JPH11174347A

JPH11174347A - 光変調器

Info

Publication number: JPH11174347A
Application number: JP33742097A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Watanabe; 浩之渡邊; Kazunori Anazawa; 一則穴澤; Masaaki Shimizu; 正昭清水
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1997-12-08
Filing date: 1997-12-08
Publication date: 1999-07-02

Abstract

(57)【要約】【課題】小型かつ構成が簡単で高速変調も容易な光変
調器を得る。【解決手段】光源14から光が入射される光ファイバ12
は、中間部が支持台１６上に固定されており、光源14と
反対側の未固定部にはトランスデューサ18が取付けられ
ている。未固定部分が変位されていない場合には、光フ
ァイバ12からの射出光の光軸はレンズ20の光軸（基準光
軸) と一致するが、電気信号が入力されてトランスデュ
ーサ18が変形すると、未固定部分に応力が加わって光フ
ァイバ12が湾曲し、射出光の光軸が偏倚することでレン
ズ20から基準光軸に沿って射出される光の強度が減衰す
る。従って、電気信号の電圧レベルを変化させること
で、該電圧レベルの変化と同期したタイミングで、レン
ズ20から基準光軸に沿って射出される光の強度を変調す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光変調器に係り、特
に、電気信号を光強度の変化、又は光信号の混合割合の
変化に変換する光変調器に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気信号を光波の強度（振幅）、位相、
周波数、偏向面等の変化に変換する光変調は、光による
情報の伝送や、各種の処理、表示等に広範に使用されて
いる。光変調は、直接変調、内部変調、外部変調に分類
される。直接変調は発光素子の励起強度を変化させて発
光そのものを変調するものであり、発光強度を容易に変
調することができ、高速の変調も可能であるが、発光素
子として半導体レーザや発光ダイオード等を用いた場合
にしか適用できないという欠点がある。また、内部変調
はレーザ共振器等に変化を与えて発振出力を変調するも
のであり、レーザのモード同期やＱスイッチに用いられ
ている。しかし内部変調は、変調感度は高いものの変調
の範囲は限られる。一方、外部変調は、光源とは独立し
た変調器を設け、透過光や反射光の変調を行うものであ
り、変調の自由度が高い、という利点を有している。

【０００３】外部変調による変調方法としては、電気光
学効果を利用した変調や音響光学効果を利用した変調が
知られている。電気光学効果は電界を加えることで透明
媒質の屈折率が変化する現象であり、屈折率変化量が電
界強度に比例する場合をポッケルス効果、電界強度の自
乗に比例する場合をカー効果という。電気光学効果を利
用した変調器（電気光学変調器）は、屈折率変化により
光の位相を変化させ、これを二つ組み合わせ干渉させる
ことで、光強度や偏光状態の変調を実現するものであ
る。また、液晶による光の透過や散乱を用いた変調方法
もある。

【０００４】また音響光学効果は、媒質の光弾性効果を
介して超音波と光ビームが相互に作用する現象であり、
音響光学効果を利用した変調器（音響光学変調器）は、
透明結晶に超音波を照射し、透明結晶の歪みによる屈折
率変化によって光の回折を生じさせ、超音波の強度を変
化させることで回折光の強度を変調したり、超音波の周
波数を変化させることで回折光の偏向方向を変調するも
のである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た外部変調では、変調器や変調器を駆動する駆動回路を
含む変調装置が複雑になるという問題がある。例えばポ
ッケルス効果を利用した電気光学変調器を用いた変調
は、ＧＨz 帯域等の高周波の変調も可能であるが、変調
器として巨大な圧電性結晶が必要になり、更に制御信号
として数１００Ｖもの高電圧のパルス信号を供給する必
要があるので駆動回路の構成も複雑になる。また、液晶
を用いた変調は、低電圧で動作可能であるものの変調速
度が低速であり、低周波でしか変調できない。また、音
響光学変調器を用いた変調は比較的簡単で高速変調が可
能であるが、回折光を用いるために光の利用効率が悪
い。従って、高速性、構成の簡単さ、変調の容易さを兼
ね備えた光変調器が待ち望まれていた。

【０００６】本発明は上記事実を考慮して成されたもの
で、小型かつ構成が簡単で高速変調も容易な光変調器を
得ることが目的である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１記載の発明に係る光変調器は、一端側が変位
可能に配置された第１の光導波路と、入力された電気信
号に応じて前記第１の光導波路の前記一端側を変位させ
るトランスデューサと、を含んで構成している。

【０００８】請求項１記載の発明では、一端側が変位可
能に配置された第１の光導波路が設けられており、トラ
ンスデューサは、入力された電気信号に応じて第１の光
導波路の一端側を変位させる。例えば第１の光導波路の
前記一端側と反対側の端部から光を入射した場合、トラ
ンスデューサによって前記一端側が変位されると、第１
の光導波路の前記一端側から射出される光の光軸が偏倚
するので、前記一端側に変位が生じていないときの射出
光の光軸（以下、基準光軸という）に沿って射出される
光の強度は０になるか又は大幅に減少する。従って、第
１の光導波路に入射されて基準光軸に沿って射出される
光の強度を、トランスデューサに入力された電気信号に
応じて変調することができる。

【０００９】また、第１の導波路の一端側から前記基準
光軸に沿って第１の導波路に光を入射した場合にも、ト
ランスデューサによって前記一端側が変位されると、第
１の光導波路に入射される光の強度は減少するか又は０
になる。従って、第１の光導波路内を伝搬して射出され
る光の強度を、トランスデューサに入力された電気信号
に応じて変調することができる。

