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JPS6340868A - Optical integration spectrum analyser - Google Patents
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JPS6340868A - Optical integration spectrum analyser - Google Patents

Optical integration spectrum analyser

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Publication number
JPS6340868A
JPS6340868A JP18449186A JP18449186A JPS6340868A JP S6340868 A JPS6340868 A JP S6340868A JP 18449186 A JP18449186 A JP 18449186A JP 18449186 A JP18449186 A JP 18449186A JP S6340868 A JPS6340868 A JP S6340868A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
refractive index
face
optical waveguide
side end
optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP18449186A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomoyuki Nakaguchi
中口 智之
Kenji Tatsumi
辰巳 賢二
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP18449186A priority Critical patent/JPS6340868A/en
Publication of JPS6340868A publication Critical patent/JPS6340868A/en
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Abstract

PURPOSE:To stabilize capacity, by constituting the title analyser of a refractive index distribution type optical waveguide and a piezoelectric substrate having a refractive index lower than that of said waveguide. CONSTITUTION:A slab lens having refractive index distribution only in an x-axis direction is laminated to a piezoelectric substrate 1 and the thickness thereof is reduced to a wavelength of a surface elastic wave 13 or less by cutting and grinding to form a waveguide 15. By properly setting a refractive index and a length etc., an input terminal 16 and an output terminal 17 can be mutually brought to image forming positional relation. The beam emitted from semiconductive laser 3 and guided is condensed to the point A at the terminal 17 when no high frequency electric signal is applied to a transducer (Tr)6 and the emitting region of the laser 3 is formed into an image. Tr6 is positioned at the almost middle between the terminals 16, 17 and, when a high frequency electric signal is applied to Tr6, the elastic wave 13 is excited and a part of the beam guided through the waveguide 15 is diffracted to be condensed to a point B. As mentioned above, by constituting the wave guide only by the processing of a plane without performing the cutting and grinding of a curved surface, the facilitation of manufacturing and the stabilization of capacity are attained.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は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なう光集積スペクト
ラムアナライザに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an optical integrated spectrum analyzer that analyzes the spectrum of a high-frequency electrical signal by utilizing the interaction between surface acoustic waves and light.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第4図ばり、マーゲリアン(D、Mergerian)
らにより文献フォースインタナショナルコンファランス
 オン インチグレイティラド オブティクスアンド 
オプティカルファイバコミュニケーション、東京、テク
ニカルダイジェスト2so−2etH。
Figure 4 Bar, Margerian (D, Mergerian)
Literature Force International Conference on Ingray Tirado Obtics and et al.
Optical Fiber Communication, Tokyo, Technical Digest 2so-2etH.

1983(4th Int、 Conf、 on In
tegrated 0ptics and 0ptic
al Fiber Con+municatlon、 
Tokyo、Technical Digest、pp
、260−261.1983)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。
1983 (4th Int, Conf, on In
tegrated 0ptics and 0ptics
al Fiber Con+municatlon,
Tokyo, Technical Digest, pp.
, 260-261.1983) is a configuration diagram of an optical integrated spectrum analyzer reported in 1983).

図において、lはLiNb0iなどの圧電性基板、2は
圧電性基板1の表面にTIやNiなどの金属を蒸着した
後、熱拡散させて作成した2次元の光4波路、3は光4
波路2の端面に取付けられた半導体レーザ、4および5
は光導波路2上に作成された第1および第2のジオデシ
ックレンズ、6および7は光導波路2上でかつ第1のジ
オデシックレンズ4および第2のジオデシックレンズ5
の間に作製されたトランスジューサおよびダンパ、8は
光導波路2上の上記半導体レーザ3と対向する端面に取
付けられた光検出器アレー、9は半導体レーザ3から出
射される発散光、10は平行光、11は非回折光、12
は回折光、13は上記トランスジューサ6より励振され
た表面弾性波である。
In the figure, l is a piezoelectric substrate such as LiNb0i, 2 is a two-dimensional optical four-wave path created by depositing metal such as TI or Ni on the surface of the piezoelectric substrate 1 and then thermally diffusing the same, and 3 is a four-wavelength optical wave path.
Semiconductor lasers 4 and 5 attached to the end face of wave path 2
are the first and second geodesic lenses created on the optical waveguide 2; 6 and 7 are the first and second geodesic lenses created on the optical waveguide 2, and the first geodesic lens 4 and the second geodesic lens 5;
8 is a photodetector array attached to the end face of the optical waveguide 2 facing the semiconductor laser 3, 9 is a diverging light emitted from the semiconductor laser 3, and 10 is a parallel light. , 11 is undiffracted light, 12
is a diffracted light, and 13 is a surface acoustic wave excited by the transducer 6.

