一の波長とは異なる第二の波長を有する参照 光を出射する光源と、 前記測定光を第一の測定光と第二の測定光に、前記参照光 を第一の参照光と第二の参照光に分岐させ、前記第一の測定光および前記第一の 参照光、または前記第二の測定光および前記第二の参照光の周波数をシフトさせる 周波数シフターと、 前記第一の測定光および前記第一の参照光を被測定物に照 射する照射部と、 前記照射部にて前記被測定物に照射された前記第一の測定光 および前記第一の参照光を、前記第二の測定光および前記第二の参照光に重畳す る重畳部と、 前記重畳部で前記第一の測定光と前記第二の測定光が重畳すること で生じるビートの位相を、前記重畳部で前記第一の参照光と前記第二の参照光が重 畳することで生じるビートを基準として検出する位相検出部と、を備え、 前記光源か ら出射する前記測定光の波長を掃引したとき、前記位相検出部にて、前記ビートの 位相の変化を検出することで、前記被測定物の光路長を測定することを特徴とする 光路長測定装置。
[25] 所定の波長を有する測定光と当該測定光とは異なる波長の参照光を被測定物に照 射し、前記被測定物の光学特性を測定する測定装置にて用いられる測定用器具で あって、 前記被測定物が、前記測定光の波長を含み、かつ前記参照光の波長を含 まない波長領域の光を反射するものであるとき、前記測定光および前記参照光の前 記被測定物に対する照射方向において、前記被測定物の前段または後段に設置さ れ、前記参照光の波長を含み、かつ前記被測定物で反射する波長領域とは異なる 波長領域の光を反射することを特徴とする測定用器具。
[26] 前記測定用器具は、前記被測定物の後段側に接続される光ファイバ一グレーティン グであることを特徴とする請求項 25に記載の測定用器具。
[27] 第一の周波数を有する第一の測定光と、前記第一の周波数とは異なる第二の周波 数を有する第一の参照光と、前記第一の周波数力 所定量だけ周波数がシフトした 第二の測定光と、前記第二の周波数から前記所定量だけ周波数がシフトした第二の 参照光を発生させるステップと、 前記第一の測定光および前記第一の参照光を光 学部材に照射するステップと、 前記光学部材に照射された前記第一の測定光およ び前記第一の参照光を、前記第二の測定光および前記第二の参照光に重畳するス テツプと、 前記第一の測定光と前記第二の測定光が重畳することで生じるビートの 位相を、前記第一の参照光と前記第二の参照光が重畳することで生じるビートを基 準として検出するステップと、 検出された前記ビートの位相に基づき、前記光学部 材の光学特性を測定するステップと、を有することを特徴とする光学部材評価方法。
[28] 前記光学特性を測定するステップでは、前記光学部材の波長分散を測定することを 特徴とする請求項 27に記載の光学部材評価方法。
[29] 前記光学特性を測定するステップでは、前記第一の測定光および前記第二の測定 光の波長を掃引したとき、前記ビートの位相の変化を検出することで、前記被測定物 の光路長を測定することを特徴とする請求項 27に記載の光学部材評価方法。
[30] 前記第二の測定光および前記第二の参照光の、前記第一の測定光および前記第 一の参照光に対する周波数のシフト量の絶対値は、前記第一の測定光と前記第一 の参照光との周波数の差の絶対値より小さいことを特徴とする請求項 27に記載の光 学部材評価方法。
[31] 前記第二の測定光および前記第二の参照光の、前記第一の測定光および前記第 一の参照光に対する周波数のシフト量の絶対値を、 30— 200MHzとすることを特徴 とする請求項 30に記載の光学部材評価方法。
[32] 所定波長および所定周波数を有する第一の光、前記第一の光とは周波数が異なる 第二の光の一方を光学部材に照射するステップと、 前記光学部材に照射された前 記第一の光および前記第二の光の一方と、前記第一の光および前記第二の光の他 方とを重畳するステップと、 前記第一の光と前記第二の光の周波数の差分に応じた 交流電気信号に基づき、前記第一の光と前記第二の光が重畳することで生じるビー トの位相を検出するステップと、 検出された前記ビートの位相に基づき、被測定物 の波長分散を計測するステップと、を含むことを特徴とする光学部材評価方法。
[33] 所定波長および所定周波数を有する第一の光、前記第一の光とは周波数が異なる 第二の光の一方を検出対象に照射するステップと、 前記検出対象に照射された前 記第一の光および前記第二の光の一方と、前記第一の光および前記第二の光の他 方とを重畳するステップと、 前記第一の光と前記第二の光が重畳することで生じるビ ートの位相を検出することで、前記検出対象の温度変化を検出するステップと、を含 むことを特徴とする温度変化検出方法。
[34] 前記検出対象の温度変化を検出することで、当該検出対象の化学反応、生体反応 を検出することを特徴とする請求項 33に記載の温度変化検出方法。
[35] 第一の周波数を有する第一の測定光と、前記第一の周波数とは異なる第二の周波 数を有する第一の参照光と、前記第一の周波数力 所定量だけ周波数がシフトした 第二の測定光と、前記第二の周波数から前記所定量だけ周波数がシフトした第二の 参照光を発生させるステップと、 前記第一の測定光および前記第一の参照光を光 学部材に照射するステップと、 前記光学部材に照射された前記第一の測定光およ び前記第一の参照光を、前記第二の測定光および前記第二の参照光に重畳するス テツプと、 前記第一の測定光と前記第二の測定光が重畳することで生じるビートの 位相を、前記第一の参照光と前記第二の参照光が重畳することで生じるビートを基 準として検出するステップと、 検出された前記ビートの位相に基づき、検出対象の 温度変化を検出するステップと、を含むことを特徴とする温度変化検出方法。
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