JPS61200526A - フアイバ光学周波数シフタ - 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】 ユｊし２亘」し この発明は、音響光学周波数シフタに関するものであり
、特で的に言えば、表面弾性波またはバルク音波（バル
クアコースティック波）を刊用するファイバ光学周波数
シフタに関するものである。

光学周波数シフティングは、典型的に、ドツプラ効果に
基づく。すなわち周波数の変化は１発信源と観測賃との
間の相対的な動きによる。発信源が七町石へ近づいてい
るとき１周′ｖ１数は高くなりかつ波長は月くなり１発
信源が１（２測省がら閤れているとき１周波数は低くな
りかつ′ｆ！！長は高くなる。

ドツプラ効果（ヱバルク光学で用いられており、このた
め、光学的に透明なバルク媒体を介して伝搬する音波の
波頭から反射される光波に（ユ周波数シフトが生じる。

音波が移仙することによって圧縮されかつ稀薄にされた
Ｃ１は、バルク媒体の１折率を変化させ、そのため、入
ってくる光は、反）ｊされかつ／または屈折されろ。音
波頭の動きによって、光が音波の周波数に等しい醇だけ
周波数シフトされるように１反射されかつ回折された光
にドツプラシフｉ・が生じる。

バルク光学周波数シフタは周知であるが、ファイバ光学
周波数シフタの発展は初期の段階にある。

最近、初歩のファイバ光学周波数シフタが、ノス（Ｎｏ
ｓｕ）ほかによって、東京での第４７回！５積光学およ
び光学ファイバ通信国際会Ｊ　（Ｉ　ｎｔｅｒｎａｔｉ
ｏｎａｌ　　Ｃｏｎｒｅｒｃｎｃｅ　　ｏｎ　　Ｉｎｔ
ｅｇｒａｔｅｄ　　０ｐｔｉｃｓ　　ａｎｄ　　　Ｑｐ
ｔｉｃａｌ　　Ｆｉｂｅｒ　　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉ
ｏｎ）、（６月２７−３０日、１９８３年）で、および
エレクト０ニクス・レターズ（Ｅ　１ｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ　　Ｌｅｔｔｅｒｓ）　、第１９さ、第２０＠（９月
２９日、１９８３年）で発表された。「単一モードファ
イバのバ四光学周波数シフク」という題の論文で開示さ
れた。？！２屈折単一モードファイバは、圧電（ＰＺＴ
）シリンダの軸から離れた位Ｃ１，：１ｉｌｉ！かれた
。

８ＰＺＴシリンダは、鉱油で満された。シリンダが正弦
波信号で励起され、ファイバの偏光モード間に弾性光学
結合が生じ、それによって、光学搬送波の上下に側波帯
が生じるとき、各シリンダに定在圧力波が生じる。各シ
リンダは、位相が同じ１側波（ｉシ、および他のシリン
ダによって１じｒこ側ｆ！帯と位相が穴なる他の側波帯
を、側波帯の一方が強化され、かつ他方が取消されるよ
うにＲユさせる。

ノスのＩＩは、このように、ファイバに冶つｔ二ディス
クリートな間隔で、特に）？イバの４分の３のビート長
さの間隔で、ファイバに圧力をかけることによって機能
する。ノスのＩＨで得られる最大周波数シフトは、ＰＺ
Ｔシリンダが実際に駆ｖノされる最大速度に等しい。さ
らに、陽光〔−ド間で結合されるパワーの但は、各結合
点で、す＜）わら各ＰＺＴシリンダで、かなり小さり、
シたがって、かなりの儂のパワーを結合するために、多
数のこのようなＰＺＴシリンダが心髄とされ、ファイバ
光学システムで用いろのにかなり吸いにくく、かつ一般
に非実用的な装置が生じる。

［単一モードファイバ光学単側波帯変「Ｉという題のヨ
ーロッパ特許出願第８４３０８０１０゜２、公開番号第
０１４４１９０で開示されたように、周波数シフティン
グの代わりの方法は、長尺の光学ファイバに沿ってＩＩ
Ｗｆ方向に伝搬するために、実際の音波（表面波または
バルク波）を送り出すことである。この方法は、ノスの
装置の間隔のあいたディスクソートな静電結合とは対照
的に、長尺のファイバに沿って移すする、連続的な実質
的に烈限の多数の結合点を提供するという利点を１丁す
る。さらに、実際の音波は、ノスののＰＺＴシリンダよ
り高い周波数で発生され、したがって。

そのような実際のｒ５波装置は、ノスの装置より大きい
量の周波数シフトが可能である。

実際の音波を利用するａ四光学周波数シフタに関する一
限界は、モード間の最大結合のために。

ｇ波長は、ファイバビート長さに等しくなければならな
いということである。現在商業的に入手可能な高複屈折
ファイバについて、最大ビート長さｔユ、１力ｍのオー
ダである。ｉｎｎの音波長は、杓１−５　Ｍ　Ｈｚのｉ
ｖｍ波数に対応する。したがって、ファイバ光学周波数
シフタの技術で、実際の音波を用い、しかも最大可能周
波数シフトがファイバのビート長さによって１１限され
ないようにこの限界を避ける合方がある。

「宮雪光学周′／！ｌａシフク］という題のヨーロッパ
持許出願第８５３００９０４．１．公開番号第０１５３
１２４号に、音波の波頭が、９０’より小さく、かつＯ
′より大きい入射角でフフイバを畠青的に接触させるよ
うに、光学ファイバに関し光学周波数シフタが開示され
ている。３波の波長１ま、入射角の正弦の、光学ファイ
バのビート長さ倍に実質的に等しい。したがって、入射
角は１．Ｅ５い周波数ｎ波のソいηの波長がファイバの
ビー！〜長ざと整合されるように選択される。その結果
。

最大可能周波数シフトは、実質的に増加される。

この発明は、？ｌＬｉ信号からのエネルギの実質的にす
べ【をｆす用しつつ、光学周波数の人さいシフＩ−をな
しとげる小型のａ四光学周波数シフタを提供することに
よって、ヨーロッパ祷訂出願第８５３００９０４．１で
説明された基本概念に改良を加える。

ユＪ１ばしく この発明に従って、Ｂ１を仏殿する音波伝導媒体、およ
び第１および第２の速度でそれぞれ中心軸に１０って光
を伝搬する、第１および第２１１−−ドを（Ｔする光学
ファイバを含むファイバ光学周波数シックが提供され、
前記ファイバは、前記音波伝導媒体のまわりで巻かれ、
前記ファイバの？！ｌ数のさくターン）を提供し、前記
巻の各々でのファイバの少なくとも一部分が、前記媒体
と音響接触して置かれ、前記ファイバの各前記部分は、
前記シックが用いられるとき、各部分でのファイバの中
心軸が、前２＠波の伝搬方向に対して０°より大きく、
かつ９０″より小さい入射角をなすように位置決めされ
る。

この発明はまた。中心軸および２つの伝搬モードを右す
る光学ファイバの複数の巻を介して、第１の周波数で前
記光学信号を伝搬するステップを含む、光学信号の周波
数をシフトする方法を提供し、前記ファイバは、前記巻
の各々の少なくとも一部分が音波伝導媒体と音響接触し
ている状態で杏かれ、かつ前２音波伝導媒体に沿って音
響信号を向け、ファイバの中心軸に関して前記音う信号
の波頭の入射角が○°より大きく、かつ９０″より小さ
くなるように前記さの前記部分を接触させるステップを
さらに含み、前記１１Ｊｆｆ信号は、前記ファイバに応
力をかけ、それによって前記モードの一方で伝搬する前
記光学信号の光学エネルギは、前記モードの他方に移さ
れ、かつ第２周波数に周波数シフトされる。

