JPS6294821A - ループ型光変調器およびその光変調器を用いたモード同期レーザ装置 - 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、ｆｔ、変調器、特に、光導波ループを用いて
充分ζこ温度補償を施したループ型光変調器、並びに、
同じくループ型にしたモードロッカ２よび磁界センサに
関するものである。 （従来の技術と発明が解決しようとするその問題点）こ
の株元変調器ｔこ関しては、従来極めて多種多様の構成
のものが既に開発されているが、そのうち、本発明が関
連する温度補償型光電気光学変調器、強制モード同朋レ
ーザ装置用モードロッカおよび磁界センサについて、そ
れぞれ従来の構成、作用および問題点について述べる。 Ａ、温度補償型元電気元学変調器 この棟’！電気元学変調器は、電気光学結晶の電気光学
結晶を利用して、印加電界によジ結晶内にａける屈折率
を変化させ、光波の伝搬位相定数あるいは伝搬元路長を
変化させるものであり、本来、光位相変調器として作用
する。したがって、つぎのようにして光強度変調器を構
成する０Ｃａｌ　　光波の伝搬路を２分岐し、一方の伝
搬路のみに位相変調器を介挿し、あるいは、互いに異な
る深さ、もしくは、互いに逆位相の位相変調器を双方に
介挿した後に合波して光強度変調器を構成する。 （１））　　光波を２偏波に分離し、上述と同様の構成
により、一方のみに位相変調を施して合成し、あるいは
、互いに異なる深さもしくは互いに逆位相の位相変調を
双方に施して合成し、会成九波の偏波面を変調器の印カ
ロ電界によって制御して偏波分離素子あるいは偏光板に
より強度変調に変換する。 （Ｃ）２本の？導波路もしくは元伝搬路の一部を近接し
て互いに平行に配置して屈折率もしくは伝搬定数を変化
させることにより相互間の結合を制御し、一方を伝搬す
る光波の他方への移行を制ｉｇｌもしくはスイッチして
他方より取出す。 上述した構成（ａ）の具体例としては、第１１図番こ示
すように、入力元をビームスプリッタ１により２分岐し
て反射鏡２，３間をそれぞれ往復させ、一方の分岐路の
みに変調、鳴動′酸諒５により駆動する電気光学位相変
調器３０を介挿したマイケルリン干渉計馴、３よび、第
１２図に示すように、入力元をビームスプリッタ］によ
り２２分岐て反射鏡２．８をそれぞれ介してビームスプ
リッタ３１により合波して取出し、双方の分岐路に変調
駆動電源５により互いに逆位相に駆動する電気光学位相
変ル４器３ｏａ　、ａｏｂ　　をそれぞれ介挿したマツ
ハ・ツエンダ干渉計型すなわちバランスド・ブリッジ型
が坂も一般的な構成であるが、いずれの型に８いても、
２分岐路が空間的に異なる場所にあるので、２分岐路間
の光路差を完全に零ｌこすることが困難である。すなわ
ち、２分岐路間において一部の差動動作に対し温度補償
を行なうので光路差が零であることが望ましいが、たと
え、幾何学的に元路灸を同じにし得ても空間的ｔこ異な
る場所にあるので２分岐路間に温度差が生ずる町′１１
ヒ性があり、完全な温度補償は困難、という問題点があ
る０ また、上述した構成（１）ｌの具体例としては、第】３
図に示すよう蚤こ、ｔｉｉ元子８３と検光子３５との間
に、Ｋ調也動電源５により光路に沿ってｆ調電圧を印加
した電気元学績晶３２および補償板３４を順次に配置し
た縦型、および、第１４図に示すように、偏光子３３と
検光子３５との間に、補償板３４３よび変調、叱動電源
５により光路に垂直に変調電圧を印加した電気元学績晶
３２を順次に配置した横型、の電気光学光変調器があり
、いずれも、２偏光波の光路は幾何学的すなわち空間的
に全く同一であるが、電気光学結晶３２自体が自然複屈
折効果

【こより２偏光波に対してそれぞれ異なる屈折率
を呈する場合には単体の結晶に温度補償を施すことかで
きず、第１５図あるいは第１６図に示すように、２個の
電気元学績晶３２ａ　、３２ｂを半波長板３６を介して
同一方向に変調電圧を印加した縦型に組合わせ、あるい
は、互いに直角に変調電圧を印刀口した縦型に組合わせ
て温度補償を施し、電気光学効果は刀口算されるが自然
複屈折効果は差！ｇＪにより相殺されるようにしていた
。しかしながら、２個の結晶を完全に同一寸法、同一特
性および同一温度条件にすることも困難であり、矢張り
完全な温度補償を施すことは困難であった。また、自然
複屈折効果がない場合には、かなり完全に近い温度補償
を施し得るが、電気光学係数が大さくて変調効率のよい
電気光学結晶で自然複屈折効果のないものは、最も実用
性のある近赤外域から可視塚までの領域で透明なものが
得難い、という問題点がある。 さらに、上述した構成（Ｃ＋の具体例としては、第１７
図に示すように、電気光学媒質３７中に２元導波路１１
ａ′Ｆ３よびｌｌｂ　を適切な長さ番こ亘って平行に近
接配置し、変調駆動電源５ａ、５１）によりＫＡＴＳ用
？Ｅ礪３８ａ、３８ｂ　、ａｓｃを駆動して変調電圧を
印〃口し、それぞれの屈折率を適切に変化させることに
よって２光導波路１１ａ、ｌｌｂの一方から他方へ光波
を転移させるようにした方向性結合器型乃至Δβスイッ
チ型あるいは全反射型○電気光学光強度変調器において
は、２光害波路の屈折率、したがって、伝搬定数を電気
的に制御して２光導波路間の結合度を制御しており、２
元導波路１１ａ、ｌｌｂは別個のものではあるが、著し
く近接しているために相互間に温度差は生ぜず、温度補
償はほぼ完全に行なわれる。しかしながら、２元導波路
を元の波長程度にまで近接させる必要があり、しかも、
