JPS6134494Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は光フアイバーを使つた信号伝送装置の
ひとつの方式であるフアイバーテレメトリー信号
伝送装置の光伝送路に信号を結合するフアイバー
光位相変調器に関するものである。

光フアイバーを用いた信号伝送系は、電磁誘導
雑音に強い、絶縁がとれる、軽量である、伝送帯
域が広いなどの特長を有し、公衆通信のみならず
工業プラント、発電変電所構内、あるいは船舶、
航空機内などのデータ伝送装置などにも用いられ
ようとしている。このような信号伝送系では、多
く中央の監視装置処理装置と多数の端末とを結び
データのやりとりが行なわれている。このためこ
れらの間の配線を少くするために、しばしば中央
の監視装置処理装置から発し、再び元にもどるル
ープ状の幹線の信号線を設置し、ループの途
中々々から各端末とを結ぶ枝の信号線を設ける、
いわゆるループ状のデータハイウエイないしデー
タバスシステムの方式がとられている。光フアイ
バーを使つてこのようなデータハイウエイシステ
ムを構成する方式にはいくつかの方法がある。そ
のなかで各所に配置されたセンサなどからの出力
データを光フアイバーを使つて収集する、いわゆ
るテレメトリー信号伝送装置を構成した例でよく
知られている例は、二本のシングルモードフアイ
バーを使い、一つの光源から発した光を音響光学
素子によつて、波長を音響光学素子中の音波の周
波数分だけ増加させた光と、増加させずに元の波
長の光とに２分し、それぞれ異なるシングルモー
ドフアイバーに注入し、波長を増加させた光が透
過するフアイバーの外側より、フアイバー中の光
に位相変調を与え、このフアイバーを出射した光
と、前述の波長を変化させずに、別なるシングル
モードフアイバーを伝わつてきた光とをフアイバ
ー出射端で合波させて、２乗特性を有する受光器
で受光し、いわゆるヘテロダイン検出とすると、
電気出力は、前記音響光学素子中の音波の周波数
をキヤリアとし、この振幅が前記フアイバー外側
より与えた位相変化量によつて変化する振幅変調
信号となつて得られる。フアイバー外側より与え
る位相変調の周波数を、各入力点で異なる周波数
を用いることによつて、多数の信号を任意の点か
ら挿入できまた受信端でこれらを弁別することが
できるものである。

フアイバー中を伝わる光波に位相変化を与える
方法で、従来から知られている例は、圧電板で被
覆の上から光フアイバーをはさみ、圧電板の両面
に電界を印加して、圧電板に圧縮振動を起こし、
この振動を、化学樹脂でできている被覆を介して
フアイバーに伝えてフアイバー中の屈折率を変化
させ、透過光に位相変化を与えるものである。こ
の方法では能率が悪くまた帯域幅も狭い。すなわ
ち、圧電体の機械インピーダンスは30〜40×10⁶
Kg／ｓ・m²程度あるのにたいして、樹脂では３×
10⁶Kg／ｓ・m²とはるかに小さい。このため弾性
エネルギは樹脂中をほとんど透過しない。また圧
電セラミツクはほとんど自由振動に近く、共振の
尖鋭度が高いために帯域幅が狭い。

また圧電セラミツクの円にフアイバーを巻き
付け、円の径方向の拡がりによるフアイバーの
伸び変化を利用する方法がある。フアイバーの伸
び変化にたいする位相変化の受けかたは敏感であ
り、また圧電体の径方向への共振を利用するた
め、僅かな印加電界で大きな位相変化を得ること
ができる特長をもつているが、従来のこの方法
は、圧電円の径方向軸対称の単一の拡がり共振
振動のみを用いているだけであり、この共振は尖
鋭度が高いために、やはり帯域幅が非常に狭い。

このように従来の光フアイバー中の光波に位相
変化を与える方法はいずれも、能率と帯域幅の両
方を得ることが困難である。

本考案の目的は、上記難点を除去し、しかも簡
単な構造のフアイバー光位相変調器を提供するも
のである。

本考案によれば、外側及び内側の円筒面の一方
又は両方に設ける電極が、軸方向にたいして円筒
の中心から半分のみを有する薄肉円筒圧電セラミ
ツク振動子と該振動子の円筒面に巻き付けた光フ
アイバーとからなる構成で、該振動子の外径と長
さとの比を、径方向拡がり変位をもち軸方向に同
相及び逆相の２つの振動モードの共振周波数が適
度に接近するように設定することによつて、高性
能で広い変調帯域幅を有するフアイバー光位相変
調器が得られる。

