JPS62195566A - 導波型光音響スペクトラムアナライザ - 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、導波型光音響（ＡＯ）スペクトラムアナライ
ザ（以下、導波型ＡＯスペクトラムアナライザと略称す
る）に関する。

（従来の技術） 弾性表面波による光の回折を利用した導波型ＡＯスペク
トラムアナライザは、信号の周波数分析を瞬時に行う装
置である。

導波型ＡＯスペクトラムアナライザとは、誘電体基板ま
たは８１基板表面に形成された薄膜光導波路の端面より
入射した拡がり角を有する光を平面レンズによりコリメ
ート光に変換し、このコリメート光を弾性表面波により
光の波長（λ０）、弾性表面波の励振層ａ数（ｆ）及び
伝搬速度（Ｖｓ）と平面光導波路の屈折率（ｎ）で央ま
るプラグ角θＢ（θ１ｔ＝ｆλｏ　／　２ｎ　ＶＳ　）
　　の２倍の角度（２θ！１）で偏向し、この偏向光を
平面レンズで集光しアレイ状の光検出器で検出するもの
である。

すなわち、前述した如く偏向角（２θ！ｌ）は弾性表面
波の励振周波数（ｆ）に比例するから、弾性表面波の励
振周波数（ｆ）の差異により偏向光の集光位置も異なる
。従って、この偏向光の集光位置の差異をアレイ状の光
検出器で検出することにより弾性表百波に印加された信
号の周波数成分を分析することができる。

この導波型ＡＯスペクトラムアナライザの直装な性能の
１つとしてダイナミックレンジがあり、現在その向上が
１まれている。

現在、導波型ＡＯスペクトラムアナライザの形態は、ソ
サエティ　オプ　ホオトーオプテイカルインストウルメ
ント　エンジニアース（ｓｐｘｇ）３２１巻１９８２年
１３４〜１４０　ページの文献、及び、フォース　イン
ターナショナル　コンファレンス　オン　インテグレツ
テイツド　オプティカル　アンド　オプティカル　ファ
イバ　コミュニケーションのテクニカル　ダイジエス）
　　１９８３年２５８〜２５９ページの文献等に掲載さ
れており、これによれば、平面光導波路に２個の平面レ
ンズを用いるものが王である。

第４図が、その原理を示す平面図である。

基板表面に設けた平面光導波路５１に、その端面より光
源５２かも放射された、拡がり角を有する光が導波され
、拡がり角を有しながら伝搬する光５６ｔ一平面レンズ
５３によりコリメート光６０に変換する。

コリメート光６０は、弾性表面波発生用覗嘱６２より発
生する弾性表面波６４により前述した偏向角（２０Ｂ）
でＩ向され、平面レンズ５４により集光されたアレイ状
光漬出器６３で検出される。この時、偏向光５８の強度
は弾性表面波６４によるコリメート光６０の１扁向効率
で決まり、従って、弾性表面波６４によって＋４向され
ない非偏向光５９も残り、非偏向光５９も偏向光５８と
同様に平面レンズ５４により集光され出射端面まで到達
する。この非偏向光５９は導波型ＡＯスペクトラムアナ
ライザにとっては必要のないものである。

光源５２は例えば半導体レーザからなり、平面光導波路
５１は基板がニオブ酸リチウム（ＬＩＮｂｏ、　　）の
場合は、例えばチタン（Ｔ１）を基板表面に熱拡散して
形成し、基板が８１の場合には、例えば硫化砒素（Ａｓ
ｔｓｍ）を堆積して形成する。

また平面レンズ５３．５４はフレネルレンズ、ジオデシ
ックレンズ等からなる。

（発明が解決しようとする問題点） 第４図に示した導波型ＡＯスペクトラムアナライザのダ
イナミックレンジは、前述した文献等によれば３０ｄＢ
４度が限度である。このダイナミックレンジを制限する
ものは、平面光導波路５１を伝搬する光から生じる散乱
等【よる損失である。

