JPS62183426A - 光信号の複屈折を制御するためのフアイバ圧搾器と制御方法 - 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】 ［発明のｔＹｌｉｔ］ この発明は一般に長尺の光フアイバ材料に力を加えるた
めの装置と方法に関するものであり、特定的に、ファイ
バの屈折率、したがって、ファイバを伝播する光波の偏
りを制御するために、光ファイバを圧縮するための装置
と方法に関するものである。さらに特定的に、この発明
は、ファイバに嚮導される光の偏りの制御を目的として
、応力嚮導の複屈折を生じるために長尺の光ファイバに
横方向に圧縮力を加えるためのファイバ圧搾器の４Ｍ造
枠とその組立方法に関するものである。

光フアイバ内の偏光と光の伝播にある稈ａ精通している
と、この発明の理解が容易になるであろう。光波は、光
の周波数に等しい周波数を有する直交する電界および磁
界ベクトルを含む時間で変化する電磁界によって表わさ
れてよいことは周知である。嚮導構造を通って伝播する
電磁波は、１組の通常し一ドにより説明され得る。通常
て−ドは嚮導構造内、たとえば光フアイバ導波路内の電
界および磁界の許容できる分布である。通常モードは構
造内のエネルギ分布に直接関連する。通常モードは一般
に、波の異成分を闇導構造の周波数と空間分布とで説明
する数学的関数によって表わされる。導波路の通常モー
ドを説明する特定の関数は、導波路のジオメトリに依ｒ
ｆする。被護導波が固定寸法の円形断面を有する構造に
１１１込められる光ファイバについては、ある周波数と
空間分１１７とを有する界のみが、ひどい減衰なしに伝
播するだろう。本質的に減衰されずに伝播する異成分を
有する波が、通常モードである。ひどく減衰される波は
、一般に「エバネセントモード」と呼ばれる。単一モー
ドファイバは与えられた周波数の信号に対して、エネル
ギの唯一の空間分布のみ伝播するだろう。

通常Ｌ−ドを説明する際に、波の伝播方向に関して電界
および磁界の方向を参照するのが都合が良い。もし、電
界ベクトルのみが通常光学軸と呼ばれる伝播方向に垂直
であるなら、波は電気的横波（ＴＥ）モードであるとい
われる。もし、磁界ベクトルのみが光学軸に垂直である
なら、波は磁気的横波（１“Ｍ）′し一ドである。もし
、１ｕ界Ｊ３よび磁界ベクトル双方が光学軸に垂直にに
ら、波Ｇｔ１電磁気的横波（Ｔ　Ｅ　Ｍ　）モードであ
る。との通常モードも異成分が一定方向であることを要
Ｖず、たとえばＴ　Ｅ　’［−ドでは、電界が光学軸に
垂直ならいかなる方向であってもよい。

ｆ８１１波の゛電界ベク１〜ルの方向は、偏波である。

一般に波は各モードに対して許容し得るサベＣの方向を
指す電界ベクトルの均一な分イＥのひするランダムな一
波を右するだろう。もし、波のすべての電界ベタ１〜ル
が、唯一特定の方向を指せば、波は直線に偏光されてい
る。もし、電界が等しい大きさの２つの直交する電界成
分からなるなら、正味のＴｉＮはそのとき波の周波数に
等しい角速度で光）′：！軸のまわりを回転するベクト
ルであるの、で、電界は円偏光される。もし、２つの直
線偏光が等しくないなら、波は楕円偏光を有する。一般
に、いかなる任意の偏光も、２つの直交する直線偏光、
２つの反対方向の円偏光または直交する半良軸をイｉす
る２つの反対方向の楕円偏光のいずれかの和により表わ
されることができる。

光信ｑの速度は、光が伝播する媒質の屈折率に依存する
。ある材料は、異なる偏光に対し【異なる屈折率を有す
る。２つの屈折率を有する材料は、複屈折といわれる。

単一［−ド光ファイバに沿って伝Ｉ！！１６信号の偏光
は、時にｔ−ドと言われる。

標準の単一モードの光ファイバは、２つの直交する偏光
をイタ″する同じ周波数および空間分（５の２つの波を
伝播するので、２つのモードファイバとみなされるかも
しれない。

同じ通常モードの２つの異なる偏光成分は、２つの漏光
の速度差を除けば、変化せずに複屈折材料を通って伝播
することができる。円？ＵＩｉＴＩ折、直線複層ｌＩ′
ｒおよび楕円課屈折は、異なる偏光し一ドを参照して各
々説明される。もし、材わｌが内視屈折を示ヒば、光波
の偏りは２つの逆回転成分の組合わけとして表わされる
。円偏光の１つは「右回」と言及され、他方は「左円」
と言及される。非裏屈折材料では、右円偏光ど左円偏光
は、同じ速度で進行する。円偏光成分の逆回転電界ベク
トルは、内視屈折に対する偏光モードを示ず。もし、光
が直線偏光されていれば、円−光ベクトルは■いに同位
相で、等しい振幅である。もし、光が楕円偏光されてい
れば、円偏光ベクトルは等しくない振幅である。一般に
、楕円偏光は楕円性の程度が変化するかもしれず、偏光
は１つの極端における直線偏光から、他の極端における
円偏光に及ぶかもしれない。

