特開 2025-22205 光源装置および光測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025022205

(43)【公開日】2025-02-14

(54)【発明の名称】光源装置および光測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01J 3/10 20060101AFI20250206BHJP

   G01J 3/18 20060101ALI20250206BHJP

【ＦＩ】

G01J3/10

G01J3/18

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023126577

(22)【出願日】2023-08-02

(71)【出願人】

【識別番号】000102212

【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100133215

【弁理士】

【氏名又は名称】真家 大樹

(72)【発明者】

【氏名】赤井 伸伍

(72)【発明者】

【氏名】横山 拓馬

【テーマコード（参考）】

2G020

【Ｆターム（参考）】

2G020BA02

2G020CB23

2G020CB36

2G020CB54

2G020CC06

2G020CC32

2G020CC65

2G020CD04

2G020CD12

2G020CD13

2G020CD24

2G020CD34

(57)【要約】

【課題】光測定装置におけるＡＷＧの分光特性のばらつきに起因する測定精度の低下を抑制する。
【解決手段】パルス光源２１０は、広帯域パルス光Ｌ１ａを生成する。ＡＷＧ２６０Ａは、広帯域パルス光Ｌ１ａを波長に応じて空間的に分割し、複数の分割ビームを出射する。複数のファイバ２３０＿１～２３０＿ｎは、複数の分割ビームに異なる遅延を与える。カプラ２５０は、複数のファイバ２３０＿１～２３０＿ｎから出力される複数のビームを空間的に合波する。ＡＷＧ２６０Ａは、複数の入射導波路２６２＿１～２６２＿３を含み、複数の入射導波路２６２＿１～２６２＿３のひとつに広帯域パルス光Ｌ１ａを選択的に入射可能に構成される。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

波長掃引光を発生する光源装置であって、
パルス光を生成するパルス光源と、
前記パルス光を、波長に応じて空間的に分割し、複数の分割ビームを出射するアレイ導波路回折格子と、
前記複数の分割ビームに異なる遅延を与える複数のファイバと、
前記複数のファイバから出力される複数のビームを空間的に合波するカプラと、
を備え、
前記アレイ導波路回折格子は、
複数の入射導波路と、
複数の出射導波路と、
を含み、前記複数の入射導波路のひとつに前記パルス光を選択的に入射可能に構成されることを特徴とする光源装置。

【請求項2】

前記複数の出射導波路から出射される分割ビームの中心波長の波長間隔はＸであり、
前記アレイ導波路回折格子は、前記パルス光が入射する入射導波路をひとつずらすと、各出射導波路から出射される分割ビームの波長はＹ＋Ｘシフトするように構成されることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。

【請求項3】

前記複数の出射導波路の本数は、前記複数のファイバの本数より多く、
前記パルス光が入射する入射導波路に応じて、前記複数のファイバを接続すべき前記複数の出射導波路を変更可能であることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。

【請求項4】

前記入射導波路の本数は３本以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光源装置。

【請求項5】

前記パルス光の波長は９００～１３００ｎｍを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光源装置。

【請求項6】

前記アレイ導波路回折格子の材料は、ＳｉＯ_２であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光源装置。

【請求項7】

前記カプラは、アレイ導波路回折格子であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光源装置。

【請求項8】

波長掃引光を発生する請求項１から３のいずれかに記載の光源装置と、
前記波長掃引光を対象物に照射して得られる物体光を測定する受光装置と、
を備えることを特徴とする光測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光源装置および光測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

対象物の成分の分析や検査に分光解析が広く用いられる。分光解析では、照射光を対象物に照射し、照射の結果得られる物体光のスペクトルが測定される。そして、物体光のスペクトルと照射光のスペクトルの関係にもとづいて、反射特性（波長依存性）あるいは透過特性などの光学的特性を得ることができる。

【0003】

光学特性の測定手法のひとつとして、波長掃引型の分光法が知られている。波長掃引型の分光器は、波長が経時的に変化する波長掃引光を生成し、検査対象に照射する。波長掃引光は、時間と波長が１対１の関係にあるパルスあるいはパルス列である。そして波長掃引光を検査対象に照射して得られる光の時間波形を受光器によって検出する。受光器の出力波形は、時間軸が波長に対応するスペクトルを表す。

