JP2006065037A - ゲートスイッチおよび空間光スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】 ２次の電気光学結晶を有する結晶を用いたエタロン（ｅｔａｌｏｎ）を構成し、結晶に隣接して設けた透明電極に電圧を印加することによって、エタロンの構造を用いた高速応答可能な偏波無依存のゲートスイッチおよび空間光スイッチを提供する。
【解決手段】 立方晶構造及び２次の電気光学効果を有する誘電体結晶と、誘電体結晶に隣接して配置された透明電極と、透明電極に隣接して配置された誘電体多層膜から成る誘電体多層膜ミラーと、で構成されるエタロンを含み、透明電極に印加された電圧により光のスイッチングを行う。このゲートスイッチを複数個で有し、それぞれのゲートスイッチにビームスプリッタにて分光された光がそれぞれ入射するように配置されて、もって光を出力するための複数のポートを構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明の属する技術分野は、光通信用や光計測用およびプロジェクター、コピー機、プリンター、スキャナー等に適用されるゲートスイッチおよび空間光スイッチに関するものである。

従来用いられていた光スイッチの主要なものはニオブ酸リチウム（ＬＮ）等、１次の電気光学効果を発現する結晶を用いたものであった。ところが、ＬＮは偏波依存性を有しているため、偏波無依存動作を行うためには、構成に工夫をする必要があるので、スイッチの構成が複雑になってしまうという欠点があった。１次の電気光学効果は、中心対称を有しない結晶にしか発現しないため、偏波依存性は必ず現れてしまい、避けて通ることのできない課題であった。

装置の構成の工夫の仕方については、いろいろとあるが、ここでは特許文献１で用いられている方法を紹介する。この特許に用いられている方法では、入力された信号光をまず偏波ビームスプリッタを用いて、ＴＥモード（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍｏｄｅ）とＴＭモード（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｍｏｄｅ）とにブームの分割をする。その上で、ＴＥモードとＴＭモードを別々の光スイッチによってＯＮ／ＯＦＦして、スイッチを通過した光を再び偏波ビームスプリッタによって、合成することによって、ＴＥモードとＴＭモードどちらに対してもスイッチングを行い、結果として偏波無依存動作を実現していた。
特開２００２−２２８９９７

しかしながら、こうした従来の技術においては、結果的には偏波無依存動作はできるものの、ＴＥモードとＴＭモードに対するデバイスが完全に同じ動作をしている必要があった。完全に同じ動作がされないと位相のずれが生じてしまい、動作が不安定になってしまうため、結果としてビットエラーレートが上がってしまっていた。

また、これに起因して、１次の電気光学結晶を用いたスイッチでは、安定で高品質なスイッチングが難しいという問題点があった。

このようなこと情に鑑み、本発明は、２次の電気光学結晶を有する結晶を用いたエタロン（ｅｔａｌｏｎ）を構成し、結晶に隣接して設けた透明電極に電圧を印加することによって、エタロンの構造を用いた高速応答可能な偏波無依存のゲートスイッチおよび空間光スイッチを提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明は、立方晶構造及び２次の電気光学効果を有する誘電体結晶と、前記誘電体結晶に隣接して配置された透明電極と、前記透明電極に隣接して配置された誘電体多層膜から成る誘電体多層膜ミラーと、で構成されるエタロンを含み、前記透明電極に印加された電圧により光のスイッチングを行うことを要旨とする。

また、請求項２に記載の本発明は、請求項１において、前記誘電体結晶と透明電極が交互に配置され、前記誘電体多層膜ミラーが、当該交互に配置された誘電体結晶と透明電極の両側に配置されたことを要旨とする。

また、請求項３に記載の本発明は、立方晶構造及び２次の電気光学効果を有する誘電体結晶と、前記誘電体結晶に隣接して配置された金属薄膜電極と、で構成されるエタロンを含み、前記金属薄膜電極に印加された電圧により光のスイッチングを行うことを要旨とする。

また、請求項４に記載の本発明は、立方晶構造及び２次の電気光学効果を有する誘電体結晶と、前記誘電体結晶に隣接して配置された透明電極と、前記透明電極の表面にコーティングされた金属薄膜に隣接して配置された誘電体多層膜から成る誘電体多層膜ミラーと、で構成されるエタロンを含み、前記透明電極に印加された電圧により光のスイッチングを行うことを要旨とする。

また、請求項５に記載の本発明は、請求項１〜４のうちのいずれかにおいて、前記透明電極または前記金属薄膜が、光が通過する部分だけに形成されていることを要旨とする。

また、請求項６に記載の本発明は、請求項１〜５のうちのいずれかにおいて、前記エタロンの温度制御を行った上で、当該エタロンに電圧を印加するように構成されたことを要旨とする。

また、請求項７に記載の本発明は、請求項１〜６のうちのいずれかにおいて、前記誘電体結晶は、単結晶であり、その結晶軸の一つが該誘電体結晶に照射される光の透過方向と一致するように配置されたことを要旨とする。

また、請求項８に記載の本発明は、請求項１〜７のうちのいずれかにおいて、前記誘電体結晶は、多結晶であり、その結晶軸の少なくとも一つが該誘電体結晶に照射される光の透過方向と一致するように配置されたことを要旨とする。

また、請求項９に記載の本発明は、請求項１〜８のうちのいずれかにおいて、前記誘電体結晶は、Ｋ_１−ｙＬｉ_ｙＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ_３の組成を有することを要旨とする。