それぞれ単一モード元導波路として作用しなければなら
ないのであるから、いずれも、断面積の侠い光導波路と
なり、大出力光の伝送には適さず、したがって、大出力
光を取扱う必要のある光変調器やレーザ発振器のモード
ロッカとしては使用し得ない、という問題点がある。 一般の光変調器としては、上述した各構成（ａ）。 （ｂｌ　、　（Ｃ）　’Ｄうち、特に、光導波路型乃至
元集積回路型に温度補償を施したものが主流であり、後
述する本発明ループ型光度調器より高い性能も得られる
が、本発明ループ型元′変調器は、構成が簡単で、はぼ
完全な温度補償がり能であり、大出力光を取扱い得、モ
ードロッカとして使用し働る点に５（、Ｎで、この種従
来の光変調器より高い性能が得られるＯ Ｂ、モード同期レーザ装喧用モードロッカ強１ｆｆｌＪ
モード四期り）レーザ装置においては、レーザ共振器内
を光が一往復し、あるいは、−周する周期もしくは整数
分の１の周期で駆動される光変調器により、レーザ発振
の形態をその周期の鋭い光パルスの列としたり、縦モー
ド間の相対位相を位相ロックして出力を安定化し、低雑
音化している。しかして、光ｆ調器の駆動筒反数は駆動
周期の逆数であり、縦モード・レーザ発振の間隔の整数
倍となる。したがって、第１８図に示すように、レーザ
媒・貞１５とミラー１４ａ、１４ｂ〇一方と０間に、同
期用変調電源３９により駆動する光変調器４０をモード
ロッカ１６として介挿する基本的構成によって縦モード
・レーザ発振をおこさせると、その変調あるいは変調に
よって生じたサイドバンドを介して縦モード発振間に結
合が生じ、位相同期あるいは周波数同期した縦モード・
レーザ９５振が行なわれる。 上述のようなモード同期のだめの光変調器、すなわち、
モードロッカとして、従来は、主に音響光学光変調器が
用いられていた。すなわち、モードロッカとして用いる
光変調器は、上述したようにレーザ共振器内］こ介挿し
て用いるのであるから、挿入損失が少ないことが必須要
件であるが、電気光学光変調器では、前述した構成（ｂ
ｌのもののみがわずかにこの条件を満たしているに過ぎ
ず、温度変化に伴って光学バイアスの状態が変化する他
のｊＪｔ！成の電気光学光変調器をモードロッカに用い
た場合には、モード同期を不安定にするのみならず、レ
ーザ発１辰自体さえ不安定にする。しかも、前述した構
成（ｂｌのうち、横型のものは自然複屈折を呈する場合
が多くて温度変化に弱く、また、縦型のものは変調効率
が低い、という欠点があり、要するに、電気光学光変調
器は、いずれの構成によってもモードロッカを構成する
のが困難であった。 したがって、モード同期レーザ装置のモードロッカとし
ては音響光学光変調器を用いたものが従来主流になって
いた。 しかしながら、音響光学光度ση器を用いたモードロッ
カにＢいては、超音波の定在波による光の回折に基づい
て光波の強度変調を行なっているので、通例石英とする
廿響元学媒体の幾何的寸法Ｏ変化によって超音仮の共低
周波数が変化し、また、各部暑こ電気的もしくは音響的
な損失があるために発熱して温度変化が３こり、媒体の
音響共振周波数が変化し、その結果、超音波シこよる媒
体Ｏ励振が不安定憂こなり易く、モードロッカとしての
安定動作を行なわさせるのが困難という問題点がある。 ０、磁界センサ 従来の代表的な光学的磁界センナは、第］９図φこ示す
ように、前後に偏光子３３および検光子３５を配置した
ファラデイ回転子１８を通過させた直線偏光光ビームを
光検出器２２ｔこ導いて、ファラデイ回転子１８に印加
された磁界に応じた＠線部光面の回転角に対応した通過
元首の変化に基づいて印刀口磁界の大きさを知るもので
ある。実際の装置においては、例えは、図示のように、
偏光子３３を通過した入射光の偏波面に対して４５°す
なわち“／、ラジアンだけ偏波面を回転させた検光子３
５にファラデイ回転子１８を通過した入射光を導き、そ
の出力光重の変化からファラデイ回転子】８による餡彼
面の回転角、したがって、ファラデイ回転子１８の印７
＋１］磁界の強さを求める。いま、入射光強度をＤ　と
し、ファラデイ回転子１８）こよる偏波面の回転角をθ
。とすれば、検光子出力はつぎの（１）式に比例する。 　　　　− −（Ｄ／２　）　ＣＩ　＋　ｓｉｎ　２ａ　。〕（］）
したがって、上式（１）から回転角θ。が求まり、さら
に、印７ＪＯｆｆｌ界が計４４１１される。しかしなが
ら、かかる磁界計測に３いては、入射光強度や各部の損
失抽カ５変動すれば、その変動量がそのまま計測誤差に
ｒｊす、特に、元ファイバを用いた場合番こは、元ファ
イバ伝込損失の変動の効果を計測結果から除去すること
が困難という問題点がある。 不発明の目的は、上述した従来の問題点を解決し、従来
）こ比して格段に簡単す構成によりほぼ完全な温度補償
が施され、しかも、大きい光パワーを吸い得る高性能の
寛気光学元強度ｆＡ器を提供すること）こある。 本究明の他の目的は、従来の音響元学元変調器を用いた
モードロッカでは得られない温度安定性を有する光学バ
イアスを施したモードロッカを備えたモード同期レーザ
装置を提供することにある。 本発明のさらに他の目的は、非相反トランスジューサと
組合わせて温度補償を施された高周波バイアスを備えて
高梢度化した磁界測定やジャイロとして用い得る磁界セ
ンサを提供することにある０本発明のさらに他の目的は
、偏波保存光ファイバの伝送損失や伝送定数等のふらつ
きによる測定誤差が取除かれた元磁界センサを提供する
