JPH057691B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明はフアイバ光学センサおよび変調器の
分野に関し、特にフアイバ光学システムのための
周波数シフタの分野に関する。

移動光源からの光の周波数がドツプラ効果のた
めにシフトされるということが、ずつと知られて
いる。周波数または波長における変化は、光源お
よび観察者の相対速度の関数である。光源が観察
者の方向へ移動すれば波長は短く周波数は高くな
り、またその逆も成り立つ。

移動鏡からの反射により光の波長が短くなると
いうこともまた知られている。移動鏡は入射フオ
トンのエネルギを増し、それによつて光の周波数
を増大させる。この現象は、「古典および現代光
学の紹介」、Prentice Hall（1972）、ベージ539〜
540にて議論されている。

ドツプラ効果の原理およびヘテロダイニング効
果は、光学的に透明なバルク媒体を通る弾性波伝
播の波面から反射される光波に周波数シフトを生
じるように、バルク光学に用いられてきた。進行
弾性波によつて生じる圧縮および希薄化の領域は
バルク媒体における屈折係数を変化させ、それに
よつて波面上に斜めに照射する入射光は部分的に
反射されまた部分的に屈折される。波面の移動
は、移動鏡の効果と同様の、反射および屈折光に
おけるドツプラシフトを生じる。

集積光学導波路において位相または周波数シフ
トを発生するための単側波帯変調器が、「集積光
学単側波帯変調器および位相シフタ」、量子エレ
クトロニクスのIEEEジヤーナル、Vol，QE−
18，No.４，1982年４月、ベージ767〜771において
HeismanおよびUlrichによつて教示されている。
２つの導波モード間の特に重みがかけられた結合
点の手法が数学的に提案され、物理的装置がＸカ
ツトLiNbO₃導波路内へ拡散されたバルク光学ス
トリツプ導波路として教示されている。この複屈
折結晶における２つのモード間の結合は、ビート
長の1/4に間隔がとられたインターデイジタル電
極の対の使用によつて具現化されている。各電極
は1/4ビート長またはその整数倍の幅を有してい
る。電極の端部の下の電界は、結晶内に見られる
電子・光効果による結合を生じる。電極は90°位
相がずれた駆動電圧によつて駆動され、オフダイ
アゴナル偏光特性の伝播波を模擬する。周波数シ
フトは、進行弾性波でのBragg反射と同等の移動
中の摂動での順方向光拡散によつて生じる。

上述した集積光学装置は、周波数シフトの量が
駆動信号の上限周波数によつてのみ限定されると
いう利点を有している。しかしながら、集積光学
導波路をホストシステムのフアイバと整列し結合
することの困難さゆえにフアイバ光学システムに
おいて容易に使用し得ないという大きな欠点があ
る。

そのような困難さのために、装置は、ホストシ
ステムのフアイバに設けられたインライン装置に
よつて接地および適切な整列にとつて厄介である
複雑な結合装置への要求を緩和しているフアイバ
光システムにおける使用に際し望ましくないもの
となる。

さらに、集積光学装置は、その構成の特性上非
常に損失が多い。集積光学導波路は、単結晶構造
内ヘチタニウムのごとき不純物を拡散してストリ
ツプを形成することによつて作られる。これらの
拡散された導波路は、いくつかの理由によつて損
失の多いものである。まず第１に、不純物の存在
が吸収および拡散損失を生じる。これらの損失
は、デジベル／センチメートルのオーダである。
さらに、集積光学導波路は「光屈折効果」と呼ば
れる係数変化現象を受ける。この効果は、多量の
光学パワーが結晶の小領域に集中されると、光学
的電磁界が非常に強くなつて結晶構造内の電子を
導波路領域外へと押しやるという事実から生ずる
ものである。そのために導波路の係数が変化し
て、導波路はもはや単一モードでなくなり、それ
によつて装置は動作不能となる。

集積光学導波路のさらに他の欠点は、形成が困
難ということである。単一モード導波路は、直径
10ミクロンまたはそれより小さいオーダのコアを
有する。結晶内への不純物の拡散が必要であり、
また寸法が非常に小さいため、複雑な集積回路技
術を用いねばならない。まずマスクを形成せねば
ならず、次に複雑かつ高価な器具を用いてフオト
レジストの層を設けて結晶内へ不純物を拡散しな
ければならない。さらにマスクの正確な表示を維
持して、電極フインガおよび拡散導波路のための
正確な整列を確実にしなければならない。これら
の余計な複雑さのため、集積光学装置はフアイバ
光学システムでの使用には望ましくないものであ
る。

インライン弾性・光学周波数シフタは、1983年
６月27〜30日に東京で開催された集積光学につい
ての第47回国際会議および光フアイバ通信会議に
て初めて発表された「単一モードフアイバのため
の弾性・光学周波数シフタ」においてノス等によ
つて教示されている。複屈折単一モードフアイバ
は、それらの各前端が3/4ビート長だけ間隔のと
られた２つのオイル充満PZTシリンダ内に設け
られる。当業者にとつて周知のように、PZTは
電界が印加されるとその寸法を変化させる。フア
イバは鉱石油で満たされた毛細管内に配置されて
おり、そしてその毛細管は同軸上にないPZTシ
リンダ内に配置されている。PZTシリンダは、
鉱石油で満たされている。各シリンダにおける縦
圧力波は、PZTシリンダが90°位相のずれた正弦
波状励起信号で励起されて弾性・光学結合を生じ
るときに起きる。１つの空洞内のフアイバの偏光
モード間のこの弾性・光学結合は、光キヤリアの
上下に側波帯を生じる。他の空洞は第１の空洞に
よつて発生された側波帯と同一位相の側波帯およ
び同一位相でない他の側波帯を発生し、一方の側
波帯は強められ他方の側波帯は相殺される。

上述したイス等における周波数シフトは、
PZTシリンダによるフアイバ内の進行弾性波の
励起によつて生じる。各シリンダは、反対方向に
移動する２つの弾性波を確立する。反対方向の移
動により、上側および下側の側波帯が生じる。

PZTオイル充満チヤンバはフアイバと機構的
に弱く結合されているので、２つのドラムによる
モード間にはあまりパワーは伝達されない。さら
にドラムは巨大であり、多くの実際のフアイバ光
学装置における好適な使用にとつてあまりにも装
置が大きくなりすぎる。もしも十分なこれらのド
ラムが使用されて多量のパワーが２つのモード間
で伝達されるならば、その結果としての装置は全
く扱いにくいものでありかつフアイバ光学システ
ムにおける使用にとつては一般には現実的でな
い。

したがつて、コンパクトなサイドの、かつ単一
モードフアイバ光学システムのフアイバ上に形成
し得るフアイバ光学周波数シフタが望まれてき
た。このシステムは、或るモードから、できる限
り少ない高調波での変調信号と正確に等しいシフ
トされた周波数での他のモードへ、入力パワーの
０ないし100％を結合することができる。

発明の概要 この発明は、フアイバ光学導波路内を伝播する
キヤリア周波数の光を、変調信号の周波数によつ
てキヤリア周波数から周波数シフトされた新たな
周波数での伝播の他のモードへとシフトする装置
および方法である。

この発明に係るフアイバ光学周波数シフタは、
光を導くための光学フアイバを備える。光学フア
イバは伝播の第１および第２の光学モードを有す
る。第１の光学モードにおける光伝播が第２の光
学モードにおける光伝播とは異なる伝播速度を有
するように、第１および第２の光学モードが異な
る実効屈折率を有する。このフアイバ光学周波数
シフタは、弾性波を発生する弾性波発生器をさら
に備える。

弾性波発生機は、光学フアイバの周期的な領域
に光学フアイバを下動させる応力を受けさせる。
弾性波発生器は光学フアイバに固体接触してい
る。それによつて、弾性波発生器によつて与えら
れた弾性波エネルギが光と相互作用して、その光
を光学フアイバの第１の光学モードから光学フア
イバの第２の光学モードへと結合させ、かつ結合
された光を周波数シフトさせる。周波数シフトの
量は弾性波の周波数に実質的に等しい。

光学フアイバは、光の波長での２つの光学モー
ドに対するビート長を有する。弾性波の波長は、
光学フアイバにおいて第１の光学モードから第２
の光学モードへの光の累積的な結合を生じさせる
ように、光学フアイバのビート長の整数倍に選択
されてもよい。

弾性波の波長はブラツグ条件を満足してもよ
い。

弾性波発生器は、圧電的に駆動される表面波変
換器を含んでもよい。

光学フアイバは複屈折光学フアイバであり、第
１および第２の光学モードは光学フアイバの２つ
の直角偏光モードであつてもよい。

光学フアイバは非複屈折単一モードフアイバで
あり、第１および第２の光学モードは光学フアイ
バの奇モードおよび偶モードであつてもよい。そ
れらのモードにおいて伝播される光は、光学フア
イバが奇モードおよび偶モードの両方において光
を伝播するように、それらのモードのいずれかの
カツトオフ波長よりも短い波長を有する。

弾性波発生器は、光学フアイバの弾性的に結合
された第２のフアイバを含み、第２のフアイバ内
において伝播する弾性波を光学フアイバに結合さ
せてもよい。

弾性波発生器は、光学フアイバに接触する弾性
媒体およびその弾性媒体内に弾性波う誘導するた
めの変換器をさらに含んでもよい。

弾性波発生器は、導波路に支えられた表面を有
する弾性媒体および表面弾性波変換器を含み、変
換器はその表面上に表面弾性波を発生してもよ
い。

弾性波発生器は、光学フアイバと接触する剛性
表面部分を有する周期的応力発生器、および剛性
表面部分に信号を供給して剛性表面部分間に光学
フアイバを周期的に圧搾して光学フアイバに沿つ
て選択された間隔で周期的な時間変化応力を生じ
させる信号源を含んでもよい。

周期的応力発生器の剛性表面部分は、光学フア
イバの一方側に隣接する支持面および光学フアイ
バの他方側に隣接する複数の剛性結合素子を含ん
でもよい。信号源は、時間変化駆動信号を剛性結
合素子に供給して、その結合素子が光学フアイバ
に対して押圧されて支持面と結合素子との間で光
学フアイバを圧搾するようにする。

結合素子の各々は、1/2ビート長の実質的に奇
数倍の長さであり、結合素子は、光学フアイバに
沿つて約1/4ビート長だけ分離されていてもよい。
信号源は、正弦波状駆動信号を結合素子に供給
し、結合素子の１つに供給される駆動信号および
隣接する結合素子に供給される駆動信号はπ／２
だけ位相が異なる。

周期的応力発生器は、光学フアイバの複数ビー
ト長にわたつて延びる単一連続長さの圧電物質
と、信号源に接続されかつ単一連続長さの圧電物
質に沿つて間隔をおいて配置される複数の信号電
極と、それらの間に圧電物質を有して信号電極か
ら間隔をおいて配置される接地電極とを含んでも
よい。その電極は、光学フアイバに関して配向さ
れ、その信号源から信号電極への時間変化電気信
号は、圧電物質が引張られて剛性表面部分に力を
及ぼし、剛性表面部分が光学フアイバを押圧して
光学フアイバを周期的に圧搾するようにする。

圧電物質は光学フアイバを取囲む圧電ジヤケツ
トであつてもよい。信号電極は圧電ジヤケツトの
内側表面および外側表面のいずれかの上にある。

周期的応力発生器は、光学フアイバの一方側と
面する支持面を含んでもよい。単一連続長さの圧
電物質は光学フアイバの他方側と面する。それに
よつて信号源から信号電極に供給される時間変化
電気信号は、圧電物質が引張られて光学フアイバ
が支持面に対し押圧されるようにする。

電極の少なくとも１つが光学フアイバと接触し
て剛性表面部分の少なくとも１つを形成してもよ
い。それによつて時間変化電気信号が信号電極に
供給されて圧電物質が引張られるときに、光学フ
アイバに接触している電極が光学フアイバに対し
て押圧されて光学フアイバを周期的に圧搾する。

光学フアイバ軸に沿つた信号電極の各々の長さ
は、1/2ビート長の約奇数倍であつてもよい。

２つの隣接する信号電極の先端は光学フアイバ
に沿つて距離ｄだけ間隔がとられ、信号源は信号
電極に正弦波状電気信号を供給してもよい。信号
電極の１つに供給される電気信号および隣接する
信号電極に供給される電気信号は、2dπ／Ｌの量
だけ位相が異なる。Ｌはフアイバビート長であ
る。

弾性波発生器によつて光の周波数をシフトさせ
る方法は、次のステツプを含む。

光学フアイバに光を導入する。その光学フアイ
バは伝播の第１および第２の光学モードを有す
る。第１の光学モードにおける光伝播が第２の光
学モードにおける光伝播とは異なる伝播速度を有
するように、第１および第２の光学モードが異な
る実効屈折率を有する。

弾性波発生器を光学フアイバと固体接触させて
配置する。

弾性波発生器が光学フアイバの周期的な領域に
光学フアイバを下動させる応力を受けさせるよう
にして、光を光学フアイバの第１の光学モードか
ら光学フアイバの第２の光学モードへと結合さ
せ、かつ周波数シフトの量が弾性波の周波数と実
質的に等しいように結合された光を周波数シフト
させる。

光学フアイバの周期的な領域に応力をうけさせ
るステツプは、表面波を発生することを含んでも
よい。

応力波の波長を、光の波長での光学フアイバの
２つの光学モードに対するビート長の整数倍に選
んでもよい。それによつて、光学フアイバにおけ
る第１の光学モードから第２の光学モードへの光
の累積的な結合を生じさせる。

弾性波発生器として圧電的に駆動される表面波
変換器を用いるステツプをさらに含んでもよい。

好ましい実施例の説明 第１図は狭幅偏光カプラの装置を示し、磨かれ
た平らな表面１０が金属またはプラスチツクブロ
ツク１１上に形成されている。その表面１０は、
数ミクロンの範囲内で滑らかかつ平らに仕上げら
れている。この表面１０は、光フアイバ導波路を
押圧する２表面の一方側として作用する。

他方の表面は、第２のブロツク１４の下面に形
成された複数の細長く盛り上がつたうね１２であ
る。以下に述べるように、このうね１２は、フア
イバに対して押されたとき、モード間で対をなす
光が生じるようにフアイバを圧迫するカツプリン
グ要素または結合素子を提供する。第２図をしば
らくの間参照すると、そこには複数のうね１６が
形成された細長く盛り上がつた領域１２の横断面
図が示されている。うね１６は、空間を提供すべ
く平行な切れ目または溝１７をブロツク１４に設
けることにより形成されており、それによつて、
幅がＷでかつ隣接するうねのエツジ間の距離がＳ
である複数の磨かれたうね表面１８が形成され
る。フアイバ上に作用する与えられた力に対して
最高の組合わせを得るために、互いのうねのエツ
ジ間の幅Ｗは、利用される光の特定周波数に対し
フアイバのビート長の1/2に設定される。

ビート長Ｌは、次に述べる事実に関係づけられ
ており、すなわち光フアイバにおいて、光は異な
る偏光モードの中では異なる速度で進み、したが
つて光通過距離はモード間で異なるという事実で
ある。これにより、１つのモード内での光の位相
は、他のモード内を進む光の位相に絶えず関係し
ながらシフトすることとなる。こうして、同一位
相でスタートするが、単一モード複屈折フアイバ
中の異なる偏光モード内を進む光波の２つの成分
はゆつくりと位相が分離される。フアイバの「ビ
ート長」とは、あるモードの光成分の位相が他の
モードの光成分の位相と360°ずれるのに必要な距
離を言い、このときこの２つの光成分は再び同一
位相となる。したがつて、１ビート長とは２つの
成分の位相が360°ずれたとき、進む距離をいう。
１／２ビート長進んだ後は、２成分は180°または
π／２ラジアン分離される。

好ましい実施例においては、第２図に示される
ように、うね間の分離距離Ｓはうねの幅Ｗに等し
く、また1/2ビート長の奇数倍が、寸法ＷとＳと
して用いられる。切れ目１７の横断面は直角であ
り、なぜなら機構的に最も簡単にシヤープに仕上
げられるからである。しかしながら、このシヤー
プさは、臨界的なものではない。。1/2ビート長の
奇数倍の幅Ｗを備えたうね１６上に平坦な表面１
８を生じる任意のシヤープさおよび1/2ビート長
の奇数倍のエツジ分離も、もし切れ目１７の高さ
Ｈが、うね１６の材料がフアイバへの圧迫によつ
て変形されたとき、圧迫を持続するに十分なもの
であれば、満足のいくものである。

