JPS61153618A - フアイバ光学振幅変調器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 この発明は一役的には、音胃信号に応答して光ファイバ
の偏光モード間で光Ｔネルギを結合する装置に関し、よ
り特定的には、ファイバ光学振幅変調器の分野に関する
ものである。

発明の背景 光ファイバ中を伝わる光エネルギを一方の導波管から他
方の似ていない導波管、すなわち異なる伝播特性を備え
た導波管に転送できることが有益である。ファイバ光学
において、ファイバは２つの独立した偏光モードのいず
れにおいても光を導きかつその偏光を維持することがで
きるという点において、単一の複屈折ファイバは２つの
似ていない導波管であると考えられる。これらの２つの
モード間でパワーの転送を制御できることが非常に望ま
しく、そして変化している信号に応答して制御できるな
らば、パワー転送の変調をもたらすことができる。

１９８４年１１月１５日に出願され、１９８５年６月５
日に公開され、さらに本願の譲受人に譲渡された、゛フ
ァイバ光学モードカブラ（ＦＩＢＥＲ０ＰＴＩＣＭＯＤ
ＡＬ　　Ｃ０ｔＪＰＬＥＲ）”と題された同時係属中の
ＥＰＣ出願番号第８４３０７９２０．３において、似て
いない、線形の、低損失導波管の間のパワーの転送を制
御する４−ボート方向性カブラ装置と、そのような転送
を引き起こす方法とが開示されていた。同じカブラ装置
はまた、１９８３年１２月の０ＰＴＩＣ８ＬＥＴＴＥＲ
８の第８巻第１２項の第６５６頁ないし第６５８頁にお
けるＲ、　Ｃ，Ｙｏｕｎｇｑｕｉｓｔ、　ｅｔａｌ、に
よる“複屈折ファイバ偏光カブラ（Ｂｉｒｅｆｒｉｎａ
ｅｎｔ　−ｆｉｂｅｒ　ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｃ
ｏｕｐｌｅｒ）　”においても開示されていた。これら
の異なる導波管は、長い距離にわたってその中を伝わる
光の陽光を維持することができる単一の高複屈折単一モ
ード光ファイバの２つの直交した漏光モードである。

上述の出願および論文において開示されているように、
複屈折光ファイバ導波管上に機械的な応力を及ばずため
に、畝がその上に機械加工されたプラスチックのブロッ
クと、磨かれた平坦な表面とが用いられる。これらの畝
は、ビート長さの１７・′２の幅（またはその奇数倍）
であり、ビート長さの１　／　２　（またはその奇数倍
）だけ隔てられている。ビート長さは、２つの直交する
偏光モードを伝わる光が同位相である位置の間で導波管
に沿って伝わった距離に等しい。そのような畝によって
作り出される応力の目的は、ビート長さの１／２だけ隔
てられた周期的な位置においてファイバの複屈折軸の配
向を突然変化させることである。

光パワーは、磨かれた、平坦な表面に載っているファイ
バに対して畝を押しつけることによって転送され１ｑる
。このファイバは、複屈折の主軸が主な応力の、ベクト
ルの方向に対してかなりの角度すなわち好ましくは４５
°であるように配向される。これらの畝によって作り出
された応力は、複屈折の軸の配向を、畝の表面の各々の
エツジにおいて突然シフトさせる。ビート長さの１／２
の奇数倍にわたる複屈折軸の周期的な突然のシフトと、
応力の欠如によるビート長さの１／２の奇数倍にわたる
それらの元の状態への軸のその後の逆戻りは、装置の入
力において一方の偏光モード内に送出されたパワーの実
質的にすべてを装置の出力における直交する偏光モード
に転送させることができる。

したがって、説明された装置は、時変信号を畝に加えて
距離とともに時間において・応力を周期的に変化させる
ことによって振幅変調器として使用され得る。しかしな
がら、時変応力は、ファイバの応力が加えられる領域の
すべてにおいて均一に加えられなければならない。さら
に、信号は大きなブロックを動かすのに充分な振幅を有
していなければならない。したがって、大きな物質の移
動を必要とけずに複屈折ファイバに時変応力を加える装
置が必要とされている。

発明の概要 光信号をその中で伝播するための２つの伝播モードを有
し、各モードは異なる伝播速度を有する光ファイバ導波
管を備えた光ファイバ撮幅変調器が開示されている。こ
の変ｌｌ器の好ましい実施例において、これらの伝播モ
ードは、単一モード複屈折光ファイバの２つの直交偏光
モードである。

振幅変調器は、表面音響波を発生しかつこの表面音響波
をファイバ導波管に向けて伝えてファイバ導波管に衝撃
を与える手段を含んでいる。この音響波は、ファイバ導
波管の長さ方向の軸に対して実質的に平行に配向された
波面を有している。ファイバ導波管上への音響波の衝突
は、ファイバ導波管に、時間に従って変化する振動する
応力を引起こす。この時変応力は、ファイバ導波管の伝
播モード間で光の時変カップリングを引起こす。振幅変
調器はまた、８審波によって引起こされた振動する応力
の結果として時変カップリングを光学的にバイアスして
時変カップリングを実質的に線形に変化させる手段を含
んでいる。

この変調器の好ましい実施例において、表面音響波を作
り出すための手段は、一連の表面音響波を伝播するため
の表面を有するＳ　Ａ　Ｗ　（５ｕｒｆａｃｅａｃｏｕ
ｓｔｉｃ　ｗａｖｅ　）導体を含んでいる。好ましくは
、音響波の各々は、ファイバ導波管のビート長さの１／
２の奇数倍に実質的に等しい幅を有しており、かつこれ
らの波はビート長さの１／２の奇数倍に実質的に等しい
距離だけ隔てられている。このファイバ導波管は、音響
波の伝播がファイバ導波管の長さ方向の軸に対して垂直
な方向であるようにＳＡＷ導体の表面と音響的に接触し
て配置されている。

好ましい実施例において、ファイバ導波管は好ましくは
、ファイバの長さ方向の軸に対して直角にかつ複屈折の
２つの主軸に対して或る角度で力を加えることによって
好ましくは光学的に応力が生じる。この応力は、２つの
直交する偏光モードの一方から他方へ所定の大きさの光
パワーを連続的に転送さき、これによりそのようなモー
ド間に一定のパワー転送バイアスを与えている。光ファ
イバ導波管の長さ方向の軸に対して実質的に平行な波面
を有する表面音響波は、偏光モード間で転送されたパワ
ーを、応力が引起こしたバイアスの付近で変化させ、し
たがって各モードにおける光の振幅変調をもたらしてい
る。他の実施例において、ファイバ導波管は、光学的に
応力が加えられ、これにより光学入力信号の一部（たと
えば５０％）は２つの偏光モードのうちの一方にありか
つ一部〈たとえば５０％）は２つの偏光モードのうちの
他方にある。

好ましい実施例において、表面音響波は、ＳＡＷ導体上
に装着されたそれぞれの音響変換器によってＳＡＷ導体
表面に発生する。好ましくは、このＳ　Ａ　Ｗ　５４体
は、変換器からファイバに表面音響波を導くそれぞれの
導波管を含んでいる。この音響導波管は、たとえば、畝
の幅および間隔がビート長さの１／２の奇数倍であるよ
うに、平坦な表面に溝を刻みまたは表面上に伝播媒体を
付着させることによ、って形成され得る。

他の実施例において、音響波は、音響変換器によって発
生されかつ平坦な表面を有する（すなわち、畝や溝を伴
わない＞ＳＡＷ導体導体缶播され得る。このＳＡＷ導体
は好ましくは、ファイバの長さ方向の軸に対して配向さ
れた結晶格子ｆｌＩ造を有する異方性物質から形成され
、これにより、この格子構造は音響波に対する導波管を
提供している。変換器の幅および隣接する変換器間の間
隔は、波面が上述の幅および間隔を有するように選択さ
れる。

前述の実施例において、音響波の間の位相関係は好まし
くは、これらの波がファイバに到達したときに同位相で
あるように選択される。他の実施例において、音響波は
、−室間隔離れて配置されるよりもむしろ、互いに隣接
している。したがって、音響波の位相関係は好ましくは
、ファイバに衝撃を加えるときに隣接する波の間でπラ
ジアンの位相差をもたらすように選択される。

音響波はそのｌｉ幅を変えて漏光モード間のパワーの転
送の量を変え、各モードにおける光の振幅変調の大きさ
を変えることができる。したがって、情報信号に従って
音響波を変調することによって、そこに含まれた情報は
、そのモードにおける光学パワーの変動として、ファイ
バの光学信号上で］−ド化され得る。

この発明の他の実施例において、静的なバイアス応力が
光ファイバに加えられて、第１の伝１ｍモードにおける
光エネルギの固定された分数値が第２の伝播モードに結
合されるように光ファイバを光学的にバイアスする。こ
のファイバは平坦な表面であり得る表面上に載せられて
いる。表面音響波を作り出す手段は音響変換器であり、
このｆ！ｒ費変換器は、音響波を光ファイバに向って表
面上を伝播さけ、これによりこの音響波の波面は光ファ
イバの長さ方向の軸と実質的に平行である。音響波によ
って引起こされるファイバ上の時変応力は、第１の伝播
モードから第２の伝播モードへ結合された或る量の光エ
ネルギを、音響波の周波数および振幅に従って変化させ
る。この音響変換器は好ましくは、光ファイバの長さ方
向の軸に対して平行に装着されたエツジ接合された変換
器である。

この音響波の波面は好ましくは、光ファイバの長さ方向
の軸に対して平行に測定して、ビート長さの複数倍であ
る長さの幅を有している。この音響変換器を付勢するた
めに印加された電気信号の周波数は可変であり、これに
より音響波の周波数を変化させしたがって第１の偏光モ
ードから第２の偏光モードに転送された光エネルギの変
調の周波数を変えることができる。

この　　の好ましい　　例の詳細な１ この発明の好ましい実施例について説明する前に、単一
モードの複屈折光ファイバの偏光モード間のカップリン
グについての議論が提供される。

折ファイバにおける　　カップ２ン この発明の動作を完全に評価するために、偏光モードカ
ップリングに関連する原理を理解することが有益である
。したがって、第１図ないし第９図は、典型的な偏光カ
ブラと、そのようなカブラの動作の理論とを描いている
。示されたカブラはまた、既に引用された同時係属中の
ＥＰＣ出願第８４３０７９２０．３号においても説明さ
れている。

最初に、第１図を参照すると、このカブラは、研磨され
た、平坦な表面１０を含んでおり、この表面１０は、金
属またはプラスチックのブロック１１上に機械加工され
ている。表面１０は、数ミクロンの範囲内で滑かかつ平
坦であるへきである。

この表面１０は、光ファイバ導波管がその間で挾まれる
２つの表面の第１の表面として作用する。

第２の表面は、第２のブロック１４の下面に機械加工さ
れた複数の畝領域１２である。以下に議論されるように
、これらのりッジ１２は、ファイバに対して押付けられ
たときに、ファイバに応力を生じさせてモード間で光を
結合させるカップリング要素を提供している。一時的に
第２図を参照すると、畝が設けられた領域１２の断面図
が示されており、そこには？！ｌ！数の畝１６が形成さ
れている。これらの畝１６は、ブロック１４を機械加工
して一定間隔で配置された平（ｊな切欠または満１７を
作り出７すことによって形成され、これにより幅Ｗど、
隣接する畝のエツジの間の間隔Ｓとを１１する複数の研
磨された畝表面１８が形成される。

ファイバ上に加えられた力に対して最大のカップリング
を獲得するために、８畝のエツジの間の幅Ｗは、利用さ
れる特定の周波数における光に対するファイバのビート
長さの１／２であるべきである。小形化のために、間隔
Ｓもまた好ましくは、ビート長さの１．／２であるべき
である。

第３図は、この発明に用いられる典型的な複屈折ファイ
バ２４を描いている。このファイバ２４は、５０ないし
１００マイクロメータのオーダの直径ｄ　ＪＪｊｉル之
を有することができる実質的に円形のクラッド２４ｂに
よって囲まれた楕円形のコア２４ａを有している。この
楕円形のコアは、２つの主軸、すなわち、Ｘまたは水平
軸、およびＹまたは垂直軸を有している。非円形コアの
幾何学形状の結果、ファイバは、２つの主軸の各々に沿
って伝Ｗｔ′！ｉる光に対して異なる屈折率を示す。こ
こで用いられているように、より短い長さｄｙ−ω忙と
、より低い屈折率とを有するＹ軸は、より長い長さｄ　
ｔ−Ｃ６−を有するＸ軸よりも高速で光を伝播させ、そ
れゆえにＹ＠は″速い軸″として呼ばれ、かつＸ軸はパ
理い軸“として呼ばれるであろう。

上述のように、複屈折ファイバ２４は、２つの直交して
偏光されたモードを支持している。これらのモードの線
形偏光の方向は、上述のようにファイバ２４の主軸であ
る。これらの線形に偏光されたモードは、ファイバの゛
正常″モードであり、すなわちそれらは、位相を除いて
変えられずに、ファイバ２４を通じて伝播する。光学信
号は、２つのモードの結合を含んでいる。たとえば、主
軸に対して４５°で線形に偏光された光は、最初は同位
相の等しい量の双方のモードから構成されるであろう。

２つのモードがファイバ２４を伝播するときに、それら
の伝播定数の相違のために、それらは位相差を累積させ
るであろう、２πの位相差を累積させるために必要な距
離は１．ファイバの“ビート長さ”と呼ばれかつＬ＝λ
／Δｎとして与えられ、ここでλは光の波長でありかつ
Δｎは２つの偏光に対する屈折率の差である。ビート長
さの１／２を伝わった後に、これら２つの成分は、１８
０６またはπラジアンだけ分離されるであろう。

楕円形コアのファイバ２４のような複屈折ファイバは、
Ａ　ｎｄｒｅｗ　Ｑ　ｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　（１０５
００Ｗｅｓｔ　１５３ｒｄ　　５ｔｒｅｅｔ、　　０ｒ
ｌａｎｄ　Ｐａｒｋ、　　Ｔｌ１ｉｎｏｉｓ６０４６２
）から商業的に入手可能である。

−例として、楕円形コアのファイバ２４は、６３３ｎｍ
の光波長で１．７１のビート長さを有する。

ファイバを通常覆っている金属のコーティングおよび／
またはプラスチックの外被は好ましくは、ここに説明さ
れる装置内でファイバを用いる前に除去される。

再度第２図に戻ると、図示された実施例において、畝に
おける分離距離Ｓは、それらの幅Ｗに等しい。しかしな
がら、一般的に、ＷおよびＳの寸法は、ビート長さの１
／２の奇数倍であればよい。

