JPH052966B2 - - Google Patents
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- JPH052966B2 JPH052966B2 JP60054187A JP5418785A JPH052966B2 JP H052966 B2 JPH052966 B2 JP H052966B2 JP 60054187 A JP60054187 A JP 60054187A JP 5418785 A JP5418785 A JP 5418785A JP H052966 B2 JPH052966 B2 JP H052966B2
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- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 31
- 238000010897 surface acoustic wave method Methods 0.000 claims description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 10
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 16
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- NCGICGYLBXGBGN-UHFFFAOYSA-N 3-morpholin-4-yl-1-oxa-3-azonia-2-azanidacyclopent-3-en-5-imine;hydrochloride Chemical compound Cl.[N-]1OC(=N)C=[N+]1N1CCOCC1 NCGICGYLBXGBGN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000382 optic material Substances 0.000 description 2
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- Optical Communication System (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
この発明は、圧電基板上にすだれ状電極を有す
る弾性表面波デバイスを用いた超音波光変調装置
に関する。
る弾性表面波デバイスを用いた超音波光変調装置
に関する。
（従来の技術）
超音波光変調装置は、レーザプリンタの如き電
気光学装置や光通信等において、光ビームをスイ
ツチングする手段として開発されている。構成は
主に、圧電バルク波トランスジユーサと固体音響
光学物質との組み合わせからなる。また、他の超
音波光変調装置として、表面音響光学回折を用い
たものがある。これは、ＹカツトLiNbO3等で形
成される板状の光導波路の一表面上にインターデ
イジタル・トランスジユーサを対向して設け、光
導波路に光表面波を供給する一方、インターデイ
ジタル・トランスジユーサに印加される電気信号
をオン・オフすることにより、光導波路からの回
折光及び非回折光を検出するものである。
気光学装置や光通信等において、光ビームをスイ
ツチングする手段として開発されている。構成は
主に、圧電バルク波トランスジユーサと固体音響
光学物質との組み合わせからなる。また、他の超
音波光変調装置として、表面音響光学回折を用い
たものがある。これは、ＹカツトLiNbO3等で形
成される板状の光導波路の一表面上にインターデ
イジタル・トランスジユーサを対向して設け、光
導波路に光表面波を供給する一方、インターデイ
ジタル・トランスジユーサに印加される電気信号
をオン・オフすることにより、光導波路からの回
折光及び非回折光を検出するものである。
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら、上記従来の超音波光変調装置に
あつては、次のような問題点を有する。すなわ
ち、光導波路に供給される光を光表面波にするた
めに、光フアイバ等を介して供給される光をプリ
ズムのようなカプラにより光表面波にしなければ
ならない。また、光導波路からの光表面波をカプ
ラを介して光フアイバに供給しなければならな
い。すなわち、光導波路への光信号入力手段及び
光導波路からの光信号出力手段が必要となる。こ
の結果、構成が複雑であり、組立てが煩雑とな
る。また、音響光学物質は高価であり、従つて装
置としてコスト高になるという問題点がある。
あつては、次のような問題点を有する。すなわ
ち、光導波路に供給される光を光表面波にするた
めに、光フアイバ等を介して供給される光をプリ
ズムのようなカプラにより光表面波にしなければ
ならない。また、光導波路からの光表面波をカプ
ラを介して光フアイバに供給しなければならな
い。すなわち、光導波路への光信号入力手段及び
光導波路からの光信号出力手段が必要となる。こ
の結果、構成が複雑であり、組立てが煩雑とな
る。また、音響光学物質は高価であり、従つて装
置としてコスト高になるという問題点がある。
これらの問題点を解決するために、本出願人は
先に、特願昭59−149595号（発明の名称：超音波
光変調器）において、インターデイジタル・トラ
ンスジユーサを固定−液体境界面に設置した構成