ブロツク１４は、硬貨プラスチツク「デルトリ
ン」により形成される。このプラスチツクは、ガ
ラスよりも簡単に変形する。こうして、うねがグ
ラスフアイバ上に押しつけられると、うねが小量
だけ変形されることになる。力を完全に伝達させ
るのに要求される圧力量としては、フアイバの全
長に沿つて一様に作用する圧力により、ブロツク
１４が平坦化するほどにはうねが変形しない程度
のものが好ましい。フアイバ中に、圧迫が間欠的
に加えられる箇所や、圧迫が加えられない箇所が
あるのは良くない。これらの領域のそれぞれの幅
は、カツプリング（結合）にとつて最も有効なも
のとして、正確に1/2ビート長の奇数倍である。
不完全な力の移行が、もしこの構造が成し遂げら
れないならば生じるであろう。しかしいくらかの
カツプリングは、それでもなお正確な構造および
印加される力によつて形成されるかもしれない。

うね１６にとつて、変形可能なプラスチツクが
金属よりも好ましい。なぜならば、金属のうね
は、圧力が加わつたときそれほど変形しないた
め、フアイバを破壊する危険性を生じる。うねの
変形可能性が、この種の危険を低下させる。

第１図に戻つて、ブロツク１４は複数の穴２０
を有し、それらはマツチングパターンにおいて平
坦な表面１０から突き出した１組のピン２２を受
け得るパターンに配置されている。ブロツク１４
は、ピン２２に沿つて平面１０へ向かう方向と遠
ざかる方向にスライド可能である。これらのピン
は整列配置されているため、うね１６のエツジ
は、１対のフアイバ保持板２６により平面１０上
に保持されたフアイバ２４の縦軸を横切ることと
なる。こうして、第２図に参照数字２７で示され
たうね１６の縦軸は、フアイバ２４の縦軸を横切
る。これらのピン２２はまた、ブロツク１４の揺
れを防ぎ、フアイバ２４に加えられる圧力むらを
防ぐ作用を持つ。

フアイバ保持板２６は、１組の端部側端板２８
に形成された１組の丸い穴に嵌め込まれることに
より、平坦表面１０に関して回転可能である。こ
の保持板は回転可能であり、フアイバの複屈折の
主要軸の１つが、うね１６により加えられる力の
方向に対し、或る角度、好ましくは45°の方向に
設定できるように、フアイバを回転自在に保持し
ている。このことを、より詳しく以下に説明しよ
う。角度45°は好ましい。なぜならば、任意の力
に対し複屈折の軸の最良のシフトが、その角度に
よつて得られるからである。側端板２８はブロツ
ク１１の端部に取付けられ、その結果、側端板２
８は平面１０に対し垂直となる。第３ａ図ないし
第３ｇ図を参照すると、そこには、ブロツク１４
が全体でＦの力で押し下げられ、その結果フアイ
バ２４が隆起部の表面１８と、その下方のブロツ
クの表面１０との間で圧搾されたときの、フアイ
バ２４における応力領域を表わす図が示されてい
る。また、第３ｂ〜第３ｇ図は、複屈折のそれぞ
れの軸上の全光パワーのベクトル図、言い換えれ
ば、フアイバに沿つた種々の点における複屈折モ
ードを示している。また、第４図を参照すると、
そこにはフアイバ２４の複屈折の軸が、応力の作
用によつて変化する様子を表わした図が示されて
いる。当業者ならば、フアイバ２４のような単一
モード複屈折フアイバは、単一モードフアイバの
２つの直交する偏光モードに相当する２つの直交
する偏光の軸を持つことが理解できるであろう。

第３ａ図は、２つのうね１６によつて引き起こ
される、応力部と非応力部が交互に配置された３
領域を示す。それぞれの応力領域３０と３２は、
この実施例においては1/2ビート長である。非応
力領域３４も同様である。フアイバ２４は、異な
る導波路を結合する方向性カプラに似た４ポート
デバイスであると考えてよい。たとえば、３６で
概略的に示されるフアイバ２４の２つの直交する
ＸとＹの偏光モードは、上記方向性カプラの２つ
の入力ポートに似ている。同様に、３８で概略的
に示されるＸとＹの直交する偏光モードは、上記
方向性カプラの出力ポートに似ている。

複屈折フアイバ２４に対し表面１８が押しつけ
られることにより、第４図に力Ｆで示すような圧
力がフアイバ２４に加えられると、直交する偏光
軸ＸとＹ（偏光モードＸとＹに相当）が、突然、
直交する偏光軸X′とY′に、角度θだけずれてシ
フトすることがわかつた。この突然のシフトは、
表面１８によつて加えられる応力はその応力を加
えている表面１８の幅Ｗよりも長い領域にわたつ
て偏光軸を混乱させるようにフアイバ２４を変形
させると信じられていたので、全く予期されてい
なかつた。このことは、うね１６の表面１８のエ
ツジでの突然のシフトではなく、比較的長い境界
領域にわたる偏光の軸の配向における徐々のシフ
トを生ずる傾向にある。そのような比較的長い距
離にわたる偏光軸の緩やかな回転は、重大なパワ
ー伝達すなわち偏光モード間のカツプリングは生
じない。なぜなら、結果としての偏光ベクトルは
偏光軸の緩やかなシフトにただ単に従うだけにす
ぎず、かつ新しい軸の要素に分解されることなく
それに関する位置に実質的に保持されるからであ
る。

重要なことは、偏光モード軸の方向の急激な変
化が引き起こされると、そのような方向の変化が
短い境界領域を越えてなされるという、デバイス
の作用である。実施例で示すと、第３ａ図の点線
４０，４２，４４，４６で示されたこれらの境界
はうね１６のエツジにより形成されており、した
がつて周期的に1/2ビート長あけて配置されてい
る。他の実施例においては、その境界をビート長
の奇数倍で配置することが可能である。これらの
境界はフアイバのモード間で光を結合するように
作用するため、「結合位置」あるいは「結合点」
として呼ぶことにする。

第３ｂ図から第３ｇ図は、フアイバ２４におけ
るこれらの急峻な境界４０，４２，４４，４６
が、いかにしてパワーの伝達を引き起こしている
かを示している。Ｘ偏光モード（複屈折フアイバ
における偏光のＸ軸に相当）に対する電界ベクト
ルは、非応力領域３４においてはＸとして示さ
れ、応力領域３０，３２においてはX′として示
されている。同様に、Ｙ偏光モード（偏光のＹ軸
に相当）に対する電界ベクトルは、非応力領域３
４においてはＹとて示されており、応力領域３
０，３２においてはY′として示されている。Ｘ
とX′ベクトル（第３ｂ図〜第３ｇ図）は、それ
ぞれ偏光のＸとX′軸（第４図）に相当し、Ｙと
Y′ベクトル（第３ｂ図〜第３ｇ図）は、それぞ
れ偏光のＹとY′軸（第４図）に相当することが、
理解されよう。

第３ｂ図において、入射光は、すべてのパワー
がＸ偏光モードの状態で、フアイバ２４に挿入さ
れるベクトル４８により表わされている。この偏
光状態は、最初の応力領域３０の始点である境界
４０に光が伝わるまで維持される。

第３ｃ図は、光がちようど境界４０を越えて応
力領域３０に伝わつた後の、光成分を示す。境界
４０では、第４図を用いて既に述べたように、偏
光軸ＸとＹが角度θ（第４図）だけずれて新しい
偏光軸X′とY′にシフトする。これらの新しい偏
光モード軸X′とY′は、これらの偏光モード内を
進む電磁波に対して電界ベクトルの方向を示す。
Ｘ方向とＹ方向の場合のように、X′モード内の
光はY′モード内の光と異なる速度で進み、それ
は複屈折の原理に従う。光の総合的な偏光は、
X′とY′軸あるいはＸとＹ軸におけるパワーの成
分に基づいた結果的ベクトルで表わされる。

注意すべきことは、応力領域３０において、境
界４０以前ではＹモード中にパワーの成分が全く
なかつたのに、境界４０で初めて、Y′偏光モー
ド中にパワーの成分が現われることである。この
原理は、境界での電磁場の振舞を説明するための
数学関係式としてよく知られているマスクウエル
方程式に根ざしている。根本原理は、電磁場が通
過する急峻な境界において、一方側から観察した
場合の電界ベクトルの方向と大きさは、境界の他
方側でも同じでなければならないということであ
る。この場合、結果として得られる偏光、すなわ
ち境界４０の左方での電界ベクトルの方向は、第
３ｃ図におけるベクトル４８によつて示される。
境界４０の右方では、偏光X′とY′は、ベクトル
４８の偏光を持続するようにシフトされ、X′が
Ｘモードにおけるその配向からシフトされるた
め、小さなY′の成分がなければならない。こう
して、いくらかのパワーが、境界４０において、
ＸモードからY′モードへ伝達される。

２つのY′とX′の成分が、応力領域３０を通過
すると、応力領域は1/2ビツト長を持つため、そ
れらの位相が相対的に180度ずれる。境界４２の
左方におけるX′とY′成分の位相が、第３ｄ図に
示されている。180度の位相のずれは、Y′成分の
方向を反転することによつて得られる。もし、
180度の位相シフトが、ＸまたはX′ベクトルの方
向を反転させ、かつＹまたはY′ベクトルを偏光
させないでおくことにより形成されれば、上記と
同じような結果が得られることであろう。この
180°位相シフトの結論として、結果として得られ
る偏光ベクトル５０は、ベクトル４８の配向から
シフトされる。

境界４２では、偏光X′とY′の方向は、応力の
除去により、本来のＸとＹの方向に戻る。光が境
界４２を横切るように進むとき、ベクトル５０に
よつて表わされる偏光は、維持されなければなら
ない。境界４２の右側におけるうね３４の始点の
状態を、第３ｅ図に示す。しかしながら、偏光軸
のシフトは、ＸとＹモードのパワーを表わす成分
ベクトルの方向での付随的なシフトを引き起こす
ため、ＸとＹ成分の大きさは、総電界ベクトル５
０の角度と大きさを保つように変化されなければ
ならない。第３ｂ図と第３ｅ図を比較することに
より、うね３０，３４が、Ｙ成分のパワーの大き
さを十分に増大させていることに気付くであろ
う。

第３ｆ図は、非応力領域３４の終点である境界
４４のまさに左方位置におけるパワー成分を表わ
す。非応力領域３４はまた、1/2ビート長を有し、
それゆえにうね３４を通過したとき、ＸとＹ成分
の間で180度の位相シフトが起こる。この位相シ
フトは、第３ｆ図に示されているように、境界４
４で成分の方向を反転することによつて再び形成
される。以上の議論を押し広げると、偏光軸は境
界４４で、再び素早く、ＸとＹの方向からX′と
Y′の方向（第４図）へシフトすることが明らか
である。これにより、より多くのパワーがY′偏
光モードへシフトされる。また第３ｇ図は境界４
４のまさに右側の状態を示しており、境界４４を
横切る結果としての電界ベクトル５２の大きさと
角度を保つためには、X′およびY′へのＸおよび
Ｙ軸の角度のシフトゆえに、第３ｇ図のY′成分
の大きさが増大しなければならないことがわか
る。こうして、1/2ビート長の奇数倍に位置する
それぞれの境界が、ある量のパワーをして１つの
モードから他のモードへと結合させるということ
がわかる。境界４０，４２，４４，４６で結合さ
れたパワーは加算され、したがつて、フアイバ２
４の一端から他端へと結合されるパワーの総量は
累積する。もし、境界が、1/2ビート長の正確な
奇数倍以外の所にあれば、累積する結合されたパ
ワーはゼロでないかもしれないが、奇数倍以外の
所にある各境界ゆえに、既に他のモードへ結合さ
れたパワーと位相がずれた成分を持つパワーが他
のモードへ結合されるかもしれない。この位相が
ずれて結合されたパワーは、既に結合されたパワ
ーのいくらかを打ち消す。正味の結合されたパワ
ーがゼロでないかどうかは、境界の正確な位置
と、どれぐらいの力がそれぞれの応力領域に加え
られるかに依存する。しかしながら一般的に、境
界の位置における５〜10％のオーダのエラーは、
装置の動作に実質的に不利や影響を及ぼすことな
く許容されてもよい。

このシステムは、以下のごとく数学的に特徴づ
けられる。典型的に、高複屈折フアイバに対し、
一方の軸を伝播する光は他の軸受に対してはそれ
ほど結合されないであろう。付加的な複屈折がフ
アイバに圧力を加えることによつて誘発されると
いうことが証明されてきた。この複屈折は、 △n_p＝an³cf／2d (1) によつて与えられ、ここでａは円筒フアイバに対
し1.58の定数であり、ｎはピエゾ・光学係数であ
り、ｆはフアイバに加えられる単位長あたりの力
であり、ｄはフアイバクラツデイング直径であ
る。計算において、値ｎ＝1.46，ｃ＝５×10^-12
（MKS）、およびｄ＝65μmが用いられた。小さな
力に対し、付加的な複屈折はフアイバの通常の複
屈折に対し摂動として扱われ得る。解析の目的
で、加えられた力は複屈折のフアイバ軸に対し
45°であるとする。複屈折の軸に45°の角度で力を
加えることによつて、単位力あたりの複屈折の配
向における最大シフトが生じる。しかしながらそ
の角度は臨界的ではなく、加える力を増加させる
ことによつて45°からの偏向が調整され得る。複
屈折の摂動の第１次の結果は、小角度にわたるフ
アイバの複屈折の元の軸受の回転である。この複
屈折における小シフトは、全フアイバ複屈折の強
度Δnをそれほど変化させない。角度θは、 θ〜sin（θ）＝［Δn²／_p／２（
Δn²／_p＋Δn²＋√2ΔnΔn_p）］^1/2(2) により与えられる。全複屈折Δnは波長と比例す
るものとし、既知の真空波長λでのフアイバのビ
ート長Ｌ＝λ／（Δn）を直接観察することによ
つて測定され得る。好ましい実施例に用いられた
フアイバでは、Δn＝7.4×10^-4が測定された。

Ｘ軸に沿つて直角に偏光された光は、圧搾領域
に入るときに軸受X′およびY′に沿つて偏光され
た成分に分解される。２つの偏光における光の相
対位相は、半ビート長においてπラジアンだけ変
化する。もしこの距離でフアイバ上の力が除去さ
れれば、光はＸ偏光量cos²（2θ）およびＹ軸偏光
量sin²（2θ）を有する垂直軸受に沿つた成分に分
解され直す。さらにＬ／２の距離、すなわち半ビ
ート長を伝播した後、２つの軸における適当な位
相関係が確立されて、第２の応力領域がさらに別
のパワー伝達を生ずる。単一のＬ／２長応力領域
およびＬ／２非応力領域に対し、ジヨーンズ
（Jones）マトリクスＴは、この構造の強度偏光
変換を示すように次のように表わし得る。

Ｔ＝−cos2θ sin2θ −sin2θ −cos2θ (3) このような構造をＮ回繰返すことによつて、次
の全偏光変換マトリクスが生じる。

T^N＝（−１）^Ncos2Nθ （−１）
^N+1sin2Nθ （−１）^Nsin2Nθ （−１）^Ncos2Nθ (4) したがつて、或る偏光から他の偏光への完全な結
合は、2Nθ＝π／２であるようなＮ個のうねに対
し力ｆを加えることによつて達成され得る。大き
なＮ（＞５）に対し、この最適の力は次式で与え
られる。

