JPS6173921A - 音響光学変調器を用いた光ビ−ムの変調方法および変調装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、音響光学変調器（以下、ＡＯＭという）を用
いた光ビームの変調方法及び変調装置に関する。さらに
詳しくは、音響光学媒質（以下、ＡＯ媒質という）の光
ビーム入射面における光ビーム入射位置を適宜に調整す
ることによって出射ビームの出射角度の変動等を低減さ
せるようにした変調方法および該方法を実施するための
変調装置に関する。

〈Ｊ！！明の技術的背景及び従来技術〉ＡＯＭを用いて
レーザビーム等の光ビームを変調することは公知である
。

第６図は従来のＡＯＭを用いた光ビームの変調を示す斜
視図、第７図は＠６図に示す光ビーム変調の平面図であ
る。

図示の如く、従来のＡＯＭｌは、ブラッグ（Ｂｒａａａ
　）角調整を行うためＡＯ媒質２を回転軸３を中心とし
て回転させ得る様にｖ４成されている。即も、ＡＯＭｌ
においては、通常高周波電源４から圧電素子５に高周波
電力を加え、圧電素子５により電圧変動が圧力変動に変
換され、ＡＯ媒質２内を超音波が圧電素子５から音響波
吸収体６に向けて矢印へ方向（ｙ軸方向）に進行し、こ
の音響波吸収体６で超音波が吸収される。一方、光ビー
ム７はこの超音波進行方向に対してほぼ直角の方向（×
軸方向）に△０１ＩＩＮ！ｉ２を通過する。この場合、
ＡＯ媒！２内を通′Ａする光ビーム７の方向、即ら入射
ビーム７ａの方向と超音波の進行方向とがある一定の角
度をなすときのみ光ビーム７は変調される、即ち出射ビ
ーム７ｂの変調効果が待られる。

従って、入射ビーム７ａの方向と超音波進行方向とがそ
の様な一定の角度関係になるように、それらの両方向（
Ｘ＠力方向ｙ軸方向）に直交する方向（ｚ＠力方向の回
転軸３を中心としてＡＯ＊質２を回転させ得る、いわゆ
るブラッグ角調整を行なうことができる様に構成されて
いる。

ところが、ＡＯＭｌにおいては、圧電素子５において電
圧変動が圧力変動に変換される際変換ロスに基づく発熱
があり、また音響波吸収体６も超音波を吸収して熱を発
生する。従って、ＡＯＩ！Ｉ＊２は、その両側面に圧電
素子５と音響波吸収体６という発熱体を有することとな
り、Ａ　Ｏ［ｔ　２内の温度は不均一になる。即ち、光
ビーム入射方向から見たＡＯ媒質２内の温度分布は通常
第８図において二点鎖線で示されるようにすりばち状に
なる。

この球にＡＯ媒質２内の温度が不均一となり、温度勾配
が生じると、屈折率の温度依存性を有するＡＯＩ質の場
合、温度勾配に応じた屈折率勾配が生じ、屈折率勾配に
起因するプリズム効果により出射ビームの方向が変化す
る。即ち、ＡＯ媒質２内の光ビーム進行方向に直交する
方向においてｓｍ差が存在し、その温度差が存在する部
分に光ビームが入射すると、その温度差の大きさ、即ち
温度勾配に応じて出射ビームの出射角度が変化したとえ
ば本来入射ビーム７ａと同一方向に出射すべき出射ビー
ム７ｂが、第６図あるいは第７図ウニ点鎖線で示す様に
偏向する。

上記の如き従来のＡＯＭにおいては、変調効率を低下さ
せることなくこの様な出射ビームの偏向あるいは温度勾
配の変化による出射角度の変動を回避することは困難で
ある。なぜならば、その様な出射ビームの偏向あるいは
出射角度の変動を回避するためＡＯ＊質を回転軸３を中
心として回転調整すると光ビームの進行方向と超音波進
行方向との角度が変化し変調効率が低下するからである
。

（発明の目的） 本発明の目的は、上記事情に鑑み、ＡＯ媒質内に生じる
温度分布に起因する出射ビームの偏向あるいはその偏向
角度の変動を、変調効率を低下させることなく低減する
ことのできる八〇Ｍを用いた光ビームの変調方法および
変調装置を提供することにある。

（発明の構成） 本発明に係るＡＯＭを用いた光ビームの変調方法は、上
記目的を達成するため、光ビームの進行方向に直交する
面内における温度勾配が、主として超音波発生源である
圧電素子と超音波を吸収する音響波吸収体の発熱に起因
してこの両者を結ぶ方向、即ち超音波の進行方向に発生
することに鑑み、ＡＯ媒質の光ビーム入射面における光
ビーム入射位置を、少なくとも超音波進行方向に沿って
移動調整可能に構成し、光ビーム入射面における光ビー
ム入射位置を超音波進行方向に沿って移動調整すること
により、超音波進行方向におけるＡＯ媒質の屈折率勾配
（温度勾配）が最も小さい位置に光ビームを入射させる
ようにすることを特徴とする。

