JPS60227227A - フアイバ光学周波数シフタ - 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】 ｌ この発明はファイバ光学センサおよび変調器の分野に関
し、特にファイバ光学システムのための周波数シフタの
分野に関する。

移動光源からの光の周波数がドツプラ効果のためにシフ
トされるということが、ずっと知られている。周波数ま
たは波長における変化は、光源および観察者の相対速度
の関数である。光源が観察者の方向へ移動覆れば波長は
短く周波数は高くなり、またその逆も成り立つ。

移動鏡からの反射により光の波長が短くなるということ
もまた知られている。移動鏡は入射フォトンのエネルギ
を増し、それによって光の周波数を増大させる。この現
象は、［古典および現代光学の紹介Ｊ　、　ＰｒｅｎＮ
ｃｅ　Ｉ−ｆａｌｌ　（１９７２）　。

ベージ５３９〜５４０にて議論されている。

ドツプラ効果の原理およびヘテロダイニング効果は、光
学的に透明なバルク媒体を通る弾性波伝播の波面から反
射される光波に周波数シフトを生じるように、バルク光
学に用いられてきた。進行弾性波によって生じる圧縮お
よび希薄化の領域はバルク媒体における屈折係数を変化
させ、それによって波面−Ｆに斜めに照射覆る入射光は
部分的に反則されまた部分的に屈折される。波面の移動
は、移動鏡の効果と同様の、反射および屈折光における
ドツプラシフトを生じる。

集積光学導波路に６３いて位相または周波数シフトを発
生するための単側波帯変調器が、［集積光学単側波帯変
調器および位相シフタ」１ｍ子エレクトロニク、１））
ＩＥＥＥジｙ−ナル、　ＶＯｌ、　ＱＦ−１８，Ｎｏ、
４．１９８２年４月、ページ７６７〜７７１においてＨ
ｅｉｓｍａｎおよびＬＪ　Ｉｒ１ｃｈによって教示され
ている。２つの導波モード間の特に重みがかけられた結
合点の手法が数学的に提案され、物理的装置がＸカット
Ｌｉ　Ｎｂ　ＯＧ４波路内へ拡散されたバルク光学スト
リップ導波路として教示されている。この複屈折結晶に
お【プる２つのモード間の結合は、ビート長の１／４に
間隔がとられたインターディジタル電極の対の使用によ
って具現化されている。各電極は１／４ビート長または
その整数倍の幅を有している。＠極の端部の下の電界は
、結晶内に見られる電子・光効果による結合を生じる。

電極は９０°位相がずれた駆動電圧によって駆動され、
オフダイアゴナル偏光特性の伝播波を模擬する。周波数
シフトは、進行弾性波での３　ｒａｇｇ反射と同等の移
動中の摂動での順方向光拡散によって生じる。

上述した集積光学装置は、周波数シフ［−の１社が駆動
信号の上限周波数によってのみ限定されるという利点を
有している。しかしながら、集積光学導波路をホストシ
ステムのファイバと整列し結合することの困難さゆえに
７アイ゛バ光学システムにおいて容易に使用し冑ないと
いう大きな欠点がある。

そのような困難さのために、装置は、ホストシステムの
ファイバに設けられたインライン装置によって接地およ
び適切な整列にとって厄介である複雑な結合装置への要
求を緩和しているファイバ光システムにおける使用に際
しＷましくないものとなる。

さらに、集積光学装置は、その構成の特性上非常に損失
が多い。集積光学導波路は、単結晶構造内へチタニウム
のごとき不純物を拡散してストリップを形成することに
よって作られる。これらの拡散された導波路は、いくつ
かの理由によって損失の多いものである。まず第１に、
不純物の存在が吸収および拡散損失を生じる。これらの
損失は、デシベル／センチメートルのオーダである。さ
らに、集積光学導波路は「光屈折効果」と呼ばれる係数
変化現象を受ける。この効果は、多１１の光学パワーが
結晶の小領域に集中されると、光学的電磁界が非常に強
くなって結晶構造内の電子を導波路領域外へと押しやる
という事実から生ずるものである。そのために導波路の
係数が変化して、導波路はもはや単一モードでなくなり
、それによって装置は動作不能となる。

集積光学導波路のさらに他の欠点は、形成が困難という
ことである。単一モード導波路は、直径１０ミクロンま
たはそれより小さいオーダのコアを有する。結晶内への
不純物の拡散が心間であり、また寸法が非常に小さいた
め、複雑な集積回路技術を用いねばならない。まずマス
クを形成せねばならず、次に複雑かつ高価な器具を用い
てフｉｌ−レジストの層を設けて結晶内へ不純物を拡散
しなければならない。さらにマスクの正確な表示を維持
して、電極フィンガおよび拡散導波路のための正確な整
列を確実にしなければならない。これらの余欝な複雑さ
のため、集積光学装置はファイバ光学システムでの使用
には望ましくないものである。

インライン弾性・光学周波数シフタは、１９８３３年６
月２７〜３０日に東京で開催された集積光学についての
第４７回国際会議および光フアイバ通信会議にて初めて
発表された［単一モードファイバのための弾性・光学周
波数シフタ」においてノス等によって教示されている。

複屈折単一モードファイバは、それらの各前端が３／４
ビート長だけ間隔のとられた２つのオイル充満ＰＺＴシ
リンダ内に設けられる。当業者にとって周知のように、
ＰＺＴは電界が印加されるとその寸法を変化させる。フ
ァイバは鉱石油で満たされた毛細管内に配回されており
、そしてその毛細管は同軸上にないＰＺＴシリンダ内に
配置されている。ＰＺＴシリンダは、鉱石油で満たされ
ている。各シリンダにおける縦圧力波は、ＰＺＴシリン
ダが９０゜位相のずれた正弦波状励起信号で励起されて
弾性・光学結合を生じるときに起きる。１つの空洞内の
ファイバの偏光モード間のこの弾性・光学結合は、光キ
ャリアの上下に側波帯を生じる。他の空洞は第１の空洞
によって発生された側波帯と同一位相の側波帯および同
一位相でない他の側波帯を発生し、一方の側波帯は強め
られ他方の側波帯は相殺される。

上述したノス等における周波数シフトは、ＰｚＴシリン
ダによるファイバ内の進行弾性波の励起によって生じる
。各シリンダは、反対方向に移動する２つの弾性波を確
立する。反対方向の移動により、上側および下側の側波
帯が生じる。

ＰＺＴオイル充満チャンバはファイバと機構的に弱く結
合されているので、２つのドラムによるモード間にはあ
まりパワーは伝達されない。さらにドラムは巨大であり
、多くの実際のファイバ光学装置における好適な使用に
とってあまりにも装置が大きくなりすぎる。もしも十分
なこれらのドラムが使用されて多量のパワーが２つのモ
ード間で伝達されるならば、その結果としての装置は全
く扱いにくいものでありかつファイバ光学システムにお
ける使用にとっては一般には現実的でない。

したがって、コンパクトなサイドの、かつ単一モードフ
ァイバ光学システムのファイバ上に形成し得るファイバ
光学周波数シフタが望まれてきた。

このシステムは、成るモードから、できる限り少ない高
調波での変調信号と正確に等しいシフトされた周波数で
の他のモードへ、入力パワーのＯないし１００％を結合
することができる。

１１匹」１ この発明は、ファイバ光学導波路内を伝播するキャリア
周波数の光を、変調信号の周波数によってキャリア周波
数から周波数シフトされた新たな周波数での伝播の他の
モードへとシフトする［ｔおよび方法である。この装置
は、光を導くための第１および第２のファイバ光学導波
路からなる。

導波路は異なった屈折係数を有し、それによって導波路
の一方内を伝播する光は他方の導波路内を伝播する光と
は異なった伝播速度を有する。ファイバ光学導波路は複
屈折単一モード光学ファイバの２つの垂直偏光モード、
非複屈折の奇および偶モード、であり得る。単一モード
ファイバはカットオフ波長よりも短い波長を右する光で
動作し、それによってファイバは光を奇および偶モード
の両方、多重モードファイバの２モード、に伝播する。

または導波路は異なった屈折係数を有する２つの光ファ
イバであってもよく、それらのファイバはその長さ方向
に沿って並列されて相互作用領域を形成する。

成る実施例において、進行中の実際の弾性波を発生ずる
ための弾性波発生器は導波路と弾性的に結合されて、波
面を有する実際の進行中の弾性波を導波路に印加する。

弾性波は導波路に沿って時間変化圧迫を生じて、成る導
波路から他の導波路に結合された光の周波数シフトを生
じる。弾性波の隣接波面間の導波路の軸に沿った距離は
、２つの導波路のビート長の整数倍とほぼ等しい。

実施例において、弾性波発生器は、第１および第２の導
波路を含む第１のファイバと光学的に結合された第２の
ファイバを含み、それによつ第２のファイバ内を伝播す
る弾性波を第１のファイバに結合する。弾性波発生器の
他の実施例は、導波路と接した弾性媒体、およびその弾
性媒体内に弾性波を誘起するための変換器を含む。成る
実施例において、弾性媒体は円筒状であって導波路を取
り囲んでおり、変換器は弾性媒体内にねじれモードの弾
性波を誘起する。他の実施例において、弾性媒体は導波
路に接する表面を有し、トランスデユーサ”はその表面
上に単一方向性表面弾性波を作り出す。さらに他の実施
例では、２つの導波路は異なった屈折係数を有する２つ
の光ファイバであり、それらは長さ方向に並列されて相
互作用領域を形成する。

光の周波数をシフトさせる手法は、キャリア周波数の光
を各々異なった屈折係数を有する２つの光学導波路内に
導入することを含み、それによって一方の導波路内を伝
播する光は他の導波路内を伝Ｉｎる光とは異なった伝播
速度を有する。進行中の弾性波は導波路の少なくとも一
方上へと押されて、一方の導波路から他方の導波路へと
結合された光が周波数シフトされる原因となる。弾性波
のｖ４接波面間の導波路の軸に沿った距離は、導波路の
ビート長の整数倍と実質的に等しい。

他の実施例において、この発明の周波数シフタの装置は
また、光を導くための第１および第２のファイバ光学導
波路を有するファイバを含む。導波路は異なった実効屈
折係数を有し、それによって一方の導波路内を伝播する
光は他方の導波路内を伝播する光とは異なった伝播速度
を右する。装置はさらに、ファイバと接する固定表面部
分を有する周期的応力発生器、および固定表面部分間に
ファイバを周期的に圧搾してファイバに沿って選択され
た間隔で周期的な時間変化応力を生じてファイバを伝播
する弾性波を模擬しかつ一方の導波路から他方の導波路
へと結合される光の周波数シフトを生じるように固定表
面部分に信号を供給づるための信号源を含む。

成る実施例において、周期的応力発生器の固定表面部分
は、ファイバの一方側に隣接する支持面ｌ１１３Ｊ、ひ
ファイバの他方側に隣接する複数の固定結合素子を含む
。信号源は機械的よ１．：は電気的な時間変化駆動信号
を固定結合素子に与えて、固定累子がファイバに対して
押圧されて支持面および結合素子間でファイバを圧搾す
るようにする。好ましくは、各結合素子は実質的にファ
イバに沿った１／２ビー１−長の奇数倍であり、また結
合素子はファイバに沿って約１／４ピート長だけ分離さ
れている。信号源は好ましくは正弦波状駆動信号を結合
素子に供給し、駆動信号は−ｈの結合素子に供給され、
また駆動信号はπ／２だけ位相のずれた隣接結合素子に
供給される。

別の実施例において、周期的応力発生器はファイバの複
数ビート長にわたって延びる単一連続長さの圧電物質を
含む。複数の信号ＩＩ極が信号源と接続され、かつそれ
らは単一連続長さの圧電物質に沿って配置される。接地
電極は、それらの間に圧電物質を有して信号電極から間
隔をおいて配置される。電極はファイバに関して配向さ
れ、それによって信号源から信号電極への時間変化電気
信号は、圧電物質が引張られて固定表面部分に力を及ぼ
し、固定表面部分がファイバを押圧してファイバを周期
的に圧搾するようにする。成る好ましい実施例において
、圧電物質はファイバを取り囲む圧電ジャケットであり
、信号’Ｉｆ極は圧電ジャケットの内側表面および外側
表面のいずれかの上にある。他の好ましい実施例におい
て、周期的応力発生器はファイバの一方側と面する支持
面を含み、単一連続長さの圧電物質はファイバのの他方
側と面し、それによって信号源から信号電極に供給され
る時間変化電気信号は、圧電物質が引張られてファイバ
が支持面に対して押圧されるようにする。

少なくとも１つの電極はファイバと接触して少なくとも
１つの固定表面部分を形成してもよ（、それによって時
間変化電気信号が信号電極に供給されて圧電物質が引張
られるときに、ファイバと接触している電極はファイバ
に対して押圧されてファイバを周期的に圧搾する。

ファイバ軸に沿った各信号電極の長さは、好ましくはほ
ぼ１／２ビート長の奇数倍である。さらに、２つの隣接
信号電極の先端はファイバに沿って距離ｄだけ間隔がと
られ、信号源は正弦波状電気信号を信号電極に供給し、
１つの信号電極に供給される電気信号および隣接電極に
供給される電気信号は２ｄπ／Ｌだ１１位相がずれてい
る。ここで１はファイバビート長である。

゛ましい　の説明 第１図は狭幅偏光カプラの装置を示し、磨かれた平らな
表面１０が金属またはプラスチックブロック１１上に形
成されている。その表面１０は、数ミクロンの範囲内で
滑らかかつ平らに仕上げられている。この表面１０は、
光フアイバ導波路を押圧する２表面の一方側として作用
する。

他方の表面は、第２のブロック１４の下面に形成された
複数の細長く盛り上がったうね１２である。以下に述べ
るように、このうね１２は、ファイバに対して押された
とき、モード間で対をなり光が生じるようにファイバを
圧迫するカップリング要素または結合素子を提供する。

第２図をしばらくの間参照すると、そこには複数のうね
１６が形成された細長く盛り−Ｌがった領域１２の横断
面図が示されている。うね１６は、空間を提供すべく平
行な切り目または溝１７をブ［Ｉツク１４に設けること
により形成されており、それによって、幅がＷでかつ隣
接するうねのエツジ間の距離がＳである複数の磨かれた
うね表面１８が形成される。

ファイバ上に作用する与えられた力に対して最高の組合
わせを得るために、互いのうねのエツジ間の幅Ｗは、利
用される光の特定周波数に対しファイバのビート長の１
／２に設定される。

ビート長しは、次に述べる事実に関係づりられており、
すなわち光ファイバにおいて、光は異なる偏光モードの
中では異なる速度で進み、したがって光通過距離はモー
ド間で異なるという事実である。これにより、１つのモ
ード内での光の位相は、他のモード内を進む光の位相に
絶えず関係しながらシフトすることとなる。こうして、
同一位相でスタートするが、単一モード複屈折ファイバ
中の異なる偏光モード内を進む光波の２つの成分はゆっ
くりと位相が分離される。ファイバの「ビート長」とは
、あるモードの光成分の位相が他のモードの光成分の位
相と３６０°ずれるのに必要な距離を言い、このとき≠
この２つの光成分は再び同一位相となる。したがって、
１ビート長とは、２つの成分の位相が３６００ずれたと
き、進む距離をいう。１／２ビート長進んだ後は、２成
分は１８００またはπ／２ラジアン分離される。

好ましい実施例においては、第２図に示されるように、
うね間の分離距離Ｓはうねの幅Ｗに等しく、また１／２
ビート長の奇数倍が、寸法ＷとＳとして用いられる。切
れ目１７の横断面は直角であり、なぜなら機椛的に最も
簡単にシャープに仕上げられるからである。しかしなが
ら、このシャープさは、臨界的なものではない。１／２
ビート長の奇数倍の幅Ｗを備えたうね１６上に平坦な表
面１８を生じる任意のシャープさおよび１／２ビート長
の奇数倍のエツジ分離も、もし切れ目１７の高さＨが、
うね１６の材料がファイバへの圧迫によって変形された
とき、圧迫を持続づるに十分なものであれば、満足のい
くものである。

