JPS61213822A

JPS61213822A - 超音波光変調装置

Info

Publication number: JPS61213822A
Application number: JP60054187A
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
Also published as: JPH052966B2

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超音波光変調装置に関する。

（従来の技術）超音波光変調装置は、レーザプリンタの如き電気光学装
置や光通信等において、光ビームをスイッチングする手
段として開発されている。構成は主に、圧電バルク波ト
ランスジェーサと固体音響光学物質との組み合わせから
なる。また、他の超音波光変調装置として、表面音響光
学回折を用いたものがある。これは、Ｙカッ）　ＬｉＮ
ｂＯ３等で形成される板状の光導波路の一表面上にイン
ターディジタル・トランスジユーサを対向して設け、光
導波路に光表面波を供給する一方、インターディジタル
・トランスジューサに印加される電気信号をオン・オフ
することにより、光導波路からの回折光及び非回折光を
検出するものである。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上記従来の超音波光変調装置にあっては
、次のような問題点を有する。すなわち、光導波路に供
給される光を光表面波にするために、光ファイバ等を介
して供給される光をプリズムのようなカブラにより光表
面波にしなければならない。また、光導波路からの光表
面波をカブラを介して光ファイバに供給しなければなら
ない。すなわち、光導波路への光信号入力手段及び光導
波路からの光信号出力手段が必要となる。この結果、構
成が複雑であり、組立てが煩雑となる。また、音響光学
物質は高価であり、従って装置としてコスト高になると
いう問題点がある。

これらの問題点を解決するために、本出願人は先に、特
願昭５９−１４９５９５号〔発明の名称：超音波光変調
器）において、インターディジタル・トランスジューサ
を固定−液体境界面に設置した構成の超音波光変調器を
提案している。このインターディジタル・トランスジュ
ーサは、従来の厚み振動バルク波を用いたトランスジュ
ーサに比べて非常に簡単な構造でありながら、超音波集
束特性に優れている。しかしながら、すだれ状電極は基
本的に液体と接触する構成のため、実際問題として何ら
かの電極保護処理を行なう必要がある。

また、液体中に放射される超音波の放射角はすだれ状電
極に印加される電気信号周波数によって変化するため、
取り扱いが多少複雑である。

従って、この発明は本出願人による上記出願に開示の超
音波光変調器を更に発展させた超音波光変調器を提供す
ることを目的とする。

Ｃ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、該すだれ状電極に電気信号を印加する発
振器と、前記液体中の超音波の進行方向に対し横方向に
位置決めされた光源とを有し、前記発振器から前記すだ
れ状電極に供給される電気信号の電圧又は周波数を変化
させることにより、変調された光が前記液体中の超音波
からの回折光として得られる。

（作用）発振器から弾性表面波デバイスのすだれ状電極に印加さ
れた電気信号は圧電基板を伝搬する弾性表面波に変換さ
れる。この弾性表面波は液体面に達すると漏洩弾性表面
波の形をと９、液体中を伝搬する縦波音波にモード変換
される。この液体中の超音波は、光源からの光に対して
回折格子として働く。従って、光源からの光は回折され
る。この際、すだれ状電極に印加される電気信号の電圧
（振幅）又は周波数を変化させると、回折光の強度又は
回折角が変化する。従って、この変化を受光素子で検知
することにより、変調された信号を検出できる。

（実施例）以下、この発明を一実施例に基づき図面を参照して詳細
に説明する。

はじめに、この発明の原理について、第２囚を参照して
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。すだれ
状電８ｊ１４は圧電基板１２の一表面上に、すだれ状電
極１４はインターデ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１．４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、ａ　＝　ｓｉｎ””　（Ｖｌ／　ｖＲ）　　　　　　　
＝（１）なる角度をもって、液体中に矢印２０方向に進
行する縦波の超音波にモード変換される。ここで、Ｖ、
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。位相格子パラメータＱがＱ＝２
ｙｒＬλｏ／Ｉ％Ａ２≦０．３　　　　・（２）のとき
は、回折光が高次まで生じるラマン・ナース回折となる
。ここで、Ａ、Ｌはそれぞれ超音波の波長と幅、外は液
体の屈折率、λ０は空気中の光の波長である。°このと
き、Ｎ次の回折光２２Ｎの強度Ｉ、及び回折角ＯＮは次
式で表わされる。

ＩＮ　＝　　ＪＮ　　（τ）　　　　　　　　　　　・
・・（３）θＮ＝　ｓｉｎ”−”　（Ｎ　２ｏ／　Ａ　
）　　　　　　−（４）ここで、τ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δ外とする
と、τ＝２πＬａｎ／ス　　　　　　　　　−（５）で
表わされる。

