KR890005339B1

KR890005339B1 - 광학 섬유 위상 변조기

Info

Publication number: KR890005339B1
Application number: KR1019850008029A
Authority: KR
Inventors: 비.홀 데이비드
Original assignee: 리튼 시스템즈, 인크.; 해럴드 이.길만
Priority date: 1985-02-27
Filing date: 1985-10-30
Publication date: 1989-12-22
Also published as: AU5261686A; KR860006717A; EP0192887A2; CA1264193A; EP0192887A3; JPS61200525A; IL76602A0; AU561644B2; NO854352L

Abstract

내용 없음.

Description

광학 섬유 위상 변조기

제1도는 표준 광학 섬유 및 수직 압착력을 광학섬유에 인가시키기 위한 한 쌍의 광학섬유 압착기를 포함하는 본 발명의 위상 변조기의 개략도.

제2도는 한쌍의 압전판 사이에 보유된 광학 섬유를 도시한, 제1도의 위상 변조기내에 포함될 수 있는 제1형태의 광학 섬유 압착기의 사시도.

제3도는 정반대의 압착력이 인가되는 표준 광학 섬유의 단면도.

제4도는 블럭의 2개의 수직면에 부착된 압전 변환기를 갖고 있는 지지 구조물내에 보유된 광학 섬유를 도시한, 제1도의 위상 변조기내에 포함될 수 있는 제2형태의 광학 섬유 압착기의 사시도.

제5도는 블럭들 중 한 블럭의 2개의 수직면에 부착된 압전 변환기와 지지 블럭 사이의 음향 임피던스 정합 물질 및 광학 섬유를 도시한, 제4도의 광학 섬유 압착기의 단부 정면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 72,78 : 위상 변조기 12, 80 : 광학 섬유

14, 16 : 광학 섬유 압착기 18, 20, 22, 24 : 판

30 : 코어 32 : 피복물

34, 36 : 스페이서 38, 40, 46, 48, 58, 60, 68, 94 : 전극

54 : 발진기 82, 100 : 지지 구조물

84, 88 : 압전 변환기 102, 104 : 블럭

본 발명은 주로 전자기파(electromagnetic wave)의 위상을 변조시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 입력 신호의 위상 변조 형태(phase modulated version)인 출력 신호를 발생시키기 위해 광학 섬유 시스템내에 사용하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

1MHz 범위 이상의 변조 주파수에서 광학 섬유에 의해 전달된 광선 비임(light beam)의 위상 변조는 광학 섬유 자이로스코프(gyroscope), 헤테로다이닝(heterodyning), 능동(active) 보상기 및 그외의 다른 장치와 같은 응용시에 바람직하다. 광학섬유 시스템내의 위상 변조용으로 사용된 표준 구성부품은 압전 물질(piezoelectric material)로 형성된 중공 실린더(hollow cylinder)이다. 광학 섬유는 압전 물질 양단에 전압을 인가하면 광학 섬유가 팽창되어 신장되도록 실린더 주위에 감겨진다. 광학 섬유가 신장될 때의 광학 섬유의 주행시간(transit time)은 광학 섬유가 정상 길이일때보다 길다. 주행시간이 증가하면, 광학 섬유로부터 출력된 파의 위상이 변한다. 증가된 주행 시간이 광학 섬유에 의해 유도된 광선의 대부분의 위상 변화를 야기시키지만, 광학 섬유를 신장시키면 공지된 탄성-광학 상호 작용(elasto-optic interaction)에 의해 광학 섬유의 굴절률이 변하기 때문에 광학 섬유가 신장되면 출력파의 위상에 영향을 미치게 된다. 탄성-광학 상호작용은 탄성 변형에 응답하여 물질의 굴절률을 변화시키는 것을 특징으로 한다. 광학 섬유의 굴절률이 변하면 광학 섬유를 통하는 광선의 전달 속도를 변화시키게 되므로, 광학 섬유를 따라 전달되는 광학 신호의 위상 및 편광을 변화시키게 된다.

