JPH0614153B2 - 音響光学変調器を用いた光ビームの変調方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、音響光学変調器（以下、ＡＯＭという）を用
いた光ビームの変調方法に関する。さらに詳しくは、音
響光学媒質（以下、ＡＯ媒質という）の光ビーム入射面
における光ビーム入射位置を適宜に調整することによっ
て出射ビームの出射角度の変動等を低減させるようにし
た変調方法に関する。

（発明の技術的背景及び従来技術） ＡＯＭを用いてレーザビーム等の光ビームを変調するこ
とは公知である。

第６図は従来のＡＯＭを用いた光ビームの変調を示す斜
視図、第７図は第６図に示す光ビーム変調の平面図であ
る。

図示の如く、従来のＡＯＭ１は、ブラッグ（Ｂragg）角
調整を行うためＡＯ媒質２を回転軸３を中心として回転
させ得る様に構成されている。即ち、ＡＯＭ１において
は、通常高周波電源４から圧電素子５に高周波を加え、
圧電素子５により電圧変動が圧力変動に変換され、ＡＯ
媒質２内を超音波が圧電素子５から音響波吸収体６に向
けて矢印Ａ方向（ｙ軸方向）に進行し、この音響波吸収
体６で超音波が吸収される。一方、光ビーム７はこの超
音波進行方向に対してほぼ直角の方向（ｘ軸方向）にＡ
Ｏ媒質２を通過する。この場合、ＡＯ媒質２内を通過す
る光ビーム７の方向、即ち入射ビーム７ａの方向と超音
波の進行方向とがある一定の角度をなすときのみ光ビー
ム７は変調される、即ち出射ビーム７ｂの変調効果が得
られる。従って、入射ビーム７ａの方向と超音波進行方
向とがその様な一定の角度関係になるように、それらの
両方向（ｘ軸方向とｙ軸方向）に直交する方向（ｚ軸方
向）の回転軸３を中心としてＡＯ媒質２を回転させ得
る、いわゆるブラッグ角調整を行なうことができる様に
構成されている。

ところが、ＡＯＭ１においては、圧電素子５において電
圧変動が圧力変動に変換される際変換ロスに基づく発熱
があり、また音響波吸収体６も超音波を吸収して熱を発
生する。従って、ＡＯ媒質２は、その両側面に圧電素子
５と音響波吸収体６という発熱体を有することとなり、
ＡＯ媒質２内の温度は不均一となる。即ち、光ビーム入
射方向から見たＡＯ媒質２内の温度分布は通常第８図に
おいて二点鎖線で示されるようにすりばち状になる。

この様にＡＯ媒質２内の温度が不均一となり、温度勾配
が生じると、屈折率の温度依存性を有するＡＯ媒質の場
合、温度勾配に応じた屈折率勾配が生じ、屈折率勾配に
起因するプリズム効果により出射ビームの方向が変化す
る。即ち、ＡＯ媒質２内の光ビーム進行方向に直交する
方向において温度差が存在し、その温度差が存在する部
分に光ビームが入射すると、その温度差の大きさ、即ち
温度勾配に応じて出射ビームの出射角度が変化し、たと
えば本来入射ビーム７ａと同一方向に出射すべき出射ビ
ーム７ｂが、第６図あるいは第７図中二点鎖線で示す様
に偏向する。

上記の如き従来のＡＯＭにおいては、変調効率を低下さ
せることなくこの様な出射ビームの偏向あるいは温度勾
配の変化による出射角度の変動を回避することは困難で
ある。なぜならば、その様な出射ビームの偏向あるいは
出射角度の変動を回避するためＡＯ媒質を回転軸３を中
心として回転調整する光ビームの進行方向と超音波進行
方向との角度が変化し変調効率が低下するからである。

（発明の目的） 本発明の目的は、上記事情に鑑み、ＡＯ媒質内に生じる
温度分布に起因する出射ビームの偏向あるいはその偏向
角度の変動を、変調効率を低下させることなく低減する
ことのできるＡＯＭを用いた光ビームの変調方法を提供
することにある。

（発明の構成） 本発明に係るＡＯＭを用いた光ビームの変調方法は、上
記目的を達成するため、光ビームの進行方向に直交する
面内における温度勾配が、主として超音波発生源である
圧電素子と超音波を吸収する音響波吸収体の発熱に起因
してこの両者を結ぶ方向、即ち超音波の進行方向に発生
することに鑑み、圧電素子と音響波吸収体とを備えたＡ
Ｏ媒質の光ビーム入射面における光ビーム入射位置を、
少なくとも超音波進行方向に沿って移動調整可能に構成
し、光ビーム入射面における光ビーム入射位置の超音波
進行方向に沿って移動調整することにより、超音波進行
方向におけるＡＯ媒質の温度勾配が最も小さい位置に光
ビームを入射させるようにすることを特徴とする。