ブロック１４は、硬質プラスチック「デルトリン」によ
り形成れる。このプラスナックは、ガラスよりも筒中に
変形する。こうして、うねがグラスファイバ上に押しつ
けられると、うねが小量だけ変形されることになる。力
を完全に伝達させるのに要求される圧力量としては、フ
ァイバの全長に沿って一様に作用する圧力により、ブロ
ック１４が平坦化するほどにはうわが変形しない程度の
ものが好ましい。ファイバ中に、圧迫が間欠的に加えら
れる箇所や、圧迫が加えられない箇所があるのは良くな
い。これらの領域のそれぞれの幅は、カップリング（結
合）にとって最も有効なものとして、正確に１／２ビー
ト長の奇数倍である。不完全な力の移行が、もしこの構
造が成し遂げられないならば生じるであろう。しかしい
くらかのカップリングは、それでもなお正確な構造およ
び印加される力によって形成されるかもしれない。

うね１６にとって、変形可能なプラスチックが金属より
も好ましい。なぜならば、金属のうねは、圧力が加わっ
たときそれほど変形しないため、ファイバを破壊する危
険性を生じる。うねの変形可能性が、この秒の危険を低
下さぼる。

第１図に戻って、ブロック１４は複数の穴２０を有し、
それらはマツチングパターンにおいて平坦な表面１０か
ら突き出した１組のビン２２を受け畳るパターンに配置
されている。ブロック１４は、ビン２２に沿って平面１
０へ向かう方向ど遠ざかる方向にスライド可能である。

これらのビンは整列配置されているため、うね１６のエ
ツジは、１対のファイバ保持板２６により平面１０上に
保持されたファイバ２４の縦軸を横切ることとなる。

こうして、第２図に参照数字２７で示されたうね１６の
縦軸は、ファイバ２４の縦軸を横切る。これらのビン２
２はまた、ブロック１４の揺れを防ぎ、ファイバ２４に
加えられる圧力むらを防ぐ作用を持つ。

ファイバ保持板２６は、１組の端部側端板２８に形成さ
れた１組の丸い穴に嵌め込まれることより、平坦表面１
０に関して回転可能である。この保持板は回転可能であ
り、ファイバの複屈折の主要軸の１つが、うね１６によ
り加えられる力の方向に対し、成る角度、好ましくは４
５°の方向に設定でさるように、ファイバを回転自在に
保持している。このことを、より詳しく以下に説明しよ
う。角度４５°は好ましい。なぜならば、任意の力に対
し複屈折の軸の最良のシフトが、その角度によって得ら
れるからである。側端板２８はブ１］ツク１１の端部に
取付けられ、その結果、側端板２８は平面１０に対し垂
直となる。第３（ａ）図ないし第３（ｇ）図を参照する
と、そこには、ブロック１４が全体でＦの力で押し下げ
られ、その結果ファイバ２４が隆起部の表面１８ど、そ
の下方のブロックの表面１０との間で圧搾されたときの
、ファイバ２４における応力領域を表わす図が示されて
いる。また、第３（ｂ）−第３（ｇ）図は、複屈折のそ
れぞれの軸上の全光パワーのベクトル図、言い換えれば
、ファイバに沿った種々の点における複屈折モードを示
している。また、第４図を参照づると、そこにはファイ
バ２４の複屈折の軸が、応力の作用によって変化する様
子を表わした図が示されている。当業省ならば、ファイ
バ２４のような単一モード複屈折ファイバは、甲−モー
ドファイバの２つの直交する偏光モードに相当する２つ
の直交する偏光の軸を持つことが理解できるであろう。

第３（ａ）図は、２つのうね１６によって引き起こされ
る、応力部と非応力部°が交互に配置された３領域を示
す。それぞれの応力領域３０と３２は、この実施例にお
いては１／２ビート長である。

非応力部ｂＩｔ３４も同様である。ファイバ２４は、異
なる導波路を結合する方向性カプラに似た４ボートデバ
イスであると考えてよい。たとえば、３６で概略的に示
されるファイバ２４の２つの直交するＸとＹの偏光モー
ドは、上記方向性カプラの２つの入力ボートに似ている
。同様に、３８で概略的に示されるＸとＹの直交する偏
光モードは、上記方向性カプラの出力ボートに似ている
。

複屈折ファイバ２４に対し表面１８が押しつけられるこ
とにより、第４図に力Ｆで示すような圧力がファイバ２
４に加えられると、直交する偏光軸ＸとＹ（偏光モード
ＸとＹに相当）が、突然、直交する偏光軸Ｘ−とＹ−に
、角度θだけずれてシフトすることがわかった。この突
然のシフトは、表面１８によって加えられる応力はその
応力を加えている表面１８の幅Ｗよりも長い領域にわた
って偏光軸を混乱させるようにファイバ２４を変形させ
ると信じられていたので、全く予期されていなかった。

このことは、うね１６の表面１８のエツジでの突然のシ
フトではなく、比較的長い境界領域にわたる偏光の軸の
配向における徐々のシフトを生ずる傾向にある。そのよ
うな比較的長い距離にわたる偏光軸の緩やかな回転は、
重大なパワー伝ｉｔなわち偏光モード間のカップリング
は生じない。なぜなら、結果としての偏光ベクトルは偏
光軸の緩やかなシフトにただ単に従うだけにすぎず、か
つ新しい軸の要素に分解されることなくそれに関する位
置に実質的に保持されるからである。

重要なことは、偏光モード軸の方向の急激な変化が引き
起こされると、そのような方向の変化が短い境界領域を
越えてなされるという、デバイスの作用である。実施例
で示すと、第３（ａ）図の点［Ｉ４０，４２．４４．４
６で示されたこれらの境界はうね１６のエツジにより形
成されており、したがって周期的に１／２ビット長あけ
て配置されている。他の実施例においては、その境界を
ビート長の奇数倍で配置することが可能である。これら
の境界はファイバのモード間で光を結合するように作用
するため、「結合位置」あるいは「結合点」として呼ぶ
ことにする。

第３（ｈ）図〜第３（ｑ）図は、ファイバ２４にお（プ
るこれらの急峻な境界４０，４２．４４゜４６が、いか
にしてパワーの伝達を引き起こしているかを示している
。ＸＳ光モード（複屈折ファイバにおける偏光のＸ軸に
相当）に対する電界ベクトルは、非応力領域３４におい
てはＸとして示され、応力部ｌ１１ｉ３０．３２におい
てはＸ−として示されている。同様に、Ｙ偏光モード（
偏光のＹ軸に相当）に対する電界ベクトルは、非応力領
域３４においてはＹとて示されており、応力領域３０．
３２［おいてはＹ−として示されている。ＸとＸ−へり
］〜ル（第３（ｂ）図〜第３（ｇ）図）（ｊ、それぞれ
偏光のＸとＸ−軸（第４図）に相当し、ＹとＹ′ベクト
ル（第３（ｂ図〜第３（ｇ）図）は、それぞれ偏光のＹ
とＹ′軸（第４図）に相当することが、理解されよう。

第３（ｂ）図において、入射光は、すべてのパワーがＸ
＊光モードの状態で、ファイバ２４に挿入されるベクト
ル４８により表わされている。この偏光状態は、最初の
応力領域３０の始点である境界４０に光が伝わるまで維
持される。

第３（Ｃ）図は、光がちょうど境界４０を越えて応力領
域３０に伝わった後の、光成分を示す。

境界４０では、第４図を用いて既に述べたように、偏光
軸ＸとＹが角度θ（第４図）だ【プずれて新しい偏光軸
Ｘ−とＹ−にシフ１−する。これらの新しい偏光モード
軸Ｘ−とＹ′は、これらの偏光モード内を進む電磁波に
対して電界ベクトルの方向を示す。Ｘ方向とＹ方向の場
合のように、Ｘ−モード内の光はＹ−モード内の光と異
なる速度で進み、それは複屈折の原理に従う。光の総合
的な偏光は、ｘ″とＹ−軸あるいはＸとＹ＠におけるパ
ワーの成分に基づいた結果的ベクトルで表わされる。

注意寸べきことは、応力領域３０において、境界４０以
前ではＹモード中にパワーの成分が全くなかったのに、
境界４０で初めて、Ｙ−偏光モード中にパワーの成分が
現われることである。この原理は、境界での電磁場の振
舞を説明するための数学関係式としてよく知られている
マクスウェル方程式に根ざしている。根本原理は、電磁
場が通過する急峻な境界において、一方側から観察した
場合の電界ベクトルの方向と大きさは、境界の他方側で
も同じでなければならないということである。この場合
、結果として得られる偏光、すなわら境界４０の左方で
の電界ベクトルの方向は、第３（Ｃ）図におけるベクト
ル４８によって示される。境界４０の右方では、偏光軸
Ｘ−とＹ−は、ベクトル４８の偏光を持続するようにシ
フトされ、Ｘ−がＸモードにおけるその配向からシフト
されるため、小さなＹ′の成分がなければならない。

こうして、いくらかのパワーが、境界４０において、Ｘ
モードからＹ−モードへ伝達される。

２つのＹ−と×−の成分が、応力領域３０を通過すると
、応力領域は１／２ビツト長を持つため、それらの位相
が相対的に１８０度ずれる。境界４２の左方におけるＸ
−とＹ＝酸成分位相が、第３（ｄ　）図に示されている
。１８０度の位相のずれは、Ｙ−成分の方向を反転する
ことによって得られる。もし、１８０Ｕの位相シフトが
、ＸまたはＸ−ベクトルの方向を反転させ、かつＹまた
はＹ−ベクトルを変更させないでおくことにより形成さ
れれば、上記と同じような結果が得られることであろう
。この１８００位相シフトの結論として、結果として得
られる偏光ベクトル５０は、ベクトル４８の配向からシ
フトされる。

境界４２では、偏光軸Ｘ−とＹ−の方向は、応力の除去
により、本来のＸとＹの方向に戻る。光が境界４２を横
切るように進むとき、ベクトル５０によって表わされる
偏光は、紺持されなＩ′Ｊればならない。境界４２の右
側にＪ３けろうね３４の始点の状態を、第３（ｅ）図に
示寸。しかしながら、偏光軸のシフ！・は、ＸとＹモー
ドのパワーを表わす成分ベクトルの方向での付随的なシ
フトを引き起こすため、ＸとＹ成分の大きさは、総電界
ベク１−ル５０の角度と大きさを保つように変化されな
ければならない。第３（ｂ）図と第３（０）図を比較す
ることにより、うね３０．３４が、Ｙ成分のパワーの大
きさを十分に増大させていることに気付くであろう。

第３（ｆ）図は、非応力領域３４の終点である境界４４
のまさに左方位置におけるパワー成分を表わす。非応力
領域３４はまた、１／２ビート長を有し、それゆえにう
ね３４を通過したとき、ＸとＹ成分の間で１８０度の位
相シフトが起こる。

この位相シフ１−は、第３（「）図に示されているよう
に、境界４４でＹ成分の方向を反転することによって再
び形成される。以上の議論を押し広げると、偏光軸は境
界４４で、再び素早く、ＸとＹの方向からＸ′とＹ−の
方向（第４図）ヘシフトすることが明らかである。これ
により、より多くのパワーがＹ−偏光モードヘシフトさ
れる。また第３（ｇ）図は境界４４のまさに右側の状態
を示しており、境界４４を横切る結果としての電界ベク
トル５２の大きさと角度を保つためには、Ｘ−Ｌ１２よ
びＹ−へのＸおよびＹ軸の角度のシフトゆえに、第３（
ｇ）図のＹ−成分の大きざが増大しなければならないこ
とがわかる。こうして、１／２ビート長の奇数倍に位置
するそれぞれの境界が、ある量のパワーをして１つの士
−ドから他のモードへと結合させるということがわかる
。境界４０゜４２．４４，４．６で結合されたパワーは
加算され、したがって、ファイバ２４の一端から他端へ
と結合されるパワーの総量は累積する。もし、境界が、
１／２ビート長の正確な奇数倍以外の所にあれば、累積
する結合されたパワーはゼロでないがもしれないが、奇
数倍以外の所にある各境界ゆえに、既に他のモードへ結
合されたパワーと位相がずれた成分を持つパワーが他の
モード磨へ結合されるかもしれない。この位相がずれて
結合されたパワーは、既に結合されたパワーのいくらか
を打ち消す。

正味の結合されたパワーがゼロでないかどうかは、境界
の正確な位置と、どれぐらいの力がそれぞれの応力領域
に加えられるかに依存する。しがしながら一般的に、境
界の位防における５〜１０％のオーダのエラーは、装置
の動作に実質的に不利や影響を及ぼすことなく許容さ、
れてもよい。

このシステムは、以下のごとく数学的に特徴づ【プられ
る。典型的に、高複屈折ファイバに対し、一方の軸を伝
播する光は他の軸に対してはそれほど結合されないであ
ろう。付加的な複屈折がファイバに圧力を加えることに
よって誘発されるということが証明されてきた。この複
屈折は、Δｎ　Ｐ＝ａｎ’　ｃｆ／２ｄ　（１）によっ
て与えられ、ここでａは円筒ファイバに対し１．５８の
定数であり、ｎはピエゾ・光学係数であり、［はファイ
バに加えられる単位長あたりの力であり、ｄはファイバ
クラツディング直径である。計算において、値ｎ　＝１
．４６．ｃ　＝５ｘ１０−　”　（ＭＫＳ）、およびｄ
＝６５μｍが用いられた。小さな力に対し、付加的な複
屈折はファイバの通常の複屈折に対し摂動として扱われ
１りる。解析の目的で、加えられた力は複屈折のファイ
バ軸に対し４５°であるとする。複屈折の軸に４５°の
角度で力を加えることによって、単位力あたりの複屈折
の配向における最大シフ１−が１じる。しかしながらそ
の角度は臨界的ではなく、加える力を増加させることに
よって４５°からの偏向が調整され得る。複屈折の摂動
の第１次の結果は、小角度にわたるファイバの複屈折の
元の軸の回転である。この複屈折における小シフトは、
全ファイバ複屈折の強度Δｎをそれほど変化させない。

角度θは、 により与えられる。全複屈折へ〇は波長と比例覆るもの
とし、既知の真空波長λでのファイバのビート長し一λ
／（八〇）を直接観察することによって測定され得る。

好ましい実施例に用いられたファイバでは、Δｎ　＝７
．４ｘ”ｔｏ−’が測定された。

Ｘ軸に沿って直角に偏光された光は、圧搾領域に入ると
きに軸Ｘ−およびＹ−に沿って偏光された成分に分解さ
れる。２つの偏光における光の相対位相は、半ビート長
におい又πラジアンだ（）変化する。もしこの距離でフ
ァイバ上の力が除去されれば、光はＸ偏光ｆｉｃｏｓ２
（２θ）およびＹ偏光１１ｓｉｎ’（２θ）を有する垂
直軸に沿った成分に分解され直言。さらにＬ／２の距離
、すなわち半ビート長を伝播した後、２つの軸における
適当な位相関係が確立されて、第２の応力領域がさらに
別のパワー伝達を生ずる。単一のＬ／２長応力領域およ
びＬ／２非応力領域に対し、ジヲーンズ（Ｊ　０ｎｅＳ
）マ］ヘリクスＴは、この構造の強度偏光変換を示づよ
うに次のように表わし１ｑる。

このような構造をＮ回繰返すことによって、次の全偏光
変換マトリクスが生じる。

したがって、成る偏光から他の偏光への完全な結合は、
２ＮＯ＝π／２であるようなＮ個のうねに対し力［を加
えることによって達成され得る。大ぎなＮ（＞５＞に対
し、この最適の力は次式で与えられる。

Ｌ、／７Δｎｄπ ｆ〜□　（５） ４ａｎ”Ｃ たとえばＮ−１０およびＬ　＝　３２ミリとずれば、上
に与えられた数を用いて、１７７グラムのツノが完全な
結合のために必要である。

第１図に示された装置において、ファイバラ１？クツ１
〜はファイバ２４から除去されてフシ・イバを直接うね
に対し露出する。

第５図は、第１〜第４図を参照して上述した参照数字５
４の（＝Ｉされた偏光カブラを用いるシステムを示す。

周波数チューナプル着色レーザ５６は、源泉光を発生す
るために用いられる。標準偏光器５８によって偏光され
たこの光は、ファイバのコア上に偏光を集めるレンズ６
０によって、１本のエピタキシャルコア複屈折ファイバ
２４内へ送られる。偏光器５８は整列されて、ファイバ
２４の２つの直角偏光モードのうちの一方のみに光を通
過させる。光は偏光カプラ５４を介してファイバ２４内
へと伝播し、ファイバセグメント６４でフ７／イバ２４
を励起することにより、そのパワーのいくらかまたはす
べてが他の垂直偏光モードへと結合される。レンズ６２
は出力ファイバセグメント６４から出てくる光を並行に
し、このようにして形成された光線６５が光線スプリッ
タ６６に当たるように覆る。光線スプリッタ６６は光線
６５の一部が標準光検出器６８に向けられるようにし、
残りの光線６５は偏光器７０を通過する。偏光器７０は
、偏光器５８によって確立された偏光に関し同一の偏光
である光のみを通ず。偏光器７０を通過した光（よ、標
準光検出器７２により感知姶れる。検出器７２Ｊ３よび
６８の出力は、それぞれライン７６および７８によって
標準レシオメータに入力され、標準レシオメータは金山
ツノパワーと比較しての直角偏光の相対パワーを示す。

