JPS6250729A - 音響・光変調器 - Google Patents
音響・光変調器Info
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- JPS6250729A JPS6250729A JP61191206A JP19120686A JPS6250729A JP S6250729 A JPS6250729 A JP S6250729A JP 61191206 A JP61191206 A JP 61191206A JP 19120686 A JP19120686 A JP 19120686A JP S6250729 A JPS6250729 A JP S6250729A
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- acoustic
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/11—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on acousto-optical elements, e.g. using variable diffraction by sound or like mechanical waves
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、変調される光放射に対して透明な材料からな
り、それぞれ前記光放射のビームに対し入力面および出
力面を提供する光学的性質を有する対向する側面と、前
記入力面と前記出力面との間に前記光放射ビームの相互
作用領域を形成するよう音波ビームを前記ブロック中の
伝播軸線に沿って進めるための電気音響変換器手段を設
けた端面とを有するブロックを備え、ブラッグの関係に
従った光学的媒体中における音波との相互作用によって
前記光放射ビームを変調させる音響・光変調器に関する
ものである。
り、それぞれ前記光放射のビームに対し入力面および出
力面を提供する光学的性質を有する対向する側面と、前
記入力面と前記出力面との間に前記光放射ビームの相互
作用領域を形成するよう音波ビームを前記ブロック中の
伝播軸線に沿って進めるための電気音響変換器手段を設
けた端面とを有するブロックを備え、ブラッグの関係に
従った光学的媒体中における音波との相互作用によって
前記光放射ビームを変調させる音響・光変調器に関する
ものである。
上述の種類の変調器の作動は、例えば、「ブロク。アイ
イーイーイー（Ｐｒｏｃ、 ＩＥＥＥ） Ｊ第５４巻。
イーイーイー（Ｐｒｏｃ、 ＩＥＥＥ） Ｊ第５４巻。
１９６６年１０月、第１３９１〜１４０１頁中にイ、ア
イ、ゴートン（Ｅ、１． Ｇｏｒｄｏｎ）によって説明
されている。かかる変調器の作動原理を第１図について
説明する。
イ、ゴートン（Ｅ、１． Ｇｏｒｄｏｎ）によって説明
されている。かかる変調器の作動原理を第１図について
説明する。
平らな電気音響変換器２は圧電ウェハー３の形態であり
、例えばニオブ酸リチウムの単結晶から作られていて、
上側および下側の金属化電極４および５を備える。この
変換器２は光学的に透明な材料、例えばゲルマニウム単
結晶からなるブロック１の一方の端面６の上に取り付け
られている。変換器２は適当な高周波例えば数ＭＨｚの
高周波で付勢され、平行線７で示される対応する規則正
しく連続する平行な波面を、ブロック中に、例えば、矢
８で示す方向に縦方向の音波速度ＶＬを有する縦方向の
波の乱れを伝播させる。ブロック媒体中で局部的な応力
の変動が組み合わされ、その結果対応する局部的変動が
屈折率に生じ、かくして方向８の音波伝播路９に沿って
伝播する対応する回折構造が形成する。
、例えばニオブ酸リチウムの単結晶から作られていて、
上側および下側の金属化電極４および５を備える。この
変換器２は光学的に透明な材料、例えばゲルマニウム単
結晶からなるブロック１の一方の端面６の上に取り付け
られている。変換器２は適当な高周波例えば数ＭＨｚの
高周波で付勢され、平行線７で示される対応する規則正
しく連続する平行な波面を、ブロック中に、例えば、矢
８で示す方向に縦方向の音波速度ＶＬを有する縦方向の
波の乱れを伝播させる。ブロック媒体中で局部的な応力
の変動が組み合わされ、その結果対応する局部的変動が
屈折率に生じ、かくして方向８の音波伝播路９に沿って
伝播する対応する回折構造が形成する。
変調される光放射のビーム１０は、この場合にはレーザ
ー（図示せず）によって放出されるコヒーレント放射で
あり、ビーム１０はレンズ１１およびブロック１の光学
的側面１２を通り、相互作用領域１３において伝播する
音波７に対してブラッグ角θ。
ー（図示せず）によって放出されるコヒーレント放射で
あり、ビーム１０はレンズ１１およびブロック１の光学
的側面１２を通り、相互作用領域１３において伝播する
音波７に対してブラッグ角θ。
をなして伝播する音波７の通路を横切って進んで、回折
ビーム１４を生じ、回折ビーム１４は相互作用領域１３
における入力ビーム１０の方向に対しブラッグ角θ、の
２倍の傾斜をする。回折ビーム１４の振幅は音波７の振
幅によって左右され、従って反対側の光学的側面１５を
通ってブロック１から出た後に変調ビームを生成するの
に使用される。かかる変調器は、非コヒーレント光放射
を使用した場合でも、ブラッグの回折条件が満たされて
いる限り、全く同様に良好に作用することができる。
ビーム１４を生じ、回折ビーム１４は相互作用領域１３
