JPH09171201A - 光集積回路及び多点光ヘテロダイン計測装置 - Google Patents
光集積回路及び多点光ヘテロダイン計測装置Info
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- JPH09171201A JPH09171201A JP33209895A JP33209895A JPH09171201A JP H09171201 A JPH09171201 A JP H09171201A JP 33209895 A JP33209895 A JP 33209895A JP 33209895 A JP33209895 A JP 33209895A JP H09171201 A JPH09171201 A JP H09171201A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】光損失をなくし、安定な計測を行う。
【解決手段】zカットLiNbO3 基板上には、各々T
iを熱拡散することにより、基板の一辺から対向辺まで
連続する主導波路14、主導波路14の途中からy字形
に分岐して基板の対向辺まで連続する分岐導波路16、
一部分が分岐導波路16と平行に配列されかつ一端が基
板の対向辺まで連続する第1の射出用導波路18、及び
一部分が主導波路14と平行に配列されかつ一端が基板
の対向辺まで連続する第2の射出用導波路20が形成さ
れている。y型分岐部の近傍には、回折効率が略50%
の導波路型光周波数シフタ部22が形成されている。分
岐導波路16と第1の射出用導波路18との平行配列
部、及び主導波路14と第2の射出用導波路20との平
行配列部には、各々電極が形成されて、第1光スイッチ
24Aと第2光スイッチ24Bとから成る光スイッチ部
24が形成されている。
iを熱拡散することにより、基板の一辺から対向辺まで
連続する主導波路14、主導波路14の途中からy字形
に分岐して基板の対向辺まで連続する分岐導波路16、
一部分が分岐導波路16と平行に配列されかつ一端が基
板の対向辺まで連続する第1の射出用導波路18、及び
一部分が主導波路14と平行に配列されかつ一端が基板
の対向辺まで連続する第2の射出用導波路20が形成さ
れている。y型分岐部の近傍には、回折効率が略50%
の導波路型光周波数シフタ部22が形成されている。分
岐導波路16と第1の射出用導波路18との平行配列
部、及び主導波路14と第2の射出用導波路20との平
行配列部には、各々電極が形成されて、第1光スイッチ
24Aと第2光スイッチ24Bとから成る光スイッチ部
24が形成されている。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光集積回路及び多点
光ヘテロダイン計測装置に係り、より詳しくは、周波数
の異なる2種類のレーザ光を被測定物に照射し、周波数
の異なる2種類のレーザ光の干渉光を光電変換して得ら
れた信号の周波数または位相の変化から被測定物の速度
及び振動、変位または温度変化等を検出する光ヘテロダ
イン計測法を利用して情報を逐次時系列で計測する測定
器に好適な光集積回路、及び光集積回路を利用してマル
チポイントの情報を測定する多点光ヘテロダイン計測装
置に関する。
光ヘテロダイン計測装置に係り、より詳しくは、周波数
の異なる2種類のレーザ光を被測定物に照射し、周波数
の異なる2種類のレーザ光の干渉光を光電変換して得ら
れた信号の周波数または位相の変化から被測定物の速度
及び振動、変位または温度変化等を検出する光ヘテロダ
イン計測法を利用して情報を逐次時系列で計測する測定
器に好適な光集積回路、及び光集積回路を利用してマル
チポイントの情報を測定する多点光ヘテロダイン計測装
置に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
マルチポイント測定の光ヘテロダイン計測装置(例え
ば、レーザドップラ流速計)では、各測定点に対して波
長が異なるレーザ光を割当てて測定することにより、マ
ルチポイントの情報を同時に測定している。このような
従来の多点光ヘテロダイン計測装置では、割当てたレー
ザ光の各々に対して、光源、光検出器、及び光学部品が
必要になるため、システムが大型化し安定性の面で問題
があった。このため、光集積回路を用いることが検討さ
れ始めており、集積化するために、導波路型光周波数シ
フタと集積型光スイッチとを組み合わせることが検討さ
れている。
マルチポイント測定の光ヘテロダイン計測装置(例え
ば、レーザドップラ流速計)では、各測定点に対して波
長が異なるレーザ光を割当てて測定することにより、マ
ルチポイントの情報を同時に測定している。このような
従来の多点光ヘテロダイン計測装置では、割当てたレー
ザ光の各々に対して、光源、光検出器、及び光学部品が
必要になるため、システムが大型化し安定性の面で問題
があった。このため、光集積回路を用いることが検討さ
れ始めており、集積化するために、導波路型光周波数シ
フタと集積型光スイッチとを組み合わせることが検討さ
れている。
