JPH02254370A - 周波数分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、表面弾性波と光との相互作用を利用して高
周波電気信号の周波数およびパワーの同定を行なう周波
数分析装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第２図は合理、渥味らにより文献「フォースインタナシ
ョナルコンファランス　オン　インテグレーテッド　オ
プティクス　アンド　オプティカルファイバコミュニケ
ーション、東京、テクニカルダイジェスト、２５８〜２
５９頁、１９８３Ｊ（４ｔｈ　Ｉｎｔ、Ｃｏｎｆ、ｏｎ
　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　０ｐｔｉｃｓ　ａｎｄ　０ｐ
ｔｉｃａｌ　Ｆｉｂｅｒ　Ｃｏｍａ＋ｕｎｉｃａｔｉｏ
ｎ、　Ｔｏｋｙｏ、　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｄｉｇｅｓ
ｔ、　ｐｐ、２５Ｂ−２５９，１９８３）において報告
された周波数分析装置の構成図である。図において、１
はＬｔＮｂＯ，などの圧電性基板、２は圧電性基板１の
表面にＴｉやＮｉなどの金属を蒸着した後熱拡散させて
作成した２次元の光導波路、３は光導波路２の端面に取
り付けられた半導体レーザ、４および５は光導波路２上
に製作された第１および第２のジオデシックレンズ、６
および７は光導波路２上でかつ第１のジオデシックレン
ズ４および第２のジオデシックレンズ５の間に作成され
たトランスジューサおよびダンパ、８は光導波路２の上
記半導体レーザ３と対向する端面に取り付けられた光検
出器、９は半導体レーザ３から出射される発散光、１０
は平行光、１１は非回折光、１２は回折光、１３は上記
トランスジューサ６より励振される表面弾性波である。

次に動作について説明する。半導体レーザ３から出射さ
れ光導波路２に導波された発散光９は、第１のジオデシ
ックレンズ４により平行光１０に変換され、第２のジオ
デシックレンズ５に入射してさらに収束光に変換され、
光検出器８上の点Ａに集光する。ここでトランスジュー
サ６に高周波電気信号が印加されると、トランスジュー
サ６により上記高周波数電気信号の周波数に対応する周
期へをもつ表面弾性波１３が、光導波路２に励振される
。上記周期Ａは、光導波路２中を伝搬する表面弾性波１
３の速度をｖ８、上記高周波電気信号の周波数をｆ、と
すると第１式で与えられる。

ｒ 上記表面弾性波１３は上記平行光１０を横切った後、ダ
ンパ１７で吸収される０表面弾性波１３が平行光ＩＯを
横切るとき表面弾性面１３はこの平行光１０に対して周
期への回折格子として作用し、また平行光１０と表面弾
性波１３はブラック条件を満たすように交差させている
ため、平行光１０の一部は第２式で与えられる角度θ１
で回折される。

λ ここで、λは半導体レーザ３の出射光の波長、ｎａｒｔ
は光導波路２に導波された光に対する実効屈折率である
。すなわち、平行光１０は非回折光１１と回折光１２に
分かれ、それぞれ第２のジオデシックレンズ５により収
束され、光検出器８上の点ＡおよびＢに集光する。上記
集光点ＡおよびＢの距離ｌは第２のジオデシックレンズ
５の焦点距離をｆｔとすると第３式で与えられる。

１　””　ｆ　ｚ　　・θ１　　　　・・・（３）ここ
でθ、は第２式で示した角度である。第３式からｌを知
ることによりトランスジューサ６に印加された高周波電
気信号の周波数ｆ、を求めることができる。さらに、回
折光１２のパワーは高周波電気信号のパワーに比例する
ことから、比例定数をあらかじめ求めておくことにより
高周波電気信号のパワーを求めることができる。

ところで上記第１のジオデシックレンズ４および第２の
ジオデシックレンズ５は圧電性基板１の表面に半球状に
窪みを加工形成し、光導波路２の作製と同様に窪みの表
面にＴｉやＮｔなとの金属を熱拡散して光の導波層を作
製したものであり、上記光の導波層は上記光導波路２と
同様の屈折率分布を持つ、光導波路２から上記第１およ
び第２のジオデシックレンズ４，５に導波光が入射する
と導波光は窪みに沿って進む。このとき導波光はフェル
マーの原理により最短光路を進むため、上記窪みにより
導波光は曲げられ窪みがレンズの作用を持つ。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の周波数分析装置は以上のように構成されているの
で、半導体レーザ３の出射光を先導波路２に効率よく入
力するには第３図に示すように半導体レーザ３と圧電性
基板１との図中Ｘ方向のすき間ΔＸを数十μｍ程度とし
、両者を１μｍの位置精度で固定せねばならない。例え
ば両者が最適位置から図中のｙ方向に１μｍずれると半
導体レーザ３の出射光の光導波路２への入力効率は数ｄ
Ｂ低下する。ところが、周波数分析装置を広い温度範囲
で動作させると半導体レーザ３．圧電性基板１および両
者を固定しているホルダ間の熱膨張率差により半導体レ
ーザ３および光導波路２間に位置ずれが生じ上記入力効
率が低下する。例えば半導体レーザ３は寸法が小さいた
め温度変化による寸法変化は無視できるとし、上記ホル
ダは熱変化しない熱膨張率がＯの材料が用いられている
が、第３図のｙ方向に注目した場合、圧電性基板１のｙ
方向の厚みは２ｍｍ程度あるため±５０°Ｃの温度変化
に対してＬｉＮｂＯ２では±１．５μｍの範囲で、半導
体レーザ３と光導波路２は互いに位置ずれし、上記入力
効率が３ｂＢの範囲で温度により変動ずことになる。さ
らに振動などの温度以外の環境変化によっても上記入力
効率は変化しうる。