この発明は、光学ファイバ、および音響信号を伝搬する
音波伝導媒体を含む。好ましい実施例では、音波媒体は
、ロッドとして形作られ、かつ音響信号は、ロッドを下
って長手方向に低階する。

光学ファイバは、ファイバの中心軸が音響信号の波頭に
対しである角度をなすように、複数の巻でロッドのまわ
りでさかれる。以下では、この角度を「入射角」と呼ぶ
。

光学ファイバは、？！２数の巻の少なくとも一部分。

好ましくはファイバの各巻に対して、ロッドと１ｇ接触
して置かれるが、ファイバの複数の巻の全体を通じＣ連
続音響接触させることが好ましい。

１１１５　！ｆｆ　＋ｉ　Ｑはロッドを介して伝搬する
ので、ファイバの部分上に、ロッドと接触して応力が生
じる。

音響信号の波頭に関するファイバの角度は、音響信号の
波長が、入射角の正弦の、光学ファイバでの光学信号の
ビート長さ倍に実質的に等しいように選択される。

光学ファイバは、伝搬する光学信号が２つの伝搬モード
の一方または両方で伝搬することができるように選択さ
れる物理的パラメータを有する。

伝搬モードは、単一モード複屈折光学ファイバの２つの
偏光モード、または非複屈折光学ファイバの１次および
２次モードを含んでもよい。光学信号が、ロッドによっ
て伝搬される音波と音響接触している光学ファイバの部
分を介して通過するとき、ファイバ上に音波によって応
力が生じることによって、光学エネルギは、ファイバの
伝搬モード間で移される。移されたエネルギは、音響信
号の周波数によって周波数シフトされる。したがって、
この装には、１周波数の光を異なる周波数の光に変換す
る。

音波は、バルク波か表面波かのどちらかを含んでもよい
。ロッドを介して移動するバルク音波、またはロッド上
を移動する表面弾性波によって、ファイバを音響的に接
触させるロッドの表面の撮動が生じ、ファイバの音響接
触の各点に時間変化する応力が生じる。別なふうに見る
と、応力の特定の点は、時間変化せず、しかも入射角に
依θする伝搬位相速度でファイバを下って移動すると考
えてもよい。応力によって、エネルギが光学信号の２つ
の伝搬モード間で移される。音波の与えられた伝搬距離
に関して、ファイバの多数の巻の結末、音波が１つの１
￥直ぐなファイバに沿って伝搬される場合に移されるで
あろうよりも実質的に大さな旦のエネルギが移される。

ｂ７ましい実施例では、ファイバは、光学ファイバに対
する音波の入射角が一定であるように、？３波媒体上で
巻かれる。一定の入射角で、８雪光学周波数シフタは、
き四周波数の相対的に狭いπ囲に応答する。この発明の
代わりの実Ｍ例では、光学ファイバ上の音波の入射角は
、音波の伝搬方向に対して異なるビッヂでファイバの胃
なろ部分をさくことによって変えられる。したがって、
光学ファイバの部分は、異なる５四周波数に応答するよ
うにされる。さねピッチは、広帯域周波数シフタを提供
するために、線形に可変にされる。他の実施例では、巻
線ピッチは、デ、ｒスクリードなａで周波数に応答する
周波数シックを提供するために、ディスクリ−ドナｒｒ
！Ａ隔で変えられる。

この発明のこれらＪ３よび池の特徴は、図面８参照する
ことによって最もよく埋貯されよう。

好ましい実施例の詳細な１ この発明の動作の１！ｌ！論会まず述べ、続いてこの発
明の実施例の物理的な構造を説明する。複屈折光学ファ
イバでの周波数シフディングのＩｌｐ論に関する付加的
な情報は、「複屈折ファイバの８豐光学周波数シフティ
ング」、ダブル・ビイ・リスク（Ｗ、　Ｐ、　Ｒ１５ｋ
　）他、オブティクス・レクーズ（○ｐＮｃｓ　　Ｌ　
ｅｔｔｅｒｓ）　、第９巻、第７号、６月。

１９８４年、３０９−３１１頁、「複屈折光学ファイバ
の単側波帯周波数シフティング］、ダブル、ビイ・リス
ク他、スビー＜ｓｐ＋ｃ＋、ｑｙ・１７８さ、ファイバ
、オブ＝フィクス・アンド・レー１ｊ・センソ　ＩＩ（
ＦＩ［３ＥＲ０ＰＴＩＣ３△ＮＤＬΔＳＥＲ５ＥＮＳＯ
Ｒ１１）、５月、１９８４年、’）１−９７頁、Ｊ−３
ヨＵ　ｒ　ｔＮ　’Ｉｔ　光”ｌ　複Ｚ折ファイバ周波
数シフタ」、ダブル・ビイ・リスク他、ＩＥＥＥｆｆｉ
子エレクトロニクスグループ（Ｑ　ｕａｎｊｕｍ　　Ｅ
　１ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　　Ｇ　ｒｏｕｐ　　ｏｒ　　
ｌ　Ｅ　ＥＥ＞、ＪｊよびアメリノＪ光学学会（Ｏｐｔ
ｉｃａｌ　　３　ＱＣｉｃｔｙ　　ｏｆ　　／１ｃｒｉ
ｃａ）　ｌ］ｌＪ！ｌの、集積および被す五う導波光学
会３　（Ｉ　ｎｔｅＯｒａｔｅｄ　　ａｎｄ　　Ｑｕｉ
ｔｔｅｄＷａｖｅ　　Ｑｐｔｉｃｓ　　　Ｃｏｎｒｅｒ
ｅｎｃｅ　）　、↑シフ（ｋｉＳｓｉｍｍｅｅ　）　、
フロリダ（４月２４−２６日、１９８４年）で完ること
ができる。

この発明の周波数シックは、第１図に示されろように、
相対的に高い屈折率の中央のコア１２゜および相対的に
低い屈折率の周辺のクラッド１４を有する、複屈折単一
モード光学ファイバ１０を初出する。周知のように、？
！２１ｉ１折ファイバは、複屈折の２つの直交する主軸
をｉＺ　シ、その各々は、偏光モード、またはファイバ
を介する光学通路に対応する。これらの軸は、第１図で
はＸおよびＹで示される。これらの２つの軸のどちらか
に泊って線形に偏光される光は、光がファイバを下って
伝搬するとき、線形に偏光された状態である。一般に、
どのような偏光の光も、これらの２つの線形に偏光され
たモードの唄ね合わせとみなされる。

複屈折単一モード光学ファイバの２つの偏光モードは、
わずかに胃なるｉｉ！度で光を１三見する。それゆえに
、Ｘ　Ｉｔモードでの光の位！Ｏ１ｌ！、光がファイバ
を下って伝博するとき、Ｙ軸モードの位相に対して変化
する。ファイバに）分って長手方向に北定され、一方の
モードの光が、＠方のモードの光に対して位相で３６０
９だけ分離されるのに必要な距離は、一般にファイバの
「ビート長さ」と呼ばれる。数学的に、ビーｔ−長さは
、次のように定八される。

ここでしはビート良さであり、λは光の波長であり、か
つΔｎは２つの偏光モードの屈折率の序である。

方稈式（１）から、ビート長さは、［−ド間の１ｉＴｌ
ｌＪ’ｉ率の差に反比例し、したがって、）？イバの複
層υｉに反比例することがわかる。その結果、１後屈折
ファイバは、低複屈折ファイバよりたいビート長さ？有
する。好ましい実施例のファイバ１０は、１１１１！の
オーダのビート良さをｉ′する高複屈折ファイバである
。高複屈折ファイバを製造する１つの一般的な技術は、
第１図のコア１２によって図解されるように、コアが市
内形状を存するようにファイバを引延ばすことである。

