JPH0262968A - 光集積スペクトラムアナライザ - 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の相互作用を利用して高周波
電気信号のスペクトラルの分析を行なう光集積スバクト
ラムアナライザに関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は金澤および５味らによる文献　ｒ４Ｌｈ１も １−、Ｃｏｎｆ、Ｏｎ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　０ｐｔ
ｉｃｓ　ａｎｄ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｆｉｂｅｒ　Ｃｏｍ
ｍｕｎｉｃａ口ｏｎ、Ｔｏｋｙｏ、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ
　Ｄｉｇｅｓｔ、２５８頁−２５９頁、１９８３年」に
報告された光集積スパクトラムアナライザの構成図であ
る。図において、（１）は口ＮｂＯｘ基板、（２）はＬ
ｉＮｂＯ３基板＋１１上にＴｉを拡散させて製作した光
導波路、（３）は光導波路（２）の端面に取付けられた
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および
第２のジオデシックレンズ（４）および（５）の間に製
作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
取付けられた光検出器、（９）は高周波電気信号を発生
する信号発生源、αのは上記高周波電気信号を上記トラ
ンスジューサ（６）に印加する給電系、αυは上記光検
出器（８）から信号を受取り、上記高周波電気信号の周
波数を識別する識別器、■は上記半導体レーザ（３）か
ら出射される発散光、０争は平行光、α旬は非回折光、
Ｑ９は回折光、ＯＱ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（社）は第１
のジオデシックレンズ（４）により平行光０３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
収束光に変換されて光検出器（８）上に集光する。

ここで、信号発生源（９）から給電系αＣを介して高周
波電気信号がトランスジューサ（６）に印加されると、
トランスジューサ（６）により上記高周波電気信号の園 周波数に対応する号朋Δをもつ表面弾性波Ｏｅが光導波
路（２）中に励振される。上記周期へは表面弾性波θｅ
の速度をＶＳ、上記高周波電気信号の周波数をｆｒとす
ると次のｆｌ１式で与えられる。

Δ＝　Ｖ　ｓ　／　ｆ　ｒ　　　　　　　　−・・−・
・−・＋１１上記表面弾性ＯＩは上記平行光α違を横切
った後ダンパ（７）で吸収される。表面弾性波αＱが平
行光ａ１を横切るとき表面弾性波Ｑ６１は周期への回折
格子として作用し、また平行光０１と表面弾性波ＯＩは
ブラング条件を満たすように交差させているため平行光
０１の１部は次の（２）式で与えられる角度θ１で回折
される。

λ θ、　　＝　　　　　　　　　　　　　　　−ｍ−−−
−−−−−−−−−＋２１Δ　・　ｎｅｆｆ ここで、λは半導体レーザ（３）の出射光の波長、ｎｅ
ｆｆは光導波路（２）に導波された導波光に対する実効
屈折率である。すなわち、平行光０Ｉは非回折光α船と
回折光αつに分かれ、それぞれ第２のジオデシツタレン
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１２とすると次
の（３）式で与えられる。

１＝ｆ、　　・θ、　　　　　・・・−・・−−−−−
−−−＋３１光検出器（８）はＣＣＤラインセンサと呼
ばれ第４図に示すように幅ａの１番目からＮ番目までの
Ｎ個の受光素子が１列に並んだものであり、光を受光し
た受光素子は発生した電荷を蓄積し、それを一方向、例
えば１番目の受光素子からＮ番目まで順次転送して出力
する機能をもっている。識別器００は点ＡおよびＢが光
検出器（８）の何番目の受光素子に相当するかを知るこ
とにより点Ａおよび８間の距離ｌをａの整数倍で求める
。いま第５図に示すように光検出器（８）において非回
折光０４：ＪがＮａ番目の受光素子に入力し、回折光０
′９がＮｂ番目の受光素子に入力する場合識別器（８）
は距１１ｉ１Ｎを次の（４）式で求める。

