JPS62195620A - 光フアイバ用反射装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 光」しｑｊＬ団 本発明は光波が光ファイバに沿って伝播するときに光波
の一部を反射させる方法および装置に関する。より詳細
には、本発明は、２つの音波を所定の角度でファイバの
中へ伝播せしめて、ファイバに沿って第１方向に伝播す
る光波の一部が２つの音波と相互に作用し、その結果、
反射して第１方向と反対の方向に戻るようにする方法お
よび装置に関する。本発明の反射装置を１つ以上光ファ
イバに接合して、これらの反射装置のうちの所定のもの
を作動し、これらの作動反射装置により生じた音波をフ
ァイバの中へ伝播せしめることによって指令で反射光信
号を生じることができる。

主ｍ！ 光ファイバを使用する様々なファイバセンサおよびデー
タ伝送用途の場合、指令で作動されたときに反射を生じ
させるように光ファイバに沿って設置することができか
つ作動されていないとき、事実上損失のない装置を有す
ることが望ましい。

ファイバに沿って設置されたこれらの性質を有する非常
に多くの装置では、時間変域反射測定技術を非常に多く
のセンサからの時間分割多重データに使用することがで
きる。

在来のファイバカプラーは、ミラーを未使用のカプラー
出力ポートに設置することによって反射光信号をファイ
バ中に逆方向に生じるのに使用されていた。しかしなが
ら、このようなカプラーにおける過剰の損失およびカプ
ラーをファイバに取付けることにより生じる追加の損失
は大きすぎて可成り多くのかかる反射箇所を単一のファ
イバに形成することができない。その上、これらの損失
を所望のときになくすためにはカプラーを消勢すること
ができないという点でこれらの損失は永久的に残る。

米国特許出願第５９６，８８９号（１９８４年４月５日
出願）には、光ファイバにおいて反射を生じさせる他の
方法が述べられている。この方法は、ファイバのループ
状部分によって分離された２つのファイバセグメント間
に消失性結合器を用い、ファイバを下方に伝播する光の
一部を１つのセグメントから他のセグメントに結合して
反対方向にファイバに沿って戻るようにしている。この
方法では、ファイバは破壊されることがない。この構造
における過剰の損失は、カプラーの場合より実質的に低
いが、それでもかかる反射箇所を単一ファイバに数百設
けるにはまだ大きすぎる。さらに、米国特許出願第５９
６．８８９号の反射装置は、過剰の消失が生じるたびに
光が反射装置を通過しかつかかる損失が単一のファイバ
に任意の特定の反射装置の下流に形成された反射装置す
べての作動に影響するという点で永続的である。

光ファイバにおいて反射を生じさせる他の公知の・方法
としては、例えばファイバを破断しかつ低品質のコネク
タを使用して破断端部を再び連結することによって断続
をファイバに導入する方法；微小のテーバをファイバに
機械的に導入する方法；およびファイバコアを取囲む被
覆体の光屈折率の空間周期的摂動にファイバの一部をさ
らす方法がある。後者の方法は英国特許出願第２，１４
５，２３７　Ａ号（シェブロン・リサーチＣｏ、１９８
５年３月２０日公開）の５ペ一ジ６５行〜６ページ３５
行に述べられている。反射装置をファイバに形成するこ
れらの公知の方法はすべて、反射装置が永続的なもので
あるという欠点がある。光が各永続的反射装置を通過す
るときには常に光損失があり、かかる損失はファイバの
任意の特定の反射装置の下流にある反射”ＡＭすべてと
関連したすべてのセンサに影響する。これらの損失の結
果、このような永続的反射装置を非常に多くは単一のフ
ァイバに受は入れることができない。

これとは対照的に、本発明の装置は、指令で作動される
ときに光ファイバにおいて反射を誘発し、罪作ｖ１状態
にあるときには過剰損失は事実上ゼロである。本発明の
作動原理は光波および音波の音−光相互作用に基づいて
いる。ファイバコアの近くでは被覆材を除去する必要が
ないため、過剰損失を極めて低（することができる。本
発明の反射装置と同様、音−光ブラッグ（Ｂｒａｇｇ）
セルとして知られている周知の装置も音−光相互作用を
用いている。第１図はブラッグセルの特徴を示す概略図
である。第１図において、ガラスまたは石英のような元
媒体３の中へ伝播する光ビームｌは波列の平面状波面に
対して角度θで音波列２に出会う。

波列２は元媒３の屈折率の変調を生じる。条件がλ （１）　　　Ｓｉｎ　　θ＝□ ２人 （上記式中、λは媒体３中の光の波長であり、Ａは音波
列の波長である） である場合、光波４（光ビーム１のエネルギーの一部を
含む）は光ビーム１に対して角度２θで屈折される。ブ
ラッグセルにおける音波は元媒体３に音波接続される変
換器（例えば第１図の変換器５）によって発生される。

ブラッグセルを使用してレーザ変調器およびビーム反射
装置が構成されていた。しかしながら、在来の用途では
、光はその元の伝播方向から非常にわずかな角度だけ遠
ざかるように反射される。

ファイバにおける所望の戻り反射は等式（１）において
θ−９０″に相当する。Δ−λ／２である場合、戻り反
射（この場合、θ−９０°）が達成される。戻り反射し
た光波の振幅は、音エネルギによって誘発される周期的
な光屈折率の変化が光波長の２分の１、間隔をへだでて
いるときに最大である。一般に、Δ＝Ｍλ／２〔式中、
Ｍは任意の負でない奇数である（すなわち、Ｍ＝１．３
．５・・・）〕であるときに最大が存在する。主な最大
はΔ＝λ。／ｎまたはＭ＝１の場合に起る。■＝Ａｆ（
式中、りは音波の速度であり、ｆは音波の周波数である
）であるので、そしてλ＝λ。／ｎ（式中、λ。は光の
自由空間波長であり、ｎは音−光相互作用が起る媒体の
屈折率である）であるので、この場合、 ｎｖ （２１Ｆ＝ λ。

