JPH02189472A - 周波数分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、表面弾性波と光との相互作用を利用して画
周波電気信号の周波数の分析を行なう周波数分析装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は金澤、渥味らにより文献「フォースインタナシ
ョナルコンファランス　オン　インテグレーテッド　オ
プティカル　アンド　オプティカルファイバコミュニケ
ーション、東京、テクニカルダイジェスト、　２５８〜
２５９頁、　１９８３Ｊ　（４ｔｈ　Ｉｎｔ。

Ｃｏｎｆ、　ｏｎ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　０ｐｔｉｃ
ｓ　ａｎｄ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｆｉｂｅｒ　　Ｃｏｍｍ
ｕｎｉｃａｔｉｏｎ、　　Ｔｏｋｙｏ、　　Ｔｅｃｈｎ
ｉｃａｌ　　Ｄｉｇｅｓｔ、　　ｐｐ。

２５Ｂ−２５９，１９８３）において報告された周波数
分析装置の構成図である。図において、■はＬｉＮｂＯ
２などの圧電性基板、２は圧電性基板ｌの表面にＴ１や
Ｎｉなどの金属を蒸着した後熱拡散させて作成した２次
元の光導波路、３は光導波路２の端面に取り付けられた
半導体レーザ、４及び５は光導波路２上に製作された第
１及び第２のジオデシックレンズ、６及び７は光導波路
２上でかつ第１のジオデシックレンズ４及び第２のジオ
デシックレンズ５の間に作成されたトランスジューサ及
びダンパ、８は光導波路２の上記半導体レーザ３と対向
する端面に取り付けられた光検出器、９は半導体レーザ
３から出射される発散光、１０は平行光、１１は非回折
光、１２は回折光、１３は上記トランスジューサ６より
励振される表面弾性波である。

次に動作について説明する。半導体レーザ３から出射さ
れ光導波路２に導波された発散光９は、第１のジオデシ
ックレンズ４により平行光１０に変換され、第２のジオ
デシックレンズ５に入射してさらに収束光に変換され、
光検出器８上に集光する。ここでトランスジューサ６に
高周波電気信号が印加されると、トランスジューサ６に
より上記高周波電気信号の周波数に対応する周期へをも
つ表面弾性波１３が、光導波路２に励振される。

上記周期Ａは、光導波路２中を伝搬する表面弾性波１３
の速度をｖ３、上記高周波電気信号の周波数をｆ、とす
ると次の（１１式で与えられる。

上記表面弾性波１３は上記平行光ｌＯを横切った後、ダ
ンパ７で吸収される０表面弾性波１３が平行光１０を横
切るとき表面弾性波１３はこの平行光１０に対して周期
への回折格子として作用し、また平行光１０と表面弾性
波１３はブラッグ条件を満たすように交差させているた
め、平行光１０の一部は次の（２）式で与えられる角度
θ、で回折される。

λ θ、；　　　　　　　　　　　　・・・（２）八・ｎｅ
ｆｆ ここで、λは半導体レーザ３の出射光の波長、ｎｅｆｆ
は光導波路２に導波された光に対する実行屈折率である
。即ち、平行光１０は非回折光１１と回折光１２に分か
れ、それぞれ第２のジオデシックレンズ５により収束さ
れ、光検出器８上の点Ａ及びＢに集光する。上記集光点
Ａ及びＢの距離βは、第２のジオデシックレンズ５の焦
点距離をｆ！とすると次の（３）式で与えられる。

１＝（、・θ１　　　　　　　　・・・（３）ここで、
θ、は第２式で示した角度である。この（３）式からｌ
を知ることによりトランスジューサ６に印加された高周
波電気信号の周波数ｆ、を求めることができる。

ところで上記第１のジオデシックレンズ４及び第２のジ
オデシックレンズ５は圧電性基板１の表面に半球状に窪
みを加工形成し、光導波路２の作成と同様に窪みの表面
にＴｌやＮｌなどの金属を熱拡散して光の導波層を作成
したものであり、上記光の導波層は上記光導波路２と同
様の屈折率分布を持つ。光導波路２から上記第１及び第
２のジオデシックレンズ４，５に導波光が入射すると導
波光は窪みに沿って進む、このとき導波光はフェルマー
の原理により最短光路を進むため、上記窪みにより導波
光は曲げられ窪みがレンズの作用を持つ。

また、半導体レーザ３はへテロ接合面が第３図のＸＺ平
面と平行、即ち光導波路２と平行に設置され、半導体レ
ーザ３からの出射光はＴＥモードとして光導波路２に導
波される。そして導波光は表面弾性波１３により一部が
ブラッグ回折されてもモードは保たれ、非回折光１１及
び回折光１２はともにＴＥモードのままである。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の周波数分析装置は以上のように構成されているの
で、非回折光１１及び回折光１２は第２のジオデシック
レンズ５及び第２のジオデシックレンズ５から光検出器
８に至る光導波路２を伝搬していく、このとき非回折光
１１及び回折光１２は散乱のため第２のジオデシックレ
ンズ５で約３ｄＢ、光導波路２で１ｃ！ｎ当たり約０．
５ｄＢの損失を受ける。散乱した光は第２のジオデシッ
クレンズ５及び光導波路２から放射したり、集光点Ａ及
びＢに集光しない不要な導波光になったりする。ところ
で、非回折光１１は回折光１２に比べて約１００倍パワ
ーが大きい。従って、上記散乱による不要な導波光も非
回折光１１から発生ずるものが大きなパワーを持ち、信
号光である回折光１２に重畳し集光点Ｂのスポットを光
検出器８で検出するときの信号対雑音比を劣化させると
いう問題点があった。また、光検出２１８として１０μ
ｍ程度の大きさの受光素子が複数個アレー状になったも
のがよく用いられるが、この場合受光素子間のアイツレ
ーシジンを大きくするのが困難なため、集光点Ａにおい
て１つの受光素子が大きなパワーを持つ非回折光１１を
受光すると、隣接する受光素子に次々と受光信号が漏れ
て実際に受光した受光素子が不明６′自となる。このた
め集光点ＡとＢの距離ｌに誤差が生じ、ひいては分析し
た高周波電気信号の周波数ｆ、に誤差が生じるという問
題点があった。

この発明は上記のような間が点を解消するためになされ
たもので、集光点Ｂにおける回折光Ｉ２のスポットを高
い信号対雑音比で検出できるとともに周波数の分析精度
の高い周波数分析装置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る周波数分析装置は、ＴＭモードの導波光
を励振し、表面弾性波で異常ブラッグ回折させることに
よりＴＥモードの回折光とＴＭモードの非回折光を得、
非回折光が伝搬する光導波路上にＴＭモードの導波光を
減衰させるＴＭモード減衰手段を設けたものである。

〔作用〕

この発明においては、ＴＭモードの非回折光が伝搬する
光導波路上にＴＭモード減衰手段を設けた構成としたか
ら、非回折光から発生する散乱光を大きく減少できる。

（実施例〕 以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図は本発明の一実施例による周波数分析装置を示す
図であり、図において３はへテロ接合面がＸＹ平面と平
行になるよう設置された半導体し一部であり、これによ
り光導波路２中にＴＭモードの導波光を励振する。ＴＭ
モードの平行光１０の一部は表面弾性波１３により異常
ブラッグ回折され、ＴＥモードの回折光１２とＴＭモー
ドの非回折光１１に分離する。１４は非回折光１１が光
検出器８に至る光導波路２上に装荷された金属膜である
。

次に動作について説明する。半導体レーザ３より出射さ
れ、光導波路２に導波されたＴＭモードの発散光９は第
１のジオデシックレンズ４で平行光ｌＯに変換される。

平行光１０は表面弾性波１３により一部が異常ブラッグ
回折される。ここで、異常ブラッグ回折とはモード変換
を伴う回折であり、ＬｉＮｂ０．などの異方性結晶を用
いた光導波路で起こすことができる。ブラッグ条件を満
たすには表面弾性波１３の波動ベクトルにと表面弾性波
１３に入射する導波光の伝搬ベクトルＩＢＫと回折光の
伝搬ベクトルＢ０の間に次の（４）式が成立せねばなら
ない。

Ｂ　ｏ　”　Ｅ　１＋　ＩＫ　　　　　　　　・・・（
４）異方性結晶においては結晶方向によってはＴＭモー
ドとＴ　Ｅモードとで屈折率が異なる。例えばＬＩ　Ｎ
　ｂ　Ｏ！では第２図に屈折率楕円体を示すように、Ｔ
Ｍモードの屈折率は結晶軸方向によらずｎｏと一定にな
るが、ＴＥモードの屈折率はＣ軸方向ではｎｏであり、
Ｃ軸と垂直方向ではｎｏより小さいｎ、となる。第２図
のベクトルＩＥ３１　、　ＩＫ、　［３゜は、上述の第
４式を満たし、しかもＴＭモードが回折によりＴＥモー
ドに変換される様子を示している。ただし、図中はｋは
半導体レーザ３の出射光の真空中での波長をλとすると
、 ｋ＝２π／λ　　　　　　　　・・・（５）である。

上記のような異常ブラッグ回折が起こると回折光１２は
ＴＥモードに変換され、非回折光１１はＴＭモードのま
まである。第１図に示す装置において、非回折光１１及
び回折光１２が金属ＩＵ１４の下を通過すると、金属Ｊ
ｌ！１４として例えばＡＪを用いるとＴＭモードはＴＥ
モードより約３０ｄＢ大きく減衰される。ところで、上
記異常ブラッグ回折は従来例のようなモード変換を伴わ
ないブラッグ回折に比べて回折効率が約１０ｄｌｌ低く
なる。

つまり、信号光である回折光１２のパワーが約１０ｄＢ
小さくなるが、雑音となる非回折光１１からの散乱光パ
ワーが約３０ｄＢ小さくなるため、信号対雑音比を約２
０ｄＢ向上できる。さらに、集光点Ａのパワーを集光点
Ｂのパワーと同程度以下にできるため、集光点Ａのスポ
ットを受光した光検出器８の受光素子から隣接する受光
素子に信号が漏洩することもない、従って集光点ＡとＢ
の距離βを正確に測定できるため分析した高周波電気信
号の周波数ｆ、、の精度を向上できる。なお、上記圧１
Ｔｉｔ１から周波数ｆ、を求める方法は従来例と同様で
ある。

第４図は本発明の他の実施例による周波数分析装置を示
す図であり、本実施例ではＴＭモード減衰手段として金
属膜１４に代えてプロトン交漢法により製作したプロト
ン交換光導波路１５を用いている。

次にこのプロトン交換光導波路１５を備えた光導波路の
製造方法について説明する。

まず、ＬｉＮｂ０１基板１の表面のプロトン交換光導波
路１５を作成する部分を拡散マスクで覆い、これをマス
クとしてＴｉやＮｉなとの金属を熱拡散して光導波路２
を形成する。マスクを除去した後、再び今度はプロトン
交換光導波路１５を作成する部分のみに開口を持つマス
クをＬＩＮｂｏｚＴｉ−板１の表面に形成し、開口部に
露出したＬｉＮｂ０．を安息香酸あるいはピロリン酸な
どに浸すことによりり、１ＮｂＯ３中のＬｌ”と−ｆ：
、＆！酸中のＩ■゛とをプロトン交換することによりプ
ロトン交換光導波路１５を製作することができる。

次に動作について説明する。半導体レーザ３によりＴＭ
モードの導波光を励振し、ＴＭモードの平行光１０を異
常ブラッグ回折によりＴＭモードの非回折光１１とＴＥ
モードの回折光１２に分離するまでの動作は第１図の実
施例と同様である。

本実施例では非回折光１１及び回折光１２はプロトン交
換法により製作したプロトン交換光導波路１５に入射す
る。ＴｌやＮｉなどの金属を熱拡散した光導波路２がＴ
Ｍモード及び’１’　Ｅモードの両者に対してＬｉＮｂ
Ｏ３より高屈折率な層を形成して光導波路を得るとかで
きるのに対して、プロトン交換光導波路１５はＴＥモー
ドに対してはＬｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ３より高屈折率な層を形
成して光導波路を得ることができるが、ＴＭモードに対
してはＬＩＮｂｏ、より低屈折率な層を形成するため光
導波路が得られないという特徴を持つ。このため、プロ
トン交換光導波路１５は回折光１２を導波光として通過
させるが、非回折光１１は導波されない。つまり非回折
光１１は光導波路２からプロトン交換光導波路１５に入
射すると大部分は放射され、集光点Ａに到来する非回折
光１１はわずかとなる。従って、非回折光１１からの発
散光も減少し、回折光１２を光検出器８で検出するとき
の信号対雑音比を向上できる。さらに、光検出器８によ
り受光される非回折光１１のパワーが弱いため、受光素
子から隣接する素子への信号の漏洩も無くなるため、周
波数の分析精度を向上できる。

なお、上記実施例では金属膜１４及びプロトン交換光導
波路１５を第２のジオデシックレンズ５から光検出器８
に至る光導波路２上に設けたが、これらＴＭモード減衰
手段は非回折光１１が存在する任意の位置に設ければよ
く、上記実施例と同様の効果を奏する。

また、上記実施例では半導体レーザ３から光検出器８に
至るまで光が光導波路中に閉じ込められた構成のものに
ついて説明したが、少なくとも光導波路２上にトランス
ジヱーサ６とダンパ７を備え、非回折光１１が導波され
る光導波路上に金属膜１４あるいはプロトン交換光導波
路１５を形成できるスペースがある圧電性基板１であれ
ばよく、レンズは圧電性基板１外に設けてもよい。

また、上記実施例では金属膜１４としてＡＪを用いた場
合について説明したが、Ｔｉなどの他の金属を用いても
よい、また、異方性結晶としてＬｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ２を用
いた場合について説明したが、２ｎＯなどの結晶を用い
てもよい。

さらに、上記実施例では半導体レーザ３を用いた場合に
ついて説明したが、気体レーザや固体し−ザを用いても
よい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によればＴＭモードの導波光を
励振し、表面弾性波で異常ブラッグ回折させることによ
りＴＥモードの回折光とＴＭモードの非回折光を得、非
回折光が伝搬する光導波路上にＴＭモードの導波光を減
衰するＴＭモード減衰手段を備えた構成としたから、非
回折光のパワーを大幅に減衰できるため、非回折光より
発生する不要導波光を低減でき回折光を光検出器で検出
するときの信号対雑音比を向上できるとともに、受光素
子に入射される非回折光のパワーも小さくなり非回折光
が光検出器の受光素子に入射したとき受光素子からの隣
接素子への信号の漏洩を防げるため、高精度で周波数を
分析できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による周波数分析装置の構
成図、第２図は異方性結晶の屈折率楕円体を示す図、第
３図は従来の周波数分析装置の構成図、第４図は本発明
の他の実施例による周波数分析装置の構成図である。 １は圧電性基板、２は光導波路、３は半導体レーザ、４
は第１のジオデシックレンズ、５は第２のジオデシック
レンズ、６はトランスジューサ、７はダンパ、８は光検
出器、９は発散光、１０は平行光、１１は非回折光、１
２は回折光、１３は表面弾性波、１４は金属膜、１５は
プロトン交換光導波路である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ光源と、 入力端より上記レーザ光源の励振するレーザ光がＴＭモ
   ードの導波光として入力される光導波路、及び印加され
   る電気信号に応じて表面弾性波を励振するトランスジュ
   ーサを表面に備え、上記表面弾性波は上記光導波路を伝
   搬するＴＭモードの導波光を斜交して上記ＴＭモードの
   導波光の一部を異常ブラッグ回折させて前記ＴＭモード
   の導波光をＴＥモードの回折光とＴＭモードの非回折光
   に分離させるものとなる異方性結晶基板と、 上記光導波路の出力端より出力される上記回折光及び非
   回折光を検出する光検出器と、 上記光導波路の上記表面弾性波が斜交する位置から上記
   出力端までの間に設けられたＴＭモードの導波光を減衰
   させるＴＭモード減衰手段とを備え、 上記トランスジューサに印加された電気信号の周波数を
   上記光検出器における前記回折光及び非回折光の受光位
   置より分析することを特徴とする周波数分析装置。