【0004】

特許文献１には、波長掃引型の分光法の分光測定装置用の光源装置が開示される。図１は、従来の光源装置２００Ｒを説明する図である。この光源装置２００Ｒは、パルス光源２１０、分割器２２０、複数ｎ個（ｎ≧２）のファイバ２３０＿１～２３０＿ｎ、カプラ２４０を備える。分割器２２０は、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating）２２２を含み、パルス光源２１０からのパルス光を、波長に応じて複数ｎ個に分割する。複数ｎ個のファイバ２３０＿１～２３０＿ｎは、分割器２２０により分割されたｎ個の光に、異なる遅延を与える。カプラ２４０は、複数ｎ本のファイバ２３０＿１～２３０＿ｎから出射する光を、同一の照射領域に照射されるように空間的に重ね合わる。特許文献１において、分割器２２０はＡＷＧ２２２を含んで構成される。また、カプラ２４０の構成例のひとつとして、分割器２２０と同様に、ＡＷＧ２４２を含むものが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２０－１５９９７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明者らは、図１の光源装置２００Ｒについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。

【0007】

ＡＷＧを用いた分光測定装置を用いて対象物の定量測定を行う場合は、予め、スペクトルから成分値を算出するために多変量解析等を用いて検量線が作成される。そして、作成した検量線モデルに沿って、対象物の定量測定を行う。

【0008】

ＡＷＧの成膜プロセスでは、同一ウェハ内において、あるいは異なるウェハ間において、屈折率や膜厚を完全に均一とすることは難しい。そのため、ＡＷＧの個体ごとに分光特性にばらつきが発生する。

【0009】

したがって、検量線モデルを作成する際に用いたＡＷＧと、実際に試料を測定する分光測定装置に組み込まれるＡＷＧの分光特性が異なると、同じ対象物であっても測定結果が異なるという不具合（精度低下）が生じる。

【0010】

なお、この問題を当業者の一般的な認識として捉えてはならず、本発明者らが独自に認識したものである。

【0011】

本開示は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、ＡＷＧの分光特性のばらつきに起因する測定精度の低下を抑制可能な光測定装置および光源装置の提供にある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本開示のある態様に係る光源装置は、波長掃引光を発生する。光源装置は、パルス光を生成するパルス光源と、パルス光を、波長に応じて空間的に分割し、複数の分割ビームを出射するアレイ導波路回折格子と、複数の分割ビームに異なる遅延を与える複数のファイバと、複数のファイバから出力される複数のビームを空間的に合波するカプラと、を備える。アレイ導波路回折格子は、複数の入射導波路と、複数の出射導波路と、を含み、複数の入射導波路のひとつにパルス光を選択的に入射可能に構成される。

【0013】

なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、本開示の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本開示の態様として有効である。

【発明の効果】

【0014】

本開示のある態様によれば、ＡＷＧの分光特性のばらつきに起因する測定精度の低下を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】従来の光源装置を説明する図である。

【図2】実施形態に係る光測定装置の基本構成を示すブロック図である。

【図3】波長掃引光Ｌ１を示す図である。

【図4】図２の光測定装置による分光を説明する図である。

【図5】実施形態１に係る光源装置を示す図である。

【図6】実施形態１に係るＡＷＧの分光特性を説明する図である。

【図7】入射スラブ導波路に対する入射位置を、１０ｎｍをずらしたときの、各チャンネルＣｈ１～Ｃｈ６４の中心波長λ_１～λ_６４のシフト量の測定結果を示す図である。

【図8】入射導波路の選択を説明する図である。

【図9】基準ＡＷＧを用いた測定結果を示す図である。

【図10】３つの代替ＡＷＧを用いたときの測定結果を示す図である。

【図11】実施形態２に係る光源装置を示す図である。

【図12】実施形態２に係るＡＷＧの分光特性を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

（実施形態の概要）
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。またこの概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、実施形態の欠くべからざる構成要素を限定するものではない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態（実施例や変形例）または複数の実施形態（実施例や変形例）を指すものとして用いる場合がある。