ことにある。 （問題点を解決するための手段〕 すなわち、本発明ループ型光変調器は、入射した単一光
波を２分岐するとともに入射した２光波を単一光波に合
波する光分岐合波手段と、当該光分岐合波手段により２
分岐した光波を両端にそれぞれ入射させるとともにそれ
ぞれ他端から当核光分岐合波手段に入射させる光導波ル
ープと、当該光導波ループ中ｌこ位置して当該光導波ル
ープに入射した光波に位相変調を施す光位相変調手段と
を備え、前記光分岐合波手段］こより２分岐して前記光
導波ループの両端にそれぞれ入射した光波の前記光位相
変調手段を通過するタイミングが当該光いに異なる前記
光導波ループ中の位置に前記光位相変調手段を配置した
ことを特徴とするものである。 本発明によるモード同期レーザ装置は、本発明・ループ
型１＆調器をモードロッカとして用いたことを特徴とす
るものである。 不発明による磁界センサは、互いに直交した直線偏光の
２光波を分離するとともに合成する偏波分離合成手段と
、箇該１ｗ％鴇を戒千投斗、当該偏波分離合成手段

【こ
よジ分離した直線偏光の２光波を両端にそれぞれ入射さ
せるとともにそれぞれ他端から当該偏波分離合成手段番
こ入射させる光導波ループと、当該光４波ループの両端
からそれぞれ入射した互いに直交する直線偏光の２光波
の偏光面をそれぞれ異なる角度で回転させるファラデイ
回転千２よび相反回転子とを備え、前記光導波ループの
両端からそれぞれ前記偏波分離合成手段に入射して合成
した偏光波に含まれる２直線偏光成分の元強度を互いに
比較して算出した前記ファラデイ回転子による偏光面回
転角に基づいて前記ファラデイ回転子に印加した磁界の
強さを測定し得るようにしたことを特徴とするものであ
る。 （作用） 本発明によれば、はぼ完全な温度補償が施されて高梢度
の性能を備えたバイアス安定化元強度変調器、レーザ・
モードロッカ、モード同期レーザ装置、磁界センサある
いは元ファイバジャイロ等ｖｆｔ実現することができる
。 （実施例） 以下に図面を参照して実施例につき不発明の詳細な説明
する。 Ａ、光学バイアス安定化光強度変調器 まず、不発明による光学バイアス安定化元強度変調器と
してのループ型光変調器の基本構成を第１図に示す。図
示の基本構成において、１はビームスグリツタであり、
入射した元ビームを２分岐するものであって、最も簡単
には、入射光ビームの一部を透過させ、残部を反射させ
る元学半透明繞をもって構成する。２および８は反射鏡
である。 傷は電気光学位相変調器であり、図示の例は最も基本的
な横型の電気光学結晶からなり、光路に平行に電界印加
用電極４ａ、４ｂを設けであるが、醒気光学位相変調器
であれば、バルク型、薄膜型、縦型、横型等のｒ４類は
問わない。５は変調器駆動用電源であり、電極４ａ　、
　４１）に接続して電気光学結晶に変調用電界を印刀口
する。 図示の構成においては、例えば入射光ビーム６かビーム
スプリッタ１により２分岐して反射鏡２８よび３からな
る光導波ループを互いに逆方向に巡回して再びビームス
プリッタ１によりそれぞれ再度２分岐し、反射出力光ビ
ーム７′ｊ６よび透過出力光ビーム８となるが、その途
中に位置する電気光学位相変調器４により同様に位相変
調を受ける。 しかして、光位相変調器４は、ビームスプリッタ１から
反射鏡２．８を廻る光導波ループの中点を外れ、ビーム
スプリッタ１ｔこより２分岐して光導波ループを互いに
逆方向に廻る２光波が光位相変調器４を透過するタイミ
ングが変調器駆動電源５からの駆動信号の周期の−、す
なわち、半周期、もしくは、半周期の奇数倍だけずれる
位置に配置する。−ｙｔ２４波ループループから光位相
変調器４の位置までの光路長をｄ１変調周期をＴとする
と、光速０および正の整数ｎを用いて、 ２　ｄ／ｃ＝　（ｎ　＋　３Ａ　）　Ｔ　　　　　　　
　　（２）となり、変調周波数ｆｍ（＝１／Ｔ）は、ｆ
ｍ＝　（ｎ　＋　３’ｔ　）・０／（２（１）　　　　
　　　　（３）となる。したがって、ビームスプリッタ
］により分岐した２元ビームは互いに半周期ずれた位相
変調を受けた後に再びビームスプリッタ−により合成さ
れることになる。な３、前述したように、入射光ビーム
６が２分岐して光導波ループを互いに逆方向に巡回した
後に出力光ビーム７．８となる他に、入射光ビーム９も
同様ｔこして出力光ビーム７．８となる。 第１図に示したように反射鏡２２よび８により光導波ル
ープを構成した基本構成の他に、第２図に示すように反
射鏡２，８および１０を用いた４枚境型、第３図に示す
ように多数の反射鏡２ａ　。 ２１）、３ａ、３ｂおよび１０を用いた多数鏡型並びに
巣４図に示すように元ファイバーｌａ〜１１ｂＯ一部を
結合させて分岐合波部】２とするとともに光導波ループ
を構成した元ファイバ型、あるいは、その元７アイバを
光導波集積回路に置換して第５図に示すように構成した
ＩＣ型など幾多の変更を施した構成を夷埃することがで
きる。 つぎ

【こ、上述したように構成した本発明ループ型光変
調器の作用を検討すると、第１図に示したように、ビー
ムスプリッタ−により２分岐して反射鏡３および２ある
いは２および３を順次に介して再びビームスプリッタ−
に入射する光波の伝搬した光路長をｌとし、さらに、ビ
ームスプリッタ１の複素透過係数および複素反射係数を
それぞれＪコ・ｅＸｐ（−コダ）３よびＶ下・ｅＸｐ（
−東ｒ）゛とし、電を 気光学変ル４器４による光波の位相変調分をθ（ｔｌと
したときに、入射光ビーム６としてｅＸｐ（−ｊｅｔ）
