JPH04133230U - 音響光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案は、０次光Ｌ₀ と回折光Ｌ₁ との分離
距を小さくして光量損失を小さくでき、かつ、装置を小
型に形成できるとともに、比較的単純な構成で調整も容
易な音響光学装置を提供することを目的とする。 【構成】 本考案は、直進する０次光及び０次光と異な
る方向に進行する回折光を出射する音響光学媒体３の光
出射端面にその光入射端面を突き合わせて光接続されて
おり、０次光と回折光とを入射してそれぞれ集束光にし
て出射する屈折率分布型レンズ４と、この屈折率分布型
レンズ４の光出射端面にその光入射端面を突き合わせて
光接続した複数の導光手段６，７と、各導光手段の光入
射端面を前記屈折率分布型レンズ４の光出射端面におけ
る０次光の出射位置及び回折光の出射位置にそれぞれ位
置合わせして各導光手段を屈折率分布型レンズ４に固定
する位置決固定治具５とを有することを特徴としたもの
で、これにより、０次光と回折光との分離距を小さくし
て光量損失を小さくでき、かつ、装置を小型に形成でき
るとともに、比較的単純な構成を有し調整も容易な音響
光学装置を得ているものである。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、光スイッチ、光変調器又は光偏向器等として利用される音響光学装 置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

図５は光スイッチとして用いた従来の音響光学装置の構成を示す図である。

【０００３】 図５において、入射光用光ファイバ１１により導かれた入射レーザ光Ｌ₀ を、 コリメートレンズ１２によって平行光にした後、側面に超音波発振装置（トラン スデューサ）を取り付けた音響光学媒体１３に入射させた場合、音響光学媒体１ ３内の超音波の強度が所定以下の場合は入射光Ｌ₀ の一部はそのまま直進して０ 次光Ｌ₀ として出射するが、音響光学媒体１３内の超音波の強度が所定以上の場 合は音響光学媒体１３内の超音波波面の回折作用を受けて回折光（１次光）Ｌ₁ となって０次光Ｌ₀ と異なる方向に進行して出射する。直進する出射光Ｌ₀ は第 １の集光レンズ１４によって集光されて０次光用光ファイバ１５によって外部に 取り出され、一方、回折光Ｌ₁ はタブプリズム１６によって０次光の進行方向か ら離され、集光レンズ１７によって集光された後、回折光用光ファイバ１８によ って外部に取り出される。音響光学媒体１３内に形成する超音波波面の強度を制 御することにより、入射光Ｌ₀ をそのまま０次光用光ファイバ１５によって取り 出すか、または、回折光として回折光用光ファイバ１８によって取り出すかのス イッチイング作用を行わせることができる（特開昭62-246018 号公報参照）。な お上述の各光学部品は基板１０に位置決めして固定される。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、上述の従来の音響光学装置は、タブプリズム１６を用いて０次光と 回折光（１次光）との距離を所定以上に引き離し、０次光用光ファイバ１５の集 光レンズ１４と回折光用光ファイバ１８の集光レンズ１７との配置を可能にして いる。

【０００５】 ところが、この従来の音響光学装置は、０次光Ｌ₀ と回折光Ｌ₁ との分離距離 が大きいので光量損失が多く、装置も大型になると共に、タブプリズム１６の位 置が僅かにずれただけで１次光用光ファイバ１８に入射する光量が著しく少なく なるので、厳しい位置調整精度が要求され、さらには、構成部品が多いので製造 コストもかさむという問題点があった。

【０００６】 本考案は上述の背景のもとでなされたものであり、０次光Ｌ₀ と回折光Ｌ₁ と の分離距離を小さくして光量損失を小さくでき、かつ、装置を小型に形成できる とともに、比較的単純な構成で調整も容易な音響光学装置を提供することを目的 としたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上述の課題を解決するために本考案は、 (1) 超音波波面を内部に形成する手段を設けた音響光学媒体に光を入射し、直進 する０次光及び前記超音波波面の回折作用を受けて０次光と異なる方向に進行す る回折光を出射してこれらを別個の導光手段に導いて外部に取り出すようにした 音響光学装置において、 前記音響光学媒体の光出射端面に、その光入射端面を突き合わせて光接続され ており、前記０次光と回折光とを入射してそれぞれ集束光にして出射する屈折率 分布型レンズと、 この屈折率分布型レンズの光出射端面に、その光入射端面を突き合わせて光接 続した複数の導光手段と、 前記各導光手段の光入射端面を前記屈折率分布型レンズの光出射端面における ０次光の出射位置及び回折光の出射位置にそれぞれ位置合わせして前記各導光手 段を前記屈折率分布型レンズに固定する位置決固定治具とを有することを特徴と した構成とし、 また、構成１の態様として、 (2) 構成１の音響光学装置において、 前記位置決固定治具は、該位置決固定治具を前記屈折率分布型レンズに固定す る固定部と、前記各導光手段を互いに間隔をおいて保持する導光手段保持部とを 有し、前記導光手段保持部には前記各導光手段の間隔を調整する間隔調整手段が 設けられたものであることを特徴とした構成とした。

