JPH05196979A - 光導波路型光周波数変換器 - Google Patents
光導波路型光周波数変換器Info
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- JPH05196979A JPH05196979A JP4007403A JP740392A JPH05196979A JP H05196979 A JPH05196979 A JP H05196979A JP 4007403 A JP4007403 A JP 4007403A JP 740392 A JP740392 A JP 740392A JP H05196979 A JPH05196979 A JP H05196979A
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- Japan
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- light
- optical waveguide
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- optical
- vibrator
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/11—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on acousto-optical elements, e.g. using variable diffraction by sound or like mechanical waves
- G02F1/125—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on acousto-optical elements, e.g. using variable diffraction by sound or like mechanical waves in an optical waveguide structure
Abstract
(57)【要約】
【目的】 シリコン基板上に石英系ガラスを堆積し、光
が伝搬するコア層と光をコア層に閉じ込めるクラッド層
を形成した光回路において、小型で安価な光周波数変換
器を提供することを目的とする。 【構成】 側面に切断部を有し、底辺のシリコン基板を
取り除いた複数のモードの光が伝搬する直線状の光導波
路部と、当該複数モード伝搬光導波路部の両端に接続さ
れた単一モード伝搬条件を満たす光導波路と、当該複数
モード伝搬光導波路部に接する振動子とを有するもので
ある。
が伝搬するコア層と光をコア層に閉じ込めるクラッド層
を形成した光回路において、小型で安価な光周波数変換
器を提供することを目的とする。 【構成】 側面に切断部を有し、底辺のシリコン基板を
取り除いた複数のモードの光が伝搬する直線状の光導波
路部と、当該複数モード伝搬光導波路部の両端に接続さ
れた単一モード伝搬条件を満たす光導波路と、当該複数
モード伝搬光導波路部に接する振動子とを有するもので
ある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ヘテロダイン型光セン
サやコヒーレント光通信の分野で利用価値の高い光導波
路型光周波数変換器に関するものである。
サやコヒーレント光通信の分野で利用価値の高い光導波
路型光周波数変換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の光周波数変換器としては、図４に
示すものが知られている。この光周波数変換器は、バル
ク型ＡＯ素子を用いた基本構成である。図４において、
１８はＡＯ素子、１９は振動子、２０は高周波電源であ
る。振動子１９で発生しＡＯ素子１８を伝搬する弾性波
は、ＡＯ素子１８中において光弾性効果により進行波型
の屈折率グレーティングを生じさせる。このグレーティ
ングにより入力光は反射され、そのとき周波数が変換さ
れる。周波数変換の幅は、振動子１９の周波数に一致す
る。
示すものが知られている。この光周波数変換器は、バル
ク型ＡＯ素子を用いた基本構成である。図４において、
１８はＡＯ素子、１９は振動子、２０は高周波電源であ
る。振動子１９で発生しＡＯ素子１８を伝搬する弾性波
は、ＡＯ素子１８中において光弾性効果により進行波型
の屈折率グレーティングを生じさせる。このグレーティ
ングにより入力光は反射され、そのとき周波数が変換さ
れる。周波数変換の幅は、振動子１９の周波数に一致す
る。