　ｆ（る光波が光導波ループに入射してビームスグリツ
タ１→反射鏡３→電気元学変調器４→反射鏡２→ビーム
スプリッタ１と順次に伝搬し、反射出力光ビーム７とし
て出力された光波はつぎの（４）式で表わされる。 ｖ’ｊ”　−ｅＸ’９（−３１ｔ）　・ｓ／Ｋ　・ｅＸ
ｐ（３１ｒ）　　・ｅＸＰ（］”（ｔ　　’／Ｃ）　　
＋ｊΔθ（も−（シ’、十ｄ）／Ｃ））　　　　　　　
　　　　（４）他方、光導波ループに入射して上述とは
逆向きに順次に伝搬して透過出力光７として出力される
光波は、同様にして、つぎの（５）式で表わされる。 〜イ１−ｅｘｐ（−９％）・ｖ’Ｔ’ｅｘｐ（１ｍｚ）
・ｅＸｐ（Ｕω（ｔ　　　’Ｑ　＋コΔθ（ｔ−（’／
２−ｄ）／。）（５）これら互いに逆の方向に光導波ル
ープ中を伝搬する光波を表わすこれらの式（４）と（５
）とを比較すれば判るように、両者は幅振が互いに等し
く、また、位相も変調成分を除けば全く互いをこ等しい
。したがって、図示の光導波系における複索反射係数、
すなわち、入射光ビーム６に対する反射出力光ビーム７
の比は、つぎの（６）式で表わされる。 Ｊ）・ｅｘｐ（＝＜、”１０＋ｓ、＋ｓす）［：ｅＸｐ
（ｊＪθ（ｔ′−、ｄ ｄｌｏ））＋ｅｘｐ（ｊΔθ（ｔ　＋　／）　））　　
　−（６）上式（６）に８ける〔　〕内の第１項および
第２項は２分岐光波が受ける位相変調弁を表わしてお９
、゛胤気元学変調器４を透過するタイミングが（ｔ′−
（ｉｌｏ）と（ｔ′＋ｄ１０）との差２４４だけ互イニ
スレテいるので、逆相の変調となる。すなわち、つぎの
（７）式の関係が成立つ。 Δθ（１／＋ヤ）＝−Δθ（ｔ′−シ。〕（７）したが
って、上述した入射光ビーム６番こ対する反射出力光ビ
ーム７の比で表わされる複索反射係数はつぎの（８）式
となる。 ２／７ＦＦ）−ｅｘｐ（−ｊ（ωｌ／。＋ｌ、＋ｌｚ）
　）−ｃｏｓ　ＩＩθ（ｔ′−したがって、入射光ビー
ム６に対する反射出力光ビーム７で表わされる元パワー
反射係数はつぎの（９）式で表わされる。 ４ＲＴＣＯ８（Ｊθ（ｔ’−ｄ／）　）Ｃ（９） 同様番こして、入射光ビーム６に対する透過出力光ビー
ム８の比で表わされる複索透過係数はつぎの（１０）式
で表わされる。 （Ｒ−ｅｘｐ（−２ｊＯｒ＋ｊｊθ（”−（１／Ｃ））
＋Ｔ−ｅｘｐ（−２ｊｐｔ−ＪΔθ（ｔ’−”／　）　
　ｊ　　）・ｅｘｐ（−コω％　　）　　　　　　（１
０）しかしながら、一般に、ビームスプリッタに３いて
は （２ダｒ−２グｔ）＝±π となるので、上述の（］０〕式はつぎの（］１）式のよ
うに変形される。 ｅｘｐ＜、−Ｊωｌ／　−２コ０ｒ）（（Ｒ−Ｔ）ｃｏ
ｓ　（Δθ（ｔ’−Ｃ″／ｃ））＋ｊ　（Ｒ＋　Ｔ）ｓ
：Ｌｎ　ｉΔθ（ｔ’−”／　）　）　　　　　（１１
）したがって、入射光ビーム６に対する透過出刃光ビー
ム８で表わされる元パワー嫉鴬透過度はつぎの（１２）
式、（１３）式で表わされる。 Ｒ”＋Ｔ”＋　２　ＲＴ（１−２０Ｏ８２（Δθ（ｔ’
−（１／ｃ）　）＝（Ｒ＋　Ｔ）”−４ＲＴ　ＣＯ８”
　（Δθ（ｔ’−ｄｌｏ）　）　　（１２）つぎの（１
３）式で表わされる正弦波位相変調を施したときのパワ
ー反射度とパワー透過度との変調波形の例を第６図に示
す。 Δθ（１／−％）＝Δθ、　５ｉｎ（２πｆ、ｔ）　　
　　　　（１３）図示の変調波形から、変調信号がない
ときに、反射が最大になるとともに透過が最小となるこ
とが判る。したがって、元の波長が変化しても、また、
温度変化などによって光学長４が変化しても変σ・１彼
形は変化せず、電気光学結晶の屈折率や長さの温度変化
による変化も影響せず、さらに、反射８よび透過の変調
周期が位相変調周期の半分になっていることも判る。 以上の説明から明らかなように、本発明によるループ型
光変調器に３いては、温度補償が自動的に行なわれ、偏
光子や検光子を用いずにＡＭ変調を低損失で行なうこと
ができ、しかも、位相変調さえ行ない得れば、温度係数
がよくない構成要素を用いても充分な温度補償が行なわ
れるので、電気光学係数の大きい電気光学結晶を用いて
高効率の光変調を′Ｊｉ、現し得るという格別の効果が
得られるＯ Ｂ、モード同期レーザ装置用モードロッカ本発明による
モードロッカを用いたモード同期レーザ装置の全体構成
の例を第７図に示す。図示の構成において、１４＋はレ
ーザミラーであり、１５はレーザ媒質もしくはレーザ管
であり、］６はモードロッカであって、第１図に示した
基本構成の本発明ループ型光変調器と全く同様に構成す
る。 しかして、モード同期レーザ装置におけるモードロッカ
の作用は、レーザ共振器内を元が一周する周期の整数分
の１の周期で元を内部変調することであり、かかる内部
変調の結果として、短パルス幅のレーザパルスを発生さ
せる。したがって、第７図に示す距離乃至間隔で各部を
配置した場合におけるに真因波数ｆｍはつぎの（１４）
式または（１５）式のように表わされるＯ ｆ　　＝　ｍ−ｃ／（２１＞　＋　１２）　　　　　　
（］４）ｆｍ＝　（ｎ−４−３／２）ｃ／　（２ｄ）　
　　　　　　（１５）ここ番こ、ｍ、ｎは整数である。 しかして、第７図示の構成においては、ビームスプリッ
タ１により２分岐した光波がいずれの向きに伝搬しても
、レーザ共振器内を光が１周する周期はつぎの（１６）
式で表わされる。 （２１，＋　Ｊ２）　／Ｃ（１６） 一方、ｆ真因波数は（］４）式のように表わされるので
あるから、一旦、光変調器４のピーク透過時にその光変
調器４を通過した光は、以後、レーザ共振器内を周廻す
る都度、つねに、光変調器４のピーク透過時にその光度
調器傷を通過することにナリ、そのピーク透過のタイミ
ングで元パルスが成長することになる。なお、その他の
タイミングで光変調器４を通過する光はミ周廻の都度同
一タイミングで光変調器４を通過するので、その都度、
同じ損失が生じ、削減してしまうことになる。したがっ
て、最終的には、光変調器４に８けるピーク透過の出現
に同期した元パルス列が形成されて、モード同期レーザ
装置として動作することになる。 以上の説明から明らかなようＩこ、本発明ループ元変調
器をモードロッカとして用いたモード同期レーザＶ；装
置においては、モードロッカを構成する光変調器の変調
バイアスが安定であり、光変調器に印加する変調電圧が
岑のときには確実に透過損失が最小となジ、その透過損
失最小のタイミングで光変調器を通過するｔによって同
期的に元パルスが形成されるので、モード同期用ＫＭ）
ＪＩ＋電圧と元パルスとが極めて安定に同期し、ジッタ
を生ずるおそれがない。また、従来のように偏光子や検
光子を必要としないので、光学素子の挿入によって生ず
る損失も極めて少ない。なｚ１電気元学元変調器を用い
たモードロッカは、音響元学元変調器を用いたそ−ドロ
ツカに比して安定に動作する。 Ｃ９磁界センナ、特に、バイアス安定化光強度変調器を
用いた磁界センサ 前掲Ａ項に述べた光学バイアス安定化光強度変調器の構
成においては、位相変調成分を除けば、相反的な光学位
相推移は光導波ループをいずれの向きに光波が伝搬して
も同一となるので、相反光学索子によって光変調に光学
直流バイアスを与えることができない。したがって、良
好な直線性をもって変調信号の周期に等しい周期の光強
度変調を光波に施すことが可能な１／２のバイアスを光
学的に与えるにはファラデイ回転子などの非相反光学素
子を用いて光学バイアスを与えるようにする必要がある
。このようにファラデイ回転子を非相反光学素子として
用いて光学バイアスを与えることにより磁界センサとし
て使用し得るようにした不発明によるループ型バイアス
安定化電気元学光度脚器の構成例を第８図に示す。図示
の構成は、第１図示の基本構成に２ける光導波ループ中
に、偏波面を４５°回転させるファラデイ回転子］８を
、電池１９によりバイアス磁界を印加するとともに、前
後に１４波長板１７ａ　ｇよび１７ｋ）を設けて非相反
位相パイアスクフタとして作用する光学バイアス素子の
形態に構成したうえで介挿したものである。なお、上述
したように電池】９により、鳴動する軸方向磁界発生部
２０は、ファラディ回転子〕８に所要の角度の偏彼面回
転をおこさせるだめの磁界を供給するものであり、ファ
ラディ回転角を上述した４５°から変更すれば、光変調
に付加する光学バイアスを変更することができる。 第８図に示したように、光学バイアス付加部を構成する
ファラディ回転子１８の前後に１／ｅ、長傷 板１７ａ　、１７ｂを配置すると、図に示す矢印ｙの方
向の直線偏−ｙｔ、面をもって図に示す矢印＋２の方向
をこ進む光波は、まず、′／、波長板］７ａにより、＋
２方向に向いて時計回りの円偏光

【こ変換される。 しかして、ファラデイ回転子］８は、直線ｍ元の光波に
対してはその偏光面を回転させるが、円偏光の光波に対
しては位相シフトを与えることになる。なお、円偏光に
与える位相シフトの量は、円偏光の回転の向きによって
異なるので、円偏光の光波が＋２方向ζこ進むときに受
ける位相シフトの麓をθやとしておく。しかして、位相
シフトを受けだ円偏光の光波は、′／４波長板１７１）
を透過すると、再びｙ方向の直線偏光の光波に変換され
る。 一方、上述したとは逆の方向、すなわち、図に示す矢印
−２の方向に進む直線偏光の光波は、上述した溝数配置
による光学バイアス素子の対称性に基づき、１／、波長
板１７ｂによムー２方向に向いて時計回υの円偏光、す
なわち、＋ｚ方向に向いては反時Ｈ１回りの円偏光に変
換され、ついで、ファラデイ回転子１８により、上述し
た蚕θやとは異なる鑵θ１／２の位相シフトを受け、さ
らに、’／４波長板１７ａを透過すると、再びｙ方向の
直線ＩＪｉｉ１元の光波に変換される。 いま、 θｅｖ＝（θや＋θ−）／２　　　　　　　　　（１７
）θ。ｄ＝（θや−θ−）／２　　　　　　　　（１８
）と８くと、 θや＝θ。７＋θ。ｄ　　　　　　　（１９）θ−＝θ
。７−θ。、１　　　　　　　　　（２０）となり、θ
ｅｖはファラディ回転子１８による対称の相反位相シフ
トを表わし、θ。ｄはファラディ回転子１８による非対
称の非相反位相シフトを表わすことになる。なお、非相
反位相シフトθ。ｄは、直線偏光の光波ｌこ対する７ア
ラデイ回転子１８による偏波面の回転角、すなわち、フ
ァラディ回転角に等しい。 結局、不発明によるループ型光変調器に３いては、上述
のようにして光学バイアス付与部により光波に与えられ
る位相バイアスの量が光波の進行方向によって異なり、
上述したように、それぞれθ＋およびθ−となる。した
がって、ループ型光変調器全体としての入射光ビーム６
に対する反射出力光ビーム７の比よりなる複素反射係数
は、前述した（６）式に替わってつぎの（６′）式によ
り表わされる。 泗）・ｅＸｐ（−コ（ωｌ／。十ｇｉア＋ｙＩｔ＋θｅ
ｖ）　　ｊ　（ｅｘｐ（ｊΔθ（ｔ／−ヤ。）＋コθ。 、４）＋ｅｘｐ（ｊΔθ（ｔ、’＋ｄ／）−ｊθ。ｄ）
）（６′） また、（７）式の条件のもとにおいては、入射光ビーム
６に対する反射出刃光ビーム７の比よシなる複素反射係
数Ｓよび光パワー反射係数は、それぞれ、前述した（８