ｆ〜Ｌ√2Δndπ／4an₃Ｃ (5) 例えばＮ＝10およびＬ＝32ミリとすれば、上に
与えられた数を用いて、177グラムの力が完全な
結合のために必要である。

第１図に示された装置において、フアイバジヤ
ケツトはフアイバ２４から除去されてフアイバを
直接うねに対し露出する。

第５図は、第１〜４図を参照して上述した参照
数字５４の付された偏光カプラを用いるシステム
を示す。周波数チユーナブル着色レーザ５６は、
源泉光を発生するために用いられる。標準偏光器
５８によつて偏光されたこの光は、フアイバのコ
ア上に偏光を集めるレンズ６０によつて、１本の
エピタキシヤルコア複屈折フアイバ２４内へ送ら
れる。偏光器５８は整列されて、フアイバ２４の
２つの直角偏光モードのうちの一方のみに光を通
過させる。光は偏光カプラ５４を介してフアイバ
２４内へと伝播し、フアイバセグメント６４でフ
アイバ２４を励起することにより、そのパワーの
いくらかまたはすべてが他の垂直偏光モードへと
結合される。レンズ６２は出力フアイバセグメン
ト６４から出てくる光を並行にし、このようにし
て形成された光線６５が光線スプリツタ６６に当
たるようにする。光線スプリツタ６６は光線６５
の一部が標準光検出器６８に向けられるように
し、残りの光線６５は偏光器７０を通過する。偏
光器７０は、偏光器５８によつて確立された偏光
に関し同一の偏光である光のみを通す。偏光器７
０を通過した光は、標準光検出器７２により感知
される。検出器７２および６８の出力は、それぞ
れライン７６および７８によつて標準レシオメー
タに入力され、標準レシオメータは全出力パワー
と比較しての直角偏光の相対パワーう示す。偏光
器７０の出力で、19ないし32dBのフアイバ偏光
間の吸光率が測定された。吸光率は、水平偏光モ
ードの光学パワーに対する垂直偏光モードの光学
パワーの比率の10を底とする対数である。少なく
とも19dBの吸光率が波長が変化するときに波長
に関係なく達成された。この限界は、幾分かの拡
散された光が導かれたまま残るので、フアイバ内
の拡散損失（＞150dB／Km）によつて設定される
ものと思われる。或る波長において、おそらく拡
散光の破壊的な干渉のために、この比率は32dB
に改良された。うねブロツク１４がフアイバ上に
配置されて圧力が加えられると、典型的には約
220グラムの力で32dB以上の結合率が達成され
た。結合率は、垂直偏光モードに結合されていな
い光学パワーと垂直モードに結合されているパワ
ーとの間の比率の10を底とする対数である。この
比率は、10個のうねで633nm波長で、および30お
よび60個のうねで608nm波長で観察された。

この発明のカプラのうねは、特定波長に対して
設計されねばならない。なぜならば、フアイバ内
の光のビート長の波長の関数として一定ではない
からである。装置が異なつた波長で使用される
と、うね長さにわたる位相シフト△Φはπラジア
ンからπ＋2δラジアンに変化する。したがつて、
完全なパワー伝達はもはや行なわれ得ない。適切
な力が各うねによつて加えられ、したがつて2Nθ
＝π／２であるとすれば、単一のうねおよびギヤ
ツプ周期にわたる伝達マトリクスは次式となる。

Ｔ＝sin²θ−cos²θeⁱ²〓 Ｔ＝sin²θ−cos²θeⁱ²〓 −sinθcosθ［１＋e^-i2〓］ sinθcosθ［１＋eⁱ²〓
］ sin²θ−cos²θe^-i2〓 (6) もし光がＮ個のうねの後初めて唯一の偏光にて放
射されれば、第２の偏光へと結合されるパワーは
｜κ｜²により与えられる。ここで であり、またここで ｂ＝sin²θ−cos²θ・cos2δ である。

伝達マトリクスのオフダイアゴナルエレメント
は、偏光モード間に起こるであろう振幅結合の量
を表わす。この振幅結合κは、T^Nの２つのオフ
ダイアゴナルマトリクスエレメントの各々の値で
ある。

結合の波長依存性は、560nmから614nmまでの
範囲で調整可能な色素レーザを用いて実験的に検
証されている。ここで用いたデバイスは、中心波
長が609nmであるような、60個のうねを有するカ
プラであつて、これに対して光学的圧力を印加し
た。実験を行なつた際の配置は、第５図に示すも
のと同様である。検出した信号は、初めの偏光状
態のままとなつているような、すなわち結合を生
じていない光である。波長が変化する際のレーザ
パワーのゆらぎは、レシオメータ７４によつて補
償した。この構成による実験結果を第６図に示す
が、この第６図では、実験結果がドツトによつ
て、また、このシステムについて想定された複屈
折モデルにおける急峻なシフトに基づいて理論的
に予想された結果を実線で、それぞれ示してい
る。この２つのカーブがよく一致していることか
ら、応力領域の境界における複屈折の変化が実際
に急峻となつていることが実証された。一方、半
値幅は、理論的には、フアイバ上のうねにおける
圧力に等しいが、異なつた圧力になるということ
は、おそらくフアイバの径やうねの高さなどがオ
ングストロームのオーダで振動していることに起
因すれと考えられるが、これは別個にウエイト付
けを行なつたうねを形成させることによつて取扱
うことが可能である。中央のピークの幅は、この
偏光カプラのポテンシヤルを示しており、これに
よつてマルチプレクサまたはノツチフイルタ と
して使用することが可能である。

第１図〜第６図を参照して上述したこの偏光カ
プラは、振幅変調器として用いることができる。
第３ａ図の力Ｆを変調信号に応じて変動させるこ
とによつて、パワーのうちの変動部分がＸ偏光モ
ードからＹ偏光モードへと結合することができ、
これにおける結合量は力Ｆの大きさに比例する。
すなわち、最初は、入力パワーがすべて偏光モー
ドＸで放出された場合において、偏光カプラ５４
の、うねが設けられたブロツク１４に加わる力Ｆ
が、第５図に示した既存の任意の変調器８０によ
つて変動させられると、この力Ｆの大きさに正比
例した偏光モードＹの光学的パワーがフアイバ２
４において生ずるようになる。これは(1)式によつ
て理解することができる。すなわち、応力によつ
て誘起された付加的な複屈折性は、単位長あたり
に加えられた力に正比例するものである。この力
が変動した場合には、偏光モード軸がシフトする
角度が(2)式に従つて変化する。このため、第３ｂ
図〜第３ｇ図から明らかなように、それぞれの境
界における新たな軸のそれぞれへと分解するパワ
ーの量が変化させられることによつて、偏光モー
ド間でシフトされるパワーの量が変化する。

第３ａ図の構成の代わりに、うね１６が所定の
シーケンスによつてフアイバ２４上で独立に圧迫
されるようにすれば、フアイバ光学周波数シフタ
を得ることができる。

第７図を参照すると、この図には、第１図〜第
３図に示したカプラの変形を用いたフアイバ光学
周波数シフタが示されている。この変形には、そ
れぞれのうね１６の底部の表面１８が互いに独立
に上下運動をするようにこのうね１６う分離した
ことが含まれている。説明の便宜上、これらのう
ねは、第７図中８４，８６によつて再番号付けを
行なつている。このように、これらのうねを互い
に分離して独立に運動できるようにするにあたつ
ては、当業者には自明のように、既存の任意の方
法を用いることができる。

この分離されたうねは、既存の駆動回路８２に
よつて個別に駆動される。この駆動回路は、カム
シヤフト、個別ソレノイド、圧電変換器または、
うねを所定のシーケンスで独立に連動させること
ができるような他の任意のデバイスで形成され
る。駆動回路８２は、抽象的に示されたリンク８
８，９０によつて、うね８４へと接続されてい
る。これらのリンク８８および９０の性質として
は、この用途のために選択された特定の駆動回路
８２の性質に適合するような任意のタイプの接続
でよい。駆動回路８２を設ける目的は、別個の駆
動力F₁とF₂とを、位相関係を持たせてうね８４
および８６へと印加し、それによつて、フアイバ
２４を押し下げるような運動を行なう波、すなわ
ち単方向性進行弾性波を模擬的に発生せしめるこ
とである。このようにして模擬的に発生される波
すなわち外見上の波は、応力ないしはフアイバ中
の応力領域を周期的に増減させることによつて作
り出すことができる。この領域における応力は
は、フアイバ２４を圧迫して押し下げるような外
見上の運動を発生するように位相が定められてい
る。この応力領域すなわち結合領域は、所定の態
様で、互いに隔てられて配置されており、これに
よつてフアイバ２４中における１つの偏光モード
から他の偏光モードへのパワーの結合が生ずる。

うね８４および８６のエツジの境界４２，４４
および４６における結合については、既に説明し
たとおりである。この結合は、第１図ないし第３
図を参照して上述したものと同じ態様で、第７図
の周波数シフタ中において発生する。すなわち、
フアイバ上の横方向に広がつた応力による結合
が、記述したのと同様に生ずるのである。しかし
ながら、第７図の周波数シフタにおいては、うね
８４および８６は所定の位相関係で駆動されてお
り、それによつてフアイバ２４を伝播する応力進
行波が模擬的に発生する。周波数シフタを適切に
動作させることによつて、入力光の特定の波長に
おけるビート長に等しい波長を有するような弾性
波が生ずるように、位相関係を設定することが重
要である。すなわち、次の式を成立させる。

λ_a＝Ｌ (8) ここで、λは、弾性波の波長であり、またＬは
フアイバのびーと長である。

駆動力F₁およびF₂の間の所定の位相関係λと
しては、次のものが好ましい。

φ＝2πd／Ｌ (9) 但しｄは、うね８４，８６の間の距離（すなわ
ち間隔）であり、より一般的には、隣接する境界
４２および４４のような、互いに隣接した時間変
動する結合位置の間の距離である。またＬはフア
イバのビート長である。好ましくは、うね８４，
８６のすべてを同じ周波数で正弦波的に駆動する
が、この周波数はまた、進行する擬似弾性波の周
波数ともなつている。

付言すれば、最適結合を得るためには、うね８
周波数，８６の幅は好ましくはビート長の半分な
いしはその奇数倍である。

理想的なフアイバ光学周波数シフタの目標とし
ては、フアイバ光学導波路の上またはまわりに形
成され、フアイバに入つてくる入力光の０％から
100％を伝播の１つのモードから伝播の他の出力
モードへと変換し、同時に出力信号周波数を、変
調信号の周波数（すなわち弾性波の周波数）と厳
密に一致する既知量だけシフトするような、小さ
くかつ効率の高い周波数シフタを得ることであ
る。理想的には、純粋に正弦波的な変調波形に対
して、光学出力信号の周波数が変調周波数の基本
周波数だけシフトされ、出力光には調波成分（す
なわち、基本周波数の倍数だけ上側および下側に
周波数がずれた成分）が存在しないようなもので
ある。

フアイバ２４に対する弾性波の効果は、第８図
を参照することによつてより完全に理解できよ
う。この第８図は、フアイバ２４を伝播する現実
の進行応力弾性波の応力パターンを示す図であ
る。第８図の現実の波は、フアイバ２４に垂直な
方向に応力を加えて弾性波を擬似的に発生させて
いる第７図の装置とは対照的に、フアイバ２４に
対して長さ方向に応力を加えている。フアイバ２
４のコアおよびクラツドを通してＸ方向に延びた
線は、特定の時刻でのフアイバのＺ軸に沿つた特
定の位置におけるフアイバ長の相対的な応力の大
きさを示している。すなわち、この線が互いに密
に隔てられている場所には、線の隔たりが大きい
場所に比べて、より大きな応力が存在しているの
である。このため、これらの線は、フアイバ材料
を通して応力波が伝播する際の、フアイバ材料の
うちの圧縮部分と希薄化部分とを表現しているこ
とになる。この状況は、空気や水平方向を通して
進行する音波と似たものとなつており、空気や水
の場合の波の“ピーク”は、空気の分子がより密
に圧縮された場所を示している。また波“谷”
は、空気の分子が大気圧下におけるよりもより希
薄化されている、すなわちより大きな間隔となつ
ているような領域を示している。

このため、領域９２，９４および９６は、フア
イバ材料の圧縮“ピーク”領域を表わしており、
一方、領域９３，９５および９７は、フアイバ材
料の希薄“谷”領域を表わしていることになる。
フアイバ材料の屈折率は、フアイバ分子が非応力
状態とは異なつた間隔で隔てられている場合には
いつでも、非応力状態における屈折率とは異なつ
たものとなる。これによつて、モードの配向が変
化し、フアイバ中の伝播モードの間の光の結合が
時間的に変動する。すなわち、時間が経過するに
つれて、これらの圧縮・希薄領域は、波が伝播し
ていくに応じてＺ軸に沿つて移動し、フアイバ中
のそれぞれ点における屈折率を連続的に変化せし
めるのである。

応力のこれらのピークや谷は、領域９２，９４
および９６に収縮の最大値である正のピークを有
し、かつ領域９３，９５および９７に希薄化の最
大値である負のピークを有するような正弦関数に
よつて表わすことができる。フアイバ材料にこれ
らの圧縮・希薄化領域が生ずることによつて、フ
アイバの複屈折性が、フアイバ材料に作用する圧
縮または希薄化の力の大きさと偏光モードの主軸
に加わる応力の方向とに応じて変動する。

透明な物質が応力にさらされると、一時的に複
屈折性を示すことは周知である。これは、原子構
造における隣接した単位胞の間の間隔が、方向に
応じて異なつたものとなるためである。すなわ
ち、このような物質では、隣接する原子間の間隔
や隣接する原子を結び付ける結合がすべての方向
に同一であつて、等方的構造を有しているにもか
がわらず、異方的な構造を呈するのである。異方
的な物質のみが複屈折性を有する。これを光フア
イバによつて適用してみると、複屈折が生ずるこ
とによつて、互いに速度が異なつた２つの基本的
な直交偏光モードが発生する。速度の差すなわち
屈曲率の差は、複屈折性の程度の指標となつてい
る。既に複屈折性を呈している物質においては、
応力を付加することによつて、複屈折性の付加的
な変化、ないしは既に存在する複屈折性の変化が
生じる。方解石や石英、トパーズのような特定の
結晶は自然状態において複屈折性を有しており、
一方、ダイヤモンドのような結晶は複屈折性を持
つていない。光フアイバは、典型的には自然状態
において複屈折性を有している物質によつて形成
される。

複屈折結晶においては、１つの点における永久
複屈折性を、多少卵形に似た３次元楕円体である
屈折率楕円体によつて表現することは周知であ
る。この楕円体の主軸ｘ，ｙおよびｚは、主屈折
率に比例している。透明な等方的物質に応力を加
えると、一時的に永久複屈折結晶と同じ光学的性
質を有するようなることが知られている。この応
力は、屈折率楕円体の３つの種々のそれぞれに沿
つた主成分に対応させることができる。さらに、
これらの応力成分は、周知の表式によつて、３つ
の軸のそれぞれに沿つた非応力屈曲率と応力屈曲
率とに数学的に関連づけることが可能である。

したがつて、第８図中の応力は第７図中の応力
と異なつた方向となつているが、それにもかかわ
らず、進行波によつて生ずるこれらの応力は、フ
アイバ上のすべての点における屈折率に、時間的
変動を伴つた変化を引き起こす。進行波が存在し
ないときにフアイバが複屈折性を示す場合には、
この付加的な応力によつて複屈折性を変化せし
め、それによつて偏光モードの軸をシフトさせる
ことになる。第８図に示した、弾性的応力が加わ
つたフアイバは、境界４０，４２，４４および４
６によつて表わされる結合位置に類似する“結合
位置”を無限の数だけ持つているというように考
えることができる。ここで用いる“結合位置”と
いう用語は、偏光モードがシフトし、それによつ
て１つの方向に変更した入射光が当該攪乱点にお
いて２つの成分へと分裂するようなフアイバ中の
攪乱点を指す。各成分は、これらの偏光モードに
対する２つのシフトした軸に沿つて整列してい
る。第８図中の弾性的応力が加わつたフアイバも
また、弾性波と同じ速さでフアイバ中を進行する
圧迫応力の移動点を有しているものと見ることが
できる。