【０００３】光周波数変換器の他の例としては、音波に
よる光の散乱を利用した方法が報告されている。例え
ば、ヤン・オブ・アスクァウトゥラドとヘルド・イー・
エンガンの報告がある(Jan Ove Askautrud and Helde
E. Engan ;"Fiber-optic frequency shifter with no m
ode change using cascaded acousto-optic interracti
on regions"; OPTICS LETTER, Vol.15,No.11,p649-651,
1990)。その基本構成を図５に示す。図５において、２
１はシングルモードファイバ、２２は二つのモードの光
を伝搬する２モードファイバで音波が伝わるように樹脂
を剥いである。２３は振動子、２４は音響ホーンであ
る。
よる光の散乱を利用した方法が報告されている。例え
ば、ヤン・オブ・アスクァウトゥラドとヘルド・イー・
エンガンの報告がある(Jan Ove Askautrud and Helde
E. Engan ;"Fiber-optic frequency shifter with no m
ode change using cascaded acousto-optic interracti
on regions"; OPTICS LETTER, Vol.15,No.11,p649-651,
1990)。その基本構成を図５に示す。図５において、２
１はシングルモードファイバ、２２は二つのモードの光
を伝搬する２モードファイバで音波が伝わるように樹脂
を剥いである。２３は振動子、２４は音響ホーンであ
る。
【０００４】振動子２３で発生した振動は、音響ホーン
２４を介して２モードファイバ２２に伝えられ、当該２
モードファイバ上を右向きと左向きの両方向に進行する
マイクロベンディングとしての音波になる。２モードフ
ァイバ２２を伝搬可能な二つのモード間のエネルギー差
と運動量差とに相当する周波数と波数とを兼ね備えた音
波が与えられた時に、当該２モードファイバ２２を通る
光と音波とが結合して高次モードの光に遷移する。更
に、逆向きに進行する音波と再び結合し、波数変化のみ
が打ち消し合う。その結果、モードは変わらず周波数だ
けが変換された光を得ることができる。この方法では高
効率の周波数変換が報告されている。
２４を介して２モードファイバ２２に伝えられ、当該２
モードファイバ上を右向きと左向きの両方向に進行する
マイクロベンディングとしての音波になる。２モードフ
ァイバ２２を伝搬可能な二つのモード間のエネルギー差
と運動量差とに相当する周波数と波数とを兼ね備えた音
波が与えられた時に、当該２モードファイバ２２を通る
光と音波とが結合して高次モードの光に遷移する。更
に、逆向きに進行する音波と再び結合し、波数変化のみ
が打ち消し合う。その結果、モードは変わらず周波数だ
けが変換された光を得ることができる。この方法では高
効率の周波数変換が報告されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した図４に示す方
法では、振動数の変換幅を自由に設定できるが、ＡＯ素
子１８に対する入射光と反射光の向きを固定する必要が
ある。一方、図５に示す方法では、ＡＯ相互作用をする
２モードファイバ２２を張る必要がある。更に、２モー
ドファイバ２２に振動を伝える音響ホーン２４の位置を
固定する必要がある。
法では、振動数の変換幅を自由に設定できるが、ＡＯ素
子１８に対する入射光と反射光の向きを固定する必要が
ある。一方、図５に示す方法では、ＡＯ相互作用をする
２モードファイバ２２を張る必要がある。更に、２モー
ドファイバ２２に振動を伝える音響ホーン２４の位置を
固定する必要がある。
【０００６】このような理由により、上述した何れの方
法を採った場合でも、各種光学機器を定盤等の上に固定
し調整しなければならない。そのため、装置全体が大型
化してしまう欠点があった。本発明は、上記従来技術に
鑑みてなされたものであり、小型で安価な光周波数変換
器を提供することを目的とするものである。
法を採った場合でも、各種光学機器を定盤等の上に固定
し調整しなければならない。そのため、装置全体が大型
化してしまう欠点があった。本発明は、上記従来技術に
鑑みてなされたものであり、小型で安価な光周波数変換
器を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明の構成はシリコン基板上に石英系ガラスを堆積し、
光が伝搬するコア層と光をコア層に閉じ込めるクラッド
層を形成した光回路において、側面に切断部を有し、底
