JP2784038B2 - Orthogonal polarization type optical frequency shifter - Google Patents

Orthogonal polarization type optical frequency shifter

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JP2784038B2
JP2784038B2 JP1110117A JP11011789A JP2784038B2 JP 2784038 B2 JP2784038 B2 JP 2784038B2 JP 1110117 A JP1110117 A JP 1110117A JP 11011789 A JP11011789 A JP 11011789A JP 2784038 B2 JP2784038 B2 JP 2784038B2
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    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/33Acousto-optical deflection devices
    • G02F1/332Acousto-optical deflection devices comprising a plurality of transducers on the same crystal surface, e.g. multi-channel Bragg cell

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、音響光学素子を利用した直交偏波型光周波
数シフタに関する。
The present invention relates to an orthogonal polarization type optical frequency shifter using an acousto-optic device.

[従来の技術] 直交偏波型光周波数シフタは、ある光周波数を有する
レーザ光を、該レーザ光の光周波数から僅かにずれた光
周波数を有し、かつ、互いに直交する2つの偏波成分を
有するレーザ光に変換する装置である。この直交偏波型
光周波数シフタによって得られたレーザ光は、一般に、
光ヘテロダイン法を実施する際に、ビート信号を得るた
めに用いられる。
[Background Art] An orthogonal polarization type optical frequency shifter converts a laser beam having a certain optical frequency into two polarization components having an optical frequency slightly shifted from the optical frequency of the laser beam and orthogonal to each other. This is a device for converting into laser light having Laser light obtained by the orthogonal polarization type optical frequency shifter is generally
It is used to obtain a beat signal when performing the optical heterodyne method.

第2図は直交偏波型光周波数シフタの従来例を示す図
である。
FIG. 2 is a diagram showing a conventional example of an orthogonal polarization type optical frequency shifter.

第2図において、符号101はレーザ発振装置、符号102
は音響光学媒体、符号103はこの音響光学媒体102内に超
音波波面を形成するトランスジューサ、符号104はこの
トランスジューサを駆動する駆動回路、符号105は反射
鏡、符号106は偏光ビームスプリッタである。
2, reference numeral 101 denotes a laser oscillation device, and reference numeral 102 denotes a laser oscillation device.
Is an acousto-optic medium, 103 is a transducer for forming an ultrasonic wavefront in the acousto-optic medium 102, 104 is a drive circuit for driving the transducer, 105 is a reflecting mirror, and 106 is a polarization beam splitter.

前記レーザ発振装置101からは紙面に平行な偏波面を
有する直線偏光(P波)であるレーザ光107(中心光周
波数f0)が射出される。このレーザ光107は前記音響光
学媒体103に所定の入射角で入射される。この入射され
たレーザ光107の一部は、前記音響光学媒体103内に形成
された超音波波面108の回折作用を受けて、回折光109と
なって前記レーザ光107の進行方向と所定の角度なす方
向に進行し、他の一部はそのまま直進し、透過光110と
なる。
The laser oscillation device 101 emits a laser beam 107 (center optical frequency f 0 ) which is linearly polarized light (P wave) having a plane of polarization parallel to the paper surface. This laser beam 107 is incident on the acousto-optic medium 103 at a predetermined incident angle. A part of the incident laser light 107 is diffracted by the ultrasonic wavefront 108 formed in the acousto-optic medium 103, and becomes a diffracted light 109 at a predetermined angle with the traveling direction of the laser light 107. The light travels in the direction of travel, and the other part goes straight as it is to become the transmitted light 110.

この場合、前記回折光109は、前記超音波面108の作用
を受けて、中心光周波数がf1だけシフトされる(中心光
周波数;f0+f1)とともに、偏波面が90゜変更されて紙
面に直角な偏波面を有する光(S波)となる。一方、前
記透過光110は前記レーザ光107と同一の光周波数及び同
一の偏波面が維持されたもの(P波)である。
In this case, the center of the diffracted light 109 is shifted by f 1 (center light frequency; f 0 + f 1 ) and the plane of polarization is changed by 90 ° under the action of the ultrasonic surface 108. It becomes light (S wave) having a plane of polarization perpendicular to the plane of the paper. On the other hand, the transmitted light 110 has the same optical frequency and the same polarization plane as the laser light 107 (P wave).

前記回折光109は反射鏡105によって反射されてその進
行方向が前記透過光110と直交する方向に変換され、一
方、前記透過光110は直進して、ともに前記偏光ビーム
スプリッタ106に入射する。前記偏光ビームスプリッタ1
06内では、S波である回折光109は前記偏光ビームスプ
リッタ106内で直角方向に反射され、一方、前記透過光1
10はそのまま透過する。その結果、これら回折光109と
透過光110とは1つの光に結合される。これにより、前
記レーザ光107の光周波数から僅かにずれた光周波数を
有し、かつ、互いに直交する2つの偏波成分を有するレ
ーザ光が得られる。
The diffracted light 109 is reflected by a reflecting mirror 105 and its traveling direction is changed to a direction orthogonal to the transmitted light 110, while the transmitted light 110 goes straight and enters the polarization beam splitter 106 together. The polarizing beam splitter 1
In FIG. 6, the diffracted light 109, which is an S-wave, is reflected at right angles in the polarization beam splitter 106, while the transmitted light 1
10 is transmitted as it is. As a result, the diffracted light 109 and the transmitted light 110 are combined into one light. As a result, a laser beam having an optical frequency slightly deviated from the optical frequency of the laser beam 107 and having two polarization components orthogonal to each other is obtained.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上述の従来の直交偏波型光周波数シフ
タには、以下の問題点があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the conventional orthogonal polarization type optical frequency shifter described above has the following problems.