また、請求項１０に記載の本発明は、請求項１〜９のうちのいずれかにおいて、前記誘電体結晶は、ＫＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ_３におけるＫの全て、もしくはＫ_１−ｙＬｉ_ｙＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ_３におけるＫおよびＬｉの全てをＢａ、Ｓｒ、Ｃａのうちの少なくとも一つの元素で置き換え、且つＴａおよびＮｂの全てをＴｉで置き換えた組成を有することを要旨とする。

また、請求項１１に記載の本発明は、請求項１〜１０のうちのいずれかにおいて、前記誘電体結晶は、ＫＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ_３におけるＫの全て、もしくはＫ_１−ｙＬｉ_ｙＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ_３におけるＫおよびＬｉの全てをＰｂとＬａのうちの少なくとも一方の元素で置き換え、且つＴａおよびＮｂの全てをＴｉとＺｒのうちの少なくとも一方の元素で置き換えた組成を有することを要旨とする。

また、請求項１２に記載の本発明は、請求項１〜１１のうちのいずれかにおいて、前記誘電体結晶の組成における第１の組成比としての前記ｘは、０．１以上０．５以下であり、前記誘電体結晶の第２の組成比としての前記ｙは、０より大であり０．１未満であることを要旨とする。

このような請求項１〜１２に記載の本発明においては、立方晶構造および２次の電気光学効果を有する誘電体結晶と、前記誘電体結晶に隣接して配置された透明電極およびその外側に配置された誘電体多層膜ミラーを備えるエタロンを、温度制御を行った上で、透明電極に電圧を印加することによってＦＳＲを変化させ、所定の波長における透過率を増減させることによってオンオフのスイッチングを行うことを要旨としている。

また、請求項１３に記載の本発明は、前記請求項１〜１２に記載のゲートスイッチを複数個で有し、それぞれの前記ゲートスイッチにビームスプリッタにて分光された光がそれぞれ入射するように配置されて、もって前記光を出力するための複数のポートを構成していることを要旨とする。

このような請求項１３に記載の本発明においては、立方晶構造および２次の電気光学効果を有する誘電体結晶と、前記誘電体結晶に隣接して配置された透明電極およびその外側に配置された誘電体多層膜ミラーを備えるエタロンを、温度制御を行った上で、透明電極に電圧を印加することによってＦＳＲを変化させ、所定の波長における透過率を増減させることによってオンオフのスイッチングを行うゲートスイッチを空間的に多段に配置し空間光スイッチとすることを要旨としている。

本発明によれば、２次の電気光学結晶を有する結晶を用いたエタロン（ｅｔａｌｏｎ）を構成し、結晶に隣接して設けた透明電極に電圧を印加することによって、エタロンの構造を用いた高速応答可能な偏波無依存のゲートスイッチおよび空間光スイッチを提供することができる。

個々の実施の形態について説明する前に、本発明のゲートスイッチおよび空間光スイッチに関する理解を容易にするために、その基本原理について冒頭に説明する。

最初にファブリ−ペローエタロンによるフィルタ特性について説明する。ファブリ−ペローエタロンは一対のミラーの間に屈折率ｎの物質を挟んだ構造をしている。ファブリ−ペローエタロンの特性を表す主な値として、ＦＳＲ（Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ）、Ｆｉｎｅｓｓが挙げられる。ファブリ−ペローエタロンの透過帯の中心周波数ｖ_ｍ は下記の式で表される。

なお、上記の式（１）における、ｎは屈折率、１は共振器長、θは入射光に対するエタロンの傾斜角度、ｃは真空中の光速度である。ＦＳＲとは、（１）式で表現される透過帯中心周波数ｖ_ｍ のうち、隣り合う２組の間隔のことなので、下記の式で表現される。

また、Ｆｉｎｅｓｓとは透過帯の広がり具合を表現する値で、以下の式によりミラーの反射率と関連付けられる。

なお、上記の式（３）における、Δｖ_１／２は透過帯の半値全幅、Ｒは共振器を構成しているミラーの反射率である。

エタロンの入射光強度に対する透過光強度の比率をＩ（ｄＢ）とすると、文献（文献１）：Ａｍｎｏｎ Ｙａｒｉｖ “Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ”５／ｅ Ｃｈａｐｔｅｒ ４を参照して、以下の式で表される。

ここで、５はエタロン内での位相を遅れを表し、

である。

（１）式により、透過帯の中心周波数を変化させるためには、屈折率ｎ、共振器長ｌ、エタロンの角度θのいずれかを変化させればよいことが分かる。したがって、波長可変フィルタを作製する際も、これらのパラメータを変化させれば、実現可能なことがわかる。いくつか市販されている波長可変フィルタがあるが、共振器長を変化させて波長可変をおこなう方式が主流である。その理由は、上記３つのパラメータのうち、共振器長１を変化させることが、もっとも波長可変帯域を大きく取ることができるからである。

共振器長１およびエタロンの角度θを変化させる方法に関しては、必ずメカニカルな動作が必要である。その為に高速動作には適していない。

それらに比較して屈折率ｎを変化させる方法では、メカニカルな動作なしに、透過帯の中心波長を変化させることができる。屈折率を変化させる方法として、主に熱光学（Ｔｈｅｍｏ−Ｏｐｔｉｃ：Ｔｏ）効果、音響光学（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ：ＡＯ）効果、電気光学（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃ：ＥＯ）効果が挙げられる。