における入力ビーム１０の方向に対しブラッグ角θ、の
２倍の傾斜をする。回折ビーム１４の振幅は音波７の振
幅によって左右され、従って反対側の光学的側面１５を
通ってブロック１から出た後に変調ビームを生成するの
に使用される。かかる変調器は、非コヒーレント光放射
を使用した場合でも、ブラッグの回折条件が満たされて
いる限り、全く同様に良好に作用することができる。
かかる形態の変調器における難点は、音波７がブロック
の遠い端面１６に到達した際に、音波７が反射する傾向
があり、そこで音響エネルギーのある部分が矢１７で示
されるように変換器２に向けて逆反射路に沿って戻るこ
とがあることである。光放射ビーム１０が横切っている
相互作用領域１３をこの反射波が逆方向に通過する際に
、弱い回折ビームが生じることがあるが、対応する音響
回折構造の運動方向が光ビームに対して逆になり、当初
のブラッグ角の関係が正しく満たされなくなる。しかし
、反射波は変換器面６に到達するまで伝播１し続け、こ
こで音響エネルギーのある部分が矢１８で示されるよう
に反射してブラッグの関係が正しくあてはまる当初の伝
播方向に戻り、再び相互作用領域１３を通過する際に対
応する遅延変調信号が変調ビーム１４に作用し、その振
幅は反射音波の振幅によって左右される。この遅延信号
における遅延は音波が種々の反射点を通って往復するこ
とによる遅延である。かかる遅延信号の存在は望ましく
なく、変調器の性能、特にデーター伝送性能およびデー
ターレンジング（ｒａｎｇｉｎｇ）性能に悪影響を及ぼ
す。
の遠い端面１６に到達した際に、音波７が反射する傾向
があり、そこで音響エネルギーのある部分が矢１７で示
されるように変換器２に向けて逆反射路に沿って戻るこ
とがあることである。光放射ビーム１０が横切っている
相互作用領域１３をこの反射波が逆方向に通過する際に
、弱い回折ビームが生じることがあるが、対応する音響
回折構造の運動方向が光ビームに対して逆になり、当初
のブラッグ角の関係が正しく満たされなくなる。しかし
、反射波は変換器面６に到達するまで伝播１し続け、こ
こで音響エネルギーのある部分が矢１８で示されるよう
に反射してブラッグの関係が正しくあてはまる当初の伝
播方向に戻り、再び相互作用領域１３を通過する際に対
応する遅延変調信号が変調ビーム１４に作用し、その振
幅は反射音波の振幅によって左右される。この遅延信号
における遅延は音波が種々の反射点を通って往復するこ
とによる遅延である。かかる遅延信号の存在は望ましく
なく、変調器の性能、特にデーター伝送性能およびデー
ターレンジング（ｒａｎｇｉｎｇ）性能に悪影響を及ぼ
す。
上述の報文には、反射を減少するためにブロックの遠い
端部の横壁に吸音材の層を設けた変調器が示されている
。第１図ではこの吸音材の層を符号１９で示す。ゲルマ
ニウムブロックの場合には適当な吸音材の例はインジウ
ムおよび鉛であるが、いずれも音響インピーダンスがゲ
ルマニウムと同じでなく、かかるインピーダンスの不一
致によって有意な反射信号が生じ、インジウムの場合に
はこの信号が一層大きくなる。
端部の横壁に吸音材の層を設けた変調器が示されている
。第１図ではこの吸音材の層を符号１９で示す。ゲルマ
ニウムブロックの場合には適当な吸音材の例はインジウ
ムおよび鉛であるが、いずれも音響インピーダンスがゲ
ルマニウムと同じでなく、かかるインピーダンスの不一
致によって有意な反射信号が生じ、インジウムの場合に
はこの信号が一層大きくなる。
遠い端面からの直接のミラー反射を減少するために、こ
の端面を音波面に対して傾斜させて音波をブロックの非
光学的側面に向けて反射させ、この非光学的側面にも吸
音材例えばインジウム層を被着させておくことが提案さ
れている。かかるくさび形の端部を形成する場合には、
４５°の傾斜角すなわちくさび角を避けるのが普通であ
り、傾斜角が４５°である場合には反射した入射音波は
側面において垂直方向に進むので、望ましくないリター
ン反射を生ずるのに理想的な逆反射条件が提供さると考
えられた。従って、実際にはくさび角を約３０°にして
、傾斜面上の吸音層によって吸収されなかった音響エネ
ルギーがブロックの側面で多重吸収反射をして消滅する
ようにする。
の端面を音波面に対して傾斜させて音波をブロックの非
光学的側面に向けて反射させ、この非光学的側面にも吸
音材例えばインジウム層を被着させておくことが提案さ
れている。かかるくさび形の端部を形成する場合には、
４５°の傾斜角すなわちくさび角を避けるのが普通であ
り、傾斜角が４５°である場合には反射した入射音波は
側面において垂直方向に進むので、望ましくないリター
ン反射を生ずるのに理想的な逆反射条件が提供さると考
えられた。従って、実際にはくさび角を約３０°にして
、傾斜面上の吸音層によって吸収されなかった音響エネ
ルギーがブロックの側面で多重吸収反射をして消滅する
ようにする。
かかる配置によって若干の改善が達成されたが、残留す
る望ましくない遅延変調信号をある用途に必要である程
度まで減少させることができないことが分った。
る望ましくない遅延変調信号をある用途に必要である程
度まで減少させることができないことが分った。
本発明の目的は音波のリターン反響およびこれによって
生ずる望ましくない遅延変調信号を一次変調信号に対し
て極めて低い振幅にすることができる優れた音響・光変
調器を提供することにある。
生ずる望ましくない遅延変調信号を一次変調信号に対し
て極めて低い振幅にすることができる優れた音響・光変
調器を提供することにある。
本発明は前記ブロックの他方の端面を、入射音波に対す