【0003】導波路型光周波数シフタとしては、特開昭
60−166921号公報に記載されているように、L
iNbO3 基板上にY字型の光分岐導波路を形成し、こ
の光分岐導波路の屈折率を表面弾性波(SAW)により
変化させることにより、一方のレーザ射出光の周波数を
シフトさせるものが知られている。導波路型周波数シフ
タとして効率良く励振させるためには、yカットLiN
bO3 基板を使用する必要がある。
60−166921号公報に記載されているように、L
iNbO3 基板上にY字型の光分岐導波路を形成し、こ
の光分岐導波路の屈折率を表面弾性波(SAW)により
変化させることにより、一方のレーザ射出光の周波数を
シフトさせるものが知られている。導波路型周波数シフ
タとして効率良く励振させるためには、yカットLiN
bO3 基板を使用する必要がある。
【0004】また、集積型光スイッチとしては、特開平
2−232632号公報に記載されているように、光学
軸(z軸)に垂直な平面で切断したウエハから作成した
zカットLiNbO3 基板に2本の平行な導波路を近接
させた構成のものが知られている。
2−232632号公報に記載されているように、光学
軸(z軸)に垂直な平面で切断したウエハから作成した
zカットLiNbO3 基板に2本の平行な導波路を近接
させた構成のものが知られている。
【0005】上記のように、導波路型光周波数シフタと
集積型光スイッチとは、各々切断面が異なる結晶で構成
された基板に形成されている。従って、導波路型光周波
数シフタと集積型光スイッチとを多点光ヘテロダイン計
測装置に適用するためには、導波路型光周波数シフタと
集積型光スイッチとを別基板で構成した後接続する必要
がある。このため、この接続面での光損失、および接続
面での反射によるレーザ光源への戻り光でレーザの発振
が不安定になり、安定な計測ができなくなる、という問
題がある。また、導波路型光周波数シフタと集積型光ス
イッチとの接続に多くの時間を要し、更に接続部の経年
変化が発生する、という問題がある。
集積型光スイッチとは、各々切断面が異なる結晶で構成
された基板に形成されている。従って、導波路型光周波
数シフタと集積型光スイッチとを多点光ヘテロダイン計
測装置に適用するためには、導波路型光周波数シフタと
集積型光スイッチとを別基板で構成した後接続する必要
がある。このため、この接続面での光損失、および接続
面での反射によるレーザ光源への戻り光でレーザの発振
が不安定になり、安定な計測ができなくなる、という問
題がある。また、導波路型光周波数シフタと集積型光ス
イッチとの接続に多くの時間を要し、更に接続部の経年
変化が発生する、という問題がある。
【0006】本発明は上記問題点を解消するために成さ
れたもので、導波路型光周波数シフタと集積型光スイッ
チとを同一基板上に一体に形成することにより、多点光
ヘテロダイン計測装置に好適な光集積回路、及びこの光
集積回路を利用して光損失をなくし、かつ安定な計測が
できる多点光ヘテロダイン計測装置を提供することを目
的とする。
れたもので、導波路型光周波数シフタと集積型光スイッ
チとを同一基板上に一体に形成することにより、多点光
ヘテロダイン計測装置に好適な光集積回路、及びこの光
集積回路を利用して光損失をなくし、かつ安定な計測が
できる多点光ヘテロダイン計測装置を提供することを目
的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1の発明の光集積回路は、一端から光が入射さ
れかつ他端から光を射出する主導波路と、前記主導波路
の途中から分岐しかつ他端から光を射出する分岐導波路
と、前記主導波路の分岐部より射出側の部位を伝搬する
光を導入して射出する少なくとも1つの第1の射出用導
波路と、前記分岐導波路の分岐部より射出側の部位を伝
搬する光を導入して射出する少なくとも1つの第2の射
出用導波路と、前記主導波路と前記分岐導波路との分岐
部近傍に設けられ、分岐部以降において周波数がシフト
した光と周波数がシフトしていない光とが各々略同じ光
量で主導波路と分岐導波路とを伝搬するように、入射さ
れた光の周波数を所定量シフトする周波数シフト部と、
前記主導波路及び前記第1の射出用導波路の中の1つの
導波路から選択的に光が射出され、かつ前記分岐導波路
及び前記第2の射出用導波路の中の1つの導波路から選
択的に光が射出されるようにスイッチングする光スイッ
チ部と、を1つのzカットLiNbO3 基板上に形成し
たものである。
に請求項1の発明の光集積回路は、一端から光が入射さ
れかつ他端から光を射出する主導波路と、前記主導波路
の途中から分岐しかつ他端から光を射出する分岐導波路
と、前記主導波路の分岐部より射出側の部位を伝搬する
光を導入して射出する少なくとも1つの第1の射出用導
波路と、前記分岐導波路の分岐部より射出側の部位を伝
搬する光を導入して射出する少なくとも1つの第2の射
出用導波路と、前記主導波路と前記分岐導波路との分岐
部近傍に設けられ、分岐部以降において周波数がシフト
した光と周波数がシフトしていない光とが各々略同じ光
量で主導波路と分岐導波路とを伝搬するように、入射さ
れた光の周波数を所定量シフトする周波数シフト部と、
前記主導波路及び前記第1の射出用導波路の中の1つの
導波路から選択的に光が射出され、かつ前記分岐導波路
及び前記第2の射出用導波路の中の1つの導波路から選
択的に光が射出されるようにスイッチングする光スイッ
チ部と、を1つのzカットLiNbO3 基板上に形成し
たものである。
【0008】請求項1の発明では、周波数シフト部と光
スイッチ部とが、1つのzカットLiNbO3 基板上に
形成してある。周波数シフト部は、効率良く励振させる
ためにはyカットLiNbO3 基板に形成する必要があ
るが、請求項1の発明では、周波数シフト部をzカット
LiNbO3 基板上に形成してあるので、効率がやや低
下することになる。しかしながら、光ヘテロダイン計測
に利用する場合には、効率よく周波数シフトさせる必要
はなく、周波数がシフトした光と周波数がシフトしてい
ない光とが各々略同じ光量になればよいので、周波数シ
フト部をzカットLiNbO3 基板上に形成することが
できる。
スイッチ部とが、1つのzカットLiNbO3 基板上に
形成してある。周波数シフト部は、効率良く励振させる
ためにはyカットLiNbO3 基板に形成する必要があ
るが、請求項1の発明では、周波数シフト部をzカット
LiNbO3 基板上に形成してあるので、効率がやや低
下することになる。しかしながら、光ヘテロダイン計測
に利用する場合には、効率よく周波数シフトさせる必要
はなく、周波数がシフトした光と周波数がシフトしてい
ない光とが各々略同じ光量になればよいので、周波数シ
フト部をzカットLiNbO3 基板上に形成することが
できる。
【0009】このように、請求項1の発明では、周波数
シフト部と光スイッチ部とを、1つのzカットLiNb
O3 基板上に形成してあるので、接続部が存在せず、接
続面での光損失、接続面での光反射、及び接続部の経年
変化が発生しなくなる。
シフト部と光スイッチ部とを、1つのzカットLiNb
O3 基板上に形成してあるので、接続部が存在せず、接
続面での光損失、接続面での光反射、及び接続部の経年
変化が発生しなくなる。
【0010】また、請求項2の発明の多点光ヘテロダイ
ン計測装置は、請求項1の光集積回路と、前記主導波路
に光を入射する光源と、前記主導波路及び前記第1の射
出用導波路の中の1つの導波路と前記分岐導波路及び前
記第2の射出用導波路の中の1つの導波路とに各々光結
合されかつ伝送された光を被測定領域に集光する複数の
集光部と、前記集光部の各々に予め定めた順序で周波数
がシフトした光と周波数がシフトしていない光とが同時
に伝送されるように前記光スイッチ部を制御する制御手
段と、を含んで構成したものである。
ン計測装置は、請求項1の光集積回路と、前記主導波路
に光を入射する光源と、前記主導波路及び前記第1の射
出用導波路の中の1つの導波路と前記分岐導波路及び前
記第2の射出用導波路の中の1つの導波路とに各々光結
合されかつ伝送された光を被測定領域に集光する複数の
集光部と、前記集光部の各々に予め定めた順序で周波数
がシフトした光と周波数がシフトしていない光とが同時
に伝送されるように前記光スイッチ部を制御する制御手
段と、を含んで構成したものである。
【0011】請求項2の発明によれば、周波数が異なり
かつ略同じ光量である周波数がシフトした光と周波数が
シフトしていない光との2種類の光が、同時に、集光部
の各々に予め定めた順序で伝送され、伝送された光が射
出され被測定領域に集光される。
かつ略同じ光量である周波数がシフトした光と周波数が
シフトしていない光との2種類の光が、同時に、集光部
の各々に予め定めた順序で伝送され、伝送された光が射
出され被測定領域に集光される。
【0012】従って、周波数の異なる2種類の光の干渉
光を光電変換して得られた信号から、光ヘテロダイン計
測法を利用してマルチポイントの情報を測定することが
できる。
光を光電変換して得られた信号から、光ヘテロダイン計
測法を利用してマルチポイントの情報を測定することが
できる。
【0013】請求項2の発明では、請求項1の発明の光
集積回路を利用しているので、接続部が存在せず、接続
面での光損失、接続面での光反射、及び接続部の経年変
化が発生しなくなる。
集積回路を利用しているので、接続部が存在せず、接続
面での光損失、接続面での光反射、及び接続部の経年変
化が発生しなくなる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図1は、差動型の多点測定光
ファイバレーザドップラ流速計に本発明を適用した実施
の形態の構成図である。差動型の光ファイバレーザドッ
プラ流速計は、光軸に垂直方向の速度成分を測定可能で
ある。
の形態を詳細に説明する。図1は、差動型の多点測定光
ファイバレーザドップラ流速計に本発明を適用した実施
の形態の構成図である。差動型の光ファイバレーザドッ
プラ流速計は、光軸に垂直方向の速度成分を測定可能で
ある。
【0015】干渉性の良い光を射出するコヒーレント光
源10は、例えば、半導体レーザ、レーザ光を平行光線
