JP2779038B2 - Optical waveguide device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザトップラー速度計（LDV）等に適用
して好適な光導波路装置に係わる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to an optical waveguide device suitable for application to a laser topler speedometer (LDV) and the like.
本発明は、不要波の除去が望まれる光導波路に分岐導
波路を設け、この分岐導波路に、この分岐導波路におけ
る導波光の位相と振幅を制御して上述した光導波路に戻
す手段を設け、この戻り光によって上述の光導波路の不
要波を相殺するようにして雑音の低減化、更に例えば速
度計に適用する場合において誤差の発生を回避できるよ
うにする。According to the present invention, a branch waveguide is provided in an optical waveguide from which unnecessary waves are desired to be removed, and the branch waveguide is provided with means for controlling the phase and amplitude of guided light in the branch waveguide and returning to the above-described optical waveguide. The return light cancels the unnecessary wave of the optical waveguide described above to reduce noise, and to avoid an error when applied to, for example, a speedometer.
光導波路装置例えばレーザトップラー速度計（LDV）
として例えば昭晃堂発行，応用光エレクトロニクスハン
ドブック第232頁、電気情報通信学会技報（OQE87−121,
85〜92頁、同OQE85−160,25〜30頁）等に各種LVDの開示
がなされている。Optical waveguide device such as laser topler speedometer (LDV)
For example, published by Shokodo, Applied Optics Electronics Handbook, p.232, IEICE Technical Report (OQE87-121,
Various LVDs are disclosed in, for example, pages 85 to 92 and OQE 85-160, pages 25 to 30).
第２図は従来の光導波路装置特にLVDの基本的構成の
平面図を示すもので、この例においては非線形誘電体基
板（１）の例えばLiNbO3基板に例えばTi拡散によって形
成された光導波路（２）が形成されてなる。この光導波
路（２）はそれぞれＹ字状の第１の分岐路（11）及び第
２の分岐路（12）を有し、第１の分岐部（11）によって
分岐された第１及び第２の分岐導波路（21）及び（22）
はその端部が誘電体基板の一側端面に延在し、この端面
においてそれぞれ光ファイバー（31）及び（32）が光学
的に結合される。FIG. 2 is a plan view showing a basic structure of a conventional optical waveguide device, particularly, an LVD. In this example, an optical waveguide formed by, for example, Ti diffusion on a non-linear dielectric substrate (1), for example, a LiNbO 3 substrate. 2) is formed. The optical waveguide (2) has a Y-shaped first branch (11) and a second branch (12), and the first and second branches branched by the first branch (11). Branch waveguides (21) and (22)
Has an end extending to one end face of the dielectric substrate, and optical fibers (31) and (32) are optically coupled to the end face, respectively.
そして、光ファイバー（31）には例えば半導体レーザ
LDからのレーザ光が導入するようになされ、他方の光フ
ァイバー（32）はこれより導出される光を受光して電気
信号に変換するアバランシェフォトダイオード等の光検
出素子APDが光学的に結合される。The optical fiber (31) has a semiconductor laser, for example.
The laser light from the LD is introduced, and the other optical fiber (32) is optically coupled to a photodetector APD such as an avalanche photodiode that receives the light derived therefrom and converts it into an electric signal. .