内視屈折材料では、１つの円偏光ベクトルの伝播速度は
、逆回転している偏光ベクトルの伝播速度より大ぎい。

内視屈折は波が媒質中を伝播するとき、これを回転させ
たりねじったりする。同様に、直線複屈折の材料では、
直線偏光されたモードの１つにおける光の伝播速度は、
他の標準の直線偏光モードの光の伝播速度より大ぎい。

直線複屈折と固視屈折双方が、光波がそれを通って伝播
している材料中の１点に存在するとき、楕円複屈折が結
果として生じる。楕円複屈折は、直線−１屈折と内視屈
折の相対的な大きさに部分的に依存する偏光に、複雑な
態様で影費を及ぼす。

要するに、いかなる偏光も、適切な位相と振幅を有する
２つの円鍋波により示され得る。その代わり、光は電界
の楕円形に回転する成分か、垂直の直線偏光成分かによ
り示され得るだろう。

多数の複屈折材料がある。たとえば、これらの構造およ
びそれを通って伝播する光に対づ“る配向によって、あ
るクリスタルは内視屈折であり、他のクリスタルは直線
複屈折である。クリスタルの他の型、たとえば、クォー
ツは、適切に選ばれた方向に伝播する光波に対して楕円
複屈折を生じるため、内視屈折と直ｒｔ＋複屈折の両方
を有することができる。

複屈折のｍは、光波を閃導する媒質の２つの屈折率の差
を意味するためここで用いられる。−１屈折の■を制御
することは、長尺の光フアイバ材料からの光信号出力の
偏光制御を許容する。もし、ファイバにより伝播される
波が、２つの直線偏光成分を含むなら、ファイバの屈折
率の差を増したり減らしたりすることは、２つの偏光の
各々に対してファイバの光路長を！＋制御するための手
段を提供することである。もし、ファイバが視屈折なら
、２つの偏光成分はファイバに沿って伝播するにつれ、
位相が変えられよう。光フアイバ内の光の速度が、ｖ　
−ｃ　／ｎであり、その場合、Ｃは光の自内空間速度、
ｎはファイバの屈折率であるので、より低い屈折率をｉ
Ｔする偏光成分は、より高い屈折率を有する偏光成分よ
り、フッフィバ内にＪ３いてより小さい走行時間をイｉ
するだろう。それゆえ、複屈折媒質はそこを伝ｉｌｌす
る光信号上の偏光面を回転させる。

長尺の光ファイバにファイバに横方向の軸に沿って圧縮
力を加えると、光弾性効果によってファイバの屈折率が
変化し、応力嚮導複屈折が結果として生じることは公知
である。光ファイバに横圧縮力を与えるための様々の装
置が、当該技術で知られている。そのよう＜１装置の１
つが、ドボーラ（Ｄｅ　Ｐａｕｌａ）らによって５ＰＩ
Ｆ第４２５６１１１〜１１３頁に開示されている。その
装置は、電気信号により同位相で駆動される２つのクォ
ーツ圧電変ｐＩＡ器間に配置された光ファイバを含む。

駆動信号がＯのとき、ファイバは応力がかけられていな
い。駆＃Ｊ信号がＯ″Ｃないとぎ、ファイバはクォーツ
仮相７：Ｌ間に圧搾され、複屈折変化を被る。

それゆえ、ファイバに加える力を制御することが、複屈
折の串を制御する。

光波の偏りを制御する別の方法が、１９８３年６月２１
日ルフ」、−プル（１−ｅｆ：　ｅｖｒｃ）に発行され
、ルランド　スタンフォード　ジュニア（１０１ａｎｄ
　Ｓ　ｔａｎｆｏｒｄ　Ｊ　ｒ、　）大’ｊ”）　Ｆａ
　議会ニ誼渡された米国特許第４３８９０９０号に開示
される。ルフ工−プルは偏光制御器の数詞の実施例を開
示しているが、そのすべては、複屈折を嚮導するため、
ファイバに十分応力をかけるために比較的小さい半径の
コイルに形成された１つ以−りの長尺の光ファイバを用
いている。予め定められた角度で、コイルの面を回転す
ると、ファイバに嚮導される光の偏りに制御変化を生じ
る。

光フアイバ回転センナのような装置の構成は、光ファイ
バに嚮導される光信号の偏りを精密に制御することを要
する。

ルフエーブルに開示されるコイルは、いくつかの場合で
は、十分な偏光制御を提供するが、そのような偏光制御
器は、偏光が予め定められた同だけ変化させられること
になっている静止状ｆ原で用いるのに最もふされしい。

光ファイバ回転センザでは、同じ偏光の２つの逆伝播ビ
ームが、光ファイバのコイル部分を通って伝播する。偏
光器はシステムから不所望の偏光を除く。各偏光器への
信号入力は、まず偏光制御器を通過して、所望の偏光の
みが、信号強度の不要の損失を避昏ノるため、偏光器に
入力されるのを確実にする。ルフエープルの偏光制御器
は、いかなる入力偏光も予め定められた川だけ変え、そ
のため、もし偏光制御器への入力の偏光が変われば、偏
光制御！ｌｌ器からの信号出力の偏光も変わる。

リットン・シスデムズ・インコーホレーテッドに譲渡さ
れた、ジ」−ジ・Ａ・バヴラス（Ｑ　ｅｏｒｇｅ△、Ｐ
　ａｖｌａｔｈ）による米国特許出願連続番号第５５７
８４４＠は、ファイバに所望の偏光を量感し、ファイバ
からの不所望の偏光を放射する偏光器を含む光フアイバ
システムを開示する。放射信号Ｇｊ、光検出品に入射し
、それは複数個のファイバ圧搾器を備える偏光制御器に
入力される萌に、増幅される誤差信号を生じる。ファイ
バ圧搾器は、偏光器に衝突する光の偏りを制御するため
に、ファイバに応力を与える圧電アクチュエータを含む
。