これらのうち、もっとも高速動作に向いていないのがＴＯ効果で、せいぜい数ｍｓ程度の応答速度しか実現できない。また、ＡＯ効果はＴＯ効果に比べれば、高速動作に適してはいるものの、屈折率の変化量が小さいために、十分な屈折率変化を誘起することができない。

これらに比較して、ＥＯ効果は高速動作に適しており、屈折率の変化量も十分に取ることができるため、高速動作を要求されるスイッチングに適している。

電気光学効果には１次の電気光学効果（ポッケルス効果）と２次の電気光学効果（カー効果）がある。１次の電気光学効果は電界強度に比較して効果が現れ、屈折率変化は下記の式で表される。

なお、上記（６）式のｎ_０ は電界を印加していない状態での屈折率、ｒ_ｅｆｆ は１次の電気光学係数の有効値、Ｅは電界である。

また、２次の電気光学効果は電界強度の２乗に比例して効果が現れるので、屈折率変化は下記の式で表される。

なお、上記（７）式のｎ_０ は電界を印加していない状態での屈折率、Ｅは電界であり、ｓ_１２は下記の式で定義される量である。

なお、上記（８）式のε_ｏは真空の誘電率、ε_ｒ は物質に固有の比誘電率、ｇ_１２は物質の電気光学定数である。

従って、２次の電気光学効果を用いると、印加された電圧の２乗に比例した屈折率変化が誘起されるので、より小さな電圧を印加することによって屈折率変化を起こすことができる。また、電気光学効果は１ＧＨｚ程度の高速応答は原理的に可能である。

物質の屈折率の波長分散に関しては、一般的に、文献（以下、文献２と記す）：Ｆ．Ａ．Ｊｅｎｋｉｎｓ ａｎｄ Ｈ．Ｅ．Ｗｈｉｔｅ、“Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ”８／ｅ Ｐａｒｔ ＩＩに参照される、Ｓｅｌｌｍｅｉｅｒの式によって表現される。

従って、Ｓｅｌｌｍｅｉｅｒの式により、スイッチングを行いたい波長（周波数）での屈折率を推定することができる。

一方、デバイスの高速応答性を考慮する時には、そのデバイスの時定数を考慮しなければならない。ファブリ−ペローエタロンは、誘電体を電極で挟む形になっているので、静電容量および抵抗を有する。静電容量Ｃは、下記の式で与えられる。

なお、上記（１０）式のｄは誘電体の厚さ、ε_ｏは真空の誘電率、ε_ｒ は誘電体の比誘電率、Ｓは電極の面積である。静電容量Ｃを低減するためには、電極の面積Ｓの値を小さくし、ｄを大きく取るような構成が有利である。

また、電極による電気抵抗Ｒは、下記の式で与えられる。

なお、上記（１１）式のρ_ｖ は電極の体積抵抗率、ｌは電極の長さ、Ｓは電極の断面積である。以上の関係から、エタロンの表面積をできるだけ小さくし、また電極の抵抗値を下げることによって、高速動作を実現することができる。

次に、本発明のゲートスイッチの実施の形態について以下に説明するが、あくまでも本発明のゲートスイッチを説明するためのものであり、本発明ゲートスイッチの技術的範囲を制限するものではない。したがって、当業者であれば、これらの各要素または全要素を含んだ各種の実施の形態を採用することが可能であるが、これらの実施の形態も本発明に含まれる。

まず、第１の実施の形態〜第３の実施の形態のそれぞれに共通の技術を以下に説明する。

本発明のゲートスイッチでは、Ｋ_１−ｙＬｉ_ｙＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ_３（ＫＬＴＮ）なる組成を有する結晶材料で構成されたファブリ−ペローエタロンを用いることを特徴としている。ＫＬＴＮは正方晶から立方晶へと温度の上昇に従って結晶系を変える。電気光学結晶としてはＬｉＮｂＯ_３（ＬＮ）がよく知られているが、この結晶は正方晶領域において大きな１次の電気光学効果を有する。

１次の電気光学効果は（６）式で示したとおり、電界に比例するため電界の符号を変えて印加することによって、プッシュ−プル動作が実現できることが有利であるが、その反面１次の電気光学効果が発現するためには、中心反転を持たないことが条件である為、必ず光学的な異方性がついて廻ることになる。

従って、デバイスとして用いる際に異方性を打ち消すような工夫をしないと、使用上不都合が起こる場合がある。これに対して、ＫＬＴＮは立方晶領域において、大きい２次の電気光学効果を有する。２次の電気光学効果は（７）式で示した形で表現されるように、電界の２乗に比例する。またＫＬＴＮは特に、正方晶への相転位温度に近い領域では、比誘電率の発散する現象が起こり、比誘電率の２乗に比例する２次の電気光学効果は極めて大きい値となる。

この現象はＫＴａ_１ｘＮｂ_ｘＯ_２（ＫＴＮ）でも生じるが、ＫＴＮの相転位は１次の相転位となり、十分高い比誘電率に到達する前に相転位が生じ、高い効率を得ることが困難である。さらに潜熱を伴いヒステリシスがあるために、温度管理が困難であるという問題点があった。

これは、潜熱を伴う相転位の場合、動作温度が変動し、相転位温度以下になってしまうと、正方晶に構造変化した結晶が、再度温度を動作温度に戻しても立方晶に戻らない現象（ヒステリシス）が起こる。

１次の相転位を有する結晶では、このようなヒステリシスに加え、相転位を繰り返すことによって結晶にクラックが発生する。従って、結晶の温度管理を厳密にする必要がある。理論的には、動作温度は結晶の相転位温度に限りなく近いことが好ましいが、実用的には、相転位温度から３〜１０℃高い温度に動作温度を設定する。

これはペルチェ素子の温度変動（±０．１℃）に加えて、温度の初期設定の際のオーバーシュートなどの幅（１〜２℃）を考慮して設定している。温度変化の影響を避けるために動作温度を相転位温度から離していくと（１／（Ｔ−Ｔｅ））^２）に比例して効率が低下するため、３℃離れると１／９に、１０℃離れると効率が１／１００に低下してしまう。

したがって、１次の相転位を有する結晶によるこのような現象は、実用的に大きな問題であり、できる限り相転位温度に近づけるためには、相転位を潜熱やヒステリシスの伴わない２次の相転位とすることが必要である。

このため本発明においては、Ｋの一部をＬｉに置換したＫＬＴＮを用いる。このＫＬＴＮを用いることにより、相転位が２次に近くなり、高い比誘電率が容易に得られかつ可逆的な相転位となるために、温度管理も容易になるという実用上大きな改善が可能となる。

具体的には、ペルチェ素子などの初期のオーバーシュートは考慮する必要がなくなり、温度変動分の±０．１℃のみ考慮すれば良いことになり、相転位から０．２℃離しておけば、安定な動作が得られることになり、効率の低下を無視できるほど小さくすることができる。

その結果、効率の良い動作が実現でき、ゲートスイッチの消光比を確保するのに必要な屈折率変化を比較的低電圧で実現することが可能となる。

また、この２次の電気光学効果を利用する光のデバイスの動作温度は、結晶の立方晶から正方晶への相転位近傍になるが、ＫＬＴＮ結晶は、ＴａとＮｂの組成を変化させることにより、常誘電性から強誘電性（結晶系は、立方晶から正方晶）への相転位温度をぼほ絶対零度から４００℃まで変化させることが可能である。

このため、この材料を用いた作製したゲートスイッチの動作温度を室温付近に容易に設定できるという利点もある。加えて、このゲートスイッチは、結晶が立方晶の領域で使用するため、複屈折がなく、偏波無依存動作が可能である。

＜第１の実施の形態＞
本実施の形態で用いたファブリ−ペローエタロンの構造を図１に示す。ファブリ−ペローエタロン１は薄片化された誘電体結晶１１の両側にＩＴＯからなる透明電極１２、１３を配置し、該透明電極の外側に誘電体多層膜ミラーを配置した構造となっている。

本実施の形態で用いた誘電体結晶１１はＫＬＴＮであり、Ｌｉの濃度とＮｂの濃度を調整することにより、相転位温度は−１５℃に調整される。ＫＬＴＮは４００ｎｍから３μｍの波長領域にわたって透明であるので、透過型の光デバイスに適している。

本実施の形態で用いた誘電体結晶１１の組成はＫ_０．９６Ｌｉ_０．０４Ｔａ_０．７７Ｎｂ_０．２３Ｏ_３であった。Ｌｉ含有量は、本実施の形態では、０．０４であるが、０．００１の添加でも相転位を２次に変化させる効果があり、０．１までは立方晶を保っており、使用が可能である。特に、０．０１〜０．０６の範囲では、結晶の品質が高く、２００００以上の比誘電率を実現できる。

また、動作温度は−１５℃であり、−１５℃付近における材料の比誘電率は２５０００である。

本実施の形態では、エタロンを３ｍｍ×３ｍｍのサイズとし、１．５５μｍに透過帯域を持つように設計した。１．５５μｍにおける結晶の屈折率は、図２により２．２０６であるため、１９８．５７ＧＨｚのＦＳＲを作る為の結晶厚は、３４２．２μｍであった。時定数を小さくする為、電極面積は極力小さくした。

この電極構造は図３に示され、透明電極（ＩＴＯ）３１の半径は８０μｍである。透明電極の周りをアルミニウムからなる幅２０μｍの電極リング３２で囲み、電極パッド３４（２５０×２５０μｍ^２）と、電極パッドと電極リングを繋ぐリード部分３３（幅２０μｍ）からなっている。更に電極の外側には、誘電体多層膜ミラーの蒸着を行った。ミラーの反射率は９９％にした。

作製したエタロンは、図４のような系にファブリ−ペローエタロン４１を実装し、このファブリ−ペローエタロン４１に光を透過させる配置とした。この時、光の通る断面積を１６０μｍ以下にするために、ファイバーコリメータ４２、４３を用いた。

また、実際にファブリ−ペローエタロン４１の、静電容量と電気抵抗を測定したところ、それぞれ７６ｐＦと１．９ｋΩであった。これらの値から、時定数を求めると１４５ｎｓｅｃとなる。

ここで、文献（以下、文献３と記す）：下小園他、第５１回応用物理学関連連合講演会 講演予稿集 Ｎｏ．３ｐ１３２６を参照して、ＫＴＮのＫｅｒｒ定数Ｓ_１２＝−１．８ｘ１０^−１５（ｍ^２／Ｖ^２）であるので、電圧を印加した時の屈折率変化は図５のようになる。また、電圧を印加した時の透過率の変動を図６に示す。このグラフから、印加電圧Ｖａ＝０（Ｖ）の時、透過率が０ｄＢ、印加電圧Ｖｂ＝１５７．１（Ｖ）の時、透過率が−２０ｄＢであることが分かる。電圧差ΔＶ＝Ｖｂ−Ｖａ＝１５７．１（Ｖ）であるので、１５７．１（Ｖ）で２０ｄＢの消光比を持つスイッチング（ＯＮ→ＯＦＦ）が可能なことが分かる。

また、本実施の形態では、通常ＯＦＦで電圧を印加することによってＯＮ状態となるようなゲートスイッチを作製することもできる。エタロン（ｅｔａｌｏｎ）を３ｍｍ×３ｍｍのサイズとし、１．５５μｍにおいて透過率が−２０ｄＢとなるよう透過帯域を持つように設計した。

１．５５μｍにおける結晶の屈折率は、図２により２．２０５であるため、１９８．７７ＧＨｚのＦＳＲの時、結晶厚は３４２．２μｍであった。時定数を小さくする為、電極面積は極力小さくした。電極構造は既に示した図３と同様の構造を備え、透明電極（ＩＴＯ）３１の半径は８０μｍである。透明電極の周りをアルミニウムからなる幅２０μｍの電極リング３２で囲み、電極パッド３４（２５０×２５０μｍ^２）と、電極パッドと電極リングを繋ぐリード部分３３（幅２０μｍ）からなっている。更に電極の外側には、誘電体多層膜ミラーの蒸着を行った。ミラーの反射率は９９％にした。

作製したエタロンは、既に示した図４に参照される系にファブリ−ペローエタロン４１の実装をおこなった。この時、光の通る断面積を１６０μｍ以下にするために、ファイバーコリメータ４２、４３を用いた。

実際にファブリ−ペローエタロン４１の静電容量と電気抵抗を測定したところ、それぞれ７６ｐＦと１．９ｋΩであった。これらの値から、時定数を求めると１４５ｎｓｅｃとなる。

文献３により、ＫＴＮのＫｅｒｒ定数Ｓ_１２＝−１．８ｘ１０^−１５（ｍ^２／Ｖ^２）であるので、電圧を印加した時の屈折率変化は図５のようになる。また、電圧を印加した時の透過率の変動を図７に示す。このグラフから、印加電圧Ｖａ＝０（Ｖ）の時、透過率が−２０ｄＢ、印加電圧Ｖｂ＝１５８．９（Ｖ）の時、透過率が０ｄＢであることが分かる。電圧差ΔＶ＝Ｖｂ−Ｖａ＝１５８．９（Ｖ）であるので、１５８．９（Ｖ）で２０ｄＢの消光比を持つスイッチング（ＯＦＦ→ＯＮ）が可能なことが分かる。

従って、本発明の形態によれば、スイッチング速度１４５ｎｓｅｃ、駆動電圧１５７．０６Ｖ、消光比２０ｄＢの高速ゲートスイッチ（ＯＮ→ＯＦＦ）および、スイッチング速度１４５ｎｓｅｃ、駆動電圧１５８．９２Ｖの高速ゲートスイッチ（ＯＦＦ→ＯＮ）を実現できることがわかった。

＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態で用いるファブリ−ペローエタロンの構造は、既に第１の実施の形態の説明にて参照した図１と同様の構成を備えている。ファブリ−ペローエタロン１は薄片化された誘電体結晶１１の両側にＩＴＯからなる透明電極１２、１３を配置し、該透明電極の外側に誘電体多層膜ミラーを配置した構造となっている。

本実施の形態で用いた誘電体結晶１１はＫＬＴＮであり、Ｌｉの濃度とＮｂの濃度を調整することにより、相転位温度は−１５℃に調整される。ＫＬＴＮは４００ｎｍから３μｍの波長領域にわたって透明であるので、透過型の光デバイスに適している。

本実施の形態で用いた誘電体結晶１１の組成はＫ_０．９６Ｌｉ_０．０４Ｔａ_０．７７Ｎｂ_０．２３Ｏ_３であった。Ｌｉ含有量は、本実施の形態では、０．０４であるが、０．００１の添加でも相転位を２次に変化させる効果があり、０．１までは立方晶を保っており、使用が可能である。特に、０．０１〜０．０６の範囲では、結晶の品質が高く、２００００以上の比誘電率を実現できる。

また、動作温度は−１５℃であり、−１５℃付近における材料の比誘電率は２５０００である。

本実施の形態では、エタロンを３ｍｍ×３ｍｍサイズとし、光の三原色である赤色ＬＥＤ（発光波長６４７ｎｍ）、緑色ＬＥＤ（発光波長５５８ｎｍ）、青色ＬＥＤ（発光波長４７０ｎｍ）に適合するゲートスイッチを作製した。

まず始めに赤色ＬＥＤに適合するゲートスイッチについて記述する。本実施の形態では、エタロンを３ｍｍ×３ｍｍのサイズとし、６４７ｎｍに透過帯域を持つように設計した。６４７ｎｍにおける結晶の屈折率は、図２により２．２８２である。これにより、８９８．５ＧＨｚのＦＳＲで結晶厚が７８．１μｍのエタロンを作製した。時定数を小さくする為、電極面積は極力小さくした。

電極構造は図３に示す。透明電極（ＩＴＯ）３１の半径は８０μｍである。透明電極の周りをアルミニウムからなる幅２０μｍの電極リング３２で囲み、電極パッド３４（２５０×２５０μｍ^２）と、電極パッドと電極リングを繋ぐリード部分３３（幅２０μｍ）からなっている。更に電極の外側には、誘電体多層膜ミラーの蒸着を行った。ミラーの反射率は９０％にした。

実際にエタロンの、静電容量と電気抵抗を測定したところ、それぞれ３８１ｐＦと１．９ｋΩであった。これらの値から、時定数を求めると７１８ｎｓｅｃとなる。

文献３により、１．５５μｍにおけるＫＴＮのＫｅｒｒ定数Ｓ_１２＝−１．８ｘ１０^−１５（ｍ^２／Ｖ^２）である。また、文献（以下、文献４と記す）：Ｊ．Ｅ．Ｇｅｕｓｉｃ、Ｓ．Ｋ．Ｋｕｒｚ、Ｌ、Ｇ．Ｖａｎ Ｕｉｔｅｒｔ、ａｎｄ Ｓ．Ｈ．Ｗｅｍｐｌｅ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ．４、１４１（１９６４）に参照されるように、Ｋｅｒｒ定数には波長依存性があることが分かっている。

図８がＫＴＮのｇ_１１−ｇ_１２の波長依存性である。数式８で示されるように定数ｓ_１２はｇ_１２に比例する定数であるので、図８のｇ_１１−ｇ_１２の波長依存性と同様の波長依存性の傾向を示すと思われる。従って、波長６４７ｎｍ付近でのＫｅｒｒ定数は、Ｓ_１２＝−２．１ｘ１０^−１５（ｍ^２／Ｖ^２）である。従って、このエタロンに電圧を印加した時の屈折率変化は図９のようになる。

また、電圧を印加した時の透過率の変動を図１０に示す。このグラフから、印加電圧Ｖａ＝０（Ｖ）の時、透過率が０ｄＢ、印加電圧Ｖｂ＝１２８．０（Ｖ）の時、透過率が−２０ｄＢであることが分かる。電圧差ΔＶ＝Ｖｂ−Ｖａ＝１２８．０（Ｖ）であるので、１２８．０（Ｖ）で２０ｄＢの消光比を持つスイッチング（ＯＮ→ＯＦＦ）が可能なことが分かる。

また、本実施の形態では、通常ＯＦＦ状態で電圧を印加することによってＯＮ状態となるようなゲートスイッチを作製することもできる。エタロンを３ｍｍ×３ｍｍのサイズとし、６４７ｎｍにおいて透過率が−２０ｄＢとなるよう透過帯域を持つように設計した。６４７ｎｍにおける結晶の屈折率は、図２により２．２８２である。これにより、９１６．５ＧＨｚのＦＳＲで結晶厚が７１．７μｍのエタロンを作製した。時定数を小さくする為、電極面積は極力小さくした。

電極構造は図３に示す。透明電極（ＩＴＯ）３１の半径は８０μｍである。透明電極の周りをアルミニウムからなる幅２０μｍの電極リング３２で囲み、電極パッド３４（２５０×２５０μｍ^２）と、電極パッドと電極リングを繋ぐリード部分３３（幅２０μｍ）からなっている。更に電極の外側には、誘電体多層膜ミラーの蒸着を行った。ミラーの反射率は９９％にした。

作製したエタロンは、図４のような系に実装をおこなった。この時、光の通る断面積を１６０μｍ以下にするために、ファイバーコリメータ４２、４３を用いた。

実際にエタロンの、静電容量と電気抵抗を測定したところ、それぞれ８８１ｐＦと１．９ｋΩであった。これらの値から、時定数を求めると７１８ｎｓｅｃとなる。

文献３により、１．５５μｍにおけるＫＴＮのＫｅｒｒ定数Ｓ_１２＝−１．６ｘ１０^−１５（ｍ^２／Ｖ^２）である。文献４よりＫｅｒｒ定数には波長依存性があることが分かっている。図８がＫＴＮのｇ_１１−ｇ_１２の波長依存性である。数式８で示されるように定数ｓ_１２はｇ_１２に比例する定数であるので、図８のｇ_１１−ｇ_１２の波長依存性と同様の波長依存性の傾向を示すと思われる。

従って、波長６４７ｎｍ付近でのＫｅｒｒ定数は、Ｓ_１２＝−２．１ｘ１０^−１５（ｍ^２／Ｖ^２）である。従って、このエタロンに電圧を印加した時の屈折率変化は図９のようになる。また、電圧を印加した時の透過率の変動を図１１に示す。このグラフから、印加電圧Ｖａ＝０（Ｖ）の時、透過率が−２０ｄＢ、印加電圧Ｖｂ＝１３０．０（Ｖ）の時、透過率が０ｄＢであることが分かる。電圧差ΔＶ＝Ｖｂ−Ｖａ＝１３０．０（Ｖ）であるので、１３０．０（Ｖ）で２０ｄＢの消光比を持つスイッチング（ＯＦＦ→ＯＮ）が可能なことが分かる。

次に、緑色ＬＥＤに適合するゲートスイッチについて記述する。本実施の形態では、エタロンを３ｍｍ×３ｍｍサイズとし、５５８ｎｍに透過帯域を持つように設計した。５５８ｎｍにおける結晶の屈折率は、図２により２．３１７である。これにより、９３７．６ＧＨｚのＦＳＲで結晶厚が６９．０μｍのエタロンを作製した。時定数を小さくする為、電極面積は極力小さくした。

電極構造は図３に示す。透明電極（ＩＴＯ）３１の半径は８０μｍである。透明電極の周りをアルミニウムからなる幅２０μｍの電極リング３２で囲み、電極パッド３４（２５０×２５０μｍ^２）と、電極パッドと電極リングを繋ぐリード部分３３（幅２０μｍ）からなっている。更に電極の外側には、誘電体多層膜ミラーの蒸着を行った。ミラーの反射率は９０％にした。

