JPH04242716A - Laser beam phase modulator - Google Patents

Laser beam phase modulator

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JPH04242716A
JPH04242716A JP41694590A JP41694590A JPH04242716A JP H04242716 A JPH04242716 A JP H04242716A JP 41694590 A JP41694590 A JP 41694590A JP 41694590 A JP41694590 A JP 41694590A JP H04242716 A JPH04242716 A JP H04242716A
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JP
Japan
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laser beam
electro
optic crystal
phase modulator
beam phase
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Application number
JP41694590A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaru Iizuka
勝 飯塚
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication of JPH04242716A publication Critical patent/JPH04242716A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a laser beam phase modulator capable of performing phase modulation of a laser beam for a wide frequency range stably and smoothly. CONSTITUTION:In a laser beam phase modulator 1, a long electro-optic crystal 2 is used for performing laser beam phase modulation, where a plural electrodes 3a-3d forming pairs with the crystal 2 are installed facing each other, and electric resonance circuits 7a-7d are formed separately for the electrodes 3a-3d respectively, and the electric resonance circuits 7a-7d are operated in different frequency characteristic ranges.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】〔発明の目的〕[Object of the invention]

【0002】0002

【産業上の利用分野】本発明はレーザ光位相変調器に係
り、特に周波数特性を向上させて連続的かつ効率良くレ
ーザ光の位相変調が行えるようにしたレーザ光位相変調
器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser beam phase modulator, and more particularly to a laser beam phase modulator that has improved frequency characteristics and is capable of continuous and efficient phase modulation of a laser beam.

【0003】0003

【従来の技術】レーザ光の位相変調は、通信技術分野の
みならずレーザ分光の分野にも広く用いられている。
2. Description of the Related Art Phase modulation of laser light is widely used not only in the field of communication technology but also in the field of laser spectroscopy.

【0004】例えば、シングルモード発振の色素レーザ
光を位相変調し、いわゆるチャーピングされたスペクト
ルを形成して、希望とするスペクトルを作り出すことが
行われている。
For example, a desired spectrum is produced by phase modulating a single mode oscillation dye laser beam to form a so-called chirped spectrum.

【0005】ところで、従来の代表的なレーザ光位相変
調器には、電気光学効果を利用した電気光学結晶が用い
られている。この位相変調器は、電気光学結晶に外部か
ら電場をかけつつ、内部を通過するレーザ光の位相変調
を行なうものである。レーザ光の位相変調は電場(電圧
)の大きさと変調波形に依存している。
By the way, an electro-optic crystal that utilizes the electro-optic effect is used in a typical conventional laser beam phase modulator. This phase modulator modulates the phase of a laser beam passing through the electro-optic crystal while applying an electric field from the outside. Phase modulation of laser light depends on the magnitude of the electric field (voltage) and the modulation waveform.

【0006】一方、レーザ光位相変調器に用いられる電
気光学結晶は電圧の印加により電場スペクトル方向の光
の屈折率を変化させるものであるが、この誘導体に電圧
を有効的にかけるためには、電気共振回路(タンク回路
)を組む必要がある。しかし、電気共振回路は、電気光
学結晶のキャパシタンスCcや電気光学結晶以外のキャ
パシタンスCv、インダクタンスコイルのインダクタン
スLの回路定数により、共振周波数f
On the other hand, electro-optic crystals used in laser optical phase modulators change the refractive index of light in the electric field spectrum direction by applying voltage, but in order to effectively apply voltage to this derivative, it is necessary to It is necessary to assemble an electrical resonant circuit (tank circuit). However, in an electric resonant circuit, the resonance frequency f

【0007】[0007]

【数1】[Math 1]

【0008】が決定される。そして、電気光学結晶の電
圧は、共振周波数fに大きく依存している。
##EQU1## is determined. The voltage of the electro-optic crystal largely depends on the resonance frequency f.

