JPS5941910A - Parametric amplifier - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To select the amplification band width relatively freely, by providing a part, where the variable constant is changed by excitation, periodically on the surface of an undulation propagating medium and causing a parametric interaction only when the undulation of a certain condition is inputted in the frequency dispersion characteristic. CONSTITUTION:In the part, where the variable constant is changed, provided on an undulation propagating medium 1, individual parts 2A, 2B, 2C are so operated that the variable constant is changed with respect to time by excitation, and as the whole, the variable constant is changed periodically with respect to position as shown by a waveform 11. On this frequency dispersion characteristic, only when the undulation 11 satisfying a certain condition is inputted, the parametric interaction is caused, and the undulation is propagated through the medium. Thus, the frequency dispersion characteristic of the undulation propagation speed is used positively to design the amplification band relatively freely.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、波動伝播速度の周波数分散特性を積極的に利
用したパラメトリック増幅器に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a parametric amplifier that actively utilizes the frequency dispersion characteristics of wave propagation velocity.

バラメ）１７ンク増幅器は低雑音増＠器として各種通信
機の前置増幅器等に用いられている。The 17-link amplifier is used as a low-noise amplifier in the preamplifiers of various communication devices.

このパラメ）　ＩＪラック幅器としては一般に集中定数
ダイオード形が用いられているが、入力信号とアイドラ
信号との分離のためにサーキュレータ等が必要とされ、
また同調型であるので調整が複雑となって増幅中心周波
数を可変するのは容易でなかった。This parameter) A lumped constant diode type is generally used as an IJ rack width device, but a circulator etc. is required to separate the input signal and idler signal.
Furthermore, since it is a tunable type, adjustment is complicated and it is not easy to vary the amplification center frequency.

一方、増幅帯域の広域化を目的として進行波形パラメト
リック増幅器が提案されている。On the other hand, traveling waveform parametric amplifiers have been proposed for the purpose of widening the amplification band.

この進行波形の原理としては、非線形媒体中に信号波と
ポンプ波を同時に進行させてパラメトリック相互作用を
起こさせ、ポンプ波のエネルギーを信号波と新たに発生
したアイドラ波との両方に与えることにより信号増幅を
行うものである。このためには伝播中のあらゆる場所で
信号波、ポンプ波、アイドラ波の位相関係が一定に保た
れている必要があるが、この条件を満たすことは非常に
困難であるので予想通りの特性は得にくかった。The principle of this traveling waveform is that the signal wave and pump wave are made to travel simultaneously in a nonlinear medium to cause parametric interaction, and the energy of the pump wave is given to both the signal wave and the newly generated idler wave. It performs signal amplification. To achieve this, it is necessary that the phase relationship of the signal wave, pump wave, and idler wave be kept constant at all locations during propagation, but it is extremely difficult to satisfy this condition, so the expected characteristics may not be the same. It was difficult to obtain.

この原因としては一般に信号波、ポンプ波、アイドラ波
の周波数が異なるために上記媒体中を伝ｔｎ１する各々
の速度が異なってくる、いわゆる６波の伝播速度に周波
数分散ｌ時性があることが挙げられる。The reason for this is that generally the frequencies of the signal wave, pump wave, and idler wave are different, so that the speed of propagation tn1 in the medium is different, and there is a frequency dispersion time characteristic in the propagation speed of the so-called six waves. Can be mentioned.

本発明は以上の問題点に対処してなされたもので、波動
伝播速度が周波数分散特性を示す波動伝播媒体の表面に
励４１ｒｍＫよりパラメークの変化する部分を周期的に
設け、上記周波数分散特性上において一定条件を満足す
る波！１ｂが入力された時のみパラメトリンク相互作用
を生じ−Ｖしめてその波動を上記媒体音伝播させるよう
にイト構成することにより従来欠点を除去するようにし
たパラメトリック増幅器を提供することを目的とずろも
のである。The present invention has been made in response to the above problems, and includes periodically providing parts on the surface of a wave propagation medium in which the wave propagation velocity exhibits frequency dispersion characteristics, in which parameters change from an excitation of 41 rmK, thereby improving the frequency dispersion characteristics. A wave that satisfies certain conditions in! It is an object of the present invention to provide a parametric amplifier which eliminates the conventional drawbacks by configuring a parametric amplifier so that a parametric link interaction occurs only when 1b is input, and the wave is made to propagate through the medium sound. It is.

以下図面を参照して本発明実施例を説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第１図は本発明によるパラメ）　ＩＪラック幅器を示す
原理図で、ｌは波動伝播媒体で７階に波の伝播速度が周
波数分散特性を示すものから構成され、２は励振により
パラメータの変化する部分で周期長ｌで周期的に設けら
れ、３は上記パラメータの変化する部分に接続された励
振源である。ここでパラメータとは波の伝播に対し゛Ｃ
影響を与えるような媒体の性質を表わす物理量のことを
いう、４は入力波、５，６は出力波、Ｌはパラメトリッ
ク相互作用が生じる領域の長さである。Figure 1 is a principle diagram showing the IJ rack width transducer (parameters according to the present invention), where 1 is a wave propagation medium consisting of a wave propagation velocity exhibiting frequency dispersion characteristics on the 7th floor, and 2 is a parameter change due to excitation. 3 is an excitation source connected to the part where the parameter changes. Here, the parameter is ゛C for wave propagation.
4 is an input wave, 5 and 6 are output waves, and L is the length of a region where parametric interaction occurs.

上記波動伝播媒体ｌの周波数分散特性の−ｒｆ１１は第
２図のような曲線で示すことができる。同図で横軸は波
数β（＝２π／ＩＪ　）、縦軸は角周波数ω（角速度二
２πｆ）を示している。The frequency dispersion characteristic -rf11 of the wave propagation medium 1 can be represented by a curve as shown in FIG. In the figure, the horizontal axis shows the wave number β (=2π/IJ), and the vertical axis shows the angular frequency ω (angular velocity 2πf).

ここで上記入力波４がパラメータの変化する部分を伝播
する時パラメトリンク相互作用により励振源３からエネ
ルギーをもらい、その振幅が増大すると共にアイドラ波
として新たな波を生じる。Here, when the input wave 4 propagates through the part where the parameters change, it receives energy from the excitation source 3 due to the parametric link interaction, its amplitude increases, and a new wave is generated as an idler wave.

上記パラメトリック相互作用の起きる条件は、入力波の
角周波数をωｌおよび波数をβｌ、新しく発生するアイ
ドラ波の角周波数をω２および波数なβ２．励振源によ
る励供角周波数をωｐとした時、ωｐ−ω１＋ω２　　
　・・・・・・（１）β１〕ごβ１＋β２　（β、−２
π／１１　）　　・・・（２）を共に満足することが必
要である。The conditions for the above parametric interaction are that the angular frequency of the input wave is ωl and the wave number is βl, the angular frequency of the newly generated idler wave is ω2, and the wave number is β2. When the excitation angular frequency by the excitation source is ωp, ωp−ω1+ω2
......(1) β1] β1+β2 (β, -2
π/11)...It is necessary to satisfy both (2).

さらに、新たに発生するアイドラ波のω２およびβ２が
第２図の曲線上に位置していることが必要である。Furthermore, it is necessary that the newly generated idler waves ω2 and β2 be located on the curve shown in FIG.

第２図において、７は入力波４の波動ベクトル、８．８
′は励損による波動ベクトル、９はアイドラ波の波動ベ
クトル、１０は上記波動ベクトル７と波動ベクトル８′
とによるパラメトリンク相互作用により予想される波動
ベクトルを示している。In Figure 2, 7 is the wave vector of input wave 4, 8.8
' is the wave vector due to excitation, 9 is the wave vector of the idler wave, and 10 is the wave vector 7 and wave vector 8'.
The wave vector expected due to the parametric link interaction is shown.

上記条件を満足しない入力波が伝播してもパラメトリッ
ク相互作用は起きない。１３’ｌえば第２図において波
動ベクトル８′に相当する成分が、！−）ろが、これと
入力波との相互作用によって発生すると予想される波動
ベクトル１０は上記伝播条件を満足しない（第２図の曲
線上に位置しない）ので波にはならない。Even if an input wave that does not satisfy the above conditions propagates, parametric interaction will not occur. 13'l, the component corresponding to wave vector 8' in Fig. 2 is! -) However, the wave vector 10 that is expected to be generated by the interaction between this and the input wave does not satisfy the above propagation condition (it is not located on the curve in FIG. 2), so it does not become a wave.

したがって上記伝播条件を満足する成る波のみが媒体ｌ
を伝播することができ、増幅動作に周波数選択性がある
ことを示している。Therefore, only waves that satisfy the above propagation conditions are present in the medium l.
This shows that the amplification operation has frequency selectivity.

第１図において波の伝播損失を小さいとした時、増幅帯
域の中心周波数における増幅利得は、信号波成分の利得
Ｇ１　ｏｃ　Ｃｏ５ｈ２！万Ｌ−Ｃ３）・・・　（４） で表わされる。In Fig. 1, when the wave propagation loss is assumed to be small, the amplification gain at the center frequency of the amplification band is the gain of the signal wave component G1 oc Co5h2! 10,000 L-C3)... (4) It is expressed as follows.

