JPS63194236A

JPS63194236A - 光偏向装置

Info

Publication number: JPS63194236A
Application number: JP2639387A
Authority: JP
Inventors: Yukihisa Setoriyama; 世取山　幸寿
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1987-02-09
Filing date: 1987-02-09
Publication date: 1988-08-11

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）本発明は音響光学効果を利用した光偏向装置の改良に関
する。

（従来の技術）この種の光偏向装置は、高周波を発振する駆動回路から
光偏向素子に取付けられたトランスジューサの電極に高
周波電圧を与えることにより、所定の入射角度の直進光
をブラッグ回折によって前記光偏向素子内部における音
波による回折効果により前記直進光の入射角度に対し２
倍の角度で偏向させた回折光を取出すものである。

この種の光偏向装置の回折効率η、立上がり時間Ｔｒは
、Ｔ　ｒ　＝　　（０，５５Ａ　＋　０．８）Ｗｏ　／　
Ｖ　　　　　−（２）で表わすことができる。但し、Ａ
〉１であり、かつ、Ａ−（２／π）・　（λＬ／ＷＯＡ）　　　・・・（３
）の関係にある。上式においてλは光の波長、　　Ｐｓ
は駆動回路の出力電力、Ｌは光方向の長さに伸びるトラ
ンスジューサ２の電極長（ｆｊｉ５図（ｂ）。

（ｃ）ではＬ−１，＋１２　）、Ｈはトランスジューサ
２の電極幅、Ｗｏは光ビームの半径１Ｍ２゜■およびＡ
はそれぞれ光偏向素子１の性能指数。

光偏向素子内部での超音波の音速および波長であってこ
れらは材質によって定まり、−例として下表に示す通り
である。

従って、光偏向素子１で使用する材質を決めた場合、（
１）式において性能指数Ｍ２が定まっているので、１０
０％の回折効率ηを得るために必要な駆動超音波電力Ｐ
ｓの大きさは電極長しと電極幅Ｈで決定される。即ち、
駆動超音波電力Ｐｓは電極長しが大きく、電極幅Ｈが小
さくなる程小さくてすむことになる。

従来、かかる光偏向装置は、第５図に示すように光偏向
素子１の同一平面上に１枚のトランスジューサ２および
１個の電極３を取付けたもの（同図ａ）、同じく光偏向
索子１の同一平面上に１枚のトランスジューサ２を配置
し、かつ、このトランスジューサ２に分割して２個の電
極３を取付けたもの（同図ｂ）、あるいは光偏向索子１
の同一平面上に分割してトランスジューサ２を配置し、
かつ、これらのトランスジューサ２に個別に電極３を取
付けたもの（同図Ｃ）等がある。このように複数枚のト
ランスジューサ２を使用したり、あるいは複数個の電極
３を使用したりする理由は、駆動回路との整合を取り易
くすることおよび薄膜（例えば数１０μｍ）のトランス
ジューサ２の製作を容易にすること等が挙げられる。

（発明が解決しようとする問題点）従って、光偏向素子１の材質を決めた場合、（１）式に
おいて性能指数Ｍ２が定まっているので、１００％の回
折効率ηを得るために必要な駆動超音波電力Ｐｓの大き
さは電極長しと電極幅Ｈとで決定される。即ち、駆動超
音波電力Ｐｓは電極長しが大きく、電極幅Ｈが小さくな
る程小さくてすむことになる。

■　しかし、電極長りを大きくすると、駆動超音波電力
Ｐｓを小さくできるが、上記（２）式から明らかなよう
に立上がり時間Ｔｒが遅くなる。

このことは立ち上がり時間Ｔｒの速い光偏向器を得る場
合には電極長りを大きくできない。

逆に、電極長りを短くすれば、立ち上がり時間Ｔ「は速
くなるが、今度はブラッグ回折からラマンナス回折に近
くなり、実質的に回折効率が低下してしまう。

そこで、回折効率との関係からは電極長しの下限を知り
、その限界ぎりぎりに設定することか考えられる。因み
に、電極長しの下限は、一般的には（Ｌλ／２Ａ２　）　　＞＞１　　　　　　　　・・・
（４）から得られることが知られている。そこで、この
（４）式を変形すると、（Ｌλ／２Ａ２　）がある定数
Ｃであるとすると、とナル。ココテ、Ｃ’−２／２Ｖ２．Ｂ−Ｌｆ２と表わ
すことができる。また、（３）式を上式のＢを用いて表
わすと、となる。上式においてＣ−２λ／πＷｏ■である。

従って、（２）式からＡが小さいほど立ち上がり時間Ｔ
ｒは速くなる。つまり、周波数が高いほど立ち上がり時
間Ｔｒが速いことになる。しかし、トランスジューサの
厚みが薄くなり、製造が難しい。この厚みは、（周波数
定数）−（トランスジユーザの厚み）×（超音波周波数
）の式から求められる。さらに、薄いほど接着が困難で
ある。

■　一方、電極幅Ｈを小さくすれば、上記（１）式から
駆動超音波電力Ｐｓを小さくできるが、光偏向素子中を
透過する光ビーム半径Ｗ。よりも小さくすることは回折
効率ηを低下させるので実際的ではない。

従って、以上の観点から立ち上がり時間Ｔ「を速くする
場合、（４）式に基づいて電極長りを限界ぎりぎり小さ
くし、かつ、電極幅Ｈを小さくすることにより、駆動超
音波電力を押えつつ回折効率をそれ程低下させずに実現
することが望ましい。

しかし、かかる条件を満足させた光偏向器を実現するこ
とは難しい。何となれば、実際上、構成部品の加工精度
等の問題や光軸の調整誤差等が生じてくるので、電極幅
Ｈは光ビーム径の２倍とするのが一般的と考えられてい
る。゛また、上記（２）式について超音波の波長へをパ
ラメータとして計算してみると、第６図に示すように超
音波の波長へが大きいほど、すなわち、駆動超音波の周
波数が低いほど立ち上がり時間が速くなることが理解で
きる。但し、第６図は、材質：Ａｓ２Ｓｅ３゜λ：　１
．　３μｍ、　ＷＯ：　０．　１ｍｍ、　　Ｌ　：　１
０ｔｎｍ。

Ｈ＝　１　ａｍの場合の特性図である。

しかし、回折角θは、２ΔＳＩＮθ−λ　　　　　　・・・・・・（５）式か
ら求められるので、光の波長λを一定とすれば超音波の
波長へが大きくなるほど小さくなる。

このことは回折光と直進光とを確実に分離するためには
非常に長い距離が必要となる。光ビームは、レーザ光の
コヒレンシー、光の回折等によって完全な平行光ではな
く多少の広がりを持っている。

その為、光ビームを空間中で長く飛ばすと光ビーム径が
大きくなり、光ファイバとの間の結合効率が低下し実質
的な回折効率が低下することになる。

従って、光ビームを空間中セ長く飛ばすことは困難であ
る。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、光信号のオ
ン・オフの立ち上がり時間を速くできる光偏向装置を提
供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段および作用）本発明によ
る光偏向装置は、前記光偏向素子のトランスジューサ取
付は面として第１の光偏向素子の基準面部を基準にして
第２の光偏向素子または前記第１の光偏向素子の一部を
前記所定角度の２（ｎ−１）倍（ｎは基準面部を含むト
ランスジューサを取付ける面の個数で２以上の整数）ず
つの傾斜角度をもった傾斜面部に設定し、これらの基準
面部および傾斜面部にそれぞれトランスジューサ１８．
１９（電極１６．１７を含む）を取付け、前記光偏向素
子内に入射する直進光を各トランスジューサで順次偏向
していくことにより、全体としての回折動作によって大
きな回折角を得るようにし、かつ、前記（２）式および
（３）式から導かれる立ち上がり時間を速くするもので
ある。さらにまた、本発明による光偏向装置は、第１の
光偏向器を基準にして第２の光偏向器２（ｎ−１）倍（
ｎは基準面部を含むトランスジューサをとりつける面の
個数で２以上の整数）ずつの傾斜角度をもった傾斜面部
に配置し、前記光偏向素子内に入射する直進光を各光偏
向器で順次偏向していくことにより、全体としての回折
動作によって大きな回折角を得るようにするものである
。

（実施例）以下、本発明の第１の実施例について第１図および第２
図を参照して説明する。第１図は２つの光偏向器の設定
状態を示す図、第２図は２つの光偏向器の取付は状態図
である。第１図において１１Ａ、１１Ｂは入射直進光を
所望の回折角度に偏向して出力する第１および第２の光
偏向器の光偏向素子である。これらの光偏向素子１１Ａ
。

１１Ｂのトランスジューサ取付は面にはそれぞれトラン
スジューサ１８．１９が個別に取付けられるが、特に第
１の光偏向器の光偏向素子１１Ａのトランスジューサ取
付は面を基準面とすると、第２の光偏向器の光偏向素子
１１Ｂのトランスジューサ取付は面は前記基準面を基準
として所定の傾斜角度例えば２θ（θは直進光入射角度
）となる様に設定される。

このような構成にすれば、入射直進光は第１の光偏向素
子１１Ａでθだけ偏向され、この偏向光が第２の光偏向
素子１１Ｂに入射直進光として入ってここで更にθだけ
偏向されるので、前記駆動超音波の波長を長くして角度
θを小さくしても全体として回折角は大きくできる。な
お、２つの光偏向素子１１Ａ、ＩＩＢを用いたが、３つ
以上用い、同様な要領で傾斜させてもよい。第２図は２
つの光偏向器３１．３２の取付は状態図であって、基板
３１に接希材３２等を用いて２つの光偏向器３１．３２
が固定されている。

次に、本発明の第２の実施例について第３図および第４
図を参照して説明する。第３図は光偏向器の概略構成図
、第２図はトランスジューサおよびその電極の取付は状
態を示す図である。これらの図において１１は入射直進
光を所望の回折角度に偏向して出力する光偏向素子であ
って、この光偏向素子１１には３つのボートが設けられ
ている。

その１つのポート側には光信号送出系つまり光源（図示
せず）、光ファイバ１２およびレンズ１３等が配置され
、この光源からの光信号が光ファイバ１２およびレンズ
１３の順序で通って前記光偏向素子１１に入射される。

なお、光ファイバ１２を用いずに光源からの光信号を直
接レンズ１３を通して光偏向索子１１に入射してもよい
。

この光偏向索子１１のトランスジューサ取付は面は、例
えばレンズ１３からの直進光の入射端側に近い側に光偏
向索子１１内の回折格子にほぼ平行な基準面部１．、１
　ａが形成され、さらに回折光の出射側に近い側に前記
２！準面部１１ａに連結しかつこの基準面部１１ａに対
し所定の傾斜角度θの傾斜を有する傾斜面部１１ｂが形
成されている。

この傾斜角度θは上記（５）式を満たす角度に形成され
る。２つの場合には２θとなる。即ち、使用する光の波
長λと駆動超音波波長へが定まれば、（５）式からθを
求めることができる。そして、以上のように形成された
各基準面部１１ａおよび傾斜面部１１ｂにはそれぞれ個
別に電極１６゜１７を持ったトランスジューサ１８．１
９が取付。

けられている。これらの電極１６．１７には駆動回路２
０から高周波信号が与えられ、これによってトランスジ
ューサ１８．１９から超音波が発生されて光偏向素子１
１に印加される様になっている。

前記光偏向索子１１にあっては、トランスデユーサ１８
．１９による超音波の非印加時、光信号送出系からの光
束は光偏向索子１１の内部を直進して別のポートより出
射される。このボートから出射された光束の直進方向に
はレンズ２１および光ファイバ２２の順序で配置されて
いる。従って、当該ポートから出射された光束はレンズ
２１を通って光ファイバ２２を通って受光器（図示せず
）により受光される。

一方、光偏向索子１１への超音波印加時、入射直進光は
超音波の印加によって偏向されて別のポートから出射さ
れる。このポート側にはレンズ２３および光ファイバ２
４が配置され、光偏向索子１１内で偏向された回折光が
レンズ２３．光ファイバ２４を通って受光器（図示せず
）で受光される。なお、光パルス試験器等のように被測
定光ファイバからの戻り光の特性を得ようする場合、レ
ンズ２１．光ファイバ等を光信号送出系とし、レンズ１
３および光フアイバ１２等を被測定系とし、かつ、該被
測定光ファイバ側からの反射による戻り光が機器内部光
ファイバ１２およびレンズ１３を通って光偏向素子１１
に入射されるものとする。

従って、以上のように光偏向器では、光信号送出系から
の入射直進光または被測定光ファイバからの反射による
戻り光は光ファイバ１２を通ってレンズで平行光束とさ
れた後、光偏向索子１１に入射される。このとき、駆動
回路２０から各電極１６．１７を介してトランスジュー
サ１８．１９に高周波信号を供給されていると、それぞ
れのトランスジューサ１８．１９から光偏向素子１１内
に超音波が与えられる。その結果、光偏向素子１１に入
射された平行ビームつまり直進光はトランスジューサ１
８によって発生した超音波により角度θだけ偏向され、
引き続き、トランスジューサ１９によって発生した超音
波により更に角度θだけ偏向されるために、光偏向素子
から１１から出射される回折光の回折角は実質的に２０
となる。

このため駆動超音波の波長を長くして角度θを小さくし
ても、全体としての回折角は大きくすることができる。

単純に言えば、第３図および第４図では基準面部１１ａ
と傾斜面部１１ｂの角度がθとなっているので駆動超音
波の波長を２倍としても、回折角は２θになるので、機
器の大きさを変えずに形状のみを変えることにより、光
信号のオン・オフの立ち上がり時間の速い光偏向器を実
現することが可能である。

なお、上記実施例では基準面部１１ａに対して１つの傾
斜面部１１ｂを形成したが、２つ以上の傾斜面部を形成
してもよいことは言うまでもない。

また、１つのトランスジューサに例えば複数の電極を設
けてもよい。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範
囲で種々変形して実施できる。

（発明の効果）以上詳記したように本発明によれば、機器の大きさを変
えずに形状または配置のみを変えることにより、光信号
のオン・オフの立ち上がり時間を速くできる光偏向装置
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明に係わる光偏向装置の第１
の実施例を説明するために示したもので、第１図は２つ
の光偏向器の配置関係を示す図、第２図は２つの光偏向
器の設置状態図、第３図および第４図は本発明の光偏向
装置の第２の実施例を説明するために示したもので、第
３図は光偏向装置の全体構成を示す図、第４図は光偏向
素子へのトランスジューサおよび電極の取付は例を示す
図、第５図は従来機器における光偏向素子へのトランス
ジューサおよび電極の取付は例を示す図、第６図は従来
装置の駆動超音波周波数と立ち上がり時間との関係図で
ある。１１、　１１Ａ、ＩＩＢ、、、光偏向素子、１１　ａ　
−・・基準面部、ｌｌｂ・・・傾斜面部、１６．１７・
・・電極、１８．１９・・・トランスデユーサ、２０・
・・駆動回路、３１・・・第１の光偏向器、３２・・・
第２の光偏向器。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図第２図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光偏向素子（１１）の一側面にトランスジューサ
（１８）を備え、該光偏向素子に入射された光を所定の
回折角度に偏向して出力する第１の光偏向器（３１）と
、該第１の光偏向器のトランスジューサ取付け面に対し
て前記所定角度の２＾（＾ｎ＾−＾１＾）倍（ｎは光偏
向器の数でｎ≧２）だけ順次傾斜したトランスジューサ
取付け面を有して順次配置された第２、第３、・・・・
・・、第ｎの光偏向器（３２）とを備え、入射された光
を前記第１、第２、第３、・・・・・・第ｎの光偏向器
で順次偏向せしめることを特徴とする光偏向装置。
（２）前記第１の光偏向器（３１）の光偏向素子と前記
第２、第３、・・・・・・第ｎの光偏向器の光偏向素子
が単一の素子からなることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の光偏向装置。