【0009】したがって、広い周波数領域(〜数GHz
)で位相変調を行なう場合、電気共振回路の回路定数に
より決定される周波数特性のために、特定の周波数領域
以外ではレーザ光の位相変調効率が悪く、位相変調度が
周波数により変化を受ける。
[0009] Therefore, a wide frequency range (up to several GHz
), due to the frequency characteristics determined by the circuit constants of the electrical resonant circuit, the phase modulation efficiency of the laser beam is poor outside a specific frequency range, and the degree of phase modulation changes depending on the frequency.

【0010】0010

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザ光の位相
変調器では、応答性に優れた電気光学結晶を用い、この
電気光学結晶に電気共振回路を通じて外部電圧をかけて
位相変調を行なうようにしている。
[Problems to be Solved by the Invention] Conventional laser beam phase modulators use an electro-optic crystal with excellent responsiveness, and phase modulation is performed by applying an external voltage to this electro-optic crystal through an electric resonant circuit. ing.

【0011】しかし、電気光学結晶を用いて電気共振回
路を組んだ場合は、その周波数依存性のために、広い周
波数帯域で一様な位相変調を行うことが非常に困難であ
るのが現状であった。
However, when an electrical resonant circuit is constructed using an electro-optic crystal, it is currently extremely difficult to perform uniform phase modulation over a wide frequency band due to its frequency dependence. there were.

【0012】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、電気光学結晶を用いて電気共振回路を組んだも
のであっても、広い周波数帯域に亙ってレーザ光の位相
変調を安定的かつスムーズに行うことができるようにし
たレーザ光位相変調器を提供することを目的とする。 〔発明の構成〕
The present invention was made in consideration of the above-mentioned circumstances, and it is possible to stabilize the phase modulation of laser light over a wide frequency band even when an electric resonant circuit is constructed using an electro-optic crystal. It is an object of the present invention to provide a laser beam phase modulator that can perform a laser beam phase modulation process accurately and smoothly. [Structure of the invention]

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明に係るレーザ光位相変調器は、電気光学結晶を
用いてレーザ光の位相変調を行なうレーザ光位相変調器
において、長尺の電気光学結晶を用い、この電気光学結
晶に対をなす電極を互いに対面して複数組取付けるとと
もに、この各対の電極毎に独立した電気共振回路を形成
し、各電気共振回路は各々異なる周波数特性の領域で動
作するように設定したものである。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, a laser beam phase modulator according to the present invention uses an electro-optic crystal to perform phase modulation of a laser beam. An electro-optic crystal is used, and a plurality of pairs of electrodes are attached to the electro-optic crystal facing each other, and an independent electric resonant circuit is formed for each pair of electrodes, and each electric resonant circuit has a different frequency characteristic. It is set to operate in this area.

【0014】[0014]

【作用】上記のように構成した本発明によれば、長尺の
電気光学結晶を用い、この電気光学結晶に対をなす電極
を複数組設け、各対の電極毎に別々の電気共振回路を形
成して周波数の異なる領域で動作させることによって、
各電気共振回路で広い周波数帯域をカバーできるように
して、広い周波数帯域で効率よく一様な位相変調を行な
い得るようにしたものである。
[Operation] According to the present invention constructed as described above, a long electro-optic crystal is used, a plurality of pairs of electrodes are provided on the electro-optic crystal, and a separate electric resonant circuit is provided for each pair of electrodes. By forming and operating in different frequency ranges,
Each electrical resonant circuit is made to cover a wide frequency band, and uniform phase modulation can be performed efficiently over a wide frequency band.