フアイバ中の弾性応力波の伝播速度と周波数と
が既知であるならば、応力波の波長すなわちピー
ク９２と９４との間隔を求めることができる。ま
た、弾性波の波長が入力光の所定の波長における
フアイバのビート長に合致するように弾性波の周
波数を調整した場合には、１つの偏光モードから
他の偏光モードへの累積的な結合が、第１図ない
し第３図を参照して上述したような態様で発生す
ることになる。しかしながら、１つの偏光モード
で入射する光がこれに直交する偏光モードへと結
合するだけでなく、出力光たとえばモード２の光
もまた、入力光たとえばモード１の入力光に比べ
てその周波数がシフトしたものとなる。この周波
数のシフトは、フアイバ中を進行する弾性波の周
波数に等しくなつており、これは、ヘテロダイニ
ング効果および光学的ドツプラ効果によつて引き
起こされるものである。それぞれの結合点すなわ
ち結合場所はミキサないし２乗変調器として表現
することができ、そこでは入力光と弾性波とが掛
け合わされ、その和と差の周波数がモード２で出
力される。良い具体例には、弾性波によつてそれ
ぞれの結合場所における時間的に変動する関数に
応じて変化するようになるわけであるが、この関
数をここでは結合関数と呼ぶことにする。モード
１となつている光信号には、この時間変動する結
合関数が掛け合わされ、その結果としての積の数
字的表現が、モード１の光かの周波数のずれを有
するモード２の光信号となる。異なつた周波数を
有する２つの正弦波の積の数字的表現は、先行技
術において周知のように、和と差の周波数のそれ
ぞれに依存する項を含んでいる。このため、モー
ド２となつている光は、入力光と変調（たとえば
弾性）信号との和と差に等しい周波数を持つた側
波帯を含むことになる。これらの２つの側波帯の
いずれかが、弾性波と光波との相対的な方向に依
存して出現する。

上述したように、第７図のそれぞれの結合点４
０，４２，４４，および４６に対する駆動関数の
間には位相に関する関係が存在するため、フアイ
バを伝播する外見上の位相速度を有する外見上の
応力波が出現することになる。数学的には、この
応力数に入力光を掛け合わせることによつて生じ
たこの周波数シフトは、結合点における駆動信号
の位相関係によつて生ずる外見上の位相速度に等
しい現実の速度でフアイバを伝播する現実の応力
波によつて引き起こされるドツプラ周波数シフト
と同じものである。

第８図では、現実の応力波が存在することによ
つて無限に多くのサンプリングポイントすなわち
結合点がフアイバ２４によつて形成されるため
に、波のだだ１つの周波数のみが、この波によつ
て形成される結合ないしサンプリング関数に適合
することになる。これは、出力光の周波数が１つ
の方向のみにシフトされること、すなわち、単一
の側波帯のみが発生することを意味する。さら
に、結合点すなわち結合位置が無数に存在するよ
うな結合関数に適合することができるのは１つの
周波数のみを有する１つの正弦関数のみであるた
め、弾性周波数の調波における側波帯は存在しな
いことになる。サンプリングポイントすなわち結
合点の数が少ない場合には、多くの弾性波周波数
が同時にこの結合関数に適合することになろう。
これは、所望の周波数シフトの調波における不要
な側波帯が多く発生してしまうことを意味する。

上述した考え方は、第９ａ図〜第９ｄ図を参照
すると、より完全に理解できるであろう。この第
９ａ図〜第９ｄ図は、異なつた結合関数とその結
果として生ずる出力光のスペクトルとを示す図で
ある。第９ａ図は、光がそれに沿つて伝播するフ
アイバの長さ方向つまり縦方向の軸であるＺ軸に
沿つて多くのサンプリングポイントすなわち結合
点を有するような結合関数を示している。それぞ
れの垂直線は、正弦波の振幅すなわち高さに比例
した量の光エネルギが１つのモードから他のモー
ドへと結合するような、フアイバ上の結合点を示
している。第９ａ図は、特定の時刻における結合
関数の振幅を示す。若干後の時刻においては、応
力波は破線で示すようにＺ軸に沿つて進行してお
り、結合点のすべてにおける結合関数の振幅が変
化している。このため、それぞれの結合エレメン
トすなわち第９ａ図のそれぞれの垂直線は正弦波
的に振動することとになり、フアイバに沿つた特
定の点において時間的に変動する結合関数を表現
することになるが、この関数を時刻に対してプロ
ツトするならば正弦波になる。垂直線にそれぞれ
は、いずれかの側に隣接する垂直線に対して若干
位相がずれた、正弦波的に変動する単一の結合関
数を示す。すなわち、それぞれの垂直線が、応力
の正弦波から測つて、隣接する垂直線のそれぞれ
と５度だけずれている場合には、それぞれの垂直
線で表わされた正弦結合関数は、それに隣接する
正弦結合関数に対して５度だけ進み、または遅れ
ていることになる。

結合点が多数存在するために、任意の時刻にお
ける垂直線のそれぞれの端部によつて規定される
点に適合するのは、単一の波長の応力波のみであ
ることが、第９ａ図によつてわかる。さらに、こ
れらの線の振幅は正弦波的に振動し、また、それ
ぞれの結合点は所定の関係によつて、隣接する結
合点と位相が若干異なつたものとなつているた
め、この応力波は動いているように見える。すな
わち、第９ａ図は、フアイバ中を伝播する現実の
応力波を有するような状況と、応力波が外見上フ
アイバ中を伝播する状況とのいずれをも表現して
いることになる。現実の応力波がフアイバ中を伝
播しているという状況下では、この垂直線の長さ
は、それぞれの線において１つのモードから他の
モードへと結合した光の量を示す。また、応力波
がフアイバ中を外見的に伝播しているという状況
下では、垂直線のそれぞれは、それぞれの垂直線
の場所においてフアイバに加えられている正弦波
的に変動する応力の量を示す。それぞれの場所に
おける応力を表わす正弦波によつて、その中を通
つて進行する光の周波数をシフトさせるような外
見上の運動応力波が生ずるが、このシフトは、そ
の周波数でフアイバ中を進行する現実の応力波に
よつて引き起こされるようなシフトと同じもので
ある。

第９ｂ図は、第９ａ図に示した結合関数に対す
る出力スペクトルを示す。第９ａ図のすべての点
に「適合」するような周波数を有する正弦波は１
種類のみであるため、モード２となつている出力
光強度スペクトルは、モード１の入力光のキヤリ
ア周波数と、すべての点に適合する弾性波すなわ
ち応力波の周波数とを加え合わせたものに等しく
なつているような側波帯周波数の場所に１つのピ
ークを有するのみである。

第９ｃ図は、結合点すなわちサンプリングポイ
ントの数が少ない場合の結合関数を示す図であ
る。ここでは、結合位置が、垂直線１００および
１０２によつて示されている。第９ａ図における
のと同様に、これらの線は、フアイバに沿つた結
合を示しており、この結合は、１つのモードから
の他のモードへと伝達される正弦波的に変化する
パワー量を意味する。結合位置は、正弦波的に変
化する応力点であつて、これらは、これらの応力
点が形成している弾性波上においてこれらの間に
間隔を表わす角度に等しいだけの位相点を互いに
有している。

これらの点１００および１０２は、第９ａ図の
結合関数の結合点よりも大きな間隔を有してい
る。このため、これらの点１００および１０２で
表わされる結合関数は、異なつた周波数と波長と
を有する多くの正弦波によつて満足される。すな
わち、基本正弦波とその調波成分との双方がこれ
らの点に適合するのである。したがつて、周波数
ω_nがこれらの２つの点１００，１０２を場合に
はそれらの多数の調波もまた適合することにな
る。第９ｃ図に示したような結合関数を有するデ
バイスの、出力モード２の光の強度は、第９ｄ図
に示すように、この結合関数上の点を満足するよ
うな調波のすべての位置にピークを有する分布と
なる。

このため、１つの側波帯のみを有する「クリー
ン」な側波帯を必要とするときには、数多くの結
合点を設けることが望ましい。すなわち、第９ｃ
図結合点１０４のような結合点を多数追加するこ
とによつて、第９ｃ図中の外側の側波帯を減少な
いしは除去することができる。たとえば、調波１
０６は、３つの結合点１００，１０２および１０
４のすべてを有する結合関数に適合することはな
いが、基本周波数である変調信号１０８は、これ
ら３つの結合点に適合する。このため、調波１０
６は、結合点によつてモード１からモード２へと
結合される光の量を任意の時刻において制御する
ことができる波形のうちの１つではなくなつてし
まう。これによつて、モード２の出力光から、第
９ｄ図にピーク１１０で示すような調波を取り除
くことができる。

第７図に戻ると、この図には駆動回路８２がよ
り詳細に示されている。この駆動回路は、位相関
数を保つてブロツクないしはうね８４および８６
を駆動することができ、それによつて所望の周波
数と位相速度とを有する移動応力波を模擬できる
ような、既存の機械的または電気的回路のいずれ
によつて構成してもよい。このため、この駆動回
路８２および駆動リンク８８および９０は、上述
したように、既存の機械的カムシヤフトであつて
もよい。また、この代わりに、リンク８８および
９０に結合されかつ適当な位相を有する出力を生
ずるような既存の電子信号発生を用いて駆動回路
８２を構成し、また駆動リンク８８および９０を
適当な許容バンド幅と所望の変調周波数とを有す
る任意の既存の電気機械的交換器で構成してもよ
い。ここで開示する実施例では、うね８４，８６
は、ビート長の半分の奇数倍だけの長さを有して
おり、それぞれが正弦波的に振動する。駆動信号
の間には90度の位相差があると想定されているた
め、これらのうねの間の間隔は、ビート長の1/4
の奇数倍となつている。一般的には、うねの間の
距離は、駆動信号の間の位相差（ラジアン）に、
ビート長を2πで除したものを掛け合わせたもの
と等しくする必要があり、これによつて単一かつ
単方向の外見上の弾性波が放出されることが保証
される。

第１０図を参照すると、この図には光学的な進
行弾性波を利用したフアイバ光学周波数変換器の
一実施例が示されている。この実施例では、光源
１１２が、それぞれが異なつた屈曲率を有する少
なくとも２つの伝播モードを持つた光フアイバ１
１４の中へと、光を送出している。この光フアイ
バ１１４としては、これらの２つのモードが偏光
モードであるような、単一モード高複屈折フアイ
バが好ましい。この好ましい実施例においては、
機械的応力がこれらのモード間の結合を引き起こ
すように、フアイバを選択している。単一モード
フアイバを用いた場合には、既存の態様で設計し
た偏光器を通すことによつて、光はこれらの偏光
モードのうちの１つのモードで送出される。この
偏光器は、１種類の偏光のみをフアイバ中へと通
過させ、カプラ１１８に入るときには、フアイバ
１１４中の光はすべて１つの偏光モードとなる。

進行弾性波を伝播させる他の光フアイバ１２０
もまた、上記カプラ１１８へと与えられている。
このカプラ１１８は、フアイバ１２０中を進行す
る弾性波をフアイバ１１４へと伝達することがで
きる程度に、これらのフアイバ１１４および１２
０を近接させて維持させることができるようなも
のであれば、任意の構造でよい。またこのカプラ
１１８は、イポキシ接合ないしはクランプ型の装
置のようなものを用いることによつて、この２つ
のフアイバ１１４および１２０をともに保持させ
るような領域であつてもよい。たとえば、石英や
プラスチツク、金属などの物質からなる２つのブ
ロツク上に、フアイバ１１４および１２０の外径
に適合するように切り取つて設けた２つの溝であ
つてもよい。この溝の深さは、接合材やねじ筋が
切られた装置などによつて溝の半分ずつが結合さ
れたときに、対応する溝中に存在するフアイバ１
１４および１２０が互いにクランプされるような
深さとしておくことができる。その目的とすると
ころは、フアイバ１２０の中の弾性波を、フアイ
バ１１４へと伝達させることである。フアイバを
これらの溝の中で接合させるが、フアイバを鋭く
曲げてしまうと放射損失が生ずることにもなり兼
ねないため、フアイバが押されて鋭く曲げられて
しまわないように、これらの溝の経路ないしは道
筋を、緩やかにカーブさせておくことが必要であ
ろう。

弾性変換器１１２は、フアイバ１１２に機械的
に結合されており、信号発生器１２６に結合され
た１対の電線１２４によつて、電気的に駆動され
る。この信号発生器１２６は、周波数ω_nを有す
る変調信号を供給する。この周波数ω_nは、フア
イバ１２０中を伝播する弾性波の周波数と位相速
度とが結合することによつてフアイバ１１４の中
にフアイバ１１４のビート長だけ隔てられた応力
の「ピーク」と「谷」とが生ずるような周波数範
囲に入つていなければならない。すなわち、弾性
波によつて生ずる応力のピークのそれぞれは、フ
アイバ１１４のビート長にほぼ等しい距離だけ、
フアイバ１１４中で当該ピークの両隣りに隣接す
る応力ピークと隔てられていなければならない。

回偏光器１１６によつて通過させられるモードに
直交するような偏光モードのみを通すように調整
した既存の出力偏光器１２８を用いて、モード２
となつている出力光以外のすべての出力光をブロ
ツクする。モード２となつているこの出力光の周
波数は、光源１１２のキヤリア周波数に対して、
フアイバ１２０中の変調弾性波の周波数ω_nだけ、
シフトされることになる。既存の態様で設計した
検出器１３０を用いて、モード２となつている光
を、この光の周波数と同じ周波数を有する電気信
号へと変換することができる。

次に第１１図を参照する。この図には、フアイ
バ中に進行弾性波を励起することによつてフアイ
バ光学導波路中を進行する光の周波数をシフトさ
せるような、他の実施例が示されている。第１１
図において、フアイバ光学導波路１３２は、弾性
波伝送能力を有する弾性媒体材料１３４の円筒型
ブロツクの中に埋め込まれ、ないしは収容されて
いる。弾性波は、媒体１３４の中を、フアイバ光
学導波路を形成する材料中とは異なつた速さで進
行するため、この材料１３４の物理的なサイズ
は、フアイバよりも実質的に大きいことが望まし
い。また、フアイバ中の弾性波の速度は無視でき
るほどであることが望ましく、これは弾性媒体の
質量をその中に埋め込んだフアイバの質量よりも
はるかに大きくすることによつて達成することが
できる。この弾性媒体の材料は、その中を音波が
伝播できるようなものであれば、どのようなもの
であつてもよい。これは、窒化リチウムやPZT
材料もこの材料の候補であることを意味する。フ
アイバ１３２は、弾性媒体内を通してリソグラフ
的にあけられた穴の中に、適当な粘着性材料を用
いて接着させられており、この粘着性材料は、媒
体１３４中の弾性応力のすべてをフアイバ１３２
へと伝達させることができるような材料である。
フアイバとしては、複屈折単一モードフアイバが
好ましいが、２以上のモードを有し、かつ応力下
においてはその光学的性質が１つのモードと他の
モードとを結合させるように変化するようなフア
イバであれば、どのようなフアイバであつてもこ
の発明の目的に沿うものとして使用できる。

弾性変換器１３６は、上記弾性媒体の端部に結
合されている。この弾性変換器は、ねじれ弾性波
が媒体１３４の中を生じかつこの媒体１３４の中
でフアイバ１３２の方向に平行な方向へと伝播し
ていくことができるような位置および態様で設け
られている。弾性媒体中を伝播する弾性波には、
３つのモードがある。そのうちの１つは、媒体が
動径方向に、つまり円筒型の断面を有する媒質の
半径方向に伸長・収縮する動径モードである。第
２のモードは、弾性波がフアイバの方向と同じ長
さ方向に媒体中を伝播する縦モードである。この
モードでは、媒体を形成する材料が、第１１図の
フアイバの長さ方向の軸に平行な直線に沿つて伸
長・収縮を行なう。第３のモードはねじれモード
であつて、このねじれモードは第１１図のフアイ
バ１３２の長さ方向の軸に対して同心となつてい
る円の周囲に沿つた、媒体を形成する材料のねじ
れ振動によつて形成される。この運動を、第１１
図中に矢印１３９および１４１で示す。

フアイバ１３２の中のモード間に任意の結合を
生じさせることができるのは、弾性波の上記ねじ
れモードのみである。このため、変換器１３６と
しては、伝播のねじれモードを励起できるような
ものを選択する。このような変換器の構成は、従
来技術として周知である。

この変換器のサイズは、フアイバの長さ方向に
沿つて伝播するねじれ波のピーク応力凹領域がビ
ート長だけ隔たるような共鳴周波数を有するよう
に定める。またこの変換器は、フアイバ１３２が
媒体１３４に入る点のまわりを中心にして、ない
しは媒体１３４の端面１３８上の多少異なつた場
所に位置決めすることができる。好ましくは、フ
アイバ１３２が円筒状の媒体１３４の中心を通る
ようにする。