システムは誤差信号を最小にし、そのため偏光器への信
号入力の偏光は、木質的に所望の偏光である。

光学的回転センナシステムの偏光器への入力のために所
望の偏光を供給するための偏光制御器を形成するのにふ
されしいファイバ圧搾器の構成に困難が生じる。ファイ
バ圧搾器に所望程度の騙光＆ｌＪ御を提供するためには
ファイバに予め荷重することを要する。アクチュエータ
に適当＜１電気イコ号を与えて、ファイバにかかる荷Ｉ
Ｉ！が増やされたり、減らされたりすることを許容し、
それがファイバの複屈折の完全制御を提供する。しかし
ながら、室温で許される変形は、破砕が起こる前の、１
゜０％の領域である。７５μ直径のガラスファイバでは
、この変形は約０．７５μにすぎない。ファイバに予め
荷重するための以前の装置は、くさびかねじを使ってい
たが、それらはファイバを破砕するという実質的な危険
がなしにファイバに予め荷重するために必要４Ｉ精密さ
と感度に欠く。このよ・うな装置の１つ１ま、１インチ
に約８０のねじ山を有する調節ねじをＰＺＴで形成され
る圧電アクチュエータと１列にして含む。圧電アクブー
ユエータは２つの圧縮パッド問に保持されるファイバに
作用する。それがファイバの方へ前進するにうにねじを
回して、フファイバに応力をかける。

第２のこのような装置は、くさびの面状表面が、圧縮パ
ッドに隣接するＰＺＴａ換器を保持する第２のくさびと
接触するように向けられたねじ駆動のくさびを有するフ
レームを含み、パッドは力を変換器からファイバに伝達
する。くさびがフレーム内をファイバに垂直に前進す゛
るようにねじを回して、変換器をファイバに抗して圧縮
して、予荷重をりえる。

し発明の要約］ この発明は光ファイバに予信Ｉｒ１を与えるファイバ圧
搾器と、ファイバを破砕する危険なしに、ファイバに横
方向圧縮量１１ｆｉを与えるためのファイバ圧搾器を組
立てる方法を提供する。ファイバは予めｖ１重されるの
で、（の複屈折は予信型取−１二に圧縮荷ＩＩ′Ｎを増
すか、減らすかによって変えられてもよい。

この発明は２つの別個の位相間のステップ遷移を許容す
る２重モジュラ構造システムを提供する。

これらの位相の１つは、ファイバを破砕Ｊ′ることなく
簡単に調節され得る「ソフトな」予信（ｎである。第１
位相はなだらかなカー偏向勾配を有し、第２のものは険
しいカー偏向勾配を有する。第１の位相は、そのソフト
さのため、感度の良い荷！ｎを許容し、ファイバの破砕
を防ぐ。

他の位相は、偏光制御を提供するために、信号偏向をフ
ァイバ内に効果的に向ける堅いシス１ムである。第１位
相から第２位相へのステップ遷移は、予荷重力に横方向
に与えられる装置のクランプ作用により達成される。構
造の相対的ジオメトリが保持されるので、シスｊム張力
が１嘔ず、初期荷ＸＱに対するいかなる変化あるいはバ
イアスを避ける。

ファイバは、ファイバに接触する表面を有し、輪郭とな
ってファイバの破砕を妨げる２つの荷ｍパッド間に保持
されている。公知の静止の予荷重がフレームに与えられ
、フレームの部分はファイバに予荷重の伝達を許容する
ため可動になっている。フレームの部分は適当な手段で
共に固定され、そのため予荷重はファイバ上に留まる。

圧電変換器はフレームに保持され、適切な電圧源が圧電
変換器に接続され、予荷重以上あるいは以下に、ファイ
バにかかる力の変化を提供する。

それゆえ、ファイバの屈折率は、光弾性効果のため互い
に相関して変化する。

第１の好ましい実施例では、フレームは、好ましくは共
にボルトで止められる１対のほぼＬ形の部材を含む。脚
は圧電変換器、荷重パッドおよびファイバを取囲む。ボ
ルトは、ファイバＩ’ＥＰｌ！器が組立てられる際、ｌ
−形部材の相対的な縦方向の移動をＳ／ｌ′Ｂスるため
に十分なりリアランスをボルト周囲に提供する脚の孔を
通る。Ｌ形部材は、ボルトが締められる前に、ファイバ
を１−［縮するため、互いに動かされる。

ばねプランジ（ｌ装置は、ファイバに与えられる予信１
ｎのｍを制御するために用いられる。ばねプランジＶ装
置は、先がそこから突出るばねでバイアスされたプラン
ジャを’ｊ−ｉ　するねじを備える。ばねプランジｐ　
ｖｔ置は、Ｌ形部材の１つの脚にそれを装着するための
装着用ブラケットを含む。ねじが前進させられて他方の
Ｌ形部材の脚に接触し、ファイバを圧縮する。公知の力
が、プランジャを予め定められた距離圧縮するために必
要とされ、それはファイバに公知の予荷重を与えること
を許容する。