【0015】[0015]

【実施例】以下、本発明に係るレーザ光位相変調器の一
実施例について添付図面を参照して説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a laser beam phase modulator according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0016】第1図は、レーザ光位相変調器の第1の実
施例を示すもので、この位相変調器1には1つの長尺で
角棒状の電気光学結晶2が備えられている。この電気光
学結晶2はケース(図示せず)等によって覆われ、一側
端面にレーザ光入射口2aが、他側に位相変調後のレー
ザ光出射口2bが形成され、レーザ光入射口2aから入
射されたレーザ光は、電気光学結晶2の内部を通ってレ
ーザ光出射口2bから出力されるようになっている。
FIG. 1 shows a first embodiment of a laser beam phase modulator, and this phase modulator 1 is equipped with one long rectangular bar-shaped electro-optic crystal 2. As shown in FIG. This electro-optic crystal 2 is covered with a case (not shown) or the like, and has a laser beam entrance 2a on one end face and a phase-modulated laser beam exit 2b on the other side. The incident laser light passes through the inside of the electro-optic crystal 2 and is output from the laser light exit port 2b.

【0017】この電気光学結晶2には、互いに対面する
位置に、対をなす複数組例えば4組の電極3a〜3dが
電極材の蒸着により形成される。この各電極3a〜3d
にはリード線4a〜4dが接続され、各対をなす電極4
a〜4d間に対して可変コンデンサ5a〜5dとインダ
クタンスコイル6a〜6dとを有する電気共振回路7a
〜7dがそれぞれ独立して形成されている。
A plurality of pairs of electrodes 3a to 3d, for example, four pairs, are formed on the electro-optic crystal 2 at positions facing each other by vapor deposition of an electrode material. Each of these electrodes 3a to 3d
Lead wires 4a to 4d are connected to each pair of electrodes 4.
Electric resonant circuit 7a having variable capacitors 5a to 5d and inductance coils 6a to 6d between a to 4d
~7d are formed independently.

【0018】各電気共振回路7a〜7dは、夫々異なる
共振周波数f1 〜f4 を有するように設置されてい
る。 すなわち、各電気共振回路7a〜7dにおける共振周波
数fi(i=1〜4)は、次式で表わすことができる。
The electrical resonance circuits 7a to 7d are installed to have different resonance frequencies f1 to f4, respectively. That is, the resonance frequency fi (i=1 to 4) in each of the electrical resonance circuits 7a to 7d can be expressed by the following equation.

【0019】[0019]

【数2】[Math 2]

【0020】 ここに、Li ; 電気共振回路中のインダクタンスC
iv; 可変コンデンサ容量(電気共振回路中のキャパ
シタンス) Cic; 電極間の電気光学結晶のキャパシタンスした
がって、各電気共振回路7a〜7dのインダクタンスコ
イル6a〜6dのインダクタンスL1 〜L4 、可変
コンデンサ5a〜5dの容量C1v〜C4V、各電極3
a〜3d間における電気光学結晶2のキャパシタンス(
静電容量)C1c〜C4cを変更することによって共振
周波数fi(i=1〜4)を変化させ、広い周波数帯域
をカバーすることができる。
[0020] Here, Li; inductance C in the electrical resonant circuit
iv; Variable capacitance (capacitance in the electrical resonant circuit) Cic; Capacitance of the electro-optic crystal between the electrodes Therefore, the inductances L1 to L4 of the inductance coils 6a to 6d of each of the electrical resonant circuits 7a to 7d, and the inductances of the variable capacitors 5a to 5d Capacity C1v~C4V, each electrode 3
Capacitance of electro-optic crystal 2 between a and 3d (
By changing the capacitances C1c to C4c, the resonance frequency fi (i=1 to 4) can be changed to cover a wide frequency band.

【0021】そして、第2図に示すように、1つの共振
周波数のQ特性曲線の全幅以内のところに隣り合う共振
周波数のピークをもってくるように各共振周波数fi(
i=1〜4)を上記各パラメータ(Li,Civ,Ci
c)を介して設定することにより、各電気共振回路7a
〜7dで広い周波数帯域をカバーし、レーザ光の位相変
調を広帯域で効率よく、一様に行なうことができる。 なお、図2において、横軸は周波数、縦軸はコンデンサ
のクオリティファクタを示す。
As shown in FIG. 2, each resonance frequency fi (
i=1 to 4) to each of the above parameters (Li, Civ, Ci
c) by setting each electrically resonant circuit 7a via
~7d covers a wide frequency band, and phase modulation of laser light can be efficiently and uniformly performed over a wide band. Note that in FIG. 2, the horizontal axis represents the frequency, and the vertical axis represents the quality factor of the capacitor.