ここでξ１．ξ２は各々ω１１　ω２の信号に対する励
振によるパラメータの変化の度合を示し、Ｃｏ５ｈはハ
イパーボリンクコサイン、５ｉｎｈはノーイパーボリツ
クサインを示している。Here ξ1. ξ2 indicates the degree of parameter change due to excitation for the signals of ω11 and ω2, respectively, Co5h indicates a hyperbolic cosine, and 5inh indicates a no hyperbolic sine.

上記式＋３７．　（４）から利得Ｇｌ　ｒ　０２を増大
するためには、 ｌ、　パラメトリック相互作用領域の長さＬを大きくと
ること、 ２、励振によるパラメータの変化の度合ξ１．ξ２を大
きくとること（励振を強くすること）、３．　信号処理
周波数を大きくすること、等の方法が有効であることが
わかる。Above formula +37. In order to increase the gain Gl r 02 from (4), l. The length L of the parametric interaction region should be increased; 2. The degree of parameter change due to excitation ξ1. Setting ξ2 large (increasing the excitation); 3. It can be seen that methods such as increasing the signal processing frequency are effective.

また励振源３による励振周波数ω、（ポンプ周波数）を
設定した時、増幅利得は周Ｉ７１！数依存性を何し、第
３図のように上記ω１．ω２を各々中心周波数とする二
つのイ１テ域幅Ｕｌ、ＪＪ２を持つ帯域通過増幅ｌ（か
性を示す。ここで帯域幅＋３．、Ｂ２は１．速度分散の
大きさ、２．信号約岐数、３励秦の強さ、４゜パラメト
リンク相互作用領域の長さ１）、等により変化するので
適当に殺菌１することが可能で）、る。Also, when the excitation frequency ω, (pump frequency) by the excitation source 3 is set, the amplification gain is I71! What is the number dependence? As shown in Figure 3, the above ω1. Bandpass amplification l with two bandwidths Ul and JJ2, each with ω2 as its center frequency. It changes depending on the number of branches, the strength of the 3-dimensional excitation, the length of the 4° parametric link interaction region 1), etc., so it is possible to sterilize it appropriately.

上記励振周波数ω１を変化させた場合、増幅の中心周波
数もそＩしに対応して変化するので回訓周波数を可変に
することができる。When the excitation frequency ω1 is changed, the center frequency of amplification also changes correspondingly, so that the training frequency can be made variable.

第４図は本発明実施例によ２）パラメ）　ＩＪランク幅
器を示す結線図で、ＪＪＩ、Ｌ２はスｈ　Ｉｊツブライ
ン、ＩＮは信号入力端子、ＯＬＪ　’［’は信号および
アイドラ波出力端子、”１　ｒ　”２　＋　”３・・・
は結合トランス、■）１　＊　Ｂ２　＊　Ｂ３は司変容
幇ダイオード、１りは励損電源である。Fig. 4 is a wiring diagram showing the IJ rank width switch according to the embodiment of the present invention (2) Parameters), where JJI and L2 are the sh Ij tube lines, IN is the signal input terminal, and OLJ '[' is the signal and idler wave output terminal. , "1 r "2 + "3...
is a coupling transformer, ■)1*B2*B3 is a transformer diode, and 1 is an excitation power supply.

第５図は本発明によるパラメトリック増幅器の動作モデ
ルを示す概略図で、波動伝播媒体ＩＪ：に設けられたパ
ラメータの変化する部分２は、個々の部分２Ａ、２Ｂ、
２Ｃ・・・は励振によりパラメータは時間的に変化する
ように動作し、全体的には１】のようにパラメータは場
所的に周期的な変化をするように動作する。FIG. 5 is a schematic diagram showing an operational model of the parametric amplifier according to the present invention, in which the parameter-changing portion 2 provided in the wave propagation medium IJ is divided into individual portions 2A, 2B,
2C... operate so that the parameters change over time due to excitation, and overall the parameters operate so as to periodically change locally as in 1].

原理的には波動伝播速度の周波数分散特性を示す媒体と
しては固体、液体、気体のいずれでもよ（、また波動と
しては弾性表面波、静磁波、電磁波、電子ビーム波等の
いずれであってもよい。そしてこれらと周期的なパラメ
ータ励振を組み合わせることにより、前述のようなパラ
メトリック増幅器として動作させることができる。In principle, the medium exhibiting frequency dispersion characteristics of wave propagation velocity can be solid, liquid, or gas (and the wave can be surface acoustic waves, magnetostatic waves, electromagnetic waves, electron beam waves, etc.). By combining these with periodic parameter excitation, it can be operated as a parametric amplifier as described above.