の超音波光変調器を提案している。このインター
デイジタル・トランスジユーサは、従来の厚み振
動バルク波を用いたトランスジユーサに比べて非
常に簡単な構造でありながら、超音波集束特性に
優れている。しかしながら、すだれ状電極は基本
的に液体と接触する構成のため、実際問題として
何らかの電極保護処理を行なう必要がある。ま
た、液体中に放射される超音波の放射角はすだれ
状電極に印加される電気信号周波数によつて変化
するため、取り扱いが多少複雑である。
先に、特願昭59−149595号（発明の名称：超音波
光変調器）において、インターデイジタル・トラ
ンスジユーサを固定−液体境界面に設置した構成
の超音波光変調器を提案している。このインター
デイジタル・トランスジユーサは、従来の厚み振
動バルク波を用いたトランスジユーサに比べて非
常に簡単な構造でありながら、超音波集束特性に
優れている。しかしながら、すだれ状電極は基本
的に液体と接触する構成のため、実際問題として
何らかの電極保護処理を行なう必要がある。ま
た、液体中に放射される超音波の放射角はすだれ
状電極に印加される電気信号周波数によつて変化
するため、取り扱いが多少複雑である。
従つて、この発明は本出願人による上記出願に
開示の超音波光変調器を更に発展させた超音波光
変調器を提供することを目的とする。
開示の超音波光変調器を更に発展させた超音波光
変調器を提供することを目的とする。
（問題点を解決するための手段）
この発明は、圧電基板上に設けられるすだれ状
電極が液体に接することなく空気中に露出し、前
記圧電基板の一端が液体中に挿入される弾性表面
波デバイスと、該すだれ状電極に電気信号を印加
する発振器と、前記液体中の超音波の進行方向に
対し横方向に位置決めされた光源とを有し、前記
発振器から前記すだれ状電極に供給される電気信
号の電圧又は周波数を変化させることにより、変
調された光が前記液体中の超音波からの回折光と
して得られる。
電極が液体に接することなく空気中に露出し、前
記圧電基板の一端が液体中に挿入される弾性表面
波デバイスと、該すだれ状電極に電気信号を印加
する発振器と、前記液体中の超音波の進行方向に
対し横方向に位置決めされた光源とを有し、前記
発振器から前記すだれ状電極に供給される電気信
号の電圧又は周波数を変化させることにより、変
調された光が前記液体中の超音波からの回折光と
して得られる。
（作用）
発振器から弾性表面波デバイスのすだれ状電極
に印加された電気信号は圧電基板を伝搬する弾性
表面波に変換される。この弾性表面波は液体面に
達すると漏洩弾性表面波の形をとり、液体中を伝
搬する縦波音波にモード変換される。この液体中
の超音波は、光源からの光に対して回折格子とし
て働く。従つて、光源からの光は回折される。こ
の際、すだれ状電極に印加される電気信号の電圧
（振幅）又は周波数を変化させると、回折光の強
度又は回折角が変化する。従つて、この変化を受
光素子で検知することにより、変調された信号を
検出できる。
に印加された電気信号は圧電基板を伝搬する弾性
表面波に変換される。この弾性表面波は液体面に
達すると漏洩弾性表面波の形をとり、液体中を伝
搬する縦波音波にモード変換される。この液体中
の超音波は、光源からの光に対して回折格子とし
て働く。従つて、光源からの光は回折される。こ
の際、すだれ状電極に印加される電気信号の電圧
（振幅）又は周波数を変化させると、回折光の強
度又は回折角が変化する。従つて、この変化を受
光素子で検知することにより、変調された信号を
検出できる。
（実施例）
以下、この発明を一実施例に基づき図面を参照
して詳細に説明する。
して詳細に説明する。
はじめに、この発明の原理について、第２図を
参照し説明する。第２図において、１０は弾性表
面波デバイス、１２は圧電基板、１４はすだれ状
電極である。すだれ状電極１４は圧電基板１２の
一表面上に、すだれ状電極１４はインターデイジ
タルに配列されて構成されている。弾性表面波デ
バイス１０は、図示のように、すだれ状電極１４
が空気中に露出するように、換言すれば、すだれ
状電極が設けられていない側の端が液体中に挿入
されるように設置される。このような構成で、す
だれ状電極１４に電気信号を印加すると、圧電基
板１２中を弾性表面波１６が伝搬する。弾性表面
波１６は液体との境界面において、弾性表面波デ
バイス１０の垂線方向１８に対し、 α＝sin-1（Vl／VR） …(1) なる角度をもつて、液体中に矢印２０方向に進行
する縦波の超音波にモード変換される。ここで、
Vlは液体中における超音波速度、VRは漏洩弾性
表面波の速度である。(1)式からわかるように、液
体中の超音波の進行方向は、印加された電気信号
の周波数に依存しない。超音波が存在する部分を
光２２が通過すると、音波の波面２４が回折格子
として働き、光が回折される。これは、液体中の
超音波によつて液体の屈折率が周期的に変化する
ためである。位相格子パラメータＱが Ｑ＝2πLλ0／nΛ20.3 …(2) のときは、回折光が高次まで生じるラマン・ナー
ス回折となる。ここで、Λ，Ｌはそれぞれ超音波
の波長と幅、ｎは液体の屈折率、λ0は空気中の光
の波長である。このとき、Ｎ次の回折光２２Nの
強度IN及び回折角θNは次式で表わされる。
参照し説明する。第２図において、１０は弾性表
面波デバイス、１２は圧電基板、１４はすだれ状
電極である。すだれ状電極１４は圧電基板１２の
一表面上に、すだれ状電極１４はインターデイジ