【0017】

一実施形態に係る光源装置は、波長掃引光を発生する。光源装置は、パルス光を生成するパルス光源と、パルス光を、波長に応じて空間的に分割し、複数の分割ビームを出射するアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）と、複数の分割ビームに異なる遅延を与える複数のファイバと、複数のファイバから出力される複数のビームを空間的に合波するカプラと、を備える。アレイ導波路回折格子は、複数の入射導波路と、複数の出射導波路と、を含み、複数の入射導波路のひとつにパルス光を選択的に入射可能に構成される。

【0018】

ＡＷＧの製造プロセスのばらつきにより、分光特性、具体的には各分割ビームの中心波長が設計値からシフトする。この光源装置では、この中心波長のシフト量に応じて、パルス光を入射する入射導波路を変更することにより、各分割ビームの中心波長のシフトをキャンセルすることができる。かかる光源装置を用いた光測定装置では、ＡＷＧの分光特性のばらつきの影響が抑制されるため、測定精度を改善することができる。

【0019】

一実施形態において、複数の出射導波路から出射される分割ビームの中心波長の波長間隔（設計値）はＸであってもよい。ＡＷＧは、パルス光が入射する入射導波路をひとつずらすと、各出射導波路から出射される分割ビームの波長はＹ＋Ｘシフトするように構成されてもよい。

【0020】

一実施形態において、複数の出射導波路の本数は、複数のファイバの本数より多く、パルス光が入射する入射導波路に応じて、複数のファイバを接続すべき複数の出射導波路を変更可能であってもよい。これにより、パルス光を入射する入射導波路の選択にかかわらず、同じ波長を有する分割ビームを、同じファイバから出力することができる。

【0021】

一実施形態において、入射導波路の本数は３本以上であってもよい。

【0022】

一実施形態において、パルス光の波長は９００～１３００ｎｍを含んでもよい。

【0023】

一実施形態において、アレイ導波路回折格子の材料は、ＳｉＯ_２であってもよい。

【0024】

一実施形態において、カプラは、アレイ導波路回折格子であってもよい。

【0025】

一実施形態に係る光測定装置は、波長掃引光を発生する上述のいずれかに記載の光源装置と、波長掃引光を対象物に照射して得られる物体光を測定する受光装置と、を備えてもよい。

【0026】

（実施形態）
以下、本開示を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、開示を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも開示の本質的なものであるとは限らない。

【0027】

図面に記載される各部材の寸法（厚み、長さ、幅など）は、理解の容易化のために適宜、拡大縮小されている場合がある。さらには複数の部材の寸法は、必ずしもそれらの大小関係を表しているとは限らず、図面上で、ある部材Ａが、別の部材Ｂよりも厚く描かれていても、部材Ａが部材Ｂよりも薄いこともあり得る。

【0028】

図２は、実施形態に係る光測定装置１００の基本構成を示すブロック図である。光測定装置１００は、対象物ＯＢＪのスペクトルを測定する波長掃引型の分光器であり、主として光源装置２００、受光装置３００、演算処理装置４００を備える。いくつかの図において、光源装置２００や受光装置３００などを簡略化して箱で示す場合があるが、これは、それぞれを構成する部材が、単一の筐体に収容されることを意図したものではない。

【0029】

光源装置２００は、対象物ＯＢＪに対して、波長が経時的に変化する波長掃引光Ｌ１を照射する。波長掃引光Ｌ１は、時間と波長が一対一の関係で対応付けられる。これを波長掃引光Ｌ１は「波長の一意性を有する」という。

【0030】

図３は、波長掃引光Ｌ１を示す図である。図３の上段は、波長掃引光Ｌ１の強度（時間波形）Ｉ_ＷＳ（ｔ）を、下段は波長掃引光Ｌ１の波長λの時間変化を示す。この例において、波長掃引光Ｌ１は１個のパルス光であり、その前縁部において主波長がλ_１、後縁部において主波長がλ_ｎであり、１パルス内で波長がλ_１からλ_ｎの間で経時的に変化する。この例では、波長掃引光Ｌ１は、時間とともに振動数が増加する、言い換えると時間とともに波長が短くなる正のチャープパルス（λ_１＞λ_ｎ）である。なお、波長掃引光Ｌ１は、時間とともに波長が長くなる負のチャープパルスであってもよい（λ_１＜λ_ｎ）。後述するように、波長掃引光Ｌ１は、パルス列であってもよい。

