JPS638568A - 光集積スペクトラムアナライザ - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明ｉｊ表面弾性波と光との相互作用を利用して高
周波電気信号のスペクトルの分析を行う光集積スペクト
ラムアナライザに関するものである。

〔従来の技術〕

第３図はり０Ｍｅｒｇｅｒｉａｎ等により文献４ｔｈ　
Ｉｎｔ。

Ｃｏｎｆ、　ｏｎ　Ｉｎｔｅｇｒａｔ、ｅｄ　０ｐｔｉ
ｃｓ　ａｎｄ　０ｐｔｉｃａｌ　ＦｉｂｅｒＣｏｍｍｕ
ｎｉｃａｔｉｏｎ、　Ｔｏｋｙｏ、　Ｔｅｃｈｎｉｃａ
ｌ　Ｄｉｇｅｓｔ、　ＰＰ２６０−２６１，１９８３に
おいて報告された光集積スペクトラムアナライザの構成
図である。図において、（１）はＬｉＮｂ０３などの材
料によって構成される圧電性基板、（２）は圧電性基板
（１）の表面にＴｉ＋Ｎｉなどの金属を蒸着した後、熱
拡散させて作製した２次元の光導波路、（３）は光導波
路（２）の端面に取付けられた光発生器である半導体レ
ーザ、（４）及び（５）はそれぞれ光導波路（２）上に
作製された導波路レンズである第１及び第２ジオデシツ
クレンズ、（Ｇ）は第１ジオデシツクレンズ（４）と第
２ジオデシツクレンズ（５）の間に表面弾性波１．Ｉ３
ｆ！：Ｑ生させるトランスジューサ、（７）はトランス
ジューサ（６）によって宅生じ、導波光と斜光した表面
弾性波Ｑ３を吸収するダンパ、（８）は光導波路（２）
の半導体レーザ（３）の取付は端面と対向する端面に取
付けられた光検出器、（９）は半導体レーザ（３）から
出射される発散光、α０は第１ジオデシツクレンズ（４
）によって平行にされた平行光であり、第２ジオデシツ
クレンズ（５）によって収束光に変換される。（１１）
は表面弾性波（至）の影響を受けなかった非回折光、（
６）は表面弾性波（至）によって回折させられた回折光
であり、発散光（９）、平行光Ｏ０，非回折光αＤ１回
折党（イ）は半導体レーザ（３）から光検出器（３）へ
至る導波光である。

次に動作について説明する。半導体レーザ（３）から出
射され、光導波路（２）内に導波された発散光（９）は
、第１ジオデシツクレンズ（４）により平行光（１０に
変換され、さらに第２ジオデシツクレンズ（５）により
収束光に変換されて光検出器（３）上に集光する。

ここで、トランスジューサ（６）に高周波電気信号が印
加されると、トランスジューサ（６）により上記高周波
電気信号の周波数に対応する周期Ａを持つ衷面弾注波曽
が光導ｅ路（２）中に励振される。なお、上記周期Δは
、光導波ＦＩ！！（２）中を伝搬する表面弾性波（至）
の速度をｖ８．上記高周波電気信号の周波数をｆとする
と、次式で与えられる。

Ａ＝　−−−ｍ−−（１） 上記トランスジューサ（６）は表面弾性波αつが平行光
ｑＯヲ横切るように設けられているので、表面弾性波（
至）が平行光ａＯヲ横切る時、表面弾性波α１は周期Ａ
の回折格子として作用し、かつ平行光αＯと表面弾性波
餞とはブラッグ条件を満たすように交差させているため
、平行光ＣＯの一部は次式で与えられる角度θｌで回折
される。

ここで、λは半導体レーザ（３）の出射光の波長、ｎａ
ｆｆは光導波路（２）に導波され次光に対する実効屈折
率である。すなわち、平行光−は非回折光（１シと回折
光四とに分かれ、それぞれ第２ジオデシツクレンズ（５
）によシ収束党に灰換されて光検出器（８）上の点Ａ及
びＢに集光する。この集光点Ａ及びＢの距離ｔは、５１
＆２ジオデシツクレンズ（５）の焦点距離ｋｆ２とする
と、次式で与えられる。