【0022】上記各インダクタンスコイル6a〜6dは
、インダクタンスL′1 〜L′4 の1次側コイル8
a〜8dを介して電源9a〜9dに電磁的接続され、こ
の電源9a〜9dにより、電気光学結晶2に変調電圧が
印加できるよう構成されているが、この電源9a〜9d
は共通化して1つの電源とすることもでき、また別の電
源から供給することもできる。
Each of the inductance coils 6a to 6d is a primary coil 8 having inductances L'1 to L'4.
The power supplies 9a to 9d are electromagnetically connected to the power supplies 9a to 9d through the power supplies 9a to 9d, and the power supplies 9a to 9d are configured to apply a modulation voltage to the electro-optic crystal 2.
can be shared as one power source, or can be supplied from different power sources.

【0023】次に、レーザ光位相変調器の作用について
説明する。
Next, the operation of the laser beam phase modulator will be explained.

【0024】レーザ光位相変調器1の電気光学結晶2に
は、例えば、第3図に示すように、     V(t) =a(t−t0 )2 +1(a=
−1.6×1015(KV/sec ))      
                         
                         
    ……(2)の如く理想的な2次関数の電圧をか
けると、時間(t)の2次関数に比例したレーザ光の位
相変調が起こる。
For example, as shown in FIG. 3, the electro-optic crystal 2 of the laser beam phase modulator 1 has the following equation: V(t) =a(t-t0)2+1(a=
-1.6×1015 (KV/sec))


When a voltage with an ideal quadratic function is applied as shown in (2), phase modulation of the laser beam occurs in proportion to the quadratic function of time (t).

【0025】一般的にレーザ光の電場強度ψ(t)、 
   ψ(t)=E0 sin(ω0 t+at2 )
                      ……(
3)で表わされ、このレーザ光の位相は     θ=ω0 t+at2           
                         
   ……(4)の如く、時間tの2次関数で表わされ
る。
Generally, the electric field strength ψ(t) of laser light,
ψ(t)=E0 sin(ω0 t+at2)
...(
3), and the phase of this laser beam is θ=ω0 t+at2

...It is expressed as a quadratic function of time t, as shown in (4).

【0026】したがって、レーザ光の位相θの時間微分
は、
Therefore, the time differential of the phase θ of the laser beam is

【0027】[0027]

【数3】[Math 3]

【0028】となり、この式(5)からω0 の入射レ
ーザ光の周波数を原点として、時間(t)の1次関数で
示される周波数偏位(変動)が生じる。そして、係数a
の大きさは、電気光学結晶2の印加電圧に比例し、印加
される電圧は、図2に示す周波数特性を有することにな
り、広い周波数帯域で電圧の印加をスムーズに行なうこ
とができる。
From this equation (5), a frequency deviation (fluctuation) occurs as a linear function of time (t) with the frequency of the incident laser beam of ω0 as the origin. And the coefficient a
The magnitude of is proportional to the voltage applied to the electro-optic crystal 2, and the applied voltage has the frequency characteristics shown in FIG. 2, so that the voltage can be applied smoothly over a wide frequency band.