一方、第２の分岐部（12）によって分岐された第３及
び第４の分岐導波路（23）及び（24）の各端部は、誘電
体基板（１）の他の一側端面にそれぞれ延在し、第３の
分岐導波路（23）の端部には反射面（３）例えばAl蒸着
面が形成されてここに到来する光が再び第３の分岐導波
路（23）を通じて光導波路（２）の主幹部に戻されるよ
うになされ、第３の分岐路（23）には位相変調器（４）
が配置される。この位相変調器（４）は例えば第３の分
岐導波路（23）の両側上に図示しないが誘電体基板
（１）の表面に形成された表面絶縁層（バッファ層）例
えばSiO2を介して対の電極（4a）及び（4b）が被着さ
れ、両電極（4a）及び（4b）間に所要の電圧を印加する
ことによって電気光学効果によって位相変調を行うよう
になされる。一方、第２の分岐部（12）によって分岐さ
れた他方の第４の分岐導波路（24）の端部には光ファイ
バー（33）が光学的に連結され、これよりレンズ系
（５）を介して導出された光が、被検体（６）に照射さ
れてその反射光が再びレンズ系（５）を介して光ファイ
バー（33）−第４の分岐導波路（24）を通じて光導波路
（２）に向かうようになされ第２の分岐部（12）によっ
て第３の分岐導波路（23）からの戻り光すなわち参照光
との干渉によるビート信号を得て、これを第２の分岐導
波路（22）から光ファイバー（32）に導出して光検出素
子APDにおいてこれを受光検出してこのビート信号によ
って被検体（６）の矢印ａで示す方向の変位すなわち速
度の検出を行うことができるようになされている。On the other hand, the respective ends of the third and fourth branch waveguides (23) and (24) branched by the second branch portion (12) are respectively provided on the other end surface of the dielectric substrate (1). A reflecting surface (3), for example, an Al vapor-deposited surface is formed at the end of the third branch waveguide (23), and light arriving there is again passed through the third branch waveguide (23). It is returned to the main part of (2), and the third branch (23) has a phase modulator (4)
Is arranged. The phase modulator (4) is provided, for example, on both sides of the third branch waveguide (23) via a surface insulating layer (buffer layer) such as SiO 2 (not shown) formed on the surface of the dielectric substrate (1). A pair of electrodes (4a) and (4b) are applied, and a required voltage is applied between the electrodes (4a) and (4b) to perform phase modulation by an electro-optic effect. On the other hand, an optical fiber (33) is optically connected to an end of the other fourth branch waveguide (24) branched by the second branch part (12), and is connected to the end through a lens system (5). The light led out is irradiated on the subject (6), and the reflected light is again passed through the lens system (5) to the optical waveguide (2) through the optical fiber (33) -the fourth branch waveguide (24). A return signal from the third branch waveguide (23), that is, a beat signal due to interference with the reference light is obtained by the second branch section (12) by the second branch section (12), and this is transmitted to the second branch waveguide (22). The optical signal (32) is guided to the optical fiber (32), the light is detected by the photodetector APD, and the displacement, that is, the velocity of the subject (6) in the direction indicated by the arrow a can be detected by the beat signal. I have.
ところが、このようなLVD等の光導波路装置において
は、実際上例えば第２図において参照光を得る第３の分
岐導波路（23）の端部の反射面（３）からの反射光以外
に例えば第４の分岐導波路（24）に関してその光ファイ
バー（33）との結合部における光学的界面さらにはレン
ズ系（５）からの反射等による戻り光が生じ、これがド
ップラーシフトを受けた光に対し不要波となり、最終的
には光検出素子APDで検出した信号に歪みを生じ、被検
体の速度に誤差を生じる。However, in such an optical waveguide device such as an LVD, in addition to the light reflected from the reflection surface (3) at the end of the third branch waveguide (23) for obtaining the reference light in FIG. With respect to the fourth branch waveguide (24), return light occurs due to reflection at the optical interface at the coupling portion with the optical fiber (33) and the lens system (5), which is unnecessary for light subjected to Doppler shift. A wave is generated, and finally, a signal detected by the photodetector APD is distorted, causing an error in the speed of the subject.
さらに、例えば光通信用素子においては、このような
不要波のレーザへの戻り光が雑音の原因になったりする
など特性上の劣化を来す。Further, in an optical communication element, for example, the return light of such an unnecessary wave to the laser causes noise and causes deterioration in characteristics.
〔発明が解決しようとする課題〕 本発明は、上述した光導波路装置における反射等の不
要波による測定誤差、雑音、特性の劣化等の不都合を回
避するものである。[Problems to be Solved by the Invention] The present invention avoids inconveniences such as measurement errors, noise, and deterioration of characteristics due to unnecessary waves such as reflection in the optical waveguide device described above.
本発明においては、その一例の概要構成による平面図
を第１図に示すように、光導波路特に信号光を導く不要
波を除去すべき光導波路（２）に分岐導波路（40）を設
け、この分岐導波路（40）に、この分岐導波路（40）に
おける導波光の位相と振幅を制御して不要波を打ち消す
強度と位相を有する光を作成し、これをに戻す制御手段
（44）を設け、この戻り光によって光導波路（２）にお
ける不要波を相殺する。In the present invention, as shown in FIG. 1 which is a plan view showing a schematic configuration of an example, a branch waveguide (40) is provided in an optical waveguide, particularly an optical waveguide (2) from which unnecessary waves for guiding signal light are to be removed. Control means (44) for producing, in the branch waveguide (40), light having the intensity and phase that cancels unnecessary waves by controlling the phase and amplitude of the guided light in the branch waveguide (40). And the return light cancels unnecessary waves in the optical waveguide (2).