る最適反射面を形成するよう自由な状態にし、かつ前記
変換器から前記他方の端面に直接入射する当初の伝播音
響ビームに対して傾斜させ、この際この傾斜角を入射伝
播モードのほとんどすべての音響エネルギーが異なる伝
播モードの反射音９ビームエネルギーに変りかつ前記ブ
ロックの前記傾斜端面に入射する前記当初の伝播音響ビ
ームに関して実質的に逆反射しないように前記ブロック
の少くとも一方の側面に向って進ような角どしたことを
特徴とする上述の種類の音響・光変調器を提供する。
る最適反射面を形成するよう自由な状態にし、かつ前記
変換器から前記他方の端面に直接入射する当初の伝播音
響ビームに対して傾斜させ、この際この傾斜角を入射伝
播モードのほとんどすべての音響エネルギーが異なる伝
播モードの反射音９ビームエネルギーに変りかつ前記ブ
ロックの前記傾斜端面に入射する前記当初の伝播音響ビ
ームに関して実質的に逆反射しないように前記ブロック
の少くとも一方の側面に向って進ような角どしたことを
特徴とする上述の種類の音響・光変調器を提供する。
本発明を実現する過程において、望ましくない反射した
音響信号エネルギーの問題が起るのは、一部には傾斜端
面に被着されているインジウム層のような吸音層に散乱
中心が存在し、これにより音響エネルギーの直接反射が
相互作用領域および変換器に向けて戻るように起るから
であり、さらに一部には固体の物体中で所定の伝播モー
ドを有する音波、例えば、縦波が傾斜境界面で反射した
際に普通音響エネルギーのある部分が他のモードに変わ
って例えばせん断波を生成するからであることを確かめ
た。モードが異なるとこれに対応して異なる速度で伝播
するので２つの波の反射角が異なり、従って有意量の音
響エネルギーがブロックの側面における多重反射によっ
て消滅する代りに変換器および相互作用領域に向けて戻
る方向に反射する可能性が増大する。例えば、くさび角
が３０°である場合には、縦波は散乱を起すことができ
るように反射することができるが、せん断波成分は約３
０”の角で反射し、ブロックの側面に向けてほぼ垂直に
、つまり理想的な逆反射路に従って進む。
音響信号エネルギーの問題が起るのは、一部には傾斜端
面に被着されているインジウム層のような吸音層に散乱
中心が存在し、これにより音響エネルギーの直接反射が
相互作用領域および変換器に向けて戻るように起るから
であり、さらに一部には固体の物体中で所定の伝播モー
ドを有する音波、例えば、縦波が傾斜境界面で反射した
際に普通音響エネルギーのある部分が他のモードに変わ
って例えばせん断波を生成するからであることを確かめ
た。モードが異なるとこれに対応して異なる速度で伝播
するので２つの波の反射角が異なり、従って有意量の音
響エネルギーがブロックの側面における多重反射によっ
て消滅する代りに変換器および相互作用領域に向けて戻
る方向に反射する可能性が増大する。例えば、くさび角
が３０°である場合には、縦波は散乱を起すことができ
るように反射することができるが、せん断波成分は約３
０”の角で反射し、ブロックの側面に向けてほぼ垂直に
、つまり理想的な逆反射路に従って進む。
本発明は、ブロックの遠い端面を適当に傾斜させること
により、ある伝播モードの波例えば縦波における入射音
響エネルギーの実質的に総てを異なる伝播モードの波例
えばせん断波に変えることができること、しかも吸音材
従って関連する散乱中心を傾斜端面から取り除くことに
よりリターン音響信号エネルギーの一層有意な減少を達
成できることを確認したことに基づく。事実、ゲルマニ
ウムブロック中の縦音波の場合には、くさび角が約４５
°の時に最小リターン波が得られることが分った。これ
は驚くべき結果であって、それはこの角がかかる波にと
って理想的な逆反射路条件を提供することが予期される
からである。
により、ある伝播モードの波例えば縦波における入射音
響エネルギーの実質的に総てを異なる伝播モードの波例
えばせん断波に変えることができること、しかも吸音材
従って関連する散乱中心を傾斜端面から取り除くことに
よりリターン音響信号エネルギーの一層有意な減少を達
成できることを確認したことに基づく。事実、ゲルマニ
ウムブロック中の縦音波の場合には、くさび角が約４５
°の時に最小リターン波が得られることが分った。これ
は驚くべき結果であって、それはこの角がかかる波にと
って理想的な逆反射路条件を提供することが予期される
からである。
本発明の音響・光変調器においてブロックをゲルマニウ
ム結晶から作った１例では、音響ビームは変換器手段に
よって縦圧縮モードで（１００）結晶方向に沿って送り
出され、入射音波の伝播方向に対する傾斜端面の傾斜角
は４０°〜５２°の範囲、好ましくは約４６゛である。
ム結晶から作った１例では、音響ビームは変換器手段に
よって縦圧縮モードで（１００）結晶方向に沿って送り
出され、入射音波の伝播方向に対する傾斜端面の傾斜角
は４０°〜５２°の範囲、好ましくは約４６゛である。
本発明の音響・光変調器においてブロックをゲルマニウ
ム結晶から作った他の例では、音響ビームは変換器手段
によって縦圧縮モードで（１１１）結晶方向に沿って送
り出され、変調される入射コヒーレント光放射は電界ベ
クトルが音響ビームおよび光ビームの軸線を含む平面内
に存在するように偏光され、入射音波の伝播方向に対す
る傾斜端面の傾斜角は４０°〜５２°の範囲、好ましく
は約４６゜である。
ム結晶から作った他の例では、音響ビームは変換器手段
によって縦圧縮モードで（１１１）結晶方向に沿って送
り出され、変調される入射コヒーレント光放射は電界ベ
クトルが音響ビームおよび光ビームの軸線を含む平面内