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は第1のジオデシッ
クレンズ4により平行光10に変換され第2のジオデシ
ックレンズ5に入射してさらに収束光に変換され、光検
出器アレー8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へをも
つ表面弾性波13が光導波路2中に励振される。
Next, the operation will be explained. Diverging light 9 emitted from the semiconductor laser 3 and guided to the optical waveguide 2 is converted into parallel light 10 by the first geodesic lens 4, enters the second geodesic lens 5, is further converted into convergent light, and is subjected to photodetection. The light is focused on the device array 8. Here transducer 6
When a high frequency electric signal is applied to the optical waveguide 2, the transducer 6 excites a surface acoustic wave 13 having a period corresponding to the frequency of the high frequency electric signal.

上記周波Δは光導波路2中を伝搬する表面弾性波13の
速度をvl、上記高周波電気信号の周波数をΔfとする
と第1式で与えられる。
The frequency Δ is given by the first equation, where vl is the speed of the surface acoustic wave 13 propagating in the optical waveguide 2, and Δf is the frequency of the high-frequency electric signal.

上記表面弾性波13は上記平行光10を横切った後ダン
パ7で吸収される0表面弾性波13が平行光10を横切
るとき表面弾性波13はこの平行光10に対して周期へ
の回折格子として作用し、また平行光10と表面弾性波
13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10の一部は第2式で与えられ る角度θ、で回折される。
After the surface acoustic wave 13 crosses the parallel light 10, it is absorbed by the damper 7. When the surface acoustic wave 13 crosses the parallel light 10, the surface acoustic wave 13 acts as a periodic diffraction grating for the parallel light 10. Also, since the parallel light 10 and the surface acoustic wave 13 are crossed so as to satisfy the Bragg condition, a part of the parallel light 10 is diffracted at an angle θ given by the second equation.

λ ここで、λは半導体レーザ3の出射光の波長、n me
tは光導波路2に導波された光に対する実効屈折率であ
る。すなわち、平行光10は非回折光11と回折光12
に分かれ、それぞれ第2のジオデシックレンズ5により
収束され、光検出器アレー8上の点AおよびBに集光す
る。上記集光点AおよびBの距離lは第2のジオデシッ
クレンズ5の焦点距離をf2とすると第3式で与えられ
る。
λ Here, λ is the wavelength of the light emitted from the semiconductor laser 3, n me
t is an effective refractive index for light guided into the optical waveguide 2. That is, the parallel light 10 is composed of the undiffracted light 11 and the diffracted light 12.
The light is divided into two parts, each focused by a second geodesic lens 5, and focused on points A and B on the photodetector array 8. The distance l between the condensing points A and B is given by the third equation, where f2 is the focal length of the second geodesic lens 5.

1−ft ・θ1            ・・・(3
)ここで、θ1は第2式で示した角度である。第3式か
らiを知ることによりΔfを求めることができる。
1-ft ・θ1 ... (3
) Here, θ1 is the angle shown in the second equation. By knowing i from the third equation, Δf can be determined.