フレームの第２の実施例は、外側に延びる１対の脚を有
するほぼ【〕形の部材を含む。端板が脚相互間に装着さ
れ、変換器、荷！ｎパッドＪ３よびファイバは、端板と
（）形部材の下方部分との間に保持される。ボルトはＵ
形部材の脚と端板を通って延び、端板は、ボルトが締め
られる曲に、ファイバを圧縮するために脚相互間の端板
の移動を許容するのに十分なりリアランスとともにボル
トを受けるための通路を含む。

偏）ヒ制御器はこの発明に従つＣ構成されるＰｉ数個の
ファイバ圧搾器で構成されてもよい。第１フアイバ圧搾
器は、そのＪｇＦ電変電器換器をたとえば、垂直線より
時計回りに２２．５度の角度′Ｃ打するように、台座に
置かれる。第２フアイバ圧搾器は、その圧電変換器の軸
を短直線より反時が１回りに２２．５度の角１立で右す
るように、台座に置かれていて、そのため、第１および
第２フアイバ圧搾器は、豆いに４５１１の角度をな１力
をファイバに生ずる。第３フアイバ圧搾器は第１フアイ
バ圧搾器と本質的に全く同じに形成されている。３つ−
のファイバ圧搾器は、その複屈折を変えるためファイバ
の長尺に沿ってノフを与えるために配置されている。各
ファイバ圧搾器はファイバに嚮導される信号の偏光にお
いて、２πラジアンの進みおよび遅れの範囲を提供する
ため形成される。この発明に従って形成されるファイバ
圧搾器の前述の配置は、任意の入力偏光に対して所定の
偏光を（Ｔ　する出力を生じるため、ファイバに！！！
導される光の偏りを１ａＪ御する能力を備えることがわ
かった。

［好ましい実施例の説明１ 第１図および第２図を参照すると、ファイバ圧搾器１０
（まフレーム１２、圧電変換器１４、第１荷ｐＱバツド
１６および第２荷！ｎバツド１８を含む。

光ファイバ２０は、荷…パッド１６．１８間に保持され
、その長尺に沿い、圧電変換２！１４が軸方向に拡張あ
るいは収縮する際に力を受ける。

フレーム１２は１対のほぼＬ形のアンビル２２゜２４を
含む。アンビル２２は、第１脚２６と、第１脚２６から
ほぼ重直に延びる第２脚２８を含む。

第２アンビル２４は、複数個のポル１−３４．３５のよ
うな適当な固着手段により、各々脚２６．２８に好まし
くは接続される脚３１．３２を含む。

１Ｅ１１２８．２６は、各々脚３０．３２に平行である
ことが好ましい。

第２図に最もよく示されているように、荷重パッド１６
は、脚２６と一体に形成されることが好ましく、光ファ
イバ２０に当接するほぼ面状の表面４０を有している。

第２荷重バンド１８は、１対の多よぼ平行の面状表面４
２．４４を有している。

表面４４は表面４２に平行である。ファイバ２０は向ぎ
合う表面４０．４４１７！ｌに圧縮されて保持される。

第３図に最もよく示されているように、表面４０．４４
は、ファイバ２０が圧搾器１０に出入りする位置に、そ
れぞれ丸味４６．４８を有するのが好ましい。丸線４６
．４８は、ファイバが圧搾器１ｏに出入りする際、ファ
イバを破砕するのを防ぐため、ファイバ２０の長尺に沿
う圧縮力の漸次の付与を提供する。

第１図Ｊ３よび第３図に最もよく示されているように、
圧電′！！Ｌ′Ｐｊｉ器１４は荷重パッド１８の表面４
２どアンビル２４の胛３２の表面４９との間に保持され
でいるので、変換器１４の縦軸は脚２２゜３０に平行で
ある。それゆえ、圧電変換器１４に適当な電圧を印加１
゛ると、荷重パッド１６．１８間に保持されるファイバ
２０の長尺に圧縮力を生ずる。

第４図を参照すると、圧電変換器１４は、厚さ約１．０
ないしＱ、５１１１１１をイイするＰ　Ｚ　１−のよう
な適当な圧電物質の複数個のＴｌ４１４△、１４Ｂ等に
より形成されているのが好ましい。ＷＪ１４Ａ、１４Ｂ
？７は、円板として示されているが、長方形であっても
よい。電圧■を生じる適当な電圧源５０は、ＦｆＪ１４
Ａ、１４８等に接続されているので、各層の電界は同方
向である。圧電特性を有する材料は、外部から与えられ
た電界の方向に、電界の大きさに比例した寸法変化を伴
ない延び縮みする。

与えられる電圧■とＷ４厚さ〔１に対して、電５ｉ９Ｅ
はＥ−Ｖ／ｄ　で与；ｉられる。ａ？い図１４△、１４
８笠の各々に電圧■を印加すると、電圧Ｖが圧電変換器
１４の全長に単に印加されたら起こるであろうよりずっ
と大きい長さの変化が圧電変換器１４に生じる。

第５ａ図は、複屈折を嚮導するための光ファイバ２０へ
の横方向の力Ｆの付与を図示する。応力に嚮導される複
屈折の性質に関する知い説明が、ファイバ２０にかかる
力とファイバに生じる位相変化との間の関係を示し、フ
ァイバ２０に嚮導される光信号の位相の制御を提供する
ために要する予荷重の川の決定を示すために続く。

