JPS61213823A - Optical modulator - Google Patents
Optical modulatorInfo
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- JPS61213823A JPS61213823A JP5418985A JP5418985A JPS61213823A JP S61213823 A JPS61213823 A JP S61213823A JP 5418985 A JP5418985 A JP 5418985A JP 5418985 A JP5418985 A JP 5418985A JP S61213823 A JPS61213823 A JP S61213823A
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Abstract
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。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to an ultrasonic light modulator using a surface acoustic wave device having interdigitated electrodes on a piezoelectric substrate.
(従来の技術)
近年、光通信の進歩に伴い、光通信に必要不可欠な光変
調器の研究が注目をあびている。その中で、超音波によ
る光−音響相互作用を用いた超音波光変調器は消光比が
優れ、小型で安価な光変調素子として、レーザプリンタ
などに応用されている。この光−音響相互作用を用いた
超音波光変調器は光の強度変調が可能である。(Prior Art) In recent years, with the progress of optical communications, research on optical modulators, which are essential for optical communications, has been attracting attention. Among these, an ultrasonic optical modulator that uses photo-acoustic interaction using ultrasonic waves has an excellent extinction ratio, and is used as a small and inexpensive optical modulation element in laser printers and the like. An ultrasonic optical modulator using this optical-acoustic interaction is capable of modulating the intensity of light.
一方、弾性表面波用のすだれ状トランスジューサは液体
一固体境界面で液中超音波放射用デバイスとして効率よ
く動作するため、超音波顕微鏡などに適用可能である。On the other hand, a surface acoustic wave interdigital transducer efficiently operates as a device for emitting ultrasonic waves in liquid at the liquid-solid interface, so it can be applied to ultrasonic microscopes and the like.
(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
トランスジューサはバルク波を使用しているため、超音
波の励振周波数はトランスジューサの圧電素子の厚みで
決まり、200 MHz以上の高周波を取り扱うことは
困難である。また、トランスジューサを駆動するための
発振器を別個に設ける必要があるため、装置が大型でコ
スト高になるという問題点がある。(Problems to be Solved by the Invention) However, since the transducer used in the conventional ultrasonic optical modulator uses bulk waves, the excitation frequency of the ultrasonic wave is determined by the thickness of the piezoelectric element of the transducer. It is difficult to handle high frequencies of 200 MHz or higher. Furthermore, since it is necessary to separately provide an oscillator for driving the transducer, there is a problem that the device becomes large and expensive.
従って、この発明は上記問題点を解決することを目的と
する。Therefore, the present invention aims to solve the above problems.
(問題点を解決するための手段)
この発明は、圧電基板上に離間配置される2組のすだれ
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2組のすだれ状電極間に
直列に接続される増幅器及び移相器と、前記液体中の超
音波の進行方向に対し横方向に也置決めされた光源とを
有し、変調さL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にある。(Means for Solving the Problems) The present invention provides a surface acoustic wave device in which two sets of interdigital electrodes spaced apart on a piezoelectric substrate are inserted into a liquid at one end so as to be exposed in the air; It has an amplifier and a phase shifter that are connected in series between two sets of interdigital electrodes, and a light source that is also positioned transversely to the direction of propagation of the ultrasonic waves in the liquid. The light is obtained as diffracted light from ultrasonic waves in the liquid.
(作用)
弾性表面波デバイス、増幅器及び移相器からなるループ
は所定の振幅条件及び位相条件を満足すると発振する。(Operation) A loop consisting of a surface acoustic wave device, an amplifier, and a phase shifter oscillates when predetermined amplitude and phase conditions are satisfied.
このとき、圧電基板には弾性表面波が伝搬する。この弾
性表面波は一方において液体方向に伝搬し、液体面に達
すると液体中を伝搬する縦波音波にモード変換される。At this time, surface acoustic waves propagate through the piezoelectric substrate. On the one hand, this surface acoustic wave propagates in the direction of the liquid, and when it reaches the liquid surface, its mode is converted into a longitudinal sound wave that propagates in the liquid.
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、発振周波数の変化に従って、回折光の周波数ス被り
トルは変化するので変調が可能となる。尚、この周波数
変化は回折光を電気信号に変換後、スイクトラムアナラ
イザ等で測定することにより検知される。This ultrasonic wave in the liquid acts as a diffraction grating for the light from the light source. Therefore, light from the light source is diffracted. At this time, modulation is possible because the frequency spread of the diffracted light changes as the oscillation frequency changes. Note that this frequency change is detected by converting the diffracted light into an electrical signal and then measuring it with a squitrem analyzer or the like.
(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。(Example) Hereinafter, the present invention will be described in detail based on an example with reference to the drawings.
