JP6531318B2 - Optical member evaluation device - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバ等の光学部材の評価装置に関する。 The present invention relates to an evaluation apparatus for an optical member such as an optical fiber.
モード多重光通信とは、それぞれが異なる情報を搬送する複数の伝搬モードの光を1つの光ファイバで伝送する通信技術である。各伝搬モードは、互いに直交しており、その直交性は空間的な強度及び位相により定義される。最低次の伝搬モードは、基本モードと呼ばれ、平坦な空間位相を有する。一方、高次の伝搬モードは空間的に一様でない位相を持ち、強度もそれに従って特定の分布を示す。モード多重光通信システムにおいては、各伝搬モードを個別のチャネルとして扱うが、伝搬モード間においてクロストークが生じると伝送品質が劣化する。 Mode-multiplexed optical communication is a communication technology in which light of a plurality of propagation modes, each of which carries different information, is transmitted by one optical fiber. Each propagation mode is orthogonal to one another, and the orthogonality is defined by spatial intensity and phase. The lowest order propagation mode is called the fundamental mode and has a flat spatial phase. On the other hand, higher order propagation modes have spatially non-uniform phase, and the intensity also shows a specific distribution accordingly. In the mode multiplexing optical communication system, each propagation mode is treated as an individual channel, but when crosstalk occurs between the propagation modes, the transmission quality is degraded.
したがって、モード多重光通信システムで使用される光ファイバやモード変換器等の光学部材において、どの程度のクロストークが生じるかを測定・評価することが求められる。上述した様に、伝搬モードは、光の空間的な強度及び位相、つまり、複素振幅の分布によって決まる。クロストークを測定するためには、測定対象の光学部材を伝搬した光(以下、物体光と呼ぶ)の空間的な強度及び位相を測定する必要がある。通常、光検出器は、光の空間的な強度分布しか観測できない。したがって、空間的な強度及び位相分布が既知であり、物体光とコヒーレントな参照光と物体光とを干渉させることで、物体光の強度及び位相の空間分布を求めることが行われる。 Therefore, it is required to measure and evaluate how much crosstalk occurs in optical members such as an optical fiber and a mode converter used in a mode multiplexing optical communication system. As mentioned above, the propagation mode is determined by the spatial intensity and phase of the light, ie the distribution of the complex amplitude. In order to measure the crosstalk, it is necessary to measure the spatial intensity and phase of light (hereinafter, referred to as object light) propagated through the optical member to be measured. Usually, the photodetector can only observe the spatial intensity distribution of light. Therefore, spatial intensity and phase distribution are known, and the spatial distribution of intensity and phase of object light is determined by causing object light to interfere with coherent reference light and object light.
このため、通常、光源が生成した光を2分岐し、一方を測定対象の光学部材を通過させて物体光とし、他方を参照光として使用することが行われる。このとき、参照光は、物体光が通過する測定対象の光学部材とは異なる専用光路を伝搬させた後に物体光と干渉させるが、この参照光の専用光路の光路長は、測定対象の光学部材と同じ光路長とする必要がある。したがって、光ファイバの様な長尺な光学部材の評価を行う場合、参照光の専用光路として、測定対象の光ファイバと同じ長さの光ファイバを用意する必要がある。 For this reason, usually, the light generated by the light source is branched into two, one of which is made to pass through the optical member to be measured to be an object light, and the other is used as a reference light. At this time, the reference light is caused to interfere with the object light after propagating the dedicated light path different from the optical member to be measured through which the object light passes, and the optical path length of the dedicated light path of the reference light is the optical member to be measured It must be the same optical path length as Therefore, when evaluating a long optical member such as an optical fiber, it is necessary to prepare an optical fiber having the same length as the optical fiber to be measured as a dedicated optical path for reference light.