【０００８】

【作用】

上述の構成１によれば、音響光学媒体から出射した０次光及び回折光は互いに 所定の間隔を維持した状態でともに屈折率分布型レンズの集束作用を受けて集束 されて出射され、この屈折率分布型レンズの出射端面に直接光接続された導光手 段によって外部に取り出される。したがって、０次光と回折光との分離距離を小 さくして光量損失を小さくでき、かつ、装置を小型に形成できるとともに、構成 も比較的単純にできる。また、位置決固定治具を設けたことにより各導光手段の 光入射端面を前記屈折率分布型レンズの光出射端面における０次光の出射位置及 び回折光の出射位置にそれぞれ位置合わせする位置決め調整ができる。また、位 置決固定治具を構成２のような構造とすることにより位置決め調整をより容易に 行うことが可能となる。

【０００９】

【実施例】

図１は本考案の一実施例にかかる音響光学装置の構成を示す図、図２は一実施 例の音響光学装置の要部拡大断面図、図３は位置決固定治具近傍の拡大正面図、 図４は位置決固定治具の変形例の拡大正面図である。以下、これらの図面を参照 にしながら一実施例を説明する。なお、この実施例は本考案の音響光学装置を光 スイッチとして用いた場合の例である。

【００１０】 図１において、符号１は入射光用光ファイバ、符号２はコリメートレンズ、符 号３は音響光学媒体、符号４は屈折率分布型レンズ（以下、グリンレンズという ）符号５は位置決固定治具、符号６は０次光用光ファイバ、符号７は回折光（１ 次光）用光ファイバ、符号１００は基台である。

【００１１】 図１に示されるように、基台１００の略中央部に音響光学媒体３が固定されて おり、この音響光学媒体３の一方の側、すなわち、図中左方側の光入射端面３ａ 側には、入射光用光ファイバ１の出射端に光接続されたコリメータレンズ２が上 記光入射端面３ａに対して所定の間隙をおいて配置固定され、また、音響光学媒 体３の他方の側、すなわち、図中右方側の光出射端面３ｂにはグリンレンズ４の 光入射端面４ａが付き合わされて光接続されていると共に、このグリンレンズ４ の光出射端面４ｂには、０次光用光ファイバ６と回折光用光ファイバ７の光入射 端面が付き合わされて光接続されている。これら０次光用光ファイバ６と回折光 用光ファイバ７の入射端部は位置決固定治具５に保持され、各光入射端面の付き 合わせ位置が正確に調整されて固定されるようになっている。

【００１２】 入射光用光ファイバ１は、光スイッチを行う入射レーザ光Ｌ₀ （ＨｅーＮｅレ ーザ光：波長；６３３ｎｍ）を導いてコリメータレンズ２に入射させるもので、 ここでは、波長６３３ｎｍ用のシングルモード光ファイバを用いた。また、コリ メータレンズ２は入射光用光ファイバ１から出射された発散光を平行光にして音 響光学媒体３に所定の方向から入射させるものである。

【００１３】 音響光学媒体１はモリブデン酸鉛単結晶を所定の切り出し方向で切り出して略 直方体形状に形成し、一側面に超音波発振装置（トランスデューサ）３ｃを取り 付けたものであり、内部に超音波（周波数；ｆ＝３００ＭＨｚ）波面を形成でき るようになっている。なお、このトランスデューサ３ｃは図示しない高周波駆動 源及び制御装置によって駆動制御され、超音波の強度等を制御できるようになっ ている。

【００１４】 この音響光学媒体３は、内部に形成する超音波の強度を加減することにより、 入射レーザ光Ｌ₀ を、直進する０次光として取り出すか、又は、この０次光の進 行方向に対してブラッグ回折角度θをなす方向に進行する回折光（１次光）とし て取り出すかの制御、すなわち、光スイッチング制御を行うものである。なお、 角度θは下記(1) 式で表される。