上述の本発明構成によれば、不要波に見合った戻り光
を制御手段（44）によって積極的得て、これによって不
要波を相殺するようにしたので、例えばLVDに適用して
被検体（６）の速度検出に雑音やこれによる誤差を生じ
させたり、他の各種装置、光通信等において雑音、さら
に光源として用いるレーザ光の戻り光による雑音発生に
したがって特性低下を回避できる。According to the configuration of the present invention described above, the return light corresponding to the unnecessary wave is positively obtained by the control means (44), thereby canceling out the unnecessary wave. ) Can cause noise and errors due to the speed detection, and can prevent characteristics degradation due to noise in other various devices, optical communication, and the like, and noise due to return light of laser light used as a light source.
第１図を参照して本発明をLVDに適用する場合の基本
的構成図を参照して説明する。第１図において第２図と
対応する部分には同一符号を付す。すなわち、この場合
においても非線形誘電体基板（１）の例えばLiNbO3基板
に例えばTi拡散によって形成された光導波路（２）が形
成されてなる。この光導波路（２）はそれぞれＹ字状の
第１の分岐部（11）及び第２の分岐部（12）を有し、第
１の分岐部（11）によって分岐された第１及び第２の分
岐導波路（21）及び（22）はその端部が誘電体基板の一
側端面に延在し、この端面においてそれぞれ光ファイバ
ー（31）及び（32）が光学的に結合される。A description will be given with reference to FIG. 1 with reference to a basic configuration diagram when the present invention is applied to an LVD. In FIG. 1, parts corresponding to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. That is, also in this case, an optical waveguide (2) formed by, for example, Ti diffusion is formed on a non-linear dielectric substrate (1), for example, a LiNbO 3 substrate. The optical waveguide (2) has a Y-shaped first branch (11) and a second branch (12), respectively, and the first and second branches branched by the first branch (11). Ends of the branch waveguides (21) and (22) extend to one end face of the dielectric substrate, and optical fibers (31) and (32) are optically coupled to the end faces, respectively.
そして、光ファイバー（31）には例えば半導体レーザ
LDからのレーザ光を導入するようになされ、他方の光フ
ァイバー（32）はこれより導出される光を受光して電気
信号に変換するアバランシェフォトダイオード等の光検
出素子APDが光学的に結合される。The optical fiber (31) has a semiconductor laser, for example.
The laser light from the LD is introduced, and the other optical fiber (32) is optically coupled to a photodetector APD such as an avalanche photodiode that receives the light derived therefrom and converts it into an electric signal. .
一方、第２の分岐部（12）によって分岐された第３及
び第４の分岐導波路（23）及び（24）の各端部は、誘電
体基板（１）の他の一側端面にそれぞれ延在し、第３の
分岐導波路（23）の端部には反射面（３）例えばAl蒸着
面が形成されてここに到来する光が再び第３の分岐導波
路（23）を通じて光導波路（２）の主幹部に戻されるよ
うになされ、第３の分岐路（23）には位相変調器（４）
が配置される。この位相変調器（４）は例えば第３の分
岐導波路（23）の面側上に図示しないが誘電体基板
（１）の表面に形成された表面絶縁層（バッファ層）例
えばSiO2を介して対の電極（4a）及び（4b）が被着さ
れ、両電極（4a）及び（4b）間に所要の電圧を印加する
ことによって電気光学効果によって位相変調を行うよう
になされる。On the other hand, the respective ends of the third and fourth branch waveguides (23) and (24) branched by the second branch portion (12) are respectively provided on the other end surface of the dielectric substrate (1). A reflecting surface (3), for example, an Al vapor-deposited surface is formed at the end of the third branch waveguide (23), and light arriving there is again passed through the third branch waveguide (23). It is returned to the main part of (2), and the third branch (23) has a phase modulator (4)
Is arranged. The phase modulator (4) is provided, for example, with a surface insulating layer (buffer layer) such as SiO 2 formed on the surface of the dielectric substrate (1), not shown, on the surface side of the third branch waveguide (23). A pair of electrodes (4a) and (4b) are attached, and a required voltage is applied between the electrodes (4a) and (4b) to perform phase modulation by an electro-optic effect.
一方、第２の分岐部（12）によって分岐された他方の
第４の分岐導波路（24）の端部には光ファイバー（33）
が光学的に連結され、これよりのレンズ系（５）を介し
て導出された光が、被検体（６）に照射されてその反射
光が再びレンズ系（５）を介して光ファイバー（33）−
第４の分岐導波路（24）を通じて光導波路（２）に向か
うようになされ、第２の分岐部（12）によって第３の分
岐導波路（23）からの戻り光すなわち参照光との干渉に
よるビート信号を得て、これを第２の分岐導波路（22）
から光ファイバー（32）に導出して光検出素子APDにお
いてこれを受光検出してこのビート信号によって被検体
（６）の矢印ａで示す方向の変位すなわち速度の検出を
行うことができるようになされている。On the other hand, an optical fiber (33) is connected to the end of the other fourth branch waveguide (24) branched by the second branch (12).