어떤 광학 섬유 장치는 100MHz 이상의 변조 주파수에서 광학 신호들의 순수 위상 변조를 필요로 할 수 있다. 광학 섬유에 사용하기 위한 종래 기술의 위상 변조기는 광학 섬유에 의해 유도된 광선의 편광과 위상을 변화시킨다. 이러한 장치들은 선정된 상태로 편광을 복원시키도록 동시에 편광제어기를 사용해야 한다.

압전 실린더는 100MHz와 같은 필요한 주파수에서 변조될 수 없는데, 그 이유는 변조 신호의 주파수각 약 1MHz 이상인 경우에 실린더가 위상 변조 하는데 필요한 크기 변화에 응답할 수 없기 때문이다.

광학 섬유가 바람직한 변조 주파수에서 전기 신호로 구동되는 한쌍의 압전판들 사이에 배치되는 음향-광학 전(all) 광학 섬유 변조기는 드폴라(Depaula) 등의 음향-광학 전광학 섬유 변조기, SPIE 제425권, 단일 모우드 광학 섬유에 기술되어 있다. 판들은 이 판들이 고주파수힘을 광학섬유에 인가시키도록 구동된다. 압전판을 사용하여 광학 섬유를 압착시키면 변형된 광학 섬유내의 변형(strain)에 관련된 광탄성 효과의 메카니즘(mechanism)을 통해 편광변조와 위상 변조가 일어난다.

고도의 편광 의존성인 동작 특성을 갖는, 광학 섬유 자이로스코프 및 마흐-젠더 간섭계식 감지기(Mach-Zehnder interferometric sensor)와 같은 어떤 응용시에, 동시편광 변조와 위상 변조는 시스템 동작에 유해하다. 편광축이 변조 판들의 평면에 평행으로 배열된 편광유지 광학 섬유를 사용하면, 광학섬유에 의해 유도된 광선이 순수(pure) 위상 변조된다. 그러나, 통상의 표준 광학 섬유를 사용하는 것이 양호한 다수의 응용이 있으므로, 본 분야에서는 이러한 광학 섬유와 함께 사용하기 위한 고 주파수 순수 위상 변조기를 필요로 한다.

본 발명은 신호의 편광의 수반(concomitant)변조를 발생시키지 않고서 표준 광학 섬유를 따라 전달되는 광학 신호내의 순수 위상 변조를 발생시키는 광학 섬유 위상 변조기를 제공한다. 본 발명은 발진기에 의해 동상(in phase)으로 구동되는 한 쌍의 광학 섬유 압착기(squeezer)를 사용한다. 이 광학 섬유 압착기들은 2개의 상호 수직 압착력을 광학섬유에 인가시키도록 배향된다. 이 광학 섬유 압착기들은 양호하게 저 복굴절성 광학섬유인 광학 섬유를 따라 밀접하게 간격을 두고 배치되므로, 이 압착기들 사이의 광학 섬유는 광학 신호내에 상당한 편광변화를 유입시키지 않는다. 통상의 광학 섬유를 압착시키면, 광학 섬유의 원축들은 제 1축이 인가된 압착력의 방향에 수직으로 되고 제2축이 인가된 압축력의 방향에 평행하게 되도록 배향된다. 임의(arbitrary) 편광의 입력 광학 신호는 이 신호가 제1압착기내에 보유된 광학 섬유 부분을 따라 전달될 때 제1위상 변조 및 이에 수반하는 편광 변조에 직면한다. 신호가 제2광학 섬유 압착기내에 보유된 광학섬유 부분을 통해 전달되는 동안, 신호는 제1편광 변조와 반대인 제2편광 변조, 및 부수적인 위상 변조에 직면하게 된다. 그러므로, 제2광학 섬유 압착기의 출력은 제1광학 섬유 압착기의 입력 신호와 동일한 편광을 갖지만 위상이 전이된다.

본 발명은 바람직한 크기의 위상 변조를 제공하기에 적합한 압착력을 발생시키는 광학 섬유 압착기를 사용할 수 있다. 본 발명의 위상 변조기의 한 양호한 실시예는 최소한 1개의 압전판 및 변조 전압을 이 압전 판 양단에 인가시키기에 적합한 전극 및 회로를 각각 포함하는 한 쌍의 압착기를 사용한다. 광학 섬유 물질은 압전 물질과 기질 사이에 보유되므로, 변조 전압을 압전 물질에 인가시키면 고주파수 압착력이 광학 섬유에 인가된다.

광학 섬유 압착기는 적합한 접착제에 의해 광학 섬유가 사이에 접착될 수 있는 한쌍의 대향 압전판을 포함할 수 있다. 이 판들은 서로를 향해 힘을 받을 때, 정반대 힘들이 광학 섬유에 인가되도록 적합한 스페이서(spacer)에 의해 떨어져 지지될 수 있다.판들 사이에 있는 광학 섬유 부분은 광학 섬유가 파열되는 것을 방지하는 것을 돕는 얇은 금속 피막(coating)을 포함할 수 있다. 이 판들은 석영으로 형성될 수 있지만, 납메타니오베이트(lead metaniobate) 또는 압전물질(PZT)과 같은 여러가지의 다른 압전 물질들로 대부분의 응용시에 만족스럽게 작용한다. 광학 섬유 압착기를 형성하기 위해 압전판들을 사용하면, 자이로스코프 및 간섭계식 감지기와 같은 광학 섬유 장치에 응용하기에 적합한 위상 전이를 발생시키기에 적합하게 힘을 광학 섬유에 인가시키게 된다.

본 발명에 사용된 광학 섬유 압착기는 압착력을 광학 섬유에 인가시키기 위해 사용된 얇고 비교적 질량이 낮은 변환기들이 크고 더욱 무거운 실린더가 더 긴 광학 섬유의 길이를 변화시킬 수 있는 주파수보다 높은 주파수에서 짧은 길이의 광학 섬유에 시간에 따라 변하는 압착력을 인가시킬 수 있기 때문에 중공 압전 실린더 위상 변조기로 가능한 주파수보다 더 높은 주파수에서 위상 변조시킨다.

이제부터, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해서 상세하게 기술하겠다.

제1도을 참조하면, 광학섬유 위상 변조기(10)은 광학 섬유(12), 제1 광학 섬유 압착기(14) 및 제2광학 섬유 압착기(16)을 포함한다. 광학 섬유 압착기(14 및 16)은 광학 섬유(12)를 따라 밀접하게 간격을 두고 배치되고, 상호 수직 압착력을 광학 섬유(12)에 안가시키도록 배향된다. X-축이 도면의 면내로 향하고, Y-축 및 Z-축이 도면의 면 상부 및 우측을 향하는 제1도에 도시한 좌표계를 참조하면, 광학섬유 압착기(14)는 X-축을 따라 압착력을 광학 섬유(12)에 인가시키고, 광학섬유 압착기(16)은 Y-축을 따라 압착력을 광학섬유(12)에 인가시킨다. 광학 섬유 (12)의 길이는 Z-축을 따르고, 광선이 화살표(17)로 표시한 바와같이 좌측으로부터 입사한다고 가정하겠다.

제1도 및 제2도를 참조하면, 압착기(14)는 석영 또는 납메타니오베이트와 같은 압전 물질로 양호하게 형성되는 한 쌍의 판(18 및 20)으로 구성된다. 이와 마찬가지로, 압착기(16)은 또한 압전 물질로 형성되는 한 쌍의 판(22 및 24)로 구성된다. 압전판(18 20, 22 및 24)는 본 발명의 구조를 명확하게 도시하기 위해 길이가 폭에 비해 확대되어 도시되어 있다.

제2도를 참조하면, 압착기(14 및 16)의 구조가 제1도 보다 더욱 상세하게 도시되어 있다. 이 두 압착기(14 및 16)은 거의 동일한 구조로 되어 있으므로, 압착기(14)만이 제2도에 도시되어 있고 본 명세서에 상세하게 기술되어 있다. 판(18 및 20)은 정반대인 지점에서 광학 섬유(12)와 접촉하도록 항상 평행하게 하기 위해서 광학 섬유(12)의 반대측 상에 배치된 한 쌍의 스페이서(34 및 36)에 의해 떨어져 지지될 수 있다. 이 스페이셔(34 및 36)은 편리하게 판(18 및 20) 사이에 배치된 광학 섬유로 될 수 있다.

전압을 압전 물질 양단에 인가시키면, 물질에 관련된 전압의 극성에 따라 물질이 팽창 또는 수축된다는 것이 공지되어 있다.

제2도를 참조하면, 광학 섬유 압착기(14)의 판(18)은 반대 단부(42 및 44)에 각각 부착된 한쌍의 전극(38 및 40)을 갖고 있다. 이와 마찬가지로, 판(20)은 반대 단부(50 및 52)에 각각 부착된 한쌍의 전극(46 및 48)을 갖고 있다. 발진기(54)의 출력은 외부 단부 전극(38 및 48)에 접속된다. 서로 대면한 전극(40 및 46)은 양호하게 접지된다.

제1도를 다시 참조하면, 광학 섬유 압착기(16)의 판(22)는 반대단부(62 및 64)에 각각 부착된 한쌍의 전극(58 및 60)을 갖고 있다. 이와 마찬가지로, 판(24)는 반대 단부(7 0 및 72)에 각각 부착된 한쌍의 전극(66 및 68)을 갖고 있다. 발진기(54)는 압착기(14)에 대해 제2도를 참조하며 상술한 것과 유사한 방식으로 압착기 (16)의 외부 단부 전극(58 및 66)과 내부 전극(60 및 68)에 접속된다.

발진기(54)의 출력 신호는 양호하게 정현파이다. 발진기 전압은 압전 판(18, 20, 22 및 24)들이 동상으로 구동되도록 전극쌍(38,40 ; 46,48 ; 58,60 ; 및 66, 68) 양단에 인가된다. 동상 전압을 판(18, 20, 22 및 24) 양단에 인가시키면 광학 섬유(12)의 2개의 수직 압착 변형이 야기된다.

제3도에 도시한 바와 같이, 광학 섬유(12)는 코어(core, 30) 및 주변 피복물(32)를 갖고 있다. 코어(30)은 명확히 도시하기 위해 피복물(32)에 비해 확대되어 도시되어 있다. 압착력이 광학 섬유(12)에 인가되지 않으면, 코어(30) 및 피복물(32)의 단면은 거의 원형으로 된다. 압착력(f)를 광학 섬유(12)의 반대측에 인가시키면 코어(30) 및 피복물(32)가 약간 변형된다. 이 변형은 코어 및 피복물 단면이 약간 타원형으로 되게 한다. 판(18 및 20)의 압착력 (f)는 피복물(32)에 직접 인가되고, 이 피복물(32)를 통해 코어(30)으로 전달된다. 코어(30)의 변형은 위상 변조기(10)의 형성시에 중요한 문제이다. 코어 변형은 광학 섬유(12)에 의해 유도된 광선이 주로 코어 (30)내에 존재하기 때문에 위상 변조하는데 필요한 전달 방향에 평행 및 수직으로 굴절률을 변화시킨다.

광학 섬유 내의 음향 파장이 변형되는 광학 섬유의 길이보다 상당히 짧은 경우에는, 높은 변조 주파수에서, 코어(30)이 압착되면 코어 굴절률이 변화되기 때문에 광학섬유(12)내에 위상 변조가 생긴다. 광학 섬유(12)내의 광선의 전달속도는 굴절률에 따라 변한다. 위상 변조기(10)으로부터 출력된 파는, 전달 속도가 변한 후, 입력 파로부터 동상으로 전이된다. 각각의 압착기(14,16) 내의 광학 섬유(12)의 길이는 약 1cm로 될 수 있다. 100MHz의 변조 주파수에서, 음향 파장은 약 30μ인데, 이것은 광학 섬유 직경보다 짧다. 이러한 주파수에서, 광학 섬유(12)의 길이의 변화는 상당한 위상 변조를 야기시키지 않는데, 그 이유는 광학 섬유(12)가 위상 변조하는데 필요한 크기 변화에 응답할 수 없기 때문이다.

음향 파장이 압착되는 광학 섬유(12)의 길이 이상인 경우에는, 낮은 변조 주파수에서, 2개의 수직 압착력이 교대로 인가되고 제거될때 광학 섬유(12)의 길이의 변화로 인해 주로 위상 변조가 생긴다. 중간 주파수에서, 광학 섬유(12)를 압착시킴으로써 야기된 길이 변화와 굴절률 변화는 이 섬유내로 전달되는 광선 신호의 위상 변화에 기여한다.

제4도를 참조하면, 본 발명에 따른 순수 위상 변조기(78)은 SiO₂와 같은 물질로 형성된 장방형 지지 구조물(82)내에 보유된 광학 섬유(80)을 포함한다. 제1압전 변환기(84)는 지지 구조물(82)의 표면(86)에 부착되고, 제2 압전 변환기(88)은 표면(86)에 수직인 표면(90)에 부착된다. 압전 변환기(84,88)은 적합한 전극(94)가 지지구조물(82)내에 음파를 발사시키도록 리듐 니오베이트 판(lithium niobate platelets, 92)에 변조 신호를 인가시키기 위해 부착된 리듐 니오베이트 판(92)를 각각 포함한다.

제5도에 파두(wavefront) 선(95 및 97)로 도시한 음파들은 시간-변화힘을 광학 섬유(80)에 인가시킨다. 압전 변환기 (84 및 88)로부터 광학 섬유(80)까지의 거리는 변환기(84 및 88)이 동상으로 구동될때 광학 섬유(80)상에 충돌하는 파두(95 및 97)이 동상으로 되도록 양호하게 동일하게 된다. 실제로, 압전 변환기(84 및 88)사이의 거리가 동일하도록 지지 구조물(82)를 형성하기는 어렵다. 음향 파두(95 및 97)을 동상으로 광학 섬유(80)에 충돌시키기 위해, 위상 변조기 (78)로부터 출력된 광선 신호의 편광은 이 위상 변조기(78)에 입력된 광선 신호의 편광과 비교되어야 한다. 입력 및 출력 신호들의 편광이 동일하지 않으면, 압전 변환기들을 구동시키는 전기 신호들의 위상은 위상 변조기(78)로부터 순수하게 위상 변조된 출력을 제공하도록 입력의 편광과 동일한 출력의 편광을 만들기 위해 조정될 수 있다.

광학 섬유(80)은 지지 구조물(82)내에 뚫어진 통로(100)내로 삽입될 수 있거나, 지지 구조물(82)가 제4도 및 제5도에 도시한 바와 같이 한쌍의 블럭(102, 104) 로 형성될 수 있다. 일반적으로, 블럭(102, 104) 의 단면은 제5도에 가장 명확하게 도시한 바와 같이 삼각형으로 될 수 있다. 광학 섬유(80)은 블럭(102, 104)의 대향 표면(106,108)사이에 보유된다. 주석(tin)또는 알루미늄(alumimun)과 같은 물질로 된 층(110)은 파두(95,97)이 압전 변환기(84 및 88)을 향해 다시 반사하지 못하도록 표면들에 양호한 음향 임피던스 정합을 제공하도록 표면(106,108) 사이에 배치될 수 있다. 변환기(84 및 88)은 양호하게 SiO₂로 형성되는 블럭(102) 상의 수직 표면상에 장착된다. 블럭(104)는 소정의 적합한 음파 흡수 물질로 형성될 수 있다. 블럭(104)가 음향 흡수물이면, 음파들이 광학 섬유(80)을 향해 반사하지 못하도록 거친 표면(104A 및 104B)를 필요로 하게 될 수 있다. 각각의 표면(104A , 104B)는 반사를 방지하도록 음파를 흡수하기 위해 장착된 음향 흡수물을 가질 수 있다.