【００１０】上記の光変調器は光導波路とトランスデュ
ーサから成る極めて簡単な構成であると共に、光導波路
自体で光強度を変調することができるので、光変調器の
小型化及び構成の単純化を実現することができる。ま
た、上記の光変調器は変調速度がトランスデューサによ
って決定されるが、トランスデューサとしては、圧電素
子や電歪素子等のように小型かつ高速動作も可能な素子
を用いることができるので、光強度の高速変調を容易に
実現できる。従って、請求項１の発明に係る光変調器
は、光学計測、光信号処理、光信号伝達等の分野で有効
に利用することができる。

【００１１】なお、第１の光導波路に対し、前記一端側
と反対側の端部から光を入射する場合、第１の光導波路
の一端側には、請求項２にも記載したように、光軸が、
第１の光導波路の一端側に変位が生じていないときに第
１の光導波路から射出される光の光軸と一致するように
レンズを配置することができる。これにより、第１の光
導波路の一端とレンズとの距離を調節することで、第１
の導波路の一端から射出された光を、レンズを介して平
行光として射出させることも、レンズを介して収束光と
して射出させることも可能となる。そして、トランスデ
ューサによって第１の光導波路の一端側が変位される
と、第１の光導波路の一端側から射出される光の光軸
が、レンズの光軸に対して偏倚することにより、レンズ
を介して射出される光の強度は０になるか又は大幅に減
少するので、レンズを介して射出される光の強度を変調
することができる。

【００１２】請求項３記載の発明は、請求項２の発明に
おいて、前記レンズを挟んで前記第１の光導波路の反対
側に、レンズと対向する端部が前記レンズと同軸となる
ように配置された第２の光導波路を更に備え、前記レン
ズとして、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路と
を光結合するレンズが設けられていることを特徴として
いる。

【００１３】請求項３記載の発明では、レンズを挟んで
第１の光導波路の反対側に第２の光導波路が設けられて
おり、第１の光導波路と第２の光導波路とがレンズによ
って光結合されているので、第１の光導波路の一端側が
変位されていないときには、第１の光導波路から射出さ
れた光は、その殆どがレンズを介して第２の光導波路に
入射され、第２の光導波路内を伝搬する。また、トラン
スデューサによって第１の光導波路の一端側が変位され
ると、第２の光導波路に入射されて第２の光導波路内を
伝搬する光の強度は、光導波路の一端側の変位量に応じ
て変化する。従って、第１の光導波路から第２の光導波
路に伝搬する光の強度を変調することができる。

【００１４】なお第１の導波路は、例えば可撓性を有す
る光ファイバで構成することができる。この場合、一端
側が変位可能に第１の光導波路を配置することは、例え
ば請求項４に記載したように、光ファイバの光射出端か
ら所定長さに亘る部分を除いた部分の一部を支持台に固
定することで実現することができ、第１の光導波路の光
射出端側を変位させることは、トランスデューサを、前
記光ファイバの一端から所定長さに亘る部分に設けるこ
とで実現することができる。なお、前述の第２の光導波
路についても、光ファイバで構成できることは言うまで
もない。

【００１５】請求項５記載の発明は、請求項４の発明に
おいて、前記トランスデューサは、前記第１の光導波路
としての光ファイバの前記一端側を、該一端側の力学的
な共振周波数に略一致する周波数で振動させることを特
徴としている。請求項５の発明では、光ファイバの力学
的な共振を利用し、光ファイバの一端側を、該一端側の
力学的な共振周波数に略一致する周波数で振動させるの
で、光強度が周期的に変化するように変調する場合に、
光ファイバの一端側を周期的に振動させるために必要な
エネルギー（例えばトランスデューサに入力する電気信
号のパワー）を低減することができる。

【００１６】請求項６記載の発明は、請求項５の発明に
おいて、前記光ファイバは、前記一端側の前記トランス
デューサによって振動される部分の直径が他の部分より
も小さくされていることを特徴としている。請求項６の
発明は、光ファイバのトランスデューサによって振動さ
れる部分の直径を他の部分よりも小さくしているので、
前記振動される部分の力学的な共振周波数が高くなる。
光強度が周期的に変化するように変調する場合に、より
高周波で変調を行うことができる。なお、光ファイバの
直径を小さく（細く）することは、例えばエッチング等
により容易に行うことが可能である。

【００１７】請求項７記載の発明に係る光変調器は、入
射された光の一部が外部へ漏洩する漏洩部が中間部に各
々設けられ、互いの漏洩部が所定の間隔を隔てて対向配
置されると共に、互いの漏洩部の間隔が相対的に変化す
る方向に変位可能とされた一対の光導波路と、入力され
た電気信号に応じて一対の光導波路の少なくとも一方を
変位させて、一対の光導波路の漏洩部の間隔を変化させ
るトランスデューサと、を含んで構成している。

