JPH0131168B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光フアイバーを使つた信号伝送装置の
ひとつの方式であるフアイバーテレメトリー信号
伝送装置の光伝送路に信号を結合するフアイバー
光位相変調器に関するものである。

光フアイバーを用いた信号伝送系は、電磁誘導
雑音に強い、絶縁がとれる、軽量である、伝送帯
域が広いなどの特徴を有し、公衆通信のみならず
工業プラント、発電変電所構内、あるいは船舶、
航空構内などのデータ伝送装置などにも用いられ
ようとしている。このような信号伝送系では、多
く中央の監視装置処理装置と多数の端末とを結び
データのやりとりが行なわれている。このためこ
れらの間の配線を少くするために、しばしば中央
の監視装置処理装置から発し、再び元にもどるル
ープ状の幹線の信号線を設置し、ループの途
中々々から各端末とを結ぶ枝の信号線を設ける、
いわゆるループ状のデータハイウエイないしデー
タバスシステムの方式がとられている。光フアイ
バーを使つてこのようなデータハイウエイシステ
ムを構成する方式にはいくつかの方法がある。そ
のなかで各所に配置させたセンサなどからの出力
データを光フアイバーを使つて収集する、いわゆ
るテレメトリー信号伝送装置を構成した例でよく
知られている例は、二本のシングルモードフアイ
バーを使い、一つの光源から発した光を音響光学
素子によつて、波長を音響光学素子中の音波の波
数分だけ増加させた光と、増加させずに元の波長
の光とに２分し、それぞれ異なるシングルモード
フアイバーに注入し、波長を増加させた光が透過
するフアイバーの外側より、フアイバー中の光に
位相変調を与え、このフアイバーを出射した光
と、前述の波長を変化させずに、別なるシングル
モードフアイバーを伝わつてきた光とをフアイバ
ー出射端で合波させて、２乗特性を有する受光器
で受光しいわゆるヘテロダイン検出とすると、電
気出力は、前記音響光学素子中の音波の周波数を
キヤリアとし、この位相が前記フアイバー外側よ
り与えた振幅によつて変化する位相変調信号とな
つて得られる。フアイバー外側より与える位相変
調の周波数を、各入力点で異なる周波数を用いる
ことによつて、多数の信号を任意の点から挿入で
きまた受信端でこれらを弁別することができるも
のである。

フアイバー中を伝わる光波に位相変化を与える
方法で、従来から知られている例は、圧電板で被
覆の上から光フアイバーをはさみ、圧電板の両面
に電界を印加して、圧電板に圧縮振動を起こし、
この振動を、化学樹脂でできている被覆を介して
フアイバーに伝えてフアイバー中の屈折率を変化
させ、透過光に位相変化を与えるものがある。こ
の方法では能率が悪くまた帯域幅も狭い。すなわ
ち、圧電体の機械インピーダンスは30〜40×10⁶
Kg／ｓｍ²程度あるのにたいして、樹脂では３×
10⁶Kg／ｓｍ²とはるかに小さい、このため弾性エ
ネルギは樹脂中をほとんど透過しない。また圧電
セラミツクはほとんど自由振動に近く、共振の尖
鋭度が高いために帯域幅が狭い。

また圧電セラミツクの円にフアイバーを巻き
付け、円の径方向の拡がりによるフアイバーの
伸び変化を利用する方法がある。フアイバーの伸
び変化にたいする導波光の位相変化の受けかたは
敏感であり、また圧電体の径方向への共振を利用
するため、僅かな印加電界で大きな位相変化を得
ることができる特長をもつているが、従来のこの
方法は、圧電円の径方向軸対称の単一の拡がり
共振振動のみを用いているだけであり、この共振
は尖鋭度が高いために、やはり帯域幅が非常に狭
い。

このように従来の光フアイバー中の光波に位相
変化を与える方法はいずれも、高い能率と広い帯
域幅の両方を得ることが困難である。

本発明の目的は、上記難点を除去し、しかも簡
単な構造のフアイバー光位相変調器を提供するも
のである。

本発明によれば、薄肉円筒形状の圧電セラミツ
ク振動子の外側及び内側円筒面に設ける駆動電極
が、外側内側いずれかまたは両方ともに、円筒の
軸方向の中心に無電極部を有し、該圧電セラミツ
ク振動子の軸方向中心部分に光フアイバーを巻き
付けた構造にすることによつて、能率が高く、し
かも周波数帯域幅の広いフアイバー光位相変調器
が得られる。

