(57)【要約】【課題】簡単な構成で消費電力が小さく、１ＧＨｚ〜１００ＧＨｚのような高周波領域においても高効率に作動することが出来る光周波数シフタの提供。【解決手段】電気光学媒質１中の光導波路２を通過する光を位相変調し、これにより生じた両サイドバンド成分及びキャリア成分により、光の周波数を所定周波数シフトさせる光周波数シフタ。光導波路２を３分岐させた分岐光導波路４〜６と、分岐光導波路４〜６を通過する各分岐光を、異なる位相の所定周波数の電圧１１により、それぞれ位相変調する為の位相変調手段ｃ，ｄ，ｅ，ｇ，ｈ，ｋと、分岐光導波路４〜６間に前記位相に応じた光路差を与える為の光路差付与手段ｃ，ｅ，ｇ，ｋと、光路差付与手段ｃ，ｅ，ｇ，ｋにより光路差が与えられた分岐光導波路４〜６をそれぞれ通過し、位相変調手段ｃ，ｄ，ｅ，ｇ，ｈ，ｋによりそれぞれ位相変調された３つの分岐光を合波させる手段３とを備えている。【選択図】　　　　図３
2004117383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学媒質中に設けた光導波路を用意し、該光導波路を通過する光を位相変調し、位相変調により生じた両サイドバンド成分及びキャリア成分に基づき、前記光の周波数を所定周波数シフトさせる光周波数のシフト方法において、
所定の光路差を有し、前記光導波路が３分岐された３つの分岐光導波路を用意し、該３つの分岐光導波路をそれぞれ通過する分岐光を、前記所定の光路差に応じた異なる位相の前記所定周波数の電圧でそれぞれ位相変調し、位相変調した前記３つの分岐光を合波させ、合波させた前記両サイドバンド成分の何れか一方を、前記所定周波数シフトさせた光とすることを特徴とする光周波数のシフト方法。
【請求項２】
前記異なる位相は、互いに２π／３異なる位相であり、前記所定の光路差は、該位相の２π／３相当互いに異なる光路差である請求項１記載の光周波数のシフト方法。
【請求項３】
前記所定の光路差は、該所定の光路差に応じた直流電圧を前記分岐光導波路間に印加して与える請求項１又は２記載の光周波数のシフト方法。
【請求項４】
電気光学媒質中に設けた光導波路を通過する光を位相変調し、位相変調により生じた両サイドバンド成分及びキャリア成分に基づき、前記光の周波数を所定周波数シフトさせる光周波数シフタにおいて、
前記光導波路を３分岐させた３つの分岐光導波路と、該３つの分岐光導波路をそれぞれ通過する分岐光を、異なる位相の前記所定周波数の電圧により、それぞれ位相変調する為の位相変調手段と、前記３つの分岐光導波路間に前記位相に応じた光路差を与える為の光路差付与手段と、該光路差付与手段により光路差が与えられた３つの分岐光導波路をそれぞれ通過し、前記位相変調手段によりそれぞれ位相変調された３つの分岐光を合波させる手段とを備え、該手段が合波させた前記両サイドバンド成分の一方を、前記所定周波数シフトさせた光とすべくなしてあることを特徴とする光周波数シフタ。
【請求項５】
前記異なる位相は、互いに２π／３異なる位相であり、前記位相に応じた光路差は、該位相の２π／３相当互いに異なる光路差である請求項４記載の光周波数シフタ。
【請求項６】
前記位相変調手段は、前記３つの分岐光導波路のそれぞれに前記所定周波数の電圧の位相の２π相当の光路長毎に設けられ、該位相のπ相当の光路長を有し、前記分岐光導波路間で前記異なる位相相当の光路長互いに位置が異なる分極反転構造を備え、前記３つの分岐光導波路に同一の前記所定周波数の電圧を与えるべくなしてある請求項４又は５記載の光周波数シフタ。
【請求項７】
前記光路差付与手段は、前記光路差に応じた直流電圧を前記分岐光導波路間に与えるべくなしてある請求項４乃至６の何れかに記載の光周波数シフタ。
【請求項８】
前記所定周波数の電圧を出力する信号源と、前記光路差を与える為の直流電圧源とを更に備える請求項４乃至７の何れかに記載の光周波数シフタ。
【請求項９】
