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JPS6144295B2 - - Google Patents
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JPS6144295B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6144295B2
JPS6144295B2 JP1876079A JP1876079A JPS6144295B2 JP S6144295 B2 JPS6144295 B2 JP S6144295B2 JP 1876079 A JP1876079 A JP 1876079A JP 1876079 A JP1876079 A JP 1876079A JP S6144295 B2 JPS6144295 B2 JP S6144295B2
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JP
Japan
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optical fiber
optical
ultrasonic
light
waves
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Application number
JP1876079A
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Japanese (ja)
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JPS55111920A (en
Inventor
Hideo Segawa
Jiro Koyama
Hiroshi Nishihara
Masamitsu Masuda
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光変調、光分岐などの能動的機能を
兼ね備えた光伝搬体として用いられる光制御デバ
イスに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a light control device used as a light propagator having active functions such as light modulation and light branching.

従来、光フアイバ中を伝搬する光を変調した
り、分岐したりする場合、光フアイバと他の導波
路とを結合するために光結合器が用いられてい
る。この種の光結合器は、光結合の効率の高いこ
とが要求されることから、装置としては精巧で複
雑なものにならざるを得ない。例えば、光の変調
や分岐のために用いられる薄膜光導波路の膜厚は
数ミクロンにしかすぎず、光結合のための位置合
わせや端面の平坦度に対する要求が極めて厳し
く、実用上の煩雑さや作業性の点で問題が多い。
Conventionally, when modulating or branching light propagating through an optical fiber, an optical coupler has been used to couple the optical fiber with another waveguide. Since this type of optical coupler is required to have high optical coupling efficiency, the device must be sophisticated and complicated. For example, the thickness of thin-film optical waveguides used for modulating and branching light is only a few microns, and requirements for alignment and end face flatness for optical coupling are extremely strict, making practical complications and work difficult. There are many problems in terms of sexuality.

従つて本発明の目的は、従来、光の伝搬のみの
役割しか果たしていなかつた光フアイバそのもの
に能動的機能を持たせることにより上記不都合を
除去した光制御デバイスを提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical control device that eliminates the above-mentioned disadvantages by giving an active function to the optical fiber itself, which conventionally only played the role of propagating light.

この目的を達成するために本発明は、光フアイ
バの端面あるいは光フアイバどうしの接合部の一
方の端面に超音波トランスデユーサを配置し、光
フアイバ中を伝搬する光波の伝搬方向にほぼ平行
に超音波を光フアイバ中に伝搬させ、また、超音
波伝搬部に別の光フアイバを適当な距離だけ極め
て近接して配置することにより、超音波信号に従
つて一方の光フアイバと他方の光フアイバとを選
択的に光結合させるようにしたものである。
In order to achieve this object, the present invention provides an ultrasonic transducer that is disposed on the end face of an optical fiber or on one end face of a joint between optical fibers, and arranged substantially parallel to the propagation direction of light waves propagating in the optical fiber. By propagating ultrasonic waves into an optical fiber and arranging another optical fiber very close to the ultrasonic propagation part by a suitable distance, one optical fiber can be connected to the other optical fiber according to the ultrasonic signal. It is designed to selectively optically couple the two.

以下、図面に示す実施例を参照して本発明を更
に詳述する。
Hereinafter, the present invention will be explained in further detail with reference to embodiments shown in the drawings.

第1図は光フアイバ1の端面に超音波トランス
デユーサ2を取付けた構造例を示すものである。
超音波トランスデユーサ2は、圧電材料層3とこ
れを挾むように両側に配置された透明電極4及び
5とから成つている。圧電材料層3はZnO薄膜、
LiNbO3結晶薄片などから構成することができ
る。ZnOは光の透過率があまり良くないが、1〜
3ミクロン程度の薄膜であれば実用上は支障なく
使用できる。透明電層4,5は使用光に対して透
明であればよく、その材料としてはAuやSnO2
In2O3などを用いることができる。
FIG. 1 shows an example of a structure in which an ultrasonic transducer 2 is attached to the end face of an optical fiber 1.
The ultrasonic transducer 2 consists of a piezoelectric material layer 3 and transparent electrodes 4 and 5 placed on both sides so as to sandwich this layer. Piezoelectric material layer 3 is a ZnO thin film,
It can be composed of LiNbO 3 crystal flakes or the like. ZnO does not have very good light transmittance, but 1~
A thin film of about 3 microns can be used practically without any problem. The transparent conductive layers 4 and 5 only need to be transparent to the light used, and their materials include Au, SnO 2 ,
In 2 O 3 etc. can be used.