特許文献1は、物体光から参照光を生成することで、参照光の専用光路を不要とする構成を開示している。図3は、特許文献1に記載の評価装置を示している。図3において、光源1が生成した光は、モード変換器2において所定の伝搬モードに変換され、測定対象の光学部材である被測定ファイバ3に入力される。分波器4は、被測定ファイバ3を伝搬した物体光を分岐し、一方の物体光を干渉部6に出力し、他方の物体光を、当該物体光から参照光を生成するために空間フィルタ5に出力する。空間フィルタ5は、物体光の高周波成分を抑圧し、直流及び低周波成分を通過させる。つまり、空間フィルタ5は、物体光から振幅及び位相分布が一様な平面波成分を取り出して参照光とする。これは、参照光の強度及び位相の空間分布は既知でなければならないからである。干渉部6は、分波器4からの物体光と、空間フィルタ5が出力する略平面波と見做せる参照光を干渉させ、撮像部7は、干渉縞を撮影して、撮影したデータを処理部8に出力する。処理部8は、干渉縞に基づき例えば、物体光の強度及び位相の空間分布を求める。
しかしながら、空間フィルタ5に入力される物体光に平面波成分が殆ど含まれていない場合、特許文献1に記載の構成では測定精度が劣化する。つまり、特許文献1に記載の構成では、物体光に平面波成分が十分に含まれていないと、光学部材の評価を精度良く行うことができない。
However, when the object light input to the
本発明は、物体光の位相分布に拘らず、物体光から参照光を生成して精度良く光学部材の評価を行うことができる評価装置を提供するものである。 The present invention provides an evaluation apparatus capable of generating reference light from object light and evaluating optical members with high accuracy regardless of the phase distribution of object light.
本発明の一側面によると、評価対象の光学部材を通過した物体光により当該光学部材の評価を行う評価装置は、前記物体光を分岐する分岐手段と、前記分岐手段が分岐した一方の物体光が通過し、前記一方の物体光に対して通過する空間位置に応じた位相遅延を与える位相調整手段と、前記位相調整手段を通過した物体光に対して空間周波数に基づくローパスフィルタ処理を行い参照光として出力する生成手段と、前記参照光と、前記分岐手段が分岐した他方の物体光を干渉させて干渉縞を生じさせる干渉手段と、前記干渉縞を撮像する撮像手段と、前記撮像手段が撮像した干渉縞に基づき前記物体光の位相の空間分布を求め、前記求めた位相の空間分布に基づき前記位相調整手段を制御する制御手段と、を備えていることを特徴とする。 According to one aspect of the present invention, an evaluation apparatus for evaluating the optical member by the object light having passed through the optical member to be evaluated includes: a branching unit that branches the object light; and one object light branched by the branching unit Phase adjustment means for giving a phase delay according to the spatial position passing through to the one object light, and performing low-pass filter processing based on the spatial frequency on the object light passing through the phase adjustment means Interference means for generating interference fringes by causing generation means for outputting as light, the reference light, and the other object light branched by the branching means, imaging means for imaging the interference fringes, and the imaging means A spatial distribution of the phase of the object light is determined based on the captured interference fringes, and control means is provided for controlling the phase adjustment unit based on the spatial distribution of the determined phase.
本発明によると、物体光の位相分布に拘らず、物体光から参照光を生成して精度良く光学部材の評価を行うことができる。 According to the present invention, regardless of the phase distribution of the object light, the reference light can be generated from the object light and the optical member can be evaluated with high accuracy.
以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following embodiment is an exemplification, and the present invention is not limited to the contents of the embodiment. Further, in each of the following drawings, components that are not necessary for the description of the embodiment will be omitted from the drawings.
図1は、本実施形態による評価装置100の構成図である。なお、図1の構成においては、評価対象の光学部材が光ファイバであるものとしているが、本実施形態は、位相及び強度の空間分布を測定するする必要がある任意の光学部材を評価対象とすることができる。図1において、光源1が生成した光は、モード変換器2において所定の伝搬モードに変換され、測定対象である被測定ファイバ3に入力される。そして、被測定ファイバ3を伝搬した光が物体光として評価装置100に入力される。なお、光源1及びモード変換器2を含めて評価装置とすることもできる。
FIG. 1 is a block diagram of an
