JPS6236644A

JPS6236644A - 周波数シフタ

Info

Publication number: JPS6236644A
Application number: JP17678685A
Authority: JP
Inventors: チン・ルン・チヤン
Original assignee: Litton Systems Inc
Current assignee: Northrop Grumman Guidance and Electronics Co Inc
Priority date: 1985-08-09
Filing date: 1985-08-09
Publication date: 1987-02-17
Also published as: JPH0361174B2

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】発明の背景この発明は、一般的には周波数シフタに関するもので、
特定的には、光学周波数シフタに関するものである。

より詳しく述べれば、この発明は、光入力の周波数を、
角度回転速度検出に適した周波数にシフト・するため、
電気光学回転半波長板を用いる、光学回転検出システム
に用いるに適した、導波管光学周波数シフタに関するも
のである。

周波数シフタは航空機航行に必要な帯域幅を有する光学
回転検出システムを実現するために用いることができる
。そのようなシステムは、１時間あたりｏ、ｏｉ度はど
低いかつ１秒あたり１０００度ら高い回転速度を回転さ
せることのできるものでなければならない。測定１べき
上限および下限の比率は約１ｏ９である。

光学ファイバのリング干渉計が、回転検出に特に有用で
あることがわかった。光学ファイバのリング干渉計は典
型的に、そこに逆包囲Ｊ゛る光波を有する光学ファイバ
材料のループを含む。ループを横切った後、逆伝搬波は
組合わされ、そのためそれらは干渉して出力信号を形成
する。出力信号の強度は２つの波の相対的な位相に依存
する。ループの回転は周知のり“ブナツク効果に従って
２つの波の間に相対的な位相差を生じる。位相差の分は
、ループの角速度の関数であり、そのため逆包囲する波
の干渉によって生じる・光学出力信号はループの回転速
度の関数で強度が変化する。

回転検出は光学出力信号を検出しかつそのｉＡ　Ｑを処
理して、回転速度を決定することにより、達成される。

周波数シフタは、２つの波の間のサグナック位相シフト
の（ぽＩを決定するため、光学出力信号を処理する装置
に含めることができる。

周波数シフタはループに逆包囲光波を導入りるために用
いられる適ツな光源のそれと対比し１ｑる帯域幅を有し
なければなら４１い。約１１００ｎの波長帯域において
コヒーレント・な光出力を有する超明度（ｓｕｐａｒｌ
ｕｍｉｎｏｕｓ　）ダイオードが光学回転検出システム
のための適当な光源であることがわかっている。したが
って、適当な周波数シフタは。

少なくとも５Ｑｎｍだけ搬送波波長の上またｔＪ下に入
力光学ビームをシフト丈ることができなければならない
。以前に用いられた周波数シフタは航空線誘導システム
にとりあまりにも狭い帯域幅を有する。

典型的な光学周波数シフタは移動格子を形成するｇ　９
波を用いる。周波数をシフトすべき光は音響波に与えら
れる。音響波における交豆の圧縮化および希薄化の領域
が音響波の波長に等しい格子間隔を有する回折格子の働
きをする。格子は畠彎波速度で移動しかつドツプラー効
果により入来光学ビームの周波数をシフ１−４６゜音響
光学周波数シフタは単に約２　Ａ　＝　０　、２　ｎｍ
の帯域幅を有する。

＆費光学周波数シフタは典型的には約８０％の効率を有
するがその効率は周波数および周波数シフ［・の■とと
もに変化する。光学回転検出システムの周波数シフタは
必要な周波数シフトの邑の変化に対し不変である。

発明の要約この発明は、光学回転検出システムにおける従来の周波
数シフタの欠点を克服する周波数シフタを提供する。こ
の発明の周波数シフタは、約１ナノセカンドのスイッヂ
ング時間を有し、Ｏないし約１．３ＧＨ２にわたる値だ
け入力光学１３号の周波数をシフトする手段を提供する
。効率は１．　Ｇ　Ｈ２帯域幅にわたり約１　　ｄｌｌ
だけ変化する。したがって１周波数のシフトは光学回転
検出システム（ごＪｊける興味ある全範囲をカバーする
。

この発明は、たとえばニオブ酸リチウムのような、１ｕ
気光学活性材料のサブストレートに形成される光学導波
管と複数個の電極とを含む。′Ａｉ極は光学導波管の長
さ方向に対し２個の直交する１５界を印加するように配
ｔＹされる。これら電界の位（（１は、２個の直交りる
電界の合成が回転電界ベタ１〜ルとなるように、制御さ
れる。電気光学活性ニオブ酸リチウムに対り゛る電界の
印加により、そのｑｌ（折率が変化する１、電極長さ、
間隔およびそこに印加される電几を適切に選択すること
にＪ、す、光学導波管は、電極に印加される電圧の周波
数の半分で回転する半１艮遅延板として挙動する。