ところで、周波数分析装置において高周波電気信号のパ
ワーを求める場合、回折光１２のパワーＰｄはトランス
ジューサ６に印加される高周波電気信号のパワーＰｉｎ
に比例するものとして第４式の比例定数ａをあらかじめ
求めておくことによりＰｄからＰｉｎを求める。

Ｐｄ＝ａ−Ｐｉｎ　　　　・・・（４）また、第４式の
ａは発散光９あるいは平行光１０のパワーＰＯに比例し
、 ａ＝ｂ−Ｐｏ　　　　　・・・（５） である、第４式で常に正確にＰｉｎを求めるにはａが変
化してはならない。ところが、Ｐｏは半導体レーザ３の
出射光のパワーをＰｏｕｔとし、半導体レーザ３の出射
光の光導波路２への入力効率をηとすると Ｐ　ｏ　＝　ｙｙ　・Ｐ　ｏｕｔ　　　　　”（６）の
関係があるため、上述したように温度変化などの環境変
化よりηが変化すると第５式がらａが変化する。そして
、この比例定数ａが変化しても周波数分析装置ではあら
かじめ求めておいた一定のａを用いて第４式からＰｉｎ
を求めるため環境変化が発生すると求まるＰｉｎに誤差
が生じるという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、環境の変化により入力パワーの検出に誤差
の生じない周波数分析装置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る周波数分析装置は、分析すべき高周波電
気信号の帯域外の周波数を持つ一定パワーの参照信号を
発生する参照信号源と、上記分析すべき高周波電気信号
が入力される第１のトランスジューサより光源側に設置
され上記参照信号源からの信号を第２の表面弾性波に変
換する第２のトランスジューサと、上記第２の表面弾性
波により回折された第２の回折光を受光する第２の光検
出器と、上記第２の光検出器の出力を一定にするよう上
記光源のパワーを制御するコントローラとを備えたもの
である。

〔作用〕

この発明においては、常に一定周波数、一定パワーの参
照信号より得られた第２の表面弾性波により導波光の１
部を回折し、第２の回折光を発生させ、この第２の回折
光を第２の光検出器で受光し、該第２の光検出器の出力
が一定となるよう光源の出力パワーをコントロールする
構成としたから、環境の変化により入力効率が変化して
もこれを補償するようにレーザ出力をコントロールでき
、環境変化による入力パワーの検出の誤差を防ぐことが
できる 〔実施例〕 以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図は本発明の一実施例による周波数分析装置を示す
図であり、図において、１は圧電性基板、２は基板１上
に設けられた光導波路、３は半導体レーザ、４は第１の
ジオデシックレンズ、５は第２のジオデシックレンズ、
７はダンパ、９は発散光、１０は平行光、１１は非回折
光、１４は第１の表面弾性波１６を励振する第１のトラ
ンスジューサ、１５は第２の表面弾性波１７を励振する
第２のトランスジューサ、１８は第１の回折光、１９は
第２の回折光、２０は第１の光検出器、２１は第２の光
検出器、２２は参照信号源、２３はコントローラである
。図中、１５．１７．１９．２１はそれぞれ第２図の従
来例におけるトランスジューサ６、表面弾性波１３９回
折光１２．光検出器８に相当する。

次に動作について説明する。半導体レーザ３の出射光が
第１のジオデシックレンズ４および第２のジオデシック
レンズ５を介して第２の光検出器２１上の点Ａに集光す
るのは従来例と同様であるが、本実施例においては平行
光１０の１部は常に第１のトランスジューサ１４から励
振される第１の表面弾性波１６により回折され第１の回
折光１８を発生している。上記第１のトランスジューサ
１４には常に参照信号源２２から第２のトランスジュー
サ１５の帯域外の一定周波数で一定パワーの参照信号が
印加されている。第１の回折光１８は第１の光検出器２
０で受光され、第１の光検出器２０の出力はコントロー
ラ２３に入力される。