偏光器７０の出力で、１９ないし３２ｄＢのファイバ偏
光間の吸光率が測定された。吸光率は、水平偏光モード
の光学パワーに対する垂直偏光モードの光学パワーの比
率の１０を底とする対数である。少なくとも１９ｄＢの
吸光率が、波長が変化づるときに波長に関係なく達成さ
れた。この限稈は、幾分かの拡散された光が導かれたま
ま残るので、ファイバ内の拡散損失（＞　１５０　ｄＢ
／１ｕｎ）によって設定されるものと思われる。成る波
長において、おそらく拡散光の破壊的な干渉のために、
この比率は３２ｄＢに改良された。うねブロック１４が
ファイバ上に配置されて圧力が加えられると、典型的に
は約２２０グラムの力で３２ｄＢ以上の結合率が達成さ
れた。結合率は、垂直偏光モードに結合されていない光
学パワーと垂直モードに結合されているパワーとの間の
比率の１０を底どする対数である。この比率は、１０個
のうねで６３３ｎｍ波長で、および３０および６０個の
うねで６０８ｎｍ波長で観察された。

この発明のカプラのうねは、特定波長に対して設計され
ねばならない。なぜならば、ファイバ内の光のビート長
は波長の関数として一定ではないからである。装置が異
なった波長で使用されると、うね長さにわたる位相シフ
トΔΦはπラジアンからπ＋２δラジアンに変化する。

したがって、完全なパワー伝達はもはや行なわれ得ない
。適切ｆ、にカが各うねによって加えられ、したがって
２Ｎθ−π／２であるとすれば、単一のうねおよびギャ
ップ周期にわたる伝達マトリクスは次式となる。

もし光がＮ個のうねの後初めて唯一の偏光にて放射され
れば、第２の偏光へと結合されるパワーは１に１２によ
り与えられる。ここで であり、またここで ｂ　−５ｉｎ　２θ−ＣＯ３２θ−ｃｏｓ２δである。

伝達マトリクスのオフダイアゴナルエレメントは、偏光
モード間に起こるであろう振幅結合のｍを表わす。この
振幅結合には、Ｔ９の２つのオフダイアゴナルマトリク
スニレメン１〜の各々の値である。

結合の波長依存性は、５６９　ｎｍから６１　／Ｉ　ｎ
ｍまでの範囲で調整可能な色素レーザを用いて実験的に
検証されている。ここで用いたデバイスは、中心波長が
６０９　ｎｍであるような、６０個のうねを６、有する
カブラ１あ°て・これに対し１光学的圧力を印加した。

実験を行なった際の配置は、第５図に示すものと同様で
ある。検出した信号は、初めの偏光状態のままとなって
いるような、ツｔｒわち結合を生じていない光である。

波長が変化でる際のレーデパワーのゆらぎは、レシオメ
ータ７４によって補償した。この構成による実験結果を
第６図に示ずが、この第６図では、実験結果がドツトに
よって、また、このシステムについて想定された複屈折
モデルにおける急峻なシフトに基づいて理論的に予想さ
れた結果を実線で、それぞれ示している。この２つのカ
ーブがよく一致していることから、応力領域の境界にお
ける複屈折の変化が実際に急峻となっていることが実証
された。一方、半値幅は、理論的には、ファイバ上のう
ねにおける圧力に等しいが、異なった圧力になるという
ことは、おそらくファイバの径やうねの高さなどがオン
グストロームのオーダで振動していることに起因すると
考えられるが、これは個別にウェイト付けを行なったう
ねを形成させることによって取扱うことが可能である。

中央のピークの幅は、この偏光カプラのポテンシャルを
示しており、これによってマルチプレクサまたはノツチ
フィルタとして使用することが可能である。

第１図〜第６図を参照して上述したこの偏光カプラは、
振幅変調器として用いることができる。

第３（ａ）図の力Ｆを変調信号に応じて変動させること
によって、パワーのうちの変動部分がＸ偏光モードから
Ｙ偏光モードへと結合することができ、これにおける結
合量は力Ｆの大きさに比例する。すなわち、最初は、入
力パワーがすべて偏光モードＸで放出された場合におい
て、偏光カブラ５４の、うねが設けられたブロック１４
に加わる力Ｆが、第５図に示した既存の任意の変換器８
０によって変動させられると、この力Ｆの大きさに正比
例した偏光モードＹの光学的パワーがファイバ２４にお
いて生ずるようになる。これは（１）式によって理解す
ることができる。すなわち、応力によって誘起された付
加的な複屈折性は、単位−長あたりに加えられた力に正
比例するのである。

この力が変動した場合には、偏光モード軸がシフトする
角度が（２）式に従って変化する。このため、第３（ｂ
）図〜第３（９）図から明らかなように、それぞれの境
界における新たな軸のそれぞれへと分解するパワーのｍ
が変化させられることによって、偏光モード間でシフト
されるパワーのｍが変化づる。

第３（ａ）図の構成の代わりに、うね１６が所定のシー
ケンスによってファイバ２４上で独立に圧迫されるよう
にすれば、ファイバ光学周波数シックを得ることができ
る。

第７図を参照すると、この図には、第１図〜第３図に示
したカブラの変形を用いたファイバ光学周波数シフタが
示されている。この変形には、それぞれのうね１６の底
部の表面１８が互いに独立に上下運動をするようにこの
うね１６を分離したことが含まれている。説明の便宜上
、これらのうねは、第７図中８４．８６によって再番号
付【プを行なっている。このように、これらのうねを互
いに分離して独立に運動できるようにするにあたっては
、当業者には自明のように、既存の任意の方法を用いる
ことができる。

この分離されたうねは、既存の駆動回路８２によって個
別に駆動される。この駆動回路は、カムシャフト、個別
ソレノイド、圧電変換器または、うねを所定のシーケン
スで独立に連動さ仕ることができるような他の任意のデ
バイスで形成される。

駆動回路８２は、抽象的に示されたリンク８８゜９０に
よって、うね８４へと接続されている。これらのリンク
８８および９０の性質としては、この用途のために選択
された特定の駆動回路８２の性質に適合するような任意
のタイプの接続でよい。

駆動回路８２を設ける目的は、別個の駆動力Ｆ。

とＦ２とを、位相関係を持たせてうね８４および８６へ
と印加し、それによって、ファイバ２４を押し下げるよ
うな運動を行なう波、すなわち単方向性進行弾性波を模
擬的に発生往しめることである。このようにして＆！擬
的に発生される波すなわち外見上の波は、応力ないしは
ファイバ中の応力領域を周期的に増減させることによっ
て作り出すことができる。この領域にお（プる応力はは
、ファイバ２４を圧迫して押し下げるような外見上の運
動を発生するように位相が定められている。この応力領
域すなわち結合領域は、所定の態様で、互いに隔てられ
て配置されており、これによってファイバ２４中におけ
る１つの偏光モードから他の偏光モードへのパワーの結
合が生ずる。

うね８４および８６のエツジの境界４２．４４および４
６における結合については、既に説明したとおりである
。この結合は、゛第１図ないし第３図を参照して上述し
たものと同じ態様で、第７図の周波数シック中において
発生する。すなわら、ファイバーＬの横方向に広がった
応力による結合が、記述したのと同様に生ずるのである
。しかしながら、第７図の周波数シフタにおいては、う
ね８４および８６は所定の位相関係で駆動されており、
それによってファイバ２４を伝播する応力進行波が模擬
的に発生する。周波数シックを適切に動作させることに
よって、入力光の特定の波長におけるビート長に等しい
波長を有するような弾性波が生ずるように、位相関係を
設定することが重要である。すなわち、次の式を成立さ
迂る。

λΔ＝　Ｌ　（８） ここで、λ　は、弾性波の波長であり、またＬはファイ
バのビート長である。

駆動力Ｆ、およびＦ２の間の所定の位相関係λとしでは
、次のものが好ましい。

φ＝２πｄ／Ｌ　（９） 但しｄは、うね８４．８６の間の距！！ｌ１ｌ（寸なわ
ち間隔）であり、より一般的には、隣接する境界４２お
よび４４のような、互いに隣接した時間変動する結合位
置の間の距離である。また１−はファイバのビート長で
ある。好ましくは、うね８４，８６のすべてを同じ周波
数で正弦波的に駆動するが、この周波数はまた、進行す
る擬似弾性波の周波数ともなっている。

付言すれば、最適結合を得るためには、うね８４．８６
の幅は好ましくはビート長の半分ないしはその奇数倍で
ある。

理想的なファイバ光学周波数シックの目標としでは、フ
ァイバ光学導波路の上またはまわりに形　−成され、フ
ァイバに入ってくる人力光の０％から１００％を伝播の
１つのモードから伝播の他の出力モードへと変換し、同
時に出力信丹周波数を、変調信号の周波数（すなわち弾
性波の周波数）と厳密に一致する既知量だけシフトする
ような、小さくかつ効率の高い周波数シフタを得ること
である。理想的には、純粋に正弦波的な変調波形に対し
て、光学的出力信号の周波数が変調周波数の基本周波数
だけシフトされ、出力光には調波成分（すなわち、基本
周波数の倍数だ【プ上側および下側に周波数がずれた成
分）が存在しないようなものである。

ファイバ２４に対する弾性波の効果は、第８図を参照す
ることによってより完全に理解できよう。

この第８図は、ファイバ２４を伝播する現実の進行応力
弾性波の応カバターンを示す図である。第８図の現実の
波は、ファイバ２４に垂直な方向に応力を加えて弾性波
を擬似的に発生さけている第７図の装置とは対照的に、
ファイバ２４に対して長さ方向に応力を加えている。フ
ァイバ２１′Ｉのコアおよびクラッドを通してＸ方向に
延びた線は、特定の時刻でのファイバのＺ軸に沿った特
定の位置におけるファイバ長の相対的な応力の大きさを
示している。すなわち、この線が互いに密に隔てられて
いる場所には、線の隔たりが大きい場所に比べて、より
大きな応力が存在しているのである。

このため、これらの線は、ファイバ材料を通して応力波
が伝播する際の、ファイバ材料のうちの圧縮部分と希薄
化部分とを表現していることになる。

この状況は、空気や水を通して進（１する音波と似たも
のとなっており、空気や水の場合の波の“ピーク”は、
空気の分子がより密に圧縮され１＝場所を示している。

また波の゛谷″（ヨ、空気の分子が大気圧下にお（プる
よりもより希薄化されている、寸なわらより大きな間隔
となっているような領域を示している。

このため、領域９２．９４および９６は、フッ・イバ材
料の圧縮“ビーク″領域を表わしており、一方、領域９
３．９５および９７は、ファイバ材料の８ｐＪ”谷″領
域を表わしていることになる。

ファイバ材料の屈折率は、ファイバ分子が非応力状態と
は異なった間隔で隔てられたいる場合にはいつでも、非
応力状態における屈折率とは異なったものとなる。これ
によって、Ｄ−ドの配向が変化し、ファイバ中の伝播モ
ードの間の光の結合が時間的に変動する。すなわち、時
間が経過するにつれて、これらの圧縮・希薄領域は、波
が伝播していくのに応じてＺ軸に沿って移動し、ファイ
バ中のそれぞれ点における屈折率を連続的に変化Ｕしめ
るのである。

応力のこれらのピークや谷は、領域９２．９４および９
６に収縮の最大値である正のピークを有し、かつ領域９
３．９５および９７に希薄化の最大値である負のピーク
を有するような正弦関数によって表わずことができる。

ファイバ材料にこれらの圧縮・希薄化領域が生ずること
によって、ファイバの複屈折性が、ファイバ材料に作用
する圧縮またはｉｎＲ化の力の大きさと偏光モードの主
軸に加わる応力の方向とに応じて変動する。

透明な物質が応力にさらされると、一時的に複屈折性を
示すことは周知である。これは、原子構造における隣接
した単位胞の間の間隔が、方向に応じて巽なったものと
なるためである。すなわち、このような物質では、隣接
する原子間の間隔や隣１８する原子を結び付ｔプる結合
がすべての方向に同一であって、等方的槙造を有してい
るにもかがわらず、異方的な構造を呈するのである。異
方的な物質のみが複屈折性を有する。これを光ファイバ
について適゛用してみると、複屈折が生ずることによっ
て、互いに速度が異なった２つの基本的な直交偏光モー
ドが発生する。速度の差すなわち屈折率の差は、複屈折
性の程度の指標となっている。

既に複屈折性を呈している物質においては、応力を付加
することによって、複屈折性の付加的な変化、ないしは
既に存在する複屈折性の変化が生じる。方解石や石英、
トパーズのような特定の結晶は自然状態において複屈折
性を有しており、一方、ダイヤモンドのような結晶は複
屈折性を持っていない。光ファイバは、典型的には自然
状態において複屈折性を有している物質によって形成さ
れる。

複屈折結晶においては、１つの点における永久複屈折性
を、多少卵形に似た三次元楕円体である屈折率楕円体に
よって表現することは周知である。

この楕円体の主軸Ｘ、ＶおよびＺは、主屈折率に比例し
ている。透明な等方的物、質に応力を加えると、一時的
に永久複屈折結晶と同じ光学的性質を有するようなるこ
とが知られている。この応力は、屈折率楕円体の３つの
種々のそれぞれに沿った主成分に対応させることができ
る。さらに、これらの応力成分は、周知の表式によって
、３つの軸のそれぞれに沿った非応力屈折率と応力屈折
率とに数学的に関連づりることが可能である。

したがって、第８図中の応力は第７図中の応力と異なっ
た方向となっているが、それにもかかわらず、進行波に
よって生ずるこれらの応力は、ファイバ上の寸べての点
における屈折率に、時間的変動を伴った変化を引き起こ
す。進行波が存在しないときにファイバが複屈折性を示
す場合には、この付加的な応力によって複屈折性を変化
せしめ、それによって偏光モードの軸をシフトさせるこ
とになる。第８図に示した、弾性的応力が加わったファ
イバは、境界４０，４２．４４および４６によって表わ
される結合位置に類似する゛結合位置”を無限の数だけ
持っているというように考えることができる。ここで用
いる゛結合位置″という用語は、偏光モードがシフトし
、それによって１つの方向に変更した入射光が当該攪乱
点において２つの成分へと分裂するようなファイバ中の
攪乱点を指す。各成分は、これらの偏光モードに対する
２つのシフトした軸に沿って整列している。第８図中の
弾性的応力が加わったフ１イバもまた、弾性波と同じ速
さでファイバ中を進行する圧迫応力の移動点を有してい
るものと見ることができる。

ファイバ中の弾性応力波の伝播速度と周波数とが既知で
あるならば、応力波の波長すなわちピーク９２と９４と
の間隔をめることができる。また、弾性波の波長が入力
光の所定の波長におけるファイバのビート長に合致する
ように弾性波の周波数を調整した場合には、１つの偏光
モードから他の偏光モードへの累積的な結合が、第１図
ないし第３図を参照して上述したような態様で発生する
ことになる。しかしながら、１つの偏光モードで入射す
る光がこれに直交する偏光モードへと結合するだけでな
く、出力光たとえばモード２の光もまた、入力光たとえ
ばモード１の入力光に比べてその周波数がシフトしたも
のとなる。この周波数のシフトは、ファイバ中を進行す
る弾性波の周波数に等しくなっており、これは、ヘデロ
ダイニング効果および光学的ドツプラ°効果によって引
き起こされるものである。それぞれの結合点すなわち結
合場所はミキサないしは２乗変調器として表現すること
ができ、そこでは入力光と弾性波とが掛は合わされ、そ
の和と差の周波数がモード２で出力される。良い具体例
には、弾性波によってそれぞれの結合場所における時間
的に変動する関数に応じて変化するようになるわけであ
るが、この関数をここでは結合関数と呼ぶことにする。

モード１となっている光信号には、この時間倹動する結
合関数が掛は合わされ、その結果としての積の数学的表
現が、モード１の光からの周波数のずれを有するモード
２の光信号となる。異なった周波数を有する２つの正弦
波の積の数学的表現は、先行技術において周知のように
、和と差の周波数のそれぞれに依存する項を含んでいる
。このため、モート２どなっている光は、入力光と変調
（たとえば弾性）信号との和と差に等しい周波数を持っ
た側波帯を含むことになる。これらの２つの側波帯のい
ずれかが、弾性波と光波との相対的な方向に依存して出
現する。