ｔ＝ｆ２・θＩ　　−−−−−（３） ここで、θ１は第２式に示した角度である。よって、第
３式から距離ｔを知ることにより周波数ｆを求めること
ができる。最後に、トランスジューサ（６）によって励
振された表面弾性波（至）は平行光Ｃ１Ｏを横切った後
ダンパ（７）に吸収される。

ところで、第１ジオデシツクレンズ（４）及ヒ第２ジオ
デシックレンズ（５）は、圧電性基板（１）の表面に半
球状に窪みを加工し、光導波＠　（２）の作製と同様に
窪みの表面にＴ１やＮｉなどの金属を熱拡散させて光の
導波層を作製したものであり、この光の導波層は光導波
路（２）と同様の屈折率分布をもつ。よって、−ｙｔ導
波路（２）から第１及び第２ジオデンツクレンズ（４）
　、　（５）に導波光が入射すると、導波光は上記窪み
に沿って進む。この時、導波光は、フェルマーのＭ理に
より最短光路を進むため、上記窪みにより曲げられ、上
記８みがレンズの作用を持つ。

第４図（ａ）は平行光ｑ０が第２ジオデシツクレンズ（
５）により曲げられ、収束光に変換される様子を示して
おフ、第４図（ｂ）は第２ジオデシツクレンズ（５）の
中心を通る線ＡＡ’で切断した断面図である。第４図（
ｂ）において、α荀は上記窪みに作製した光の導波層で
あり、光導波路（２）とつながっている。なお、第１ジ
オデシツクレンズ（４）も同様の構造である。

また、光検出器（３）は第５図に示すように大きさＰの
光電素子が１次元に並んだものである。図において、上
記粛３式に与えられている集光点Ａ。

３間の距離ｔは、集光点Ａに相当するｎ１番目の光電素
子と集光点Ｂに相当するｎ２番目の光電素子との間の距
離に相当する。すなわち、次式となるＯ Ｌ＝　（ｎ２−ｎｌ）Ｐ　　　−−−−−（４）ここで
、ｎ２）ｎｌである。第４式からｔはＰの整数倍で与え
られることになるため、検出される高周波電気信号の周
波数ｆの分解能ΔｆはＰで規定され、次式が与えられる
。

〔宅間が解決しようとする問題点〕

従来の光集積スペクトラムアナライザは以上のように構
成されているので、２個のジオデシックレンズ（４）　
、　（５）が必要である。ところが、ジオデシックレン
ズ（４）　、　（５）は窪みを１ミクロンのオーダで切
削加工した後、表面の粗さが導波光の波長（例えば、０
．８５μｍ）の数分の１程度となるように研磨加工が必
要であシ、高度な加工技術と多くの加工時間を要するた
め、装置が非常て高価なものとなる問題点があった。

また、圧電性基板（１）としてＹカットＬｉＮｂＯ３，
光導波路（２）として圧電性基板（１）の表面にＴｉ　
ｉ熱拡散して作製したものを考え、導波光及び表面弾性
波ａ３ヲ圧電性基板（１）のＸ軸及びｚ軸方向へ伝搬さ
せるものとする。さらに、半導体レーザ（３）として波
長λ＝　０．８５μｍのものを用い、光検出器（３）を
構成する光電素子の大きさをＰ＝１５μｍとすると、表
面弾性波ａ口の速度ＶＢ　＝　３４８８Ｉ！Ｉ／ｓ、等
数光の実効屈折率ｎｅｆｆ　＝　２．１７７であるので
、高周波電気信号の周波数ｆに対して１ＭＨｚの分解能
Δｆ′に、得るためには１３４ｍｍの長さの第２ジオデ
シツクレンズ（５）の焦点距離ｆ２が必要となる。さら
に、第１ジオデシツクレンズ（４）の焦点距離ｆｌ　＝
　１０ｍｍ程度、Ｗｃ１及び第２ジオデシツクレンズ（
４）　ｊ（５）間の距離として１０ｍｍ程度必要となる
ので、光集積スペクトラムアナライザ全体は約１５４ｍ
ｍもの長さとなっていた０この光集積スペクトラムアナ
ライザを小型化するためには第２ジオデシツクレンズ（
５）の焦点距離ｆ２を短くする以外になく、これによシ
分解能Δｆが劣化するなどの問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、高分解能、小型、低価格の光集積スペクトラ
ムアナライザを得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る光集積スペクトラムアナライザは圧電性
基板表面に光導波路、トランスジューサ。

