JPH02250041A - 電気光学分波装置及びビーム偏向装置 - Google Patents
電気光学分波装置及びビーム偏向装置Info
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- JPH02250041A JPH02250041A JP7234789A JP7234789A JPH02250041A JP H02250041 A JPH02250041 A JP H02250041A JP 7234789 A JP7234789 A JP 7234789A JP 7234789 A JP7234789 A JP 7234789A JP H02250041 A JPH02250041 A JP H02250041A
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- Japan
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- electro
- light beam
- optic material
- phase grating
- frequency
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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。
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)
本発明は、電気光学材料素子を用い1本の光ビームから
周波数変調された複数のサブビームを発生させる分波装
置に関するものである。
周波数変調された複数のサブビームを発生させる分波装
置に関するものである。
さらに、本発明は、周波数変調された複数の光ビームを
合成することにより偏向ビームを発生させるビーム偏向
装置に関するものである。
合成することにより偏向ビームを発生させるビーム偏向
装置に関するものである。
(従来の技術)
従来位相格子による回折を利用した光制御素子として、
進行超音波を利用する音響光学偏向器や音響光学変調器
が既知である。例えば、音響光学偏向器をラマンナス領
域で用いると入射光ビームは回折され、1本の光ビーム
から周波数変調された複数の光ビームが発生する。用い
る超音波の周波数をfmとすると、n次回折光の光周波
数は入射光ビームに対してn X f Aだけ周波数偏
移するので、入射光の光周波数をν。とするとn次回折
光の光周波数シフは次式で与えられる。
進行超音波を利用する音響光学偏向器や音響光学変調器
が既知である。例えば、音響光学偏向器をラマンナス領
域で用いると入射光ビームは回折され、1本の光ビーム
から周波数変調された複数の光ビームが発生する。用い
る超音波の周波数をfmとすると、n次回折光の光周波
数は入射光ビームに対してn X f Aだけ周波数偏
移するので、入射光の光周波数をν。とするとn次回折
光の光周波数シフは次式で与えられる。
νn −ν0 ±n fm ・・・・・
・(1)ただし、nは正の整数 従って、この音響光学素子を用いれば、入射光に対して
±nfmたけ周波数偏移し空間的に分離された複数の光
ビームを発生させることができる。
・(1)ただし、nは正の整数 従って、この音響光学素子を用いれば、入射光に対して
±nfmたけ周波数偏移し空間的に分離された複数の光
ビームを発生させることができる。
しかしながら、音響波の伝送損失は周波数が高くなれば
なる程大きくなるため高周波変調を行なうには限界があ
り、現在の技術では使用する音響波の周波数は数100
MH2が限界である。従って、より高い周波数で周波数
変調できるビーム発生装置の開発が重要な課題である。
なる程大きくなるため高周波変調を行なうには限界があ
り、現在の技術では使用する音響波の周波数は数100
MH2が限界である。従って、より高い周波数で周波数
変調できるビーム発生装置の開発が重要な課題である。
一方、より高い周波数で光制御できる装置として電気光
学変調器が既知である。この電気光学変調器は、印加電
界によって屈折率が変化するリチウムタンタレート(L
iTaOl)やリチウムニオベー) (LINbOs)
で出来た電気光学素子に直線偏光を垂直に入射させ、印
加電界の強さに応じて振幅変調するように構成されてい
る。
学変調器が既知である。この電気光学変調器は、印加電
界によって屈折率が変化するリチウムタンタレート(L
iTaOl)やリチウムニオベー) (LINbOs)
で出来た電気光学素子に直線偏光を垂直に入射させ、印
加電界の強さに応じて振幅変調するように構成されてい
る。
(発明が解決しようとする課題)
本発明者は、電気光学材料素子の高周波特性を鑑み、電
気光学材料素子を光偏向器に利用することを検討した。
気光学材料素子を光偏向器に利用することを検討した。
すなわち、高周波電界を印加することにより電気光学材
料素子に進行電気波を発生させて位相回折格子を形成し
、この位相格子により周波数変調された複数の光ビーム
を発生させる電気光学分波装置について検討した。しか
しながら、この電気光学分波装置には、以下に述べる問
題点があることが判明した。
料素子に進行電気波を発生させて位相回折格子を形成し
、この位相格子により周波数変調された複数の光ビーム
を発生させる電気光学分波装置について検討した。しか
しながら、この電気光学分波装置には、以下に述べる問
題点があることが判明した。
(1)位相格子により入射ビームを回折させるためには
、入射ビームの断面内に多周期に相当する位相格子を存
在させる必要がある。この場合、超音波は音速が遅く波
長が短いため(100MT(zで、数10μll1)、
ビーム断面内に多数の位相格子が形成される。しかしな
がら、電磁波は、その伝播速度が速いため、位相格子の
周期が長く(IGH2で数cmから数10 cmのオー