すなわち、８畝は、ビート長さの１／２の奇数倍であり
かつ各間隔はビート長さの１／２の奇数倍であり、これ
により隣接する畝上の対応する位置は、１ビート長さの
倍数だけ隔てられ１ｑる。好ましい実施例における切欠
１７の断面図は、長方形であるが、これは、この形状が
最も機砿加工が容易な形状だからである。しかしながら
、この形状は決定的なものではなく、ビート長さの１．
′２の幅Ｗと、ビート長さの１．／２のエツジ間隔とを
備えた畝１６上の平坦な表面１８を形成するどのような
形状も適しており、高さ１」の切欠１７を設けることに
よって、畝１６の物質がファイバへの応力の印加によっ
て変形されるときにも応力を十分維持することができる
。ブロック１４は好ましくは、固いプラスチック、たと
えばＤｅｌｒｉｎ■で形成される。このプラスチックは
、ガラスよりも容易に変形し、したがって畝がガラスの
ファイバ上に押しつけられたときに、畝は少しだけ変形
するということが見出されている。完全なパワーの転送
を引起こりために必要な大きさの圧力に対して、畝は、
ファイバに沿って全体に応力が均一に作用するように平
坦になるほどは変形しないことが望ましい。フ、アイバ
の中に応力が生じた領域と応力が生じていない領域とが
周期的に存在していることが好ましい。先に引用された
同時係腐中の特許出願において開示された好ましい実施
例において、これらの領域の各々は、その幅がビート長
さの１／２のちょうど奇数倍でありカップリングを最大
限にしている。この幾何学形状が実現されなければ不完
全なパワーの転送がもたらされるが、しかし正確な幾何
学形状および加えられた力にしたがって一定のカップリ
ングは発生するかもしれない。

硬い金属の畝は圧力が加えられたときにその分だけ変形
せず畝がファイバを傷つけるかもしれないという危険を
引起こすので、畝１６としては硬い金属よりもプラスチ
ックのようなわずかに変形可能な物質が好ましいという
ことが見出されている。畝の変形能力はこの危険性を軽
減している。

第１図に戻ると、ブロック１４は、複数の孔２０を有し
ており、これらの孔２ｏは、平坦な表面１０から突出し
た１絹のピン２２を受取るように一致したパターンで配
置されている。このブロック１４は、ピン２２に沿って
平坦な表面１ｏに向ってＪ３よび平坦な表面１０から離
れるように清らされる。これらのビンは、畝１６のエツ
ジが、１対のファイバ保持プレート２６によって平坦な
表面１０上に保持されているファイバ２４の長さ方向の
軸に対して横断するように整列されている。

したがって、第２図において参照番号２７によって示さ
れた畝１６の長さ方向の軸は、ファイバ２４の良さ方向
の軸を横切っている。これらのビン２２はまた、ブロッ
ク１４の揺動を防いで不均一な力がファイバ２４に加え
られることを防いでいる。

ファイバ保持プレート２６は、１対の端部のプレート２
８に形成された１対の円形の開口部に装着されているた
めに、平坦な表面１０に対して回転可能である。保持プ
レートは回転可能であり、以下により詳細に説明される
ように、ファイバにおける複屈折の主軸の一方が畝１６
によって及ぼされた加えられた力の方向に対して或る角
度で配向され１ｑるようにファイバを回転させる。同時
係属中の特許出願において開示された発明において４５
°の角度が好ましいが、これは与えられた力に対する複
屈折の軸の最大のシフトがこの角度において得られるか
らである。端部のプレート２８は、その両端部において
ブロック１１に装着され、これによりプレート２８は平
坦な表面１０に対して直角である。

第４８図ないし第４ｇ図を参照すると、ブロック１４が
全体の力Ｆで押しつけられてこのためファイバ２４が畝
の表面１８と下部ブロックの表面１０との間に挾まれた
ときの、ファイバ２４における応力の領域の図が示され
ている。また、第４１図ないし第４ｇ図には、ファイバ
に沿った種々のポイントにおける、複屈折、すなわち偏
光モードの軸の各々の上の光学パワーの大きさのベクト
ル図が示されている。また、第５図を参照すると、ファ
イバ２４の複屈折の軸が応力を加えることによってどの
ように変化されるかを示す図が描かれている。当業者は
、ファイバ２４のような単一モードの複屈折ファイバが
、単一モードファイバの２つの直交する偏光モードに対
応する偏光の２つの直交する軸を有しているということ
を理解するであろう。

第４ａ図は、２つの畝１６によって引起こされた交互に
応力が生じかつ応力が生じていない３つの領域を示して
いる。応力が生じた領域３ｏおよび３２の各々は、この
実施例においてはビート長さの１／２の長さである。応
力が生じていない領域３４に関しても同じことが言える
。このファイバ２４は、異なる導波管を結合している方
向性カプラに類似した４−ボート装置として考えること
ができる。たとえば、３６において概略的に示されたフ
ァイバ２４の２つの直交するＸおよびＹｌｌ光モードは
、そのような方向性カプラの２つの入力ボートに類似し
ている。同様に、３８において概略的に示されたＸおよ
びＹの直交する偏光モードは、そのような方向性カプラ
の出力ボートに類似している。

Ｙ軸に対してφの角度で複屈折ファイバ２４に対して表
面１８を押しつけている第５図の力Ｆによって表わ５さ
れているように、ファイバ２４に応力が加えられたとき
に、（偏光モードＸおよびＹに対応する）＠光の直交す
る軸ＸおよびＹは、偏光の直交する軸ｘ″およびＹ′ま
で角度θだけ突然にシフトする。

偏光モード軸の配向の突然の変化は、配向におけるその
ような変化が非常に短い境界領域にわたって生じるよう
に引起こされるべきであるということがこのカブラ装置
の動作にとって重要である。

わしも配向の変化が比較的長い距離にわたる偏光軸の緩
かな回転によるものであれば、その結果生じた偏光ベク
トルは単に偏光軸の緩かなシフトに追従するだけであり
、かつ実質的にその位置を相対的に維持するので、偏光
モード間に有意義なパワーの転送をもたらさないであろ
う。図示された実施例において、第４ａ図において破線
４０，４２．４４．４６によって表わされた境界は、逃
げ領域１６のエツジに配置され、したがってビート長さ
の１７２で周期的に配置される。他の実施例において、
境界は、ビート長さの１／２の奇数倍で配置されること
もできる。

第４ｂ図ないし第４ｇ図は、ファイバ２４におけるこれ
らの突然の境界４０．４２．４４および４６がどのよう
にパワーの転送を引起こすかを示している。（複屈折フ
ァイバの偏光のＸ軸に対応する）Ｘ−偏光モードに対す
る電界ベクトルは、応力が生じていない領域３４におい
てＸで表示され、かつ応力が生じた領域３０．３２にお
いてＸ′で示されている。同様に、〈偏光のＹ軸に対応
する）Ｙ［光モードに対する電界ベクトルは、応力が生
じていない領域３４においてＹで表示され、かつ応力が
生じた領域３０．３２においてＹ−で表示されている。

ＸおよびＸ′ベクトル（第４ｂ図ないし第４９図）は、
それぞれ偏光のＸおよびＸ′軸（第５図）に対応し、か
つＹおよびＹ′ベクトル（第４ｂ図ないし第４ｇ図）は
、それぞれ偏光のＹおよびＹ′軸（第５図）に対応して
いるということが理解、、、、されよう。

第４ｂ図において、入力光はファイバ２４に入ってくる
ときにベクトル４８で表わされ、Ｘ偏光モードにおける
すべてのパワーを伴なっている。

この偏光は、光が第１の応力が生じた領域３０の始めに
おける境界４０まで伝播するときに維持されている。

第４Ｃ図は、境界４０上をちょうど越えて応力が生じた
領域３０内へ光が伝播した後のパワーの成分を示してい
る。境界４０において、偏光軸ＸおよびＹは、第５図を
参照して先に議論されたように、新しい配向Ｘ′および
Ｙ′まで角度θ（第５図）だけ突然にシフトする。これ
らの新しい偏光モード軸Ｘ′およびＹ′は、これらの偏
光モード内を伝わる電磁光波に対する電界ベクトルの配
向を表わしている。ＸおよびＹ配向の場合のように、Ｘ
′モードにおける光はＹ′モードにおける光とは異なる
速度で伝わるが、これは複屈折の概念の基本だからであ
る。その後光の全体的な偏光は、Ｘ′およびＹ′または
ＸおよびＹ軸におけるパワーの成分に基づく結果として
生じたベクトルである。

応力が生じた領域３０において、Ｙ′［ＧＡ光モードに
おけるパワーの成分が境界４０に最初に現われるのに対
し、境界４０の前にはＹモードにはパワーは存在しなか
った。この理由は、境界における電磁界の概舞いを説明
する周知の数学的関係でにおいて、固定された観測者に
対する電界ベクトルの配向および大きさが境界のいずれ
の側においても同じでなければならないということであ
る。

この場合、結果として生じた偏光、すなわ１５Ｊｊ！界
４０の左側に対する電界ベクトルの配向は、第４ｂ図に
おいてベクトル４８によって示されている通りである。

境界４０の右側に対して、偏光軸Ｘ′およびＹ′はシフ
トされ、これにより一×′はＸモードにおけるその配向
からシフトされるのでベクトル４８に対して生じた偏光
を維持するために小さなＹ′成分が存在しなければなら
ない。したがって、境界４０においてＸモードからＹ′
モードへ一定のパワーが転送される。

応力が生じた領域はビート長さの１／２の長さであるの
で１．２つのＹ′およびＹ′成分が応力が生じた１１４
３０を通じて伝わるときに、これＩうの成分は１８０６
だけ相対位相でシフ１−する。境界４２の左側における
Ｘ′およびＹ′成分の相対位相は第４ｄ図に示されてい
る。１８０６の位相シフトは、Ｙ′成分の方向を逆転す
ることによって表わされる。もしも、ＸまたはＸ′ベク
トルの方向を逆転しかつＹまたはＹ′ベクトルをそのま
まにしておくことによって１８０６の位相シフトが表わ
されるならば、同じ結果が得られるであろう。

この１８０°の位相シフトの結果、生じた偏光ベクトル
５０はベクトル４８の配向からシフトされる。

境界４２において、偏光軸Ｘ′およびＹ′の配向は、応
力の除去によって元の配向ＸおよびＹに戻るように突然
にシフトする。境界４２を横切って光が伝わるときに、
ベクトル５０によって表わされる偏光が保たれなければ
ならない。領域３４の始めにおける境界４２の右側の状
況は、第４ｅ図に示されているとおりである。しかしな
がら、偏光軸のシフトは、ＸおよびＹモードにおけるパ
ワーを表わす成分ベクトルの方向に付随的なシフトを引
起こしているので、ＸおよびＹ成分の大きさは全体的な
電界ベクトル５０の角度および大きさを保つように変化
しなければならない。第４ｂ図および第４ｅ図を比較す
ることによって、領域３０．３４はパワーのＹ成分の大
きさに実質的な増大を引起こしていることが注目されよ
う。

第４ｒ図は、応力が生じていない領域３４を柊わらせて
いる境界４４のちょうど左側のパワーの成分を表わして
いる。この応力が生じていない領域３４はまた、ビート
長さの１／２の長さであり、したがってＸおよびＹ成分
が領域３４を介して伝わるときにＸおよびＹ成分の間に
別の１８０°の位相シフトが生じるである。この位相シ
フトは再度、第４ｆ図に示されるように、境界４４にお
いてＹ成分の方向を逆転することによって表わされる。

上述の議論を延長することによって、偏光軸は境界４４
において再度、ＸおよびＹ配向からＸ′およびＹ−配向
く第５図）へ戻るように突然にシフトするということは
明白である。これは、より多くのパワーをＹ′偏光モー
ドにシフトさせ、さらに、境界４４を横切る結果として
生じた電界ベクトル５２の大きさおよび角度を保つため
には、ＸおよびＹ軸の角度のＸ−およびＹ′へのシフト
のために第４ｇ図のＹ′成分の大きさは増大しなければ
ならないということが、境界４４のちょうど右側の状況
を描いている第４０図から理解され得る。したがって、
ビート長さの１／２の奇数倍における各境界は一定量の
パワーを一方のモードから他方のモードへ結合させると
いうことが理解されよう。境界４０．４２，４４．４６
において結合されたパワーは加算的であり、これにより
ファイバ２４の一方の端部から他方の端部への結合され
たパワーの全体的な大きさは累積的である。

もしもこれらの境界がビート長さの１／２のちょうど奇
数倍以外であれば、累積的な結合されたパワーは未だ非
ゼロであるが、しかしビート長さの１／２の奇数倍以外
における各境界は、他方のモードに既に結合されたパワ
ーとは位相が異なる成分を有する他のモードにパワーを
結合させるでおろう。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キャンセルす
るであろう。正味の結合されたパワーが非セロであるか
どうかは、境界の正確な位置と各応力が生じた領域にど
れだけの力が加えられたかとに依存するであろう。しか
しながら、一般に、境界の位置の、たとえば５ないし１
０％のオーダの誤差は、この発明の動作に実質的に不利
な影響を及ぼすことなく許容される。

このシステムは、次のように数学的に特徴づけることが
できる。典型的には、高度の複屈折ファイバに対して、
軸の一方を伝播する光は他方の軸には幾分ち結合しない
であろう。ファイバに圧力を加えることによって付加的
な複屈折が誘起され得るということが証明されている。

この複屈折は次の式によって与えられる。

Δｎ　Ｐ　＝ａｎ３Ｃｒ　／２ｄ　　　−（１）ここで
、ａは円形のファイバに対して１．５８に等しい定数で
あり、ｎはファイバの平均屈折率であり、Ｃは圧電光学
（または光弾性）係数であり、ｒはファイバに加えられ
た単位長さあたりの力であり、かつｄはファイバのクラ
ッドの直径である。計算において、ｎ−１，４６，ｃ＝
５ｘ１０−”　　（ＭＫＳ）、およびｄ　−６５μＩＩ
Ｉ　（７）値が用いられた。小さな力に対して、付加的
な複屈折は、ファイバの正常の複屈折に対する摂動とし
て取扱うことができる。解析のために、加えられた力は
ファイバの複屈折軸に対して４５°であると仮定する（
すなわち、第５図におけるφは４５°に等しい）。複屈
折の軸に対して４５６の角度で力を加えることによって
、同時係属中の特許出願の開示された実施例に対して単
位力ごとに複屈折軸の配向の最大のシフトを引起こす。

しかしながら、この角度は臨界的ではなくかつ４５°か
らのずれは、加えられた力を増大させることによって調
整され得る。複屈折の摂動の第１の結果は、小さな角度
を介するファイバの最初の複屈折軸の回転である。複屈
折におけるこの小さなシフトは、全体のファイバ複屈折
の大きさ、すなわちΔｎを大きく変えない。この角度θ
は次の式で表わされる。

ｊａｎ（２θ）−Δｎｒｓ＋ｎ（２φ）／（Δｎ。

＋ΔｎｒｃＯ３（２φ）） ・・・　（２） ここでφは、速い軸（すなわち、第５図のＹ軸）に関す
る圧力が加えられた角度であり；Δｎ１は、ファイバの
固有の複屈折であり、かつΔｎＰは方程式（１）におい
て計算された誘起された複屈折である。

Ｘ軸に沿って始めに偏光された光は、挾まれた領域に入
るときに軸Ｘ′およびＹ′に沿って偏光されたその成分
に分解されるであろう。２つの偏光における光の相対位
相は、ビート長さの１．／２（すなわち、π／２）にお
いてπラジアンだけ変化するであろう。もしもこの距離
においてファイバ上の力が除去されるならば、光は、Ｘ
ｉ光における大きさｃｏｓ’（２θ）およびＹｌｌｉｉ
光におけるｓｉｎ’（２θ）を伴う最初の軸に沿った成
分に戻るように分解されるであろう。他方のＬ７／２の
距離を伝わった後に、２つの軸における適正な位相関係
は、第２の応力が生じた領域がさらにパワーの転送を引
き起こすように確立されるであろう。