変換器１３６は、１対の電線１４０上の電気的
駆動信号を機械的振動に変換して、媒体１３４へ
と与える。このようなデバイスとしては、圧電結
晶が良いことが知られている。電線１４０には、
周波数ω_nの変調信号を発生する信号発生器１４
２の出力が与えられている。ここでもまた第１０
図に示した実施例の場合と同様に、このω_nおよ
び弾性波１３３の伝播速度は、弾性波によつて生
ずる応力のピーク間距離がビート長にほぼ等しく
なるような値である。この第１０図および第１１
図にそれぞれ示した実施例では、第１１図中ピー
ク１３７として示したような応力ピークが、第７
図のうね８４および第２図のうね１６の最初のエ
ツジに対応するものとなつている。同様に、ピー
ク１３７のような応力ピークは、フアイバ１３２
へと伝送されたときに、フアイバ２４中の応力領
域と非応力領域との間の境界４０および４４に対
応するものとなつている。

第１２図を参照すると、この図には移動表面波
を用いたフアイバ光学周波数シフタの他の実施例
が示されている。この実施例においては、フアイ
バ１４４は、下側の材料ブロツク１４８を光学的
に磨いて形成した平坦な表面１４６の上に設けら
れている。光学的に平坦な、磨かれた表面１５２
を有する上側ブロツク１５０には、既存の表面弾
性波変換器１５４が取付けられている。この変換
器は、周波数ω_nの変調信号を供給する変調信号
発生器（図示せず）に接続されている。この変換
器１５４は弾性波を発生し、その弾性波は表面１
５２を伝播して、上側ブロツク１５０の端部上に
設けられた粘土質のような吸収材料１５３によつ
て吸収される。この吸収材料は、反射波によつて
進行波が定在波に変わつてしまうこと防止する目
的で設けられている。この表面弾性波は、第１２
図において表面１５２にさざ波を生じさせるもの
として描かれている。このさざ波は、フアイバ１
４４のビート長にほぼ等しいピーク間波長を有し
ている。表面１４６は平坦であり、また表面１５
２は進行弾性波によつてうねつているため、フア
イバ１４４は周期的な応力波によつて、これらの
２つの表面の間で周期的に圧迫される。この応力
波は、周波数ω_nおよび表面波の伝播速度によつ
て決定される周期性を有しつつ、フアイバを伝播
する。この移動周期的応力波が存在するために、
第１図ないし第３図を参照して既に説明した態様
での、偏光モード間のパワー伝送が生ずる。

フアイバに沿つて現実または外見上の動きが生
ずると、ドツプラ効果ないしはヘテロダイニング
効果が発生する。この移動応力を第１３図に示
す。フアイバ１５６は２つの伝播モードを有して
おり、そのそれぞれが異なつた屈折率を持つてい
る。また、のフアイバはビート長Ｌを有する。フ
アイバ中の領域１５７〜１５９は、１つのモード
から他のモードへのパワーの結合を生じさせるよ
うな、フアイバにおける光学的性質の比較的急激
な変化が生じている場所を示している。結合領域
１５７〜１５９のそれぞれにおいては、モード１
のパワーの一部分がモード２へと結合する。結合
位置１５７〜１５９における応力は、第１０図〜
第１２図の現実の弾性波の場合のように、フアイ
バに沿つて動いてもよく、また、第７図のうね８
４および８６が同位相で互いに駆動されて見かけ
上すなわち外見上の弾性波を生ずるときのよう
に、外見上動いていてもよい。結合位置１５７〜
１５９の幅は、ビート長よりも短いものでなけれ
ばならず、また、次の式で表わされるように、光
学的性質のシフトが適当の急峻性を有していなけ
ればならない。

ｌ＝＜Ｌ／4N (10) ここで、ｌは結合領域１５７〜１５９のそれぞ
れにおける幅であり、Ｌはビート長であり、そし
てＮは結合位置の数である。第７図および第３図
では、このｌはうね１６，８４および８６エツジ
下に存在する遷移境界領域４０，４２，４４およ
び４６の幅を示す。このような結合位置におい
て、モード１のパワーの一部分がパワー２へと結
合するということを、それぞれの結合領域１５７
〜１５９のそれぞれにおいて、モード１からモー
ド２へと進む破線で示してある。

フアイバ光学周波数シフタの他の実施例を第１
４図に示す。複屈折単一モードフアイバないしは
単結晶フアイバ１６０は、金属電極１６１によつ
て取り囲まれており、その金属電極１６１それ自
身は、収縮性圧電ジヤケツト材料１６２によつて
取り囲まれている。金属電極１６１は、既存のス
パツタリング技術用いて、フアイバ上に形成させ
ることができる。このフアイバと金属電極とは、
PZTや硬化PVF₂のような圧電材料の円筒の半分
ずつに、その長さ方向の中心線に沿つた溝を切削
によつて形成し、粘着性物質を用いるなどの適当
な方法によつてこの溝の中にフアイバを取付ける
ことによつて設けることができる。そして、円筒
のこの半分ずつは、それらの間にフアイバ光学導
波路１６０を入れた状態で、組み合わされてい
る。この代わりに、フアイバと金属電極とを、
PVF₂の融液を通じて引き出してもよい。そし
て、金属電極１６３〜１６６を既存の方法のいず
れかによつて、圧電ジヤケツト１６２の上に形成
ないしは取付ける。電極１６３〜１６６は、好ま
しくは、熱フイラメントまたは電子照射蒸発装置
中における真空蒸着のような、既存の集積回路製
造技術を用いて、圧電ジヤケツト１６２の上に形
成する。このようなプロセスは、先行技術におい
て周知である。電極を形成するにあたつては、フ
オトレジストおよびエツチング技術を用いること
ができる。

周知のように、圧電材料に電界を加えると、応
力の発生、すなわちそれらの寸法を変えようと
し、または現実に変えることによる力の発生が起
こる。この圧電材料の変形は電界に正比例してお
り、電界の符号が反転すると、変形の方向も反転
する。圧電材料として基本的なものは水晶、
PZTおよびロツシエル塩であるが、チタン酸バ
リウムや、PVF₂のような或る種のプラスチツク
が多用されつつある。

電極１６３〜１６６は圧電ジヤケツト１６２の
表面に直接設けることもでき、また、石英部材の
外側に近接するように設けることもできる。これ
らの電極は、偏光モードの軸の方向をかなり変化
させる程度の十分な応力をフアイバ１６０に与え
るような十分な電界を圧電ジヤケツト１６２に生
じさせるほどに、主方向に広い範囲に形成させる
必要がある。電極１６３〜１６６を、縦方向に
Ｌ／２（すなわち、ビート長の1/2）またはその奇
数倍の間隔を持たせて配置することによつて、モ
ード間に十分なパワーの伝送を生ぜしめることを
保証してやる必要がある。可能な限りの多くの結
合点が１つのビート長に適合するようにそれらを
配置することが好ましい。たとえば、第１４図で
はＬ／４だけ隔てられた配置されており、それぞ
れのビート長内に、結合機能を果たす３つの結合
点が存在している。また、このアセンブリの全体
を真空容器内に入れて、圧電「回路」のＱを改善
し、経年ドリフトを軽減させることもできる。よ
り大きなパワーを取扱える容量が必要とされる際
には、この圧電材料を、窒素やヘリウムなどの不
活性ガス中で取り囲んでおくこともできる。

変調信号発生器１６８は、位相が調整された２
つの出力を有しており、用途に応じて予め定めら
れた位相差だけずらされた駆動信号を与える。電
極の対１６３／１６４と対１６５／１６６との間
にＬ／４の間隔がある場合には、ライン１６９に
与えられる第１の出力と、第２の出力ライン１７
１上の信号との間の位相差は、好ましくは90度す
なわちπ／２ラジアンである。電極の間隔として
は他の間隔を採用することもできるが、その場合
には、駆動信号間の位相差を、好ましくは間隔に
2πを掛け合わせたものをビート長で除した値と
なるように調整する。そうすれば、弾性波の波長
がフアイバのビート長に等しくなる。出力ライン
１６９は、電極の対１６３／１６４に結合されて
いる。一方、出力ライン１７１は、電極の対１６
５／１６６に結合されている。接地ライン１７３
は、中間電極１６１に接続されている。

圧電ジヤケツトの双極子は、動径方向に配向し
ている。PVF₂ジヤケツト１６２の場合には、電
極１６３〜１６６の中心電極１６１との間に高電
圧を印加するといつた既知の技術を用いることに
よつて、凝固後に双極子の方向を揃えることがで
きる。第１４図の実施例においては、電極１６３
と１６４との間に電界を印加することによつて電
極間に存在する圧電材料が変形し、それによつて
フアイバ１６０を動径方向に圧迫するように、圧
電ジヤケツト１６２を切削または配向させてい
る。この変形は、電極１６３および１６４のそれ
ぞれの外側端部の間の領域において、フアイバ１
６０を圧迫するようなものである。これはまた、
電極１６５および１６６においても同様である。
その結果、第３図のうね１６によつて生じる領域
と同様のフアイバ中に応力領域と非応力領域とが
生ずる。電極の対１６３／１６４と１６５／１６
６とがビート長の半分の奇数倍の長さを有し、か
つビート長の半分だけ隔てられている場合には、
これらの電極の対が、正弦および余弦関数すなわ
ち互いに90度だけ位相がずれた状態でそれぞれ駆
動されたときに、進行弾性波が励起されることに
なる。これは、フアイバ１６０中の応力領域が、
変調信号発生器１６８からの駆動正弦波の周波数
ω_nによつて規定された位相速度で、現実にまた
は外見上左から右へと動いていくことを意味す
る。すなわち、フアイバ１６０の領域１７０にお
ける応力の大きさは周波数ω_nによつて正弦波的
に変動し、他方フアイバ１６０の領域１７２にお
ける応力もやはり周波数ω_nで正弦波的に変動す
ることになる。しかしながら、応力を生じさせる
この２つの駆動正弦波は互いに90度だけ位相がず
れており、これによつてフアイバ中の応力は左か
ら右へと動いていくように見えるのである。

この動きを第１５図に示す。このうち、第１５
ａ図は、峰を有するブロツクのうね、ないしは圧
電材料のジヤケツトまたは圧電ブロツクのよう
な、応力部材によつて応力が加えられたフアイバ
の部分１８６，１８８を描いた図である。左側の
応力部分すなわち領域はsinω_nで駆動され、一方
右側の応力部分はcosω_nで駆動される。第１５ｂ
図は、正弦波が最大値をとり、余弦波がゼロであ
るt₁において、フアイバのこの２つの応力部分に
働く応力を示す。応力部分のエツジにおける垂直
破線は、第７図の領域４０，４２，４４および４
６に対応する境界領域である。第１５ａ図のベク
トル１７５および１７７は、フアイバの応力領域
および非応力領域の間の境界領域で生ずる結合を
表わしている。ベクトル１７３の長さは、フアイ
バ中のモード間において結合したパワーの量を示
しており、またベクトルの方向は、複屈折軸のシ
フト方向、すなわち直交する偏光モードの配向の
変化の方向を示している。ベクトル１７５は、第
３図において複屈折軸がＸおよびＹからX′およ
びY′へとシフトする境界４０に示した分解によ
つて、モード１からモード２へと結合するパワー
部分を表わす。ベクトル１７７は、第３ａ図中の
境界４２と同様の境界すなわち結合領域において
モード１からモード２へと結合する同しパワー部
分を表わし、これは第３ｄ図のベクトル５０が
X′およびY′軸からＸおよびＹ軸へと戻つて分解
されることによつて生ずるものである。ここで第
３図を参照してみると、境界４２が境界４０から
ビート長の半分だけ隔てられているために、結合
場所４０および４２において、モード１からモー
ド２へのパワーの結合すなわちＸ偏光からＹ偏光
への変化を生ぜしめることを想起されたい。境界
４０，４２の双方におけるこのような結合は、境
界４０および４２の間のビート長の半分の距離を
進行する間に２つのモードの光が180度の位相差
を有することになり、また境界４０および４２に
おける偏光モード軸の配向が互いに反対方向にシ
フトしていることによつて引き起こされる。

第１５ｂ図の、１７４および１７６は、時刻t₁
においては余弦関数がゼロの値をとるために、こ
れらの場所における結合は存在せず、したがつて
フアイバには応力が加わつていないことを表わし
ている。

第１５ｃ図は、時刻t₂、すなわち正弦関数であ
る駆動関数がゼロであり、かつ余弦関数である駆
動関数が最大値をとるような時刻における状況を
表わしている。点１７８および１８０は、これら
の点においては、フアイバ上における結合が存在
しないことを示す。同様に、ベクトル１８２およ
び１８４は、余弦関数によつてフアイバに応力が
加わる結果として、これらの場所で生ずる結合を
示す。第１５ｂ図および第１５ｃ図によつて、結
合領域が外見上左から右へと動いていることがわ
かる。

第１５ｄ図は、正弦関数が最小値（すなわち負
の最大値）となつており、かつ余弦関数がゼロと
なつている時刻t₃における状況を示す。

第１５ａ図から、応力領域１８６および１８８
は正弦波的に振動する応力レベルを有し、またこ
れらの正弦波は互いに90度だけ位相がずれている
ことがわかる。さらに境界領域１９０および１９
２は、位相差にて90度だけ隔てられており、この
位相差は境界１９０と１９０との間を進行してい
る間にモード１で進行する光とモード２で進行す
る光との間に生ずるものである。このため、弾性
波が左から右へと動いており、右から左へ動く波
は存在しないように見える。したがつて、駆動信
号と応力領域相互の間隔との位相関係を適合させ
ることによつて、外見上動いている応力によつて
生ずる側波帯がキヤンセルされ、このデバイスが
単側波帯周波数シフタとなる。

第１６図を参照すると、この図にはくし形電極
（インターデイジタル電極）と圧電材料とを用い
たフアイバ光学周波数シフタの切欠き平面図が表
わされており、圧電材料はくし形電極を露出させ
て示すために取り除いて描いてある。また第１７
図は、第１６図の切断線１７−１７から観察した
このフアイバ光学周波数シフタの全体の断面図を
示す。

第１６図においてくし形電極１９４および１９
６は、互いに隔てられたフインガ（指状突起）１
９７〜２００および２０１〜２０４をそれぞれ有
している。この指状突起１９７〜２００のそれぞ
れは、フアイバ光学導波路２０５のビート長Ｌの
半分の奇数倍に等しい幅を有している。好ましく
はこの導波路２０５は単一モード高複屈折フアイ
バであるが、多重モードや単結晶異方性フアイバ
であつてもよい。

例として、対１９７／２０１，１９８／２０
２，１９９／２０３および２００／２０４のよう
な指状突起の対をそれぞれ構成する２つの指状突
起が、図示のようにビート長の1/4だけの間隔を
有して配置されているものと考える。但し、以下
に述べるように他の間隔であつても差し支えな
い。対の数は、所望のバンド幅と所望のパワー伝
達最大量とに応じて決定する。バンド幅は、対の
数が多くなるに従つて狭くなるとともに、波長が
短くなるに従つて広くなるという性質を有する。
指状突起の対のうち互いに隣接する対の間の間隔
は、たとえば、ビート長の3/4とすることができ
る。

第１７図を参照すると、駆動信号指状電極１９
７〜２０４は、圧電材料２０６の下側２０７に接
して、またこれの近くに取付けられている。接地
電極２０８は、圧電材料２０６の反対側２０９に
接して、またはこれの近くに取付けられている。
指状電極１９７〜２００は、第１６図の変調信号
発生器２１０に接続しておくことができるが、こ
の変調信号発生器２１０は、第１７図中、電線２
１２によつて抽象的に示してある。この電線２１
２は、第１７図において、圧電結晶２０６の中を
貫通しているように示してあるが、これはあくま
で図示の便宜上であつて、現実の状態を示したも
のではない。またこのような事情は電線３１３に
おいても存在しており、この電線３１３は指状電
極１９７〜２００上に与えられる信号に対して90
度だけ位相がずれた信号となつている変調信号発
生器２１０の他の出力と、指状電極２０１〜２０
４との接続を表わしている。また、電極２０８
は、信号発生器２１０の接地端子に接続しておく
ためのものである。

フアイバ２０５は、指状電極１９７〜２０４
と、支持ブロツク２１８の光学的に平坦な表面２
１６との間に配置されている。この指状電極１９
７〜２０４は、第２図のうね１６と同様の寸法と
剛度を有している必要がある。指状電極１９７〜
２０４によつてフアイバが破壊されているという
危険性を低減するためには、軟質の金属を用いる
ことが望ましい。