ダ)、光ビーム断面内に多数の位相格子を形成すること
は極めて困難であり、実用的に不可能であった。また、
十分な回折効率で多数の周波数変調光を得るには大きな
駆動電力が必要である。これらの理由により、電気光学
材料素子を用いた分波装置は現実に実用化されていない
。
、入射ビームの断面内に多周期に相当する位相格子を存
在させる必要がある。この場合、超音波は音速が遅く波
長が短いため(100MT(zで、数10μll1)、
ビーム断面内に多数の位相格子が形成される。しかしな
がら、電磁波は、その伝播速度が速いため、位相格子の
周期が長く(IGH2で数cmから数10 cmのオー
ダ)、光ビーム断面内に多数の位相格子を形成すること
は極めて困難であり、実用的に不可能であった。また、
十分な回折効率で多数の周波数変調光を得るには大きな
駆動電力が必要である。これらの理由により、電気光学
材料素子を用いた分波装置は現実に実用化されていない
。
従って、本発明は上述した課題を解決し、入射光ビーム
の断面内に多数の位相格子を形成でき、高効率で回折分
波できる電気光学分波装置を提供するものである。
の断面内に多数の位相格子を形成でき、高効率で回折分
波できる電気光学分波装置を提供するものである。
さらに、本発明は、このような分波装置によって発生し
た複数のサブビームをフーリエ合成することによって高
解像度の偏向ビームを発生させるビーム偏向装置を提供
するものである。
た複数のサブビームをフーリエ合成することによって高
解像度の偏向ビームを発生させるビーム偏向装置を提供
するものである。
(課題を解決するための手段)
本発明による分波装置は、印加電界に応じて屈折率が変
化する電気光学材料体及びこの電気光学材料体をはさん
で一方向に沿って延在する1対の電極を有する電気光学
素子と、前記1対の電極の一端に接続され前記1対の電
極に高周波電圧を印加する高周波電源とを具え、前記電
気光学材料体の内部に、前記電極の延在方向に沿って屈
折分布を形成して進行波位相格子を形成し、前記電気光
学材料内における分波されるべき光ビームの進行方向と
進行波位相格子の進行方向とを斜交させ、前記光ビーム
の位相格子と交差する断面内に少なくとも3周期の位相
格子が含まれるように構成したことを特徴とするもので
ある。
化する電気光学材料体及びこの電気光学材料体をはさん
で一方向に沿って延在する1対の電極を有する電気光学
素子と、前記1対の電極の一端に接続され前記1対の電
極に高周波電圧を印加する高周波電源とを具え、前記電
気光学材料体の内部に、前記電極の延在方向に沿って屈
折分布を形成して進行波位相格子を形成し、前記電気光
学材料内における分波されるべき光ビームの進行方向と
進行波位相格子の進行方向とを斜交させ、前記光ビーム
の位相格子と交差する断面内に少なくとも3周期の位相
格子が含まれるように構成したことを特徴とするもので
ある。
さらに、本発明によるビーム偏向装置は、光ビームを周
波数変調され空間的に分離された複数のサブビームに分
離する分波装置と、分離されたサブビームをフーリエ分
解するためのフーリエ変換レンズと、各サブビームの位
相を同相にするための位相補償器と、同相にされたサブ
ビームをフーリエ合成するためのフーリエ変換レンズと
を具えることを特徴とするものである。
波数変調され空間的に分離された複数のサブビームに分
離する分波装置と、分離されたサブビームをフーリエ分
解するためのフーリエ変換レンズと、各サブビームの位
相を同相にするための位相補償器と、同相にされたサブ
ビームをフーリエ合成するためのフーリエ変換レンズと
を具えることを特徴とするものである。
(作 用)
印加電界によって屈折率が変化する電気光学材料体に一
方に延在する1対の電極を形成し、これら電極間に高周
波電圧を印加すると電気光学材料体の内部に進行波位相
格子が形成される。この位相格子を形成する電気波と斜
交するように入射光ビームを進行させると、光ビームの
断面内に存在する位相格子の数が実質的に増大し、回折
効率が増大する。この結果、周波数変調された多数のサ
ブビームを空間的に分離されることができる。これによ
り、電気光学材料素子を、周波数変調されたサブビーム
を発生させるための分波装置に適用することができ、従
って、音響光学素子に比べてより高い周波数で変調させ
たサブビームを発生させることができる。
方に延在する1対の電極を形成し、これら電極間に高周
波電圧を印加すると電気光学材料体の内部に進行波位相
格子が形成される。この位相格子を形成する電気波と斜
交するように入射光ビームを進行させると、光ビームの
断面内に存在する位相格子の数が実質的に増大し、回折
効率が増大する。この結果、周波数変調された多数のサ
ブビームを空間的に分離されることができる。これによ
り、電気光学材料素子を、周波数変調されたサブビーム
を発生させるための分波装置に適用することができ、従
って、音響光学素子に比べてより高い周波数で変調させ
たサブビームを発生させることができる。
さらに、周波数変調された多数のサブビームを位相補償
器により同相とし、同相のサブビームをフーリエ合成す
ると、干渉によって鋭い指向性を有する合成光ビームを
発生する。この合成光ビームは周期的に発生し一定方向
に沿って移動するから、良好な効率でパワー集中された
偏向ビームとなる。この結果、帰線消去の不要なビーム
偏向装置を実現することができる。
器により同相とし、同相のサブビームをフーリエ合成す
ると、干渉によって鋭い指向性を有する合成光ビームを
発生する。この合成光ビームは周期的に発生し一定方向
に沿って移動するから、良好な効率でパワー集中された
偏向ビームとなる。この結果、帰線消去の不要なビーム
偏向装置を実現することができる。
(実施例)
第1図は本発明による分波装置の一例の構成を示すもの
であり、第1図aは電気光学材料素子の構成を示す線図
的断面図、第1図すは全体構成を示す線図、及び第1図