ところで上記第1のジオデシックレンズ4および第2の
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、光導波路2の作製と同様に窪みの表面に
TiやNiなどの金属を熱拡散して光の導波層を作製し
たものであり、上記光の導波層は上記光導波路2と同様
の屈折率分布をもつ、光導波路2から上記第1および第
2のジオデシックレンズ4及び5に導波光が入射すると
導波光は窪みに沿って進む。このとき導波光はフェルマ
ーの原理により最短光路を進むため上記窪みにより導波
光は曲げられ窪みがレンズの作用を持つ。
By the way, in the first geodesic lens 4 and the second geodesic lens 5, a hemispherical depression is formed on the surface of the piezoelectric substrate 1, and a metal such as Ti or Ni is coated on the surface of the depression in the same manner as in the production of the optical waveguide 2. An optical waveguide layer is produced by thermal diffusion, and the optical waveguide layer has a refractive index distribution similar to that of the optical waveguide 2, and is connected from the optical waveguide 2 to the first and second geodesic lenses 4. When the guided light is incident on and 5, the guided light travels along the depression. At this time, the guided light travels along the shortest optical path according to Fermat's principle, so the guided light is bent by the depression, and the depression acts as a lens.

第5図(a)は平行光10が第2のジオデシソクレンズ
5により曲げられ、収束光に変換される様子を示してい
る。第5図(blは第2のジオデシックレンズ5の中心
を通る線で切断した第5図(a)の断面図である。第5
図(b)において14は上記窪みに作製した光の4波層
であり、光導波路2とつながっている。第1のジオデシ
ックレンズ4も同様の構造である。
FIG. 5(a) shows how the parallel light 10 is bent by the second geodesic lens 5 and converted into convergent light. FIG. 5 (bl is a cross-sectional view of FIG. 5(a) taken along a line passing through the center of the second geodesic lens 5.
In Figure (b), reference numeral 14 represents a four-wave optical layer formed in the recess, and is connected to the optical waveguide 2. The first geodesic lens 4 also has a similar structure.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

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、第1および第2の2個のジオデシッ
クレンズ4および5が必要である。
Since the conventional optical integrated spectrum analyzer is configured as described above, two geodesic lenses 4 and 5, the first and second geodesic lenses, are required.

ところが、上記第1および第2のジオデシックレンズ4
及び5は窪みを1ミクロンのオーダで切削加工せねばな
らないため高度な加工技術が必要であった。上記のよう
な加工は計算機制御されたダイヤモンドのバイトなどを
用いて行なうが、ジオデシックレンズに必要な窪みは滑
らかな曲面であり、計算機制御により曲面を加工するに
は第6図(a)に示すような曲線を第6図(′b)に示
すような階段状に分割することになる。ところが光の導
波層14に第6図(′b)のような段差があると光の導
波層14を伝搬する光は大きな損失を受ける。第7図は
上記段差の量ΔXと段差において生じる光の田失との関
係を示したものである。図はLiNb0゜にTiを熱拡
散して作製した上記光の導波層14にTE、モードの光
を導波させた場合を示しており、図中C,DおよびEは
それぞれ上記光の導波層14の表面から1.28μm、
1.09μmおよび0.95/Jmの深さを上記TE、
モードが伝搬した場合を示している。例えば図中Eにお
いて上記段差の滑Δx=0.4μIの場合、約1dBの
損失を生じ、上記のような段差が多数存在すると非常に
大きな損失を生じる。そこで切削加工後、粒子径0.3
μm程度の研磨剤により研磨加工を行ない上記段差の量
ΔXを小さくすることが不可欠である。しかし上記窪み
全面にわたり均等に研磨加工を施すことは困難であり、
部分的に研磨不足や研磨過多が生じるため上記段差を皆
無にすることができないだけでなく所要の曲面形状に変
形が生じる。このため上記第1および第2のジオデシッ
クレンズ4および5は損失が大きいだけでなく収差の大
きなものとなる問題点があった。さらに、上記のような
曲面部の加工は高度な加工技術と多くの加工時間を要す
るため、上記ジオデシックレンズは非常に高価なものと
なるという問題点があった。
However, the first and second geodesic lenses 4
and No. 5 required advanced processing technology because the depressions had to be cut on the order of 1 micron. The above processing is performed using a computer-controlled diamond cutting tool, etc., but the recesses required for geodesic lenses are smooth curved surfaces. Such a curve is divided into steps as shown in FIG. 6('b). However, if the optical waveguide layer 14 has a step as shown in FIG. 6('b), the light propagating through the optical waveguide layer 14 will suffer a large loss. FIG. 7 shows the relationship between the amount ΔX of the step and the loss of light generated at the step. The figure shows the case where TE mode light is guided through the light waveguide layer 14 made by thermally diffusing Ti into LiNb0°, and C, D and E in the figure indicate the light guides, respectively. 1.28 μm from the surface of the wave layer 14,
The above TE has a depth of 1.09 μm and 0.95/Jm,
This shows the case where the mode propagates. For example, in E in the figure, if the slip Δx of the step is 0.4 μI, a loss of about 1 dB will occur, and if there are many steps as described above, a very large loss will occur. Therefore, after cutting, the particle size was 0.3.
It is essential to perform polishing using an abrasive of approximately μm size to reduce the amount ΔX of the step. However, it is difficult to polish uniformly over the entire surface of the depression,
Since insufficient polishing or excessive polishing occurs in some parts, not only the above-mentioned step cannot be completely eliminated, but also the required curved surface shape is deformed. For this reason, the first and second geodesic lenses 4 and 5 have the problem of not only large losses but also large aberrations. Furthermore, since machining the curved surface portion as described above requires advanced machining techniques and a lot of machining time, there is a problem in that the geodesic lens described above becomes extremely expensive.

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、光導波路自体に一方の端面から入射した光を
対向するもう一方の端面に結像させるレンズ機能を持た
せることにより、上記ジオデシックレンズの加工に必要
な曲面の切削加工および研磨加工が不必要で収差の小さ
い安価なレンズで構成できる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。
This invention was made in order to solve the above-mentioned problems, and by giving the optical waveguide itself a lens function that focuses the light incident from one end face onto the opposite end face, the above-mentioned problem can be solved. The purpose of the present invention is to obtain an optical integrated spectrum analyzer that does not require the cutting and polishing of curved surfaces required for processing geodesic lenses, and can be configured with inexpensive lenses with small aberrations.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この発明に係る光集積スペクトラムアナライザは、光導
波路の屈折率分布を深さ方向(2方向)には一様で、半
導体レーザの出射光の光軸の方向(y方向)および光導
波路の深さ方向(2方向)に垂直な方向(X方向)には
対向する光導波路の入力端端面と出力側端面とが互いに
ほぼ結像位置関係となるような分布とし、かつ圧電性基
板の屈折率よりも高くしたものであり、さらに表面弾性
波を上記光導波路の入力側端面と出力側端面のほぼ中間
を伝搬させるようにしたものである。
In the optical integrated spectrum analyzer according to the present invention, the refractive index distribution of the optical waveguide is uniform in the depth direction (two directions), and the optical axis direction (y direction) of the output light of the semiconductor laser and the depth of the optical waveguide are uniform. In the direction (X direction) perpendicular to the direction (two directions), the input end face and the output end face of the opposing optical waveguides are distributed so that they are almost in an imaging positional relationship with each other, and the refractive index of the piezoelectric substrate is Furthermore, the surface acoustic wave is made to propagate approximately midway between the input side end face and the output side end face of the optical waveguide.

〔作用〕[Effect]

この発明においては、光導波路をそれ自体がレンズの機
能を持つ屈折率分布型光導波路としかつ該光導波路の屈
折率を圧電性基板の屈折率よりも高いものとし、入力側
端面に取付けられた半導体レーザからの出射光を導波し
、出力側端面において上記半導体レーザからの発光領域
を結像させるようにしたから、トランスジューサにより
励振され上記入力側端面と出力側端面のほぼ中間を伝搬
する表面弾性波により回折された導波光は上記出力側端
面において非回折光の結像位置と異なる位置に結像し、
回折光と非回折光の結像位置の差からトランスジューサ
に印加された電気信号の周波数を求めることができ、曲
面の切削加工および研磨加工を必要とするジオデシック
レンズを不要にできる。
In this invention, the optical waveguide itself is a gradient index optical waveguide having a lens function, and the refractive index of the optical waveguide is higher than that of the piezoelectric substrate, and the optical waveguide is attached to the input side end face. Since the light emitted from the semiconductor laser is guided and the light emitted from the semiconductor laser is imaged at the output end facet, a surface that is excited by the transducer and propagates approximately midway between the input end facet and the output end facet. The guided light diffracted by the elastic wave is imaged at a position different from the imaged position of the undiffracted light on the output side end face,
The frequency of the electrical signal applied to the transducer can be determined from the difference between the imaging positions of the diffracted light and the undiffracted light, making it possible to eliminate the need for a geodesic lens that requires cutting and polishing of curved surfaces.