第１６図および第１７図に示したデバイスの動
作は、指状電極１９７〜２０４と接地電極２０８
との間に電界を印加したときに生ずる圧電材料２
０６の形状変化によつて生ずる。電極１９４は正
弦関数的に駆動され、また電極１９６は余弦関数
的に駆動される。バンド幅を狭くし、また側波帯
を減少させるためには可能な限り多くのサンプリ
ングポイントを１つのビート長の中に設けること
が望ましいことと、電極はビート長の半分の奇数
倍だけの幅を有していることとの理由によつて、
それぞれの対における第２の指状電極を、当該対
の他方の電極に向かつて移動させている。これに
よつて１つのビート長の中に３個の結合点が存在
し、形成されるべき弾性波に３個の結合点が存在
することになる。第３の点は、第９ｃ図に関連し
て既述したように、この点が存在しなければ２つ
の他の点と適合してしまうような弾性波の多くの
高調波を除去することになる。

いくつかの用途においては、第１５ｂ図の境界
１９０および１９２のようにフアイバ２０５の中
で90度だけ物理的に離れた波上の応力境界を伴い
つつ左から右へと進行する弾性波をモデルとして
採用することが望ましいために、２つの駆動点
は、電極の対における電極間のＬ／４の間隔にお
いて、90度だけ位相がずれた状態で駆動される必
要がある。それぞれの対における電極間隔と、そ
れらに印加される駆動信号の相対的な位相とによ
つて、弾性波が表面２０７上で現実に生ずるかど
うかが決まるこになる。駆動信号間の相対的な位
相と周波数とが電極の物理的間隔に適合する場合
には、共鳴状態となつて、第１７図中に現実の弾
性波が励起され、この波が表面２０７上を１つの
方向のみに進行することになる。このような共鳴
は、次式の周波数において生ずる。

f_r＝V_a／λ_a (11) ここで、f_rは駆動信号の共鳴周波数であり、V_a
は媒体（たとえばPZT材料２０６）中における
弾性波の速度であり、そしてλ_aは弾性波の波長で
あつて、これは、(8)式のビート長１つに等しい。

駆動信号の周波数が物理的な間隔と表面波の伝
播速度によつて決定される共鳴周波数に一致して
いない場合には、電極１９７〜２０４によつて現
実の表面弾性波を励起させることはできないこと
になる。このような場合には、電極１９７〜２０
４がフアイバ２１８上で圧迫されて上下し、それ
によつて弾性波がフアイバ中を現実に進行してい
ると仮定した場合に生ずるであろうフアイバ中の
応力を消し去つてしまう。このため、実際上は、
当該サンプリングポイントに適合する周波数を有
する多くの異なつた周波数の弾性波を形成させる
ようなサンプリングポイントを設けることにな
る。このような考え方は、第９ａ図〜第９ｄ図を
参照して記述した考え方と同じものである。した
がつて、出力側波帯は、サンプリングポイントに
適合し、かつ異なつた周波数を有する弾性波の数
に依存する。これは、第１５ｂ図〜第１５ｄ図を
参照すると視覚的にとらえるととができる。

ところで上述したように、駆動信号間にたとえ
ば90度の位相差を設け、電極の対の間にπ／４だ
けの間隔を設けるということは、決定的な事情で
はない。たとえば、電極の間の物理的間隔として
他の多くの間隔を採用した場合においても、応力
領域を生じさせる電極やうねが、発生されるべき
弾性波の同相の部分の物理的間隔に対応する量だ
け互いに位相がずれた関数によつて駆動される限
り、同様の動作を生ずるのである。駆動周波数が
（１１）式によつて決定される共鳴周波数に維持され
ているときには、上述した共鳴基準は、以下の２
つの場合のいずれによつても満足される。第１
に、間隔に任意量だけ変化させ、駆動信号の位相
をこの間隔に対応するように(9)式に従つて調整す
れば、共鳴は維持される。第２に、駆動信号の位
相が不変であつても、共鳴を維持したままで、ビ
ート長の増加量の全体にわたつて間隔を増加させ
ることができる。すなわち、駆動関数の位相差が
電極間隔に位相的に適合しており、かつ駆動関数
の周波数が共鳴周波数f_rとなつている限り、すべ
ての間隔において、弾性波を生じさせることがで
きる。このため、間隔としてＬ／３すなわち、弾
性波上の120度を選択した場合には、それぞれの
ビート長内に存在する電極またはうねの対に対す
る駆動関数は、互いに120度だけ位相をずらせて
おく必要がある。

電極またはうねの間隔を駆動関数の間に位相差
に適合させることによつて、側波帯のうちの１つ
を除去することができるという効果がある。すな
わち、電極間の間隔がそれらの駆動信号の位相差
に合致しないときには、後方向に進行する波と前
方向に進行する波とのそれぞれが、サンプリング
ポイントに適合してしまう。これらの波のうちの
１つのみが所望のものであつて、他方をキヤンセ
ルし、それによつてシフトされたキヤリア周波数
を有する光の１つの単側波帯のみがモード２から
出てくるようにする必要がある。もし上記他の弾
性波がキヤンセルされない場合には、上側波帯と
下側波帯との双方が発生してしまうことになる。
間隔との関係において駆動関数の位相を適当なも
のとすれば、このような波のうちの１つをキヤン
セルすることができる。

圧電材料２０６は、圧電結晶の極がその圧電結
晶の所望の動きの方向に平行となるように切り出
されている。第１６図および第１７図のデバイス
においては、圧電材料の伸長・収縮方向が正面２
１６に向かう方向およびこれから離れる方向とし
て考えられており、それによつて指状電極の対
は、駆動信号に応じてフアイバ２０５を圧迫して
上下させるようになつている。

各電極の対の最初のエツジと次の電極の対の最
初のエツジとの間の間隔2Lは、電極の対から成
る次の周期構造が、２つのモードの光が再び同相
となるようなビート長ごとのフアイバ上の点から
開始するように選択する。

圧電媒体２０６の伸長と収縮は、電界が存在す
る場所においてのみ発生する。このため、一般的
に歪みが生ずるのは電極の下においてのみであ
り、それは接地電極と電極１９７〜２０４との間
のみにおいて電界が存在することに起因してい
る。この歪みは、電界の大きさに比例する。した
がつて、それぞれの電極の下にフアイバセグメン
ト上に加わる力の大きさは、それぞれの電極に印
加される変調信号の大きさにより、正弦波的に変
化することになる。

圧電平板２０６は、その厚さＴが、Ｔの延びる
方向において圧電料中に弾性共鳴が生ずるような
値となるように、切り出される必要がある。それ
は、Ｔが近似的に変調周波数ω_nに対応するから
である。これによつて、周波数シフト効果の効率
が高まつてくる。一方フアイバの伝播方向におけ
る共鳴が生ずることは望ましいものではない。そ
れは、これによつてフアイバに沿つた滑りが電極
１９７〜２０４に生ずるからである。

第１８図は、周波数をシフトさせるように機能
する第１６図の電極構造の多くの変形例のうちの
他のものを示す。この実施例では、第２の電極２
２２と第３の電極２２４のすべては左側にシフト
されており、一方第１の電極２２０と第４の電極
２２６とは、そのそれぞれの最初のエツジ２２８
および２３０がそれぞれ第１の第４のビート長の
開始点に位置するように配置されている。そこ
で、電極２２０，２２２および２２４は、120°だ
け位相がずれた駆動を受け、電極２２４と２２６
とは、3L−（3/2・Ｌ＋2/3・Ｌ）＝0.83Lすなわち
300度だけの位相差で駆動される。この電極の再
配列のプロセスは変形することが可能であつて、
電極配列として可能な非常に多くの配列を利用す
ることができる。これらを駆動するために適切な
位相を持たせた変調信号を使用する限り、この発
明のすべては、同一の最終効果を奏する。しかし
ながら、いくつかの配列は、他のものよりも優れ
たものとなろう。モード間のパワー伝達が100％
であり、かつ高調波を持たない単一の側波帯のみ
を有する理想的なデバイスと、変調信号の周波数
に厳密に合致する周波数シフトとが存在する場合
には、ビート長あたりの結合点の数を最大化し、
複屈折軸における適切なシフトを生ぜしめる十分
な大きさの力を与えるような配列が最も良く機能
する。

第１６図および第１７図に示す構造によつて弾
性波を送出するような共鳴の場合を、第１９図に
示す。電極形状や配置は第１６図および第１７図
に示したようになつており、これを用いて、弾性
波変調信号の周波数を電極の間隔と弾性波の伝播
速度によつて決定される共鳴周波数に適合させる
ことによつて、圧電材料２０６中に表面弾性波を
励起する。第１の電極１９７は、好ましくはビー
ト長に等しい波長を有する表面弾性波を送出す
る。これは、表面波の伝播速度をビート長で除し
たものに等しい変調周波数によつて、電極１９７
を駆動することによつて達成される。

表面弾性波の方向性は、選択されなかつた方向
に進行する波が互いに打ち消し合うように、互い
に隣接する電極の駆動信号の間の位相を適切に設
定することによつて達成される。第１９図は、そ
の上に正弦波駆動電極２３２を設けた圧電平板２
３０を示しており、この電極２３２は、Ｌ／２だ
けの幅を有しているとともに、同じくＬ／２だけ
の幅を有している余弦駆動電極２３４からＬ／４
だけ離れた位置に設けられている。第１９図ｂ
は、正弦波駆動電極２３２によつてPZTブロツ
ク２３０の表面上に発生し、かつ時刻t₁に場所２
３５から出発して両方向へと伝播する表面弾性波
（SAW）を示す。また、第１９図ｃは、余弦駆動
電極２３４によつて発生し、かつ時刻t₁に場所２
３６から出発して両方向へと進行するSAWを示
す。

これらの図から、場所２３６の左側のすべての
点において、正弦波２３７のピークが、時間的に
も空間的にも余弦波２３９の谷と一致しているこ
とがわかる。また、場所２３６の左側において
は、正弦波２３７の谷が、余弦波２３９のピーク
と一致している。このため、場所２３６の左側で
は、SAWの打ち消し合いが起こる。しかしなが
ら、点２３６の右側においては、双方の波２３７
および２３９のピークが互いに一致するととも
に、その谷も互いに一致し、これらの波は強め合
うことになる。したがつて、PZT表面２０７上
の表面波のピークによつて、電極ないしはPZT
表面それ自身が、点２３６の右側の各点におい
て、フアイバに力を及ぼす。

次に第２０図を参照すると、この図には、第１
１図の実施例中に存在するねじれモード弾性波を
励起するための変換器が示されている。この変換
器は、厚さT_pを有する窒化リチウムのブロツク
２４０であり、この厚さT_pによつて、結晶の共
鳴周波数が決定される。また、変調周波数ω_nは、
ビート長によつて定まる。このため、T_pは、ω_n
において共鳴が生ずるように選択する。２つの金
属電極２４２および２４４は、変調駆動信号をこ
れらの電極の間に印加することができるように、
ブロツク２４０の表面上に配置されている。この
振動電界のパターンと圧電結晶２４０の切口と
は、矢印２４６，２４８，２５０および２５２に
よつて示すような、時間的に変動するねじれ応力
が誘起されるように選択する。これらのねじれ振
動は、ブロツク２４０を媒体１３４に向けて締め
付けることによつて、弾性媒体１３４の材料に結
合する。第２０図の変換器もまた、第１０図のフ
アイバ１２０に取付けられて、カプラ１１８へと
伝播するねじれ弾性波を発生し、そのねじれ弾性
波を光搬送フアイバ１１４へと変換する。

ここで説明した周波数シフタを用いたシステム
においては、典型的には、光をフアイバの１つの
モードのみに結合させるように、光源がフアイバ
に結合されている。複屈折フアイバにおいては、
１つの偏光を除いた他のすべての光をブロツクし
て除外し、その後、当該１つの偏光を偏光モード
のうちの１つへと結合させることによつて、上記
結合が行なわれている。このような技術は、当該
者に周知となつている。そして、結合されかつ周
波数シフトを受けた光は、第２のモードから外へ
と出る。ここでは、周波数がシフトした光を有す
るモード以外の任意のモードで、ここで述べた周
波数シフタを出るすべての光を濾波して遮ること
が望ましい。先行技術において既に知られている
ように、２つのモードを有するフアイバを用いた
場合には、これは、これらのモードのうちの１つ
のモードが曲がりを通り過ぎて伝播できないほど
にフアイバを十分に曲げるようなモードストリツ
パを用いて実現することができる。

ここで述べた周波数シフタとして、非複屈折フ
アイバを用いることもできる。これらの実施例で
は、フアイバが２つのモードを保持できるような
周波数のキヤリヤ光によつて動作される単一モー
ドフアイバを用いている。第２１図を参照する
と、２モード領域で動作させた場合における単一
モードフアイバの偶モードおよび奇モードの空間
分布がこの図に示されている。すなわち、もし入
射光の周波数がカツトオフ周波数よりも高いなら
ば、したがつて、入射光信号の波長がフアイバの
コアの直径の半分（半径）よりも小さいならば、
フアイバのコア内に少なくとも２つの可能な光波
の伝播モード、すなわち偶モードおよび奇モード
が存在する。このうち第２１図ａはコア部分の中
心に関して対称的な、ベル型強度分布曲線を有す
る偶モードを示す。また、第２１図ｂは、コア部
分の中心の両側で反対向きの偏光ピークを有し、
その中間ではゼロ強度を有する奇モードを示す。
第２１図ｃは、偶モードから出てくる光ビームの
形状を示し、一方第２１図ｄは、奇モードから出
てくるビームの形状を示す。また第２１図ｅは、
この２つのモードのビームを組合わせたときに生
ずるビームの形状を示す。

奇モードはコアの中心近くに集中されるエネル
ギを有するので、実質的に光学エネルギの全てが
コア内を進行する。それに対して、偶モードはク
ラツドの近くに分散されたエネルギの実質的によ
り大きな部分を有する。クラツドはコアよりも低
い屈折率を有するので、偶モードの位相速度は奇
モードの位相速度よりも高い。奇モードおよび偶
モード間の位相速度の差は、上述のような複屈折
フアイバと同様の方法で、ビツト長Ｌを生じさせ
る。この技術において周知のように、この実施例
の周波数シフタにおける各モードについての光信
号の入力および出力は、たとえば、フアイバのコ
アの偶モードおよび奇モードの各位置に関してレ
ンズの使用で光信号の焦点を合わせることによつ
て行なわれる。

第２２図を参照すると、そこには２モードフア
イバの偶モードと奇モード間の結合が、いかにし
て応力領域を生じさせるかを描いた図面が示され
ている。幅Ｌ／２を持つうね２５４は、フアイバ
を少し変形させ、かつ位置２５６でコアのフアイ
バ中心線を揃えながら、分配された応力をフアイ
バの領域２６６を越えて作用させる。位置２５６
に左側の地点では、フアイバの中心線に対し半径
方向に対称であり、したがつてフアイバの一部分
において偶モードと奇モード間で結合されたどの
ような光も、フアイバの反対側で反対極性に結合
された光によつて打ち消される。すなわち、領域
２５６と２６０上の偶モードと奇モード間で結合
せされた光は、領域２６２と２６４上の偶モード
と奇モード間で結合された光によつて、釣り合い
がとれかつ打ち消されるであろう。言い換えれ
ば、２つの関数がお互いに掛け合わされ、かつそ
の積がコア領域にわたつて集積されたとき、非応
力領域における総結合パワーは、半径方向に対称
であるためにゼロとなる。

応力領域２６６においては、その位置は第２２
図、第２３図に示されているように、位置２５６
での摂動の右側にある。第２３図は、偶モード非
応力パワー分布の応力領域における偶モードおよ
び奇モードの２成分への分解の機構を描いてい
る。非応力領域２６８での奇モードは、もしうね
２５４が光が遭遇した最初の応力領域としたなら
ば、光成分がない状態の図面として単に示される
にすぎない。境界２５６での転位は、応力領域に
おけるモードの中央点を左へシフトさせる効果を
持つ。応力領域奇モードは曲線２７２により示さ
れ、応力領域偶モードは曲線２７４により示され
る。