以上述べて明らかなように本発明によれば、波動伝播速
度が周波数分散特性を示す波動伝播媒体の表面に励振に
よりパラメータの変化する部分を周期的に設け、上記周
波数分散１時性上において一定条件を満足する波動が入
力された時のみパラメトリック相互作用を生じせしめて
その波動を上記媒体を伝播させるように構成したもので
あ−るから、波動伝播速度の周波数分散特性を積極的に
利用することで従来欠点を除去することができる。As is clear from the above description, according to the present invention, portions where parameters change due to excitation are periodically provided on the surface of a wave propagation medium exhibiting frequency dispersion characteristics, and the wave propagation velocity is constant on the one-time nature of the frequency dispersion. It is configured so that only when a wave that satisfies the conditions is input, a parametric interaction occurs and the wave propagates through the medium, so the frequency dispersion characteristics of the wave propagation velocity are actively utilized. This eliminates the drawbacks of the conventional method.

従来において進行波形バラメ）　１ツク増幅器には周波
数分散特性を示す伝播媒体を用いることは雌かしかった
が、本発明のように特定の駒撮条件を用いることにより
それが可能となり、このために増幅帯域幅を比較的自由
に設計することが可能となりこれと共に材料選択の範囲
を増大させることができる。In the past, it was difficult to use a propagation medium exhibiting frequency dispersion characteristics for a single traveling waveform amplifier, but it has become possible by using specific frame shooting conditions as in the present invention. It becomes possible to design the amplification bandwidth relatively freely, and at the same time, the range of material selection can be increased.

また増幅中心周波数は励振周波数を変化させることによ
って可変であるので、信号同調機能および不要波除去機
能を有している。加えて進行波的な動作なので信号波と
アイドラ波との分離が容易であり、サーキュレータ等の
付加装置は不要となる。Furthermore, since the amplification center frequency is variable by changing the excitation frequency, it has a signal tuning function and an unnecessary wave removal function. In addition, since it operates like a traveling wave, it is easy to separate the signal wave and the idler wave, and additional devices such as a circulator are not required.

本発明によれば従来のパラメ）　ＩＪラック幅器の利点
ケ維持したままで、それにさらに可変同調機能を付加し
た実用的な進行波形増幅器ケ得ることができる。According to the present invention, it is possible to obtain a practical traveling waveform amplifier in which a variable tuning function is further added while maintaining the advantages of the conventional IJ rack width amplifier.

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

第１図は本発明を説明するための原理図、第２図および
第３図は本発明を説明するための特性図、第４図は本発
明実施例を示す結線図、第５図は本発明を説明するだめ
の概略図である。 ■・・・波動伝播媒体、２・・・パラメータの変化する
部分、３・・・励振源。 第１図 第２図Fig. 1 is a principle diagram for explaining the present invention, Figs. 2 and 3 are characteristic diagrams for explaining the present invention, Fig. 4 is a wiring diagram showing an embodiment of the present invention, and Fig. 5 is a diagram for explaining the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the invention. ■... Wave propagation medium, 2... Portion where parameters change, 3... Excitation source. Figure 1 Figure 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １、　波動伝播速度が周波数分散特性を示す波動伝播媒
体の表面に励振によりパラメータの変化する部分を周期
的に設け、上記周波数分散特性上圧おいて一定条件を満
足する？＆動が入力された時のみパラメトリック相互作
用を生じせしめてその波動を上記媒体を伝播させるよう
に構成したことを４８　ｍとするパラメトリック増幅器
。 ２、　上記パラメトリンク相互作用を生じせしめる条件
が、上記パラメータの変化する部分の周期長を１１励振
角周波数をω２、入力波の角周波数をω１および波数を
β１、相互作用の結果発生する波の内周ｔＩｌ数をω２
および波動をβ２とした時、ω、＝ω１＋ω２，２π／
ｌよβ１＋β２を満足するような条件から成ることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載のパラメトリック増
幅器。 ３、　上記角周波ω１およびω２の各成分を分離するこ
とにより少なくとも一方を出力させるように構成したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のパラメトリ
ック増幅器。[Claims] 1. Is it possible to periodically provide a portion on the surface of a wave propagation medium whose parameters change due to excitation on the surface of a wave propagation medium in which the wave propagation velocity exhibits frequency dispersion characteristics, and satisfy a certain condition under the above-mentioned frequency dispersion characteristics? & A parametric amplifier configured to cause parametric interaction only when a wave is input and propagate the wave through the medium. 2. The conditions that cause the above parameter link interaction are as follows: The period length of the part where the above parameters change is 11, the excitation angular frequency is ω2, the angular frequency of the input wave is ω1, the wave number is β1, and the wave number generated as a result of the interaction is The inner circumference tIl number is ω2
And when the wave is β2, ω, = ω1 + ω2, 2π/
2. The parametric amplifier according to claim 1, characterized in that the condition is such that 1+β1+β2 is satisfied. 3. The parametric amplifier according to claim 2, wherein the parametric amplifier is configured to separate each component of the angular frequencies ω1 and ω2 and output at least one of them.