この発明はさらに、半波長板に入力される光学１ｇ号が
円偏光されることを確実にするため、半波長板の各端部
に４分の１波長板を含む１．半波長板に入力される内置
光波は、「の値だけ搬送波周波数から周波数がシフトさ
れ、ここにｆは電極に印加される電圧の周波数である。

周波数のシフ］へは、円偏光入力波の向ぎおよび半波長
板の回転方向に依存し、搬送波周波数より大きいかまた
は小さい周波数を右する側波帯を生じる。

好ましい実施例では、第１の電極が接地電極と協働し、
光学導波管を介してかつナブストレートの表面に平行に
電界を形成する。第２の電極が接地電極と協働し、光学
導波管を介してかつサブス［・レートの表面と直角に電
界を形成する。［ｉに印＋Ｊ１１される電圧の大きさは
、２個の電界が笠しい大きさとなることを確実にするよ
うに調節される。

電界の大きさは、選択された波長の入力光学信号に半波
長の遅れを生じるように選ぶのが好ましい。

この発明の周波数シフタはまた光学通信システムにおけ
るセンサおよび局部発振器としての応用２有する。

好ましい実施例の悦口周波数シフタ装置第１図を参照して、この発明による周波数シフタ１０は
、ニオブ酸リチウムのような、電気光学活性材料から構
成するのが好ましい、ソー１ストレー１〜を含む１１図
解を簡単にするため、サブストレート１２が通常の矩形
表面を有するように示される。光学導波管′１４は、袴
で述べるようにリブス［−レー１〜１２の一部にドープ
することにより形成してｂよく、この光学導波管１４は
サブス［−レート・の長さにねたり延在する。便宜上、
光学導波管１４が、サブス［・レート１２の１対の両側
から平行な線に沿いかつ両側から等間隔になるように示
される。第１図、第７Ｅ図および第１１図で示す光学導
波管１４は、湾曲側部１１および、ｔナプストレート・
１２の面に横たわる平坦側部１３を有するほぼ゛ト円状
断面を有するのが好ましい。

複数個の電極１６．１８および２０は、＋１ブストレー
［・１２の中央部分に付着される。電（０１Ｇは、第１
図ないし第３図に示すように、Ｆ＋’円状の光学導波管
１４の平坦表面１３にわたり中心合わせされるのが好ま
しい。第１図および第２図に示すように、電ｖＭ１８お
よび２０が電極１６と間隔を隔てかつそれど一般的に同
一表面をなり。電極１６．１８および２０は、はぼ等し
い長さしの矩形であるのが好ましく、かつほぼ同−ｍ１
１線をなげその端部と平行に整列して位置決めされる。

電極１８および２０は、中央電極１６から、距１１ｉ１
ｉｄを各々隔てるのが好ましい。周波数シフタ１０の典
型的なＭ４造では、長さしは約１．０ｃｍでありかつ分
離距離ｄは約１０μｍである。

第１図に示１−ように、電極１８は接地電位に接続する
のが好ましい。信号発生器２２は、電力を、電力分割器
２４を介してｔＣ極１６ないし２２に供給する。電力分
割器２４は、大きさがほぼ等しくかつ位相が９０°異な
るのが好ましい２個の出力電圧信号を与える当該技術分
野で周知の手段を含む。電力分割器２４は第１の出力端
子２６を有し、それは減衰器３０を介して電極１６の端
部２８に接続される。電力分割器２４の出力３２は°上
極２０に直接接続される。

抵抗３６が電極１６の端部３８ど接地との間に接続され
かつ抵抗４０が電極２ｏの端部４２と接地の間に接続さ
れる。抵抗３６および４０は″電極１６．１８および２
０の電気負荷を信号発生器２２のインピーダンスに整合
させる動きをする。１氏抗３６６３Ｊ：び４０は！Ｉ１
１！型的には各々約５０Ωである。

１対の′上極４４および４６が光学導波管１４の両側に
位置決めされかつ電極１６．１８および２０からその長
さに沿い間隔を隔てる。？Ｉ２１′４１＋４６は接地さ
れたしのとして示され、かつ電４（！４６は毛［４８に
接続され、電源４８は調節可能な直流電源であるのが好
ましい。１対の電極５０おＪ：ひ５２が′ｉ１２極４４
極上４４Ｇから？Ｖｌ少１６．１８および２０の両端に
Ｊ３いて光学導波管１４の両側に位置決めされる。電極
５２は接地され、かつ電極５０は゛電源／１８に類似の
電源５４に接続される。

第２図を参照して、正の電圧を′ｉ￥１Ｋｘ　２０に印
加することｃＥアで承り電界を生じ、それが電ＫＡ２０
から光学導波管１４を経て電極１８に延在づ−るように
、電極２０および１８が配置される。導体−誘電体界面
、たとえば電極１６．１８および２０の間の界面では、
電界が導体に対して垂直であることは、電磁界理論から
のよく知られた境界条件である。したがって、ｉｉｆ極
１８および２０近くの電界はそれに垂直である。電極１
８および２０が同一平面であるので、光学導波管１４の
領域での電界ＥＹは本質的にサブストレート１２の表面
に平行である。