力が円筒の長尺に沿って放射状内側に加えられるとぎ、
円筒は変形し、力は第５ｂ図に示されるように長さｂに
沿って分布される。この発明ではファイバ２０を破砕す
るのは不所望であるので、それゆえ、ファイバ２０の変
形はその弾力の限度内に決められる。横から加重される
弾性の円筒は次のような接触領！ＩＩ！ｂを有すること
が周知である。

ｂ”　−２，５６ｆｄ　［（１−ｖ、２）　Ｅ、−’＋
　（１−Ｖ２２）　Ｅ２−’］そこでは、 ｄ−ファイバ直径、 ｆ−ファイバにかかる単位長さ当たりの力、Ｖ、−ガラ
スのボワソン比−〇、１７、Ｖ　２−’ｓのバワソン比
−〇、２７、Ｅ、−ガラスのヤング係数 −６，５１Ｘ　１０”　ｄｙｎｅ／ｃｏ＋’およびＥ２
−鋼の一フング係数 −２，０８Ｘ１０”　ｄｙｎｅ／ｃａｂ’　テある。

ファイバ２０の直径は典型的に約７５ないし８０μｍで
、単位長さあたつの力は典型的に約６ないし９Ｎ／ａｍ
である。ファイバ直径を７５μｍとし、上で与えられた
数値を方程式（１）に１ｉｒ１人すると、単位長さあた
りの力６Ｎ／ａｍに対して、接触領域ｂ−１，４９５Ｘ
１０−’ｃｌ＝１．４９５μＩｉである。力１ＯＮ／ｃ
ｍに対しては、接触領域ｂ−１゜９３−１０−　’　ｃ
ｍ−１，９３μ同である。

８４　Ｂは、ファイバ２０の直径が接触領域ｄの長さに
比べて約５０倍大きいことを示している。それゆえ、付
与される力は、第５ｃ図で示されるような線内に近似し
得る。２つの相互に垂直の応力σ７．σ２は、弾性円筒
に、等しく、かつ反対方向の力を加えることにより生ず
る。応力は次のように計算されてよいだろう。

σ、−−６ｒ／（πｄ　）＜２） σｚ−２ｆ／（πｄ　）　　　　　　（３）方程式（２
）、（３）に、上記で与えられる応力σ０．σ２は、フ
ァイバの中心にお１プる主な応力であり、加えられる力
に対して各々平行および垂直である。主な応力の方向は
、ファイバ２０の複屈折の主要軸である。

楕円体屈折率の概念から、与えられる力に対し゛Ｃ平行
な光学位相変化Δ０．１は、以下のとおりである。丈な
わら、 ΔＯＩ−Δθｕ　＝ｋ　ｏ　ｎｌ（ｅ　＠　−＜ｎ７２
　）　（ＰＩ　＋　０　＋　＋Ｐ＋　ｚ　０２　十１）
＋２８ｓ）） であり、そこでは定数Ｐ１・　はファイバ２０の光弾性
定数である。与えられる力に対して垂直な光学位相変化
は、以下のとおりである。

Δθ２−Δθ↓　−ｋ。ｎｌ（ｅ、− （１１コ／））（Ｐ＋ｚｅ＋＋Ｐ＋＋Ｏｚ→−ＰＩ２（
３３）） 嚮導される複屈折はΔβで、光学軸に平行な位相変化と
垂直な位相変化との差であり、それは次に等しい。

Δβ−Δθ、−Δθ２　　　　（６） 方程式〈６）に方程式（４）、（５）を用いて、ファイ
バの物理的パラメータで嚮導される複屈折を与える。そ
れゆえ、次のようになる。

Δβ−−ｋｏｎｌＰｚ（Ｃ＋＋−０２）　　　（７）上
にｒＪ２明したように、ファイバ２ｏに応力を与えるこ
とにより引ぎ起こされる嚮導される複屈折を予言するた
め、主要な歪ｅ　ｌ　＋　８２を決定することが必要で
ある。歪、応力およびファイバのボワソン比の関係は、
次のようなマトリクス形状で表わされるかもしれない。

ｒｅ＋１　　　　　ｒ　１　−ｖ−ｖ］［σ、］ａ２−
Ｅ−’−ｖ　　１　−ｖ　　　ａ２　　　（８）ｌｅ、
、ｌ　　　　　Ｌ’Ｖ　　−Ｖ　　ＩＪＬ（７３Ｊ【こ
において、応ツノσ４．２．σ、は、相互にσ ！ｒ！、直であり、第５ｄ図に示すように、応ｈσ１゜
σ２はファイバ２０に横方向であり、応力σ、はファイ
バ２０ど軸方向に一直線になる。ファイバ２０の軸に沿
う応力σ。は、ファイバ２ｏに対する横方向の応力σ１
．σ、に比べて無視でき、そのため歪ｅＩ＋０２は次の
ように５１ｔ３され得る。

ｃ＋＝Ｅ−’［σ、　　−ｎ　　σ２　］＝Ｅ−’　　
（６，３４ｆ）／　（πｄ）　　　　　（９）および、 ０２　”’Ｅ−’　　［（７２Ｖ　（７１］＝Ｅ−’　
　（、Ｂ）／　（πｄ）　　　　　　（１０）歪ａ、、
ｅ２の差は、 Ｑ　　２−Ｑ＋＝Ｅ−’　　（（１−ｎ）　　（ｃｒｔ
−ｃｒ２　））であり、これは次のようになる。