レーザ光を、一旦、回折光と透過光に分離し、これ
らを、反射鏡及び偏光ビームスプリッタを用いて結合し
ていることから、光軸調整が煩雑であり、外乱を受けや
すいとともに、装置の小形化が困難である。
Laser light is once separated into diffracted light and transmitted light, and these are combined using a reflecting mirror and a polarizing beam splitter. It is difficult to miniaturize.

この装置で得られた光を光ヘテロダイン方法を実施
する装置に利用した場合、得られるビート信号が、音響
光学媒体102に超音波波面を形成するための超音波の中
心周波数と同一である。このため、この超音波を得るた
めの駆動回路104とトランスジューサ103とを接続する接
続ケーブル104a等からノイズとして洩れる電磁波に前記
ビート信号と同一の周波数成分が含まれることになり、
これが、前記ビート信号にノイズとして混入してS/N比
を低下させる原因となる。
When the light obtained by this device is used in a device that performs the optical heterodyne method, the obtained beat signal is the same as the center frequency of the ultrasonic wave for forming the ultrasonic wavefront on the acousto-optic medium 102. For this reason, the same frequency component as the beat signal is included in the electromagnetic wave leaking as noise from the connection cable 104a or the like connecting the drive circuit 104 and the transducer 103 for obtaining the ultrasonic wave,
This causes the S / N ratio to be reduced by being mixed into the beat signal as noise.

光ヘテロダイン方法を実施する際には、用いるビー
ト信号の中心周波数が低ければ低いほど信号処理が容易
となるが、上述の従来の直交偏波型光周波数シフタで
は、このビート信号の周波数を決めるシフト周波数の低
周波数化には、以下の理由から一定の限界があった。
When the optical heterodyne method is performed, the lower the center frequency of the beat signal used, the easier the signal processing becomes. However, in the above-described conventional orthogonal polarization type optical frequency shifter, a shift that determines the frequency of the beat signal is used. There has been a certain limit to lowering the frequency for the following reasons.

すなわち、周波数シフトと偏波面の変更を行うのに、
音響光学媒体中に形成される超音波波面でブラッグの回
折が行われることを利用しているが、このブラッグの回
折が生ずるためには、以下の条件を満足する必要があ
る。
That is, to change the frequency shift and polarization plane,
Utilizing the fact that Bragg diffraction is performed on the ultrasonic wave front formed in the acousto-optic medium, the following conditions must be satisfied in order for this Bragg diffraction to occur.

L≧(2nV)/(λ0f1) …(1) ただし、 L;超音波と光との相互作用が行われる距離 n;音響光学媒体の屈折率 V;音速 λ0;入射レーザ光の波長 f1;シフトされる周波数 とする。L ≧ (2nV) / (λ 0 f 1 ) (1) where L: distance at which the interaction between the ultrasonic wave and the light is performed n; refractive index of the acousto-optic medium V; sound velocity λ 0 ; Wavelength f 1 ; frequency to be shifted.

前記(1)式から、明らかなように、シフト周波数f1
を低くしようとすると、Lが大きくなり、通常の音響光
学媒体用固体材料を用いた場合に、f1を40MHzより低く
することは著しく困難であった。
As is apparent from the above equation (1), the shift frequency f 1
When the attempts to lower, L increases, in the case of using a solid material for conventional acoustooptic medium, it has been extremely difficult to make f 1 lower than 40 MHz.

本発明は、上述の背景のもとでなされたものであり、
構造が単純で光軸調整等が容易であり、かつ、シフト周
波数とビート信号の周波数とが異なるとともに、極めて
低いビート信号を得ることを可能にした直交偏波型光周
波数シフタを得ることを目的としたものである。
The present invention has been made under the above-mentioned background,
The objective is to obtain an orthogonal polarization type optical frequency shifter that has a simple structure, allows easy optical axis adjustment, etc., and has a different shift frequency and beat signal frequency, and also enables an extremely low beat signal to be obtained. It is what it was.

[課題を解決するための手段] 本発明は、以下の構成とすることにより上述の課題を
解決している。
[Means for Solving the Problems] The present invention has solved the above-mentioned problems by adopting the following configuration.