第３図を参照して、電極１６および１８の間のＥ×で示
づ電界らまたリーブストレー１−１２と電極１６および
１８との界面に対し垂直である。電極１Ｇは平坦表面光
学導波管１４の一ヒに直接あるので、電界Ｅｘは本質的
にそれど垂直である。したがって、電極１６．１８およ
び２０は光学導波管１４におレノる２個の相互に垂直な
電界を形成１−る手段を提供する。電極１６および１８
の間の間隔は、電極１８および２０の間のそれよりも小
さい。

周波数シフタ１０を形成するために、電界ＥｘおよびＥ
ｙが等しい大ぎさを有り゛ることが望ましい。

減衰器３０が、電界成分を等しく覆るように、電極１６
に印加される電圧を調節するために用いられる。

周波数シフタ１０の上記の構造の結果、９０゜位相がず
れた等しい大きさの直交の電界成分が光学導波管１４に
印加される。そのような電界成分は信号発生器２２によ
り電極１６．１８および２０に印加される信号の周波数
に等しい各周波数で回転する電界ベクトルであるところ
の、合成を有する。ドープされたニオブ酸リチウムの光
学導波管は電気光学的に活性であるので、回転電界が、
光学導波管１４の屈折率に回転変化を生じる。電界の大
ささ、電極長さおよび電極間隔を適切に選択丈ることに
より、屈折率の変化で、？Ｔ２極１６により覆われた光
学導波管１４の部分が、回転半波長板として動作するこ
とになる。

電源４８および５２は、電源の対４４．４６および５０
．５２がそれぞれ４分の１波長板どして動作するように
、調節される。

動作の理論と方法単−軸方向結晶ニオブ酸リチウムの楕円屈折率は次式で
与えられる：（１／ｎ’）ｘ’＋　（１／ｎ’）ｙ’＋　（１／ｎ　
）ｚ　＝　１　　　　　　　（１）ＯＱ　　　　　　　
　　　　ｅここにｎは通常屈折率でありｎＥは異常屈折率である。

もしレーザ光がＺ軸に沿い伝ｔｔａ−ｙるならば、光学
導波管１４内を伝搬する２個の直交偏光状態に対しただ
１個の許容される屈折率が存在し、このことは外部的に
印加される電界が存在しない場合光学導波管１４に複ｌ
ｌ１１折が存在しないことを意味する。楕円屈折率は、
外部電界が結晶に印加されるとき、変形されかつ回転す
る。したがって、外部電界を結晶に印加することで、結
晶の屈折率およびレーザ光伝搬の偏光の双方が変化する
。

ニオブ酸リチウムの電気光学ヒンサから計算される新し
い楕円屈折率は次式のとおり表わされる；（１／ｎ：ｏ
−’ｘＪｙ）ｘ’＋　（１／ｎ＝＋’７Ｊ、）Ｙ’＋　
（１／ｎ、’）ｚ’ここにＶ＋ｙは線形電気光学係数で
ありかつＥＸおよびＥ、はそれぞれＸおよびｙ方向にお
ける印加電界ひある。仏殿方向をＺ軸と仮定すれば、ｌ
＝０であり、かつ第（２）式は次のとおりとなる：（１
／ｎ′Ｏ−ｒ、、Ｅｙ）ｘ’＋　（１／ｎ″Ｏ＋７．、
Ｅ、）Ｙ’　−洗Ｅ、ｘｙ　＝　１　４３）座標系が次
に１軸線系に変換されて、第（３）式の最終Ｉｎを消去
し、楕円の表現を得て、その場合光なる変数ｘ　ａ３よ
びｙについての積を含む項は存在しない。所望の座標変
換は、角度θを介するｘ−７面での座標の回転であり、
次式を１１？る：”３７　Ｅ　ＣＯ８２１１１＋４ｒＥ
　ＳＬｎ　２θ）ｙ′＝１（４）ｙ　　　　　　　　　
　　ｘ回転角度は次式ぐ与えられる： θ＝　＋１／２　ｔａｎ　　（ＥＸ／Ｅｙ）　　　　　
　　　　　　（５）したがって、光学導波管１４の屈折
率は次式で勺えられる：ｎｘｌ＝ｎｏ−１／２ｎ０（′ｒ′Ｊ１ＥｙｃＯ５２ｅ
十６．ＥＸｓｉｎ　２９１　　（６）ｎ　、＝　ｎ　　
−１７２ｎ’ｆｆ、、Ｅ　ＣＯ８２９＋ｆ、、Ｅ　ｓｉ
ｎ　２Ｇ））　　　（刀ｙｏ　　　　　　　ａｙ　　　
　　　　　　　　ｘ新たな主軸線座標系における屈折率
に対する第６式および第７式の異なる表現は、電界を電
気光学活性材料に印加ずればそこに複屈折が生じること
を示す。複屈折光学導波管１４を伝搬する光波は次式の
位相遅延を受ける：Ｔ　＝　（２７ｒＡ）　（ｎ　、−ｎ　＋）・Ｌ　　　
　　　　　　（８）ｙＴ　＝　２ｒｒｎ　ｒ、（Ｌ／λ）　（Ｅ　ｃｏｓ　２
９　＋Ｅ　ｓｉｎ　２θ）（９）ｏ　　　　　　　　ｙ
　　　　　　　　　ｘここにＬは電極１６．１８および
２０の相互作用良さでありかつλは光学信号真空波長で
ある。