Are optically connected, and the light led out through the lens system (5) is applied to the subject (6), and the reflected light is returned to the optical fiber (33) through the lens system (5). −
The light is directed toward the optical waveguide (2) through the fourth branch waveguide (24), and is returned by the second branch portion (12) from the third branch waveguide (23) due to interference with the reference light. A beat signal is obtained and this is used as a second branch waveguide (22).
The optical signal (32) is guided to the optical fiber (32), the light is detected by the photodetector APD, and the displacement, that is, the velocity of the subject (6) in the direction indicated by the arrow a can be detected by the beat signal. I have.
そして本発明においては、光導波路（２）に対してさ
らに分岐導波路（40）を設ける。図示の例では、第２の
分岐部（12）によって分岐された第４の分岐導波路（2
4）からさらに第３の分岐部（13）を介して分岐導波路
（40）を形成し、この分岐導波路（40）の端部は誘電体
基板（１）の一側端面に例えば図示の例においては第３
の分岐導波路（23）の端部が延在する側端面に延在させ
て反射面（３）の形成と同時に同様に例えばAl蒸着膜等
よりなる反射面（43）を形成する。そして、この分岐導
波路（40）の途上に、この分岐導波路（40）を通ずる光
に対する位相及び振幅の制御を行う制御手段（44）、例
えばいわゆるマッハツェンダー型干渉計構成による電気
光学効果を利用した光強度変調素子を配置する。この制
御手段（44）すなわち例えばマッハツェンダー型干渉計
構成による制御手段（44）は、分岐導波路（40）をさら
に分岐した対の分岐導波路（41）及び（42）が設けら
れ、これら分岐導波路（41）及び（42）を挟んで例えば
一方を共通の電極（44a）としてそれぞれ電極（44b1）
及び（44b2）を設け、これら電極（44b1）及び（44b2）
に共通の電極（44a）に対して所要の電圧を与えること
によって電極（44a）と、（44b1）及び（44b2）とによ
る電界によって各分岐導波路（41）及び（42）における
電気光学効果による屈折率変調によって各分岐導波路
（41）及び（42）からの合波の位相振幅を制御し、第４
の分岐導波路（24）からの戻り光と反射面（43）によっ
て戻る光の導波路（２）に導入される合波において丁度
その不要反射波等の不要波が相殺されるようにする。In the present invention, a branch waveguide (40) is further provided for the optical waveguide (2). In the illustrated example, the fourth branch waveguide (2) branched by the second branch portion (12).
A branch waveguide (40) is further formed from 4) via a third branch portion (13), and an end of the branch waveguide (40) is formed on one end face of the dielectric substrate (1), for example, as shown in FIG. The third in the example
And a reflection surface (43) made of, for example, an Al vapor-deposited film or the like is formed at the same time as the formation of the reflection surface (3) by extending the end surface of the branch waveguide (23). On the way of the branch waveguide (40), a control means (44) for controlling the phase and the amplitude of the light passing through the branch waveguide (40), for example, an electro-optical effect by a so-called Mach-Zehnder interferometer configuration is used. The used light intensity modulation element is arranged. This control means (44), that is, a control means (44) of, for example, a Mach-Zehnder type interferometer configuration is provided with a pair of branch waveguides (41) and (42) obtained by further branching the branch waveguide (40). For example, one of the electrodes (44b 1 ) is set as a common electrode (44a) with the waveguides (41) and (42) interposed therebetween.
And (44b 2 ) are provided, and these electrodes (44b 1 ) and (44b 2 )
Electro-optical and electrode (44a) by providing a required voltage, in (44b 1) and (44b 2) and by the branching waveguides by an electric field (41) and (42) to a common electrode (44a) to The phase amplitude of the multiplexed light from each of the branch waveguides (41) and (42) is controlled by the refractive index modulation by the effect,
In the multiplexing of the return light from the branch waveguide (24) and the return light by the reflection surface (43), which is introduced into the waveguide (2), the unnecessary waves such as the unnecessary reflected waves are offset.