前記所定周波数を連続的に変化させることにより、前記光の周波数のシフト量を連続的に変化させるべくなしてある請求項４乃至８の何れかに記載の光周波数シフタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気光学媒質中に設けた光導波路を通過するコヒーレントな光を位相変調し、位相変調により生じた両サイドバンド成分及びキャリア成分に基づき、光の周波数を所定周波数シフトさせる光周波数のシフト方法及び光周波数シフタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光周波数シフタは、光通信システム、光計測装置及び分光装置等において非常に重要なデバイスである。特に、光周波数のシフト量が５０ＧＨｚ又は１００ＧＨｚであるデバイスを実現することが出来れば、波長多重光通信システムにおいて必須である、周波数が５０ＧＨｚ又は１００ＧＨｚずつ異なる多数の光源列を、容易に生成することが出来る。
【０００３】
しかし、現在実用化されている光周波数シフタは、動作周波数が高々１００ＭＨｚオーダーである。ＧＨｚ以上の高周波数で作動する光周波数シフタの実現が切望されている。
また、ヘテロダイン光計測及び高精度分光計測においては、光周波数を１ＧＨｚ〜１０ＧＨｚ、又は数１０ＧＨｚ掃引出来る光周波数シフタを用いることが出来れば、これ迄にない高性能計測及び分光が期待出来る。
【０００４】
市販されている光周波数シフタとしては、音響光学効果を用いたデバイスがある。これは、結晶中で伝搬する音波（粗密波）による光の回折作用を利用するものである。簡単な構成で光周波数のシフト動作を得ることが出来るが、動作周波数には上限があり、高々数１００ＭＨｚ程度である。ＧＨｚ以上の高周波数では、音波の波長が光波の波長に比べて小さくなり、原理的に回折作用が生じなくなること、及び結晶中での音波の伝搬損失が非常に大きくなることという本質的な問題がある。
【０００５】
１次電気光学効果（ポッケルス効果）を利用する電気光学変調器は、１００ＧＨｚにも及ぶ高周波数域での作動が可能である。しかし、その基本動作は、変調によって生じる光サイドバンド成分が入力光周波数の高周波数側と低周波数側とに生じるＤＳＢ（Ｄｏｕｂｌｅ　ＳｉｄｅＢａｎｄ）光変調である為、このままでは光周波数シフタとして用いるには制約が多い。
光変調サイドバンド成分が、高周波数側又は低周波数側の何れか一方のみに生じるＳＳＢ（Ｓｉｎｇｌｅ　ＳｉｄｅＢａｎｄ）光変調方式を用いることが出来れば、光周波数シフタとしてはより使い易いと考えられる。
【０００６】
近年、大容量光ファイバ通信システム及び無線信号光伝送システム（Ｒａｄｉｏ　ＯｎＦｉｂｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ）において、高速ＳＳＢ光変調器の需要が高まっており、幾つかの高速電気光学ＳＳＢ変調器の研究・開発が報告されている。
電気光学効果を用いてＳＳＢ光変調を得る方式としては、複数の光変調素子とマッハツェンダー型の光干渉計とを組み合わせて、位相がπ／２ずれた変調信号をそれぞれの変調素子に印加すると共に、２つの光路にλ／４の光路差を与えることで、ＳＳＢ変調／光周波数シフト作用を得るものが提案されている（特許文献１参照）。これは、電気光学効果を用いるので、ＧＨｚを超える高速動作が期待出来る。
【０００７】
また、右回り・左回りの２つの円偏光を用いたＳＳＢ変調方式・光周波数シフタ方式もある。
また、斜周期分極反転構造を用いた光周波数シフタが提案されている（特許文献２参照）。電気光学効果を利用すること、及び分極反転構造（ドメイン反転構造）を利用すること等の類似点があるものの、斜周期分極反転構造を巧みに利用して、実効的な進行波位相格子を得ようというものであり、本発明とは本質的に動作原理が異なるものである。