である。これは、光ビームが音波と同じ直線で伝播して
いるような場合に著しい振幅の反射信号を生じるのに必
要とされる音波の周波数を表わしている。散乱光または
反射光の光周波数は、音波が光波に向って移動している
か光波から遠ざかるように移動しているかにより、Ｆに
等しい量だけ上方又は下方のいずれかに移動される。は
とんどの光ファイバにおいて、コアは融解シリカであり
、この融解シリカの場合、ｎ　＝　１．４６および■＝
５．９６　Ｘ　１０３ｍ／秒である。自由空間波長λ。

＝１．３Ｘ１０−ｂｍの光の場合、戻り方向に程度の最
も小さい回折を誘発するのに必要とされる音周波数はＦ
＝１３．３８ＧＨｚである。

以上で述べたブラッグセルのまっすぐな同一直線状の規
則性には高い周波数が必要とされることから、音−光相
互作用に基づく戻り反射を生じさせる装置を設計する際
の難点が生じる。これらの周波数で作動する音変換器を
製造したり接合したすることが非常に困難であり、はと
んど材料がこの高い周波数では極めて損失がある。光が
光ファイバを通って伝播するような装置において扱うべ
き第１の問題は音波を出来るだけ少ない損失で変換器か
ら基質を通してファイバのコア領域まで伝播せしめるこ
とである。

また、基質およびファイバの音インピーダンスρＶ（但
し、ρ＝密度およびＶ＝音速）の不整合により界面に音
反射損失を引き起す、音反射損失を回避する一方法はフ
ァイバおよび基質を融解シリカから形成することである
。しかしながら、ｒＨＥＥジャーナル・オプ・クラオン
タム・エレクトロニクス（第ＱＥ−６巻、第４号、１９
７０年４月）のり、Ａ、　　ビノウ（Ｐｉｎｎｏｖ）著
の「ガイドライン・フォー・セレクション・オプ・アコ
ーストーオプチック・マテリアル１には、融解シリカの
超音波損失はｌ　２　ｄ　ｂ　／　ａｍ　−Ｇ　Ｈｚ　
”であると開示されている。この損失は１３ＧＨｚの周
波数では２０２８ｄｂ／ｃｍである。この非常に大きい
損失により、ファイバコアと同一直接状の超音波を進入
させることができる配置を工夫することが非常に困難で
ある。非常に小さい角度または集束装置での進入はすべ
て基質における長い経路を必要とする。融解シリカより
も非常に小さい減衰を引き起す結晶が確認されたが、こ
れらの結晶は融解シリカ調光ファイバ音インピーダンス
と実質的に異なる音インピーダンスを有しかつ成る軸線
に沿ってのみ必要な音伝播特性を有する。また、音波を
狭い角度でファイバコアの中へ進入させると、インピー
ダンスの不整合により非常に損失性になり、そして異方
性のため、集束が実用的でない。

光」Ｌ夙ｊＬＩＬ 本発明の装置は、光ファイバに隣接して位置決めされか
つこの光ファイバに接合されて、光がファイバの長さ方
向軸線に沿って伝播するとき、光の一部を反射させるよ
うにすることができる装置である。この装置は２つの音
波を発生させる装置を有しており、これらの音波は所定
の角度でファイバの中へ伝播して、各音波は上記軸線に
対して４５°でかつ他方の音波の方向と直角な方向にフ
ァイバの相互作用部分中を伝播する。

一実施例では、本発明の装置は基質に接合された２つの
音変換器を有し、これらの変換器によって生じた音信号
はＪ！−質を通って伝播し得る。これらの変換器は、基
質を光ファイバに隣接して設置しかつこの光ファイバに
接合した場合、変換器のうちの一方で生じる第１音波が
ファイバの中へ伝播し、そしてファイバの長さ方向軸線
に対して４５°の第１方向にファイバ中を伝播し、かつ
変換器の他方で生じた第２音波がファイバの中へ伝播し
、そして上記軸線に対して４５６でかつ第１方向と直角
な方向にファイバ中を伝播するように配向されている。

ファイバの軸線に沿って伝わる光は第１音波および第２
音波の重畳により生じる音界と相互に作用して一部１８
０°反射されてファイバの軸線に沿って戻る。音−光相
互作用が起るファイバの領域をここでは「相互作用類」
（または「相互作用部分」）と称する。

好ましくは、基質は光ファイバに接合され、かつ音波が
基質からファイバの中へ伝播するときに起る音反射損失
を減少させるためにファイバの音インピーダンスに出来
るだけよく整合するように選択された音インピーダンス
を有する。好適な実施例では、基質は２つの領域を存し
、各領域は変換器の各々をファイバから分離する。両領
域は好ましくは音吸収要素によって互いから分離される
。

第２実施例では、単一の音変換器を使用して２つの音波
を生じさせる。第１実施例と同様に、２つの音波はファ
イバの長さ方向軸線に対して４５″かつ互いに対して９
０″の方向にファイバ中を伝（；５する。第１音波は、
単一の変換器によって発生され、基質を通って直接ファ
イバの中へ伝播する音波エネルギーの一部である。第２
音波は、単一の変換器によって発生され、基質の表面か
ら反射し、その後ファイバの中へ屈折する音波エネルギ
の他の部分である。第２実施例は、たった１つの変換器
を必要とするだけであるため、第１実施例よ／）節単に
製造される。また、第２実施例では、より良好な相互作
用領域の幾何配置となり、ファイバの長さ方向軸線に沿
った十分な長さの相互領域の場合、ファイバ被覆体にお
ける音損が減少し、その結果、回折効率が大きくなる。

欠点としては、２つの音波（単一の変換器によって発生
された音波エネルギーの反射部分および非反射部分）は
同一周波数を有し、従って、本発明の装置の第２実施例
は反射装置としてのみ使用することができ、光周波数変
動装置として使用することができない。

本発明の方法によれば、ファイバの相互作用部分と関連
した音変換器を作動して上記の第１音波および第２音波
を所望のときに相互作用部分に導入する。この（または
これらの）変換器は、光が妨げられていない相互作用部
分を通って伝播するように所定のときに消勢し得る。所
望時に、第１音波および第２音波の両方を実質的に等し
い周波数Ｆを有するように発生させる。この場合、Ｆ＝
（２ｎＶ）／Ｍλ。である（式中、λ。は反射させたい
光がファイバを通って伝播するときの光の自由空間波長
、りはファイバ中の第１音波の速度、ｎはファイバの光
屈折率、およびＭは正の奇数である）。別の実施例では
、第１音波を第２音波の周波数と異なる周波数を有する
ように発生させる。