半波長電圧Ｖ０は目ラジアンの位相′Ｎ、延を達成する
のに必要な電圧として規定される。したがって、θ−日
ａ３よびＥｘ　＝Ｅｙ＝Ｖｎ　／ｄと設定すれば、半波
長電圧は次のとおりとなる：Ｖπ＝λｄ（２ｎ〜Ｌ）もし電界成分が光学導波管１４において合成の回転電界
ベクトルを生じるに必要な同じ振幅Ｅでしかし角度が９
０６異なる正弦波の波形であれば、電界成分は次式のよ
うに表わすことができ−る。

Ｅ＝Ｅｓｉｎｕヒ　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　（１１）Ｅ　＝　Ｅ　ｃｏｓｔｔ）ｔ　　　　　
　　　　　　　　（１２）回転角度に対する第（５）式
に第（１１）式および第（１２）式を用いると、次式が
得られるニー１　　。

θ＝１／２七ａｎ　　（ｓ工＋ｍｔ／ｃｏｍｔ）　　　
　　　　　（１３）１１）　＝　ｌ／２　ｔａｎ″″１
ｔａｎ勿ｔされる状態に対する主軸線系の回転角は、信
号発生器２２から電後１６．１８および２０に印加され
る４８号の周波数により決定される。時間にっさ第１５
式を微分すれば、回転波長板の内達１身が次式のとおり
になることが示される： θ＝　１７２　Ｊ　　　　　　　　　　　　　　　　　
（託）らし半波長電圧に相当する電圧を有する回転電界
が光学導波管１４に印加されれば、周波数ｆを有する入
力光学ｆｒｉ号に応答する周波数シフタ７０の出力は、
入力、または搬送波、信号から、±「、だけ周波数シフ
トされた光学信号であり、ここに［、ｖｌは信号発生器
２２からの印加電圧の周波数である。側波帯の周波数は
入力波形の円偏光の方向に対する波長板の回転方向に依
存する。もし電圧が半波長電圧に等しいならば、搬送波
も側波帯への完全な変換が存在する。第６図は、電圧が
０から半波長遅延に必要な電圧に変化する際の、搬送波
および側波帯の相対的な光学出力を示す。

第４図は左から見たどきの波長板の回転方向が時ｈ１方
向または右手の場合の、周波数シフタ１０の簡単なブロ
ック図である。周波数ｔｏを有する左からの左円偏光入
力信号は、周波数ｒ、＋ｆを有する右円偏光側波帯を生
じる。右からの右円偏光信号入力は周波数ｆ。十ｆ−を
有しかつ左円偏光を有する側波帯にシフトされる。第５
図は左から左円偏光を有する側波帯にシフトされかつ周
波数ｆｏ−ｆｒＲの右円偏光入力を示す。右からの左円
偏光入力は右円偏光を有しかつ周波数ｆ、−４ｍをイ１
する側波帯にシフトされる。もし逆伝搬のビームが、た
とえば光学ジャイロスコープの場合のように、周波数シ
フタ１０に入力されるならば、２個のビームに対する波
長板の回転向きは相ｎについて鏡像であり、イのため一
方の波は周波数が上にシフトされ、使方が下にシフトさ
れる。

周波数シフタ１０の帯域幅は次式によって与えられる：ｆ３ｄｂ：１／（πＲＣ）　　　　　　　　　　　　　
　　　　　（１７）ここにＣは電極１６．１８および２
０に相関の静電容ωでありかつＲは電極１６および・１
８の各々と接地電位どの間の抵抗である。一般的に、静
゛市１ＶＦＩＩ１．ｌｔはぼ１ｐｆであり、そのため終
端抵抗は１゜３　Ｇ　）−１ｚの帯域幅の結果どなる。