Cは光ビームと進行位相格子との交差状態を示す平面図
である。電気光学材料素子lはリチウムタンタレートや
リチウムニオベートのような電気光学材料体2を有し、
この電気光学材料体にコヒーレントな光ビームを入射さ
せる。電気光学材料体2の電気光学軸が延在する矢印a
方向と直交する方向の両側に第1及び第2の電極3及び
4を形成して電気光学材料素子を構成する。これら電極
3及び4はストリップ線路で構成することができる。電
極3及び4の一端に同軸ケーブルを介して周波数fmの
高周波電圧を発生させる高周波電源5を接続し、電極の
他端は同軸ケーブル6の抵抗Rを介して短絡し無反射終
端を形成する。電気光学材料体2は印加電界に応じて屈
折率が変化するので、高周波電源5がら発生する高周波
電圧により電気光学材料体2内に電極3及び4の延在方
向に沿って進行する進行高周波電界が形成され、この電
界によって周期的な屈折率分布が形成され、従って電気
光学材料体2内に矢印す方向に進行する進行波位相格子
が形成されることになる。この進行波位相格子は、高周
波電界と同一の速度v1で電気光学材料体内を矢印す方
向に進行する。
であり、第1図aは電気光学材料素子の構成を示す線図
的断面図、第1図すは全体構成を示す線図、及び第1図
Cは光ビームと進行位相格子との交差状態を示す平面図
である。電気光学材料素子lはリチウムタンタレートや
リチウムニオベートのような電気光学材料体2を有し、
この電気光学材料体にコヒーレントな光ビームを入射さ
せる。電気光学材料体2の電気光学軸が延在する矢印a
方向と直交する方向の両側に第1及び第2の電極3及び
4を形成して電気光学材料素子を構成する。これら電極
3及び4はストリップ線路で構成することができる。電
極3及び4の一端に同軸ケーブルを介して周波数fmの
高周波電圧を発生させる高周波電源5を接続し、電極の
他端は同軸ケーブル6の抵抗Rを介して短絡し無反射終
端を形成する。電気光学材料体2は印加電界に応じて屈
折率が変化するので、高周波電源5がら発生する高周波
電圧により電気光学材料体2内に電極3及び4の延在方
向に沿って進行する進行高周波電界が形成され、この電
界によって周期的な屈折率分布が形成され、従って電気
光学材料体2内に矢印す方向に進行する進行波位相格子
が形成されることになる。この進行波位相格子は、高周
波電界と同一の速度v1で電気光学材料体内を矢印す方
向に進行する。
第1図すに示すように、半導体レーザ7から放射された
光ビーム(矢印C方向に偏光している)をシリトリカル
レンズを含むコリメータ8によって偏平な平行ビームと
してから電気光学材料素子1に入射させる0本発明では
、入射光ビームが位相格子の進行方向と斜交するように
光ビームを電気光学材料素子1に入射させる。入射した
光ビームは、電気光学材料体2内を進行する位相格子に
よって回折され、0次、1次−−−−n次の回折光が空
間的に分離されたサブビームとして出射する。
光ビーム(矢印C方向に偏光している)をシリトリカル
レンズを含むコリメータ8によって偏平な平行ビームと
してから電気光学材料素子1に入射させる0本発明では
、入射光ビームが位相格子の進行方向と斜交するように
光ビームを電気光学材料素子1に入射させる。入射した
光ビームは、電気光学材料体2内を進行する位相格子に
よって回折され、0次、1次−−−−n次の回折光が空
間的に分離されたサブビームとして出射する。
このn次すブビームの光周波数シフは入射光の光周波数
をν。とすると次式で与えられる。
をν。とすると次式で与えられる。
、lI= ν。±nfs
ここで、fmは位相格子の周波数、すなわち高周波電源
5の周波数である。これらサブビームをフーリエ変換レ
ンズ8により平行光束とする。この結果、電気光学材料
素子によって2n+1本の周波数変調された空間分離さ
れたサブビームが形成されることになる。第1図Cに示
すように、本発明では入射光ビームと位相格子の進行方
向とが斜交するように電極3及び4を形成する。この場
合、入射光ビームの進行方向と位相格子の進行方向とを
斜交させれば、光ビームと位相格子とのなす角度をψと
すると、光ビームと位相格子波との実効交差長はほぼ1
/cosψ倍だけ増加し、この結果ビーム断面内に含ま
れる位相格子もほぼ1/cosψ倍だけ増加することに
なる。この結果ビーム断面内に含まれる位相格子も実質
的に1/cosψ倍だけ増加することになる。この結果
、光ビーム断面内に多周期骨の位相格子が含まれること
により、入射光ビームは充分良好な回折効率で回折され
、周波数変調された多数のサブビームを発生させること
ができる。尚、電気光学材料素子の入射面における反射
を防止するため、無反射コーティングを施すことが望ま
しい。
5の周波数である。これらサブビームをフーリエ変換レ
ンズ8により平行光束とする。この結果、電気光学材料
素子によって2n+1本の周波数変調された空間分離さ
れたサブビームが形成されることになる。第1図Cに示
すように、本発明では入射光ビームと位相格子の進行方
向とが斜交するように電極3及び4を形成する。この場
合、入射光ビームの進行方向と位相格子の進行方向とを
斜交させれば、光ビームと位相格子とのなす角度をψと
すると、光ビームと位相格子波との実効交差長はほぼ1
/cosψ倍だけ増加し、この結果ビーム断面内に含ま
れる位相格子もほぼ1/cosψ倍だけ増加することに
なる。この結果ビーム断面内に含まれる位相格子も実質
的に1/cosψ倍だけ増加することになる。この結果
、光ビーム断面内に多周期骨の位相格子が含まれること
により、入射光ビームは充分良好な回折効率で回折され
、周波数変調された多数のサブビームを発生させること
ができる。尚、電気光学材料素子の入射面における反射
を防止するため、無反射コーティングを施すことが望ま
しい。
第2図は本発明による電気光学材料素子の変形例の構成
を示す平面図である。本例では、長方体の電気光学材料