８複屈折ファイバｌユ、偏光モードがうまく定義され、
したがって与えられる光の偏光が、偏光り一ド間の光の
かなりの結合なく、比較的長い長尺のファイバにわたっ
てＩＩ持されるという利点がある。したがって、高ｉ！
！屈折ファイバの偏光［−ドは、ファイバを介する独立
した光学通路とみなされ、その光学通路１ユ、光がその
間で移されないように、通常結合されない。

ヨーロッパ１）許出願第８４３０７９２０．３＋′：′
Ｊ（公間番号第０１４３５８３月）および第８４３０８
０１０．２号で、および［複屈折ファイバ偏光結合器」
というωの論文、オブティクス・レターズ、第８さ、第
１２号（１２月、１９８３年）。

６５６−６５８頁で論じられているように、？！２屈折
単一〔−ドファイバの偏光モード間の光の選択結合は、
複屈折の主軸に対して杓４５″の角度で複屈折ファイバ
に力をかけることによってなしとげられる。そのような
力は、ファイバの両側の２つのアンビルまたｌニブレー
トの間でファイバを圧搾することによってかけられる。

そのような力をかけることで、複屈折軸を力の点で摂動
し、かつ複屈折軸が小さい角度を介して回転される。そ
の結果、一方の線形に偏光されたモードで送り出される
光が部分的に集中した摂動に達するとき、光は摂動され
た複屈折軸に沿って線形漏光されたモードの重ね合わせ
に分解し、光を一方の偏光モードから他方の偏光モード
に効果的に結合する。ファイバの応力は静的であり、か
つファイバを下って移動しないので、結合された光は周
波数シフトされない。

土で述べたごとは１間隔がおいて複数のりフジ２２．２
４．２６を含むリッジ構造を戦略的に描く第２図を参照
することによってさらによく理解されよう。）？イパ１
０１ｊ、リッジ２２．２４゜２６とベースブロック２８
との間で分解され、そのためファイバ１０１Ｊ（の間で
圧際される。）？イバ１０の軸に垂直な方向にリッジＭ
４造２０に力を加えると、リッジ２２，２４．２６の各
々で複屈折軸を摂動し、かつファイバ１０に沿って交互
に応力のかかつている領域および応力のかかつていない
Ｃｆ［を提供し、そのためファイバ１０の２つの偏光モ
ード間に結合が生じる。モード間の最大結合のために、
リッジ２２．２４．２６はビート良さの間隔があけられ
、かつ各リッジの良さはビー１−艮ざの半分であるのが
好ましい。これらの条件が満されると、各リッジ２２．
２４．２６での結合が他のりフジ２２．２４．２６での
結合とともに累積する。十分な数のりフジ２２．２４゜
２６を提供することによって１ｇＡ光モードの一方への
光入力の１００％が、偏光モードの他方に結合される。

このような結合現象のより完全な説明は、上で参照した
論文Ｊ３よび特許出願に見られ。

ここで参照することによって援用する。

第２図のりフジ構造２０によって提供される交Ｈの応力
のかかつているｆｆｌ　ｉｉ！５よび応力のかかってい
ない領域は、代わりに、実際に移動する音波、たとえば
ファイバ１０の中心軸に沿って長手方向に伝搬するため
に送り出されろ第３図の音波３０によって提供されても
よい。移動するＩ波３０の周１１Ｆ］性は、ファイバに
対応する交互の応力のかかつているｆｆＩ　ｂｌおよび
応力のかかつていないｆｆ［を。

提供するために、交互の圧縮された領域および希薄にさ
れた１　ｔｒｉを提供し、したがって、ファイバの偏光
モード間に結合が生じる。Ｒ大結合のために、Δ波３ｏ
の波長は、）？イパのビート長ざに等しいように選択さ
れるのが好ましい。音波は正弦であるため、交互の圧縮
された領域および希薄にされた領域の各々は、長さがビ
ート長さの半分であり、したがって、交互の応力のかか
つている領域および応力のかかっていない領域の各々は
また。長さがビート長さの半分である。上述のことから
、第３図の音波３０１．ｔ　、ファイバに沿って交互に
ビート長さの半分の応力のかかつている領域および応力
のかかつていない領域を提供することによって、第２図
のビート長さの半分のりフジ２２．２４．２６と同じ！
！！ｉ様で、ファイバの偏光モード間の光をｍｍ的に結
合することがわかるだろう。さらに、ファイバのビート
長さに等しい音波長は最大結合にとって好ましいが、累
積結合はまた。波長がビート長さの奇数（８である場合
に生じる。

リッジ２２．２４．２６によって生じるファイバ応力が
静的である第２図のりフジ構造２０と対照的に、第３図
の移動するｆｌｉ！！！３０によって生じろファイバ応
カバクーンは、ファイバを下って移動する。応カバター
ンのそのような移動によって。

一方の偏光モードから他方の偏光モードに結合される光
は、可動発信源からの光がドツプラシフトされるとき、
大いに周波数シフトされる。実際、光学！＋１２送波お
よび音波は、バ四周波数および光学搬送周波数が加算的
にかつ減ｎ的に結合するように異種結合され、和および
差の周波数で側波帯を提供する。音波が光と同じ方向に
伝搬すれば、速い方の偏光モードから遅い方の偏光モー
ドに結合される光は囚ｖｌ数シフトアップされ、一方遅
い方の偏光モードから速い方の偏光モードに伝搬する光
は周波数シフトダウンされる。音波が光学搬送波と反対
方向に伝搬すれば、これらの関係は逆になり、そのため
速い方のモードから遅い方のモードに結合される光はシ
フトダウンされ、一方遅い方のモードから速い方のモー
ドに結合される光はシフトアンプされる。

周波数シフトされた結合は、音波がファイバの光学モー
ドのビートパターンに適当に位相整合される必要がある
。第３図では、？ｉ波長は、（音波の伝搬方向よりむし
ろ）ファイバの軸に沿って測定されるので、ファイバの
ビート長さに等しいとき、そのような位相整合が生じる
。古い換えると、速い方のモード（低い方の率）、理い
方のモード（高い方の率）、Ｊ３よび８波の伝搬定数は
５次の関係を１葡さむければならない。

ｋ　＋　＋に２−ｋ　２　　　　（２）ここでに、は速
い方のモードの伝搬定数であり。

ｋ２１ユ遅い方のモードの伝搬定数であり、かつｋ。

はファイバに泊った音波伝搬定数のコンポーネントであ
る。

偏光モード間の周波数シフトされた光の結合は。

ｃｏｓ　　（ω、　−ｈ　、　ｚ　）として高速光学［
−ドの光を表わすことによって数学的に検査され、ここ
でωは光の角周波数であり、（は時間であり、かつＺは
ファイバ軸に泊った距餌である。音波は、ＣＯ５（ωｔ
−ｋＬＺ）として表わされ、ここでω４はξ 音波の角周波数である。これらの２つの波の相互作用ｔ
ユ、次の式に比例する積の項となる。

１／２［ｃｏｓ［ω＋ωＬ　）　ｔ　−（’　ｒ　＋ｋ
Ｌ　）ｚ＋＋ｃｏｓ　　［（ω−ω、　）　ｔ　−（ｋ
　＋　−に、　）　Ｚ式（３）の第２項は、方程式（２
）の位相整合条件を満しておらず、したがって、この項
によって表わされる信号は次第に減衰することが期待さ
れる。しかしながら、第１項は、式（２）に従って、低
速モードに位相整合され、かつ低速モードがアップシフ
トされることを明示的に示す、同（工の分析から、低速
モードが６波と相互に作用すれば、結果として生じる相
互作用に対する式は、次のようになる。

１／２（ｃｏｓ［（ω−ωＬ）ｔ−（ｋ、−に工）ＺＡ
＋ｃｏｓ　　［（ω十ω、）ｔ−（ｋ２＋に、＞Ｚ〜） 式（４）の第２項は、式（３）の第２項と同様に、位相
整合されておらず、しかしながら、残りの項は、方程式
（２）に従って、高速モードに位相整合され、かつダウ
ンシフトされた波を明示的に説明する。