周波数シフタ１０の駆動電力は次式によって与えられる
：Ｐ　”　ｖ２／（２Ｒ）　　　　　　　　　　　　　
　　　（１８）もし搬送波から側波帯へ１００％の変換
を望むなら、駆動電力は次式で与えられ：ｐ＝ｖしく２Ｒ）　　　　　　　　　　　　　　（１９
１それは電極１６．１８および２０に印加しなければな
らず、ここにＶｎは上に述べたとおり第１゜極１６およ
び１８の間の距離ｄは約１０μｍである。ニオブ酸リチ
ウムは２．２９の屈折率を有しかつその線形電気光学係
数γ２２は３．４ｘｌＯＩＩｌ／■である。電極１６．
１８および２０は各々長さが約１．０ｃｍである。上記
のパラメータは約７．７ボルトの半波長電圧を与え、そ
の結果電極ごとに約５９３　ｌｌ１ｗの駆ａ電力を生じ
、これら電極は信号源２２に接続される。したがって、
約１ワツトの全電力が周波数シフタ１ｏの動作に必要で
ある。上記パラメータは例示するものにすぎずかつ周波
数シフタ１０の動作に対して臨界的なものではない。電
力要求は、電極１６．１８および２０の間の距離を減じ
ることによりかつその長さを増加することにより減じる
ことができる。

半波長板に入力される光学波は円偏光されるのが好まし
い。線形偏光を有する信号を、４分の１波長板５６また
は５８の１つを介して通過させることで、半波長板に対
する入力が所望の円偏光を有することが確実となる。も
し、たとえば、４分の１波長板５６に対する入力が、そ
の偏光が正のＸ−軸から４５″であるように、線形偏光
されると、４分の１波長板５６がＸ軸およびＹ軸の双方
に沿って等しい偏光の波形で９０″位相差を導入する。

構成方法第７図および第９図ないし第１１図は、第１図の周波数
シフタ１ｏを構成覆“るのに用いることのできる処理ス
テップを示す１゜第７八図ないし第７Ｅ図はサブストレートに光学導波管
１４を形成するのを図解する。最初に、サブストレート
１２がフォトレジスｌ−ＡＭ　７０で彼覆される。フォ
トマスクと呼ばれるガラス根７１がフォトレジスト層７
０の−りに置かれる。板７１は標準的な光学再生技術を
用いて準備され所望のパターンを作り、そこにおいて部
分７２および７４は不透明でかつ間隔を隔てられて長手
の矩形部分７６を残す。第７Ａ図の矢印はガラス板７１
に入射する紫外＃　（ＬＪＶ）の光およびフォトレジス
ト層７０の露出部分７６を示す。部分７２および７４は
Ｕｖの光に対して不透明で、そのためＵｖの光はフォト
レジストｆｆ７０の露出部分７６のみに入射する。第７
Ｂ図を参照して、適当な現像液にフォトレジスト部分７
６を置くことで、フォトレジスト部分７７および７８の
対のみがリブストレート１２に付着したままとなり、こ
れらの部分はそれぞれガラス板７２および７４にすぐ隣
接している。

第７Ｃ図を参照して、チタニウム層８０が、フォトレジ
スト部分７６の除去されたサブストレート１２に形成さ
れる。チタニウム１８０は、薄い金属膜を形成するため
、たどえば蒸着のような、適当な方法により形成できる
。他のフォトレジスト部分７７および７８もまたチタニ
ウム層８２および８４がそこに形成されるが、）Ｗ２Ｏ
は本質的に平行な側部がフォトレジス１一層７７および
７８の端縁によってシャープに現定される。

ア１．？ｔ−ンのような溶剤にサブストレート１２を置
くことで、フォト−レジスト部分７７および７８が除去
され、會ナブス１〜レーｉ〜１２の上には、第７Ｄ図に
示すように、チタニウムのよく規定された層８０のみが
残される。層８０は第７Ｄ図で承りように、端部から児
て、はぼ矩形の断面を有する。

チタニウムＷ８０をそこに有するサブストレート１２が
、当該技術でよく知られるとおり、？＆温のオーブンに
入れられ、かつＴ　ｉ　＋　＋イオンの拡散がサブスト
レート−１２に生じ、第７Ｅ図に示す通常の半円導波管
１４が形成するに十分な時間、焼成される。

周波数シフタ１０は光学ファイバ月利の１対の端部８８
および９０の間に結合され、一方端部、たどえば、端部
８８から光学信号を受Ｇノ、信号の周波数をシフトし、
かつ周波数のシフトされた出力を他方の端部９０に結合
する。第８図は光学導波管１４およびコア９１とクラツ
ディング９２を有するファイバ端部８８を結合する際に
含まれる主たる考察点を図解する。通常、端部８８およ
び９０の間で周波数シフタ１４をスライスすることによ
り生じる挿入損失を最小限にすることが望ましい。この
応用例では、挿入損失は入力搬送波【３号における電力
に対する側波帯信号により搬送される電力の比率として
定義される。光学導波管１４およびコア９０は挿入損失
を最小にするようにその間での重なりの面積を最大にす
るような寸法に選ばれる。ファイバの小さい部分９４は
、光導波管１４の半円断面の線形端部を越えて延在し、
かつ光学導波管１４の部分９８はコア９１の円状周囲を
越えて延在する。コア９１の与えられた直径に対し、光
学導波管１４を形成するために用いられるプロセスを注
意深く制御すれば、挿入損失が５．ｄＢまたはそれ以下
に制限される。挿入損失は比較的低い値に維持すること
ができる、なぜならばファイバ８８および光学導波管に
おける光学出力の分布が第９図に示すような類似の形状
のガウス分布であるからである。

