JPH0439617A - 光位相変調器 - 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、光ファイバを用いて高精度の計測を行う光フ
アイバジャイロ等といった光フアイバセンサに用いられ
る、光フアイバ形光位相変調器に関するものである。

従来の技術 従来、光位相変調器としては、ニオブ酸リチウム等の誘
電体基板上に光導波路と電極を形成してなる導波路形の
光位相変調器と、円柱状の圧電振動子に光ファイバを巻
いた光フアイバ形の光位相変調器の２種類が妬られてい
る。このうち、光フアイバ形光位相変調器は、どちらも
光ファイバを主要構成要素としているため、例えば光フ
アイバジャイロのような光フアイバセンサとの光学的結
合が極めて容易であると（・う、導波路形光位相変調器
にはない優れた特徴をもっており、また、構造が簡単で
、製作も容易である。

第４図は従来のファイバ形光位相変調器の概念図であり
、符号３１は円柱状圧電振動子で、直径方向に振動する
。３２は円柱状圧電振動子３２の外周にきつく数回巻か
れている光ファイバであり、位相変調しようとする光を
前記光ファイバ３２の一方の端から入射させ、他方から
位相変調された光を取り出す。そして、符号３３と３４
は電極であり、これらに変調信号電圧が印加される。

したがって、変調信号電圧を画電極３３．３４間に印加
すると、圧電振動子３１は直径方向に振動し、周囲に巻
かれた光ファイバ３２に長さ方向の応力と歪が誘起され
、この結果、光ファイバ３２の実効屈折率と長さがわず
かに変化するので、光位相変調器を光が通過する時間が
変調信号電圧に対応して変化して、結果的に位相変調が
行われることになる。

発明が解決しようとする課題 前述したように、優れた特徴をもつ従来のファイバ形光
位相変調器にも、その形状によって決まる振動モードが
いくつか存在し、そのため変調特性が平坦ではない欠点
があった。即ち、圧電振動子３２に印加する電圧の変調
周波数と光位相変調器を通過する光の位相変位量の関係
は、第６図のようになるが、この変調周波数特性曲線に
は、圧電振動子３２の振動モードに関係した顕著な共振
特性が現れている。つまり、このような特性では、任意
の波形で光の位相を変調し、高度な信号処理で高精度の
光計測を行うことは、はとんど不可能であるといった課
題がある。

本発明の課題は、前述した従来のファイバ形光位相変調
器の課題に鑑み、光フアイバセンサとの結合が容易で、
製作も容易であるといったファイバ形光位相変調器の優
れた特徴を充分に活用して、しかも平坦な光位相変調特
性を実現できる光位相変調器を得るにある。

課題を解決するための手段 前記課題を解決するために、本発明の一実施態様では、
対称点、対称軸及び対称面をもたない形状の圧電振動板
の両面に電極を形成し、その一方の面または両面に光フ
ァイバを固定する光位相変調器が提案される。

また、本発明の第二の態様では、対称点、対称軸及び対
称面をもたない形状をした複数の圧電振動板の両面に電
極を形成し、一方の面または両面に一本の光ファイバを
固定する光位相変調器が提案される・ 本発明の第三の態様では、形状、大きさ、厚さの少なく
ともひとつが異なり、対称点、対称軸及び対称面な持た
ない形状をした複数の圧電振動板の両面に電極を形成し
、一方の面または両面に一本の光ファイバを固定する光
位相変調器が提案される。

作用 前述した本発明の各構成においては、両面に電極を形成
した圧電振動板の電極間に電圧を印加すれば、圧電振動
板に歪が生じる。この圧電振動板に光ファイバを固定し
ておけば、圧電振動板に生じた歪に応じて光ファイバに
応力がかかり、光ファイバの実効屈折率が変化する。し
たがって、前述した本発明の各構成では、圧電振動板と
光ファイバを組み合わせた構成で、光位相変調器を実現
することができるわけである。

また、本発明の各構成では、両面に電極を形成した対称
点や対称軸や対称面をもたない圧電振動板の両電極間に
振動電圧を印加すると、対称性が低いので、圧電振動板
面内方向に関する振動に関して、顕著な振動モードが現
れない。

また、単独の圧電振動板を用いた本発明の光位相変調器
は、従来技術によるファイバ形位相変調器に比較して、
変調効率が若干劣る。即ち、従来の光位相変調器では、
円柱形の圧電振動板の外周に巻く光ファイバの巻き数を
増やすことによって、位相変化させる光ファイバの作用
長を確保し、任意の変調効率を得ていたけれども、本発
明の光位相変調器では、作用長の比較的小さい圧電振動
板では、作用長を確保することが難しいから、変調効率
が若干劣ることになる。

したがって、本発明を実施する場合には、複数の前記圧
電振動板に一本の光ファイバを固定すれば、変調効率は
振動板の数に比例して大きくなり、比較的小型の圧電振
動板を用いても、十分な変調効率を確保することができ
る。また、本発明による光位相変調器は、従来のように
、一体化した大型の圧電振動板を用いる場合に較べて、
狭い空間への実装も容易である。

さらに、本発明においては、形状、大きさまたは厚さの
異なる前述した複数の圧電振動板を用いれば、それぞれ
の圧電振動板にわずかに残っている振動モードの影響を
互いに打ち消すことができ、さらに光位相変調の周波数
特性の平坦性が向上する。

実施例 以下、第１図から第３図を用いて本発明の実施例の詳細
を説明する。

第１図は本発明の第一実施例による光位相変調器の概念
図であり、図中、符号１１はチタン酸鉛系のセラミック
を材料とした圧電振動板であり、この圧電振動板１１は
対称点、対称軸、対称面の何れももたない形状としであ
る。この圧電振動板１１の厚さは約１關であるが、厚さ
の均一性があまり良くないものを使用している。そして
、同図の符号１３と１４は、前記圧電振動板１１０表と
裏に形成した電極であり、１２は接着剤１５で圧電振動
板１１に固定された光ファイバである。

したがって、画電極１３と１４の間に振動電圧を印加す
ると、振動板の面積を拡大縮小するような振動も誘起さ
れる。このとき、圧電振動板の表面に固定されている光
ファイバ１２には、面積の拡大縮小振動に対応した応力
が加わるので、光ファイバ１２の実効屈折率が変化され
、光位相変調器として機能する。

また、本実施例の圧電振動板１１のように、対称性の低
い形状をしている振動板では、面積の拡大縮小振動モー
ドに関して顕著な共振は起こりにくい。厚さ方向に関す
る振動の共振周波数は、チタン酸鉛系の材料を用いた場
合には約１ＭＨ２であり、これは通常の光フアイバジャ
イロなどへの位相変調器の使用には、全く問題とならな
い程度の高周波数である。しかも、圧電振動板１１とし
ては厚さの均一性の悪いものを用いているので、層その
影響は小さい。したがって、電極１３と１４の間に振動
電圧を印加して、光位相変調をしようとするとき、一定
の変調電圧振幅に対する光位相変位量の振幅の周波数依
存性には、第３図に示すように顕著な共振特性は出現し
ない。このように、本発明によれば、光位相変調の平坦
な周波数特性を得ることができる。

第２図は本発明の第二実施例による光位相変調器の第１
図相当概念図であり、同図の符号２１は圧電振動板、２
２は光ファイバ、２３は接着剤である。詳しくいうと、
この実施例は、−本の光ファイバ２２に、対称性の低い
形状の複数の圧電振動板２１を固定した構造である。

したがって、この構造によると、小型化された変調得効
率の高い構造を得ることができる。即ち、本発明で用い
る対称性の低い形状の圧電振動板では、従来の円柱状圧
電振動板を用いた光位相変調器のように、単に光ファイ
バの巻き数を増やして変調効率を向上することはできな
い。しかし、圧電振動板では、大面積の圧電振動板を用
いて、その表面にできるだけ長い距離の光ファイバを固
定すれば、変調効率の向上が図れるけれども、大型の圧
電振動板では、狭い場所へ光位相変調器を実装するとき
不利である。このような対策に比較して、第２図に示す
ような一本の光ファイバ２２に複数の圧電振動板２１を
固定した構造は、容易に変調効率を高めることができる
ばかりでなく、全体が硬いセラミックで形成されている
わけではないので、全体の形状に柔軟性があり、狭い空
間への実装も容易になる。

さらに、第二実施例の構造では、複数の圧電振動板の形
状及び厚さを変化させているので、それぞれの圧電振動
板２１に残った、わずかな共振特性をも互いに打ち消す
ことができ、光位相変調の周波数特性の平坦性をより一
層高めることができる。

発明の効果 前述したように、本発明の光位相変調器によれば、光位
相変調の周波数特性が平坦なファイバ形光位相変調器を
得ることができる。また、複数の圧電振動板を連結した
本発明の光位相変調器では、高い変調効率が得られるだ
けでなく、光位相変調の周波数特性の平坦性もより一層
向上する。

そして、本発明の構造は、圧電振動板製作上の問題も少
なく、また、ファイバとの結合が容易であるといったフ
ァイバ形光位相変調器の特徴を充分に発揮できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例による光位相変調器の概念
図、第２図は本発明の第二実施例による光位相変調器の
第１図相当概念図、第３図は本発明の光位相変調器の振
幅一定の印加変調信号に対する変調周波数特性図、第４
図は従来のファイバ形光位相変調器の斜視図、第６図は
同光位相変調器の振幅一定の印加変調信号に対する変調
周波数特性図である。 １１．２１・・・圧電振動板、１２．２２．３２・・・
光ファイバ、３１・パ円柱状圧電振動板、１３．１４．
３３．３４・・・電極。 代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　ばか１名菓 図 変調周波数 第４図 第 図 変調周波数

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）対称点、対称軸及び対称面を持たない形状をした
   圧電振動板の両面に電極を形成し、その一方の面または
   両面に光ファイバを固定したことを特徴とする光位相変
   調器。
2. （２）対称点、対称軸及び対称面を持たない形状をした
   複数の圧電振動板の両面に電極を形成し、一方の面また
   は両面に一本の光ファイバを固定したことを特徴とする
   光位相変調器。
3. （３）形状、大きさ、厚さの少なくともひとつが異なり
   、対称点、対称軸及び対称面を持たない形状をした複数
   の圧電振動板の両面に電極を形成し、一方の面または両
   面に一本の光ファイバを固定したことを特徴とする光位
   相変調器。