【００１８】請求項７記載の発明では、入射された光の
一部が外部へ漏洩する漏洩部が中間部に各々設けられた
一対の光導波路が、互いの漏洩部が所定の間隔を隔てて
対向配置されている。例として、一対の光導波路内を互
いに異なる光信号を伝搬させると、一対の光導波路内を
伝搬された光信号は一部が漏洩部で漏洩するが、一対の
光導波路の漏洩部の間隔が或る距離以下になると一対の
光導波路間を光信号が相互に伝搬し、光信号が混合（ミ
キシング）される。また、光信号の混合割合は一対の光
導波路の漏洩部の間隔に応じて変化する。トランスデュ
ーサは、入力された電気信号に応じて一対の光導波路の
少なくとも一方を変位させて、一対の光導波路の漏洩部
の間隔を変化させるので、トランスデューサに入力され
た電気信号に応じて光信号の混合割合を変調することが
できる。

【００１９】上記の光変調器は一対の光導波路とトラン
スデューサから成る極めて簡単な構成であると共に、光
導波路自体で光信号の混合割合を変調することができる
ので、光変調器の小型化及び構成の単純化を実現するこ
とができる。また、上記の光変調器は変調速度がトラン
スデューサによって決定されるが、トランスデューサと
しては、圧電素子や電歪素子等のように小型かつ高速動
作も可能な素子を用いることができるので、光信号の混
合割合を高速で変調することを容易に実現できる。従っ
て、請求項７の発明に係る光変調器は、光信号処理、光
信号伝達等の分野で有効に利用することができる。

【００２０】なお、上記の光導波路についても、請求項
８に記載したように、光ファイバで構成することができ
る。この場合、前述の漏洩部は、光ファイバのうちの光
が伝搬する部分（例えば階段屈折率型の光ファイバにお
けるコア）を露出させることで形成することができる。

【００２１】請求項９記載の発明に係る光変調器は、第
１の光導波路から射出された光を反射して第２の光導波
路に入射させるように配置された反射手段と、入力され
た電気信号に応じて、反射光の光軸が偏倚するように前
記反射手段を変位させるトランスデューサと、を含んで
構成している。

【００２２】請求項９記載の発明では、第１の光導波路
から射出された光を第２の光導波路に入射させるように
反射手段が配置されている。この反射手段としては、例
えばミラー等を用いることができる。またトランスデュ
ーサは、入力された電気信号に応じて、反射光の光軸が
偏倚するように反射手段を変位させる。これにより、第
１の光導波路から射出されて第２の光導波路に入射され
る光の強度が、トランスデューサに入力される電気信号
に応じて変調されることになる。

【００２３】上記の光変調器は第１及び第２の光導波
路、トランスデューサ、及び反射手段から成る極めて簡
単な構成であると共に、光導波路自体で光強度を変調す
ることができるので、光変調器の小型化及び構成の単純
化を実現することができる。また、上記の光変調器は変
調速度がトランスデューサによって決定されるが、トラ
ンスデューサとしては、圧電素子や電歪素子等のように
小型かつ高速動作も可能な素子を用いることができるの
で、光強度を高速で変調することを容易に実現できる。
従って、請求項９の発明に係る光変調器は、光学計測、
光信号処理、光信号伝達等の分野で有効に利用すること
ができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態の一例を詳細に説明する。

【００２５】〔第１実施形態〕図１には、本第１実施形
態に係る光変調器１０が示されている。この光変調器１
０は請求項１に記載の光変調器に対応しており、請求項
１に記載の第１の光導波路としての光ファイバ１２を備
えている。光ファイバ１２としては任意の種類のものを
用いることができるが、本実施形態では、光通信用で、
光が伝搬するためのコアの外周にコアよりも低屈折率の
材料から成るクラッドが設けられた階段屈折率型で、か
つコア径が比較的小径のシングルモード光ファイバ（例
えばコア径が１．３μｍの光伝送用シングルモード光フ
ァイバ等）を用いている。光ファイバ１２は、軸線に垂
直に両端部が切断されることで両端部が各々平坦とされ
ている。

【００２６】図１において左側に位置している光ファイ
バ１２の端部には、図１に想像線で示すように光源１４
が配置され、光源１４から射出された光が光ファイバ１
２に入射される。なお、光源１４としては半導体レーザ
やＬＥＤを用いてもよいし、直接変調を行うことが困難
な光源、例えばＨｅ−Ｎｅレーザ等の気体レーザを用い
てもよい。

【００２７】また、光変調器１０は金属（例えばアルミ
ニウム）製の支持台１６（請求項４に記載の支持台に対
応）を備えている。支持台１６は、平板状の基部１６Ａ
上の一端側に、上面が平坦な突起部１６Ｂが形成されて
構成されており、断面が略Ｌ字状とされている。光ファ
イバ１２は、図１における右側に位置している端部（本
発明の一端部）から所定長さに亘る部分を除いた部分の
一部が支持台１６の突起部１６Ｂの上面上に固定されて
いる。従って、光ファイバ１２の一端側（すなわち支持
台１６に固定された部分よりも図において右側に位置し
ている部分）は支持台１６に固定されておらず、光ファ
イバ１２の軸線に交差する任意の方向に変位可能に配置
されている。

【００２８】光ファイバ１２の一端側には、光ファイバ
１２の一端から距離ｄ₁だけ隔てた位置に、電気信号が
入力されると、入力された電気信号に応じて変形（外形
寸法の伸長又は収縮）を生ずるトランスデューサ１８が
設けられている。トランスデューサとしては圧電素子や
電歪素子等を用いることができるが、本実施形態では伸
縮量（変形量）が比較的大きな積層型の圧電素子を用い
ている。トランスデューサ１８は支持台１６の基部１６
Ａの上面に取付けられていると共に、前記基部１６Ａの
上面に対向する光ファイバ１２の下面に取付けられてい
る。

