(57)【要約】【課題】  本発明は、音波において位相、波長のそろった高指向性な音波増幅器を得ることを目的にしている。【解決手段】  基板１上に音波を伝搬する音波導波路２を形成すると共に、音波導波路２を挟んだ両側に光を伝搬する光導波路３を形成し、音波発生器１１から音波導波路２に音波を導入して増幅する音波増幅器であって、音波導波路２には入射端と出射端に音波の反射板１４、１５を設け、両反射板１４、１５間で音波によりグレーティングを形成し、各光導波路３、４には音波の振動数に合致した位相差を有する異なる波長の光をそれぞれ伝搬させ各光の作用により音波の誘導放出を連続的に発生させ、増幅する。【選択図】  図２
2006005631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に音波を伝搬する音波導波路を形成すると共に、該音波導波路を挟んだ両側に光を伝搬する光導波路を形成し、音波発生器から上記音波導波路に音波を導入して増幅する音波増幅器であって、
上記音波導波路には入射端と出射端にそれぞれ音波の反射板を設け、該両反射板間で上記音波によりグレーティングを形成し、上記各光導波路は上記音波の振動数に合致した位相差を有する異なる波長の光がそれぞれ伝搬されるように設定し、該各光の作用により上記音波の誘導放出を連続的に発生させ、増幅することを特徴とする音波増幅器。
【請求項２】
上記基板はLiNbO3からなり、上記音波導波路及び光導波路はTi:LiNbO3からなると共に、上記音波の反射板はアコースティックインピーダンスまたは音速の異なる媒質を音波の伝搬波長の１／４の厚さで交互に積層してなることを特徴とする請求項１記載の音波増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコヒーレントな音波を発生する音波増幅器に関し、より詳細には光導波路の光の作用により音波誘導放出を発生させて、音波を増幅する音波増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電体などを用いて音波を発生させる音波発生器は良く知られている。しかし、従来の音波発生器では、位相や波長のそろったコヒーレントな音波を発生させることはできなかった。また、出射強度もあまり大きくできなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
電磁波においては、ＬＡＳＥＲやＭＡＳＥＲがあって、位相、波長のそろったコヒーレントな光等を得ることができる。音波においても、指向性があってコヒーレントな音波であって、かつ出射強度の大きい音波増幅器の開発が期待される。
【０００４】
本発明は、音波において位相、波長のそろった高指向性な音波増幅器を得ることを目的にしている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため本発明に係る音波増幅器は、基板上に音波を伝搬する音波導波路を形成すると共に、該音波導波路を挟んだ両側に光を伝搬する光導波路を形成し、音波発生器から上記音波導波路に音波を導入して増幅する音波増幅器であって、
上記音波導波路には入射端と出射端にそれぞれ音波の反射板を設け、該両反射板間で上記音波によりグレーティングを形成し、上記各光導波路は上記音波の振動数に合致した位相差を有する異なる波長の光がそれぞれ伝搬されるように設定し、該各光の作用により上記音波の誘導放出を連続的に発生させ、増幅することを特徴として構成されている。
【０００６】
また、本発明に係る音波増幅器は、上記基板はLiNbO3からなり、上記音波導波路及び光導波路はTi:LiNbO3からなると共に、上記音波の反射板はアコースティックインピーダンスまたは音速の異なる媒質を音波の伝搬波長の１／４の厚さで交互に積層してなることを特徴として構成されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の音波増幅器によれば、各光導波路の光が音波により形成されたグレーティングによって位相整合を起こし、それによって音波の誘導放出を発現しているので、従来の音波発生器では得られなかった位相、波長のそろった高指向性でかつ出射強度の大きい音波を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の実施形態について図面に沿って詳細に説明する。図１には本実施形態における音波増幅器の基本的な概念図を示す。図１に示す音波増幅器は、音波に対する増幅器なので、光に対する増幅器であるＬＡＳＥＲに対し、ＳＡＳＥＲ（Sonic Amplification by Stimulated Emission of Radiation)と称する。
【０００９】
図１に示すように、音波増幅器の基本的構成としては、音波導波路の両側にそれぞれ第１の光導波路と第２の光導波路を設け、音波導波路の音波の入射端、出射端の両方に部分反射板を、設けている。