上述したように、第７図のそれぞれの結合点４０．４２
，４４．および４６に対する駆動関数の間には位相に関
する関係が存在するため、ファイバを伝播する外見上の
位相速度を有する外見上の応力波が出現することになる
。数学的には、この応力波に入力光を掛は合わせること
によって生じたこの周波数シフトは、結合点にお（プる
駆動伯月の位相関係によって生ずる外見上の位相速度に
等しい現実の速度でファイバを伝播する現実の応力波に
よって引き起こされるドツプラ周波数シフ１−と同じも
のである。

第８図では、現実の応力波がイｒイＬすることによつ′
（無限に多くのリンプリングポイントすなわら結合点が
ファイバ２４によって形成されるために、波のただ１つ
の周波数のみが、この波によって形成される結合ないし
はリンブリング関数に：適合Ｊることになる。これは、
出力光の周波数が１つの方向のみにシフトされること、
すなわら、単一の側波帯のみが発生することを意味する
。さらに、結合点すなわら結合位置が無数に存在すよう
な結合関数ｔこ適合づることができるのは１つの周波数
のみを有覆る１つの正弦関数のみであるため、骨性周波
数の調波における側波帯は存在しないことになる。サン
プリングポイン１〜寸なわら結合点の数が少ない場合に
は、多くの弾性波周波数が同時にこの結合関数に適合す
ることになろう。これは、所望の周波数シフトの調波に
おりる不要な側波帯が多く発生してしまうことを意味す
る。

Ｊ達した考え方は、第９（ａ）図〜第９（ｄ）図を参照
づると、より完全に理解できるであろう。

この第９（ａ）図〜第９（ｄ）図は、異なった結合関数
とその結果どして生ずる出力光のスペクトルとを示１図
である。第９（ａ）図は、光がそれに沿って伝播づるフ
ァイバの長さ方向つまり縦方向の軸であるＺ軸に沿って
多くのナシプリングポインｌ−１なわち結合点を有する
ような結合関数を示している。それぞれの垂直Ｉ！ｉＩ
は、正弦波の振幅寸なわら高さに比例した石の光エネル
ギが１つのモードから他のモードへと結合するような、
ファイバ上の結合点を示している。＄９　＜８　＞図は
、特定の時刻にＪ５りる結合関数の振幅を示す。若干後
の時刻においては、応力波は破線で示ずようにＺ軸に沿
って進行しており、結合点のづべてにお【ノる結合関数
の振幅が変化している。このため、それぞれの結合エレ
メントすなわち第９（ａ）図のそれぞれの垂直線は正弦
波的に振動覆ることとになり、ファイバに沿った特定の
点において時間的に変動覆る結合関数を表現することに
なるが、この関数を時刻に対してブ１］ツ１〜７Ｊるな
らば正弦波になる。垂直線のそれぞれ（よ、いずれがの
側に隣接する垂直線に対して名士位相がずれた、正弦波
的に変ｉｏする単一の結合関数を承づ。１／、ｒわら、
それぞれの垂直線が、応）〕の正弦波から測って、隣接
する垂直線のそれぞれと５度ｌど【プずれている場合に
は、それぞれの垂直線で表わされた正弦結合関数は、そ
れに隣接する正弦結合関数に対して５度だけ進み、また
は遅れていることになる。

結合点が多数存在するために、任意の時刻における垂直
線のそれぞれの端部によって規定される点に適合するの
は、単一の波長の応力波のみであることが、第９（ａ）
図によってわかる。さらに、これらの線の振幅は正弦波
的に振動し、また、それぞれの結合点は所定の関係によ
って、隣接する結合点と位相が若干具なったものとなっ
ているため、この応力波は動いているように見える。す
なわち、第９（ａ）図は、ファイバ中を伝播する現実の
応力波を有するような状況と、応力波が外見上フッフィ
バ中を伝播する状況とのいずれをも表現していることに
なる。現実の応力波がファイバ中を伝播しているという
状況下では、この垂直線の長さは、それぞれの線におい
て１つのモードから他のモードへと結合した光の量を示
す。また、応力波がファイバ中を外見的に伝播している
という状況下では、垂直線のそれぞれは、それぞれの垂
直線の場所においてファイバに加えられでいる正弦波的
に変動する応力の損を示す。それぞれの場所における応
力を表わす正弦波によって、その中を通って進行する光
の周波数をシフトさきるような外見上の運動応力波が生
ずるが、このシフトは、その周波数でファイバ中を進行
する現実の応力波によって引き起こされるようなシフト
と同じものである。

第９（ｂ）図は、第９（ａ）図に示した結合関数に対づ
る出カスベクトルを示す。第９（ａ）図のすべての点に
「適合」するような周波数を有する正弦波は１種類のみ
であるため、モード２となっている出力光強度スペクト
ルは、モード１の入力光のキャリア周波数と、すべての
点に適合する弾性波すなわち応力波の周波数とを加え合
わせたものに等しくなっているような側波帯周波数の場
所に１つのピークを有するのみである。

第９（Ｃ）図は、結合点すなわちサンプリングポイント
の数が少ない場合の結合関数を示す図である。ここでは
、結合位置が、垂直線１００および１０２によって示さ
れている。第９（ａ）図におけるのと同様に、これらの
線は、ファイバに沿つた結合を示しており、この結合は
、１つのモードから他のモードへと伝達される正弦波的
に変化するパワー量を意味する。結合位置は、正弦波的
に変化する応力点であって、これらは、これらの応力点
が形成している弾性波上においてこれらの間の間隔を表
わす角度に等しいだけの位相差を互いに有している。

これらの点１００および１０２は、第９（ａ）図の結合
関数の結合点よりも大きな間隔を有している。このため
、これらの点１００および１０２で表わされる結合関数
は、異なった周波数と波長とを有する多くの正弦波によ
って満足される。すなわら、基本正弦波とその調波成分
との双方がこれらの点に適合するのである。したがって
、周波数ω、がこれらの２つの点１００．１０２を場合
にはそれらの多数の調波もまた適合することになる。第
９（Ｃ）図に示したような結合関数を有するデバイスの
、出力モード２の光の強度は、第９（ｄ　＞図に示すよ
うに、この結合関数上の点を満足するような調波のすべ
ての位置にピークを有する分布となる。

このため、１つの側波帯のみを有する「クリーン」な側
波帯を必要とするときには、数多くの結合点を設けるこ
とが望ましい。すなわち、第９（Ｃ）固結合点１０４の
ような結合点を多数追加することによって、第９（Ｃ）
図中の外側の側波帯を減少ないしは除去することができ
る。たとえば、調波１０６は、３つの結合点１００，１
０２および１０４のづべてを有する結合関数に適合する
ことはないが、基本周波数である変調信号１０８は、こ
れら３つの結合点に適合する。このため、調波１０６は
、結合点によってモード１からモード２へと結合される
光の用を任意の時刻において制御することができる波形
のうちの１つではなくなってしまう。これによって、七
−１２の出力光から、第９（ｄ）図にピーク１１０で示
すような調波を取り除くことができる。

第７図に戻ると、この図には駆動回路８２がより詳細に
示されている。この駆動回路は、位相関係を保ってブ［
１ツクないしはうね８４および８６を駆動することがで
き、それによって所望の周波数と位相速度とを有する移
動応力波を模擬できるような、既存の機械的または電気
的回路のいずれによって構成してもよい。このため、こ
の駆動回路８２および駆動リンク８８および９０は、上
述したように、既存の機械的カムシャフトであってもよ
い。また、この代わりに、リンク８８および９０に結合
されかつ適当な位相を有する出力を生ずるような既存の
電子信号発生を用いて駆動回路８２を構成し、また駆動
リンク８８および９０を適当な許容バンド幅と所望の変
調周波数とを有する仔息の既存の電気機械的変換器で構
成してもよい。ここで開示する実施例では、うね８４．
８６は、ビート長の半分の奇数倍だけの長さを有してＪ
３す、それぞれが正弦波的に振動する。駆動信号の間に
は９０度の位相差があると想定されているため、これら
のうねの間の間隔は、ビート長の１／４の奇数倍となっ
ている。一般的には、うねの間の距離は、駆動信りの間
の位相差（ラジアン）に、ビート長を２πで除したもの
を掛は合わせたものと等しくづる必要があり、これによ
って単一かつ単方向の外見上の弾性波が放出されること
が保証される。

第１０図を参照すると、この図には光学的な進行弾性波
を利用したファイバ光学周波数変換器の一実施例が示さ
れている。この実施例では、光源１１２が、それぞれが
異なった屈折率を有する少なくとも２つの伝播モードを
持った光フ７・イバ１１４の中へと、光を送出している
。この光ファイバ１１４としては、これらの２つのモー
ドが偏光モードであるような、単一モード高複屈折ファ
イバが好ましい。この好ましい実施例においては、機械
的応力がこれらのモード間の結合を引き起こすように、
フファイバを選択している。単一モードファイバを用い
た場合には、既存の態様で設計した偏光器を通ずことに
よって、光はこれらの偏光モードのうらの１つのモード
で送出される。この偏光器は、１種類の偏光のみをファ
イバ中へど通過させ、カップ１１８に入るときには、フ
ァイバ１１４中の光ｉよづべて１つの偏光モードとなる
。

進行弾性波を伝播させる伯の光ファイバ１２０もまた、
上記カブラ１１８へと与えられている。

このカブラ１１８は、ファイバ１２０中を進行する弾性
波をファイバ１１４へと伝達することができる程度ｋ、
これらのファイバ１１４Ｊ３よび１２０を近接させて維
持させることができるようなものであれば、任意の構造
でよい。またこのカブラ１１８は、エポキシ接合ないし
はクランプ型の装置のようなものを用いることによって
、この２つのファイバ１１４および１２０をともに保持
させるような領域であってもよい。たとえば、石英やプ
ラスチック、金属などの物質からなる２つのブロック上
に、ファイバ１１４および１２０の外径に適合するよう
に切り取って設番ノだ２つの溝であってもよい。この溝
の深さは、接合材やねじ筋が切られた装置などによって
溝の半分ずつが結合されたときに、対応する渦中に存在
するファイバ１１４および１２０が互いにクランプされ
るような深さとしておくことができる。その目的とする
ところは、ファイバ１２０の中の弾性波を、ファイバ１
１４へと伝達させることである。ファイバをこれらの溝
の中で接合させるが、ファイバを鋭く曲げてしまうと放
射損失が生ずることにもなり兼ねないため、ファイバが
押されて鋭く曲げられてしまわないように、これらの溝
の経路ないしは道筋を、緩やかにカーブさせておくこと
が必要であろう。

弾性変換器１１２は、ファイバ１１２に機械的に結合さ
れており、信号発生器１２６に結合された１対の電線１
２４によって、電気的に駆動される。この信号発生器１
２６は、周波数ω、を有づる変調信号を供給する。この
周波数ωいは、ファイバ１２０中を伝播する弾性波の周
波数と位相速度とが結合することによってファイバ１１
４の中にファイバ１１４のビート長だけ隔てられた応力
の「ピーク」と「谷」とが生ずるような周波数範囲に入
っていなければならない。すなわち、弾性波によって生
ずる応力のピークのそれぞれは、ファイバ１１４のビー
ト長にぼぼ等しい距離だけ、ファイバ１１４中で当該ピ
ークの両隣りに隣接寸る応力ピークと隔てられていなけ
ればならない。

偏光器１１６によって通過させられるモードに直交する
ような偏光モードのみを通すように調整した既存の出力
偏光器１２８°を用いて、モード２となっている出力光
以外のすべての出力光をブロックする。モード２となっ
ているこの出力光の周波数は、光源１１２のキャリア周
波数に対して、ファイバ１２０中の変調弾性波の周波数
ω６だ（プ、シフトされることになる。既存の態様で設
計した検出器１３０を用いて、モード２となっている光
を、この光の周波数と同じ周波数を有する電気信号へと
変換することができる。

次に第１１図を参照する。この図には、ファイバ中に進
行弾性波を励起することによってファイバ光学導波路中
を進行する光の周波数をシフトさせるような、他の実施
例が示されている。第１１図において、ファイバ光学導
波路１３２は、弾性波伝送能力を有する弾性媒体材料１
３４の円筒型ブロックの中に埋め込まれ、ないしは収容
されている。弾性波は、媒体１３４の中を、ファイバ光
学導波路を形成する材料中とは異なった速さで進行する
ため、この材料１３４の物理的なサイズは、ファイバよ
りも実質的に大きいことが望ましい。

また、ファイバ中の弾性波の速度は無視″Ｃきるほどで
あることが望ましく、これは弾性媒体の質量をその中に
埋め込んだファイバの質ｍよりもはるかに大きくするこ
とによって達成することができる。この弾性媒体の材料
は、その中を音波が伝播できるようなものであれば、ど
のようなものであってもよい。これは、窒化リチウムや
Ｐ　Ｚ　Ｔ　材料もこの材料の候補であることを意味す
る。ファイバ１３２は、弾性媒体内を通してリソグラフ
的にあけられた穴の中に、適当な粘着性材料を用いて接
着させられており、この粘着性材料は、媒体１３４中の
弾性応力のすべてをファイバ１３２へと伝達させること
ができるような材料である。ファイバとしては、複屈折
単一モードファイバが好ま（〕いが、２以上のモードを
有し、かつ応力下においてはその光学的性質が１つのモ
ードと他のモードとを結合さＶるように変化するような
ファイバであれば、どのようなファイバであってもこの
発明の目的に沿うものとして使用できる。

弾性変換器１３６は、上記弾性媒体の端部に結合されて
いる。この弾性変換器は、ねじれ弾性波が媒体１３４の
中で生じかつこの媒体１３４の中をファイバ１３２の方
向に平行な方向へと伝播していくことができるような位
置および態様で設けられている。弾性媒体中を伝播づる
弾性波には、３つのモードかあ。そのうちの１つは、媒
体が動径方向に、つまり円筒型の断面を有する媒質の半
径方向に伸長・収縮する動径モードである。第２のモー
ドは、弾性波がファイバの方向と同じ長さ方向に媒体中
を伝ｉする縦モードである。このモードでは、媒体を形
成する材料が、第１１図のファイバの長さ方向の軸に平
行な直線に沿って伸長・収縮を行なう。第３のモードは
ねじれモードであって、このねじれモードは第１１図の
ファイバ１３２の長さ方向の軸に対して同心となってい
る円の周囲に沿った、媒体を形成する材料のねじれ振動
によって形成される。この運動を、第１１図中に矢印１
３９および１４１で示づ。

ファイバ１３２の中のモード間に任意の結合を生じさせ
ることができるのは、弾性波の上記ねじれモードのみで
ある。このため、変換器１３６としては、伝播のねじれ
モードを励起できるようなものを選択する。このような
変換器の椛或は、従来技術として周知である。

この変換器のサイズは、ファイバの長さ方向に沿って伝
播するねじれ波のピーク応力領域がビート長だけ隔たる
ような共鳴周波数を有するように定める。またこの変換
器は、ファイバ１３２が媒体１３４に入る点のまわりを
中心にして、ないしは媒体１３４の端面１３８上の多少
異なった場所に位置決めすることができる。好ましくは
、ファイバ１３２が円筒状の媒体１３４の中心を通るよ
うにする。

変換器１３６は、１対の電線１４０上の電気的駆動信号
を機械的振動に変換して、媒体１３４へと与える。この
ようなデバイスとしては、圧電結晶が良いことが知られ
ている。電線１４０には、周波数ω　の変調信号を発生
する信号発生器１４−へ ２の出力が与えられている。ここでもまた第１０図に示
した実施例の場合と同様に、このω、および弾性波１３
３の伝播速度は、弾性波によって生ずる応力のピーク間
距離がビー１〜長にほぼ等しくなるような値である。こ
の第１０図Ｊ３よび第１１図にそれぞれ示した実施例で
は、第１１図中ピーク１３７として示したような応力ピ
ークが、第７図のうね８４および第２図のうね１６の最
初のエツジに対応するものとなっている。同様に、ピー
ク１３７のような応力ピークは、ファイバ１３２へと伝
送されたときに、ファイバ２４中の応力領域と非応力領
域との間の境界４０および４４に対応するものとなって
いる。