この損失には主に伝搬損失と平面レンズ５３１５４部に
おける散乱損失があり、これら損失をなくすことは困唯
であり、アレイ状光検出′ｒｊｒ６３の検出信号には前
記損失によるノイズ信号も検出されるから、ダイナミッ
クレンジが制限される。また前記偏向効率を例えば１０
チとすれば、平面レンズ５４で生じる散乱等による損失
の大部分は、導波型ＡＯスペクトラムアナライザにとっ
ては必要としない非偏向光５９より発生していることに
なる。

このように第４図に示した構造の導波型ＡＯスペクト２
ムアナライザでは、光源５２より平面光導波路５１に導
波された光のすべてが、前記散乱損失を発生しなからア
レイ状検出器６３の設置位置まで到達し、アレイ状検出
器６３の検出信号には、偏向光５Ｂ及び非偏向光５９か
ら発生する眞記散乱損失を問わず、すべての前記損失に
よるノイズ信号も検出されるからダイナミックレンジの
向上は内錐である。

そこで、本発明の目的は、ダイナミックレンジが広い導
波型ＡＯスペクトラムアナライザの提供にある。

（問題点を解決するための手段） 前述の問題点を解決するために本発明が提供する手段は
、基板の表面に形成された平面光導波路を伝搬する光ビ
ームを弾性表面波により偏向させ、偏向光を平１ｆｉレ
ンズで集束して光検出器により検出する導波型光音響ス
ペクトラムアナライザであって、前記基板表面Ｋｉ貿っ
て光源の光を導き前記平面光導波路にその光を前記光ビ
ームとして出射する三次元光導波路と、前記弾性表面波
により偏向されないで前記平面レンズを通過しない非偏
向光を吸収または反射させる領域とが設けてあり、前記
三次元光導波路は前記基板の表面に、また前記領域は前
記平面光導波路にそれぞれ形成してあることを特徴とす
る。

（実施例） 欠に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明による導波型光音響（ＡＯ）スペクト
ラムアナライザの一実施例の構成を示す漢式的な平面図
である。

この実施例では、基板表面に設けた三次元光導波路１１
に光源１２より放射された光が導波され三次元光導波路
１１を伝搬し、さらにその光は三次元導波路１１に接続
した平面光導波路１３を伝搬する。平面光導波路１３を
伝搬する光２３は光源の波長（λ。ｐ）と三次元光導波
路１１を伝搬中の光のビーム幅２ω。及び光導波路１３
の屈折率ｎでほぼ決まる回路角θｄ（θｄ＝λｏｐ／ｎ
πω。）を有しながら伝搬するが、回折角θｄが小さい
領域では、平面光導波路１３を伝搬する光２３はほぼコ
リメート光とみなせる。三次元光導波路１１及び平面光
導波路１３は、基板がＬｉ　Ｎｔ）　Ｏ、の場合はＴ１
を基板表面に熱拡散して形成し、基板が８１の場合には
、例えばＡｓ１Ｓ１を堆積して形成する。

光２３は、弾性波発生用電櫃１８より発生する弾性表面
波１９により偏向され、偏向光１Ｇと非偏向光１７とに
分かれる。この非偏向光１７は導波型ＡＯスペクトラム
アナライザにとっては不要なものである。偏向光１６と
非偏向光１７とは、光の波長λ。、弾性表面波１９の励
振周波数ｆ及び伝搬速度ｖｓ、平面光導波路１３の屈折
率ｎで決まるプラグ角θｂ（θＢ　＝　５ｉｎ−’　（
１゜ｆ／２ｎ’／ｓ））　　の２倍の角２θ３　をなし
て伝搬するから、偏向光１６と非偏向光１７は平面光導
波路１３内で空間的に分離される。この後非偏向光１７
は反射材または吸収材２１により平面光導波路１３より
除去され、偏向光１６のみが平面レンズＬ４により集光
され、信号光検出端面２２に到達し、アレイ状検出５２
０により検出される。その平面レンズ１４は、７レネル
レンズ、チャープグレーティングレンズ等からなる。ま
た、非偏向光１７の反射材または吸収材には、例えば平
面光導波路１３に反応性イオンエツチングまたはイオン
ビームエツチング等により溝を掘り、非偏向光１７が入
射する面にＡＩ等を蒸着することＫより反射材を形成す
るか、溝に光の波長に対応した吸収材を埋め込むことに
より形成される。