に存在するように偏光され、入射音波の伝播方向に対す
る傾斜端面の傾斜角は４０°〜５２°の範囲、好ましく
は約４６゜である。
本発明の特徴によれば、ブロックの傾斜端面と吸音材を
設けるのが好ましい対応する非光学的側面との交線によ
って形成される各端縁を初期の伝播音波ビームの波面に
対して傾斜させることができ、この傾斜は２５〜３５°
の範囲とするのが好ましい。ブロックの側面上の吸音材
はインジウム層または鉛層から構成することができる。
設けるのが好ましい対応する非光学的側面との交線によ
って形成される各端縁を初期の伝播音波ビームの波面に
対して傾斜させることができ、この傾斜は２５〜３５°
の範囲とするのが好ましい。ブロックの側面上の吸音材
はインジウム層または鉛層から構成することができる。
本発明の音響・光変調器は調査用またはレーダー用の光
学的レンジングシステムで使用することができ、あるい
は光通信用変換器として使用することができる。
学的レンジングシステムで使用することができ、あるい
は光通信用変換器として使用することができる。
次に本発明を図面を参照して例について説明する。
第２図は本発明の音響・光変調器の１例である音響・光
レーザー変調器の配置を示す。第２図では、第１図につ
い゛て説明した素子に相当する素子には同じ符号を付け
た。ＣＯ！ レーザー２０は波長λ＝１０．６μｍおよ
び直径＝約２鰭のコヒーレント光放射のビーム１０を生
成する。立上り時間の短い変調器を提供するためにはゲ
ルマニウムレンズｌｌヲ使用してこのビームを集束させ
て、相互作用領域１３においてビームが最小直径約２０
０μｍのくびれを有し、立上り時間の短い変調器を提供
するようにする。この例では光ビームは集束されている
ので、光ビームの発散を対応する音響ビームの発散と整
合させて最適に高い変調効率を提供するのが好ましい。
レーザー変調器の配置を示す。第２図では、第１図につ
い゛て説明した素子に相当する素子には同じ符号を付け
た。ＣＯ！ レーザー２０は波長λ＝１０．６μｍおよ
び直径＝約２鰭のコヒーレント光放射のビーム１０を生
成する。立上り時間の短い変調器を提供するためにはゲ
ルマニウムレンズｌｌヲ使用してこのビームを集束させ
て、相互作用領域１３においてビームが最小直径約２０
０μｍのくびれを有し、立上り時間の短い変調器を提供
するようにする。この例では光ビームは集束されている
ので、光ビームの発散を対応する音響ビームの発散と整
合させて最適に高い変調効率を提供するのが好ましい。
立上り時間を短くするのが重要でない場合には、光放射
を集束ビームの形態にする必要はなく、例えば通常の平
行にしたレーザービームとすることができる。
を集束ビームの形態にする必要はなく、例えば通常の平
行にしたレーザービームとすることができる。
変調器ブロック２１はゲルマニウム単結晶から形成され
、１例では幅２０ｍ■、厚さ５ ｍｍ、全長約２２ｆｌ
である。変換器２はニオブ酸リチウム単結晶から３５°
Ｙ切断され、かつ基本的厚さモードで作動するウェハー
３を備え、ウェハー３は英国特許出願第８５１０７００
号に記載の方法によってブロック２１の端面６に加圧結
合されている。一方の電極５はクロム、金およびインジ
ウムの層からなる導電フィルムを備え、加圧結合前に被
着させる。他方の電極４の寸法は変換器２の作動領域、
従って音響ビーム７の当初の断面を決める。結合したウ
ェハー３を正しい厚さにラップ仕上げして所要の音響周
波数で共鳴するようにした後に電極４を被着させる。こ
の例ではウェハー３の横寸法は第２図の平面では１２ｍ
−で、これに垂直な方向では３１麿であり、電極４の対
応する寸法はそれぞれ６ｍｌおよび０．３■■である。
、１例では幅２０ｍ■、厚さ５ ｍｍ、全長約２２ｆｌ
である。変換器２はニオブ酸リチウム単結晶から３５°
Ｙ切断され、かつ基本的厚さモードで作動するウェハー
３を備え、ウェハー３は英国特許出願第８５１０７００
号に記載の方法によってブロック２１の端面６に加圧結
合されている。一方の電極５はクロム、金およびインジ
ウムの層からなる導電フィルムを備え、加圧結合前に被
着させる。他方の電極４の寸法は変換器２の作動領域、
従って音響ビーム７の当初の断面を決める。結合したウ
ェハー３を正しい厚さにラップ仕上げして所要の音響周
波数で共鳴するようにした後に電極４を被着させる。こ
の例ではウェハー３の横寸法は第２図の平面では１２ｍ
−で、これに垂直な方向では３１麿であり、電極４の対
応する寸法はそれぞれ６ｍｌおよび０．３■■である。
ゲルマニウムの結晶軸に対するブロック２１の配置方向
は以下に説明するように変調器の用途によって決められ
る。最高の変調効果を必要としかつ平面偏光を使用でき
る場合には、音波伝播方向９が（１１１）結晶軸に沿っ
て延びかつ入射光が音波伝播方向９に平行な電界ベクト
ル面で必ず偏光するようにブロック２１を切断する。平
面偏光を受入れることができない場合には、音波伝播方
向９がゲルマニウムの（１００）結晶軸に沿って延びる
ようにブロック２１を切断する。この場合には偏光面の
方向は重要でなく、円形に偏光した光によって装置を作
動させることができるが、直交する２つの方向に対する
変調効率は異なるのが普通で、後者の場合には出力は楕
円形に偏光したものになる傾向がある。
は以下に説明するように変調器の用途によって決められ
る。最高の変調効果を必要としかつ平面偏光を使用でき
る場合には、音波伝播方向９が（１１１）結晶軸に沿っ
て延びかつ入射光が音波伝播方向９に平行な電界ベクト
ル面で必ず偏光するようにブロック２１を切断する。平