以下に詳述するように、反射光信号の周波数を、第１音
波の周波数と第２音波の周波数との差に比例する周波数
だけ下方又は上方に移動させる。

各々がここに記載の実施例のいずれにおいても音−光反
射装置と関連した１つ以上の相互作用部分（すなわち反
射箇所）を単一の光ファイバに沿って設定し得る。望ま
しくない光反射をなくすために、各反射装置はこれを作
動するときの所定の時間中以外は非作動状態に維持され
る。

゛なでｔ′　の量゛■ 本発明の反射装置の好適な一実施例の横断面図を第２図
に示しである。この反射装置は第１音変換器１０、第２
音変換器１１および基質１２を有する。基ｔ１２は光フ
ァイバ１６の被覆体Ｉ７に接合されている。ファイバ１
６のコア１８はファイバ１６の中央の長さ方向軸線に沿
って延びている。基質１２は、変換器１０によって生じ
る第１Ｈ波１９がファイバ■６の中へ伝播するのに通る
第１ｗＩＪ４１３と、ａ　ｍ　２３１１　ニヨッ７生シ
ル第２音波２０がファイバ１６の中へ伝播するのに通る
第２領域１４と、第１顯域１３と第２領域１４と間に位
置決めされた音吸収要素１５とを有する。

基質１２は音波をファイバに伝えるための媒体にすぎな
く、好ましくは低音減衰特性を有する。

基質１２の第１領域および第２領域用の適当な低減衰材
料としては、ＬｉＮｂ０ｚ　、ＹＩＧ　、　　ＡｌｚＯ
Ｊ３ＴｉＯ□、ＹＡＧ　、またはＭｇＡ　／　、０４が
ある。本発明の基質に使用するための適当な材料として
は、在来のブラッグ（Ｂｒａｇｇ　）セルに使用されて
いた異方性材料がある。これらの材料は、それらの異方
性により、音減衰を最小にするために変換器およびファ
イバに対する好ましい配向を有する。在来のブラッグセ
ル用の材料の研究は好適な光学特性を有する材料に集中
していた。しかしながら、本発明の反射器では、基質は
いずれの特定の光学特性を有する必要がなく、光不透性
であってもよい。

従って、等方性材料を含む他の好適な基質材料がもっと
あるかも知れない。第２図の説明のために１１’ｔがニ
オブ酸リチウム（ＬｉＮｂ０．　）であると仮定する。

吸収要素１１５は２種の基質成分を接合するのに使用さ
れる材料例えばエポキシであるのがよい。

変換器１０．１１はブラッグセル用に使用される種類の
一在来の超音波変換器であってもよい。このような変換
器はＬｉＮｂ０１または他の圧電材料から作られてもよ
い。第１変換器および第２変換器が同一の超音波変換器
であるような実施例では、周波数Ｆおよび持続期間ｔの
ＲＦパルスを第１変換器に加えると、周波数Ｆおよび持
続期間ｔの超音波１９を基質の中へ放出し、同様のパル
スを第２変換器に加えると、周波数Ｆおよび持続期間ｔ
の超音波２０を基質の中へ進入させる。超音波１９．２
０は第２図に示すように基質を通ってファイバの中へ伝
播する。これらの超音波はファイバ内で直角に交差し、
ファイバ内の波面はともにファイバの軸線に対して４５
°の角度である。音波が交差するファイバ部分を本願全
体にわたってファイバの相互作用部分（または相互作用
領域）と称する。波１９．２０がファイバの軸線に対し
て４５°の角度でシリカファイバ内を通るためには、フ
ァイバの軸線と、超音波変換器を設ける基質表面との間
の角度αは次のようでなければならない。

（３）　　α＝ｓｉｎ−’（ＶＬＳｉｎ４５°／Ｖ）上
記式中、ｖＬおよびＶ、は夫々ニオブ酸リチウム中の音
速およびシリカ中の音速である。この式はスネル（５ｎ
ｅｌ＋　）の法測から得られる。ｖＬ＝６．５　ＬＸ　
１０’　Ｍ／ＳかツＶｓ　＝　ｓ、　９６　ｘ　１０コ
Ｍ／Ｓであるので、αは本発明のこの実施例では５１．
２°であるべきである。

第３図は第２図に示す実施例の相互作用領域の拡大図を
示す。第３図は所望の戻り反射を生じる音−光相互作用
の幾何を示している。ファイバの相互作用領域を通って
伝播する音波１９．２０の波面は実質的に平らであるべ
きであり、従って、相互作用領域を通って伝播する光は
波列１９の波面Ｘおよび波列２０の波面Ｙのような実質
的に平らな音波面に出合う。第３図の右側に向ってファ
イバの軸線に沿って伝播して２つの音波列の交差点Ｒ，
Ｓ等に出合うファイバ内の波長λの光線２１をまず考察
する。ファイバ内のこれらの交差点における屈折勾配は
この光線が伝わっている方向であり、従って、１８０”
の反射（すなわち、戻り反射）が起る。この反射の振幅
は、ＬすなわちＲとＳとの間の距離がλ／２に等しいと
き、最大である。間隔がＬ＝３λ／　２、−５λ／２、
・・・−・・、Ｍλ／２（但し、Ｍは任意の正の奇数で
ある）に相当する場合、より高い程度の最大値が存在す
る。