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は圧電基板である。14a、14bはすだれ状電
極で、互いに離間するよう配置されている。弾性表面波
デバイス10は、図示のように、すだれ状電極14a、
14bが空気中に露出するように、換言すれば、すだれ
状電極14 a p 14 b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配置される。このような
構成で、入力側となるすだれ状電極14aに電気信号を
印加すると、液体方向に伝搬する弾性表面波16とすだ
れ状電極14b方向に伝搬する弾性表面波とが生ずる。First, the principle of this invention will be explained with reference to FIG. In FIG. 2, 10 is a surface acoustic wave device, and 12 is a piezoelectric substrate. 14a and 14b are interdigital electrodes, which are arranged to be spaced apart from each other. As shown in the figure, the surface acoustic wave device 10 includes interdigital electrodes 14a,
14b is exposed to the air, in other words, the end on the side where the interdigital electrodes 14 a p 14 b are not provided is inserted into the liquid. With this configuration, when an electric signal is applied to the interdigital electrode 14a on the input side, a surface acoustic wave 16 propagating in the direction of the liquid and a surface acoustic wave propagating in the direction of the interdigital electrode 14b are generated.
出力側となるすだれ状電極14bは、この弾性表面波に
対応する電気信号を出力する。この電気信号が所定の振
幅条件及び位相条件に従ってすだれ状電極14mに帰還
されることにより、発振器が形成される。ここで、上記
2つの条件を得るために、第2図には図示しない増幅器
及び移相器が入力側すだれ状電極と出力側すだれ状電極
との間に直列に接続される。このようにして形成される
発振器が持続して発振するためには、八〉Ls
・・・(1)なる振幅条件を満足する必要
がある。ここで、Lsは体性表面波デバイスの挿入損失
、GAは増幅器の利得である。また、入力側と出力側と
の間の弾性表面波の位相差をφ8、増幅器及び移相器を
含む電気系の位相遅れをφ。とすると、位相条件は、φ
、+φ。=2πfot/vR+φ8=2nπ −(2)
となる。ここで、nは発振モードに関する整数、foは
発振周波数、tは表面弾性波の伝搬路長、及びvRは弾
性表面波の速度である。The interdigital electrode 14b on the output side outputs an electrical signal corresponding to this surface acoustic wave. An oscillator is formed by feeding back this electric signal to the interdigital electrode 14m according to predetermined amplitude and phase conditions. In order to obtain the above two conditions, an amplifier and a phase shifter (not shown in FIG. 2) are connected in series between the input-side interdigital electrode and the output-side interdigital electrode. In order for the oscillator formed in this way to oscillate continuously, 8〉Ls
It is necessary to satisfy the following amplitude condition (1). Here, Ls is the insertion loss of the somatic surface wave device, and GA is the gain of the amplifier. Also, the phase difference of the surface acoustic wave between the input side and the output side is φ8, and the phase delay of the electrical system including the amplifier and phase shifter is φ. Then, the phase condition is φ
, +φ. =2πfot/vR+φ8=2nπ −(2)
becomes. Here, n is an integer related to the oscillation mode, fo is the oscillation frequency, t is the propagation path length of the surface acoustic wave, and vR is the velocity of the surface acoustic wave.
他方、液体方向に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、
C1= m−’ (VJ”R) −(
3)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、Vtは液
体中における超音波速度、vRは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、光が回折する。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。位相格子ノeラメータQが
Q=2πLλo /n/f2≦0.3 ・
(4)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、n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 の強度工、及び回
折角θ、は次式で表わされる。On the other hand, the surface acoustic wave 16 propagating in the liquid direction travels in the perpendicular direction 18 of the surface acoustic wave device 10 at the interface with the liquid.
For, C1= m−' (VJ”R) −(
3) The mode is converted into a longitudinal ultrasonic wave that travels in the direction of arrow 20 in the liquid at an angle of . Here, Vt is the ultrasonic velocity in the liquid, and vR is the velocity of the surface acoustic wave. As can be seen from equation (1), the traveling direction of the ultrasonic waves in the liquid does not depend on the frequency of the applied electric signal. When the light 22 passes through a portion where ultrasonic waves are present, the wavefront 24 of the sound wave acts as a diffraction grating, and the light is diffracted. This is because the refractive index of the liquid changes periodically due to ultrasonic waves in the liquid. The phase grating e parameter Q is Q=2πLλo /n/f2≦0.3 ・
In the case of (4), Raman Nurse diffraction occurs in which the diffracted light reaches a higher order. Here, A and L are the wavelength and width of the ultrasonic wave, n is the refractive index of the liquid, and λ0 is the wavelength of light in the air. At this time, the intensity factor and the diffraction angle θ of the N-order diffracted light 22N are expressed by the following equation.