評価装置100の分波器4は、入力される物体光を分岐し、その一方を物体光として干渉部6に出力する。また、他方の物体光を空間光位相変調器9に出力し、空間光位相変調器9は物体光を中間光に変換して出力する。空間光位相変調器9は、例えば、通過する光の進行方向と直交する平面を有する液晶装置であり、通過する光に対して、通過する平面上の位置毎に独立した遅延量を与える様に構成されている。つまり、空間光位相変調器9は、通過する光に空間位置に応じた位相遅延を与える位相調整部として機能する。ここで、空間位置とは、通過する光の進行方向とは直交する平面上の位置を意味する。なお、初期状態においては、総ての空間位置における位相遅延を同じとしておく。したがって、初期状態においては、空間光位相変調器9が出力する中間光は物体光と同じである。空間光位相変調器9を通過した中間光は空間フィルタ5に入力される。図2は、空間フィルタ5の構成例を示している。空間フィルタは、例えば、集光レンズ51と、ピンホールを設けた部材52と、コリメートレンズ53と、で構成される。この構成により、空間フィルタ5は、中間光の空間周波数の高周波成分を抑圧し、直流及び低周波成分を参照光として取り出す。つまり、空間フィルタ5は、中間光に対してその高周波成分を取り除くローパスフィルタ処理を行い、中間光から振幅及び位相分布が一様な平面波成分を取り出す。これは、参照光の強度及び位相の空間分布は既知でなければならないからである。なお、ここでの周波数とは空間周波数を意味する。干渉部6は、分波器4からの物体光と、空間フィルタ5からの参照光を干渉させ、撮像部7は、干渉縞を撮影して、撮影したデータを処理部10に出力する。
The splitter 4 of the
処理部10は、干渉縞から物体光の位相分布(複素振幅分布)を判定し、判定した位相分布の共役を空間光位相変調器9にフィードバックする。つまり、空間光位相変調器9の各空間位置において当該位置を通過する光に与える遅延量を、物体光の位相分布の位相共役となる様に処理部10は、空間光位相変調器9の各位置における位相遅延量を制御する。これは、物体光の各位置における位相差を小さくする様に位相を調整して中間光とすることに相当し、この操作により空間光位相変調器9が出力する中間光は、物体光より平面波に近づくことになる。つまり、中間光に含まれる平面波成分が1回目の測定における中間光より増加する。さらに、処理部10は、2回目の測定により、干渉縞から物体光の位相分布(複素振幅分布)を判定し、判定した位相分布の共役を空間光位相変調器9にフィードバックする。この処理を繰り返すことで、空間光位相変調器9は、入力される物体光の位相及び強度分布を平滑化し、空間光位相変調器9が出力する中間光は平面波に近づくことになる。これにより、被測定ファイバ3を通過した物体光の位相分布に拘らず、十分な強度の参照光を物体光から取り出すことができ、よって、測定精度を上げることができる。なお、繰り返しの回数については予め設定しておく形態とすることができる。或いは、空間光位相変調器9の設定状態が収束することにより繰返しを終了する形態であっても良い。
The
繰り返しが終了すると、処理部10は、物体光の位相及び強度の空間分布に基づき被測定光ファイバ3の評価を行う。なお、評価できる内容は、物体光の位相及び強度の空間分布に基づき計算できる任意の内容であり、例えば、伝搬モード間のクロストークや、位相及び強度の空間分布の波長依存性や、理想的な伝搬モードの位相及び強度の空間分布からのズレや、モード間遅延等である。
When the repetition is completed, the
4:分岐部、9:空間光位相変調器、5:空間フィルタ、6:干渉部、7:撮像部、10:処理部 4: Branching part, 9: Spatial light phase modulator, 5: Spatial filter, 6: Interference part, 7: Imaging part, 10: Processing part
Claims (3)
前記物体光を分岐する分岐手段と、
前記分岐手段が分岐した一方の物体光が通過し、前記一方の物体光に対して通過する空間位置に応じた位相遅延を与える位相調整手段と、
前記位相調整手段を通過した物体光に対して空間周波数に基づくローパスフィルタ処理を行い参照光として出力する生成手段と、
前記参照光と、前記分岐手段が分岐した他方の物体光を干渉させて干渉縞を生じさせる干渉手段と、
前記干渉縞を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段が撮像した干渉縞に基づき前記物体光の位相の空間分布を求め、前記求めた位相の空間分布に基づき前記位相調整手段を制御する制御手段と、
を備えていることを特徴とする評価装置。 It is an evaluation device which evaluates the optical member concerned by object light which passed optical member of evaluation object,
A branching unit that branches the object light;
Phase adjusting means for giving a phase delay according to a spatial position where one object light branched by the branching means passes and passes to the one object light;
Generation means for performing low-pass filter processing based on spatial frequency on the object light having passed through the phase adjustment means, and outputting as reference light;
Interference means for causing interference fringes by causing the reference light and the other object light branched by the branching means to interfere with each other;
Imaging means for imaging the interference fringes;
Control means for determining the spatial distribution of the phase of the object light based on the interference fringes imaged by the imaging means, and controlling the phase adjustment means based on the spatial distribution of the determined phase;
An evaluation device characterized by comprising:
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