JPH03200938A - 超音波光変調装置 - 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〉 本発明は、超音波光変調装置の波長特性の改善に関する
ものである。

〈従来の技術〉 ’４）１０図は超音波光変調装置の従来例を示すブ１′
７ツク図である。ここで４は超音波光変調器で、音響光
学結晶４１．トランスデユーサ４２および駆動回路４３
から構成されている。単一モード光ファイバ１から出射
した光はＧＲＩＮレンズ（いわゆるセルフォックレンズ
）２により平行光３となり、音響光学結晶４１に入射す
る。端面に取付けられ、駆動回路４３によって駆動され
るトランスデユーサ４２により、音響光学結晶４１の結
晶中には超音波４４が伝搬されている。音響光学結晶４
１の中で光の一部は回折して１次回折光５となり、残り
はそのままＯ次光９として直進する。

ここで回折角度をθ、光の波長をλ、超音波の周波数を
ｆ、超音波の音速をＶとすれば、ブラッグ回折の条件は
、次式で示される。

ｓｉｎθ＝λｆ　／　（２Ｖ　）　　　　　　　・（１
）回折光５とＯ次光９の分離角度２θは小さい（数置）
ので、分離のため回折光５をミラー６で曲げ、それぞれ
再びＧＲＩＮレンズ７．１０で焦光し、単一モード光フ
ァイバ８．１１へ導く０回折光５は入射光３に対してｆ
だけ周波数がシフトする。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、式（１）から回折角度θは光の波長λに
よって変化する。また回折の効率は音響光学結晶４１へ
の入射角がθのとき最大となる。

このため、入射光の波長が変化すると、回折光の光ファ
イバへの結合効率が低下してしまうという欠点がある。

この欠点を除くために、超音波周波数ｆを光の波長によ
って変化させる方式のものがあるが、周波数シックとし
ては、光の波長によりシフト周波数が変化してしまうの
で使いにぐい。

さらに複数の波長で同時に使用できない上、使用する波
長をあらかじめ知っていなければならないという欠点も
ある。

本発明は上記の問題を解決するためになされたもので、
広い波長範囲で効率よく動作する超音波光変調装置を実
現することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 本発明に係る超音波光変調装置は音響光学効果により入
射光を回折する超音波光変調器と、この超音波光変調器
の出力回折光を入射して回折角度の波長依存性を打消す
ような波長分散効果を有する波長分散素子とを備え、波
長分散素子の出射光が入射光の複数の波長において等し
い角度で出射されるように構成したことを特徴とする。

く作用〉 超音波光変調器の回折角度の波長依存性が波長分散素子
によって打ち消され、入射光の複数の波長において波長
分散素子から等しい角度で光が出射されるので、光ファ
イバへの結合効率が向上する。

〈実施例〉 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明に係る超音波光変調装置の一実施例を示
す構成ブロック図である。第１０図と同じ部分は同一の
記号を付しである。単一モード光ファイバ１から出射し
た光はレンズ２で平行光となり、分散プリズム１２に入
射する０分散プリズム１２に入射した光は分散プリズム
１２の波長分散特性により、波長によって異なった角度
だけ曲がる０図の実線と点線は異なる波長の光を示して
いる。分散プリズム１２の出射光１３は音響光学結晶４
１に入射するが、この入射光１３は、分散プリズム１２
の波長分散特性によって、異なる波長においても式（１
）のブラッグ条件を満足するような角度で音響光学結晶
４１に入射するので最大効率で回折する。１次回折光１
４は、分散プリズム１２と同一形状で（紙面方向の）左
右が逆に配置された分散プリズム１６により、異なる波
長の光が合流され、レンズ７により焦光して光７アイバ
８へ誘導される。一方、Ｏ次回行光１５は分散プリズム
１２と同一形状で分散プリズム１６とは（紙面上で）上
下が逆に配置された分散プリズム１７により、各波長の
光が平行光となって出射する。この平行光はレンズ１０
で焦光して光ファイバ１１に導かれる。

次に上記のような分散プリズムが実現可能であることを
示す、説明の便宜上、第２図のように入射面２５．全反
射面２６および出射面２７を備えた分散プリズム２４を
考える０分散１リズム２４の頂角をＦ、Ｆｂ、光の入出
射角度をａ、ｂ。

ｃ、ｄ、ｅ、入射光と出射光の角度をＨ、プリズム２４
の屈折率をｎとすると、フレネルの法則から次式が得ら
れる。

ｓｉｎ　ｅ　＝ｎｓｉｎ　　（Ｆａ−Ｆｂ＋５ｉｎ−１
（（ｓｉｎ　ａ）／ｎ））　　　　　　　　　　　　　
　　　　・・・（２）全ての波長で完全に波長分散を打
消すには（１）式と完全に逆の特性を分散プリズムに持
たせれば良いが、実際には分散プリズムの屈折率の波長
による変化はほぼ波長に対して直線的に変化する場合が
多く、完全に打消すのは困難である。ここではある特定
の２波長について、完全に打消すための条件を求める。