【００２９】なお、光ファイバ１２の一端側（未固定部
分）は、トランスデューサ１８に電気信号が入力されて
いないとき（トランスデューサ１８によって変位されて
いないとき）には、トランスデューサ１８によって支持
台１６の基部１６Ａの上面と略平行に保持される。

【００３０】また、光ファイバ１２の一端から距離ｄ₂
だけ隔てた位置には、焦点距離がｄ ₂のレンズ２０が配
置されている。レンズ２０は請求項２に記載のレンズに
対応しており、レンズ２０の光軸が、光ファイバ１２の
未固定部分がトランスデューサ１８によって変位されて
いないときに光ファイバ１２の一端から射出される光の
光軸（以下、基準光軸という）と一致するように、支持
台１６の基部１６Ａの上面上に固定されている。光ファ
イバ１２の一端から射出される光の光路上には、レンズ
２０の両側に光学絞り２２、２４が設けられている。

【００３１】次に本第１実施形態の作用を説明する。光
源１４が点灯されると、光源１４から射出された光は、
図１における左側の端部（他端）から光ファイバ１２に
入射されて光ファイバ１２内を伝搬し、図１における右
側の端部（一端）から射出される。光ファイバ１２の未
固定部分がトランスデューサ１８によって変位されてい
ない場合（トランスデューサ１８に入力される電気信号
の電圧レベルが「０」の場合）には、光ファイバ１２の
一端から射出される光の光軸がレンズ２０と一致してい
るので、光ファイバ１２の一端から射出された光は、そ
の殆どがレンズ２０によって平行光とされて射出され
る。また、散乱光は光学絞り２２、２４によって遮断さ
れる。

【００３２】一方、トランスデューサ１８に電圧レベル
が所定値の電気信号を外部から入力したとすると、トラ
ンスデューサ１８が変形する（図１の矢印Ａ方向に沿っ
た外形寸法の伸長又は収縮）ことによって光ファイバ１
２の未固定部分（一端側）に応力が加わり、光ファイバ
１２が湾曲する。これにより、光ファイバ１２から射出
される光の光軸が基準光軸に対して偏倚し、この偏倚量
が十分に大きければ、レンズ２０から基準光軸に沿って
射出される光の強度は略０となる。

【００３３】従って、トランスデューサ１８に入力する
電気信号を、電圧レベルが０又は前記所定値に切り替わ
る信号とすることにより、該電気信号の電圧レベルが切
り替わるタイミングと同期したタイミングで、レンズ２
０から基準光軸に沿って射出される光の強度を０又は所
定強度に切り替える、所謂オンオフ変調を実現すること
ができる。

【００３４】また、レンズ２０から基準光軸に沿って射
出される光の強度は、光ファイバ１２から射出される光
の光軸の基準光軸に対する偏倚量に応じて変化するの
で、トランスデューサ１８に入力する電気信号を、電圧
レベルが０〜前記所定値の範囲で段階的又は連続的に変
化する信号とすることにより、該電気信号の電圧レベル
の変化と同期したタイミングで、レンズ２０から基準光
軸に沿って射出される光の強度を段階的又は連続的に変
化させる、光強度変調を実現することができる。

【００３５】なお、上記では光ファイバ１２から射出さ
れる光のうち散乱光を遮断することを目的として光学絞
り２２、２４を設けていたが、これに限定されるもので
はなく、光ファイバ１２から射出される光の散乱光が無
視できる等の場合には、光学絞り２２、２４を省略して
もよい。

【００３６】また、トランスデューサ１８に入力する電
気信号の電圧レベルを周期的に変化させることで光ファ
イバ１２を周期的に振動させて、レンズ２０から基準光
軸に沿って射出される光の強度を周期的に変化させる変
調を行う場合には、トランスデューサ１８が光ファイバ
１２を振動させることで、光ファイバ１２の未固定部分
が力学的な共振状態となるように、トランスデューサ１
８に入力する電気信号の電圧レベルの変化周期を定める
ことが好ましい（この態様は請求項５の発明に対応して
いる）。なお、光ファイバ１２の未固定部分の共振周波
数は、光ファイバ１２の一端とトランスデューサ１８に
よって直接振動される部分（トランスデューサ１８が取
付けられている部分）との距離ｄ₁によって定まる。こ
れにより、光ファイバ１２を周期的に振動させるために
必要なエネルギーを低減することができ、低電圧（例え
ば５〜２０Ｖ程度）の電気信号によって光ファイバを振
動させることができる。

【００３７】また、上記において光の強度の変化周期を
より短くしたい場合（すなわち、光強度をより高周波で
変調したい場合）には、光ファイバ１２の未固定部分の
直径を、化学的なエッチング等によって細くするように
してもよい（この態様は請求項６の発明に対応してい
る）。光ファイバ１２の直径を細くすることは、具体的
には、光ファイバ１２が階段屈折率型の光ファイバであ
れば、コアの外周に設けられたクラッドやクラッドを被
覆している被覆材の厚みをエッチング等によって薄くす
ることで実現できる。これにより、光ファイバ１２の未
固定部分の共振周波数が高くなるので、光強度をより高
周波で変調することが可能となる。