更に、通常のＤＳＢ変調器と狭帯域のバンドパスフィルタとを組み合わせる方式も考えられる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−６２５１６号公報
【特許文献２】
特許第２８０２３６６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した電気光学効果を用いてＳＳＢ光変調を得る方式は、一般に、入力光と同じ周波数を有する成分（光周波数がシフトしていない成分）も出力される。従って、光周波数シフタとして作動させる為には、変調深さを調節して、光周波数がシフトしていない成分（搬送波光成分、キャリア光成分）を低減させて、光周波数シフト成分が支配的となるようにする必要があり、それ故、一般に駆動電力が大きくなり、また、動作に制約が生じるという問題がある。
また、上述した右回り・左回りの２つの円偏光を用いたＳＳＢ変調方式・光周波数シフタ方式は、導波路化が難しく、大振幅の変調信号を用いなければならず、光ファイバ通信システムとの整合性の問題、及び動作電力が大きくなること等の問題が考えられる。この為、実際的なデバイスとは言えない。
【００１０】
また、上述した斜周期分極反転構造を用いた光周波数シフタは、導波路化は難しいと考えられ、光ファイバとの整合性の問題及び動作電力増大等の問題があると考えられる。
また、上述した通常のＤＳＢ変調器と狭帯域のバンドパスフィルタとを組み合わせる方式は、システム構成が複雑になること、及び光領域では狭帯域フィルタ回路を構成して所望の周波数域に調整することが難しいこと等の為に、現実的なものとは言えない。
【００１１】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で消費電力が小さく、１ＧＨｚ〜１００ＧＨｚのような高周波領域においても高効率に作動することが出来る光周波数のシフト方法及び光周波数シフタを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る光周波数のシフト方法は、電気光学媒質中に設けた光導波路を用意し、該光導波路を通過する光を位相変調し、位相変調により生じた両サイドバンド成分及びキャリア成分に基づき、前記光の周波数を所定周波数シフトさせる光周波数のシフト方法において、所定の光路差を有し、前記光導波路が３分岐された３つの分岐光導波路を用意し、該３つの分岐光導波路をそれぞれ通過する分岐光を、前記所定の光路差に応じた異なる位相の前記所定周波数の電圧でそれぞれ位相変調し、位相変調した前記３つの分岐光を合波させ、合波させた前記両サイドバンド成分の何れか一方を、前記所定周波数シフトさせた光とすることを特徴とする。
【００１３】
第２発明に係る光周波数のシフト方法は、前記異なる位相は、互いに２π／３異なる位相であり、前記所定の光路差は、該位相の２π／３相当互いに異なる光路差であることを特徴とする。
【００１４】
第３発明に係る光周波数のシフト方法は、前記所定の光路差は、該所定の光路差に応じた直流電圧を前記分岐光導波路間に印加して与えることを特徴とする。
【００１５】
第４発明に係る光周波数シフタは、電気光学媒質中に設けた光導波路を通過する光を位相変調し、位相変調により生じた両サイドバンド成分及びキャリア成分に基づき、前記光の周波数を所定周波数シフトさせる光周波数シフタにおいて、前記光導波路を３分岐させた３つの分岐光導波路と、該３つの分岐光導波路をそれぞれ通過する分岐光を、異なる位相の前記所定周波数の電圧により、それぞれ位相変調する為の位相変調手段と、前記３つの分岐光導波路間に前記位相に応じた光路差を与える為の光路差付与手段と、該光路差付与手段により光路差が与えられた３つの分岐光導波路をそれぞれ通過し、前記位相変調手段によりそれぞれ位相変調された３つの分岐光を合波させる手段とを備え、該手段が合波させた前記両サイドバンド成分の一方を、前記所定周波数シフトさせた光とすべくなしてあることを特徴とする。