したがって、上述の分析から、上方側波帯は一方の偏光
に内蔵され、かつ下方側波帯は他方の偏光に内蔵される
。所望の側波帯は、偏光器を介して出力光を通過させる
ことによって選択されろ。

上述の位相−合条件は、ファイバ軸に！！！直な波頭を
存するファイバを下って長手方向に伝搬する８波にとっ
て、３波周波数は、波長がファイバビート長さに等しい
ほどでな番ブればならないということを示す、ファイバ
ビート！ｇさは、曲型的に、１　＋ｕ以上のオーダであ
るため、そのような長手方向に伝搬する音波から最大限
に利用できる周波数シフトは、はんの数メガヘルツのオ
ーダである。

第４図は、１２ｆｆトランスデユーサ４０を位置決めす
ることによってこの限界を避けるＩ７ｉ！波数シフタを
図解し、成る方向、たとえば高江屈折単−モード光学フ
ァイバ４６の中心Ｎ４Ｂと成る角度をなしている矢印４
３によって示されるように伝搬する音波４２を生じさせ
る。そのように位置決めするため、波４２の波頭４４は
、角度Ｏ１ここでは「入射角」と呼ばれる角度で、非常
に複屈折な単一モード光学ファイバ４Ｇをきｔ的に接触
させるように向けられろ。ここで用いられるように、用
語「入射角」は、ファイバに衝突する音波の波頭とその
ファイバのＣ’ｆ方向の中心軸４８との間のｔｌ　Ｉ′
１″］として規定されろ、Δ波４４の波長λ９（伝搬方
向４３で測定される）および入射角θ１ユ、好ましくは
、隣接する波頭４４がファイバＩＩ！１４８に沿った方
向に測定される１ファイバビート長さしだけ間隔があけ
られるように選択される。波頭４４のビート長さの間隔
は、上で説明された位相整合条件を満し、したがって、
ファイバ軸４８に沿った音響伝搬のコンポーネントは、
上の方程式（２）を満す。このような配置のため１位相
整合条件を満している限り、長手方向に伝搬する音波に
関するよりはるかに類い音波長、したがってはるかに高
い音響周波数を用いることができる。第５図に図解され
るように、単純な三角法から、位相整合条件は次の場合
に満されることがわかる。

λ　−１ｓｉｎθ　　　（５） 良 したがって、入射角θを変えることによって、音波長、
したがって音響周波数は、容易に変えられる。方程式（
５）は、Ｉｔ周波敗ω４によって、次のように薗き直さ
れる。

ここでユは、方向／１３に音波を伝搬する速度である。

第６図は１音響周波数と入射角と、の間の関係をグラフ
で図解し、非常に小さい入射角（たとえば、２．３度ま
たは１度の何分の−）に対して、利用される３５周波数
はかなり高い、音響周波数は、０が９０”に等しいとき
（すなわら、ｒ５５波がファイバに垂直であるとき）最
大である。例として。

３°の入射角では、ｉｍｍのビート長さを有するファイ
バに対して９５Ｍｌ−１ｚのＥｔｔｔ周波数を用いるこ
とができる。

第４図の装置はまた、音波の「伝搬位相速度」によって
分析される。ここで用いられる用語「伝搬位相速度」は
、測定の特定のライン（たとえば。

方向４３または軸４８）に泊って測定される速度として
規定され、それとともに波頭（たとえば。

波ｌＸ１ｉ４４の１つ）と測定の軸との交差点が動く。

したがって、特定の波頭４４に対して、その波頭は１選
択される測定の軸に特有である［伝搬位相速度」を有す
る。ライン４３に沿った伝搬位相速度は、波頭がそのラ
インに沿って肋く速度に等しい、同様に、ファイバ軸４
８に沿った伝搬位相速度は、波頭が軸に冶って動く速度
である。伝搬方向４３の音波の伝搬位相速度は、入射角
とは烈関係である。しかしながら、ファイバ軸４８の方
向の８波頭の伝搬位相速度は、入射角が減少するにつれ
て増加し、かつ入射角が増加するにつれて減少する。し
たがって、波長４２をファイバ４６に対して成る角度を
もって向けることによって、波頭４４の伝搬位相′ａ度
は、伝搬方向４３に沿った方向でよりも、）？イバ怜４
８に沿った方向で５い。一般に、与えられたＥＦｆｆ伝
ｙａ速度および周波数にとって、入射角が０６に近づけ
ば近づくほど、ファイバ軸に沿った伝搬位相速度は高く
なる。ざらに、適ツな位相整合条件を維持している限り
５伝搬位相速度が高くなればなるほど、音響周波数は高
くなる。したがって、ファイバと成る角度をなして音波
を向けることによって、ファイバ軸の方向に伝搬位相速
度が増加し、それによって、ｎい周波数音穴信号が、相
対的に長いビート長さをイｉするファイバと整合するこ
とがＣきる。

この発明は、８波をファイバと成る角度をなして向け、
ツーフィバ軸に沿った波頭に対して相対的な高い伝搬位
相速度を提供し、したがって高い周波数シフトをなしと
げるという、上で説明された８作のｔｌ論に預っている
。この発明はまた。音響エネルギの増加を要求すること
なく、モード間の１ネルギ転送の効率を増加させるため
に、新規の多数の巻のファイバ構造を利用する。

第７図は、この発明の好ましい実施例を図解する。複屈
折ファイバ２００は、ファイバが、ピンチ距離Ｓだけ間
隔がおいている複数の巻を介して表面２１４と′＆続１
ｖ１接触するように、一定のピッチ角度ａで、音波伝Ｓ
媒体２０２の表面２１４のまわりで螺旋状に巻かれる。

「ピッチ角度」は、音波伝Ｓ媒体２０２の長手方向軸に
垂直な平面に関するファイバ２００の角度であり、かつ
下で説明されるように、ファイバ２００上の表面弾性波
の入射角に等しい、この好ましい実施例では、ａ波伝′
Ｓ媒体２０２は、直径がＤの円形横断面を有する中実の
ロッドである。ロッドは、好ましくは。

直円柱（すなわら、均一な、直径を有する）である。

例として、ロッド２０２は、石英ガラスで形成されても
よい、好ましくは、ファイバ２００は、ファイバ２００
にかけられる小さいｍの張力で、ロッド２０２上で巻か
れ、ファイバ２００とロッド２０２との間に良好な音Ｗ
接触を提供する。ファイバ２００は、接着物質、たとえ
ばエポキシ接着剤（示されていない）、または当該技術
分野において公知の他の手段によってロッド２０２に付
着されるのが都合がよい。好ましくは、ファイバ２００
にかけられる張力は、接着剤が硬化している間維持され
る。

バルク波トランスデユーサ２０４は、ロッド２０２の一
端部に接着され、かつ高い周波数振ａｍ圧の発振源（示
されていない）によりて起動され。

矢印２０６で示される方向に伝搬するバルク音波を発生
させる。示される実施例では、方向２０６は、ロッド２
０２の長手方向軸と一致する。

バルクトランスデユーサ２０４は、！ｊｌＩ型的に１４
１いし２０　Ｍ　！−１ｚの周波ｒ１範囲で動作するＰ
ＺＴ（鉛ジルコニウムチタン）ディスク、曲型的に１Ｍ
　ＨＺより小さい周波数範囲ないしＩＧＨｚより大きい
周波数範囲で動作するリチウムニオブ酸鉛（Ｌ＋Ｎｂ０
ｚ）ディスク、典梨的に１００Ｍｌ−１２ないしＩ　Ｇ
Ｈ２より大きい周波数範囲で動作する酸化亜鉛ディスク
、または当該技術分野において公知の他のトランスデユ
ーサである。振動電気き、圧電トランスデユーサ２０４
は、ロッド２０２の長手方向軸の方向に膨張しかつ収縮
し、バルク音波を発生させる。矢印２０６によって示さ
れる方向に中実のロッド２０２を介して移動するバルク
音波によりて、ロッド２０２が空間で周期的に圧縮され
かつ希薄にされる。当業者によって認められるように、
ロッドが空間で周期的に圧縮されかつ希薄されることに
よって、ロッド２０２の表面が振動する。このＰ！果は
、ロツＩ’　２０２の短いセグメントについて、第８図
に図解されろ。圧縮されかつ希薄にされた領域は透視＄
１２０８によって絵で表わされ、圧縮は領域２１０の間
隔の狭いＩ！１ｉ１２０８によって表わされ、かつ希薄
は領域２１２の間隔の広い線２０８によって表わされる
。