音響光学媒体内に第1の超音波波面を形成し、直線偏
光のレーザ光を前記第1の超音波波面に入射して、直進
する透過光と、この透過光の進行方向と異なる方向に進
行する回折光であって前記入射レーザ光の偏波面と直交
する偏波面又は平行な偏波面を有するとともに該入射レ
ーザ光の光周波数からシフトした第1の光周波数を有す
る第1の回折光と、を得る第1の光周波数シフタ部と、 音響光学媒体内に第2の超音波波面を形成し、少なく
とも前記第1の光周波数シフタ部からの透過光を前記第
2の超音波波面に入射し、該透過光の進行方向と異なる
方向に進行しかつ該透過光の光周波数からシフトした第
2の光周波数を有する第2の回折光であって、その偏波
面が、前記第1の周波数シフタから得られる第1の回折
光の偏波面と前記入射レーザ光の偏波面とが平行である
場合には前記透過光の偏波面と直交するものであり、ま
た、その偏波面が、前記第1の周波数シフタから得られ
る第1の回折光の偏波面と前記入射レーザ光の偏波面と
が直交するものである場合には前記透過光の偏波面と平
行である、第2の回折光を得る第2の光周波数シフタ部
とを備え、 前記第1の回折光と第2の回折光とを1つの光束とし
て取り出すことによって、互いにわずかな周波数差を有
しかつ直交する偏波面を有する2種類のレーザ光を含む
光を得ることを特徴とする構成。
A first ultrasonic wave front is formed in an acousto-optic medium, and linearly polarized laser light is incident on the first ultrasonic wave front, and travels in a direction that is different from the traveling light that travels straight and the traveling direction of the transmitted light. A first diffracted light having a first optical frequency shifted from the optical frequency of the incident laser light while having a plane of polarization or a plane of parallel polarization orthogonal to the plane of polarization of the incident laser light, Forming a second ultrasonic wavefront in the acousto-optic medium, and transmitting at least light transmitted from the first optical frequency shifter to the second ultrasonic wavefront. A second diffracted light traveling in a direction different from the traveling direction of the transmitted light and having a second optical frequency shifted from the optical frequency of the transmitted light, the polarization plane of which is the first frequency shifter The plane of polarization of the first diffracted light obtained from When the plane of polarization of the laser light is parallel to the plane of polarization of the transmitted light, the plane of polarization is orthogonal to the plane of polarization of the first diffracted light obtained from the first frequency shifter. And a second optical frequency shifter for obtaining a second diffracted light which is parallel to the polarization plane of the transmitted light when the polarization plane of the incident laser light is orthogonal to the first plane. The second diffracted light and the second diffracted light are extracted as one light beam to obtain light including two types of laser light having a slight frequency difference from each other and having orthogonal polarization planes. .

[作用] 上述の構成によれば、前記第1の光周波数シフタ部か
ら得られる第1の回折光と、前記第2の光周波数シフタ
部から得られる第2の回折光とは、互いに直交する偏波
面を有し、かつ、周波数が僅かに異なる光である。しか
も、前記第1及び第2の光周波数シフタ部を適宜配置す
ることにより、これら回折光を実用上ほぼ同一の光軸と
みれるように近接させることは極めて容易に可能であ
る。
[Operation] According to the above configuration, the first diffracted light obtained from the first optical frequency shifter and the second diffracted light obtained from the second optical frequency shifter are orthogonal to each other. This is light having a polarization plane and slightly different frequencies. In addition, by appropriately arranging the first and second optical frequency shifters, it is very easy to bring these diffracted lights close to each other so as to be regarded as substantially the same optical axis in practical use.

したがって、これら回折光を光ヘテロダイン法等に利
用することができる。
Therefore, these diffracted lights can be used for an optical heterodyne method or the like.

この場合、従来のように、反射鏡や偏光ビームスプリ
ッタ等を用いる必要がないから、単純な構成とすること
ができ、光軸調整等を容易にする。
In this case, since it is not necessary to use a reflecting mirror, a polarizing beam splitter, or the like as in the related art, a simple configuration can be obtained, and the optical axis adjustment and the like are facilitated.

また、この装置で得られた光を光ヘテロダイン法に利
用する場合、得られるビート信号が、音響光学媒体に超
音波波面を形成するための超音波の中心周波数と異なる
ことになるから、この超音波をつくる際に洩れる電磁波
がビート信号にノイズとして混入してS/N比を低下させ
る原因となることがない。
When the light obtained by this apparatus is used for the optical heterodyne method, the obtained beat signal differs from the center frequency of the ultrasonic wave for forming the ultrasonic wave front in the acousto-optic medium. Electromagnetic waves that leak when producing sound waves do not mix with the beat signal as noise and cause a reduction in the S / N ratio.

しかも、入射レーザ光の周波数をf0とし、第1の回折
光の周波数である第1の周波数を(f0+fs)、第2の回
折光の周波数である第2の周波数を(f0+fl)とする
と、これらによって得られるビート信号の周波数は、
(f0+fl)と(f0+fs)との差、すなわち、flとfsとの
差の周波数となる。この場合、flとfsとはもともとf0
比較して著しく小さいからそれらの差はさらに小さい。
したがって、従来に比較してと極めて低い周波数のビー
ト信号を得ることを可能にし、ビート信号処理を著しく
容易にすることができる。
Moreover, the frequency of the incident laser beam and f 0, the first frequency is the frequency of the first diffraction light (f 0 + f s), the second frequency is the frequency of the second diffraction light (f 0 + F l ), the frequency of the beat signal obtained by them is
The difference between (f 0 + f l ) and (f 0 + f s ), that is, the frequency of the difference between fl and f s . In this case, the difference between them from significantly small compared to f l and f 0 originally and f s is smaller.
Therefore, it is possible to obtain a beat signal having an extremely low frequency as compared with the related art, and it is possible to significantly facilitate beat signal processing.

[実施例] 第1図は本発明の一実施例の構成を示す図である。以
下、第1図を参照しながら本発明の一実施例を詳述す
る。
Embodiment FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

第1図において、符号1はレーザ発振装置、符号2は
音響光学媒体、符号31,32はそれぞれ第1及び第2のト
ランスジューサ、符号41,42はそれぞれ第1及び第2の
駆動回路である。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a laser oscillation device, reference numeral 2 denotes an acousto-optic medium, reference numerals 31 and 32 denote first and second transducers, respectively, and reference numerals 41 and 42 denote first and second drive circuits, respectively.