【００３８】〔第２実施形態〕次に本発明の第２実施形
態について説明する。なお、第１実施形態と同一の部分
には同一の符号を付し、説明を省略する。

【００３９】図２に示すように、本第２実施形態に係る
光変調器３０は、支持台１６が、平板状の基部１６Ａ上
の一端側に突起部１６Ｂが形成されていると共に、基部
１６Ａ上の他端側にも、上面が平坦な突起部１６Ｃが形
成されており、断面が略コ字状とされている。光ファイ
バ１２の一端から所定距離隔てた位置にはレンズ３２が
配置されている。レンズ３２は、レンズ３２の光軸が、
光ファイバ１２の未固定部分がトランスデューサ１８に
よって変位されていないときに光ファイバ１２の一端か
ら射出される光の光軸と一致するように、支持台１６の
基部１６Ａの上面上に固定されている。

【００４０】また、トランスデューサ１８は、レンズ３
２から距離ｄ₁だけ隔てた位置に設けられている。レン
ズ３２を挟んで光ファイバ３４と反対側には光ファイバ
３４が対向配置されている。光ファイバ３４は、光ファ
イバ１２の一端と対向する端部が、トランスデューサ１
８によって光ファイバ１２が変位されていない状態で光
ファイバ１２と同軸になるように、前記端部が支持台１
６の突起部１６Ｃの上面上に固定されている。なお、光
ファイバ３４は請求項３に記載の第２の光導波路に対応
しており、レンズ３２は請求項３に記載のレンズに対応
している。

【００４１】次に本第２実施形態の作用を説明する。光
ファイバ１２の未固定部分がトランスデューサ１８によ
って変位されていない場合、レンズ３２は光ファイバ１
２と光ファイバ３４を光学的に結合するカップリングレ
ンズとして機能し、光源１４から射出され光ファイバ１
２内を伝搬して光ファイバ１２の一端から射出された光
は、レンズ３２によって光ファイバ３４の端部に収束さ
れて、その殆どが光ファイバ３４内に入射され、光ファ
イバ３４内を伝搬して反対側の端部から射出される。

【００４２】一方、トランスデューサ１８に所定の電圧
レベルの電気信号を外部から入力すると、トランスデュ
ーサ１８が変形する（図２の矢印Ａ方向に沿った外形寸
法の伸長又は収縮）ことによって光ファイバ１２の未固
定部分に応力が加わり、光ファイバ１２が湾曲する。こ
れにより、光ファイバ１２から射出される光の光軸が基
準光軸に対して偏倚し、レンズ３２によって光ファイバ
３４の端部に収束される光の強度が減衰することによ
り、光ファイバ３４内を伝搬して射出される光の強度が
変化する。

【００４３】レンズ３２によって光ファイバ３４の端部
に収束される光の強度は、光ファイバ１２から射出され
る光の光軸の基準光軸に対する偏倚量に応じて変化（減
衰）するので、トランスデューサ１８に入力する電気信
号の電圧レベルを、０〜最大値の範囲で段階的又は連続
的に変化させることにより、該電気信号の電圧レベルの
変化と同期したタイミングで、光ファイバ３４内を伝搬
して射出される光の強度を段階的又は連続的に変化させ
る、光強度変調を実現することができる。

【００４４】〔第３実施形態〕次に本発明の第３実施形
態について説明する。第３図には本第３実施形態に係る
光変調器（光結合器）４０が示されている。光変調器４
０は請求項７に記載の光変調器に対応しており、階段屈
折率型の一対の光ファイバ４２、４４（請求項７に記載
の一対の光導波路に対応）を備えている。光ファイバ４
２、４４は、各々中間部がコア４２Ａ、４４Ａが露出し
ている状態となる迄研磨されており、中間部に所定長さ
に亘ってコア露出部４２Ｂ、４４Ｂ（請求項７に記載の
漏洩部に対応）が形成されている。光ファイバ４２、４
４は、コア露出部４２Ｂ、４４Ｂが０．１〜１０μｍ程
度の隙間ｄ₄を隔てて対向するように、コア露出部４２
Ｂ、４４Ｂが接合されている。

【００４５】また光ファイバ４２には、コア露出部の接
合部にトランスデューサ４６が取付けられている。トラ
ンスデューサ４６は、第１及び第２実施形態で説明した
トランスデューサと同様に積層型の圧電素子で構成され
ており、光ファイバ４２に取付けられている面と反対側
の面が図示しない支持部に取付けられている。

【００４６】次に本第３実施形態の作用を説明する。光
ファイバ４２には一端側より光信号Ａ（伝達すべき情報
に応じて変調された光）が入射され、光ファイバ４２に
入射された光信号Ａは、光ファイバ４２のコア４２Ａを
伝搬して光ファイバ４２の他端側より射出される。また
同様に、光ファイバ４４には一端側より光信号Ｂが入射
され、光ファイバ４４に入射された光信号Ｂは、光ファ
イバ４４のコア４４Ａを伝搬して光ファイバ４４の他端
側より射出される。

【００４７】トランスデューサ４６は外部から電気信号
が入力されると変形するが、図３の矢印Ｂ方向に沿った
トランスデューサ４６の外形寸法が伸長するように、所
定の極性でかつ所定の電圧レベルの電気信号をトランス
デューサ４６に入力したとすると、光ファイバ４２に応
力が加わることによってコア露出部４２Ｂがコア露出部
４４Ｂと接近する方向に光ファイバ４２が変位し、コア
露出部４２Ｂとコア露出部４４Ｂとの間隔が隙間ｄ₄よ
りも小さくなる。これにより、コア露出部の接合部にお
いて、光ファイバ４２、４４の間を光信号Ａ、Ｂが相互
に伝搬し、光ファイバ４２からは光信号Ａに対して光信
号Ｂが所定の混合割合で混合（ミキシング）された光信
号が射出されると共に、光ファイバ４４からは光信号Ｂ
に対して光信号Ａが所定の混合割合で混合された光信号
が射出される。