辺のシリコン基板を取り除いた複数のモードの光が伝搬
する直線状の光導波路部と、当該複数モード伝搬光導波
路部の両端に接続された単一モード伝搬条件を満たす光
導波路と、当該複数モード伝搬光導波路部に接する振動
子とを有することを特徴とする。
発明の構成はシリコン基板上に石英系ガラスを堆積し、
光が伝搬するコア層と光をコア層に閉じ込めるクラッド
層を形成した光回路において、側面に切断部を有し、底
辺のシリコン基板を取り除いた複数のモードの光が伝搬
する直線状の光導波路部と、当該複数モード伝搬光導波
路部の両端に接続された単一モード伝搬条件を満たす光
導波路と、当該複数モード伝搬光導波路部に接する振動
子とを有することを特徴とする。
【０００８】
【実施例】以下、本発明について、図面に示す実施例を
参照して詳細に説明する。図１に本発明の一実施例を示
す。図１において、１はシリコン基板、２は光が伝搬す
るコア層、３は光を閉じ込めるクラッド層、４はＬＰ01
モードの光のみを伝搬するシングルモード光導波路、５
はＬＰ01モードとＬＰ11モードの光を伝搬する複数モー
ド光導波路、６とシリカガラスでくさび状に形成した音
響ホーン、７はＰＺＴ素子で作った振動子、８は音響ホ
ーンを支える治具である。コア層２の材質はＧeＯ2-Ｐ2
Ｏ5-ＳiＯ2、クラッド層３の材質は、Ｐ2Ｏ5-Ｂ2Ｏ3-Ｓ
iＯ2であり、比屈折率が0.3％になるようにシリコン基
板１上に堆積させて形成した。
参照して詳細に説明する。図１に本発明の一実施例を示
す。図１において、１はシリコン基板、２は光が伝搬す
るコア層、３は光を閉じ込めるクラッド層、４はＬＰ01
モードの光のみを伝搬するシングルモード光導波路、５
はＬＰ01モードとＬＰ11モードの光を伝搬する複数モー
ド光導波路、６とシリカガラスでくさび状に形成した音
響ホーン、７はＰＺＴ素子で作った振動子、８は音響ホ
ーンを支える治具である。コア層２の材質はＧeＯ2-Ｐ2
Ｏ5-ＳiＯ2、クラッド層３の材質は、Ｐ2Ｏ5-Ｂ2Ｏ3-Ｓ
iＯ2であり、比屈折率が0.3％になるようにシリコン基
板１上に堆積させて形成した。
【０００９】その為、ＬＰ01モードの光のみを伝搬する
シングルモード光導波路４の断面は８×８μｍ、ＬＰ01
モードとＬＰ11モードの光を伝搬する複数モード光導波
路５の断面は13×８μｍとした。上記２種類の導波路
４，５の形成後、複数モード光導波路５のシリコン基板
１はエッチングにより除去し、周波数変換に必要な音波
も伝搬できるように複数モード光導波路５の両側面を切
断して幅９２５μｍとした。音響ホーン６は、シリカガ
ラスで製作し、底面に振動子７を貼り、先端が複数モー
ド光導波路５の中央に接するように治具８で固定した。
シングルモード光導波路４の断面は８×８μｍ、ＬＰ01
モードとＬＰ11モードの光を伝搬する複数モード光導波
路５の断面は13×８μｍとした。上記２種類の導波路
４，５の形成後、複数モード光導波路５のシリコン基板
１はエッチングにより除去し、周波数変換に必要な音波
も伝搬できるように複数モード光導波路５の両側面を切
断して幅９２５μｍとした。音響ホーン６は、シリカガ
ラスで製作し、底面に振動子７を貼り、先端が複数モー
ド光導波路５の中央に接するように治具８で固定した。
【００１０】上記構成を有する光周波数変換器で、光導
波路４，５を伝搬する光の周波数を変換させるには、振
動子７に高周波電圧を印加して振動子７を振動させる。
振動子７により発生した振動は、音響ホーン６を通して
複数モード光導波路５へ伝わり、左向きと右向きとの両
方向に進行する弾性波となって複数モード光導波路５を
伝搬する。この弾性波は、屈折率変化を伴い、光と結合
を生じる。
波路４，５を伝搬する光の周波数を変換させるには、振
動子７に高周波電圧を印加して振動子７を振動させる。
振動子７により発生した振動は、音響ホーン６を通して
複数モード光導波路５へ伝わり、左向きと右向きとの両
方向に進行する弾性波となって複数モード光導波路５を
伝搬する。この弾性波は、屈折率変化を伴い、光と結合
を生じる。
【００１１】このとき入射した光は、先ず光と逆向きに
進行する音波と結合して高次モードの光へ遷移し、次に
同じ向きに進行する音波と結合して元のモードの光へ遷
移する。二つの音波の進行方向は逆向きなので、その運
動量はほぼ打ち消し合う。そのため光のモードは変わら
ず、光は音波のエネルギーのみを吸収する。そのため複
数モード光導波路５を通過して出てきた光は、モードは
そのまで周波数だけが音波の周波数２倍分だけ上昇する
ことになる。振動子７により発生させた振動数が４ＭＨ
ｚのとき、当該光導波路型光周波数変換器きによる周波