前記レーザ発振装置1はHe−Neガスレーザ装置であ
り、波長633nm(光周波数;f0=474.1THz)を有し、紙面
と垂直な偏波面を有するレーザ光7(S波)を発振す
る。
The laser oscillation device 1 is a He-Ne gas laser device and oscillates a laser beam 7 (S wave) having a wavelength of 633 nm (optical frequency; f0 = 474.1 THz) and having a plane of polarization perpendicular to the plane of the drawing.

前記音響光学媒体2は、溶融石英で略直方体形状に形
成されたもので、その1つの面2aには前記第1及び第2
のトランスジューサ31及び32が取付けられ、該面2aと対
向する面2bは、超音波が往復反射して有害な作用を起こ
すことを防止するため、傾斜面とされている。
The acousto-optic medium 2 is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape from fused quartz, and has a first surface 2a on one surface 2a.
The transducers 31 and 32 are mounted, and the face 2b opposed to the face 2a is inclined to prevent the ultrasonic waves from being reflected back and forth and causing harmful effects.

前記第1のトランスジューサ31は、圧電結晶体である
LiNbO3のXカット板(カット面が結晶軸[100]に直交
するようにカットされたもの)であり、表裏のカット面
(表裏の面)には図示しないが電極が形成されている。
そして、前記第1の駆動回路41からこれら電極に供給さ
れる高周波駆動信号によって横波の超音波を発生し、前
記音響光学媒体2内に横波の超音波波面を形成させる。
この場合、この横波の超音波の周波数fs=40MHzとされ
る。なお、この第1のトランスジューサ41の大きさは、
前記音響光学媒体2の面2aの面積の半分以下とされ、前
記面2a及び2bと交わり前記音響光学媒体2をほぼ2分す
る仮想面2fを境に図中左方寄りに取付けられている。
The first transducer 31 is a piezoelectric crystal
This is an X cut plate of LiNbO 3 (the cut surface is cut so as to be orthogonal to the crystal axis [100]), and electrodes (not shown) are formed on the front and back cut surfaces (front and back surfaces).
Then, a high-frequency drive signal supplied from the first drive circuit 41 to these electrodes generates a transverse ultrasonic wave to form a transverse ultrasonic wave front in the acousto-optic medium 2.
In this case, the ultrasonic frequency f s = 40 MHz of the shear wave. The size of the first transducer 41 is
The area is less than half the area of the surface 2a of the acousto-optic medium 2. The acousto-optic medium 2 is attached to the left of the drawing with a virtual surface 2f intersecting the surfaces 2a and 2b and substantially dividing the acousto-optic medium 2 into two.

したがって、前記第1のトランスジューサ41により、
前記音響光学媒体2における前記仮想面2fを境に図中左
方寄りの領域に横波の超音波波面が形成されるもので、
この領域が第1の光周波数シフト部21を構成する。すな
わち、前記レーザ光7を超音波波面8に対して角度θ
なす方向から入射させたとき、該レーザ光の一部が前記
レーザ光7の進行方向に対して角度2θなす方向回折
されて第1の回折光9となるとともに、他の一部がその
まま直進して透過光10となる。この場合、前記回折光9
は、前記レーザ光7の中心周波数f0からfsだけシフトし
た周波数f0+fsの周波数(第1の周波数)を有し、か
つ、前記レーザ光7の偏波面に対して角度90゜なす偏波
面を有する光(P波)である。
Therefore, by the first transducer 41,
In the acousto-optic medium 2, an ultrasonic wave front of a transverse wave is formed in a region on the left side of the drawing with respect to the virtual surface 2f,
This region constitutes the first optical frequency shift unit 21. That is, the laser beam 7 is angled θ B with respect to the ultrasonic wavefront 8.
When made incident from the direction Nasu, together with a portion of the laser light becomes the first diffracted light 9 is the angle 2 [Theta] B forms direction diffraction with respect to the traveling direction of the laser beam 7, another part go straight As a result, transmitted light 10 is obtained. In this case, the diffracted light 9
Has a frequency (first frequency) of the frequency f 0 + f s shifted by f s from the center frequency f 0 of the laser beam 7, and the angle 90゜Nasu relative polarization of the laser beam 7 This is light (P wave) having a plane of polarization.