【００４８】光信号Ａと光信号Ｂの混合割合はコア露出
部４２Ｂ、４４Ｂの間隔が小さくなるに従って高くな
り、コア露出部４２Ｂ、４４Ｂの間隔はトランスデュー
サ４６に入力される電気信号の電圧レベルに応じて変化
する。従って光変調器４０は、トランスデューサ４６に
入力する電気信号の電圧レベルを変化させることで、光
信号Ａ、Ｂの混合割合を任意に変化させることができ、
光信号Ａ、Ｂの混合割合を変調することができる。

【００４９】〔第４実施形態〕次に本発明の第４実施形
態について説明する。第４図には本第４実施形態に係る
光変調器５０が示されている。光変調器５０は請求項９
に記載の光変調器に対応しており、互いに略平行に配設
された一対の光ファイバ５２、５４を備えている。な
お、光ファイバ５２は請求項９に記載の第１の光導波路
に対応しており、光ファイバ５４は請求項９に記載の第
２の光導波路に対応している。

【００５０】図４において左側に位置している光ファイ
バ５２の端部には、図４に想像線で示すように光源５６
が配置され、光源５６から射出された光が光ファイバ５
２に入射される。なお、光源５６としては半導体レーザ
やＬＥＤを用いてもよいし、直接変調を行うことが困難
な光源、例えばＨｅ−Ｎｅレーザ等の気体レーザを用い
てもよい。

【００５１】光ファイバ５２の光源５６と反対側の端部
（光射出端）にはロッドレンズ５８が設けられており、
光ファイバ５２の光射出端から射出された光（発散光）
はロッドレンズ５８によって平行光とされて射出され
る。ロッドレンズ５８の光射出側にはプリズム６０、ミ
ラー６２（請求項９に記載の反射手段に対応）が順に配
置されており、ロッドレンズ５８から射出された光はプ
リズム６０を介してミラー６２に入射され、ミラー６２
によって反射される。

【００５２】プリズム６０及びミラー６２は、後述する
トランスデューサ６４によってミラー６２が変位されて
いないときに、ロッドレンズ５８から射出されプリズム
６０を透過してミラー６２で反射された光が、プリズム
６０を再び透過して光ファイバ５４の端部へ向けて射出
されるように配置されている。プリズム６０と光ファイ
バ５４の端部との間にはロッドレンズ６６が配置されて
おり、プリズム６０から光ファイバ５４の端部へ向けて
射出された光はロッドレンズ６６によって収束され、光
ファイバ５４に入射される。光ファイバ５４に入射され
た光は、光ファイバ５４内を伝搬し、光源５６が配置さ
れてる側の光ファイバ５４の端部から射出される。

【００５３】また、ミラー６２の反射面の裏面には、一
端側にトランスデューサ６４が取付けられている。トラ
ンスデューサ６４も積層型の圧電素子で構成されてお
り、ミラー６２に取付けられている面と反対側の面が図
示しない支持部に取付けられている。

【００５４】次に本第４実施形態の作用を説明する。光
源５６が点灯されると、光源５６から射出された光は光
ファイバ５２に入射されて光ファイバ５２内を伝搬し、
ロッドレンズ５８、プリズム６０を透過してミラー６２
に入射され、ミラー６２によって反射される。ミラー６
２がトランスデューサ６４によって変位されていない場
合には、ミラー６２で反射された光は、その殆どがプリ
ズム６０を透過し、ロッドレンズ６６によって収束され
て光ファイバ５４に入射され、光ファイバ５４の反対側
の端部から射出される。

【００５５】一方、所定の電圧レベルの電気信号がトラ
ンスデューサ６４に入力されると、トランスデューサ６
４が変形し（図４の矢印Ｃ方向に沿った外形寸法の伸長
又は収縮）、ミラー６２の一端側が変位することによっ
てミラー６２の向きが変化し、ミラー６２によって反射
される反射光の光軸が、トランスデューサ６４によって
ミラー６２が変位されていないときの反射光の光軸に対
して偏倚する。これにより、プリズム６０及びロッドレ
ンズ６６を透過して光ファイバ５４に入射される光の強
度が減衰し、光ファイバ５４内を伝搬して光ファイバ５
４から射出される光の強度が減衰することになる。

【００５６】光ファイバ５４から射出される光の強度
（光ファイバ５４に入射される光の強度）はミラー６２
の向きに応じて変化し、ミラー６２の向きはトランスデ
ューサ６４に入力される電気信号の電圧レベルに応じて
変化するので、トランスデューサ４６に入力する電気信
号の電圧レベルを変化させることにより、該電気信号の
電圧レベルの変化と同期したタイミングで、光ファイバ
５４から射出される光の強度（光ファイバ５４に入射さ
れる光の強度）を変化させる、光強度変調を行うことが
できる。