１　＝ａ　・（Ｎ　ｂ　−Ｎ　ａ　）−・−・−（４１
さらに、識別器（８）は前記（１１式および（２）式を
用いて高周波電気信号の周波数ｆｒを求める。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の光集積スバクトラムアナライザは以上のように構
成されているので、トランスジューサに印加された高周
波電気信号の周波数のみならず印加された時刻をも知り
たい場合、回折光を光検出器で検出した時刻を上記印加
された時刻とするため測定精度はＣＣＤラインセンサに
おける電荷の蓄積時間により規定される。つまり上記時
刻の測定制度は上記蓄積時間となるため通常数ｍ５ｅｃ
から数十ｍ５ｅｃとなり、より高精度とすることが困難
であるという問題点があった。この問題を解決するには
光検出器をＣＣＤラインセンサから電荷を蓄積しない非
蓄積型の受光素子、例えばＰＤ（ホトダイオード）やＡ
ＰＤ　（アバランシェホトダイオード）を並べた非蓄積
型のラインセンサに代えれば良いことは容易に推測でき
ることである。しかし、受光素子として幅ａが１０μｍ
程度のものが必要であるためこのような受光素子を並べ
た場合隣り合う受光素子間の電気的アイソレーションを
大きくするのが困難なこと、また、受光素子は通常数百
個差べられるため数百個の受光素子から並列に出力され
る１３号を高速処理するには規模の大きな電気回路が必
要なこと、などの理由により上記非蓄積型のラインセン
サは実現されていないのが現状である。このため光検出
器としてＣＣＤラインセンサを用いらざるを得ないとい
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
たので、高周波電気信号の周波数を求めるとともに高周
波電気信号がトランスジューサに印加された時刻を高精
度で測定できる光集積スパクトラムアナライザを得るこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

半導体レーザより出射され光導波路中を伝搬する導波光
をほぼ等しい強度で２分配し２分配した導波光の一方を
光により発生した電荷を蓄積すること無く検出する第１
の非蓄積型の受光素子で受光し、他方を表面弾性波が斜
交するようにして非回折光と回折光に分離し、非回折光
を上記第１の非蓄積型の受光素子と同様の第２の非蓄積
型の受光素子で受光し、回折光をＣＣＤラインセンサで
受光するようにして、トランスジューサに印加された高
周波電気信号の周波数を上記ラインセンサの出力信号よ
り求め、印加時刻を上記第１の非蓄積型の受光素子の出
力信号と第２の非蓄積型の受光素子の出力信号とを差動
増幅器により増幅した信号より求めるようにしたもので
ある。

〔作　　用〕

この発明における２分配器は導波光をほぼ等しい強度の
第１および第２の導波光に２分配し、ＣＣＤラインセン
サは回折光の集光点Ｂの位置情報を出力し、第１の非蓄
積型の受光素子は常に一定強度の第１の導波光を検出し
、第２の非蓄積型の受光素子は２分配された後回折光の
強度だけ減少した第２の導波光を検出し、差動増幅器は
第１および第２の非蓄積型の受光素子からの信号の差を
取って上記第２の導波光における回折光の強度分に相当
する強度減少を抽出して増幅し、識別回路はＣＣＤライ
ンセンサの出力信号を受けとりトランスジューサに印加
された高周波電気信号の周波数を識別するとともに、差
動増幅器の出力信号を受けとり信号の変化時刻より上記
高周波電気信号がトランスジューサに印加された時刻を
求める。

〔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
図において、ｆｌｌはＬｉＮｂ０ｔ基板、（２）は光４
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、（６
）はトランスジューサ、（７）はダンパ、（９）は信号
発生源、Ｏｌは給電系、ＣＩｌ＋は識別器、＠は発散光
、０蜀は平行光、Ｑ４）は非回折光、０つは回折光、Ｏ
Ｑは表面弾性波、ａ力は２分配器、顛は第３のジオデシ
ックレンズ、０１は第１の非蓄積型の受光素子、ａｍは
第２の非蓄積型の受光素子、（２１）はＣＣＤラインセ
ンサである。

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θ２は第１の
ジオデシックレンズ（４）により平行光Ｑ濁に変換され
、２分配器０７１によりほぼ等しい強度で２分配される
。２分配された一方の平行光は第３のジオデシツクレン
ズ叫により収束光に変換され、光により発生する電荷を
蓄積しない、例えばＰＤ（ホトダイオード）やＡＰＤ　
（アバランシェホトダイオード）の非蓄積型の受光素子
０喝により受光される。２分配された他方の平行光は第
２のジオデシックレンズ（５）により収束光に変換され
、上記第１の非蓄積型の受光素子α傷と同様の第２の非
蓄積型の受光素子（至）により受光される。ここで信号
発生源（９）から給電系０＠を介して高周波電気信号が
トランスジューサ（６）に印加されると、上記２分配さ
れた他方の平行光が非回折光０（と回折光０９に分離さ
れる。この動作は従来のものと同様である。・非回折光
０りは上記の第２の非蓄積型の受光素子で受光され、回
折光αりは従来の光検出器（８）と同様のＣＣＤライン
センサ＃で受光される。識別器αＤが非回折光Ｏａの集
光点Ａおよび回折光０５の焦光点Ｂの距離ｌからトラン
スジューサ（６）に印加された高周波電気信号の周波数
ｒｒを前記（１１式および（２）式を用いて求めるのは
従来のものと同様である。しかし、非回折光Ｑ４１の集
光点Ａを従来のものとは異なり０次の（５）式を用いて
ｌを求める。

Ｉｔ　＝　ａ　・Ｎ　ｂ　＋　Ｉｔ　、　　　　　　−
・−−−−ｆ５１ここで、第２図に示すようにａはＣＣ
Ｄラインセンサ（２１）を構成する受光素子の幅、Ｎｂ
は回折光αつが入射する受光素子の番号、１１は点Ａと
ＣＣＤラインセンサ（２１）の１番目の受光素子間の距
離である。点Ａの位置は半導体レーザ（３）、第１およ
び第２のジオデシックレンズ（４）および（５）の位置
の取り付は位置が決まればｌ、は固有の距離とじて決定
される。ｉ別器０紗には１１をあらかじめ記憶しておく
。

ところで、非回折光Ｑ４１の強度はトランスジューサ（
６）に高周波電気信号が印加されていない時は第１の非
蓄積型の受光素子α傷で検出される導波光強度とほぼ等
しいが、上記高周波電気信号が印加されると回折光０９
の強度骨だけ減少する。表面弾性波αＱによる平行光ａ
１の回折効率は通常数パーセントであるため上記非回折
光Ｑ４１の強度減少も数パーセントである。差動増幅器
（２２）は第１および第２の非蓄積型の受光素子０！Ｊ
および（イ）からの信号の差を取って増幅する。したが
って、差動増幅器（２２）の出力は非回折光Ｑ４１の強
度が一定の間はほとんど号が変化した時刻を上記高周波
電気信号がトランスジューサ（６）に印加された時刻と
する。ここで、第１および第２の非蓄積型の受光素子Ｏ
１および（２鴎は受光する導波光の強度変化にｎ５ｅｃ
のオーダで応答するため、上記高周波電気信号が印加さ
れた時刻をｎ５ｅｃのオーダの精度で求めることが可能
であり、従来のもののように上記印加された時刻を回折
光Ｑ９がＣＣＤラインセンホ雀検比検出た時刻としてい
たのに比べて極めて高精度で上記時刻を求めることがで
きる。