ｅ　２−ｅ　、　−−６，１０２ｘｌＯ−”　ｒ　　（
ｄｙｎｅｓ　）−方程式（７）は、２πラジアンの複屈
折に要する力がｆ　−６，１１５ｘ　１０”ｌイ’、！
アルイハ６゜１１５ニユートンであることを示す。

−ヒて用いられる式と数値は、Ｏ，Ｃ，および準静電状
態に対するものであることを想起すべきである。第１図
のファイバ圧搾器は、Ｏ，Ｃ，から１０ｋＨ７への平Ｉ
１１な周波数レスポンスを有している。６二Ｊ−トンの
力がファイバ２０に与えられるどさ、ファイバ２０と圧
？ｌ換器１４どは単一のシステムとみなされなければな
らない。もし圧電変換器１４がＰＺＴの円柱であるなら
、１７丁はフ１イバ２０に６．１ニユートンの力を加え
るため、約２０．４ニユー［ヘンの力を発生しなければ
ならない。もし、ＰＺＴにより発生される閉塞される力
がＦもで示され、ファイバ、にががる力が「ｆ　で示さ
れると、ＰＺＴにより発生される閉塞力とファイバ２０
に実際に伝えられる力とのＪ３およその関係は以下のよ
うである。すなわら、Ｆ（”　　０．　３Ｆａ　　　　
　　　　　　（１３）０．３の係数は弾性システムとし
て作用するＰＺＴ、ファイバ２０およびフレームのコン
プライアンスから出る。

ファイバ２０を伝播する光信号の偏光の完全制御を提供
するため、軸方向の予荷重が圧電変換器１４上に負わさ
れる。軸り向の予荷重が静止点を確立し、モのため、圧
電変ＦＩＡ器１４の軸方向の荷重のｊｌ加および減少の
双りが信号の偏光に効果を有するだろう。

フレーム１０と圧電変換器１４とが選択された吊荷１（
１を支持しなければならないが、その態様はファイバ２
０にａ！専される光信号の偏光を変える目的で所望の複
屈折を生じるためにファイバ２０を圧縮するために圧電
変換器１４が作動できるようにでなｔプればならない。

圧電変換器１４により横からの圧縮を受けている長尺の
光ファイバは、圧電変換器１４に加えられる電界に比較
して、光信号の偏光遅れを生じるだろう。付与される予
荷重は、予め定められる静ｒｒ１ｂｌ　ＩＩｔか、与え
られる荷重を偏光遅れと関連づける圧力センリ′装置に
より決定される変動可能な予荷重であるかもしれない。

第１図ないし第３図、第６図および第８図を参照すると
、ばねプランジャ装着５１は、ファイバ２０を荷重パッ
ド１６．１８問に圧縮して予荷重をか【プる。ばねプラ
ンジャ装置５１は脚２８の端部に載り、脚３２の上に延
びるＬ形の装着用ブラケット５２を含む。装着用ねじ５
３は、ばねプランジ−／装置！！ｔ５１を脚２８に固定
する。装着用ブラケット５２のねじ切り路５６は、脚３
２の上に圧電変換器１４と同軸に位置している。ねじ切
り路５６に係合されるねじ５７は、コイルばね５９をそ
の中に装着するための中空室５８を含み、プランジｔｙ
　６０を保持する中空１１１１６３を含む。コイルばね
５９はプランジャ６０にバイアスをかけ、それはねじ５
７の端部６２から通常は突出ず端部６１を有している。

ばね５９は較正されているので、そのためプランジャ６
０を！！５８内に移動するのに、公知の力が必要とされ
る。ねじは脚３２の外表面に向かってプランジャ６０を
室５８内に移動するのに十分な力で前進させられる。

第１図ないし第３図にみるように、ボルト３４゜３５は
ｍ２Ｂ、３０の対応する路６６．６８に各々挿入される
。ボルト３４は脚３２の路６９にねじで係合され、ボル
ト３５は脚２６の路７０にねじで係合される。路６６．
６８はアンビル２４に対してアンビル２２の位置調整を
提供するため、第１図ないし第３図にみるように、いく
ぶん長手である。

フレーム１２への約２０ニユートンの静電子荷重は、フ
ァイバ２０に嚮導される光信号の偏光を制御する目的で
、圧電変換器１４に適切な静＋Ｌ　ｔ。

た動作点を（是供することがわかった。ファイバ２０を
縦に圧縮するためのフレームへの２０ニュートンの付与
は、結果として１平方インチあたり１２５０００ボンド
の圧力が、ファイバ２０の約０゜５０インヂの長尺に加
えられることになる。この圧力は約０．１２μの歪を引
き起こす。適切に較正されるばねプランジャ装置５１を
脚３２に向かって適用だけ前進させることにより、フレ
ーム１２に所望の予荷重が加えられた後、ボルト３−４
゜３５はファイバ圧［９１０の縦のジオメトリを乱すこ
となく、しっかり締められる。ボルト３４゜３５が固定
された後、装廿用ねじ５３は脚２８から除かれでもよい
。