また、Ｌ＝Ａ／Ｃｏｓφ〔但し、八はファイバ中の音波
長であり、φ＝４５°であり、そしてＡ＝Ｖ／Ｆ　（こ
の式中、りはファイバ中の音速である）〕であるので、
Ｆ＝２Ｖ／ＭλＣｏｓ　φ、または 上記式中、ｎはファイバの平均光屈折率（すなわち、フ
ァイバを通って伝播するいずれの音波も存在しない場合
のファイバの光屈折率）であり、λ。は光線２Ｉの自由
空間波長である。λ。＝１．３Ｘ１０−Ｍ、ｎ＝１．４
６かつＶ＝５．９６Ｘ１０３Ｍ／Ｓである場合、Ｆ＝　
（１／Ｍ）　　ｌ　８．９３　Ｇ１１ｚである。超音波
ひずみは光線２１に作用する回折格子の効果がある。本
発明の装置の作動の可能性のある周波数は上記の例では
Ｆ　”　１８．９３（Ｊｚ、６、３１　Ｇ１１ｚ　、３
．７８　Ｇ１１ｚ等である。より高いＧｌｌｚ周波長で
の作動に固有の難点（変換器の製造問題および周波数の
平方に伴って減衰が増大することを含む）のため、かつ
より高い回折の程度における反射光波の強さが急速に降
下するため、最も良い作動周波数を選択する際には、交
換が伴う。上記の例における６、　３１　Ｇ１１ｚの作
用周波数は１つの選択例である。これは３λ／２の路長
差に相当する。他の可能な方法もあり、この方法はより
低い基本周波数で変換器から始動し、この変換器をより
高い偶数調波で作動する方法である。この方法でブラッ
グセルを作動することができるが、これらのセルが作動
する帯域幅はより高い調波では相応して減小されること
はよく知られている。本願の発明では、広い帯域幅を必
要としない。かくして、上記の例では、２．７　Ｇ１１
ｚの基本周波数の変換器（しかし、この変換器は第７調
波すなわち１８、９３　Ｇ１１ｚで駆動される）を使用
して１８．９３Ｇｌｌｚで作動するのがよい。

再び第３図を参照すると、光線２２についての路長差は
、２回の反射後、光線２１についての路長差と同じであ
り、従って、最大反射のための条件はファイバの１袖線
に沿って相互作用領域の中へ伝播するすべての光線の場
合と同じである。相互作用領域におけるそこに入射した
音波の重畳から生じる音界は一平面内の後進反射光の性
質を有するポロプリズムと同様に作用する。

在来のブラッグセルでは、回折光ビームは、音周波数に
等しい量だけ周波数がドプラー移動する。

以上で使用した同じλ。、ｎおよび■で１８０゜の回折
を生じる在来のブラッグセルの変形例では、その結果生
じる光周波数移動は１８．９３　Ｇ１１ｚである。

本発明の装置では、両度換器から放出される音波の周波
数が同じであれば、光周波数移動はない。

このことは第３図を参照してわかる。第３図において、
第１音波列１９はファイバ被覆体１７およびファイバコ
ア１８を矢印３０の方向に伝播し、第２音波列２０は被
覆体１７およびコア１８を矢印３１の方向に伝播する。

波列１９．２０は同じ周波数を有する。点Ｒのところの
ミラーは特定の瞬時における波１９の波面と波２０の波
面との交差によって形成される。それ以後の成る時に、
点Ｒは矢印３５の方向（すなわち、ファイバの長さ方向
軸線と直角の方向）に下方に移動したことになる。かく
して、ミラーは光線２１と平行な方向には速度成分を有
していない。

しかしながら、本発明の装置は、２つの音ビームの周波
数が同じでないならば、反射光ビームに光周波数移動を
生しる。本発明のこの実施例では、第１音波列１９の周
波数がより高ければ、２つの波面の交差によって形成さ
れるミラーは接近光から遠ざかる方向に速度成分■２を
有し、従って、反射光ビームにおける下方移動が起る。

第２音波列２０の周波数がより高かったなら、反射光ビ
ームは上方移動する。光周波数移動の量は次の如くであ
る。

λ。Ｆ （上記式中、Ｆｌは第１音波列１９のファイバ中の周波
数であり、Ｆ２は第２音波列２０のファイバ中の周波数
であり、すべての他の符号は先に明記した如くである。

） 本発明の反射装置で生じた反射光の周波数は、周波数の
差Ｆ　Ｉ　　Ｆ　ｚを変えることによって、例えば、第
１変換器および第２変換器を所定の等しくない周波数で
駆動することによって制御することができる。このよう
に制御することができることにより、本発明の第２図の
実施例を電気通信の分野に適用することができる。

本発明の装置の第２図の実施例の第１音変換器および第
２音変換器は、これらの音変換器から放出される音波が
ファイバに必要角度で入射して第３図を参照して以上で
述べた種類の音界をファイバの相互作用領域に生じるよ
うに配向されなければならず、また基質もかかる音界が
上記のように生じるように成形されなければならない。

好ましくは、基質は低音減衰性を有する基質材料の２つ
の領域間に接合されたエポキシのような音吸収要素を有
する。このような吸収要素は基質内および基質／ファイ
バ界面の望ましくない反射を減じる。

第５図は本発明の反射装置の好適な第２実施例の横断面
図である。音変換器１０１が音波エネルギを基質１ＯＯ
Ｏ中へ進入して音波は初めに波線１０８．１０９．１０
１の方向に伝播する。波線１０９と１１０との間の領域
で基質１００を通って初めに伝播する音波の部分は光フ
ァイバ１０４の被覆体１０５の中へ直接屈折されて波線
１１２の方向にファイバ１０４の被覆体１０５およびコ
ア１０６中を伝播する。この非反射波エネルギをファイ
バを伝播するときの第１音波と称する。波線１０８と１
０９との間の領域で基ｆｆ１００を通って初めに伝播す
る音波の部分は基質１００の表面から反射し、その後、
ファイバ１０４の中へ屈折されて波線１１１の方向にフ
ァイバ１０４を伝播する。この反射部分をファイバを伝
播するときの第２音波と称する。波！ｌ　１１の方向は
ファイバの長さ方向軸線に対して４５℃であるべきであ
り、波線１１２の方向はファイバの長さ方向軸線に対し
て実質的に４５゛かつ波線ＩＩＩの方向と直角であるべ
きである。

変換器１０１および基質１００は夫々第２図の実施例２
の変換器ｌＯおよび基質領域１３と同じ種類のものであ
るのがよく、第２図と同じ方法で互いにかつファイバに
接合されているのがよい。