本発明の詳細を、実施例にもとづき図面を用い
て、更に説明する。

第１図は、圧電セラミツク円筒に光フアイバを
巻き付けて、フアイバ透過光に位相変調を与える
方法の一般的な構成であつて、１は光フアイバー
素線、２はフアイバー素線を保護する被覆、３は
円筒の径方向に分極を施こした円筒電圧セラミツ
クである。円筒の内外面に電極を設け、この間に
印加する電界によつて円筒電圧セラミツクに生ず
る径方向の変位が巻きつけた光フアイバーに伸び
変化を与え、フアイバー中を透過する光波に位相
変化を与えるものである。

従来のこの位相変調器の構造、すなわち円筒圧
電セラミツクの内外面一様に電極を設けた構造
で、圧電セラミツクに能率よく励起される振動モ
ードは、径方向に一様に拡がり変位を有し、しか
も軸方向いたる所同相に振動するモードである。
この振動の尖鋭度は極めて高いため、ほぼ単一の
周波数でしか素子を駆動できない。したがつてこ
のような構造の位相変調器の帯域幅は極めて狭
い。

第２図は、円筒圧電セラミツクを円形断面を上
下にして側面より眺めたときの径方向拡がり変位
の軸方向への分布を示す図である。

第２図(a)には、前述の軸方向に同相に拡がり振
動する０次の振動モードの変位分布を破線で表わ
してある。

円筒の内外面に一様に設ける電極構造では能率
よく励起できないが、電極を適当に設けると、軸
方向に中心部と端部では位相が逆相関係となる２
次の振動モードを励起することができる。第２図
(b)にはこの拡がり振動の軸方向２次の振動モード
の変位分布を破線で示してある。これら２つの振
動モードの共振周波数を近づけ、両方のモードを
適当な電極構造によつて励起できるようにすれ
ば、第４図に示すように２つの振動を周波数領域
で複合して利用でき、周波数範囲の広い位相変調
器が得られる。これは次のようにすれば実現され
る。

第３図は、本発明の第一の実施例の構造を示す
図であり、１は光フアイバー素線、２はその被
覆、３は円筒圧電セラミツク振動子、４は該振動
子の外側円筒面に設けた電極、５は内側円筒面に
設けた電極である。光フアイバーはこの円筒圧電
セラミツク振動子円筒面上の軸方向中心部分に巻
き付けてある。薄肉円筒では、円筒の長さＬを外
径半径ａの1.3〜３倍程度とすると、２つの共振
周波数は接近する。２つの振動モードを励起し、
しかも励振能率を同一にするには、例えば第３図
に示すように、外側円筒面の上、下長さの1/3程
度に電極を設け、中心部1/3程度は無電極とし、
内側円筒面は全面電極とし、この内側電極と、２
つの外側電極４との間に電圧を印加する。中心部
無電極部の軸方向への幅が狭すぎると、０次モー
ドの能率が高くなり、逆に広すぎると２次モード
の能率が高くなつて、いずれも中心部に巻いた光
フアイバーに与える歪の周波数特性は中心周波数
にたいして対称とはならず帯域の増大は望めな
い。第３図では外側面にのみ無電極部を設けるよ
うに示してあるが、内側円筒面に無電極部を設
け、外側円筒面は全面電極としてもよいし、ま
た、両方の電極の円筒の軸方向の中心に無電極部
を設けてもよい。

本発明の構造の位相変調器で得られる帯域幅
は、圧電セラミツクフイルタで得られている比帯
域10〜15％と同程度が得られる。例えば30KHz付
近の振動子を用いれば帯域幅は3KHz〜4.5KHz程
度が得られ、従来の構造の位相変調器がほぼ単一
の周波数でしか用いることができないのに較べて
格段に帯域幅が増大する。また共振ダンパーなど
を用いて擬似的に帯域を拡げる方法に較べ、共振
モードを用いているために僅かな駆動電力で高い
変調度を得ることができる。

以上のように本発明によれば能率の高く、しか
も帯域幅の広いフアイバー光位相変調器が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のフアイバー光位相変調器の構成
図で、１は光フアイバー素線、２はフアイバー被
覆、３は円筒圧電セラミツク振動子である。第２
図は円筒振動体の径方向拡がり０次振動の軸方向
０次及び２次の振動変位分布を示す。第３図は本
発明の一実施例のフアイバー光位相変調器の構成
図で１は光フアイバー素線、２はフアイバー被
覆、３は円筒圧電セラミツク振動子、４及び５は
円筒の外側及び内側に設けた電極である。第４図
は本発明の効果を示す図で、周波数と効率の関係
を表わす。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 中空円筒形を有し、外側及び内側円筒面に設
   けた駆動用電極のうち、外側及び内側のいずれか
   又は両方ともに、円筒の軸方向の中心に無電極部
   をを有する圧電セラミツク振動子と、該圧電セラ
   ミツク振動子の外側円筒面の軸方向中心部分に巻
   き付けた光フアイバーとからなることを特徴とす
   るフアイバー光位相変調器。