タルに配列されて構成されている。弾性表面波デ
バイス１０は、図示のように、すだれ状電極１４
が空気中に露出するように、換言すれば、すだれ
状電極が設けられていない側の端が液体中に挿入
されるように設置される。このような構成で、す
だれ状電極１４に電気信号を印加すると、圧電基
板１２中を弾性表面波１６が伝搬する。弾性表面
波１６は液体との境界面において、弾性表面波デ
バイス１０の垂線方向１８に対し、 α＝sin-1（Vl／VR） …(1) なる角度をもつて、液体中に矢印２０方向に進行
する縦波の超音波にモード変換される。ここで、
Vlは液体中における超音波速度、VRは漏洩弾性
表面波の速度である。(1)式からわかるように、液
体中の超音波の進行方向は、印加された電気信号
の周波数に依存しない。超音波が存在する部分を
光２２が通過すると、音波の波面２４が回折格子
として働き、光が回折される。これは、液体中の
超音波によつて液体の屈折率が周期的に変化する
ためである。位相格子パラメータＱが Ｑ＝2πLλ0／nΛ20.3 …(2) のときは、回折光が高次まで生じるラマン・ナー
ス回折となる。ここで、Λ，Ｌはそれぞれ超音波
の波長と幅、ｎは液体の屈折率、λ0は空気中の光
の波長である。このとき、Ｎ次の回折光２２Nの
強度IN及び回折角θNは次式で表わされる。
IN＝JN 2（ν） …(3)
θN＝sin-1（Nλ0／Λ） …(4)
ここで、υは光の位相変化の振幅であり、超音波
による液体屈折率の変化をδnとすると、 ν＝2πLδn／λ …(5) で表わされる。
による液体屈折率の変化をδnとすると、 ν＝2πLδn／λ …(5) で表わされる。
次に、この発明の一実施例について説明する。
第１図はこの発明の一実施例を示す図である。
同図において、２６は液体３０を収容する液槽で
その側壁には光に対するウインド２８が形成され
ている。この液槽２６内には、先に説明した弾性
表面波デバイス１０が図示のように位置決めされ
ている。すだれ状電極１４は発振器３２の出力端
子に接続されている。また、液中音波２４の進行
方向に対し横方向には、光源を構成するレーザ
（例えばHe−Neレーザ）３４が位置決めされて
いる。６は復調器を構成する受光素子で、回折パ
ターン４４を検知可能な如く、矢印３８方向に摺
動可能となるように設置されている。４０は増幅
器で、受光素子３６から出力される電気信号を増
幅し、出力端子４２に供給する。
同図において、２６は液体３０を収容する液槽で
その側壁には光に対するウインド２８が形成され
ている。この液槽２６内には、先に説明した弾性
表面波デバイス１０が図示のように位置決めされ
ている。すだれ状電極１４は発振器３２の出力端
子に接続されている。また、液中音波２４の進行
方向に対し横方向には、光源を構成するレーザ
（例えばHe−Neレーザ）３４が位置決めされて
いる。６は復調器を構成する受光素子で、回折パ
ターン４４を検知可能な如く、矢印３８方向に摺
動可能となるように設置されている。４０は増幅
器で、受光素子３６から出力される電気信号を増
幅し、出力端子４２に供給する。
次に、動作について説明する。
第２図を用いて先に説明したように、液体３０
中には超音波２４が伝搬する。この状態で、レー
ザ３４から発せられた光２２が液体中に入射する
と、光２２は液体中の音場によつて回折される。
この結果、ウインド２８からは回折パターン４４
が得られる。この回折パターン４４は、すだれ状
電極１４に印加される電気信号の電圧（以下、印
加圧電という）又は周波数に従つて変化する。具
体的には、印加圧電を変化させると回折パターン
４４の各ピーク値が変化し、周波数を変化させる
と回折パターンの回折角θが変化する。例えば、
変調信号として発振器３２の出力圧電を変化さ
せ、回折パターン４４における特定の次数の回折
光（例えば１次の回折光）の強度変化を受光素子
３６及び増幅器４０を介して電気的に検出するこ
とにより、出力端子４２から発振器３２の出力圧
電の変化に対応して振幅が変化する被変調信号が
得られる（振幅変調が行なわれる）。
中には超音波２４が伝搬する。この状態で、レー
ザ３４から発せられた光２２が液体中に入射する
と、光２２は液体中の音場によつて回折される。
この結果、ウインド２８からは回折パターン４４
が得られる。この回折パターン４４は、すだれ状
電極１４に印加される電気信号の電圧（以下、印
加圧電という）又は周波数に従つて変化する。具
体的には、印加圧電を変化させると回折パターン
４４の各ピーク値が変化し、周波数を変化させる
と回折パターンの回折角θが変化する。例えば、
変調信号として発振器３２の出力圧電を変化さ
せ、回折パターン４４における特定の次数の回折
光（例えば１次の回折光）の強度変化を受光素子
３６及び増幅器４０を介して電気的に検出するこ
とにより、出力端子４２から発振器３２の出力圧
電の変化に対応して振幅が変化する被変調信号が
得られる（振幅変調が行なわれる）。
次に、第１図に示す装置の実験例について説明
する。弾性表面波デバイス１０の圧電基板１２と
しては、TDK株式会社製の圧電磁器９１−Ａ材
で、長さ50mm、幅20mm、厚さ５mmのものを用い
た。すだれ状電極１４の対数は20、電極ピツチＰ
は440μｍで、弾性表面波１６の速度は2100ｍ／
ｓである。光源３４としては、波長0.6328μｍの
He−Neレーザを用いた。また、受光素子３６と
しては浜松製のフオトダイオードＳ−1223を用い
