JPS63314472A - 光集積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ｊ この発明は表面弾性波と光との相互作用を利用して高周
波電気信号のスペクトルの分析を行なう光集積スペクト
ラムアナライザに関するものである。

［従来の技術］ 第６図は企澤、遅味らによ？）　４ｔｈ　Ｉｎｔ、　Ｃ
ｏｎｆ、ｏｎＩｎｔｅｇｒａｔｅｄ　０ｐｔｉｃｓ　ａ
ｎｄ　０ｐｔｉｃｕｌ　Ｆｉｂｅｒ　Ｃｏｍｍｖｎｉｃ
ａｔｉｏｎ、　Ｔｏｋｙｏ、　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｐ
ｉｇｃａｔ、　ｐｐ２５８２５９，１９８３において報
告された光集積スペクトラムアナライザの構成図である
。図において（１）けＬｉＮｂＯ３などの圧電性基板、
（２）＃：を圧電性基板（１）の表面にＴ１やＮ１など
の金属を蒸着した後熱拡散させて製作した２次元の光導
波路、（３）は光導波路（２）の端面に取付けられた半
導体レーザ、（４）および（５）は光導波路（２）上に
製作された第１および第２のジオデシックレンズ５（６
）および（ηは光導波路（２）上でかつ第１のジオデシ
ックレンズ（４）および第２のジオデシックレンズ（５
）の間に製作されたトランスジューサおよびダンパ、　
（８）　ｔ／′ｉ光導波路（２）の上記半導体レーザ（
３）と対向する端面に収付けられた光検出器アレー、（
９）は半導体レーザ（３）から出射される発散光、（１
０）　ｌｄ乎行光、（１１）　Ｉ／ｉ非回折光、（１２
）は回折光、（１３）は上記トランスジューｆ（６）よ
り励振される表面弾性波である。

次に動作について説明する。半導体レーザ（３）から出
射され光Ｊ＃波路（２）に４波さｔ′Ｌ′ｆｃ発牧光（
９発散第１のジオデシックレンズ（４）　Ｋより平行光
（ｌＯ）に変換され第２のジオデシックレンズ（５）に
入射シてさらに収束光に変換され光検出器アレー（８）
上に集光する。ここでトランスジュー？（６）に高周波
電気信号が印加されるとトランスジュー？（６）により
上記高周波電気信ちの同波故に対応する同期へをもつ表
面弾性波（１３）が光導波路（２）中に励振される。上
記周期へは光導波路（２）中を伝搬する表面弾性Ｍ、（
１３）の速度を７日、上記高周波電気借りの周波数をｆ
ｒとすると第１式で与えられる。

Δ＝　Ｖａ　　　　　　　　　　　　　　　　（１）ｔ
′ｒ 上記表面弾性波（１３）は上記平行光（ｌＯ）を横切っ
た後ダンパ（７）で吸収される。表面弾性波（１３）が
平行光（１０）を横切るとき表面弾性波（１３）　ｔ／
′ｉ同期Δの回折格子として作用し、また平行光（ｌＯ
）と！？、面弾性波（１３）はブラッグ条件を満たずよ
うに交差させているため平行光（ｌＯ）の１部は第２式
で与えられる角度θｌで回折される。

ここで、λは半導体レーザ（３）の出射光の波長、。

ｅｆｆ　ｔｄ光導波路（２）に４波された光に対する天
助屈折率である。すなわち、平行光（１０）は非回折光
（１１）と回折光（１２）に分かれ、それぞれ第２のジ
オデシックレンズ（５）により収束され光検出器アレー
（８）上の点ＡおよびＢに集光する。上記集光点Ａおょ
びＢの距離ｌは第２のジオデシックレンズ（５）の焦点
距離をＴ２とすると第３式で与えられる。

！＝ｆｚ・θ１（３） ここでθｌ／Ｉ′ｉ第２式で示した角度である。第３式
からｌを知ることによりｆｒを求めることができる。

また、光検出器アレー（８）は第７図に示すように大き
さＰの光電素子が１次元に並んだＣＯＤラインセンナで
あるため光検出器アレー上における集光点ＡおよびＢの
位置分解能／／ｉＰで規定される。

第３式で与えられる集光点ＡおよびＢの距離ｌは第７図
において集光点Ａに相当する番１８ｎ１なる光電素子と
集光点］に相当する番ちＮ２なる光電素子間の距離に相
当する。すなわち ｔ　＝　（Ｎ２−ｎｌ）　・Ｐ　　　　　　　　　　（
４）となる。ここでＮ２　＞　ｎｌである。第４式から
ｔ＃ｉＰの整数倍で与えられることになるため検出され
る高周波電気信号の周波数ｆｒの分解能ΔｆｒはＰで規
定され で与えられる口 さらに、光検生器アレー（８）を構成する光電素子間に
は不感光部が設けられ、隣接する光電素子間のアイソレ
ーションをとるようにしている。つまり、１つの光電素
子は第８図に示すように感光ｎ（１４）と不感光部（１
５）のペアから構成される。

〔発明が解決しようとする問題点Ｊ 従来の光集積スペクトラムアナライザは以上のように構
成されており、検出器アレー（８）としてＣＯＤライセ
ンサを用いているなめ高周波電気信号のスペクトルの分
析を行なうのνこ要する時間（以下応答時間と称す）は
ＣＯＤライセンサの蓄積時間で規定され通常故ｍａｅｃ
から数十ｍ５ｅｃとなる０光電変換速度の速い光電素子
として非蓄積型であるｐ１ｎホトダイオード（ｐｉｎＰ
Ｄ）あるｈはアバランシェホトダイオード（ＡＰＤ　）
があるが、これらを光検出器アレー（８）として用いる
に−Ｉｒｉ数百イ数百インー状に配列ぜねばならずこの
場合隣接するホトダイオード間のアイソレーションを大
きくすることが困難で現状ではＣＯＤライセンサを用い
らざるを得ないため上記応答時間の短縮が非常ＶＣ困難
であるという問題点があった。また、光導波路（２）は
厚さが数μｍ程度である之め半導体レーザ（４）および
光検出器アレー（８）と効率よく結合させるにｔ／′ｉ
攻渇の相互の位置合せ精度が必要であり、このような位
置合せｉｔ非常４Ｃ注意築く行なわねばならなりため作
業性が悪く量産に向かないと−う問題点があった。さら
１こ、光導波路（２）において半導体レーザ（４）およ
び光検出器アレー（８）と結合する部分ＩＩ″ｉ精密に
柄磨されている必要がある。すなわち、光導波路（２）
の表面から数μｍの部分が曲ダレなく鋭和に研磨されて
いなければならない。このような研磨は特殊な技術を要
し非常に高師であるだけでなく、研磨部は欠けやすく光
集積スペクトラムアナライザの組立工程において微細な
欠けの発生する一率が高いという問題点があった。さら
に１分解能Δｆｒを向上させるためＩＣは第５式よりＰ
を小さくするかｆ２を大きくするかであるが、Ｐを小さ
くすると隣接する光電素子間のアイソレーションがとれ
なくなり現状では７μｍ程度が限度であるためｆ２を大
きくする方法が用いられる。ところがｆ２を大きくする
ほど大きな圧電性基＆（１）が必要となりこのような圧
電性基板（１）は装置自体を大型にするだけでなく非常
に高価であるという問題点がめった。

この発明は上記のような問題点を解消するためＫなされ
たもので応答時間が短く、半導体レーザ（４）および光
検出器アレー（８）の位置合せトレランスが大きく、エ
ツジ状の端面研磨が不要で、圧電性基板（１）の小さな
光集積スペクトクムアナライザを得ることを目的とする
。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る光集積スペクトラムアナライザは、半導
体レーザ（３）の出射光を圧電性基板（１）の第１の斜
め研磨した端面から入射させ第１のグレーティングカプ
ラにエリ平行な導波光に変換し、表口弾性波（１３）に
よ＋７回折された上記平行な萼反光を第２のグレーティ
ングカプラにより１点に集光する放射光に変換し、この
放射光を圧電性基板（１）の第２の斜め研磨した端面か
ら取り出すとともに、その集光点において光フアイバア
レーの集合端で上記放射光を受光し１分岐端に接続しｔ
非蓄積型の光検出器で検出するようにしたものである。

［作用］ この発明ｖこおける第１０グレーテイングカプラは半導
体レーザ（３）からの出射光を平行な帰波光しこ変換し
％第２のグレーテイングカプラ＃′ｉ平行な４波光を１
点に集光する放射光−ｔｙ換する。さらに、光フアイバ
アレーは集合端において回折光を受光して分岐端に接続
した非蓄積型の光検出器に送り検出する。

〔発明の実施例ｊ 以下、この発明の一実施例を凶について説明する。第１
図、第２図において（１）は圧電性基板、（２）は光導
波路、（３）は半導体レーザ、（６）はトランスジュー
サ、（７）はダンパ、（９）は発散光、（ｌＯ）＃−１
ｔ平行光、　（１１）は非回折光、（１２）は回折光、
　（１３）／−ｉ表面弾性波、　（１６）は第１の斜め
研磨した端面、（１７）　ｒｆｉ第２の斜め研磨した端
面、（１８）は第１のグレーティングカプラ、　（１９
）ｔ−を第２のグレーティングカプラ、　（２０）は光
７アイバアレー、　（２１）は集合端、（２２）は分岐
端、　（２３）は光検出器である。

次に動作について説明する。半導体レーザ（３）から出
射しな発散光（９）は圧電性基板（１）の第１の斜め新
聞した端面（１６）から圧電性基板（Ｌ）中に入力され
る。発散光（９）は光等波路（２）の表面に装荷した第
１のグレーティングカプラ（１８）に到達し、光等波路
（２）に４波された平行光（ｌＯ）に変換される。平行
光（１０）ｊ−ｔ’）ランヌジューサ（６）で励振され
ダンパ（７）で吸収される表面弾性ｉ　（１３）により
１ｓが回折された後、第２のグレーティングカプラ（１
９））こより１点νこ集光する２つの放射光、すなわち
非回折光（１１）および回折光（１２）に変換される。

非回折光（１１）および回折光（１２）は′ｗＪ２の斜
め研磨し九端面（１７）から圧電性基板（１）中より空
気中に取り出されそれぞれ光フアイバアレー（２０）の
集合端（２１）上の点ＡおよびＢ＆Ｃ集光する。点Ａお
よびＢに集光した光￥ｉ集合端（２１）において光フア
イバアレー（２０）を構成する元フアイバに入力し、分
岐端（２２）に送られ分岐ｔ３　（２２）の出力端に接
続された光検出器（２３）で検出される。なお１ｇｋ光
点ＡおよびＢの距離ｌからトランスジューｆ（６）に印
加された高周波電気信号の周波数ｆｒの求める方法は従
来例と同様である。ただし１分解能Δｆｒを与える第５
式？ζおいてｆ２は第２のグレーティングカプラ（１９
）から集光点ＡあるいＩｒ１Ｂに至る距離であり、非回
折光（１１）および回折光（１２）のほとんどが空気中
を伝搬するときｊｆｒ　ｆｄ第６式で与えられる。

Ｐ、マＢ Δｆり□　　　　　　　　　　　（６〕ｆ２・λ ただし、第６式のＰは光フアイバアレー（２０）を構成
する光フアイバ径に相当する。

ところで第１および第２のグレーティングカプラ（１８
）　ｔ　’　（１９）は第３図に模式的に示すように光
等波路（２）の表面トζ誘電体の薄［（２４）を装荷し
たものであり、薄ａ＊　（２４）の周期へＪと曲率を調
整することにより４波光を光導波路（２）から圧電性基
板（１）中に放射させ、さらに放射光を収束させること
ができる。また逆に圧電性基板（１）から発散状想でグ
レーティングカプラに入射する光を平行な４Ｉ波光に変
換することもできる。第１のグレーティングカプラ（１
８）は発散光を導波光に変換するのに用いており、第２
のグレーティングカプラ（１９）　Ｉｆｉ導波光を放射
収束光に変換するのに用いている◎また圧電性基板（１
）の第１および第２の斜め研磨した端叩（１６）　、　
　（１７）　ｔｉ光が端面に対してほぼ垂直に入出力す
るような角度で研磨して入出力の際の光の反射損失を軽
減している。光フアイバアレー（２０）は集合端（２１
）において第５図に示すように複数本の光ファイバを１
列に配列し１分岐端（２２）において上記複数本の光フ
アイバがばらばらに分かれ北ものである。第５図におい
て配列された個々の光フアイバはクラッド（２５）とコ
ア（２６）から成り立っており、コア（２６）が光を受
光する。すなわち、コア（２６）およびクラッド（２５
）は従来例の光電素子における感光部（１４）および不
感光部（１５）に相当する。

なお、上記複数本の光フアイバは第１図の点Ａお上びＢ
を結ぶ直線上に設置してあり非回折光（１１）および回
折光（１２）を受光している。従来例における隣接する
光電素子間のアイソレーション＃ｉこの発明においては
光フアイバアレー（２０）を構成する隣接する光７アイ
μ間のアイソレーションに相当し、光フアイバアレー（
２０）においては４０ｄＢ以上のアイソレーションが得
られる。また、光検出器（２３）は非蓄積型の例えばｐ
ｉｎＰＤやＡＩ’Ｄであり、政ｎ５ｅｃ〜故十ｎ５ｅｃ
の高速応答性をもつためほぼ同等の応答時間で高周波電
気信号のスペクトルの分析を行なうことかでさる。さら
に、従来例のＣＯＤラインセンチでは１つの光電素子に
一定レベル以上の強い光が入射すると発生した電荷があ
ふれ隣接する光電素子に流れ込む現象が生じるため入射
する光の強度を前記一定レベル以Ｔ−に制御しておかね
ばならないが、この発明においてはこのような現象は生
じず強い光が前期光検出器（２３）に入射することに関
する配慮はいらない。さらに、この発明にシいては非回
折光（１１）および回折光（１２）が第２のグレーティ
ングカプラ（１９）から集光点ＡおよびＢに至る距離の
大部分を空気中に出すことができるため第５式と第６式
とを比較するとわかるように、従来例に比べて分解能Δ
ｆｒを４ｆｒ／ｎｅｆｒ　（ｎｅｆｆ＃−１ＬｉＮｂＱ
３の圧電性基板（１）を用いた温合２．２程度）に向上
でさる口 さらに、この発明では半導体レーザ（３）と第１のグレ
ーテイングカプラ（１８）との位置合せトレランスｌ′
ｉ数百μｍあり、従来例が数μ口であるのに比べて非常
に大さくできる。また、第５式と第６式との比較からｆ
２を同一距離とした場合、同一の分解能Δｆｒを得゛る
のにこの発明においては光フアイバアレー　（２０）を
構成する光フアイバ径Ｐは従来例の光電素子の大きさの
ｎ　６　ｉ・ｆ倍大きくてよいなめ第２のグレーティン
グカプラ（１９）と光フアイバアレー（２０）との位置
合せトレランスを従来例における光４波１ｉｉ！　（２
）と光検出器アレー（８）との位置合せトレランス０ｎ
６ｆｆ倍大きくできる。さらに、この発明における圧電
性基板（１）　／ｆｉ而槓面２０囮Ｘ　Ｉ　ＯＭ厚さが
３ｆｆ程度の小さなもので十分であり、第１および第２
の斜め研磨した端面も従来例のエツジ状研磨でなく面の
ｖｆＭであるため材料費、研磨費とも１Ｃ安価となり、
欠は易いエツジ部を必要としないため光集積スペクトラ
ムアナライザの組立工程においても作業性が良い。

なお上記実施例ではグレーティングカプラとして光導波
路（２）表面に薄膜を装荷し定例について説明したが、
光導波路（２）をエツチングすることに：り溝を形成し
てグレーティングカプラを構成してもよい。また上記実
施例では圧電性基板（１）としてＬｉＮｂＯ３を用いた
場合？こついて説明したがその他の圧電性基板でもよい
。さらシこ、上記實施例では光検出器（２３）としてｐ
ｉｎ　ＰＤやＡＰＤを用いた場合について説明したがそ
の池の非蓄積型の光検出器でもよい。さらＶＣ上記実施
例でＶｉ第１のグレーティングカプラ（１８）により発
散光（９）を平行光（ｌＯ）に変換する場合について説
明したが、平行光（１０）は厳密な平行光でなくてもよ
い。

〔発明の効果Ｊ 以上のように、この発明によればグレーティングカプラ
により光を光導波路に入出力するとともに、回折光およ
び非回折光を光フアイバアレーの集合端で受光し１分岐
端において非蓄積型の光検出器で検出するようにしたの
で応答時間を短縮でき、また組立時のトレランスを大き
くできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による光集積スペクトラム
アナライザＯａ成を示す正面図、第２図はその側囲図、
第３図はグレーティングカプラの構成を示す模式図、第
４図は元ファイバアレーの集合端における光ファイバの
配列の様子を示す子団因、第５図はその側叩図、第６図
は従来の光集積スペクトラムアナライザを示す＠戒図、
第７図は光検出器アレーにおける非回折光および回折光
の集光点を示す凶、第８図は光検出器アレーの構成図で
ある。 図中符’８（１）ｒｒｉ圧電性基板、（２）は光導波路
、（３）ハ半コＪ体レーザ、（４）Ｖｉ第１のジオデシ
ックレンズ。 （５）は第２の２オデシツクレンズ、　（６）　ｌ−１
）ランスシューブ、（７）はダンパ、　（８）　＃−ｉ
検出器アレー、（９）は発散光％　（ｉｏ）は平行光、
　（１１）は非回折光、（１２）は回折光、（１３）は
表向弾性波、（１４）は感光部、（１５）は不感光部、
　　（１６）は第１の斜め研磨しな端面、　（１７）は
！２の斜め研磨した端１１０．（１８）Ｉ／ｉ第１のグ
レーティングカプラ、　（１９）は第２のグレーティン
グカプラ、（２０）は光フアイバアレー、（２１）は集
合端、（２２）Ｆｉ分岐端、　（２３）は光検出器であ
る。 なお１図中、同一８−１８は同一、又は相当部を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）２次元の光導波路、発散光を入力する第１の端面
   、前記第１の端面から入射した前記発散光を前記光導波
   路を伝搬するほぼ平行な導波光に変換する手段、前記導
   波光を斜交して一部を回折させ回折光と非回折光に分離
   する表面弾性波を励振するトランスジユーサ、前記導波
   光を斜光して到来する前記表面弾性波を吸収するダンパ
   、前記回折光を収束光に変換する手段、前記収束光を出
   力する第２の端面とを備えた圧電性基板、前記発散光を
   出射する半導体レーザ、前記第２の端面より出射した前
   記収束光を受光して検出する手段とから構成され、前記
   収束光の受光位置から前記トランスジユーサに印加され
   た電気信号の同波数を分析する光集積スペクトラムアナ
   ライザにおいて、前記発散光が前記圧電性基板中から光
   軸が前記光導波路に対して斜めになるように入射するよ
   う前記半導体レーザおよび前記第１の端面を設置したこ
   と、前記発散光をほぼ平行な導波光に変換する手段とし
   て前記光導波路において前記発散光が斜め入射する領域
   に放射モードを導波モードに変換する機能と発散光をほ
   ぼ平行な光束に変換する機能とを合せ持つ第１のグレー
   テイングカプラを備えたこと、前記回折光を収束光に変
   換する手段として前記光導波路において前記回折光が伝
   搬する領域に導波モードを放射モードに変換する機能と
   ほぼ平行な光束を収束光に変換する機能とを合せ持つ第
   ２のグレーテイングカプラを備えたこと、前記収束光を
   受光して検出する手段として複数本の光フアイバを一方
   の端においては１列に配列された集合端をもち、もう一
   方の端においては１本づつ分岐された分岐端をもち 分岐したそれぞれの光フアイバに非蓄積型の光検出器を
   接続した光フアイバアレーを用い前記集合端において前
   記第２の端面から出射した前記収束光を受光して前記分
   岐端に接続した光検出器により検出するようにしたこと
   を特徴とする光集積スペクトラムアナライザ。
2. （２）前記第１の端面および第２の端面としてそれぞれ
   前記発散光および収束光の光軸にほぼ垂直になるように
   前記圧電性基板を前記光導波路の深さ方向に斜めに研磨
   した面を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の光集積スペクトラムアナライザ。