第2図は透過型超音波トランスデユーサ12
を、光フアイバ11を取囲むように配置した構造
例を示すものである。この超音波トランスデユー
サ12はLiNbO3結晶から成る圧電円筒13とそ
の両端面に配置された環状電極14及び15とか
ら構成されている。この場合は、環状電極14,
15を介して圧電円筒13に電気パワーを印加し
て超音波を発生させ、それを光フアイバ11にこ
の中を伝搬する光波の伝搬方向にほぼ平行に伝搬
させる。圧電円筒13と光フアイバ11との接合
は、両者の間で超音波が効率よく伝達されるよう
に、即ち音響インピーダンスのマツチングがとれ
るように、構造上の注意を払いながら行なわなけ
ればならない。もちろん光フアイバ11と圧電円
筒13との間は光の伝搬が効率よく行なわれるよ
うに構成しなければならないことは言うまでもな
い。
Figure 2 shows a transmission type ultrasonic transducer 12.
This shows an example of a structure in which the optical fibers 11 are arranged to surround the optical fiber 11. This ultrasonic transducer 12 is composed of a piezoelectric cylinder 13 made of LiNbO 3 crystal and annular electrodes 14 and 15 arranged on both end faces of the piezoelectric cylinder 13 . In this case, the annular electrode 14,
Electrical power is applied to the piezoelectric cylinder 13 via the piezoelectric cylinder 15 to generate ultrasonic waves, which are propagated through the optical fiber 11 substantially parallel to the propagation direction of the light waves propagating therein. The piezoelectric cylinder 13 and the optical fiber 11 must be bonded with structural care so that ultrasonic waves can be efficiently transmitted between them, that is, so that acoustic impedance can be matched. Of course, it goes without saying that the structure between the optical fiber 11 and the piezoelectric cylinder 13 must be configured so that light propagation can be carried out efficiently.

光フアイバ1ないし11としては、通常はコア
径が10〜150ミクロンのものが用いられる光フア
イバには、グラツト型(屈折率階段型)、グレイ
テツド・インテツクス型(集束型)などがあり、
モード選択性としては単一モードフアイバと多モ
ードフアイバとに分けることができる。本発明の
デバイスの光フアイバとしては、その目的により
どちらを用いてもよいが、光波周波数フイルタの
機能を持たせるためには単一モード・フアイバ又
はグレーテツド・インテツクス型のものを用いる
のが望ましい。
As the optical fibers 1 to 11, those having a core diameter of 10 to 150 microns are usually used. Optical fibers include a graft type (refractive index stepped type), a graduated index type (focusing type), etc.
In terms of mode selectivity, fibers can be divided into single mode fibers and multimode fibers. Although any type of optical fiber may be used in the device of the present invention depending on the purpose, it is preferable to use a single mode fiber or graded-integrated type fiber in order to provide the function of an optical frequency filter.

第3図は本発明のデバイスの全体構成の一実施
例を示すものである。超音波トランスデユーサ2
0を取付けた主光フアイバ21とそれを取付けて
いない副光フアイバ22とは、結合長Lの範囲内
で極めて近接して、屈折率の比較的大きな固体又
は液体の結合部23を介して光波は良好に伝達し
うるように、しかし超音波は伝達しにくいように
配置される。超音波トランスデユーサ20は、こ
れに超音波発振器24から両電極を介して電気エ
ネルギーを供給したときに励振された超音波Uが
少なくとも結合部23の領域にまで伝搬するよう
に位置決めして配置される。
FIG. 3 shows an embodiment of the overall configuration of the device of the present invention. Ultrasonic transducer 2
The main optical fiber 21 to which 0 is attached and the auxiliary optical fiber 22 to which it is not attached are very close to each other within the coupling length L, and the optical fiber is arranged so that it can be transmitted well, but it is difficult to transmit ultrasonic waves. The ultrasonic transducer 20 is positioned and arranged so that the ultrasonic wave U excited when electric energy is supplied from the ultrasonic oscillator 24 to the transducer 20 through both electrodes propagates at least to the area of the coupling portion 23. be done.