音波エネルギの反射部分および非反射部分が適切な角度
で基’ｆｆ／ファイバ界面に達するためにかつ基質にお
ける音の損失（これは一般に基質における音波の伝播方
向に対する基質の配向により決まる）を最小にするため
に、基質１００が適切に配向され、かつ変換器１０１お
よび表面１０２がファイバ１０４に対して適切に位置決
めされるように注意しなければならない。

第６図は第５図の実施例の相互作用領域の拡大図である
。音波エネルギは波線１０８．１０９．１１０の方向に
基質１００を通って伝播する。波線１０８と１０９との
間の領域を伝播する音波エネルギの部分は基質１００の
表面１０２から反射する。表面１０２は基ｆｆ１００と
周囲媒体１１６との間の界面の一部である。周囲媒体は
代表的には空気である。反射音放射線はファイバ被覆体
１１７の中へ屈折されて波Ｍｌ　１１．１１２の方向に
第２波１２０として被覆体１１７中を伝播する。波線１
０９と１１０との間の領域で基質を伝播する音波エネル
ギの部分はファイバ被覆体１１７の中へ屈折されて波線
１２２．１２３の方向に第１波１２１として被覆体１１
７中を伝播する。ファイバに沿って伝播する光線は、第
１波１２１および第２波１２０の両方が伝播する相互作
用部分に出合う。

第５図および第６図の実施例の１つの利点として、たっ
た１つの変換器を必要とするだけであり、従って、装置
は製造容易である。他の重要な利点もある。反射装置の
回折効率（すなわち、加えられた合力の単位あたりの光
の回折パーセント）は相互作用の長さの増大につれて増
大する。また、ファイバ被覆体１１７における合力損失
は被覆体１１７を通る音路の長さの増大につれて増大す
る。

第６図でわかるように、ファイバコアが′ｊｉＥ質に対
し上方に移動するにつれて（すなわち、被覆体の肉厚が
減少するにつれて）、相互作用領域の長さは増大する。

第２図の実施例では、逆の場合もそうである。というの
は、第２図の実施例では、被覆体の肉厚を減小させるこ
とによってコアを上方に移動させるにつれて、相互作用
領域の長さは減小するからである。従って、第６図の実
施例によれば、被覆体の肉厚を減小させるにつれて、回
折効率がより大きくなる。

第４Ａ図および第４Ｂ図は基質（その具体例のいずれに
おいても）を接合し得るための平らな表面をファイバに
形成する一方法を示している。第４Ａ図に示すように、
光ファイバ４０（被覆体４４およびコア４５を有する）
をプレート４１内にこれに切込まれた溝４２に接合する
。プレート４１は融解シリカで作られるのがよい。次い
で、第４Ａ図の組立体の頂面を研削しかつ磨いて第４Ｂ
図に示す組立体を製造する。代表的なファイバは約１２
５ミクロンの外径を有し、１．３ミクロンの光波長で作
動する単一モードのファイバは代表的には約１０ミクロ
ンのコア直径を有する。好ましくは、研削およびにき加
工後、コア４５と頂面４６との間に薄い被覆体層が残留
する。代表的な寸法のファイバの場合、この薄い被覆体
層は第２図の実施例ではほぼ３０ミクロンの肉厚を有す
るべきである。第６図の実施例では、代表的な寸法のフ
ァイバの場合、被覆体層の最適な肉厚は３０ミクロン未
満であり、望ましくはほぼ５〜１０ミクロンの範囲であ
る。基質を第４Ｂ図の組立体の頂面に位置決めするとき
、被覆体層が基質とコアとの間に残留すれば、装置と関
連した過剰の光損失はない。音波がシリカ被覆体におい
て約３０ミクロンに過ぎない距離通ってコアに達しれば
、音波エネルギの関連減衰損失は、作動周波数が６．３
Ｇｌｌｚである場合には３ｄｂ未満である。

本発明の反射装置の基質は、Ｇ１１ｚ変換器をブラッグ
セルに接合するのに使用されるのと同じ技術によって第
４図のユニットの研削かつだき済みの頂面４６に接合さ
れてもよい。基質、接合材、被覆体４４およびコア４５
は、好ましくは、音波が基質からファイバ４０の中へ伝
播するときに起る音反射１ｆ’４失を減少させるように
厳密に整合した音インピーダンスを有する。

１つ以上の本発明の反射装置を単一の光ファイバに沿っ
て位置決めし得る。このような配置では、１つの反射装
置における光損失を単一のファイバと関連した他の各反
射装置で生じる反射光信号に影琶！シないようにするの
が望ましい。この所望の成果達成するには、これらの反
射装置に用いられる変換器を指令で作動状態と非作動状
態との間で切換えすることができる市販のものから選択
すればよい。作動中、光波（例えばレーザパルス）を、
ファイバおよび関連変換器（または一対の変換器）をオ
ンに切換えることによって作動される所定の反射装置の
中へ進入させる。光源と所定の反射装置との間にファイ
バに沿って位置決めされたすべての他の反射装置（すな
わち上流の反射装置）をオフに切換えて光波がこれらの
上流の反射装置を通るときにこの光波の減衰を最小にす
るようにすべきである。その後、あるいは次の光波をフ
ァイバの中へ進入させた後、個々の反射装置を適切に付
勢したり消勢したりすることによって作動反射装置のい
ずれの所望の組合せをも達成することができる。

例示のためにここでは１３００ｎｍの光周波数を使用し
たが、今日の光ファイバもまた８５０ｎｍおよび１５５
０ｎｍで低い光損失を有していることを理解すべきであ
る。より長い波長で損失の大変少ないファイバを製造す
る試みが広（行われている。これらのファイバが実現さ
れれば、上記の音−光反射装置は、低作動周波数のため
、製造容易になる。