クラツディング９２の直径はコア９１のそれよりもずっ
と大きく、そのためにコア９０を光学導波管１４に整合
させるためにファイバ８８を取扱うのが容易となる。第
１０図を参照して、ファイバ８８は便宜上サブストレー
＋−１０２のＶ字状溝１００に設けられ、サブストレー
ト１０２は複数個の整列突条１０４を含んでもよい。第
１１図に示すように、サブストレート１２および１０２
はコア９１および光学導波管１４を突き合わせ結合のた
め所望の整列状態にするために位置決めすることができ
る。エポキシ樹脂のような適当な接老剤を用いて、ファ
イバ８８と光学導波管″１４の間の突き合わけ結合を維
持してもよＩ−＼。

【図面の簡単な説明】

第１図はサブストレートの上に形成される電（々を含右
この発明の周波数シフタの等内因でありかつ゛電極に電
圧を印加するのに用いられる゛上気回路の略図を含む。第２図はサブストレートに平行な電界を承り第１図の電
極の断面図である。第３図はサブストレートに直角な電界を示す第１図の線
２−２に沿い破断された一部断面図である。第４図は回転半波長板の略図である。第５図は回転半波長板の第２の略図である。第６図は電極に印加される電圧の関数Ｃ第１図の周波数
シフタの搬送波および側波帯の百分率を承りグラフであ
る。第７八図ないし第７Ｅ図は、第１図の周波数シフタを製
作するのに用いることがぐきるステップを示す。第８図は第１図のサブストレートに形成される光学導波
管と、光学ファイバのコアのＩ（ｉなりを示す。第９図は第１図および第８図の光学ファイバおよび光学
導波管における出力の分布を図表的に示す。第１０図は第１図および第８図の光学導波管に対し突き
合わせ結合するため光学）１イバ導波管を位置決めする
ための装置および方法を示す。第１１図は第１０図の光学ファイバ導波管を第１図の光
学導波管に突き合わせ結合することを図解する正面図で
ある。図においで、１２はサブストレート、１４は光学導波管
、１６．１８．２０は電極、２２は信号発生器、２４は
出力分割器、３０は減衰器、３６および４０は抵抗、４
ε３は電源、５０および５２は゛電極である。図面の浄書（内容に変更なし）ＦＩＧ、５ＶＯＬＴＡＣｒＥＦＩＧ　６丁　続　補　ＩＩ−一：　　（方式）ｎ３和６０（Ｆ９Ｊ’ｌ　Ｉ　２［１特訂庁長官殿昭和６ｏｘｒ：特訂願第１７６７８６号２、発明の名称周波数ジーツタ３、補ｊにをする古事ｒ［どの関係　特ｎ出願人住　所　　アメリカ合６？４田、カリフォルニア州、ビ
バリー・ヒルズノース・フレヒント・ドーンイヴ、３６
０名　称　　クツ１−ン・システムズ・インコーボレー
ｉツド代表名　　へロルド・イー・ギルマン１、代理人イ）　所　大阪市東区平１１１７町２丁目ε３雷地の１
　平野町へ壬代ビルへ＾ｌ　・６、補正の対↑ 図面企図７、補正の内容製果を用いて描いた図面を別紙のとおり。なお、内容に
ついての変更はありまぜん。Ｊス　上