第１図に示す構造では、平面レンズが１つであるから、
第４図の従来構造に比べて平面レンズで発生する散乱損
失が減少する。また、非偏向光１７による平面レンズ１
４で発生する散乱損失及び平面レンズ１４かも信号光検
出端面２２までに発生する伝搬損失がなくなるから、ア
レイ状検出器２０で検出するノイズ信号は従来構造に比
べ大幅に減少し、ダイナミックレンジが向上する。例え
ば、従来構造における２個の平面レンズの散乱損失を同
一とし、偏向効率を１０％とすれば、損失は従来構造に
比べ２０分の１程度になる。

ここで、光源１２を波長０．８９μｍの半導体レーザと
して三次元光導波路１１と平面光導波路１３を熱拡散し
て形成したものとする。

第２図は、三次元光導波路１１での光ビーム幅２ω。と
平面光導波路１３での光ビーム幅２ωの三次元光導波路
ｉｔから弾性表面波１９で偏向されるまでの距離ｌに対
する関係である。弾性表面波１９のビーム幅は数百μｍ
で用いるから、光ビーム幅２ω。が２０μｍ程度以上で
あれば、弾性表面波１９に偏向される光２３はほぼコリ
メート光とみなすことができる。

第３図は、三次元光導波路１１での光ビーム幅２ω。を
有する光ビームの平面光導波路１３における回折角θｄ
を示している。ここで、弾性表面波１９の励振周波数を
５００　ＭＨｚとすればプラグ角は約１．３度であるか
ら、第３図より弾性表面波１９の励振周波数を５００　
ＭＨｚ以上にすれば、光ビーム幅２ω。が２μ口程度以
上あれば、偏向光１６と非偏向光１７とを空間的に平面
光導波路１３内で充分分離可能であり、従来型に比ベダ
イナミックレンジを向上させる導波型ＡＯスペクトラム
アナライザを実現できる。

（発明の効果） 本発明の導波型ＡＯスペクトラムアナライザでは、以上
に説明したように、弾性表面波によって偏向されない非
偏向光と信号成分である偏向光とを平面光導波路内で空
間的に分離し、非偏向光を平面光導波路から除去するか
ら、ダイナミックレンジが広く、シかも平面レンズが１
個で足りる。

このように、本発明によれば、ダイナミックレンジが広
く、シかも構成が簡単に導波型ＡＯスペクトラムアナラ
イザが提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示す模式的な平面図
、′ｓ２図及び第３図は第１図実施例の特性図、第４図
は従来の導波型ＡＯスペクトラムアナライザの構成を示
す模式的な平面図である。 １１・・・三次元光導波路、１３９５１・・・平面光導
波路、１２ｔ５２・・・光源、１４，５３，５４・・・
平面レンズ、１６．５８・・・偏向光、１Ｌ５９・・・
非偏向光、１９．６４・・・弾性表面波、２０，６３・
・・アレイ状検出器、２１・・・反射材または吸収材、
２２・・・信号光検出端面、２３・・・平面光導波路を
伝搬する光、５６・・・拡がり角を有する光。 代理人　弁理士　本　庄　伸　介 ２１・・・反射材ぢ険はＣ床収梱゛ １４−・平面レンズ １１−・二人むし導戚蛤 １６・−、＃１句Ｌ ＋７．、−昨偵ｉルＬ 第１図 第２図 ｓｏ　　　　　　　　　　　　　＋ｏ。 （１）ｏ（ｕｍ） 第３図 ５３．５４−−・−ｆ−面レンズ゛ ５８−偏向光７ ５９・−一虐１イ匈−６１Ｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板の表面に形成された平面光導波路を伝搬する光ビー
   ムを弾性表面波により偏向させ、偏向光を平面レンズで
   集束して光検出器により検出する導波型光音響スペクト
   ラムアナライザにおいて、前記基板表面に沿つて光源の
   光を導き前記平面光導波路にその光を前記光ビームとし
   て出射する三次元光導波路と、前記弾性表面波により偏
   向されないで前記平面レンズを通過しない非偏向光を吸
   収または反射させる領域とが設けてあり、前記三次元光
   導波路は前記基板の表面に、また前記領域は前記平面光
   導波路にそれぞれ形成してあることを特徴とする導波型
   光音響スペクトラムアナライザ。