〔実施例〕〔Example〕

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を示す構成図である。図におい
て、1は溶融水晶板などの圧電性基板、3は半導体レー
ザ、6はトランスジューサ、7はダンパ、8は光検出器
アレー、11は非回折光、12は回折光、13は表面弾
性波、15は屈折率分布型光導波路である。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1st
The figure is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a piezoelectric substrate such as a fused crystal plate, 3 is a semiconductor laser, 6 is a transducer, 7 is a damper, 8 is a photodetector array, 11 is undiffracted light, 12 is diffracted light, and 13 is surface acoustic wave. , 15 is a gradient index optical waveguide.

まず、屈折率分布型光導波路15について説明する。第
2図は第1図の屈折率分布型光導波路15のみを示した
図であり、16は半導体レーザ3取付けている入力(+
1.+1端面、17は光検出器アレー8を取付けている
出力側端面である。図中の座標軸のX軸方向は入力側端
面16に平行な面内で屈折率分布型光導波路15の表面
に平行な方向、y軸方向は入力側端面16に垂直な方向
、Z軸方向は屈折率分布型光導波路15の深さ方向であ
る。
First, the gradient index optical waveguide 15 will be explained. FIG. 2 is a diagram showing only the gradient index optical waveguide 15 in FIG. 1, and 16 is an input (+
1. +1 end face 17 is the output side end face to which the photodetector array 8 is attached. The X-axis direction of the coordinate axes in the figure is a direction parallel to the surface of the gradient index optical waveguide 15 in a plane parallel to the input-side end surface 16, the y-axis direction is a direction perpendicular to the input-side end surface 16, and the Z-axis direction is a direction parallel to the surface of the gradient index optical waveguide 15. This is the depth direction of the gradient index optical waveguide 15.

第3図は上記光導波路15の各軸方向の屈折率分布を示
しており、第3図(a)はX軸方向の屈折率分布n(x
)、第3図(blはy軸方向の屈折率分布(y)、第3
図(C)はz軸方向の屈折率分布n (x)であり、2
Xo、yoおよび2zoはそれぞれ屈折率分布型光4波
路15の幅、長さ、深さである。
FIG. 3 shows the refractive index distribution in each axis direction of the optical waveguide 15, and FIG. 3(a) shows the refractive index distribution n(x
), Figure 3 (bl is the refractive index distribution (y) in the y-axis direction,
Figure (C) shows the refractive index distribution n (x) in the z-axis direction, and 2
Xo, yo, and 2zo are the width, length, and depth of the four refractive index gradient optical wave paths 15, respectively.

屈折率分布型光導波路15は第3図に示すようにX軸方
向にのみ屈折率分布を持つ光導波路である。
The refractive index distribution type optical waveguide 15 is an optical waveguide having a refractive index distribution only in the X-axis direction, as shown in FIG.

例えばX軸方向の屈折率分布n (x)を第4式%式%
(4) ここで、noは最大屈折率、gは屈折率勾配を表わす定
数である。第4式におけるnoおよびじと屈折率分布型
光導波路15の長さyoを適当に設定することにより、
上記入力側端面16と出力側端面17を互いに結像位置
関係とすることができる。なお、上記のような屈折率分
布を持つ光4波路はHOY A株式会社から“一方向屈
折率分布型スラブレンズ”の商品名で販売されている。
For example, the refractive index distribution n (x) in the X-axis direction is expressed by the fourth formula % formula %
(4) Here, no is the maximum refractive index, and g is a constant representing the refractive index gradient. By appropriately setting no and the length yo of the gradient index optical waveguide 15 in the fourth equation,
The input side end face 16 and the output side end face 17 can be in an imaging positional relationship with each other. Note that the four-wavelength optical waveguide having the refractive index distribution as described above is sold by HOYA Co., Ltd. under the trade name of "unidirectional refractive index distribution type slab lens."

このレンズは第2図の2方向の深さが5B程度あるが、
ここでは、上記レンズを溶融水晶の圧電性基板lに貼り
合せた後、トランスジューサ6で励振される表面弾性波
13の波長以下の厚みになるまで切削および研磨するこ
とにより上記の屈折率分布型光導波路15を形成するこ
とができる。なお、上記のような切削および研磨加工は
平面部のみであるため比較的簡単である。ところで、上
記屈折率分布型光導波路15は、溶融水晶の屈折率をn
qとした場合少なくとも第5弐を満たさねばならないし
、導波光の損失をより小さくするには第6式を満たす必
要がある。
This lens has a depth of about 5B in the two directions shown in Figure 2.
Here, after bonding the lens to a piezoelectric substrate l made of fused quartz, the lens is cut and polished until the thickness is equal to or less than the wavelength of the surface acoustic wave 13 excited by the transducer 6. A wave path 15 can be formed. Note that the cutting and polishing processes described above are relatively simple since they are performed only on the flat surface. By the way, in the gradient index optical waveguide 15, the refractive index of the molten crystal is n.
When q, at least the fifth equation (2) must be satisfied, and in order to further reduce the loss of guided light, the sixth equation must be satisfied.

no >n、               ・・・(
5)n(±xo )>n、          ・・・
(6)いま、no =1.470. g =0.088
なる上記一方向屈折率分布型スラブレンズを用いた場合
、n、−1,457であるためXo =1.2重量、y
o−35,6關とするごとにより第6弐を満たす屈折率
分布型光導波路15を実現できる。
no > n, ...(
5) n(±xo)>n,...
(6) Now, no = 1.470. g=0.088
When using the above unidirectional gradient index slab lens, n is -1,457, so Xo = 1.2 weight, y
By setting o-35, 6, it is possible to realize a gradient index optical waveguide 15 that satisfies the 6th condition.

次に動作について説明する。上記屈折率分布型光導波路
15の入力側端面16に取付けられた半導体レーザ3か
ら出射され上記屈折率分布型光導波路15を導波する光
はトランスジューサ6に高周波電気信号が印加されてい
ない時、出力側端面17において第1図の熱入に集光し
、点Aに上記半4体レーザ3の発光領域を結像する。上
記トランスジューサ6は上記入力側端面16と出力側端
面17のほぼ中間に位置し高周波電気信号が印加される
と表面弾性波13を励振し、これにより屈折率分布型光
導波路15を導波する光の一部は回折されて第1図の点
Bに集光する。上記点Aと点Bの距離aと回折角度θ1
との関係は第3式において+2の代わりにy0/2とお
くことにより第7式で与えられる。
Next, the operation will be explained. When no high-frequency electrical signal is applied to the transducer 6, the light emitted from the semiconductor laser 3 attached to the input side end face 16 of the gradient index optical waveguide 15 and guided through the gradient index optical waveguide 15 is The light is focused at the output side end face 17 at the heat input point shown in FIG. The transducer 6 is located approximately midway between the input side end face 16 and the output side end face 17, and when a high frequency electric signal is applied, excites the surface acoustic wave 13, thereby causing light to be guided through the gradient index optical waveguide 15. A part of the light is diffracted and focused on point B in FIG. Distance a between the above points A and B and diffraction angle θ1
The relationship is given by the seventh equation by replacing +2 with y0/2 in the third equation.

第7式の距離βとトランスジューサ6に印加される高周
波電気信号の周波数Δfとを関係づける第1式および第
2式はそのまま成立し、上記距離βを知ることにより上
記Δfを求めることができる。
The first and second equations that relate the distance β in the seventh equation to the frequency Δf of the high-frequency electric signal applied to the transducer 6 hold true as they are, and by knowing the distance β, the above Δf can be determined.