第3図の主光フアイバ21に、結合部23を中
心として超音波トランスデユーサ20とは反対側
から入力光Pが入射されているものとする。ここ
で超音波トランスデユーサ20によつて超音波を
主光フアイバ21内に入力光Pに立ち向かうよう
な方向へ伝搬させる。そのとき主光フアイバ21
と副光フアイバ22との間の結合部23では、光
波と超音波との相互作用により光波の伝搬定数k
は、 k=k1±K ………(1) となる。ただし、k1は主光フアイバ21の伝搬定
数、Kは超音波の伝搬定数である。従つて、副光
フアイバ22の伝搬定数k2が、 k2=k ………(2) を満足するとき両光フアイバ21,22間に位相
整合条件が得られ、結合長Lが完全結合長L0
π/2c(ただし、cは両光フアイバ間の結合定
数)であるとき、主光フアイバ21に入力された
光波はすべて副光22に伝達され、副光フアイバ
22の出力端から出力光Q2として出力される。
以上の原理に従い、超音波の出力を変化させる
か、その周波数を変化させることにより副光フア
イバへの伝達即ち副光フアイバ22の出力光Q2
を任意に変化させることができる。
It is assumed that input light P is incident on the main optical fiber 21 in FIG. 3 from the side opposite to the ultrasonic transducer 20 with the coupling portion 23 as the center. Here, the ultrasonic transducer 20 propagates the ultrasonic wave into the main optical fiber 21 in a direction facing the input light P. At that time, the main optical fiber 21
In the coupling part 23 between the optical fiber 22 and the sub optical fiber 22, the propagation constant k of the optical wave changes due to the interaction between the optical wave and the ultrasonic wave.
is k=k 1 ±K (1). However, k 1 is the propagation constant of the main optical fiber 21, and K is the propagation constant of the ultrasonic wave. Therefore, when the propagation constant k 2 of the auxiliary optical fiber 22 satisfies k 2 =k (2), a phase matching condition is obtained between both optical fibers 21 and 22, and the coupling length L becomes the perfect coupling length. L 0 =
When π/2c (where c is the coupling constant between both optical fibers), all the light waves input to the main optical fiber 21 are transmitted to the sub-light 22, and the output light Q 2 is output from the output end of the sub-optical fiber 22. is output as
According to the above principle, by changing the output of the ultrasonic wave or changing its frequency, the output light Q 2 of the sub optical fiber 22 is transmitted to the sub optical fiber.
can be changed arbitrarily.

超音波の出力を伝送信号に従つて変化させるに
は第4図のような電気回路を用いればよく、また
超音波の周波数を伝送信号に従つて変化させるに
は第5図のような電気回路を用いればよい。
To change the ultrasonic output according to the transmission signal, an electric circuit like the one shown in Figure 4 can be used, and to change the ultrasonic frequency according to the transmission signal, an electric circuit like the one shown in Figure 5 can be used. You can use

第4図の制御では、発振器30の超音波出力信
号を伝送信号発生器31からの伝送信号によりミ
キサ32で変調し、その出力を増幅器33を介し
て超音波トランスデユーサ20に印加して超音波
の出力を変化させる。また第5図の回路では、電
圧制御発振器34の出力周波数を伝送信号発生器
31からの伝送信号で変化させ、増幅器33を介
して超音波トランスデユーサ20の超音波励振周
波数を変化させる。
In the control shown in FIG. 4, the ultrasonic output signal of the oscillator 30 is modulated by the mixer 32 by the transmission signal from the transmission signal generator 31, and the output is applied to the ultrasonic transducer 20 via the amplifier 33 to generate ultrasonic waves. Change the output of sound waves. Further, in the circuit shown in FIG. 5, the output frequency of the voltage controlled oscillator 34 is changed by the transmission signal from the transmission signal generator 31, and the ultrasonic excitation frequency of the ultrasonic transducer 20 is changed via the amplifier 33.