次に、この発明の一実施例について説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示す図である。

同図において、２６は液体３０を収容する液槽で、その
側壁には光に対するウィンド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。すだれ状電極１
４は発振器３２の出力端子に接続されている。また、液
中音波２４の進行方向に対し横方向には、光源を構成す
るレーザ（例えばＨａ　−Ｎａレーザ）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
パターン４４を検知可能な如く、矢印３８方向に摺動可
能となるように設置されている。４０は増幅器で、受光
素子３６から出力される電気信号を増幅し、出力端子４
２に供給する。

次に、動作について説明する。

第２図を用いて先に説明したように、液体３０中には超
音波２４が伝搬する。この状態で、レーザ３４から発せ
られた光２２が液体中に入射すると、光２２は液体中の
音場によって回折される。

この結果、ウィンド２８からは回折パターン４４が得ら
れる。この回折パターン４４は、すだれ状電極１４に印
加される電気信号の電圧Ｃ以下、印加電圧という）又は
周波数に従って変化する。具体的には、印加電圧を変化
させると回折パターン４４の各ピーク値が変化し、周波
数を変化させると回折パターンの回折角θが変化する。

例えば、変調信号として発振器３２の出力電圧を変化さ
せ、回折パターン４４における特定の次数の回折光（例
えば１次の回折光）の強度変化を受光素子３６及び増幅
器４０を介して電気的に検出することにより、出力端子
４２から発振器３２の出力電圧の変化に対応して振幅が
変化する被変調信号が得られる（振幅変調が行なわれる
）。

次に、第１図に示す装置の実験例について説明する。弾
性表面波デバイス１０の圧電基板１２としては、ＴＤＫ
株式会社製の圧電磁器９１−人材で、長さ５０閣、幅２
０　ｍｍ　ｓ厚さ５薗のものを用いた。すだれ状電極１
４の対数は２０、電極ピッチＰは４４０μ常で、弾性表
面波１６の速度は２１００ｔｎ／ａである。光源３４と
しては、波長０．６３２８μｍのＨｅ　−Ｎｅレーザを
用いた。また、受光素子３６としては浜松製のフォトダ
イオードＳ−１２２３を用いた。更に、液体として水を
用いた。

以上の条件下において得られた回折角θ（度）と回折パ
ターンの強度との関係を第３図に示す。

尚、すだれ状電極１４の印加電圧は１４Ｖ、その周波数
は４．９１　ＭＨｚである。

第４図は、すだれ状電極１４の印加電圧（Ｖ）と０〜３
次回次回強光との関係を示す図である。

同図において、実線は実測値を示し、破線は（３）式か
らの理論値を示す。これより、印加電圧（Ｖ）と光の位
相変化の振幅Ｖ（ラジアン）は比例し、この実験装置で
は！＝　０．１９５　Ｘ　Ｖ　　　　　　　　　　　　・
・・（６）で表わされる。また、（５）及び（６）式か
ら、音波による液体の屈折率の変化δｎは δｎ＝　２．４５　Ｘ　１０　　Ｘ　Ｖ　　　　　　・
・・（７）の関係があり、ボッケル効果に比べ約１０’
倍の効果がある。

第５図は、印加信号の周波数を変化させた場合に対する
１次回折光の回折角変化を測定した結果を示す図である
。図中、実線は（４）式からの計算値で、■印の測定値
とよく一致していることがわかる。

第６図は、振幅変調周波数と１次回折光の強度との関係
を示す図である。同図かられかるように、少なくとも振
幅変調周波数が５０１ｃＨｚまでの範囲では、平担な周
波数特性が得られている。

（発明の効果）以上説明したように、この発明によれば、以下の効果が
得られる。

（イ）従来のように光信号人力／出力手段や、高価な音
響光学物質を用いることなく超音−波光変調、装置を構
成でき、従って構成及び組立てが簡単で、コスト的に優
れた超音波光変調装置を提供することができる。

（ロ）すだれ状電極の印加電圧と位相変化の振幅は比例
するので、装置の制御が容易である。

（ハ）液体中に放出される縦波音波の放射角は印加電圧
の周波数の変化によって変化しないため、装置の取り扱
いが便利である。

に）すだれ状電極は液体に接していないので、特別な電
極保護処理を行なう必要がない。

【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
明の動作原理を説明するための図、第３図は回折パター
ンの回折角と強度との関係を示す図、第４図は印加電圧
と回折光強度との関係を示す図、第５図は印加信号の周
波数と１次回折光の回折角との関係を示す図、及び第６
＠は振幅変調周波数と１次回折光の強度との関係を示す
図である。１０・・・弾性表面波デバイス、１２・・・圧電基板、　　　　１．４・・・すだれ状電
極、２４・・・液中音波、　　　　２６・・・液槽、２
８・・・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電気信号を印加する発振器と、前
記液体中の超音波の進行方向に対し横方向に位置決めさ
れた光源とを有し、前記発振器から前記すだれ状電極に
供給される電気信号の電圧又は周波数を変化させること
により、変調された光が前記液体中の超音波からの回折
光として得られることを特徴とする超音波光変調装置。