束に整形するコリメートレンズ、及び半導体レーザへ戻
り光が入射しないようにするための光アイソレータで構
成され、光ファイバ12を介して光集積回路26に光結
合されている。
源10は、例えば、半導体レーザ、レーザ光を平行光線
束に整形するコリメートレンズ、及び半導体レーザへ戻
り光が入射しないようにするための光アイソレータで構
成され、光ファイバ12を介して光集積回路26に光結
合されている。
【0016】光集積回路26はzカットLiNbO3 基
板上に形成されている。このzカットLiNbO3 基板
上には、各々Tiを熱拡散することにより、基板の一辺
からこの辺に対向する対向辺まで連続する主導波路1
4、主導波路14の途中からy字形に分岐して基板の対
向辺まで連続する分岐導波路16、一部分が分岐導波路
16と平行に配列されかつ一端が基板の対向辺まで連続
する第1の射出用導波路18、及び一部分が主導波路1
4と平行に配列されかつ一端が基板の対向辺まで連続す
る第2の射出用導波路20が形成されている。
板上に形成されている。このzカットLiNbO3 基板
上には、各々Tiを熱拡散することにより、基板の一辺
からこの辺に対向する対向辺まで連続する主導波路1
4、主導波路14の途中からy字形に分岐して基板の対
向辺まで連続する分岐導波路16、一部分が分岐導波路
16と平行に配列されかつ一端が基板の対向辺まで連続
する第1の射出用導波路18、及び一部分が主導波路1
4と平行に配列されかつ一端が基板の対向辺まで連続す
る第2の射出用導波路20が形成されている。
【0017】なお、これらの導波路は、Tiの熱拡散に
よらず、プロトン交換等の方法によっても形成すること
ができる。
よらず、プロトン交換等の方法によっても形成すること
ができる。
【0018】そして、y型分岐部の近傍には、主導波路
14を伝搬するレーザ光に対して、波面が角θで交差す
る弾性表面波(以下、SAWという)を発生するインタ
ーディジタル・トランスデューサー(図示せず)が形成
されて回折効率が略50%の導波路型光周波数シフタ部
22が形成されている。このように回折効率を略50%
にすることにより、主導波路14を伝搬するレーザ光と
分岐導波路16を伝搬するレーザ光との光量が略同じに
なる。
14を伝搬するレーザ光に対して、波面が角θで交差す
る弾性表面波(以下、SAWという)を発生するインタ
ーディジタル・トランスデューサー(図示せず)が形成
されて回折効率が略50%の導波路型光周波数シフタ部
22が形成されている。このように回折効率を略50%
にすることにより、主導波路14を伝搬するレーザ光と
分岐導波路16を伝搬するレーザ光との光量が略同じに
なる。
【0019】また、分岐導波路16と第1の射出用導波
路18との平行配列部、及び主導波路14と第2の射出
用導波路20との平行配列部には、各々電極が形成され
て、反転デルタベータ構成の第1光スイッチ24Aと第
2光スイッチ24Bとから成る光スイッチ部24が形成
されている。
路18との平行配列部、及び主導波路14と第2の射出
用導波路20との平行配列部には、各々電極が形成され
て、反転デルタベータ構成の第1光スイッチ24Aと第
2光スイッチ24Bとから成る光スイッチ部24が形成
されている。
【0020】ここで、導波路型光周波数シフタ部22に
おいて、SAWを作用させて回折光を得るためには、ラ
マン・ナス回折とブラッグ回折との2つの方法がある。
この2つの回折は、以下に示すQ値によって分類され
る。
おいて、SAWを作用させて回折光を得るためには、ラ
マン・ナス回折とブラッグ回折との2つの方法がある。
この2つの回折は、以下に示すQ値によって分類され
る。
【0021】 Q=2π(λ/Λ)/(Λ/L)=2πλL/Λ2 ・・・(1) ただし、λはLiNbO3 の基板(結晶)中での使用レ
ーザ光の波長、ΛはLiNbO3 の基板中でのSAWの
波長、Lはレーザ光とSAWとの相互作用長(SAWの
幅)であり、Q≫1でブラッグ回折条件、Q≪1でラマ
ン・ナス回折条件を満足する。
ーザ光の波長、ΛはLiNbO3 の基板中でのSAWの
波長、Lはレーザ光とSAWとの相互作用長(SAWの
幅)であり、Q≫1でブラッグ回折条件、Q≪1でラマ
ン・ナス回折条件を満足する。
【0022】ブラッグ回折では、Q≫1の条件を満たせ
ばよいので、SAWの入射パワーと相互作用長Lの選択
(相互作用長Lを長くする)により、理論的に回折効率
(入射光を1次の回折光に変換する効率)を100%に
することができるが、ラマン・ナス回折ではQ≪1の条
件を満たす必要があるため、回折効率を最大でも略34
%程度にできるだけである。このため、ブラッグ回折条
件を満たすためには、相互作用長Lを大きくする必要が
あり、素子寸法が大きくなるが、ラマン・ナス回折では
相互作用長Lを小さくできるため、素子を小型にでき
る。
ばよいので、SAWの入射パワーと相互作用長Lの選択
(相互作用長Lを長くする)により、理論的に回折効率
(入射光を1次の回折光に変換する効率)を100%に
することができるが、ラマン・ナス回折ではQ≪1の条
件を満たす必要があるため、回折効率を最大でも略34
%程度にできるだけである。このため、ブラッグ回折条
件を満たすためには、相互作用長Lを大きくする必要が
あり、素子寸法が大きくなるが、ラマン・ナス回折では
相互作用長Lを小さくできるため、素子を小型にでき
る。
【0023】光源から照射されたレーザ光の波長を
λ0 、LiNbO3 の屈折率をn、SAWの周波数をf
0 、zカットLiNbO3 中での音速をvとすると、λ
=λ0 /n、Λ=v/f0 であるので、 Q=2π(λ0 /n)L/(v/f0 )2 ・・・(2) 従って、 L=Q(v/f0 )2 /2π(λ0 /n) ・・・(3) となる。
λ0 、LiNbO3 の屈折率をn、SAWの周波数をf
0 、zカットLiNbO3 中での音速をvとすると、λ
=λ0 /n、Λ=v/f0 であるので、 Q=2π(λ0 /n)L/(v/f0 )2 ・・・(2) 従って、 L=Q(v/f0 )2 /2π(λ0 /n) ・・・(3) となる。
【0024】ここで、回折効率を略50%とするために
はブラッグ回折とラマン・ナス回折との中間的な状況、
例えばQを1または1近傍の値にすればよいので、Qを
1または1近傍の値にしたときに上記(3)式より得ら
れる幅のSAWを用いればよい。
はブラッグ回折とラマン・ナス回折との中間的な状況、
例えばQを1または1近傍の値にすればよいので、Qを
1または1近傍の値にしたときに上記(3)式より得ら
れる幅のSAWを用いればよい。
【0025】また、このときの主導波路14に対する分
岐導波路16の分岐角θd は、 θd =sin(λ/Λ) ・・・(4) となるので、レーザ光とSAWの波面との成す角θがθ
d /2となるように、インターディジタル・トランスデ
ューサーを配置すればよい。
岐導波路16の分岐角θd は、 θd =sin(λ/Λ) ・・・(4) となるので、レーザ光とSAWの波面との成す角θがθ
d /2となるように、インターディジタル・トランスデ
ューサーを配置すればよい。
【0026】具体的には、光源として波長0.83μm
のレーザ光を用い、本実施の形態として最適な80MH
zのSAWを励振する場合には、 λ=λ0 /n=0.83[μm]/2.2=0.377μm Λ=v/f0 =3800[m/sec]/80[MHz]=47.5μm であるので、 L=Q/1050 ・・・(5) となる。
のレーザ光を用い、本実施の形態として最適な80MH
zのSAWを励振する場合には、 λ=λ0 /n=0.83[μm]/2.2=0.377μm Λ=v/f0 =3800[m/sec]/80[MHz]=47.5μm であるので、 L=Q/1050 ・・・(5) となる。
【0027】分岐導波路16の分岐角θd は0.48°
であるので、Q=1とすると、図2に示すように、SA
Wの幅Lが0.95mm、レーザ光とSAWの波面との
成す角θを0.24°となるようにインターディジタル
・トランスデューサーを配置すればよい。
であるので、Q=1とすると、図2に示すように、SA
Wの幅Lが0.95mm、レーザ光とSAWの波面との
成す角θを0.24°となるようにインターディジタル
・トランスデューサーを配置すればよい。
【0028】上記では導波路を平行に配置して光スイッ
チを形成したが、図3(1)に示すように導波路を2つ
に分岐して光スイッチを形成してもよく(M.Hamu
raet al:Opt.Lett.,8(1983)
pp.534)、図3(2)に示すように一端で全反射
する導波路を交差させて光スイッチを形成してもよい
(C.S.Tsai et al:IEEE J.Qu
antum Eleciron.,QE−14(197
8)pp.513)。
チを形成したが、図3(1)に示すように導波路を2つ
に分岐して光スイッチを形成してもよく(M.Hamu
raet al:Opt.Lett.,8(1983)
pp.534)、図3(2)に示すように一端で全反射
する導波路を交差させて光スイッチを形成してもよい
(C.S.Tsai et al:IEEE J.Qu
antum Eleciron.,QE−14(197
8)pp.513)。
【0029】上記のように構成された光集積回路の主導
波路14の一端は、光ファイバ12の端部に光結合さ
れ、他端は光ファイバ30を介して、測定プローブ42
に光結合されている。分岐導波路16は、光ファイバ3
2を介して、測定プローブ44に光結合されている。
波路14の一端は、光ファイバ12の端部に光結合さ
れ、他端は光ファイバ30を介して、測定プローブ42
に光結合されている。分岐導波路16は、光ファイバ3
2を介して、測定プローブ44に光結合されている。
【0030】また、第1の射出用導波路18は光ファイ
バ28を介して、第2の射出用導波路20は光ファイバ
34を介して、各々測定プローブ42、測定プローブ4
4に光結合されている。
バ28を介して、第2の射出用導波路20は光ファイバ
34を介して、各々測定プローブ42、測定プローブ4
4に光結合されている。
【0031】測定プローブ42内には、図4に示すよう
に、光ファイバ28及び光ファイバ30の他端が挿入さ
れると共に、コリメートレンズ43、45、集光レンズ
47及び受光レンズ41が収納されている。
に、光ファイバ28及び光ファイバ30の他端が挿入さ
れると共に、コリメートレンズ43、45、集光レンズ
47及び受光レンズ41が収納されている。
【0032】光ファイバ28及び光ファイバ30の射出
端面は、各々コリメートレンズ43、45の焦点位置に
配置されている。これにより、平行な2光束(レーザ光
A、レーザ光B)が得られる。コリメートレンズ43、
45のレーザ光射出側には、集光レンズ47が配置され
ている。集光レンズ47は、2光束を焦点位置に集光
(交差)する。
端面は、各々コリメートレンズ43、45の焦点位置に
配置されている。これにより、平行な2光束(レーザ光
A、レーザ光B)が得られる。コリメートレンズ43、
45のレーザ光射出側には、集光レンズ47が配置され
ている。集光レンズ47は、2光束を焦点位置に集光
(交差)する。
【0033】また、測定プローブ42内には、一端が光
検出器50に接続された受光用光ファイバ46の他端
が、受光用光ファイバ46の端面が受光レンズ41の焦
点位置に位置するように挿入されている。この光検出器
50は、散乱された光を光電変換面でヘテロダイン検波
して受光信号を出力し、信号解析器52はこの受光信号
からドップラシフト周波数を算出し、流速及び流速の方
向を算出する。
検出器50に接続された受光用光ファイバ46の他端
が、受光用光ファイバ46の端面が受光レンズ41の焦
点位置に位置するように挿入されている。この光検出器
50は、散乱された光を光電変換面でヘテロダイン検波
して受光信号を出力し、信号解析器52はこの受光信号
からドップラシフト周波数を算出し、流速及び流速の方
向を算出する。
【0034】測定プローブ44は測定プローブ42と同
様の構成であり、受光用光ファイバ46に光結合された
受光用光ファイバ48を介して光検出器50に光結合さ
れている。
様の構成であり、受光用光ファイバ46に光結合された
受光用光ファイバ48を介して光検出器50に光結合さ
れている。
【0035】信号解析器52には、図5に示す波形の切
換え信号を光スイッチ部24の第1の光スイッチ(光ス
イッチ1)及び第2の光スイッチ(光スイッチ2)の各
々、及び信号解析器52に出力する信号切換器36が接
続されている。
換え信号を光スイッチ部24の第1の光スイッチ(光ス
イッチ1)及び第2の光スイッチ(光スイッチ2)の各
々、及び信号解析器52に出力する信号切換器36が接
続されている。
【0036】次に本実施の形態の作用を説明する。光源
10から発振された周波数νのレーザ光は、光ファイバ
12を介して導波路14に入射され、導波路14を伝搬
する。導波路14を伝搬しているレーザ光に対してSA
Wを相互作用させると、基板に屈折率の周期的変化が発
生するため、レーザ光はSAWの波面に対して角θdで
回折し、1次回折光は分岐導波路16を伝搬し、回折さ
れない0次光は主導波路14を伝搬する。このとき、1
次回折光の周波数はSAWの周波数fmだけシフトし、
ν+fmになる。また、回折効率を略50%にしている
ため、1次回折光と0次光との光量は略同じになる。
10から発振された周波数νのレーザ光は、光ファイバ
12を介して導波路14に入射され、導波路14を伝搬
する。導波路14を伝搬しているレーザ光に対してSA
Wを相互作用させると、基板に屈折率の周期的変化が発
生するため、レーザ光はSAWの波面に対して角θdで
回折し、1次回折光は分岐導波路16を伝搬し、回折さ
れない0次光は主導波路14を伝搬する。このとき、1
次回折光の周波数はSAWの周波数fmだけシフトし、
ν+fmになる。また、回折効率を略50%にしている
ため、1次回折光と0次光との光量は略同じになる。
【0037】主導波路14及び分岐導波路16内をレー
ザ光が伝搬している状態で、第1光スイッチ24Aの電
極に図5に示すオン信号、第2光スイッチ24Bの電極
に図5に示すオフ信号を印加すると、0次光は光ファイ
バ30を介して測定プローブ42に入射され、1次回折
光は光ファイバ28を介して測定プローブ42に入射さ
れる。
ザ光が伝搬している状態で、第1光スイッチ24Aの電
極に図5に示すオン信号、第2光スイッチ24Bの電極
に図5に示すオフ信号を印加すると、0次光は光ファイ
バ30を介して測定プローブ42に入射され、1次回折
光は光ファイバ28を介して測定プローブ42に入射さ
れる。
【0038】測定プローブ42内に入射されたレーザ光
は、コリメートレンズ34、36により各々平行光であ
るレーザ光A及びレーザ光Bとして射出され、集光レン
ズ38によって集光部49に集光、すなわち交差され
る。
は、コリメートレンズ34、36により各々平行光であ
るレーザ光A及びレーザ光Bとして射出され、集光レン
ズ38によって集光部49に集光、すなわち交差され
る。
【0039】この集光部49を散乱粒子が通過すると、
通過する散乱粒子は、レーザ光A及びレーザ光Bを全方
向に散乱する。通過する粒子からの散乱光の一部は再び
集光レンズ47を通して平行光にされ、受光レンズ41
で焦点位置に集光され受光用光ファイバ46を介して光
検出器50に伝搬される。投光用2光束からの散乱光
は、この光検出器50の光電変換面でヘテロダイン検波
され、信号解析器52でドップラシフト周波数が算出さ
れる。そして、算出したドップラシフト周波数から流速
及び流速方向が判別される。
通過する散乱粒子は、レーザ光A及びレーザ光Bを全方
向に散乱する。通過する粒子からの散乱光の一部は再び
集光レンズ47を通して平行光にされ、受光レンズ41
で焦点位置に集光され受光用光ファイバ46を介して光
検出器50に伝搬される。投光用2光束からの散乱光
は、この光検出器50の光電変換面でヘテロダイン検波
され、信号解析器52でドップラシフト周波数が算出さ
れる。そして、算出したドップラシフト周波数から流速
及び流速方向が判別される。
【0040】本実施の形態では、レーザ光照射方向と反
対方向に散乱する後方散乱光を受光する構成を示した
が、照射方向に散乱する前方散乱光を受光する構成にし
ても同様の検出が可能である。
対方向に散乱する後方散乱光を受光する構成を示した
が、照射方向に散乱する前方散乱光を受光する構成にし
ても同様の検出が可能である。
【0041】図6に前方散乱受光型レーザドップラ流速
計の光学系の構成を示す。図6において、図4と対応す
る部分には同一符号を付して説明する。測定プローブ4
2において投光光学系は図4と同一の構成である。受光
光学系は、レーザ光A、Bの照射方向に受光レンズ41
を配置し、受光レンズ41の焦点位置に端面が位置する
ように、光検出器50に光結合された受光用光ファイバ
46を配置する。光検出器50に伝搬された散乱光は光
電変換面でヘテロダイン検波され、ドップラシフト周波
数の信号が得られる。
計の光学系の構成を示す。図6において、図4と対応す
る部分には同一符号を付して説明する。測定プローブ4
2において投光光学系は図4と同一の構成である。受光
光学系は、レーザ光A、Bの照射方向に受光レンズ41
を配置し、受光レンズ41の焦点位置に端面が位置する
ように、光検出器50に光結合された受光用光ファイバ
46を配置する。光検出器50に伝搬された散乱光は光
電変換面でヘテロダイン検波され、ドップラシフト周波
数の信号が得られる。
【0042】図6では、受光レンズ41で受光用光ファ
イバ46の端面に集光部49の像を結像する構成を示し
たが、光検出器50の光電変換面を受光用光ファイバ4
6の端面位置、すなわち受光レンズ41の焦点位置に配
置してもドップラシフト周波数の信号が得られる。
イバ46の端面に集光部49の像を結像する構成を示し
たが、光検出器50の光電変換面を受光用光ファイバ4
6の端面位置、すなわち受光レンズ41の焦点位置に配
置してもドップラシフト周波数の信号が得られる。
【0043】上記差動型ドップラシフト流速計の実施の
形態では、光スイッチ部の構成を2入力4出力として1
入力4出力の光集積回路を構成し、2測定点を測定する
場合について説明したが、本発明は、光スイッチ部の構
成を2入力2N(Nは自然数)出力として1入力2N出
力の光集積回路を構成し、測定プローブをN個設けるこ
とにより、N個の測定点を順に測定することができるも
のである。
形態では、光スイッチ部の構成を2入力4出力として1
入力4出力の光集積回路を構成し、2測定点を測定する
場合について説明したが、本発明は、光スイッチ部の構
成を2入力2N(Nは自然数)出力として1入力2N出
力の光集積回路を構成し、測定プローブをN個設けるこ
とにより、N個の測定点を順に測定することができるも
のである。
【0044】また、上記では光源として半導体レーザを
用いたが、YAG等の固体レーザを使用することも可能
である。
用いたが、YAG等の固体レーザを使用することも可能
である。
【0045】
【発明の効果】以上説明したように請求項1の発明によ
れば、周波数シフタ部と光スイッチ部とを同一基板上に
一体に形成したので、接続面での光損失、接続面での光
反射、及び接続部の経年変化がない多点光ヘテロダイン
計測装置に好適な光集積回路が得られ、また請求項2の
発明によれば導波路型光周波数シフタと集積型光スイッ
チとを同一基板上に一体に形成した光集積回路を利用し
たので、安定な計測ができる、という効果が得られる。
れば、周波数シフタ部と光スイッチ部とを同一基板上に
一体に形成したので、接続面での光損失、接続面での光
反射、及び接続部の経年変化がない多点光ヘテロダイン
計測装置に好適な光集積回路が得られ、また請求項2の
発明によれば導波路型光周波数シフタと集積型光スイッ
チとを同一基板上に一体に形成した光集積回路を利用し
たので、安定な計測ができる、という効果が得られる。
【図1】本発明の実施の形態の差動型レーザドップラ流
速計の概略図である。
速計の概略図である。
【図2】上記実施の形態の導波形光周波数シフタの構造
を示す外力図である。
を示す外力図である。
【図3】光スイッチ部の他の構成を示す概略図である。
【図4】光スイッチ及び信号解析器への切換信号を示す
波形図である。
波形図である。
【図5】差動型の多点測定光ファイバレーザドップラ流
速計の測定プローブの概略断面図である。
速計の測定プローブの概略断面図である。
【図6】前方散乱受光型レーザドップラ流速計の測定プ
ローブの概略断面図である。
ローブの概略断面図である。
28 投光用光ファイバ 30 投光用光ファイバ 42 測定プローブ 44 測定プローブ
Claims (2)
- 【請求項1】一端から光が入射されかつ他端から光を射
出する主導波路と、 前記主導波路の途中から分岐しかつ他端から光を射出す
る分岐導波路と、 前記主導波路の分岐部より射出側の部位を伝搬する光を
導入して射出する少なくとも1つの第1の射出用導波路
と、 前記分岐導波路の分岐部より射出側の部位を伝搬する光
を導入して射出する少なくとも1つの第2の射出用導波
路と、 前記主導波路と前記分岐導波路との分岐部近傍に設けら
れ、分岐部以降において周波数がシフトした光と周波数
がシフトしていない光とが各々略同じ光量で主導波路と
分岐導波路とを伝搬するように、入射された光の周波数
を所定量シフトする周波数シフト部と、 前記主導波路及び前記第1の射出用導波路の中の1つの
導波路から選択的に光が射出され、かつ前記分岐導波路
及び前記第2の射出用導波路の中の1つの導波路から選
択的に光が射出されるようにスイッチングする光スイッ
チ部と、 を1つのzカットLiNbO3 基板上に形成した光集積
回路。 - 【請求項2】請求項1の光集積回路と、 前記主導波路に光を入射する光源と、 前記主導波路及び前記第1の射出用導波路の中の1つの
導波路と前記分岐導波路及び前記第2の射出用導波路の
中の1つの導波路とに各々光結合されかつ伝送された光
を被測定領域に集光する複数の集光部と、 前記集光部の各々に予め定めた順序で周波数がシフトし
た光と周波数がシフトしていない光とが同時に伝送され
るように前記光スイッチ部を制御する制御手段と、 を含む多点光ヘテロダイン計測装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33209895A JPH09171201A (ja) | 1995-12-20 | 1995-12-20 | 光集積回路及び多点光ヘテロダイン計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33209895A JPH09171201A (ja) | 1995-12-20 | 1995-12-20 | 光集積回路及び多点光ヘテロダイン計測装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09171201A true JPH09171201A (ja) | 1997-06-30 |
Family
ID=18251130
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33209895A Pending JPH09171201A (ja) | 1995-12-20 | 1995-12-20 | 光集積回路及び多点光ヘテロダイン計測装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09171201A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110182543A1 (en) * | 2007-08-14 | 2011-07-28 | Selex Sistemi Integrati S.P.A. | Electrically Driven Optical Frequency Shifter |
CN116930629A (zh) * | 2023-09-15 | 2023-10-24 | 清华大学 | 电场传感装置和方法 |
-
1995
- 1995-12-20 JP JP33209895A patent/JPH09171201A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110182543A1 (en) * | 2007-08-14 | 2011-07-28 | Selex Sistemi Integrati S.P.A. | Electrically Driven Optical Frequency Shifter |
US8606054B2 (en) * | 2007-08-14 | 2013-12-10 | Selex Sistemi Integrati S.P.A. | Electrically driven optical frequency shifter using coupled waveguides |
CN116930629A (zh) * | 2023-09-15 | 2023-10-24 | 清华大学 | 电场传感装置和方法 |
CN116930629B (zh) * | 2023-09-15 | 2023-12-22 | 清华大学 | 电场传感装置和方法 |
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