前記第2のトランスジューサ32は、圧電結晶体である
LiNbO3の36゜Yカット板(カット面が結晶軸[010]に
直交する面に対し、36゜なすようにカットされたもの)
であり、前記第1のトランスジューサ31と同様に電極が
形成され、前記音響光学媒体2内に超音波波面を形成す
る。ただし、この第2のトランスジューサ32は、前記仮
想面2fに対して図中右寄りの部位に取付けられ、前記音
響光学媒体2における前記仮想面2fを境に図中右方寄り
の領域に縦波の超音波波面を形成するもので、この領域
が第2の光周波数シフト部21とされる。なお、これら第
1及び第2のトランスジューサ31及び32としては、上述
の例のほかに、以下のものが適用できる。すなわち、Si
O2のXカット板(縦波発生用)、同じくYカット板(横
波発生用)、LiTaO3の47゜Yカット板(縦波発生用)、
同じくXカット板(横波発生用)、ZnOのZカット板
(縦波発生用)、同じく39゜Yカット板(横波発生用)
等である。
The second transducer 32 is a piezoelectric crystal
36 ° Y-cut plate of LiNbO 3 (cut so that the cut surface makes a 36 ° angle to the plane perpendicular to the crystal axis [010])
In the same manner as the first transducer 31, electrodes are formed, and an ultrasonic wave front is formed in the acousto-optic medium 2. However, the second transducer 32 is attached to a portion on the right side in the drawing with respect to the virtual surface 2f, and a longitudinal wave is formed in a region on the right side in the drawing with respect to the virtual surface 2f in the acousto-optic medium 2. This region forms an ultrasonic wave front, and this region is used as a second optical frequency shift unit 21. In addition, as the first and second transducers 31 and 32, the following can be applied in addition to the above-described example. That is, Si
O 2 X-cut board (for generating longitudinal waves), Y-cut board (for generating transverse waves), LiTaO 3 47 ° Y-cut board (for generating longitudinal waves),
Also X-cut board (for shear wave generation), ZnO Z-cut board (for longitudinal wave generation), also 39 ゜ Y-cut board (for shear wave generation)
And so on.

この第2の光周波数シフト部22においては、前記第1
の光周波数シフト部21から透過されてきた透過光10の一
部を回折して該透過光10と同一の偏波面を有する第2の
回折光12(S波)とし、他の一部はそのまま透過する。
In the second optical frequency shift unit 22, the first
A part of the transmitted light 10 transmitted from the optical frequency shift unit 21 is diffracted into a second diffracted light 12 (S wave) having the same polarization plane as the transmitted light 10, and the other part is left as it is. To Penetrate.

この場合、前記第2の回折光12の進行方向が前記第1
の回折光9の進行方向と同じになるように、前記トラン
スジューサ32の超音波周波数flが選定される。この条件
を満たすためのflは、以下のようにして求められる。
In this case, the traveling direction of the second diffracted light 12 is the first
As the same as the traveling direction of the diffracted light 9, ultrasonic frequency f l of the transducer 32 is selected. F l for this condition is satisfied is determined as follows.

いま、前記第1の光周波数シフト部21のブラッグ角を
θとすると、 θ=(λfs)/(2Vs) …(2) である。
Now, when the Bragg angle of the first optical frequency shifters 21 and theta B, a θ B = (λf s) / (2V s) ... (2).

ただし、 λ;レーザ光7の波長 Vs;横波超音波の音響光学媒体2内における音速 とする。Here, λ is the wavelength of the laser beam V s ; the sound velocity of the transverse ultrasonic wave in the acousto-optic medium 2.

一方、前記第2の光周波数シフト部22のブラッグ角を
θ′とすると、 θ′=(λfl)/(2Vl) …(3) である。
On the other hand, if the Bragg angle of the second optical frequency shift unit 22 is θ B ′, then θ B ′ = (λf l ) / (2V l ) (3)

ただし、 λ;透過光10(=レーザ光7)の波長 Vl;縦波超音波の音響光学媒体2内における音速 とする。However, lambda; the acoustic velocity in the longitudinal ultrasonic waves of the acoustic-optic medium within 2; transmitted light 10 (= the laser beam 7) Wavelength V l of.

前記第2の回折光12の進行方向が前記第1の回折光9
の進行方向と同じになるためには、θ=θ′が成立
すればよい。
The traveling direction of the second diffracted light 12 is the first diffracted light 9
In this case, θ B = θ B ′ needs to be satisfied in order to make the traveling direction the same as the traveling direction of.

したがって、前記(2)式及び(3)式から、 fl=(Vl/Vs)・fs …(4) となる。Therefore, from the equation (2) and (3), f l = a (V l / V s) · f s ... (4).

ここで、 fs=40MHz Vs=3750m/sec Vl=5950m/sec であるから、前記(4)式から、 fl=63.5MHz となる。Since f s = 40 MHz V s = 3750 m / sec V l = 5950 m / sec, f l = 63.5 MHz from the above equation (4).

すなわち、前記第1のトランスジューサ31の周波数fs
=40MHz(=第1の光周波数シフト部21のシフト周波
数)とし、前記第2のトランスジューサ32の周波数fl
63.5MHz(=第2の光周波数シフト部22のシフト周波
数)と設定することにより、同一の方向に進行し、それ
ぞれ(f0+fs)及び(f0+fl)周波数を有するととも
に、互いに直交する偏波面を持つ第1の回折光9と第2
の回折光12を得ることができる。
That is, the frequency f s of the first transducer 31
= 40 MHz (= shift frequency of the first optical frequency shift unit 21), and the frequency f l of the second transducer 32 =
By setting the frequency to 63.5 MHz (= shift frequency of the second optical frequency shift unit 22), the light travels in the same direction, has (f 0 + f s ) and (f 0 + f l ) frequencies, and is orthogonal to each other. The first diffracted light 9 and the second diffracted light 9
Can be obtained.