面偏光を受入れることができない場合には、音波伝播方
向９がゲルマニウムの（１００）結晶軸に沿って延びる
ようにブロック２１を切断する。この場合には偏光面の
方向は重要でなく、円形に偏光した光によって装置を作
動させることができるが、直交する２つの方向に対する
変調効率は異なるのが普通で、後者の場合には出力は楕
円形に偏光したものになる傾向がある。
本発明の変調器の場合には、ブラッグ角θ８は次式で与
えられる： λ ただし、λは音響伝播媒体中における光の波長、Δは音
響伝播媒体中における音響波長である。従って、屈折率
ｎ＝４であるゲルマニウムの場合には、自由空間におけ
る波長λ。−１０，６μｍであるＣＯｚ レーザー２０
からの光は音響伝播媒体中の波長λ＝２．６５μｍであ
る。音響波長は勿論周波数および音響速度によって決ま
り、後者は方向によって異なるのは勿論である。従って
、例えば、（１００）軸に沿って進む周波数６０ ＭＨ
ｚの音波では縦波速度ＶＬ ＝ ４．７２ Ｘ １０３
ｍ ／ 秒Ｔ： （ＩＦ） リ、コノ音波ハフラッグ角
θ、 ＝０．９６°の場合に波長へ＝ ７８．７μｌ
である。第２の例では、（１１１）方向に沿って進む周
波数１００ ＭＨｚの音波ではＶＬ ＝５．５ ＸＩＯ
” ｍ／秒であり、この音波はブラッグ角θａ ＝ｔ、
３８°の場合にＡ−５５μｍである。
えられる： λ ただし、λは音響伝播媒体中における光の波長、Δは音
響伝播媒体中における音響波長である。従って、屈折率
ｎ＝４であるゲルマニウムの場合には、自由空間におけ
る波長λ。−１０，６μｍであるＣＯｚ レーザー２０
からの光は音響伝播媒体中の波長λ＝２．６５μｍであ
る。音響波長は勿論周波数および音響速度によって決ま
り、後者は方向によって異なるのは勿論である。従って
、例えば、（１００）軸に沿って進む周波数６０ ＭＨ
ｚの音波では縦波速度ＶＬ ＝ ４．７２ Ｘ １０３
ｍ ／ 秒Ｔ： （ＩＦ） リ、コノ音波ハフラッグ角
θ、 ＝０．９６°の場合に波長へ＝ ７８．７μｌ
である。第２の例では、（１１１）方向に沿って進む周
波数１００ ＭＨｚの音波ではＶＬ ＝５．５ ＸＩＯ
” ｍ／秒であり、この音波はブラッグ角θａ ＝ｔ、
３８°の場合にＡ−５５μｍである。
ブロック２１の光学的面１２および１５からの光の反射
を減少させるには、これらの光学的面にそれぞれ反射止
め層を設ける。この例では、互に平行な２つの光学的面
を端面６に垂直な音波伝播方向９から２°傾斜させる。
を減少させるには、これらの光学的面にそれぞれ反射止
め層を設ける。この例では、互に平行な２つの光学的面
を端面６に垂直な音波伝播方向９から２°傾斜させる。
このような配置を使用して変調器ブロック２１を他の周
波数または配置方向用の他の変調器のマウントに容易に
置換えることができるようにする。しかし、普通反射を
避けるには面１２および１５を互に平行にならないいよ
うにするのが好ましい。入射角および他の光線角が小さ
いので、説明を簡単にするために、第２図では、特にブ
ロック２１においてこれらの角の大きさを拡大して示す
。第２図はブラッグ角＝０．９６°の場合を示すもので
ある。
波数または配置方向用の他の変調器のマウントに容易に
置換えることができるようにする。しかし、普通反射を
避けるには面１２および１５を互に平行にならないいよ
うにするのが好ましい。入射角および他の光線角が小さ
いので、説明を簡単にするために、第２図では、特にブ
ロック２１においてこれらの角の大きさを拡大して示す
。第２図はブラッグ角＝０．９６°の場合を示すもので
ある。
変調された回折出力ビーム１４はブロックの出口面１５
で屈折した後に変調器の出力軸線に沿って進み、第２ゲ
ルマニウムレンズ２３によって平行になる。孔を開けた
ダイアフラム２５を使用して放出ビームの未屈折成分を
除去する。
で屈折した後に変調器の出力軸線に沿って進み、第２ゲ
ルマニウムレンズ２３によって平行になる。孔を開けた
ダイアフラム２５を使用して放出ビームの未屈折成分を
除去する。
反射して音響伝播路９に沿って戻ることができる音響エ
ネルギーをできるだけ減少させるために、本発明におい
ては、ブロックの遠い端面２６を、変換器２によって送
り出されて方向８の軸線９に沿って伝播する波面７の当
初の音響ビームに対して傾斜させ、この際この傾斜角を
入射伝播モードのほとんどすべての音響エネルギー、こ
の例では縦圧縮波が、表面に何も設けてない端面２６で
反射した際に、異なる伝播モードの反射音響ビームエネ
ルギー、この例ではせん断波に変り、かつブロック２１
の傾斜端面２６に入射する当初の伝播音をビームに関し
て実質的に逆反射しないようにブロック２１の側面に向
かって進むような角とする。
ネルギーをできるだけ減少させるために、本発明におい
ては、ブロックの遠い端面２６を、変換器２によって送
り出されて方向８の軸線９に沿って伝播する波面７の当
初の音響ビームに対して傾斜させ、この際この傾斜角を
入射伝播モードのほとんどすべての音響エネルギー、こ
の例では縦圧縮波が、表面に何も設けてない端面２６で
反射した際に、異なる伝播モードの反射音響ビームエネ
ルギー、この例ではせん断波に変り、かつブロック２１
の傾斜端面２６に入射する当初の伝播音をビームに関し
て実質的に逆反射しないようにブロック２１の側面に向
かって進むような角とする。
次に本発明を第３図に示す線図について説明する。振幅
りの縦圧縮音波は自由な境界面３０において入射角がφ
、になるように固体の音響伝播媒体３１中を進む。対応
する反射した縦波成分し、は同じ大きさの反射角φ、で