単一のπ／２の長さの応力が生じた領域と、π／２の応
力が生じていない領域とに対して、ジョーンズのマトリ
クス（Ｊ　ｏｎｅｓ　ｍａｔｒｉｘ　）　、Ｔは、この
構成の振幅偏光の変換を表わすように書くことができる
。

そのような構造をＮ回繰返すことによって、全体の偏光
変換マトリクスを生じる。

それゆえに、一方の偏光から他方の偏光への完全なカッ
プリングは、２Ｎθ−π／２となるように力ＦをＮ個の
畝に加えることによって実現され得る。大きなＮ（たと
えばＮ〉５）に対して、この最適な力は次の式によって
与えられる。

Ｆ〜ＬβΔｎｃｌｙｒ／４ａｎ’　Ｇ　　　−（Ｂ　）
たとえば、もしもＮ−１０かつＬ＝３２１ｍｍであれば
、上述の与えられた数を用いると、１７７（１の力が完
全なカップリングのために必要とされるであろう。

第１図に描かれた装置において、保護のためのファイバ
の外被はファイバ２４から除去されてファイバのクラッ
ドを畝に直接露出していた。これは必ずしもすべての場
合に必要ではない。

第６図は、番号５４で表示され、第１図ないし第５図を
参照して上記のように説明された偏光カブラを用いるシ
ステムを示している。光源を発生するために周波数が調
整可能な色素レーザ５６が用いられた。標準的な偏光器
５８によって偏光されたこの光は、偏光された光の焦点
をファイバのコア上に合わせるレンズ６０によって或る
長さの楕円形コアの複屈折ファイバ２４内に送出される
。

偏光器５８は、ファイバ２４の２つの直交する偏光モー
ドのうちの一方のみに光を通過させるように整列される
。この光は、偏光カブラ５４を通じてファイバ２４内に
伝播し、さらにファイバ部分６４においてファイバ２４
から出るときに、そのパワーのいべらかまたはすべてを
他方の直交する偏光モード内に結合させる。レンズ６２
は、出力ファイバ部分６４から現われる光の軸を平行に
しかつこのように形成されたビーム６５をビームスプリ
ッタ６６上に向けさせる。このビームスプリッタ６６は
、ビーム６０の一部を標準的な光検出器６８に向けさせ
かつビーム６５の残りの部分は偏光器７０を介して通過
させられる。偏光器７０は、偏光器５８によって確立さ
れた偏光に対して同一の偏光の光を通過させるだけであ
る。偏光器７ｏを介して通過した光は、標準的な光検出
器７２上に加えられる。光検出器７２および６８の出力
は、それぞれライン７６および７８による、標準的な比
率計７４への入力であり、この比率計７４は、出力パワ
ー全体に対して比較された直交する偏光における相対的
なパワーを示している。出力における偏光器７０によっ
て、１９および３２ｄ３の間のファイバ賜光間の吸光比
率が測定された。この吸光比率は、垂直偏光モードにお
ける光学パワーの水平偏光モードにおける光学パワーに
対する比率の底１０に対する対数である。少なくとも１
９ｄＢの吸光比率が、波長が変化したときの波長に関係
なく実現された。散乱された光のいくらかは案内される
ように留まるので１この制限はファイバにおける散乱損
失によって設定される（＞　１５０６３／ｋｍ）　。一
定の波長ニオイテ、この比率は、おそらく散乱した光の
破壊的な干渉のために３２（ＩＳまで改善された。畝が
設けられたブロック１４がファイバ上に配置されかつ圧
力が加えられたときに、典型的には約２２０ｇの力によ
って、３２ｄＢよりも大きなカップリング比が実現され
た。このカップリング比率は、直交陽光モードに結合さ
れなかった光学パワーと直交モードに結合されたパワー
との間の比の底１０に対する対数である。この比率は、
１０例の畝によって６３３　ｎ１ｌｌで観察されかつ３
０個および６０個の畝によって約６０８　ｎｍの波長で
観察された。

ファイバの光のビート長さは波長の関数として定数では
ないので、第１図のカブラの畝は特定の波長に対して設
計されなければならない。只なイ）波長で装置が用いら
れるときに、畝の長さにわたる位相シフトΔΦは、πラ
ジアンからπ＋２６ラシアンまで変化する。したがって
、完全なパワーの転送はもはや実現されない。２Ｎθ＝
π／２となるように８畝によって適正な力が加えられた
と仮定すると、単一の畝および間隙の期間に対するもし
も光が最初に一方の偏光のみにおいて送出されるならば
、Ｎ個の畝の後で第２の偏光に結合されたパワーは１に
１２によって与えられ、ここで ここでｐ　＝ｓｉｎ　２θ−ｃｏｓ　２θｃｏｓ　２δ
である。

転送マトリクスの対角から外れたエレメントは、偏光モ
ード間で生じるであろう振幅カップリングの大きさを表
わしている。この振幅カップリングには、ＴＩ’Ｊの２
つの対角線を外れたマトリクスのエレメントの各々の値
である。

カップリングの波長への依存は、５６９　ｎｍおよび６
１４ｎｍの間で調整可能な色素レーザを用いて実験的に
調べられた。用いられた装置は６０個の畝を伴なうカブ
ラであり、仁のカブラの中央の波長は６０９　ｎｍにあ
り、そこに均一な光学的圧力が加えられた。実験の構成
は第６図に示されたものと同じであった。最初の圃光に
残された、すなわち結合されなかった光は、検出された
信号であった。比率計７４は、波長が変化するときのレ
ーザパワーの変動を補償するために用いられた。その結
果は第７図にグラフで示されており、この第７図は、実
験結果を点で示し、かつシステムに対して想定される複
屈折モデルにおける突然のシフトに基づく理論的な予測
された結果を実線で示している。２つの曲線の間の良好
な一致は、応力が生じた領域の境界における複屈折の変
化が全く突然のものであるという結論を支持している。

はぼλ／Ｎに理論的に等しい、最大値の１／２における
全体の幅は９ｎｍであると観測された。しかし、なから
、ファイバ上の畝の不均一な圧力のためにサイドローフ
は予測されたよりも高かった。この不均−な圧力はおそ
ら（、オームストロングのオーダのファイバ直径および
畝の高さの変化によって引起こされたものであり、個別
的に重くされｌζ畝を構成することによって処理するこ
とができる。

上述の第１図ないし第７図を参照して説明された偏光カ
プラは、振幅変調器として用いることができる。変調信
号に従って第４ａ図における力Ｆを変化させることによ
って、変化する大きさのパワーがＸ（Ｉ光モードからＹ
ｌｉ光モードへ結合され、ここでカップリングの大きさ
は力Ｆの大きさに比例している。すなわち、もしも第６
図におけるどのような従来の変換器８０も、たとえば正
弦波状にドライブされて偏光カプラ５４の畝が設けられ
たブロック１４に与えられた力Ｆを変えるならば、ファ
イバ２４のＹｆＩ光モードにおける光学パワーは力Ｆの
大きさに正比例し、ここで入力パワーは最初に偏光モー
ドＸにすべて送出される。これは、応力によって誘起さ
れた付加的な複屈折が単位長さごとに加えられた力に正
比例しているということが見出される方程式（１）から
理解され得る。

力が変化するときに、陽光モードの軸がそこを介してシ
フトする角度は方程式（２）によって変化する。これは
、第４ｂ図ないし第４ｇ図の観察から明らかなように各
境界における新しい軸の各々の上へ分解するパワーの大
きさを変えることによって偏光モード間でシフトされる
パワーの大きさを変化させる。

上述のように、第１図において開示された装置は、第４
ａ図に示された力を時変信号でドライブすることによっ
て振幅変調器として有利に用いることができる。動作の
原理は、第８図においてグラフによって示されており、
このグラフは、垂直軸上で結合されたパワーのパーセン
トに対して水平軸上の与えられた力を表わしているカッ
プリング曲１１！９９を示している。水平軸上に与えら
れた力は、第４ａ図において畝が設けられたブロック１
４に加えられた力Ｆである。加えられた力が増大するに
つれて、一方の偏光モードから他方の偏光モードに結合
されたパワーのパーセントは、パワーの実質的に１００
％が最初のモードから他のモードに転送されるまで増大
する。これは、参照番号１００から参照番号１０２まで
の正弦波状に現われた曲線によって第８図に示されてい
る。もしも与えられた力が参照番号１０２に対応する大
きさを越えて増大すれば、オーバカップリングが生じか
つ結合されたパワーはその結果参照番号１０２から参照
番号１０４までの曲線上で描かれたように減少するであ
ろう。参照番号１００から参照番号１０２までの曲線は
実質的に正弦波であるが、５０％の結合パワーに中心を
置く曲線の区分は実質的に線形である。これは、カップ
リング曲線９９上でポイント１０９によって表わされて
いる。したがって、もしも加えられた力が５０％のカッ
プリングに対応する大きさの付近で変えられるならば、
結合されたパワーのパーセントは加えられた力の変化に
比例して実質的に線形に変化するであろう。

第８図において、曲線１０６および１０８は、時変力Δ
Ｆ（曲線１０６）の影響と、その結果もたらされた時変
結合パワー△Ｐ（曲線１０８）とを示している。結合さ
れたパワーにおける変化は、第６図における光検出器７
２によって検出された信号レベルの変化どして検出され
１ｑる。第６図の偏光器７０は、偏光器５８によって確
立された陽光に対する同一の偏光または直交する陽光の
いずれかの光を通過させるように調整され得る。もしも
同一偏光に対して選択されれば、検出された信号レベル
は、加えられた力が増大するにつれて減少し、また逆も
同じ・である。もしも偏光器７ｏが選択。ａ−Ｃ直交す
。偏光よ−８゜光を通過斥ば、検出された光レベルは、
力が増大するにつれて増大し、かつその逆もまた同じで
ある。

第９ａ図、第９ｂ図および第９ｃ図は、ファイバ上の畝
の圧力を変えることによって複屈折ファイバにおける偏
光カップリングの変調を得るための３つの実施例を示し
ている。第９ａ図において、振幅変調器は、上述の屹を
有するアルミニウムからなる機械加工されたブロック１
１２を含み、これらの敵は１、その上の一片の鉛ジルコ
ニウム酸塩チタン塩酸（ＰＺＴ）１１４によってファイ
バ１１０上に押しつけられている。一実施例においてア
ルミニウムから機械加工されたブロック１１２上に１９
個の畝が存在し、その各々は０．４５７ｍ１１１の幅と
０．４０６ｍｍの間隔とを有しており、これにより０．
８６３１１１ｍが１ビート長さである。７Ｔ１１４上の
正の電圧をアース電位から分離するように作用する。そ
れはまた、ファイバがその中に押される海綿状の層を提
供しており、これにより破損が減少されかつアルミニウ
ムの畝１１２とファイバ１１０との間の改善された接触
が実現される。２つのアルミニウムのプレート１１６お
よび１２０に静的な力が加えられて、前述のような装置
の静的なバイアスをもたらしている。振動する電気信号
がＰＴＺ材料１１４に加えられて光学信号の時変変調を
もたらしている。第９ａ図の装置は、はぼ２９Ｋ）ｌｚ
の共振周波数を有しておりかつ３５０ＫＨｚ以上の周波
数に対して動作可能である。

１Ａ置の最大動作周波数を増大するために、第９ｂ図ま
たは第９Ｃ図に示されるような構成が望ましい。第９ｂ
図の構成は、第９ａ図のような畝が料からなるプラスチ
ックの頂部プレート１２６を含んでいる。しかしながら
、ＰＺＴ物質１２８は、ファイバ１２２の下に配置され
ておりかつ畝が設けられた大きなブロック１２４を動か
さなければならないということはない。第９ｂ図のカプ
ラは１．５ＭＨ２を越えて作動する。

第９Ｃ図に描かれているように、これらの畝は、代わり
にＰＺＴ材料１３４に直接側まれてもよく、さらに、こ
のＰＺＴ材料１３４はファイバ１３２に直接当てられて
もよい。すべての構成において、静的な力は、第９Ｃ図
におけるプレート１３６のような上部プレートおよび第
９Ｃ図におけるプレート１３８のような下部プレートに
加えられてほぼ５０％のポイントでファイバのカップリ
ングをバイアスする。第９８図ないし第９Ｃ図の装置に
関するこれ以上の議論は、１９８４年６月の０ＰＴＴＣ
３ＬＥＴＴＥＲ３の第９巻第６号の第２４９頁ないし第
２５１頁におけるＪ、　Ｌ、　Ｂｒｏｏｋｓ、　ｅｔ　
ａｔによる°“複屈折ファイバのためのアクティブな偏
光カプラ（Ａ　ｃｔｉｖｅ　ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ
　ｃｏｕｐｌｅｒ　ｆｏｒ　ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ
　ｆｉｂｅｒ　）”ニ、６　イＴ　見出すことができる
。

上述の装置の各々において、光ファイバの長さ方向の軸
に沿って応力を均一に配分するために、これらの畝は好
ましくは、ＰＺＴ材料であろうとまたはアルミニウムで
あろうと、畝が設けられたブロックに正確に機械加工さ
れるべきである。さらに、ＰＺＴ材料のブロックは、時
変変調が均一に適用されるようなものでなければならな
い。さらに、第９ａ図、第９ｂ図または第９Ｃ図に従っ
て構成された変調器の周波数応答は、ＰＺＴ材料の音響
共擾によって制限される。

この　　の。

第１０図は、この発明の好ましい実施例を示している。

上述のような楕円形のコアを有しまたは応力または他の
手段によって誘起される固有の複屈折を有する複屈折光
ファイバ２００は、はぼ２ｒａＩｌの厚さを有する、Ｙ
−カットされたリチウムニオブ酸塩（Ｌｉ　Ｎｂ　Ｏ，
）のような異方性結晶サブストレート２０２の平面２０
３上に配置される。

ファイバ２００は、リチウムニオブ酸塩２０２の２軸に
対して垂直に配向される。リチウムニオブ酸塩サブスト
レート２０２は、圧電材料であり、ここで伝播の長さ方
向の軸に沿って１秒あたり約３４８０１１１の伝播速度
を有する表面音響波が、その表面の各部に発掘電圧を与
えることによって誘起され得る。表面音響波を発生する
ために、複数の音響変換器２０４が、サブストレート２
０２の表面２０３に装着されている。

典型的な音響変換器２０４は、第１１ａ図においてより
詳細に示されている。ポンディングパッド２０４　（ａ
　）および（「）は、互いに挾まれた電極すなわちフイ
＞）ｊ２０４　（ｂ　）−２０４（ｅ　）および２０．
４（σ）　−２０４（ｊ　＞にそれぞれ電気的に接続さ
れている。これらのフィンガ２０４（ｂ　　）−２０４
（ｅ　　）、２０４　　＜（］　　）　　−２０４（ｊ
　）は、２００マイクロメータの幅＜Ｗｆ　’）を有し
かつ２００マイクロメータの間隔＜ｓｒ　＞を有してイ
ンターディジタル変換器を形成している。