境界２５６において、エネルギと偏光は、マク
スウエルの方程式により保存されねばならない。
それゆえに、境界２５６の左側への非応力偶モー
ド２７６内に放されたパワーのすべてが、他方の
応力が加えられた側の境界（すなわち応力偶モー
ドおよび奇モード）上に再び現われねばならず、
それによつてすべてのパワーが放射ロスを生じる
ことなく同じ量だけ保存される。さらに、境界２
５６の両側の偏光ベクトルは同一でなければなら
ない。しかしながら、フアイバは応力領域２６６
において半径方向にもや対称でないため、非応力
偶モード２７６から奇モード２７２へのいくらか
のパワー伝達または結合が存在して、上述の状態
を満足しなければならない。こうして、応力領域
２６６においては、偶モード２７４と奇モード２
７２の両方の光学パワーが存在することになる。
２つのモード間の結合は、マクスウエルの方程式
に従い、電界ベクトルの重なりの関数として示さ
れる。境界２５６の両側の２つの偶モード２７６
と２７４は、完全には重なり合わないため、２つ
の偶モード間の不完全な結合が生じる。非結合エ
ネルギは、エネルギ保存の法則によりどこかに行
かねばならない。偶関数２７６と、応力領域偶お
よび奇関数２７４および２７２とのそれぞれの積
をとり、かつコア表面にわたつて積分することに
より、残りの大部分のエネルギが応力領域奇モー
ド内へ結合され、境界を横切るエネルギを保存し
かつ両側で電界ベクトルを保存しなければならな
いということがわかる。そのような結合がなされ
る間、いくらかのエネルギが放射エネルギとして
失われるかもしれない。そのとき、光は半ビート
長の間、奇および偶モードの両方において、奇お
よび偶モードに対するそれぞれの速度で応力領域
２６６を伝播する。

応力領域と非応力領域の間に位置する境界２７
８に到達すると、中心線が半径方向に対称な位置
まで戻り、かつより多くのパワーが再び境界条件
を満足するように、奇モードへと伝達される。周
波数のシフトは、うね２５４のような他のうねを
付加することにより、かつそれらを上述したよう
に配置して、それらを上述したように位相制御さ
れた個々の駆動信号で駆動することにより、成し
遂げられる。

第２４図は、圧電被覆フアイバに使用されてい
る周波数シフタの実施例の断面図を示す。第２４
図の実施例は、単結晶の単一モードフアイバある
いは複合モードフアイバとして使用されているこ
とを除いて、第１４図の実施例と同様である。フ
アイバコア２８０は、クラツド２８２により取り
囲まれている。このフアイバクラツドは、通常の
電着スパツタリング技術により形成される金属層
２８４で覆われている。次に、フアイバを覆う金
属は、PVF₂ジヤケツト２８６を形成するPVF₂
のような溶融した圧電物質中に通される。ジヤケ
ツト２８６の双極子は、公知の技術を用いて、放
射方向に延びる矢印で示されるように、放射線状
に配列される。２つの電極２８８と２９０は、よ
く知られたスパツタリングとエツチング技術、あ
るいは他の適当な技術を用いて、ジヤケツト２８
６上に形成される。電極２８８と２９０は、金属
層２８４に関する正弦波状変調信号で駆動され
て、コアとクラツドを圧搾する。駆動信号は、フ
アイバを非対称変形させてフアイバの中心線をシ
フトさせるように、等しい大きさでなければなら
ない。電極構造２８８と２９９は、第１４図にお
いて前述したように同期的でなければならず、か
つ各対に対する変調信号は、前述のように進行弾
性波を疑似あるいは放出するように、適当な位相
を調整されねばならない。好ましくは、ジヤケツ
ト２８６の圧電材料は、それぞれの境界でのフア
イバの光学特性において、意味あるシフトが生じ
るように、フアイバ上に十分な応力を加えること
ができてかつ十分に硬い材質のものが使用される
であろう。

第２５図は、第２５図の実施例の変形例を示
す。中空コアを有するPZT円筒２９０が形成さ
れている。PZTは、PZTの極を放射状に配置し
た切口を持つ。中空コアには、フアイバ材質と同
等かそれ以上の硬さを持つエポキシのような材料
が満たされている。次に、電極２９４〜２９６の
ような電極の周期的な構造が、前述のような寸法
と位置を有しながら、PZT円筒の外側に形成さ
れる。これらの電極は、PZTをして、フアイバ
の中心線あるいは複屈折の軸がシフトするよう
に、ちょうど電極の下側の領域で、複屈折フアイ
バを圧搾させる。この実施例は、フアイバそれ自
身とほとんど同じぐらいのグレインサイズを持つ
たPZTの使用を認めている。このグレインサイ
ズは、不均一の応力を生じさせるために、PZT
を第２４図の実施例として使用するのに不適当に
する。フアイバは電極２９４〜２９６の場所を提
供するため金属で被覆されるか、もしくは、
PZT円筒の内部に金属裏貼りを有しなければな
らない。

第２６図を参照すると、そこにはフアイバ光学
周波数シフタとして、一般的に好ましい実施例が
示されている。この実施例は、異なる屈折率を持
つた２つの異なる導波路２９８と３００を含む。
これらの２つの導波路２９８，３００は、２つの
それぞれの光学通路を提供するような任意の構成
を含むであろう。たとえば、れらの導波路は、異
なつた屈折率を持つ２つの分離された単一モード
フアイバを含み、あるいは通常の単一フアイバ内
に２つの直交複屈折モードを有するものを含むで
あろう。さらに、それらは複合モードフアイバの
２つのモードであつてもよく、あるいは２モード
態勢で操作される単一モードフアイバの２つのモ
ードであつてもよい。複数の分布された結合素子
３０１〜３０４は、導波路に沿つた所定の結合点
あるいは結合位置で、第１の導波路２９８を第２
の導波路３００と結合する。結合素子３０１〜３
０４は、好ましくは正弦波的な、所定の非線形伝
達もしくは結合関数に従つて、光学通路２９８，
３００間での結合を制御するような、非線形素子
である。こうして素子３０１〜３０４は、２つの
入力信号すなわちライン３０５〜３０８の１つに
入力される変調信号と、導波路３０９〜３１２の
１つに入力される光キヤリア信号とを多重化する
ミキサとして作用する。カプラ３１３〜３１６
は、変調信号による乗算のためのミキサ３０１〜
３０４への光エネルギを導き経路１に与える作用
を果たす。導波路３１７〜３２０上のミキサ３０
１〜３０４からの出力信号は、複数のカプラ３２
１〜３２４によつて第２の導波路または経路２へ
と結合される。これらのカプラは、上述したよう
にフアイバ内の応力および非応力領域間に境界を
有するフアイバ光学方向性カプラまたは偏光カプ
ラであつてもよい。経路１における入力光と変調
信号との積は、上下側波帯を含む多数の項を有す
る導波路３１７〜３２０内の出力信号を生じる。
典型的には、変調周波数と等しい量だけ周波数シ
フトされたただ１つの側波帯のみを与えることが
望ましい。不所望な第２の側波帯の消去は、駆動
信号を適当に調整して導波路３１７〜３２０上の
出力信号が所望の側波帯周波数でのみ第２の導波
路内に有効に加えられ、不所望の側波帯周波数で
消滅的に加えられるようにすることによつて達成
される。

カプラ３１３〜３１６は、1980年３月27日にエ
レクトロニクスレターズ、Vol.16，No.７のページ
260〜61において刊行された「単一モードフアイ
バ光学方向性カプラ」という題のR.A.Bergh，G.
KotlerおよびH.J，Shawによる記事において、
および1981年10月21日に公開番号第0038023号と
して公開されかつ1983年３月23日に第0074789号
として公開された「フアイバ光学方向性カプラ」
という名称の２件のヨーロツパ特許出願において
開示されたフアイバ光学方向性カプラであつても
よい。

ミキサ３０１〜３０４は、単一フアイバ実施例
においてどのようなノンリニアなデバイスまたは
領域であつてもよい。たとえばミキサはリチウ
ム・ニオブ結晶であつてもよく、ライン３０５〜
３０８上の変調信号はその結晶上の電極に印加さ
れてミキサ３０１〜３０４における複屈折を正弦
波的に変化させる。ミキサ３０１〜３０４におけ
る複屈折の軸のシフトは、電気・光学効果によつ
て結晶内の２つのモード間に結合を生ずる。導波
路３０９〜３１２〜から或るモードの結晶へと光
を入力し、かつ他のモードの結晶から導波路３１
７〜３２０へとそれぞれ光を出力することによつ
て、それぞれ導波路３０９〜３１２から導波路３
１７，３１２へ伝達されるパワーは制御され得
る。したがつて、ミキサ３０１〜３０４は、変調
信号によつて表わされる予め定められた結合関数
に従つて、それぞれ導波路２９８，３００の位相
１および２の間の結合を制御するように機能す
る。

代わりに、ミキサ３０１〜３０４は、上述した
ように複屈折単一モードフアイバまたは２モード
非複屈折フアイバにおける応力また非応力領域間
の境界または結合領域であつてもよい。

ミキサ３０１〜３０４はまた、バルク波単側波
帯変換器であつてもよい。そのような実施例は、
フアイバシステムへのバルク波要素の導入のた
め、ここに述べた別の実施例ほどの利点はない。

ミキサ３０１〜３０４は各々駆動信号に応答す
る能力を有して、光学経路の結合の発振の周波数
ならびにその条件および下限の両方を制御すべき
である。すなわち、ミキサ３０１〜３０４は、
ksin（ω_nｔ＋φ）の駆動信号に応答し得るもので
あるべきである。応答は、それぞれ導波路３０９
〜３１２および３１７〜３２０間の正弦波的に変
化するパワーの量の結合であり、結合関数は周波
数ω_nで変化する。このようにして、各ミキサに
対する定数ｋは変化されて最大および最小の正弦
波的結合関数を設定し、また各駆動信号間の位相
差φは変化されて進行弾性波を疑似し得る。

第２７ａ図は、圧電ジヤケツトを用いるフアイ
バ光学周波数シフタの他の実施例を示す。フアイ
バ３２６は金属層３２７および円筒状圧電ジヤケ
ツト３２８により取り囲まれてオリ、ジヤケツト
３２８の双極子は放射状に整列されて、圧電ジヤ
ケツトを通じて斜めに印加される電界がフアイバ
の伸長および収縮を生ずるようにする。金属層３
２７およびジヤケツト３２８は、上述した方法で
形成され得る。

圧電ジヤケツト３２８は任意の圧電物質であり
得るが、適用が容易であるのでPVF₂が望まし
い。PVF₂は、PVF₂化合物の溶液を通してフア
イバを引き抜くことによつて適用され得る。
PVF₂の双極子を整列するためのポーリングは、
中心電極３２７の周囲にジヤケツト３２８を形成
し、次にジヤケツト３２８の外周のまわりに固体
金属電極を形成し、２つの電極間に高電圧を印加
することによつて行なわれる。電圧の印加の間、
凝固したPVF₂をわずかに加熱することにより、
その結果が改良される。フアイバ２３６は、複屈
折の単一モードフアイバ、多重モードフアイバ、
単一モードの、２つのモード領域において動作す
る非複屈折フアイバ、または物理的応力が異なつ
た屈折係数での２つのモード間のパワーの結合を
生じる他のいかなるフアイバであつてもよい。

圧電ジヤケツト３２８は、円筒の外側表面３３
０上に形成された複数のストリツプ電極３３１〜
３３３を有する。各電極は任意の導電物質で作ら
れ1/2ビート長の奇数倍の長さである。第２７ａ
図には３つの電極が示されているのみであるが、
より多くの電極が圧電円筒３２８の表面上に形成
されてもよい。実際には、できるだけ多くの電極
を圧電円筒の表面上に形成するのが望ましい。

電極３３１〜３３３は圧電ジヤケツトの表面３
３０の周囲に互いに違いにされており、各電極は
ジヤケツト３２８の長さ方向またはＺ軸に沿つて
距離ｄをおいて開始している。この距離ｄは、任
意の値に設定される得る。各電極３３１〜３３３
は、ジヤケツト３２８の反対側上に形成された斜
めに対向した部分（図示せず）を有している。電
極３３１〜３３３は、ジヤケツトの全表面を金属
でコーテイングし、余計な金属をエツチングで除
去して個々の電極を固定することによるような、
従来の任意の方法で形成され得る。このことは、
固体金属層上にフオトレジスト領域を規定し、フ
アイバおよびジヤケツトを酸に浸して選択的にエ
ツチングを行なうことによつてなされ得る。

第２７ｂ図を参照すると、第２７ａ図に示され
た装置の動作の方法が示されている。圧電ジヤケ
ツト３２８上に形成された各電極は1/2ビート長
の奇数倍であり、かつその隣接するものから距離
ｄをおいて開始されている。もし隣接電極の駆動
信号間（たとえば電極３３１および３３２間およ
び電極３３２および３３３間）にd2π／Ｌと等し
い位相差が存在するように電極３３１〜３３３に
各正弦波状駆動信号が印加されれば、単一方向性
の正弦波状に変化する進行弾性波がフアイバにお
いて起こるであろう。他の位相関係は、両方向に
おける他の進行弾性波を擬似するであろう。

矢印３３４および３３６は、位置Z₁，およびZ₂
での時間t₁での電極３３１およびその対向部分
（図示せず）によつて引き起こされる結合の強度
および正弦を表わす。矢印３３４および３４０
は、電極３３１に対する駆動信号に関連して上述
したように調整される駆動信号を与える電極３３
２によつて引き起こされる時間t₁での位置Z₃およ
びZ₄での結合の強度および正弦を表わす。後の時
間t₂では、擬似されたまたは実際の弾性波３４２
は、右の方へ移動しており、かつ各位置での結合
の強度はそれゆえにシフトされるであろう。

第２７ａ図の実施例の利点は、１ビート長以内
に位置する多くの結合素子を有する結合関数が実
現され得るということである。事実、空間が許す
限り多くのサンプリングまたは結合点が可能であ
る。その結果は、出力におけるより少ない共鳴お
よびいくつかの適用において好ましいより狭いバ
ンド幅となつて現われる。

電極と圧電ジヤケツトを用いた上述の実施例に
よつて、単結晶フアイバを利用した周波数シフタ
も構成することができる。これらの実施例におい
ては、フアイバの上に直接電極を設置し、それぞ
れの電極の下に存在する結晶構造における電気光
学効果を利用することによつて、フアイバ中のモ
ードの間に結合を生じさせることができる。これ
らの電極の形状と間隔とは、それぞれの実施例に
おいて述べたのと同様のものであり、また電極を
駆動する信号の間の位相関係もそれぞれの実施例
で述べたものと同じである。

フアイバ光学周波数シフタの他の実施例を第２
８図に示す。このデバイスは、Bergh等によつて
「フアイバ光学方向性カプラ」と題する論文およ
び特許出願に記載された形式のカプラを備えてお
り、これらの記事はこの出願に援用する。このカ
ラは、２つのフアイバ３４６および３４８を備え
ており、これらはそれぞれブロツク３４２および
３４８の中に取付けられている。それぞれのフア
イバの片方の側からクラツドの一部分が取の除か
れており、それによつて、互いに位置決めされて
相互作用領域３５０をような長円形の表面がそれ
ぞれ形成されている。ここに示す実施例では、フ
アイバ３４６，３４８は、それぞれ子なつた屈折
率N₁，N₂を有している。この屈折率N₁および
N₂と、有効相互作用領域の長さとは、有効相互
作用長が、２つの異なつた導波路３４６，３４８
の中を伝播する光の１ビート長（またはその整数
倍）に等しくなるように選択する。このように、
ビート長を有効相互作用長に適合させることによ
つて、弾性波が存在しないときには、フアイバ３
４６，３４８の間に結合も存在しないようにする
ことができる。このため、フアイバ３４６の中に
光が入つてきたときには、すべての光が、フアイ
バ３４８に結合していない状態で、フアイバ３４
６から出ることになる。しかしながら、弾性波が
送出されて、フアイバに沿つた縦方向に、相互作
用領域を通つて伝播しているときには、この弾性
波によつて、１つのフアイバたとえばフアイバ３
４６から他フアイバたとえばフアイバ３４８へ
の、光の結合が生ずる。さらに、このような結合
が生じた光は、弾性波の周波数に等しい量だけ、
その周波数がシフトされるが、これは前述したヘ
テロダイニング効果によるものである。前に説明
した実施例と同様に、最適の結果を得るために
は、弾性波の波長を、フアイバ中の光の間のビー
ト長に等しくすることが必要である。この弾性波
は、たとえば、カプラブロツク３４２，３４４の
うちの１つに取付けられた変換器３５２によつて
バルク波として送出させることができる。その代
わりに、この弾性波を、フアイバのうちの１つた
とえばフアイバ３４８へと送出し、相互作用領域
３５０を通し伝播させることもできる。