本考案の詳細を、実施例にもとづき図面を用い
て、更に説明する。第１図は、圧電セラミツク円
筒に光フアイバーを巻き付けて、フアイバー透過
光に位相変調を与える方法の一般的な構成であつ
て、１は光フアイバー素線、２はフアイバー素線
を保護する被覆、３は円筒の径方向に分極を施こ
した円筒圧電セラミツクである円筒の内外面に電
極を設け、この間に印加する電界によつて円筒圧
電セラミツクに生ずる径方向の変位が巻きつけた
光フアイバーに伸び変化を与え、フアイバー中を
透過する光波に位相変化を与えるものである。

従来のこの位相変調器の構造、すなわち円筒圧
電セラミツクの内外面一様に電極を設けた構造
で、圧電セラミツクに能率よく励起される振動モ
ードは、径方向に一様に拡がり変位を有し、しか
も軸方向いたる所同相に振動するモードである。
この振動の尖鋭度は極めて高いため、ほぼ単一の
周波数でしか素子を駆動できない。したがつてこ
のような構造の位相変調器の帯域幅は極めて狭
い。

第２図は、円筒圧電セラミツクを円形断面を上
下して側面より眺めたときの、径方向拡がり変位
の軸方向への分布を示す図である。第２図ａは、
前述の軸方向に同相の拡がり振動の分布を破線で
示す。従来の電極構造では励起できないが、適当
に設定すると、軸方向に逆相に振動する拡がり振
動を励起することができる。第２図ｂにはこの振
動モードの径方向変位の軸方向分布を破線で示し
てある。これら２つの振動モードの共振周波数を
近づけ、両方のモードを適当な電極構造によつて
励起できるようにすれば、２つの振動を周波数領
域でスタガ的に利用でき、周波数範囲の広い位相
変調器が得られる。これは次のようにすれば実現
される。

第３図は本考案の一実施例の構造を示す図であ
り、１は光フアイバー素線、２はその被覆、３は
円筒圧電セラミツク振動子、４は振動子の外側円
筒面に設けた電極、５は内側円周面に設けた電極
である。円筒の外径半径Ｒと軸方向の長さＬとの
比Ｒ／Ｌを特定の値に設定すると、上記２つの振
動モードの共振周波数すなわち径方向に一様に拡
がり変位をし、軸方向に同相並びに逆相の２つの
振動モードの共振周波数は一致する。例えば、チ
タン酸バリウムを使つた円筒圧電セラミツク振動
子では、上記のＲ／Ｌが0.7付近で２つの共振周
波数は一致する。Ｒ／Ｌの値を0.7からずらし適
当な値に定めると、２つの共振周波数間隔を任意
に設定することができる。

２つの振動モードを同時に励起するには、両方
の振動が同相となる領域のみに電極を設けて駆動
すればよい。第３図では、外側円筒面上の電極４
を円筒面の上半分のみに設けてある。これに対向
する内側円筒面に設ける電極５も、円筒の軸方向
上半分のみに設けてもよいし、また内側円筒面の
軸方向全体に設けてもよい。円筒の内外面に設け
た電極５，４によつて上記の２つのモードが励起
される。勿論内側電極を上半分、外側電極を円筒
面全面としてもよい。

本考案の構造の位相変調器で得られる帯域幅
は、圧電セラミツクフイルタで得られている比帯
域10〜15％と同程度が得られる。例えば30KHz付
近の振動子を用いれば帯域幅は3KHz〜4.5KHz程
度が得られ、従来の構成の位相変調器がほぼ単一
の周波数でしか用いることができないのに較べて
格段に帯域幅が増大する。また、共振ダンパーな
どを用いて擬似的に帯域を拡げる方法に較べ、共
振モードを用いているために僅かな駆動電力で高
い変調度を得ることができる。

以上のように本考案によれば能率の高く、しか
も帯域幅の広いフアイバー光位相変調器が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のフアイバー光位相変調器の構成
図で、１は光フアイバー素線、２はフアイバー被
覆、３は円筒圧電セラミツク振動子である。第２
図は円筒振動体の径方向拡がり振動の軸方向同相
及び逆相の振動変位分布を示す。第３図は本考案
の実施例のフアイバー光位相変調器の構成図で、
１は光フアイバー素線、２はフアイバー被覆、３
は円筒圧電セラミツク振動子、４及び５は円筒の
外側及び内側に設けた電極である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 中空円筒形をなし、外側及び内側の内筒面のい
   ずれか又は両方に設ける電極が、軸方向にたいし
   て円筒の中心から半分のみを有する圧電セラミツ
   ク振動子と、該圧電セラミツク振動子の円筒面に
   巻き付けた光フアイバーとからなることを特徴と
   するフアイバー光位相変調器。