IN= J、7(v) ・・・(5
)θ、=gln(Nλo/A ) −(
6)ここで、υ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、τ=2πLδ
n/λ ・・・(7)で表わ
される。IN=J, 7(v)...(5
)θ,=gln(Nλo/A) −(
6) Here, υ is the amplitude of the phase change of light, - If the change in liquid refractive index due to ultrasound is δn, then τ = 2πLδ
n/λ (7).
次に、この発明の一実施例について説明する。Next, one embodiment of the present invention will be described.
第1図において、26は液体3o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。In FIG. 1, 26 is a liquid tank containing a liquid 3o, and a window 28 for light is formed on the side wall of the tank.
この液槽26内には、先に説明した弾性表面波デバイス
10が図示のように位置決めされている。すだれ状電極
14bは増幅器46の入力端子に接続されている。増幅
器4aの出力端子は移相器480入力端子に接続されて
いる。移相器48は端子32を介して印加される電気信
号に従って入力信号の位相を変化させる。移相器48の
出力はすだれ状電極14aに接続されている。すなわち
、弾性表面波デ・ぐイス10.増幅器46及び移相器4
8で発振器が形成されている。In this liquid tank 26, the surface acoustic wave device 10 described above is positioned as shown. The interdigital electrode 14b is connected to an input terminal of an amplifier 46. The output terminal of amplifier 4a is connected to the input terminal of phase shifter 480. Phase shifter 48 changes the phase of the input signal according to the electrical signal applied via terminal 32. The output of the phase shifter 48 is connected to the interdigital electrode 14a. In other words, the surface acoustic wave device 10. Amplifier 46 and phase shifter 4
8 forms an oscillator.
液体30の中を伝搬する液中音波24の進向方向に対し
横方向には、光源を構成するレーデ(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・ぐターン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。In the transverse direction with respect to the advancing direction of the in-liquid sound wave 24 propagating in the liquid 30, a radar (for example, He-Ne) constituting the light source is arranged.
34 is positioned. 36 is a light receiving element constituting a demodulator, and is installed so as to be able to slide in the direction of arrow 38 so that the diffraction pattern 44 can be detected. Reference numeral 40 denotes an amplifier that amplifies the electrical signal output from the light receiving element 36 and supplies it to the output terminal 42 .
次に、動作について説明する。Next, the operation will be explained.
第2図を用いて先に説明したように、発振器は式(1)
及び(2)に示す所定の条件を満足すると発振する。液
体30方向に伝搬する弾性表面波16は、モード変換さ
れて液体30中を伝搬する超音波24となる。レーザ3
4から発せられた光22が液体中に入射すると、光22
は液体中の音場になって回折される。この結果、ウィン
ド28からは回折ノ蓼ターン44が得られる。この回折
/IPターン44の各回折光の周波数スペクトルは、発
振器の発振周波数の変化に従って変化する。従って、周
波数変調が可能となる。尚、復調は、例えばO次回強光
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り行なわれる。As explained earlier using Fig. 2, the oscillator is expressed by formula (1)
And when the predetermined conditions shown in (2) are satisfied, oscillation occurs. The surface acoustic wave 16 propagating in the direction of the liquid 30 undergoes mode conversion and becomes an ultrasonic wave 24 propagating in the liquid 30 . laser 3
When the light 22 emitted from 4 enters the liquid, the light 22
becomes a sound field in the liquid and is diffracted. As a result, a diffractive turn 44 is obtained from the window 28. The frequency spectrum of each diffracted light of this diffraction/IP turn 44 changes according to the change in the oscillation frequency of the oscillator. Therefore, frequency modulation becomes possible. Note that demodulation is performed by, for example, receiving the O-th order strong light with the light receiving element 36 and converting it into an electrical signal, and then detecting the frequency with a frequency measuring means (not shown) via the amplifier 40 and the output terminal 42.
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■、幅2
0tlI+!、厚さ5mのものを用いた。Next, an experimental example of the apparatus shown in FIG. 1 will be explained. As the piezoelectric substrate 12 of the surface acoustic wave device 10, TDK
Piezoelectric ceramic 91 manufactured by Co., Ltd., length 50cm, width 2
0tlI+! , 5 m thick was used.
2組のすだれ状電極14a 、14bのそれぞれの対数
は20、周期長Pは800μm1互いの離間距離は28
.8mで、弾性表面波の速度は2100 %/8である
。光源34としては、波長0.6328μmのHe−N
e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。The logarithm of each of the two pairs of interdigital electrodes 14a and 14b is 20, the period length P is 800 μm, and the distance between them is 28.
.. At 8 m, the velocity of surface acoustic waves is 2100%/8. As the light source 34, He-N with a wavelength of 0.6328 μm is used.