【００５７】なお、上記では光ファイバとして、コアの
外周がクラッドで包囲された階段屈折率型の光ファイバ
を用いていたが、これに限定されるものではなく、屈折
率分布型の光ファイバを用いることも可能である。ま
た、上記では光導波路として光ファイバを用いていた
が、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばカ
ンチレバー状薄膜光導波路（ニオブ酸リチウムやタンタ
ル酸リチウム等）を適用することも可能である。

【００５８】また、上述した光ファイバ及びトランスデ
ューサを用いることで、図５に示すように光の位相を変
調する光変調器７０を構成することも可能である。光変
調器７０は、一端側が所定長さに亘って支持台７２上に
固定された光ファイバ７４を備えている。光ファイバ７
４の他端には光源７６が配置されており、光源７６から
射出された光は光ファイバ７４に入射され、光ファイバ
７４の一端側から射出される。光ファイバ７４の一端か
ら距離ｄ₂だけ隔てた位置には、焦点距離がｄ ₂のレン
ズ７８が配置されている。また、光ファイバ７４の支持
台７２上に固定されている部分にはトランスデューサ８
０が設けられている。

【００５９】この光変調器７０では、図５の矢印Ｄ方向
に沿ったトランスデューサ８０の外形寸法が伸長するよ
うに、所定の極性かつ所定の電圧レベルの電気信号がト
ランスデューサ８０に入力されると、光ファイバ７４に
応力が加わって歪みが誘起され、光ファイバ７４のコア
７４Ａの屈折率が部分的に変化することにより、光ファ
イバ７４から射出される光の位相が変化する。従って、
トランスデューサ８０に入力する電気信号の電圧レベル
を変化させることで、光ファイバ７４から射出される光
の位相を変調することができる。

【００６０】

【実施例】次に、本発明を適用してレーザ光を変調させ
る実験を行った結果について説明する。

【００６１】〔第１実施例〕第１実施形態に係る光変調
器１０を以下のようにして製作した。すなわち、光ファ
イバ１２として、信号伝送用光ファイバ（住友電工社
製、シングルモード光ファイバ、クラッド径１２５μ
ｍ、コア径９．５μｍ）の先端を平坦にカットして用
い、積層型圧電素子（東北金属製、１５０μｍ／１５０
Ｖ）をトランスデューサ１８として使用した。アルミニ
ウム製の支持台１６の上に、エポキシ系接着剤で光ファ
イバと圧電素子をそれぞれ固定した。光ファイバからの
射出光を集光するレンズ２０として、焦点距離１．９ｍ
ｍ、開口数０．４０の集光レンズを使用し、光ファイバ
の端面と圧電素子に固定された位置迄の距離（図１にお
けるｄ ₁）は３ｍｍとした。また光源１４としてＨｅ−
Ｎｅレーザ（波長６３０ｎｍ、出力２ｍＷ）を用い、Ｐ
ＩＮフォトダイオードから成る検出器を集光レンズの光
射出側に配置して光強度を測定した。圧電素子に周波数
１２７ｋＨｚ、２０Ｖの電圧振幅の電気信号を入力した
ところ、光信号強度の９９％以上の変調効果を確認し、
約０．８ｍＷの出力光が得られた。

【００６２】〔第２実施例〕第２実施形態に係る光変調
器３０を以下のようにして製作した。すなわち、光ファ
イバ１２、３４として、二本の信号伝送用光ファイバ
（住友電工社製、シングルモード光ファイバ、クラッド
径１２５μｍ、コア径９．５μｍ）の先端を平坦にカッ
トして用い、光ファイバと圧電素子（富士セラミック社
製）をアルミニウム製の支持台１６に固定し、光ファイ
バ１２に対応する一方の光ファイバは圧電素子によって
振動可能とした。また、光ファイバと光ファイバの間
は、レンズ３２としての光学レンズ（メレスグリオ社製
ロッドレンズ）によって光学的に結合した。また光源１
４として半導体レーザ（波長６７０ｎｍ、出力５ｍＷ）
を用い、光ファイバ３４に対応する光ファイバの光射出
側にＰＩＮフォトダイオードから成る検出器を配置して
光強度を測定した。圧電素子に周波数１０Ｈｚ〜３００
ｋＨｚ、８０Ｖの電圧振幅の電気信号を入力したとこ
ろ、光信号強度の９７％程度の変調効果を確認し、約
１．３Ｗの出力光が得られた。

【００６３】〔第３実施例〕第３実施形態に係る光変調
器４０を以下のようにして製作した。すなわち、光ファ
イバ４２、４４として二本の信号伝送用光ファイバ（三
菱電線社製、マルチモード光ファイバ、ファイバ材料：
石英系、クラッド径１２５μｍ、コア径５０μｍ）を用
意し、機械研磨によってコアを部分的に露出させてコア
露出部を形成し、図３に示したような配置で、コア露出
部同士を接合し、トランスデューサ４６としての積層型
圧電素子を光ファイバに固定した。光源としてＨｅ−Ｎ
ｅレーザ（波長６３３ｎｍ、出力１．５ｍＷ）を用い、
双方の光ファイバに一定強度のレーザ光を入射した。圧
電素子に周波数３２０ｋＨｚ、電圧振幅１５０Ｖの電気
信号を入力したところ、コア露出部を通過して光ファイ
バから射出されるレーザ光の強度が電気信号に応じて変
調され、双方の光ファイバ内を伝搬するレーザ光の混合
割合が変調されたことを確認した。このとき、光透過率
は５％程度で、変調効率は９５％程度であった。