）式および（９）式に替って、つぎの（８′）式３よび
（９′）弐をこより表わされる。 ２Ｊ）・ｅＸｐ（３（”Ｚ／ｃ＋　％　＋　ｌ（十〇。 ７）トｃｏｓ（Δθ（ｔ′−ｄｌｏ）十〇。ｄ）　　　
　　　　　　　　　（８’）４ＲＴ　ｃｏＳ２（Δθ（
ｔ’−ｄｌｏ）十〇。ｄ）　　　　　（９’）したがっ
て、不発明によるループ型光変調器に２いては、前述し
た構成により零でない光学バイアスθ。ｄを光波に与え
ることができる。しかも、温度ドリフト等に基づ（不安
定な位相のドリフトは、光導波ルーグ内に３ける光波の
進行方向の如何に拘わりなく対称に相反的に生ずるので
、第１図に示した基本構成におけると同様に、変調動作
には何ら影響を及ぼさず、したがって、本発明によれば
、極めて安定な光変調器を実現することができる。 なお、１ｔｆ！Ｇ光学光変調器４による光波の位相変調
分Δθ（１）が微小量であるとすると、光パワー反射係
数は前述した（９つ式に基づいてつぎのように近似する
ことができる。 ４ＲＴｃｏｓ”（Δθ（ｔ’　−ｄ１０’）＋θ。ｄ）
：４ＲＴｃｏｓ”（θΔ＋θｏｄ） ；２ＲＴ（ｔ＋ｃｏｓ（２θｏｄ）−Δθ−５ｉｎ（２
θｏｄ）　）したがって、θ。ｄ＝±π／４のときに変
調感度が最大となり、光パワー反射係数はつぎの（２１
）式のように表わされる。 ２ＲＴ（１±２０（ｔ’−ｄｌｏ））　　（ｌΔθＩ＜
１）　　（２ｘ）しかして、第８図示の構成によるバイ
アス付加安定化電気光学光度ａｍ器を磁界センサとして
使用する場合には、第９図に示すように、第８図示のバ
イアス付加安定化′ｌｉ！気光学光変調器の構成例にお
けるファラデイ回転子１８を駆動する磁石１９などの磁
界発生手段を特に設けてはいない点が光変調器として使
用する場合と格段に相違している。 第９図示の構成による磁界センサを用いて磁界測定を行
なう際には、ファラデイ回転子１８を被測足磁界内に配
置して、その被測定磁界がファラデイ回転子１８に印加
されると、ファラデイ回転子１８が作動して通過中の光
波の偏波面が回転する。その（＃ｉ！ｔＢ１．面の回転
角は印加された被測定磁界の強さに比例する。また、バ
イアス安定化光強度変調器につき（９′）式を参照して
前述したように、ファラデイ回転子１８による偏波面の
回転角に比例して光変調における光学バイアスが変化す
るので、光強度変調波形から光学バイアスの量を求め、
その光学バイアス磁から印加磁界の強さを算出すること
ができる。 上述した第９図示の構成による磁界センサに関連した不
発明による２偏波型安定化磁界センサの構成例を第１０
図に示す。図示の構成においては、第９図示の磁界セン
サに類似の構成による光導波ループを用いた磁界センサ
の出力偏元党波を偏波面により分離して安定確実に検出
し、被測定磁界の強さを正確に解析し得るようにしであ
る。すなわち、光導波ループ中に位置する構成要素のう
ち、２４は例えば偏波分離プリズムなどの偏波分離素子
であって、入射光波をその偏波面の相違によって分離す
る。また、２．８は反射鏡であり、］８界検出部をなし
ている。ざらに、２５は相反型１扁波面回転素子であっ
て、偏波面を４５′回転させるのが最適である。 一方、偏波分離素子２４に対する入出力光波を導入・導
出する偏波保存光ファイバ２６は、磁界センサとして不
可欠の構成要素ではないが、上述したように被測定磁界
に感応してｔｌｉｊｌｖＩｆｉを自転させる入出力偏光
光波の偏波面を保持して伝送し、回転角測定を高精度化
・安定化するに有用であり特に、遠隔計測の場合に極め
て有用である。７．ｉ′お、偏波保存光ファイバは、元
ファイバを非軸対称に構成して単一偏波のみを伝搬させ
、あるいは、元ファイバに撚りを与え、ガラスの旋光性
を利用して単一円偏波のみを伝搬させるものであり、所
望の偏波光のみを選択的に伝搬させる。また１２７は入
出力光及分離用のビームスプリッタであり、２８はビー
ムスプリッタ２７により分離した光導波ループからの光
波を偏波面に応じて互い−こ分離する偏波分離″／を素
子である０さらに、２２．２８は光検出器であって、尋
れぞれ偏波面の異なる光波の振幅を検出し、それらの検
出出力信号を信号解析器２９に導いて解析を行ない、フ
ァラデイ回転子１８により検知した被測定磁界の強さを
算出する。 上述した第１０図示の構成による磁界センサに２いて、
いま、偏波保存光ファイバ２６を介して互いに直交する
直線偏光の２光波Ａ、Ｂが偏波分離素子２４ｉこ入射す
ると、それらの２光波Ａ、Ｂは互いに分離されて光導波
ループを互いに逆回りに進行する。かかる２光波の進行
中に、光波Ａカ私その進行方向に向って時計回りの向き
に、相反偏波面回転索子２５によりθ、ラジアンだけ偏
波面の回転を受けるとともに非相反のファラデイ回転子
１８によりθ。ラジアンだけ偏波面の回転を受け、合計
（θ十〇。）ラジアンの偏波面回転を生じ・ たとすると、光波Ｂは、その進行方向に向って同じく時
計回りの向きに、相反偏波面回転素子２５番こよジθ、
ラジアンだけ偏波面の回転を受けるとともに非相反のフ
ァラディ回転子１８により一〇。ラジアンだけ偏波面の
回転を受け、合計（θ、−〇。）ラジアンの偏波面回転
を生ずることになる。しかも、光波Ｂは、光波Ａとは逆
向きに進行しているのであるから、光波Ａの進行方向に
向っては時計回りの向きに（θ。−〇、）ラジアンだけ
の偏波面回転を生じていることになる。 上述のような偏波面回転を生じた光波Ａが再度偏波分離
素子２４に入射した際に、その偏波分離素子２４を通過
し得るのは光波Ａ＋７）偏波面と直交する偏波成分であ
り、その振幅は入射光波Ａのｓｉｎ　（θ。十〇、）で
あり、同様にして、光波Ｂが再度偏波分離素子２４に入
射しだ際に、その篩波分離素子２４を通過し得るのは入
射光波Ｂの部幅のｓｉｎ　（θ０−θ、）倍である。偏
波分離素子２４を通過したこれらの光波は偏波保存光フ
ァイバ２６を介して送出源側に戻るのであるが、入射時
とは異なる偏波面をもって戻るので、光波Ａ、Ｂともに
往路と復路とで全く同一の光路を径由することになジ、
元ファイバの異なる２偏波に対する伝送損失、位相定数
等の伝送特性の差異は往路と復路とでそれぞれ相殺され
ることになる。 しかして、（ｊｉｌｌ波保存元ファイバ２６を径由して
戻って米た２光波Ａ、Ｂｉビームスプリッタ２７により
分岐して偏波分離素子２８に導き、互いに異なる偏波面
を有する２−ｙｔｆＮＡ、Ｂを互いに分離して光検出器
２２，２３にそれぞれ導いて、それぞれの光強度を検出
すると、それらの光検出強度・はそれぞれつぎの（２２
）式および（２３）式によって表わされる。 Ａ２５ｉｎ”　（θ。＋θ、）　　　　　　　　（２２
）Ｂ”　５ｉｎ２（θ。−θ、）　　　　　　　　（２
８）しかして、入射時における光波Ａとｉ波Ｂとの強度
を互いに等しくしておくか、あるいは、光検出器２２と
２３との感度調整により、ファラデイ回転子１８に対す
る磁界無印加時に８ける双方の検出出力信号レベルを互
いに等しくして８けは、Ａ−Ｂ　　となし得るので、雨
検出出力の差Δはつぎの（２４）式のように表わされる
。 Δ＝　Ａ”５ｉｎ２（θ。＋θ、）−Ｂ２Ｓｉｎ２（θ
。−４，）＝　Ａ２（−ｃｏｓ（２（θ０＋θ、）　ｊ
＋ｃｏｓ（ｚ（θｏ　’ｅ）））／２＝　Ａ２５ｉｎ　
２θ　・８ｉｎ２θｏｄ（２４）ｅ■ この（２４）式から非相反のファラデイ回転子】８ｔこ
よる偏波面回転角θ　かつぎの（２５）式のように・ 求められる０ θ　＝　−５ｌｎ−”　（Δ／（Ａ２ｓｉｎ２θ　））
・　２ｏ（２Ｆｌ　） この（２５）式によれは、ファラデイ回転子１８に印加
される被測定磁界か弱（て偏波面回転角θが・ 小さい場合にも容易確実に検出し得るようにするために
は、（２５）式の右辺におけるＡ　Ｓｉｎ　２θ。が大
きいことが望ましく、シたがって、相反位相回転素子２
５による偏波面回転角θ。を４６°すなわちシェラジア
ンとするのがＲ適である。なお−光検出器２２と２８と
の雨検出出力の和ＳＵＭはつぎの（Ｂ６ン式となる。 ＳＵＭ−Ａ　　（１−Ｃ０８２θ。ｄ−ＣｏＳθｅｖ）
　　　　（２ｆｌ）この（２６）式による雨検出出力の
和ＳＵＭと（２４）式による差Δとの比ｒはつぎの（２
７）式のように表わされる。 ことができる。また、この場合には、入力光波の強度や
光ファイバあるいは光導波ループ部における伝送損失な
どの変動により上述の相ＳＵＭおよび差Δがそれぞれ変
動しても、雨検出出力の和ＳＵＭと差Δとの比ｒは一定
であり、極めて安定にファラディ回転角θを測・ 定することができる。 一方、７アラデイ回転角θ、はファラディ回転のである
から、上述のよつにしてファラデイ回転角θ、を求める
ことによって印加磁界の強さを算出することができる。 なお、相反型偏波面回転素子２５にけ、ガラス等の胸元
性媒質を用いる他、従来周知の半波長叛を適切な角度に
回転させ、相反位相回転素子２５として用いることもで
きる。 （発明の効果） 以上の説明から明らかなように、不発明によれば、従来
に比して極めて簡単な構成によりほぼ完全な温度補償が
自動的に行なわれ、大きい元パワーも扱い得る低損失、
高性能の光強度変調器を、偏光子や検光子は用いず、電
気光学係数の大きい電気光学係数を用いて効率よく笑境
することができる。 また、かかる光変調器を温度安定性の艮好な変調バイア
スを施し得て安定した同期が得られるモードロッカに適
用して安定なモード同期レーザ装置を実現することかで
・きる〇 さらに、非相反偏波面回転素子を組合わせて温度補償が
施こされた高精度の磁界センサを実現することもできる
、という格別の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ループ型尤度調器の基本的構成の例を示
す構成配置図、 第２図乃至第５図は同じくその光変調器の他の構成例を
それぞれ示す構成配置図、 第６図は同じくその光変調器の動作の能様の例を示す信
号波形図、 第７図は同じくその光変調器をモードロッカをこ適用し
たモード同期レーザ装置の概略構成の例を示す構成配置
図、 第８図は同じくその光変調器のさらに他の構成例を示す
構成配置図、 第９図は同じくその光変調器を適用した磁界センサの構
成例を示す構成配置図、 第１０図は同じくその光変調器を適用した磁界センサの
他の構成例を示す構成配置図、第１１図は従来の電気光
学光変調器の構成例を示す構成配置図、 第１２図乃至第１７図は同じ〈従来の電気光学光変調器
の他の構成例をそれぞれ示すセ４成配置図、第１８図は
モード同期レーザ装置の基本的構成を示す構成配置図、 第１９図は従来の磁界センサの基本的構成を示す構成配
置図である。 ］　、　２１　、２７　、８１・・・ビームスプリッタ
２　、２ａ　、　２１）　、　３　、３ａ　、　３１）
　、　１０　・・・反射鏡４．８２・・・電気光学結晶 ４ａ　、　４ｂ　、　３８ａ　、　ａ８ｂ　、　３８ｃ
　−−−”ｔＪｆ、ｌｉ、。 ５　、５ａ　、　５ｂ・・・変調器駆動用電源６．９・
・・入力元 ７．８・・・出力光 １１ａ　、　１１ｂ・・・元ファイバ（光導波路〕】２