コントローラ２３は第１の光検出器２０の出力が一定と
なるように半導体レーザ３に流す電流を調整して半導体
レーザ３からの出射光パワーを制御する。一方、第１の
表面弾性波１６で回折されなかった平行光１０は、第２
のトランスジューサ１５に高周波電気信号が印加される
と、第２のトランスジューサ１５から励振される第２の
表面弾性波１７により一部が回折され第２の回折光１９
を発生し、第２の回折光１９は第２の光検出器２１上の
点Ｂに集光される。集光点ＡおよびＢから上記高周波電
気信号の周波数を求める動作および第２の回折光１９の
パワーから上記高周波電気信号のパワーを求める動作は
従来例と同様である。

上記の構成において、温度変化やその他の環境変化によ
り半導体レーザ３と光導波路２の間に位置ずれが生じる
と半導体レーザ３の出射光の光導波路２への入力効率η
が低下し、第１の回折光１８および第２の回折光１９の
パワー、Ｐｄ、およびＰｄ、は第４式〜第６式に示した
原理で減少する。するとコントローラ２３はＰｄ、を元
にもどすよう半導体レーザ３の出射光パワーＰｏｕｔを
増加させる、すなわち、第６式においてηの変化をｐｏ
ｔ＋’ｒを変化させることで相殺しＰｏを常に一定に保
つ。このためＰｄ、もηの変化の影響を受けず、Ｐｄ２
を用いて常に正しく第２のトランスジューサ１５に入力
される高周波電気信号のパワーＰｉｎを求めることがで
きる。

なお、上記実施例では導波路上に設けたジオデシックレ
ンズを用いて伝搬光を収斂するものについて説明したが
、プロトン交換法などで製作した他の導波路レンズを用
いてもよいし、圧電性基板１外にレンズを設けてもよい
。

また、上記実施例では半導体レーザの出射光を光導波路
に直接入力するものについて説明したが、レンズやプリ
ズムカブラを介して入力させてもよい。

また、上記実施例では平行光を第１および第２の表面弾
性波により回折させたが、はぼ平行光であればよい。

また、上記実施例では導波光励振源として半導体レーザ
を用いた場合について説明したが、気体レーザや固体レ
ーザを用いてもよい。

さらに上記実施例では第１および第２の回折光の検出に
２つの光検出器を用いた場合について説明したが、同一
の光検出器で第１および第２の回折光を検出し、第１の
回折光の検出結果のみをコントローラに入力するように
してもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、周波数分析装置にお
いて一定周波数で一定パワーの参照信号が人力されるト
ランスジューサと上記トランスジューサから励振される
表面弾性波により回折された回折光を受光する光検出器
と、上記光検出器の出力を一定に保つよう光源の出力を
制御するコントローラとを備えたので、温度変化などの
環境変化が生じても高周波電気信号のパワーを正確に求
めることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による周波数分析装置を示
す構成図、第２図は従来の周波数分析装置を示す構成図
、第３図は半導体レーザと光導波路との位置関係を示す
図である。 １は圧電性基板、２は光導波路、３は半導体レーザ、４
は第１のジオデシックレンズ、５は第２のジオデシック
レンズ、７はダンパ、９は発散光、１０は平行光、１１
は非回折光、１４は第１のトランスジューサ、１５は第
２のトランスジューサ、１６は第１の表面弾性波、１７
は第２の表面弾性波、１日は第１の回折光、１９は第２
の回折光、２０は第１の光検出器、２１は第２の光検出
器、２２は参照信号源、２３はコントローラ。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）その入力端よりレーザ光源の励振するレーザ光が
   入力される光導波路、印加される検出すべき電気信号に
   応じて上記光導波路に第１の表面弾性波を励振する第１
   のトランスジューサ、該第１のトランスジューサより上
   記レーザ光源側に設けられ、第１のトランスジューサの
   周波数帯域外の一定周波数でかつ一定パワーをもつ参照
   信号の入力により上記光導波路に第２の表面弾性波を励
   振する第２のトランスジューサを表面に備え、上記第２
   の表面弾性波は上記光導波路中を伝搬する導波光を斜交
   してその一部を回折させ第１の回折光と非回折光に分離
   させ、上記第１の表面弾性波は上記非回折光を斜交して
   その一部を回折させ第２の回折光と非回折光に分離させ
   るものとなる音響光学効果を有する基板と、 上記第１および第２の回折光をそれぞれ検出する第１お
   よび第２の光検出器あるいは両者を検出する単一の光検
   出器と、 上記光検出器から前記第１の回折光の検出出力を受け取
   り前記第１の回折光の検出出力が一定となるよう上記レ
   ーザ光源の出力を制御する手段とを備え、 上記第１のトランスジューサに印加された電気信号の周
   波数およびパワーを上記光検出器における上記第２の回
   折光の検出位置および検出出力より分析することを特徴
   とする周波数分析装置。