したがって、フィンガの中央から中央の間隔ｄ　ｃ−０
は４００マイクロメータである。これらのパッドおよび
フィンガは、半導体の薄膜またはフォトリソグラフィ技
術において実行されるような金属のデポジションまたは
エツチングによってリチウムニオブ酸塩のサブストレー
ト２０２上に配置される。発振電圧は、ポンディングパ
ッド２０４（ａ　）および２０４　（ｆ　）に与えられ
、したがって変換器２０４の隣接するフィンが間に変化
している電界を印加させる。先行技術において周知のよ
うに、電界はリチウムニオブ酸塩のサブストレート２０
２に圧電応力を引起こし、そして結果的にフィンガ間で
表面音響波を発生させる。１対の表面音響波は、矢印２
０５　（ａ　）および２０５（ｂ）によって示される方
向に変換器２０４から離れるように伝わりかつリチウム
ニオブ酸塩のサブストレート２０２（第１０図）の表面
２０３（第１０図）に沿って伝播する。

発振電圧の周波数は変えることができるが、隣接するフ
ィンガの中央から中央の間隔の２倍に等しい波長を有す
る音響波を発生する好ましい周波数が選択されている。

これは第１１ｂ図に示されており、この第１１ｂ図は、
８００μｍの波長を有しかつ第１１ａ図において波２０
５　（ａ　）によって示された方向に伝わるｆｆ１Ｗ波
２０５を、第１１ａ図の変換器２０４のフィンガの延長
された中心線上に図解的に重ね合わせて示している。フ
ィンガの対２０４　（ｂ　）／２０４　（（＋　）の間
の電圧は、フィンガの対２０４　（ｃ　）／２０４　（
ｈ　）の間の電圧と同じであるので、もしも音響波２０
５が、印加された発振電圧が１つの正弦波周期全体を完
了する時間と同じ時間でフィンガの対２０４（ｂ　）　
／２０４　（Ｑ　）およびフィンガの対２０４（ｃ　）
／２０４　（ｈ　）の間の距離を伝わるならば、フィン
ガの対２０４　（ｂ　）／２０４　（（＋　）によって
発生した音響波は、フィンガの対２０４　（０）／２０
４　（１１）における電圧によって引起こされた応力に
よって同期的に補強されるであろう（すなわち、変換器
２０４はその共振周波数において作動するであろう）。

典型的には、リチウムニオブ酸塩における音響伝播速度
は、１秒あたり約３４８０１１１である。それゆえに、
波長が８００μ−の音響波２０５は、４．３５ＭＨｚの
音響周波数に対応する（すなわち、３４８０ｍ／秒÷８
００μｍ　＝”４．３５ＭＨ２）。　　。

表面音響波に関するこれ以上の情報は、１９７４年の超
音波シンポジウム議事録（Ｌｌ　ｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ
３ｙｍｐｏｓｉｕｍ　　ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｏｓ）　、
　　Ｉ　ＥＥＥのカタログ番号第７４号のＣＨｏ　　８
９６−ＩＳＵの第２４５頁ないし第２５２頁におけるＥ
、Ｐ、５ｔａｐｌｅｓ、　ｅｔ　ａｌ、による“Ｕ　Ｈ
Ｆ表面音響波レゾネータ（ＵＨＦ　　５ＵＲＦＡＣＥ　
　ＡＣＯＵＳＴＩＣＷＡＶＥ　　ＲＥＳＯＮＡＴＯＲ８
＞”；１９７５年の超音波シンポジウム議事録（ＩＪ　
ＩｔｒａＳＯｎｉＣ３Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　　ｐｒ’ｏ
ｃｅｅｄｉｎｇｓ）　、　　Ｉ　Ｅ　Ｅ　Ｅのカタログ
番号用７５ｆ’！＋７）ＣＨＯ９４４−４ＳＵ（７）第
２４１頁ないし第２４４頁におけるｐ　ｅｔｅｒ　　Ｓ
　。

Ｇ　ｒｏｓｓによる゛ＳＡＷレゾネータのための反射性
アレイ（ＲＥＦＬＥＣＴＩＶＥ　　ＡＲＲＡＹＳＦＯＲ
ＳＡＷ　　ＲＥＳＯＮＡ丁ＯＲ３＞”；１９８１年１２
月のヒユーレット・パラカード・ジャーナル（ＨＥＷＬ
ＥＴＴ−ＰＡＣＫＡＲＤ　　ＪＯＵＲＮＡＬ）の第９頁
ないし第１７頁におけるＰｅｔｅｒｓ　Ｓ、　Ｃｒｏｓ
ｓによる１“表面音響波レゾネータ（５ｕｒｆａｃｅ　
−Ａ　ｃｏｕｓｔｉｃ　−Ｗ　ａｖｅ　−Ｒｅｓｏｎａ
ｔｏｒＳ）”：１９７５年の超音波シンポジウム議事録
（Ｕ　　Ｉｔｒａｓｏｎｉｃｓ　　　Ｓ　ｙｍｐｏｓｉ
ｕｍ　　　ｐ　ｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ）　　のＩＥＥＥ
のカタログ番号第７５号のＣＨＯ９９４−４ｔＪＳの第
２６９頁ないし第２７８頁におけるに、　Ｍ、　１−ａ
ｋｉｎ、　ｅｔ　ａｔ、による゛表面波レゾネーク（Ｓ
ＵＲＦＡＣＥ　　ＷＡＶＥ　　ＲＥＳＯＮＡＴＯＲ８）
”；および１９７６年１０月１４日のエレクトロニクス
レターズ（ＥＬＥＣＴＲＯＮ　ｒＣ８ＬＥＴＴＥＲ５）
の第１２巻第２１舅の第５５６頁ないし５５，７頁にお
けるＧ、　Ｌ９Ｍａｔｔｈａｅｉ、　ｅｔ　ａｔによる
゛’Ｓ、Ａ、Ｗ、反躬アレイ（Ｓ。

Ａ、Ｗ、ＲＥＦＬＥＣＴＩＮＧ　　　ＡＲＲＡＹＳ）”
において見出すことができる。

第１０図に戻ると、リチウムニオブ酸塩のサブストレー
ト２０２の平面２０３はさらに、サブストレート２０２
の２軸に対して平行でしたがってファイバ２００に対し
て直角に配向された、一連の一定間隔離れた、並列の凹
部または溝２０８を含んでいる。溝２０８の間の表面２
０３の各部分２０６は、一連の一定間隔離れた平行の畝
２０６をもたらしており、その各々は、音響変換器２０
４の１つと整列されて音響波を受取り、これにより音響
波は、畝の長手方向の次元に伝播する。畝２０６の各々
は、光ファイバ２００のビート長さの１７７２の奇数倍
に実質的に等しい幅を有している（すなわち、この幅は
ｎ　Ｌ／２に等しく、ここでｎは奇数の整数である）。

これらの畝２０６は溝２０８によって分離され、溝２０
８の各々は、ビート長さの１／２の奇数倍に実質的に等
しい幅を有している。したがって、隣接する畝２０．６
上の対応する位置の間の間隔は、１ビート長さの倍数で
ある。これらの畝２０６の各々は、第１１図の矢印２０
５　（ａ　）によって表わされた方向に、ファイバ２０
０に向って音響波２０５を導く音響導波管として作用す
る。

平坦なシリコンプレートのような平坦な圧力プレート２
１０が、サブストレー１−２０２の表面に平行な位置で
光ファイバ２００に当てられており、これによりファイ
バ２００は平坦なプレート２１０と畝２０６との間に挾
まれる。平坦なプレート２１０に加えられた力は、畝２
０６のために、第１図の装置を参照して先に説明された
ように、光ファイバ２００上に空間的に周期的な応力を
引起こしている。したがって、ファイバ２００は、それ
が畝２０６と接触するところにおいて応力が与えられ（
すなわち応力が生じた領域２０７）、かつ溝２０８の上
を通過・するところにおいて応力が与えられないであろ
う（すなわち、応力が生じていない領域２０９）。平坦
なプレート２１０に加えられた力の大きさは、第８図に
関して既に説明されたようにファイバ２００の静的なバ
イアスポイントを決定する。典型的なバイアスポイント
は、はぼ５０％のカップリングにおいて第８図の参照番
号１０って示されている。

この発明において、畝が設けられたサブストレート２０
２および平坦なシリコン圧力プレート２１０は、固定さ
れた関係で維持されて、領域２０７においてファイバ２
００に静的に応力を加える一定の力を与えている。時変
応力は、音響波２０５によつ゛てファイバ２００に加え
られている。より詳細に説明すると、変換器２０４の各
々によって発生した表面音響波の対の一方（たとえば、
第１１図の２０５　（ａ　）の方向の波）は、リチウム
ニオブ酸塩のサブストレート２０２の表面に小さな起伏
を生じさせ、これは第１０図において矢印２０５　（ａ
　）によって示された方向に畝２０６に沿ってファイバ
２００へ伝播し、ファイバ２００に加えられた圧力を変
化させる。これは、サブストレート２０２上のファイバ
２００の断面図を示す第１２図においてより明白に描か
れている。表面音響波２０５　（ａ　＞によって生じた
表面の起伏は、起伏２２２として（拡大されたサイズで
）示されている。表面音響波２０５　＜ａ　）の起伏２
２２によって引起こされるファイバ２００上の応力の変
化は、たとえば第８図の正弦波１０６に対応しており、
これにより第８図の正弦波１０８に対応する結合された
モードの光学パワーの変動を結果的に生じている。

第１２図に描かれているように、光ファイバ２００は、
控えめに加えられた紫外線硬化エポキシ２１８．２２０
．２２１のようなセメントによってリチウムニオブ酸塩
のサブストレート２０２および平坦なシリコンプレート
２１０に固定されて装着される。好ましくは、エポキシ
２１８のほどｌυどは、音響変換器２０４（第１０図）
とは反対の、ファイバ２００の側部上に与えられるべき
であり、これにより、変換器２０４によって発生した表
面音響波２０５　（ａ　）の表面の起伏２２２を変える
ことを避けるために、ファイバ２００と音響変換器２０
４との間の音響波経路に最小の量のエポキシ２２０のみ
が存在する。

ファイバ２００上の音響波２０５　（ａ　＞の累積的な
効果を加算的にするために、第１０図の変換器２０４の
各々からの波面は実質的に同期してファイバ２００上に
衝突すべきである。、Ｍい換えると、各音響波のピーク
および谷は、それらがファイバ２００に到達するときに
同位相であるべきであり、これによりファイバに実質的
に同時に衝撃を与えることができる。インターディジタ
ル音響変換器２０４はすべて発振電圧の同一のソースに
装着されており、したがって同期されている。さらに、
インターディジタル音響変換器２０４（第１１図）の各
々のフィンガ２０４　（ｂ　”）−２０４（ｅ）および
２０４　（９）−２０４（ｊ　）は、実質的に整列して
サブストレート２０２上に配置され、これによりそれら
は互いに並列である。さらに、光ファイバ２００がリチ
ウムニオブ酸塩サブストレート２０２上に配置されると
きに、それは変換器２０４のフィンガに対して平行に配
向される。したがって、音響波は、実質的に同期して光
ファイバ２００に衝突する。

畝２０６は、変換器２０４によって発生した音響波２０
５　（ａ　）に対する音響導波管としてＶ「用する。音
響波の波面は、波が変換器２４から離れていくに従って
その幅が増大する傾向を有しているが、これらの畝２０
６は、ファイバに衝突する波面の幅を有利に制御し、し
たがって音響波が応力が加えられる領域の外部でファイ
バ２００に衝突することを防止している。したがって、
音響波の波面の幅は、畝２０６の幅によって決定され、
それゆえに畝２０６の圧力によって生じたファイバ２０
０の応力が生じた領域２０７と同じ幅に相持される。そ
れゆえに、ファイバ２００上の音響波面の効果の空間的
な周期性は、ファイバ２００の応力が加えられた領域２
０７および応力が加えられていない領域２．０９の空間
的な周期性に対して整列させられる。

畝が設けられた装置の１つの特定の好ましい実施例にお
いて、これらの敵２０６は、リチウムニオブ酸塩のサブ
ストレート２０２に刻まれて畝によるバイアスをもたら
しかつ音響波に対する導波管として作用する。上述のよ
うに、一連の溝２０８が変換器２０４の間に刻まれ、こ
れにより畝２０６は音響変換器２０４と整列されている
。溝２０８は、先行技術において知られている従来の方
法によって畝２０６を形成するように刻まれている。こ
の装置はさらに、装置の両側においてサブストレート２
０２の表面２０３上に吸収材料２１２（ａ）および２１
２（ｂ）を含んでおり、音響波の反射を防ぎ、したがっ
て音響波の波面を歪める干渉を防いでいる。音響吸収材
料２１２（ａ）は、変換器２０゛４とは逆の、ファイバ
２００の側部上の表・面２０３に配置されて、音響波が
ファイバ２００の下を通過した後に方向２０５　（ａ　
）（第１１図）に伝播する音響波に残っているエネルギ
を吸収する。音響吸収材料２１２（ｂ）は、ファイバと
は逆の、変換器２０４の側部上の表面２０３上に配置さ
れて方向２０５　（ｂ　）　　（第１１図）に伝播する
音響波のエネルギを吸収する。

この装置のもう１つの特定的な好ましい実施例において
、畝２０６は金のような音響的に導伝性の材料をニオブ
酸リチウムのサブストレート２０２の表面上に堆積させ
ることによっ゛て形成される。

この実施例（図示せず）において、畝２０６は平らな表
面２０３上に形成され、溝２０８は表面２０３の面内に
ある。すなわち、溝２０８は堆積がなされていない畝の
間のニオブ酸リチウムの表面２０３の領域である。前に
議論された実施例におけるように、畝２０６は変換器２
０４によって生ぜられた音響波のための導波管として働
く。しかし、それは表面２０３上に構築された部分であ
って畝２０６を形成している。この代わりに、金の１つ
の共通な層がニオブ酸リチウムのサブストレート２０２
の全表面上に堆積されてもよく、それに続いて、従来の
半導体エツチング技術で金を除去することによって溝２
８が形成され得る。好ましくは、音響導波管を形成する
インターディジタル変換器２０４と畝２０６は同じエツ
チング技術で形成される。

光フッイノ＼と接触している２つの表面のいずれの上に
も畝を用いない本発明の代わり得る実施例が、第１３図
ないし第２０図を参照して議論されて示される。導波管
を与える畝が存在しないので、音響波エネルギを優先的
に伝えるニオブ酸リチウムのような非等方的なサブスト
レートを用いることはこれらの実施例において特に好ま
しい。非等方的材料の結晶格子構造は望む方向に波を伝
える導波管として働く。これらの実施例の１つが第１３
図に図解されている。複屈折光ファイバ２３０は、以前
のようにニオブ酸リチウムのサブストレート２３２のＺ
軸に垂直にそのサブストレートの平らな表面２３３上に
置かれ、平らな圧力プレート２３６によって圧力が加え
られる。しかし、そのニオブ酸リチウムサブストレート
２３２と平らな圧力プレート２３６は、いずれも溝また
は畝を有しない。例えば、平らな圧力プレート２３６は
１５．７３ｍｍ長さの一片の研磨されたシリコンでよい
。しかし、たとえば石英結晶のような他の材料も平らな
プレートを形成するために用いられ得る。偏光間で効率
的なカップリングを生じるために必要な間隔の周期性は
音響ビームのシリーズを生じる表面音響波変換器２３４
の７レイを用いることよって形成され、それらの音響ビ
ームは１７２幅の奇数倍（すなわち、ｎ　Ｌ／２であっ
てｎは奇数の整数）でありかつ１７２幅の奇数倍である
ギャップによって隔てられており、ここでＬは光ファイ
バ２３０のビート長さである。すなわち、隣り合う変換
器２３４上の対応する場所間の距離は１ビート長さの倍
数に等しい。