【００１６】
第１発明に係る光周波数のシフト方法及び第４発明に係る光周波数シフタでは、電気光学媒質中に設けた光導波路を通過する光を位相変調し、位相変調により生じた両サイドバンド成分及びキャリア成分に基づき、光の周波数を所定周波数シフトさせる。光導波路を３分岐させた３つの分岐光導波路をそれぞれ通過する分岐光を、位相変調手段により、異なる位相の所定周波数の電圧によりそれぞれ位相変調する。光路差付与手段により、３つの分岐光導波路間に異なる位相に応じた光路差を与えておく。合波させる手段が、光路差付与手段により光路差が与えられた３つの分岐光導波路をそれぞれ通過し、位相変調手段によりそれぞれ位相変調された３つの分岐光を合波させ、合波させる手段が合波させた両サイドバンド成分の一方を、所定周波数シフトさせた光とする。
【００１７】
これにより、簡単な構成で消費電力が小さく、１ＧＨｚ〜１００ＧＨｚのような高周波領域においても高効率に作動することが出来る光周波数のシフト方法及び光周波数シフタを実現することが出来る。
【００１８】
第５発明に係る光周波数シフタは、前記異なる位相は、互いに２π／３異なる位相であり、前記位相に応じた光路差は、該位相の２π／３相当互いに異なる光路差であることを特徴とする。
【００１９】
第２発明に係る光周波数のシフト方法及び第５発明に係る光周波数シフタでは、異なる位相は、互いに２π／３異なる位相であり、異なる位相に応じた光路差は、所定周波数の電圧の位相の２π／３相当互いに異なる光路差であるので、簡単な構成で消費電力が小さく、１ＧＨｚ〜１００ＧＨｚのような高周波領域においても高効率に作動することが出来る光周波数のシフト方法及び光周波数シフタを実現することが出来る。
【００２０】
第６発明に係る光周波数シフタは、前記位相変調手段は、前記３つの分岐光導波路のそれぞれに前記所定周波数の電圧の位相の２π相当の光路長毎に設けられ、該位相のπ相当の光路長を有し、前記分岐光導波路間で前記異なる位相相当の光路長互いに位置が異なる分極反転構造を備え、前記３つの分岐光導波路に同一の前記所定周波数の電圧を与えるべくなしてあることを特徴とする。
【００２１】
第６発明に係る光周波数シフタでは、位相変調手段は、３つの分岐光導波路のそれぞれに所定周波数の電圧の位相の２π相当の光路長毎に分極反転構造が設けられている。分極反転構造は、位相のπ相当の光路長を有し、分岐光導波路間で異なる位相相当の光路長互いに位置が異なり、３つの分岐光導波路に同一の所定周波数の電圧が与えられることにより、異なる位相の所定周波数の電圧による位相変調をそれぞれ実現する。
これにより、簡単な構成で消費電力が小さく、１ＧＨｚ〜１００ＧＨｚのような高周波領域においても高効率に作動することが出来る光周波数シフタを実現することが出来る。
【００２２】
第７発明に係る光周波数シフタは、前記光路差付与手段は、前記光路差に応じた直流電圧を前記分岐光導波路間に与えるべくなしてあることを特徴とする。
【００２３】
第３発明に係る光周波数のシフト方法及び７発明に係る光周波数シフタでは、光路差付与手段は、光路差に応じた直流電圧を分岐光導波路間に与えるので、簡単な構成で消費電力が小さく、１ＧＨｚ〜１００ＧＨｚのような高周波領域においても高効率に作動することが出来る光周波数のシフト方法及び光周波数シフタを実現することが出来る。
【００２４】
第８発明に係る光周波数シフタは、前記所定周波数の電圧を出力する信号源と、前記光路差を与える為の直流電圧源とを更に備えることを特徴とする。
【００２５】
第８発明に係る光周波数シフタでは、所定周波数の電圧を出力する信号源と、光路差を与える為の直流電圧源とを更に備えるので、簡単な構成で消費電力が小さく、１ＧＨｚ〜１００ＧＨｚのような高周波領域においても高効率に作動することが出来る光周波数のシフト方法及び光周波数シフタを実現することが出来る。