単数の導波路レンズを作製し、光発生器から上記導波路
に出射された発散光を上記導波路レンズにて収束光に変
換し、この収束光を上記トランスジューサから出射され
る表面弾性波によシ一部回折させ、この回折光と非回折
光を光検出器にて検出するようにしたものである。

〔作用〕

この発明における光集積スペクトラムアナライザは、１
個の導波路レンズによシ光発生器から導波路に出射され
た箔散光を直接に光検出器への収束光に変換し、また変
換した収束光にトランスジューサからの表面弾性波を斜
交することによって生じた回折光と非回折光を光検出器
にて検出することによって高周波電気信号のスペクトル
を検出する。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例の構成図であり、図において、
従来装置と同−符’ｉ＋Ｆｉ同−又は相当部分を示す。

αＯは光発生器である半導体レーザ（３）から光導波路
（２）へ出射された発散光（９）ヲ収束党に変換する導
波路レンズであるジオデシックレンズであシ、トランス
ジューサ（６）からの表面弾性波（６）と導波光との斜
交点より半導体レーザ（３）側におる。

次に動作について説明する。半導体レーザ（３）から出
射され光導−波路（２）に導波された発散光（９）はジ
オデシックレンズ（２）によシ収束党に変換され光検出
器（８）上に集光する。この時、トランスジューサ（６
）に高周波電気信号が印加されると、この高周波電気信
号の周波″＃：、ｆに対応する周期Δを持つ表面弾性波
（至）が光導波路（２）中に励振され、この表面弾性波
α１は上記収束波を横切った後ダンパ（７）に吸収され
る。この表面弾性波（２）が上記収束波を横切る時、こ
の収束光の一部は回折され回折光（イ）となり光検出器
（８）上のＢ点に集光し、回折されなかった収束光は非
回折光α］）とな９光検出器（３）上のＡ点に集光する
。この光検出器（８）上のＡ点とＢ点の距離ｔから上記
高周波電気信号の周波数ｆを求める手段は従来技術のＭ
１式から第３式に示した通りである。ただし、第３式に
おいてｆ２及びＵｌはそれぞれ上記収束光と表面弾性波
（至）の交点から上記光検出器（３）を取付けた光導波
器（２）の端面までの距離及び非回折光ａυと回折光α
唖のなす角度である。

ところで、表面弾性波α１による導波光の回折効果を高
めるためには、第２．因（ａ）に示すように表面弾性波
（至）と導波光をブラッグ条件を満たす角度θＢで交差
させる必要がある。しかし、この発明において＃′ｉ第
２図（ｂ）に示、すように導波光が収束光αつであるた
め、交差角度θにはブラッグ条件を満たす角度θ１より
最大重Δθだけのズレが生じる。このただし、ｄは上記
収束波Ｑ′７）と表面弾性波＠との交差部における収束
光（１７＋の幅である。ここで、ｄ＝２ｍｍとし、ｆ２
を高周波電気信号の周波数ｆに対して分解能Δｆ＝ＩＭ
Ｈｚが得られる長さ１３４ｍｍとすると、第６式よりΔ
θ−ｏ、４３°となる。このように、八〇は非常に小さ
な値であるため上記収束光α７）はほぼ平行光と考えて
よく、上記ブラッグ条件を満たす角度θ３からのズレに
よる回折効率への影響は無視できる。