数変換幅は８ＭＨｚであった。
進行する音波と結合して高次モードの光へ遷移し、次に
同じ向きに進行する音波と結合して元のモードの光へ遷
移する。二つの音波の進行方向は逆向きなので、その運
動量はほぼ打ち消し合う。そのため光のモードは変わら
ず、光は音波のエネルギーのみを吸収する。そのため複
数モード光導波路５を通過して出てきた光は、モードは
そのまで周波数だけが音波の周波数２倍分だけ上昇する
ことになる。振動子７により発生させた振動数が４ＭＨ
ｚのとき、当該光導波路型光周波数変換器きによる周波
数変換幅は８ＭＨｚであった。
【００１２】光の周波数を直接感度良く測定するのは難
しいので、周波数変換器の動作確認は、図２に示す光学
系で行った。図２において、１０はヘリウム・ネオンレ
ーザ、１１は偏向子、１２はバルク型の周波数変換器、
１５はシングルモードファイバ、１６は本発明による光
導波路型光周波数変換器、１７は検出器である。先ず、
波長1.543μｍ、出力10μＷのＨe-Ｎeレーザ１０の光を
偏光子１１で偏光し、バルク型光周波数変換器１２で80
ＭＨｚ周波数変換して、周波数変換を受けた光１３と周
波数変換を受けなかった光１４を得る。周波数変換を受
けなかった光１４をシングルモードファイバ１５により
本発明による光周波数変換器１６に導き、当該光周波数
変換器１６から出てきた光を、もう片方の80ＭＨｚ周波
数変換された光１３と合波し干渉させて、検出器１７で
測定した。
しいので、周波数変換器の動作確認は、図２に示す光学
系で行った。図２において、１０はヘリウム・ネオンレ
ーザ、１１は偏向子、１２はバルク型の周波数変換器、
１５はシングルモードファイバ、１６は本発明による光
導波路型光周波数変換器、１７は検出器である。先ず、
波長1.543μｍ、出力10μＷのＨe-Ｎeレーザ１０の光を
偏光子１１で偏光し、バルク型光周波数変換器１２で80
ＭＨｚ周波数変換して、周波数変換を受けた光１３と周
波数変換を受けなかった光１４を得る。周波数変換を受
けなかった光１４をシングルモードファイバ１５により
本発明による光周波数変換器１６に導き、当該光周波数
変換器１６から出てきた光を、もう片方の80ＭＨｚ周波
数変換された光１３と合波し干渉させて、検出器１７で
測定した。
【００１３】図３（ａ）は、本発明による光周波数変換
器に高周波電圧を印加しなかったときの測定結果であ
り、同図（ｂ）は高周波電圧を印加したときの測定結果
である。この測定結果から明らかなように、高周波電圧
印加前は、バルク型光周波数変換器１２による80ＭＨｚ
のビートしか検出されないが、高周波電圧印加後はビー
トの主たるピークが８ＭＨｚ移動していることが判る。
器に高周波電圧を印加しなかったときの測定結果であ
り、同図（ｂ）は高周波電圧を印加したときの測定結果
である。この測定結果から明らかなように、高周波電圧
印加前は、バルク型光周波数変換器１２による80ＭＨｚ
のビートしか検出されないが、高周波電圧印加後はビー
トの主たるピークが８ＭＨｚ移動していることが判る。
【００１４】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明によれば一体型に形成した光周波数変
換器に振動子を駆動する電力を供給するだけで、素子を
通過する光の周波数を変換することができる。従来では
個別部品の組み合わせによる光変換器では光軸調整が必
要であり、また、一旦組み立てた後の光軸の安定性が常
に問題となる。しかし、本発明により一体型の光周波数
変換器が実現したので、これらの問題は解決し、小型で
安定した光周波数変換器を実現することが可能となっ
た。また、本発明では光導波路を用いたため、他の光導
波路と組み合わせることが容易となり、光学系の集積
化、小型化が可能になり、より安定した光学系の実現が
期待される。
たように、本発明によれば一体型に形成した光周波数変
換器に振動子を駆動する電力を供給するだけで、素子を
通過する光の周波数を変換することができる。従来では
個別部品の組み合わせによる光変換器では光軸調整が必
要であり、また、一旦組み立てた後の光軸の安定性が常
に問題となる。しかし、本発明により一体型の光周波数
変換器が実現したので、これらの問題は解決し、小型で
安定した光周波数変換器を実現することが可能となっ
た。また、本発明では光導波路を用いたため、他の光導
波路と組み合わせることが容易となり、光学系の集積
化、小型化が可能になり、より安定した光学系の実現が
期待される。
【図１】本発明の一実施例に係る光導波路型光周波数変
換器の基本構成であり、同図（ａ）はその平面図、同図