光ビーム入射面における光ビーム入射位置を超音波進行
方向にそって移動調整する方法としては、ＡＯ媒質を超
音波進行方向に沿って往復移動さ、せる方法の他、光ビ
ームを超音波進行方向に沿って往復移動させる方法を採
用することもできる。

超音波進行方向に沿って移動調整するとは、必ずしも超
音波進行方向に一致させて移動調整する場合に限らず、
移動調整方向が超音波進行方向の成分を右している場合
も含む。

超音波進行方向におけるＡＯ媒質の屈折率勾配が最も小
さい位置とは、屈折率勾配が実質的に最も小さい位置を
意味し、従ってその位置は超音波進行方向上の一点に限
らず、ある程度の幅を有することもあり得る。

超音波進行方向におけるＡＯ媒質の屈折率勾配とは、Ａ
Ｏ媒質内の光ビームに直交する面内における圧電素子か
ら音響吸収体へ向う方向の屈折率勾配という意味であり
、超音波進行方向と上記直交面とが一致しないときは上
記直交面における上記圧電素子から音響吸収体へ向う方
向の屈折率勾配という意味である。また、直交面におけ
る圧電素子から音響吸収体へ向う方向の屈折率勾配は通
常ＡＯ媒質内のどの直交面においてもほぼ同一であるが
、ある程度＋！４なるときは平均的な屈折率勾配を意味
するつ 本発明に係るＡＯＭを用いた光ビームの変調装置は、上
記方法を実施するため、ＡＯＭと、該ＡＯＭを少なくと
も該ＡＯＭにおける超音波進行方向に沿って移動可能に
支持する支持台とを備えて成ることを特徴とする。

上記超音波進行方向に沿って移動可能とは、前述の変調
方法の場合と同様に、必ずしも超音波進行方向に一致す
る方向に移動可能である場合に限らず、その移動可能方
向が超音波進行方向の成分を有している場合も含む。

（発明の実施態様） 以下、図面を参照しながら本発明の実施態様について説
明する。

第１図は本発明に係る方法の一実施態様を示す斜視図で
ある。

この図におけるＡＯＭによる光変調のメカニズム自体は
前述のとおりであるので省略する。なお、第６図および
第７図と同一の番号は同一の構成要素を示す。

図におけるＡＯＭＩは、ＡＯ媒質２を前述の通りｌ軸方
向く超音波進行方向であるｙ軸方向と光ビーム入射方向
であるＸ軸方向とに直角な方向）の回転＠３を中心とし
て回転調整（ブラッグ角調整）可能に構成すると共に、
超音波進行方向であるｙ軸方向（矢印Ｂ方向）とこの超
音波進行方向に直交するｌ軸方向（矢印Ｃ方向）に移動
ｇ４！！可能に構成しである。

前述の如く、入射ビーム方向に直交する面内における温
度変化は主として超音波進行方向において生じるので、
光ビーム入射面２ａにおける光ビーム入射位置はこの超
音波進行方向に沿って移動調整すればほぼ十分であるが
、場合によっては超音波進行方向に直交する方向（矢印
Ｃ方向）にも僅かではあるが発生する可能性があるので
、その場合を考慮して矢印Ｃ方向にも移動調整可能に構
成しである。

上記の如き構成に基づき、例えば光ビーム入射方向に直
交する面（ｙｚ平面）内の超音波進行方向における温度
分布が第２図において二点鎖線で示す様なすりばち状で
ある場合、光ビーム入射位置を超音波進行方向に沿って
一点鎖線１０上で移動調整し、屈折率勾配が最も小さい
位置、即ち温度勾配が最も小さい位置（温度勾配が零で
ある位置）に光ビームを入射させるようにする。この場
合の塩１文勾配が最も小さい位置は、温度勾配が実質上
零である一定の幅応内であればどの位置でも良い。