・・・分岐合波部 １３・・・結合器 １４　、１４ａ　、　１４１）　、、、　レーザミラー
１５・・・レーザ媒質（レーザ管） １６・・・モードロッカ １７ａ　、　１７ｋ）−・・１／　Ｕ長板】８・・・フ
ァラデイ回転子 第２図 第４図 第６図 第７図 第１Ｉ図 第１２図 第１３図 第１５図 第１６図 第１７図 第１８図 第１９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入射した単一光波を２分岐するとともに入射した２
   光波を単一光波に合波する光分岐合波手段と、当該光分
   岐合波手段により２分岐した光波を両端にそれぞれ入射
   させるとともにそれぞれ他端から当該光分岐合波手段に
   入射させる光導波ループと、当該光導波ループ中に位置
   して当該光導波ループに入射した光波に位相変調を施す
   光位相変調手段とを備え、前記光分岐合波手段により２
   分岐して前記光導波ループの両端にそれぞれ入射した光
   波の前記光位相変調手段を通過するタイミングが当該光
   位相変調手段の変調周期のほぼ１／２の奇数倍だけ互い
   に異なる前記光導波ループ中の位置に前記光位相変調手
   段を配置したことを特徴とするループ型光変調器。 ２、特許請求の範囲第１項記載の光変調器において、前
   記光位相変調器を電気光学結晶により構成したことを特
   徴とするループ型光変調器。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項記載の光変調器
   において、前記光導波ループを複数個の反射鏡により構
   成したことを特徴とするループ型光変調器。 ４、特許請求の範囲第１項または第２項記載の光変調器
   において、前記光導波ループの少なくとも一部を光ファ
   イバにより構成したことを特徴とするループ型光変調器
   。 ５、特許請求の範囲第１項または第２項記載の光変調器
   において、前記光導波ループを光ＩＣ導波路により構成
   したことを特徴とするループ型光変調器。 ６、特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに記載
   の光変調器において、前記光導波ループに非相反光学位
   相バイアス手段を介挿したことを特徴とするループ型光
   変調器。 ７、特許請求の範囲第６項記載の光変調器において、前
   記非相反光学位相バイアス手段を２個の１／４波長板お
   よびファラデイ回転子により構成したことを特徴とする
   ループ型光変調器。 ８、特許請求の範囲第７項記載の光変調器において、前
   記光分岐合波手段により合波した光波の被変調波形の変
   化に基づいて非相反位相バイアス量に対応する前記ファ
   ラデイ回転子の印加磁界を計測することにより磁界セン
   サとして作用することを特徴とするループ型光変調器。 ９、特許請求の範囲第４項記載の光変調器において、当
   該光変調器の回転運動に伴い前記光ファイバが光波に与
   える当該光波の進行方向によつて異なる非相反光学位相
   バイアスの量を前記光分岐合波手段によつて合波した光
   波の被変調波形の変化に基づいて計測することにより、
   前記回転運動の速度を測定するジャイロとして作用する
   ことを特徴とするループ型光変調器。 １０、入射した単一光波を２分岐するとともに入射した
   ２光波を単一光波に合波する光分岐合波手段と、当該光
   分岐合波手段により２分岐した光波を両端にそれぞれ入
   射させるとともにそれぞれ他端から当該光分岐合波手段
   に入射させる光導波ループと、当該光導波ループ中に位
   置して当該光導波ループに入射した光波に位相変調を施
   す光位相変調手段とを備え、前記光分岐合波手段により
   ２分岐して前記光導波ループの両端にそれぞれ入射した
   光波の前記光位相変調手段を通過するタイミングが当該
   光位相変調手段の変調周期のほぼ１／２の奇数倍だけ互
   いに異なる前記光導波ループ中の位置に前記光位相変調
   手段を配置したループ型光変調器をモードロッカとして
   用いたことを特徴とするモード同期レーザ装置。 １１、互いに直交した直線偏光の２光波を分離するとと
   もに合成する偏波分離合成手段と、当該偏波分離合成手
   段により分離した直線偏光の２光波を両端にそれぞれ入
   射させるとともにそれぞれ他端から当該偏波分離合成手
   段に入射させる光導波ループと、当該光導波ループの両
   端からそれぞれ入射した互いに直交する直線偏光の２光
   波の偏光面をそれぞれ異なる角度で回転させるファラデ
   イ回転子および相反回転子とを備え、前記光導波ループ
   の両端からそれぞれ前記偏波分離合成手段に入射して合
   成した偏光波に含まれる２直線偏光成分の光強度を互い
   に比較して算出した前記ファラデイ回転子による偏光面
   回転角に基づいて前記ファラデイ回転子に印加した磁界
   の強さを測定し得るようにしたことを特徴とする磁界セ
   ンサ。 １２、特許請求の範囲第１１項記載の磁界センサにおい
   て、前記互いに直交した直線偏光の２光波を偏波保存フ
   ァイバを介して前記偏波分離合成手段に導入するととも
   に、前記合成した偏光波に含まれる２直線偏光成分を当
   該偏波保存光ファイバを介して導出することを特徴とす
   る磁界センサ。