上述した事項は、第２８図のカプラを模式的に
示す第２９図を参照すると、より完全に理解でき
よう。説明の便宜上、フアイバ３４６の左端から
光が最初に入射し、弾性波は存在していないもの
と仮定する。入射光が有効相互作用長の最初の半
ビート長だけを横切る間に、矢印３６０で示す光
パワーの一部分が、フアイバ３４６からフアイバ
３４８へと結合することになる。同様に、矢印３
６２で示す光パワーの一部分が、第２の半ビート
長の間に、フアイバ３４６からフアイバ３４８へ
と結合する。周知のように、１つのフアイバから
他のフアイバへのこのような結合が行なわれてい
る間に、結合された光は90度だけ位相が進むこと
になる。このため、フアイバ３４８における伝播
速度がフアイバ３４６における伝播速度よりも大
きい場合には、最初の半ビート長の間に結合した
光は、相互作用領域３５０の中心に到達した時刻
において、フアイバ３４６の中の光に比べて270
度だけの位相の累積を受けていることになる。一
方、第２の半ビート長の間にフアイバ３４６から
フアイバ３４８へと結合した光は、第１の半ビー
ト長の間に結合した光を崩すような妨害を行な
い、その結果、フアイバ３４８からフアイバ３４
６への光エネルギの伝達が生ずる。これは、第１
図の半ビート長の間に結合した光が相互作用領域
３５０の端部に伝播するまでの全累積位相は350
度となり、一方第２の半ビート長の間に結合した
光は、相互作用領域３５０の端部に達した際に、
270度の全累積位相を有しているため、これらの
間に180度の位相差が生じてしまうことに起因す
る。このような位相差が生ずることによつて、光
を崩すような妨害が全体的に作用し、エネルギ保
存則によつて光はフアイバ３４８からフアイバ３
４６へと移る。したがつて、領域３５０の有効相
互作用長が１ビート長（ないしはその整数倍）で
ある限り、フアイバ３４６からフアイバ３４８へ
と移る光は存在しないことになる。

変換器３５２によつて第２９図中に矢印３６４
で示すような弾性波が送出されたときには、フア
イバモードを若干変更するような屈折率の変化が
生じ、それによつてフアイバ３４６から入つてく
る光によつて、フアイバ３４８の中の電界の強さ
やエバネセツト・フイールドの重なり角度が異な
つたものとなる。このため、２つの半ビート長に
おける結合が変わつて、上述したバランスが崩
れ、２つのフアイバの間に正味の伝達が生ずる。
上述したように、伝播されたパワーは、弾性波の
波長が１ビート長に正確に適合されていれば、弾
性波の周波数に等しい量だけの周波数のシフトを
うける。

第２９図に示した実施例を、前に述べた各実施
例と同様に、フアイバ光学スイツチとしても使用
できることは当業者ならば理解できるであろう。

ここで説明したすべてのデバイスは、最適の結
合を与えるような光周波数をまわりにバンド幅を
有している。この最適周波数は、変調弾性数ない
しは外見上の弾性波の波長に合致するビート長を
持つた入力光の周波数である。この最適周波数と
異なつた光周波数や、上述した合致条件から外れ
た変調周波数においては、効率が低下する。バン
ド幅もまた、使用しているサンプリングポイント
の数に逆比例する。

発生する調波の数は、所定のビート長内部の結
合関数中に存在するサンプリングポイントの数に
よつて変化する。すなわち、サンプリングポイン
トの数を増やせば、調波の数は減少するのであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、狭幅方向性カプラの分解斜視図を示
す。第２図は、うねの形状を示す第１図における
切断線２−２に沿つた断面図を示す。第３ａ〜第
3g図は、フアイバ内の応力領域およびフアイバ
に沿つた種々の点での種々の偏光モードにおける
パワーの図である。第４図は、応力が加えられた
ときの複屈折フアイバにおける偏光の軸に対する
効果を示す。第５図は、カプラを用いたシステム
の図である。第６図は、理論的に予想される結果
と比較しての実験的に決定された結合対波長関数
のグラフである。第７図は、第１図のカプラの修
正された形式のものを周波数シフタとして利用す
るフアイバ光学構造の実施例に対する構造を示す
図である。第８図は、フアイバを伝播する弾性波
によつて生じる応力を示す図である。第９ａ〜９
ｄ図は、フアイバに沿つて伝播する弾性波を擬似
するために異なつた結合関数およびその結果とし
ての光出力スペクトラムを示す図である。第１０
図は進行弾性波を利用するフアイバ光学周波数シ
フタの一実施例である。第１１図は、弾性波を用
いるフアイバ光学導波路内を伝播する光の周波数
をシフトするための他の実施例を示す。第１２図
は、進行弾性波を用いるフアイバ光学周波数シフ
タの他の実施例を示す。第１３図は、フアイバに
おける進行または明らかに進行している結合領域
の概念を示す。第１４図は、フアイバを取り囲む
圧電ジヤケツトを利用するフアイバ光学周波数シ
フタの他の実施例を示す。第１５図は、互いに位
相がずれた正弦波的関数によつて２つの異なつた
地点でフアイバを押圧することによつて生ずる応
力領域の明らかな動きを示す。第１６図は、圧電
板上に設けられたくし歯電極を利用するフアイバ
光学周波数シフタの他の実施例の頂部を除去した
図である。第１７図は、第１６図における切断線
１７−１７から見た完全なフアイバ光学周波数シ
フタの断面図である。第１８図は、第１７および
第１８図の装置のための別の電極の実施例を示
す。第１９図は、第１７図および１８図の電極配
列によつて実際に弾性波がいかにして発生され得
るかを示す図である。第２０図は、第１１図の弾
性媒体におけるねじれモード弾性波を励起するた
めの変換器の構造を示す図である。第２１図は、
２モードフアイバにおける奇および偶モードの特
別の配列を示す図である。第２２図は、応力領域
において２モードフアイバの奇および偶モード間
の結合がいかにして生じるかを示す図である。第
２３図は、応力領域奇および偶モードへと分解さ
れた偶モード非応力領域パワーに対する機構を示
す図である。第２４図は、PZTコートされたフ
アイバを用いるフアイバ光学周波数シフタに対す
る第１４図の実施例の断面図を示す。第２５図
は、フアイバを取り囲む圧電円筒を用いるフアイ
バ光学周波数シフタの他の実施例を示す。第２６
図は、フアイバ光学周波数シフタの好ましい一般
的な実施例を示す。第２７図は、圧電ジヤケツト
および交互の電極を用いるフアイバ光学周波数シ
フタの他の実施例を示す。第２８図は、２つの半
カプラを用いたフアイバ光学スイツチおよび周波
数シフタの実施例を示す。第２９図は、第２８図
のカプラにおける結合を図解する概略図である。 図において、１１２は光源、１１４は光フアイ
バ、１１８は弾性カプラ、１２８は偏光器、１３
２はフアイバ光学導波路、１３４は弾性媒体物質
をそれぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光を導くための光学フアイバを備え、前記光
   学フアイバは伝播の第１および第２の光学モード
   を有し、第１の光学モードにおける光伝播が第２
   の光学モードにおける光伝播とは異なる伝播速度
   を有するように、前記第１および第２の光学モー
   ドが異なる実効屈折率を有し、弾性波を発生する
   弾性波発生器をさらに備えたフアイバ光学周波数
   シフタにおいて、 前記弾性波発生器は、光学フアイバの周期的な
   領域に光学フアイバを下動させる応力を受けさ
   せ、前弾性波発生器は、光学フアイバに固体接触
   することにより、弾性波発生器によつて与えられ
   た弾性波エネルギが光と相互作用して、その光を
   光学フアイバの第１の光学モードから光学フアイ
   バの第２の光学モードへと結合させ、かつ結合さ
   れた光を周波数シフトさせ、前記周波数シフトの
   量は弾性波の周波数と実質的に等しいことを特徴
   するフアイバ光学周波数シフタ。 ２ 前記光学フアイバは、光の波長での２つの光
   学モードに対するビート長を有し、前記弾性波の
   波長は、前記光学フアイバにおいて第１の光学モ
   ードから第２の光学モードへの光の累積的な結合
   を生じさせるように、前記光学フアイバのビート
   長の整数倍に選択される、特許請求の範囲第１項
   記載のフアイバ光学周波数シフタ。 ３ 前記弾性波の波長はブラツグ条件を満足す
   る、特許請求の範囲第２項記載のフアイバ光学周
   波数シフタ。 ４ 前記弾性波発生器は圧電的に駆動される表面
   波変換器を含む、特許請求の範囲第１項ないし第
   ３項のいずれかに記載のフアイバ光学周波数シフ
   タ。 ５ 前記光学フアイバは複屈折光学フアイバであ
   り、第１および第２の光学モードは前記光学フア
   イバの２つの直角偏光モードである、特許請求の
   範囲第１項記載のフアイバ光学周波数シフタ。 ６ 前記光学フアイバは非複屈折単一モードフア
   イバであり、前記第１および第２の光学モードは
   前記光学フアイバの奇モードおよび偶モードであ
   り、前記モードにおいて伝播される光は、前記光
   学フアイバが奇モードおよび偶モードの両方にお
   いて光を伝播するように、前記モードのいずれか
   のカツトオフ波長よりも短い波長を有する、特許
   請求の範囲第１項記載のフアイバ光学周波数シフ
   タ。 ７ 前記弾性波発生器は、前記光学フアイバに弾
   性的に結合された第２のフアイバを含み、前記第
   ２のフアイバ内において伝播する弾性波を前記光
   学フアイバに結合させる、特許請求の範囲第１項
   記載のフアイバ光学周波数シフタ。 ８ 前記弾性波発生器は、前記光学フアイバに接
   触する弾性媒体、および前記弾性媒体内に弾性波
   を誘導するための変換器を含む、特許請求の範囲
   第１項記載のフアイバ光学周波数シフタ。 ９ 前記弾性波発生器は、導波路に支えられた表
   面を有する弾性媒体、および表面弾性波変換器を
   含み、前記変換器は前記表面上に表面弾性波を発
   生する、特許請求の範囲第１項記載のフアイバ光
   学周波数シフタ。 １０ 前記弾性波発生器は、 前記光学フアイバに接触する剛性表面部分を有
   する周期的応力発生器、および 前記剛性表面部分に信号を供給して、前記剛性
   表面部分間に前記光学フアイバを周期的に圧搾し
   て前記光学フアイバに沿つて選択された間隔で周
   期的な時間変化応力を生じさせる信号源を含む、
   特許請求の範囲第１項記載のフアイバ光学周波数
   シフタ。 １１ 前記周期的応力発生器の前記剛性表面部分
   は、前記光学フアイバの一方側に隣接する支持面
   および前記光学フアイバの他方側に隣接する複数
   の剛性結合素子を含み、前記信号源は時間変化駆
   動信号を前記剛性結合素子に供給し、前記結合素
   子が前記光学フアイバに対して押圧されて前記支
   持面と前記結合素子との間で前記光学フアイバを
   圧搾するようにする、特許請求の範囲第１０項記
   載のフアイバ光学周波数シフタ。 １２ 前記結合素子の各々は1/2ビート長の実質
   的に奇数倍の長さであり、前記結合素子は、前記
   光学フアイバに沿つて約1/4ビート長だけ分離さ
   れており、前記信号源は、正弦波状駆動信号を前
   記結合素子に供給し、前記結合素子の１つに供給
   される駆動信号および隣接する結合素子に供給さ
   れる駆動信号はπ／２だけ位相が異なる、特許請
   求の範囲第１０項記載のフアイバ光学周波数シフ
   タ。 １３ 前記周期的応力発生器は、 前記光学フアイバの複数ビート長にわたつて延
   びる単一連続長さの圧電物質と、 前記信号源と接続されかつ前記単一連続長さの
   圧電物質に沿つて間隔をおいて配置される複数の
   信号電極と、 それらの間に前記圧電物質を有して前記信号電
   極から間隔をおいて配置される接地電極とを含
   み、前記電極は前記光学フアイバに関して配向さ
   れ、前記信号源から前記信号電極への時間変化電
   気信号は、前記圧電物質が引張られて前記剛性表
   面部分に力を及ぼし、前記剛性表面部分が前記光
   学フアイバを押圧して前記光学フアイバを周期的
   に圧搾するようにする、特許請求の範囲第１０項
   記載のフアイバ光学周波数シフタ。 １４ 前記圧電物質は前記光学フアイバを取囲む
   圧電ジヤケツトであり、前記信号電極は前記圧電
   ジヤケツトの内側表面および外側表面のいずれか
   の上にある、特許請求の範囲第１３項記載のフア
   イバ光学周波数シフタ。 １５ 前記周期的応力発生器は、前記光学フアイ
   バの一方側と面する支持面を含み、前記単一連続
   長さの圧電物質は前記光学フアイバの他方側と面
   し、前記信号源から前記信号電極に供給される時
   間変化電気信号は、前記圧電物質が引張られて前
   記光学フアイバが前記支持面に対し押圧されるよ
   うにする、特許請求の範囲第１３項記載のフアイ
   バ光学周波数シフタ。 １６ 前記電極の少なくとも１つが前記光学フア
   イバと接触して前記剛性表面部分の少なくとも１
   つを形成し、時間変化電気信号が前記信号電極に
   供給されて前記圧電物質が引張られるときに、前
   記光学フアイバに接触している前記電極が前記光
   学フアイバに対して押圧されて前記光学フアイバ
   を周期的に圧搾する、特許請求の範囲第１３項記
   載のフアイバ光学周波数シフタ。 １７ フアイバ軸に沿つた前記信号電極の各々の
   長さは、1/2ビート長の約奇数倍である、特許請
   求の範囲第１３項記載のフアイバ光学周波数シフ
   タ。 １８ ２つの隣接する信号電極の先端は前記光学
   フアイバに沿つて距離ｄだけ間隔がとられ、 前記信号源は正弦波状電気信号を前記信号電極
   に供給し、 前記信号電極の１つに供給される電気信号およ
   び隣接する信号電極に供給される電気信号は、
   2dπ／Ｌの量だけ位相が異なり、Ｌはフアイバビ
   ート長である、特許請求の範囲第１３項記載のフ
   アイバ光学周波数シフタ。 １９ 弾性波発生器によつて光の周波数をシフト
   させる方法であつて、 光学フアイバに光を導入し、前記光学フアイバ
   は伝播の第１および第２の光学モードを有し、第
   １の光学モードにおける光伝播が第２の光学モー
   ドにおける光伝播とは異なる伝播速度を有するよ
   うに、前記第１および第２の光学モードが異なる
   実効屈折率を有し、 前記弾性波発生器を前記光学フアイバと固体接
   触させて配置し、 前記弾性波発生器が前記光学フアイバの周期的
   な領域に前記光学フアイバを下動させる応力を受
   けさせるようにして、光を光学フアイバの第１の
   光学モードから光学フアイバの第２の光学モード
   へと結合させ、かつ周波数シフトの量が弾性波の
   周波数と実質的に等しいように結合された光を周
   波数シフトさせる、方法。 ２０ 前記光学フアイバの周期的な領域に応力を
   うけさせるステツプは、表面波を発生することを
   含む、特許請求の範囲第１９項記載の方法。 ２１ 前記応力波の波長を、光の波長での前記光
   学フアイバの２つの光学モードに対するビート長
   の整数倍に選択することにより、前記光学フアイ
   バにおける第１の光学モードから第２の光学モー
   ドへの光の累積的な結合を生じさせるステツプを
   さらに含む、特許請求の範囲第１９項記載の方
   法。 ２２ 前記弾性波発生器として圧電的に駆動され
   る表面波変換器を用いるステツプをさらに含む、
   特許請求の範囲第１９項記載の方法。