（ｂ）はその側面図、同図（ｃ）はその正面図である。
換器の基本構成であり、同図（ａ）はその平面図、同図
（ｂ）はその側面図、同図（ｃ）はその正面図である。
【図２】本発明の光導波路型光周波数変換器の動作確認
に使用した光学系の基本構成図である。
に使用した光学系の基本構成図である。
【図３】同図（ａ）は、本発明の光導波路型光周波数変
換器に高周波電圧を印加しなかった場合の測定結果を示
すグラフ、同図（ｂ）は、高周波電圧を印加した場合の
測定結果を示すグラフである。
換器に高周波電圧を印加しなかった場合の測定結果を示
すグラフ、同図（ｂ）は、高周波電圧を印加した場合の
測定結果を示すグラフである。
【図４】バルク型ＡＯ素子を用いた従来の光周波数変換
器の基本構成図である。
器の基本構成図である。
【図５】音波による光の散乱を利用した従来の光周波数
変換器の基本構成図である。
変換器の基本構成図である。
１ シリコン基板 ２ コア層 ３ クラッド層 ４ シングルモード光導波路 ５ 複数モード光導波路 ６、２４ 音響ホーン ７、１９、２３ 振動子 ８ 治具 ９，１７，２２ 高周波電源 １０ ヘリウム・ネオンレーザ １１ 偏光子 １２ バルク型光周波数変換器 １３ 周波数変換を受けた光 １４ 周波数変換を受けなかった光 １５，２１ シングルモード光ファイバ １６ 本発明の光導波路型光周波数変換器 １７ 検出器 １８ ＡＯ素子 ２２ ２モードファイバ
Claims (1)
- 【請求項１】 シリコン基板上に石英系ガラスを堆積
し、光が伝搬するコア層と光をコア層に閉じ込めるクラ
ッド層を形成した光回路において、側面に切断部を有
し、底辺のシリコン基板を取り除いた複数のモードの光
が伝搬する直線状の光導波路部と、当該複数モード伝搬
光導波路部の両端に接続された単一モード伝搬条件を満
たす光導波路と、当該複数モード伝搬光導波路部に接す
る振動子とを有することを特徴とする光導波路型光周波
数変換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4007403A JP2991261B2 (ja) | 1992-01-20 | 1992-01-20 | 光導波路型光周波数変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4007403A JP2991261B2 (ja) | 1992-01-20 | 1992-01-20 | 光導波路型光周波数変換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05196979A true JPH05196979A (ja) | 1993-08-06 |
| JP2991261B2 JP2991261B2 (ja) | 1999-12-20 |
Family
ID=11664916
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4007403A Expired - Fee Related JP2991261B2 (ja) | 1992-01-20 | 1992-01-20 | 光導波路型光周波数変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2991261B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0880048A1 (en) * | 1997-05-21 | 1998-11-25 | Lucent Technologies Inc. | Acousto-optic planar waveguide modulators |
-
1992
- 1992-01-20 JP JP4007403A patent/JP2991261B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0880048A1 (en) * | 1997-05-21 | 1998-11-25 | Lucent Technologies Inc. | Acousto-optic planar waveguide modulators |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2991261B2 (ja) | 1999-12-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990921 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |