JP2014174279A

JP2014174279A - 誘電体デバイスおよび誘電体デバイスの制御方法

Info

Publication number: JP2014174279A
Application number: JP2013045783A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sakamoto; 尊坂本; Seiji Toyoda; 誠治豊田; Masahiro Ueno; 雅浩上野; Yuzo Sasaki; 雄三佐々木; Yuichi Okabe; 勇一岡部; Junya Kobayashi; 潤也小林
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2013-03-07
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2014-09-22
Anticipated expiration: 2033-03-07
Also published as: JP5937985B2

Abstract

【課題】本発明は、交流電圧を誘電体に確実に印加可能であり、大きな誘電率を取得可能な誘電体デバイス及びその制御方法を提供する。
【解決手段】本発明の誘電体デバイスは、誘電体と、誘電体に取り付けられた電極ブロックの温度を測定する温度センサと、ペルチェ素子を用いて温度センサの温度を制御するペルチェコントローラと、誘電体に電圧を印加する電源と、ペルチェコントローラ及び電源に接続された制御部とを備え、制御部は、測定温度が第１の設定温度となるように第１の命令を送り、第１の設定温度となった後、交流電圧を印加するように第２の命令を送り、電圧印加後、測定温度が第２の設定温度となるように第３の命令を送り、第１の設定温度は相転移温度よりも高く、第２の設定温度は、交流電圧の印加後において誘電体が常誘電相を維持する温度であり、第１の設定温度よりも低いことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、誘電体デバイスおよび誘電体デバイスの制御方法に関する。

電気光学結晶や電歪結晶といった誘電体に正弦波などの交流電圧を印加することにより、様々な機能を発現させることが行われている。例えば、非特許文献１には、光共振器内に電気光学結晶を配置し、電気光学結晶に１５０ｋＨｚの正弦波電圧を印加することにより波長掃引光源を実現している。

Shogo Yagi, Tadayuki Imai, Yasuo Shibata, Shigeo Ishibashi, Masahiro Sasaura, Kazutoshi Kato, Kazunori Naganuma, Yuzo Sasaki, and Kazuo Fujiura, "A mechanical-free 150-kHz repetition swept light source incorporated a KTN electro-optic deflector", Proc. of SPIE, 2011年, Vol.7889, 78891J-1〜78891J-6 上野雅浩、他５名、「ＫＴＮ結晶を用いたＯＣＴ用２００ｋＨｚ光偏向器の消費電力」、エレクトロニクス講演論文集１、電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会、2012年、p.124

しかしながら、高周波・大振幅の交流電圧を連続的に誘電体に印加した場合、誘電体にて発熱が生じ、誘電体の温度が上昇する。例えば、非特許文献２には、ＫＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃結晶に２００ｋＨｚ、６００Ｖｐｐ（peak to peak電圧）の交流電圧を印加した場合、ＫＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃結晶の消費電力が約１Ｗであり、温度上昇することが記されている。

図６に、従来の誘電体デバイス６００の構成を示す。図６に示される従来の誘電体デバイス６００においては、誘電体６０１が上部金属電極ブロック６０２と下部金属電極ブロック６０３とで挟まれるように上部金属電極ブロック６０２と下部金属電極ブロック６０３との間に設けられている。下部金属電極ブロック６０３には、温度センサ６０４及びペルチェ素子６０５が取り付けられている。ペルチェ素子６０５には、ヒートシンク６０６が取り付けられている。上部金属電極ブロック６０２及び下部金属電極ブロック６０３には電源６０８が接続されており、温度センサ６０４及びペルチェ素子６０５にはペルチェコントローラ６０７が接続されている。

下部金属電極ブロック６０３に取り付けられた温度センサ６０４は、下部金属電極ブロック６０３の温度を測定する。ペルチェコントローラ６０７は、下部金属電極ブロック６０３の温度を所定の設定温度に保つ制御を行う。具体的には、ペルチェコントローラ６０７は、ペルチェ素子６０５に流す電流を調節して下部金属電極ブロック６０３の温度制御を行い、それにより誘電体６０１の温度制御を行っている。誘電体６０１が発熱していない場合、下部金属電極ブロック６０３の温度（設定温度）と誘電体６０１の温度はおおよそ等しくなる。

しかしながら、電源６０８によって上部金属電極ブロック６０２及び下部金属電極ブロック６０３を介して誘電体６０１に交流電圧を印加すると、誘電体６０１が発熱する。このような場合、誘電体６０１自体の熱抵抗や、誘電体６０１と下部金属電極ブロック６０３との間の熱抵抗により、誘電体６０１の温度が温度センサ６０４の設定温度よりも高くなってしまう。その様子を図７に示す。

図７は、誘電体に印加される電圧と誘電体の温度との関係を示す。図７に示すように、誘電体に交流電圧を印加すると、時間が経過するにつれて誘電体の温度が設定温度より徐々に高くなっていく。

図８は、誘電体の誘電率の温度依存性の一例を示す。図８に示すように、誘電体の温度が高くなると誘電率が低下する。すなわち、誘電体の温度が高くなると誘電体のキャパシタンスが小さくなってしまう。大きな誘電率が求められる場合、これは望ましくない。

例えば、非特許文献１に示される波長掃引光源で用いられる光偏向器では、偏向角が誘電率に比例するため、誘電率の低下により偏向角の減少すなわち波長掃引幅の減少を引き起こすという問題があった。また、光偏向器以外の電気光学デバイスにおいては、２次の電気光学係数は誘電率の２乗に比例するため、誘電率が小さくなると電気光学効果が小さくなるという問題があった。

図８に示すような特性を有する誘電体において大きな誘電率を得る手段として、誘電体の温度を予め下げることが考えられる。しかしながら、大きな誘電率を得ようとして温度を下げた結果、温度が相転移温度より下がってしまった場合、誘電体が常誘電相から強誘電相になってしまい、電圧印加により誘電体が破損し、それ以降電圧を印加することができなくなるという問題があった。

図９は、強誘電−常誘電相転移近傍における誘電体の誘電率の温度依存性を示す。図９に示すように、多くの誘電体は、強誘電−常誘電相転移点近傍において誘電率が大きくなる。誘電体の温度Ｔｘで得られる誘電率よりも大きな誘電率を得るために、誘電体の温度を下げて温度Ｔｙ（誘電体の相転移温度Ｔｃ＜Ｔｙ＜Ｔｘ）にする場合、温度Ｔｙが相転移温度Ｔｃ近傍の温度である場合においては、温度を低下させると急激に誘電率が増加し、強誘電−常誘電相転移点近傍において誘電率が非常に大きくなるため、後述のように共振型の電源が動作せず、共振型の電源によって交流電圧を印加することができないという問題があった。

ここで、図１０を用いて共振型の電源の例示的な構成を説明する。共振型の電源とは、正弦波電圧を発生させる電源であり、矩形波を共振回路に入力することにより、正弦波を生成するものである。図１０に示されるように、共振型の電源１０００は、矩形波生成部１００１、共振回路の一部１００３、出力ポート１００２−１及び１００２−２を有する。出力ポート１００２−１及び１００２−２は、誘電体１００４に接続されている。共振回路の一部１００３及び誘電体１００４により、共振回路１００５が形成される。

共振回路１００５は、共振角周波数ω０を有する。また、矩形波生成部１００１が生成する矩形波の繰り返し角周波数をωｓとすると、その周期は、図１１の上図に示されるように、２π／ωｓとなる。ここで、

と設定することにより、矩形波から角周波数ωｓ成分が抽出されるため、図１１の下図に示されるように、角周波数ωｓの正弦波電圧を誘電体１００４に印加することが可能となる。

図１２は、強誘電−常誘電相転移近傍における誘電体の誘電率の温度依存性と共振型の電源が動作する誘電率の範囲とを示す。図１２に示されるように、誘電体の温度をＴｚ（Ｔｃ＜Ｔｚ＜Ｔｘ）にすると、誘電率が非常に大きくなるためキャパシタンスが非常に大きくなる。高周波・大振幅の交流電圧を連続的に誘電体デバイスに印加した場合、誘電体において発熱が生じ、温度がＴｚ＋ΔＴとなり、誘電率が低下する。すなわち、キャパシタンスが低下する。

ここで、図１２に示されるように、共振型の電源は、接続された誘電体のキャパシタンスが所定の範囲に収まっていないと動作しないため、温度が上昇していく過程で誘電率（あるいはキャパシタンス）が急激に減少し、誘電体のキャパシタンスが所定の範囲から外れると、誘電体に電圧が印加されなくなってしまう。

本発明は、このような問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、交流電圧を誘電体に確実に印加することが可能であり、大きな誘電率を得ることが可能な誘電体デバイス及びその制御方法を提供することにある。

本発明の請求項１に係る誘電体デバイスは、上部電極ブロックと下部電極ブロックとの間に設けられた誘電体と、ペルチェ素子と、前記誘電体と前記ペルチェ素子との間に流れる熱の経路の途中に配置された温度センサと、前記温度センサ及び前記ペルチェ素子に接続され、前記ペルチェ素子を用いて前記温度センサの温度を制御するペルチェコントローラと、前記上部電極ブロック及び前記下部電極ブロックを介して前記誘電体に電圧を印加する電源と、前記ペルチェコントローラ及び前記電源に接続された制御部とを備えた誘電体デバイスにおいて、前記制御部は、前記温度センサの測定温度が第１の設定温度となるように前記ペルチェコントローラに第１の命令を送り、前記測定温度が前記第１の設定温度となった後、交流電圧を前記誘電体に印加するように前記電源に第２の命令を送り、当該交流電圧の印加後、前記測定温度が第２の設定温度となるように前記ペルチェコントローラに第３の命令を送り、前記第１の設定温度は、前記交流電圧の印加前において前記誘電体が常誘電相であるように前記誘電体が常誘電相から強誘電相に転移する相転移温度よりも高く、前記第２の設定温度は、前記交流電圧の印加後において前記誘電体が常誘電相を維持する温度であり、前記第１の設定温度よりも低いことを特徴とする。

本発明の請求項２に係る誘電体デバイスは、本発明の請求項１に係る誘電体デバイスであって、前記制御部は、前記第１の命令を送った後、直流電圧を前記誘電体に印加するように前記電源に第４の命令を送り、電荷を前記誘電体に注入した後、前記第２の命令を送ることを特徴とする。

本発明の請求項３に係る誘電体デバイスは、本発明の請求項１又は２に係る誘電体デバイスであって、前記誘電体は、タンタル酸ニオブ酸カリウム（ＫＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃（０＜ｘ＜１））結晶、または、ＫＴＮにリチウムをドープした（Ｋ_１−ｙＬｉ_ｙＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ_３（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜０．１））結晶から構成されていることを特徴とする。

本発明の請求項４に係る誘電体デバイスは、本発明の請求項１乃至３のいずれかに係る誘電体デバイスであって、前記電源は共振型の電源であり、前記第２の設定温度は前記共振型の電源が動作する範囲の温度であることを特徴とする。

本発明の請求項５に係る方法は、上部電極ブロックと下部電極ブロックとの間に設けられた誘電体と、ペルチェ素子と、前記誘電体と前記ペルチェ素子との間に流れる熱の経路の途中に配置された温度センサと、前記温度センサ及び前記ペルチェ素子に接続され、前記ペルチェ素子を用いて前記温度センサの温度を制御するペルチェコントローラと、前記上部電極ブロック及び前記下部電極ブロックを介して前記誘電体に電圧を印加する電源と、前記ペルチェコントローラ及び前記電源に接続された制御部とを備えた誘電体デバイスを制御する方法であって、前記制御部が、前記温度センサの測定温度が第１の設定温度となるように前記ペルチェコントローラに第１の命令を送るステップと、前記制御部が、前記測定温度が前記第１の設定温度となった後、交流電圧を前記誘電体に印加するように前記電源に第２の命令を送るステップと、前記制御部が、当該交流電圧の印加後、前記測定温度が第２の設定温度となるように前記ペルチェコントローラに第３の命令を送るステップとを備え、前記第１の設定温度は、前記交流電圧の印加前において前記誘電体が常誘電相であるように前記誘電体が常誘電相から強誘電相に転移する相転移温度よりも高く、前記第２の設定温度は、前記交流電圧の印加後において前記誘電体が常誘電相を維持する温度であり、前記第１の設定温度よりも低いことを特徴とする。

本発明の請求項６に係る方法は、本発明の請求項５に係る方法であって、前記第１の命令を送るステップの後、前記第２の命令を送るステップの前に、前記制御部が、電荷を前記誘電体に注入するために、直流電圧を前記誘電体に印加するように前記電源に第４の命令を送るステップをさらに備えたことを特徴とする。

本発明の請求項７に係る方法は、本発明の請求項５又は６に係る方法であって、前記誘電体は、タンタル酸ニオブ酸カリウム（ＫＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃（０＜ｘ＜１））結晶、または、ＫＴＮにリチウムをドープした（Ｋ_１−ｙＬｉ_ｙＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ_３（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜０．１））結晶から構成されていることを特徴とする。

本発明の請求項８に係る方法は、本発明の請求項５乃至７のいずれかに係る方法であって、前記電源は共振型の電源であり、前記第２の設定温度は前記共振型の電源が動作する範囲の温度であることを特徴とする。

本発明に係る誘電体デバイス及びその制御方法によると、誘電体を所定の温度にして交流電圧の印加を開始した後に誘電体の温度を低くすることにより、誘電体が強誘電相になることを防止し交流電圧を誘電体に確実に印加することが可能となり、かつ、その誘電率を大きくすることが可能になるという顕著な効果を奏することができる。また、誘電率の増大に伴い電気光学効果も大きくなるため、誘電体デバイスの印加電圧を小さくすることができるという顕著な効果を奏することができる。さらに、誘電体の誘電率を所定の範囲内に収めることができるため、共振型の電源を使用した場合であっても誘電体に確実に電圧を印加することができるという顕著な効果を奏することができる。

本発明の誘電体デバイスの構成を示した図である。本発明における、誘電体の誘電率の温度依存性と共振型の電源の動作範囲とを示した図である。本発明に係る誘電体デバイスにおける制御の流れを示した図である。本発明に係る誘電体デバイスにおいて、交流電圧の振幅を徐々に増大させ、所望の振幅に到達した後に設定温度を下げる場合を説明する図である。本発明に係る誘電体デバイスにおいて、交流電圧の振幅を徐々に増大させ、所望の振幅に到達する前に設定温度を下げる場合を説明する図である。従来の誘電体デバイスの構成を示した図である。誘電体に印加される電圧と誘電体の温度との関係を示した図である。誘電体の誘電率の温度依存性の一例を示した図である。誘電体の誘電率の温度依存性を示した図である。共振型の電源の構成を示す図である。共振型の電源の短形波生成部が生成する電圧と誘電体に印加される電圧との関係を示す図である。誘電体の誘電率の温度依存性と共振型の電源の動作範囲とを示した図である。

図１に、本発明に係る誘電体デバイス１００の構成を示す。図１（ａ）に示されるように、本発明に係る誘電体デバイス１００では、誘電体１０１が上部金属電極ブロック１０２と下部金属電極ブロック１０３とで挟まれるように上部金属電極ブロック１０２と下部金属電極ブロック１０３との間に設けられている。なお、図１（ａ）には記していないが、上部金属電極ブロック１０２と下部金属電極ブロック１０３との間に絶縁体を更に設けてもよい。下部金属電極ブロック１０３には、下部金属電極ブロック１０３の温度を測定する温度センサ１０４と、下部金属電極ブロック１０３の温度調整を行うペルチェ素子１０５とが取り付けられている。ペルチェ素子１０５には、ヒートシンク１０６が取り付けられている。上部金属電極ブロック１０２及び下部金属電極ブロック１０３には電源１０８が接続され、温度センサ１０４及びペルチェ素子１０５にはペルチェコントローラ１０７が接続され、ペルチェコントローラ１０７及び電源１０８には制御部１０９が接続されている。なお、図１（ａ）においては、温度センサ１０４を下部金属電極ブロック１０３に取り付けた構成が示されているが、上部金属電極ブロック１０２と下部金属電極ブロック１０３との間に絶縁体を設けた上で、温度センサ１０４を上部金属電極ブロック１０２に取り付ける構成としてもよい。また、ペルチェ素子１０５と下部金属電極ブロック１０３との間に絶縁体を設け、絶縁体に温度センサ１０４を取り付けてもよい。温度センサ１０４は、誘電体１０１とペルチェ素子１０５との間に流れる熱の経路の途中にあればよい。

図１（ｂ）は、本発明に係る誘電体デバイスの他の構成１００’を示す。図１（ｂ）に示されるように、上部金属電極ブロック１０２及び下部金属電極ブロック１０３の両方に、ペルチェ素子１０５が取り付けられていてもよい。また、上部金属電極ブロック１０２及び下部金属電極ブロック１０３と、ペルチェ素子１０５との間に絶縁体を設け、絶縁体に温度センサ１０４を取り付けてもよい。図１（ｂ）に示される誘電体デバイスの他の構成１００’も同様に、温度センサ１０４は、誘電体１０１とペルチェ素子１０５との間に流れる熱の経路の途中にあればよい。

ペルチェコントローラ１０７は、ペルチェ素子１０５に流れる電流を制御することにより下部金属電極ブロック１０３の温度を制御することができる。電源１０８は、上部金属電極ブロック１０２及び下部金属電極ブロック１０３を介して誘電体１０１に電圧を印加できるようになっている。制御部１０９は、以下で後述するようにペルチェコントローラ１０７及び電源１０８を制御する。

図２及び図３を参照して、本発明に係る誘電体デバイス１００における制御の流れを説明する。図３に示されるように、ステップ３０１で、制御部１０９は、温度センサ１０４の温度が第１の設定温度Ｔ０となるようにペルチェコントローラ１０７に第１の命令を送る。第１の命令を受けたペルチェコントローラ１０７は、温度センサ１０４の温度がＴ０となるようにペルチェ素子１０５を用いて温度調整し、それにより誘電体１０１の温度もＴ０となる。

次に、ステップ３０２で、制御部１０９は、交流電圧の印加を開始するように電源１０８に第２の命令を送る。第２の命令を受けた電源１０８は、上部金属電極ブロック１０２及び下部金属電極ブロック１０３を介して誘電体１０１に交流電圧を印加する。交流電圧の印加後、誘電体１０１の発熱により誘電体１０１の温度がΔＴ０上昇し、図２に示すように誘電体１０１の温度がＴ０＋ΔＴ０となる。また、誘電体１０１の温度の上昇に伴い、誘電体１０１の誘電率が低下するとともにキャパシタンスが低下する。

次に、ステップ３０３で、制御部１０９は、温度センサ１０４の温度が第２の設定温度Ｔ１（＜Ｔ０）になるようにペルチェコントローラ１０７に第３の命令を送る。第３の命令を受けたペルチェコントローラ１０７は、温度センサ１０４の温度がＴ１となるようにペルチェ素子１０５を用いて温度調整し、それにより誘電体１０１の温度をΔＴ１低下させ、誘電体１０１の温度がＴ０＋ΔＴ０−ΔＴ１となる。また、誘電体１０１の温度の低下に伴い、誘電体１０１の誘電率が上昇するとともにキャパシタンスが上昇する。なお、温度センサは、ΔＴ０とΔＴ１を測定することができない。そのため、温度センサ１０４は、誘電体１０１の温度Ｔ０＋ΔＴ０−ΔＴ１を測定することができないことを注記しておく。

また、制御部１０９は、第１の命令を送った後、直流電圧を誘電体１０１に印加するように電源１０８に第４の命令を送り、電荷を誘電体１０１に注入した後に、第２の命令を送るように構成されていてもよい。

Ｔ１は例えば、ΔＴ０＝ΔＴ１を満たすように選択することができる。その場合、誘電体１０１の温度はＴ０＋ΔＴ０−ΔＴ０＝Ｔ０となる。しかし、必ずしもΔＴ０＝ΔＴ１とする必要はない。温度センサ１０４の温度をＴ１まで温度を下げた時に電圧を印加しても結晶が破損しなければ良い。

また、電源１０８として、図１０に例示されるような共振型の電源を用いることができる。その場合、ステップ３０３において温度センサ１０４の温度をＴ１まで温度を下げた時の誘電体１０１の誘電率（キャパシタンス）が、共振型の電源が動作する範囲に収まっており、かつ結晶が破損しなければ良い。尚、図２においては、Ｔｃ＜Ｔ１の場合を示したが、Ｔ１＜Ｔｃとなりうる。すなわち、温度センサ１０４の温度Ｔ１がＴｃより小さくても、誘電体１０１の温度Ｔ０＋ΔＴ０−ΔＴ１はＴｃより大きくなりうる。

図１（ａ）に示される誘電体デバイス１００において、誘電体１０１として、ＫＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃結晶(４．０×３．２×１．０ｍｍ、ｘ＝０．４)を用いた。第１の設定温度Ｔ０を、誘電率が１７５００となり、結晶構造が立方晶（常誘電相）となる温度である５１．８℃に設定した。４．０ｍｍ×３．２ｍｍの面にＴｉ電極を蒸着し、ＫＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃結晶を上部金属電極ブロック１０２と下部金属電極ブロック１０３とで挟んだ。この場合、誘電体１０１のキャパシタンスは、８．８５４＊１０^−１２＊１７５００＊４．０＊１０^−３＊３．２＊１０^−３／(１．０＊１０^−３)＝１．９８ｎＦである。

誘電体１０１に波長１．３μｍの光を入射させ、直流電圧（＋３００Ｖ（１０秒）、−３００Ｖ（１０秒））を印加し、電子をＫＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃結晶内に注入した後、周波数３５０ｋＨｚ、６００Ｖ（peak-to-peak）の正弦波電圧を誘電体１０１に印加したところ、出射光の偏向角は３９．６ｍｒａｄであった。正弦波電圧を印加後に第２の設定温度Ｔ１＝４８．８℃にしたところ、偏向角は５５．２ｍｒａｄとなった。正弦波電圧を印加後に第２の設定温度Ｔ１＝４５．８℃にしたところ、偏向角は６９．９ｍｒａｄとなった。正弦波電圧を印加後に第２の設定温度Ｔ１＝４４．８℃にしたところ、偏向角は７５．０ｍｒａｄとなった。

図４は、実施例１に係る誘電体デバイス１００において、交流電圧（正弦波電圧）の振幅を徐々に増加させて所望の振幅になった後に設定温度を低下させた場合における、誘電体に印加される電圧と設定温度との関係を示した図である。ここで、振幅を徐々に増加させた理由は、このような方法をとることにより、誘電体１０１の急激な発熱・温度上昇が抑制される結果、制御部１０９による温度制御が容易になるためである。

図５は、実施例１に係る誘電体デバイス１００において、交流電圧（正弦波電圧）の振幅を徐々に増加させて所望の振幅になる前に設定温度を低下させた場合における、誘電体に印加される電圧と設定温度との関係を示した図である。設定温度を低下させるタイミングは、結晶が破損しなければ、電圧が所望の振幅になる前であっても後であってもよい。また、共振型の電源を用いる場合、設定温度を低下させるタイミングは、誘電体１０１の誘電率（キャパシタンス）が、共振型の電源が動作する範囲に収まっており、かつ結晶が破損しなければ、電圧が所望の振幅になる前であっても後であってもよい。

尚、本実施例１に係る誘電体デバイス１００では、誘電体１０１として、ＫＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃結晶（ｘ＝０．４）を用いたが、その他のｘ（０＜ｘ＜１）のＫＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃結晶を用いてもよい。また、誘電体１０１として、Ｋ_1-yＬｉ_yＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃結晶（０＜ｙ＜１、０＜ｘ＜１）を用いても良い。

１０１、６０１、１００４誘電体
１０２、６０２上部金属電極ブロック
１０３、６０３下部金属電極ブロック
１０４、６０４温度センサ
１０５、６０５ペルチェ素子
１０６、６０６ヒートシンク
１０７、６０７ペルチェコントローラ
１０８、６０８電源
１０９制御部
１０００共振型の電源
１００１矩形波生成部
１００２出力ポート
１００３共振回路の一部
１００５共振回路

Claims

上部電極ブロックと下部電極ブロックとの間に設けられた誘電体と、
ペルチェ素子と、
前記誘電体と前記ペルチェ素子との間に流れる熱の経路の途中に配置された温度センサと、
前記温度センサ及び前記ペルチェ素子に接続され、前記ペルチェ素子を用いて前記温度センサの温度を制御するペルチェコントローラと、
前記上部電極ブロック及び前記下部電極ブロックを介して前記誘電体に電圧を印加する電源と、
前記ペルチェコントローラ及び前記電源に接続された制御部と
を備えた誘電体デバイスにおいて、
前記制御部は、前記温度センサの測定温度が第１の設定温度となるように前記ペルチェコントローラに第１の命令を送り、前記測定温度が前記第１の設定温度となった後、交流電圧を前記誘電体に印加するように前記電源に第２の命令を送り、当該交流電圧の印加後、前記測定温度が第２の設定温度となるように前記ペルチェコントローラに第３の命令を送り、
前記第１の設定温度は、前記交流電圧の印加前において前記誘電体が常誘電相であるように前記誘電体が常誘電相から強誘電相に転移する相転移温度よりも高く、
前記第２の設定温度は、前記交流電圧の印加後において前記誘電体が常誘電相を維持する温度であり、前記第１の設定温度よりも低いことを特徴とする誘電体デバイス。
前記制御部は、前記第１の命令を送った後、直流電圧を前記誘電体に印加するように前記電源に第４の命令を送り、電荷を前記誘電体に注入した後、前記第２の命令を送ることを特徴とする請求項１に記載の誘電体デバイス。
前記誘電体は、タンタル酸ニオブ酸カリウム（ＫＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃（０＜ｘ＜１））結晶、または、ＫＴＮにリチウムをドープした（Ｋ_１−ｙＬｉ_ｙＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ_３（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜０．１））結晶から構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の誘電体デバイス。
前記電源は共振型の電源であり、前記第２の設定温度は前記共振型の電源が動作する範囲の温度であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の誘電体デバイス。
上部電極ブロックと下部電極ブロックとの間に設けられた誘電体と、
ペルチェ素子と、
前記誘電体と前記ペルチェ素子との間に流れる熱の経路の途中に配置された温度センサと、
前記温度センサ及び前記ペルチェ素子に接続され、前記ペルチェ素子を用いて前記温度センサの温度を制御するペルチェコントローラと、
前記上部電極ブロック及び前記下部電極ブロックを介して前記誘電体に電圧を印加する電源と、
前記ペルチェコントローラ及び前記電源に接続された制御部と
を備えた誘電体デバイスを制御する方法であって、
前記制御部が、前記温度センサの測定温度が第１の設定温度となるように前記ペルチェコントローラに第１の命令を送るステップと、
前記制御部が、前記測定温度が前記第１の設定温度となった後、交流電圧を前記誘電体に印加するように前記電源に第２の命令を送るステップと、
前記制御部が、当該交流電圧の印加後、前記測定温度が第２の設定温度となるように前記ペルチェコントローラに第３の命令を送るステップと
を備え、
前記第１の設定温度は、前記交流電圧の印加前において前記誘電体が常誘電相であるように前記誘電体が常誘電相から強誘電相に転移する相転移温度よりも高く、
前記第２の設定温度は、前記交流電圧の印加後において前記誘電体が常誘電相を維持する温度であり、前記第１の設定温度よりも低いことを特徴とする方法。
前記第１の命令を送るステップの後、前記第２の命令を送るステップの前に、前記制御部が、電荷を前記誘電体に注入するために、直流電圧を前記誘電体に印加するように前記電源に第４の命令を送るステップをさらに備えたことを特徴とする請求項５に記載の方法。
前記誘電体は、タンタル酸ニオブ酸カリウム（ＫＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃（０＜ｘ＜１））結晶、または、ＫＴＮにリチウムをドープした（Ｋ_１−ｙＬｉ_ｙＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ_３（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜０．１））結晶から構成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の方法。
前記電源は共振型の電源であり、前記第２の設定温度は前記共振型の電源が動作する範囲の温度であることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の方法。