ここに述べた種々の実施例は本発明の反射装置を例示す
るためのものであって本発明を限定しようとするもので
はないことを理解すべきである。

本発明の精神を逸脱することなしに、ここで述べた方法
および装置の種々の変形例が特許請求の範囲内にあると
思われる。

【図面の簡単な説明】

第１図は入射光波が入射光θで音波に出合い、音波の一
部が入射光波に対して２θの角度の方向に屈折される在
来のブラッグセルの作動方法を示す概略図；第２図は本
発明の反射装置の一実施例および関連光ファイバを示す
ファイバの長さ方向軸線を含む平面での横断面図；第３
図はファイバのコアに沿って相互作用領域を通って伝播
する入射光波が出合う音波を示す、第２図の反射装置の
音−光相互作用領域の拡大図；第４Ａ図は光ファイバの
長さ方向軸線と直角な平面におけるプレートに接合され
た光ファイバの横断面図；第４Ｂ図は第４Ａ図に示すユ
ニットの頂面を研削しかつ磨いた後、研削かつ磨き済み
の頂面が本発明の基質に接合される用意が整っているユ
ニットの横断面図；第５図はファイバの長さ方向軸線を
含む平面における本発明の反射装置の他の実施例および
関連光ファイバの横断面図；第６図はファイバの軸線に
沿って相互作用領域を通って伝播する入射光波が出合う
音波面を示す、第５図の反射装置の音−光相互作用領域
の拡大図である。 １０・・・第１音変換器、 １１・・・第２音変換器、 １２・・・基質、 １５・・・音吸収要素、 １６・・・光ファイバ、 １８・・・ファイバのコア、 １９・・・第１音波、 ２０・・・第２音波。 ＦＩＧ　１ Ｂ ＦＩＧ、　２ ＦＩＧ、　３ ＦＩＧ、ｔＡ　　　　　　　　　　　ＦＩＧ、ｔＢＦＩ
Ｇ、　５ ｎｎ ＦＩＧ、６ 手続補正書（方式） １．事件の表示　　　昭和６１年特許願第２２７１０４
号２、発明の名称　　　　　光フアイバ用反射装置３、
補正をする者 事件との関係　　出願人 ４、代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、長さ方向軸線を有する光ファイバに隣接して位置決
   めされかつこの光ファイバに接合されて、光波がファイ
   バの相互作用部分を通ってファイバの軸線に沿って伝播
   するとき、光波の一部を反射させるようにすることがで
   きる光反射装置において、 （ａ）音信号が伝播し得る基質と； （ｂ）基質から相互作用部分の中へ伝播して上記軸線に
   対してほぼ４５°の角度の第１方向にファイバ中を伝播
   する第１音波、および基質から相互作用部分の中へ伝播
   して上記軸線に対してほぼ４５°の角度でかつ第１方向
   とほぼ直角な第２方向にファイバ中を伝播する第２音波
   を発生させる装置とを備えていることを特徴とする光反
   射装置。 ２、基質は、第１音波および第２音波が基質からファイ
   バの中へ伝播するときに起る音反射損失を減少させるた
   めにファイバの音インピーダンスに整合するように選択
   された音インピーダンスを有することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の反射装置。 ３、音波発生装置は第１変換器および第２変換器を有し
   、これらの変換器の各々は基質に接合され、かつ変換器
   が音波エネルギを発生させる作動位置と、変換が音波エ
   ネルギを発生させない非作動位置との間で選択的に切換
   できることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   反射装置。 ４、ファイバの相互作用部分を通って伝播する第１音波
   の部分は周波数Ｆ＿１を有する平面音波であり；ファイ
   バの相互作用部分を通って伝播する第２音波の部分は周
   波数Ｆ＿２（但し、Ｆ＿２はＦ＿１と異なる）を有する
   平面音波であることを特徴とする特許請求の範囲第３項
   に記載の反射装置。 ５、第１変換器は基本周波数Ｆ＿３を有し（但し、Ｆ＿
   １はＦ＿３の調波である）；第２変換器は基本周波数Ｆ
   ＿４を有する（但し、Ｆ＿２はＦ＿４の調波である）こ
   とを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の反射装置
   。 ６、基質は、第１変換器が接合されかつ第１音波が伝播
   する第１領域と；第２変換器が接合されかつ第２音波が
   伝播する第２領域と；第１領域と第２領域との間に位置
   決めされた音吸収要素とを有することを特徴とする特許
   請求の範囲第３項に記載の反射装置。 ７、音波発生装置は基質に接合された変換器を有し、該
   変換器は、これが音波エネルギを発生させる作動状態と
   、音波エネルギを発生させない非作動状態との間で選択
   的に切換えでき、第１音波は相互作用部分の中へ伝播す
   る、変換器によって発生される音波エネルギの第１部分
   であり；そして基質は、変換器によって発生される音波
   エネルギの第２部分が反射し、その後相互作用部分の中
   へ伝播するための表面を有し、第２音波は音波エネルギ
   の第２部分であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の反射装置。 ８、ファイバの相互作用部分を通って伝播する第１音波
   の部分は周波数Ｆ＿１を有する平面音波であり；ファイ
   バの相互作用部分を通って伝播する第２音波の部分は周
   波数Ｆ＿１を有する平面音波であり；但し、Ｆ＿１＝（
   ２ｎＶ）／Ｍλ＿０（ｃｏｓｉｎ４５°）である（この
   式中、ｎはファイバの光屈折率、Ｖはファイバ中の第１
   音波の速度、λ＿０は反射装置で反射させたい光がファ
   イバの相互作用部分を通って伝播するときの光の自由空
   間波長、およびＭは正の奇数である）ことを特徴とする
   特許請求の範囲第７項に記載の反射装置。 ９、Ｍ＝３であることを特徴とする特許請求の範囲第８
   項に記載の反射装置。 １０、Ｆ＿１が変換器の基本周波数の調波であることを
   特徴とする特許請求の範囲第８項に記載の反射装置。 １１、ファイバの相互作用部分を通って伝播する第１音
   波の部分は周波数Ｆ＿１を有する平面音波であり；ファ
   イバの相互作用部分を通って伝播する第２音波の部分は
   周波数Ｆ、を有する平面音波であり、但し、Ｆ、＝（２
   ｎＶ）／Ｍλ＿０である（この式中、ｎはファイバの光