第１２図を参照すると、この図には移動表面波を用いた
ファイバ光学周波数シフタの他の実施例が示されている
。この実施例においては、ファイバ１４４は、下側の材
料ブロック１４８を光学的に磨いて形成した平坦な表面
１４６の上に設けられている。光学的に平坦な、磨かれ
た表面１５２を有する上側ブロック１５０に【よ、既存
の表面弾性波変換器１５４が取付けられている。この変
換器は、周波数ω、の変調信号を供給する変調信号発生
器（図示せず）に接続されている。この変換器１５４は
弾性波を発生し、その弾性波は表面１５２を伝播して、
上側ブロック１５０の端部上に設けられた粘土質のよう
な吸収材料１５３によって吸収される。この吸収材料は
、反射波によって進行波が定在波に変わってしまうこと
防止する目的で設りられている゛。この表面弾性波は、
第１２図において表面１５２にさざ波を生じさＩるもの
として描かれている。このさざ波は、ファイバ１４４の
ビート長にほぼ等しいピーク間波長を有している。表面
１４６は平坦であり、また表面１５２は進行弾性波によ
ってうねっているため、ファイバ１４４は周期的な応力
波によって、これらの２つの表面の間で周期的に圧迫さ
れる。この応力波は、周波数ω　および表面波の伝播速
度によって決定される周期性を有しつつ、ファイバを伝
播する。この移動周期的応力波が存在するために、第１
図ないし第３図を参照して既に説明した態様での、偏光
モード間のパワー伝送が生ずる。

ファイバに沿って現実または外見上の動きが生ずると、
ドツプラ効果ないしはへテロダイニング効果が発生する
。この移動応力を第１３図に示す。

ファイバ１５６は２つの伝播モードを有しており、その
それぞれが異なった屈折率を持っている。また、このフ
ァイバはビート長りを有する。ファイバ中の領ｉｆ！１
５７〜１５９は、１つのモードから他のモードへのパワ
ーの結合を生じさＩるような、ファイバにおける光学的
性質の比較的急激な変化が生じている場所を示している
。結合領域１５７〜１５９のそれぞれにおいては、モー
ド１のパワーの一〜部分がモード２へと結合する。結合
位置１５７〜１５９における応力は、第１０図〜第１２
図の現実の弾性波の場合のように、ファイバに沿って現
実に動いていてもよく、また、第７図のうね８４および
８６が同位相で互いに駆動されて見かけ上すなわら外見
上の弾性波を生ずるときのように、外見上動いていても
よい。結合位置１５７〜１５９の幅は、ビーＩ−長より
も短いものでなければならず、また、次の式で表わされ
るように、光学的性質のシフトが適当の急峻性を有して
いなければならない。

見−＝＜　Ｌ／４Ｎ　（１０） ここで、見は結合領域１５７〜１５９のそレソレにおけ
る幅であり、しはビート長であり、そしてＮは結合位置
の数である。第７図および第３図では、この見はうね１
６．８４および８６エツジ下に存在する遷移境界領域４
０．４２．４４および４６の幅を示す。このような結合
位置において、モード１のパワーの一部分がパワー２へ
と結合するということを、それぞれの結合領域１５７〜
１５９のそれぞれにおいて、モード１からモード２へと
進む破線で示しである。

ファイバ光学周波数シックの他の実施例を第１４図に示
す。複屈折単一モードファイバないしは単結晶ファイバ
１６０は、金属型１ｉ１６１によって取り囲まれており
、その金属型８ｉ１６１それ自身は、収縮性圧電ジャケ
ット材料１６２によって取り囲まれている。金属電極１
６１は、既存のスパッタリング技術用いて、ファイバ上
に形成させることができる。このファイバと金属電極と
は、ＰＺＴや硬化ＰＶＦ２のよう゛な圧電材料の円筒の
半分ずつに、その長さ方向の中心線に沿った溝を切削に
よって形成し、粘着性物質を用いるなどの適当な方法に
よってこの溝の中にファイバを取付ｔプることによって
設けることができる。そして、円筒のこの半分ずつは、
それらの間にファイバ光学導波路１６０を入れた状態で
、組み合わされている。この代わりに、ファイバと金属
電極とを、ＰＶＦ２の融液を通じて引き出してもよい。

そして、金属ｍ極１６３〜１６６を既知の方法のいずれ
かによって、圧電ジャケット１６２の上に形成ないしは
取付けるｃｆｆｉ極１６３〜１６６は、好ましくは、熱
フィラメントまたは電子照射蒸発装置中における貞空Ｍ
肴のような、既知の集積回路製造技術を用いて、圧電ジ
ャケット１６２の上に形成する。このようなプロセスは
、先行技術において周知である。電極を形成するにあた
っては、フォトレジストおよびエツチング技術を用いる
ことができる。

周知のように、圧電材料に電界を加えると、応力の発生
、すなわちそれらの寸法を変えようとし、または現実に
変えることによる力の発生が起こる。

この圧電材料の変形は電界に正比例して１３す、電界の
符号が反転すると、変形の方向も反転づる。

圧電材料として基本的なものは水晶、Ｐ　Ｚ　’Ｔ’お
よびロッシェル塩であるが、チタン酸バリウムや、ＰＶ
Ｆ２のような成る種のプラスチックが多用されつつある
。

電極１６３〜１６６は圧電ジャケット１６２の表面に直
接設けることもでき、また、石英部材の外側に近接する
ように設けることもできる。これらの電極は、偏光モー
ドの軸の方向をかなり変化さぼる程度の十分な応力をフ
ァイバ１６０に５えるような十分な電界を圧電ジャケッ
ト１６２に生じさせるほどに、主方向に広い範囲に形成
させる必要がある。電極１６３〜１６６を、縦方向にπ
／２（すなわち、ビート長の１／２）またはその奇数倍
の間隔を持たせて配置することによって、モード間に十
分なパワーの伝送を生せしめることを保証してやる必要
がある。可能な限りの多くの結合点が１つのビート長に
適合するようにそれらを配Ｉｎることが好ましい。たと
えば、第１４図ではπ／４だけ隔てられた配置されてお
り、それぞれのビート長内に、結合機能を果たす３つの
結合点が存在している。また、このアセンブリの全体を
真空容器内に入れて、圧Ｉｆ［回路ＪのＱを改善し、軽
年ドリフトを軽減させることもできる。

より大きなパワーを取扱える容量が必要とされる際には
、この圧電材料を、窒素やヘリウムなどの不活性ガス中
で取り囲んでおくこともできる。

変調信号発生器１６８は、位相が調整された２つの出力
を心しており、用途に応じて予め定められた位相差だけ
ずらされた駆動信号を与える。電極の対１６３／１６４
と対１６５／１６６との間に１／４の間隔がある場合に
は、ライン１６９に与えられる第１の出力と、第２の出
力ライン１７１上の信号との間の位相差は、好ましくは
９０度すなわらπ／２ラジアンである。ｆｆｆ極の間隔
としては他の間隔を採用することもできるが、その場合
には、駆動信号間の位相差を、好ましくは間隔に２πを
掛は合わせたものをビート長で除した値となるように調
整する。そうすれば、弾性波の波長がファイバのビート
長に等しくなる。出力ライン１６９は、電極の対１６３
／１６４に結合されている。一方、出力ライン１７１は
、電極の対１６５／１６６に結合されている。接地ライ
ン１７３は、中間電極１６１に接続されている。

圧電ジャケットの双極子は、動径方向に配向している。

ＰＶＦ２ジャケット１６２の場合には、電極１６３〜１
６６と中心電極１６１との間に高電圧を印加するといっ
た既知の技術を用いることによって、凝固後に双極子の
方向を揃えることができる。第１４図の実施例において
は、電極１６３と１６４との間に電界を印加することに
よって電極間に存在する圧電材料が変形し、それによっ
てファイバ１６０を動径方向に圧迫するように、圧電ジ
ャケット１６２を切削または配向さＵている。この変形
は、電極１６３および１６４のそれぞれの外側端部の間
の領域において、ファイバ１６０を圧迫するようなもの
である。これはまた、電極１６５および１６６におい“
ても同様である。

その結果、第３図のうね１６によって生じる領域と同様
のファイバ中に応力領域と非応力領域とが生ずる。電極
の対１６３／１６４と１６５／１６６とがビート長の半
分の奇数倍の長さを有し、かつビート長の半分だけ隔て
られている場合には、これらの電極の対が、正弦および
余弦関数すなわち互いに９０度だけ位相がずれた状態で
それぞれ駆動されたときに、進行弾性波が励起されるこ
とになる。これは、ファイバ１６０中の応力領域が、変
調信号発生器１６８からの駆動正弦波の周波数ω、によ
って規定された位相速度で、現実にまたは外見上左から
右へと動いていくことを意味する。

すなわち、ファイバ１６０の領域１７０における応力の
大きさは周波数ω１によって正弦波的に変動し、使方フ
ァイバ１６０の領域１７２にお１プる応力もやはり周波
数ω２で正弦波的に変動することになる。しかしながら
、応力を生じさせるこの２つの駆動正弦波は互いに９０
度だけ位相がずれており、これによってファイバ中の応
力は左から右へと動いていくように見えるのである。

この動きを第１５図に示す。このうち、第１５（ａ　）
図は、峰を有するブロックのうね、ないしは圧電材料の
ジャケットまたは圧電ブロックのような、応力部材によ
って応力が加えられたファイバの部分１８６．１８８を
描いた図である。左側の応力部分すなわち領域はｓｉｎ
　（ω１）で駆動され、一方布側の応力部分はＣＯＳ　
（ω、）で駆動される。第１５（ｂ）図は、正弦波が最
大値をとり、余弦波がゼロである【、においで、ファイ
バのこの２つの応力部分に働く応力を示す。応力部分の
エツジにおける垂直破線は、第７図の領域４０゜４２．
４４および４６に対応する境界領域である。

第１５（ａ）図のベクトル１７５および１７７は、ファ
イバの応力領域および非応力領域の間の境界領域で生ず
る結合を表わしている。ベクトル１７３の長さは、ファ
イバ中のモード間において結合したパワーの量を示して
おり、またベク（〜ルの方向は、複屈折軸のシフト方向
、すなわら直交する偏光モードの配向の変化の方向を示
している。ベクトル１７５は、第３図において複屈折軸
がＸおよびＹからＸ−およびＹ−へとシフトする境界４
０に示した分解によって、モード１からモード２へと結
合するパワ一部分を表わず。ベクトル１７７は、第３（
ａ）図中の境界４２と同様の境界すなわち結合領域にお
いてモード１からモード２へと結合する同しパワ一部分
を表わし、これは第３（ｄ　）図のベクトル５０がＸ−
およびＹ−軸からＸおよびＹ軸へと戻って分解されるこ
とによって生ずるものである。ここで第３図を参照して
みると、境界４２が境界４０からビート長のＹ分だけ隔
てられているために、結合場所４０および４２において
、モード１からモード２へのパワーの結合ＪなわちＸ偏
光からＹ偏光への変化を生ぜしめることを想起されたい
。境界４０．４２の双方におけるこのような結合は、境
界４０および４２の間のビート長の１′分の距離を進行
する間に２つのモードの光が１８０度の位相差を有する
ことになり、また境界４０および４２にお【プる偏光モ
ード軸の配向が互いに反対方向にシフトしていることに
よって引き起こされる。

第１５（ｂ）図の、１７４および１７６は、時刻ｔ１に
おいては余弦関数がゼロの値をとるために、これらの場
所における結合は存在せず、したがってファイバには応
力が加わっていないことを表わしている。

第１５（Ｃ）図は、時刻Ｉ２、すなわち正弦関数である
駆動関数がゼロであり、かつ余弦関数である駆動関数が
最大値をとるような時刻にお１プる状況を表わしている
。点１７８および１８０は、これらの点においては、フ
ァイバ上における結合が存在しないことを示す。同様に
、ベクトル１８２および１８４は、余弦関数によってフ
ァイバに応力が加わる結果として、これらの場所で生ず
る結合を示す。第１５（ｂ）図および第１５（ｃ）図に
よって、結合領域が外見上んから右へと動いていること
がわかる。

第１５（ｄ）図は、正弦関数が最小値（すなわち負の最
大１直）となってＬ１３す、かつ余弦関数がゼロとなっ
ている時刻ｔ０における状況を示す。

第１５（ａ＞図から、応力領域１８６および１８８は正
弦波的に振動する応力レベルを有し、またこれらの正弦
波は互いに９０度だ【）位相がずれていることがわかる
。さらに境界領域１９０および１９２は、位相差にして
９０度だ【ブ隔てられており、この位相差は境界１９０
と１９２との間を進行している間にモード１で進行する
光とモード２で進行する光との間に生ずるものである。

このため、弾性波が左から右へと動いており、右から左
へ動く波は存在しないように見える。したがって、駆動
信号と応力領域相互の間隔との位相関係を適合させるこ
とによって、外見、Ｆ動いている応力によって生ずる側
波帯がキャンセルされ、このデバイスが中側波帯周波数
シックとなる。

第１６図を参照すると、この図にはくし形電極くインタ
ーディジタル電極）と圧電材料とを用いたファイバ光学
周波数シフタの切欠き平面図が表わされており、圧電材
料はくし形電極を露出させて示すために取り除いて描い
である。また第１７図は、第１６図の切断線１７−１７
から観察したこのファイバ光学周波数シフタの全体の断
面図を示す。

第１６図においてくし形電極１９４および１９６は、互
いに隔てられたフィンガ（指状突起）１９７〜２００お
よび２０１〜２０４をそれぞれ有している。この指状突
起１９７〜２００のそれぞれは、ファイバ光学導波路２
０５のご−１〜長りの半分の奇数倍に等しい幅を有して
いる。好ましくはこの導波路２０５は単一モード高複屈
折ファイバであるが、多重モードや単結晶異方性ファイ
バであってもよい。

例として、対１９７／２０１．１９８／２０２゜１９９
／２０３および２００／２０４のような指状突起の対を
それぞれ格成する２つの指状突起が、図示のようにビー
ト長の１／４だ【プの間隔を有して配置されているもの
と考える。但し、以下に述べるように他の間隔であって
も差し支えない。対の数は、所望のバンド幅と所望のパ
ワー伝達最大石とに応じて決定する。バンド幅は、対の
数が多くなるに従って狭くなるとともに、波長が短くな
るに従って広くなるという性質を有する。指状突起の対
のうら互いに隣接する対の間の間隔は、たとえば、ビー
ト長の３／４とすることができる。

第１７図を参照すると、駆動信号指状電極１９７〜２０
４は、圧電材料２０６の下側２０７に接して、またはこ
れの近（に取（＝Ｉけられている。接地電極２０８は、
圧電材料２０６の反対側２０９に接して、またはこれの
近くに取付けられている。

指状電極１９７〜２００は、第１６図の変調信号発生器
２１０に接続しておくことができるが、この変調信号発
生器２１０は、第１７図中、電１１２１２によって抽象
的に示しである。この電１２１２は、第１７図において
、圧電結晶２０６の中を貫通しているように示しである
が、これはあくまで図示の便宜上であって、現実の状態
を示したものではない。またこのような事情は電線３１
３においても存在しており、この電１１１３１３は指状
電極１９７〜２０　Ｏｆに与えられる信号に対して９０
度だけ位相がずれた信号となっている変調信号発生器２
１０の他の出力と、指状電極２０１〜２０４との接続を
表わしている。また、電極２０８は、信号発生器２１０
の接地端子に接続しておくためのものである。

ファイバ２０５は、指状電極１９７〜２０４と、支持ブ
ロック２１８の光学的に平坦な表面２１６との間に配置
されている。この指状型１１ｉ１９７〜２０４は、第２
図のうね１６と同様の寸法と剛度を有している必要があ
る。指状電極１９７〜２０４によってファイバが破壊さ
れるという危険性を低減するためには、軟質の金属を用
いることが望ましい。

第１６図および第１７図に示したデバイスの動作は、指
状電極１９７＝２０４と接地電極２０８との間に電界を
印加したときに生ずる圧電材料２０６の形状変化によっ
て生ずる。電極１９４は正弦関数的に駆動され、また電
８ｉ１９６は余弦関数的に駆動される。バンド幅を狭く
し、また側波帯を減少させるためには可能な限り多くの
サンプリングポイントを１つのビート長の中に設けるこ
とが望ましいことと、電極はビー１−長の半分の奇数倍
だけの幅を有していることとの理由によって、それぞれ
の対における第２の指状電極を、当該対の使方の電極に
向かって移動さＩている。これによって１つのビート長
の中に３個の結合点が存在し、形成されるべき弾性波に
３個の結合点が存在することになる。第３の点は、第９
（ｃ）図に関連して既述したように、この点が存在しな
（プれば２つの他の点と適合してしまうような弾性波の
多くの高調波を除去することになる。