この場合、これら回折光の回折角θは、θ
θ′=3.38mradであるから、前記第1の光周波数シフ
ト部21と第2の光周波数シフト部22との中心間距離をP
とした場合、これら回折光のビーム間距離dは、d=0.
14mmとなり、これら回折光は実用上、同一の光軸上にあ
ると見ることができる。しかも、これら2つの回折光
は、それぞれ、周波数が(f0+fs)及び(f0+fl)の直
交する偏波面を持つ光である。したがって、これを、例
えば、光ヘテロダイン法に利用すれば、そのビート信号
を、(f0+fl)−(f0+fs)=fl−fs=23.5MHzと極め
て低い周波数とすることができる。
In this case, the diffraction angles θ B of these diffracted lights are θ B =
Since θ B ′ = 3.38 mrad, the center distance between the first optical frequency shift unit 21 and the second optical frequency shift unit 22 is P
, The distance d between the beams of these diffracted lights is d = 0.
It is 14 mm, and it can be seen that these diffracted lights are practically on the same optical axis. Moreover, these two diffracted lights are lights having orthogonal polarization planes with frequencies (f 0 + f s ) and (f 0 + f l ), respectively. Thus, this example, by using the optical heterodyne method, the beat signal, (f 0 + f l) - be a (f 0 + f s) = f l -f s = 23.5MHz extremely low frequency it can.

なお、前記第1の光周波数シフト部21で生じた第1の
回折光9の一部が、第2の光周波数シフト部22内におい
て、再び回折されて第3の回折光13を生ずる。この第3
の回折光13は、周波数が(f0+fs−fl)を有し、レーザ
光7と直交する偏波面を有する。もし、この第3の回折
光13を生ずる回折効率が大きい場合には、前記第1の回
折光9の多くが前記第3の回折光13となってしまい、必
要な強度を具備する回折光9を外部に取り出すことがで
きなくなるとも考えられる。
A part of the first diffracted light 9 generated in the first optical frequency shift unit 21 is diffracted again in the second optical frequency shift unit 22 to generate a third diffracted light 13. This third
The diffracted light 13 has a frequency (f 0 + f s −f l ) and a polarization plane orthogonal to the laser light 7. If the diffraction efficiency for generating the third diffracted light 13 is large, most of the first diffracted light 9 becomes the third diffracted light 13 and the diffracted light 9 having a required intensity is obtained. Can not be taken out to the outside.

ところが、縦波超音波による回折では、一般的にその
性能指数M(テンソル量)が偏波方位に対して異方性を
有し、この実施例に用いた溶融石英では、縦波超音波の
進行方向に対して平行な偏波面を持つ光の性能指数M
は、 M=0.32×10-15sec3/Kg であるのに対し、縦波超音波の進行方向に対して垂直な
偏波面を持つ光の性能指数Mは、 M=1.56×10-15sec3/Kg である。すなわち、平行な偏波面を持つ光の性能指数
は、垂直な偏波面を持つ光の性能指数の約1/5である。
ここで、この性能指数Mは回折効率があまり大きくない
ときは回折効率とほぼ比例することが知られている。こ
の実施例の場合、回折効率があまり大きくないといい得
るから、回折効率も1/5といい得る。すなわち、第3の
回折光13が生ずる回折効率が小さいため、前記第1の回
折光9の強度が減ぜられる量はわずかとなる。他方、前
記第2の回折光12を生ずる回折効率は高いので、第2の
回折光12も効率よく取り出すことができる。この結果、
この実施例では、理論上、80%以上の光パワー利用効率
が得られる。この溶融石英と同様な異方性を有するガラ
ス材としては、ショット社から販売されている商品名SF
−8及びSF−14があり、また、結晶性材料では、TeO2
結晶を用い、該結晶の[001]軸方向に超音波を伝搬さ
せるようにしたもの等がある。
However, in diffraction by longitudinal ultrasonic waves, the figure of merit M (tensor amount) generally has anisotropy with respect to the polarization azimuth. Figure of merit M of light having a plane of polarization parallel to the direction of travel
Is M = 0.32 × 10 −15 sec 3 / Kg, whereas the figure of merit M of light having a plane of polarization perpendicular to the traveling direction of longitudinal ultrasonic waves is M = 1.56 × 10 −15 sec. 3 / Kg. That is, the figure of merit of light having a parallel polarization plane is about 1/5 that of light having a perpendicular polarization plane.
Here, it is known that the figure of merit M is substantially proportional to the diffraction efficiency when the diffraction efficiency is not so large. In the case of this embodiment, since it can be said that the diffraction efficiency is not so large, the diffraction efficiency can be said to be 1/5. That is, since the diffraction efficiency of the third diffracted light 13 is small, the amount by which the intensity of the first diffracted light 9 is reduced is small. On the other hand, since the diffraction efficiency for generating the second diffracted light 12 is high, the second diffracted light 12 can also be extracted efficiently. As a result,
In this embodiment, theoretically, an optical power utilization efficiency of 80% or more can be obtained. As a glass material having the same anisotropy as this fused quartz, a trade name SF sold by Shot Corporation
-8 and SF-14, and as a crystalline material, there is one using a TeO 2 single crystal and transmitting ultrasonic waves in the [001] axis direction of the crystal.

以上詳述した一実施例にあっては、以下の利点を有す
る。
The embodiment described above has the following advantages.

上述した従来例のように、反射鏡及び偏光ビームス
プリッタ等を用いる必要がないから、構造が単純であ
り、製作が容易であるとともに、光軸調整が簡単で、か
つ、使用中において振動その他の外乱の影響を受けにく
い。
Unlike the conventional example described above, there is no need to use a reflecting mirror, a polarizing beam splitter, etc., so that the structure is simple, the manufacturing is easy, the optical axis adjustment is simple, and vibration or other Less susceptible to disturbances.