光ビーム入射面における光ビーム入射位置を超音波進行
方向にそって移動調整する方法としては、ＡＯ媒質を超
音波進行方向に沿って往復移動させる方法の他、光ビー
ムを超音波進行方向に沿って往復移動させる方法を採用
することもできる。

超音波進行方向に沿って移動調整するとは、必ずしも超
音波進行方向に一致させて移動調整する場合に限らず、
移動調整方向が超音波進行方向の成分を有している場合
も含む。

超音波進行方向におけるＡＯ媒質の温度勾配が最も小さ
い位置とは、温度勾配が実質的に最も小さい位置を意味
し、従ってその位置は超音波進行方向の一点に限らず、
ある程度の幅を有することもあり得る。

超音波進行方向におけるＡＯ媒質の温度勾配とは、ＡＯ
媒質内の光ビームに直交する面内における圧電素子から
音響吸収体へ向う方向の温度勾配という意味であり、超
音波進行方向と上記直交面とが一致しないときは上記直
交面における上記圧電素子から音響吸収体へ向う方向の
温度勾配という意味である。また、直交面における圧電
素子からの音響吸収体へ向う方向の温度勾配は通常ＡＯ
媒質内のどの直交面においてもほぼ同一であるが、ある
程度異なるときは平均的な温度勾配を意味する。

（発明の実施態様） 以下、図面を参照しながら本発明の実施態様について説
明する。

第１図は本発明に係る方法の一実施態様を示す斜視図で
ある。

この図におけるＡＯＭによる光変調のメカニズム自体は
前述のとおりであるので省略する。なお、第６図および
第７図と同一の番号は同一の構成要素を示す。

図におけるＡＯＭ１は、ＡＯ媒質２を前述の通りｚ軸方
向（超音波進行方向であるｙ軸方向と光ビーム入射方向
であるｘ軸方向とに直角な方向）の回転軸３を中心とし
て回転調整（ブラッグ角調整）可能に構成すると共に、
超音波進行方向であるｙ軸方向（矢印Ｂ方向）とこの超
音波進行方向に直交するｚ軸方向（矢印Ｃ方向）に移動
調整可能に構成してある。

前述の如く、入射ビーム方向に直交する面内における温
度変化は主として超音波進行方向において生じるので、
光ビーム入射面２ａにおける光ビーム入射位置はこの超
音波進行方向に沿って移動調整すればほぼ十分である
が、場合によっては超音波進行方向に直交する方向（矢
印Ｃ方向）にも僅かであるが発生する可能性があるの
で、その場合を考慮して矢印Ｃ方向にも移動調整可能に
構成してある。

上記の如き構成に基づき、例えば光ビーム入射方向に直
交する面（yz平面）内の超音波進行方向における温度分
布が第２図において二点鎖線で示す様なすりばち状であ
る場合、光ビーム入射位置を超音波進行方向に沿って一
点鎖線10上で移動調整し、屈折率勾配が最も小さい位
置、即ち温度勾配が最も小さい位置（温度勾配が零であ
る位置）に光ビームを入射させるようにする。この場合
の温度勾配が最も小さい位置は、温度勾配が実質上零で
ある一定の幅ｌ内であればどの位置でも良い。勿論ｚ軸
方向にも温度勾配が存在する場合は、さらにｚ軸方向に
も移動調整してその方向の温度勾配が最も小さい位置に
光ビームを入射させるようにする。