第１３図の例示的な装置において、８つのインターディ
ジタル変換器２３４が、第１４図に示されているように
ニオブ酸リチウムのサブストレート上に互いに入り組ん
だ２００ミクロン幅の金属フィンガを堆積させることに
よって形成される。

８つの変換器２３４はＺ伝播すなわちサブストレート２
３２の２軸の方向に向けられており、したがってファイ
バ２３０の長さ方向の軸に垂直であφ。変換器はサブス
トレート２３２上に接合された全土に写真食刻マスクを
形成して次にそのマスクされていない部分をエツチング
で除去することによって形成することができ、または半
導体製造において従来用いられている薄膜技術を用いる
ことによって形成され得る。

第１５図に示されているように、各変換器２３４は２つ
の電極２３７　（ａ　）、　２３７　（ｂ　）を含み、
各電極は４つの電気的に相互に接続されたフィンガの組
からなっている。１つの組のフィンガは他の組のフィン
ガと入り組んでおり、それらのフィンガは互いに重なる
が接触はしない。各組のフィンガ間の重なりの長さく第
１５図においてｎＬ／２として示されている）は、光フ
ァイバ２３０の１／２ビート長さの奇数倍にほぼ等しい
。フィンガの各々はたとえば２００μ−の幅Ｗ／を有し
かつ２００μｍの距離Ｓｆ′で隣りのフィンガから隔て
られている。すなわら、隣り合うフィンガ間に４００μ
ｍの中心間隔ｄ’ｃ−ｃが存在し、電気的に相互接続さ
れているフィンガ間には８００μｍの中心間隔ｄｃ−０
が存在する。第１１図の変換器２０４に関連して述べら
れたように、振動電圧ンースが変換器２３４に与えられ
るとき、電界が隣り合うフィンガ間に発生され、すなわ
ちニオブ酸リチウムサブストレート２３２に応力を生じ
て矢印２３５　（ａ　＞と２３５　（ｂ　）で示された
方向に伝播する表面音響波を生じる。その発生された表
面音響波は重なりの長さくすなわち、ｎＬ／２）に等し
い幅の波面を有し、振動電圧ソースの周波数に等しい周
波数を有する。第１０図に関連して説明されたように、
説明された寸法に関して、４゜３５ＭＨ２の振動電圧周
波数は変換器の共鳴周波数に対応するので好ましいが、
その他の周波数も用いられ得る。

第１４図に戻って、従来の振動電圧ソース（図示せず）
は、ポンディングパッド２４０と２４２によって変換器
２３４に電気的に接続されている。

複数のワイヤ２４４は変換器２３４の電極２３７（ａ　
）をポンディングパッド２４０と相互接続し、複数のワ
イヤ２４６は変換器２３４の電極２３７（ｂ）をポンデ
ィングパッド２４２と相互接続する。すなわち、各変換
器２３４によって発生された音響波は１、互いに一定の
位相関係にある。変換器２３４の大きな容量性のインピ
ーダンスを電圧ソースのインピーダンスに整合させるた
めに、簡単な整合ネットワーク（図示せず）を用いても
よい。隣り合う変換器２３４の重なった部分間の間隔（
第１４図において１“ギャップ”として示されている）
も、光ファイバの１／２ビート長さの奇数倍（すなわち
、ｎ　Ｌ／２であってｎは奇数の整数）になるように選
ばれる。すなわち、発生された音響表面波は、ｎ　Ｌ／
２に等しい距離だけ隔てられよう。

第１３図に示されているように、変換器２３４の各々か
らの表面波は、ニオブ酸リチウムサブストレート２３２
によって矢印２３５の方向に複屈折ファイバ２３０へ伝
えられる。第１０図に関連して説明されたように、ファ
イバ２３０は、好ましくはその長さ方向の軸が変換器２
３４の整列されたエツジに平行に配置される。しかし、
ファイバに対して衝突するときの波面の幅を畝２０６が
制御する第１０図の実施例と異なって、この実施例にお
ける音響波面は幅が増大する傾向を持つであろう。した
がって、ファイバ２３０は好ましくは変換器に平行でか
つ距離ｄだけ隔てられており、ＩＷ波面は音響波面のフ
レネル領域とフラウンホーファ領域のほぼ接合領域にお
いてファイバ２３０に衝突する。周知のように、フレネ
ル領域の長さは、変換器２３４の形状寸法によって決定
されるとともに、変換器２３４によって発生される音響
波の波長によって決定される。フラウンホーファ領域に
おいて、波面はフレネル領域におけるよりも明確である
が、その波面はフラウンホーファ領域に入った後に急速
に発散する傾向にあり、したがって、それらの強度が減
少して波面の幅が最大する。音響波はフレネル領域と７
ラウンホ一フア領域間の接合領域における最大強度にお
いて明確であろう。そして本発明の好ましい実施例にお
いて、ファイバ２３０はその接合領域またはその近くに
配置される。

第１３図に示されているように、音響吸収材料２３８　
（ａ　）と２３８　（ｂ　）がニオブ酸リチウムサブス
トレート２３２に与えられており、音響表面波がファイ
バ２３０を通過した後にその音響表面波を吸収し、変換
器２３４によって生ぜられた音響表面波であってファイ
バ２３０から遠い方向に変換器２３４から出て行く波を
吸収する。すなわち、吸収材料２３８　（ａ　）と２３
８　（ｂ　）は、ニオブ酸リチウムサブストレート２３
２の境界からの表面音響波の反射が新たな発生された音
響波と干渉するのを防ぐ。

平らなシリコンプレート２３６とサブストレート２，３
２の表面２３３とはどちらも第１０図の前述された実施
例におけるような畝または溝を有しないので、第８図の
カップリング曲線９９は第１３図の実施例に適用できな
い。その代わり、平らなシリコン圧力プレート２３６と
サブストレート２３２の表面２３３との間のファイバ２
３０に加えられる圧力によって生ぜられる応力は、第１
６図におけるカップリング曲１１ｉ１２３９によって示
された関係に従って伝播モード間でカップリングを生じ
る。

第１６図のグラフの垂直軸は、１つの伝播モードから他
の伝播モードに結合されるパワーの割合を表わしている
。たとえば、垂直軸の１．０は１つのモードで最初に伝
播するパワーのすべてが他のモードに結合されることを
示し、０．５は最初に１つのモードで伝播するパワーの
１／２が伯のモードに結合されることを示す。

第１６図における水平軸は、モード圓でカップリングを
生じさせるためにファイバ２３０に加えられる力を表わ
している。加えられた力はファイバ寸法や方位のような
相関パラメータの数に依存して異なった効果を生じる絶
対的な大きさで表わすのでなくて、その加えられた力は
ファイバ２３０のイントリンシックな複屈折性の割合す
なわちΔｎｒ／Δｎ、としてファイバ２３０の圧力誘起
複屈折性によって表わされる。パラメータΔｎ。

はファイバ２３０のイントリンシック複屈折性を表わし
、それは外的に加えられた応力のない状態におけるファ
イバの２つの軸回折率間の差であり、それは例示的なフ
ァイバ２３０において約３．７３Ｘ１０−一である。パ
ラメータΔｎＰはファイバに圧力を加えることによって
誘起された付加的な複屈折性であって、それは次式で与
えられる。

Δｎｒ　＝ａｎ３Ｇｆ　／２ｄ　　　　　　　　　（８
）ここでａは丸いファイバに関して１．５８に等しい定
数であり、ｎはファイバ２３０の平均屈折率であり、Ｃ
は光弾性係数であり、ｆはファイバ２３０に加えられる
単位長さあたりの力であり、ｄはファイバ２３０の直径
である。５０μｍのジャケットなしのクラッド直径ｄｃ
ｔユムＣル２　を有しかつそれぞれ２μｍと１μｍの長
さｄｘ−０ｒａ　　とｄｘ−ωｒｅのＸとＹのコア軸を
有する（第３図に示されたような）アンドリュー・コー
ポレーションからの例示的な楕円コアファイバについて
は、Ｃに関する典型的値は３．３６ｘ１０−　”　ｍ　
２／Ｎである。

第１６図に示されているように、パワーの大きな割合が
１つのモードから他のモードに結合されることを確実に
するために、ファイバ２３０（第１３図）の応力誘起複
屈折性Δｎｒはイントリンシック複屈折性Δｎ、にほぼ
等しいことが望ましい。畝バイアスされる装置に関して
第８図において示されたカンプリング曲線９９と異なっ
て、本発明の平らなプレートでバイアスされる装置に関
する第１６図のカップリング曲線２３９は周期的でない
。その代わり、曲線２３９は正弦波形状の山のシリーズ
（山１〜山８など）を含んでおり、それらの山は垂直軸
に沿った大きさくすなわち、カブラパワーの最大割合）
において変化し、かつ傾斜（すなわち、加えられた圧力
における変化あたりの結合されるパワーの割合における
変化）において変化している。山１で示されているよう
に、比較的小さな付加応力（すなわち、ΔｎＰがΔｎ１
よりかなり小さい）に関しては、結合されるパワーの最
大割合は小さい（約０．４に等しいΔｎＰ／Δｎ、に関
して約０．１２）。応力を高めれば、山の大きさは大き
くなって幅は狭くなり、そして曲線２３９の傾斜が増大
する。たとえば、約０．８から１．１のΔｎｒ／Δｎ１
範囲を表わす＋ｌ　２について、結合されるパワーの割
合はオーバカップリングが起こる前に（すなわち、結合
された光パワーがさらに付加応力の増大によって元の伝
播モードに結合され戻し始めて、その結合されたパワー
の割合を減少させる前に）約０．７５まで増大する。山
３については、結合されるパワーはその結合されるパワ
ーの最大割合が０．９を越えるまで増大し、その点にお
いてオーバカップリングが起こって再びパワーを減少さ
せる。山３に関する最小から最大までの結合されるパワ
ーにおける増大は、山２についての最小のカップリング
から最大のカップリングまで増大させるために必要とさ
れる付加応力の増加より小さな増加で達成される。すな
わち、カップリング曲線２３９の傾斜は山２より山３の
方が大きい。山３は約１．１から、１．３のΔｎｐ／Δ
ｎ、範囲に相当する。付加圧力をさらに増大させれば、
山４〜８に示されているように、曲線２３９の傾斜にお
いて比較的小さな増加を生じ、かつ曲線２３９の最大結
合パワーにおいて非常に小さな変化を生じる。

第１６図に示されたカップリング曲線は次式によって導
かれる。

Ｐ２　　（Ｌ）／Ｐ＋　　（０）＝＜１／２）ｓｉｎ２
（２θ）　　（１−ｃｏｓ　　（２πΔｎ−Ｌ／λ０）
）ここで、すべてのパワーは最初にモード１にあっで、
Ｐ、（０）で表わされている。Ｌは静的なバイアス圧力
が加えられる長さであり、λ０は光の波長であり、モし
てＰ２　　（Ｌ）は直交する偏光モードに結合されたパ
ワーの大きさである。θは応力を加えられた領域におけ
る主軸の回転角（第１２図に示されているように、応力
の加えられていない領域における速い軸に関して測られ
る）であって、それは次式で与えられる。

ｊａｎ（２θ）−Δｎｒｓｉｎ（２φ）／（Δｎ、＋Δ
ＰＣＯ３（２φ）） ここで、φは圧力が加えられる角度（これも第１２図に
示されたように、応力の加えられていない領域における
速い軸に関して測られる）であり、Δｎ、はファイバの
イントリンシック複屈折性であり、モしてΔｎＰは前に
定義されたような圧力Ｍ起複屈折、性である。式（９）
に、おけるΔｎ−は応力の加えられた領ｍ（すなわち、
第１３図にお　　　　・ける上側のプレート２３６とサ
ブストレート２３２の間に挟まれたファイバ２３０の領
域）における複屈折性の値であって、次式で与えられる
。

Δｎ′＝（Δｎご＋Δｎｒ’＋２Δｎ１Δｎ　ｒ　Ｃ０
３（２φ）　）　’／’　　　　　　　　　　　　　　
　（１１）第１図の畝付きのカプラのようなほとんどの
周期的な偏光カブラにおいて、圧力誘起された応力によ
って生ぜられるファイバ複屈折性における変化とそれに
付随するファイバのビート長さにおける変化は無視し得
る。なぜならば、ファイバに加えられる力は十分小さい
ので、主軸の回転が主要な効果である。しかし、平らな
プレート（畝なし）を用いて光学カップリングをバイア
スすることはファイバに対して比較的高い圧力を必要と
し、その高い圧力によってファイバ複屈折性における変
化はファイバビート長さに十分な影響を与えるほど十分
に太き（なる。すなわち、複数の音響波経路を横切るフ
ァイバに沿って連続的に圧力を加えるために平らなプレ
ートが用いられる第１３図の実施例において、複屈折性
における変化の効果は無視し得ない。

第１６図におけるカップリング曲線２３９の形は圧力が
加えられる角度に強く依存する。第１３図に示された本
発明において、圧力を加えるべき好ましい角度は、平ら
なシリコン圧力プレート２３６を用いてファイバ２３０
をニオブ酸リチウムサブストレート２３２に対して押し
付け、次に１つの偏光モードから他のモードに結合され
る光の割合を測定することによって決定されるように、
最適の性能が得られるまでファイバ２３０を回転させる
ためにプレート２３６を水平方向に移動させることによ
って決定された。その後に、その最適の方位を保存する
ために、第１２図に関連して上述されたように、ファイ
バ２３０は控え目に付与される紫外線硬化エポキシを用
いてニオブ酸リチウムサブストレート２３２と平らなシ
リコンプレート２３６の間に接着された。接着剤は硬化
した後に、シリコンプレート２３６の圧力はファイバ２
３０の角度方位を変えることなくバイアスするように加
えられる。静的なカップリング測定から推定されるよう
に、（第１０図の実施例に関して第１２図に示されてい
る）ｆｉ適角φは速い軸（すなわち、Ｙ軸）から測って
６５．５°であった。ファイバ２３０を最適角度方位に
位置決めする間、ファイバ２３０は上述のようにフレネ
ル領域とフラウンホーファ領域の接合領域近くに維持さ
れ、音−変換器２３４とほぼ平行に整列する。

通常モードの動作において、第１３図の振幅変調器は第
１６図のカップリング曲線２３９の比較的直線状の部分
上の或る点まで静的にバイアスされ、そしてそのカップ
リングは表面音響波の付与によってその点近くで変動さ
せられる。こうして、変換器２３４に与えられた電気信
号は、第８図のカップリング曲ｌ１ａ９９に関して示さ
れたように、偏光モードにある光学パワーにおける変動
として忠実に再生される。上述のように、静的なバイア
スは、ファイバ２３０をニオブ酸リチウムサブストレー
ト２３２に対して押すために平らな圧力プレート２３６
を用いることによって達成される。