すなわち、この構成においてまず被検体（６）を所定
基準の位置に設定した状態で、光源例えば半導体レーザ
LDからの光を光ファイバー（31）を通じて導入し、この
状態で光検出素子例えばアバランシェフォトダイオード
APDによる出力が基準の値例えば０となるように制御手
段（44）の印加電圧を調整するようにして例えば第４の
分岐路（24）の光ファイバー（33）との光結合端面、レ
ンズ系（５）等から戻り光、すなわち反射光等の不要波
の影響を相殺させる。そして、その後被検体（６）に対
しこの基準位置からの変化の検出を行う。このようにす
ればドップラーシフトを受けた光に対する不要波による
影響を回避できる。That is, in this configuration, a light source, for example, a semiconductor laser is set in a state where the subject (6) is set at a predetermined reference position.
Light from the LD is introduced through an optical fiber (31), and in this state, a photodetector, such as an avalanche photodiode
The voltage applied to the control means (44) is adjusted so that the output from the APD becomes a reference value, for example, 0, so that the optical coupling end face of the fourth branch (24) with the optical fiber (33), the lens system ( 5) The effect of unnecessary waves such as reflected light from reflected light, etc., is canceled. Then, a change from the reference position is detected for the subject (6). In this way, it is possible to avoid the influence of the unnecessary wave on the light subjected to the Doppler shift.
上述した例においては、本発明をLDVに適用した場合
であるが、その他反射光等の不要波による雑音、特性劣
化等が問題となる各種光導波装置に本発明を適用するこ
とができる。In the above-described example, the present invention is applied to an LDV. However, the present invention can be applied to various optical waveguide devices in which noise and characteristic deterioration due to unnecessary waves such as reflected light are problematic.
上述の本発明構成によれば、不要波に見合った戻り光
を制御手段（44）によって積極的得て、これによって不
要波を相殺するようにしたので、例えばLVDに適用して
被検体（６）の速度検出に雑音やこれによる誤差を生じ
させたり、他の各種装置、光通信等において雑音、さら
に光源として用いるレーザ光の戻り光による雑音発生し
たがって特性低下を回避できる。また、本発明構成によ
れば、光同士で不要波を除去する構成としたことから、
例えば導波路の温度変化等による不要波の位相や振幅の
変動に追従して、この不要波の相殺の光においてもその
位相や振幅の変動が生じることから、不要波の相殺除去
を常時確実に行うことができる。According to the configuration of the present invention described above, the return light corresponding to the unnecessary wave is positively obtained by the control means (44), thereby canceling out the unnecessary wave. ) Can cause noise and errors due to the speed detection, and can also avoid noise in other various devices, optical communication, and the like, and noise generation due to return light of laser light used as a light source, and thus deterioration in characteristics. Further, according to the configuration of the present invention, since the unnecessary wave is removed between the lights,
For example, following the fluctuation of the phase and amplitude of the unnecessary wave due to the temperature change of the waveguide, etc., the phase and the amplitude of the unnecessary wave canceling light also fluctuate. It can be carried out.
第１図は本発明による光導波路装置の一例の略線的構成
を示す平面図、第２図は従来の光導波路装置の略線的構
成を示す平面図である。 （１）は誘電体基板、（２）は光導波路、（40）は分岐
導波路、（44）は制御手段、（６）は被検体、LDは半導
体レーザ、APDは光検出素子である。FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of an example of an optical waveguide device according to the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing a schematic configuration of a conventional optical waveguide device. (1) is a dielectric substrate, (2) is an optical waveguide, (40) is a branch waveguide, (44) is a control means, (6) is an object, LD is a semiconductor laser, and APD is a photodetector.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 実 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (72)発明者 佐藤 謙一 東京都品川区西五反田３丁目９番17号 東洋ビル ソニーマグネスケール株式会 社内 (56)参考文献 特開 平２−38889（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 6/12 G01P 3/36 G01S 17/50────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Minoru Hashimoto 6-35, Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Inside Sony Corporation (72) Kenichi Sato 3-9-17-1, Nishigotanda, Shinagawa-ku, Tokyo Toyo Building Sony Magnescale Co., Ltd. In-house (56) References JP-A-2-38889 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) G02B 6/12 G01P 3/36 G01S 17 / 50
Claims (1)
相と振幅を制御して不要波を打ち消す強度と位相を有す
る光を作成し、上記光導波路の所定位置に戻す手段を設
け、 この戻り光によって上記光導波路の不要波を相殺するこ
とを特徴とする光導波路装置。1. A branch waveguide is provided in an optical waveguide, and light having a strength and a phase for canceling unnecessary waves by controlling the phase and amplitude of guided light in the branch waveguide is created in the branch waveguide. An optical waveguide device, comprising: means for returning the optical waveguide to a predetermined position, wherein the return light cancels unnecessary waves of the optical waveguide.
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