いくつかの用途においては、第１５（ｂ）図の境界１９
０および１９２のようにファイバ２０’５の中で９０度
だけ物理的に離れた波−トの応力境界を伴いつつ左から
右へと進行する弾性波をモデルとして採用することが望
ましいために、２つの駆動点は、電極の対における電極
間のπ／４の間隔において、９０度だけ位相がずれた状
態で駆動される必要がある。それぞれの対におけるＷ１
極間隔と、それらに印加される駆動信号の相対的な位相
とによって、弾性波が表面２０７上で現実に生ずるかど
うかが決まることになる。駆動信号間の相対的な位相と
周波数とが電極の物理的間隔に適合する場合には、共鳴
状態となって、第１７図中に現実の弾性波が励起され、
この波が表面２０７トを１つの方向のみに進行すること
になる。このような共鳴は、次式の周波数において生ず
る。

ｆＹ＝Ｖａ／λａ　（１１） ここで、ｆｌ　は駆動信号の共鳴周波数であり、Ｖａは
媒体（たとえばＰＺＴ材料２０６）中における弾性波の
速度であり、そしてλａは弾性波の波長であって、これ
は（８）式のビート長１つ分に等しい。

駆動信号の周波数が物理的な間隔と表面波の伝播速度に
よって決定される共鳴周波数に一致していない場合には
、電１ｉ１９７〜２０４によって現実の表面弾性波を励
起させることはできないことになる。このような場合に
は、電１ｉ１９７〜２０４がファイバ２１８上で圧迫さ
れて上■し、それによって弾性波がファイバ中を現実に
進行していると仮定した場合に生ずるであろうファイバ
中の応力を消し去ってしまう。このため、実際上は、当
該サンプリングポイントに適合する周波数を有する多く
の異なった周波数の弾性波を形成させるようなサンプリ
ングポイントを設りることになる。

このような考え方は、第９（ａ）図〜第９（ｄ）図を参
照して記述した考え方と同じものである。

したがって、出力側波帯は、サンプリングポイントに適
合し、かつ異なった周波数を有する弾性波の数に依存す
る。これは、第１５（ｂ）図〜第１５（ｄ）図を参照す
ると視覚的にとらえることができる。

ところで上述したように、駆動信号間にたとえば９０瓜
の位相差を設け、電極の対の間にπ／４だけの間隔を設
りるということは、決定的な事項ではない。たとえば、
電極の間の物理的間隔として他の多くの間隔を採用した
場合においても、応力領域を生じさせる電極やうねが、
発生されるべき弾性波の同相の部分の物理的間隔に対応
する堡だけ互いに位相がずれた関数によって駆動される
限り、同様の動作を生ずるのである。駆動周波数が（１
１）式によって決定される共鳴周波数に維持されている
ときには、上述した共鳴基準は、以下の２つの場合のい
ずれによっても満足される。

第１に、間隔を任意量だけ変化させ、駆動信号の位相を
この間隔に対応するように（９）式に従って調整づれば
、共鳴は維持される。第２に、駆動信号の位相が不変で
あっても、共鳴を維持したままで、ビート長の増加量の
全体にわたって間隔を増加させることができる。すなわ
ち、駆動関数の位相差が電極間隔に位相的に適合してお
り、かつ駆動関数の周波数が共鳴周波数１４　となって
いる限り、すべての間隔において弾性波を生じさせるこ
とができる。このため、間隔としてπ／３すなわら、弾
性波上の１２０度を選択した場合には、それぞれのビー
ト長内に存在する電極またはうねの対に対する駆動関数
は、互いに１２０度だけ位相をずらせておく必要がある
。

電極またはうねの間隔を駆動関数の間の位相差に適合さ
せることによって、側波帯のうちの１つを除去すること
ができるという効果がある。すなわち、電極間の間隔が
それらの駆動信号の位相差に合致しないときには、後方
向に進行する波と前方向に進行する波とのそれぞれが、
サンプリングポイントに適合してしまう。これらの波の
うちの１つのみが所望のものであって、他方をキャンセ
ルし、それによってシフトされたキャリア周波数を有す
る光の１つの単側波帯のみがモード２から出てくるよう
にする必要がある。もし上記他の弾性波がキャンセルさ
れない場合には、上側波帯と下側波帯との双方が発生し
てしまうことになる。

間隔との関係において駆動関数の位相を適当なものとす
れば、このような波のうちの１つをキャンセルすること
ができる。

圧電材料２０６は、圧電結晶の極がその圧電結晶の所望
の動きの方向に平行となるように切り出されている。第
１６図および第１７図のデバイスにおいては、圧電材料
の伸長・収縮方向が正面２１６に向かう方向およびこれ
から離れる方向として考えられており、それによって指
状電極の対は、駆動信号に応じてファイバ２０５を圧迫
して上下させるようになっている 各電極の対の最初のエツジと次の電極の対の最初のエツ
ジとの間の間隔２Ｌは、電極の対から成る次の周期構造
が、２つのモードの光が再び同相となるようなビート長
ごとのファイバ上の点から開始するように選択する。

圧電媒体２０６の伸長と収縮は、電界が存在する場所に
おいてのみ発生する。このため、一般的に歪みが生ずる
のは電極の下においてのみであり、それは接地電極と電
極１９７〜２０４との間のみにおいて電界が存在するこ
とに起因している。この歪みは、電界の大きさに比例す
る。したがって、それぞれの電極の下のファイバセグメ
ント上に加わる力の大きさは、それぞれの電極に印加さ
れる変調信号の大きさにより、正弦波的に変化すること
になる。

圧電平板２０６は、その厚さＴが、■の延びる方向にお
いて圧電材料中に弾性共鳴が生ずるような値となるよう
に、切り出される必要がある。それは、■が近似的に変
調周波数ω　に対応するからである。これによって、周
波数シフト効果の効率が高まってくる。一方ファイバの
伝播方向における共鳴が生ずることは望ましいものでは
ない。

それは、これによってファイバに沿った滑りが電極１９
７〜２０４に生ずるからである。

第１８図は、周波数をシフトさせるように機能する第１
６図の電極構造の多くの変形例のうちの他のものを示す
。この実施例では、第２の電極２２２と第３の電極２２
４のすべては左側にシフトされており、−力筒１の電極
２２０と第４の電極２２６とは、そのそれぞれの最初の
エツジ２２８および２３０がそれぞれ第１の第４のビー
ト長の開始点に位置するように配置されている。そこで
、電極２２０．２２２および２２４は、１２ｏ０だ【プ
位相がずれた駆動を受け、電極２２４と２２６とは、３
Ｌ−（３／２−Ｌ＋２／３−Ｌ）＝０゜８３Ｌすなわら
３００度だけの位相差で駆動される。この電極の再配列
のプロセスは変形することが可能であって、電極配列と
して可能な非常に多（の配列を利用することができる。

これらを駆動するために適切な位相を持たせた変調信号
を使用する限り、この発明のすべては、同一の最終効果
を奏する。しかしながら、いくつかの配列は、他のもの
よりも優れたものとなろう。モード間のパワー伝達が１
００％であり、かつ高調波を持たない単一の側波帯のみ
を有する理想的なデバイスと、変調信号の周波数に厳密
に合致する周波数シフトとが存在する場合には、ビート
長あたりの結合点の数を最大化し、複屈折軸における適
切なシフトを生ぜしめる十分な大きさの力を与えるよう
な配列が最も良く機能する。

第１６図および第１７図に示す構造によって弾性波を送
出するような共鳴の場合を、第１９図に示す。電極形状
や配置は第１６図および第１７図に示したようになって
おり、これを用いて、弾性波変調信号の周波数を電極の
間隔と弾性波の伝播速度とによって決定される共鳴周波
数に適合さぼることによって、圧電材料２０６中に表面
弾性波を励起する。第１の電ｆｆ１１９７は、好ましく
はビート長に等しい波長を有する表面弾性波を送出する
。これは、表面波の伝播速度をビート長で除したものに
等しい変調周波数によって、電極１９７を駆動すること
によって達成される。

表面弾性波の方向性は、選択されなかった方向に進行す
る波が互いに打ち消し合うように、互いに隣接する電極
の駆動信号の間の位相を適切に設定Ｊ−ることによって
達成される。第１９図は、その上に正弦波駆動電極２３
２を設【ノた圧電平板２３０を示しており、この電極２
３２は、Ｌ／２だけの幅を有しているとともに、同じく
Ｌ／２だけの幅を有している余弦駆動電極２３４からＬ
／４だけ離れた位置に設けられている。第１９図（ｂ）
は、正弦波駆動電極２３２によってＰＺＴブロック２３
０の表面上に発生し、かつ時刻【、に場所２３５から出
発して両方向へと伝播する表面弾性波（ＳＡＷ）を示す
。また、第１９図（Ｃ）は、余弦波駆動電極２３４によ
って発生し、かつ時刻ｔ、に場所２３６から出発して両
方向へと進行するＳＡＷを示す。

これらの図から、場所２３６の！Ｌ側のサベでの点にお
いて、正弦波２３７のピークが、時間的にも空間的にも
余弦波２３９の谷と一致していることがわかる。また、
場所２３６の左側においては、正弦波２３７の谷が、余
弦波２３９のピークと一致している。このため、場所２
３６の左側では、ＳＡＷの打ち消し合いが起こる。しか
しながら、点２３６の右側においては、双方の波２３７
および２３９のピークが互いに一致するとともに、その
谷も互いに一致し、これらの波は強め合うことになる。

したがって、ＰＺＴ表面２０７上の表面波のピークによ
って、電極ないしはＰＺＴ表面それ自身が、点２３６の
右側の各点において、ファイバに力を及ぼす。

次に第２０図を参照すると、この図には、第１１図の実
施例中に存在するねじれモード弾性波を励起するための
変換器が示されている。この変換器は、厚さＴｐを有す
る窒化リチウムのブロック２４０であり、この厚さＴＰ
によって、結晶の共鳴周波数が決定される。また、変調
周波数ω−は、ビート長によって定まる。このため、Ｔ
Ｐは、ω７において共鳴が生ずるように選択する。２つ
の金属電極２４２および２４４は、変調駆動信号をこれ
らの電極の間に印加することができるように、ブロック
２４０の表面上に配置されている。この振動電界のパタ
ーンと圧電結晶２４０の切口とは、矢印２４６，２４８
．２５０および２５２によって示すような、時間的に変
動するねじれ応力が誘起されるように選択する。これら
のねじれ振動は、ブロック２４０を媒体１３４に向けて
締め付けることによって、弾性媒体１３４の材料に結合
する。

第２０図の変換器もまた、第１０図のファイバ１２０に
取付けられて、カプラ１１８へと伝播するねじれ弾性波
を発生し、そのねじれ弾性波を光搬送ファイバ１１４へ
と変換する。

ここで説明した周波数シックを用いたシステムにおいて
は、典型的には、光をファイバの１つのモードのみに結
合さＶるように、光源がファイバに結合されている。複
屈折ファイバにおいては、１つの偏光を除いた他のすべ
ての光をブロックして除外し、その後、当該１つの偏光
を偏光モードのうちの１つへと結合させることによって
、上記結合が行なわれている。このような技術は、当業
賃に周知となっている。そして、結合されかつ周波数シ
フトを受けた光は、第２のモードから外へと出る。ここ
では、周波数がシフトした光を有するモード以外の任意
のモードで、ここで述べた周波数シフタを出るすべての
光を浦波して遮ることが望ましい。先行技術において既
に知られているように、２つのモードを有するファイバ
を用いた場合には、これは、これらのモードのうちの１
つのモードが曲がりを通り過ぎて伝播できないほどにフ
ァイバを十分に曲げるようなモードストリッパを用いて
実現することができる。

ここで述べた周波数シックとして、非複屈折ファイバを
用いることもできる。これらの実施例では、ファイバが
２つのモードを保持できるような周波数のキャリア光に
よって動作される申−モードファイバを用いている。第
２１図を参照すると、２モード領域で動作さＶた場合に
おける単一モードファイバの偶モードおよび奇モードの
空間分布がこの図に示されている。このうち第２１図（
ａ）はコア部分の中心に関して対称的な、ベル型強度分
布曲線を有する偶モードを示す。また、第２１図（ｂ）
は、コア部分の中心の両側で反対向きの偏光ピークを有
し、その中間ではゼロ強度を有する奇モードを示す。第
２１図（Ｃ）覧よ、偶モードから出てくる光ビームの形
状を示し、−力筒２１図（ｄ）＄１、奇モードから出て
くるビームの形状を示す。また第２１図（ｅ）は、この
２つのモードのビームを組合わせたときに生ずるビーム
の形状を示す。

第２２図を参照すると、そこには２モードフアイバの偶
モードと奇モード間の結合が、０力）にして応力領域を
生じさせるかを描いた図面が示されている。幅Ｌ／２を
持つうね２５４　Ｇｔ、フッイノ＼を少し変形させ、か
つ位置２５６でコアのファイバ中心線を揃えながら、分
配された応力をファイバの領域２６６を越えて作用させ
る。位置２５６の左側の地点では、ファイバの中心線に
対し半径方向に対称であり、したがってファイバの一部
分において偶モードと奇モード間で結合されたどのよう
な光も、ファイバの反対側で反対極性に結合された光に
よって打ち消される。すなわち、領域２５６と２６０上
の偶モードと奇モード間で結合せされた光は、領域２６
２と２６４上の偶モードと奇モード間で結合された光に
よって、釣り合もＸがとれかつ打ち消されるであろう。

言い換えれば、２つの関数がお互いに掛は合わされ、か
つその積がコア領域にわたって集積されたとき、非応力
領域における総結合パワーは、半径方向に対称であるた
めにゼロとなる。

応力領域２６６においては、その位置は第２２図、第２
３図に示されているように、位置２５６での摂動の右側
にある。第２３図は、偶モード非応力パワー分布の応力
領域における偶モードおよび奇モードの２成分への分解
の機構を描いている。

非応力領域２６８での奇モードは、もしうね２５４が光
が遭遇した最初の応力領域としたならば、光成分がない
状態の図面として単に示されるにすぎない。境界２５６
での転位は、応力領域におけるモードの中央点を左ヘシ
フトさせる効果を持つ。

応力領域奇モードは曲線２７２により示され、応力領域
偶モードは曲線２７４により示される。

境界２５６において、エネルギと偏光は、マクスウェル
の方程式により保存されねばならない。

それゆえに、境界２５６の左側への非応力偶モード２７
６内に放たれたパワーのすべてが、他方の応力が加えら
れた側の境界くすなわち応力偶モードおよび奇モード）
上に再び現われねばならず、それによってすべてのパワ
ーが放射ロスを生じることなく同じ量だけ保存される。

さらに、境界２５６の両側の偏光ベクトルは同一でなけ
ればならない。しかしながら、ファイバは応力領域２６
６において半径方向にもはや対称でないため、非応力偶
モード２７６から応力奇モード２７２へのいくらかのパ
ワー伝達または結合が存在して、上述の状態を満足しな
ｔノればならない。こうして、応力領域２６６において
は、偶モード２７４と奇モード２７２の両方の光学パワ
ーが存在することになる。２つのモード間の結合は、マ
クスウェルの方程式に従い、電界ベクトルの重なりの関
数として示される。境界２５６の両側の２つの偶モード
２７６と２７４は、完全には重なり合わないため、２つ
の偶モード間の不完全な結合が生じる。非結合エネルギ
は、エネルギ保存の法則によりどこかに行かねばならな
い。偶関数２７６と、応力領域偶および奇関数２７４お
よび２７２とのそれぞれの積をとり、かつコア表面にわ
たって積分することにより、残りの大部分のエネルギが
応力領域奇モード内へ結合され、境界を横切るエネルギ
を保存しかつ両側で電界ベクトルを保存しなければなら
ないということがわかる。そのような結合がなされる間
、いくらかのエネルギが放射エネルギとして失われるか
もしれない。そのとき、光は半ビート長の間、奇および
偶モードの両方において、奇および偶モードに対するそ
れぞれの速度で応力領域２６６を伝播する。

応力領域と非応力領域の間に位置する境界２７８に到達
すると、中心線が半径方向に対称な位置まで戻り、かつ
より多くのパワーが再び境界条件を満足するよう、奇モ
ードへと伝達される。周波数のシフトは、うね２５４の
ような他のうねを付加することにより、かつそれらを上
述したように配置して、それらを上述したように位相制
御された個々の駆動信号で駆動することにより、成し遂
げられる。