【００１５】 θ＝sin ^-1（λ／２Λ）λ／２Λ …(1) ただし、 Λ；超音波の波長 λ；入射レーザ光の波長 とする。

【００１６】 図２はグリンレンズ４の近傍の拡大断面図である。このグリンレンズ４は下記 (2) 式で表される屈折率分布を有する１／４ピッチのロッドレンズである。

【００１７】 ｎ（ｒ）＝ｎ₀ （１＋Ａｒ² ）^-1/2 〜ｎ₀ ｛１−（１／２）Ａｒ² ｝ …(2) ただし ｎ（ｒ）；屈折率分布 ｎ₀ ；屈折率＝１．５６４ Ａ；屈折率分布定数 ｒ；光軸からの距離 とする。

【００１８】 上記(2) 式の屈折率分布を有する場合において、グリンレンズ４の入射端面４ ａに対し、角度θの方向から入射した光が出射端面４ｂの中心Ｏから距離ｒ₂ の 位置に集束された場合、この距離ｒ₂ は、１／４ピッチレンズの光線マトリック スの関係式から導き出される下記(3) 式により求めることができる。

【００１９】 ｒ₂ ＝θ／（ｎ₀ ・Ａ^1/2 ） …(3) ここで、(1) 式から、 θ＝λ／２Λ …(4) である。また、(4) 式において、Λ＝ｖ／ｆ…(5) であり、この(5) 式において 、ｖは音響光学媒体内の超音波が伝搬する速度であり、ｆは超音波周波数である 。ここでは、ｆ＝３００×１０⁶ 、ｖ＝３６３０ｍ／sec 、λ＝６３３×１０^-9 ｍであるから、θ＝２６．１ｍｒａｄである。さらに、ｎ₀ ＝１．５６４、Ａ^{1/ 2} ＝０．２４７であるから、(3) 式より、ｒ₂ ＝６７．７μｍとなる。したがっ て、集束点間の距離は２ｒ₂ ＝１３５．４μｍとなる。この結果からこのグリン レンズ４の出射端部に取り付ける０次光用光ファイバ６及び回折光用光ファイバ ７の直径がともに１３５．４μｍ以下であればよいことがわかる。

【００２０】 ０次光用光ファイバ６及び回折光用光ファイバ７としては、それぞれコア６ａ ，７ａの径が４μｍ、クラッド６ｂ，７ｂの径が１２５μｍのシングルモード光 ファイバを用いた。なお、これら０次光用光ファイバ６及び回折光用光ファイバ ７のクラッド６ｂ，７ｂの外周はそれぞれ保護部材６ｃ及び７ｃによって被覆さ れている。

【００２１】 ０次光用光ファイバ６及び回折光用光ファイバ７は、ともにその入射端部近傍 の保護部材６ｃ及び７ｃが剥離されてクラッドが露出され、この露出された部位 が位置決固定治具５に保持されてグリンレンズ４に固定されている。なお、保護 部材６ｃ，７ｃを剥離せずに固定してもよい。

【００２２】 図３に示されるように、位置決固定治具５は、０次光用光ファイバ６及び回折 光用光ファイバ７を保持固定する導光手段保持部５１と、この導光手段保持部５ １から３方向に延長され、グリンレンズ４の外周を３方から挾み込むようにして 該グリンレンズ４に位置決固定治具５を固定する３本の固定爪体５２，５３，５ ４とで構成されている。

【００２３】 導光手段保持部５１は、金属その他の帯状弾性部材を折り曲げて略楕円形状に 形成するとともに、両端部をこの楕円の略法線方向に屈曲させて互いに所定の距 離離れて平行になるように形成したものである。この導光手段保持部５１の楕円 形状部の内面に、０次光用光ファイバ６及び回折光用光ファイバ７の入射端部が 、これらの光軸がそれぞれ上記楕円の２つの焦点に略一致するようにして接着固 定される。一方、上記平行な両端部５１ａ，５１ｂの相対向する部位にはねじ孔 ５１ｃ，５１ｄが形成され、このねじ孔５１ｃ，５１ｄには、これらねじ孔にそ れぞれ螺合する両ねじ５１ｅ，５１ｆが切られた調整ねじ棒５１ｇが螺合されて いる。したがって、この調整ねじ棒５１ｇを回転調節することにより、０次光用 光ファイバ６と回折光用光ファイバ７との間隔が調整できる。