実際にエタロンの、静電容量と電気抵抗を測定したところ、それぞれ３８１ｐＦと１．９ｋΩであった。これらの値から、時定数を求めると７１８ｎｓｅｃとなる。

文献３により、１．５５μｍにおけるＫＴＮのＫｅｒｒ定数Ｓ_１２＝−１．８ｘ１０^−１５（ｍ^２／Ｖ^２）である。文献４よりＫｅｒｒ定数には波長依存性があることが分かっている。図８がＫＴＮのｇ_１１−ｇ_１２の波長依存性である。数式８で示されるように定数ｓ_１２はｇ_１２に比例する定数であるので、図８のｇ_１１−ｇ_１２の波長依存性と同様の波長依存性の傾向を示すと思われる。

従って、波長５５８ｎｍ付近でのＫｅｒｒ定数は、Ｓ_１２＝−２．２ｘ１０^−１５（ｍ^２／Ｖ^２）である。従って、このエタロンに電圧を印加した時の屈折率変化は図１２のようになる。また、電圧を印加した時の透過率の変動を図１３に示す。このグラフから、印加電圧Ｖａ＝０（Ｖ）の時、透過率が０ｄＢ、印加電圧Ｖｂ＝１１７．２（Ｖ）の時、透過率が−２０ｄＢであることが分かる。電圧差ΔＶ＝Ｖｂ−Ｖａ＝１１７．２（Ｖ）であるので、１１７．２（Ｖ）で２０ｄＢの消光比を持つスイッチング（ＯＮ→ＯＦＦ）が可能なことが分かる。

また、本実施の形態では、通常ＯＦＦ状態で電圧を印加することによってＯＮ状態となるようなゲートスイッチを作製することもできる。エタロンを３ｍｍ×３ｍｍサイズとし、５５８ｎｍにおいて透過率が−２０ｄＢとなるよう透過帯域を持つように設計した。５５８ｎｍにおける結晶の屈折率は、図２により２．３１７である。これにより、９５４．５ＧＨｚのＦＳＲで結晶厚が６７．８μｍのエタロンを作製した。時定数を小さくする為、電極面積は極力小さくした。

電極構造は既に示した図３と同様である。透明電極（ＩＴＯ）３１の半径は８０μｍである。透明電極の周りをアルミニウムからなる幅２０μｍの電極リング３２で囲み、電極パッド３４（２５０×２５０μｍ^２）と、電極パッドと電極リングを繋ぐリード部分３３（幅２０μｍ）からなっている。更に電極の外側には、誘電体多層膜ミラーの蒸着を行った。ミラーの反射率は９０％にした。

作製したエタロンは、図４のような系にファブリ−ペローエタロン４１の実装をおこなった。この時、光の通る断面積を１６０μｍ以下にするために、ファイバーコリメータ４２、４３を用いた。

実際にファブリ−ペローエタロン４１の、静電容量と電気抵抗を測定したところ、それぞれ３８１ｐＦと１．９ｋΩであった。これらの値から、時定数を求めると７１８ｎｓｅｃとなる。

文献３により、１．５５μｍにおけるＫＴＮのＫｅｒｒ定数Ｓ_１２＝−１．８ｘ１０^−１５（ｍ^２／Ｖ^２）である。文献４よりＫｅｒｒ定数には波長依存性があることが分かっている。図８がＫＴＮのｇ_１１−ｇ_１２の波長依存性である。数式８で示されるように定数ｓ_１２はｇ_１２に比例する定数であるので、図７のｇ_１１−ｇ_１２の波長依存性と同様の波長依存性の傾向を示すと思われる。

従って、波長５５８ｎｍ付近でのＫｅｒｒ定数は、Ｓ_１２＝−２．２ｘ１０^−１５（ｍ^２／Ｖ^２）である。従って、このエタロンに電圧を印加した時の屈折率変化は図１２のようになる。また、電圧を印加した時の透過率の変動を図１４に示す。このグラフから、印加電圧Ｖａ＝０（Ｖ）の時、透過率が−２０ｄＢ、印加電圧Ｖｂ＝１１８．４（Ｖ）の時、透過率が０ｄＢであることが分かる。電圧差ΔＶ＝Ｖｂ−Ｖａ＝１１８．４（Ｖ）であるので、１１８．４（Ｖ）で２０ｄＢの消光比を持つスイッチング（ＯＦＦ→ＯＮ）が可能なことが分かる。

次に、青色ＬＥＤに適合するゲートスイッチについて記述する。本実施の形態では、エタロンを３ｍｍ×３ｍｍのサイズとし、４７０ｎｍに透過帯域を持つように設計した。４７０ｎｍにおける結晶の屈折率は、図２により２．３７７である。これにより、９２７．８ＧＨｚのＦＳＲで結晶厚が、６８．０μｍのエタロンを作製した。時定数を小さくする為、電極面積は極力小さくした。

電極構造は図３に示す。透明電極（ＩＴＯ）３１の半径は８０μｍである。透明電極の周りをアルミニウムからなる幅２０μｍの電極リング３２で囲み、電極パッド３４（２５０×２５０μｍ^２）と、電極パッドと電極リングを繋ぐリード部分３３（幅２０μｍ）からなっている。更に電極の外側には、誘電体多層膜ミラーの蒸着を行った。ミラーの反射率は９０％にした。

