(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方に向かって伝播される導波光を分岐すると共に、該導波光と逆方向に向かって伝播される導波光を合波する第１の分岐部と、
前記第１の分岐部に連続しかつ導波光を伝播させる複数本の光導波路部と、
前記複数本の光導波路部に連続しかつ該光導波路部を伝播した複数の導波光を合波すると共に、該導波光と逆方向に伝播される導波光を分岐して前記複数本の光導波路部の各々へ導く第２の分岐部と、
前記光導波路部に設けられると共に、前記第１の分岐部から第２の分岐部に向かう導波光と同一の伝播方向になるように導波光を変調するための変調帯域上限近傍の予め定めた周波数信号が供給されて前記光導波路部を前記第１の分岐部から第２の分岐部に向かって伝播する導波光を変調する第１の進行波電極と、前記第２の分岐部から第１の分岐部に向かう導波光と同一の伝播方向になるように導波光を変調するための変調帯域上限近傍の予め定めた周波数信号が供給されて前記第２の分岐部から第１の分岐部に向かって伝播する導波光を変調する第２の進行波電極とからなる進行波電極と、
を備えた光強度変調器。
【請求項２】
一方に向かって伝播される導波光を分岐すると共に、該導波光と逆方向に向かって伝播される導波光を合波する第１の分岐部と、
前記第１の分岐部に連続しかつ導波光を伝播させる複数本の光導波路部と、
前記複数本の光導波路部に連続しかつ該光導波路部を伝播した複数の導波光を合波すると共に、該導波光と逆方向に伝播される導波光を分岐して前記複数本の光導波路部の各々へ導く第２の分岐部と、
前記光導波路部に設けられると共に、前記第１の分岐部から第２の分岐部に向かう導波光と同一の伝播方向になるように導波光を変調するための変調帯域上限近傍の予め定めた周波数信号が供給されて前記光導波路部を前記第１の分岐部から第２の分岐部に向かって伝播する導波光を変調する第１の進行波電極と、前記第２の分岐部から第１の分岐部に向かう導波光と同一の伝播方向になるように導波光を変調するための変調帯域上限近傍の予め定めた周波数信号が供給されて前記第２の分岐部から第１の分岐部に向かって伝播する導波光を変調する第２の進行波電極とからなる進行波電極と、
前記光導波路部に設けられると共に、前記変調の動作点を設定するためのバイアス電極と、
を備えた光強度変調器。
【請求項３】
請求項１に記載の光強度変調器と、
前記光強度変調器へ光を入射させる光源と、
前記光強度変調器から射出されかつターゲットから戻された光で前記逆方向に伝播される導波光により前記光強度変調器から射出された光を検出する検出手段と、
前記第１の進行波電極へ予め定めた周波数信号を供給する第１の信号供給手段と、
前記第２の進行波電極へ前記第１の信号供給手段と異なる周波数信号を供給する第２の信号供給手段と、
前記検出した光の位相を求め、求めた位相、前記予め定めた周波数信号及び前記異なる周波数信号に基づいてターゲットまでの距離を演算する演算手段と、
を備えた光波距離計。
【請求項４】
請求項２に記載の光強度変調器と、
前記光強度変調器へ光を入射させる光源と、
前記光強度変調器から射出されかつターゲットから戻された光で前記逆方向に伝播される導波光により前記光強度変調器から射出された光を検出する検出手段と、
前記第１の進行波電極へ予め定めた周波数信号を供給する第１の信号供給手段と、
前記第２の進行波電極へ前記第１の信号供給手段と異なる周波数信号を供給する第２の信号供給手段と、
前記バイアス電極へ所定直流電圧を供給するバイアス電圧供給手段と、
前記検出した光の位相を求め、求めた位相、前記予め定めた周波数信号及び前記異なる周波数信号に基づいてターゲットまでの距離を演算する演算手段と、
を備えた光波距離計。
【請求項５】