なお、上記実施例ではＬｉＮｂＯ５基板（１１を用いた
ものを示したが、その他の音響光学効果を有する基板を
用いてもよい。また、上記実施例では光導波路（２）と
してＬｉＮｂＯ５基板（１）にＴｉを拡散したものを示
したが、ＬｉＮｂＯ５基板ｆｌ＋よりも高屈折率な誘電
体膜を上記ＬｉＮｂ０．基板＋１１上に形成して光導波
路（２）としてもよい。また、上記実施例では第１、第
２および第３のジオデシックレンズ（４）、（５）およ
びＱＩＯを用いたものを示したが、プロトン交換などの
方法による他の導波路レンズでもよいし、バルク型のレ
ンズを光導波路（２）の外に設けてもよい。また、上記
実施例では半導体レーザ（３）からの出射光を直接光導
波路（２）に入力する場合について説明したがレンズ系
、グレーティングカブラあるいはプリズムカブラなどを
介して入力してもよい。また、上記実施例では第１およ
び第２の非蓄積型の受光素子α唾およびｒ２埠、ＣＣＤ
ラインセンサ（２１）は導波光を光導波路（２）の端面
から直接受光したが、レンズ系、グレーティングカブラ
あるいはプリズムカブラを介して受光してもよい。また
、上記実施例では表面弾性波頭と作用する導波光を平行
光０１としたがほぼ平行光であればよい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば光導波路中を伝搬する
導波光を２等分した後、一方を第１の非蓄積型の受光素
子で検出し、他方を表面弾性波と相互作用させて非回折
光と回折光に分離させて非回折光を第２の非蓄積型の受
光措置で・、回折光をＣＣＤラインセンサで検出して、
ＣＣＤラインセンサの出力からトランスジューサに印加
された高周波電気信号の周波数を、第１および第２の非
蓄積型の受光素子およびからの信号を差動増幅器によ−
り増幅した信号すなわち高周波電気信号印加時に生ずる
第２の非蓄積型の受光素子の出力変化を抽出した信号か
ら上記高周波電気信号がトランスジューサに印加された
時刻を求めるようにしたので、高周波電気信号の周波数
の分析のみならずトランスジューサへの印加時刻を高精
度で測定できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による光集積スペクトラム
アナライザを示す構成図、第２図は第１図の回折光およ
び非回折光の受光部を示す説明図、第３図は従来の光集
積スペクトラムアナライザを示す構成図、第４図は第３
図の光検出器を示す概略構成図、第５図は第３図の回折
光および非回折光の受光部を示す説明図である。 図において、（１１はＬｉＮｂＯ５基板、（２）は光道
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、（６
）はトランスジューサ、（７）はダンパ、（８）は光検
出器、（９）は信号発生源、αＱは給電系、αυは識別
器、（ロ）は発散光、（２）は平行光、Ｑ４１は非回折
光、０９は回折光、０Ｑは表面弾性波、θηは２分配器
、ａ乃は第３のジオデシックレンズ、Ｏｌは第１の非蓄
積型の受光素子、（２のは第２の非蓄積型の受光素子、
（２１）はＣＣＤラインセンサ、（２２）は差動増幅器
である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 代理人　　　　　大　　岩　　増　　雄第１図 第２図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 表面に光導波路と、前記光導波路中を伝搬する導波光を
   斜光して前記導波光の一部を回折させ前記導波光を回折
   光と非回折光に分離させるべき表面弾性波を励振するト
   ランスジューサと、前記導波光を斜交して到来する前記
   表面弾性波を吸収するダンパとを備えた音響光学効果を
   有する基盤と、前記導波光の励振源であるレーザと、前
   記レーザから出射された光を前記光導波路に導き前記導
   波光を励振する手段と、電気信号を前記トランスジュー
   サに印加する給電系と、光により発生する電荷を蓄積す
   る機能をもつ受光素子がアレー状に並んで構成され前記
   回折光および非回折光を検出するアレー状光検出器と、
   前記回折光および前記非回折光を前記光導波路から取り
   出して前記アレー状光検出器に入力する手段とから構成
   され、前記トランスジューサに印加された前記電気信号
   の周波数および印加された時刻を、それぞれ前記アレー
   状光検出器における前記回折光の検出位置および検出時
   刻から求める光集積スペクトラムアナライザにおいて、
   表面に光導波路と、前記光導波路中を伝搬する導波光を
   ２分配して第１の導波光と第２の導波光に分離する２分
   配器と、前記第２の導波光を斜交して回折光と非回折光
   に分離する表面弾性波を励振するトランスジューサと、
   前記第２の導波光を斜交して到来する前記表面弾性波を
   吸収するダンパとを備えた音響光学効果を有する基板と
   、光により発生した電荷を蓄積することなく前記第１の
   導波光を検出する第１の非蓄積型の受光素子と、前記非
   回折光を検出する前記第１の非蓄積型の受光素子と同様
   の第２の非蓄積型の受光素子と、前記回折光を検出する
   前記アレー状光検出器と、前記第１および第２の非蓄積
   型の受光素子から検出信号を受けとり両者の差信号を増
   幅して出力する差動増幅器とを備え、前記トランスジュ
   ーサに印加された前記電気信号の周波数および印加され
   た時刻を、それぞれ前記アレー状光検出器における前記
   回折光の検出位置および前記差動増幅器における出力信
   号の変化時刻から求めるようにしたことを特徴とする光
   集積スパクトラムアナライザ。