JPH0266465A - 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】 ［産業上の利用分野コ 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ルの分析を行なう光集積スペクトラ
ムアナライザに関するものである。

［従来の技術］ 第３図は金澤および渥味らによる文献ｒ４ｔｈ。

Ｉｎｔ、Ｃｏｎｆ、ｏｎ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　０ｐ
ｔｉｃｓ　ａｎｄ　０ｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒ　　Ｃｏ
ｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ、Ｔｏｋｙｏ、Ｔｅｃｈｎｉｃ
ａｌ　　Ｄｉｇｅｓｔ。

２５８頁−２５９頁、　１９８３年」に報告された光集
積スペクトラムアナライザの構成図である。図において
、（１）はＬｉＮｂ０．基板、（２）はＬｉＮｂ（１＋
基板（１）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、（１０）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、（１１）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、（１２）は上記半導体レーザ（３
）から出射される発散光、（１３）は平行光、（１４）
は非回折光、（１５）は回折光（１６）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（１２）は第
１のジオデシックレンズ（４）により平行光（１３）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（ｌＯ）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
号の周波数に対応する周期Δをもつ表面弾性波（１６）
が光導波路（２）中に励振される。上記周期Δは表面弾
性波（１６）の速度を■ｓ、上記高周波電気信号の周波
数をｆｒとすると次の（１）式で与えられる。

’Ａ＝　　ｖｇ／　ｆｒ　　　　　　・・・・・・・・
−−−−−−−（１）上記表面弾性波（１６）は上記平
行光（１３）を横切フた後ダンパ（７）で吸収される。

表面弾性波（１６）が平行光（１３）を横切るとき表面
弾性波（１６）は周期Δの回折格子として作用し、また
平行光（１３）と表面弾性波（１６）はブラッグ条件を
満たすように交差させているため平行光（１３）の１部
は次の（２）式で与えられる角度θ１で回折される。

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（１０）は非回折光（
１４）と回折光（＋５）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
１ｉＩＪ１．は第２のジオデシックレンズ（５）の焦点
距離をｆ２とすると次の（３）式で与えられる。

ｆｆ１＝ｆ２　・　θ１　　　　　　　・・・・・・・
−−−−−−−−（３）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
−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フている。識別器（＋１）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＠Ｉｔ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（１４）がＮａ番目の受光素子に
入力し、回折光（１５）かＮｂ番目の受光素子に入力す
る場合識別器（８）は距＠ｌを次の（４）式で求める。

１１　＝　ａ　・（Ｎｂ　−Ｎａ　）　　”””・・・
（４）さらに、識別器（８）は前記（１）式および（２
）式を用いて高周波電気信号の周波数ｆ「を求める。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の光集積スペクトラムアナライザは以上のように構
成されていたので、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
刻の測定精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、より高績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ＩＯμｍ
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
個並べられるため数白個の受光素子から並列に出力され
る信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
たもので、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
績度で測定できる光集積スペ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］ この発明に係る光集積スペクトラムアナライザは、光検
出器としてＣＣＤラインセンサと光により発生した電荷
を蓄積しない非蓄積型の受光素子を用い、ＣＣＤライン
センサにより回折光を受光し、非蓄積型の受光素子によ
り非回折光を受光するようにして、トランジューサに印
加された高周波電気信号の周波数を上記ＣＣＤラインセ
ンサの出力信号より求め、印加時刻を上記非蓄積型の受
光素ｆの出力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、非蓄積型の受光素子はトランス
ジューサへの高周波電気信号の印加と同時に生ずる非回
折光の強度減少を検出し、識別回路はＣＣＤラインセン
サの出力を受けとり上記高周波電気信号の周波数を識別
するとともに非蓄積型の受光素子の出力を受けとり非回
折光の強度減少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］ 以斗、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明による光集積スペクトラムアナライザの構
成図であり、第３図に示した従来例とは回折光（１５）
を従来例と同様のＣＣＤラインセンサ（１８）で受光し
、非回折光（１４）をＰＤやＡＰＤなどの光により発生
した電荷を蓄積しない非蓄積型の受光素子（１７）で受
光する構成とした点が異なる。

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（１２）が表面弾性波（１６）により一
部が回折され非回折光（１４）と回折光（１５）に分難
される動作は従来例と同様である。しかし、非回折光（
１４）の集光点Ａを従来例と異なりＣＣＤラインセンサ
（１Ｂ）で検出しないため点Ａおよび８間の距１ｉｊｌ
ｆｉの求め方が異なる。いま、第２図に示すように回折
光（１５）がＣＣＤラインセンサ（１８）のＮｂ番目の
受光素子に入射し、受光素子の幅を従来例と同様ａとす
る。また、点ＡとＣＣＤラインセンサ（１８）の１番目
の受光素子間の距離をｕｌとすると距＃１は第５式で求
まる。

１　＝　ａ−Ｎｂ　＋　　ｆＬ　ｓ　　　・・・・・・
・・・・・・＝　（５）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）の位置関係により決定され、回折光（１５）の有
無にかがねらず不変の位置であるため、ＣＣＤラインセ
ンサ（１８）の取付は位置が決まれば１．は固有の距離
として決定される。識別！　（１１）はＩｌＩをあらか
じめ記憶しておき、第５式を用いて２を求める。さらに
、２から従来例と同様にしてトランスジューサ（６）に
印加された高周波電気信号の周波数ｆｒを求める。

ところで、非回折光（１４）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ると、印加されて
いない時に比べて回折光（１５）の強度分だけ減少する
。表面弾性波（１６）による平行光（１３）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　（１４
）の強度の減少は数パーセントである。非蓄積型の受光
素子（１７）は上記数パーセントの強度の減少にｎ５ｅ
ｃのオーダで応答し、検出信号を識別器（１１）に送る
。識別器（１１）は上記非蓄積型の受光素子（１７）か
らの検出信号により非回折光け４）の強度減少を認識す
る時刻を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。したがって、この発明では上記印
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、従来例のように回折光（１５）をＣＣＤラ
インセンサで検出することにより求めていたのに比べて
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ＬｉＮｂ０．基板（１）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ＬｉＮｂ０．基板（１）にＴｉを拡散したものを示
したが、【、１Ｎｂ０３基板（１）よりも高屈折率な誘
電体膜を上記ＬｉＮｂＯ３基板（１）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およ
び第２のジオデシックレンズ（４）および（５）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）に人力
する場合について説明したが、レンズ系、グレーティン
グカプラおよびプリズムカプラなどを介して入力しても
よい。また上記実施例では回折光（１５）および非回折
光（１４）を光導波路（２）の端面から直接ＣＣＤライ
ンセンサ（１８）および非蓄積型の受光素子（１７）で
受光するようにしたが、レンズ系やグレーティングカプ
ラやプリズムカプラなどを介して受光してもよい。′さ
らに、上記実施例では表面弾性波（Ｉ６）と作用する導
波光を平行光（１３）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、この発明によれば非回折光を非蓄積型の
光素子により受光し、回折光をＣＣＤラインセンサによ
り受光し、トランスジューサに印加された高周波電気信
号の周波数および印加時刻を、それぞれ上記ＣＣＤライ
ンセンサの出力信号および非蓄積型の光素子の出力信号
から求めるようにしたので、上記高周波電気信号の印加
時刻を高鞘度で求められる効果がある。

【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（１）はＬｉＮｂＯ３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、（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、（１０）は給電系、（１１）
は識別器、（１２）は発散光、（１３）は平行光、（１
４）は非回折光、（１５）は回折光、（１６・）は表面
弾性波、（１７）は非蓄積型の受光素子、（１８）はＣ
ＣＤラインセンサである。 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２図 Ｍ４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
   有する基板と、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、
   前記回折光を前記アレー状光検出器で検出し、前記非回
   折光を光により発生する電荷を蓄積しない非蓄積型の受
   光素子で検出する構成とし、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を前記アレー状光検出器
   における前記回折光の検出信号から求め、前記電気信号
   の印加時刻を前記非蓄積型の受光素子における前記非回
   折光強度の減少時刻から求めるようにしたことを特徴と
   する光集積スペクトラムアナライザ。