前記検出手段は、前記光強度変調器へ入射させる光と、前記光強度変調器から射出された光とを分離する分離手段を含むことを特徴とする請求項３または４に記載の光波距離計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光強度変調器及び光波距離計にかかり、特に、光導波路を伝播する光（以下、導波光と略す）を変調復調することが可能な光強度変調器、及びその光強度変調器を用いてターゲットまでの距離を計測する光波距離計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に本発明の基礎になった従来の導波路型の光強度変調器を用いた高分解光波距離計の例を示す（参考文献：吉田他；Proceedings of 11th Meeting on Lightwave Sensing Technology, LST 11-4,あるいは斎藤他；光学、２２巻３号、Ｐ１４２〜（’９３）等）。
【０００３】
この高分解光波距離計では、周波数Ｗで振幅変調したコヒーレントな光をターゲット６に向けて射出し、ターゲット６からの戻り光を周波数（Ｗ−δＷ）で再度変調（復調）する。この戻り光の位相は、ターゲット６までの距離に対応して変化するので、この位相を測定することによりターゲット６までの距離が求められる。この距離を高分解能で求めるためには変調する周波数Ｗを高周波数にする必要があるが、高周波位相の測定は難しいことが知られている。そこで、上述の様に周波数（Ｗ−δＷ）、即ち電気的に位相測定可能な周波数δＷだけ周波数をずらして復調すると、周波数Ｗでの位相情報が周波数δＷの位相情報に含まれるため測定可能となる。
【０００４】
距離測定の分解能δＬは（１）式で与えられる。
δＬ＝（Ｃ／２Ｗ）・δφ    ・・・・（１）
ここでＣは光速度、δφは位相測定誤差である。
【０００５】
従って、変調する周波数Ｗが大きい程、また位相測定誤差δφが小さい程、高い距離分解能が得られる。
【０００６】
詳細には、図５の高分解光波距離計は、光源１として、波長１．３μｍの半導体レーザ（ＬＤ）を用いている。光源１から射出されたレーザ光は光ファイバー２により第１の光強度変調器３に導かれ、周波数Ｗで振幅変調される。光強度変調器３から射出された変調光は光ファイバー４の射出側端部に設けられたコリメータ・レンズ５で平行光束にされ、ターゲット６に向けて射出される。
【０００７】
ターゲット６にはコーナーキューブが用いられ、このターゲット６で再帰反射された戻り光はレンズ７で光ファイバー８に集められ、光ファイバー８により第２の光強度変調器９に導かれ、第２の光強度変調器９において周波数（Ｗ−δＷ）の振幅変調を受ける。この様に復調された光は光ファイバー１３によりホトダイオード１４に導かれ、ホトダイオード１４において光電変換される。
【０００８】
ホトダイオード１４から出力される信号は、ロックインアンプ１５へ信号Ｓｉｇとして入力される。なお、周波数Ｗと周波数（Ｗ−δＷ）はそれぞれ発振器１０、１１で作られ、それぞれ光強度変調器３、９に供給されると共に、ミキサー１２にも供給される。これにより、ミキサー１２では差周波数δＷの信号が生成され、この差周波数δＷの信号はロックインアンプ１５へ参照信号ＲＥＦとして入力される。従って、参照信号ＲＥＦの位相を基準として信号Ｓｉｇの位相を測定すれば、ターゲット６までの距離を求めることができる。ターゲット６までの絶対距離は、変調する周波数Ｗを異なる周波数にして再度同様な測定を行ない、両者の測定位相の差から求める事ができる。
【０００９】
この高分解光波距離計では変調する周波数Ｗとして３．５ＧＨｚ、差周波数δＷとして５０ＫＨｚを用いて、距離２５０ｍに於て、約７μｍの精度を得ている。
【００１０】
このような光強度変調器としては、リチュウムニオベイト（ＬｉＮｂＯ3 ：以下、ＬＮと略す）導波路を用いたマッハツェンダー型（以下、ＭＺ型という）の光強度変調器が、変調用と復調用に２台用いられている。
【００１１】
この光強度変調器は、詳細には、図６に示すように、ＬＮ基板１８、ＬＮ基板１８上に形成した直線導波路１９、２１、２２、２４及び電極２５、２６から構成されている。直線導波路１９に入射した光はＹ分岐部２０で分岐されて２つの直線導波路２１、２２に５０：５０に２分される。この直線導波路２１、２２上には対となる電極２５、２６がそれぞれ形成されている。電極２５、２６は導波光を超高周波変調するため進行波型電極であり、これら電極２５、２６の始端側には交流を印加する供給電源２７が接続され、終端側には終端抵抗２８が接続されている。
【００１２】
