JPS61213821A

JPS61213821A - Ｆｍ光変調器

Info

Publication number: JPS61213821A
Application number: JP60054188A
Authority: JP
Inventors: Koji Toda; 耕司戸田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-03-20
Filing date: 1985-03-20
Publication date: 1986-09-22

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】（産業上の利用分野）この発明は、圧電基板上にすだれ状電極を有する弾性表
面波デバイスを用いたＦＭ光変調器に関する。

（従来の技術）レーデの発達に伴ない、各種の光変調素子が開発され、
光通信などに応用されてきた。今日の光変調法による分
類は、光源から得た連続キャリアを外に設けた変調器で
変調する外部変調と〜ＬＤ又はＬＥＤの電圧・電流を信
号に応じて変化させる直接変調に大別される。また変調
方法ではディジタル変調方式が主体であシ、アナログ変
調方式では僅かにＡＭ変調が実用化されているにすぎな
い。

近年、光学損傷がなく、消光比の優れた小型で安価な素
子として光−音響相互作用を用いた超音波光変調器が、
レーザ記録装置などに応用されてきている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、従来の超音波光変調器で用いられている
インターディジタル・トランスジユーサはバルク波モー
ドを使用しているため、超音波の励振周波数はトランス
ジユーサの圧電素子の厚みで決まｊｌ）、２００　ＭＨ
ｚ以上の高周波を取シ扱うことは困難である。

従って、この発明は上記問題点を解決し、従来のバルク
波とは異なる表面漏洩弾性波を用い、簡単な構造で容易
に高周波化が図れるＦＭ光変調器を提供することを目的
とする。

（問題点を解決するための手段）この発明は、圧電基板上に設けられるすだれ状電極が空
気中に露出する如く一端が液体中に挿入される弾性表面
波デバイスと、前記すだれ状電極に周波数変調信号を供
給する発振器と、前記液体中の超音波の進行方向に対し
横方向に位置決めされた光源とを有し、ＦＭ変調された
光は前記液体中の超音波からの回折光として得られるこ
とを特徴とするＦＭ光変調器にある。

（作用）発振器からインターディジタル・トランスジユーサのす
だれ状電極に印加された周波数変調信号は圧電基板を伝
搬する弾性表面波に変換される。

この表面弾性波は液体面に達すると液体中を漏洩弾性表
面波の形で伝搬しながら液中縦波音波にモード変換され
る。この液体中の超音波は、光源からの光に対して回折
格子として働く。従って、光源からの光は回折される。

この際、周波数変調信号の変化に従って、回折光の周波
数スペクトルは変化するので、ＦＭ変調が可能となる。

尚、この周波数変化を検知することにより、復調可能で
ある。

（実施例）以下、この発明を一実施例に基づき図面を参照して詳細
に説明する。

はじめに、この発明の原理について、第２図を参照して
説明する。第２図において、１０は弾性表面波デバイス
、１２は圧電基板、１４はすだれ状電極である。弾性表
面波デバイス１０は圧電基板１２の一表面上に、すだれ
状電極１４がインターディジタルに配列されて構成され
ている。弾性表面波デバイス１０は、図示のように、す
だれ状電極１４が空気中に露出するように、換言すれば
、すだれ状電極が設けられていない側の端が液体中に挿
入されるように、設置される。このような構成で、すだ
れ状電極１４に電気信号を印加すると、圧電基板１２中
を弾性表面波１６が伝搬する。弾性表面波１６は液体と
の境界面において、弾性表面波デバイス１０の垂線方向
１８に対し、α＝　ｇｉｎ−’　（ｖｚ／ｖｕ　）　　
　　　　　　−（１）なる角度をもって、液体中に矢印
２０方向に進行する縦波の超音ｉ−ド変換される。ここ
で、ｖＬは液体中における超音波速度、ｖＲは漏洩弾性
表面波の速度である。（１）式かられかるように、液体
中の超音波の進行方向は、印加された電気信号の周波数
に依存しない。超音波が存在する部分を光２２が通過す
ると、音波の波面２４が回折格子として働き、光が回折
される。これは、液体中の超音波によって液体の屈折率
が周期的に変化するためである。位相格子・千２メータ
ＱがＱ＝２πＬλｏ／ｎΔ２≦０．３　　　−（２）９とき
は、回折光が高次まで生じるラマン・ナース回折となる
。ここで、／ｌ、Ｌはそれぞれ超音波の波長と幅、ｎは
液体の屈折率、λ。は空気中の光の波長である。このと
き、Ｎ次の回折光２２Ｎの強度ＩＮ及び回折角θＮは次
式で表わされる。

ＩＮ　＝　ＪＮ　　（Ｖ）　　　　　　　　−（３）θ
Ｎ　＝　５ｉｎ−’　（Ｎλ。７　Ａ）　　　　　・（
４）ここで、■は光の位相変化の振幅であり、超音波に
よる液体屈折率の変化をδｎとすると、ｖ　＝　２πＬ
δｎ／λ　　　　　　　・・・（５）で表わされる。

ここで、すだれ状電極１４に搬送波信号ｉ、＝Ｉ。虐ω
。ｔ１変調信号１ｍ＝　ＩｍＱＥｐｊで示される周波数
変調信号ｉｆ＝　Ｉｃｄｎ（ω。ｔ　＋ｍ４ｓｉｎｐｔ
　）の電気信号を印加する。ここでω。、ｐはそれぞれ
搬送波及び変調波の角周波数、町は変調指数でｍｆ＝ω
ｍａｐで表わされる。尚、ω□は工。に比例する量で角
周波数偏移の振幅である。このとき、第２図中のＡ点に
おける超音波２４の信号成分Ｇは、Ｇ＝ｇ−８ｈＩ（ωｏ　（ｔ　＋Ｌ１１Ｖｔ＋　Ｌａ／
ＶＲ）＋ｍｆｄｌｐ（ｊ＋ＬＩＶｔ＋に／Ｖｎ））＝ｇ
−ｓｆｎ（ω。Ｔ　＋　ｍｆｄｎｐＴ　）　　　　　　
　−（６）と表わせる。ここで、ＴはＴ　＝　ｔ　＋Ｌ
ＪＶｔ　＋　Ｌｌ／ＶＲで、Ｌ、、Ｌ２はそれぞれ弾性
表面波１６及び液中音波２４の経路長である。Ａ点を通
過した光は超、音波２４のもつ信号成分Ｇによって変調
させ、レーデからの光２２に信号成分Ｇが付加される。

次に、この発明の一実施例について説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示す図である。

同図において、２６は液体３０を収容する液槽で、その
側壁には光に対するウィンド２８が形成されている。こ
の液槽２６内には、先に説明した弾性表面波デバイス１
０が図示のように位置決めされている。空気中に露出し
ているすだれ状電極は発振器３２の出力端子し、接続さ
れている。発振器３２は、前述した周波数変調信号 ’ｔ’　＝　Ｉ（Ｂｓｉｎ（ωｏ　ｔ　＋ｍ’ｆｄｎ　
ｐｔ　）を出力する。液体中の超音波２４の進向方向に
対し横方向には、光源を構成するレーザ（例えばＨｅ　
−Ｎｅレーデ）３４が位置決めされている。３６は復調
器を構成する受光素子で、回折ツヤターン４４を検知可
能な如く、矢印３８方向に摺動可能となるように設置さ
れている。４０は増幅器で、受光素子３６から出力され
る電気信号を増幅し、出力端子４２に供給する。

次に動作について説明する。

第２図を用いて先に説明したように、液体中には超音波
２４が伝搬する。この状態で、レーデ３４から発せられ
た光２２が液体中に入射すると、光２２は液体中の音場
によって回折される。この結果、ウィンド２８からは回
折・ぐターン４４が得られる。この回折パターン４４の
各回折光の周波数スにクトルは、発振器３２０周波数変
化に従って変化する。従って、例えば１次回折光を受光
素子３６で受光し電気信号に変換した後、増幅器４０及
び出力端子４２を介して図示しない周波数測定手段で周
波数を検知することによシ、復調可能である。

次に、第１図に示す装置の実、線列について説明する。

弾性表面波デバイス１０の圧電基板１２としては、ＴＤ
Ｋ株式会社製の圧電磁器９１−人材で、長さ２０咽、幅
１５ｍ、厚さ５ｍのものを用いた。

すだれ状電極１４の形状は２種類作成した、１つは電極
ピッチＰが２１０μｍ１対数２０対、中心周波数４．９
１　ＭＨｚ　（以下、このすだれ状電極を有する弾性表
面波デバイスを５　ＭＨｚデバイスと呼ぶ）ものである
。もう１つは電極ピッチＰが３００μｍ〜４００μｍ、
対数３０対のチャージ信号用で、周波数領域が２．６　
ＭＨｚ　〜３．５　ＭＨｚ　（以下、このすだれ状電極
を有する弾性表面波デバイスをチャープデバイスと呼ぶ
）のものである。光源３４としては波長００６３２８μ
ｍのＨｅ　−Ｎｅレーデを用いた。

また、受光素子３６としては浜松製のフォトダイオード
Ｓ−１２２３を用いた。更に、液体として水を用いた。

更に、受光される回折光としては、１次回折光を用いた
。

第３図ないし第５図は５　ＭＨｚデバイスにそれぞれ１
０　ｋＨｚ　ｐ　１０　ｋＨｚ　、及び１００　ｋＨｚ
の周波数変調信号を印加したときの１次回折光の周波数
ス４クトルを示す図であシ、変調指数ｍｆはそれぞれ２
．４，３．８及び２．４である。このときの搬送周波数
ｆ０は４．９１　ＭＨｚである。同じく第６図ないし第
８図はチャープデバイスにそれぞれ１０　ｋＨｚ　。

１０　ｋＨｚ及び１００　ｋＨｚの周波数変調信号を印
加したもので、変調指数ｍｆはそれぞれ２．４，３．８
及び２．４である。このときの搬送周波数１０は２．８
０ＭＨｚである。

第９図及び第１０図はそれぞれ５　ＭＨｚデバイス及び
チャープデバイスにおいて、変調信号電圧と１次回折光
での周波数偏移を測定したものである。

これらの図かられかるように、測定した範囲では周波数
偏移は直線的に変化している。

第１１図は、変調信号電圧を一定値に保持した状態で出
力端子４２における信号と変調信号の周波数との関係を
示す図である。同図かられかるように５測定した範囲内
で良好な特性が得られている。

以上、この発明を一実施例に基づき説明した。

尚、すだれ状電極１４の各電極指の重なシ幅を変えるこ
とによシ、特にチャープデバイスではよシ良好な特性を
得ることができる。

（発明の効果）以上説明したように、この発明によれば、簡単な構造で
安価であシ、容易に高周波化が図れるＦＭ光変調器を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

、第１図はこの発明の一実施例を示す図、第２図はこの
発明の詳細な説明するための図、第３図ないし第８図は
それぞれこの発明の実験によシ得られた１次回折光の周
波数スペクトルを示す図、第９図及び第１０図はそれぞ
れこの発明の実験によシ得られた１次回折光における周
波数偏移を示す図、及び第１１図は検波された信号の変
調信号の周波数に対する依存性を示す図である。１０・・・弾性表面波デバイス、１２・・・圧電基板、
１４・・・すだれ状電極、２４・・・液中音波、２６・
・・液槽、２８・・・ウィンド、３０・・・液体、３２
・・・発振器、３４・・・レーザ、３６・・・受光素子
、４０・・・増幅器。

Claims

【特許請求の範囲】

圧電基板上に設けられるすだれ状電極が空気中に露出す
る如く一端が液体中に挿入される弾性表面波デバイスと
、前記すだれ状電極に周波数変調信号を供給する発振器
と、前記液体中の超音波の進行方向に対し横方向に位置
決めされた光源とを有し、周波数変調された光は前記液
体中の超音波からの回折光として得られることを特徴と
するＦＭ光変調器。