WO2004068222A1 - 光モジュール - Google Patents

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WO2004068222A1
WO2004068222A1 PCT/JP2003/016877 JP0316877W WO2004068222A1 WO 2004068222 A1 WO2004068222 A1 WO 2004068222A1 JP 0316877 W JP0316877 W JP 0316877W WO 2004068222 A1 WO2004068222 A1 WO 2004068222A1
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light
input
wavelength
prism
input light
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PCT/JP2003/016877
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Inventor
Takao Sakurai
Koichiro Uekusa
Original Assignee
Advantest Corporation
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/11—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on acousto-optical elements, e.g. using variable diffraction by sound or like mechanical waves
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/33—Acousto-optical deflection devices

Definitions

  • the present invention relates to an optical module.
  • the present invention relates to an optical module that outputs output light obtained by diffracting input light input from the outside by an acousto-optic element.
  • the exit angle of the acousto-optic element that emits the diffracted light varies depending on the wavelength of the incident light that enters the acousto-optic element. For this reason, in the above configuration, when the collimating lens is arranged at the optimum relative position and relative angle for the input light of a certain wavelength with respect to the acousto-optic element, the output when the input light of a different wavelength is input There was a problem that light loss increased.
  • An acousto-optic element that emits light at different emission angles according to the wavelength of the input light, and a first correction light that emits first output light with a reduced difference in the emission angle according to the wavelength of the diffracted light.
  • An optical module comprising: a prism. The first correction prism deflects the diffracted light in a direction further away from the optical path of undiffracted light emitted without being diffracted among the input light incident on the acousto-optic element. Light may be emitted.
  • the apparatus may further include a first lens that outputs the first output light to an optical fiber connected to the optical module.
  • the input light is incident on the acousto-optic element at an angle at which the diffraction efficiency by the acousto-optic element becomes higher.
  • An incident prism may be further provided.
  • the incident prism may be configured to deflect the input light to an incident angle substantially equal to a Bragg diffraction angle with respect to the acousto-optical element, which is determined according to the wavelength of the input light, and to make the incident light incident on the acousto-optical element. Good.
  • the input prism which is incident on the acousto-optic element by the incidence prism, changes the incident light according to the wavelength of the input light in the undiffracted light emitted from the acousto-optic element without being diffracted.
  • a second correction prism that emits second output light having a reduced angle difference as compared with the undiffracted light may be further provided.
  • the first correction prism may emit the first output light in which the difference in the emission angle of the diffracted light according to the wavelength is corrected to substantially zero.
  • an optical module for outputting an output light obtained by diffracting an input light input from the outside, wherein the diffracted light obtained by diffracting the input light is changed according to a wavelength of the input light.
  • An acousto-optic element that emits light at different emission angles, and the input light is made incident, and emitted at different angles according to the wavelength of the input light, so that the diffraction efficiency of the acousto-optical element becomes greater.
  • an incidence prism for causing the acousto-optic element to enter the acousto-optic element at an increased angle.
  • FIG. 1 shows a configuration of an optical module 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a graph showing an example of the diffraction efficiency of the acousto-optic device 120 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a graph showing an example of the coupling loss in the first output lens 145 and the second output lens 155 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a graph showing an example of the insertion loss of the first output light by the optical module 100 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a graph showing a comparison result between the insertion loss of the first output light by the optical module 100 according to the embodiment of the present invention and the insertion loss by another method.
  • FIG. 6 is a graph showing a difference in the input loss between the first output light and the second output light by the optical module 100 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a configuration of an optical module 100 according to the present embodiment.
  • the optical module 100 outputs the first output light obtained by diffracting the input light input from the outside via the input optical fiber 105 by the acousto-optic element 120 to the first output optical fiber 110.
  • the second output light of the input light that is not diffracted by the acousto-optic element 120 is output to the second output optical fiber 115.
  • the optical module 100 according to the present embodiment adjusts the incident angle at which the input light enters the acousto-optic element 120 according to the wavelength of the input light, and varies according to the wavelength of the input light.
  • An object of the present invention is to adjust the output angle of the diffracted light emitted from the acousto-optic element 120 by the angle, and to reduce the change in the loss of the output light when the wavelength of the input light is different.
  • the optical module 100 includes an input lens 130, an entrance prism 135, an acousto-optic element 120, a first correction prism 140, a first output lens 144, and a second correction. Step It has a rhythm 150 and a second output lens 150.
  • the input lens 130 corrects the input light input through the input optical fiber 105 into substantially parallel input light.
  • the input prism 135 receives the input light captured by the input lens 130, and emits the light at different angles according to the wavelength of the input light.
  • the input prism 1 35 deflects the input light corrected by the input lens 130 in a direction closer to the direction of the acousto-optic element 120, and deflects the input light into the acousto-optic element 120.
  • the incident angle 0 2 may be made closer to 0. In this case, the argument 0 i becomes smaller when the wavelength of the input light is longer than when the wavelength of the input light is shorter.
  • the incident prism 135 causes the input light corrected by the input lens 130 to enter the acousto-optic element 120 at an angle at which the diffraction efficiency of the acousto-optic element 120 becomes higher.
  • Acoustooptic element 1 2 0 was diffract input light diffracted light, emitted to the first correcting prism 1 4 0 at the exit angle 0 3 that different depending on the wavelength of the input light. More specifically, the acousto-optic element 120 diffracts the input light incident from the incident prism 135 due to the periodic density of the distortion generated by the ultrasonic wave applied by the oscillator 125, for example, T e 0 2 , L i N b 0 3 , or Pb Mo 0 4 .