   屈折率、りはファイバ中の第１音波の速度、λ＿０は反
   射装置で反射させたい光がファイバの相互作用部分を通
   って伝播するときの光の自由空間波長、およびＭは正の
   奇数である）ことを特徴とする特許請求の範囲第１項又
   は第３項に記載の反射装置。 １２、Ｍ＝３であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １１項に記載の反射装置。 １３、Ｆ＿１が第１変換器の基本周波数の調波であり、
   またＦ＿１が第２変換器の基本周波数の調波であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１１項に記載の反射装置
   。 １４、長さ方向軸線を有する光ファイバに隣接して位置
   決めされかつこの光ファイバに接合されて、光波ファイ
   バの相互作用部分を通ってファイバの軸線に沿って伝播
   するとき、光波の一部を反射させるようにすることがで
   きる光反射装置において、 （ａ）音信号が伝播し得る基質と； （ｂ）基質に接合され、かつ基質を通って相互作用部分
   の中へ伝播して上記軸線に対してほぼ４５°の角度の第
   １方向にファイバ中を伝播するように第１音波を発生さ
   せるとができる第１変換器と； （ｃ）基質に接合され、かつ基質を通って相互作用部分
   の中へ伝播して上記軸線に対してほぼ４５°の角度でか
   つ第１方向とほぼ直角な第２方向にファイバ中を伝播す
   るように第２音波を発生させることができる第２変換器
   とを備えていることを特徴とする反射装置。 １５、第１変換器および第２変換器は、各々、これが音
   波を発生させる作動状態と、音波を発生させない非作動
   状態との間で選択的に切換えし得ることを特徴とする特
   許請求の範囲第１４項に記載の反射装置。 １６、ファイバの相互作用部分を通って伝播する第１音
   波の部分は周波数Ｆ＿１を有する平面音波であり、ファ
   イバの相互作用部分を通って伝播する第２音波の部分は
   周波数Ｆ＿２（但し、Ｆ＿２はＦ＿１と異なる）を有す
   る平面音波であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   ４項に記載の反射装置。 １７、第１変換器は基本周波数Ｆ＿３を有し（Ｆ＿１は
   Ｆ＿３の調波である）；第２変換器は基本周波数Ｆ＿４
   を有し（Ｆ＿２はＦ＿４の調波である）ことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１６項に記載の反射装置。 １８、ファイバの相互作用部分を通って伝播する第１音
   波の部分は周波数Ｆ＿１を有する平面音波であり；ファ
   イバの相互作用部分を通って伝播する第２音波の部分は
   周波数Ｆ＿１を有する平面音波であり、但し、Ｆ＿１＝
   （２ｎＶ）／Ｍλ＿０である（この式中、ｎはファイバ
   の光屈折率、Ｖはファイバ中の第１音波の速度、λ＿０
   は反射装置で反射させたい光がファイバの相互作用部分
   を通って伝播するときの光の自由空間波長、およびＭは
   正の奇数である）ことを特徴とする特許請求の範囲第１
   ４項に記載の反射装置。 １９、Ｍ＝３であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １８項に記載の反射装置。 ２０、Ｆ＿１が第１変換器の基本周波数の調波であり、
   またＦ＿１が第２変換器の基本周波数の調波であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１８項に記載の反射装置
   。 ２１、基質は、第１音波が伝播する第１領域と；第２音
   波が伝播する第２領域と；第１領域と第２領域との間に
   位置決めされた音吸収要素とを有することを特徴とする
   特許請求の範囲第１４項に記載の反射装置。 ２２、基質は、第１音波および第２音波が基質からファ
   イバの中へ伝播するとき起る音反射損失を減少させるた
   めに、ファイバの音インピーダンスに整合するように選
   択された音インピーダンスを有することを特徴とする特
   許請求の範囲第１４項に記載の反射装置。 ２３、（ａ）光屈折率ｎを有しかつ長さ方向軸線を有す
   る光ファイバと； （ｂ）ファイバに接合された基質と； （ｃ）基質に接合され、かつ基質を通ってファイバの中
   へ伝播して上記軸線に対してほぼ ４５°の第１方向にファイバ中を伝播するように第１平
   面音波を発生させることができる第１音変換器と（上記
   第１音波はファイバ中で周波数Ｆ＿１を有する）； （ｄ）基質に接合され、かつ基質を通ってファイバの中
   へ伝播して上記軸線に対してほぼ４５°でかつ第１方向
   とほぼ直角な方向にファイバ中を伝播するように第２音
   波（この音波はファイバ中で周波数Ｆ＿２を有する）を
   発生させることができる第２音変換器と を備えていることを特徴とする光反射装置。 ２４、第１音変換器および第２音変換器は、各々、これ
   が音波を発生させる作動位置と、音波を発生させない非
   作動位置との間で選択的に切換えし得ることを特徴とす
   る特許請求の範囲第２３項に記載の反射装置。 ２５、周波数Ｆ＿１およびＦ＿２が互いに異なることを
   特徴とする特許請求の範囲第２３項に記載の反射装置。 ２６、周波数Ｆ＿１およびＦ＿２が実質的に等しく、そ
   してＦ＿１＝（２ｎＶ）／Ｍλ＿０（ｃｏｓ４５°）で
   ある（式中、λ＿０は反射装置で反射させたい光がファ
   イバを通って伝播するときの光の自由空間波長、Ｖはフ
   ァイバ中の第１音波の速度、およびＭは正の奇数である
   ）ことを特徴とする特許請求の範囲第２３項に記載の反
   射装置。 ２７、Ｍ＝３であることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２６項に記載の反射装置。 ２８、基質は、第１音波が伝播する第１領域と；第２音
   波が伝播する第２領域とを有することを特徴とする特許
   請求の範囲第２３項に記載の反射装置。 ２９、基質はまた第１領域と第２領域との間に位置決め
   された音吸収要素を有することを特徴とする特許請求の
   範囲第２８項に記載の反射装置。 ３０、基質は、第１音波および第２音波が基質とファイ