２つの波長λ１．λ２について、それぞれ添字１．添字
２を付けて（２）式を表すと次のようになる。

・　−１ Ｓｌｎ　ｅｌ　”’ｎＩ　Ｓ！ｎ　（ＦａＦｂ＋ｓｔｎ
　　（（Ｓｌｎａ２）／ｎ２））　　　　　　　　　　
　・・・（４ンｅ　１　”　ｅ　２　　　　　　　　　
　　　　　　　・・・（５））１２　＝Ｆ十Ｆｂａ２　
　ｅ２　　　　＋＋＋　（６）ここで（５〉式は２つの
波長について出射角が等しいという条件を表している０
式（３）〜（６）において、ａｌはａｌが決まるとブラ
ッグ条件（１）式から定まるから、Ｈ２を定数とすると
、未知数は５個（ｅ　　、ｅ２．Ｆａ、Ｆｂ、ａｌ）で
ある、ここでＦ＝Ｆ８−Ｆｂとおくと、未知数は１つ減
ってＦに対して一義的に形状が定まる。

実用上０次光と１次光を分離する必要があるから、Ｈ２
＝９０°とするのが一般的であるので、以下にその実例
を示す。

分散プリズムの材料を石英ガラス、２つの波長λ　、λ
　をそれぞれλ１＝１３００ｎｍ、λ２２ ＝１５５０ｎｍとする。ここで、Ｆによって分散プリズ
ムの形状が定まるが、計算上で使用した定数が多少ずれ
ても補正しやすい形状とする方が、組立て時の位置精度
が楽になるので望ましい、第３図〜第６図にこの点を検
討するための計算結果を示す。

第３図は光の波長変化による出射角度の変化を示す特性
曲線図である。波長１．２０μｍから１゜６５μｍの範
囲で出射角度の変化は高々４×１０−４度と小さく、問
題が無いことが分る。

第４図は分散プリズムの製造誤差と補正の関係を示す特
性曲線図である０分散プリズムの頂角に製造誤差がある
場合、プリズムを第２図の紙面の平面内で回転して補正
することができる。この補正量はＦに依存し、Ｆの大き
い範囲ではＦの誤差１°に対しておよそ０．６°補正す
れば良く、Ｆく一６０°の範囲は補正量が大きくなるの
で用いない方が良いことが分かる。

第５図はブラッグ角の変化と補正の関係を示す特性曲線
図である。ブラッグ角の変化に対して誤差を打消す際の
分散プリズムの回転角度を求めたもので、Ｆの値が大き
い方が、補正角度が小さくて済むことが分かる。

第６図は分散プリズムの屈折率の変化と補正の関係を示
す特性曲線図である０分散プリズムの屈折率が計算値か
らずれた場合、誤差を打消すプリズムの回転角度を求め
たもので、ここでは各波長での屈折率が同じ割合いで変
化すると仮定している。図よりＦの値が大きい方が、補
正角度が小さくて済むことが分かる。

第３図〜第６図の結果を総合すると、Ｆの値は大きく選
ぶ方が良い、その−例としてＦ＝−３８゜５°とした場
合を第７図に示す、またこの分散プリズムを用いた場合
の超音波光変調装置の波長−結合効率特性例を第８図に
示す、第８図の結合効率は最も結合効率の高いところを
ＯｄＢとしている０分散プリズムの計算は出射角度ｅ　
　、ｅ　　の２ 差が０となるように行っているが、この図は１次回折光
の光ファイバへの結合効率を測定している。

図の破線は通常のミラーを用いた場合で、これに比べて
分散プリズムを用いた実線の場合は、広い波長範囲で損
失が少ないことが分かる。

このような構成の超音波光変調装置によれば、分散プリ
ズムを用いて超音波光変調器の回折角の波長依存性を打
消すことにより、広い波長範囲において高効率で動作さ
せることができる。

なお、上記の実施例では波長分散特性を持つ素子として
分散プリズムを用いたが、これに限らず、回折格子等を
用いてもよい。

また上記の実施例では分散プリズムで全反射させている
が、これは光路を曲げるためのもので、全反射には波長
依存性が無いので、必ずしも必要ではない。

第９図は本発明に係る超音波光変調装置の第２の実施例
で、第１図の装置において分散プリズム１３．１７を省
略したものを示す構成ブロック図である。第１図と同じ
部分は同一の記号を付して説明を省略する。ｆｌ音波光
変調器４への入射光の入射角が一定なので、全ての波長
範囲ではブラッグ条件が満足されず、回折効率が第１図
の場合より、は低下するが、構成が簡単で分散プリズム
が１個で済むという利点がある。

〈発明の効果〉 以上述べたように本発明によれば、広い波長範囲で効率
よく動作する超音波光変調装置を簡単な構成で実現する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波光変調装置の第１の実施例
を示す構成ブロック図、第２図は第１図装置の動作説明
図、第３図〜第６図は分散プリズムの特性曲線図、第７
図は分散プリズムの具体例を示す図、第８図は第７図の
分散プリズムを用いた第１の実施例の超音波光変調器の
特性曲線図、第９図は本発明に係る超音波光変調装置の
第２の実施例を示す構成ブロック図、第１０図は従来の
超音波光変調装置を示すブロック図である。 ４・・・超音波光変調器、１２．１６．１７．２４・・
・波長分散素子、１３・・・入射光、１４．１５・・・
出第３図 第４図 Ｆ（度）−一歩 第５図 ブラッグ角変化（％）−口 第６図 プリズム屈折率変化（％） 第９図 第１０図 く＝−場４ａ枳簀 幌）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 音響光学効果により入射光を回折する超音波光変調器と
   、この超音波光変調器の出力回折光を入射して回折角度
   の波長依存性を打消すような波長分散効果を有する波長
   分散素子とを備え、波長分散素子の出射光が入射光の複
   数の波長において等しい角度で出射されるように構成し
   たことを特徴とする超音波光変調装置。