反射する。媒体３１は強固な媒体でありまた入射波は境
界面に対して傾斜しているので、せん断波成分Ｓ１も生
じ、反射角φ、で反射する。ゲルマニウム結晶は異方性
音響伝播媒体であるが、計算を容易にするために、縦波
速度およびせん断波速度の平均値がそれぞれｖＬ−５，
５６ｋｍ／秒およびＶｓ ＝３．５５ｋｍ／秒である等
方性媒体であると仮定する。そこで、反射に関する通常
の考案から、反射角は次式（１）で表わされる関係を有
する： ｓｉｎφＬ ｓｉｎφＳ さらに、表面に垂直な応力が零である筈でありかつ対応
する変位が任意の値をとることができる固体／空気界面
に入射する振幅りの音波の場合には、反射した縦波およ
びせん断波の振幅Ｌ１およびＳｌは次式（２）および（
３）から求められる：２（Ｌ−Ｌ＋）ｓｉｎφ３ ・ｃ
ｏｓφＬ−５１ｃｏｓ２φｓ −０（２１（Ｌ＋Ｌ＋）
ｓｉｎφＬ ・ｃｏｓ２φＢ−３１・ｓｉｎφ、・５Ｉ
１１２φｇ−０，＋３１式（２）および（３）を振幅比
Ｌ１ルおよびｓ１ルについて解くと、次式（４）および
（５）が得られる：ただし、 式（４）から反射した縦波の振幅Ｌ１はＡ＝１の場合に
零となり、従って次式（６）が得られるのは明らかであ
る。
りの縦圧縮音波は自由な境界面３０において入射角がφ
、になるように固体の音響伝播媒体３１中を進む。対応
する反射した縦波成分し、は同じ大きさの反射角φ、で
反射する。媒体３１は強固な媒体でありまた入射波は境
界面に対して傾斜しているので、せん断波成分Ｓ１も生
じ、反射角φ、で反射する。ゲルマニウム結晶は異方性
音響伝播媒体であるが、計算を容易にするために、縦波
速度およびせん断波速度の平均値がそれぞれｖＬ−５，
５６ｋｍ／秒およびＶｓ ＝３．５５ｋｍ／秒である等
方性媒体であると仮定する。そこで、反射に関する通常
の考案から、反射角は次式（１）で表わされる関係を有
する： ｓｉｎφＬ ｓｉｎφＳ さらに、表面に垂直な応力が零である筈でありかつ対応
する変位が任意の値をとることができる固体／空気界面
に入射する振幅りの音波の場合には、反射した縦波およ
びせん断波の振幅Ｌ１およびＳｌは次式（２）および（
３）から求められる：２（Ｌ−Ｌ＋）ｓｉｎφ３ ・ｃ
ｏｓφＬ−５１ｃｏｓ２φｓ −０（２１（Ｌ＋Ｌ＋）
ｓｉｎφＬ ・ｃｏｓ２φＢ−３１・ｓｉｎφ、・５Ｉ
１１２φｇ−０，＋３１式（２）および（３）を振幅比
Ｌ１ルおよびｓ１ルについて解くと、次式（４）および
（５）が得られる：ただし、 式（４）から反射した縦波の振幅Ｌ１はＡ＝１の場合に
零となり、従って次式（６）が得られるのは明らかであ
る。
ｔａｎφＬ ＝２ ｓｉｎ”φｇ−ｔａｎ ２φ５（６
）φＬとφＳとの関係式（１）およびｖＬおよびＶ。
）φＬとφＳとの関係式（１）およびｖＬおよびＶ。
に対する上述の値を使用すると、φｔＸ４６°である場
合にはＩＬＩ／Ｌｌは零になることが分る。従って、こ
の入射角の場合には入射縦波は角φ、＝２７°で反射し
たせん断波Ｓｌにほぼ完全に変わる。
合にはＩＬＩ／Ｌｌは零になることが分る。従って、こ
の入射角の場合には入射縦波は角φ、＝２７°で反射し
たせん断波Ｓｌにほぼ完全に変わる。
第４図は、ゲルマニウムブロック３１の遠い端面３０が
４５°のくさび角でスクエア（ｓｑｕａｒｅ）切断され
ている点を除き、第２図について説明した配置に相当す
る本発明の他の例を示す詳細図である。
４５°のくさび角でスクエア（ｓｑｕａｒｅ）切断され
ている点を除き、第２図について説明した配置に相当す
る本発明の他の例を示す詳細図である。
第４図はブロック３１の遠い端部の縦断面図であって、
軸線９に沿って伝播しかつ４５°傾斜した自由な端面３
０に入射する縦音波りが反射した際に取る通路を示し、
４５°は先に述べた角にほぼ等しく、この場合には第４
図に破線で示す反射した縦波成分の振幅Ｌ１は零になり
、従ってブロックの上側側面１９′に直角に入射した際
の反射によって逆反射反響が起ることはあり得ない。従
って音響エネルギーはすべて反射角２７°のせん断波Ｓ
１として反射する。このせん断波は上側側面１９′で反
射してせん断波成分Ｓ！および縦波成分Ｌ２を形成する
のが普通で、これらの成分はブロック３１の本体中を進
んで下側側面２２および上側側面１９′からさらに反射
する。これらの側面にはインジウムまたは鉛の吸音層２
４を設けるのが好ましいので、音響エネルギーは反射の
たびに失なわれる。
軸線９に沿って伝播しかつ４５°傾斜した自由な端面３
０に入射する縦音波りが反射した際に取る通路を示し、
４５°は先に述べた角にほぼ等しく、この場合には第４
図に破線で示す反射した縦波成分の振幅Ｌ１は零になり
、従ってブロックの上側側面１９′に直角に入射した際
の反射によって逆反射反響が起ることはあり得ない。従
って音響エネルギーはすべて反射角２７°のせん断波Ｓ
１として反射する。このせん断波は上側側面１９′で反
射してせん断波成分Ｓ！および縦波成分Ｌ２を形成する
のが普通で、これらの成分はブロック３１の本体中を進
んで下側側面２２および上側側面１９′からさらに反射
する。これらの側面にはインジウムまたは鉛の吸音層２
４を設けるのが好ましいので、音響エネルギーは反射の
たびに失なわれる。
第２図に示す本発明の例では、音響が逆行して戻る機会
は、端面２６とブロックの対応する上側および下側の側
面すなわち非光学的側面１９′および２２との交線が軸
線９に沿って進む音波の波面７に対して傾斜するように
ブロック２１の傾斜端面２６を斜に切断することにより
、さらに減少する。交線と波面とのなす角は３０°が好
ましいが、２５°〜３５゜の範囲とすることができる。