【００２６】
第９発明に係る光周波数シフタは、前記所定周波数を連続的に変化させることにより、前記光の周波数を連続的にシフトさせるべくなしてあることを特徴とする。
【００２７】
第９発明に係る光周波数シフタでは、所定周波数を連続的に変化させることにより、光の周波数を連続的にシフトさせるので、光周波数のシフト量を変調信号の周波数に応じて連続的に自在に変化させることが出来る光周波数シフタを実現することが出来る。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る光周波数のシフト方法及び光周波数シフタの実施の形態の要部構成を示すブロック図である。この光周波数シフタは、コヒーレントな入力光ａ０　が入力される電気光学媒質中の入力光導波路２と、入力光導波路２を３分岐させた分岐光導波路４，５，６と、分岐光導波路４，５，６をそれぞれ通過する分岐光ａ１　，ａ２　，ａ３　を、位相が互いに異なるΔφ１　，Δφ２　，Δφ３　であり、同一周波数である正弦波変調信号により、同じ変調深さ（同一変調指数）でそれぞれ位相変調する為の位相変調手段７，８，９と、位相変調手段７，８，９によりそれぞれ位相変調された分岐光ａ１　′，ａ２　′，ａ３　′を合波して、出力光ｂ０　として出力する出力光導波路３（合波する手段）とを備えている。分岐光導波路４，５，６には、位相Δφ１　，Δφ２　，Δφ３　に応じた光路差が与えられる。
【００２９】
このような構成の光周波数シフタでは、電気光学効果による正弦波位相変調によって、分岐光ａ１　′，ａ２　′，ａ３　′に生じた両サイドバンドの変調光成分の内、一方のサイドバンド光成分（電気光学効果により、周波数が入力光の周波数から変調周波数分だけシフトした光成分）だけを取り出して、入力光及び他方のサイドバンド光成分を、分岐光ａ１　′，ａ２　′，ａ３　′間で干渉させ合うことにより除去する。
【００３０】
図２は、図１に示した光周波数シフタの動作を示す説明図である。但し、位相を示す複素平面（Ｒｅ−Ｉｍ）に直交する軸は、周波数（ｆ）を示す。また、ここでは、Δφ１　＝２π／３，Δφ２　＝０，Δφ３　＝−２π／３とし、光路差を変調信号の位相の２π／３相当の光路長としている。
周波数ｖの分岐光ａ１　，ａ２　，ａ３　を、周波数ｆｍ　の正弦波電圧によりそれぞれ位相変調すると、位相変調された分岐光ａ１　′，ａ２　′，ａ３　′には、周波数ｖ＋ｆｍ　（＋１次変調光サイドバンド成分），ｖ（キャリア成分），ｖ−ｆｍ　（−１次サイドバンド成分）の３つの成分がそれぞれ生じる。
【００３１】
このとき、周波数ｆｍ　の位相をΔφ１　＝２π／３，Δφ２　＝０，Δφ３　＝−２π／３と設定しておくと、分岐光ａ１　′のｖ＋ｆｍ　成分の位相２π／３、ｖ成分の位相０、ｖ−ｆｍ　成分の位相π／３となる（図２（ａ）の上）。
また、分岐光ａ２　′のｖ＋ｆｍ　成分の位相０、ｖ成分の位相０、ｖ−ｆｍ　成分の位相πとなる（図２（ａ）の中）。
また、分岐光ａ３　′のｖ＋ｆｍ　成分の位相−２π／３、ｖ成分の位相０、ｖ−ｆｍ　成分の位相２π／３となる（図２（ａ）下）。
【００３２】
ここで、分岐光導波路４，６間に、直流電圧を印加することにより、位相２π／３相当の光路差を与えておくと、分岐光ａ１　′のｖ＋ｆｍ　成分の位相０、ｖ成分の位相−２π／３、ｖ−ｆｍ　成分の位相−π／３となる（図２（ｂ）の上）。
また、分岐光ａ２　′のｖ＋ｆｍ　成分の位相０、ｖ成分の位相２π／３、ｖ−ｆｍ　成分の位相πのままである（図２（ｂ）の中）。
また、分岐光ａ３　′のｖ＋ｆｍ　成分の位相０、ｖ成分の位相２π／３、ｖ−ｆｍ　成分の位相π／３となる（図２（ｂ）下）。
【００３３】
この結果、分岐光ａ１　′，ａ２　′，ａ３　′を合波すると、各ｖ成分及び各ｖ−ｆｍ　成分は、それぞれ互いに干渉し合い除去される（図２（ｃ））。従って、合波された光、つまり、周波数ｖから周波数ｆｍ　分シフトしたｖ＋ｆｍ　成分の光のみを取り出すことが出来る。