第３図は本発明に係る方法を実施するための装置の一例
を示す斜視図、第４図は第３図に示す装置の分解斜視図
である。

図示の装置は、ＡＯＭ１と、該ＡＯＭを支持する支持台
11とから成り、該支持台11は、例えば光学定盤に取り付
けられる取付基板12と、該取付基板12上にスライド可能
に載置されるスライド板13と、該スライド板13上に回動
可能に載置されると共にＡＯＭ１を固設する回動板14と
から成る。回動板14は、該板14に形成した透孔14ａにピ
ン（図示せず）を挿入し、該ピンの下端部をスライド板
に形成した凹部13ａに嵌入させることにより、該ピンを
中心として回動可能に構成され、スライド板13は、該板
13に形成した透孔13ｂ，13ｃにそれぞれピン（図示せ
ず）を挿入し、該ピンの下端部を取付基板12に形成した
直線状のガイド溝12ａに嵌入させることにより、ガイド
溝12ａに沿ってスライド可能に構成されている。さら
に、スライド板13には位置決め用の透孔13ｄが、取付基
板12には位置決め用の凹溝12ｂが形成され、この透孔13
ｄと凹溝12ｂに、第５図に示す様な偏心ピン15を嵌合さ
せてある。この偏心ピンはスライド板の透孔13ｄに嵌合
する上部15ａと取付基板の凹溝12ｂに嵌合する下部15ｂ
とから成り、上部15ａに対して下部15ｂは偏心状に固着
されている。従ってスライド板13を取付基板12に対して
所定量スライドさせるには、スライドさせる量に応じて
この偏心ピンをその上部15ａを中心として所定角度回動
させることによって、スライド板13を任意のスライド位
置で取付基板12に対して位置決めすることができる。こ
の様な偏心ピンは回動板14に形成された透孔14ｂとスラ
イド板13に形成された凹溝13ｅにも嵌合されており、ス
ライド板13に対して回動板14を任意の回動角において位
置決めできるように構成されている。なお、調整に必要
なスライド量及び回動角は上記偏心ピンの回動によって
カバーできる程度の僅かな量である。また、本装置にお
いては、必要に応じて取付基板12の下にスペーサ16を介
在させることにより高さ方向（即ち第１図のＣ方向）の
調整をも行なうようにしても良い。さらに、上記ガイド
溝12ａはその長手方向が本装置を組立てた場合（第３図
参照）におけるＡＯＭ１の超音波進行方向（矢印Ａ方
向）にほぼ一致するように形成されている。

本発明に係る方法を実施するための装置は、要するにＡ
ＯＭをその超音波進行方向に沿って移動調整可能に構成
されたものであれば良く、図示実施例の装置に限定され
るものではない。例えば、図示しないがＡＯＭを支持す
る支持台がステッピングモータを用いた回転機構により
回転可能に、かつ同じくステッピングモータを用いたネ
ジ送り機構により直線移動可能に構成されたものであっ
ても良い。

（発明の効果） 本発明に係る方法は、前述の様に、圧電素子と音響波吸
収体とを備えたＡＯ媒質の光ビーム入射面における光ビ
ーム入射位置を、少なくとも超音波進行方向に沿って移
動調整し、その方向における温度勾配の最も小さい位置
に光ビームを入射させるものである。

従って、ＡＯ媒質内に生じる最も大きな温度勾配である
超音波進行方向の温度勾配に起因する出射ビームの偏向
あるいはその温度勾配が経時的に変化することにより生
じる出射ビームの出射角度の変動を回避することがで
き、しかもその回避は入射ビーム方向と超音波進行方向
との関係を何ら変化させることなく行うことができるの
でブラッグ角調整に悪影響を与えるおそれがなく、従っ
て変調効率を低下させるおそれもない。

また、ＡＯ媒質である結晶が大きい場合は温度変化もな
めらかになり、出射ビームドリフトも小さくなるが、大
きな結晶を用いるとＡＯＭが高価になる。本発明に係る
方法を用いれば、温度変化が急激になる小さな結晶を作
用してもそれによる出射ビームドリフトの問題は回避で
きるので、結果として小さな結晶の安価なＡＯＭを使用
でき、コストダウンを図ることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る方法を説明するための斜視図、 第２図は第１図に示すＡＯＭを光ビーム入射方向から見
た図であり、ＡＯ媒質の超音波進行方向の温度分布の光
ビーム入射位置調整方向を示す図、 第３図は本発明に係る方法を実施するための装置の一例
を示す斜視図、 第４図は第３図に示す装置の分解斜視図、 第５図は第３図に示す装置に使用される偏心ピンの斜視
図、 第６図は従来のＡＯＭによる光変調を示す斜視図、 第７図は第６図における光変調の平面図、 第８図は第６図におけるＡＯＭを光ビーム入射方向から
見た図であり、ＡＯ媒質の超音波進行方向の温度分布を
示す図である。 １……音響光学変調器、２……音響光学媒質 ２ａ……光ビーム入射面、７……光ビーム 11……支持台、Ａ……超音波進行方向

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】音響光学媒質と、該音響光学媒質内に超音
   波を進行させる圧電素子と、進行して来た上記超音波を
   吸収する音響波吸収体とを有する音響光学変調器を用い
   た光ビームの変調方法であって、 上記音響光学媒質の光ビーム入射面における光ビーム入
   射位置を少なくとも超音波進行方向に沿って移動調整す
   ることにより、上記超音波進行方向における上記音響光
   学媒質の温度勾配が最も小さい位置に光ビームを入射さ
   せるようにすることを特徴とする音響光学変調器を用い
   た光ビームの変調方法。