【００１０】
音波導波路内に導入された周波数ωで波数ｑの音波は、両端の各反射板間において反射を繰り返す。音波は、空気の粗密波であるから、空気の密度差による所定のパターンが形成されることになる。このパターンは、光導波路内の光からは屈折率差グレーティングと見ることができる。
【００１１】
ここで、第１の光導波路は周波数がω1で伝搬定数がβ1の光を導入し、一方で第２の光導波路は周波数がω2で伝搬定数がβ2の光を伝搬できるように設定する。第１の光導波路の光と、第２の光導波路の光、及び音波導波路に形成されるグレーティングにおける位相整合条件は、β1＝ｑ＋β2（式１）とω1＝ω＋ω2（式２）の両方を満たすことである。式１は運動量保存を、式２はエネルギー保存をそれぞれ表している。これらの条件を満たすことで、光導波路により伝搬される光に位相整合が生じる。このように光導波路に伝搬される光による位相整合を生じさせることにより、音波の誘導放出がなされる。
【００１２】
この状態では音波導波路の両端に設けられた音波の反射板間において、ＬＡＳＥＲにおけるファブリペロー共振器条件に相当する条件を満たすことで、音波の発振が励起される。このようにして発振・増幅された音波を、音波増幅器の出射端に設けられた音波半反射板から出射することにより、誘導放出により位相、波長のそろった音波が得られる。
【００１３】
図２には本実施形態における音波増幅器の具体的な構成図を示す。この図に示すように本実施形態における音波増幅器は、基板１上に音波導波路２を形成し、この音波導波路２を挟むように第１の光導波路３と第２の光導波路４をそれぞれ形成し、さらに音波発生器１１とレーザ１２を設けてなるものである。
【００１４】
基板１は、LiNbO3によって形成され、音波導波路２及び光導波路３については、Ti:LiNbO3によって形成されている。また、音波導波路２における音波の入射端及び出射端にはそれぞれ音波の反射板１４、１５が設けられる。音波導波路２の音波の入射端には、音波を部分反射させる反射板１４が設けられ、音波導波路２の音波の出射端には、音波の一部を反射させる反射板１５が設けられる。これらの反射板１４、１５は、アコースティックインピーダンスまたは音速の異なる媒質を、発生させたい音波周波数に対応する伝搬波長の１／４の厚さで交互に積層してなるものである。積層数により反射率をコントロールすることができる。
【００１５】
音波発生器１１は、従来と同様のものであって、圧電素子等により周波数がωで音波導波路中波数がｑの音波を発生させるものである。この音波発生器１１から発生した音波は、音波導波路２に対し反射板１４を通過して導入される。これにより導入された音波は、音波導波路２内において両反射板１４、１５間で反射を繰り返し、光に対するグレーティングを構成する。
【００１６】
レーザ１２は、通常の半導体レーザである。レーザ１２により発生した周波数ω1の光Ｌ１は、第１の光導波路３に導かれる。また、周波数ω2の光Ｌ２は、第２の光導波路４に導かれる。
【００１７】
ここで、光Ｌ１，Ｌ２の波長を数μｍに設定した場合、誘導放出によって増幅することのできる音波周波数は数ＧＨｚであって、音波導波路長は数十μｍ程度以上に形成する。音波の周波数は光の周波数に比べて無視できる程度に小さいので、周波数の整合条件（式２）については、ほぼ自動的に満たされる。音波導波路２を数μｍ程度に形成した場合、誘導放出によって増幅することのできる音波は、周波数が数ＧＨｚであって、波長は数μｍのものとなる。
【００１８】
この状態で音波導波路２の両端の音波の反射板１４、１５間において、ファブリペロー共振条件を満たすことにより、音波の発振が励起される。このようにして誘導放出で音波を増幅することにより、位相、波長のそろった高指向性で出射強度の大きい音波を得ることができる。
【００１９】
本発明に係る音波増幅器は、コヒーレントな超音波を発振する音源として応用することができる。このような音源は、超音波を用いて音波と物質の相互作用を調べる実験等において用いられることが想定される。以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の適用は本実施形態には限られず、その技術的思想の範囲内において様々に適用されうるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態における音波増幅器の基本概念図である。
【図２】本発明の実施形態における音波増幅器の斜視図である。
【符号の説明】
【００２１】
１      基板
２      音波導波路
３      第１の光導波路
４      第２の光導波路
１１      音波発生器
１２      レーザ
１４      反射板
１５      反射板
【図１】
2006005631.tif 000003
【図２】
2006005631.tif 000004