上記のように、本実施例の光集積スペクトラムアナライ
ザではジオデシックレンズを作成するための曲面の切削
および研磨という高度な加工技術を必要とせず、平面の
加工ですむため安価となる。
As described above, the optical integrated spectrum analyzer of this embodiment does not require advanced processing techniques such as cutting and polishing curved surfaces to create a geodesic lens, and can be inexpensive because it only requires processing a flat surface.

また、屈折率分布型光導波路15に用いる一方向のみ屈
折率分布をもつスラブレンズは種々のメーカで分子スタ
ッフィング法やイオン交換法を用いて性能のよいものが
安定して製造されており、これらに上記の平面の加工を
施してもレンズとしての機能は何ら損なわれるものでは
なく、性能の安定した光集積スペクトラムアナライザを
得ることができる。
In addition, slab lenses with a refractive index distribution in only one direction used in the gradient index optical waveguide 15 are stably manufactured with good performance by various manufacturers using the molecular stuffing method or the ion exchange method. Even if the above-mentioned plane processing is applied to the lens, its function as a lens is not impaired in any way, and an optical integrated spectrum analyzer with stable performance can be obtained.

なお、上記実施例では溶融水晶の圧電性基板1を用いた
場合について説明したが、屈折率分布型光導波路15よ
り屈折率の低いものであればどのような圧電性基板を用
いてもよい。また上記実施例ではX軸方向の屈折率分布
が第′4弐で与えられるものについて説明しだか、屈折
率がX軸の正および負の方向に徐々に減少する分布で、
かつ入力側端面16と出力側端面17を互いに結像位置
関係ならしめる分布であればよい。さらに上記実施例で
は半導体レーザおよび光検出機器レーを直接入力側端面
および出力側端面に取付けた場合について説明したが、
これは結像光学系を介して入力端端面および出力側端面
と結合してもよい。
In the above embodiment, the piezoelectric substrate 1 made of fused quartz is used, but any piezoelectric substrate may be used as long as it has a refractive index lower than the gradient index optical waveguide 15. Furthermore, in the above embodiments, the refractive index distribution in the X-axis direction is given by No. 4, but the refractive index gradually decreases in the positive and negative directions of the X-axis.
Any distribution may be used as long as the input side end surface 16 and the output side end surface 17 are in an imaging positional relationship with each other. Furthermore, in the above embodiment, a case was explained in which the semiconductor laser and the photodetector laser were directly attached to the input side end face and the output side end face.
This may be coupled to the input end face and the output end face via an imaging optical system.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、この発明によれば、光集積スペクトラム
アナライザにおいて、光導波路をそれ自体レンズの機能
を持つ屈折率分布型光導波路と光導波路より低屈折率の
圧電性基板とを用いて構成したので、装置を安価にでき
、また性能が良く、かつ安定したものが得られる効果が
ある。
As described above, according to the present invention, in the optical integrated spectrum analyzer, the optical waveguide is constructed using a gradient index optical waveguide which itself has a lens function and a piezoelectric substrate having a lower refractive index than the optical waveguide. Therefore, the device can be made inexpensive, have good performance, and be stable.