２０ニユートンの予備１ｎはファイバ２０に間違いなく
加えられるかもしれないが、それは４〇二コ一１〜ン以
上の典型的な破壊荷重を有している。

破壊荷重は、ファイバ２０に加えられる実際の圧力のか
なり一ヒで、ファイバに１平方インチあたり約１８００
００ボンドの圧力に対応ザる。ファイバ２０に洲導され
る光信号においＣ上２πの偏光変化に達するため、圧電
変換器１／１は、ファイバ２０にかかる力を増すか減ら
まために伸びるか縮むかしなｔプればならない。圧゛心
変換器１４と電圧源Ｖとは、協同してファイバ２０に付
加的な７二：Ｌ−トンを加えたり、ファイバ２０にかか
る力を１３ニユートンに減らすためにｋｌ！２ｗｌする
ように形成されていれば便利だろう。それゆえ、ファイ
バ圧搾器１０は約２０ニユートンの静止点に」ニアニュ
ートンの力を提供するため作動する。

第６図および第７図はファイバ２０を選択される予荷重
とともに保持するための第２フレーム７１を図示する。

フレーム７１は外側に延びる脚７４．７６を有するほぼ
Ｕ形部材として形成される台座部分７２を含む。端板７
８は、適当なボルト８０で脚７４．７６１ＦＪに接続さ
れ、圧電変換器１４とファイバ２０とを、第１図ないし
第３図を参照して説明されたように１対の荷ｌｎ板間で
縦に圧縮して保持してよい。端板７８は、ボルト８０が
通って延びる１対の路８２１を含む。

第７図に最もよく示されているように、路８２１の直径
は、ファイバ２０にかかる圧縮力のａｌｍを許容するた
めのクリアランスを提供するため、ボルト８０の直径よ
り大きい。第６図に示されるように、ばねプランジャ装
＠５１は、第１図ないし第３図を参照して説明されるの
と同じ態様で、ファイバ２０に予荷重をか１）るため用
いられる。

ファイバにばねプランジャ装置５１により予荷重がか１
ノられた俊、ボルト８０は、ファイバ２０上に力を維持
するため、フレーム７１に固定される。

第９図は偏光制御１１８７を形成するために、単一のフ
ァイバ８５上に装着された３つのファイバ圧搾１８２−
８４を図示する。圧搾器８２−８４は、台座８６−８８
上に各々装着される。ファイバ圧搾器８２は、台座８６
の面状傾ｊ？１表面９４土に載る脚部分９０を有し、そ
のため圧搾器の縦軸は、垂直線から時計回りに２２．５
度傾いている。

圧搾器８４は、台座８８の表面９６上に装着されている
。表面９１９６は平行で、そのため圧搾器８２．８４の
軸は平行である。圧搾器８３は、１ｉｉ￥線から反時計
回りに４５度方向づけられた表面９８上に装着される。

それゆえ、圧搾器８３の縦軸は圧Ｐｌ′！器８２．８４
の縦軸と４５度の角度をなしている。

圧搾器８２ないし８４の軸は第９図に示されるように、
前述のように方向づけられている。な「なら、一般にフ
ァイバ８５に閃導される光信号の偏光の完全なａ＋制御
を提供するため、ファイバ圧搾器８２．８４は平行な圧
縮力をファイバにか（）なければならず、ファイバ圧搾
器８３の力はファイバ［Ｅ搾器８２．８４の力に対して
４５度の角度でなりればならないことがわかったからで
ある。適当な制御システム（図示せず）は、各ファイバ
圧搾器８２−８４にかけられる電ｊ［隋を規制するため
、偏光制御器８７への偏光入力とそこからの偏光出力と
をモニタする。ｂし、ファイバ８５が複屈折でないなら
、ファイバ８５に閃導される光信号の偏光を制御するた
めに、ファイバ圧搾器８２゜８３のみを使うことが可能
Ｃある。現実の実施では、ファイバ８５はいつも幾分複
屈折なので、そのため３つのファイバ１上搾＋Ｑｆ　８
２−８４がすべて必要どされる。

第１０図は予ＩＸη重のみが与えられるどぎの静１［状
態におけるファイバ２０にかかる荷重と、ファイバ圧搾
器の１つにより与えられる荷重計との関係をグラフに図
示しでいる。静ｌＬ状態は「位相１」と呼ばれ、他方の
荷重計された状態は「位相２」と呼ばれる。グラフは目
盛が打たれていない。実際に、位相１のグラフはほぼ水
平で、位相２のグラフはほぼ！直である。第１０図にお
いて、記号には、圧縮ドでのシステムの構造ばね率を表
わす。

この発明は２つの別個の位相間のステップ遷移を許容す
る２重℃ジュラ構造システムを提供する。

位相１はファイバ２０を破砕することなく容易に調整さ
れ（りる「ソフトな」予荷重ぐある。第１位相は、その
ソフト・さのため、感度の良い荷重を許容し、ファイバ
の破砕を防ぐ。