An e-laser was used. Further, as the light receiving element 36, a photodiode S-1223 manufactured by Hamamatsu Co., Ltd. was used. Furthermore,
Water was used as the liquid.
第3図は上記装置を用いて測定されたO次回強光の周波
数スペクトルを測定した結果を示す図である。同図から
、0次回強光は単一モードの超音波(2,575MHz
)で変調されていることがわかる。FIG. 3 is a diagram showing the results of measuring the frequency spectrum of the O-order strong light measured using the above device. From the same figure, the 0th order strong light is a single mode ultrasonic wave (2,575MHz
) can be seen to be modulated.
第4図は、移相器48に10 kHzの変調用の電気信
号を印加したときのO次回強光の周波数スペクトルを測
定した結果を示す図である。同図から、O次回強光は1
0 kHzの周波数変調を受けていることがわかる。FIG. 4 is a diagram showing the results of measuring the frequency spectrum of the O-th order strong light when a 10 kHz modulation electrical signal is applied to the phase shifter 48. From the same figure, the O-th strong light is 1
It can be seen that the signal is subjected to frequency modulation of 0 kHz.
第5図は、移相器48に印加される変調用電気信号の電
圧と0次回強光の周波数偏移との関係を測定した結果を
示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the results of measuring the relationship between the voltage of the modulation electric signal applied to the phase shifter 48 and the frequency shift of the 0th order strong light.
第6図は変調用電気信号の電圧を一定に保持し、変調周
波数を変化させたときの回折光出力レベルとの関係を示
す図である。同図から、約100kHzまでは平坦であ
ることがわかる。FIG. 6 is a diagram showing the relationship with the output level of diffracted light when the voltage of the modulation electric signal is held constant and the modulation frequency is varied. From the figure, it can be seen that the frequency is flat up to about 100 kHz.
(発明の効果)
以上説明したように、この発明によれば、外部に発振器
を必要とせず小型で安価であり、高周波化が容易な超音
波光変調器を提供することができる。(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, it is possible to provide an ultrasonic optical modulator that does not require an external oscillator, is small and inexpensive, and can easily be used at high frequencies.
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図及び第4図はそれ
ぞれO次回強光の周波数スペクトルを示す図、第5図は
変調用電気信号電圧とO次回強光の周波数偏移との関係
を示す図、及び第6図は変調周波数と回折光出力レベ化
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、
14a、14b・・・すだれ状電極、24・・・液中音
波、26・・・液槽、28・・・ウィンド、30・・・
液体、34・・・レーザ、36・・・受光素子、40.
46・・・増幅器、48・・・移相器。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining the invention in detail, FIGS. 3 and 4 are diagrams showing the frequency spectrum of O-order strong light, respectively, FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the modulation electric signal voltage and the frequency shift of the O-th order strong light, and FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the modulation frequency and the leveling of the diffracted light output. 10... Surface acoustic wave device, 12... Piezoelectric substrate,
14a, 14b... interdigital electrode, 24... sonic wave in liquid, 26... liquid tank, 28... window, 30...
liquid, 34... laser, 36... light receiving element, 40.
46...Amplifier, 48...Phase shifter.
Claims (1)
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2組のすだれ状電極間に直列に接続さ
れる増幅器及び移相器と、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、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光変調器。A surface acoustic wave device in which two sets of interdigital electrodes are spaced apart on a piezoelectric substrate and one end thereof is inserted into a liquid so as to be exposed to the air, and an amplifier connected in series between the two sets of interdigital electrodes. and a phase shifter, and a light source positioned in a direction transverse to the traveling direction of the ultrasonic waves in the liquid, and the modulated light is obtained as diffracted light from the ultrasonic waves in the liquid. optical modulator.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5418985A JPS61213823A (en) | 1985-03-20 | 1985-03-20 | Optical modulator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5418985A JPS61213823A (en) | 1985-03-20 | 1985-03-20 | Optical modulator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61213823A true JPS61213823A (en) | 1986-09-22 |
JPH052968B2 JPH052968B2 (en) | 1993-01-13 |
Family
ID=12963596
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5418985A Granted JPS61213823A (en) | 1985-03-20 | 1985-03-20 | Optical modulator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61213823A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63286816A (en) * | 1987-05-20 | 1988-11-24 | Koji Toda | Multichannel optical modulator |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5472694A (en) * | 1977-11-21 | 1979-06-11 | Tdk Corp | Conversion method for ultrasonic wave |
-
1985
- 1985-03-20 JP JP5418985A patent/JPS61213823A/en active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS5472694A (en) * | 1977-11-21 | 1979-06-11 | Tdk Corp | Conversion method for ultrasonic wave |
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JPS63286816A (en) * | 1987-05-20 | 1988-11-24 | Koji Toda | Multichannel optical modulator |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH052968B2 (en) | 1993-01-13 |
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