第２４図は、圧電被覆ファイバに使用されている周波数
シックの実施例の断面図を示す。第２４図の実施例は、
単結晶の単一モードファイバあるいは複合モードファイ
バとし使用されていることを除いて、第１４図の実施例
と同様である。ファイバコア２８０は、クラッド２８２
により取り囲まれている。このファイバクラッドは、通
常の電着スパッタリング技術により形成される金属層２
８４で覆われている。次に、ファイバを覆う金属は、Ｐ
ＶＦ２ジャケット２８６を形成１ＰＶＦ２のような溶融
した圧電物質中に通される。ジャケット２８６の双極子
は、公知の技術を用いて、放射方向に延びる矢印で示さ
れるように、放射線状に配列される。２つの電極２８８
と２９０は、よく知られたスパッタリングとエツチング
技術、あるいは他の適当な技術を用いて、ジャケット２
８６上に形成される。Ｉｔ！ｉ　２８８と２９０は、金
属層２８４に関する正弦波状変調信号で駆動されて、コ
アとクラッドを圧搾する。駆動信号は、ファイバを非対
称変形させてファイバの中心線をシフトさせるように、
等しい大きさでなければならない。

電極構造２８８と２９９は、第１４図において前述した
ように同期的でなければならず、かつ各対に対する変調
信号は、前述のように進行弾性波を擬似あるいは放出す
るように、適当な位相に調整されねばならない。好まし
くは、ジャケット２８６の圧電材料は、それぞれの境界
でのファイバの光学特性において、意味あるシフトが生
じるように、ファイバ上に十分な応力を加えることがで
きてかつ十分、に硬い材質のものが使用されるであろう
。

第２５図は、第２４図の実施例の変形例を示す。

中空コアを有するＰ　Ｚ　Ｔ円筒２９０が形成されてい
る。ＰＺＴは、ＰＺＴの極を放射状に配置した切口を持
つ。中空コアには、ファイバ材質と同等かそれ以上の硬
さを持つエポキシのような材料が満たされている。次に
、電極２９４〜２９６のような電極の周期的な構造が、
前述のような寸法と位置を有しながら、ＰＺＴ円筒の外
側に形成される。これらの電極は、ＰＺＴをして、ファ
イバの中心線あるいは複屈折の軸がシフトするように、
ちょうど電極の下側の領域で、複屈折ファイバを圧搾さ
せる。この実施例は、ファイバそれ自身とほとんど同じ
ぐらいのグレインサイズを持ったＰＺＴの使用を認めて
いる。このグレインサイズは、不均一の応力を生じ）せ
るために、ＰＺＴを第２４図の実施例として使用するの
に不適当にする。

ファイバは電極２９４〜２９６の場所を提供するため金
属で被覆されるか、もしくは、ＰＺＴ円筒の内部に金属
裏貼りを有しなければならない。

第２６図を参照すると、そこにはファイバ光学周波数シ
フタとして、一般的に好ましい実施例が示されている。

この実施例は、異なる屈折率を持った２つの異なる導波
路２９８と３００を含む。

これらの２つの導波路２９８．３００Ｇ；！、２つのそ
れぞれの光学通路を提供するような任意の構成を含むで
あろう。たとえば、れらの導波路は、異なった屈折率を
持つ２つの分離された単一モードファイバを含み、ある
いは通常の単一ファイバ内に２つの直交複屈折モードを
有するものを含むであろう。さらに、それらは複合モー
ドファイバの２つのモードであってもよく、あるいは２
モード態勢で操作される単一モードファイバの２つのモ
ードであってもよい。複数の分布された結合素子３０１
〜３０４は、導波路に沿った所定の結合点あるいは結合
位置で、第１の導波路２９８を第２の導波路３００と結
合する。結合素子３０１〜３０４は、好ましくは正弦波
的な、所定の非線形伝達もしくは結合関数に従って、光
学通路２９８゜３００間での結合を制御するような、非
線形素子である。こうして素子３０１〜３０４、は、２
つの入力信号すなわちライン３０５〜３０８の１つに入
力される変調信号と、導波路３０９〜３１２の１つに入
力される光キヤリア信号とを多重化するミキサとして作
用する。カプラ３１３〜３１６は、変調信号による乗算
のためのミキサ３０１〜３０４への光エネルギを導き経
路１に与える作用を果たす。導波路３１７〜３２０上の
ミキサ“３０１〜３０４からの出力信号は、複数のカプ
ラ３２１〜３２４によって第２の導波路または経路２へ
と結合される。これらのカプラは、上述したようにファ
イバ内の応力および非応力領域間に境界を有するファイ
バ光学方向性カプラまたは偏光カプラであってもよい。

経路１における入力光と変調信号との積は、上下側波帯
を含む多数の項を有する導波路３１７〜３２０内の出力
信号を生じる。典型的には、変調周波数と等しい量だＦ
ノ周波数シフトされたただ１つの側波帯のみを与えるこ
とが望ましい。不所望な第２の側波帯の消去は、駆動信
号を適当に調整して導波路３１７〜３２０上の出力信号
が所望の側波帯周波数でのみ第２の導波路内に有効に加
えられ、不所望の側波帯周波数で消滅的に加えられるよ
うにすることによって達成される。

カプラ３１３〜３１６は、１９８０年３月２７日にエレ
クトロニクスレターズ、　ＶＯＩ、　１６．　Ｎ０９７
のページ２６０〜６１において刊行された「単一モード
ファイバ光学方向性カプラＪという題のＲ，Ａ、　Ｂｅ
ｒｏｈ、　Ｇ、　ＫｏｔｌｅｒおよびＨ，Ｊ、３　ｈａ
ｗによる記事において、および１９８１年１０月２１日
に公開番号第００３８０２３号として公開されかつ１９
８３年３月２３日に第００７４７８９号としと公開され
た「ファイバ光学方向性カプラＪという名称の２件のヨ
ーロッパ特許出願において開示されたファイバ光学方向
性カブうであってもよい。

ミキサ３０１〜３０４は、単一ファイバ実施例において
どのようなノンリニアなデバイスまたは領域であっても
よい。たとえばミキサはリヂウム・ニオブ結晶であって
もよく、ライン３０５〜３０８上の変調信号はその結晶
上の電極に印加されてミキサ３０１〜３０４における複
屈折を正弦波的に変化させる。ミキサ３０１〜３０４に
おける複屈折の軸のシフトは、電気・光学効果によって
結晶内の２つのモード間に結合を生ずる。導波路３０９
〜３１２から成るモードの結晶へと光を入力し、かつ他
のモードの結晶から導波路３１７〜３２０へとそれぞれ
光を出力することによって、それぞれ導波路３０９〜３
１２から導波路３１７゜３２０へ伝達されるパワーは制
御され得る。したがって、ミキサ３０１〜３０４は、変
調信号によって表わされる予め定められた結合関数に従
って、それぞれ導波路２９８．３００の位相１および２
の間の結合をｔｌＪｍするように機能する。

代わりに、ミキサ３０１〜３０４は、上述したように複
屈折単一モードファイバまたは２モード非複屈折フアイ
バにおける応力または非応力領域間の境界または結合領
域であってもよい。

ミキサ３０１〜３０４はまた、バルク波単側波帯変換器
であってもよい。そのような実施例は、ファイバシステ
ムへのバルク波要素の導入のため、ここに述べた別の実
施例はどの利点はない。

ミキサ３０１〜３０４は各々駆動信号に応答する能力を
有して、光学経路の結合の発振の周波数ならびにその条
件および下限の両方を制御すべきである。すなわち、ミ
キサ３０１〜３０４は、ｋｓｉｎ　（ω、ｔ＋φ）の駆
動信号に応答し得るものであるべきである。応答は、そ
れぞれ導波路３０９〜３１２および３１７〜３２０間の
正弦波的に変化するパワーの量の結合であり、結合関数
は周波数ω２で変化する。このようにして、各ミキサに
対する定数には変化されて最大および最小の正弦波的結
合関数を設定し、また各駆動信号間の位相差φは変化さ
れて進行弾性波を擬似し得る。

第２７（ａ）図は、圧電ジャケットを用いるファイバ光
学周波数シフタの他の実／ＩＩＰｊ４を示す。ファイバ
３２６は金属層３２７および円筒状圧電ジャケット３２
８により取り囲まれており、ジャケット３２８の双極子
は放射状に整列されて、圧電ジャケットを通じて斜めに
印加される電界がファイバの伸長および収縮を生ずるよ
うにする。金属層３２７およびジャケット３２８は、上
述した方法で形成され得る。

圧電ジャケット３２８は任意の圧電物質であり得るが、
適用が容易であるのでＰＶＦ２が望ましい。Ｐ　Ｖ　Ｆ
　２は、ＰＶＦ２化合物の溶液を通してファイバを引き
抜くことによって適用され得る。

ＰＶＦ２の双極子を整列するためのポーリングは、中心
電極３２７の周囲にジャケット３２８を形成し、次にジ
ャケット３２８の外周のまわりに固体金属電極を形成し
、２つの電極間に高電圧を印加することによって行なわ
れる。電圧の印加の間、凝固したＰＶＦ２をわずかに加
熱することにより、その結果が改良される。ファイバ２
３６は、複屈折の単一モードファイバ、多重モードファ
イバ、単・−モードの、２つのモード領域において動作
する非複屈折ファイバ、または物理的応力が異なつ。

た屈折係数での２つのモード間のパワーの結合を生じる
他のいかなるファイバであってもよい。

圧電ジャケット３２８は、円筒の外側表面３３０上に形
成された複数のストリップ電極３３１〜３３３を有する
。各電極は任意の導電物質で作られ、１／２ビート長の
奇数倍の長さである。第２７（ａ）図には３つの電極が
示されているのみであるが、より多くの電極が圧電円筒
３２８の表面上に形成されてもよい。実際には、できる
だけ多くの電極を圧電円筒の表面上に形成するのが望ま
しい。

電極３３１〜３３３は圧電ジャケットの表面３３０の周
囲に互い違いにされており、各電極はジャケット３２８
の長さ方向またはＺ軸に沿って距離ｄをおいて開始して
いる。この距＠ｄは、任意の値に設定され得る。各電極
３３１〜３３３は、ジャケット３２８の反対側上に形成
された斜めに対向した部分（図示せず）を有している。

電極３３１〜３３３は、ジャケットの全表面を金属で＝
１−ティングし、余計な金属をエツチングで除去して個
々の電極を固定することによるような、従来の任意の方
法で形成され得る。このことは、固体金属層上に７オト
レジスト領域を規定し、ファイバおよびジャケットを酸
に浸して選択的エツチングを行なうことによってなされ
得る。

第２７（ｂ）図を参照すると、第２７（ａ）図に示され
た装置の動作の方法が示されている。圧電ジャケット３
２８上に形成された各電極は１／２ビート長の奇数倍で
あり、かつその隣接するものから距離ｄをおいて開始さ
れている。もし隣接電極の駆動信号間（たとえば電極３
３１および３３２問および電極３３２および３３３間）
にｄ２π／Ｌと等しい位相差が存在するように電極３３
１〜３３３に各正弦波状駆動信号が印加されれば、単一
方向性の正弦波状に変化する進行弾性波がファイバにお
いて起こるであろう。他の位相関係は、両方向にお【プ
る他の進行弾性波を擬似するであろう。

矢印３３４および３３６は、位＠Ｚ　＋およびＺ２での
時間ｔ１での電極３３１およびその対向部分（図示せず
）によって引き起こされる結合の強度および正弦を表わ
す。矢印３３８および３４０は、電極３３１に対する駆
動信号に関連して上述したように調整される駆動信号を
与える電ｔ４Ｉ３３２によって引き起こされる時間１．
での位置２゜およびＺ４での結合の強度および正弦を表
わす。

後の時間ｔ２では、擬似されたまたは実際の弾性波３４
２は、右の方へ移動しており、かつ各位置での結合の強
度はそれゆえにシフトされるであろう。

第２７（ａ）図の実施例の利点は、１ビ一ト長以内に位
置する多くの結合素子を有する結合関数が実現され得る
ということである。事実、空間が許す限り多くのサンプ
リングまたは結合点が可能である。その結果は、出力に
おりるより少ない共鳴およびいくつかの適用において好
ましいより狭いバンド幅となって現われる。

電極と圧電ジャケットを用いた上述の実施例によって、
単結晶ファイバを利用した周波数シフタも構成すること
ができる。これらの実施例においては、ファイバの上に
直接電極を設置し、それぞれの電極の下に存在する結晶
構造における電気光学効果を利用することによって、フ
ァイバ中のモードの間に結合を生じさせることができる
。これらの電極の形状と間隔とは、それぞれの実施例に
おいて述べたのと同様のものであり、また電極を駆動す
る信号の間の位相関係もそれぞれの実施例で述べたもの
と同じである。

ファイバ光学周波数シフタの他の実施例を第２８図に示
す。このデバイスは、３ｅｒｇｈ等によって「ファイバ
光学方向性カブラ」と題する論文および特許出願に記載
された形式のカプラを備えており、これらの記事はこの
出願に援用する。このカラは、２つのファイバ３４６お
よび３４８を備えており、これらはそれぞれブロック３
４２および３４８の中に取付１ノられている。それぞれ
のファイバの片方の側からクラッドの一部分が取の除か
れており、それによって、互いに位置決めされて相互作
用領域３５０をような長円形の表面がそれぞれ形成され
ている。ここに示す実施例では、ファイバ３４６．３４
８は、それぞれ子なった屈折率Ｎ１．Ｎ２を有している
。この屈折率Ｎ、およびＮ２と、有効相互作用領域の長
さとは、有効相互作用長が、２つの異なった導波路３４
６．３４８の中を伝播する光の１ビート長くまたはその
整数倍）に等しくなるように選択する。このように、ビ
ート長を有効相互作用長に適合させることによって、弾
性波が存在しないときには、ファイバ３４６．３４８の
間の結合も存在しないようにすることができる。このた
め、ファイバ３４６の中に光が入ってきたときには、す
べての光が、ファイバ３４８に結合していない状態で、
ファイバ３４６から出ることになる。しかしながら、弾
性波が送出されて、ファイバに沿った縦方向に、相互作
用領域を通って伝播しているときには、この弾性波によ
って、１つのファイバたとえばファイバ３４６から他フ
ァイバたとえばファイバ３４８への、光の結合が生ずる
。さらに、このような結合が生じた光は、弾性波の周波
数に等しい同だけ、その周波数がシフトされるが、これ
は前述したヘテロダイニング効果によるものである。前
に説明した実施例と同様に、最適の結果を得るためには
、弾性波の波長を、ファイバ中の光の間のビート長に等
しくすることが必要である。この弾性波は、たとえば、
カプラブロック３４２．３４４のうちの１つに取付けら
れた変換器３５２によってバルク波として送出させるこ
とができる。その代わりに、この弾性波を、ファイバの
うちめ１つたとえばファイバ３４８へと送出し、相互作
用領域３５０を通し伝播させることもできる。

上述した事項は、第２８図のカブラを模式的に示寸第２
９図を参照すると、より完全に理解できよう。説明の便
宜上、ファイバ３４６の左端から光が最初に入射し、弾
性波は存在していないものと仮定する。入射光が有効相
互作用長の最初の半ビート長だけを横切る間に、矢印３
６０で示ず光パワーの一部分が、ファイバ３４６からフ
ァイバ３４８へと結合することになる。同様に、矢印３
６２で示す光パワーの一部分が、第２の半ビート長の間
に、ファイバ３４６からファイバ３４８へと結合する。

周知のように、１つのファイバから他のファイバへのこ
のような結合が行なわれている間に、結合された光は９
０度だけ位相が進むことになる。このため、ファイバ３
４８における伝播速痩がファイバ３４６における伝播速
度よりも大きい場合には、最初の半ビー１−長の間に結
合した光は、相互作用領域３５０の中心に到達した時刻
において、ファイバ３４６の中の光に比べて２７０度だ
けの位相の累積を受けていることになる。

一方、第２の半ビート長の間にファイバ３４６からファ
イバ３４８へと結合した光は、第１の半ビート長の間に
結合した光を崩すような妨害を行ない、その結果、ファ
イバ３４８からファイバ３４６への光エネルギの伝達が
生ずる。これは、第１の半ビート長の間に結合した光が
相互作用領域３５０の端部に伝播するまでの全累積位相
は３５０度となり、−刀第２の半ビート長の間に結合し
た光は、相互作用領域３５０の端部に達した際に、２７
０度の全累積位相を有しているため、これらの間に１８
０度の位相差が生じてしまうことに起因する。このよう
な位相差が生ずることによって、光を廟すような妨害が
全体的に作用し、エネルギ保存則によって光はファイバ
３４８からファイバ３４６へと移る。したがって、領域
３５０の有効相互作用長が１ビート長（ないしはその整
数倍）である限り、ファイバ３４６からファイバ３４８
へと移る光は存在しないことになる。

変換器３５２によって第２９図中に矢印３６４で示づよ
うな弾性波が送出されたときには、ファイバモードを若
干変更するような屈折率の変化が生じ、それによってフ
ァイバ３４６から入ってくる光によって、ファイバ３４
８中の電界の強さやエバネセント・フィールドの重なり
角度が異なったものとなる。このため、２つの半ビート
長にＪ３ける結合が変わって、上述したバランスが崩れ
、２つのファイバの間に正味のパワー伝達が生ずる。

上述したように、伝達されたパワーは、弾性波の波長が
１ビー１−長に正確に適合されていれば、弾性波の周波
数に等しい量だけの周波数のシフトを受ける。

第２９図に示した実施例を、前に述べた各実施例と同様
に、ファイバ光学スイッチとしても使用できることは当
業者な′らば理解できるであろう。

ここで説明したすべてのデバイスは、最適の結合を与え
るような光周波数のまわりにバンド幅を有している。こ
の最適周波数は、変調弾性波ないしは外見上の弾性波の
波長に合致するビート長を持った入力光の周波数である
。この最適周波数と異なった光周波数や、上述した合致
条件から外れた変調周波数においては、効率が低下する
。バンド幅もまた、使用しているサンプリングポイント
の数に逆比例する。

発生する調波の数は、所定のビート長内部の結合関数中
に存在するサンプリングポイントの数によって変化する
。すなわち、サンプリングポイントの数を増やせば、調
波の数は減少するのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、狭幅方向性〆カブラの分解斜視図を示す。 第２図は、うねの形状を示す第１図における切断線２−
２に沿った断面図を示す。 第３（ａ）〜第３（ｇ）図は、ファイバ内の応力領域お
よびファイバに沿った種々の点での種々の偏光モードに
おけるパワーの図である。 第４図は、応力が加えられたときの複屈折ファイバにお
ける偏光の軸に対する効果を示す。 第５図は、カプラを用いたシステムの図である。 第６図は、理論的に予想される結果と比較しての実験的
に決定された結合対波長関数のグラフである。 第７図は、第１図のカプラの修正された形式のものを周
波数シフタとして利用するファイバ光学構造の実施例に
対する構造を示ず図ｒある。 第８図は、ファイバを伝播する弾性波によって生じる応
力を示す図である。 第９（ａ）〜９〈ｄ）図は、ファイバに沿って伝播する
弾性波を擬似するための異なった結合関数およびその結
果と」ノでの光出力スペクトラムを示す図である。 第１０図は進行弾性波を利用するファイバ光学周波数シ
フタの一実施例である。 第１１図は、弾性波を用いるファイバ光学導波路内を伝
播する光の周波数をシフトするための他の実施例を示す
。 第１２図は、進行弾性波を用いるファイバ光学周波数シ
フタの他の実施例を示す。 第１３図は、ファイバにおける進行または明らかに進行
している結合領域の概念を示す。 第１４図は、ファイバを取り囲む圧電ジャケットを利用
するファイバ光学周波数シフタの他の実施例を示す。 第１５図は、互いに位相がずれた正弦波的関数によって
２つの異なった地点でファイバを押圧することによって
生ずる応力領域の明らかな動きを示す。 第１６図は、圧電板上に設けられたくし歯電極を利用す
るファイバ光学周波数シックの他の実施例の頂部を除去
した図である。 第１７図は、第１６図における切断線１７−１７から見
た完全なファイバ光学周波数シックの断面図である。 第１８図は、第１７および第１８図の装置のための別の
電極の実施例を示す。 第１９図は、第１７図および１８図の電極配列によって
実際に弾性波がいかにして発生され得るかを示寸図であ
る。 第２０図は、第１１図の弾性媒体におけるねじれモード
弾性波を励起するための変換器の構造を示寸図である。 第２１図は、２モードフアイバにおける奇および偶モー
ドの特別の配列を示す図である。 第２２図は、応力領域において２モードフアイバの奇お
よび偶モード間の結合がいかにして生じるかを示す図で
ある。 第２３図は、応力領域奇および偶モードへと分解された
偶モード非応力領域パワーに対する機構を示す図である
。 第２４図は、ＰＺＴコートされたファイバを用いるファ
イバ光学周波数シックに対する第１４図の実施例の断面
図を示す。 第２５図は、ファイバを取り囲む圧電円筒を用いるファ
イバ光学周波数シックの他の実施例を示す。 第２６図は、ファイバ光学周波数シフタの好ましい一般
的な実施例を示す。 第２７図は、圧電ジャケットおよび交互の電極を用いる
ファイバ光学周波数シックの伯の実施例を示す。 第２８図は、２つの半カプラを用いたファイバ光学スイ
ッチおよび周波数シフタの実施例を示す。 第２９図は、第２８図のカブラにおける結合を図解する
概略図である。 図において、１１２は光源、１１４は光ファイバ、１１
８は弾性カブラ、１２８は偏光器、１３２はファイバ光
学導波路、１３４は弾性媒体物質をそれぞれ示す。 特許出願人　ザ・ボード・オブ・トラステイーズ・オブ
・ザ・レランド・スタッフォ ード・ジュニア・ユニバーシティ 図面の浄書（内容に変更なし） ＦＩＧＬＩＲＥ　２ ｔｔ” ＦＩＧＵＲＥ　４ ＦＩＧＵＲＥ　６ ＦＩＧＵＲＥ　１２ ＦＩＧＵＲＥ　１４ ＦＩＧＵＲＥ　１６ ＦＩＧＵＲＥ　１７ ＦＩＧＵＲＥ　１９ ＦＩＧＵＲＥ　２０ ■偶　（ｃ） ■■有　（ｄ） ＦＩＧｔＪＲＥ　２＋ ＦＩＧＵＲＥ　２３ ＦＩＧＵＲＥ　２５ ＦＩＧＵＲＥ　２７ ＦＩＧＵＲＥ　２８ 第１頁の続き ＠発明者　ロパート・シー・ヤン グクイスト ■発明者　ジャネット・エル・ブ ルツクス アメリカ合衆国、カリフォルニア州、マウンテン・ビュ
ーイージー・ストリート、２８ｏＸアパートメント・ナ
ンバー・５０５ アメリカ合衆国、カリフォルニア州、マウンテン・ビュ
ーライト・アベニュー、９２＆アパートメント・ナンバ
ー・２０１ 手続補正歯（方式） ％式％ ２、発明の名称 ファイバ光学周波数シック ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　アメリカ合衆国、カリフォルニア州、スタンフ
ォード（番地なし） 名　称　ザ・ボード・オブ・トラスティーズ・オブ・ザ
・レランド・スタッフォード・ジュニア・ユニバーシテ
ィ代表者　二−ルズ・ジエイ・ライマース４、代理人 住　所　大阪市北区天神橋２丁目３番９号　八千代第一
ビル電話　大阪（０６）３５１−６２３９　（代）自発
補正 ６、補正の対象 願書の４．特許出願人の代表者の欄、７．前記以外の発
明者および代理人の（１）発明者の住所の欄、図面全図
、委任状および訳文 ７、補正の内容 （１）願書の４．特許出願人の代表者の欄に［二−ルズ
・ジエイ・ライマース］を補充致します。 （２）願書の７．前記以外の発明者おＪ、び代理人の（
１）発明者の住所の欄に［アメリカ合衆国、カリフォル
ニア翔ニマウンテン・ピコ−アパートメント・ナンバー
・５０５、イージー・ストリート、２８０］とあるを［
アメリカ合衆国、カリフォルニア州、マウンテン・ビュ
ー　イージー・ストリート、２８０、アパートメント・
ナンバー・５０５」に訂正し、［アメリカ８Ｍ菌’、カ
リフォルニア禎ニマウンテン・ピコ−アパートメント・
ナンバー・２０１、ライト・アベニュー、９２８」とあ
るを１アメリ力合衆国、カリフォルニア川、７ワノＴ）
ｅじニー　ライ１冒′ヘニコー、９２８、アパートメン
ト・サンバー・２０１」に訂正致します。 （１）および（２）の目的で新たに調製した訂正願書を
別紙の通り補充致します。 （３）製部で描いた図面全図を別紙の通り補充致します
。なお、内容に変更はありません。 （４）委任状および訳文を別紙の通り補充致します。 以上

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. （１）　ファイバ光学周波数シフタであって、光を導く
   ための第１および第２のファイバ光学導波路を備え、前
   記ファイバ光学導波路は異なった実効屈折係数を有し、
   それによって前記導波路の一方内を伝播する光は前記導
   波路の他方内を伝播する光とは異なった伝播速度を有し
   、波面を有する進行する実際の弾性波を発生するための
   弾性波発生器をさらに備え、前記発生器は前記導波路と
   弾性的に結合されて前記進行弾性波を前記導波路に供給
   し、前記弾性波は前記導波波に沿って時間変化応力を生
   じて前記導波路の一方から前記導波路の他方へと結合さ
   れた光の周波数シフトを発生する、ファイバ光学周波数
   シック。
2. （２）　前記導波路は２つの垂直偏光モードの単一モー
   ド複屈折光ファイバである、特許請求の範囲第１項記載
   のファイ・バ光学周波数シック。
3. （３）　前記導波路は奇および偶モードの非複屈折単−
   モード光ファイバであり、前記導波路を伝播する光はカ
   ットオフ波長よりも短い波長を有し、それによって前記
   ファイバは光を奇および偏向モードに伝播する、特許請
   求の範囲第１項記載のファイバ光学周波数シック。
4. （４）　前記弾性波発生器は前記第１および第２の導波
   路を含む第１のファイバに弾性的に接続された第２のフ
   ァイバを含み、それによって前記第２のファイバ内を伝
   播する弾性波を前記第１のファイバに結合する、特許請
   求の範囲第１項ないし第３項のうちのいずれか１項に記
   載のファイバ光学周波数シフタ。
5. （５）　前記弾性波発生器はさらに、前記導波路と接し
   た弾性媒体および前記弾性媒体内に前記弾性波を誘導す
   るための変換器を含む、’ｔｉｔ　ｉ　請求の範囲第１
   項ないし第３項の−）らのいずれか１項に記載のファイ
   バ光学周波数シック。
6. （６）　前記弾性媒体は円筒状でありかつ前記導波路を
   取り囲み、前記変換器は前記弾性媒体内のねじりモード
   弾性波を含む、特許請求の範囲第５項記載のファイバ光
   学周波数シック。
7. （７）　前記弾性媒体は前記導波路を圧するための表面
   を有し、前記変換器は前記表面上に単一方向性表面弾性
   波を作り出す、特許請求の範囲第５項記載のファイバ光
   学周波数シフタ。
8. （８）　前記導波路は、その長さ方向に並列されて相互
   作用領域を形成する異なった屈折係数を有する２つの光
   ファイバである、特許請求の範囲第１項記載のファイバ
   光学周波数シック。
9. （９）　前記弾性波の隣接波面間の前記導波路に沿った
   距離は前記２つの導波路のビート長の整数倍とほぼ等し
   い、特許請求の範囲第１項ないし第８項のうちのいずれ
   か１項に記載のファイバ光学周波数シック。
10. （１０）　光の周波数をシフトする方法であって、 ２つの光学導波路内に光を導入するステップを備え、前
    記導波路の各々は異なった実効屈折係数を有し、それに
    よって前記導波路の一方内を伝播する光は前記導波路の
    他方内を伝播する光とは異なった伝播速度を有し、 波面を有する進行する実際の弾性波を前記導波路の一方
    上に圧して前記導波路内に周期的な時間変化応力を発生
    して前記導波路の一方から前記導波路の他方に結合され
    る光の周波数シフトを生じるステップをさらに備え、前
    記進行弾性波の隣接波頭面の前記導波路の軸に沿った距
    離は前記２つの導波路のビート長の整数倍と実質的に等
    しい方法。
11. （１１）　ファイバ光学周波数シフタであって、光を導
    くための第１および第２のファイバ光学導波路を有する
    ファイバを備え、前記導波路は異なった実効屈折係数を
    有し、それによって前記導波路の一方内を伝播する光は
    前記導波路の他方内を伝播する光とは異なった伝播速度
    を有し、前記ファイバと接する固定表面部分を有する周
    期的応力発生器、および前記固定表面部分に信号を供給
    して前記固定表面部分間にファイバを周期的に圧搾して
    前記ファイバに沿って選択された間隔で周期的な時間変
    化応力を生じて前記ファイバを伝播する弾性波を模擬し
    かつ一方の前記導波路から他方の前記導波路へと供給さ
    れる光の周波数シフ１−を生ずるための信号源をさらに
    備える、ファイバ光学周波数ジッタ。
12. （１２）　前記周期的応ツノ発生器の前記固定表面部分
    は、前記ファイバの一方側に隣接する支持面および前記
    ファイバの他方側に隣接する複数の固定結合素子を含み
    、前記信号源は機械的または電気的な時間変化駆動信号
    を前記固定結合素子に与えて、前記固定素子が前記ファ
    イバに対して押圧されて前記支持面および前記結合素子
    間で前記ファイバを圧搾するようにする、特許請求の範
    囲第１１項記載のファイバ光学周波数シフタ。
13. （１３）　前記結合素子の各々は実質的に前記ファイバ
    に沿った１／２ビート長の奇数倍であり、また前記結合
    素子は前記ファイバに沿って約１／４ビート長だけ分離
    されており、前記信号源は正弦波状駆動信号を前記結合
    素子に供給し、該駆動信号は一方の前記結合素子に供給
    され、また該駆動信号はπ／２だけ位相のずれた隣接結
    合素子に供給される、特許請求の範囲第１２項記載のフ
    ァイバ光学周波数シック。
14. （１４）ｉｆｆ記周期的応力発生器は、前記ファイバの
    複数ビート長にわって延びる単一連続長さの圧電物質と
    、 前記信号源と接続されかつ前記単一連続長さの圧電物質
    に沿って配置される複数の信号電極と、それらの間に前
    記圧電物質を有して前記信号電極から間隔をおいて配置
    される接地電極とを含み、前記電極は前記ファイバに関
    して配向され、それによって前記信号源から前記信号電
    極への時間変化電気信号は、前記圧電物質が引張られて
    前記固定表面部分に力を及ぼし、ｔｆＩ記固足固定表面
    部分記ファイバを押圧して前記ファイバを周期的に圧搾
    するようにする、特許請求の範囲第１１項記載のファイ
    バ光学周波数シック。
15. （１５）　前記圧電物質は前記ファイバを取り囲む圧電
    ジャケットであり、前記信号電極はｔＪｒＪ記圧電ジャ
    ケットの内側表面および外側表面のいずれかの上にある
    、特許請求の範囲第１４項記載のファイバ光学周波数シ
    ック。
16. （１６）　前記周期的応力発生器は前記フィイバの一方
    側と面する支持面を含み、前記単一連続長さの圧電物質
    は前記ファイバの他方側と面し、それによって前記信号
    源から前記信号電極に供給される時間変化電気信号は、
    前記圧電物質が引張られて前記ファイバが前記支持面に
    対し押圧されるようにする、特許請求の範囲第１４項記
    載のファイバ光学周波数シック。
17. （１７）　少なくとも１つの前記電極が前記ファイバと
    接触して少なくとも１つの前記固定表面部分を形成し、
    それによって時間変化電気信号が前記信号電極に供給さ
    れて前記圧電物質が引張られるときに、ＯｒＩ記ファイ
    バと接触している前記電極は前記ファイバに対して押圧
    されて前記ファイバを周期的に圧搾する、特許請求の範
    囲第１４項ないし第１６項のうちのいずれか１項に記載
    のファイバ光学周波数シフタ。
18. （１８）　ファイバ軸に沿った前記信号電極の各々の長
    さは、約１／２ビート長の奇数倍である、特許請求の範
    囲第１４項ないし第１７項のうらのいずれか１項に記載
    のファイバ光学周波数シフタ。
19. （１９）　２つの隣接信号電極の先端は前記ファイバに
    沿って距離ｄだけ間隔がとられ、前記信号源は正弦波状
    電気信号を前記信号電極に供給し、１つの前記信号電極
    に供給される電気信号および隣接電極に供給される電気
    信号は２ｄπ／Ｌだけ位相がずれており、しはファイバ
    ビート長である、特許請求の範囲第１８項記載のファイ
    バ光学周波数シフタ。