【0031】

図２に戻る。受光装置３００は、波長掃引光Ｌ１を物体ＯＢＪに照射した結果得られる光（物体光）Ｌ２を受光する。物体光Ｌ２は、反射光であってもよいし、透過光であってもよい。受光装置３００は、フォトダイオードなどの光センサ３０２，３０４と、Ａ／Ｄコンバータ３１０、光学系（不図示）などを含む。物体光Ｌ２は、光センサ３０２によって検出される。光源装置２００が生成する波長掃引光Ｌ１の一部分は、ビームスプリッタなどの光学素子を利用して別経路に参照光Ｌ３として取り出され、光センサ３０４によって検出される。

【0032】

Ａ／Ｄコンバータ３１０は、光センサ３０２，３０４それぞれの出力信号Ｓ２，Ｓ３をデジタル信号Ｄ２，Ｄ３に変換する。デジタル信号Ｄ２が示す物体光Ｌ２の時間波形Ｉ_ＯＢＪ（ｔ）およびデジタル信号Ｄ３が示す参照光Ｌ３の時間波形Ｉ_ＲＥＦ（ｔ）は、演算処理装置４００に取り込まれる。

【0033】

波長掃引型の分光法では、波長掃引光Ｌ１における時刻と波長は１対１の対応関係を有する。この対応関係は、当然ながら参照光Ｌ３も有しており、また物体光Ｌ２にも引き継がれる。この時間と波長の対応関係を利用して、演算処理装置４００は、物体光Ｌ２の時間波形Ｉ_ＯＢＪ（ｔ）を、周波数ドメインのスペクトルＩ_ＯＢＪ（λ）に変換する。また演算処理装置４００は、参照光Ｌ３の時間波形Ｉ_ＲＥＦ（ｔ）を、スペクトルに変換し、適切にスケーリングすることで、参照スペクトルＩ_ＲＥＦ（λ）を計算する。

【0034】

演算処理装置４００の処理は特に限定されないが、一例として演算処理装置４００は、参照スペクトルＩ_ＲＥＦ（λ）と物体光Ｌ２のスペクトルＩ_ＯＢＪ（λ）にもとづいて、対象物ＯＢＪの透過率Ｔ（λ）を計算することができる。反射率Ｒ（λ）についても同様である。
Ｔ（λ）＝Ｉ_ＯＢＪ（λ）／Ｉ_ＲＥＦ（λ）
Ｒ（λ）＝Ｉ_ＯＢＪ（λ）／Ｉ_ＲＥＦ（λ）

【0035】

なお、波長掃引光Ｌ１の安定性が高い場合には、予め波長掃引光Ｌ１のスペクトルを測定しておき、参照スペクトルＩ_ＲＥＦ（λ）として用いてもよい。

【0036】

図４は、図２の光測定装置１００による分光を説明する図である。上述のように、波長掃引光Ｌ１は、時間ｔと波長λが１対１で対応しているから、その時間波形Ｉ_ＲＥＦ（ｔ）は、周波数ドメインのスペクトルＩ_ＲＥＦ（λ）に変換することができる。

【0037】

物体光Ｌ２の時間波形Ｉ_ＯＢＪ（ｔ）も、時間ｔと波長λが１対１で対応したものとなる。したがって演算処理装置４００は、受光装置３００の出力が示す物体光Ｌ２の波形Ｉ_ＯＢＪ（ｔ）を、物体光Ｌ２のスペクトルＩ_ＯＢＪ（λ）に変換することができる。

【0038】

演算処理装置４００は、２つのスペクトルＩ_ＯＢＪ（λ）とＩ_ＲＥＦ（λ）の比Ｉ_ＯＢＪ（λ）／Ｉ_ＲＥＦ（λ）にもとづいて、対象物ＯＢＪの透過スペクトルＴ（λ）を計算することができる。

【0039】

波長掃引光Ｌ１における時間ｔの波長λの関係が、λ＝ｆ（ｔ）なる関数で表されるとする。最も簡易には、波長λは、時間ｔに対して、一次関数にしたがってリニアに変化する。物体光Ｌ２の時間波形Ｉ_ＯＢＪ（ｔ）が、ある時刻ｔ_ｘにおいて低下するとき、透過スペクトルＴ（λ）は、波長λ_ｘ＝ｆ（ｔ_ｘ）に吸収スペクトルを有することを意味する。