た。更に、液体として水を用いた。
する。弾性表面波デバイス１０の圧電基板１２と
しては、TDK株式会社製の圧電磁器９１−Ａ材
で、長さ50mm、幅20mm、厚さ５mmのものを用い
た。すだれ状電極１４の対数は20、電極ピツチＰ
は440μｍで、弾性表面波１６の速度は2100ｍ／
ｓである。光源３４としては、波長0.6328μｍの
He−Neレーザを用いた。また、受光素子３６と
しては浜松製のフオトダイオードＳ−1223を用い
た。更に、液体として水を用いた。
以上の条件下において得られた回折角θ（度）
と回折パターンの強度との関係を第３図に示す。
尚、すだれ状電極１４の印加電圧は14V、その周
波数は4.91MHzである。
と回折パターンの強度との関係を第３図に示す。
尚、すだれ状電極１４の印加電圧は14V、その周
波数は4.91MHzである。
第４図は、すだれ状電極１４の印加電圧(V)と０
〜３次回折光強との関係を示す図である。同図に
おいて、実線は実測値を示し、破線は(3)式からの
理論値を示す。これにより、印加電圧(V)と光の位
相変化の振幅ν（ラジアン）は比例し、この実験
装置では ν＝0.195×Ｖ …(6) で表わされる。また(5)及び(6)式から、音波による
液体の屈折率の変化δnは δn＝2.45×10-6×Ｖ …(7) の関係があり、ポツケル効果に比べ約104倍の効
果がある。
〜３次回折光強との関係を示す図である。同図に
おいて、実線は実測値を示し、破線は(3)式からの
理論値を示す。これにより、印加電圧(V)と光の位
相変化の振幅ν（ラジアン）は比例し、この実験
装置では ν＝0.195×Ｖ …(6) で表わされる。また(5)及び(6)式から、音波による
液体の屈折率の変化δnは δn＝2.45×10-6×Ｖ …(7) の関係があり、ポツケル効果に比べ約104倍の効
果がある。
第５図は、印加信号の周波数を変化させた場合
に対する１次回折光の回折角変化を測定した結果
を示す図である。図中、実線は(4)式からの計算値
で、○ぐ
に対する１次回折光の回折角変化を測定した結果
を示す図である。図中、実線は(4)式からの計算値
で、○ぐ
Claims (1)
- １ 圧電基板上に設けられるすだれ状電極が液体
に接することなく空気中に露出し、前記圧電基板
の一端が液体中に挿入される弾性表面波デバイス
と、前記すだれ状電極に任意の周波数の電気信号
を印加する発振器と、前記液体中の前記弾性表面
波デバイスからの超音波の進行方向に対し横方向
に位置決めされた光源とを有し、前記発振器から
前記すだれ状電極に供給される電気信号の電圧又
は周波数を変化させることにより、変調された光
が前記液体中の超音波からの回折光として得られ
ることを特徴とする超音波光変調装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60054187A JPS61213822A (ja) | 1985-03-20 | 1985-03-20 | 超音波光変調装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60054187A JPS61213822A (ja) | 1985-03-20 | 1985-03-20 | 超音波光変調装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61213822A JPS61213822A (ja) | 1986-09-22 |
| JPH052966B2 true JPH052966B2 (ja) | 1993-01-13 |
Family
ID=12963541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60054187A Granted JPS61213822A (ja) | 1985-03-20 | 1985-03-20 | 超音波光変調装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61213822A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63286816A (ja) * | 1987-05-20 | 1988-11-24 | Koji Toda | 多チャネル光変調器 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5472694A (en) * | 1977-11-21 | 1979-06-11 | Tdk Corp | Conversion method for ultrasonic wave |
-
1985
- 1985-03-20 JP JP60054187A patent/JPS61213822A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5472694A (en) * | 1977-11-21 | 1979-06-11 | Tdk Corp | Conversion method for ultrasonic wave |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61213822A (ja) | 1986-09-22 |
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