体2を用い、その長手軸線2と斜交するように電極3及
び4(図面上電極3だけを示す)を形成する。そして、
電気光学材料体2の長手軸線!と直交する端面2aに垂
直に光ビームを入射させる。このように構成すれば、電
気光学材料素子へ垂直に入射させても、光ビームと位相
格子波とを斜交させることができ、入射面における反射
損失を除去することができる。尚、入射光ビームと位相
格子波とのなす角度は、光ビームの位相格子波との交差
断面内に少なくとも3周期に相当する位相格子が存在す
れば、良好に分波することができる。
を示す平面図である。本例では、長方体の電気光学材料
体2を用い、その長手軸線2と斜交するように電極3及
び4(図面上電極3だけを示す)を形成する。そして、
電気光学材料体2の長手軸線!と直交する端面2aに垂
直に光ビームを入射させる。このように構成すれば、電
気光学材料素子へ垂直に入射させても、光ビームと位相
格子波とを斜交させることができ、入射面における反射
損失を除去することができる。尚、入射光ビームと位相
格子波とのなす角度は、光ビームの位相格子波との交差
断面内に少なくとも3周期に相当する位相格子が存在す
れば、良好に分波することができる。
第3図は別の変形例の構成を示す平面である。
本例では、長方体の電気光学材料体2を用い、その長手
軸線2に対して大きな入射角を以て光ビームを入射させ
ると共に、電極3も長手軸線lに対して斜交するように
形成する。このように構成すれば、電気光学材料素子2
内において光ビームの断面が偏平になるので、断面が小
径の光ビームを入射させても位相格子波と入射光ビーム
との交差長を極めて大きくすることができる。
軸線2に対して大きな入射角を以て光ビームを入射させ
ると共に、電極3も長手軸線lに対して斜交するように
形成する。このように構成すれば、電気光学材料素子2
内において光ビームの断面が偏平になるので、断面が小
径の光ビームを入射させても位相格子波と入射光ビーム
との交差長を極めて大きくすることができる。
第4図は電気光学材料素子が共振器を構成する場合の解
析モデルを示す模式図である。前述した実施例では、電
極3及び4の終端を短絡して無反射終端としたが、電極
の終端を開放して反射終端とすることにより共振器を構
成することもできる。
析モデルを示す模式図である。前述した実施例では、電
極3及び4の終端を短絡して無反射終端としたが、電極
の終端を開放して反射終端とすることにより共振器を構
成することもできる。
共振器を構成すれば、電気光学材料素子内において電界
は定在波となり、定在波位相格子によって回折が生ずる
。この場合、進行方向が互いに反対となる2個の定在波
が形成されるため、回折光は進行方向が反対向きの進行
波位相格子による回折光が合成されたものとなる。進行
方向が反対の位相格子により同一方向に回折された光は
、その周波数偏移量の符号が逆転したものとなるから、
位相格子の進行方向に垂直に光ビームを伝播させると回
折によって空間分離されたサブビームはいずれも複数の
周波数成分を有しており、周波数分離されたサブビーム
を発生させることができない。
は定在波となり、定在波位相格子によって回折が生ずる
。この場合、進行方向が互いに反対となる2個の定在波
が形成されるため、回折光は進行方向が反対向きの進行
波位相格子による回折光が合成されたものとなる。進行
方向が反対の位相格子により同一方向に回折された光は
、その周波数偏移量の符号が逆転したものとなるから、
位相格子の進行方向に垂直に光ビームを伝播させると回
折によって空間分離されたサブビームはいずれも複数の
周波数成分を有しており、周波数分離されたサブビーム
を発生させることができない。
一方、定在波の進行方向に斜交するように光ビームを入
射させると、入射光ビームと定在波を構成する2個の進
行波(電源接続部から反射終端に向かう進行波と反射終
端から電源接続部側に向かう進行波)との交差角は互い
に補角の関係になり、互いに相違する。一方、入射光ビ
ームに誘起される位相変化は、相互作用長及び交差角度
に依存するので、光ビームが斜めに入射する場合2個の
進行波が入射光ビームの光波に与える位相変化量に差異
が生ずる。第4図において、光ビームが、電気光学材料
中をZ軸方向に進行するものとし、定在波の進行波は速
度■、でZ軸と角度θ及びπ−θで進行するものとする
。位相格子の進行方向をX′軸方向とすると相互作用空
間における電気光学材料の入射偏波に対する屈折率分布
の変化n(X′)は次式で与えられる。
射させると、入射光ビームと定在波を構成する2個の進
行波(電源接続部から反射終端に向かう進行波と反射終
端から電源接続部側に向かう進行波)との交差角は互い
に補角の関係になり、互いに相違する。一方、入射光ビ
ームに誘起される位相変化は、相互作用長及び交差角度
に依存するので、光ビームが斜めに入射する場合2個の
進行波が入射光ビームの光波に与える位相変化量に差異
が生ずる。第4図において、光ビームが、電気光学材料
中をZ軸方向に進行するものとし、定在波の進行波は速
度■、でZ軸と角度θ及びπ−θで進行するものとする
。位相格子の進行方向をX′軸方向とすると相互作用空
間における電気光学材料の入射偏波に対する屈折率分布
の変化n(X′)は次式で与えられる。
n(x’ )=n、+Δn5in(2K f m(t
−x’/V、)) ここで、noは入射波に対する電気光学材料の屈折率、 X′は定在波の進行方向の距離、 ■、は進行波の速度 l は相互作用長 fmは光周波電界の周波数 Δnは印加電界による最大屈折率と 最小屈折率との差 t は時間 △ は定在波の1周期長である。
−x’/V、)) ここで、noは入射波に対する電気光学材料の屈折率、 X′は定在波の進行方向の距離、 ■、は進行波の速度 l は相互作用長 fmは光周波電界の周波数 Δnは印加電界による最大屈折率と 最小屈折率との差 t は時間 △ は定在波の1周期長である。