【0040】

なお、演算処理装置４００における処理はこれに限定されない。時間の２つの時間波形Ｉ_ＯＢＪ（ｔ）とＩ_ＲＥＦ（ｔ）の比Ｔ（ｔ）＝Ｉ_ＯＢＪ（ｔ）／Ｉ_ＲＥＦ（ｔ）を演算した後に、この時間波形Ｔ（ｔ）の変数ｔをλに変換することで、透過スペクトルＴ（λ）を算出してもよい。

【0041】

以上が光測定装置１００の基本構成および動作である。続いて、光源装置２００の構成を説明する。

【0042】

（実施形態１）
図５は、実施形態１に係る光源装置２００Ａを示す図である。光源装置２００Ａは、パルス光源２１０、分割器２２０、複数ｎ本（ｎ≧２）のファイバ２３０＿１～２３０＿ｎ（ファイバアレイ２３２と総称する）、カプラ２５０を備える。

【0043】

パルス光源２１０は、広帯域な連続スペクトルを有する広帯域パルス光Ｌ１ａを出射する。広帯域パルス光Ｌ１ａのスペクトルは、たとえば９００ｎｍ～１３００ｎｍの範囲において、少なくとも１０ｎｍ、好ましくは５０ｎｍ、より好ましくは１００ｎｍの波長域にわたって連続している。広帯域パルス光Ｌ１ａの波長域の幅は、分光に必要な波長域をカバーしていればよい。

【0044】

たとえばパルス光源２１０は、超短パルスレーザと、非線形素子を含みうる。超短パルスレーザとしては、ゲインスイッチレーザ、マイクロチップレーザ、ファイバレーザ等が例示される。

【0045】

非線形素子は、非線形現象によって、超短パルスレーザが生成する超短パルスのスペクトル幅をさらに広げる。非線形素子としてはファイバが好適であり、たとえば、フォトニッククリスタルファイバやその他の非線形ファイバを用いることができる。ファイバのモードとしてはシングルモードの場合が好適であるが、マルチモードであっても十分な非線形性を示すものであれば、使用することができる。

【0046】

パルス光源２１０として、ＳＬＤ（Superluminescent Diode）光源のような他の広帯域パルス光源を使用してもよい。

【0047】

非線形素子から出力される広帯域パルス光Ｌ１ａは、フェムト秒～ナノ秒オーダーのパルス幅を有する。分割器２２０、ファイバアレイ２３２およびカプラ２５０は、広帯域パルス光Ｌ１ａを受け、波長掃引光Ｌ１に変換する。

【0048】

分割器２２０は、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating）２６０およびレンズ２２４を含む。レンズ２２４は、パルス光源２１０が出射する広帯域パルス光Ｌ１ａを、ＡＷＧ２６０の入射端に集光する。

【0049】

ＡＷＧ２６０は、広帯域パルス光Ｌ１ａを、波長に応じて、空間的に複数ｎ個の光（分割ビームと称する）Ｌ１ｂ_１～Ｌ１ｂ_ｎに分割して出力する。分割数（チャンネル数）ｎは、ファイバ２３０の本数と等しい。チャンネル数ｎは、たとえば４，８，１６，３２，６４，１２８などでありうる。ｉ番目（１≦ｉ≦ｎ）の光の分割ビームの波長λ_ｉと表記する。なお、分割ビームＬ１ｂ_１～Ｌ１ｂ_ｎはそれぞれ、単一スペクトルではなく、ある波長幅を有しているから、λ_ｉは、単一波長ではなく、Ｌ１ｂ_ｉが有する波長帯域を便宜的に表すものとして使用し、波長帯域の中心波長を表すものとして使用する。ＡＷＧ２６０は、隣接するチャンネルの分割ビームの波長間隔Ｘ＝λ_ｉ＋１－λ_ｉ（ｉ＝１，２，３…）が実質的に等しくなるように構成される。ＡＷＧ２６０Ａの導波路の材料は、ＳｉＯ_２を用いてもよい。

【0050】

ＡＷＧ２６０から出力される分割ビームＬ１ｂ_１～Ｌ１ｂ_ｎは、ファイバアレイ２３２を構成する対応するファイバ２３０＿１～２３０＿ｎに導かれる。具体的には、ｉ番目の分割ビームＬ１ｂ_ｉは、対応するファイバ２３０＿ｉの入射端に結合している。

【0051】

分割前の広帯域パルス光Ｌ１ａが、時間とともに周波数が上昇する（波長が短くなる）正のチャープパルス（アップチャープパルス）であるとする。つまりパルスの前縁部に最長波長λ_１の成分が含まれ、パルスの後縁部に最短波長λ_ｎの成分が含まれている。

【0052】

複数のファイバ２３０＿１～２３０＿ｎは、異なる長さｌ_１～ｌ_ｎを有している。λ_１が最長波長、λ_ｎが最短波長であるとすると、波長掃引光Ｌ１を、広帯域パルス光Ｌ１ａと同じ正のチャープパルスとするためには、１_１＜ｌ_２＜…＜ｌ_ｎの関係を満たしていればよい。一例として、ｎ＝２０の場合、ファイバ２３０の長さｌ_１～ｌ_ｎは、１ｍ～２０ｍまで、１ｍ刻みで増加してもよい。

【0053】

ファイバ２３０＿１～２３０＿ｎは、波長毎に異なる群遅延特性を有する必要はなく、同一のファイバ（同一のコア／クラッド材料のファイバ）を使用することができる。この意味で、ファイバ２３０は、マルチモードファイバを使用することが可能であり、この場合、意図しない非線形光学効果を防止することができる点において有利である。

【0054】

カプラ２５０は、ファイバアレイ２３２によって異なる遅延が付与された複数の分割ビームＬ１ｃ_１～Ｌ１ｃ_ｎを空間的に重ね合わせて出射する。本開示においてカプラ２５０の構成は特に限定されず、公知の、あるいは将来利用可能なものを利用することができる。

【0055】

本実施形態において、ＡＷＧ２６０Ａは、複数ｍ本（ｍ≧２）の入射導波路２６２＿１～２６２＿ｍ、入射スラブ導波路２６４、アレイ導波路２６６、出射スラブ導波路２６８、複数ｎ本の出射導波路２７０＿１～２７０＿ｎを備える。本実施形態においてｍ＝３である。アレイ導波路２６６は、ｎ本の導波路を含んでいる。

【0056】

複数の入射導波路２６２＿１～２６２＿ｍの出射端は、入射スラブ導波路２６４の異なる位置と結合している。ＡＷＧ２６０Ａは、複数の入射導波路２６２＿１～２６２＿ｍのうち、いずれか１つに広帯域パルス光Ｌ１ａを選択的に入射可能に構成されている。それ以外の点については、図１のＡＷＧ２２２と同様である。入射導波路２６２の選択は、たとえばレンズ２２４の焦点の位置をずらすことによって実現してもよい。あるいは、レンズ２２４とＡＷＧ２６０Ａの間に経路切替用のファイバを設け、このファイバの一端に広帯域パルス光Ｌ１ａを入射し、このファイバの他端を、入射導波路２６２＿１～２６２＿ｍのいずれかに選択的に結合できるように構成してもよい。

【0057】

図６は、実施形態１に係るＡＷＧ２６０Ａの分光特性を説明する図である。ここではチャンネル数ｎを６４としている。φ１は、入射導波路２６２＿１に広帯域パルス光Ｌ１ａを入射したとき、φ２は、入射導波路２６２＿２に広帯域パルス光Ｌ１ａを入射したとき、φ３は、入射導波路２６２＿３に広帯域パルス光Ｌ１ａを入射したときの、分光特性を示す。各状態φ１～φ３において、隣接するチャンネルの中心波長λの間隔Ｘは実質的に一定である。入射導波路２６２を切り替えると、各チャンネルＣｈｉの中心波長λ_ｉは、実質的に等しくＹだけシフトする。このＹが、本実施形態における調節幅となる。

【0058】

図７は、入射スラブ導波路２６４に対する入射位置を、１０ｎｍをずらしたときの、各チャンネルＣｈ１～Ｃｈ６４の中心波長λ_１～λ_６４のシフト量の測定結果を示す図である。この場合、中心波長λ_１～λ_６４は一律にＹ＝６．９ｎｍシフトすることが分かる。

【0059】

図８は、入射導波路２６２の選択を説明する図である。図８には、あるひとつのチャンネルＣｈｉについて、状態φ１～φ３における分割ビームの波長が示される。上段は、ＡＷＧ２６０Ａの分光特性の設計値を、下段は実際のＡＷＧ２６０Ａの分光特性を示す。たとえばＡＷＧ２６０Ａは、入射導波路２６２＿２に広帯域パルス光Ｌ１ａを入射したときの中心波長が設計値λ_{ｉ（ＲＥＦ）}となるように設計される。

【0060】

ＡＷＧ２６０Ａの製造ばらつきによって、実際のＡＷＧ２６０Ａの波長λ_ｉはその設計値λ_{ｉ（ＲＥＦ）}からシフトする。この例では短波長側にΔλ_ｉ、シフトしている。Δλ_ｉ≒Ｙであるときには、状態φ３、すなわち入射導波路２６２＿３を選択することにより、このチャンネルＣｈｉの出射導波路２７０＿ｉの中心波長λ_ｉを設計値λ_{ｉ（ＲＥＦ）}に近づけることができ、製造ばらつきの影響を小さくできる。

【0061】

続いて光測定装置１００に関して行った実験を説明する。

【0062】

ある分光特性（基準特性という）を有するＡＷＧ（基準ＡＷＧ）を備える光測定装置を用いて、ある測定対象成分を含む試料について、多変量解析を用いて検量線を作成し、定量測定を行った。ここでは、測定対象成分量が３濃度（８９％，９７％，１０６％）の試料を、各５個ずつ測定した。チャンネル数は６４、分光波長範囲９００ｎｍ～１３００ｎｍ、チャンネルの波数間隔は５４ｃｍ^－１である。

【0063】

図９は、基準ＡＷＧを用いた測定結果を示す図である。測定対象成分量について、高い精度で濃度を推定できている。

【0064】

続いて、分光特性が基準特性に対して、中心波長が０．１９ｎｍ、０．６９ｎｍ、１．０１ｎｍずれている３つのＡＷＧ（それぞれ、代替ＡＷＧとする）に置き換えて、基準ＡＷＧについて得られた検量線を用いて、定量測定を行った。中心波長のずれ（中心波長差）は、６４チャンネルそれぞれの分割ビームの中心波長の平均値として計算している。

【0065】

図１０は、３つの代替ＡＷＧを用いたときの測定結果を示す図である。図１０から、中心波長差が大きくなるにつれて、基準ＡＷＧを用いた推定値との差が大きくなることがわかる。具体的には、中心波長差が０．１９ｎｍの代替ＡＷＧ（Ｎｏ．１）では、誤差は０．５％以下であるが、中心波長差が０．６９ｎｍの代替ＡＷＧ（Ｎｏ．２）では、誤差は最大で２．８％、中心波長差が１．０１ｎｍの代替ＡＷＧ（Ｎｏ．３）では、誤差は最大で３．５％まで大きくなる。したがって従来では、誤差を小さくするためには、ＡＷＧごとに、多変量解析を用いて検量線を作成し直す必要があった。

【0066】

これに対して実施形態に係るＡＷＧ２６０Ａを備える光源装置２００Ａを用いると、ＡＷＧ２６０Ａの中心波長のばらつきを小さくすることができる。これにより、光測定装置１００の測定精度を改善できる。

【0067】

（実施形態２）
図１０の測定結果から、光測定装置１００の測定誤差を０．５％以下に抑えたい場合、ＡＷＧの中心波長の誤差を０．１９ｎｍ以下に抑える必要がある。図７をみると、入射スラブ導波路２６４に対する光の入射位置を１０ｎｍずらすと、波長シフト量Ｙは６．９ｎｍとなる。入射位置のずらし幅と波長シフト量Ｙはおおよそ比例するから、中心波長の誤差を０．１９ｎｍ以下とするためには、入射スラブ導波路２６４の入射位置を、０．２８ｎｍの精度で制御する必要がある。一方で、入射導波路２６２の導波効率をある程度高くしようとすると、入射導波路２６２の幅は、６ｎｍ必要である。つまり、複数の入射導波路２６２を、中心距離０．２８ｎｍで形成することができない。

【0068】

図１１は、実施形態２に係る光源装置２００Ｂを示す図である。ＡＷＧ２６０Ｂにおいて、入射導波路２６２＿１～２６２＿３の間隔は、実施形態１における間隔よりも広くなっており、入射導波路２６２を切り替えることによる中心波長のシフト量Ｚは、隣接チャンネルの中心波長の間隔Ｘよりも広い。具体的には、入射導波路２６２を切り替えることによる中心波長の調整量をＹとするとき、Ｚ＝Ｙ＋Ｘの関係が成り立っている。

【0069】

実施形態２では、出射導波路２７０の本数は、チャンネル数ｎよりも多くなっている。具体的には、ｎ本の出射導波路２７０＿１～２７０＿ｎに加えて、さらに２本の出射導波路２７０＿０，２７０＿ｎ＋１が設けられる。

【0070】

ＡＷＧ２６０Ｂは、広帯域パルス光Ｌ１ａが入射する入射導波路２６２に応じて、複数のファイバ２３０＿１～２３０＿ｎを接続すべき複数の出射導波路２７０を変更可能に構成されている。

【0071】

光源装置２００Ｂは、３つの状態で動作可能である。
・第１状態φ１
広帯域パルス光Ｌ１ａが入射導波路２６２＿１に入射される。ファイバ２３０＿１～２３０＿ｎは、出射導波路２７０＿０～２７０＿ｎ－１に接続される。

【0072】

・第２状態φ２
広帯域パルス光Ｌ１ａが入射導波路２６２＿２に入射される。ファイバ２３０＿１～２３０＿ｎは、出射導波路２７０＿１～２７０＿ｎに接続される。

【0073】

・第３状態φ３
広帯域パルス光Ｌ１ａが入射導波路２６２＿３に入射される。ファイバ２３０＿１～２３０＿ｎは、出射導波路２７０＿２～２７０＿ｎ＋１に接続される。

【0074】

図１２は、実施形態２に係るＡＷＧ２６０の分光特性を説明する図である。ここではチャンネル数ｎを６４としている。φ１は、入射導波路２６２＿１に広帯域パルス光Ｌ１ａを入射したとき、φ２は、入射導波路２６２＿２に広帯域パルス光Ｌ１ａを入射したとき、φ３は、入射導波路２６２＿３に広帯域パルス光Ｌ１ａを入射したときの、分光特性を示す。各状態φ１～φ３において、隣接するチャンネルの中心波長λの間隔Ｘは実質的に一定である。入射導波路２６２を切り替えると、各チャンネルＣｈｉの中心波長λ_ｉは、実質的に等しくＺ＝Ｙ＋Ｘシフトする。Ｙが、実施形態１における調節幅に相当する。

【0075】

つまり、入射導波路２６２をひとつずらすと、中心波長がＹシフトしたビームが、ひとつ隣のチャンネルから出力される。このチャンネルのずれに応じて、複数のファイバ２３０＿１～２３０＿ｎの接続相手の出射導波路２７０が選択される。

【0076】

実施形態２によれば、Ｚ＝Ｙ＋Ｘの関係を満たすように、複数の入射導波路２６２＿１～２６２＿３を設計することにより、入射導波路２６２のズレ幅を大きくしつつ、Ｙを小さく設計することができる。

【0077】

実施形態ではｍ＝３の場合を説明したが本開示はそれに限定されず、ｍ＝２であってもよいし、ｍ＝４あるいはｍ＝５であってもよいし、ｍ≧６であってもよい。

【0078】

本開示に係る実施形態について、具体的な用語を用いて説明したが、この説明は、理解を助けるための例示に過ぎず、本開示あるいは請求の範囲を限定するものではない。本発明の範囲は、請求の範囲によって規定されるものであり、したがって、ここでは説明しない実施形態、実施例、変形例も、本発明の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0079】

１００ 光測定装置
３００ 受光装置
４００ 演算処理装置
２００ 光源装置
２１０ パルス光源
２２０ 分割器
２２４ レンズ
２３０ ファイバ
２３２ ファイバアレイ
２４０ カプラ
２４２ ＡＷＧ
２５０ カプラ
２６０ ＡＷＧ
２６２ 入射導波路
２６４ 入射スラブ導波路
２６６ アレイ導波路
２６８ 出射スラブ導波路
２７０ 出射導波路
Ｌ１ 波長掃引光
Ｌ２ 物体光
Ｌ３ 参照光
Ｌ１ａ 広帯域パルス光

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】