【００６４】〔第４実施例〕第４実施形態に係る光変調
器５０を以下のようにして製作した。すなわち、光ファ
イバ５２、５４として二本の信号伝送用光ファイバ（住
友電工社製、シングルモード光ファイバ、クラッド径１
２５μｍ、コア径９．５μｍ）を使用し、それぞれ光学
レンズ（メレスグリオ社製ロッドレンズ）を繋げ、一方
の光ファイバからロッドレンズを透過して射出された平
行光を反射鏡（ミラー６２）によって反射させ、ロッド
レンズを介して他方の光ファイバに入射させる光ファイ
バの反射光学系を組んだ。光源５６としては半導体レー
ザ（波長６７０ｎｍ、出力５ｍＷ）を用い、光ファイバ
５４に対応する光ファイバの光射出側にＰＩＮフォトダ
イオードから成る検出器を配置して光強度を測定した。
反射鏡を積層型圧電素子で振動させ反射光の光軸を約２
０μｍずらすことによって変調効果を確認した。圧電素
子には周波数２８．５ｋＨｚ、８０Ｖの電圧振幅の電気
信号を入力した。このとき、変調効率は９９％以上であ
り、約０．５Ｗの出力光が得られた。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、一端側が
変位可能に第１の光導波路を配置し、入力された電気信
号に応じて第１の光導波路の一端側を変位させるトラン
スデューサを設けたので、小型かつ構成が簡単で高速変
調も容易な光変調器を得ることができる、という優れた
効果を有する。

【００６６】また本発明は、入射された光の一部が外部
へ漏洩する漏洩部が中間部に各々設けられた一対の光導
波路を、互いの漏洩部が所定の間隔を隔てて対向しかつ
漏洩部の間隔が相対的に変化する方向に変位可能に配置
し、入力された電気信号に応じて一対の光導波路の漏洩
部の間隔を変化させるトランスデューサを設けたので、
小型かつ構成が簡単で高速変調も容易な光変調器を得る
ことができる、という優れた効果を有する。

【００６７】また本発明は、第１の光導波路から射出さ
れた光を反射して第２の光導波路に入射させるように反
射手段を配置し、入力された電気信号に応じて反射光の
光軸が偏倚するように反射手段を変位させるトランスデ
ューサを設けたので、小型かつ構成が簡単で高速変調も
容易な光変調器を得ることができる、という優れた効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係る光変調器の概略構成図であ
る。

【図２】第２実施形態に係る光変調器の概略構成図であ
る。

【図３】第３実施形態に係る光変調器の概略構成図であ
る。

【図４】第４実施形態に係る光変調器の概略構成図であ
る。

【図５】光の位相を変調する光変調器の一例を示す概略
構成図である。

【符号の説明】

１０、３０、４０、５０光変調器１２、３４、４２、４４、５２光ファイバ１８、４６、６４トランスデューサ２０レンズ３２レンズ６２ミラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一端側が変位可能に配置された第１の光
導波路と、入力された電気信号に応じて前記第１の光導波路の前記
一端側を変位させるトランスデューサと、を含む光変調器。
【請求項２】前記第１の光導波路は、前記一端側と反
対側の端部から光が入射され、光軸が、前記第１の光導波路の前記一端側に変位が生じ
ていないときに第１の光導波路から射出される光の光軸
と一致するように第１の光導波路の前記一端側に配置さ
れたレンズを更に備えていることを特徴とする請求項１
記載の光変調器。
【請求項３】前記レンズを挟んで前記第１の光導波路
の反対側に、レンズと対向する端部が前記レンズと同軸
となるように配置された第２の光導波路を更に備え、前記レンズとして、前記第１の光導波路と前記第２の光
導波路とを光結合するレンズが設けられていることを特
徴とする請求項２記載の光変調器。
【請求項４】前記第１の光導波路は、可撓性を有する
光ファイバで構成され、前記一端から所定長さに亘る部
分を除いた部分の一部が支持台に固定されており、前記トランスデューサは、前記第１の光導波路の前記一
端から所定長さに亘る部分に設けられていることを特徴
とする請求項１記載の光変調器。
【請求項５】前記トランスデューサは、前記第１の光
導波路としての光ファイバの前記一端側を、該一端側の
力学的な共振周波数に略一致する周波数で振動させるこ
とを特徴とする請求項４記載の光変調器。
【請求項６】前記光ファイバは、前記一端側の前記ト
ランスデューサによって振動される部分の直径が他の部
分よりも小さくされていることを特徴とする請求項５記
載の光変調器。
【請求項７】入射された光の一部が外部へ漏洩する漏
洩部が中間部に各々設けられ、互いの漏洩部が所定の間
隔を隔てて対向配置されると共に、互いの漏洩部の間隔
が相対的に変化する方向に変位可能とされた一対の光導
波路と、入力された電気信号に応じて一対の光導波路の少なくと
も一方を変位させて、一対の光導波路の漏洩部の間隔を
変化させるトランスデューサと、を含む光変調器。
【請求項８】前記光導波路は光ファイバであり、前記
漏洩部は前記光ファイバのうちの光が伝搬する部分を露
出させることで形成されていることを特徴とする請求項
７記載の光変調器。
【請求項９】第１の光導波路から射出された光を反射
して第２の光導波路に入射させるように配置された反射
手段と、入力された電気信号に応じて、反射光の光軸が偏倚する
ように前記反射手段を変位させるトランスデューサと、を含む光変調器。