本発明の最良の直線状の性能を得るために、加えられる
力は、第１６図における曲線２３９のピークと底の間の
中間にバイアスがセットされるようなものであるべきで
ある２図解されているように、装置は第１６図のカップ
リング曲線２３９上の多数の位置で作動され得る。たと
えば、カップリング曲線２３９の山１上の点Ａは、他の
山（すなわち、山２〜８）上の他のバイアス点よりかな
り小さな付加圧力で達成され得る。しかし、点Ａにおい
てバイアスされるときの装置は、非常に小さな変調深さ
を持つという欠点を有する。言い換えれば、ファイバ２
３０（第１３図）に加えられる応力の振動の或る与えら
れた大きさに関して、１つ偏光モードから他のモードに
結合されるパワーの割合における変化は、それぞれ山２
と山３上の点ＢとＣのような他のバイアス点におけるよ
りも点Ａにおいて小さい。これは、カップリング曲線２
３９の傾斜がバイアス点Ａにおいて点ＢとＣにおけるよ
りもかなり小さいということによる。

さらに、バイアス点Ａ近くの直線領域に沿った結合パワ
ーの割合における最大変化は点ＢやＣのような他のポテ
ンシャルバイアス点におけるよりもかなり小さい。

山２上のバイアス点Ｂは、傾斜と最大カップリング変化
との両方においてバイアス点Ａよりかなり改善されてい
る。しかし、山３上のバイアス点Ｃがバイアス点として
最良であることがわかった。

バイアス点Ｃにおける傾斜はバイアス点Ｂにおけ′　る
よりも大きく、かつその直線領域における結合パワーの
最大変化はより大きい。これらの２つの利点は、加えら
れる静的な応力における比較的小さな増加で達成される
。バイアス点を山４〜８に移動させるために付加力を増
大させることは、結合パワーの最大割合と傾斜において
比較的小さな増加をもたらす。すなわち、バイアス点Ｃ
を越えて静的応力を増大させることによって得られるも
のは比較的わずかである。さらに、ファイバ２３０を損
傷させる可能性が付加圧力の増大とともに増大する。

このタイプの変調器の１つの特定の長所は、その装置の
バンド幅が変換器２３４と整合ネツトワーりのバンド幅
にのみ依存することであり、それらは全く広く作られ得
る。第１７図は、変換器アレイに加えられる１１１ボル
トのピークツーピークでバイアス点Ｃ（第１６図）にお
いてとられた例示的な測定を示している。第１７図に示
された応答は１．１５ＭＨｚの最大値の半分における全
幅（ＦＷＨＭ）を有している。４．３５ＭＨｚにおける
ピークは表面波の同期励起（すなわら、上述のように音
響波の波長が変換器フィンガ間隔の倍数）に対応し、一
方、低周波におけるピークは変換器２３４のアレイに接
続された特定の整合ネットワークの結果である。最適性
能のために、本発明は４．３５ＭＨｚまたはその近くで
作動されることが好ましい。

第１３図の実施例は、平らな圧力プレート２３６の代わ
りに、（第２図に関連して説明されたような）畝付圧力
プレートを都合良く用いることもできる。この代わり得
る実施例（図示せず）において、圧力プレートの畝は変
換器２３４によって発生される音響波の波面と整列され
ることが好ましく、音響波は圧力プレートの畝によって
生ぜられる応力領域においてファイバ２３０に衝突する
。

この代わり得る実施例において、畝付圧力プレートに圧
力を加えることによって生じる静的なカップリングは、
第８図におけるカップリング曲線９９によって規定され
よう。そのような畝付プレートの使用は次の点で都合が
良い。すなわち、第８図のカップリング曲線９９の直線
部分上に静的なパイ、アス点を与えるために必要とされ
る圧力は、第１６図のカップリング曲線２３９の高い傾
斜の山上におけるよりも小さいからである。しかし、こ
の代わり得る実施例の構造は、畝付ブロックについて比
較的精密な整合要件を必要としかつ音響波経路と畝の正
確な整列を必要とする。

第１８図は本発明のもう１つの代わり得る実施例を示し
ており、音響波面を生じるために連続的な変換器２５８
が用いられている。複屈折光ファイバ２５０がニオブ酸
リチウムサブストレート２５２を横切って置かれ、そし
て以前と同様にそのサブストレートのＺ軸に垂直である
。シリコンまたは他の材料の平らな圧力プレート（図示
ピず）が、第１３図を参照して上述されたように、ファ
イバ２５０に応力を与えるように圧力を加えるためにフ
ァイバ２５０に与えられる。ポンディングパッド２５４
と２５６は、第１３図の実施例において示されたような
複数の小さな変換器ではなくて、図示されているように
１つの大きな変換器２５８を形成するためにインターデ
ィジタルフィンがとして延びている。音響波面は、変換
器２５８のインターディジタルフィンガの重なりの全幅
を横切って発生される。音響吸収体２６０のシリーズが
インターディジタル変換器２５８と光ファイバ２５０と
の間に置かれる。各吸収体２６０の幅Ｗ−はファイバ２
５０の１／２ビート長さの奇数倍にほぼ等しく、それら
の吸収体２６０は１／２ビート長さの奇数倍（すなわち
、ｎ　Ｌ／２であってｎは奇数の整数）だけ間隔Ｓ′で
隔てられている。すなわち、音響波のシリーズは、吸収
体２６０の間を通、す、それらの吸収体は１／２ビート
長さの奇数倍（ｎ　Ｌ／２）にほぼ等しい幅を有しかつ
１／２ビート長さの奇数倍（ｎＬ／２）だけ隔てられて
いる。したがって、ファイバ２５０が平らな圧力プレー
ト（図示せず）に力を加えることによって応力を加えら
れるとき、ファイバ２５０は第１６図におけるカップリ
ング曲線２３９のようなカップリング曲線に従ってバイ
アスされ、第１３図と第１４図に示されたような複数の
それぞれの変換器２３４を用いることなく、かつ複数の
変換器２３４の相互接続を必要とすることなく第１３図
の実施例とほぼ同じ結果が得られる。音響吸収材料２６
２　＜ａ　）と２６２　（ｂ　）は、反射される音響波
を抑制するために他の実施例と同様な位置に設けられる
。

本発明のもう１つの好ましい実施例は、第１９図の平面
図に示されている。ファイバ２７０はニオブ酸リチウム
サブストレート２７２を横切って置かれ、第１３図を参
照して前述されたように平らなシリコンプレート（図示
せず）によって第１６図にあける点Ｃのような直線状バ
イアス点までバイアスされる。隣り合うインターディジ
タル変換器２７４のシリーズは、方向２７５における音
響波を生じるために以前と同様に２つのポンディングパ
ッド２７６．２７８間でニオブ酸リチウム材料２７２の
表面上のマスクをエツチングすることによって形成され
る。３つの例示的な変換器２７４の部分の拡大図である
第２０　＜ａ　）図に示されているように、各変換器２
７４は２００μ−の幅Ｗ″と２００μｍの間隔Ｓ−−を
有するフィンガを含んでいる。すなわち、フィンガの中
心間隔ｄ″′。−２は４００μ−である。

前の実施例におけるように、入り組んだフィンガの隣り
合う組はそれぞれのポンディングパッド２７６．２７８
に接続されている。ポンディングパッド２７６．２７８
に与えられる＠動電圧はニオブ酸リチウムサブストレー
ト２７２内に応力を生じ、与えられる電圧の周波数を有
しかつファイバ２７０に向かう方向に伝播する音響波（
第２０（ａ）図において波面２８ＯＡ、２８０８．２８
００として示されている）を生じる。第１１（ａ）図と
第１１（ｂ）図に関連して上述されたように、この例に
おいて与えられる寸法に関して、４．３５ＭＨｚの周波
数を有する振動電圧は変換器２７４と共鳴するので好ま
しい。これは第２０　（ｂ　）図において音響波２７５
Ａ、２７５Ｂ、２７５Ｃで示されており、それらの波は
第２０　（ａ　）図における波面２８ＯＡ、２８０Ｂ、
　？ａｏｃに対応するピーク（すなわち、最大薇幅）を
有している。

第１９図と第２０（ａ）図において見られるように、隣
り合う変換器２７４のフィンガは電気的に相互接続され
ており、各パッド２７６．２７８によって電圧が与えら
れるように連続的な電気経路が各ポンディングパッド２
７６．２７８からそれらのフィンガへ与えられている。

すなわち、第１３図と異なって、フィンガを相互接続す
るために付加的なワイヤが設けられる必要がなく、変換
器２７４の全アレイは半導体技術によって作ることがで
きる。ファイバ２７０内の光信号を変調するために必要
とされる空間的な周期的応力を与えるために、隣り合う
変換器２７４の対応するフィンガは（第１９図における
矢印２７５によって示されているように）音響波の伝播
の方向において中心間隔ｄｃ−ｃ（すなわち、４００μ
−）だけずらされている。すなわち、第２０　＜ａ　）
図に示されているように、変換器２７４Ａと２７４Ｃに
よりて発生される音響波面２８０Ａと２８０Ｃは、変換
器２７４Ｂによって発生された音響波面２８０Ｂより実
際に４００μ勘だけ先んする。振動電圧ソースの周波数
は第１１（ａ）図と第１１（ｂ）図に関連して説明され
たように都合層＜４．３５ＭＨｚに選ばれ、４００μ−
の先行は第２０　（ｂ　）図において音響波２７５Ａ、
Ｂ、Ｃに関して示されているように１／２波長（λ／２
）またはπラジアンの先行に対応する。すなわら、第１
３図と第１８図の実施例におけるように時間変動する音
響応力によりて影響される領域と時間変動する音響領域
によりて影響されない交互の領域によって与えられるフ
ァイバ２７０上の空間的に周期的な応力の代わりに、逆
の大きさの音響波を有する交互の領域によって空間的な
周期性が与えられる（すなわち、もし１つの変換器から
の音響波がその最大振幅にあれば、その隣りの変換器か
らの音響波は最小振幅にある）。これは、変換器２７４
に与えられる電圧の増大を必要とすることなく、隣り合
うｎ　Ｌ／２幅領域間における音響圧力差を増大させる
効果を有する。

第２０　（ａ　）図に示されているように、隣り合う変
換器のフィンガ上の対応する位置間の距離りは、ファイ
バ２７０の交互の応力領域間に空間的な周期性を与える
ためにｎ　Ｌ／２にほぼ等しい。

しかし、上述のように、隣り合うフィンガは電気的に接
続されておらず、したがって小さなギャップまたは距離
ｄＡが電気的絶縁を与えるために隣り合うフィンガ間に
設けられている。距離ｄＡはフィンガの長さｉ４　　に
比べて小さい。すなわち、長さｆＬｌ　はｎ　Ｌ／２に
ほぼ等しく、ファイバ２７０に衝突する音響波面２８０
Ａ、Ｂ、ＣはｎＬ／２にほぼ等しい幅を有している。

サブストレート２７２のエツジに沿った音響吸収材料２
７９　（ａ　）　、　２７９　（ｂ　）は、他の実施例
におけるように発生された音響波との干渉を防ぐだめに
１５彎波の反射を抑制するように働く。

本発明の前述の実施例は、音響変換器に与えられる４、
３５ＭＨｚの電気信号を、情報がエンコードされた変調
させる信号で振幅変調することによって都合良く用いら
れる。偏光モード間で結合されるパワーは４．３５ＭＨ
ｚの速さで変化し、カップリングの大きさは４．３５Ｍ
１−１ｚの電気信号に与えられる変調の振幅に応答して
変化する。

結合されたモードにある光信号は、第６図とＩ！Ｉ連し
て以前に述べられた検知器によって検知され得る。例示
的な検知器の電気的出力は、次に復調されてエンコード
された変調信号を再生する。情報のエンコーディングは
、４．３５ＭＨｚ信号を変換器に与える前に周波数変調
することによっても達成され得ることを当業者は認識し
よう。さらに、バイアスするプレート２１０（第１０図
）と２３６（第１３図）によって与えられる光学的バイ
アスは、たとえば両方の偏光モードにおいて等しい光強
度が存在するようなファイバの両方の偏光モード内に光
を導入することによっても与えられ得る。

第２１図は、襖屈折性光ファイバ３０４の方へ表面音響
波３０２を導くための平らな表面３００と組合わされる
本発明の代わり得る実施例を示している。図示された実
施例において、平らな表面３００は石英ガラスのような
材料で形成されたブロック３０６の上側表面を含んでい
る。第２１図に示されているように、表面音響波３０２
は石英ブロック３０６の端面３１２に装着されたエツジ
接合されたＰＺＴ　（チタン酸ジルコン酸鉛）変換１１
３１０によって発生される。好ましくは、石英ブロック
３０６の端面３１２はクロームと金の合金のような導電
性材料でコートされており、それは変換器３１０のため
の電極３１４を形成する。

変換器３２０は少なくとも２つのほぼ平行な平らな表面
を有していて端面３１２にしっかりと装着（すなわち、
接合）され、それらの平らな表面の１つは表面３１２上
のクロームと金の合金電極３１４と電気的に接触してい
る。他方の平らな表面（３１６として示されている）は
少なくともクロームと金の合金でコートされた部分を有
しており、その部分は電極３１８を形成する。したがっ
て、電極３１４と３１８は互いに平行であって、変換器
３１０の向かい合った面上に配置される。

動作において、振動する電圧フィールドは、電圧ソース
（図示せず）に接続された接続電気配線（図示せず）に
よって、ＰＺＴ変換器３１０を横切ってクロームと金の
合金電極３１４と３１８へ与えられる。ＰＺＴ変換器３
１０は矢印３２０と３２２によって示された方向に振動
し、それらの方向は表面３１２と３１４に平行でかつ２
つの電極３１４と３１８の間に与えられる電界に垂直で
あ−る。変換器３１０の振動の周波数はクロームと金の
合金電極３１４と３１６に与えられる振動電圧フィール
ドの周波数にほぼ等しい。ＰＺＴ変換器３１０の振動は
石英ブロック３０６の平らな表面３００上に表面音響波
３０２を生じる。表面音響波３０２は矢印３２４によっ
て示された方向に伝わり、そ、れは石英ブロック３０６
の端面３１２に垂直でかつＰＺＴ変換器３１０の平らな
表面３１６にも垂直である。したがって、表面音響波３
０２は平行な波面のシリーズ（図示Ｕず）を含んでおり
、それらはＰＺＴ変換器３１０からファイバ３０４の方
へ伝わる。

光ファイバ３０４は石英ブロック３０６の表面３００上
に都合良く位置決めされ、光ファイバ３０４の長さ方向
の軸は音響波３０２の波面に平行である。これは光ファ
イバ３０４を方向付けることによって達成され、その長
さ方向の軸は石英ブロック３０６の端面３１２にほぼ平
行である。すなわち、音響波３０２の波面の各々は、そ
の波面の全長に沿った光ファイバ３０４にほぼ同じ瞬匍
に接触する。音響吸収材料３２８は、変換器３１０が位
置決めされる端面３１２と反対側のブロック３０６の端
に近い平らな表面３００上に置かれるのが好ましい。音
響吸収材料３２８は光ファイバ３０４を通過して伝播す
る音響波３０２の部分を吸収し、したがって光ファイバ
３０４に向けて戻る音響波３０２の反射は存在しない。

第２１図に示された装置は、第１図、第２図。

および第４ａ図と関連して述べられたのと同様な畝付ブ
ロック３３０をも含んでいる。特に好ましい実施例にお
いて、畝付ブロック３３０は小さなシリコンバー（たと
えば、０．１インチ×０．１インチＸｉ、２５インチの
寸法を有している）である。畝付ブロック３３０は、ブ
ロック３３０上の互いに隔てられた平らな表面３３６の
シリーズを形成するために、互いに隔てられた溝３３４
によって形成される畝３３２を含んでいる。図示された
実施例において、溝３３４はファイバの１／２ビート長
さの幅を有しかつ表面３３６も１／２ビート長さの幅を
有し、モして１ビート長さの周期性を生じる。溝３３４
は鋸挽き、エツチング。

または他の知られている技術によって平らな表面３３６
内に形成され得る。

畝付プロラック３３０は、光ファイバ３０４の長さ方向
の軸に垂直な畝３３２と溝３３４の間の境界を伴って光
ファイバ３０４上に置かれる。好ましくは、畝付ブロッ
ク３３０の平らな表面３３６は、石英ブロック３０６の
平らな表面３００に平行に配置される。力または圧力（
第２１図においてＦとして示されている）は石英ブロッ
ク３０６の平らな表面３００に垂直な方向で畝付ブロッ
ク３３０に加えられ、ファイバ３０４は第４８図ないし
第４ｇ図に関連して議論されたようにモード間のカップ
リングを光学的にバイアスするために静的に応力が加え
られる。好ましくは、力Ｆはファイバが第８図に示され
たカップリング曲線上の位、置１０９に対応するレベル
まで応力が加えられるような大きさで与えられる（すな
わち、１つの偏光モードにおける光エネルギの約５０％
が他の偏光モードに結合される）。第１図ないし第９図
に関連して説明されたように、光ファイバ３０４は最適
に位置決めされ、そして複屈折の軸は加えられる力Ｆに
関して４５６の角度にある。上記のように、畝３３２と
溝３３４の幅はそれぞれ選択された光学周波数において
ファイバ３０４の１／２ビート長さにほぼ等しくなるよ
うに選択される。

また、力Ｆは畝付ブロック３３０が畝３３２の領域にお
いてファイバ３０４を平らな表面３００と固体接触する
ようにさせる。すなわち、表面音響波３０２の波面は畝
の領域において光ファイバ３０４を打ち、光ファイバ３
０４に与えられる応力を変調する。畝付ブロック３３０
の溝３３４に近い光ファイバ３０４の部分は、石英ブロ
ック３０６の平らな表面３００に対して押し付けられな
い。すなわち、溝３３４に近い光ファイバ３０４の部分
において、非常に小さな音響エネルギが音−波３０２か
ら光ファイバ３０４に伝送される。

音響波面は光ファイバ３０４の長さ方向に平行に測って
複数のビート長さの幅を有しており、音響波面は畝付ブ
ロック３３０の畝３３２によって応力が加えられる光フ
ァイバ３０４の多重部分をインパクトする。ファイバ３
０４の長さに沿って変調された応力は、偏光モード間の
光エネルギのカップリングを第８図に示されて議論され
たような静的かつ光学的にバイアスされた変調レベル付
近で変動させ、る。たとえば、第８図における波形１０
６と同様な時間変動する娠幅を有する音響波３０２によ
って生ぜられる振幅の力における変化Δｆは、第８図に
おける波形１０８と同様なカップリングにおける変化を
生じ得る。すなわち、１つの偏光からもう１つの偏光に
結合される光エネルギは、ＰＺＴ変換器３１０に加えら
れる電気信号に応答する音響波３０４の振幅と周波数に
従って変調される。

第２２図は第２１図の実施例に関するカップリング曲線
を示しており、それは第８図のカップリング曲線と同様
である。垂直軸は第１の偏光モードに入力された光エネ
ルギが第２の偏光モードに結合される割合を表わしてお
り、ここで、Ｐ。

（０）は畝付ブロック３３０によって応力の加えられた
光ファイバ３０４の部分に入る前の第１の偏光モードに
ある光ファイバ３０４内の光エネルギの相対的な大きさ
であり、ｐｚ　　（Ｌ）は長さしの畝付ブロック３３０
によって応力の加えられた光ファイバ３０４の部分を通
過した後における第２の偏光モードにある光エネルギの
相対的な大きさである。長さしは畝面のビート長さくＬ
ａ）を畝の数（Ｎ）だけ倍数したもの（Ｔなわち、Ｎし
８）に等しく、すなわち畝付ブロック３３０と光ファイ
バ３０４の実効的な相互作用長さに等しい。

垂直軸目盛はＰ２　（Ｌ）／Ｐ、（０）で表わされてい
る。垂直軸目盛上の１．０の大きさは、第１の偏光モー
ドから第２の偏光モードへの光エネルギのほぼすべての
転送を表わす。垂直軸目盛上の０．５の大きさは、第１
の偏光モードから第２の偏光モードへの光エネルギの約
１／２の転送を表わす。

第２２図における水平軸目盛は、畝付ブロック３３０の
長さくＬ）を中位長さくにａ）あたりのカップリング係
数だけ倍数した積（すなわち、にｏＬ）でその与えられ
た力Ｆ（第２１図）を表わしている。カップリング係数
と長さの積の関数（すなわち、にｏＬ）である第１の偏
光モードから第２の偏光モードに結合されるエネルギの
割合は、第２２図において曲線４００で示されている。

曲線４００は積に（ＩＬが増大するにつれて５ｉｎｅの
二乗の関数で変化する。

Ｐ２　　（Ｌ）／ＰＩ　　（０）−ｓｉｎ　’　　（に
ｏＬ）曲［１４００は積にｏＬがＯのときに０の大きさ
でスタートし、そして積にｏＬがπ／２ラジアンに等し
いときの１．０の最大のカップリング割合（すなわち、
はぼ１００％のエネルギが第１の偏光モードから第２の
偏光モードに結合される）まで増大する。もし、さらに
長い畝付ブロックを用いる。か、またはカップリング係
数に０を増大させるために力Ｆを増大させることによっ
て積にｏＬがπ２ラジアンを越えて増大されれば、光フ
ァイバ３０４内の光信号はファイバカップリングされて
、にｏＬがπ／２ラジアンを越えて増大するときにその
結合された割合のエネルギを第２の偏光モードから第１
の偏光モードに結合し戻す。すなわち、カップリング曲
線４００は周期的となる。

にｏＬがπ／４に等しいとき、結合されるパワーの割合
は５ｉｎ２（π／４）または０．５であり、それは第１
の偏光モードに入力されたエネルギの１／２が第２の偏
光モードに結合されることを表わす。結合されるパワー
のこの量は、カップリング曲線４００上の位置４０２で
表わされている。

好ましくは、畝付ブロック、３３０に与えられる力Ｆは
、光ファイバ３０４のモード間におけるカップリングが
カップリング曲線４００上の位１４０２近くで変化する
ように静的かつ光学的にバイアスされるように選ばれる
。そのようにバイアスされた光ファイバ３０４において
、音響波３０２はブロック３０６の平らな表面３００に
沿って伝播させられ、そして畝付ブロック３３０の畝３
３２と接触している光ファイバ３０４の部分を打つ。

音響波３０２の効果は、カップリング係数を大きさ°δ
にだけ周期的に増減させることである。すなわち、光フ
ァイバ３０４に加えられる応力はＭＬδにだけ変化し、
第１の偏光モードから第２の偏光モードに転送されるパ
ワーの割合は応力における変化に応答して変わるであろ
う。音響波３０２によって生ぜられる応力における変動
は、第２２図において音響周波数に等しい周波数を有し
、かつＬａにの最大振幅を有する正弦曲線４１０として
示されている。結合される割合に及ぼす応力の変動の効
果は、音響周波数と同じ周波数を有しかつ＜１／２）ｓ
ｔｎ　（２Ｌδに）ノ最大振幅を有する曲線４１２で示
されている。出力曲１１ｉ４１２の最大振幅は位ｌｌ１
４１４で示されている。位置４１４における振幅はカッ
プリング曲線４００上の位置４１６に対応し、したがっ
て応力曲ｌ１１４１０上の位置４１８に対応する。カッ
プリング曲線４００上の位１１４１６におけるカップリ
ングの割合は次式で与えられる。

Ｐｚ　　（Ｌ）　／Ｐ＋　　（０）　−８ｆｎ　’　　
（π／４＋Ｌδに）　　　　　　　　　　　　　　　（
１３）三角関数置換によって、次式が得られる。

Ｐｔ　　（Ｌ）／Ｐ、（０）−［ｓｉｎ　　（π／４）
ｃｏｓ（Ｌａに）＋５ｉｎ（Ｌａに）ｃｏｓπ／４］’
式（１４）は以下の式（１５）〜（１９）に示されたよ
うに順次簡略化され得る。

Ｐｚ　　（Ｌ）／ＰＩ　　（０）−［（１／Ｊ２）ｃｏ
ｓ（ＬａＡｌ：）　＋　（１／ｆ２）ｓｉｎ　　（Ｌａ
に）］２Ｐｚ　　（Ｌ）／ＰＩ　　（０）−−ｉ［ｃｏ
ｓ　　（Ｌａに）＋５ｉｎ（Ｌａに）］　　２　　　　
　　　　　（１６）Ｐｚ（Ｌ）／Ｐ＋　　（０）一台［
ｃｏｓ”（Ｌａに）＋２ｓｉｎ（ＬａＡ：）００８（Ｌ
ａに）＋ｓｉｎ　　２　（１−δに）ｌ　　　　　　　
　　　（１７）Ｐｚ　　（Ｌ）／Ｐ、　　（０） −Ｔ　［１＋　２　ｓｌｎ　　（Ｌａに）ｃｏｓ（１−
６ＩＣ＞１Ｐ　ｔ　　（Ｌ　）／’Ｐ　＋　　（０）−
−［１＋ｓｉｎ　　（２Ｌδに）］　　　　　（１９）
したがって、式（１３）は次式のようになる。

Ｐｚ　（Ｌ）／ＰＩ　　（ｏ）（十士５ｉｎ（２Ｌδに
）式（２０）は、出力曲！１１４１２の振幅が静的なバ
アイスに対応する項″１／２”と、音響波３０２の効果
に対応する項“１　／　２　ｓｉｎ　（２Ｌａに）”を
含むことを示している。

第２１図に示された装置の変調深さは全パワーの関数と
して表わされる出力パワーのピークツーピーク変動で決
定され、それは次式で与えられる。

β−５ｉｎ（２Ｌδに）　　　　　　　（２１）音響波
３０２によって導入される圧力変動は変換器３１０に与
えられる電圧に比例し、その装置の性ＩＩＩ（すなわち
、変ｉｌ深さ）は次式で特徴付けられる。

β−５ｉｎ　　（γＶ）　　　　　　　　　（２２）こ
こで、■は変換器電圧であり、γは比例定数である。

第２１図の実施例に従って構成された１つの例示的な装
置において、５０μｍのクラッド直径と約１μ鋼×２μ
−の寸法のコアを有する光ファイバ３０４は、６３３ｎ
ｌの波長において光ファイバ３０４の１．７ｍｍのビー
ト長さＬａを与える。１５の畝は０．ＩＸｏ、ＩＸｌ、
２５立方インチの寸法を有する小さなシリコンパー３３
０上に溝を切ることによって作られた。実験的な装置に
おいて、平均畝幅は０．９３１１１１であって平均溝幅
は０゜８０１であった。しかし、好ましくは畝３３２と
溝３３４はほぼ０．８５１１の等しい幅を有し、それは
１．７−のビート長さＬａの１／２である。

変換器３１０は、４．５ＭＨｚの中心周波数と約４ＭＨ
２の３　ｄＢバンド幅とを有することが測定された。第
２３図は、第２１図に示された本発明の一実施例に関す
る実験的に決定された変調深さβを、３．９ＭＨ２の周
波数におけるピークツーピーク変換器電圧Ｖの関数とし
て示している。テストされた実施例において、４２．５
ボルトのピークツーピーク電圧で７０％の最大変調深さ
が得られた。すなわち、比例定数λはｏ、ｏｉｓラジア
ン／ボルト（すなわち、０．７÷４２．５ボルト）と計
算される。７０％の変調深さは、光ファイバ３０４が音
響波３０２の音響波面にほぼ平行に整列されかつ力Ｆが
相互作用長さＮＬａにわたって畝付ブロック３３０へ均
一に与えられたときに得られた。変調深さにおける付加
的な改善は、畝３３２と＄１３３４を正確にビート長さ
Ｌａの半分に等しく作ることによって期待される。

本実施例、に従りて作られた装置の例示的に決定された
周波数応答は第２４図ににおいて示されており、その垂
直軸は正規化された応答（すなわち、垂直軸目盛の１．
０は最大応答であって、ドツトで示された他の応答はそ
の最大応答に対して正規化されている）であり、水平軸
目盛は音響波３０２の周波数をメガヘルツで表わしてい
る。図示されているように、テストされた装置は約４．
５ＭＨ２に中心があって１．．５．ＭＨｚのバンド幅を
有するほぼ平らな応答を有し、約４ＭＨｚ　　（３ＭＨ
ｚから７ＭＨｚ　）の３　ｄＢの応答幅（すなわち、最
大応答に関して５０％またはそれより良い応答）を有す
る。３　ｄＢのバンド幅は、ブロック３０６と光ファイ
バ３０４の応答よりもむしろ変換器３１０の応答の関数
であると考えられる。すなわち、その装置は他の応答特
性を有する変換器に置換えることによって他の音響周波
数で用いることができる。　゛ 第２−１図の実施例は、変換器３１０が或る特定の音響
周波数のために設計される必要がないという点において
柔軟である。すなわち、ファイバ３・０４における光信
号の変調の周波数は、変換器３１０に与えられる電気信
号の周波数を変えることによって変えられ得る。さらに
、第２１図の実施例は、望まれるビート長さに対応する
ように隔てられた畝を備えた畝付ブロック３３０を用い
ることによって、ファイバ３０４内で異なったビート長
さを有する光信号にも適用し得る。

上述の装置において、偏光モード間のカップリングを変
化させることについて上で説明された原理は、複屈折フ
ァイバと非複屈折ファイバにおける第１と第２のオーダ
の伝播モード間のカップリングにも適用し得る。通常は
、音響波面の幅とそれらの波面の間のギャップとは、第
１と第２のオーダのモードの伝播に関するファイバのビ
ート長さが短いのでそれに対応して小さい。第１と第２
のオーダの伝播モード間のカップリングに関する議論は
、前に参照された同時係属欧州特許出願Ｎｏ、８４３０
７９２０．３と、Ｒ、Ｃ、Ｙ　ｏｕｎｇｑｕｉｓｔ達に
よる　　　　　　　　　　　　　　、ＶＯＩ。