変調用の場合には、電極２５、２６の間に供給電源２７から変調信号を印加すると直線導波路２１、２２を伝播する導波光の位相が相補的に変化する。供給電源２７からの変調信号によって位相差が生じた導波光はＹ分岐部２３によって直線導波路２４へ合波され、両者の位相差に応じた振幅変調を受けた光として導波路２４から射出される（図６の矢印Ａ方向へ向けて射出される）。
【００１３】
また、復調用の場合も同様であるが、導波光の進行方向が逆方向となる。すなわち、図６の例では矢印Ａ方向と逆方向の光が入射される。従って、電極２５、２６の端部であるＹ分岐部２３側に交流を印加する供給電源２７が接続され、終端側であるＹ分岐部２０側に終端抵抗２８が接続される。この電極間に供給電源２７から復調信号を印加して直線導波路２１、２２を変調用の方向と逆方向に伝播する導波光の位相を変化させる。供給電源２７からの変調信号によって位相差が生じた導波光はＹ分岐部２０によって直線導波路１９へ合波され射出される。
【００１４】
このように、従来の光波距離計では、この光強度変調器を２台用いる。
また、２Ｖπ（Ｖπは半波長電圧）を周期とした正弦波状の強度変調特性を示すＭＺ型の光強度変調器は、透過が最大、あるいは最小の場合を動作点とすると、偶数次の高調波変調が得られるため、より高周波数変調ができ、測定精度を向上できる。
【００１５】
このように、超高周波な光強度変調器を２台用いて光を変調及び復調することによって、高精度な光距離測定が可能である。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＬＮ導波路を用いた超高周波な光強度変調器は、主に光通信用として開発されたものであり、信頼性も高く実用化されているが、上述のように光波距離計を構成するには変調用及び復調用の各々に光強度変調器を必要とするため、装置構成が複雑化して大型化すると共に、組み立て調整等の作業が煩雑になる。また、光強度変調器は高コストであり、従来の光波距離計では変調用及び復調用の各々に光強度変調器を用いているために、汎用的な光波距離計を製造する場合の問題となっている。
【００１７】
本発明は、上記事実を考慮して、単純な構成で光導波路を伝播する導波光を変調復調できる光強度変調器、及びその光強度変調器を用いてターゲットまでの距離を計測する光波距離計を得ることが目的である。
【００１８】
【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に記載の発明の光強度変調器は、一方に向かって伝播される導波光を分岐すると共に、該導波光と逆方向に向かって伝播される導波光を合波する第１の分岐部と、前記第１の分岐部に連続しかつ導波光を伝播させる複数本の光導波路部と、前記複数本の光導波路部に連続しかつ該光導波路部を伝播した複数の導波光を合波すると共に、該導波光と逆方向に伝播される導波光を分岐して前記複数本の光導波路部の各々へ導く第２の分岐部と、前記光導波路部に設けられると共に、前記第１の分岐部から第２の分岐部に向かう導波光と同一の伝播方向になるように導波光を変調するための変調帯域上限近傍の予め定めた周波数信号が供給されて前記光導波路部を前記第１の分岐部から第２の分岐部に向かって伝播する導波光を変調する第１の進行波電極と、前記第２の分岐部から第１の分岐部に向かう導波光と同一の伝播方向になるように導波光を変調するための変調帯域上限近傍の予め定めた周波数信号が供給されて前記第２の分岐部から第１の分岐部に向かって伝播する導波光を変調する第２の進行波電極とからなる進行波電極と、を備えている。
【００１９】
請求項２に記載の発明の光強度変調器は、一方に向かって伝播される導波光を分岐すると共に、該導波光と逆方向に向かって伝播される導波光を合波する第１の分岐部と、前記第１の分岐部に連続しかつ導波光を伝播させる複数本の光導波路部と、前記複数本の光導波路部に連続しかつ該光導波路部を伝播した複数の導波光を合波すると共に、該導波光と逆方向に伝播される導波光を分岐して前記複数本の光導波路部の各々へ導く第２の分岐部と、前記光導波路部に設けられると共に、前記第１の分岐部から第２の分岐部に向かう導波光と同一の伝播方向になるように導波光を変調するための変調帯域上限近傍の予め定めた周波数信号が供給されて前記光導波路部を前記第１の分岐部から第２の分岐部に向かって伝播する導波光を変調する第１の進行波電極と、前記第２の分岐部から第１の分岐部に向かう導波光と同一の伝播方向になるように導波光を変調するための変調帯域上限近傍の予め定めた周波数信号が供給されて前記第２の分岐部から第１の分岐部に向かって伝播する導波光を変調する第２の進行波電極とからなる進行波電極と、前記光導波路部に設けられると共に、前記変調の動作点を設定するためのバイアス電極と、を備えている。