このとき、変調の深さを増大させると、出力される周波数がシフトされた光の強度が増加する。
また、分岐光導波路４，６間に印加する直流電圧の極性を反転させると、取り出される周波数成分を、ｖ＋ｆｍ　成分からｖ−ｆｍ　成分に切り替えることも出来る。
【００３４】
本発明では、以下に述べる「３分岐導波路を用いた３分岐導波路干渉計」と「位相シフト周期分極反転構造による変調位相制御」とを利用して、図１に示す光周波数シフタを、一組の導波路干渉計素子と進行波型変調電極とにより実現している。
【００３５】
図３は、本発明に係る光周波数シフタの外観を模式的に示す斜視図である。
この光周波数シフタは、方形の板状の電気光学媒質１（ＬｉＴａＯ３　又はＬｉＮｂＯ３　）の上面に、入力光導波路２、分岐光導波路４，５，６及び出力光導波路３を形成し、分岐光導波路４，５，６の上方には、それぞれに電界をかける為の対称コプレーナ電極１０（変調手段、光路差付与手段）が設けられている。尚、図３では拡大誇張して示しているが、実際には、分岐光導波路４，５，６の幅３μｍ、分岐光導波路４，５，６の間隔３０μｍ、分岐光導波路４，６と分岐光導波路５との分岐角１／１００ｒａｄ程度である。
【００３６】
分岐光導波路５の対称コプレーナ電極１０の一方の端子ｄ（変調手段）には、キャパシタＣを介して正弦波の光周波数変調（シフト）信号源１１（信号源）の一端が接続され、光周波数変調（シフト）信号源１１の他端は、キャパシタＣを介して分岐光導波路４の対称コプレーナ電極１０の一方の端子ｃ（変調手段、光路差付与手段）、及びキャパシタＣを介して分岐光導波路６の対称コプレーナ電極１０の一方の端子ｅ（変調手段、光路差付与手段）に接続されている。
【００３７】
分岐光導波路５の対称コプレーナ電極１０の他方の端子ｈ（変調手段）は、キャパシタＣを介して抵抗Ｒの一端に接続され、抵抗Ｒの他端は、キャパシタＣを介して分岐光導波路４の対称コプレーナ電極１０の他方の端子ｋ（変調手段、光路差付与手段）、及びキャパシタＣを介して分岐光導波路６の対称コプレーナ電極１０の他方の端子ｇ（変調手段、光路差付与手段）に接続されている。
分岐光導波路４の対称コプレーナ電極１０の一方の端子ｃ、及び分岐光導波路６の対称コプレーナ電極１０の一方の端子ｅ間には、分岐光導波路４及び分岐光導波路６間に光路差を与える為の可変直流電圧源１７（直流電圧源）が接続されている。
分岐光導波路４，５，６近傍の電気光学媒質には、後述する分極反転構造がそれぞれ設けられている。
【００３８】
図１に示すブロック図の回路構成を実現する方式としては、３つの電気光学位相変調器を組み合わせて、それぞれの変調器を、位相を調節した正弦波変調信号で駆動することが考えられる。本発明では、これを分極反転構造による変調位相制御技術と、対称コプレーナ構造電極とを組み合わせることにより、あたかも１つの電気光学位相変調器だけで実現することを可能とする。
本発明は、駆動変調信号は１つだけであり、変調信号を３つ用意する必要がないこと、及び変調信号の位相調節機構が不要であることにより、駆動電力及び給電・制御回路の点で非常に有利であり、電気回路的に非常に単純な構成で実現出来るという特長がある。
【００３９】
以下に、１つの変調信号により異なる３つの位相による位相変調を実現する原理を説明する。
図５に示すような進行波型電気光学変調器を考える。この進行波型電気光学変調器は、方形板状の電気光学媒質１３の上面に光路１５を形成してあり、光路１５の一方の端部から光ｖ０　が入力される。光路１５の一方の端部及び電気光学媒質１３の下面間には、変調信号源１４が接続され、光路１５の他方の端部及び電気光学媒質１３の下面間には、抵抗Ｒ１が接続されている。変調信号源１４からの変調波（進行波）により変調され出力された光ｖ０　には、両サイドバンド成分が生じている。
【００４０】
進行波型電気光学変調器では、光波と同じ方向に変調波を進行波として伝搬させるので、電極容量及び光波走行時間効果による制限を受けることがなく、高周波領域においても効率の良い変調作用を得ることが出来る。
しかし、通常用いられる電気光学材料（媒質）においては、光波の速度の方が変調波の速度に比べて速いので、光波は伝搬するにつれて変調波に先行するようになる。やがて、光波が、図６に示す速度非整合の場合のように、電気光学材料へ入力したときの変調波の符号と逆の符号を有する変調波の領域（ハッチング部分）迄達すると、それ迄に累積的に受けて来た変調作用と逆の変調作用を受けて、合計した変調効果が減少するようになり、終には、変調度が０になってしまう。
【００４１】
この問題を解決する為に考案されたのが、擬似速度整合型の進行波光変調器である。擬似速度整合型の進行波光変調器は、図７に示すように、図５に示す進行波型電気光学変調器において、電気光学媒質１３の、逆の変調作用を受ける領域の分極の向きを予め反転させて電気光学媒質１３ａとした構成である。分極の向きを反転させた領域では、図６の擬似速度整合の場合に示すように、累積的な変調作用を得ることが出来る。
分極を反転させる領域の長さは、光波の群速度、変調波の位相速度及び変調周波数によって定まり、任意の変調周波数に対してそれぞれ最適な反転領域の長さが存在する。
【００４２】
ここで、この擬似速度整合型の進行波光変調器において、分極反転の周期を変えることなく、その位置を進行方向にずらせた２つのものを考える。
例えば、図８に示すように、電気光学媒質１３ａに、変調信号の１周期相当の光路長毎に、１／２周期相当の光路長の分極反転構造１６を形成してある場合、光波の見る変調波信号の、逆の変調作用を与える領域が、分極反転構造１６に重なったとき（ｔ＝０）は、光波が受ける実効的な変調作用は最大となる（ａ）。
【００４３】
光波の見る変調波信号の、逆の変調作用を与える領域が、分極反転構造１６に１／２重なったとき（ｔ＝Ｔ／４）は、光波が受ける実効的な変調作用は、時系列的に打ち消し合って０となる（ｂ）。
また、図示していないが、光波の見る変調波信号の、（正の）変調作用を与える領域が、分極反転構造１６に重なったとき（ｔ＝Ｔ／２）は、光波が受ける実効的な変調作用は最小となり、光波の見る変調波信号の、逆の変調作用を与える領域が、分極反転構造１６に１／２重なったとき（ｔ＝３Ｔ／４）は、光波が受ける実効的な変調作用は、時系列的に打ち消しあって０となる。
【００４４】
これに対して、図９に示すように、電気光学媒質１３ａに、図８の場合から１／４周期相当の光路長ずらせた位置に、図８と同様の分極反転構造１６を形成してある場合、光波の見る変調波信号の、逆の変調作用を与える領域が、分極反転構造１６に１／２重なったときがｔ＝０となり、光波が受ける実効的な変調作用は０となる（ａ）。
【００４５】
光波の見る変調波信号の、（正の）変調作用を与える領域が、分極反転構造１６に重なったときがｔ＝Ｔ／４となり、光波が受ける実効的な変調作用は最小となる（ｂ）。
また、図示していないが、光波の見る変調波信号の、逆の変調作用を与える領域が、分極反転構造１６に１／２重なったときがｔ＝Ｔ／２となり、光波が受ける実効的な変調作用は最小となり、光波の見る変調波信号の、逆の変調作用を与える領域が、分極反転構造１６に重なったとき（ｔ＝３Ｔ／４）は、光波が受ける実効的な変調作用は最大となる。
【００４６】
以上の図８，９の場合を比較すると、両者は、分極反転構造１６の周期は同じであるので、同じ変調周波数に対して速度整合を取ることが出来る。
しかし、分極反転パターンの空間的な位置が１／４周期相当ずれているので、両者では、累積的な変調を受けることの出来るタイミングが１／４周期ずれることになる。つまり、変調作用の位相がπ／２ずれる。
従って、上述したように、分極反転構造の位置を１／４周期ずつずらせておくと、位相がπ／２ずつ異なる変調作用を得ることが出来る。