【0029】従来タイプのレーザ光位相変調器では、第
3図に示すような波形の電圧に対しては、周波数特性が
悪く、特定の周波数帯域でのみ電圧の印加がスムーズに
行なわれるが、他の周波数帯域では電圧印加効率が悪く
なっているが、上記実施例を用いることによって、広い
周波数帯域に亘って効率良く電気光学結晶2に電圧を印
加させることができる。
Conventional laser beam phase modulators have poor frequency characteristics when applied to voltages with waveforms as shown in FIG. 3, and voltages are applied smoothly only in a specific frequency band; Although the voltage application efficiency is poor in the frequency band of , by using the above embodiment, it is possible to efficiently apply a voltage to the electro-optic crystal 2 over a wide frequency band.

【0030】なお、一実施例では単一で長尺な電気光学
結晶を用いた例を示したが、この電気光学結晶に代えて
、結晶の異なる電気光学結晶を接着剤で相互に繋ぎ合せ
て1本の長尺の電気光学結晶を形成し、この電気光学結
晶の結晶毎に上記と同様にして電気共振回路を組み込ん
でレーザ光位相変調器を構成するようにしてもよい。
[0030] In one embodiment, a single long electro-optic crystal was used, but instead of this electro-optic crystal, electro-optic crystals of different crystals were connected together with an adhesive. A laser beam phase modulator may be constructed by forming one long electro-optic crystal and incorporating an electric resonant circuit into each of the electro-optic crystals in the same manner as described above.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上に述べたように本発明に係るレーザ
光位相変調器によれば、大型な変調電源を用意すること
なく、広く周波数帯域に亘って効率良く電気光学結晶に
変調電圧を印加して、広帯域に亙ってレーザ光の位相変
調を行うことができるといった効果がある。
[Effects of the Invention] As described above, according to the laser optical phase modulator according to the present invention, a modulation voltage can be efficiently applied to an electro-optic crystal over a wide frequency band without preparing a large modulation power source. This has the effect that phase modulation of laser light can be performed over a wide band.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明に係るレーザ光位相変調器の一実施例を
示す構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a laser beam phase modulator according to the present invention.

【図2】レーザ光位相変調器に組み込まれる電気共振回
路での共振特性を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing resonance characteristics in an electric resonant circuit incorporated in a laser beam phase modulator.

【図3】電気光学結晶に印加される理想的な電圧を示す
図。
FIG. 3 is a diagram showing an ideal voltage applied to an electro-optic crystal.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  レーザ光位相変調器 2  電気光学結晶 3a〜3d  電極 4a〜4d  リード線 5a〜5d  可変コンデンサ 6a〜6d  インダクタンスコイル 7a〜7d  電気共振回路 9a〜9d  電源 1 Laser optical phase modulator 2 Electro-optic crystal 3a-3d Electrode 4a-4d Lead wire 5a-5d Variable capacitor 6a-6d Inductance coil 7a-7d Electrical resonant circuit 9a-9d Power supply

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  電気光学結晶を用いてレーザ光の位相
変調を行なうレーザ光位相変調器において、長尺の電気
光学結晶を用い、この電気光学結晶に対をなす電極を互
いに対面して複数組取付けるとともに、この各対をなす
電極毎に独立した電気共振回路を形成し、各電気共振回
路は各々異なる周波数特性の領域で動作するように設定
したことを特徴とするレーザ光位相変調器。
Claim 1: A laser beam phase modulator that performs phase modulation of laser light using an electro-optic crystal, in which a long electro-optic crystal is used, and a plurality of pairs of electrodes are arranged facing each other on the electro-optic crystal. A laser beam phase modulator characterized in that when attached, an independent electric resonant circuit is formed for each pair of electrodes, and each electric resonant circuit is set to operate in a region with a different frequency characteristic.
JP41694590A 1990-12-29 1990-12-29 Laser beam phase modulator Pending JPH04242716A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009104070A (en) * 2007-10-25 2009-05-14 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Light modulator
JP2017507364A (en) * 2014-03-04 2017-03-16 フラウンホファー‐ゲゼルシャフト・ツア・フェルデルング・デア・アンゲヴァンテン・フォルシュング・エー・ファウ Electro-optic modulator and method of generating electro-optic modulator

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