この装置で得られた光を光ヘテロダイン方法を実施
する装置に利用した場合、得られるビート信号が、音響
光学媒体2に超音波波面を形成するための超音波の中心
周波数と異なる。このため、この超音波を得るための駆
動回路41及び42から洩れる電磁波が前記ビート信号にノ
イズとして混入してS/N比を低下させる原因となること
がない。
When the light obtained by this device is used in a device that performs the optical heterodyne method, the obtained beat signal differs from the center frequency of the ultrasonic wave for forming the ultrasonic wave front on the acousto-optic medium 2. Therefore, the electromagnetic waves leaking from the driving circuits 41 and 42 for obtaining the ultrasonic waves do not mix with the beat signal as noise and cause a reduction in the S / N ratio.

光ヘテロダイン方法を実施する際に用いるビート信
号の中心周波数を著しく低くすることが可能であり、ビ
ート信号処理を著しく容易にすることができる。
The center frequency of the beat signal used in implementing the optical heterodyne method can be significantly reduced, and the beat signal processing can be significantly facilitated.

なお、上述の一実施例では、レーザ光を先に横波の超
音波波面によって回折し、次いで、縦波の超音波波面で
回折するようにしているが、これは、この順序を逆にし
てもよい。ただし、その場合には、前記一実施例によう
に、回折効率の異方性を利用することができないので、
光パワーの利用効率が前記一実施例に比較して低下する
ことは否めない。
In the above-described embodiment, the laser beam is first diffracted by the ultrasonic wavefront of the transverse wave, and then diffracted by the ultrasonic wavefront of the longitudinal wave. Good. However, in this case, since the anisotropy of the diffraction efficiency cannot be used as in the above-described embodiment,
It cannot be denied that the utilization efficiency of the optical power is reduced as compared with the one embodiment.

また、上述の一実施例では、1つの音響光学媒体に2
つの光周波数シフタ部を形成する例を掲げたが、これら
2つの光周波数シフタ部を別個の音響光学媒体に形成す
るようにしてもよい。この場合、それぞれの音響光学媒
体の材質を異ならしめてもよく、また、2つの音響光学
媒体を光学接着により接合するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, one acousto-optic medium has two
Although the example in which the two optical frequency shifters are formed has been described, these two optical frequency shifters may be formed in separate acousto-optic media. In this case, the material of each acousto-optic medium may be different, or two acousto-optic media may be joined by optical bonding.