位相２は、ｃｌ光制御を記供するために、信号偏向をフ
ァイバ内に効果的に向ける堅いシステムである。第１位
相から第２位相へのステップ変位は、予／Ｊ　ｉｉ力に
横方向に与えられる装置のクランプ作用により達成され
る。ＩＭ造の相対的ジオメトリが保持されるので、シス
テム張力は乱されず、初明荷重に対するいかなる変化あ
るいはバイアスを避ける。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に従って形成されるフレームを含むフ
ァイバ圧搾器の一般的構造を示し、フレーム内に保持さ
れている光ファイバと圧電変換器を示す斜視図である。 第２図はファイバに予荷重を与えるのを示寸第１図のフ
ァイバ圧搾器の正面図である。 第３図は１対の荷重パッド間に保持される光ファイバと
ファイバに与えられる予荷重を調節するための手段とを
示す第１図および第２図のファイバ圧搾器の側面図であ
る。 第４図は第１図および第２図の圧電変換器の斜視図と、
それに電圧を印加するための回路の略図である。 第５Ａ図は第１図ｔ１いし第３図のファイバに加えられ
る力の分布を図示する断面図である。 第５Ｂ図は第５Ａ図の部分の拡大図である。 第５Ｃ図は第５Ａ図、第５Ｂ図の光ファイバにかかる２
つの等しく、向かい合う線内と結果として生じる応力を
与えるのを図示する断面図である。 第５Ｄ図は第５Ｃ図、第５Ｄ図のファイバの応力を示す
斜視図である。 第６図はこの発明に従って構成されるファイバ圧搾器の
第２のフレーム構造を示し、フレームと光ファイバに予
荷重力を与えるのを示す立面図である。 第７図はファイバに与えられる予荷重のＬ！ｌを制御す
るための調節の特徴を図示する第６図のファイバ圧搾器
の部分断面図である。 第８図は第１図ないし第３図および第６図の光ファイバ
に予荷重を与えるためのねじの断面図である。 第９図はこの発明に従う３つのファイバ圧搾器で形成さ
れる偏光制御器の斜視図である。 第１０図はファイバの２つの荷重状態をグラフに図示し
たものである。 図において、１０．８２ないし８４はファイバ圧搾器、
１２．７１はフレーム、１４は圧電変換器、１６．１８
は荷重パッド、２０．８５は光ファイバ、２２．２４は
アンビル、４６．４８は先縁、８２１は路、８７１は偏
光制御器である。 特許出願人　リットン・システムズ・ インコーホレーテッド 、：” ４７り？ 手続補正力 昭和６２年４月Ｔ目

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）光信号を伝播する光ファイバの長尺に横圧縮力を
   加えるための圧搾器であつて、 第１アンビルと、 前記第１アンビルに接続される第２アンビルと、前記第
   １および第２アンビル間に保持される変換器とを含み、
   光ファイバの長尺が前記第１アンビルと前記変換器との
   間に保持され、さらに、光ファイバの前記長尺に予め定
   められた横圧縮力を与えるための手段と、 前記光信号の偏光を制御するため、前記光ファイバにか
   かる圧縮力を選択的に増したり減らしたりするため、前
   記変換器を膨張したり圧縮したりするように作動させる
   ための手段とを含むファイバ圧搾器。
2. （２）前記変換器が、 圧電材料の円柱と、 前記圧電材料の円柱に制御電圧を加えるための手段とを
   含む特許請求の範囲第１項記載の装置。
3. （３）前記第１アンビル上に装着される第１荷重パッド
   と、 前記変換器に装着される第２荷重パッドとをさらに含み
   、光ファイバの前記長尺が、前記第１および第２荷重パ
   ッド間に保持されるようになっており、前記第１および
   第２荷重パッドの双方が、光ファイバの前記長尺が前記
   第１および第２荷重パッド間の領域に出入りする近接位
   置を拡げるために形成される縁をさらに含む向き合う面
   状部分を有する特許請求の範囲第１項記載の装置。
4. （４）前記アンビルが光ファイバの前記長尺に与えられ
   る前記予め定められた力を選択するための手段を含む特
   許請求の範囲第１項記載の装置。
5. （５）前記選択手段が、前記アンビルの一方と係合する
   ために形作られる固着手段を含み、前記アンビルの他方
   は、前記アンビル同志を当接して固定するために、その
   中に前記固着手段を受入れるために通る路を有し、前記
   路が前記アンビルの互いに相関する位置の調節範囲を提
   供する特許請求の範囲第４項記載の装置。
6. （６）長尺の光ファイバに嚮導される光信号の複屈折を
   制御するための方法であって、 光ファイバの長尺を第１アンビルと変換器との間に置く
   段階と、 第２アンビルを前記第１アンビルに装着して前記変換器
   と前記光ファイバとを前記第１および第２アンビル間に
   保持する段階とを含み、前記第１および第２アンビルは
   互いに可動であり、さらに、その間の前記変換器と光フ
   ァイバの前記長尺とを圧縮するために、前記第１および
   第２アンビルに公知の圧縮力を加えて、光ファイバの前
   記長尺に予め定められた複屈折を提供するために、予め
   定められた圧縮荷重が光ファイバの前記長尺に与えられ
   るようになつている段階と、 前記公知の圧縮力が前記アンビルより除かれた後、光フ
   ァイバの前記長尺上に前記予め定められた圧縮荷重を保
   持するため、前記第１および第２アンビルを共に固定す
   る段階とを含む方法。
7. （７）前記変換器と前記第１アンビルとの間に接続され
   る１対の荷重パッド問に光ファイバの前記長尺を装着す
   る段階をさらに含む特許請求の範囲第６項記載の方法。
8. （８）光ファイバの前記長尺の複屈折を制御するため、
   光ファイバの前記長尺にかかる圧縮荷重を前記予め定め
   られた圧縮荷重以上あるいは以下に変えるため、前記変
   換器を膨張させたり収縮させたりする段階をさらに含む
   特許請求の範囲第６項記載の方法。
9. （９）前記変換器と前記第１アンビルとの間に接続され
   る１対の荷重パッド間に光ファイバの前記長尺を装着す
   る段階をさらに含む特許請求の範囲第８項記載の方法。