Claims

【特許請求の範囲】

（１）搬送波周波数を有する光学搬送波信号を受けかつ
搬送波周波数から周波数がシフトした側波帯出力を与え
る周波数シフタであって、電気光学活性材料内で光学信
号を伝搬する導波手段と、前記導波手段内に回転波長板を形成し、信号の周波数を
シフトし、前記波長板の回転速度に依存した周波数シフ
トを有する側波帯を与える、回転波長板形成手段とを備
える周波数シフタ。
（２）前記導波手段が電気光学活性材料に形成される光
学導波管を含む、特許請求の範囲第１項に記載の周波数
シフタ。
（３）前記回転波長板は半波長遅延板にある、特許請求
の範囲第２項に記載の周波数シフタ。
（４）前記回転波長板形成手段は、前記光学導波管の長
さ方向に回転電界を印加する手段を含む、特許請求の範
囲第２項に記載の周波数シフタ。
（５）前記回転電界印加手段は前記光学導波管の前記長さに垂直な第１の電界を印加す
る手段と、第１の電界と前記光学導波管の前記長さの双方に垂直な
第２の電界を印加する手段とを含み、前記第１および第
２の電界は同じ大きさでかつ９０°の位相差を有し、回
転電界は前記第１および第２の電界の合成である、特許
請求の範囲第４項に記載の周波数シフタ。
（６）前記回転電界印加手段は前記光学導波管の前記長さに隣接した第１の電極と、前記第１の電極の第１の側部に最も近い前記光学導波管
と離れた第２の電極と、前記第１の電極の第２の側部に最も近い前記光学導波管
から離れた、かつ接地電位に接続された、第３の電極と
、前記第１の電極に第１の電圧を印加し、前記光学導波管
に平行な前記第１および第３の電極の間に延在する第１
の電界を形成する、第１電圧印加手段と、前記第２の電極に第２の電圧を印加し、前記光学導波管
および前記第１電界の双方に垂直な前記第２および第３
の電極の間に延在する第２の電界を形成する、第２電圧
印加手段とを備える、特許請求の範囲第４項に記載の周
波数シフタ。
（７）信号発生器と、前記信号発生器の出力を受ける電力分割器とを備え、前
記電力分割器は前記第１の電極に対し第１の出力電圧を
与えかつ前記第２の電極に第２の出力電圧を与え、前記
第１および第２の出力電圧は位相が９０°異なり、さら
に前記第１および第２の電界が等しい大きさを有するよう
に、前記第１および第２の電圧の相対的大きさを調整す
る手段をさらに備える、特許請求の範囲第６項に記載の
周波数シフタ。
（８）その第１端部に最も近い前記光学導波管に形成さ
れる第１の４分の１波長遅延板と、その第２の端部に最
も近い前記光学導波管に形成される第２の４分の１波長
遅延板とをさらに備え、前記第１および第２の４分の１
波長遅延板はそこに入力される光学信号の偏光を調節し
、前記半波長遅延板に対する入力のため円偏光光学信号
を与える、特許請求の範囲第７項に記載の周波数シフタ
。
（９）前記波長板は半波長遅延板である、特許請求の範
囲第１項に記載の周波数シフタ。
（１０）その第１の端部に最も近い前記導波手段に形成
される第１の４分の１波長遅延板と、その第２の端部に
最も近い前記導波手段に形成される第２の４分の１波長
遅延板とを備え、前記第１および第２の４分の１波長遅
延板はそこに入力される光学信号の陽光を調節し、前記
半波長遅延板へ入力するため円偏光光学信号を与える、
特許請求の範囲第９項に記載の周波数シフタ。
（１１）前記前記光学活性材料はニオブ酸リチウム（ｌ
ｉｔｈｉｕｍ　ｎｉｏｂａｔｅ）である、特許請求の範
囲第１項に記載の周波数シフタ。
（１２）前記導波手段は、電気光学活性材料の領域に拡
散されるチタンイオンを含む、特許請求の範囲第１１項
に記載の周波数シフタ。
（１３）光学搬送波の周波数を、側波帯周波数の搬送波
周波数からシフトするための周波数シフタであって、電気光学活性材料からなるサブストレートと、前記サブ
ストレートに形成される光学導波管と、前記サブストレ
ートに付着される第１の電極とを備え、前記第１の電極
は前記光学導波管の長さを覆い、さらに前記第１の電極に最も近く前記サブストレートに付着さ
れる第２の電極と、前記光学導波管を介して第１の電界を形成するように、
前記第１の電極に第１の電圧を印加する手段と、前記光学導波管を介してかつ前記第１の電界に垂直に第
２の電界を形成するように前記第２の電極に第２の電圧
を印加する手段とを備え、前記第１および第２の電圧は
９０°の位相差を有し、そのため前記第１および第２の
電界の合成は前記光学導波管の長さ方向における回転電
界ベクトルである、周波数シフタ。
（１４）搬送波周波数から側波帯周波数に、光学搬送波
信号の周波数をシフトするための周波数シフタであって
、電気光学活性材料に形成される光学導波管と、前記光学
導波管に光学搬送波信号を導入する手段と、前記光学導波管に回転複屈折を誘導する手段とを備え、
前記回転複屈折は前記搬送波信号の周波数を、前記回転
複屈折の回転速度に依存する量だけシフトする、周波数
シフタ。
（１５）前記回転複屈折を与える手段は、前記光学導波管の前記長さにわたり第１の電界を印加す
る手段と、第１の電界に垂直な第２の電界を前記光学導波管の長さ
に印加する手段とを備え、前記第１および第２の電界は