[発明の効果] 以上詳述したように、本発明は、音響光学媒体内に第
1の超音波波面を形成し、直線偏光のレーザ光を前記第
1の超音波波面に対してブラッグの回折条件を満たす方
向から入射して、直進する透過光と、この透過光の進行
方向と異なる方向に進行する回折光であって、前記入射
レーザ光の偏波面と直交する偏波面を有するとともに該
入射レーザ光の光周波数から僅かにシフトした第1の光
周波数を有する第1の回折光を得る第1の光周波数シフ
タ部と、 音響光学媒体内に第2の超音波波面を形成し、前記第
1の光周波数シフタ部からの透過光を前記第2の超音波
波面に対してブラッグの回折条件を満たす方向から入射
して、前記第1の回折光の進行方向と同一の方向に進行
する回折光であって、前記透過光(入射レーザ光)の偏
波面と平行な偏波面を有するとともに該透過光の光周波
数から僅かにシフトした第2の光周波数を有する第2の
回折光を得る第2の光周波数シフタ部とを備えた構成と
することにより、構造が単純で光軸調整等が容易であ
り、かつ、シフト周波数とビート信号の周波数とが異な
るとともに、極めて低いビート信号を得ることを可能に
した直交偏波型光周波数シフタを得ているものである。
[Effects of the Invention] As described in detail above, the present invention forms a first ultrasonic wave front in an acousto-optic medium, and converts a linearly polarized laser beam into Bragg diffraction with respect to the first ultrasonic wave front. Transmitted light that enters from a direction that satisfies the condition, is transmitted light that travels straight, and diffracted light that travels in a direction different from the traveling direction of the transmitted light, and has a plane of polarization orthogonal to the plane of polarization of the incident laser light. A first optical frequency shifter for obtaining a first diffracted light having a first optical frequency slightly shifted from an optical frequency of the laser light; and a second ultrasonic wavefront formed in an acousto-optic medium, Diffraction in which light transmitted from the first optical frequency shifter is incident on the second ultrasonic wavefront from a direction satisfying the Bragg diffraction condition, and travels in the same direction as the travel direction of the first diffracted light. Light, the transmitted light (incident laser light) A second optical frequency shifter having a plane of polarization parallel to the plane of polarization and obtaining second diffracted light having a second optical frequency slightly shifted from the optical frequency of the transmitted light; Thus, an orthogonal polarization type optical frequency shifter having a simple structure, easy optical axis adjustment, etc., and having a shift frequency and a beat signal frequency different from each other and capable of obtaining an extremely low beat signal is obtained. Is what it is.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例の構成を示す図、第2図は従
来例を示す図である。 1……レーザ発振装置、2……音響光学媒体、7……レ
ーザ光、8……超音波波面、9……第1の回折光、10…
…透過光、12……第2の回折光、31,32……第1及び第
2のトランスジューサ、41,42……第1及び第2の駆動
回路。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a conventional example. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser oscillation device, 2 ... Acousto-optic medium, 7 ... Laser light, 8 ... Ultrasonic wave front, 9 ... First diffracted light, 10 ...
... Transmitted light, 12 second diffracted light, 31, 32 first and second transducers, 41, 42 first and second drive circuits.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】音響光学媒体内に第1の超音波波面を形成
し、直線偏光のレーザ光を前記第1の超音波波面に入射
して、直進する透過光と、この透過光の進行方向と異な
る方向に進行する回折光であって前記入射レーザ光の偏
波面と直交する偏波面又は平行な偏波面を有するととも
に該入射レーザ光の光周波数からシフトした第1の光周
波数を有する第1の回折光と、を得る第1の光周波数シ
フタ部と、 音響光学媒体内に第2の超音波波面を形成し、少なくと
も前記第1の光周波数シフタ部からの透過光を前記第2
の超音波波面に入射し、該透過光の進行方向と異なる方
向に進行しかつ該透過光の光周波数からシフトした第2
の光周波数を有する第2の回折光であって、その偏波面
が、前記第1の周波数シフタから得られる第1の回折光
の偏波面と前記入射レーザ光の偏波面とが平行である場
合には前記透過光の偏波面と直交するものであり、ま
た、その偏波面が、前記第1の周波数シフタから得られ
る第1の回折光の偏波面と前記入射レーザ光の偏波面と
が直交するものである場合には前記透過光の偏波面と平
行である、第2の回折光を得る第2の光周波数シフタ部
とを備え、 前記第1の回折光と第2の回折光とを1つの光束として
取り出すことによって、互いにわずかな周波数差を有し
かつ直交する偏波面を有する2種類のレーザ光を含む光
を得ることを特徴とする直交偏波型光周波数シフタ。
1. A first ultrasonic wave front is formed in an acousto-optic medium, and a linearly polarized laser beam is incident on the first ultrasonic wave front, and the transmitted light travels straight and the traveling direction of the transmitted light. A diffracted light that travels in a direction different from that of the incident laser light, has a polarization plane orthogonal to or parallel to the polarization plane of the incident laser light, and has a first optical frequency shifted from the optical frequency of the incident laser light. A first optical frequency shifter unit for obtaining a diffracted light beam; and a second ultrasonic wavefront formed in the acousto-optic medium, and transmitting at least the transmitted light from the first optical frequency shifter unit to the second optical frequency shifter unit.
Of the transmitted light, traveling in a direction different from the traveling direction of the transmitted light, and being shifted from the optical frequency of the transmitted light.
When the plane of polarization of the second diffracted light has an optical frequency of: and the plane of polarization of the first diffracted light obtained from the first frequency shifter is parallel to the plane of polarization of the incident laser light. Is perpendicular to the plane of polarization of the transmitted light, and the plane of polarization is orthogonal to the plane of polarization of the first diffracted light obtained from the first frequency shifter and the plane of polarization of the incident laser light. A second optical frequency shifter unit that obtains a second diffracted light that is parallel to the polarization plane of the transmitted light when the first diffracted light and the second diffracted light are parallel to each other. An orthogonal polarization type optical frequency shifter characterized by obtaining light including two types of laser light having a slight frequency difference from each other and having orthogonal polarization planes by extracting as one light beam.
【請求項2】前記音響光学媒体に形成する第1の超音波
波面又は第2の超音波波面によって前記入射レーザ光又
は透過光から回折光を得る場合において、該回折光の偏
波面が前記入射レーザ光又は透過光の偏波面と直交する
偏波面を有する回折光を得る場合には前記超音波波面と
して横波の超音波波面を用い、前記回折光の偏波面が前
記入射レーザ光又は透過光の偏波面と平行な偏波面を有
する回折光を得る場合には前記超音波波面として縦波の
超音波波面を用いるようにしたことを特徴とする請求項
1記載の直交偏波型光周波数シフタ。
2. In the case where diffracted light is obtained from the incident laser light or transmitted light by a first ultrasonic wave front or a second ultrasonic wave front formed on the acousto-optic medium, the plane of polarization of the diffracted light is the incident light. When obtaining diffracted light having a plane of polarization orthogonal to the plane of polarization of laser light or transmitted light, a transverse ultrasonic wave front is used as the ultrasonic wave front, and the plane of polarization of the diffracted light is the incident laser light or transmitted light. 2. The orthogonal polarization type optical frequency shifter according to claim 1, wherein when obtaining diffracted light having a polarization plane parallel to the polarization plane, a longitudinal ultrasonic wave front is used as the ultrasonic wave front.
【請求項3】前記縦波の超音波波面を形成する音響光学
媒体が異方性を有するガラス材であり、前記縦波の超音
波波面を形成する音響光学媒体が異方性を有する結晶性
材料であることを特徴とする請求項2記載の直交偏波型
光周波数シフタ。
3. The acousto-optic medium forming the longitudinal wave ultrasonic wave front is a glass material having anisotropy, and the acousto-optical medium forming the longitudinal wave ultrasonic wave front is anisotropic crystalline material. 3. The orthogonal polarization type optical frequency shifter according to claim 2, wherein the optical frequency shifter is a material.
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