勿論２軸方向にも温度勾配が存在する場合は、さらにｌ
軸方向にも移ａ調整してその方向の温度勾配が最も小さ
い位置に光ビームを入射させるようにする。

第３図は本発明に係る装置の一実ｔ！ｉ！ｉ様を示す斜
視図、第４図は第３図に示す実施態様の分解斜視図であ
る。

図示の装置は、ＡＯＭＩと、該ＡＯＭを支持する支持台
１１とから成り、該支持台１１は、例えば光学定盤に取
り付けられる取付基板１２と、該取付基板１２上にスラ
イド可能に戟隨されるスライド板１３と、該スライド板
１３上に回動可能に載置されると共にＡＯＭｌを固設す
る回動板１４とから成る。回動板１４は、該板１４に形
成した透孔１４ａにビン（図示せず）を挿入し、該ビン
の下端部をスライド板に形成した凹部１３ａに嵌入させ
ることにより、該ビンを中心として回動可能に構成され
、スライド板１３は、該板１３に形成した透孔１３ｂ　
、　１３ｃにそれぞれビン（図示せず）を挿入し、該ビ
ンの下端部を取付基板１２に形成した直線状のガイド溝
１２ａに嵌入させることにより、ガイド溝１２ａに沿っ
てスライド可能に構成されている。さらに、スライド板
１３には位置決め用の透孔１３ｄが、取付基板１２には
位置決め用の凹溝１２ｂが形成され、この透孔１３ｄと
凹溝１２ｂに、第５図に示す様な偏心ビン１５を嵌合さ
せである。この偏心ピンはスライド板の透孔１３ｄ　１
．：嵌合する上部１５ａと取付基板の凹溝１２ｂに嵌合
する下部１５ｂとから成り、上部１５ａに対して下部１
５ｂは偏心状に固着されている。従ってスライド板１３
を取付基板１２に対して所定ｍスライドさせるには、ス
ライドさせる量に応じてこの偏心ピンをその上部１５ａ
を中心として所定角度回動させることによって、スライ
ド板１３を任意のスライド位置で取付基板１２に対して
位置決めすることができる。この様な偏心ピンは回動板
１４に形成された透孔１４ｔｌとスライド板１３に形成
された凹溝１３ｅにも嵌合されており、スライド板１３
に対して回動板１４を任意の回動角において位置決めで
きるように構成されている。なお、調整に必要なスライ
ド聞及び回動角は上記偏心ピンの回動によってカバーで
きる程麿の僅かな量である。また、本装置においては、
必要に応じて取付基板１２の下にスペーサ１６を介在さ
せることにより高さ方向（即ち第１図のＣ方向）の調整
をも行なうようにしても良い。

さらに、上記ガイド溝１２ａはその長手方向が本装置を
組立てた場合（第３図参照）におけるＡＯＭｌの超音波
進行方向（矢印爪方向）にほぼ一致するように形成され
ている。

本発明に係る装置は、要するにＡＯＭをその超音波進行
方向に沿って移＃Ｊｗ４整可能に構成されたものであれ
ば良く、図示実施例に限定されるものではない。例えば
、図示しないがＡＯＭを支持する支持台がステッピング
モータを用いた回転機構により回転可能に、かつ同じく
ステッピングモータを用いたネジ送り機構により直線移
動可能に構成されたものであっても良い。

（発明の効果） 本発明に係る方法は、前述の様に、ＡＯ媒質の光ビーム
入射面における光ビーム入射位置を、少なくとも超音波
進行方向に沿って移動調整し、その方向における温度勾
配の最も小さい位置に光ビームを入射させるものである
。

従って、ＡＯ媒質内に生じる最も大きな温度勾配である
超音波進行方向の温度勾配に起因する出射ビームの偏向
あるいはその温度勾配が経時的に変化することにより生
じる出射ビームの出射角度の変動を回避することができ
、しかもその回避は入射ビーム方向と超音波進行方向と
の関係を何ら変化させることなく行うことができるので
ブラッグ角調整に悪影響を与えるおそれがなく、従って
変調効率を低下させるおそれもない。

また、ＡＯ媒質である結晶が大きい場合は温度変化もな
めらかになり、出射ビームドリフトも小さくなるが、大
きな結晶を用いるとＡＯＭが高価になる。本発明に係る
方法を用いれば、温度変化が急激になる小さな結晶を使
用してもそれによる出射ビームドリフトの問題は回避で
きるので、結果として小さな結晶の安価なＡＯＭを使用
でき、コストダウンを図ることもできる。

また、本発明に係る装置は、ＡＯＭを少なくとも超音波
進行方向に沿って移動調整可能に支持する支持台を具備
して成るので、上記本発明に係る方法を極めて容易に実
施することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る方法を説明するための斜視図、 第２図は第１図に示ｔＡＯＭを光ビーム入射方　　　向
から見た図であり、ＡＯ媒質の超音波進行方向の温度分
布と光ビーム入射ビーム方向を示す同第３図は本発明に
係る装置の一実施態様を示す斜視図、 第４図は第３図に示す装置の分解斜視図、第５図は第３
図に示す装置に使用される偏心ピンの斜視図、 第６図は従来のＡＯＭによる光変調を示す斜視図、 第７図は第６図における光変調の平面図、第８図は第６
図におけるＡＯＭを光ビーム入射方向から見た図であり
、ＡＯ媒質の超音波進行方向の温度分布を示す図である
。 １・・・・・・音響光学変調器　２・・・音響光学媒質
２ａ・・・光ビーム入射面　７パ・・光　ビ　−　ム１
１・・・・・・支　　持　　台　Ａ・・・超音波進行方
向第７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）音響光学媒質の光ビーム入射面における光ビーム
   入射位置を少なくとも超音波進行方向に沿つて移動調整
   することにより、上記超音波進行方向における上記音響
   光学媒質の屈折率勾配が最も小さい位置に光ビームを入
   射させるようにすることを特徴とする音響光学変調器を
   用いた光ビームの変調方法。
2. （２）音響光学変調器と、該音響光学変調器を少なくと
   も該音響光学変調器における超音波進行方向に沿つて移
   動可能に支持する支持台とを備えて成ることを特徴とす
   る音響光学変調器を用いた光ビームの変調装置。