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

第1図はこの発明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図は屈折率分布型光導波
路に設定した座標軸を示す図、第3図は屈折率分布型光
導波路の屈折率分布を示す図、第4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5図はジオデシ
ックレンズの機能と構成を示す図、第6図はジオデシッ
クレンズの曲面の加工状態を示す図、第7図はジオデシ
ックレンズ加工における段差と損失の関係を示す図であ
る。 図中、1は圧電性基板、2は光導波路、3は半導体レン
ズ、4は第1のジオデシックレンズ、5は第2のジオデ
シックレンズ、6はトララスジューサ、7はダンパ、8
は光検出器アレー、9は発散光、10は平行光、11は
非回折光、12は回折光、13は表面弾性波、14は光
の導波層、15は屈折率分布型光導波路、16は入力側
端面、17は出力側端面である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an optical integrated spectrum analyzer according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing coordinate axes set in a gradient index optical waveguide, and FIG. 3 is a diagram showing refraction of the gradient index optical waveguide. Figure 4 is a diagram showing the configuration of a conventional optical integrated spectrum analyzer, Figure 5 is a diagram showing the function and configuration of a geodesic lens, Figure 6 is a diagram showing the processing state of the curved surface of the geodesic lens, FIG. 7 is a diagram showing the relationship between steps and loss in geodesic lens processing. In the figure, 1 is a piezoelectric substrate, 2 is an optical waveguide, 3 is a semiconductor lens, 4 is a first geodesic lens, 5 is a second geodesic lens, 6 is a traverse juicer, 7 is a damper, 8
is a photodetector array, 9 is a diverging light, 10 is a parallel light, 11 is a non-diffracted light, 12 is a diffracted light, 13 is a surface acoustic wave, 14 is a light waveguide layer, 15 is a gradient index optical waveguide, 16 is an input side end face, and 17 is an output side end face. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or equivalent parts.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)ほぼ平行な対向する入力側端面および出力側端面
をもつ2次元の光導波路と、上記入力側端面と出力側端
面の間に設けられ上記入力側端面から出力側端面に至る
導波光と斜交して上記導波光の一部を回折させるべき表
面弾性波を励振するトランスジューサと、上記導波光と
斜交して到来する表面弾性波を吸収するダンパとを表面
に備えた圧電性基板と、 上記入力側端面から直接あるいは光学系を介して上記表
面弾性波により回折された導波光を受光する光検出器ア
レーとを備え、 上記光検出器アレー上における上記回折された導波光の
受光位置から上記トランスジューサに印加された電気信
号の周波数を分析する光集積スペクトラムアナライザに
おいて、 上記光導波路の表面および上記入力側端面に平行な方向
をx座標、上記入力側端面に垂直な方向をy座標、上記
光導波路の深さ方向をz座標とした場合、 上記光導波路に、 yおよびz座標方向には一様な屈折率分布を持ち、x座
標方向には原点の屈折率n_0を最大として上記x座標
の正および負の方向に徐々に減少する屈折率分布でかつ
上記入力側端面と出力側端面とを互いにほぼ結像位置関
係ならしめる屈折率分布を持つものを用い、 上記圧電性基板に、 上記光導波路の最大屈折率n_0に対して n_q<n_0 なる関係の屈折率n_qを持つものを用いたことを特徴
とする光集積スペクトラムアナライザ。
(1) A two-dimensional optical waveguide having an input side end face and an output side end face facing each other that are substantially parallel, and a guided light provided between the input side end face and the output side end face and extending from the input side end face to the output side end face. a piezoelectric substrate, the surface of which is provided with a transducer that excites surface acoustic waves that cross obliquely and diffract a portion of the guided light, and a damper that absorbs surface acoustic waves that arrive obliquely with the guided light; , a photodetector array that receives the guided light diffracted by the surface acoustic wave from the input end face directly or via an optical system, and a light receiving position of the diffracted guided light on the photodetector array; In an optical integrated spectrum analyzer that analyzes the frequency of an electric signal applied to the transducer from the input side, When the depth direction of the optical waveguide is taken as the z coordinate, the optical waveguide has a uniform refractive index distribution in the y and z coordinate directions, and the refractive index n_0 at the origin is the maximum in the x coordinate direction. Using a refractive index distribution that gradually decreases in the positive and negative directions of the coordinates and that makes the input side end face and the output side end face approximately in an imaging positional relationship with each other, the piezoelectric substrate is provided with: An optical integrated spectrum analyzer characterized in that an optical integrated spectrum analyzer is used that has a refractive index n_q satisfying the relationship n_q<n_0 with respect to the maximum refractive index n_0 of the optical waveguide.
(2)上記圧電性基板に、 上記光導波路の最小屈折率をn_sとしたときn_q≦
n_s なる関係の屈折率n_qを持つものを用いたことを特徴
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。
(2) In the piezoelectric substrate, where n_s is the minimum refractive index of the optical waveguide, n_q≦
2. The optical integrated spectrum analyzer according to claim 1, characterized in that an optical integrated spectrum analyzer having a refractive index n_q having the relationship n_s is used.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR2809500A1 (en) * 2000-05-29 2001-11-30 Highwave Optical Tech METHOD AND DEVICE FOR PACKAGING OPTICAL FIBER COMPONENT

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