等しい大きさで９０°の位相差を有し、前記第１および
第２の電界の合成である回転電界を形成する、特許請求
の範囲第１４項に記載の周波数シフタ。
（１６）前記電気光学活性材料はニオブ酸リチウムであ
る、特許請求の範囲第１５項に記載の周波数シフタ。
（１７）前記光学導波管は、前記電気光学活性材料の領
域に拡散されるチタンイオンを含む、特許請求の範囲第
１６項に記載の周波数シフタ。
（１８）搬送波周波数から側波帯周波数に、光学搬送波
信号の周波数をシフトする方法であって、電気光学活性材料に光学導波管を形成するステップと、光学導波管の長さ方向に回転波長板を形成する手段とを
含む、周波数シフト方法。
（１９）搬送波信号に半波長遅延を生じるように波長板
を形成するステップをさらに含む、特許請求の範囲第１
８項に記載の方法。
（２０）回転波長板を形成するステップは光学波長板に第１電界を印加するステップと、第１の電
界に垂直でかつそれと位相が９０°ずれた第２の電界を
光学導波管に印加するステップとを含む、特許請求の範
囲第１８項に記載の方法。
（２１）回転波長板を形成するステップは、光学導波管
に回転電界を形成するステップを含む、特許請求の範囲
第１８項に記載の方法。
（２２）光学導波管に回転電界を形成するステップは、光学導波管に第１の電界を印加するステップと、前記第
１の電界に垂直でかつそれと位相が９０°ずれた第２の
電界を光学導波管に印加するステップとを含む、特許請
求の範囲第２１項に記載の方法。
（２３）回転電界を形成するステップは電気光学活性材料のサブストレートに光学導波管を形成
するステップと、光学導波管の長さにわたりサブストレートに第１の電極
を析出するステップと、第１の電極と間隔を隔て、その第１の側部に、第２の電
極を析出するステップと、第１の電極と間隔を隔て、その第２の側部に、第３の電
極を析出するステップと、光学導波管を介して第１の電界を形成するため、第１の
電極に第２の電圧を印加するステップと、第１の電界と
垂直に、第１の電界と同じ大きさの第２の電界を光学導
波管を介して形成するように、第２の電極に第２の電圧
を印加するステップとを含み、第１および第２の電圧は
９０°位相差を有し、そのため合成電界は光学導波管に
対し回転する、特許請求の範囲第２２項に記載の方法。
（２４）半波長板に与えられる光学搬送波信号を円偏光
するため、光学導波管に４分の１波長板を形成するステ
ップをさらに含む、特許請求の範囲第２３項に記載の方
法。
（２５）光学導波管に光学搬送波信号を導入するステッ
プと、波長板の回転速度に依存する量だけ搬送波周波数からシ
フトした側波帯周波数を有する出力を形成するため、搬
送波信号の周波数をシフトするため回転波長板を生じる
ように、光学導波管に回転複屈折を誘導するステップと
をさらに備える、特許請求の範囲第１８項に記載の方法
。
（２６）光学導波管を形成するステップは、ニオブ酸リ
チウムのサブストレートの領域にチタンイオンを拡散す
るステップを含む、特許請求の範囲第１８項に記載の方
法。
（２７）搬送波周波数から側波帯周波数に、光学搬送波
信号の周波数をシフトする方法であって、電気光学活性材料に光学導波管を形成するステップと、光学導波管に光学搬送波信号を導入するステップと、複屈折の回転速度に依存する側波帯周波数の搬送波信号
をシフトするように前記光学導波管に回転複屈折を誘起
するステップとを備える、周波数のシフト方法。
（２８）光学導波管を形成するステップは、ニオブ酸リ
チウムのサブストレートの領域にチタンイオンを拡散す
るステップを含む、特許請求の範囲第２７項に記載の方
法。
（２９）光学周波数シフタを形成する方法であって、電気光学活性サブストレートに光学導波管を形成するス
テップと、光学導波管に一般的に平行なサブストレートの表面に第
１の電極を形成するステップと、光学導波管の長さにわたりサブストレートの表面に第２
の電極を形成するステップと、光学導波管を介して第１の電界を形成するように、第１
の電極に第１の電圧を印加するステップと、光学導波管に印加される合成電界が光学導波管を中心に
予め定める速度で回転するように、第１の電極に垂直な
第２の電界を形成するように、第２の電極と９０°位相
のずれた第２の電圧を印加するステップとを備える、光
学周波数シフタを形成する方法。
（３０）サブストレートに第３の電極を形成するステッ
プと、第１の電界が第１および第３の電界の間に延在しかつ第
２の電界が第２および第３の電極の間に延在するように
、接地電位に第３電極を接続するステップと、第２の電極の第１の端部に隣接してサブストレートに第
１の４分の１波長板を形成するステップと、第２の電極の下方の光学導波管の長さ部分に入る光学信
号が円偏光されることを確実にするため、第２の電極の
他方の端部に隣接してサブストレートに第２の４分の１
波長板を形成するステップとをさらに備える、特許請求
の範囲第２９項に記載の方法。
（３１）光学導波管を形成するステップは、ニオブ酸リ
チウムサブストレートの領域にチタンイオンを拡散する
ステップを含む、特許請求の範囲第３０項に記載の方法
。