圧縮されたｆｆ１ｉｄ２１０は、ロッド２０２の表面２
１４を拡大し、一方８薄にされたｆｆ［２１２は。

ロッド２０２の表面２１４を収縮させる。ロッド２０２
の表面２１４が交互に膨張されかつ収縮されることによ
って、ｔ５ｖＪが生じ、この振動は、矢印２０６の方向
にロッド２０２の表面２１４に沿って移動する二］張さ
れた表面波２１６として表わされる。ロッド２０２の表
面２１４が振動することによって、ロッド２０２の表面
２１４と音Ｗ接触してきかれるファイバ２００上に周期
的な応力が生じる。この応力は、第４図に関連して上で
説明された態様で、ファイバに影響する。

矢印２０６によって示される方向に伝搬する行波によっ
て生じる振動は、その後、ファイバ２００の各巻に応力
をかける。したがって、ロッド２ｏ２のまわりの複数の
間隔の狭い巻のように、ファイバ２００を巻くことによ
って、音波類は、杏間の相対的に短い距離を移動してい
る間、ファイバ２００の実質的な長さに影響を及ぼすこ
とができる。再び第７図に戻ると１位［Ａは、ロッド２
０２およびファイバ２００上の任意の位置を表わし、そ
れは、ファイバ２００の一巻の始めであると考えられる
。位ｒａＢは、ファイバ２００およびロッド２０２上の
、ファイバ２００上でさらに−さされ、矢印２０６によ
って示される方向に、ピッチｆｆｌ！離Ｓだけ位置へか
ら１２０隔があいた位置であるように選択される。ロッ
ド２０２によって提供される音響通路に沿って位＠へか
ら位ｒｌＢに移動する音波類は、ピッチ距ＷｉＳを移動
し、かつ位置へと位ＦＩＢとの間で）？イム２０（＞の
−杏の長さを照射する。したがって１位置へと位Ｈｅと
の間でファイバ軸に沿って測定される光学通路長さは、
位置△と位′ＩＩＢとの間で音響仏殿の方向にロッドに
沿って軸方向に測定される音響通路より実質的に良い。

音波類は、それから、位置Ｂで始まるファイバ２００の
一巻を照射し、続いて、波頭が矢印２０６によって示さ
れる方向に伝搬するにつれて、ファイバ２００のその１
！２のさを照射する。したがって、各波頭の各部分は、
？！２数の谷の各々の部分上に応力が生じ、それによっ
て、光学信８エネルギが２つの伝搬モード間で累積的に
転送される。この発明は、ファイバ２００と伝搬してい
る冴波頭との間に、相対的に類い音口伝搬距ガ１にわた
って、相対的に大きい量のｉｔ接触を問供する際に特に
利点がある。したがって、この装置は。

かなり小型である。さらに、音響ロッドは、音波頭を予
め定められた＠冑通路に拘束させるために。

音響ヂＰンネルを記供する。

この発明の他の好ましい実施例では、ロッドは。

第９図でロッド２２２として図解されるように。

中空の管として形成される。ファイバ２００は、第７図
の中実のロッド２０２に関連して上で説明されたのと同
じ態様で、中空のロッド２０２のまわりで轡かれる。中
空のロッド２２２は、１端部上に載置され、音波を発生
させるトランスデユーサ２２４を有する。トランスデユ
ーサ２２４は、第７図に関連して論じられたように、バ
ルク波タイプであってもよい。中空のロッド２２２は、
トランスデユーサ２２４によって発生されるバルクｒ５
波が、中空のロフト２２２の惰状璧で伝搬し、そのため
＆胃エネルギは、波が大部分の中実のロッド２０２を介
して伝搬している場合（第７図）より集中されるという
Ｊ気でかなり利点がある。第９図の中空のロッドの実Ｉ
ＩＳ例のため、バルク音波のさらに大きい割合のエネル
ギが、ファイバ２００に応力をかｔノる表面振動に移さ
れると考えられろ。トランスデユーサ２２４は、第９図
に示されろように、中空の円筒ロッド２２２の形に整合
させるためにワッシャ形であり、したがって、ロッド２
２２の端部と接触している圧電材料上でのみ。

電気エネルギを集中させる。

第７図および第９図で示される装置の代わりの実施例で
は、ロッド２０２．２２２の端部のトランスデユーサ２
０４．２２４は、端縁接着されたトランスデユーサ、ま
たは当業とに公知の１表面弾性波を直接発生させる他の
手段であってもよい。

表面波トランスデユーサの使用は、第１０図の部分的な
横断面図に中空の円筒ロッド２２２について図解されて
いる。例として、ロッド２２２の一端部に接着されるト
ランスデユー＋ｊ２２４は、放射状の極の、端縁接着さ
れる。圧電材料の表面波トランスデユーサであってもよ
い、第１０図の部分的な！ｌｌ断面に示されるように、
放射状の甑のトランスデユーサ２２４は、円筒ロッド２
２２の表面２３４に撮動２３８を発生させ、そのｔ５ｖ
Ｊ２３８は、矢印２２６によって示される方向に単方向
に伝搬する。バルク＆波によって生じる表面撮動と迫っ
て、第１０図の中空の円筒ロッド２２２の表面２３４の
振動は、ｔＩｌＯ１ｌ状の極の、端縁接着されたトラン
スデユーサ２２４によってｉ！ｆ接Ｒ生される。

放射状の極の圧電トランスデユーサの構成および動作は
、当該を支所分野において周知である。簡単に、そのよ
うなトランスデユーサは、強い電界のあるところで加熱
され、それから冷却されるＰＺＴの薄いワッシャ形の塊
から構成されてもよい。

この場合には、電界は、ＰＺＴ材料の中心について対称
である。ツ該技術分野において周知Ｃあるように、材料
が冷却されると、ＰＺＴ材料は、電界の方向に、すなわ
ち放射状に偏光される。したがって、ｒＳ肋ｆｌＲ５’
ｉｌ（示されていない）がＰＺＴ材１にかけられると、
材料は、半径に沿って膨張しかつ収縮し、したがって直
径および円周を周ｍ的に増加させかつ減少させる。第１
０図の実施例では、ＰＺＴｔ−ランスデューサ２２４の
外周（すなわち端縁）は、ロッド２２２の外周に接着さ
れる。

したがって、トランスデユーサ２２４の膨張および収縮
は、上で説明されたように、矢印２２６によって示され
る方向に伝搬するロッド２２２の表面に振動を誘起する
。

この発明の実施例では、音響吸収材ｎ（示されていない
）、たとえば黒ワックスを、トランスデユーサ２０４．
２２４の向かい側のロッド２０２゜２２２の端部に置き
、痔波頭がロッドの良さを伝搬した後、音波頭の８２エ
ネルギを吸収するのが好ましい。したがって、ロッドの
端部での不２！！続によって生じる、８波頭の逆反射は
、その後、減じられまたは除去される。