X=一定の線上を相互作用長lで入射光ビームが伝播す
ると、光波の受ける光学長変化Δn1(x、 t)は
光の進行と位相格子の時間空間的変動を考慮して計算さ
れ、次式が成立する。
ると、光波の受ける光学長変化Δn1(x、 t)は
光の進行と位相格子の時間空間的変動を考慮して計算さ
れ、次式が成立する。
Δnj!(x、t) =
(Δr+jりsin (z f van (1/ Vo
−cos θ/■、〕/〔πf tml! (1/ V
e cos θ/V、)Xsin (2πfm (
t −1/V、−cos /Vo)Xsinθ+φ)
−−−(3)ここで、■。は電気光学
材料中の光束 φ はX=Oにおける所期位相 上式において、cos θ=V、/V。が速度整合に相
当する。また、 r 、1 (1/ Vo cosθ/V11)=1に
おいて光学長変化は長さ!を通過する間に1周期分平均
化されて零となる。定在波位相格子は、光ビームとの交
差角がθとπ−θの2個の進行波位相格子が合成された
ものと考えることができ、次式が成立する。
−cos θ/■、〕/〔πf tml! (1/ V
e cos θ/V、)Xsin (2πfm (
t −1/V、−cos /Vo)Xsinθ+φ)
−−−(3)ここで、■。は電気光学
材料中の光束 φ はX=Oにおける所期位相 上式において、cos θ=V、/V。が速度整合に相
当する。また、 r 、1 (1/ Vo cosθ/V11)=1に
おいて光学長変化は長さ!を通過する間に1周期分平均
化されて零となる。定在波位相格子は、光ビームとの交
差角がθとπ−θの2個の進行波位相格子が合成された
ものと考えることができ、次式が成立する。
n(x’)=no+Δ、 sin (2zfmt)co
s(2πf@x’/Vm) =’A C(n0+Δn5in (2πfmI(t−x
’ V+a )))+(n0+Δn5in (2πfj
t−x’ Vm ))) )従って、(4)式より、 f ml (1/ Vo+cos θ/V、 ) =
1 −−−(5)(5)式が成立するように!及びθを
選択すれば、定在波を構成する2個の進行波の一方の進
行波だけによって光波が回折されることになり、回折光
は周波数変調されたサブビーム毎に空間的に分離される
ことになる。
s(2πf@x’/Vm) =’A C(n0+Δn5in (2πfmI(t−x
’ V+a )))+(n0+Δn5in (2πfj
t−x’ Vm ))) )従って、(4)式より、 f ml (1/ Vo+cos θ/V、 ) =
1 −−−(5)(5)式が成立するように!及びθを
選択すれば、定在波を構成する2個の進行波の一方の進
行波だけによって光波が回折されることになり、回折光
は周波数変調されたサブビーム毎に空間的に分離される
ことになる。
このように定在波を形成すれば、共振定在波によって位
相格子が形成されるので小さな駆動電力で振幅の大きな
位相格子を形成できる育苗な効果を達成できる。この場
合、電気光学材料とじてり、T、O,を用いると設計例
として以下の値となる。
相格子が形成されるので小さな駆動電力で振幅の大きな
位相格子を形成できる育苗な効果を達成できる。この場
合、電気光学材料とじてり、T、O,を用いると設計例
として以下の値となる。
■。=
n・
(C:真空中の光速、n @ : 600nmにおける
屈折率)(ε、s:c軸偏光のマイクロ波の比誘電率)
ここで、l −1,0cm、 f 5=10 GHz
とすると、θ=82.8”または97.26となる。
屈折率)(ε、s:c軸偏光のマイクロ波の比誘電率)
ここで、l −1,0cm、 f 5=10 GHz
とすると、θ=82.8”または97.26となる。
また、j! =4.0 cm、 f 5=10 G1
1zとすると、θ=35.8@または144.2 @と
なる。
1zとすると、θ=35.8@または144.2 @と
なる。
第5図は定在波励起型分波装置の変形例の構成を示す線
図である。分波されるべき光ビームと進行波位相格子と
を斜交させても波長短縮に限界がある。このため、本例
では周期電極を用いて電気光学材料素子内に強制的に周
期的な位相格子を形成し、電界が滑らかに変化させて位
相格子を形成し、この位相格子に光ビームを斜交させて
周波数変調されたサブビームを発生させる。第5図aに
示すように、長手軸線lを有する長方体の電気光学材料
素子10を用い、この素子10の下面に接地されている
プレート状の第1電極11を取り付け、上面に長手軸2
と直交する方向に延在する第1電極群12及び第2電極
群13を長手軸線2方向に沿ってピッチ△で周期的に形
成する。第1電極群12と第2電極群13とを交互に配
列し、第1電極群12及び第2電極群13を高周波電源
14に接続する。尚、第1電極群12と第2電極群13
には互いに位相がπだけずれた電圧を印加すlる。そし
て、電極群12及び13の配列方向lに対して角度θを
以て光ビームを入射させる。高周波電源12から電極群
に高周波電圧を印加すると、電気光学材料素子10の厚
さ方向に周期的に変化する電界が生じ、その内部に滑ら
かに変化する屈折率分布を生じ、長手軸線lに沿って位
相格子が形成°されることになる。この場合、光ビーム
断面内での印加電圧の強度は正弦波定在波と同等であり
、これによって生ずる屈折率変化も正弦波と 同等のものと考えることができる。従って・屈折率変化
式は次式が成立する。
図である。分波されるべき光ビームと進行波位相格子と
を斜交させても波長短縮に限界がある。このため、本例
では周期電極を用いて電気光学材料素子内に強制的に周
期的な位相格子を形成し、電界が滑らかに変化させて位
相格子を形成し、この位相格子に光ビームを斜交させて
周波数変調されたサブビームを発生させる。第5図aに
示すように、長手軸線lを有する長方体の電気光学材料
素子10を用い、この素子10の下面に接地されている
プレート状の第1電極11を取り付け、上面に長手軸2