【００２４】 この位置決固定治具５によって、０次光用光ファイバ６及び回折光用光ファイ バ７の入射端面をグリンレンズ４の０次光Ｌ₀ 及び回折光Ｌ₁ の集束点にそれぞ れ位置合せするには、導光手段保持部５１内面に０次光用光ファイバ６及び回折 光用光ファイバ７の入射端部を接着固定し、次に、３本の固定爪体５２，２３， ５４をグリンレンズ４の外周に嵌合して位置決固定治具５をグリンレンズに固定 する。その場合、０次光用光ファイバ６及び回折光用光ファイバ７の入射端面が グリンレンズ４の０次光Ｌ₀ 及び回折光Ｌ₁ の集束点に略一致するように３本の 固定爪体５２，５３，５４のグリンレンズ４への嵌合具合を調節して粗調整を行 っておく。次いで、実際に、０次光用光ファイバ６及び回折光用光ファイバ７に それぞれ０次光Ｌ₀ 及び回折光Ｌ₁ を入射させながら調整ねじ棒５１ｇを回転調 節してこれら０次光用光ファイバ６及び回折光用光ファイバ７の出射端における 光強度が最も強くなる位置に固定する。しかる後に、０次光用光ファイバ６と回 折光用光ファイバ７との間に接着剤を流し込んでこれらをグリンレンズ４に固定 する。なお、この位置決め調整は、例えば、最初に０次光用光ファイバ６又は回 折光用光ファイバ７のいずれか一方の位置を精密に調整してこれを接着固定し、 次に、他方を調整ねじ棒５１ｇ等によって位置調整してから接着固定するように してもよく、また、この位置決固定治具５を利用してできる他の位置調整手順に よって行ってもよい。

【００２５】 図４は位置決固定治具５の変形例を示す図であり、この図に示されるように、 導光手段保持部５１の楕円形状部の一部をさらに折り曲げて０次光用光ファイバ ６を取り囲むようにした挾持部５１ｈを形成し、この挾持部５１ｈによって０次 光用光ファイバ６をより確実に保持するようにしてもよい。なお、この挾持部５ １ｈは回折光用光ファイバ７を保持する側に形成してもよいし、また、０次光用 光ファイバ６及び回折光用光ファイバ７の双方を保持する双方の側に形成してこ れら双方の保持をより確実にするようにしてもよい。

【００２６】 上述の一実施例によれば、音響光学媒体３を出射した０次光Ｌ₀ 並びに回折光 Ｌ₁ は、該音響光学媒体３の出射端面に直接光結合されたグリンレンズ４を通じ てそれぞれ該グリンレンズ４の光出射側に直接光結合された０次光用光ファイバ ６及び回折光用光ファイバ７に導かれて外部に取り出される。すなわち、０次光 Ｌ₀ と回折光Ｌ₁ との分離距離を著しく短くした状態で外部に取り出すことがで きる。これにより、光量損失を低く押さえることができるとともに、装置を小型 コンパクトに形成できる。しかも、位置決固定治具５を用いたことによりグリン レンズ４と０次光用光ファイバ６と回折光用光ファイバ７との位置決め調整が容 易かつ確実にできる。また、この位置決固定治具４は、３本の固定爪体と、調整 ねじ棒５１ｇにより０次光用光ファイバ６と回折光用光ファイバ７との間隔を調 整できるようにした楕円状の導光手段保持部５１とからなるもので、必要な機能 を備えつつ極めて単純な構造をなしたものである。つまり、光ファイバのような 小さな光学部材を位置調節可能に保持してグリンレンズに固定するような場合に は、複雑な機構を有する精密調節装置を用いるよりもむしろ上述の一実施例のよ うな単純な構造のものを用いたほうが組み付け調整が容易であり、しかも製作コ ストが安価であるという利点がある。

【００２７】 なお、上述の一実施例では、本考案の音響光学装置を光スイッチ装置（音響光 学スイッチ）として用いた場合を例に掲げたが、本考案の音響光学装置は、音響 光学変調器や音響光学偏向器としても利用することができることは勿論である。

【００２８】 また、前記位置決固定治具としては、上述の一実施例に掲げた構造を有するも ののほかに、該位置決固定治具を屈折率分布型レンズに固定する固定部と、各導 光手段を互いに間隔をおいて保持する導光手段保持部とを有し、導光手段保持部 には前記各導光手段の間隔を調整する間隔調整手段が設けられたものであれば他 の構造のものでもよい。例えば、周知のＸーＹ調整機構を利用した位置調整機構 の可動部に導光手段を取り付けてこの位置調整機構自体をグリンレンズに固定す るようにしたものでもよい。

【００２９】

【考案の効果】

以上詳述したように、本考案は、直進する０次光及び０次光と異なる方向に進 行する回折光を出射する音響光学媒体の光出射端面にその光入射端面を突き合わ せて光接続されており、０次光と回折光とを入射してそれぞれ集束光にして出射 する屈折率分布型レンズと、この屈折率分布型レンズの光出射端面にその光入射 端面を突き合わせて光接続した複数の導光手段と、各導光手段の光入射端面を前 記屈折率分布型レンズの光出射端面における０次光の出射位置及び回折光の出射 位置にそれぞれ位置合わせして各導光手段を屈折率分布型レンズに固定する位置 決固定治具とを有することを特徴としたもので、これにより、０次光と回折光と の分離距を小さくして光量損失を小さくでき、かつ、装置を小型に形成できると ともに、比較的単純な構成を有し調整も容易な音響光学装置を得ているものであ る。

【提出日】平成３年６月６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】 θ＝sin ^-1（λ／２Λ）≒λ／２Λ…(1) ただし、 Λ；超音波の波長 λ；入射レーザ光の波長 とする。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】 ｎ（ｒ）＝ｎ₀ （１＋Ａｒ² ）^-1/2 ≒ｎ₀ ｛１−（１／２）Ａｒ² ｝…(2) ただし ｎ（ｒ）；屈折率分布 ｎ₀ ；屈折率＝１．５６４ Ａ；屈折率分布定数 ｒ；光軸からの距離 とする。

【提出日】平成３年６月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】 音響光学媒体３はモリブデン酸鉛単結晶を所定の切り出し方向で切り出して略 直方体形状に形成し、一側面に超音波発信装置（トランスデューサ）３ｃを取り 付けたものであり、内部に超音波（周波数；ｆ＝３００ＭＨｚ）波面を形成でき るようになっている。なお、このトランスデューサ３ｃは図示しない高周波駆動 源及び制御装置によって駆動制御され、超音波の強度等を制御できるようになっ ている。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２９】

【考案の効果】

以上詳述したように、本考案は、直進する０次光及び０次光と異なる方向に進 行する回折光を出射する音響光学媒体の光出射端面にその光入射端面を突き合わ せて光接続されており、０次光と回折光とを入射してそれぞれ集束光にして出射 する屈折率分布型レンズと、この屈折率分布型レンズの光出射端面にその光入射 端面を突き合わせて光接続した複数の導光手段と、各導光手段の光入射端面を前 記屈折率分布型レンズの光出射端面における０次光の出射位置及び回折光の出射 位置にそれぞれ位置合わせして各導光手段を屈折率分布型レンズに固定する位置 決固定治具とを有することを特徴としたもので、これにより、０次光と回折光と の分離距離を小さくして光量損失を小さくでき、かつ、装置を小型に形成できる とともに、比較的単純な構成を有し調整も容易な音響光学装置を得ているもので ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例の音響光学装置の構成を示す
図である。

【図２】一実施例の音響光学装置の要部拡大断面図であ
る。

【図３】位置決固定治具近傍の拡大正面図である。

【図４】位置決固定治具の変形例の拡大正面図である。

【図５】従来の音響光学装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１…入射光用光ファイバ、２…コリメータレンズ、３…
音響光学媒体、４…屈折率分布型レンズたるグリンレン
ズ、５…位置決固定治具、６…０次光用光ファイバ、７
…回折光用光ファイバ。

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【手続補正書】

【提出日】平成３年６月１８日

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波波面を内部に形成する手段を設け
   た音響光学媒体に光を入射し、直進する０次光及び前記
   超音波波面の回折作用を受けて０次光と異なる方向に進
   行する回折光を出射してこれらを別個の導光手段に導い
   て外部に取り出すようにした音響光学装置において、前
   記音響光学媒体の光出射端面に、その光入射端面を突き
   合わせて光接続されており、前記０次光と回折光とを入
   射してそれぞれ集束光にして出射する屈折率分布型レン
   ズと、この屈折率分布型レンズの光出射端面に、その光
   入射端面を突き合わせて光接続した複数の導光手段と、
   前記各導光手段の光入射端面を前記屈折率分布型レンズ
   の光出射端面における０次光の出射位置及び回折光の出
   射位置にそれぞれ位置合わせして前記各導光手段を前記
   屈折率分布型レンズに固定する位置決固定治具とを有す
   ることを特徴とした音響光学装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の音響光学装置におい
   て、前記位置決固定治具は、該位置決固定治具を前記屈
   折率分布型レンズに固定する固定部と、前記各導光手段
   を互いに間隔をおいて保持する導光手段保持部とを有
   し、前記導光手段保持部には前記各導光手段の間隔を調
   整する間隔調整手段が設けられたものであることを特徴
   とした音響光学装置。