中実の円筒ロッド２０２か中空の円筒ロッド２２２かど
ちらかで構成されるき胃光学周波数シフタの動作の詳細
は、まず第１１図を参照することによってよりよ＜Ｆｌ
！解されよう。第１１図は、第７図のファイバ２００の
一巻を図解し、大きさ間の三角法の関係を示すために、
ファイバはロッド２０２から巻を解かれている。第１１
図の位と八およびＢは、一般に、第７図の位！Ａおよび
Ｂに対応し、かつファイバ２００の一巻の長さの始まり
および終わりを表わす。第７図に示されるように、ファ
イバの各巻は、ロッド２０２を下って。

巻の「ピッチ距離」と呼ばれる距ｍｓだけ進む。

各巻のファイバの長さＬ４　　（第１１図）は、ロッド
２０２のピッチ距離Ｓおよび直径りによって定められる
。第１１図に図解されるように、長さＬ４は、長さＳお
よびπＤの辺をそれぞれ有する直角三角形の斜辺を形成
する。したがって、長さＬ＋は、次の方程式によって定
められる。

Ｌ　　−ＦＴ７頂ゴ２　＋　３７＜　７　）ゴ 第７図に最もよく見られるように、ファイバ２００は、
音波の伝搬方向２０６に亜直な平面に対する角度を形成
し、これは、ここでは「ビッグ角度」θと呼ばれる。好
ましい実施例では、ピッチル５度はまた、ファイバ２０
０上の表面音波の波頭の入制角に等しく、かつ次の式に
よって規定される。

第５図に関連して論じられた方程式（５）から。

適当な位相整合は次の場合に１−じることが思い出され
よう。

λニー１　ｓｔｎθ　　　　（５） ここでＬは、ファイバのビート長さであり、かつλユは
、音波長である。したがフて、方程式（８）を方程式（
５）に代入すると、音波長は、次の方程式から定めら作
る。

ここでｔ３は音響周波数であり、かつＶユは、ロッド２
０２の表面上の音波の速度である。

例として挙げた実施例では、音波の速度は、毎秒はぼ６
．０００ｍである。ロッド２０２の直径りは、１２．７
＋ｖ（すなわち、≧０．５インチ）である、ピッチ距離
すなわち間ＦａＳは、１．０１であり、かつビート長さ
しは、１．６５ｍ５である。

これらの大きさは１次のように方程式（１０）に代入さ
れる。

１・ｂ’ｆ　Ｘ　ｗＷｌ／ｃｙｃ−１已Ｘ　　１．０　
ＭＩＩＮ−１４５ｘ　１０’　ｃｙｃｌｅｓ／ｓｅａ　
−１４５ＭＨｚしたがって、”Ｉ　４５ＭＨｚの８ｖＩ
信号は、ロッド２０２を下フて伝搬され、ファイバ２０
０で伝搬する光学信号の周波数を１４５ＭＨｚだけシフ
トする。

ファイバ２００は１００ミクロン（すなわち。

０．１１）のクラッド直径を有すると仮定すれば、隣接
する巻のクラッドが接触するように巻を巻くことによっ
て、ピッチＳは０．１ｍｍはど小さくなる。Ｑ、１ｍｔ
ａを方程式（１０）のＳの値に代入すると、説明された
。８響トランスデユーサおよびロッドの音響帯域幅の限
界を受ける実施例に、１４５０ＭＨｚの理論上の最大周
波数を生じる。周波数は、Ｆ！！論上、ロッド２０２の
直径を増加することによって、またはファイバ２００の
代わりにより小さい直径のクラッドを用いることによっ
てさらに増加される。どのような５１合にも、この装置
は、今まで可能であったより著しく高い周波数応答を提
供することが可能である。

この発明の構造上の構成のため、各波頭は比較的短い音
響伝搬距離にわたって光学ファイバの長い良さを照射す
ることができ、したがって効果的にＦＩ雷エネルギが利
用される。たとえば、上で説明された１　４５ＭＨｚの
Ｈ置け、１２．７ｍｍ）直径のロッド２０２の１０．０
ｍｍの長さ上で巻かれるファイバの１０ざを有する。ｌ
！ｌ単な計算で、ファイバのほぼ３９９ｍｍがロッド２
０２上でこの長さでさかれることがわかる。したがって
、１０゜○Ａｆｆｉの距離を移ｖＪする各８波頭は、フ
ァイバのほぼ３９９１ｎｆｆｌを照ｍ　ｔ　ロ。

再び１７図に戻ると、ファイバ２００上の音波の入射角
は、ファイバの巷間の間ｒＦｉＳを変えることによって
変えられる。したがって、ロッド２０２上のファイバの
ｒ２なる部分は、５１ｉなる周波数に応答させられる。

たとえば、巻線のピッチは、多数の５上で変えられ、そ
のためファイバの十分な長さｔま、周波数シフタの範囲
に、音波長の各々と実質的に！！合されるビート長さを
有する。上で説明された好ましい実ｆＡ＠では、ファイ
バの各きは。

良さほぼ２４ビート長さくすなわら、π×１２゜７１÷
１．６５ｍｍ）である。したがって、エネルギの実質的
な墨は、ファイバの轡の各々で、伝搬モードの各々の間
で移される。

ファイバの伝搬モード間のエネルギの転送の最大効率と
して、第７図のファイバ２００は、第１図に関連して上
で説明されたような２つの直交する偏光モードを有する
単一モード複屈折ファイバであるのが好ましい。このフ
ァイバは、ロッド２Ｏ２の表面上に８かれる楕円形のコ
アを有し、コアの主軸は、ロッド２０２の表面に関して
ほぼ４５６の角度である。この発明で用いるのに特に都
合のよいファイバの他のタイプは、第１２図に図解され
るように、Ｄ形横断面である。このＤ形コアイバは、ア
ンドリュー・コーポレーション（Ａｎｄｒｃｗ　　Ｃｏ
ｒｐｏｒａＮｏｎ、　１０５００　　Ｗ、　１５３ｒｄ
　　Ｓ　ｔｒｅｅｔ、　　Ｏｒｌａｒ＋ｒｌ　　Ｐ　ａ
ｒｋ、　　Ｉ　Ｉ　ｌ　１ｎｂｉｓ００４６２）から入
手可能である。第１２図に示されるように、Ｄ形コアイ
バ２６０のクラッド２６２は円形ではなく、その一方側
に平坦な表面２６４を有する。ファイバ２６０はまた、
クラッド２４２で配向される楕円形のコア２６６を有し
、その長軸Ｘは平坦な表面２６４に関して角度φである
。好ましくは、角度φは、実質的に４５″に等しい、第
１２図に図解される、Ｄ形コアイバの使用は、この発明
の製造を非常に容易にする。というのはＤ形コアイバ２
６０は、平坦な表面２６４が第７図のロッド２０２と接
触するように自然に配向し、したがってロッド２０２の
表面に関してコア２６６の主軸を適当に位置決めするか
らである。Ｄ形コアイバの説明は、アール・ビー・グイ
オツド（Ｒ，Ｂ、　Ｄｙｏｔｔ）他、ｒｉ近可能な案内
領域を有する自己位置決め楕円コアフフイパ］。

エレクト０ニクス・レターズ、第１８巻、第２２号、１
０月２８日、１９８２年、９８０−９８１頁に見られる
。

上で説明された周波数シフタは、Ｏ１側波帯被変調光を
児供するために利用されてもよい、第１３図を参照する
と、入力光ｅ　Ｗ　＋は、まずモードフィルタ、たとえ
ば偏光器２７２を介して通過され、光が、ファイバ２０
０の複屈折の主軸の１つに沿って線形偏光されることを
保証する。レンズ２７４は、ファイバ２００の端部に導
入するために。