【００２０】
請求項３に記載の発明の光波距離計は、請求項１に記載の光強度変調器と、前記光強度変調器へ光を入射させる光源と、前記光強度変調器から射出されかつターゲットから戻された光で前記逆方向に伝播される導波光により前記光強度変調器から射出された光を検出する検出手段と、前記第１の進行波電極へ予め定めた周波数信号を供給する第１の信号供給手段と、前記第２の進行波電極へ前記第１の信号供給手段と異なる周波数信号を供給する第２の信号供給手段と、前記検出した光の位相を求め、求めた位相、前記予め定めた周波数信号及び前記異なる周波数信号に基づいてターゲットまでの距離を演算する演算手段と、を備えている。
【００２１】
請求項４に記載の発明の光波距離計は、請求項２に記載の光強度変調器と、前記光強度変調器へ光を入射させる光源と、前記光強度変調器から射出されかつターゲットから戻された光で前記逆方向に伝播される導波光により前記光強度変調器から射出された光を検出する検出手段と、前記第１の進行波電極へ予め定めた周波数信号を供給する第１の信号供給手段と、前記第２の進行波電極へ前記第１の信号供給手段と異なる周波数信号を供給する第２の信号供給手段と、前記バイアス電極へ所定直流電圧を供給するバイアス電圧供給手段と、前記検出した光の位相を求め、求めた位相、前記予め定めた周波数信号及び前記異なる周波数信号に基づいてターゲットまでの距離を演算する演算手段と、を備えている。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の光波距離計において、前記検出手段は、前記光強度変調器へ入射させる光と、前記光強度変調器から射出された光とを分離する分離手段を含むことを特徴としている。
【００２３】
導波光の伝播方向及び伝播速度と、導波光を変調するための電極における信号の進行波の伝播方向及び伝播速度とを一致させる形態である進行波電極では、変調帯域の上限が高くなり、一方、進行波の伝播を考慮しない所謂集中定数回路的な電極形態では、進行波電極と比べて変調帯域の上限が低くなることが知られている。
【００２４】
本発明者等は、ある方向に伝播する導波光に対し進行波電極として機能する電極と、集中定数回路的な電極として機能する電極とを光強度変調器に設け、各々の電極に前記進行波電極の変調帯域の上限近傍に設定した変調周波数を印加すると、この導波光に対する変調は、集中定数回路的な電極として機能する電極による変調が、進行波電極として機能する電極による変調に比べて無視できる、という知見を得た。なお、前記ある方向に伝播する導波光と逆方向に伝播する導波光に対しては、前記進行波電極として機能する電極が集中定数回路的な電極として機能すると共に、前記集中定数回路的な電極として機能する電極が進行波電極として機能することになる。
【００２５】
請求項１、２の発明では、一方に向かって伝播する導波光（以下、射出光という）は、第１の分岐部で分岐され、各々複数本の光導波路部を伝播して第２の分岐部で合波される。また、一方に向かって伝播する導波光と逆方向に伝播する導波光（以下、戻り光という）は、第２の分岐部で分岐され、各々複数本の光導波路部を伝播して第１の分岐部で合波される。この光導波路部上を一方に向かって伝播する導波光は第１の進行波電極で変調され、該導波光と逆方向に伝播する導波光は第２の進行波電極で変調される。
【００２６】
従って、互いに逆方向の導波光を変調する進行波電極により、射出光と戻り光を同一の導波路を用いて変調復調することができる。
【００２７】
請求項１の発明では、単一の光強度変調器上に相互に逆方向に伝播させる１対の進行波電極を用いているので、簡素化された構成の単一の光強度変調器で変調及び復調を行うことができる。また、複数の光強度変調器を用いた装置を簡素化して提供することができる。
【００２８】
ここで、上述のように導波光の伝播方向及び伝播速度と、電極における信号の進行波の伝播方向及び伝播速度とを一致させる形態である進行波電極では、変調帯域の上限が高くなる。一方、進行波の伝播を考慮しない所謂集中定数回路的な電極形態では、進行波電極と比べて変調帯域の上限が低くなる。本発明の光強度変調器では、逆方向に伝播する導波光に対しては進行波電極が逆方向伝播電極として機能し、その変調特性は、集中定数回路的な変調特性となる。
【００２９】
そこで、一方に向かって光導波路を伝播する導波光（射出光）を変調するため、第１の進行波電極に該進行波電極の変調帯域の上限近傍の周波数（例えば、Ｗ）の変調波、逆方向に伝播する導波光（戻り光）に対して第２の進行波電極に第１の進行波電極に印加する周波数とわずかに異なる周波数（例えば、Ｗ−δＷ）の変調波をそれぞれ印加する。これによって、射出光に対して逆方向伝播電極として機能する第２の進行波電極での変調は、第１の進行波電極での変調に比べて無視できる。また、戻り光に対しては、逆方向伝播電極として機能する第１の進行波電極での変調が第２の進行波電極での変調に比べて無視できる。すなわち、同一の導波路を用いて光を変調しているにもかかわらず、射出光と戻り光はそれぞれに対応する異なった変調を受けることになり、複数台の独立した光強度変調器の機能を単一の光強度変調器で実現できることになる。
【００３０】
上記電極により導波光を変調するときは、入出力の関係、すなわち電極に供給する電圧とその電圧によって変調された導波光の強度との関係を安定かつ再現性をよくする必要がある。請求項２の発明では、単一の光強度変調器上に相互に逆方向に伝播させる１対の進行波電極に加え更にバイアス電極を設けているので、光強度変調器において容易に変調の動作点を調整することができる。従って、光強度変調器において導波光を効率よく変調できる。
【００３１】
請求項３、４の光波距離計は、光源により前記光強度変調器へ光を入射させ、ターゲットへ向けて射出させ、ターゲットから戻された光を検出する。光強度変調器では第１の進行波電極へ予め定めた周波数信号を供給し、第２の進行波電極へ異なる周波数信号を供給する。従って、同一の導波路を用いて、射出光と戻り光はそれぞれに対応する異なった変調を受ける。この検出した光の位相を求め、求めた位相、予め定めた周波数信号及び前記異なる周波数信号からターゲットまでの距離を演算する。
【００３２】
また、バイアス電極へ所定直流電圧を供給することによって、光強度変調器において導波光を効率よく変調し、検出した光の位相、予め定めた周波数信号及び異なる周波数信号からターゲットまでの距離を精度よく演算できる。
【００３３】
なお、光強度変調器へ入射させる光と、射出された光とを分離する分離手段を含む検出手段を備えることによって、射出光と戻り光とを分離することができ、効率よく光を利用することができる。
【００３４】
【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の一例を詳細に説明する。
【００３５】
図１に示すように、第１実施の形態の光強度変調器は、上記図６に示した光強度変調器と同様に、Ｚ−カット、Ｙ−伝播のＬＮ基板１８上に形成された直線導波路１９、２１、２２、２４、及びＹ分岐部２０、２３を備え、ＬＮ導波路ＭＺ型光強度変調器を構成している。
【００３６】
本実施の形態では、分岐された直線導波路２１、２２上のＹ分岐部２０側に第１の電極対３７、Ｙ分岐部２３側に第２の電極対３８を設けている。第１の電極対３７は直線導波路２１、２２上のＹ分岐部２０側の部位の各々に対応して設けた電極２９、３０から構成され、第２の電極対３８は直線導波路２１、２２上のＹ分岐部２３側の部位の各々に対応して設けた電極３１、３２から構成されている。
【００３７】
この第１の電極対３７のＹ分岐部２０側の一端３７ａにはＲＦ発生器３３が接続されており、Ｙ分岐部２３側の他端３７ｂに終端抵抗３５が接続されている。同様に、第２の電極対３８のＹ分岐部２３側の一端３８ｂにはＲＦ発生器３４が接続されており、Ｙ分岐部２０側の他端３８ａに終端抵抗３６が接続されている。
【００３８】
ＲＦ発生器３３は、発振器１０、直流電源４９及びバイアスティ５０から構成されている。発振器１０は、直流電源４９が接続されたバイアスティ５０を介して電極対３７に接続される。バイアスティ５０は、発振器１０と電極対３７との間にコンデンサ６４が直列に接続されると共に、コンデンサ６４の一方側に直流電源４９及びコイル６３が接続されている。
【００３９】
発振器１０で発振された変調信号は、バイアスティ５０において直流電源４９の直流電圧が付加され、（例えば変調用で周波数Ｗの）ＲＦ波として電極対３７へ供給される。従って、電極対３７にバイアスティ５０を介して直流電源４９からの直流電圧が付加されることによって変調の動作点を設定できる。
【００４０】
なお、ＲＦ発生器３４は、ＲＦ発生器３３と同一の構成であるため、詳細な説明を省略する。
【００４１】
この第１の電極対３７は、ＲＦ発生器３３からＲＦ波（周波数Ｗ）が印加されたときに、Ｙ分岐部２０側の一端３７ａがＲＦ入力端となり、終端抵抗３５が接続された他端３７ｂが終端となる。一方、第２の電極対３８は、ＲＦ発生器３４からＲＦ波（周波数Ｗ−δＷ）が印加されたときに、Ｙ分岐部２３側の一端３８ｂがＲＦ入力端となり、終端抵抗３６が接続された他端３８ａが終端となる。
【００４２】
従って、Ｙ分岐部２０からＹ分岐部２３へ向かう導波光（射出光）に対しては、第１の電極対３７が順方向伝播の進行波電極となり、第２の電極対３８は終端側からＲＦ入力端側へ向かう逆方向伝播の電極となる。一方、Ｙ分岐部２３からＹ分岐部２０へ向かう導波光（戻り光）に対しては、第２の電極対３８が順方向伝播の進行波電極となり、第１の電極対３７は終端側からＲＦ入力端側へ向かう逆方向伝播の電極となる。
【００４３】
すなわち、第１の電極対３７と第２の電極対３８とは互に逆方向に伝播する光に対しての進行波電極となるように構成されている。従って、直線導波路１９から入射した光、すなわちターゲット６に向けて射出されるべき導波光に対して、第１の電極対３７は進行波電極であるが、第２の電極対３８は逆方向伝播電極となる。一方、直線導波路２４から入射する光、すなわちターゲット６から帰還された導波光に対しては、第１の電極対３７は逆方向伝播電極、第２の電極対３８は進行波電極として機能する。
【００４４】
ここで、一般に、ＬＮ等の強誘電体の電気光学効果を用いた光強度変調器の変調の周波数依存性は、電気光学効果の応答性、強誘電体の材料分散、変調電極構造、電極の損失等に依存するが、主に変調電極構造によって周波数が制限されることが知られている。このため従来より、導波路中を伝播する光の速度と電極に印加したＲＦ波の伝播速度とを一致させると３００ＧＨｚまで変調可能と考えられている。
【００４５】
しかしながら、ＬＮ中での光速とＲＦ波の速度とは約２倍の差異があるため両者の速度を一致させるために様々な工夫がなされているが、現在、変調可能とされる最大帯域は７０ＧＨｚ程度である。
【００４６】
導波光及びＲＦ波の伝播方向及び伝播速度を一致させる形態、所謂進行波電極とすれば変調帯域の上限（カットオフ周波数：以下、ｆｃ1 と略す。）が高くなる。一方、ＲＦ波の伝播を考慮しない所謂集中定数回路的な電極形態では、この回路の抵抗と電極容量とによって変調周波数上限（ｆｃ2 ）が決まる。実用的な変調器ではｆｃ2 は１ＧＨｚ近辺であり、ｆｃ2 以上では−６ｄＢ／ｏｃｔで減衰する。また、ｆｃ1 は２０ＧＨｚ近辺にある。図２には変調度の周波数依存特性を示した。図中の曲線３９は進行波電極による特性であり、曲線４０は集中定数電極による特性である。
【００４７】
従って、本実施の形態の光強度変調器では、進行波電極が逆方向伝播の電極として機能するときの変調特性は、ほぼ上述の集中定数回路的な変調特性となる。本発明者等は、変調周波数Ｗ及びＷ−δＷを図２の特性に示すようにｆｃ1 近くに設定すれば、射出光に対して電極対３８での変調は電極対３７での変調に比べて無視でき、また戻り光に対して電極対３７での変調は電極対３８での変調に比べて無視できる、という知見を得た。
【００４８】
これにより、同一の導波路を用いて光を変調しているにもかかわらず、射出光と戻り光はそれぞれに対応する異なった変調を受けることになり、従来２台の独立した変調器の機能を１台の変調器で実現できる。
【００４９】
次に、上記の光強度変調器を用いた光波距離計の一例を図３を参照して説明する。図５と共通する部分には同一符号を付し詳細な説明を省略する。
【００５０】
直線偏光した光を射出する光源１の射出側には光ファイバー４１、入出力分離手段４２、及び光ファイバー４８が順に配置される。光源１からの直線偏光した光は光ファイバー４１を介して入出力分離手段４２へ入射する。この入出力分離手段４２はコリメータ・レンズ（以下、ＣＬと略す）４３、４６、４７、偏向ビームスプリッター（以下、ＰＢＳと略す）４４、及びファラディ素子（以下、ＦＲと略す）４５から構成される。光ファイバー４１からの入射光はＣＬ４３で平行光束にされ、ＰＢＳ４４を透過するときにＰ波の光とされ、ＦＲ４５を透過するときに４５度偏波面が回転され、ＣＬ４６で収束されて光ファイバー４８の一端に結合（入射）する。
【００５１】
光ファイバー４８は偏波面保持ファイバー（以下、ＰＭＦと略す）であり、偏波保持軸とＦＲ４５の透過光の偏光方向とを一致させるためのものである。ＰＭＦ４８の他端には光強度変調器１６が連続し、ＰＭＦ４８からの光は光強度変調器１６の直線導波路１９に結合して射出光となる。
【００５２】
本実施の形態では、上述のように、電極対３７へＲＦ波（周波数Ｗ）を印加するためのＲＦ発生器３３は、発振器１０、直流電源４９及びバイアスティ５０から構成される。また、電極対３７へＲＦ波（周波数Ｗ−δＷ）を印加するためのＲＦ発生器３４も同様に、発振器１１、直流電源５２及びバイアスティ５１から構成される。
【００５３】
上述したように電極対３７により周波数Ｗの振幅変調を受けた光は、直線導波路２４から射出し、光ファイバー６０を介してレンズ６１で平行光束とされてターゲット６へ向けて射出する。レンズ６１からの光はターゲット６で再帰反射し、再帰反射したターゲット６からの戻り光は同一の経路をへて直線導波路２４に入射し、電極対３８にて周波数（Ｗ−δＷ）で復調される。この復調された光は、直線導波路１９からＰＭＦ４８、ＣＬ４６を介してＦＲ４５に光源１からの光を最初に透過させたときの方向と逆方向に入射する。このＦＲ４５を透過するときに４５度の偏波回転がなされＳ波としてＰＢＳ４４に入射する。
【００５４】
ＰＢＳ４４のＳ波の分離（反射）側にはＣＬ４７、光ファイバー５５及びホトダイオード１４と順に配置され、ＰＢＳ４４で分離（反射）されたＳ波の光は、ＣＬ４７及び光ファイバー５５を介してホトダイオード１４へ至り、ホトダイオード１４で光電変換される。このように入出力分離手段４２により射出光と戻り光とが分離される。なお、位相検出に関しては図５と同様であるので説明を省略する。
【００５５】
このように、本実施の形態によれば、ＭＺ型光強度変調器の直線導波路２１、２２上に第１の電極対３７及び第２の電極対３８を設けているので、電極対３７はＲＦ発生器３３からＲＦ波が印加されたときＹ分岐部２０からＹ分岐部２３へ向かう光に対して進行波電極となり、電極対３８はＲＦ発生器３４からＲＦ波が印加されたときにＹ分岐部２３からＹ分岐部２０へ向かう光に対して進行波電極となるように、互に逆方向に伝播する光に対しての進行波電極となる。従って、１つのＭＺ型導波路において、射出光と戻り光に対してそれぞれ別個な変調器が実現できる。
【００５６】
次に、第２実施の形態を説明する。上記第１実施の形態の光強度変調器１６では、電極へ供給するＲＦ波を電気的にバイアス変更し変調の動作点を設定する場合を説明したが、本実施の形態は、光強度変調器に変調の動作点を設定するための電極を有するものである。なお、本実施の形態の構成は上記と略同様のため、以下異なる部分を説明する。
【００５７】
図４に示すように、本実施の形態の光強度変調器１７は、上記図３に示した光強度変調器と同様に、ＬＮ基板１８上に形成された直線導波路１９、２１、２２、２４及びＹ分岐部２０、２３を備えると共に、分岐された直線導波路２１、２２上のＹ分岐部２０側に第１の電極対３７、及びＹ分岐部２３側に第２の電極対３８を設けている。直線導波路２１、２２上であると共に、これら第１の電極対３７、及び第２の電極対３８の間には電極対３７、３８より短い第３の電極対５３が設けられている。この第３の電極対５３には出力電圧が可変の直流電源５４が接続されており、直流電源５４からの直流電圧を第３の電極対５３に印加することによって変調の動作点を設定する。
【００５８】
従って、直線導波路１９からの射出光に対して、第１の電極対３７は進行波電極であり、第２の電極対３８は逆方向伝播電極であり、第３の電極対５３はバイアス電極となる。一方、直線導波路２４からの戻り光に対しては、第１の電極対３７は逆方向伝播電極、第２の電極対３８は進行波電極、そして第３の電極対５３はバイアス電極として機能する。
【００５９】
上記のように、第３の電極対５３を設けた場合には図３に示したバイアスティ５０、５１は不要となる。電極対３７、３８は同一の直線導波路２１、２２上に形成されているため、同じ長さの電極対であれば両者のＶπは等しく、また両者は同じ動作点での動作をすることが望ましいため、第３の電極対によって動作点の設定をするのが好ましい。
【００６０】
このように、本実施の形態では、単一の光強度変調器上に相互に逆方向に伝播させる１対の進行波電極に加え更にバイアス電極を設けているので、光強度変調器において容易に変調の動作点を調整することができる。従って、光強度変調器において導波光を効率よく変調できる。
【００６１】
上記実施の形態では、直線導波路上に略同様の形状の電極を設けた場合について説明したが、図７に示すように、射出光及び戻り光の各々の進行波電極の対となる一方の電極を共通電極７０として構成してもよく、図８に示すように、進行波電極の対となる一方の電極を導波路を跨がるように共通電極７１とすることにより射出光及び戻り光の各々の方向について対称形状となるように構成してもよい。
【００６２】
上記実施の形態は、Ｚ−カット、Ｙ伝播のＬＮ導波路について説明したが、他のカット（例えばＸ−カット、Ｚ伝播）、及び他の強誘電体（例えばＬｉＴａＯ3 等）にも適用が可能である。また、上記の光強度変調器としてはＹ分岐部を有するＭＺ型変調器を用いた場合を説明したが、Ｙ分岐部を有しない結合型分岐部を少なくとも１つ有する、すなわち、上記のＹ分岐部に対応する部位の少なくとも１つを光方向性結合器に設定したＭＺ型変調器への適用も可能である。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の光強度変調器によれば、同一の光導波路で射出光と戻り光を変調することができるので、構造を簡略化できる、という効果がある。また、変調の動作点を設定する第３の電極を備えることによって、安定して導波光を変調することができる、という効果がある。
【００６４】
また、本発明の光波距離計によれば、複数の光強度変調器を単一のもので構成できるので、簡素化された構成の光波距離計を提供することができる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である光強度変調器の構成を示す線図である。
【図２】周波数と変調度の関係を示す線図である。
【図３】第１の実施の形態の光強度変調器を用いた高分解能光距離計の概略を示すブロック図である。
【図４】第２の実施の形態である光強度変調器の構成を示す線図である。
【図５】従来の高分解能光距離計の概略を示すブロック図である。
【図６】従来の光強度変調器の構成を示す線図である。
【図７】共通電極を有する光強度変調器の構成を示す線図である。
【図８】共通電極を有する光強度変調器の他の構成を示す線図である。
【符号の説明】
１      光源
１４    ホトダイオード
１５    ロックインアンプ
１９、２１、２２、２４  直線導波路
２０、２３  Ｙ分岐部
３３、３４  ＲＦ発生器
３７        第１の電極対
３８        第２の電極対
４２        入出力分離手段
５３        第３の電極対
【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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