   バとの間の界面を通って伝播するときに起る音反射損失
   を減少させるように選択された音インピーダンスを有す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２３項に記載の反
   射装置。 ３１、ファイバは被覆体によって取り囲まれた中心コア
   を有し、第１音波および第２音波が伝播する被覆体の部
   分はほぼ３０ミクロンの肉厚を有することを特徴とする
   特許請求の範囲第２３項に記載の反射装置。 ３２、長さ方向軸線を有する光ファイバに隣接して位置
   決めされかつこの光ファイバに接合されて、光波がファ
   イバの相互作用部分を通ってファイバの軸線に沿って伝
   播するとき、光波の一部を反射させるようにすることが
   できる光反射装置において、 （ａ）音信号が伝播する基質を備え、該基質は第１表面
   を有しており； （ｂ）基質に接合されかつ音波エネルギを発生させるこ
   とができる変換器を備え、上記音波エネルギの第１部分
   が上記軸線に対してほぼ ４５°の角度の第１方向にファイバの相互作用部分中を
   伝播する第１音波として基質を通って相互作用部分の中
   へ伝播し、上記音波エネルギの第２部分が第１表面から
   反射し、次いで上記軸線に対してほぼ４５°の角度でか
   つ第１方向とほぼ直角な第２方向にファイバの相互作用
   部分中を伝播する第２音波として基質を通って相互作用
   部分の中へ伝播するようにしたことを特徴とする反射装
   置。 ３３、変換器は、これが音波エネルギを発生させる作動
   状態と、音波エネルギを発生させない非作動状態との間
   で選択的に切換えし得ることを特徴とする特許請求の範
   囲第３２項に記載の反射装置。 ３４、ファイバの相互作用部分を通って伝播する第１音
   波の部分は周波数Ｆ＿１を有する平面音波であり；ファ
   イバの相互作用部分を通って伝播する第２音波の部分は
   周波数Ｆ＿１を有する平面音波であり；Ｆ＿１＝（２ｎ
   Ｖ）／Ｍλ＿０（ｃｏｓｉｎ４５°）である（式中、ｎ
   はファイバの光屈折率、Ｖはファイバ中の第１音波の速
   度、λ＿０は反射装置で反射させたい光がファイバの相
   互作用部分を通って伝播するときの光の自由空間波長、
   およびＭは正の奇数である）ことを特徴とする特許請求
   の範囲第３２項に記載の反射装置。 ３５、Ｍ＝３であることを特徴とする特許請求の範囲第
   ３４項に記載の反射装置。 ３６、Ｆ＿１が変換器の基本周波数の調波であることを
   特徴とする特許請求の範囲第３４項に記載の反射装置。 ３７、基質は、変換器からの音波エネルギが基質からフ
   ァイバの中へ伝播するときに起る音反射損失を減少させ
   るためにファイバの音インピーダンスに整合するように
   選択された音インピーダンスを有することを特徴とする
   特許請求の範囲第３２項に記載の反射装置。 ３８、（ａ）光屈折率ｎを有しかつ長さ方向軸線を有す
   る光ファイバと； （ｂ）ファイバに接合されかつ第１表面を有する基質と
   ； （ｃ）基質に接合されかつ平面音波エネルギを発生させ
   ることができる音変換器とを備え、上記平面音波エネル
   ギの第１部分が基質を通ってファイバ中へ伝播して上記
   軸線に対してほぼ４５°の第１方向に第１音波としてフ
   ァイバ中を伝播し、上記平面音波エネルギの第２部分が
   第１表面から反射し、次いで基質を通ってファイバの中
   へ伝播して上記軸線に対してほぼ４５°でかつ第１方向
   とほぼ直角な第２方向に第２音波としてファイバ中を伝
   播するようにしたことを特徴とする光反射装置。 ３９、音変換器は、これが音波エネルギを発生させる作
   動状態と、音波エネルギを発生させない非作動状態との
   間で選択的に切換えし得ることを特徴とする特許請求の
   範囲第３８項に記載の反射装置。 ４０、音波の周波数は（２ｎＶ）／Ｍλ＿０（ｃｏｓ４
   ５°）（式中、λ＿０は反射装置で反射させたい光がフ
   ァイバを通って伝播するときの光の自由空間波長、Ｖは
   ファイバ中の第１音波の速度、およびＭは正の奇数であ
   る）であることを特徴とする特許請求の範囲第３８項に
   記載の反射装置。 ４１、Ｍ＝３であることを特徴とする特許請求の範囲第
   ４０項に記載の反射装置。 ４２、光波が長さ方向軸線を有する光ファイバを通って
   伝播するとき、光波中のエネルギの一部を反射させる方
   法において、 音波が伝播し得る基質をファイバに隣接して位置決めし
   ； 第１音波を基質からファイバの中へ伝播せしめて上記軸
   線に対してほぼ４５°の第１方向にファイバ中を伝播す
   るようにし； 第２音波を基質からファイバの中へ伝播せしめて上記軸
   線に対してほぼ４５°でかつ第１方向とほぼ直角の第２
   方向に伝播するようにし；光波をファイバの中に進入さ
   せて、この光波が上記軸線に沿って伝播しかつ第１音波
   および第２音波と交差し、光波の一部が反射して初めの
   光波の伝播方向と１８０°反対の方向に上記軸線に沿っ
   て戻るようにすることを特徴とする方法。 ４３、基質は、第１音波および第２音波が基質からファ
   イバの中へ伝播するときに起る音反射損失を減少させる
   ためにファイバの音インピーダンスに整合するように選
   択された音インピーダンスを有することを特徴とする特
   許請求の範囲第４２項に記載の方法。 ４４、ファイバが被覆体によって取囲まれた中心コアを
   有し、またファイバ被覆体の一部を研削除去して被覆材
   の薄い領域によってコアから分離された平らな表面を作
   り；そして基質をこの平らな表面に接合する工程を含む
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４３項に記載の方法
   。 ４５、第１音波および第２音波はファイバ中で実質的に
   等しい周波数Ｆを有しており、但し、Ｆ＝（２ｎＶ）／
   Ｍλ＿０（式中、ｎはファイバの光屈折率、Ｖはファイ
   バ中の第１音波の速度、λ＿０は光波の自由空間波長、
   およびＭは正の奇数である）であることを特徴とする特
   許請求の範囲第４２項に記載の方法。 ４６、第１音波のファイバ中の周波数は第２音波のファ
   イバ中の周波数と異なることを特徴とする特許請求の範
   囲第４２項に記載の方法。