陽光器２７２から光を集束させるために用いられる。フ
ァイバ２００は、第７図に［１Ｅ１３１て説明されるよ
うに、ロッド２０２上でさかれる。ロッド２０２上のフ
フイパ２００の巻線が、複屈折軸を摂動するファイバに
成る静応力を生じるので、）？イバ２００の入力端部に
偏光制御器２７６を含み、偏光の最後の調整が複層ｉ！
′ｒ＠のそのような摂動を補償することができるのが皐
ましい、この発明で用いるのに適する。ＦＩ屈折単一モ
ードフコアバ偏光υ１１の１つのタイプは、アール・ア
ルリッチ（Ｒ，ｕｌｒｉｃｈ　）　１５よびエム・ジョ
ンソン（Ｍ、　Ｊｏｈｎｓｏｎ）による、「単一モード
ファイバ光学偏光ローテータ」という題の論文、アプラ
イド・オブティクス（ＡＩ）ｐｌｉｅｄ　　０ｐＮｃｓ
　）　、第８さ、第１１号（６月１日、１９７９年）、
１８５７−１８６１頁に説明されている。

ロッド２０２の端部上のトランスデユーサ２゜４は１周
波数ｆえの振！１１電２信号の発信源２８２によって駆
動され、ロッド２０２に音波を生じさせる。光波が、ロ
ッド２０２のまわりのファイバ２００のす線を介して伝
搬するとき、音波のため、光波は光波が入力されるモー
ドから直交プるモードに、少なくとも部分的に結合され
、かつそのように結合された光は、第３図−第１１図に
関する＆ｉｉ論に従って、音響周波数ｆえに等しい量だ
Ｉブ周波数シフトされる。前に示されたように、周波数
シフト（すなわち、アップシフ１−またはダ・クンシフ
ト）の方向は、光がａ速モードに入力されるか低速モー
ドに入力されるかによって定められるだ１ノでなく、音
波伝搬の方向によって定められる。

ファイバ２００を励起する光は、一方のモードで周波数
シフトされた光を内蔵し、かつ入力光が１００％結合さ
れれば、他のモードでシフトされていない光を内蔵する
。光は、それから、？Ｒ早のために、レンズ２７８を介
して通過され、それから、モードフィルタ、たとえば最
初の入力モードでシフトされていない光を遮るために配
向される偏光器２８０を介して通過され、そのためシフ
トされた光のみが偏光器２８０によって通過され、出力
波Ｗ０を形成する。第１４図の図面はバルク光学偏光器
を示しているが、アメリカ合衆国特許第４．３８６．８
２２号に説明されているようなインラインファイバ光学
偏光器は、多くの応用にとって１１点があることを当業
者は理解しよう。

この発明は円筒ロッドにｌＩＩ連して上で説明されたが
、異なる横断面を有する他のロッドを利用することもで
きる。たとえば、第１４図は、４つの１ｉ２１１１　’
、Ｚ　Ｓ面２４，１．．２４／ｌ、、２４４Ｃ，２４４
失を設けるために、一般に正方形の横断面を有するロッ
ド２４２Ｆで巻かれるファイバ２００を図解する。ロッ
ド２４２上でさかれるとき、ファイバ２００に鋭い曲が
りを避けるために、ロッド２４２は、湾曲した角２４６
　．２４６ト、２４６（，２４６，Ｋ　をイｊするのが
都合がいいことを当業者は認めるだろう。湾曲した角２
４６久−ｄの半径１よ、ロッド２４２上でさかれるファ
イバ２００の光がコーナのまわりでうまく案内された状
態であるように選択される。第１４図のロッド２４２の
矩形の横断面は、簡単に端１１接省されたトランスデユ
ーサ２４８　．２４８　．２４８ｃ　、２良　　　　ｂ ４８ｄは、平坦な表面２４４え一沃の各々上に表面弾性
波を発生させるために利用されるという特定的な利点を
有する。ざらに、トランスデユーサ２４８え−ぺは、異
なる周波数または振幅で個々に駆ｖＪされ、モードと周
波数シフトの大きさとの間で移されるエネルギのｍを変
える。各表面上の谷線のピッチ角度は、同じであっても
、または異なってもよい、しかしながら、どちらの場合
にも、ピッチ角度は、好ましくは、所望の＆響周波数を
整合させるように選択されなければならない。

この発明はまた。説明された実ｍ例をトランスデユーサ
なしに用いることによって１選択された周波数または周
波数の範囲に応答するＩ！検出器として用いられてもよ
い、ロッドまたは他の音波伝導媒体は、音波の通路に置
かれ、かつｇ響仏殿の方向に配向される。ロッド上で巻
かれる光学ファイバを介して伝搬する光信号の周波数は
、適当な周波数の音波によって周波数シフトされる。上
で示されたように、この発明の周波数シフタは、音響周
波数の範囲に応答するために、ピッチを変えて巻かれる
。

この発明の音響検出器の配向を変えることによって、音
響検出器は、方位測定器として用いられる。１つの７Ｈ
！検出器は、音波の伝搬方向に配向されるとき、シフト
された周波数で、その最大応答、すなわち最大型のエネ
ルギを有する。直交する配向に置かれた？ｔｔｖｌの音
響検出器はまた。各検出３の応答の相対振幅を比較し、
かつ大きさに対応するＢＷ伝伝力方向計算することによ
って、方位測定器として用いられる。

周波数シフトされた光がそのようなファイバの２つの偏
光モード間で結合される複屈折単一モードファイバに関
して、上の実施例のすべてを説明してきたが、代わりに
、非？！ＩＦｆＵ折ファイバをこの発明に利用してもよ
い。非複屈折ファイバの場合には、ファイバは、２つの
モード、すなわち利用される光の特定の波長に対する１
次モードおよび２次モードを支持するように選択されな
ければならない。第４図−第１１図に関して偏光モード
について論じてきたのと同じｆｉ球で、１次五−ドと２
次モードとの間のビート長さを音波長に位！［Ｉ整合さ
せることによって、周波数シフトされた光は、２つの伝
搬モード間で、すなわち１次モードから２次モードに結
合される。そのような結合は、音響応力がファイバを下
って移動するにつれて、８響応力によって生じるモード
摂動による。そのようなモード結合のＦＩ！論のざらに
詳細な説明は、「フフイバ光学［−ド結合器」という題
の、ヨーロ’／バ￥ｆｒｆ出願第８４３０７９２０．３
．　公１７ｆ１ｍ号第０１４３５８３．および「２モ一
ドファイバモード結合器ｊという論文、アール・シー・
Ｖンククイスト（Ｒ，Ｃ，Ｙｏｕｎｕｕｉｓｔ　）他、
オプティクス・レターズ、第９さ、第５＠、５月、１９
８４年、１７７−１７９頁で論じられており、ここで参
照することによって援用する。したがって。

複団折ファイバは、代わりに、この発明を用いろ甲側波
帯変［で利用されでもよい。入力光は。

専らファイバの２次モードで送り出され、かつモードフ
ィルタ、たとえばモードストリッパ（示されていない）
は、ｉｚの出力端部に置かれ、１次モードに結合される
周波数シフトされた光だけが装置から出力されるように
、２次モードを抑圧しなければならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、単一モード高複屈折ファイバの２つの直交す
る複屈折軸を図解する横！Ｆｉ面図である。 第２図は、光学ファイバに交互に応力のかかつている領
域および応力のかかつていないｆｒｉ域を作り出し、そ
のような光学ファイバの隔光モード間で帖合さぜろリッ
ジ構造を含む偏光結合器を概略的に示す１部分的な横断
面の立面図である。 第３図は、光学ファイバの軸に沿った距離に対するεフ
圧力のグラフであり、光学ファイバの応力のかかつてい
る領域および応力のかかつていない領域に対応する。移
動するａ波の波頭によって圧縮された領域および箱１に
された領域を図解する。 第４図は、光学ファイバおよび音響トランスデユーサの
Ｗ略図であり、そのようなトランスデユーサによって発
生され、それと成る角度をなしてファイバを音響的に接
触させるように向けられるＦ１１波を示し、かつ音波が
ファイバのビートパターンに適当に位相！！合するため
に、その角度は。 ファイバに沿って測定される隣接する波頭間の距離がフ
ァイバのビート長さに等しいように選択されなければな
らないことを図解する。 第５図は、音波がファイバのビートパターンに適当に位
相！１合するために必要な入射角、ビート長さと音波長
との１コの関係を示す図面である。 第６図は、入射角の３ｇ数としての音Ｗ周波数のグラフ
であり、小さい入射角のため、かなり高い８響周波数を
用いることができ、かつそれに対応して高い周波数シフ
トを生じることを図解丈る。 第７図は、この発明の好ましい実施例の側面図であり、
ファイバが一定のピッチで螺旋状にさかれる中実の円筒
ロッド、およびロッドの一端部で、ロッド−と下って長
手方向に移動するバルク＆波を発生さぜるバルク波トラ
ンスデユーサを示す。 ｍ８図は、第７図の中実のロッドの概略の部分的な横断
面図であり、バルク５波の希薄および圧縮の領域によっ
て生じる。ロッドの表面上の効果を絵で図解する。 第９図は、第７図に示される装置の代わりの実施例の部
分的な透視図であり、ロッドは中７であり、かつトラン
スデユーサはロッドに表面音波を発生させる放射状の極
の圧電装置である。 第１０図は、ｆｆ１９図の実施例の部分的な横断面図で
あり、放射状の極のトランスデユーサによって発生され
る表面弾性波の表面振動を図解する。 第１１図は、第７図の実施例のファイバの一巻を図解し
、ファイバとロッドとの間の三角法の関係を示す。 第１２図は、この発明の好ましい実施例で用いられる、
哨円形のコアを有するＤ形コアイバの横断面図である。 第１３図は、この発明の周波数シフタが、単側波ｍａ′
調器として利用される配置を示す概略図である。 第１４図は、矩形のロッドおよび？！２ｍの端縁接着さ
れたトランスデユーサを組入れる、この発明の代わりの
実施例の透視図である。 １０．４６．２００！３．Ｊ、ＣＦ２６０ｉ；ｔ７？−
ｉ’バ。 １２および２６６はコア、１４および２６２はクラッド
、２０はリッジ４’ｌｆｎ、２２．２４および２６はリ
ッジ、２８はベースブロック、２０２，２２２、および
２４２はロッド、２０４．２２４８よび２４８）まトラ
ンスデユーサ、２７４ｊｊよび２７８はレンズ２２８０
は隔光Ｚ、２８２は発信源である。 特許出願人　ザ・ボード・オブ・ トラスティーズ・オブ・ザ・ レランド・スタンフィード・ ９１−ｌ

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. （１）音波（アコースティック波）を伝搬する音波伝導
   媒体、および 第１および第２の速度でそれぞれ中心軸に沿って光を伝
   搬する、第１および第２モードを有する光学ファイバを
   含むことを特徴とする、ファイバ光学周波数シフタであ
   って、 前記ファイバは、前記音波伝導媒体のまわりで巻かれ、
   前記ファイバの複数の巻（ターン）を与え、前記巻の各
   々でのファイバの少なくとも一部分が、前記媒体と音響
   接触して置かれ、前記ファイバの各前記部分は、前記シ
   フタが用いられるとき、各部分でのファイバの中心軸が
   、前記音波の伝搬方向に対して、０°より大きく、かつ
   ９０°より小さい入射角をなすように位置決めされる、
   ファイバ光学周波数シフタ。
2. （２）前記ファイバは、複屈折単一モードファイバであ
   ることを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載のファ
   イバ光学周波数シフタ。
3. （３）前記ファイバは、クラッドに取巻かれるコアを有
   し、前記クラッドは、前記ファイバの複屈折軸に関して
   予め定められた角度で配向される平坦な部分を有し、前
   記平坦な部分は、前記媒体と音響接触することを特徴と
   する、特許請求の範囲第２項記載のファイバ光学周波数
   シフタ。
4. （４）前記媒体は、ロッドを含み、かつ前記ファイバは
   、前記ロッドのまわりで巻かれることを特徴とする、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
   ァイバ光学周波数シフタ。
5. （５）前記ファイバは、前記複数の巻の全体を通じて、
   前記ロッドの表面と実質的に連続音響接触することを特
   徴とする、特許請求の範囲第４項記載のファイバ光学周
   波数シフタ。
6. （６）前記ロッドは円筒形であることを特徴とする、特
   許請求の範囲第４項または第５項記載のファイバ光学周
   波数シフタ。
7. （７）前記ファイバは、前記ロッド上で螺旋状に巻かれ
   ることを特徴とする、特許請求の範囲第４項ないし第６
   項のいずれかに記載のファイバ光学周波数シフタ。
8. （８）前記巻間の間隔は一定であることを特徴とする、
   特許請求の範囲第７項記載のファイバ光学周波数シフタ
   。
9. （９）前記ロッド上の前記ファイバの少なくとも一部分
   の巻線の角度は、前記ファイバの少なくとも他の一部分
   の巻線の角度と異なることを特徴とする、特許請求の範
   囲第４項ないし第７項のいずれかに記載のファイバ光学
   周波数シフタ。
10. （１０）前記ロッドは中実であることを特徴とする、特
    許請求の範囲第４項ないし第９項のいずれかに記載のフ
    ァイバ光学周波数シフタ。
11. （１１）前記音波を発生させる音響トランスデューサを
    含むことを特徴とする、前記特許請求の範囲のいずれか
    に記載のファイバ光学周波数シフタ。
12. （１２）光学信号の周波数をシフトさせる方法であって
    、 中心軸および２つの伝搬モードを右する光学ファイバの
    複数の巻を介して、第１周波数で前記光学信号を伝搬す
    るステップを含み、前記ファイバは、前記巻の各々の少
    なくとも一部分が、音波伝導媒体と音響接触している状
    態で巻かれ、かつ前記音波伝導媒体に沿って音響信号を
    向け、ファイバの中心軸に関して前記音響信号の波頭の
    入射角が０°より大きく、かつ９０°より小さくなるよ
    うに前記巻の前記部分を接触させるステップをさらに含
    み、前記音響信号は、前記ファイバに応力をかけ、その
    ため前記モードの一方で伝搬する前記光学信号の光学エ
    ネルギは、前記モードの他方に移され、かつ第２周波数
    に周波数シフトされることを特徴とする、光学信号の周
    波数をシフトする方法。
13. （１３）前記ファイバは、そこを伝搬する光信号のビー
    ト長さを有し、かつ前記音波の波長は、前記部分の少な
    くとも１つの入射角の正弦の、前記ファイバのビート長
    さ倍に実質的に等しいことを特徴とする、特許請求の範
    囲第１２項記載の方法。
14. （１４）前記光学信号の周波数シフトは、前記音響信号
    の周波数に実質的に等しいことを特徴とする、特許請求
    の範囲第１２項記載の方法。
15. （１５）特許請求の範囲第２項ないし第１１項のいずれ
    かによるファイバ光学周波数シフタに応用される、特許
    請求の範囲第１２項ないし第１４項のいずれかに記載の
    方法。
16. （１６）１周波数の光を他の周波数の光に変換する、特
    許請求の範囲第１項ないし第１１項のいずれかに記載の
    ファイバ光学周波数シフタの使用。
17. （１７）音響信号の選択された周波数または周波数の範
    囲の音響検出器としての、特許請求の範囲第１項記載の
    ファイバ光学周波数シフタの使用。
18. （１８）音響信号の方位測定機としての、特許請求の範
    囲第１項記載のファイバ光学周波数シフタの使用。