  • the emission angle theta 3 when the wavelength of the input light is long, increases compared with the case the wavelength of the input light shorter.
  • the acousto-optic element 120 emits, to the second correction prism 150, the undiffracted light that is not diffracted by the acousto-optic element 120 out of the input light that has entered the incidence prism 135.
  • First ToTadashi prism 1 4 0 is incident diffracted light emitted from the acoustooptic element 1 2 0, emits a first output light to reduce the difference in emission angle theta 3 corresponding to the wavelength of the diffracted light . More specifically, the first correcting prism 1 4 0, the diffracted light emitted by the acoustic optical element 1 2 0, the deflection angle theta 4 deflect to a more distant direction from the ultrasonic wave 1 6 0 diffracted light occurs The emitted first output light is emitted.
  • the first correction prism 140 deflects the diffracted light in a direction further away from the optical path of the undiffracted light that is emitted without being diffracted among the input light incident on the acousto-optic element 120. 1 Emit output light.
  • the emission angle ⁇ ⁇ 3 of the diffracted light is larger than when the wavelength of the input light is shorter.
  • the first correction prism 1 4 0 deflects the diffracted light wavelength of the input light is emitted at a large emission angle theta 3 optionally longer into smaller deflection angle theta 4 only outgoing angle 0 3 and same direction.
  • the first correction prism 140 can reduce the difference in the outgoing angle according to the wavelength in the diffracted light emitted from the acousto-optic element 120.
  • the first capturing prism 140 has a vertex angle such that the sum of the emission angle ⁇ 3 and the deflection angle ⁇ 4 becomes substantially zero in the wavelength range of the input light in which the optical module 100 is used. May be provided.
  • the first correction prism 140 can emit the first output light in which the difference in the emission angle according to the wavelength of the diffracted light emitted from the acousto-optic element 120 has been corrected to substantially zero. it can.
  • the first correction prism 140 deflects the diffracted light further away from the optical path of the undiffracted light, so that the distance between the first output lens 144 and the second output lens 155 is increased.
  • the separation can be made larger.
  • the first output lens 144 outputs the first output light deflected by the first correction prism 140 to the first output optical fiber 110 connected to the optical module 100.
  • the second collection prism 150 compares the difference in the angle of the undiffracted light emitted from the acousto-optic element 120, which is changed according to the wavelength of the input light, with the undiffracted light. Then, the reduced second output light is emitted. More specifically, the second correction prism 150 moves the undiffracted light emitted from the acousto-optic element 120 farther from the ultrasonic wave front 160 where the diffracted light of the incident light is generated. emitting a second emission light is polarized angle theta 5 deflection direction.
  • the second correction prism 150 deflects the undiffracted light in a direction further away from the optical path of the diffracted light that is diffracted and emitted from the input light incident on the acousto-optic element 120.
  • the second output light is emitted.
  • the deflection angle theta 5 is compared with the case the wavelength of the non-diffracted light passed through the acoustooptic element 1 2 0 without being diffracted out of the modified input light is long, when the wavelength of the non-diffracted light is short small . Therefore, the second correction prism 1 5 0 deflects optionally only a smaller deflection angle theta 5 diffracted light Isa out with large small deflection angle theta i wavelength of the input light is long, the deflection angle theta lambda in the opposite direction .
  • the second correction prism 150 reduces the difference in the outgoing angle of the undiffracted light emitted from the acousto-optic element 120 changed by the incident prism 135 according to the wavelength of the input light. be able to.
  • the second correcting prism 1 5 it to the optical module 1 0 0 wavelength range of the input light used les, Te, an apex angle as the polarization angle of 0 5 and the polarization angle of 0 i is substantially the same May have.
  • the second correction prism 150 approximates the difference in the outgoing angle of the undiffracted light emitted from the acousto-optic element 120, which is changed by the input prism 135 according to the wavelength of the input light. It can be corrected to zero.
  • the second correction prism 150 deflects the diffracted light in a direction away from the optical path of the diffracted light, thereby increasing the distance between the second output lens 155 and the first output lens 145. Can be increased.
  • FIG. 2 is a graph showing an example of the diffraction efficiency of the acousto-optic device 120 according to the present embodiment. More specifically, P b M o 0 4 in the case of applying an ultrasonic wave of 1 5 0 MH z to the acousto-optic device 1 2 0 by the diffraction efficiency when the wavelength of the input light is 1 5 7 0 nm 4 shows the wavelength dependence of the diffraction efficiency when input light is made incident on the acousto-optic device 120 at an incident angle at which the maximum is obtained.
  • the optical module 100 includes an incident prism 135 that corrects an incident angle at which input light is incident on the acousto-optic element 120 in order to reduce the wavelength dependence of diffraction efficiency.
  • the black diffraction angle ⁇ B which is the incident angle at which the diffraction efficiency is maximized, is expressed by the following equation (1) Is approximated by
  • the change amount of the deviation angle ⁇ ⁇ , ⁇ , ( ⁇ )- ⁇ , (X c ) by the incident prism 135 when the input light of the wavelength different from the center wavelength;
  • the material of the entrance prism 135 or the apex angle of the entrance prism 135 is adjusted so that is approximately the same.
  • FIG. 3 is a graph showing an example of the coupling loss in the first output lens 145 and the second output lens 155 according to the present embodiment. More specifically, Fig. 3 shows the experimental results of the optical coupling loss when light is incident on a certain collimating lens at different incident angles. It is shown by the relative value to the optical coupling loss in the case of the above.
  • the incident angle of light in the crystal of the acousto-optic element 120 is ⁇
  • the refractive index of the acousto-optic element 120 is Assuming that ⁇ , can be expressed by the following equation (2).
  • Equation (2) can be transformed into equation (3).
  • the wavelength range of the input light shall be the 1 five hundred twenty to one 6 20 nm It can be calculated that an angle change of about 0.13 degrees occurs.
  • the wavelength dependence of the coupling loss reaches about 1 dB or more in the wavelength range of 1520 to 1620 nm.
  • the first collection prism 140 can correct the difference in the emission angle according to the wavelength of the diffracted light emitted from the acousto-optic element 120 to substantially zero.
  • ⁇ in the above equation (3) and ⁇ 2 in the equation (4) are the angles at which the input light enters the optical module 100 from the input optical fiber 105 when the incident prism 135 is not provided. It is a fixed value based on On the other hand, when the incident prism 135 is provided, these values change so that the value of Hi becomes a black diffraction angle determined according to the wavelength of the input light.
  • the first correction prism 140 reduces the difference between the exit angles according to the wavelengths of the diffracted light generated by the incident prism 135 and the acousto-optic element 120 as compared with the diffracted light, or makes the difference substantially zero.
  • the material or apex angle may be adjusted as described.
  • the first auxiliary As the positive prism 140 a prism made of flint glass (F2) and having an apex angle of 60 to 70 degrees, more preferably approximately 64 degrees can be used.
  • F2 flint glass
  • the first output light output from the first correction prism 140 to the first output lens 145 does not change the angle of the light beam even when the wavelength changes, and moves by a small amount in parallel.
  • the change in the coupling loss with respect to the parallel movement of the input light beam is small.
  • the coupling loss hardly changes by the parallel movement of about 100 ⁇ . Therefore, the first The correction prism 140 can output the diffracted light diffracted by the acousto-optic element 120 to the first output optical fiber 110 with a constant coupling loss independent of the wavelength.
  • FIG. 4 is a graph showing an example of the input loss of the first output light by the optical module 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a graph showing an example of the input loss of the first output light by the optical module 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 4 shows the coupling loss of the first output optical fiber 110 with and without the first collection prism 140 when the incident prism 135 is not provided, that is, FIG.
  • the result of experimentally measuring the insertion loss for introducing the first output light into the one-output optical fiber 110 is shown.
  • the wavelength dependence of the insertion loss in the wavelength range of 150 to 160 nm is reduced from about 2 dB to 0.6 d. It can be seen that it is reduced to about B.
  • the input loss shown in FIG. 4 is further reduced by providing the incident prism 135.
  • FIG. 5 is a graph showing a comparison result between the insertion loss of the first output light by the optical module 100 according to the present embodiment and the insertion loss by another method.
  • the insertion loss A500 indicates the result of experimentally measuring the insertion loss of the first output light in the case where the optical module 100 according to the present embodiment does not include the incident prism 135.
  • Insertion loss B 5 1 in a case without the incident prism 1 3 5 ⁇ Pi first ToTadashi prism 1 4 0, by using the acousto-optic device of 0 2 such as propagation velocity of the ultrasonic wave is high T e,
  • the insertion loss C520 is calculated by using the incident prism 135 and the first correction pre-filter.
  • the insertion loss A500 is smaller than the insertion loss B510 and the input loss C520, and the wavelength dependence of the insertion loss is smaller. It can be further reduced by further providing.
  • the emission angle from the acousto-optic device 120 according to the wavelength of the input wave changes according to the change in the frequency of the ultrasonic wave. It is difficult to use it for measurements requiring high wavelength accuracy, such as dispersion measurement.
  • the ultrasonic frequency is generated by VCO or the like, sufficient accuracy may not be obtained.
  • FIG. 6 is a graph showing a difference in insertion loss between the first output light and the second output light by the optical module 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 6 shows that the first output light output to the first output optical fiber 110 and the first output light output to the second output optical fiber 115 when the incident prism 135 is not provided. 2 shows the results of experimentally measuring the input loss of output light.
  • the average insertion loss 62 0 indicates the average insertion loss of the first output light and the second output light.
  • the optical module 100 in the wavelength range of the input light 1520 to 1620 ⁇ , the first output light and the second output light
  • the difference in import loss can be kept small.
  • the present invention has been described using the embodiment.
  • the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiment.
  • Various changes or improvements can be made to the above embodiment. It is apparent from the description of the claims that embodiments with such modifications or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
  • the optical module 1 0 0, incident prism 1 3 5 and the second correcting prism 1 5 The first correction prism 140 and the second correction prism 140 may be configured without the first correction prism 140 and the second correction prism 150. A configuration that does not include one of 150 may be adopted. Further, the incident prism 135, the first correction prism 140, and the second correction prism 150 may be realized by an optical system that emits incident light at different angles according to the wavelength. Industrial applicability
  • an optical module that outputs output light obtained by diffracting input light, it is possible to reduce a change in loss of output light when the wavelength of input light changes. it can.

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Abstract

　外部から入力される入力光を回折した出力光を出力する光モジュールは、入力光を回折した回折光を、入力光の波長に応じて異なる出射角度で出射する音響光学素子と、回折光における波長に応じた出射角度の差を低減させた第１出力光を出射する第１補正プリズムとを備える。

Description

明 細 書 光モジュール 文献の参照による組み込みが認められる指定国については、 下記の出願に記載さ れた内容を参照により本出願に組み込み、 本出願の記載の一部とする。
特願 2 0 0 3— 0 2 3 0 0 8 出願日 平成 1 5年 1月 3 1日 技術分野
本発明は、 光モジュールに関する。 特に本発明は、 外部から入力される入力光を、 音響光学素子により回折した出力光を出力する光モジュールに関する。 背景技術
従来、 光偏向器、 光変調器、 光周波数シフタ、 又は光スィッチ等の光モジュール を、 音響光学素子を用いて実現する方法が提案されている （小沼稔 ·吉田信也 -柴 田光義著、 「オプトエレク トロニクスとその材料」、 初版、 工学図書株式会社、 平成 7年 7月 1 5日、 p . 2 1 9— 2 2 3 )。 光ファイバを介した入出力を行う場合、従 来の音響光学素子を用いた光モジュールにおいては、 入力側の光ファイバから入力 される入力光を、 コリメートレンズを介して音響光学素子に入射させ、 音響光学素 子から出射された回折光を、 コリメートレンズを介して出力側の光ファイバに出力 させる構成を採るのが一般的であった。
音響光学素子は、 当該音響光学素子に入射される入射光の波長に応じて、 回折光 を出射する出射角度が異なる。 このため、 上記の構成においては、 音響光学素子に 対して、 ある波長の入力光について最適な相対位置及び相対角でコリメ一トレンズ を配置した場合、 異なる波長の入力光が入力された際の出力光の損失が大きくなる という問題があった。
そこで本発明は、 このような問題を解決することを目的とする。 発明の開示 このような目的を達成するために、 本発明の第 1の形態によると、 外部から入力 される入力光を回折した出力光を出力する光モジュールであって、 前記入力光を回 折した回折光を、 前記入力光の波長に応じて異なる出射角度で出射する音響光学素 子と、 前記回折光における前記波長に応じた出射角度の差を低減させた第 1出力光 を出射する第 1捕正プリズムとを備えることを特徴とする光モジュールを提供する。 前記第 1補正プリズムは、 前記回折光を、 Ιίί記音響光学素子に入射された前記入 力光のうち回折されずに出射される非回折光の光路からより離れる方向に偏向した 前記第 1出力光を出射してもよい。
また、 前記光モジュールに接続された光ファイバに対して前記第 1出力光を出力 する第 1レンズを更に備えてもよい。
また、 前記入力光を入射し、 前記入力光の波長に応じて異なる角度で出射するこ とにより、 前記入力光を、 前記音響光学素子による回折効率がより高くなる角度で 前記音響光学素子に入射させる入射プリズムを更に備えてもよい。
また、 前記入射プリズムは、 前記入力光の波長に対応して定められる、 前記音響 光学素子に対するブラッグ回折角と略同一の入射角度に前記入力光を偏向し、 前記 音響光学素子に入射させてもよい。
また、 前記入射プリズムにより前記音響光学素子に入射された前記入力光が、 回 折されずに前記音響光学素子から出射される非回折光における、 前記入射プリズム が入力光の波長に応じて変化させた角度の差を、 前記非回折光と比較し低減させた 第 2出力光を出射する第 2捕正プリズムを更に備えてもよい。
また、 前記第 1補正プリズムは、 前記回折光における前記波長に応じた出射角度 の差を、 略 0に捕正した前記第 1出力光を出射してもょレ、。
本発明の第 2の形態によると、 外部から入力される入力光を回折した出力光を出 力する光モジュールであって、 前記入力光を回折した回折光を、 前記入力光の波長 に応じて異なる出射角度で出射する音響光学素子と、 前記入力光を入射し、 前記入 力光の波長に応じて異なる角度で出射することにより、 前記入力光を、 前記音響光 学素子による回折効率がより高くなる角度で前記音響光学素子に入射させる入射プ リズムとを備えることを特徴とする光モジュールを提供する。
なお上記の発明の概要は、 本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、 これらの特徴群のサブコンビネーションも又発明となりうる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の実施形態に係る光モジュール 1 0 0の構成を示す。
図 2は、 本発明の実施形態に係る音響光学素子 1 2 0における回折効率の一例 を示すグラフである。
図 3は、 本発明の実施形態に係る第 1出力レンズ 1 4 5及ぴ第 2出力レンズ 1 5 5における結合損失の一例を示すグラフである。
図 4は、 本発明の実施形態に係る光モジュール 1 0 0による第 1出力光の挿入 損失の一例を示すグラフである。
図 5は、 本発明の実施形態に係る光モジュール 1 0 0による第 1出力光の挿入 損失と、 他の方法による揷入損失との比較結果を示すグラフである。
図 6は、 本発明の実施形態に係る光モジュール 1 0 0による第 1出力光及び第 2出力光の揷入損失の差を示すグラフである。 - 発明を実施するための最良の形態 以下、 図面を参照して本発明の実施の形態の一例を説明する。
図 1は、 本実施形態に係る光モジュール 1 0 0の構成を示す。 光モジュール 1 0 0は、 外部から入力光ファイバ 1 0 5を介して入力される入力光を音響光学素子 1 2 0により回折した第 1出力光を、 第 1出力光ファイバ 1 1 0へ出力すると共に、 入力光のうち音響光学素子 1 2 0により回折されない第 2出力光を、 第 2出力光フ アイバ 1 1 5へ出力する。 本実施形態に係る光モジュール 1 0 0は、 入力光が音響 光学素子 1 2 0に対して入射される入射角度を入力光の波長に応じて調整すると共 に、 入力光の波長に応じて異なる角度で音響光学素子 1 2 0から出射される回折光 の出射角度を調整し、 入力光の波長が異なる場合における出力光の損失の変化を低 減することを目的とする。
光モジュール 1 0 0は、 入力レンズ 1 3 0と、 入射プリズム 1 3 5と、 音響光学 素子 1 2 0と、 第 1補正プリズム 1 4 0と、 第 1出力レンズ 1 4 5と、 第 2補正プ リズム 1 5 0と、 第 2出力レンズ 1 5 5とを備える。 入力レンズ 1 3 0は、 入力光 ファイバ 1 0 5を介して入力される入力光を、 略平行な入力光に補正する。
入射プリズム 1 3 5は、 入力レンズ 1 3 0により捕正された入力光が入射され、 入力光の波長に応じて異なる角度で出射する。 入射プリズム 1 3 5は、 入力レンズ 1 3 0により補正された入力光を、 音響光学素子 1 2 0の方向により近づく方向へ 偏角 Θ i偏向させ、 入力光が音響光学素子 1 2 0に入射される入射角度 0 2をより 0 に近づける構成をとつてよい。 この場合、偏角 0 iは、入力光の波長が長い場合、入 力光の波長がより短い場合と比較し小さくなる。 これにより、 入射プリズム 1 3 5 は、 入力レンズ 1 3 0により補正された入力光を、 音響光学素子 1 2 0による回折 効率がより高くなる角度で音響光学素子 1 2 0へ入射させる。
音響光学素子 1 2 0は、 入力光を回折した回折光を、 入力光の波長に応じて異な る出射角度 0 3で第 1補正プリズム 1 4 0に対して出射する。 より具体的には、音響 光学素子 1 2 0は、 発振器 1 2 5により印加された超音波によって生じる歪の周期 的な疎密により入射プリズム 1 3 5から入射された入力光を回折する、 例えば T e 02、 L i N b 03、 又は P b M o 04等の素子である。 ここで、 出射角度 θ 3は、 入 力光の波長が長い場合に、入力光の波長がより短い場合と比較し大きくなる。また、 音響光学素子 1 2 0は、 入射プリズム 1 3 5により入射された入力光のうち音響光 学素子 1 2 0により回折されない非回折光を第 2補正プリズム 1 5 0に対して出射 する。
第 1捕正プリズム 1 4 0は、音響光学素子 1 2 0から出射される回折光を入射し、 回折光における波長に応じた出射角度 Θ 3の差を低減させた第 1出力光を出射する。 より具体的には、 第 1補正プリズム 1 4 0は、 音響光学素子 1 2 0により出射され た回折光を、回折光が生じた超音波波面 1 6 0からより遠ざかる方向へ偏角 θ 4偏向 させた第 1出力光を出射する。これにより、第 1補正プリズム 1 4 0は、回折光を、 音響光学素子 1 2 0に入射された入力光のうち回折されずに出射される非回折光の 光路からより離れる方向に偏向した第 1出力光を出射する。
ここで、 音響光学素子 1 2 0に関連して説明したように、 入力光の波長が長い場 合、入力光の波長がより短い場合と比較して回折光の出射角度 Θ 3はより大きくなる c 一方、偏角 Θ Jま、回折光の波長が長い場合、回折光の波長がより短い場合と比較し 小さくなる。 従って、 第 1補正プリズム 1 4 0は、 入力光の波長が長い場合により 大きな出射角度 Θ 3で出射される回折光をより小さな偏角 Θ 4だけ出射角度 0 3と同 じ方向へ偏向する。一方、入力光の波長が短い場合により小さな出射角度 0 3で出射 される回折光をより大きな偏角 θ 4だけ出射角度 θ 3と同じ方向へ偏向する。 これに より、 第 1補正プリズム 1 4 0は、 音響光学素子 1 2 0から出射される回折光にお ける、 波長に応じた出射角度の差を低減させることができる。 また、 第 1捕正プリ ズム 1 4 0は、 光モジュール 1 0 0が使用される入力光の波長域において、 出射角 度 θ 3と偏角 θ 4の和が略 0となるような頂角を有してよい。 この場合、 第 1補正プ リズム 1 4 0は、 音響光学素子 1 2 0から出射される回折光における波長に応じた 出射角度の差を、 略 0に補正した第 1出力光を出射することができる。
また、 第 1補正プリズム 1 4 0は、 回折光を、 非回折光の光路からより離れる方 向に偏向することにより、 第 1出力レンズ 1 4 5と第 2出力レンズ 1 5 5の間の距 離をより大きくさせることができる。
第 1出力レンズ 1 4 5は、 光モジュール 1 0 0に接続された第 1出力光ファイバ 1 1 0に対して、第 1補正プリズム 1 4 0により偏向された第 1出力光を出力する。 第 2捕正プリズム 1 5 0は、 音響光学素子 1 2 0から出射される非回折光におけ る、 入射プリズムが入力光の波長に応じて変化させた角度の差を、 非回折光と比較 し低減させた第 2出力光を出射する。より具体的には、第 2補正プリズム 1 5 0は、 , 音響光学素子 1 2 0から出射される非回折光を、 当該入射光の回折光が生じた超音 波波面 1 6 0からより遠ざかる方向へ偏角 θ 5偏向させた第 2出射光を出射する。こ れにより、 第 2補正プリズム 1 5 0は、 非回折光を、 音響光学素子 1 2 0に入射さ れた入力光のうち回折されて出射される回折光の光路からより離れる方向に偏向し た第 2出力光を出射する。
ここで、 入射プリズム 1 3 5に関連して説明したように、 入力光の波長が長い場- 合、入力光の波長がより短い場合と比較して偏角 Θ はより小さくなる。一方、偏角 θ 5は、変更された入力光のうち回折されずに音響光学素子 1 2 0を通過した非回折 光の波長が長い場合、 非回折光の波長が短い場合と比較し小さくなる。 従って、 第 2補正プリズム 1 5 0は、入力光の波長が長い場合により大きな小さな偏角 Θ iで出 射される回折光をより小さな偏角 θ 5だけ偏角 θ Λと反対方向へ偏向する。 一方、 入 力光の波長が短い場合により小さな出射角度 0 3で出射される回折光をより大きな 偏角 0 5だけ偏角 θ と反対方向へ偏向する。 これにより、 第 2補正プリズム 1 5 0 は、 音響光学素子 1 2 0から出射される非回折光における、 入射プリズム 1 3 5が 入力光の波長に応じて変化させた出射角度の差を低減させることができる。 また、 第 2補正プリズム 1 5 0は、 光モジュール 1 0 0が使用される入力光の波長域にお レ、て、 偏角 0 iと偏角 0 5が略同一となるような頂角を有してよい。 この場合、 第 2 補正プリズム 1 5 0は、 音響光学素子 1 2 0から出射される非回折光における、 入 射プリズム 1 3 5が入力光の波長に応じて変化させた出射角度の差を略 0に補正す ることができる。
また、 第 2補正プリズム 1 5 0は、 回折光を、 回折光の光路からより離れる方向 に偏向することにより、 第 2出力レンズ 1 5 5と第 1出力レンズ 1 4 5の間の距離 をより大きくさせることができる。
第 2出力レンズ 1 5 5は、 光モジュール 1 0 0に接続された第 2出力光ファイバ 1 1 5に対して、第 2補正プリズム 1 5 0により偏向された第 2出力光を出力する。 図 2は、 本実施形態に係る音響光学素子 1 2 0における回折効率の一例を示すグ ラフである。 より具体的には、 P b M o 04による音響光学素子 1 2 0に 1 5 0 MH zの超音波を印加した場合において、 入力光の波長が 1 5 7 0 n mのときに回折効 率が最大となる入射角度により入力光を音響光学素子 1 2 0に入射させた場合にお ける、 回折効率の波長依存性を示す。
本実施形態に係る光モジュール 1 0 0は、 回折効率の波長依存性を低減するため に、 入力光が音響光学素子 1 2 0に入射される入射角度を補正する入射プリズム 1 3 5を備える。 ここで、 入力光の波長をえ、 音響光学素子 1 2 0中における超音波 の波長を Λとすると、 回折効率が最大となる入射角度であるブラック回折角 θ Bは、 以下の式 ( 1 ) により近似される。
-1 , ヽ
ΘΒ = SIN' ( 1 )
2Λノ
ここで、 光モジュール 1 0 0に対する入力光の波長域の中心をセンター波長え c とすると、 入射プリズム 1 3 5は、 センター波長; I の入力光を、 センター波長; L c に対応して式 （1) により定まるブラック回折角と略同一の角度で音響光学素子 1 2 0に入射させる様に、 入射プリズム 1 3 5に対する入力光の入射角度及ぴ入射プ リズム 1 3 5の頂角が調整される。 また、 センター波長と異なる波長; Lの入力光が 入力された場合における入射プリズム 1 3 5による偏角の変化量 Δ θ ,= θ , (λ) - θ , (Xc) と、 音響光学素子 1 2 0のブラック回折角の変化量 Δ 0 B= 0 B (1) - Θ B ( c) について、 例えば光モジュール 1 0 0に対する入力光の波長域におい て Δ 0 iと一 Δ 0 Bとが略同一となる様に、 入射プリズム 1 3 5の材質又は入射プリ ズム 1 3 5の頂角が調整される。 これにより、 入射プリズム 1 3 5は、 入力光の波 長に対応して定められる、 音響光学素子 1 2 0に対するブラック回折角と略同一の 入射角度に入力光を偏向し、 音響光学素子 1 2 0に入射させることができる。 図 3は、 本実施形態に係る第 1出力レンズ 1 4 5及び第 2出力レンズ 1 5 5にお ける結合損失の一例を示すグラフである。 より具体的には、 図 3は、 あるコリメ一 トレンズに対して異なる入射角度で光を入射させた場合における、 光結合損失を実 験により求めた結果を、 入射角度 0度で光を入射させた場合における光結合損失に 対する相対値により示したものである。
ここで、 音響光学素子 1 2 0の結晶中における光の入射角度を《、 音響光学素子 1 2 0の結晶中においてブラック回折により回折する角度を ]3、 音響光学素子 1 2 0の屈折率を ηとすると、 は以下の式 （2) で表せる。 β^— ~— a (2) ここで、 音速を ν、 発振器 1 2 5の発振周波数を f sとすると、 音響光学素子 1 2 0中における超音波の波長は V· / f sとなることから、 式 (2) は式 (3) に変 形できる。
Figure imgf000008_0001
従って、 音響光学素子 1 2 0への入射角度 02と音響光学素子 1 2 0からの出射角 度 03との関係は、 スネルの法則により、 以下の式 （4) となる。 θ^^--θ2 (4) v
以上の式 （4) によれば、 P bMo〇4による音響光学素子 1 20に 1 5 ΟΜΗζ の超音波を印加した場合において、 入力光の波長域を 1 520〜1 6 20 nmとす ると、 約 0. 1 3度の角度変化が生じることが算出できる。 第 1補正プリズム 14 0を設けない場合、 図 3によれば、 波長域 1 5 20〜1 6 2 O nmの範囲において 結合損失の波長依存は約 1 d B以上に達することがわかる。
一方、 第 1捕正プリズム 140は、 センター波長; Lcと異なる波長; Lの入力光が入 力された場合における音響光学素子 1 20の出射角度の変化量 Δ Θ 3= Θ 3 ( ^ ) ― Θ 3 (lc) と、 第 1補正プリズム 140における偏角の変化量 Δ 04== 04 (λ) 一 Θ 4 (lc) について、 例えば光モジュール 1 00に対する入力光の波長域において 厶 63と一 Δ 04とが略同一となる様に、 第 1補正プリズム 1 40の材質又は第 1補 正プリズム 140の頂角が調整される。 これにより、 第 1捕正プリズム 140は、 音響光学素子 1 20が出射する回折光の波長に応じた出射角度の差を、 略 0に補正 することができる。 なお、 上記式 （3) の α及び式 （4) の θ 2は、 入射プリズム 1 3 5を設けない場合、 入力光ファイバ 1 0 5から光モジュール 1 00に対して入力 光を入射する角度に基づく固定値となる。一方、入射プリズム 1 3 5を設けた場合、 これらの値は、 ひの値が入力光の波長に応じて定まるブラック回折角となる様に変 化する。 この場合、 第 1補正プリズム 140は、 入射プリズム 1 3 5及び音響光学 素子 1 20により生じた回折光における波長に応じた出射角度の差を、 回折光と比 較し低減し又は略 0とする様に材質又は頂角が調節されてよい。
例えば、 T e Ο 2による音響光学素子 1 2〇に 1 5 OMH zの超音波を印加した場 合において、 入力光の波長が 1 5 20〜 1 6 20 nmまでを補正する場合、 第 1補 正プリズム 140として、 フリントガラス (F 2) で頂角が 60度〜 70度、 より 望ましくは略 64度のプリズムを用いることができる。 ここで、 第 1補正プリズム 140から第 1出力レンズ 145へ出力される第 1出力光は、 波長が変化した場合 においても光線の角度は変化せず、 微小量平行移動する。 ここで、 コリメートレン ズは、 入力される光線の平行移動に対する結合損失の変化は小さく、 例えば 1 00 μιη程度の平行移動によっては結合損失はほとんど変動しない。 したがって、 第 1 補正プリズム 1 4 0は、 音響光学素子 1 2 0により回折された回折光を、 波長に依 存しない一定の結合損失で第 1出力光ファイバ 1 1 0に対して出力することができ る。
以上と同様に、 第 2捕正プリズム 1 5 0は、 センター波長； L cと異なる波長 λの入 力光が入力された場合における入射プリズム 1 3 5の偏角の変化量 Δ θ , = θ ,
( λ ) - θ χ と、 第 2補正プリズム 1 5 0における偏角の変化量 Δ θ 5 = 0 5
( λ ) - θ 5 ( λ α) について、 例えば光モジュール 1 0 0に対する入力光の波長域 において Δ 0 と Δ 0 5とが略同一となる様に、 第 2補正プリズム 1 5 0の材質又は '第 2捕正プリズム 1 5 0の頂角が調整される。 これにより、 第 2補正プリズム 1 5 0は、 音響光学素子 1 2 0から出射される非回折光における、 入射プリズム 1 3 5 が入力光の波長に応じて変化させた出射角度の差を略 0に補正することができる。 図 4は、 本実施形態に係る光モジュール 1 0 0による第 1出力光の揷入損失の一 例を示すグラフである。 ここで、 図 4は、 入射プリズム 1 3 5を備えない場合にお いて、 第 1捕正プリズム 1 4 0を備える場合及び備えない場合における第 1出力光 ファイバ 1 1 0の結合損失、 すなわち第 1出力光ファイバ 1 1 0に第 1出力光を揷 入する挿入損失を実験により測定した結果を示す。 図 4に示す様に、 第 1補正プリ ズム 1 4 0を備えることにより、 波長域 1 5 2 0〜 1 6 2 0 n mにおいて挿入損失 の波長依存性が約 2 d B程度から 0 . 6 d B程度に低減することがわかる。 図 4に 示した揷入損失は、 入射プリズム 1 3 5を備えることにより、 更に低減される。 図 5は、 本実施形態に係る光モジュール 1 0 0による第 1出力光の揷入損失と、 他の方法による挿入損失との比較結果を示すグラフである。 挿入損失 A 5 0 0は、 本実施形態に係る光モジュール 1 0 0において、 入射プリズム 1 3 5を備えない場 合における第 1出力光の揷入損失を実験により測定した結果を示す。 挿入損失 B 5 1 0は、入射プリズム 1 3 5及ぴ第 1捕正プリズム 1 4 0を備えない場合において、 超音波の伝播速度が速い T e 02等の音響光学素子を用いることにより、式（1 ) に おけるブラック回折角の波長依存 1"生を低減した形態における挿入損失を実験により 測定した結果を示す。 挿入損失 C 5 2 0は、 入射プリズム 1 3 5及び第 1補正プリ ズム 1 4 0を備えない場合において、 発振器 1 2 5が発生する超音波の周波数 f s を入力光の波長に応じて変化させた形態における挿入損失を実験により測定した結 果を示す。
揷入損失 A 5 0 0は、 揷入損失 B 5 1 0及ぴ揷入損失 C 5 2 0と比較し、 挿入損 失の波長依存性が小さく、 光モジュール 1 0 0に入射プリズム 1 3 5を更に備える ことにより更に低減することができる。また、揷入損失 C 5 2 0の形態においては、 入力波の波長に応じた音響光学素子 1 2 0からの出射角度が、 超音波の周波数の変 化に応じて変化してしまうため、 波長分散測定等の高い波長精度が必要となる測定 には用いることが困難となる。 また、 超音波の周波数を V C O等により生成した場 合、 十分な精度が得られない可能性がある。
これに対し、 光モジュール 1 0 0においては、 超音波の周波数を一定とした場合 においても、 挿入損失 A 5 0 0の波長依存性を小さく抑えることができ、 揷入損失 の波長依存性の低減と、 高い波長精度の維持を両立することができる。 図 6は、 本実施形態に係る光モジュール 1 0 0による第 1出力光及び第 2出力光 の挿入損失の差を示すグラフである。 ここで、 図 6は、 入射プリズム 1 3 5を備え ない場合において、 第 1出力光ファイバ 1 1 0に出力される第 1出力光及ぴ第 2出 力光ファイバ 1 1 5に出力される第 2出力光の揷入損失を実験により測定した結果 を示す。 平均挿入損失 6 2 0は、 第 1出力光及び第 2出力光の平均の挿入損失を示 す。
本実施形態に係る光モジュール 1 0 0によれば、 図 6に示す様に、 入力光の波長 域 1 5 2 0〜 1 6 2 0 η ηιにおいて、 第 1出力光及ぴ第 2出力光の揷入損失の差を 小さく抑えることができる。 以上、 本発明を実施形態を用いて説明したが、 本発明の技術的範囲は上記実施形 態に記載の範囲には限定されない。 上記実施形態に、 多様な変更または改良を加え ることができる。 そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に 含まれ得ることが、 特許請求の範囲の記載から明らかである。
例えば、 光モジュール 1 0 0は、 入射プリズム 1 3 5及び第 2補正プリズム 1 5 0を備えない構成を採ってもよく、 第 1補正プリズム 1 4 0及ぴ第 2補正プリズム 1 5 0を備えない構成を採ってもよく、 第 1補正プリズム 1 4 0又は第 2補正プリ ズム 1 5 0の一方を備えない構成を採ってもよい。 また、 入射プリズム 1 3 5、 第 1補正プリズム 1 4 0、 及ぴ第 2補正プリズム 1 5 0は、 入射光を波長に応じて異 なる角度で出射させる光学系により実現されてもよい。 産業上の利用可能性
以上の説明から明らかなように、 本発明によれば、 入力光を回折した出力光を出 力する光モジュールにおいて、 入力光の波長が変化した場合における出力光の損失 の変化を低減することができる。

Claims

請求 の 範囲
1 . 外部から入力される入力光を回折した出力光を出力する光モジュールであつ て、
前記入力光を回折した回折光を、 前記入力光の波長に応じて異なる出射角度で出 射する音響光学素子と、
前記回折光における前記波長に応じた出射角度の差を低減させた第 1出力光を出 射する第 1補正プリズムと
を備えることを特徴とする光モジュール。
2 . 前記第 1補正プリズムは、 前記回折光を、 前記音響光学素子に入射された前 記入力光のうち回折されずに出射される非回折光の光路からより離れる方向に偏向 した前記第 1出力光を出射することを特徴とする請求項 1記載の光モジュール。
3 . 前記光モジュールに接続された光ファイバに対して前記第 1出力光を出力す る第 1レンズを更に備えることを特徴とする請求項 1記載の光モジュール。
4 . 前記入力光を入射し、 前記入力光の波長に応じて異なる角度で出射すること により、 前記入力光を、 前記音響光学素子による回折効率がより高くなる角度で前 記音響光学素子に入射させる入射プリズムを更に備えることを特徴とする請求項 1 記載の光モジュール。
5 . 前記入射プリズムは、 前記入力光の波長に対応して定められる、 前記音響光 学素子に対するブラッグ回折角と略同一の入射角度に前記入力光を偏向し、 前記音 響光学素子に入射させることを特徴とする請求項 4記載の光モジュール。
6 . 前記入射プリズムにより前記音響光学素子に入射された前記入力光が、 回折 されずに前記音響光学素子から出射される非回折光における、 前記入射プリズムが 入力光の波長に応じて変化させた角度の差を、 前記非回折光と比較し低減させた第 2出力光を出射する第 2捕正プリズムを更に備えることを特徴とする請求項 4記載 の光モジユーノレ。
7 . 前記第 1捕正プリズムは、 前記回折光における前記波長に応じた出射角度の 差を、 略 0に補正した前記第 1出力光を出射することを特徴とする請求項 1記載の 光モジユーノレ。
8 . 外部から入力される入力光を回折した出力光を出力する光モジュールであつ て、
前記入力光を回折した回折光を、 前記入力光の波長に応じて異なる出射角度で出 射する音響光学素子と、
前記入力光を入射し、 前記入力光の波長に応じて異なる角度で出射することによ り、 前記入力光を、 前記音響光学素子による回折効率がより高くなる角度で前記音 響光学素子に入射させる入射プリズムと
を備えることを特徴とする光モジュール。
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