９、（１９８４）、Ｄｏ、１７７−１７９における“２
モードファイバのモードカプラ”という題名の論文にお
いて述べられている。

本発明は好ましい実施例で説明されたが、多くの変更例
が当業者にとって明らかであろう。そのようなすべての
変更例は特許請求の範囲内に含まれると考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、狭帯域方向性カプラの分解斜視図である。 第２図は、第１図の切断線２−２に沿った断面図であり
、第１図のカプラの畝の形状を示している。 第３０図は、典型的な複屈折ファイバの断面図であり、
複屈折の軸を描いている。 第４ａ図ないし第４ｇ図は、ファイバにおける応力が生
じた領域と、ファイバに沿った種々のポイントにおける
種々の偏光モードにおけるパワーの大きざとを概略的に
示す図である。 第５図は、応力が加えられたときの複屈折ファイバにお
ける偏光軸上の効果を示す図である。 第６図は、第１図のカプラを用いるシステムのブロック
図である。 第７図は、実験的に決定されたカップリング対波長の関
数のグラフを示す図であり、第１図のカプラに対して理
論的に予測された結果と比較されている。 第８図は、結合されたパワ一対第１図の装置に与えられ
た力のグラフを示す図である。 第９ａ図、第９ｂ図および第９ｃ図は、ファイバ上の畝
の圧力を変えることによって複屈折ファイバの偏光の変
調を得るための３つの構成を示す図である。 第１０図は、この発明の好ましい実施例を示す図である
。 第１１ａ図および第１１ｂ図はそれぞれ、第１０図の実
施例の典型的な変換器および発生した表面音響波を示す
図である。 第１２図は、第１０図の７１イバの断面図である。 第１３図、は、この発明の他の実施例を示ず図である。 第１４図は、第１３図の実施例の変換器の平面図である
。 第１５図は、第１４図の変換器の１つの拡大図である。 第１６図は、結合されたパワーの分数対この発明の平坦
なプレート変調器に対して圧力で誘起された複屈折のグ
ラフを示す図である。 第１７図は、・この発明の平坦なプレート変調器の周波
数応答のグラフを示す図である。 第１８図は、この発明の他の実施例を示す図である。 第１９図は、この発明の他の実施例を示す図である。 第２０ａ図および第２０ｂ図はそれぞれ、第１９図の実
施例の変換器の拡大図およびその結果生じた波形を示す
図である。 第２１図は、エツジ接合変換器を用いて平坦な表面上に
音響波を発生しかつ畝が設けられたブロックを使用して
光ファイバ上に静的な応力を発生するこの発明の他の実
施例の斜視図である。 第２２図は、畝が設けられたブロックの静的な力および
音響波によって生じた力によって誘起された応力の関数
として第２１図の実施例における第１の偏光モードから
第２の偏光モードへの光のカップリングの分数を表わす
グラフを示す図である。 第２３図は、変換器に印加された電圧の関数として第２
１図の実施例の変調の深さを表わすグラフを示す図であ
る。 第２４図は、第２１図の実施例の周波数応答を表わすグ
ラフを示す図である。 図において、１２は畝付き電域、１６．２０６は畝、２
４．２００は複屈折ファイバ、２４ａは楕円形のコア、
２４ｂは円形のクラッド、２６はファイバ保持プレート
、３０．３２は応力が生じた領域、３４は応力が生・じ
ていない領域、５４は偏光カプラ、５６は色素レーダ、
５８．７０は偏光器、６２はレンズ、６６はビームスプ
リッタ、６８．７２は光検出器、７４は比率計、８０は
変換器、１１０，１２２．１３２は光ファイバ、１畳、
１２６は２１部プレート、２０２はサブストレート、２
０４は音響変換器、２１０は圧カブＯ−トを示す。 特許出願人　ザ・ボード・オプ・ トラスティーズ・オプ・ザ・ レランド・スタンフォード・ （ほか２名） 「′４．　　　・−τ・シ） ィ島光Ｊ【　　　　レンス“ −Ｆ！９２　　　　違委　（ｎｐｎ） （夕１２ 時閉 （シＮ　　周１食　″′ 手続補正書（方式） ％式％ ２、発明の名称 ファイバ光学振幅変調器 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・スタンフォード・ジュニア令ユニバーシ
ティ代表者　　不詳 ４、代理人 住　所　大阪市東区平野町２丁目８番地の１　平野町八
千代ピル自発補正 ６、補正の対象 図面全図 ７、補正の内容 濃墨を用いて鮮明に描いた図面企図を別紙のとおり。な
お、内容についての変更はありません。 以上

Claims (28)

【特許請求の範囲】
1. （１）ファイバ光学振幅変調器であって、前記変調器は
   、 光を導くための光ファイバを備え、前記ファイバは伝播
   の２つのモードを有し、前記モードの各々は異なった伝
   播速度を有し、 前記変調器はさらに、 表面音響波を生じるための手段と前記ファイバをインパ
   クトするために前記音響波を前記ファイバに向けて導く
   ための手段を備え、前記表面音響波のインパクトは前記
   ファイバ内に時間変動する振動応力を生じ、前記音響波
   は前記ファイバの長さ方向の軸にほぼ平行に向けられた
   波面を有し、前記時間変動する応力は前記伝播のモード
   間で時間変動する光のカップリングを生じ、 前記変調器はさらに、 前記カップリングを前記振動する応力にほぼ直線的に比
   例して変化させるために、前記時間変動するカップリン
   グを光学的にバイアスするための手段を備えたことを特
   徴とするファイバ光学振幅変調器。
2. （２）光学的にバイアスするための前記手段は、前記フ
   ァイバを挾んで押し付けるための１対のプレートを含む
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のファイバ
   光学振幅変調器。
3. （３）前記プレートの１つは、前記ファイバに沿った所
   定の間隔で前記静的な応力を生じさせるために複数の畝
   を有していることを特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載のファイバ光学振幅変調器。
4. （４）光学的にバイアスするための前記手段は、前記フ
   ァイバの長さ方向の軸に直交する方向で前記静的な力を
   加えるための手段を含み、そして前記ファイバに静的な
   応力を与えて前記伝播のモード間で所定量の光学的カッ
   プリングを生じさせることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のファイバ光学振幅変調器。
5. （５）前記静的な力は、前記光ファイバの或る長さに沿
   ったビート長さ間隔で与えられることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のファイバ光学振幅変調器。
6. （６）前記音響波面は、光ファイバの少なくとも複数の
   ビート長さに等しい距離で前記光フィイバをインパクト
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のファ
   イバ光学振幅変調器。
7. （７）前記音響波を導くための前記手段は前記ファイバ
   と音響接触している表面音響波導体であって、前記ファ
   イバに向けて表面音響波のシリーズを導いて、前記ファ
   イバに沿って隔てられた複数の間隔でインパクトして第
   １の領域のシリーズと第２の領域のシリーズを形成し、
   そして前記第１の領域の隣り合うものは前記第２の領域
   の１つによって隔てられており、前記ファイバに沿った
   前記表面音響波のインパクトは前記第１の領域の各々内
   に振動する応力を生じ、その振動する応力は前記第２の
   領域内の応力に対して相対的に時間変動し、前記波のシ
   リーズの各々は前記ファイバの長さ方向の軸にほぼ平行
   な方向の波面を有しており、前記波面は前記第１の領域
   内の前記時間変動する応力が前記第１の領域の各々につ
   いて同一になるように同期されており、前記時間変動す
   る応力は前記伝播のモード間で時間変動する光のカップ
   リングを生じさせることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のファイバ光学振幅変調器。
8. （８）前記生じる手段はさらに表面音響波の第２のシリ
   ーズを生じ、前記音響波導体は表面音響波の前記第２の
   シリーズを導いて前記第２の領域の各々内に振動する応
   力を生じさせるために前記第２の領域において前記ファ
   イバをインパクトし、その振動する応力は前記第１の領
   域内の応力に対して相対的に時間変動し、波の前記第２
   のシリーズの各々は前記ファイバの長さ方向の軸にほぼ
   平行に向いた波面を有し、波の前記第２のシリーズの波
   面は前記第２の領域において前記時間変動する応力が前
   記第２の領域の各々について同一になるように同期され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第７項記載のフ
   ァイバ光学振幅変調器。
9. （９）音響波の前記シリーズとそれに隣接する音響波の
   前記第２のシリーズは、位相がπラジアンだけ隔てられ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第８項記載のフ
   ァイバ光学振幅変調器。
10. （１０）前記第１と第２の領域の各々は、前記ファイバ
    の１／２ビート長さの奇数倍に等しい長さを有している
    ことを特徴とする特許請求の範囲第７項記載のファイバ
    光学振幅変調器。
11. （１１）前記モード間の光のカップリングを所定の値ま
    で静的かつ光学的にバイアスするために前記ファイバへ
    静的応力を与えるための部材を備え、前記音響波によっ
    て生ぜられた前記時間変動する応力は前記モード間のカ
    ップリングを前記所定の値の近くで変調することを特徴
    とする特許請求の範囲第７項記載のファイバ光学振幅変
    調器。
12. （１２）静的応力を与えるための前記部材は前記ファイ
    バの或る一続きの長さに沿って力を与えるように構成さ
    れており、前記長さは複数の第１の領域と複数の第２の
    領域を含んでおり、前記ファイバは前記長さにわたって
    前記導体の平らな面と音響接触していることを特徴とす
    る第１１項記載のファイバ光学振幅変調器。
13. （１３）前記音響波導体は前記ファイバとの前記音響接
    触を与えるための畝のシリーズを含み、前記畝は前記光
    ファイバのビート長さの１／２の奇数倍にほぼ等しい幅
    を有し、前記畝は前記光ファイバ導波管のビート長さの
    １／２の奇数倍にほぼ等しい距離で隔てられており、前
    記畝は前記音響波の伝播を方向付ける音響導波管を形成
    することを特徴とする特許請求の範囲第７項記載のファ
    イバ光学振幅変調器。
14. （１４）前記畝は前記導体の表面上に材料を堆積するこ
    とによって形成されることを特徴とする特許請求の範囲
    第１３項記載のファイバ光学振幅変調器。
15. （１５）前記畝は前記導体の表面内に溝を切ることによ
    って形成され、前記溝は前記畝の間隔にほぼ等しい幅を
    有することを特徴とする特許請求の範囲第１３項記載の
    ファイバ光学振幅変調器。
16. （１６）前記生じる手段は、前記畝のそれぞれの上に装
    着された複数の音響変換器を含むことを特徴とする特許
    請求の範囲第１３項記載のファイバ光学振幅変調器。
17. （１７）前記音響波導体は平らなプレートを含み、前記
    表面音響波を生じるための前記手段は単一の音響変換器
    と音響吸収体のシリーズとを含み、前記音響吸収体の各
    々は前記ファイバの１／２ビート長さの奇数倍にほぼ等
    しい前記ファイバの長さ方向の軸に平行な幅を有し、前
    記音響吸収体は前記ファイバの１／２ビート長さの奇数
    倍にほぼ等しい距離で互いに隔てられていることを特徴
    とする特許請求の範囲第７項記載のファイバ光学振幅変
    調器。
18. （１８）前記音響導体手段は平らなプレートを含み、前
    記音響波を生じるための前記手段は複数の音響変換器を
    含み、前記各変換器は前記ファイバの１／２ビート長さ
    の奇数倍にほぼ等しい前記ファイバの長さ方向の軸に平
    行な幅を有し、前記変換器は前記ファイバの１／２ビー
    ト長さの奇数倍にほぼ等しい距離で互いに隔てられてい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第７項記載のファイ
    バ光学振幅変調器。
19. （１９）前記表面音響波導体は非等方的結晶材料からな
    っており、前記音響波は前記導体の結晶格子構造によっ
    て導かれ、前記格子構造は前記音響波のエネルギの優先
    的な伝播を生じることを特徴とする特許請求の範囲第７
    項記載のファイバ光学振幅変調器。
20. （２０）前記光ファイバは、生じるための前記手段に関
    して、前記複数の音響波のフラウンホーファ領域とフレ
    ネル領域のほぼ接合領域に位置決めされることを特徴と
    する特許請求の範囲第１９項記載のファイバ光学振幅変
    調器。
21. （２１）前記音響波は、前記ファイバの長さ方向の軸に
    直交する方向に伝播することを特徴とする特許請求の範
    囲第１項記載のファイバ光学振幅変調器。
22. （２２）前記光ファイバ導波管は、第１と第２の直交す
    る偏光軸を有する複屈折光ファイバからなっていること
    を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のファイバ光学
    振幅変調器。
23. （２３）前記複屈折ファイバ上の前記時間変動する応力
    は、前記偏光の軸をシフトさせて前記モード間で前記時
    間変動する光のカップリングを生じさせることを特徴と
    する特許請求の範囲第２２項記載のファイバ光学振幅変
    調器。
24. （２４）光信号を振幅変調する方法であって、光ファイ
    バ導波管を通して光信号を伝播させ、前記導波管は直交
    する２つの伝播のモードを有し、前記モードの各々は異
    なった伝播速度を有し、導体上の表面音響波のシリーズ
    を前記ファイバに向けて導き、 前記波のシリーズの波面が前記ファイバの長さ方向の軸
    にほぼ平行になるように前記波のシリーズを方向付け、 互いに隔てられた間隔で前記ファイバに対して前記波面
    をインパクトして第１の領域のシリーズと第２の領域の
    シリーズを形成し、前記第１と第２の領域は交互にあっ
    て、前記第１の領域の各々は前記第２の領域の１つによ
    ってその隣りの第１の領域から隔てられており、前記フ
    ァイバに沿った前記表面音響波のインパクトは前記第１
    の領域の各々内に振動する応力を生じ、その振動する応
    力は前記第２の領域内の応力に対して時間変動し、前記
    第１の領域内の前記時間変動する応力が前記第１の領域
    の各々に関して同一になるように前記波を同期させ、前
    記時間変動する応力は前記伝播のモード間で時間変動す
    る光のカップリングを生じさせるステップを含むことを
    特徴とする光信号を振幅変調する方法。
25. （２５）表面音響波の第２のシリーズを前記ファイバに
    向けて導き、 前記波のシリーズの波面が前記ファイバの長さ方向の軸
    にほぼ平行になるように前記波のシリーズを方向付け、 前記第２の領域において前記波面を前記ファイバに対し
    てインパクトして前記第２の領域の各々内に振動する応
    力を生じさせ、その振動する応力は前記第１の領域内の
    応力に対して時間変動し、前記波の第２のシリーズの波
    面が前記ファイバの長さ方向に軸にほぼ平行になるよう
    に前記波の第２のシリーズを方向付け、 前記第２の領域内の前記時間変動する応力が前記第２の
    領域の各々について同一になるように前記第２の波のシ
    リーズの波面を同期させるステップをさらに含むことを
    特徴とする特許請求の範囲第２４項記載の振幅変調する
    方法。
26. （２６）音響波の前記シリーズとそれに隣接する波の前
    記第２のシリーズとが位相においてπラジアンだけ隔て
    られるように、前記音響波を整相するステップをさらに
    含むことを特徴とする特許請求の範囲第２５項記載の振
    幅変調する方法。
27. （２７）前記第１と第２の領域の各々が前記ファイバの
    １／２ビート長さの奇数倍に等しい長さを有するように
    、前記波面の幅と間隔を制御するステップをさらに含む
    ことを特徴とする特許請求の範囲第２４項記載の振幅変
    調する方法。
28. （２８）前記モード間の光のカップリングを所定の値ま
    で静的かつ光学的にバイアスし、前記音響波によって起
    こされた前記時間変動する応力は前記所定の値の近くで
    前記モード間のカップリングを変調するステップをさら
    に含むことを特徴とする特許請求の範囲第２４項記載の
    振幅変調する方法。