主光フアイバ21に多数のモード又は多数の周
波数の光波が伝搬しているときは、(2)式の条件を
満足する伝搬モード又は周波数の光波のみを副光
フアイバ22に伝達させることができる。また、
超音波トランスデユーサ20を光透過型に構成し
ておくことにより、主光フアイバ21を多数のモ
ードの光波(搬送波)を伝送する主線路として使
用し、副光フアイバ22を、特定の光波のみを選
択的に伝送するのに使用することができる。即ち
本発明のデバイスは、 (a) 単一光波の変調及び分岐デバイス (b) 多数の光波から特定の周波数又は伝搬モード
の光波のみを取出すモード選択デバイス として使用することができる。
When light waves of many modes or frequencies are propagating in the main optical fiber 21, only light waves of propagation modes or frequencies that satisfy the condition of equation (2) can be transmitted to the sub optical fiber 22. Also,
By configuring the ultrasonic transducer 20 to be a light transmission type, the main optical fiber 21 can be used as a main line for transmitting light waves (carrier waves) in many modes, and the sub optical fiber 22 can be used to transmit only specific light waves. can be used to selectively transmit. That is, the device of the present invention can be used as (a) a modulation and branching device for a single light wave, and (b) a mode selection device that extracts only a light wave of a specific frequency or propagation mode from a large number of light waves.

以上述べたように本発明によれば主光フアイバ
に励振された超音波とその主光フアイバ中を伝搬
している光波との相互作用により上記(a)、(b)の機
能を有する光制御デバイスを構成することがで
き、従つて、従来の光結合器を用いたりする方式
のものとは異なり、光結合の効率が高く、また光
学的配置構成上の煩雑さや作業性の悪さといつた
問題を本質的に回避することができる。なお光フ
アイバは微細な構造であるため超音波の励振電力
は少なくてすみ、この点でも光結合の効率向上に
寄与することは明らかである。
As described above, according to the present invention, the optical control having the functions (a) and (b) above is achieved by the interaction between the ultrasonic waves excited in the main optical fiber and the light waves propagating in the main optical fiber. Therefore, unlike conventional methods that use optical couplers, optical coupling efficiency is high, and there is no need to worry about the complexity of optical arrangement and poor workability. The problem can essentially be avoided. Note that since the optical fiber has a fine structure, the excitation power for ultrasonic waves is small, and it is clear that this also contributes to improving the efficiency of optical coupling.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図及び第2図は光フアイバへの超音波トラ
ンスデユーサの取付構成の異なる実施例を示す側
面図及び斜視図、第3図は本発明による光制御デ
バイスの一実施例を示す配置図、第4図及び第5
図は超音波トランスデユーサに対する電気回路の
異なる実施例を示すブロツク図である。 20……超音波トランスデユーサ、21……主
光フアイバ、22……副光フアイバ、23……結
合部、24……発振器。
1 and 2 are side views and perspective views showing different embodiments of the attachment configuration of the ultrasonic transducer to the optical fiber, and FIG. 3 is a layout diagram showing one embodiment of the optical control device according to the present invention. , Figures 4 and 5
The figure is a block diagram showing different embodiments of electrical circuitry for an ultrasound transducer. 20... Ultrasonic transducer, 21... Main optical fiber, 22... Sub optical fiber, 23... Coupling unit, 24... Oscillator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 互いに光結合し得るように適当な距離長だけ
極めて近接して配置された一対の光フアイバと、
この一対の光フアイバの一方の端面あるいは両光
フアイバどうしの結合部の一方の端面に配置さ
れ、前記一方の光フアイバ中を伝搬する光波の伝
搬方向にほぼ平行してその光フアイバ中に超音波
を伝搬させる超音波トランスデユーサとを備え、
超音波信号に従つて前記一方の光フアイバと他方
の光フアイバとを選択的に光結合させることを特
徴とする光制御デバイス。
1 a pair of optical fibers placed very close to each other by an appropriate distance so that they can be optically coupled to each other;
The ultrasonic wave is placed on one end face of the pair of optical fibers or on one end face of the joint between the two optical fibers, and is applied to the optical fiber in substantially parallel to the propagation direction of the light wave propagating in the one optical fiber. Equipped with an ultrasonic transducer that propagates
An optical control device characterized in that the one optical fiber and the other optical fiber are selectively optically coupled in accordance with an ultrasonic signal.
JP1876079A 1979-02-19 1979-02-20 Light control device Granted JPS55111920A (en)

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DE19803006102 DE3006102A1 (en) 1979-02-19 1980-02-19 OPTICAL CONTROL DEVICE

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