は、端面２６とブロックの対応する上側および下側の側
面すなわち非光学的側面１９′および２２との交線が軸
線９に沿って進む音波の波面７に対して傾斜するように
ブロック２１の傾斜端面２６を斜に切断することにより
、さらに減少する。交線と波面とのなす角は３０°が好
ましいが、２５°〜３５゜の範囲とすることができる。
斜に傾斜した端面２６の場合には、反射縦波の振幅が零
になる臨界入射角は入射軸線９と入射点における側面２
６からの垂線とを含む斜めの平面において測定した値で
あり、従ってブロック２１の光学的側面１２または１５
において測定したくさび角の余角とは一致しない。
になる臨界入射角は入射軸線９と入射点における側面２
６からの垂線とを含む斜めの平面において測定した値で
あり、従ってブロック２１の光学的側面１２または１５
において測定したくさび角の余角とは一致しない。
第５図はブロック２１の形態を第２図と同じ縮尺で示す
斜視図であり、第６図は光学的側面１２の方向に見たブ
ロック２１の側面図である。傾斜端面２６は他の方向に
斜に切断してもよく、また他の方向に傾斜させても音響
信号エネルギーの反射による戻りを減少する点で同様に
有効なものとすることができる。
斜視図であり、第６図は光学的側面１２の方向に見たブ
ロック２１の側面図である。傾斜端面２６は他の方向に
斜に切断してもよく、また他の方向に傾斜させても音響
信号エネルギーの反射による戻りを減少する点で同様に
有効なものとすることができる。
３０’のくさび角で傾斜させインジウム層を設けた端面
を使用する従来の変調器の性能と本発明の変調器の性能
とを比較すると、前者は望ましくない遅延変調信号に対
して約−５５ｄＩｌの減衰を達成したが、第２．５およ
び６図について説明した本発明の変調器は少くとも−７
５ｄＢの減衰を達成した。吸音層２４をブロックに被着
させなかった場合でも、−６２ｄＢの減衰が測定された
。
を使用する従来の変調器の性能と本発明の変調器の性能
とを比較すると、前者は望ましくない遅延変調信号に対
して約−５５ｄＩｌの減衰を達成したが、第２．５およ
び６図について説明した本発明の変調器は少くとも−７
５ｄＢの減衰を達成した。吸音層２４をブロックに被着
させなかった場合でも、−６２ｄＢの減衰が測定された
。
第１図は従来の音響・光変調器の１例の配置を示す断面
図、 第２図は本発明の音響・光変調器の１例の配置を示す断
面図、 第３図は音響・光変調器の境界面における音波伝播路を
示す線図、 第４図は本発明の音響・光変調器の他の例における音波
伝播路を詳細に示す縦断面図、第５図は第２図の変調器
ブロックを同じ縮尺で示す斜視図、 第６図は第３図の変調器ブロックの側面図である。 ■・・・光学的に透明な材料のブロック２・・・変換器
３・・・ウェハー４．５・・・金属化電極 ６・・・ブロックの端面（変換器面） ７・・・平行な波面（平行線、音波、音響ビーム）８・
・・音波の方向を示す矢 ９・・・音波伝播路（音波伝播方向、伝播軸線、方向８
の軸線） １０・・・光放射のビーム（入力ビーム）１１・・・レ
ンズ １２・・・光学的側面（光学的面） １３・・・相互作用領域 １４・・・回折ビーム（変調ビーム） １５・・・光学的側面（光学的面、出口面）１６・・・
ブロック１の遠い端面 １７・・・逆反射路を示す矢 １８・・・音響エネルギーの反射方向を示す矢１９・・
・吸音材の石 １９′・・・上側側面（非光学的側面）２０・・・ＣＯ
□レーザー ２１・・・変調器ブロック２２・・・
下側側面（非光学的側面） ２３・・・第２レンズ ２４・・・吸音層２５・
・・ダイアフラム ２６・・・遠い端面３０・・・
遠い端面（自由な境界面） ３１・・・ブロック（音響伝播媒体） 特 許 出 願人 エヌ・ベー・フィリップス・フル
ーイランペンファブリケン
図、 第２図は本発明の音響・光変調器の１例の配置を示す断
面図、 第３図は音響・光変調器の境界面における音波伝播路を
示す線図、 第４図は本発明の音響・光変調器の他の例における音波
伝播路を詳細に示す縦断面図、第５図は第２図の変調器
ブロックを同じ縮尺で示す斜視図、 第６図は第３図の変調器ブロックの側面図である。 ■・・・光学的に透明な材料のブロック２・・・変換器
３・・・ウェハー４．５・・・金属化電極 ６・・・ブロックの端面（変換器面） ７・・・平行な波面（平行線、音波、音響ビーム）８・
・・音波の方向を示す矢 ９・・・音波伝播路（音波伝播方向、伝播軸線、方向８
の軸線） １０・・・光放射のビーム（入力ビーム）１１・・・レ
ンズ １２・・・光学的側面（光学的面） １３・・・相互作用領域 １４・・・回折ビーム（変調ビーム） １５・・・光学的側面（光学的面、出口面）１６・・・
ブロック１の遠い端面 １７・・・逆反射路を示す矢 １８・・・音響エネルギーの反射方向を示す矢１９・・
・吸音材の石 １９′・・・上側側面（非光学的側面）２０・・・ＣＯ
□レーザー ２１・・・変調器ブロック２２・・・
下側側面（非光学的側面） ２３・・・第２レンズ ２４・・・吸音層２５・
・・ダイアフラム ２６・・・遠い端面３０・・・
遠い端面（自由な境界面） ３１・・・ブロック（音響伝播媒体） 特 許 出 願人 エヌ・ベー・フィリップス・フル
ーイランペンファブリケン
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、変調される光放射に対して透明な材料からなり、そ
れぞれ前記光放射のビームに対し入力面および出力面を
提供する光学的性質を有する対向する側面と、前記入力
面と前記出力面との間に前記光放射ビームの相互作用領
域を形成するよう音波ビームを前記ブロック中の伝播軸
線に沿って進めるための電気音響変換器手段を設けた端
面とを有するブロックを備え、ブラッグの関係に従った
光学的媒体中における音波との相互作用によって前記光
放射ビームを変調させる音響・光変調器において、 前記ブロックの他方の端面を、入射音波に 対する最適反射面を形成するよう自由な状態にし、かつ
前記変換器から前記他方の端面に直接入射する当初の伝
播音響ビームに対して傾斜させ、この際この傾斜角を入
射伝播モードのほとんどすべての音響エネルギーが異な
る伝播モードの反射音響ビームエネルギーに変りかつ前
記ブロックの前記傾斜端面に入射する前記当初の伝播音
響ビームに関して実質的に逆反射しないように前記ブロ
ックの少くとも一方の側面に向かって進むような角とし
たことを特徴とする音響・光変調器。 ２、前記傾斜端面を、それぞれ光学的入力表面および出
力表面を形成する２個の側面と、他の側面との両方に対
して斜に配向せさた特許請求の範囲第１項記載の変調器
。 ３、前記光放射ビームに対する前記入力面または前記出
力面を形成しない前記ブロックの側面にそれぞれ吸音材
層を設けた特許請求の範囲第１項または第２項記載の変
調器。 ４、前記吸音材層がインジウム層である特許請求の範囲
第３項記載の変調器。 ５、前記吸音材層が鉛層である特許請求の範囲第３項記
載の変調器。 ６、前記ブロックはゲルマニウム単結晶から作られてい
て長方形断面を有し、前記変調器は縦圧縮波のビームを
送り出すように配置され、結晶軸は音波伝播軸線が〔１
００〕結晶方向に沿って延在するように前記ブロックに
対して配向し、前記傾斜端面に対する音波入射角が４０
°〜５２°の範囲である特許請求の範囲第１〜５項のい
ずれか１つの項に記載の変調器。 ７、前記入射角が４６°である特許請求の範囲第６項記
載の変調器。 ８、前記ブロックはゲルマニウム単結晶から作られてい
て長方形断面を有し、前記変調器は縦圧縮波のビームを
送り出すように配置され、結晶軸は音波伝播軸線が〔１
１１〕結晶方向に沿って延在すにように前記ブロックに
対して配向し、変調される入射コヒーレント光放射は電
気的ベクトルが音響ビームおよび光ビームの軸線を含む
平面内に存在するように偏光され、前記傾斜端面に対す
る音波入射角は４０°〜５２°の範囲である特許請求の
範囲第１〜５項のいずれか一つの項に記載の変調器。 ９、前記入射角が４６°である特許請求の範囲第８項記
載の変調器。 １０、前記ブロックは長方形断面を有し、前記傾斜端面
と光放射ビームに対して入力面および出力面を形成しな
い各側面との交線である端縁は前記変換器の端面に平行
な線に対して２５°〜３５°の範囲で傾斜している特許
請求の範囲第１〜９項のいずれか一つの項に記載の変調
器。 １１、前記入射角が３０°である特許請求の範囲第１０
項記載の変調器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB08520706A GB2183358A (en) | 1985-08-19 | 1985-08-19 | Acousto-optic modulator |
| GB8520706 | 1985-08-19 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6250729A true JPS6250729A (ja) | 1987-03-05 |
Family
ID=10583977
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61191206A Pending JPS6250729A (ja) | 1985-08-19 | 1986-08-16 | 音響・光変調器 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4759613A (ja) |
| EP (1) | EP0212736A3 (ja) |
| JP (1) | JPS6250729A (ja) |
| CA (1) | CA1261048A (ja) |
| GB (1) | GB2183358A (ja) |
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| RU192668U1 (ru) * | 2019-02-08 | 2019-09-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук (НТЦ УП РАН) | Ячейка для обратной коллинеарной дифракции терагерцового излучения на ультразвуковой волне в жидкости |
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- 1986-08-04 EP EP86201365A patent/EP0212736A3/en not_active Withdrawn
- 1986-08-12 CA CA000515779A patent/CA1261048A/en not_active Expired
- 1986-08-12 US US06/895,655 patent/US4759613A/en not_active Expired - Fee Related
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