同様に、分極反転構造の位置を１／３周期相当分ずつずらせると、位相が２π／３ずつ異なる変調作用を得ることが出来る。
【００４７】
従って、図４に示すように、分岐光導波路４，５，６近傍の電気光学媒質に、位置を分岐光導波路４，５，６間で１／３周期相当分ずつずらせた長さが１／２周期相当の分極反転構造１２ａ，１２ｂ，１２ｃを、それぞれ１周期相当毎に形成しておくことにより、１つの変調信号により２π／３ずつ異なる位相による位相変調を実現することが出来る。尚、図４では、分岐光導波路５は、分岐光導波路４，６に対して、変調信号が反転するので、分極反転構造１２ｂを１／２周期相当ずらせた位置に形成してある。また、図４では、変調信号の１／２周期相当を４．１ｍｍとしている。
【００４８】
変調信号は同相（又は逆相）であれば良く、複雑な給電回路を用いる必要がない。
また、分極反転パターンの一部分を調節すれば、高周波変調特性に影響を与えることなく、直流電圧による変調特性も得ることが出来る。これにより、図３に示すように、変調電極に直流電圧を重畳させて、３つの光路の間に静的な光路差（光波の位相シフト）を得ることが出来る。
更に、分極反転パターンを調節すると、高周波変調の周波数帯域を広げることも出来る。これにより、光周波数変調（シフト）信号源１１（図３）の周波数を連続的に変化させることで、光周波数を連続的に数ＧＨｚから数１０ＧＨｚ程度シフトさせることも出来る。
【００４９】
【発明の効果】
第１〜３発明に係る光周波数のシフト方法によれば、簡単な構成で消費電力が小さく、１ＧＨｚ〜１００ＧＨｚのような高周波領域においても高効率に作動することが出来る光周波数のシフト方法を実現することが出来る。
【００５０】
第４〜８発明に係る周波数シフタによれば、簡単な構成で消費電力が小さく、１ＧＨｚ〜１００ＧＨｚのような高周波領域においても高効率に作動することが出来る光周波数シフタを実現することが出来る。
【００５１】
第９発明に係る周波数シフタによれば、簡単な構成で消費電力が小さく、１ＧＨｚ〜１００ＧＨｚのような高周波領域においても高効率に作動することが出来、光周波数のシフト量を変調信号の周波数に応じて連続的に自在に変化させることが出来る光周波数シフタを実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光周波数のシフト方法及び光周波数シフタの実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した光周波数シフタの動作を示す説明図である。
【図３】本発明に係る光周波数シフタの外観を模式的に示す斜視図である。
【図４】分岐光導波路に設けた分極反転構造を示す説明図である。
【図５】進行波型電気光学変調器の構成を模式的に示す斜視図である。
【図６】進行波型電気光学変調器の変調作用の大きさを示すグラフである。
【図７】擬似速度整合型の進行波光変調器の構成を模式的に示す斜視図である。
【図８】擬似速度整合型の進行波光変調器の動作例を示す説明図である。
【図９】擬似速度整合型の進行波光変調器の動作例を示す説明図である。
【符号の説明】
１　電気光学媒質
２　入力光導波路
３　出力光導波路（合波する手段）
４，５，６　分岐光導波路
７，８，９　位相変調手段
１０　対称コプレーナ電極（変調手段、光路差付与手段）
１１　光周波数変調（シフト）信号源（信号源）
１７　可変直流電圧源（直流電圧源）
ａ０　　入力光
ａ１　，ａ２　，ａ３　　分岐光
ａ１　′，ａ２　′，ａ３　′　変調された分岐光
ｂ０　　出力光
Ｃ　キャパシタ
ｃ，ｅ，ｇ，ｋ　端子（変調手段、光路差付与手段）
ｄ，ｈ　端子（変調手段）
Ｒ　抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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