と直交する方向に延在する第1電極群12及び第2電極
群13を長手軸線2方向に沿ってピッチ△で周期的に形
成する。第1電極群12と第2電極群13とを交互に配
列し、第1電極群12及び第2電極群13を高周波電源
14に接続する。尚、第1電極群12と第2電極群13
には互いに位相がπだけずれた電圧を印加すlる。そし
て、電極群12及び13の配列方向lに対して角度θを
以て光ビームを入射させる。高周波電源12から電極群
に高周波電圧を印加すると、電気光学材料素子10の厚
さ方向に周期的に変化する電界が生じ、その内部に滑ら
かに変化する屈折率分布を生じ、長手軸線lに沿って位
相格子が形成°されることになる。この場合、光ビーム
断面内での印加電圧の強度は正弦波定在波と同等であり
、これによって生ずる屈折率変化も正弦波と 同等のものと考えることができる。従って・屈折率変化
式は次式が成立する。
n(x” ) =fi0+Δn5in(2πf+at)
cos(2gx ’ /△)一方、V、 =fmIへ
と考えることができるから、(6)式は(4)式と同等
の式と考えられる。従って、(7)式を満足するように
光ビームの入射角θ及び相互作用長2を選択すれば、一
方の定在波によってだけ回折される場合と等価であり、
空間的に分離され周波数変調されたサブビームを発生す
ることができる。
cos(2gx ’ /△)一方、V、 =fmIへ
と考えることができるから、(6)式は(4)式と同等
の式と考えられる。従って、(7)式を満足するように
光ビームの入射角θ及び相互作用長2を選択すれば、一
方の定在波によってだけ回折される場合と等価であり、
空間的に分離され周波数変調されたサブビームを発生す
ることができる。
f (fm /V0壬cos θ/△)=1・旧・・(
7)このように構成すれば、電極周期(定在波周期でも
ある) を小さくすることにより、等価的に位相格子の
進行速度V、′を遅くすることができ、ビーム径の細い
光ビームを用いても十分に空間分離されたサブビームを
発生することができる。尚、第6図に示すように、電気
光学材料体の一平面上にピッチ△で電極群12及び13
を交互に形成し、横方向に沿って屈折率分布した位相格
子を形成することもできる。この場合の交差角θは、以
下のように定められる。
7)このように構成すれば、電極周期(定在波周期でも
ある) を小さくすることにより、等価的に位相格子の
進行速度V、′を遅くすることができ、ビーム径の細い
光ビームを用いても十分に空間分離されたサブビームを
発生することができる。尚、第6図に示すように、電気
光学材料体の一平面上にピッチ△で電極群12及び13
を交互に形成し、横方向に沿って屈折率分布した位相格
子を形成することもできる。この場合の交差角θは、以
下のように定められる。
(1)△””2mL fm =10GH2、fm2mm
とするとθ=14.2°又は165.8°となる。
とするとθ=14.2°又は165.8°となる。
(2)△=2mm、 fm =1.0 GHz 、
l=4mmとすると、 θ=60.2°又は109.8°となる第7図は本発明
によるビーム偏向装置の一例の構成を示す線図である。
l=4mmとすると、 θ=60.2°又は109.8°となる第7図は本発明
によるビーム偏向装置の一例の構成を示す線図である。
同一周波数の2個の光ビームを干渉させると干渉縞がで
きる。この場合、2個の光ビームの光周波数がfmだけ
相違すると、発生する干渉縞は移動周期1 /fmで周
期的に移動する。従って、光周波数の異なる複数のビー
ムを干渉させることにより周期fmで偏向される偏向ビ
ームを発生させることができる。この場合多数の光ビー
ムが等間隔で並んだ点から同一位相で出射すると、アレ
イテンテナと同様に鋭い指向性を有するビームが空間的
に周期性をもって形成されることになる。第6図におい
て、周波数ν。の光ビーム20を本発明による分波装置
21に入射させる。入射した光ビームは、分波装置21
によって回折され、上述したように光周波数ν・1−ν
。±nfmのサブビームか空間的に分離されて発生する
。これらサブビームをフーリエ変換レンズ22によりフ
ーリエ分解し、平行光ビームとして位相補償器23に入
射させる。フーリエ分解されたサブビームは光学的に半
波長ずれているサブビームが存在するため位相補償器2
3によって全てのサブビームを同相にする。この位相補
償器23は種々の型式の位相補償器を用いることができ
、例えば電界によって位相補償を行なうものや、厚さを
変えて位相補償を行なう位相補償器を用いることができ
る。
きる。この場合、2個の光ビームの光周波数がfmだけ
相違すると、発生する干渉縞は移動周期1 /fmで周
期的に移動する。従って、光周波数の異なる複数のビー
ムを干渉させることにより周期fmで偏向される偏向ビ
ームを発生させることができる。この場合多数の光ビー
ムが等間隔で並んだ点から同一位相で出射すると、アレ
イテンテナと同様に鋭い指向性を有するビームが空間的
に周期性をもって形成されることになる。第6図におい
て、周波数ν。の光ビーム20を本発明による分波装置
21に入射させる。入射した光ビームは、分波装置21
によって回折され、上述したように光周波数ν・1−ν
。±nfmのサブビームか空間的に分離されて発生する
。これらサブビームをフーリエ変換レンズ22によりフ
ーリエ分解し、平行光ビームとして位相補償器23に入
射させる。フーリエ分解されたサブビームは光学的に半
波長ずれているサブビームが存在するため位相補償器2
3によって全てのサブビームを同相にする。この位相補
償器23は種々の型式の位相補償器を用いることができ
、例えば電界によって位相補償を行なうものや、厚さを
変えて位相補償を行なう位相補償器を用いることができ
る。
この結果、位相補償器23から中心周波数がν。で±n
fmだけ周波数偏移した同相の多数のサブビームが発生
することになる。これらサブビームをフーリエ変換レン
ズ24に入射させフーリエ合成する。この結果、周波数
偏移し同相の多数のサブビーム同士が干渉し合い干渉縞
が発生する(図面を簡略するため図面上3個の干渉縞だ
けを示す)。
fmだけ周波数偏移した同相の多数のサブビームが発生
することになる。これらサブビームをフーリエ変換レン
ズ24に入射させフーリエ合成する。この結果、周波数
偏移し同相の多数のサブビーム同士が干渉し合い干渉縞
が発生する(図面を簡略するため図面上3個の干渉縞だ
けを示す)。
この干渉縞は図面の上方から下方向に向けて周期的に移
動するから、空間的に1周期程度の幅に相当スルウィン
ド25を設けると、ウィンド25の外部に向けて一方に
偏向された合成光ビームが周期f。
動するから、空間的に1周期程度の幅に相当スルウィン
ド25を設けると、ウィンド25の外部に向けて一方に
偏向された合成光ビームが周期f。
で周期的に発生することになる。この合成偏光ビームは
、サブビームの指向性が有限なためビーム偏向範囲も有
限であるから、形成される干渉縞もウィンドの中心から
上方及び下方に離れるに従って弱くなる。従って、ウィ
ンド25を経て出射する偏光ビームは効率よく光パワー
が集中される。この結果、帰線消去が不要なビーム偏向
装置を実現することができる。この場合、発生する偏向
ビームの解像度は、合成される変調サブビームの数に依
存するから、変調ビーム発生装置として本発明による分
波装置を用いることができる。
、サブビームの指向性が有限なためビーム偏向範囲も有
限であるから、形成される干渉縞もウィンドの中心から
上方及び下方に離れるに従って弱くなる。従って、ウィ
ンド25を経て出射する偏光ビームは効率よく光パワー
が集中される。この結果、帰線消去が不要なビーム偏向
装置を実現することができる。この場合、発生する偏向
ビームの解像度は、合成される変調サブビームの数に依
存するから、変調ビーム発生装置として本発明による分
波装置を用いることができる。
(発明の効果)
以上説明したように、本発明によれば分波されるべき光
ビームと進行波位相格子とを斜交させる構成としている
から、光ビーム断面内に存在する位相格子数を実質的に
増大することができ、この結果回折効率が増大し多数の
周波数偏移したサブビームを発生させることができる。
ビームと進行波位相格子とを斜交させる構成としている
から、光ビーム断面内に存在する位相格子数を実質的に
増大することができ、この結果回折効率が増大し多数の
周波数偏移したサブビームを発生させることができる。
また、電気光学材料素子が共振器を構成し、−方の進行
波位相格子によってだけビーム回折を行なえば、低い駆
動電力で効率よく回折させることができる。
波位相格子によってだけビーム回折を行なえば、低い駆
動電力で効率よく回折させることができる。
さらに、本発明では、周波数変調された多数のサブビー
ムを位相補償して多数の同相のサブビームを合成して干
渉縞を形成しているから、鋭い指向性を有する合成ビー
ムを発生させることができ、コノ合成ビームは周期的に
偏向されるので、帰線消力が不要なビーム偏向装置を実
現することができる。
ムを位相補償して多数の同相のサブビームを合成して干
渉縞を形成しているから、鋭い指向性を有する合成ビー
ムを発生させることができ、コノ合成ビームは周期的に
偏向されるので、帰線消力が不要なビーム偏向装置を実
現することができる。
第1図a−cは本発明による分波装置の一例の構成を示
す線図、 第2図及び第3図は分波装置の変形例の構成を示す線図
、 第4図は定在波励起型分波装置の解析用の模式第5図a
及びbは定在波励起型分波装置の一例の構成を示す斜視
図及び断面図、 第6図は定在波励起型分波装置の変形例の構成を示す斜
視図、 第7図は本発明によるビーム偏向装置の一例の構成を示
す線図である。 1・・・電気光学材料素子 2・・・電気光学材料体3
.4・・・電極 5・・・高周波電源21・・
・分波装置 22、24・・・フーリエ変換レンズ 23・・・位相補償器 25・・・ウィンド第2
図 特許出願人 大 阪 大 学 長
す線図、 第2図及び第3図は分波装置の変形例の構成を示す線図
、 第4図は定在波励起型分波装置の解析用の模式第5図a
及びbは定在波励起型分波装置の一例の構成を示す斜視
図及び断面図、 第6図は定在波励起型分波装置の変形例の構成を示す斜
視図、 第7図は本発明によるビーム偏向装置の一例の構成を示
す線図である。 1・・・電気光学材料素子 2・・・電気光学材料体3
.4・・・電極 5・・・高周波電源21・・
・分波装置 22、24・・・フーリエ変換レンズ 23・・・位相補償器 25・・・ウィンド第2
図 特許出願人 大 阪 大 学 長
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、印加電界に応じて屈折率が変化する電気光学材料体
及びこの電気光学材料体をはさんで一方向に沿って延在
する1対の電極を有する電気光学材料素子と、前記1対
の電極の一端に接続され前記1対の電極に高周波電圧を
印加する高周波電源とを具え、前記電気光学材料体の内
部に、前記電極の延在方向に沿って屈折分布を形成して
進行波位相格子を形成し、前記電気光学材料内における
分波されるべき光ビームの進行方向と進行波位相格子の
進行方向とを斜交させ、前記光ビームの位相格子と交差
する断面内に少なくとも3周期の位相格子が含まれるよ
うに構成したことを特徴とする分波装置。 2、前記1対の電極の他端を短絡して電気光学材料体の
終端を無反射終端としたことを特徴とする請求項1に記
載の分波装置。 3、前記電気光学材料体の終端を反射終端として共振器
を構成し、前記高周波電源の電源周波数をf_mとし、
進行波位相格子が前記光ビームに作用する相互作用長を
lとし、電気光学材料体中の入射光ビームの光速をV_
0とし、光ビームと進行波位相格子との交差角をθとし
、位相格子を形成する電気波の速度をV_mとした場合
に下記の式を満足するように交差角θ及び相互作用長l
を選択したことを特徴とする請求項1に記載の分波装置 f_ml(1/V_0■cosθ/V_m)=14、前
記1対の電極の一方の電極を一方向に延在するプレート
状電極とし、他方の電極を所定のピッチ■で交互に周期
的に配列した第1の電極群と第2の電極群とで構成し、
第1電極群と第2電極群とに相互に位相がπだけずれた
周波数f_mの高周波電圧をそれぞれ印加して電気光学
材料体に位相格子を形成し、進行波位相格子が光ビーム
に作用する相互作用長をlとし、印加電圧の周波数をf
_mとし、光ビームの電気光学材料体中での光速をV_
0とし、光ビームと位相格子と交差角をθとし、電極間
ピッチを■とした場合に下記の式が成立するように交差
角θ及び相互作用長lを選択したことを特徴とする請求
項1に記載の分波装置。 l(f_m/V_0■cosθ/■)=1 5、前記1対の電極を、一方向に沿ってピッチ■で交互
に周期的に配列された第1電極群と第2電極群とで構成
し、第1電極群と第2電極群との間に前記高周波電源を
接続して電気光学材料体中に位相格子を形成したことを
特徴とする請求項4に記載の分波装置。 6、光ビームを周波数変調され空間的に分離された複数
のサブビームに分離する分波装置と、分離されたサブビ
ームをフーリエ分解するためのフーリエ変換レンズと、
各サブビームの位相を同相にするための位相補償器と、
同相にされたサブビームをフーリエ合成するためのフー
リエ変換レンズとを具えることを特徴とするビーム偏向
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1072347A JPH0789180B2 (ja) | 1989-03-24 | 1989-03-24 | 電気光学分波装置及びビーム偏向装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1072347A JPH0789180B2 (ja) | 1989-03-24 | 1989-03-24 | 電気光学分波装置及びビーム偏向装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02250041A true JPH02250041A (ja) | 1990-10-05 |
| JPH0789180B2 JPH0789180B2 (ja) | 1995-09-27 |
Family
ID=13486684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1072347A Expired - Lifetime JPH0789180B2 (ja) | 1989-03-24 | 1989-03-24 | 電気光学分波装置及びビーム偏向装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0789180B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011039415A (ja) * | 2009-08-18 | 2011-02-24 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 空間光変調器およびパターン描画装置 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5249008B2 (ja) * | 2008-12-26 | 2013-07-31 | 大日本スクリーン製造株式会社 | 光変調器 |
| JP5249009B2 (ja) * | 2008-12-26 | 2013-07-31 | 大日本スクリーン製造株式会社 | 光変調器 |
| JP5249007B2 (ja) * | 2008-12-26 | 2013-07-31 | 大日本スクリーン製造株式会社 | 光変調器 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56123519A (en) * | 1980-03-03 | 1981-09-28 | Nec Corp | Optical scanner |
| JPS6411928A (en) * | 1987-07-03 | 1989-01-17 | Miyama Co Ltd | Recovery of tin from waste liquid of catalyst |
-
1989
- 1989-03-24 JP JP1072347A patent/JPH0789180B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56123519A (en) * | 1980-03-03 | 1981-09-28 | Nec Corp | Optical scanner |
| JPS6411928A (en) * | 1987-07-03 | 1989-01-17 | Miyama Co Ltd | Recovery of tin from waste liquid of catalyst |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011039415A (ja) * | 2009-08-18 | 2011-02-24 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 空間光変調器およびパターン描画装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0789180B2 (ja) | 1995-09-27 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |