KR920006589B1 - 광 섬유 주파수 전이기 및 주파수 전이방법 - Google Patents

광 섬유 주파수 전이기 및 주파수 전이방법 Download PDF

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KR920006589B1 KR1019840007521A KR840007521A KR920006589B1 KR 920006589 B1 KR920006589 B1 KR 920006589B1 KR 1019840007521 A KR1019840007521 A KR 1019840007521A KR 840007521 A KR840007521 A KR 840007521A KR 920006589 B1 KR920006589 B1 KR 920006589B1
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존 샤우 허버트
씨. 영귀스트 로버트
엘. 브룩스 쟈네트
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더 보도 오브 트러스티스 오브 더 리랜드 스탠포드 쥬니어 유니버시티
닐스 제이. 레이머스
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Abstract

내용 없음.

Description

광 섬유 주파수 전이기 및 주파수 전이방법
제1도는 협대역 방향성 결합기를 확대하여 도시한 사시도.
제2도는 제1도의 선 2-2를 따라 절취하여 릿지의 형태를 도시한 횡단면도.
제 3 (a)도 내지 제3(g)도는 광 섬유내의 응력을 받은 영역 및 광 섬유를 따르는 다수의 지점에서의 다수의 편광 모우드내의 전력량을 도시한 도면.
제4도는 응력이 인가될 때 복굴절성 광 섬유내의 편광 축들 상의 영향을 도시한 도면.
제5도는 결합기를 사용하는 시스템을 도시한 도면.
제6도는 이론적으로 예상된 결과의 비교한 파장 대 실험적으로 결정된 결합량의 함수를 도시한 그래프.
제7도는 주파수 전이기로서 제1도의 결합기의 변형 형태를 사용하는 광 섬유구조물의 한 실시예에 대한구조물을 도시한 도면.
제8도는 광 섬유를 통해 진행하는 음파에 의해 생긴 응력을 도시한 개략도.
제9(a)도 내지 제9(d)도는 광 섬유를 따라 진행하는 음파를 모의하기 위한 상이한 결합 함수들 및 이 함수들의 합성 광선 출력 스펙트럼들을 도시한 도면.
제10도는 진행 음파를 사용하는 광 섬유 주파수 전이기의 한 실시예를 도시한 도면.
제11도는 음파를 사용하여 광 섬유 도파관 내에서 진행하는 광선의 주파수를 전이시키기 위한 다른 실시예를 도시한 도면.
제12도는 진행 음향 표면파를 사용하는 광 섬유 주파수 전이기의 다른 실시예를 도시한 도면.
제13도는 광 섬유내의 이동 또는 겉보기 이동 결함 영역의 개념을 도시한 도면.
재14도는 광 섬유를 둘러싸는 압전 재킷을 사용하는 광.섬유 주파수 전이기의 다른 실시예를 도시한 도면.
제15도는 서로 이상인 정현파 함수들에 의해 2개의 상이한 위치에서 광 섬유에 응력을 가함으로써 생긴응력 영역의 겉보기 이동을 도시한 도면.
제16도는 압진 판 상에 장착된 지간 전극들을 사용하는 광 섬유 주파수 전이기의 다른 실시예를 도시한상부 절개도.
제17도는 제16도의 선 17-17을 절취하여 완전한 광 섬유 주파수 전이기를 도시한 단면도.
제18도는 제16도 및 제17도의 장착에 대한 선택적인 전극 실시예를 도시한 도면.
제19도는 제17도 및 제18도의 전극 배열에 의해 어떻게 실제 음파가 소정의 상태하에서 내보내질 수 있는지를 도시한 도면.
제20도는 제11도의 음향 매질내에서 비틀림 모우드 음파를 여기시키기 위한 변환기의 구조물을 도시한 도면.
제21도는 2개의 모우드 광 섬유내의 홀수 및 짝수 모우드들의 공간 분배를 도시한 도면.
제22도는 2개의 모우드 광 섬유의 홀수와 짝수 모우드들 사이의 결합이 어떻게 응력을 받은 영역내에서 생길 수 있는 지를 도시한 도면.
제23도는 짝수 모우드의 응력을 받지 않은 영역 전력이 응력을 받은 영역의 홀수 및 짝수 모우드들로 분리되는 메카니즘을 도시한 도면.
제24도는 PZT 피복 광 섬유를 사용하는 광 섬유 주파수 전이기에 대한 제14도의 실시예를 도시한 횡단면도.
제25도는 광 섬유를 둘러싸는 압전 실린더를 사용하는 광 섬유 주파수 전이기의 다른 실시예를 도시한 도면.
제26도는 광 섬유 주파수 전이기의 양호한 일반적인 실시예를 도시한 도면.
제27도는 압전 재킷 및 스태거식 전극들을 사용하는 광 섬유 주파수 전이기의 다른 실시예를 도시한 도면.
제28도는 2개의 1/2결합기를 사용하는 광 섬유 스위치 및 주파수 전이기의 실시예를 도시한 도면.
제29도는 제28도의 결합기내의 결합을 도시한 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 평면 12 : 릿지 영역
11,14 : 블럭 16,84,86 : 릿지
17 : 노치 또는 홈 18 : 릿지 표면
20 : 구멍 26 : 광 섬유 지지판
24,114,120,144 : 광 섬유 22 : 핀
28 : 단부판 30,32 : 응력을 받은 영역
34 : 응력을받지 않은 영역 40,42,44,46 : 경계선
54 : 편광 결합기 60,62 : 렌즈
64 : 광 섬유 세그먼트 66 : 비임 분리기
65 : 비임 68,72,130 : 검출기
82 : 구동 회로 88,90 : 구동 링크
112 : 광선 소오스 118 : 결합기
122 : 음향 변환기 126 : 신호 발생기
132 : 광 섬유 도파관 168 : 변조 신호 발생기
본 발명은 광 섬유 감지기 및 변조기 뷴야에 관한 것으로, 특히 광 섬유 시스템의 주파수 전이기 분야에관한 것이다.
이동 소오스로부터의 광선이 도플러 효과(Doppler effect)로 인해 주파수 전이된다는 것은 이미 공지되어있다. 주파수 또는 파장의 변화는 소오스(source) 및 관찰자(obsrver)의 상대 속도의 함수이다. 소오스가 관찰자를 향해 이동할 때 또는 그와 반대로 이동할때, 파장은 더 짧아지고 주파수는 높아지게 된다.
또한, 광선의 파장이 이동 반사경으로부터 반사될 때 변화된다는 것도 이미 알려져 있다. 이 이동 반사경은 층돌 광자의 에너지 크기를 증가시키므로 광선의 주파수를 증가시킨다. 이 현상은 프랜티스 홀(Prentice Hall)사가 발행(1972년)하고 메이에르-아랜트(Meyer-Arendt)가 쓴 "고전 및 현대 광학의 입문"이란 책, 539 내지 540페이지에 기술되어 있다.
도플러 효과 원리 및 헤테로다이닝 효과(heterodyning effects)는 광학적으로 투명한 벌크 매질을 통해전달되는 음파의 파두(wave front)로부터 반사되는 광파의 주파수 전이를 발생시키도록 벌크 광 장치에 사용되어 왔다. 진행 음파에 의해 발생된 압축(compression) 및 희박(rarefaction) 영역은 파두상에 경사지게 충돌하는 입사 광선이 부분적으로 반사되고 부분적으로 굴절되도록 벌크 매질내의 굴절률을 변화시킨다. 파두의 이동은 이동 반사경의 효과와 유사한 반사 및 굴절 광선내의 도플러 전이를 발생시킨다.
집적 광 도파관내에서 위상 또는 주파수 전이를 발생시키기 위한 단일 측파대 변조기는 1982년 4월 발생된 IEEE 양자 전자공학지(IEE Joumnal of Quantum Electronics) 제QE-18권, 제4호,767 내지 771 페이지에 하이스만 앤드 울리치(Heisman ＆ Ulrich)가 쓴 "집적 광 단일 측파대 변조기 및 위상 전이기"란 명칭의 논문에 기술되어 있다. 2개의 도파관 모우드 사이의 공간적으로 가중된 결합점의 구조가 수학적으로 제의되었고, 물리적인 구현이 X-커트 LiNbO3도파관내로 확산된 벌크 광 스트립(strip) 도파관으로 이루어졌다. 이 복굴절성 결정내의 2개의 모우드들 사이의 결합은 비트(beat) 길이의 1/4 만큼 간격을 두고 배치된 지간 전극 쌍들을 사용함으로써 구현되었다. 각각의 전극의 폭은 1/4 비트 길이이거나 이 1/4비트 길이의 정수배였다. 전자-광학 효과에 의해 결합된 전극들의 연부 아래의 전계는 결정내에서 발견된다. 이전극들은 비 대각선 편광도의 진행파를 모의하도록 90°정도 이상된 구동 전압에 의해 구동되었다. 주파수전이는 진행 음파에서의 브랙(Bragg) 반사에 상당하는 이동 섭동시의 순방향 광선 산란에 의해 발생되었다.
상술한 집적 광 장치는 주파수 전이량의 구동 신호의 상부 주파수에 의해서만 제한된다는 장점을 갖고 있다. 그러나, 이 집적 광 장치는 집적 광 도파관을 호스트(host) 시스템의 광 섬유에 배열 및 결합시키기가 복잡하기 때문에 광 섬유 시스템내에 용이하게 사용될 수 없다는 극단적인 단점을 갖고 있다. 이러한 단점들로 인해 이 장치는 호스트 시스템의 광 섬유 상에 제조된 인-라인(in-line) 장치들이 설비되고 적절학배열하기가 어려운 복잡한 결합 장치의 필요성을 없애주는 광 섬유 시스템에 사용하기에 바람직하지 못하다.
또한, 집적 광 장치들은 구조 특성으로 매우 손실적이다. 집적 광 도파관들은 스트립을 형성하도록 티타늄(titanium)과 같은 불순물을 단일 결정 구조물내로 확산시킴으로 제조된다. 이 확산된 도파관들은 다음의몇가지 이유들로 인해 손실적이다. 첫째, 불순물이 존재하면 흡수 및 산란 손실이 생기게 된다. 이 손실의 단위는 dB/cm이다. 또한, 집적 광 도파관들은 "광굴절성 효과(photorefractive effect)"라고 부르는 굴절률 변화 현상의 영향을 받기 쉽다. 이 효과는 많은 양의 광 전력이 결정의 작은 영역내에 집중될 때, 광 전자계가 결정 구조물내의 전자들을 도파관 영역으로부터 멀리 밀어내도록 강력해진다는 사실로부터 비롯된다. 이것은 도파관이 더 이상 단일 모우드로 되지 않아 장치를 동작시키지 않도록 도파관의 굴절률을 변화시킨다.
집적 광 도파관의 다른 단점은 제조하기가 어렵다는 것이다. 단일 모우드 도파관들은 직경이 10미크론(micron) 이하인 코어들을 갖고 있다. 불순물을 결정내로 확산시킬 필요가 있고, 구조 형태가 매우 작기때문에, 복잡한 집적 회로 기술이 사용되어야 한다. 첫째, 마스크(mask)가 제조되어야 하고, 그 다음에광 내식성 충돌을 부설하고 불순물을 결정내로 확산시키기 위해 복잡하고 가격이 비싼 장치가 사용되어야한다. 또한, 전극 휭거(finger) 및 확산된 도파관을 정확히 배열하기 위해 마스크의 등록이 정확히 유지되어야 한다. 이 부수적인 어려움들로 인해 집적 광 장치는 광 섬유 시스템에 사용하기에 바람직하지 못하다.
인-라인 음향-광 주파수 전이기는 1983년 6월 27일로부터 30일까지 도꾜(Tokyo)에서 개최된 제47차 집적 광학 및 광 섬유 통신에 관한 국제 회의에서 노수(Nosu)등이 제일 먼저 발표한 "단일 모우드 광 섬유용 음향-광 주파수 전이기"란 논문에 기술되어 있다. 복굴절성 단일 모우드 광 섬유는 각각의 선행 연부들이 3/4 비트 길이만큼 떨어져 배치된 2개의 오일(oil) 충진 PZT 실린더 내에 장착되었다. 본 분야에 숙련된 기술자들에게 공지된 바와 같이 PZT는 전계가 PZT에 인가될 때 크기를 변화시킨다. 광 섬유는 광물성오일로 채워진 모세관내에 배치되었고, 이 모세관은 오프-축(off-axis) 위치로 PZT 실린더내로 배치되었다. 이 PZT 실린더는 광물성 오일로 채워졌다. PZT 실린더들이 탄성-광 결합을 야기시키는 90°만큼 이상이 떨어진 정현파 여기 신호들로 여기되었을때 각각의 실린더 내에 정재 압력파가 발생되었다. 1개의 공동(cavity)내의 광 섬유의 편광 모우드를 사이의 이 탄성-광 결합은 광 캐리어(carrier)이상 및 이하의 측파대를 발생시켰다. 다른 공동은 1개의 측파대가 강화되고 다든 측파대가 상쇄되도록 제1공동에 의해 발생된 측파대의 동상인 1개의 측파대와 이상인 다른 측파대를 발생시켰다.
상기 노수등이 제안한 장치내의 주파수 전이는 PZT 실린더에 의한 광 섬유내의 이동 음파의 여기로 인해 발생되었다. 각각의 실린더는 반대 방향으로 이동하는 2개의 음파를 설정하였다. 진행 방향이 반대로 되면 상부 및 하부 측파대가 발생하게 된다.
PZT 오일 충진실(chamber)은 광 섬유에 기계적으로 약하게 결합되었기 때문에, 대부분의 전력은 2개의드럼(drum)에 의해 모우드들 사이로 전송되지 않았다. 또한, 이 드럼들은 크기 때문에, 이 장치는 다수의실제 광 섬유 장치들 내에 효율적으로 사용하기에 너무 크게 된다. 대부분의 전력량이 2개의 모우드들 사이로 이송되도록 이 드럼들이 충분히 사용되면, 최종적인 장치는 부피가 매우 크게 되어 일반적으로 광 섬유시스템에 사용하기에 비실용적으로 된다.
따라서, 크기가 소형이고 단일 모우드 광 섬유 시스템의 광 섬유상에 제조될 수 있는 광 섬유 주파수 전이기가 필요하게 된다. 이 시스템은 가능한 한 적은 조파(harmonic)를 갖고 있는 변조 신호와 동일한 전이주파수에서 0 내지 100%의 입력 전력을 한 모우드로부터 다른 모우드에 결합시킬 수 있어야 한다.
본 발명은 변조 신호의 주파수만큼 캐리어 주파수로부터 주파수 전이된 새로운 주파수에서의 다른 전달모우드로 광 섬유 도파관내에서 전달되는 캐리어 주파수의 광선을 전이시키는 장치 및 방법을 제공한다. 이장치는 광선을 유도하기 위한 제1 및 제2광 섬유 도파관으로 구성된다. 도파관들은 이 도파관들 중의 한도파관 내에서 전달되는 광선이 다른 도파관 내에서 전달되는 광선과 상이한 전달 속도를 갖도록 상이한 유효 굴절률을 갖는다. 광 섬유 도파관들은 차단 파장 이하의 파장을 갖고 있는 광선으로 동작하여 광선을 다중 모우드 광 섬유의 2개의 모우드, 즉 홀수와 짝수 모우드내에서 전달시키는 복굴절성 단일 모우드 광 섬유의 2개의 직교 편광 모우드, 즉 비복굴절성 단일 모우드 광 섬유의 홀수 및 짝수 모우드들로 되거나, 상이한 굴절률을 갖고 있고 상호작용 영역을 형성하도록 길이를 따라 나란히 배열되는 2개의 광 섬유들로 될수 있다.
소정의 실시예에서, 진행 실제 음파를 발생시키기 위한 음파 발생기는 파두를 갖고 있는 실제 진행 음파를 도파관에 인가하도록 도파관에 음향학적으로 결합된다. 음파는 도파관을 따라 응력이 시간에 따라 변하게 하여 한 도파관으로부터 다른 도파관에 결합된 광선을 주파수 전이시키게 한다. 음파의 인접한 파두들사이의 도파관들의 축들을 따르는 거리는 2개의 도파관의 비트 길이의 정수배와 거의 동일하다.
한 실시예에서, 음파 발생기는 제2광 섬유내에서 전달되는 음파를 제1광 섬유에 결합시키도록 제1 및제2도파관들을 포함하는 제1광 섬유와 광학적으로 결합된 제2광 섬유를 포함한다. 다른 실시예에서, 음파 발생기는 도파관과 접촉한 음향 매질 및 이 음향 매질내에 음파를 유도하기 위한 변환기를 포함한다. 한실시예에서, 음향 매질은 원통형이고, 도파관을 둘러싸며, 변환기는 비틀림 모우드 음파를 음향 매질내로유도한다. 다른 실시예에서, 음향 매질은 도파관을 누르는 표면을 갖고 있고, 변환기는 이 표면상에서 단방향성 표면 음파를 발생시킨다. 또 다른 실시예에서, 2개의 도파관들은 상호 작용 영역을 형성하도록 길이를따라 나란히 배치되고 상이한 굴절률을 갖고 있는 2개의 광 섬유이다.
광선의 주파수를 전이시키는 방법은 한 도파관 내에서 전달되는 광선이 다른 도파관 내에서 전달되는 광선과 상이한 전달 속도를 갖도록 상이한 굴절률을 각각 갖고 있는 2개의 광 도파관 내로 캐리어 주파수의광선을 유입시키는 단계를 포함한다. 진행 음파는 한 도파관으로부터 다른 도파관에 결합된 광선이 주파수 전이되도록 도파관 내에서 주기적으로 시간에 따라 변하는 응력을 발생시키도록 최소한 한 도파관상에 부여된다. 음파의 인접한 파두들 사이의 도파관들의 축들을 따르는 거리는 도파관의 비트 길이의 정수배와 거의 동일하다.
다른 실시예에서, 본 발명의 주파수 전이기 장치는 또한 광선을 유도하기 위해 제1 및 제2광 섬유 도파관들을 갖고 있는 광 섬유를 포함한다. 한 도파관내에서 전달되는 광선이 다른 도파관 내에서 전달되는 광선과 상이한 전달 속도를 갖도록 도파관들은 상이한 유효 굴절률을 갖는다. 또한 이 장치는 광 ,섬유와 접촉한 강성 표면 부분을 갖고 있는 주기적인 응력 발생기, 및 광 섬유를 따라 선택된 간격으로 주기적으로 시간에 따라 변하는 응력이 광 섬유 밑에서 전달되는 음파를 모의하고 한 도파관으로부터 다른 도파관에 결합된 광선을 주파수 전이시키도록 강성 표면 부분들 사이에 광 섬유를 주기적으로 압착시키기 위해 신호들을 강성 표면에 공급하기 위한 신호 소오스를 포함한다.
한 실시예에서, 주기적인 응력발생기의 강성 표면 부분들은 광 섬유의 한 측에 인접한 지지 표면 및 광섬유의 다른 측에 인접한 다수의 강성 결합 요소들을 포함한다. 신호 소오스는 지지 표면과 결합 요소를 사이에 광 섬유를 압착시키기 위해 강성 요소들이 광 섬유를 누르도록 강성 결합 요소들에 기계적 또는 전기적인 시변 구동 신호들을 공급한다. 양호하게는, 각각의 결합 요소는 광 섬유를 따르는 1/2 비트 길이의 홀수배이고, 이 결합 요소들은 광 섬유를 따르는 약 1/4 비트 길이만큼 분리된다. 양호하게는, 신호 소오스는 정현파 구동 신호들을 결합 요소들에 공급하고, 한 결합 요소에 공급된 구동 신호와 인접한 결합 요소에 공급된 구동 신호는 π/2만큼 위상이 다르다.
다른 실시예에서, 주기적인 응력 발생기는 광 섬유의 다수의 비트 길이를 따라 연장되는 단일 연속 길이의 압전 물질을 포함한다. 다수의 신호 전극들은 신호 소오스에 접속되고, 만일 연속 길이의 압전 물질을따라 간격을 두고 배치된다. 접지 전극을 신호 전극들 사이의 압전 물질과 함께 신호 전극들로부터 간격을두고 배치된다. 이 전극들은 강성 표면 부분들이 광 섬유를 누르고 광 섬유를 주기적으로 압착시키도록 신호 소오스로부터 신호 전극들까지의 시변 전기 신호들이 압전 물질을 변형시켜 강성 표면 부분 상에 힘을내보내도록 광 섬유에 관련하여 배향된다. 한 양호한 실시예에서, 압전 물질은 광 섬유를 둘러싸는 압전 재킷이고, 신호 전극들은 이 압전 재킷의 내부 표면 또는 외부 표면상에 있다. 다른 양호한 실시예에서, 주기적인 응력 발생기는 광 섬유의 한 측에 접촉하는 지지 표면 및 광 섬유의 다른 측에 접촉하는 단일 연속 길이의 압전 물질을 포함하므로, 신호 소오스로부터 신호 전극에 공급된 시변 전기 신호는 압전 물질을 변형시켜서, 광 섬유가 지지 표면을 누르게 한다.
압전 물질이 변형되도록 시변 전기 신호들이 신호 전극에 공급될 때, 광 섬유에 접촉한 전극이 광 섬유를 주기적으로 압착시키기 위해 광 섬유를 누르도록, 최소한 한 전극은 최소한 한 강성 표면 부분을 형성하도록 광 섬유에 접촉할 수 있다.
광 섬유 측들을 따르는 각각의 신호 전극들의 길이는 양호하게 1/2 비트길이의 거의 홀수배이다. 또한, 2개의 인접한 신호 전극들의 선행 여부들은 광 섬유를 따라 거리 d만큼 간격을 두고 배치되고, 신호 소오스는 정현파 전기 신호들을 신호 전극들에 공급하며, 한 신호 전극에 공급된 전기 신호들과 인접한 전극에 공급된 전기 신호는 2dπ/L만큼 위상이 다르다. 여기서 L은 광 섬유 비트 길이다.
이제부터, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해서 상세하게 기술하겠다.
제1도에는 연마된 평면(10)이 금속 또는 플라스틱 블럭(11)상에서 가공된 협대역 편광 결합기 장치가 도시되어 있다. 이 평면(10)은 매끄러워야 하고 수미크론(micron) 정도로 납작해야 한다. 이 평면(10)은 광섬유 도파관이 사이에 압착된 2개의 표면 중의 제1표면으로 작용한다.
제2표면은 제2블럭(14)의 하부 표면상에서 가공된 다수의 릿지 영역(12)이다. 다음에 기술하는 바와 같이, 이 릿지 영역(12)들은 광 섬유를 압압할 때 광선이 모우드들 사이에 결합되도록 광 섬유에 응력을 가하는 결합 요소를 제공한다. 제2도를 잠시 참조하면, 다수의 릿지(16)들이 형성된 릿지 영역(12)의 횡단면도가 도시되어 있다. 이 릿지(16)들은 간격을 두고 배치된 평행 노치(notch) 또는 홈(17)을 제공하도록 블럭(14)를 가공함으로써 형성되므로, 폭이 W이고 인접한 릿지들의 연부들 사이의 간격이 S인 다수의 연마된릿지 표면(18)이 형성된다. 소정의 힘이 광 섬유에 가해진 경우에 최대 결합을 얻기 위해서, 각각의 릿지의연부들 사이의 폭 W는 사용되는 특정한 광선에 대해 광 섬유의 1/2비트 길이로 되어야 한다.
비트 길이 L은 광 섬유에서 광선이 상이한 속도로 상이한 편광,모우드에서 진행하여, 모우드들 사이의 광 경로 길이 차이를 발생시킨다는 사실에 관련된다. 이것은 한 모우드의 광선의 위상을 다른 모우드 내에서 진행되는 광선의 위상에 관련하여 연속적으로 전이시킨다. 그러므로, 동상으로 시작하지만 단일 모우드복굴절성 광 섬유내의 상이한 편광 모우드들에서 진행하는 광선의 2개의 성분들은 동상으로 느리게 분리된다. 광 섬유의 "비트 길이"는 한 모우드의 광선 성분이 다른 모우드 내의 광선 성분에 관련하여 동상으로 360°만큼 분리하는데 필요한 거리인데, 이때 2개의 성분들은 다시 동상으로 된다. 그러므로, 1비트 길이는 2개의 성분들이 360°만큼 동상으로 전이될 때 진행된다. 1/2 비트 길이를 진행한후, 2개의 성분들은 180°또는 π/2 래디안 만큼 분리된다.
양호한 실시예에서, 릿지들 사이의 간격 S는 제2도에서 도시한 바와 같이 폭 W와 동일하지만, 1/2 비트 길이의 홀수배가 크기 W 및 S에 대해 사용될 수 있다. 즉, 각각의 릿지는 1/2 비트 길이의 홀수배로될 수 있고, 각각의 간격도 1/2 비트의 홀수배로 될 수 있다. 노치(17)의 횡단면은 장방형인데, 그 이유는 가공하기가 가장 용이한 형태이기 때문이다. 그러나, 이 형태는 제한되지 않고, 폭 W가 1/2 비트 길이의 홀수배인 릿지(16)들 상에 평면(18)이 생기게 하는 형태라면, 릿지(16)의 물질이 광 섬유에 응력을 가함으로써 변형될 때 노치(17)의 높이 H가 응력을 유지하기에 충분하게 된다.
블럭(14)는 델트린(Deltrin, 등록 상표)과 같은 경질 플라스틱으로 제조된다. 이 플라스틱은 유리보다 쉽게 변형될 수 있으므로, 릿지들이 유리 섬유 상에 눌려질 때 이 릿지들은 약간 변형된다는 것이 판명되었다. 전력을 완전히 전송시키기 위해 소정의 압력이 필요한 경우에, 릿지들은 응력이 광 섬유를 따라 균일하게 모두 가해지도록 블럭(14)를 납작하게 할 만큼 변형되지 않는 것이 양호하다. 광 섬유내에 주기적으로 응력을 받는 영역 및 응력을 받지 않는 영역이 있다는 것은 결정적이다. 각각의 이 영역의 폭은 최대 결합효율을 위해 정확히 1/2 비트 길이의 홀수배로 되어야 한다. 이 기하 구조가 이루어지지 않은 경우에 전력이 불완전하게 전송되지만, 어느 정도의 결합은 정확한 기하 구조 및 인가된 힘에 따라 여전히 발생될 수있다.
변형 가능한 플라스틱이 릿지(l6)용으로 금속보다 양호한데, 그 이유는 금속 릿지는 압력이 인가될 때 크게 변형되지 않으므로 광 섬유를 손상시킬 위험이 있기 때문이다. 릿지의 변형도는 이 위험성을 감소시킨다.
제1도를 참조하면, 블럭(14)는 정합 패턴으로 평면(10)으로부터 돌출하는 한 셋트의 핀(22)를 수용하기위한 패턴으로 간격을 두고 배치된 다수의 구멍(20)을 갖는다, 블럭(14)는 핀(22)를 따라, 이 평면(10)으로부터 멀리 미끄러지거나 이 평면(10)을 향해 미끄러질 수 있다. 이 핀들은 릿지(16)의 연부들이 한 쌍의 광섬유 지지판(26)에 의해 평면(10)상에 지지되는 광 섬유(24)의 종축에 교차하도록 배열된다. 그러므로, 제2도에 참조 번호(27)로 도시한 릿지(16)의 종축들은 광 섬유(24)의 종축에 교차한다. 또한, 핀(22)들은 불균일한 압력이 광 섬유(24)에 인가되는 것을 방지하도록 블럭(14)의 흔들림을 방지시킨다.
광 섬유 지지판(26)들은 한 쌍의 단부판(28)내에 형성된 한 쌍의 원형 애퍼츄어(aperture)내에 장착됨으로써 평면(10)에 대하여 회전할 수 있다. 이 지지판들은 광 섬유내의 복굴절성의 주축들 중의 한 주축이 한각, 양호하게 45°로 릿지(16)에 의해 가해진 인가된 힘의 방향으로 배향될 수 있도록 광 섬유가 회전되게하기 위해 회전할 수 있다. 이것에 대해 다음에 더욱 상세하게 기술하겠다. 각 45°가 양호한 데, 그 이유는소정의 힘에 대한 복굴절성의 축들의 최대 전이가 이 각에서 얻어지기 때문이다. 단부 판(28)들은 평면(10)에 수직하도록 블럭(11)의 단부에 장착된다.
제3(a)도 내지 제3(g)도를 참조하면, 광 섬유(24)가 릿지 표면(18)과 하부 블럭 표면(10) 사이에서 압착되도록 블럭(14)가 전체 힘 F로 내리눌려질 때의 광 섬유(24)내의 응력 영역이 도시되어 있다. 또한 제3(b)도 내지 제3(g)도에는 광 섬유를 따르는 다수의 지점에서의 각각의 복굴절성의 축, 즉 편광 모우드들상의 광 전력량의 벡터가 도시되어 있다. 또한, 제4도를 참조하면, 광 섬유(24)의 복굴절성의 축들이 응력의 인가에 의해 어떻게 변화되는 지가 도시되어 있다. 본 분야에 숙련된 기술자들은 광 섬유(24)와 같은 단일 모우드 복굴절성 광 섬유가 단일 모우드 광 섬유의 2개의 직교 편광 모우드들에 대응하는 2개의 편광 직교축들을 갖는다는 것을 알 수 있다.
제3(a)도에는 2개의 릿지(16)에 의해 발생된 3개의 응력을 받은 영역 및 응력을 받지 않은 영역들이 번갈아 도시되어 있다. 각각의 응력을 받은 영역(30 및 32)는 이 실시예에서 1/2 비트 길이이다. 응력을 받지않은 영역(34)의 경우에도 동일하다. 광 섬유(24)는 상이한 파장들을 결합하는 방향성 결합기와 유사한 4-포오트(port) 장치로서 고려될 수 있다. 예를들어, 참조 번호(36)으로 도시한, 광 섬유(24)의 2개의 직교X 및 Y편광 모우드들은 이러한 방향성 결합기의 2개의 입력 포오트와 유사하다. 이와 마찬가지로, 참조번호(38)로 도시한, X 및 Y직교 편광 모우드들은 이러한 방향성 결합기의 출력 포오트들과 유사하다.
제4도내에 힘 F로 표시한 바와 같이, 표면(18)을 복굴절성 광 섬유(24)에 대해 미는 응력이 광 섬유(24)에 인가되면,(편광 모우드 X 및 Y에 대응하는) 편광 X 및 Y의 직교축들은 각 θ만큼 편광 X'및 Y'의 직교축으로 급격하게 전이된다. 이 급격한 전이는 예상되지 않았던 것인데, 그 이유는 표면(18)에 의해인가된 응력이 응력을 인가하는 표면(18)의 폭 W보다 긴 영역에 걸쳐 편광 축들을 왜란시키도록 광 섬유(24)를 변형시킨다고 알러져 있기 때문이다. 이것은 릿지(16)의 표면(18)의 연부에서의 급격한 전이보다 비교적 긴 경계 영역 상에서 편광 축들의 배향을 점차적으로 전이시키려고 한다. 합성 편광 벡터가 편광 축들의 점차적인 전이를 따르고, 새로운 축들 상의 성분들로 분리되지 않고서 이에 관련하여 제 위치로 유지되기 때문에, 비교적 긴 거리에 걸친 편광 축들의 이러한 점차적인 회전은 상당한 전력 전송, 즉 편광 모우드들 사이의 결합을 발생시키지 않게 된다.
편광 모우드들 축들의 배향의 급격한 변화가 매우 짧은 경계 영역상에서 나타나도록 하는 것이 장치의 동작에 중요하다. 도시한 실시예에서, 제3(a)도에 점선(40,42,44,46)으로 도시한 이 경계선들은 릿지 영역(16)의 연부들에 의해 형성되므로, 1/2 비트 길이만큼 간격을 두고 주기적으로 배치된다. 다른 실시예에서,이 경계선들은 비트 길이의 홀수배 만큼 간격을 두고 배치될 수 있다. 이 경계선들은 광 섬유의 모우드들사이에 광선을 결합시키도록 작용하기 때문에, 본 명세서에서는 이것들을 "결합 위치" 또는 "결합 기점"이라고 부르겠다.
제3(b)도 내지 제3(g)도에는 광 섬유(24)내의 이 급격한 경계선(40,42,44 및 46)들이 전력 전송을 어떻게 하는지가 도시되어 있다.(복굴절성 광 섬유내의 편광의 X축에 대응하는 )X-편광 모우드에 대한 전계벡터는 응력을 받지 않은 영역(34) 내에서 X로 표시되고, 응력을 받은 영역(30,32)내에서 X'로 표시되어있다. 이와 마찬가지로,(편광의 Y-축에 대응하는) Y-편광 모우드에 대한 전계 벡터는 응력을 받지 않은 영역(34)내에서 Y로 표시되고, 응력을 받은 영역(30,32)내에서 Y'로 표시되어 있다. X 및 X'벡터[제3(b)도 내지 제3(g)되는 편광의 X 및 X'축(제4도)에 각각 대응하고, Y 및 Y'벡터[제3(b)도 내지 제3(g)되는 편광의 Y 및 Y'축(제4도)에 각각 대응한다.
제3(b)도에서, 입력 광선은 X편광 모우드에서 모든 전력으로 광 섬유(24)로 들어가는 것으로 벡터(48)로 표시되어 있다. 이 편광은 광선이 제1의 응력을 받은 영역(30)의 개시부에서 경계선(40)까지 전달할 때 유지된다.
제3(c)도에는 광선이 경계선(40)을 지나 응력을 받은 영역(30)내로 전달된 다음의 전력 성분들이 도시되어 있다. 이 경계선(40)에서, 편광축 X 및 Y는 제4도를 참조하여 상술한 바와 같이 각 θ 만큼 새로운 배향 X' 및 Y'로 급격하게 전이한다. 이 새로운 편광 모우드 축 X' 및 Y'는 전자기 광파들이 이 편광 모우드들내에서 진행하는 경우의 전계 벡터의 배향을 나타낸다. X 및 Y배향의 경우와 같이 X'모우드내의 광선은Y'모우드내의 광선과 상이한 속도로 진행하는데, 그 이유는 이것이 복굴절성 이론에 근거하기 때문이다.광선의 전체 편광은 X' 및 Y' 또는 X 및 Y축들 내의 전력 성분을 기초로 한 합성 벡터이다.
응력을 받은 영역(30)내에서는, Y'편광 모우드내의 전력 성분이 경계선(40)에서 제일 먼저 나타나고 경계선(40)전에는 Y모우드내의 전력이 없다. 그 이유는 경계선에서 전자계의 작용을 설명하는, 공지된 수학관계식인 맥스웰(Maxwel1) 방정식으로 비롯된다. 기본 원리는 전자계가 통과하는 급격한 경계선에서 고정된 관찰자에 관련하여 전계 벡터의 배향 및 크기가 경계선 양측에서 동일해야 한다는 것이다. 이 경우에 합성 편광, 즉 경계선(40)의 좌측으로 전계 벡터의 배향은 제3(h)도에 벡터(48)로 도시한 바와 같이 된다. X'축이 X 모우드내의 배향으로부더 전이되기 때문에, 벡터(48)에 대한 합성 편광을 유지하기 위해 작은 Y'성분이 있게 되도록 경계선(40)의 우측으로 편광 축 X' 및 Y'가 전이된다. 그러므로, 약간의 전력이 경계선(40)에서 X 모우드로부터 Y'모우드내로 전송된다.
2개의 Y' 및 X'성분들이 응력을 받은 영역(30)을 통해 진행함에 따라, 응력을 받은 영역이 1/2 비트 길이만큼 길기 때문에 이 성분들을 180°만큼 상대 위상이 전이된다. 경계선(42)의 좌측에서 X' 및 Y'성분들의위상은 제(8d)도에 도시한 바와 같이 된다.180°위상 전이는 Y' 성분의 방향을 반전시킴으로써 모델화된다. 180° 위상 전이가 X 또는 X' 벡터의 방향을 반전시키고 Y 또는 Y'벡터를 변화되지 않은 상태로 유지함으로써 모델화된 경우에 동일한 결과가 얻어진다. 이 180°위상 전이의 결과로서, 합성 편광 벡터(50)은 벡터(48)의 배향으로부터 전이된다.
경계선(42)에서 편광 축 X' 및 Y'의 배향은 응력을 제거함으로써 초기 배향 X 및 Y로 다시 급격하게 전이된다. 광선이 경계선(42)를 가로질러 진행할 때, 벡터(50)으로 표시된 편광은 유지되어야 한다. 경계선(42)의 우측, 즉 영역(34)의 개시부에서의 상태는 제3(e)도에 도시한 바와 같이 된다. 그러나, 편광축들이 전이되면 X 및 Y 모우드들 내의 전력을 나타내는 성분 벡터의 방향을 부수적으로 전이시키기 때문에, X및 Y 성분의 크기는 전체 전계 벡터(50)의 각 및 크기를 유지하도록 변화되어야 한다. 제3(b)도와 제3(c)도를 비교하면, 영역(30,34)는 전력의 Y성분의 크기를 상당히 증가시킨다는 것을 알 수 있다.
제3(f)도에는 응력을 받지 않은 영역(34)가 종료되는 경계선(44)의 좌측으로의 전력 성분들이 도시되어있다. 응력을 받지 않은 영역(34) 또한 1/2 비트 길이이므로, X 및 Y 성분들이 영역(34)를 통해 진행할때 이 X 및 Y 성분들 사이에 또 하나의 180°위상 전이가 생기게 된다. 이 위상 전이는 제3(f)도에 도시한바와 같이 경계선(44)에서의 Y성분의 방향을 반전시킴으로써 다시 모델화된다. 상기 설명을 상세히 이해한다면, 편광 축들이 X 및 Y 배향으로부터 다시 X' 및 Y'배향(제4도)으로 경계선(44)에서 다시 급격하게 전이된다는 것을 알 수 있다. 이것은 더 많은 전력이 Y' 편광 모우드로 전이되게 하고, 경계선(44)를 가로지르는 합성 전계 벡터(52)의 크기 및 각을 유지하기 위해서 제3(g)도내의 Y' 성분의 크기가 X' 및 Y'축에대한 X 및 Y축의 각의 전이로 인해 증가해야 한다는 것을 경계선(44)의 우측 상황을 도시한 제3(g)로부터 알 수 있다. 그러므로, 1/2 비트 길이의 홀수배에서의 각각의 경계선은 소정의 전력량이 한 모우드로부터다른 모우드로 결합되게 된다. 경계선(40,42,44,46)에 결합된 전력은 부수적인 것이므로, 광 섬유(24)의 한단부로부터 다른 단부에 결합된 전체 전력량은 누진적으로 된다. 경계선들이 정확하게 1/2 비트 길이의 홀수배에 있지 않으면 누진적인 결합 전력은 계속 0으로 안되나, 홀수배 이외에서의 각각의 경제선은 다른 모우드내에 이미 결합된 전력과 위상이 다른 성분을 갖는 다른 모우드내로 전력이 결합되게 한다. 이 위상이다른 결합 전력은 이미 결합된 전력의 일부를 소멸시킨다. 순수 결합 전력이 0이 아닌지의 여부는 경계선들의 정확한 위치 및 얼마나 큰 힘이 각각의 응력을 받은 영역내에 인가되었는가에 좌우된다. 그러나, 일반적으로, 경계선들의 위치의 5 내지 10% 정도의 오차는 장치의 동작에 악영향을 미치지 않고서 허용될 수 있다.
본 발명의 시스템은 다음과 같이 수학적으로 특성화될 수 있다. 전형적으로, 고 복굴절성 광 섬유의 경우에, 축들 중의 한 축 밑으로 전달되는 광선은 다른 축에 결합되지 않는다. 부수적인 복굴절성이 광 섬유에압력을 인가시킴으로써 유도될 수 있다는 것이 증명되었다. 이 복굴절성은 다음 식으로 주어진다.
Figure kpo00001
여기서, a는 원형 광 섬유의 경우에 1.58의 상수이고, n은 광 섬유의 평균 굴절률이며, C는 압전-광학계수이고 f는 광 섬유에 인가된 단위 길이당 힘이며, d는 광 섬유 피복물 직경이다. 계산시에, 값 n=1.46, C=5×10-12(MKS) 및 D=65μm가 사용되었다. 힘이 작은 경우에 부수적인 복굴절성은 광 섬유의 정상 복굴절성에 대한 섭동으로서 취급될 수 있다. 분석하기 위해서, 힘이 복굴절성의 광 섬유에 축에 45°각도로 인가된다고 가정한다. 복굴절성의 축에 45°각도로 힘을 인가하면, 단위 힘 당 복굴절성 축들의 배향의 최대 전이를 발생시키게 된다. 그러나, 이 각은 임계적이 아니며, 인가된 힘을 증가시킴으로써 45°로부터의 편차가 조정될 수 있다. 복굴절성의 섭동에 제1차 결과는 작은 각을 통해 복굴절성의 광 섬유의 주축이 회전한다는 것이다. 복굴절성의 이 작은 전이는 전체 광 섬유 복굴절성의 크기 △n을 크케 변화시키지않는다. 각 θ는 다음식으로 주어진다.
Figure kpo00002
전체 복굴절성 △n은 파장 대해 일정하다고 가정하는데, 이것은 공지된 진공 파장 λ에서의 광 섬유의 비트 길이 L=λ/(△n)을 직접적에 관찰함으로써 측정될 수 있다. 양호한 실시예에서 사용된 광 섬유의 n측정
값은 △n=7.4×10-4이었다.
X축을 따라 초기에 편광된 광선은 압착된 영역으로 들어갈 때 축 X' 및 Y'를 따라 편광된 성분들로 분해된다. 2개의 편광된 광선의 상대 위상은 1/2 비트 길이에서 π래디안 만큼 변화한다. 이 거리에서 광 섬유상에 가해지는 힘이 제거되면, 광선은 X편광에서의 cos2(2θ)와 Y편광에서의 sin2(2θ)의 양으로 주축을 따르는 성분들로 다시 분해된다. 다른 L/2 거리, 즉 1/2 비트 길이를 진행한 후, 제2의 응력을 받은 영역이전력을 더욱 전송시키도록 2개의 축 내의 적당한 위상 관계가 설정된다. 단일 L/2 길이의 응력을 받은 영역 및 L/2 길이의 응력을 받지 않은 영역의 경우에, 존스 매틀기스(Jones matrix) T는 이 구조의 진폭 편광 변환을 기술하도록 다음과 같이 될 수 있다.
Figure kpo00003
이러한 구조를 N회 반복함으로써 전체 편광 변환 매트릭스가 다음과 같이 나타난다.
Figure kpo00004
그러므로, 2Nθ=π/2가 되도록 힘 f를 N개의 릿지들에 인가함으로써 한 편광으로부터 다른 편광으로의 완전한 결합이 달성될 수 있다. N
Figure kpo00005
5인 경우에, 최적한 힘은 다음과 같이 주어진다.
Figure kpo00006
예를들어, N=10이고, L=0.081cm[32밀(mil)]인 경우에, 앞에서 주어진 수들을 사용하면, 완전한 결합을 위해서 177g의 힘이 필요하게 된다.
제1도에 도시한 장치에서, 광 섬유 재킷은 광 섬유를 직접 릿지에 노출시키도록 광 섬유(24)로부터 제거되었다. 이것은 모든 경우에 반드시 그런 것은 아니다.
제5도에는 참조 번호(54)로 표시하고 제1도 내지 제4도를 참조하여 상술한 편광 결합기를 사용하는 시스템이 도시되어 있다. 주파수 동조 가능한 염색 레이저(dye laser,56)은 소오스 광선을 발생시키기 위해 사용되었다. 표준 편광기(58)에 의해 편광된 이 광선은, 편광된 광선을 광 섬유의 코어 상에 집속시키는 렌즈(60)에 의해 타원형 코어 복굴절성 광 섬유(24)의 길이 방향으로 내보내진다. 편광기(58)은 광선을 광 섬유(24)의 2개의 직교 편광 모우드들 중의 한 직교 편광 모우드내로만 통과시키도록 배열된다. 이 광선은 편광 결합기(54)를 통해 광 섬유(24)내로 전달되고, 광 섬유 세그먼트(64)에서 광 섬유(24)로부터 나올 때 다른 직교 편광 모우드내로 결합된 전력의 일부 또는 전체를 갖고 있다. 렌즈(62)는 출력 광 섬유 세그먼트(64)로부터 방출되는 광선을 조준하고, 비임 분리기(66)상에 보내지도록 형성된 비임(65)를 발생시킨다. 이비임 분리기(66)은 비임(65)의 일부분을 표준 광 검출기(68)로 보내는데, 비임(65)의 나머지 부분은 편광기(70)을 통과한다. 편광기(70)은 편광기(58)에 의해 설정된 편광에 관련하여 동일한 편광의 광선만을 통과시킨다. 편광기(70)을 통과한 광선은 표준 광 검출기(72)로 보내진다. 검출기(72 및 68)의 출력들은 각각의선(76,78)에 의해, 전체 출력 전력에 대한 직교 편광내의 상대 전력을 표시하는 표준 비율기로 입력된다.츨력에서의 편광기(70)에 의하여, 19dB 내지 32dB 사이의 광 섬유 편광들 사이의 소광비가 측정되었다.이 소광비는 수평 편광 모우드내의 광 전력에 대한 수직 편광 모우드내의 광 전력의 비의 상용 대수값이다. 최소한 19dB의 소광비가 파장이 변하였을 때 파장에 관계없이 이루어졌다. 이 제한은 광 섬유내의 산란 손실에 의해 설정되는데(＞150dB/km), 그 이유는 어느 정도의 산란된 광선이 계속 안내되기 때문이다. 소정의 파장에서,32dB까지 개선된 비는 산란된 광선의 파괴적인 간섭으로 인한 것이다. 릿지된 블럭(14)가 광섬유 상에 배치되고 압력이 인가되었을 때, 32dB 보다 큰 결합비가 전형적으로 약 220g의 힘으로 달성되었다.
이 결합비는 직교 편광 모우드에 결합되지 않은 광 전력과 직교 모우드내로 결합되는 전력 사이의 비의상용 대수 값이다. 이 비는 633nm의 광선 파장에서 10개의 릿지로 관찰되고, 608nm의 광선 파장에서 30및 60개의 릿지들로 관찰되었다.
본 발명의 결합기의 릿지들은 특정한 파장을 위해 설계되어야 하는데, 그 이유는 광 섬유내의 광선의 비트 길이가 파장의 함수로서 일정하지 않기 때문이다. 본 발명의 장치가 상이한 파장에서 사용되면, 릿지 길이에 걸친 위상 전이
Figure kpo00007
Figure kpo00008
가 π래디안으로부터 π+2δ래디안으로 변한다. 결국, 완전한 전력 전송이 더 이상이루어질 수 없다. 2Nθ=π/2가 되도록 적당한 힘이 각각의 릿지에 의해 인가된다고 가정하면, 만일 릿지및 갭(gap) 주기에 걸쳐서의 전송 매트릭스는 다음과 같이 된다.
Figure kpo00009
광선이 한 편광으로만 초기에 내보내지면, N개의 릿지들 다음에 제 2 편광내로 결합된 전력은 ｜ K ｜2로 주어진다.
이때,
Figure kpo00010
이다. 여기서, b=sin2θ-cos2θ cos2δ이다.
전송 매트릭스의 비 대각선 원소들은 편광 모우드들 사이에서 생기는 진폭 결합의 크기를 나타낸다. 이진폭 결합량은 k는 TN의 각각의 2개의 비-대각선 매트릭스 원소들의 값이다.
파장에 의한 결합의 의존성이 569nm와 614nm 사이로 동조 가능한 염색 레이저를 사용하여 실험적으로 조사되었다. 사용된 장치는 균일한 광 압력이 인가되고, 중심 파장이 609nm인 60개의 릿지를 가진 결합기이었다. 실험 장치는 제5도에 도시된 것과 동일한 장치이었다. 직교 편광내에 남아 있는, 즉 결합되지 않은 광선은 검출된 신호이다. 비율기(74)는 파장이 변화되었을 때 레이저 전력 감쇠를 보상하기 위해 사용되었다. 이 결과는 시스템에 대해 가정된 복굴절성 모우드내의 급격한 전이를 기초로 하여, 실험 결과를 점으로 도시하고 이론적으로 예상된 결과들을 실선으로 도시한 제6도에 도시되어 있다. 2개의 곡선들이 서로양호하게 일치한다는 것은 응력을 받은 영역의 경계선에서의 복굴절성이 급격하게 변환한다는 결론을 뒷받침한다. 약 λ/N과 이론적으로 동일한 1/2 최대치에서의 전체 폭이 9nm으로 관찰되었다. 그러나, 이 측로브들은 광 섬유상의 릿지들의 불균일한 압력으로 인해 예상된 것보다 더 높았다. 이 동일하지 않은 압력은 수옹그스트롬 정도의 광 섬유 직경 및 릿지 높이의 변화에 의해 발생된 것이고, 가중된 릿지들을 개별적으로 구성함으로써 처리될 수 있다. 중심 피크의 폭은 멀티 플렉서 또는 노치 필터로서 사용하기 위한 이 편광 결합기의 전위를 나타낸다.
제1도 내지 제6도를 참조하여 상술한 편광 결합기는 진폭 변조기로서 사용될 수 있다. 변조 신호에 따라 제3(a)도 내의 힘 F를 변화시킴으로써, 전력의 변화량은 X 편광 모우드로부터 Y 편광 모우드로 결합될수 있는데, 결합량은 힘 F의 크기에 비례한다. 즉, 제5도 내의 종래의 변환기(80)이 편광 결합기(54)의 릿지된 블럭(14)에 인가된 힘 F를 변화시키면, 광 섬유(24)의 Y 편광 모우드내의 광전력이 힘 F의 크기에 정비례하는데, 이때 입력 전력은 최초로 X편광 모우드내에서 모두 내보내진다. 식(1)로부터, 응력에 의해 유도된 부수적인 복굴절성은 단위길이당 인가된 힘에 정비례한다는 것을 알 수 있다. 힘이 변하면, 편광모우드들의 축들이 전이되는 각은 식(2)에 의해 변한다. 이것은 제3(b)도 내지 제3(g)도로부터 알 수 있는바와 같이 각각의 경계선에서 각각의 새로운 축들 상에서 분해되는 전략량을 변화시킴으로써 편광 모우드들사이에서 전이된 전력량을 변화시킨다.
광 섬유 주파수 전이기는 릿지(16)들이 선정된 순서로 독립적으로 광 섬유(24)를 누를 수 있도록 제3(a)도의 구조물을 변경시킴으로써 제조될 수 있다.
제7도를 참조하면, 제1도 내지 제3도의 결합기를 사용하는 광 섬유 주파수 전이기의 변형된 형태의 실시예가 도시되어 있다. 이 변형된 형태는 각각의 릿지의 저부 상의 표면(18)이 서로 독립적으로 상하로 이동될 수 있도록 릿지(16)을 분리시키는 것을 포함한다. 설명을 용이하게 하기 위해서, 릿지들은 제7도 내지 참조번호(84,86)으로 표시되어 있다. 본 분야에 숙련된 기술자들에게 공지된 바와 같이, 릿지들이 독립적으로 이동될 수 있도록 릿지들을 서로 분리시키는 것은 종래의 방법으로 이루어질 수 있다.
분리된 릿지들은 종래의 구동 회로(82)에 의해 각각 구동된다. 이 구동 회로는 캠샤프트, 각각의 솔레노이드, 압전 변환기, 또는 릿지들을 선정된 순차로 독립적으로 이동시킬 수 있는 그외의 다른 장치로 될 수있다. 구동 회로(82)는 링크(link,88 및 90)에 의해 릿지(84 및 86)에 접속된다. 이 링크(88 및 90)의 특성은 응용하기 위해 선택된 특정한 구동회로(82)의 특성에 적당한 형태의 접속 장치로 될 수 있다. 이 구동회로(82)의 목적은 광 섬유(24) 밑에서 이동하는파, 즉 단방향성 진행 음파를 모의하도록 페이싱된 관계로 독립적인 구동력 F1및 F2를 릿지(84 및 86)에 인가하기 위한 것이다. 모의 또는 겉보기 음파의 응력 또는광 섬유내의 응력을 받은 영역을 주기적으로 증가 또는 감소시킴으로써 발생된다. 이 영역 상의 응력은 광섬유(24) 밑에서 응력의 겉보기 이동을 일으키도록 페이싱된다. 이 응력 영역 또는 결합 영역들은 선정된방법으로 서로 간격을 두고 배치되고, 이 영역들은 광 섬유(24)내에서 1개의 편광 모우드로부터 다른 편광모우드로 전력을 결합시킨다.
릿지(84 및 86)의 연부에서의 경계선(40,42,44 및 46)에서의 결합은 이미 기술하였다. 이 결합은 제1도내지 제3도의 결합기를 참조하여 전술한 바와 동일한 방법으로 제7도의 주파수 전이기 내에서 일어난다. 즉, 광 섬유 상에 측방향으로 배치되는 응력에 의한 결합은 전술한 바와 동일하게 일어난다. 그러나, 제7도의 주과수 전이기에서, 릿지(84 및 86)은 광 섬유(24) 밑에서 전달되는 응력의 진행파를 발생시키거나 모의하도록 선정된 페이싱된 관계로 구동된다. 이러한 위상 관계가 입력 광선의 특정한 파장에서 광 섬유의비트 길이와 동일한 파장을 갖는 음파를 발생시키도록 선택되는 것은 주파수 전이기의 양호한 동작에 중요하다.
그러므로,
λa =L (8)
이다. 여기서,λa는 음파의 파장이고, L은 광 섬유의 비트 길이이다.
구동력 F1과 F2상의 선정된 위상 관계
Figure kpo00011
는 양호하게 다음과 같이 되어야 한다.
Figure kpo00012
여기서, d는 릿지(84와 86) 사이의 거리(즉, 간격)이거나, 보다 보편적인 의미로 d는 인접한 경계선(42및 44)와 같이, 인접한 시간에 따라 변하는 결합 위치들 사이의 거리이고, L은 광 섬유의 비트 길이이다. 양호하게는, 모든 릿지(84,86)들은 진행 모의 음파의 주파수로 되는 동일한 주파수에서 정현파적으로 구동된다.
부수적으로, 최적한 결합을 하기 위해, 릿지(84,86)의 폭은 양호하게
Figure kpo00013
비트 길이 또는 이것의 홀수배로되어야 한다.
이상적인 광 섬유 주파수 전이기의 목적은 한 전달 모우드에서 다른 출력 전달 모우드로 광 섬유로 들어가고, 동시에 변조 신호의 주파수(즉, 음파의 주파수)와 동일한 공지된 크기로 출력 신호 주파수를 전이시키는 입력 광선의 0에서 100%까지 이동할 수 있는 광 섬유 도파관 상에서 또는 주의에서 제조될 수 있는 소형이면서 효율적인 주파수 전이기를 얻기 위한 것이다. 이상적으로 순수한 정현파 변조 파장의 경우에,광 출력 신호는 변조 주파수의 기본 주파수 만큼 주파수전이되고, 출력 광선내의 고조파 성분(즉, 기본 주파수의 수배만큼 상하향으로 주파수 전이된 성분)은 없게 된다.
광 섬유(24) 밑에서 전달되는 응력의 실제 진행 음파의 응력 패턴을 도시한 제8도를 참조함으로써 광 섬유(24)상의 음파의 영향을 보다 완전히 이해할 수 있다. 제8도의 실제파는 종방향으로 광 섬유(24)에 응력을 인가시키는데 비해, 제7도의 장치는 음파를 모의하도록 광 섬유(24)에 수직한 방향으로 응력을 인가시킨다. 광 섬유(24)의 코어 및 피복물을 X방향으로 통과하는 선들은 시간 상 특정한 모멘트(moment)에서광 섬유의 Z축을 따르는 특정한 위치에서의 광 섬유내의 응력의 상대 크기를 나타낸다. 즉, 선들이 서로가깝게 간격을 두고 배치된 곳의 응력은 선들이 멀리 떨어져 배치된 곳의 응력보다 크다. 그러므로, 이 선들은 응력파가 광 섬유 물질을 통과할 때 광 섬유 물질의 압축 및 희박 영역들을 나타낸다. 이 상황은 파의"피크"들이 공기 분자들이 서로 가깝게 압축되는 영역을 나타내는 공기 또는 물을 통과하는 음파와 유사하다. 파의 "골"은 공기 분자들이 정상 대기압 보다 희박한, 즉 공기 분자들이 멀리 떨어져 배치된 영역을 나타낸다.
따라서, 영역(92,94 및 96)은 광 섬유 물질이 압축된 "피크"영역을 나타내지만, 영역(93,95 및 97)은 광섬유 물질이 희박한 "골"영역에 나타낸다. 광 섬유의 굴절률은 광 섬유의 분자들이 응력을 받지 않은 상태에서 갖는 것과 다른 간격을 갖더라도 변환된다. 이것은 모우드의 배향을 변화시켜, 광 섬유내의 전달 모우드들 사이의 광선의 결합이 시간에 따라 변하게 한다. 즉, 이 압축 및 희박 영역은 시간이 지나감에 따라파가 광 섬유 밑으로 전달될 때 Z축을 따라 이동하고 이 광 섬유내의 각각의 지점에서의 굴절률을 변화시킨다.
응력파의 이 피크 및 골은 영역(92,94 및 96)에서 최대 압축의 정(positive)피크, 영역(93,95 및 97)에서최대 희박의 부(negative) 피크를 갖고 있는 정현파로서 나타낼 수 있다. 광 섬유 물질의 이 압축 및 희박영역들은 광 섬유 상에서 작용하는 압축 또는 희박력의 크기에 따라 광 섬유의 복굴절성을 변화시키고, 편광 모우드들의 주축에 대한 응력의 배향을 변화시킨다.
응력을 받을 때 투명한 물질이 일시적으로 복굴절성으로 된다는 것은 공지되어 있다. 이것은 이웃하는 원자 구조 유니트를 사이의 간격이 상이한 방향에서 달라지기 때문이다. 즉, 이 물질은 이웃 원자들 사이의간격 및 이웃 원자들을 묶는 결합이 모든 방향에서 동일한 등방성(isotropic) 구조와 반대인 비등방성(anisotropic)구조로 된다. 비등방성 물질만이 복굴절성이 있다. 광 섬유에 적용된 바와 같이, 복굴절성은 속도가 상이한 2개의 중요한 직교 편광 모우드를 발생시킨다. 이 속도들 사이의 차이, 즉 굴절률들 사이의차이는 복굴절성의 측정치이다. 이미 복굴절성으로 된 물질의 경우에, 부수적인 응력을 부수적인 북굴절성을 발생시키거나 기존복굴절성 내의 변화를 일으킨다. 방해석, 수정 및 홍옥과 같은 결정체들은 본래 복굴절성이지만 다이아몬드와 같은 다른 결정체는 복굴절성이 아니다. 광 섬유들은 전형적으로 본래 복굴절성인물질로 형성된다.
복굴절성 결정체 내에서, 한 지점에서의 영구 복굴절성이 계란형으로 된 3차원 타원형인 굴절률 타원체에의해 기술될 수 있다는 것은 공지되어 있다. 이 타원체의 주 X, Y 및 Z 반-축들은 주 굴절률에 비례한다. 응력을 받은 투명한 등방성 물질이 영구 복굴절성 결정체 내에서 나타난 것과 동일한 일시적인 광 특성을 나타낸다는 것은 공지되어 있다. 응력은 굴절률 타원체의 각각의 3개의 주축을 따르는 주성분들로 변환될 수 있다. 또한, 이 응력 성분들은 수학적으로 공지된 식에 의해 각각의 3개의 축을 따르는 응력을 받지않은 굴절률 및 응력을 받은 굴절률에 관련될 수 있다.
그러므로, 제8도 내의 응력들이 제7도 내의 응력들과 다른 방향으로 있더라도, 진행파로부터의 이 응력들은 광 섬유상의 모든 지점에서 복굴절성이 시간에 따라 변하게 한다. 광 섬유가 진행 응력파의 부재시에복굴절성으로 되면, 부수적인 응력은 편광모우드들의 축들을 전이시키도록 복굴절성을 변화시킨다. 제8도의 음향학적으로 응력을 받은 광 섬유는 경계선(40,42,44 및 46)으로 표시된 결합 위치들과 유사한 무한수의 "결합 위치"를 갖고 있는 것으로 개념화될 수 있다. 본 명세서에 사용된 "결합 위치"라는 용어는 편광모우드들의 축들이 전이됨으로써 한 방향으로 편광된 입사 광선이 방해 지점에서 2개의 성분들로 갈라지게하는 광 섬유내의 방해 지점을 의미한다. 각각의 성분은 편광 모우드 2개의 전이된 축들로 배열된다. 제8도의 음향학적으로 응력을 받은 광 섬유는 또한 음파와 동일한 속도로 광 섬유를 통과하는 제한 응력의 이동 지점들을 갖는 것으로 고찰될 수 있다.
광 섬유내의 음향 응력파의 주파수 및 전달 속도를 알고 있으면, 응력파의 파장, 즉 피크(92)와 피크(94)사이의 간격을 결정할 수 있다. 음파의 파장이 입력 광선에 대한 소정의 파장에서 광 섬유의 비트 길이와일치하도록 음파의 주파수가 제어되면, 제1도 내지 제3도를 참조하여 상술한 바와 같은 방법으로, 음파가광 섬유를 통과할 때 한 편광 모우드로부터 다른 편광 모우드로의 누진적인 결합이 생기게 된다. 그러나,한 편광 내의 입력 광선은 예를 들어 모우드 1 내의 입력 광선에 대해 주파수 전이된다. 이 주파수 전이는광 섬유 내에서 진행되는 음향 응력파의 주파수와 동일한데, 헤테로다이닝 및 광 도플러 효과에 의해 발생된다. 각각의 결합 지점이나 위치는 믹서(mixer), 또는 음파 및 입력 광파가 체배되어 이들의 합 및 차 주파수들이 모우드 2 내에서 출력되는 제곱 변조기로서 고려할 수도 있다. 더욱 상세하게 말하자면, 음파는 각각의 결합 위치에서의 결합을 결합 함수라고 부르는 시변 함수에 따라 변화시킨다. 모우드 1 내의 광 신호는 이 시변 결합 함수에 의해 곱해지고 적(product)의 수학적 전개 결과로서 모우드 1 내의 광선으로부터 주파수 전이된 모우드 2 내의 광선 신호를 발생시킨다. 주파수가 상이한 2개의 정현파들의 적의 수학적인 전개식은 본 분야에 공지된 바와 같이 합 주파수와 차 주파수에서의 항들을 포함한다. 그러므로, 모우드2 내의 광선은 입력 광선과 변조(예를들어, 음향) 신호 사이의 합 또는 차 주파수와 동일한 주파수를 갖는 측파대를 포함한다. 이 2개의 측파대 중 어느 것이 발생되느냐 하는 것은 음파 및 광파의 상대 방향에 따라달라진다.
상술한 바와 같이, 제7도 내의 각각의 결합점(40,42,44,46)에 대한 구동함수들 사이의 페이싱된 관계로인해, 겉보기 응력파가 광 섬유 밑에서의 겉보기 위상 전달 속도로 발생된다. 수학적으로, 이 응력파에 의해 입력 광선을 증배시킴으로써 생기는 주파수 전이는, 결합점들에 대한 구동 신호들의 페이싱된 관계에 의해 발생된 겉보기 위상 속도와 동일한 실제 속도로 광 섬유 밑에서 전달된 실제 응력파에 의해 발생되는 도플러 주파수 전이와 동일하다.
제8도 내의 실제 음파로 인해 광 섬유(24)를 따라 무한수의 샘플링(sampling) 또는 결합점들이 있기 때문에, 파의 1개의 주파수 만이 이 파에 의해 발생된 결합 또는 샘플링 함수에 일치한다. 이것은 출력 광선이 한 방향으로만 주파수 전이된다는, 즉 1개의 측파대 만이 발생된다는 것을 의미한다. 또한, 음향 주파수의 조파들에는 측파대 성분들이 없는데, 그 이유는 1개의 주파수 만을 갖고 있는 1개의 정현파 만이 무한수의 결합 지점 또는 위치들을 갖고 있는 결합 함수와 일치될 수 있기 때문이다. 더 적은 샘플링 지정 및 결합 위치들이 있으면, 더 많은 음파 주파수들이 동시에 이 결합 함수와 일치된다. 이것은 필요한 주파수 전이의 조파에서 더 많은 불필요한 측파대들이 발생된다는 것을 의미한다.
상기 개념은 제9(a)도 내지 제9(d)도를 참조함으로써 더욱 완전히 이해될 수 있다. 제9(a)도 내지 제9(d)도에는 상이한 결합 함수들 및 이들의 합성 광선 출력 스펙트럼들이 도시되어 있다. 제9(a)도에는 광선이 전달되는 광 섬유의 종축인 Z축을 따르는 다수의 샘플 또는 결합 지점들을 갖고 있는 결합 함수가 도시되어 있다. 각각의 수직선은 정현파 곡선의 진폭 또는 높이에 비례하는 다량의 광선 에너지가 1개의 모우드로부터 다른 모우드에 결합되는 광 섬유상의 결합 지점을 나타낸다. 제9(a)도에는 시간상 특정한 순간에서의 결합 함수들의 진폭들이 도시되어 있다. 그 다음 순간에, 응력파는 점선으로 도시한 바와 같이 Z축을따라 더욱 전달되고 모든 결합지점들에서의 결합 함수의 진폭들은 변화된다. 그러므로 각각의 결합 요소, 즉 제9(a)도 내의 각각의 수직선은 정현파적으로 진폭이 진동하고, 시간에 대해 도시된 경우에 정현파를발생시키는 광 섬유를 따르는 이 특정한 지점에서 시변 결합 함수를 나타낸다. 각각의 수직선은 어느 한 축상에서 이웃하는 결합 함수와 약간 이상된 단일의 정현파적으로 변하는 결합 함수를 나타낸다. 즉, 각각의수직선이 응력파 정현파 상에서 측정된 바와 같이 각각의 이웃 수직선으로부터 5°이면, 각각의 수직선으로표시된 정현파 결합 함수는 이웃하는 정현파 결합 함수를 5°만큼 선행 또는 지연시킨다.
제9(a)도로부터, 다수의 결합지점들로 인해, 단지 1 파장의 응력파가 시간상 어떤 순간에 각각의 수직선의 단부를에 의해 정해진 지점들과 일치할 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 이 선들의 진폭이 정현파적으로 변하고 각각의 결합 지점이 선정된 방법으로 이웃하는 것들과 약간 이상되어 있기 때문에, 응력파가 이동하는 것으로 보여진다. 즉, 제9(a)도는 실제 응력파가 광 섬유내에서 전달되는 상황이나 응력파가 겉보기에는 광 섬유 밑에서 전달되는 상황에서, 수직선들의 높이는 각각의 선의 위치에서 한 모우드로부터 다른모우드에 결합된 광선의 양을 나타낸다. 응력파가 단지 겉보기에는 광 섬유 밑에서 전달되는 것으로 보이는상황에서, 각각의 수긱선은 각각의 수직선의 위치에서 광 섬유에 인가된 정현파적으로 변하는 응력의 크기를 나타낸다. 각각의 위치에서의 응력을 나타내는 정현파는 광 섬유를 통해 전달되는 주파수의 실제 응력파에 의해 발생되는 것과 동일한 겉보기 파를 통과하는 광선 내의 주파수 전이를 발생시킬 수 있는 겉보기로 이동하는 응력파를 발생시킨다.
제9(b)도에는 제9(a)도의 결합 함수에 대한 출력 스펙트럼이 도시되어 있다. 단 1개의 주파수 정현파 만이 제9(a)도 내의 모든 지점들과 "일치"하기 때문에, 모우드 2내의 출력 광선 세기 스팩트럼은 모우드 1내의 입력 광선의 캐리어 주파수에 모든 지점들과 일치하는 음파 또는 응력파의 주파수를 더한것과 동일한측파대 주파수에서 단 1개의 피크를 나타낸다.
제9(c)도에는 더 적은 결합 위치 또는 샘플링 지점들을 갖고 있는 결합 함수가 도시되어 있다. 결합 위치들은 수직선(100 및 102)로 표시되어 있다. 제9(a)도에서와 같이, 이 선들은 정현파적으로 변하는 전력량을 한 모우드로부터 다른 모우드에 결합시키는 광 섬유를 따르는 결합 지점들을 나타낸다. 이 결합 위치들은 모델링하는 음파상의 간격과 동일한 크기만큼 서로 이상된 정현파적으로 변하는 응력 지점들이다.
이 지점(100 및 102)는 제9(a)도의 결합 함수의 결합 지점들 보다 멀리 떨어져 배치된다. 그러므로, 상이한 주파수 및 파장의 더 많은 정현파들은 선(100 및 102)로 도시된 결합 함수를 만족시킬 수 있다. 즉,기본 정현파는 이 지점들과 일치할 뿐만 아니라 이것의 조파들과도 일치할 수 있다. 그러므로, 주파수 Wm인 파가 2개의 지점(l00,102)를 만족시키면, 다수의 조파들도 2개의 지점(100,102)를 만족시키게 된다. 제9(c)도에 도시한 것과 같은 결합 함수를 갖고 있는 장치의 출력 모우드 2 내의 광선 세기는 결합 함수상의점들을 만족시키는 모든 조파들에서의 프크들을 갖고 있는 제9(d)도에 도시한 바와 같은 분포를 갖게 된다.
그러므로, 단 1개의 축파대를 갖고 있는 "클린(clean)"출력이 바람직한 응용의 경우에는, 더 많은 결합지점들이 바람직하다. 즉, 제9(c)도 내의 여분의 조파들은 제9(c)도내의 결합 지점(104)와 같은 더 많은 결합 지점들을 추가시킴으로써 감소 또는 제거될 수 있다. 조파(106)은 모든 3개의 결합 지점(100,102 및104)의 결합 함수와 일치하지 않지만, 기본 주파수에 있는 변조 신호(108)은 도든 3개의 결합지점들과 일치한다. 그러므로, 조파(106)은 모우드 1로부터 모우드 2까지의 결합 지점에 의해 어떤 특정한 순간에 결합된광선량을 제어하는 결합 함수들과 일치하는 가능한 파형들 중의 1개의 파형으로서 제거된다. 이것은 제9(d)도에 피크(110)으로 도시한 조파를 모우드 2내의 광선 출력으로부터 제거하는 효과를 갖는다.
제7도를 간단히 참조하여, 구동 회로(82)에 대해 보다 상세히 기술하겠다. 이 구동 회로는 필요한 주파수 및 위상 속도의 이동 응력파를 모의하도록 페이싱된 관계로 블럭 또는 릿지(84 및 86)을 구동시킬 수 있는 종래의 장치 또는 전기회로로 될 수 있다. 그러므로, 구동 회로(82)와 구동 링크(88 및 90)은 상술한 바와 같이 종래의 기계적인 캠샤프트로 될 수 있다. 선택적으로, 링크(88 및 90)에 결합된 적당히 페이싱된출력들을 갖고 있는 종래의 전기 신호 발생기는 구동회로(82)용으로 사용될 수 있고, 이 구동 링크(88 및90)은 적당한 대역폭 용량 또는 필요한 변조 주파수를 갖고 있는 종래의 전자기계 변환기로 될 수 있다. 기술한 실시예에서, 릿지(84,86)은
Figure kpo00014
비트 길이의 홀수배만큼 길고,1개의 릿지는 정현파적으로 진동하도록 구동된다. 이 릿지들 사이의 간격은 구동 신호들 사이의 위상차가 90°라고 가정할 경우에,
Figure kpo00015
비트 길이의홀수배로 된다. 일반적으로, 릿지들 사이의 거리는 단일, 단방향성 겉보기 음파만이 내보내지도록 2π 래디안으로 나누어진 비트 길이를 구동 신호들 사이의 위상차(래디안)와 곱한 것과 동일해야 한다.
제10도를 참조하면, 광 진행 음파를 사용하는 광 섬유 주파수변조기의 한 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에서, 광선 소오스(112)는 상이한 굴절률을 각각 갖고있는 최소한 2개의 전달 모우드들을 가진 광 섬유(114)내로 광선을 내보낸다. 단일 모우드, 고 복굴절성 광 섬유는 2개의 모우드들이 편광 모우드들인 경우에 양호하다. 양호한 실시예에서, 광 섬유는 기계적인 응력이 모우드들 사이에 결합을 일으키도록 선택된다. 단일 모우드 광 섬유인 경우에, 광선은 종래 형태의 편광기를 사용함으로써 한 편광 모우드 내에서 내보내진다. 이 편광기는 광 섬유가 결합기(118)로 들어갈 때 광 섬유(114)내의 모든 광선이 한 편광 모우드내에 있도록 단 1개의 편광 광선을 광 섬유 내로 통과시킨다.
또한, 진행 음파를 이동시키기 의한 다른 광 섬유(120)이 결합기(118)로 들어간다. 결합기(118)은 광 섬유(120)내에서 진행하는 음향 진동들이 광 섬유(114)로 이송되도록 2개의 광 섬유(114 및 120)을 서로 밀접하게 지지하기 위한 구조물로 될 수 있다. 결합기(118)은 2개의 광 섬유(114 및 120)이 에폭시(epoxy)나 또는 꺽쇠형(clamp-like) 장치같은 것에 의해 서로 지지되는 영역으로 될 수 있다. 예를들어, 광 섬유(114 및 120)의 외부 직경과 일치하는 폭을 갖고 있는 2개의 홈들은 수정, 플라스틱 또는 금속과 같은 물질로 된 2개의 블럭내에서 절단될 수 있다. 이 홈들의 길이는 2개의 절반부들이 접착제 또는 나사식 장치와같은 것에 의해 서로 고정될 때, 각각의 홈들 내의 광 섬유(114 및 120)이 서로 고정되도록 되어야 한다.이 목적은 광 섬유(120)내의 음파를 광 섬유(114)내에 전송시키기 위한 것이다. 광 섬유들은 이 홈들 내에접착될 수 있고, 이 홈들의 외형 또는 통로는 광 섬유들이 날카로운 만곡부 내로 밀려 들어가지 않도록 완만하게 구부러져야 하는데, 그 이유는 이러한 날카로운 만곡부가 방사선 손실을 야기시킬 수 있기 때문이다.
음향 변환기(122)는 광 섬유(120)에 기계적으로 결합되고, 신호 발생기(126)의 출력에 결합된 한 쌍의 배선(124)로부터 전기적으로 구동된다. 이 신호 발생기(126)은 주파수 ωm인 변조 신호를 공급한다. 주파수ωm은 광 섬유(120)내에서 전달되는 음파의 주파수 및 위상 속도가 광 섬유(114)의 비트 길이만큼 분리되는 광 섬유(115)내에 응력 "피크" 및 "골"을 제공하도록 결합되는 주파수 범위내에 있어야 한다. 즉, 음파에 의해 발생된 각각의 응력 피크는 광 섬유(114)의 비트 길이와 거의 동일한 거리만큼 어느 한 측(114)상의 이웃하는 응력 피크들로터 분리되어야 한다.
편광기(116)에 의해서 통과된 모우드에 직교하는 편광 모우드내에서 만의 광선을 통과시키도록 조정된 종래의 출력 편광기는 모우드 2내의 출력 광선을 제외한 모든 출력 광선을 차단하기 위해 사용된다. 모우드 2개의 이 출력 광선은 광선 소오스(112)내의 캐리어 주파수로부터 광 섬유(120)내의 변조 음파의 주파수ωm만큼주파수 전이된다. 종래 형태의 검출기(130)은 모우드 2내의 광선을 모우드 2내의 출력 광선과 주파수가 동일한 전기 신호로 변환시키기 위해 사용될 수 있다.
제11도를 참조하면, 광 섬유내의 진행 음파를 여기시킴으로써 광 도파관내에서 진행하는 광선의 주파수를전이시키기 위한 다른 실시예가 도시되어 있다. 제11도에서, 광 섬유 도파관(132)는 음파를 전송시킬 수 있는 음향 매질 물질(134)로 된 원통형 블럭내에 매립되거나 넣어진다. 이 물질(134)의 물리적 크기는 광 섬유보다 상당히 큰 것이 바람직한데, 그 이유는 음파가 광 섬유 도파관의 물질내에서 다른 속도로 매질(134)내에서 진행하기 때문이다. 광 섬유내의 음파의 속도를 무시할 수 있는 것이 바람직한데, 이것은 음향 매질의 질량이 이 음향 매질내에 매립된 광 섬유의 질량을 휠씬 초과하는 경우에 행해질 수 있다. 음향 매질의 물질은 음파를 전달하는 어떤 물질로도 될 수 있다. 이것은 리튬 니오베이트(lithium niobate) 및 PZT물질을 포함한다. 광 섬유(132)는 매질(134)내의 음향 응력이 광 섬유(132)로 이송되게 하는 적합한 접착제로음향 매질을 통해 종방향으로 뚫어진 구멍내에 접착될 수 있다. 광 섬유는 양호하게 복굴절성 단일 모우드광 섬유이지만,1개 이상의 모우드를 갖고 있는 한 모우드내의 광선이 다른 모우드에 결합되도록 응력하에서의 광학 특성을 변화시키는 어떠한 섬유도 이 목적에 부합된다.
음향 변환기(136)은 음향 매질의 단부에 고정된다. 이 변환기는 한 위치내에 부착되고, 매질을 통하는 광섬유(132)의 방향과 나란한 방향으로 매질(134) 밑에서 전달되는 비틀림 음파(133)이 매질 (134)내에서 발생될 수 있게 부착된다. 음향 매질내에서 전달되는 음파의 3개의 모우드들이 있다. 첫째, 매질의 물질이 방사상으로, 즉, 원통형 횡단면 매질인 경우에 반경상에서 팽창 및 수축되는 것을 의미하는 방사 모우드가 있다. 둘째, 음파가 광 섬유와 동일한 방향으로 매질 밑에서 길이 방향으로 전달되는 종방향 모우드가 있다.이 모우드에서, 매질의 물질은 제11도 내의 광 섬유의 종축에 나란한 선을 따라 팽창 및 수축된다. 세번째 모우드는 음파가 제11도 내의 광 섬유(132)의 종축과 동심인 원들의 주변부를 따르는 매질의 비틀림 진동으로 구성되는 비틀림 모우드이다. 이 이동은 제11도에 화살표(139 및 141)로 표시되어 있다.
음파 비틀림 모우드만이 광 섬유(l32)내의 모우드들 사이에 어떤 결합을 일으킨다. 따라서, 변환기(136)은 비틀림 전달 모우드를 여기시키도록 선택되어야 한다. 이러한 변환기의 구조는 본 분야에 공지되어 있다.
변환기는 이 변환기의 공진 주파수가 광 섬유의 길이를 따라 전달되는 비틀림와의 피크 응력 영역을 1비트 길이만큼 떨어뜨릴 수 있는 크기로 되어야 한다. 변화기의 위치는 광 섬유(132)가 매질(134)로 들어가는지점 주위의 중심에 있을 수 있거나, 매질(134)의 단부 표면(138)상의 다른 위치에 있을 수 있다. 양호하게는, 광 섬유(132)는 매질(134)의 실린더의 중심을 통과한다.
변환기(136)은 한 쌍의 배선(l40)상의 전기 구동 신호들을 매질(134)에 결합되는 기계 진동으로 변환시킬수 있는 종래의 변환기로 될 수 있다. 압전 결정이 이러한 장치들을 만족시키는 것으로 알려져 있다. 배선(l40)은 주파수 ωm에서 변조 신호를 발생시키는 신호 발생기(142)의 출력에 결합된다. 제10도의 실시예의경우와 같이, 음파(133)의 ωm 및 전달 속도는 음파에 의해 발생된 응력의 피크들 사이의 거리가 비트 길이 L과 거의 동일하도록 되어 있다.
제10도와 제11도의 실시예에서, 제11도내의 피크(137)의 같은 응력의 피크들은 제7도내의 릿지(84) 및제2도내의 릿지(16)의 선행 여부와 유사하다. 이와 마찬가지로 피크(137)과 같은 응력 피크들은 광 섬유(132)내로 전송될 때, 광 섬유(24)내의 응력을 받은 영역과 응력을 받지 않은 영역 사이의 경계선(40 및44)와 유사하다.
제12도를 참조하면, 이동 표면파를 사용하는 광 섬유 주파수 전이기의 다른 실시예가 도시되어 있다. 이실시예에서, 광 섬유(144)는 물질의 하부 블럭(148)의 광학적으로 연마된 평면(146)상에 배치된다. 광학적으로 연마된 평면(152)를 갖고 있는 상부 블럭(150)은 여기서 부착된 종래의 표면 음파 변환기(154)를 갖는다. 이 변환기는 주파수 ωm의 변조 신호를 공급하는 변조 신호 발생기(도시하지 않음)에 접속된다. 변환기(154)는 표면 음파가 상부 블럭(150)의 단부 상에서 점성 흡수 물질(153)에 의해 흡수되는 표면(152) 밑으로 표면 음파를 전달시킨다. 이 흡수 물질은 진행 파를 정재파로 변환시킬 수 있는 반사를 방지시킨다.이 표면 음파는 표면(152)내에서 리플(ripple)을 발생시키는 것으로 제12도에 도시되어 있다. 이 리플은 대략 광 섬유(144)의 비트 길이의 피크들 사이의 파장을 갖는다. 표면(146)이 평평하고 표면(152)가 진행 음파와 함께 파동치기 때문에, 광섬유(144)는 주기적인 응력파에 의해 이 2개의 표면들 사이에서 주기적으로압착된다. 이 응력파는 표면파의 주파수 ωm 및 전달 속도에 의해 설정된 주기로 광 섬유 밑에서 전달된다. 이 이동 주기 응력파는 제1도 내지 제3도를 참조하여 상술한 방법으로 편광 모우드들 사이에 전력 전송을 발생시킨다.
광 섬유를 따르는 실제 또는 겉보기 응력 이동은 도플러 효과 또는 헤테로다이닝 주파수 전이를 발생시킨다. 이 이동 응력은 제13도에 도시되어 있다. 광 섬유(156)은 상이한 굴절률을 각각 갖고 있는 2개의 전달모우드를 갖는다. 이 광 섬유는 비트 길이 L을 갖는다. 광 섬유내의 영역(157 내지 159)는 한 모우드로부터 다른 모우드로의 전력 결합을 일으키는 광 섬유의 광학 특성이 비교적 급격하게 변하는 위치들을 나타낸다. 각각의 결합 위치(157 내지 159)내에서, 모우드 1내의 전력의 일부분은 모우드 2내로 결합된다. 결합위치(157 내지 159)에서의 응력은 제10도 내지 재12도의 실제 음파의 경우와 같이 광 섬유를 따라 실제로이동되거나, 제7도의 릿지(84 및 86)들이 모의 또는 겉보기 음파를 발생시키도록 서로 페이싱된 관계로 구동될 때와 같이 겉보기 이동될 수 있다. 결합 위치(157 내지 159)의 폭은 비트 길이보다 짧아야 하고, 광학특성이 갑자기 전이되어야 한다. 이 광학 특성은 다음과 같이 될 수 있다.
Figure kpo00016
여기서, ι은 각각의 결합 영역(157 내지 159)의 폭이고, N은 비트 길이이며, N은 결합 위치들의 갯수이다. 제7도 및 제3도에서, ι은 릿지(16,84 빛 86)의 연부들 밑에서의 변이 경계선 영역(40,42,44 및46)의 폭을 나타낸다. 이 결합 위치들내에서 모우드 1내의 전력의 일부분이 모우드 2로 결합하는 것은 각각의 결합 영역(157 내지 159)내에서 모우드 1로부터 모우드 2로 가는 점선으로 표시되어 있다.
광 섬유 주파수 전이기에 대한 다른 실시예는 제14도에 도시되어 있다. 복굴정성 단일 모우드 광 섬유 또는 단결정성 광 섬유(160)은 동심 압전 재킷 물질(162)에 의해 자체가 둘러싸여지는 금속 전극(161)에 의해 둘려싸여진다. 이 금속 전극(161)은 종래의 스퍼터링(sputtering) 기술에 의해 광 섬유 상에 형성될 수 있다. 광 섬유 및 금속 전극은 PZT 또는 경질 PVF2와 같은 압전 물질로 된 실린더의 2개의 절반부의 종방향 중심선을 따라 홈을 내고, 접착제에 의한 것과 같은 적합한 방법으로 광 섬유를 이 홈내에 고착시킴으로써 재킷(162)내에 배치될 수 있다. 실린더의 2개의 절반부는 이 절반부들 사이에 합치된 광 섬유 도파관(160)과 합치될 수 있다. 선택적으로, 광 섬유 및 금속 전극은 PVF2의 용해물에 의해 인입될 수 있다. 금속 전극(163 내지 166)은 공지된 방법으로 압전 재킷(162)상에 형성되거나 부착될 수 있다. 양호하게는, 전극(163 내지 166)은 열 필라멘트(hot filament)내의 진공 증착 또는 전자 충격 증착기와 같은 공지된 집적회로 기술을 사용하여 압전 재킷(162)상에 형성될 수 있다. 이 공정들은 본 분야에 공지되어 있다. 감광성내식 및 에칭 기술들이 전극들을 정하기 위해 사용될 수 있다.
공지된 바와같이, 전계의 영향을 받을 때 압전 물질들은 변형된다. 즉, 이 압전 물질들은 그 크기를 변화시키려는 힘을 내보내게 된다. 압전 변형은 전계에 정비례하고, 전계의 부호가 역으로 될 때 방향이 반대로된다. 기본적인 압전 물질들은 결정성 수정, PZT 및 로셀 염(rochelle salt)이지만, 바륨 티타네이트(barium titanate) 및 PVF2와 같은 플라스틱들이 보다 보편적이다.
전극(163 내지 166)은 압전 재킷(162)의 표면에 직접 인가되거나, 수정 요소근처에 서로 밀접하게 외향으로 장착될 수 있다. 이 전극들은 편광 모우드들의 축들의 배향을 눈에 띄일 정도로 변화시키기 위하여 충분한 압전 재킷(162)내의 전계를 발생시켜서 광 섬유(160)상에 충분한 응력을 발생시키도록 충분하게 주변부상에서 연장되어야 한다. 전극(163 내지 166)은 모우드들 사이의 전력 전송을 효율적으로 하기 위해 종방향으로 L/2(즉,1/2비트 길이)만큼 길어야 한다.(또는, 이 1/2비트 길이의 정수배로 되어야 한다). 1비트 길이와 일치될 수 있을만큼의 많은 샘플 지점들이 달성되도록 전극들을 일정한 간격을 두고 배치하는 것이 바람직하다. 예를들어 L/4의 간격은 결합 함수에 대한 3개의 결합 지점들이 각각의 비트 길이내에 존재하도록 제14도에 도시되어 있다. 또한 압전 "회로"의 Q를 향상시키고 에이징 드리프트(aging drift)를 감소시키도록 전체 어셈블리를 배기실내에 봉입할 수 있다. 고전력 처리 능력이 필요하면, 압전 물질은 질소 또는헬륨과 같은 비활성 기체에 의해 둘러싸여질 수 있다.
변조 신호 발생기(168)은 2개의 페이싱된 출력들을 갖고 있고, 응용에 따라 선정된 위상차에 의해 편기되는 유도 신호들을 제공한다. 전극쌍(163,164)와 전극쌍(165,166) 사이의 간격이 L/4인 경우에, 선(169)상의 제1출력과 제2출력 선(171)상의 신호 사이의 위상차는 양호하게 90°또는 π/2 래디안이다. 그러나, 전극들 사이의 다른 간격들이 사용될 수 있는데, 이러한 경우에는 유도 신호들 사이의 위상차에 비트 길이로나누어진 2π의 수배인 간격과 동일한 값으로 양호하게 조정되어야 하므로, 음파 길이는 광 섬유의 비트 길이와 동일하게된다. 출력선(169)는전극쌍(163,164)에 결합된다. 출력선(171)은 전극쌍(165,166)에결합된다. 접지선(173)은 중간 전극(161)에 결합된다.
압전 재킷의 쌍극자들의 배향은 방사상으로 되어 있다. PVF2재킷(162)의 경우에, 쌍극자들은 전극(163내지 166)과 중심 전극(161) 사이에 큰 전압을 인가하는 것과 같은 종래의 기술에 의해 고형화된 후 배열될수 있다. 제14도의 실시예에서, 압전 재킷(162)는 전극(163과 164) 사이의 전계가 광 섬유(160)을 방사상으로 압착시키기 위해 전극들 사이의 압전 물질을 변형시키도록 절단 또는 배향된다. 이 변형은 전극(163 및164)의 외부 선단들 사이의 영역내에 광 섬유(160)을 압착시키는 것과 같은 것이다. 전극(165 및 166)의 경우에도 동일하다. 이 결과로 제3도내의 릿지(16)에 의해 발생된 영역들과 유사한 광 섬유내의 응력을 받은영역 및 응력을 받지 않은 영역이 생긴다. 전극쌍(163,164와 165,166)이 1/2비트 길이의 정수배만큼 길고 1/4비트 길이만큼 분리되면, 전극쌍들이 sin 및 cos 함수에 의해 각각 유도되는 경우에, 즉 서로 90° 이상된경우에, 진행 음파가 여기되거나 모의된다. 이것은 광 섬유(160)내의 응력을 받은 영역이 변조 신호 발생기(168)로부터의 유도 정현파의 주파수 ωm에 의해 설정된 위상 속도로 좌측에서 우측으로 실제로 또는 겉보기로 이동한다는 것을 의미한다. 즉, 광 섬유(160)의 영역(170)내의 응력의 크기는 ωm 주파수에서 정현파적으로 변하게 되고, 광 섬유(160)의 영역(172)내의 응력도 ωm 주파수에서 정현파적으로 변하게 된다. 그러나, 응력을 발생시키는 2개의 유도 정현파는 서로 90°이상되므로, 광 섬유내의 응력은 좌측에서 우측으로 이동한다.
이 이동은 제15도에 도시되어 있다. 제15(a)도에는 릿지된 블럭의 릿지, 또는 재킷 또는 압전 블럭의 압전 물질과 같은 응력 부재에 의해 응력을 받게 되는 광 섬유의 부분(186,188)이 도시되어 있다. 좌측상의응력을 받은 부분 또는 영역은 sin(ωmt)로서 유도되고, 우측상의 응력을 받은 부분은 cos(ωmt)로서 유도된다. 제15(b)도에는 sin값이 최대이고 cos값이 0일때 시간 t1에 2개의 응력을 받은 부분들에서 광 섬유상에 나오게 된 응력이 도시되어 있다. 응력을 받은 부분들의 연부에서의 수직 점선은 제7도내의 영역(40,42,44 및 46)과 유사한 경계 영역을 나타낸다. 제15도(a)내의 벡터(175 및 177)은 광 섬유의 응력을 받은영역과 응력을 받지 않은 영역 사이의 경계 영역에서 생기는 결합을 나타낸다. 벡터(175)의 길이는 광 섬유내의 모우드들 사이에 결합된 전력량을 나타태고, 이 벡터들의 방향은 복굴절성의 축들의 전이 방향, 즉 직교 편광 모우드들의 배향의 변화 방향을 나타낸다. 벡터(175)는 복굴정성 축들이 X 및 Y로부터 X' 및 Y'로 전이하는 제3도내의 경계선(40)에 도시된 분해에 의해 모우드 1로부터 모우드 2에 결합된 전력의 일부분을 나타낸다. 벡터(177)은 제3(a)도내의 경계선(42)와 유사한 경계선 또는 결합 영역에서 X' 및 Y'축으로부터 X 및 Y'축으로부터 X 및 Y축으로 다시 전이하는 제3(d)도내의 벡터(50)의 분해에 의해 모우드 1로부터 모우드 2에 결합된 전력의 동일한 부분을 나타낸다. 제3도를 간단히 참조하면, 경계선(42)가 경계선(40)으로부더 1/2비트 길이만큼 떨어져 있기 때문에, 결합 위치(40과 42)가 모우드 1로부터 모우드 2로,즉 X 편광으로부터 Y 편광으로 전력을 결합시킨다는 것을 알 수 있다. 양 경계선(40,42)에서의 이러한 결합은 경계선(40 및 42)에서 편광 모우드 축들의 배향내의 전이의 반대 방향으로부터 경계선(40과 42) 사이에서 1/2비트 길이를 진행하는 동안 2개의 모우드들내의 광선 사이의 180° 위상 변화로 인한 것이다.
제15(b)도내의 점(174 및 176)은 시간 t1에서 cos값이 0이므로 응력이 광 섬유에 인가되지 않기 때문에 이 위치들에서의 결합이 부족하다는 것을 나타낸다.
제15(c)도에는 sin 유도 함수가 0에 있고 cos 유도 함수가 최대치에 있을 때 시간 t2에서의 상황이 도시되어 있다. 점(178 및 180)은 광 섬유상의 이 2개의 점들에서의 결합이 부족하다는 것을 나타낸다. 이와 마찬가지로, 벡터(182 및 184)는 cos 함수에 의해 발생된 광 섬유상의 응력들의 결과로서 이 위치들에서의 결합을 나타낸다. 제15(b)도 및 제15(c)도로부터, 결합 영역들이 겉보기에는 좌측에서 우측으로 이동하는 것으로 보일 수 있다.
제15(d)도에는 sin값이 최소(최대 부)이고 cos값이 0일때 시간 t3에서의 상황이 도시되어 있다.
제15(a)도로부터, 응력을 받은 영역(186 및 188)이 정현파적으로 진동하는 응력 레벨을 갖고, 이 정현파들이 서로 90° 이상된 것을 알 수 있다. 또한, 경계 영역(190 및 192)는 경계선(190과 192) 사이에서 진행하는 동안 모우드 1내에서 진행하는 광선과 모우드 2내에서 진행하는 광선 사이에서 생기는 위상차에 의해90°만큼 떨어져 배치된다. 이것은 음파가 좌측에서 우측으로 이동하고 어던 음파도 우측에서 좌측으로 이동하지 않는 것으로 모의된다. 그러므로, 유도 신호의 위상 관계를 응력 영역의 간격과 적당히 일치시킴으로써, 장치가 단일 측파대 주파수 전이기로 되도록 겉보기 이동 응력에 의해 발생된 측파대들 중의 한 측파대를 상쇄시킨다.
제16도를 참조하면, 압전 물질이 전극들을 노출시키도록 제거된, 지간 전극 및 압전 물질을 사용하는 광섬유 주파수 전이기의 절단 상면도가 도시되어 있다. 제17도에는 제16도의 선 17-17을 따라 절취하여 도시한 완전한 광 섬유 주파수 전이기의 단면도가 도시되어 있다.
제16도에서, 지간 전극(194 및 196)은 삽입된 휭거형 돌출부(197 내지 200 및 201 내지 204)를 각각 갖고있다. 이 휭거들(197 내지 204)의 폭은 각각 광 섬유 도파관(205)의 비트 길이 L의 1/2의 홀수배이다. 양호하게는, 전극들의 폭은 1/2비트 길이이다. 양호하게, 도파관(205)는 단일 모우드 고 복굴절성 광 섬유이나,다중 모우드 또는 단결정 비등방성 광 섬유로 될 수도 있다.
예를들어, 휭거쌍(197과 201,198과 202,199와 203 및 200과 204)는 도시한바와 같이 1/4비트 길이와 동일한 각각의 휭거쌍의 2개의 휭거들 사이의 간격을 가질 수 있다. 아래에 기술한 바와같이 다른 간격들이사용될 수도 있다. 이 휭거쌍들의 갯수는 필요한 대역폭 및 필요한 최대 전력 전송량에 따라 변한다. 대역폭은 휭거쌍들의 갯수를 증가시키면 좁아지고, 파장을 증가시키면 넓어진다. 예로써, 인접한 휭거쌍들 사이의 간격은 3/4비트 길이로 될 수 있다.
제17도를 참조하면, 유도 신호 전극 휭거(197 내지 204)들은 압전 물질의 블럭(206)의 하부측(207)에 또는 가까이에 부착된다. 전극 휭거(197 내지 200)들은 제16도내의 변조 주파수 신호 발생기(210)에 접속될수 있는데, 이것은 배선(212)로 도시되어 있다. 이 배선(212)가 압전 결정(206)을 통해 지나가는 것으로 제17도에 도시되어 있지만, 이것은 편리하게 도시하기 위한 것이고 실제로는 그렇지 않다. 휭거(197 내지200)상의 신호와 90° 이상된 신호를 전송시키는 변조 신호 발생기(210)의 다른 출력에 휭거(201 내지 204)를 결합시키는 것을 나타내는 배선(213)의 경우에도 동일하다. 전극(208)은 신호 발생기(210)의 접지 단자에 접속하기 위한 것이다.
광 섬유(205)는 전극 휭거(197 내지 204)와 지지 블럭(218)의 광학적으로 평평한 표면(216) 사이에 배치된다. 전극 휭거(197 내지 204)는 제2도내의 릿지(16)과 유사한 크기 및 강성을 가져야 한다. 전극(197 내지 204)는 광 섬유를 파괴시킬 위험성을 감소시키기 위해서 연질성의 금속으로 되는 것이 바람직하다.
제16도 및 제17도의 장치의 동작은 전계가 전극 휭거(197 내지 204)와 접지 전극(208) 사이에 인가될 때 발생된 압전 물질(206)의 크기의 변화에 따라 변한다. 전극(194)는 sin값으로서 유도되고 전극(196)은 cos값으로 유도된다. 대역폭이 좁고 측파대들이 거의 없는 경우에 가능한 한 많은 샘플링 지점들이 1비트 길이에 있게 하는 것이 바람직하고, 전극들의 폭이 1/2비트 길이의 홀수배이기 때문에, 각각의 휭거쌍내의 제2전극 휭거는 이 쌍내의 짝을 향해 위로 이동된다. 이것은 1비트 길이내에서 3개의 결합 위치를, 또는 모델화될 음파상에서 3개의 샘플링 지점들을 발생시킨다. 제3지점은 제9(c)도에 관련하여 기술한 바와같이 2개의 다른 지점들을 다르게 일치시키는 음파에 대한 다수의 조파 주파수를 제거한다.
어떤 응용시에는, 음파상에서 90°만큼 물리적으로 분리되는 제15(b)도내의 응력 경계선(190 및 192)를 갖고 있는 광 섬유(205)내에서 좌측에서 우측으로 진행하는 음파를 모델화하는 것이 바람직하기 때문에, 2개의 유도 지점들은 전극쌍내의 전극들 사이의 간격이 L/4인 경우에 90° 이상으로 유도되어야 한다. 각각의 전극쌍내의 전극들의 간격 및 이 전극들에 인가된 유도 신호들의 상대 위상은 음파가 표면(207)상에 실제로내보내지는지의 여부를 결정한다. 이 유도 신호들의 상대 위상 및 주파수가 전극들의 물리적인 간격과 일치되면, 공진이 설정되고 실제 음파는 표면(207)상에서만 한 방향으로 진행하는 제17도내애서 여기된다. 이러한 공진은 다음의 주파수에서 생긴다.
Figure kpo00017
여기서, fr은 구동 신호에 대한 공진 주파수이고, Va는 매질[예를들어, PZT물질(206)]내에서의 음파의속도이며 λa는 식(8)에 따라서 1비트 길이와 동일해야 하는 음파의 파장이다. 유도 신호의 주파수가 물리적인 간격, 비트 길이 및 표면파의 전달 속도에 의해 설정된 공진 주파수와 일치하지 않으면 전극(197 내지204)는 실제 표면 음파를 여기시키지 않게 된다. 이러한 경우에, 전극(l97 내지 204)는 음파가 광 섬유를 통해 진행하는 경우에 발생되는 광 섬유내의 응력을 모의 하도록 광 섬유(218)을 상하로 누른다. 이것은 샘플링 지점들과 일치할 수 있는 상이한 파장들의 모든 음파를 정하는 샘플 지점들을 효율적으로 설정한다.이 개념은 제9(a)로 제9(d)도를 참조하여 기술한 개념과 동일하다. 출력 측파대들은 얼마나 많은 상이한주파수 음파들이 샘플 지점들과 일치할 수 있는지에 따라 변한다. 이것은 제15(b)도 내지 제15(d)를 참조하여 알 수 있다.
상술한 유도 신호들 사이의 예시적인 90°위상 관계 및 전극쌍들 사이의 π/L 간격은 제한되지 않는다.예를들어, 전극쌍을 사이의 다수의 다른 물리적인 간격들은 응력 영역을 발생시키는 전극 또는 릿지들이 내보내질 음파상에서 물리적인 간격과 일치한 크기만큼 이상된 함수들에 의해 유도되는 한 동일하게 작용한다. 유도 주파수가 식(11)에 의해 정해진 공진 주파수로 유지된다고 가정하면, 상술한 공진 기준은 다음의2개의 선택적인 경우들 중의 어느 한 경우를 만족시키게 된다. 첫째, 식(9)에 따라서, 간격이 임의의 크기로 변화되고 유도 신호의 위상이 간격과 적당히 일치되면, 공진은 유지된다. 둘째, 유도 신호의 위상이 변화되지 않으면, 간격은 공진이 계속 유지되는 동안 전 비트 길이 증가량만큼 증가될 수 있다. 즉, 간격은유도 함수의 위상차가 전극들의 간격과 적당히 위상 일치되고 유도 주파수가 공진 주파수 fr로 있는 한 음파를 내보내도록 작용한다. 그러므로, L/3의 간격 또는 음파상의 120°가 선택되면 각각의 비트 길이내에서의 전극 또는 릿지쌍들에 대한 유도 함수는 서로 120°이상되어야 한다.
전극 또는 릿지들의 간격을 유도 함수들 사이의 위상차에 일치시키는 것의 효과는 측파대들 중의 한 측파대를 제거하는 것이다. 즉, 전극들의 간격이 유도 신호들의 위상차와 일치하지 않으면, 역방향 진행파 및전방향 진행파는 샘플링 지점들을 각각 만족시킬 수 있다. 이 파들중의 한 파만이 필요하고 다른 파는 상쇄되므로, 전이된 캐리어 주파수 광선의 단일 측파대만이 모우드 2로부터 방출된다. 다른 음파가 상쇄되지 않으면, 상부와 하부 측파대가 발생된다. 간격에 관련하여 유도 함수를 적당히 페이싱함으로써 파들중의 한파가 상쇄된다.
압전 물질(206)은 압전 결정의 극들이 압전 결정의 바람직한 이동 방향과 평행하도록 절단된다. 제16도및 제17도의 장치에서, 압전 물질의 바람직한 팽창 및 수축 방향은 전극 휭거쌍들이 유도 신호의 크기에 따라 광 섬유(205)를 내리 누르도록 표면(216)을 향하고 이 표면(216)으로부터 떨어지게 된다.
각각의 전극쌍의 선행 연부와 다음 전극쌍의 선행 연부 사이의 2L 간격은, 전극쌍들로 구성된 다음의 주기적인 구조물이 모든 비트 길이에 있는 2개의 모우드들내의 광선이 다시 동상으로 되는 광 섬유상의 한 지점에서 시작하도록 선택된다.
압전 매질(206)의 팽창 및 수축은 전계가 있는 곳에서만 생긴다. 그러므로, 일반적으로 전극들 밑에서만 뒤틀림이 생기는데, 그 이유는 전계가 접지 전극(208)과 전극(197 내지 204) 사이에만 존재하기 때문이다.이 뒤틀림은 전계의 크기에 비례한다. 그러므로, 각각의 전극 밑의 광 섬유 세그먼트들 상에 방출된 힘의크기는 각각의 전극상의 변조 신호의 크기에 따라 정현파적으로 변한다.
압전 슬랩(slab, 206)은 두께 T가 크기 T의 방향으로 압전 물질내에서 음향 공진을 발생시키도록 절단되어야 한다. 그 이유는 T가 변조 주파수 Wm에 적당히 일치되기 때문이다. 이것은 주파수 전이 효과의효율을 증가시킨다. 광 섬유의 전달 방향으로의 공진을 갖는 것은 바람직하지 못한데, 그 이유는 광 섬유를따라 전극(197 내지 204)를 미끄러뜨리기 때문이다.
제18도에는 주파수를 전이시키도록 작용하는 제16도의 전극 구조물의 다른 변형예가 도시되어 있다. 이실시예에서, 모든 제2전극(222) 및 제3전극(224)는 좌측 방향으로 전이되고, 제1전극(220) 및 제4전극(226)은 각각의 제1 및 제4비트 길이의 개시 지점에서 선행 연부(228 및 230)과 함께 각각 배치된다. 전극(220,222 및 224)는 120°이상을 유도하고, 전극(224 및 226)은 3L-(3/2L+2/3L)=0.83L 또는 300° 이상을 유도한다. 이 전극들의 재배열 공정은 매우 많은 가능한 전극 배열들이 유용하도록 변화될 수 있다. 적당히 페이싱된 변조 신호들이 이 배열들을 구동시키기 위해 사용되는 한, 이러한 배열들은 모두 동일한 결과를 달성하게 된다. 그러나, 어떤 배열들은 다른 배열들보다 양호하게 된다. 이상적인 장치에 대한 기준이 모우드를 사이에서 100% 전력 전송되고, 한 측파대만이 조파를 갖고 있지 않으며 주파수 전이가 변조 신호의 주파수에 정확이 일치하므로, 비트 길이당 결합 지점들의 갯수를 최대화시키고 복굴절성의 축들 내에 약간의 전이를 발생시키도록 충분한 크기의 힘을 인가하는 이 배열들은 가장 양호하게 동작하게 된다.
제16도 및 제l7도에 도시한 구조물에 음파를 내보내기 위한 공진의 경우는 제19도에 도시되어 있다. 전극들은 제16도 및 제17도에 도시한 바와같은 크기 및 간격을 갖고 있고, 음파 변조 신호의 주파수를 전극들의간격 및 음파 전달 속도에 의해 설정된 공진 주파수에 일치시킴으로써 압전 물질(206)내의 표면 음파를 여기시키기 위해 사용된다. 제1전극(197)은 비트 길이와 동일한 파장을 갖는 표면 음파를 내보낸다. 이것은비트 길이로 나누어진 표면파의 전달 속도와 동일한 변조 주파수에서 전극(197)을 구동시킴으로써 달성된다.
표면 음파의 방향성은 선택되지 않은 방향으로 진행하는 파들이 서로 상쇄하도록 인접한 전극들의 유도신호들을 양호하게 페이싱함으로써 달성된다. 제19(a)도에는 폭이 L/2이고, 폭이 L/2인 cos값 유도 전극(234)로부터 L/4만큼 분리된 sin값 유도 전극(232)를 갖고 있는 압전 슬랩(230)이 도시되어 있다. 제19(b)도에는 위치(235)에서 시작되어 시간 t1에서 시작되는 양방향으로 전달되는 sin값 유도 전극(232)에 의해이루어진 PZT블럭(230)의 표면상에서 발생된 표면 음파(SAW)가 도시되어 있다. 제19(c)도에는 시간 t1에서 위치(236)으로부터 시작되어 양방향으로 진행되는 cos값 유도 전극(234)에 의해 발생된 SAW가 도시되어 있다.
sin파(237)의 피클들은 위치(236)의 좌측의 모든 지점들에서의 cos파(239)의 골과 공간 및 시간이 일치한다. 또한, sin파(237)의 골들은 위치(236)의 좌측의 모든 지점들에서의 cos파(239)의 피크들과 일치한다.그러므로, 지점(236)의 좌측의 SAW는 상쇄된다. 그러나, 지점(236)의 우측에서의 파(237과 239)의 피크들은 골들이 파들을 서로 보강시키는 것과 같이 파들을 보강시킨다. 그러므로, PZT표면(207)상의 표면파의 피크들은 전극 또는 PZT표면 자체가 지점(236)의 우측의 지점들에서 광 섬유상에 힘을 방출시키게 한다.
제20도를 참조하면, 제11도의 실시예내의 비틀림 모우드 음파를 여기시키기 위한 변환기가 도시되어 있다. 이 변환기는 결정의 공진 주파수를 결정하는 두께가 Tp인 리듬 니오베이트 블럭(240)이다. 변조 주파수Wm은 비트 길이로부터 결정된다. 그러므로, Tp는 Wm에서 공진하도록 선택된다.2개의 금속 접촉자(24 및 244)는 변조 유도 신호가 전극들 사이에 인가될 수 있도록 블럭(240)의 표면상에 배치된다. 진동 전계의 페턴 및 압전 결정(240)의 표면상에 배치된다. 진동 진계의 패턴 및 압전 결정(240)의 절단은 시간에따라 변하는 비틀림 변형이 화살표(246,248,250 및 252)로 도시한 바와같이 유도되도록 선택된다. 이 비틀림 변형들은 블럭(240)을 매질(134)에 고정시킴으로써 음향 매질(134)의 물질에 결합된다. 제20도의 변환기는 또하 비틀린 음파를 결합기(118)에 전달시키고 이 비틀림 음파를 광선 이동 광 섬유(l14)로 이송시키도록 제10도내의 광 섬유(120)에 부착될 수 있다.
본 명세서에 기술한 주파수 전이기를 사용하는 시스템에서, 광선 소오스는 전형적으로 광선을 광 섬유의한 모우드내로만 결합시키도록 광 섬유에 결합된다. 복굴절성 광 섬유내에서, 이것은 한 평광 모우드내로결합되는 한 편광만을 제외하고 모든 광선을 차단시키도록 편광기를 사용함으로써 행해진다. 이 기술들은본 분야에 숙련된 기술자들에게 공지되어 있다. 결합되고 주파수 전이된 광선은 제2모우드로부터 방출된다. 주파수 전이된 광선을 이동하는 모우드 이외의 다른 모우드내에서 본 명세서에 기술한 주파수 전이기의 출력으로부터 방출되는 광선을 필터하는 것이 바람직하다. 단일 모우드 복굴절성 광 섬유에 의하면, 이것은 출력상의 편광기로서 행해질 수 있다. 2개의 모우드 광 섬유에 의하면, 이것은 본 분야에 숙련된 기술자들에게 공지된 바와같이, 모우드들 중의 한 모우드가 만곡부를 지나 전달될 수 없도록 광 섬유를 충분히 만곡시키는 모우드 스트리퍼(stripper)로서 행해질 수 있다.
또한, 비복굴절성 광 섬유는 본 명세서에 기술한 주파수 전이기용으로 사용될 수 있다. 이 실시예들은 광섬유가 2개의 모우드들을 지지하게 하는 주파수에서 캐리어 광선과 동작되는 단일 모우드 광 섬유를 사용한다. 제21도를 참조하면, 2개의 모우드 영역내에서 동작될 때의 단일 모우드 광 섬유의 짝수 및 홀수 모우드들의 공간 분포가 도시되어 있다. 제21(a)도에는 코어 중심에 대해 대칭인 종형 세기 분포 곡선을 갖는 짝수 모우드가 도시되어 있다. 제21(b)도에는 코어 중심의 각각의 측면상의 반대로 편광된 광선의 세기의 피크 및 중간부내의 0세기가 있는 홀수 모우드가 도시되어 있다. 제21(c)도에는 짝수 모우드로부터 방출되는광선 비임의 형태가 도시되어 있고, 제21(d)도에는 홀수 모우드로부터 방출되는 비임의 형태가 도시되어있다. 제21(e)도에는 2개의 모우드 비임들이 결합될 때의 합성 비임 형태가 도시되어 있다.
제22도를 참조하면, 2개의 모우드 광 섬유의 짝수와 홀수 모우드들 사이의 결합이 응력을 받은 영역내에서 어떻게 일어나는지를 나타낸 도면이 도시되어 있다. 폭 L/2의 릿지(254)는 분배된 응력을 광 섬유의 영역(266)상에 방출시키므로, 광 섬유를 약간 변형시키고 위치(256)에서 고어의 광 섬유 중심선을 편기시킨다. 위치(256)의 좌측의 지점들에서, 광 섬유의 한 부분내의 짝수와 홀수 모우드들 사이에 결합된 전력이광 섬유의 반대측상에 결합된 반대 극성의 전력에 의해 상쇄되도록 중심선 주위에서 광 섬유는 방사상 대칭으로 된다. 즉, 영역(258 및 260)의 측면상의 홀수와 짝수 모우드들 사이에 결합된 전력은 영역(262 및264)의 측면상의 짝수와 홀수 모우드들 사이에 결합된 전력에 의해 평형되어 상쇄된다. 다시 말하면, 2개의함수들이 서로 곱해져 적(product)이 코어 영역에 걸쳐 적분되면, 응력을 받지 않은 영역내의 전체 결합전력은 방사상 대칭으로 인해 0으로 된다.
응력을 받은 영역(266)내에서, 이 상황은 제22도내에서 위치(256)에서의 섭동의 우측에 나타난 바와같이되고 제23도에 도시한 바와같이 된다. 제23도에는 짝수 모우드의 영역을 받지 않은 전력 분포를 응력을 받은 영역내의 홀수 모우드 및 짝수 모우드들로 2개의 성분으로 분리시키기 위한 메카니즘이 도시되어 있다. 응력을 받지 않은 영역(268)내의 홀수 모우드는 릿지(254)가 광선에 의해 만난 제1의 응력을 받은 영역을 제공하는 경우에 응력을 받지 않은 영역내에 전력이 없을때의 도면만이 도시되어 있다. 경계선(256)에서의 변위는 응력을 받은 영역내의 모우드들의 중간 지점을 좌측으로 전이시키는 효과를 갖는다. 응력을 받은 영역의 홀수 모우드는 곡선(272)로 도시되고, 응력을 받은 영역의 짝수 모우드는 곡선(274)로 도시되어 있다.
경계선(256)에서, 에너지 및 편광은 맥스웰 방정식에 의해 유지되어야 한다. 그러므로, 경계선(256)의 좌측의 응력을 받지 않은 짝수 모우드(276)내로 내보내지는 전력은 모두 전체 전력이 동일하게 적은 방사선손실을 유지하도록 경계선의 다른 응력을 받은 측(즉, 응력을 받은 짝수 및 홀수 모우드들)내에 존재해야한다. 또한, 경계선(256)의 어느 한 측상의 전체 편광 벡터는 동일해야 한다. 그러나, 광 섬유는 응력을 받은 영역(266)내에서 더 이상 방사상으로 대칭이 아니므로, 어느 정도의 전력이 상기 상태를 만족시키도록 응력을 받지 않은 짝수 모우드(276)으로부터 응력을 받은 홀수 모우드(272)로 전송되거나 결합되어야 한다.
그러므로, 응력을 받은 영역(266)에서는, 짝수 모우드(274)와 홀수 모우드(272)내에 광 전력이 있게 된다. 2개의 모우드들 사이의 결합은 맥스웰 방정식에 따른 전계 벡터들의 중첩 함수이다. 경계선(256)의 어느 한측상의 2개의 짝수 모우드(276 및 274)가 완전히 중첩하지 못하기 때문에, 2개의 짝수 모우드를 사이에 불완전한 결합이 생기게 된다. 결합되지 않은 에너지는 에너지 보존 법칙에 의해 어디론가 가야 한다. 각각의 응력을 받은 영역의 짝수 및 홀수 함수(274 및 272)와 짝수 함수(276)의 적을 취하여 코어 표면에 걸쳐 적분함으로써, 대부분의 나머지 에너지는 경계선 양단에서의 에너지를 유지하고 양 측상의 전계 벡터를 보존하도록 응력을 받은 영역의 홀수 모우드내로 결합되어야 한다는 것을 알 수 있다. 이러한 결합시, 어느 정도의 에너지는 방사 에너지로서 손실될 수 있다. 광선은 짝수 및 홀수 모우드들에 대한 각각의 속도로 1/2비트 길이만큼 짝수 및 홀수 모우드들내에서 응력을 받은 영역(266)을 통해 전달된다.
응력을 받은 영역과 응력을 받지 않은 영역 사이의 경계선(278)에 도달할 때, 중심선은 방사상 대칭으로다시 전이하고, 더 많은 전력이 경계 상태를 다시 만족시키도록 홀수 모우드내로 전송된다. 주파수 전이는 릿지(254)와 같은 다른 릿지를 부가시키고, 상술한 바와같이 이 릿지들을 간격을 두고 배치시킬 뿐만아니라 상술한 바와같이 페이싱된 각각의 유도 신호들로 이 릿지들을 구동시킴으로써 달성될 수 있다.
제24도에는 압전 피복 광 섬유를 사용하는 주파수 전이기의 실시예의 횡단면도가 도시되어 있다. 제24도의 실시예는 단결정 단일 모우드 광 섬유 또는 다중 모우드 광 섬유를 사용하는 것을 제외하고 제14도의 실시예와 유사하다. 광 섬유 코어(280)은 피복물(282)로 둘러싸여 진다. 이 광 섬유 피복물은 표준 전자용착스퍼터링 기술에 의해 금속 층(284)로 피복된다. 금속 피복 광 섬유는 PVF2재킷(286)을 만들어 내도록PVF2와 같은 압전 물질의 용융물을 통과시킨다. 재킷(286)의 쌍극자들은 본 분야에 공지된 기술을 사용하여, 방사상 방향으로 화살표로 표시된 바와같이 방사상으로 배치된다. 2개의 전극(288 및 290)은 공지된 스퍼터링 및 에칭 기술 또는 그외의 다른 적합한 기술에 의해 재킷(286)상에 형성된다. 전극(288 및 290)은 코어 및 피복물을 압착하도록 금속 층(284)에 관련하여 정현파 변조 신호들로 구동될 수 있다. 유도 신호들은 광 섬유의 중심선을 전이시키기 위해 광 섬유를 비대칭적으로 변형시키도록 크기가 동일해야 한다. 전극 구조물(288 및 290)은 제14도에 도시한 바와같이 주기적으로 되어야 하고, 각각의 전극쌍을 위한 변조신호들은 진행 음파를 모의하거나 내보내도록 상술한 바와같이 적당히 페이싱되어야 한다. 양호하게는, 충분히 간단하고, 각각의 경계선에서 광 섬유의 광학 특성들을 충분히 전이시키도록 광 섬유상에 충분한 응력을 방출시키는, 재킷(286)용 압전 물질이 사용된다.
제25도에는 제24도의 실시예의 변형된 형태가 도시되어 있다. 공동 코어를 갖고 있는 PZT실린더(290)이형성된다. 이 PZT는 PZT의 극들을 방사상으로 배열시키는 절단부를 갖는다. 이 공동 코어는 광 섬유 물질만큼 단단하거나 더 단단한 에폭시와 같은 물질(292)로 채워진다. 전극(294 내지 296)과 같은 전극들의 주기적인 구조물은 상술한 바와같은 크기 및 간격으로 PZT실린더의 외부상에 형성된다. 이 전극들은 PZT가 광 섬유의 중심선 또는 북굴절성의 축들은 전이시키도록 전극를 바로 밑의 영역 내에서 북굴절성 광 섬유를 압착시키게 한다. 이 실시예는 광 섬유 자체만큼 큰 입자(grain) 크기를 가진 PZT를 사용할 수 있다. 이 입자 크기는 이 입자들이 발생시키는 응력의 비균일성으로 인해 제24도의 실시예에 사용하기에 부적합한 PZT를 만든다. 광 섬유는 금속 피복되어야 하고 PZT실린더의 내부는 전극(294 내지 296)용 접지를 제공하도록 금속 라이닝을 가져야 한다.
제26도를 참조하면, 광 섬유 주파수 전이기에 대한 일반적인 양호한 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예는 상이한 굴절률을 갖고 있는 2개의 상이한 도파관(298 및 300)을 포함한다. 이 2개의 도파관(298,300)은 2개의 각각의 광 경로들을 제공하는 구조물을 구성할 수 있다. 즉, 예를 들어 도파관들은 상이한 굴절률 또는 종래의 단일 광 섬유 내에서의 2개의 직교 편광 모우드들을 갖고 있는 2개의 분리된 단일 모우드 광 섬유로 구성될 수 있다. 또한, 이 도파관들은 다중 모우드 광 섬유의 2개의 모우드들 또는 2개의 모우드 영역내에서 동작된 단일모우드 광 섬유의 2개의 모우드들로 될 수 있다. 다수의 분배된 결합 요소(301 내지304)는 도파관을 따르는 선정된 결합 지점들 또는 위치에서 제1도파관(298)을 제2도파관(300)에 결합시킨다. 이 결합 요소(301 내지 304)는 양호하게 정현파적인 선정된 비-선형 전송 또는 결합 함수에 따라 광경로(298과 300) 사이의 결합을 제어하는 비-선형 장치이다. 그러므로, 이 요소(301 내지 304)들은 2개의 입력 신호들, 즉 선(305 내지 308)들 중의 한 선 상에 입력되는 변조 신호 및 도파관(309 내지 312)들 중의한 도파관 상에 입력되는 광선 캐리어 신호를 멀티플렉스하는 믹서로서 작용한다. 결합기(313 내지 316)들은 변조 신호를 곱하기 위해 경로 1광선 에너지를 안내하여 믹서(301 내지 304)에 제공하도록 작용한다. 도파관(317 내지 300)상의 믹서(301 내지 304)로부터의 출력 신호들은 다수의 결합기(321 내지 324)에 의해 제2도파관 또는 경로 2내로 결합된다.
이 결합기들은 본 명세서에서 이미 기술한 바와 같이 광 섬유들 내의 응력을 받은 영역과 응력을 받지 않은 영역 사이의 경계선들을 갖고 있는 광 섬유 방향성 결합기 또는 편광 결합기들로 될 수 있다. 경로 1내의 입력 광선과 변조 신호들을 급하므로써, 상부 및 하부 측파대를 포함하는 다수의 항들을 포함하는 도파관(317 내지 320)내에서 출력 신호를 발생시킨다는 것을 알 수 있다. 전형적으로, 변조 주파수와 동일한 크기만큼 주파수 전이되는 1개의 측파대만을 제공하는 것이 바람직하다. 도파관(317 내지 320)상의 출력 신호들이 바람직한 측파대 주파수에서만 제2도파관 내에서 건설적으로 더해지고, 바람직하지 못한 측파대 주파수에서 파괴적으로 더해지도록 적당히 유도 신호들을 페이싱함으로써 바람직하지 못한 제2측파대가 제거된다.
결합기(313 내지 316)들은 본 명세서에서 참고문헌으로 사용한 1980년 3월 27일자 전자 공학지(Electronics Letters) 제16권, 제7호, 260 내지 261페이지에 알.에이.버그(R.A.Bergh), 지.코틀러(G.Kotler) 및 에이취.제이.샤우(H.J.Shaw)가 쓴 "단일 모우드 광 섬유 방향성 결합기"란 명칭의 논문 및1981년 10월 21일자 공고 번호 제0038023호로 공고되고,1983년 3욀 23일자 공고 번호 제0074789호로 공고된 "광 섬유 방향성 결합기"란 명칭의 2개의 유럽 특허 출원서에 기술되어 있는 것과 같은 광 섬유 방향성결합기들로 될 수 있다.
믹서(301 내지 304)는 단일 광 섬유 실시예 내의 비선형 장치 또는 영역으로 될 수 있다. 예를들어, 이믹서들은 믹서(301 내지 304)내의 복굴절성을 정현파적으로 변화시키도록 결정상에 전극들을 통해 인가된선(305 내지 308) 상의 변조 신호들을 갖고 있는 리튬 니오베이트 결정들로 될 수 있다. 믹서(301 내지304)내의 북굴절성의 축들의 이 전이는 전자-광학 효과에 의해 결정내의 2개의 모우드들 사이에 결합을 일으킨다. 광선을 도파관(309 내지 312)로부터 결정내의한 모우드로 입력시키고 광선을 결정내의 다른 모우드로부터 도파관(317 내지 320)에 각각 출력시킴으로써, 도파관(309 내지 312)로부터 도파관(317,320)으로 각각 전송된 전력이 제어될 수 있다. 그러므로, 믹서(310 내지 304)는 변조 신호들로 나타난 선정된 결합 함수에 따라 도파관(298,300)의 경로 1과 2사이의 결합을 각각 제어하도록 작용한다.
선택적으로, 믹서(301 내지 304)는 본 명세서에서 이미 기술한 바와 같이, 복굴절성 단일 모우드 광 섬유들 또는 2개의 모우드 비복굴절성 광 섬유들 내의 응력을 받은 영역과 응력을 받지 않은 영역 사이의 경계선 또는 결합 영역들로 될 수 있다.
또한, 믹서(301 내지 304)는 벌크가 단일 측파대 변조기로 될 수 있다. 이러한 실시예는 벌크파 성분들을 다른 광 섬유 시스템내로 유입시키기 때문에 본명세서에 기술된 다른 실시예만큼 좋지 못하다.
믹서(301 내지 304)는 광 경로들 사이의 결합의 진동 주파수 뿐만 아니라 이것의 정 및 부 제한 값들을제어하도록 유도 신호들에 응답할 능력을 각각 가져야 한다. 즉, 이 믹서(301 내지 304)는 ksin(Wmt+
Figure kpo00018
)형태의 유도 신호들에 응답할 수 있어야 한다. 이 응답은 주파수 Wm에서 변하는 결합 함수를 각각 갖고있는 도파관(309 내지 312와 317 내지 320) 사이의 정현파적으로 변하는 전력량의 결합으로 되어야 한다.이 방법으로, 각각의 믹서에 대한 계수 K는 정현파적인 결합함수의 최대치 및 최소치를 설정하도록 변화될수 있고, 각각의 유도 신호들 사이의 위상차
Figure kpo00019
는 이동 음파를 모의하도록 변화될 수 있다.
제27(a)도에는 압전 재킷을 사용하는 광 섬유 주파수 전이기의 다른 실시예가 도시되어 있다. 광 섬유(326)은 금속 층(327) 및 압전 재킷을 통해 대각선으로 인가된 전계가 광 섬유의 방사상 팽창 및 수축을 일으키도록 방사상으로 배열된 쌍극자를 갖고 있는 원통형 압전 재킷(328)에 의해 둘러싸여진다. 이 금속 층(327) 및 재킷(328)은 상술한 방법에 의해 형성될 수 있다.
압전 재킷(328)은 어떤 압전 물질로도 될 수 있지만, 인가하기에 용이하기 때문에 PVF2가 양호하다. 이PVF2는 PVF2합성물의 용융을 통해 광 섬유를 인발함으로써 인가될 수 있다. 중심 전극(327) 주위에 재킷(328)을 형성한 다음 재킷(328)의 외부 주변부 주위에 고상 금속 전극을 형성하여 2개의 전극들 사이에 큰 전압을 인가함으로써 PVF2의 쌍극자들을 배열시킬 수 있다. 전압을 인가하는 동안 고상 PVF2를 약간가열하면 결과를 보다 향상시킬 수 있다.
광 섬유(326)은 복굴절성 단일 모우드 광 섬유, 다중 모우드 광 섬유,2개의 모우드 영역 내에서 동작된 단일 모우드 비복굴절성 광 섬유, 또는 물리적인 응력이 상이한 굴절률을 갖고 있는 2개의 모우드들 사이의전력의 결합을 일으키는 그 외의 다른 광 섬유로 될 수 있다.
압전 재킷(328)은 실린더의 외부 표면(330)상에 형성된 다수의 스트립 전극(331 내지 333)을 갖는다. 각각의 전극은 전도성 물질로 제조되고, 1/2 비트 길이의 홀수배 만큼 길다. 제27(a)도 내에는 3개의 전극들만이 도시되어 있지만, 더 많은 전극들이 압전 실린더(328)의 표면상에 형성될 수도 있다. 실제로, 가능한많은 전극들을 압전 실린더의 표면상에 형성하는 것이 양호하다.
전극(331 내지 333)은 각각의 전극이 재킷(328)의 종축 또는 Z축의 밑에서 거리 d만큼 떨어져 시동하도록 압전 재킷의 표면(33) 주위에서 스태거(stager) 된다. 이 거리 d는 임의 값으로 설정될 수 있다. 각각의전극(331 내지 333)은 재킷(328)의 반대측 상에 형성된 대각선으로 반대인 대응부(도시하지 않음)를 갖는다. 전극(331 내지 333)은 재킷의 전체 표면을 금속으로 피복시키고 각각의 전극들을 정하도록 과잉 금속을 에칭시키는 것과 같은 종래의 기술에 의해 형성될 수 있다. 이것은 고상 금속 상에서 감광성 내식 영역을 인발시키고 선택적으로 에칭을 행하도록 광 섬유 및 재킷을 산에 담금으로써 행해질 수 있다.
제27(b)도를 참조하면, 제27(a)도에 도시한 장치의 동작 방식이 도시되어 있다. 압전 재킷(328)상에 형성된 각각의 전극은 1/2 비트 길이의 홀수 배 만큼 길고 다음의 이웃하는 전극으로부터 거리 d만큼 떨어져시동한다. 각각의 정현파 유도 시호가 전극(331 내지 333)에 인가되어 인접 전극들의 유도 신호들 사이[즉,전극(331과 332) 사이 및 전극(332와 333)사이]에 d2π/L과 동일한 위상차가 있으면, 단방향성의 징형파적으로 변하는 진행 음파가 광 섬유내에서 내보내진다. 다른 위상 관계는 양방향으로 다른 진행 음파를 모의한다.
화살표(334 및 336)은 위치 Z1및 Z2에서 시간 t1에서의 전극(331) 및 이 전극의 반대 대응부(도시하지않음)에 의해 발생된 결합의 진폭 및 부호를 나타낸다. 화살표(338 및 340)은 전극(331)을 위한 유도 신호에 관련하여 상술한 바와 같이 페이싱되는 유도 신호를 제공하는 전극(332)에 의해 발생된 시간 t1에서 위치 Z3및 Z4에서의 결합의 진폭 및 부호를 나타낸다. 시간 t2에서, 모의 또는 실제 음파(342)는 우측으로이동되고, 따라서 각각의 위치에서의 결합의 크기는 전이된다.
제27(a)도의 실시예의 장점은 1 비트 길이내에 배치된 다수의 결합 요소들을 갖고 있는 결합 함수가 실행될 수 있다는 것이다. 실제로 공간이 허용하는 한 많은 샘플링 또는 결합 지점들이 존재할 수 있다. 이것은 출력내에 더 적은 조파들이 발생되게 하고 응용시에 바람직한 더욱 좁은 대역폭을 발생시킨다.
또한, 전극 및 압전 재킷들을 사용하는 상술한 실시예는 단결정 광 섬유를 사용하여 주파수를 전이시킬수 있었다. 이 실시예들에서, 전극들은 광 섬유 상에 직접 배치될 수 있었고, 각각의 전극 밑의 결정 구조물내의 전자 광학 효과들이 광 섬유내의 모우드를 사이의 결합을 발생시키기 위해 사용될 수 있었다. 전극들의 크기 및 간격은 각각의 실시예에서 상술한 바와 같이 되고, 이 전극들을 위한 유도 시호들 사이의 위상 관계는 각각의 실시예에 대해 기술한 바와 같이 된다.
광 섬유 주파수 전이기의 다른 실시예는 제28도에 도시되어 있다. 이 장치는 앞에서 참고 문헌으로 사용한 "광 섬유 방향성 결합기"란 명칭의 버그등이 쓴 논문 및 특허 출원서내에 기술된 형태에 결합기를 포함한다. 이 결합기는 블럭(342 및 344)내에 각각 장착된2개의 광 섬유(346 및 348)로 구성된다. 피복물의 일부분은 상호작용 영역(350)을 형성하기 위해 함께 배치되는 각각의 타원형 표면을 형성하도록 각각의 광 섬유의 한 측면으로부터 제거된다. 도시한 실시예에서, 광 섬유(346,348)은 상이한 굴절률 N1,N2를 각각 갖는다. 이 굴절률 N1과 N2및 유효 상호 작용 영역의 길이는 유효 상호 작용 길이가 2개의 상이한 도파관(346,348) 내에서 전달되는 광선의 1 비트 길이(또는 이 1 비트 길이의 정수배)와 동일하도록 선택된다. 비트 길이를 유호 상호 작용 길이와 이렇게 일치시키면 음파가 존재하지 않을 때 광 섬유(346,348)사이의 결합을 발생시키지 않게 된다. 그러므로, 광선이 광 섬유(346)내에 입력되면, 어떤 광선도 광 섬유(348)에 결합되지 않고서 모든 광선이 광 섬유(346)에서 나오게 된다. 그러나, 음파가 상호작용 영역을 통하여 광 섬유를 따라 축방향으로 전달되도록 내보내지면, 이 음파는 한 광 섬유, 즉 광 섬유(346)으로부터 다른 광 섬유, 즉 광 섬유(348)로 광선을 결합시키게 된다. 또한 이렇게 결합된 광선은 상술한 헤테로다이닝 효과로인해 음향 주파수와 동일한 크기 만큼 주파수 전이된다. 상술한 실시예에서와 같이, 음파의 파장은 최적한결과를 위해 광 섬유내의 광선들 사이의 비트길이와 공일해야 한다. 예를들어, 음파는 결합기 블럭(342,344)를 중의 한 블럭 상에 장착된 변환기(352)에 의해 벌크파로서 내보내질 수 있다. 선택적으로 음파는 상호 작용 영역(35)을 통해 전달되기 위해 광 섬유들 중의 한 광 섬유, 예를들어 광 섬유(348)내로 내보내질수 있다.
제28도의 결합기를 개략적으로 도시한 제29도를 참조함으로써, 상술한 설명을 더욱 완전히 이해할 수 있다. 설명하기 위해서, 광선이 광 섬유(346)의 좌측 단부에 입력되고, 어떤 음파도 존재하지 않는다고 가정하겠다. 입력 광선에 의해 유효 상호 작용 길이의 제1의 1/2 비트 길이를 통과하는 동안, 화살표(360)으로도시한 광 전력의 일부분은 광 섬유(346)으로부터 광 섬유(348)에 결합된다. 이와 마찬가지로, 화살표(362)로 도시한 광 전력의 일부분은 제2의 1/2 비트 길이를 통과하는 동안에 광 섬유(346)으로부터 광 섬유(348)에 결합된다. 공지된 바와 같이, 한 광 섬유로부터 다른 광 섬유에 이렇게 결합하는 동안에, 결합 광선은 위상이 90°로 된다. 그러므로 광 섬유(348)이 광 섬유(346)보다 더 높은 전달 속도를 갖는다고 가정하면, 제1의 1/2 비트 길이 동안에 결합된 광선은 상호 작용 영역(35)의 중심에 도달할 때까지 광 섬유(346)내의 광선에 관련하여 270°의 위상을 누진한다. 제2의 1/2 비트 길이 동안 광 섬유(346)으로부더 광섬유(348)에 결합된 광선은 제1의 1/2비트 길이 동안 결합된 광선과 파괴적으로 간섭하여, 광 에너지를 광섬유(348)로부더 광 섬유(346)으로 전송시킨다. 이것은 제1의 1/2 비트 길이 동안 결합된 광선이 상호 작용 영역(350)의 단부로 전달될 때까지 전체 누적 위상이 350°로 되지만, 제2의 1/2 비트 길이 동안 결합된광선이 상호 작용 영역(350)의 단부에서 270°의 전체 누적 위상을 가지므로, 180°의 위상차를 발생시키기때문에 생긴다. 이러한 위상차는 모든 파괴적인 간섭을 발생시켜, 에너지 보존 법칙으로 인해 광선을 광 섬유(348)로부터 광 섬유(346)으로 다시 전송 시킨다. 그러므로, 영역(35)의 유효 상호 작용 길이가 1 비트길이(또는 이것의 정수배)와 동일한 경우에, 어떤 광선도 광 섬유(346)으로부터 광 섬유(348)로 전송 되지않는다.
제29도에 화살표(364)로 표시한, 변환기(352)에 의해 내보내진 음파는 광 섬유 모우드들을 약간 변형시키는 굴절률의 변화를 발생시켜, 광 섬유(346)으로부터의 입력 광선에 의해 광 섬유(348)내에 상이한 정도의에베네슨트 전계 중첩 및 전계 세기를 발생시킨다. 이것은 2개의 1/2 비트 길이들 내의 결합을 변화시키고 상술한 균형을 깨뜨려서,2개의 광 섬유들 사이의 순수 전력 전송을 발생시킨다. 상술한 바와 같이, 음파의파장이 1 비트 길이와 동일하도록 적당히 일치된다고 가정하면, 전송된 전력은 음향 주파수와 동일한 크기만큼 주파수 전이된다.
본 분야에 숙련된 기술자를은 제29도의 실시예 뿐만 아니라 다른 상술한 실시예들이 광 섬유 스위치로서 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다.
본 명세서에 기술한 모든 장치들은 최적한 결합 광 주파수 주위의 대역폭을 갖는다. 최적한 주파수는 변조 음파 또는 겉보기 음파의 파장과 일치된 비트 길이를 갖는 입력 광선의 주파수로 된다. 광 주파수가 이최적한 주파수와 상이하고, 변조 주파수가 상기 일치 기준과 상이한 경우에, 성능이 떨어진다. 또한 대역폭은 사용된 샘플링 지점들의 수와 역비례한다.
발생된 조파의 수는 얼마나 많은 샘플링 지점들이 소정의 비트 길이내의 결합 함수에 있는냐에 따라 변한다. 샘플링 지점들이 많을수록 조파들은 적게 발생된다.

Claims (22)

  1. 제 1모우드에서 전달되는 광선이 제 2모우드에서 전달되는 광선과 상이한 전달 속도를 갖도록 상이한유효 굴절률을 갖고 있는 제1 및 제2광 모우드를 갖고 있는 광선을 안내하기 의한 광 섬유(24)를 포함하고, 음파를 발생시키는 음파 발생기(118,120,122,126)을 더 포함하는 광 섬유 주파수 전이기에 있어서, 상기 음파 발생기가 광 섬유 아래로 이동하는 응력을 광 섬유의 주기 영역이 받게 하고, 광 섬유(24)에 단단히 접촉됨으로써, 음파 발생기에 의해 제공된 에너지는 광선이 제1모우드의 광 섬유로부터 제2모우드의광 섬유로 결합되게 하고 결합된 광선이 주파수 전이되게 하도록 광선과 상호 작용하고, 상기 주파수 전이의 양이 음파의 파장의 함수인 것을 특징으로 하는 광 섬유 주파수 전이기.
  2. 제1항에 있어서, 광 섬유(24)는 광선의 파장에서 2개의 모우드를 위한 비트 길이를 갖고 있고, 음파의 파장이 광 섬유(24)내의 제1모우드로부터 제2모우드로의 광선의 누진 결합을 발생시키도록 광 섬유(24)의 비트 길이의 정수 배로 선택되는 것을 특징으로 하는 광 섬유 주파수 전이기.
  3. 제2항에 있어서, 음파의 파장이 브랙 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 광 섬유 주파수 전이기.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 음파 발생기가 압전구동 표면파 변환기를 포함하는것을 특징으로 하는 광 섬유 주파수 전이기.
  5. 제1항에 있어서, 광 섬유(24)가 복굴절성 광 섬유(24)이고 제1및 제2모우드가 광 섬유(24)의 2개의 직교 편광 모우드(X,Y)인 것을 특징으로 하는 광 섬유 주파수 전이기.
  6. 제1항에 있어서, 광 섬유(24)가 비복굴절성 단일 모우드 광 섬유이고 제1 및 제2모우드가 광 섬유의 홀수 및 짝수 모우드이며 이 모우드들로 전달된 광선은 광 섬유가 짝수 및 홀수의 양 모우드로 광선을전달하도록 모우드들 중 어느 한 모우드의 차단 파장보다 짧은 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 광 섬유 주파수 전이기.
  7. 제1항에 있어서, 음파 발생기가 제2광 섬유(120)에서 전달된 음파를 광 섬유(114)에 결합시키도록 광 섬유(114)와 음향학적으로 결합된 제2광 섬유(120)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 섬유 주파수 전이기.
  8. 제1항에 있어서, 음파 발생기가 광 섬유(132)와 접촉한 음향 매질(134) 및 음향 매질(134)에서 음파를 유도하기 위한 변환기(136)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 섬유 주파수 전이기.
  9. 제1항에 있어서, 음파 발생기는 변환기(154)가 표면(152)상에 표면 음파를 발생시키도록 도파관(144) 및 표면 음파 변환기(154)에 대하여 지탱하기 위한 표(152)를 갖고 있는 음향 매질(150)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 섬유 주파수 전이기.
  10. 제1항에 있어서, 음파 발생기가 광 섬유(24)에 접촉하여 강성 표면부(10,84,86)을 갖고 있는 주기적응력 발생기 및 광 섬유(24)를 따라 선택된 간격으로 주기적인 시변 응력을 발생시키기 위해서 강성 표면부들 사이에 광 섬유(24)를 주기적으로 압착하기 위한 강성 표면부에 신호를 공급하기 위한 신호 소오스(82)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 섬유 주파수 전이기.
  11. 제10항에 있어서, 주기적인 응력 발생기의 강성 표면부가 광 섬유(24)의 한 측면에 인접한 지지 표면(10), 및 광 섬유(24)의 다른 측면에 인접한 다수의 강성 결합 요소(84,86)을 포함하고, 신호 소오스(82)는결합 요소가 지지표면(10)과 결합 요소(84,86) 사이에서 광 섬유(24)를 압착하도록 결합 요소를 광 섬유(24)에 대해 눌려지게 하도록 시변 구동 신호를 강성 결합 요소(84,86)에 공급하는 것을 특징으로 하는 광섬유 주파수 전이기.
  12. 제10항에 있어서, 각각의 결합 요소(84,86)이 1/2 비트 길이의 홀수 배이고 결합 요소(84,86)은 광섬유(24)를 따라 약 1/4 비트 길이 만큼 떨어져 있고, 신호 소오스(82)은 결합 요소에 정현파적 구동 신호를 공급하고, 한 결합 요소(84)에 공급된 구동 신호와 인접한 결합 요소(86)에 공급된 구동 신호는 π/2만큼 위상이 다른 것을 특징으로 하는 광 섬유 주파수 전이기.
  13. 제10항에 있어서, 주기적인 응력 발생기가 다중 비트 길이의 광 섬유(160)을 따라 연장된 단일의 연속적인 길이의 압전 물질(162) 신호 소오스(168)에 접속되고, 단일의 연속적인 길이의 압전 물질(162)를 따라 분리된 다수의 신호 전극(163-166) 및 압전 물질이 사이에 있고, 신호 전극(163-166)으로부터 분리되어 있으면, 신호 소오스(168)로부터 신호 전극(163-166)까지의 시변 전기 신호가 강성 표면부로 하여금 광섬유(160)에 대해 누르고 광 섬유를 주기적으로 압착하기 위해, 압전 물질이 팽팽하게 되고 강성 표면부(161)에 힘을 가하도록 광 섬유에 관련하여 배향된 접지 전극(16l)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 섬유주파수 전이기.
  14. 제13항에 있어서, 압전 물질(162)가 광 섬유(160)을 둘러싸는 압전 재킷이고 신호 전국(163-166)이압전 재킷의 내부 표면 또는 외부 표면상에 놓이는 것을 특징으로 하는 광 섬유 주파수 전이기.
  15. 제13항에 있어서, 주기적인 응력 발생기가 광 섬유(205)의 한 측면에 접한 지지 표면(216) 및 광 섬유의 다른 측면에 접한 단일의 연속적인 길이의 압전 물질(206)을 포함하여, 신호 소오스(168)로부터 신호전극(197-204)에 공급된 시변 전기 신호가 압전 물질을 팽팽하게 하여, 광 섬유(205)가 지지 표면(216)에대해 눌려지는 것을 특징으로 하는 광 섬유 주파수 전이기.
  16. 제13항에 있어서, 최소한 하나의 전극(161,163-166)은 시변 전기신호가 압전 물질(162)이 팽팽하게되도록 신호 전극(163-166)에 공급될 때, 광섬유에 접촉한 전극(161)이 광 섬유를 주기적으로 압착하기 위해 광 섬유에 대해 눌러지도록 최소한 하나의 강성 표면부를 형성하기 위해 광 섬유(160)과 접촉하는 것을특징으로 하는 광 섬유 주파수 전이기.
  17. 제13항에 있어서, 광 섬유 축을 따르는 각 신호 전극(163-166)의 길이가 1/2 비트 길이의 거의 홀수배인 것을 특징으로 하는 광 섬유 주파수 전이기.
  18. 제13항에 있어서, 인접한 신호 전극(163,165)의 선행 연부가 광 섬유(160)을 따라 거리 d만큼 떨어져 있고, 신호 소오스(168)이 정현파적 전기 신호를 신호 전극(163,165)에 공급하며, 한 신호 전극(163)에공급된 전기 신호가 인접한 신호 전극(165)에 공급된 전기 신호와 2dπ/L 만큼 위상이 다르고, 여기서 L은광 섬유 비트 길이인 것을 특징으로 하는 광 섬유 주파수 전이기.
  19. 제1모우드에서 전달되는 광선이 제2모우드에서 전달되는 광선과 다른 전달 속도를 갖도록 상이한유효 굴절률을 갖는 제1 및 제2광 전달 모우드를 갖는 광 섬유(24)내로 광선을 도입시키는 단계를 포함하는 음파 발생기로 광선의 주파수를 전이하는 방법에 있어서, 상기 음파 발생기를 광 섬유(24)에 단단히 접촉하여 배치하는 단계 및 광선이 제2모우드의 광 섬유(24)로부터 제2모우드의 광 섬유(24)로 결합되게 하고 주파수 전이의 양이 음파의 주파수와 실질적으로 동일하게 되도록 결합된 광선이 주파수 전이되게 하도륵 상기 음파 발생기로 하여금 광 섬유(24)의 주기 영역이 광 섬유(24) 아래로 이동하는 응력을 받게 하는단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 광 섬유(24)의 주기적인 영역이 응력을 받게 하는 단계가 표면파를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제19항에 있어서, 상기 응력파의 파장을 광선의 파장에서의 2개의 모우드의 광섬유(24)를 위한 비트길이의 정수 배로 선택하는 단계를 더 포함함으로써, 광 섬유(24)에서 제1모우드로부터 제2모우드까지의광선의 누진 결합을 발생시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제19항에 있어서, 음파 발생기로서 압전 구동 표면 파 변환기를 사용하는 단계를 더 포함하는 것을특징으로 하는 방법.
KR1019840007521A 1983-11-30 1984-11-29 광 섬유 주파수 전이기 및 주파수 전이방법 KR920006589B1 (ko)

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Families Citing this family (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4792207A (en) * 1983-11-30 1988-12-20 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Single mode fiber optic single sideband modulator and method of frequency shifting using same
US4768851A (en) * 1983-11-30 1988-09-06 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Fiber optic modal coupler, interferometer and method of coupling spatial modes using same
US4801189A (en) * 1983-11-30 1989-01-31 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Birefringent fiber narrowband polarization coupler and method of coupling using same
US4735485A (en) * 1984-02-17 1988-04-05 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Acousto-optic frequency shifter using optical fiber and method of manufacturing same
GB8511688D0 (en) * 1985-05-09 1985-06-19 British Telecomm Frequency locking electromagnetic signals
US4793676A (en) * 1985-08-21 1988-12-27 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Optical fiber acousto-optic amplitude modulator
DE3689040T2 (de) * 1986-01-06 1994-04-14 American Telephone & Telegraph Faseroptisches Einzelmoden-Kommunikationssystem.
US5022732A (en) * 1986-01-17 1991-06-11 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Fiber optic intermode coupling single sideband frequency shifter
US4832437A (en) * 1986-01-17 1989-05-23 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Fiber optic inter-mode coupling single side band frequency shifter
US4781425A (en) * 1986-02-18 1988-11-01 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Fiber optic apparatus and method for spectrum analysis and filtering
US4872738A (en) * 1986-02-18 1989-10-10 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Acousto-optic fiber-optic frequency shifter using periodic contact with a surface acoustic wave
GB2191596A (en) * 1986-06-12 1987-12-16 Plessey Co Plc Optical fibre cables
GB8622609D0 (en) * 1986-09-19 1986-10-22 Rogers A J Optical fibres
US4915468A (en) * 1987-02-20 1990-04-10 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Apparatus using two-mode optical waveguide with non-circular core
US4775207A (en) * 1987-03-17 1988-10-04 Bell Communications Research, Inc. Electro-optical switch
GB8706272D0 (en) * 1987-03-17 1987-04-23 Sieger Ltd Fibre optic telemetry
GB8803450D0 (en) * 1988-02-15 1988-03-16 British Telecomm Optical frequency mixer
US5016957A (en) * 1989-11-20 1991-05-21 George Seaver Photoelastic optical switch and optical systems employing the optical switch and a method of use thereof
US5095515A (en) * 1989-11-20 1992-03-10 George Seaver Photoelastic optical switch and optical systems employing the optical switch
US5224193A (en) * 1990-09-20 1993-06-29 International Business Machines Corporation First order mode frequency doubler system and method
AU648889B2 (en) * 1992-04-27 1994-05-05 Furukawa Electric Co. Ltd., The Converting device using an optical fiber
WO1995003563A1 (en) * 1993-07-26 1995-02-02 Monash University Acousto-optical devices for producing tuneable diffraction gratings
GB9403122D0 (en) * 1994-02-18 1994-04-06 Univ Southampton Acousto-optic device
US5452314A (en) * 1994-08-01 1995-09-19 Hewlett-Packard Company Controllable-birefringence, acousto-optic tunable filter and a laser tuned by the same
US5867616A (en) * 1995-08-10 1999-02-02 Corning Incorporated Polarization mode coupled single mode waveguide
IT1277256B1 (it) * 1995-10-13 1997-11-05 Pirelli Cavi S P A Ora Pirelli Commutatore acusto-ottico in guida d'onda, sintonizzabile, con cammini ottici equilibrati
AU709397B2 (en) * 1995-10-13 1999-08-26 Corning O.T.I. S.P.A. An acousto-optical tunable waveguide switch having balanced optical paths
JP3074377B2 (ja) * 1997-03-06 2000-08-07 セイコーインスツルメンツ株式会社 端面研磨装置および研磨方法
US6801686B2 (en) 1997-06-06 2004-10-05 Novera Optics, Inc. Methods and apparatus for measuring the power spectrum of optical signals
US6640027B2 (en) 1997-06-06 2003-10-28 Novera Optics, Inc. Gain flattening tunable filter
US6850655B2 (en) 1997-06-16 2005-02-01 Novera Optics, Inc. Optical apparatus with faraday rotator, static gain flattening filter and variable optical attenuator
US6118566A (en) * 1998-11-04 2000-09-12 Corvis Corporation Optical upconverter apparatuses, methods, and systems
US6292598B1 (en) 1998-11-04 2001-09-18 Corvis Corporation Optical transmission apparatuses, methods, and systems
US6529305B1 (en) 1998-11-04 2003-03-04 Corvis Corporation Optical transmission apparatuses, methods, and systems
US6628861B1 (en) * 1999-01-06 2003-09-30 General Photonics Corporation Control of guided light in waveguide using external adjustable grating
US7110624B2 (en) * 2001-12-14 2006-09-19 Evans & Sutherland Computer Corporation Fiber optic mechanical/thermal tuner and isolator
US7142788B2 (en) * 2002-04-16 2006-11-28 Corvis Corporation Optical communications systems, devices, and methods
DE102006002605B4 (de) 2006-01-13 2018-09-13 Hans Joachim Eichler Optisches Modul mit einer Lichtleitfaser und einer Fabry-Perot Schichtstruktur als elektrooptischer Modulator und abstimmbares Filter
US7891818B2 (en) 2006-12-12 2011-02-22 Evans & Sutherland Computer Corporation System and method for aligning RGB light in a single modulator projector
US8358317B2 (en) 2008-05-23 2013-01-22 Evans & Sutherland Computer Corporation System and method for displaying a planar image on a curved surface
US8702248B1 (en) 2008-06-11 2014-04-22 Evans & Sutherland Computer Corporation Projection method for reducing interpixel gaps on a viewing surface
US8077378B1 (en) 2008-11-12 2011-12-13 Evans & Sutherland Computer Corporation Calibration system and method for light modulation device
US8557129B2 (en) 2011-03-11 2013-10-15 University of Maribor Methods of manufacturing optical devices
US8655117B2 (en) 2011-03-11 2014-02-18 University of Maribor Optical fiber sensors having long active lengths, systems, and methods
US8655123B2 (en) * 2011-03-11 2014-02-18 University of Maribor In-line optical fiber devices, optical systems, and methods
US9641826B1 (en) 2011-10-06 2017-05-02 Evans & Sutherland Computer Corporation System and method for displaying distant 3-D stereo on a dome surface
KR20150134359A (ko) * 2013-03-29 2015-12-01 가부시키가이샤 구라레 내열 노화성이 우수한 폴리비닐알코올계 섬유 및 그 제조 방법
US10598969B2 (en) * 2016-07-13 2020-03-24 Technology Innovation Momentum Fund (Israel) Limited Partnership Coupling sensor information to an optical cable using ultrasonic vibrations
RU2740538C1 (ru) * 2020-06-09 2021-01-15 Елена Александровна Бадеева Способ преобразования светового потока и реализующий его волоконно-оптический датчик давления
WO2024033666A1 (en) 2022-08-12 2024-02-15 University Of Zagreb, Faculty Of Science Method for tuning the laser frequency implemented in a rotating device with an optical waveguide

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3406358A (en) * 1967-10-30 1968-10-15 Bell Telephone Labor Inc Ultrasonic surface waveguides
US3625589A (en) * 1969-08-19 1971-12-07 American Optical Corp Apparatus for controlling the propagation characteristics of coherent light within an optical fiber
US3645603A (en) * 1969-09-24 1972-02-29 Luther W Smith Light modulation in optic fiber
US3931518A (en) * 1974-11-11 1976-01-06 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Optical fiber power taps employing mode coupling means
US4319186A (en) * 1978-05-05 1982-03-09 National Research Development Corporation Signal sensors
DE3006102A1 (de) * 1979-02-19 1980-08-28 Ricoh Kk Optische steuereinrichtung
US4268116A (en) * 1979-10-26 1981-05-19 Optelecom Incorporated Method and apparatus for radiant energy modulation in optical fibers
DE3013355A1 (de) * 1980-04-05 1981-10-08 Franz Luzern Bucher-Tanner Zusammengesetztes differential-umlaufgetriebe
US4493528A (en) * 1980-04-11 1985-01-15 Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Fiber optic directional coupler
US4536058A (en) * 1981-09-10 1985-08-20 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Method of manufacturing a fiber optic directional coupler
US4615582A (en) * 1981-11-09 1986-10-07 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Magneto-optic rotator for providing additive Faraday rotations in a loop of optical fiber
US4449210A (en) * 1981-12-21 1984-05-15 Hughes Aircraft Company Fiber optic hydrophone transducers
US4589728A (en) * 1983-08-26 1986-05-20 Andrew Corporation Optical fiber polarizer

Also Published As

Publication number Publication date
JPS60227227A (ja) 1985-11-12
KR850004651A (ko) 1985-07-25
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JPH057691B2 (ko) 1993-01-29
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US4684215A (en) 1987-08-04
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EP0144190B1 (en) 1993-03-10
IL73546A0 (en) 1985-02-28
ATE86764T1 (de) 1993-03-15
DE3486093D1 (de) 1993-04-15
CA1249657A (en) 1989-01-31
NO844794L (no) 1985-05-31

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