なお、上記実施例ではジオデシックレンズ（至）を用い
た場合について説明したが、イオン交換により屈折率を
変換させるなどの方法により製作したその他の導波路レ
ンズを用いてもよい。また、上記実施例では高周波電気
信号の周波数分解能Δｆとして１ＭＨｚ　ｆ得る場合に
ついて説明したが、任意の分解能を得る場合に適用して
もよい。さらに上記実施例では圧電性基板（１）として
ＬｉＮｂＯ３、光等波路（２）としてＬｉＮｂＯ３基板
にＴｉ　ｆ熱拡散させたものを用いた場合について説明
したが、任意の圧電性基板（１）とこの基板（１）上に
任意の方法で製作した光導波Ｗｒ（２）を用いてもよい
。さらに、上記実施例では半導体レーザ（３）を取付け
た光導波路（２）の入力側端面および光検出器（８）を
取付けた光等波路（２）の出力側端面が互いに対向する
位置関係とした場合について説明したが、非回折光αυ
および回折光（２）の両方あるいは片方の光路を折シ返
して上記出力側端面を上記入力側端面と対向しない位置
に設置してもよい。さらに上記実施例ではユ個のトラン
スジューサ（６）ヲ用いた場合について説明したが、広
帯域化するためそれぞれのトランスジューサ（６）で励
振された表面弾性波（至）が収束光αカと同一箇所で交
差するように配設した異なる周波数特性をもつ複数個の
トランスジューサ（６）ヲ用いてもよい。

この場合、複数の帯域におけるそれぞれの帯域の中心周
波数に関してブラッグ条件を満たすように、それぞれの
トランスジューサ（６）からの表面弾性波叫と収束光と
の交差角度を変える。　、また、上記実施例では光発生
器として半導体レーザ（３）ヲ用いた場合について示し
たが、他の光発生器でも同様の効果を奏する。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、１個の導波路レンズ
によｐ光発生器から光導波路への発散光を収束光に変換
し、この収束光をトランスジューサからの表面弾性波に
よって回折光と非回折光に分け、この回折光と非回折光
を光検出器で検出するように構成したので、装置が安価
にでき、また分解能を劣力することなく小型化できる効
果がある０

【図面の簡単な説明】

第１図はこの階間の一実施例による光集積スペクトラム
アナライザを示す構成図、第２図はこの発明における表
面弾性波と導波光との交差角度を説明する説明図、Ｍ３
図は従来の光集積スペクトラムアナライザを示す構成図
、第４図は従来の光集積スペクトラムアナライザにおけ
る第２のジオデシックレンズを示す構成図、第５図は光
検出器と収束光との関係を示す図である。 図において、（１）は圧電性基板、（２）は光導波路、
（３）は光発生器、（６）はトランスジューサ、（７）
はダンパ、（８ンは光検出器、（９）は発散光、αυけ
非回折光、（２）は回折光、α］は表面弾性波、Ｑ５は
導波路レンズ。 図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光導波路に導波光を発散する光発生器、この光発
   生器から発散され上記光導波路によつて伝導されて来た
   導波光を検出する光検出器、上記光発生器から光検出器
   に至る導波光に交差してこの導波光の一部を回折させる
   表面弾性波を励振するトランスジューサ、上記導波光と
   表面弾性波が斜交する点より上記光発生器側にあり、上
   記導波光を上記光検出器に収束させる単数の導波路レン
   ズを備えた光集積スペクトラムアナライザ。
2. （２）複数のトランスジューサを備え、各々のトランス
   ジューサから励起される表面弾性波が導波光に対して同
   一箇所で交差することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の光集積スペクトラムアナライザ。