압전 변환기(84 및 88) 의 판 (92) 가 리듐 니오베이트로 구성되면, 위상 변조기(78)은 광학 신호들이 광학 섬유(80)내에 전달되는 경우에 약 100 내지 500MHz 범위의 주파수에서 변조를 제공할 수 있다. 최종 위상 변조의 크기는 압전 변환기를 구동시키기 위해 사용된 전력량에 따라 변한다. 판 (92)는 주파수들에서 더 낮은 변조를 제공하기 위해 이와같은 다른 물질로 형성될 수 있다.

본 발명의 순수 위상 변조기들은 특정한 양호한 실시예들을 참조하여 본 명세서에서 기술되어 있다. 순수 위상 변조기(10 및 78)은 힘을 광학 섬유(12 및 80)에 인가시키기 위해 특수 장치를 사용한다. 그러나, 본 발명은 소정의 특수한 형태의 광학 섬유 압착기를 사용하는 것에 제한되지 않는다. 사용된 특정한 형태의 광학섬유 압착기는 변조 주파수의 바람직한 범위 및 바람직한 위상 변조 크기에 따라 달라진다. 본 발명에 따라 위상 변조기를 형성할 때 유용하게 될 수 있는 몇가지 형태의 광학 섬유 압착기들은 광학지(Optics Letters),제9권, 제6호, 1984년 6월, 제이. 엘. 브룩스(J. L. Brooks)등의 "복굴절성 광학 섬유용 능동 편광 결합기" 란 명칭의 논문내에 기술되어 있다. 본 분야에 숙련된 기술자들은 본 명세서에 첨부한 청구 범위내에 정해진 바와 같은 본 발명에 따른 순수 위상 변조기를 제조하는데 만족스럽게 작용하게 되는 다른 광학 섬유 압착기를 고안할 수 있다.

본 발명의 순수 위상 변조기(10 및 78)은 이 변조기들이 어떻게 순수 위상 변조 출력을 발생시키는 가를 설명하기 위해 수학적으로 편리하게 설명될 수 있다. 설명을 편리하게 하기 위해, 다음의 설명은 광학 섬유 순수 위상 변조기(10)의 구조에 관하여 언급되어 있다. 광파는 광학 주파수와 동일한 주파수를 갖고 있는 직교 전계 벡터(vector)를 포함하는 시간-변화 전계로 나타낼 수 있다. 파의 편광을 일반적으로 팡파내의 전계 벡터의 방향으로서 언급된다. 제1도를 다시 참조하면, 다음과 같은 매트릭스(matrix) 형태로 압착기(14)의 임의 편광의 입력 광선 신호를 나타내는 것이 편리하다.

식(1)에서, Ex 및 Ey는 광학 섬유에 의해 유도된 광파의 전계 성분들을 나타내고, A 및 B는 임의 진폭 상수이며,

는Ex 와 Ey 사이의 위상차의 1/ 2이고,

는 광학 신호의 주파수이다.

입력 광선 신호 상에서의 압착기(14)의 효과는 다음과 같은 존스(Jones)매트릭스 형태로 나타낼 수 있다.

여기서, s₁은 광학 섬유 압착기(14)의 존스 매트릭스이고,

는 변조기 주파수이며,

및 K는 광학 섬유 압착기(14)에 의해 전계 성분 Ex 및 Ey내에서 유도된 위상 변화이다. 복굴절성의 원축들이 용력이 광학 섬유(12)에 인가되는 방향으로 배열된다고 가정되기 때문에 존스 매트릭스의 교차 항은 0이다. 압착기(14)는 상이한 위상 전이 및 K를 갖고 있는 복굴절성의 원축들을 유도한다. 압착기(16)은 압착기(14)에 관련하여 90°로 배향되지만 거의 동일하다. 압착기 (16)에 대한 존스 매트릭스는 다음과 같다.

압착기(14 및 16)의 90°배향은 압착기(14)로부터 압착기(16)으로 갈때 위상 전이를 반전시킨다. 압착기(14)에 입력된 신호의 함수인 광학 섬유 압착기(16)의 출력 신호는 먼저 입력 신호의 매트릭스를 압착기(14)의 매트릭스에 곱하고 그 다음 그 결과를 압착기(16)의 매트릭스에 곱함으로써 계산된다. 그러므로, 압착기(16)의 출력 신호는 다음과 같다.

광학 섬유 압착기(14)는 광학 신호내의 제1편광 변화를 야기시키지만, 광학 섬유 압착기(16)은 제1편광 변화와 동일하고 반대인 제2편광변화를 발생시킨다. 광학 섬유(12)내의 편광상태가 수 인치(inch)의 거리에 걸쳐 변하지 않는다고 가정하면, 압착기(16)으로부터 출력된 전자기계는 압착기(14)의 입력의 순수 위상 변조 형태로 된다.

동상으로 구동되는 직교 광학 섬유 압착기(14 및 16)의 효과는 성분(Ex 및 Ey)기 위상 변조기(10)을 통해 전달될 때 이 성분(Ex 및 Ey)의 위상 및 편광의 변화를 검사함으로써 설명될 수도 있다. 초기에, 이 성분들은 다음가 같이 표시될 수 있다.

Ex=Acos[ωt+

] (6)

Ey=Bcos[ωt-

] (7)

제1광학 섬유 압착기(14)를 통해 전달된 후, 전계 성분들은 다음과 같이 된다.

Ex=Acos[ωt+

+

cos

t] (8)

Ey=Bcos[ωt-

+Kcos

t] (9)

식(8)내의 항

cos

t 및 식(9)내의 항 Kcos

t 는 파가 광학 섬유 압착기(14)만을 통해 전달된 후의 전계 성분(Ex 및 Ey)의 위상 변화와 편광 변화를 나타낸다. 광학 신호가 제2광학 섬유 압착기(16)을 통해 전달된 후, 전계 성분들은 다음과 같이 된다.

Ex=Acos[ωt+

+｛

+K｝cos

t] (10)

Ey=Bcos[ωt-

+｛K+

｝cos

t] (11)

식 (10) 및 (11)을 고찰하면, 제2광학 섬유 압착기로부터 출력된 전계 성분(Ex 및 Ey)가 식(6) 및(7)로 나타낸 입력파와 위상만이 다르다는 것을 알 수 있다. 전계 성분들은 식(10)과 (11)내에서 나타나는 항[

+K]cos

t로 표시한 동일한 위상 변화를 갖는다.

본 발명은 특정한 실시예를 참조하여 기술되었지만 이 실시예들은 예시적인 양호한 실시예들에 불과하고, 본 분야에 숙련된 기술자들은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서 본 발명을 여러가지로 변형시킬 수 있다.

Claims

광학 신호의 편광을 변화시키지 않고서 광학 섬유에 의해 전달된 광학 신호의 위상을 변조시키기 위한 광학 섬유 위상 변조기에 있어서, 광학 신호의 제1위상 변조 및 광학 신호의 제1편광변화를 발생시키도록 제1축을 따라 보내지는 제1힘을 제1광학 섬유에 인가시키기 위한 제1장치, 및 제1축에 수직한 제2축을 따라 보내지고 광학 신호의 제2위상 변조를 발생시키는 제2힘을 제2광학 섬유에 인가시키기 위한 제2장치로 구성되고, 제1 및 제2위상 변조가 선정된 정미 위상 변조를 발생시키도록 결합되며, 제1및 제2편광 변화가 제2광학 섬유로부터 출력된 광학 신호가 제1광학 섬유에 입력된 광학 신호에 관련된 위상 전이를 갖고 제1광학 섬유의 입력과 동일한 편광을 갖도록 동일하고 반대인 것을 특징으로 하는 광학 섬유 위상 변조기.
제1항에 있어서, 힘을 광학 섬유에 인가시키기 위한 제1및 제2장치가 광학 신호가 힘을 인가시키기 위한 제1장치로부터임을 인가시키기 위한 제2장치로 전달될 때 광학 신호의 편광이 거의 변화되지 않도록 서로 인접하여 밀접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 섬유 위상 변조기.
제1항에 있어서, 힘을 광학 섬유에 인가시키기 위한 제1 및 제2장치들 중의 최소한 한 장치가 제1광학 섬유 부분에 인접한 압전 물질의 제1판, 광학 섬유가 제1판과 제2판 사이에 보유되도록 제1판에 정반대인 제2광학 섬유 부분에 인접한 압전 물질의 제2판, 및 힘을 광학 섬유에 인가시키도록 제1및 제2판 양단에 변조 전압을 인가시키기 위한 장치로 구성된 것을 특징으로 하는 광학 섬유 위상 변조기.
제3항에 있어서, 변조 전압이 제1및 제2판 양단에 동상으로 인가되는 것을 특징으로 하는 광학 섬유 위상 변조기.
제1항에 있어서, 압착력을 인가시키기 위한 장치들 중 최소한 한 장치가 지지 구조물, 이 지지 구조물내에 장착된 광학 섬유, 및 이 광학 섬유상에 충돌하는 제1음파를 발생시키기 위해 지지 구조물에 장착된 변환기로 구성된 것을 특징으로 하는 광학 섬유 위상 변조기.
제5항에 있어서, 전달 방향이 제1음파의 전달 방향과 직교하는, 광학 섬유 상에 충돌하는 제2음파를 발생시키기 위해 지지 구조물에 장착된 제2변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 섬유 위상 변조기.
광선 신호의 편광을 정미 변환시키지 않고서 광학 섬유내에서 전달되는 광선 신호의 위상을 변조시키는 방법에 있어서, 광학 신호내의 제1위상 변조 및 제1편광 변화를 발생시키도록 광학 섬유에 수직한 한쌍의 제1축을 따라 제1광학 섬유의 굴절률을 제어하는 수단, 및 광선 신호에 관련하여 동상으로 변조되고 광선 신호와 동일한 편광을 갖고 있는 광학 신호 출력을 발생시키도록 제1편광변화와 동일하고 반대인 신호내의 제2편광 변화를 발생시키기 위해 한 쌍의 제1축에 관련하여 90°회전하고 광학 섬유에 수직한 한쌍의 제2축을 따라 제2광학 섬유의 굴절률을 제어하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제7항에 있어서, 압전 물질로된 한 쌍의 제1판들 사이에 제1광학 섬유를 배치시키는 수단, 압전 물질로 된 한 쌍의 제2판들 사이에 제2광학 섬유를 배치시키는 수단, 및 2개의 수직 힘을 광학 섬유에 인가 시키도록 변조 신호와 동상으로 한쌍의 제1및 제2판들을 구동시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제7항에 있어서, 광학 섬유를 기질상에 지지하는 수단, 제1음파를 광학 섬유에 인가시키도록 기질의 제1표면 상에 제1압전 변환기를 배치시키는 수단, 및 제1및 제2음파들이 서로 수직하도록 제2음파를 광학 섬유에 인가시키기 위해 제1표면에 수직한 기질의 제2표면상에 제2압전 변환기를 배치시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.