実際にエタロンの、静電容量と電気抵抗を測定したところ、それぞれ８８１ｐＦと１．９ｋΩであった。これらの値から、時定数を求めると７１８ｎｓｅｃとなる。

文献３により、１．５５μｍにおけるＫＴＮのＫｅｒｒ定数Ｓ_１２＝−１．８ｘ１０^−１５（ｍ^２／Ｖ^２）である。文献４よりＫｅｒｒ定数には波長依存性があることが分かっている。図８がＫＴＮのｇ_１１−ｇ_１２の波長依存性である。数式８で示されるように定数ｓ_１２はｇ_１２に比例する定数であるので、図８のｇ_１１−ｇ_１２の波長依存性と同様の波長依存性の傾向を示すと思われる。

従って、波長４７０ｎｍ付近でのＫｅｒｒ定数は、Ｓ_１２＝−２．７ｘ１０^−１５（ｍ^２／Ｖ^２）である。従って、このエタロンに電圧を印加した時の屈折率変化は図１５のようになる。

また、電圧を印加した時の透過率の変動を図１６に示す。このグラフから、印加電圧Ｖａ＝０（Ｖ）の時、透過率が０ｄＢ、印加電圧Ｖｂ＝９４．２（Ｖ）の時、透過率が−２０ｄＢであることが分かる。電圧差ΔＶ＝Ｖｂ−Ｖａ＝９４．２（Ｖ）であるので、９４．２（Ｖ）で２０ｄＢの消光比を持つスイッチング（ＯＮ→ＯＦＦ）が可能なことが分かる。

また、本実施の形態では、通常ＯＦＦ状態で電圧を印加することによってＯＮ状態となるようなゲートスイッチを作製することもできる。エタロンを３ｍｍ×３ｍｍサイズとし、４７０ｎｍにおいて透過率が−２０ｄＢとなるよう透過帯域を持つように設計した。４７０ｎｍにおける結晶の屈折率は、図２により２．３７７である。これにより、９４１．５ＧＨｚのＦＳＲで結晶厚が６７．０μｍのエタロンを作製した。時定数を小さくする為、電極面積は極力小さくした。

電極構造は図３に示す。透明電極（ＩＴＯ）３１の半径は８０μｍである。透明電極の周りをアルミニウムからなる幅２０μｍの電極リング３２で囲み、電極パッド３４（２５０×２５０μｍ^２）と、電極パッドと電極リングを繋ぐリード部分３３（幅２０μｍ）からなっている。更に電極の外側には、誘電体多層膜ミラーの蒸着を行った。ミラーの反射率は９０％にした。

作製したエタロンは、既に示した図４と同様の系にファブリ−ペローエタロン４１の実装をおこなった。この時、光の通る断面積を１６０μｍ以下にするために、ファイバーコリメータ４２、４３を用いた。

実際にファブリ−ペローエタロン４１の、静電容量と電気抵抗を測定したところ、それぞれ８８１ｐＦと１．９ｋΩであった。これらの値から、時定数を求めると７１８ｎｓｅｃとなる。

文献３により、１．５５μｍにおけるＫＴＮのＫｅｒｒ定数Ｓ_１２＝−１．８ｘ１０^−１５（ｍ^２／Ｖ^２）である。文献４よりＫｅｒｒ定数には波長依存性があることが分かっている。図８がＫＴＮのｇ_１１−ｇ_１２の波長依存性である。数式８で示されるように定数ｓ_１２はｇ_１２に比例する定数であるので、図８のｇ_１１−ｇ_１２の波長依存性と同様の波長依存性の傾向を示すと思われる。従って、波長４７０ｎｍ付近でのＫｅｒｒ定数は、Ｓ_１２＝−２．７ｘ１０^−１５（ｍ^２／Ｖ^２）である。

従って、このエタロンに電圧を印加した時の屈折率変化は図１５のようになる。また、電圧を印加した時の透過率の変動を図１７に示す。このグラフから、印加電圧Ｖａ＝０（Ｖ）の時、透過率が−２０ｄＢ、印加電圧Ｖｂ＝９４．９（Ｖ）の時、透過率が０ｄＢであることが分かる。電圧差ΔＶ＝Ｖｂ−Ｖａ＝９４．９（Ｖ）であるので、９４．９（Ｖ）で２０ｄＢの消光比を持つスイッチング（ＯＦＦ→ＯＮ）が可能なことが分かる。

以上により、ディスプレイ用の光源、赤（６４７ｎｍ）、緑（５５８ｎｍ）、青（４７０ｎｍ）に対して、本発明の方法により高速ゲートスイッチを実現できることがわかった。

＜第３の実施の形態＞
本実施例では、波長１．５５μｍ用に作製したゲートスイッチを組み合わせて作製した空間光スイッチについて記述する。図１８に空間光スイッチの概念図を示す。

本スイッチはビームスプリッタ１８１とゲートスイッチ１８２を組み合わせることによって動作を行う。入力ポートから入ってきた時分割多重された信号は、まずビームスプリッタによって４つのポートに分配される。

ここで用いているスプリッタは１×４のスプリッタで全ての出力ポート１〜４に対して等価な出力を行う。その後、ゲートスイッチ１８２のＯＮ／ＯＦＦを時分割して行うことによって、それぞれのポートへと振り分けられる。この時のポートスイッチのスイッチング速度は１４５ｎｓｅｃ、駆動電圧１５７．１Ｖの（ＯＮ→ＯＦＦ）であった。

以上述べたように、本発明の実施の形態においては、２次の電気光学結晶を有する結晶を用いたエタロンを構成し、結晶に隣接して設けた透明電極に電圧を印加することによって、ゲートスイッチ及び空間光スイッチを実現することができる。

更に、電極構造を工夫することによって、数１０〜数１００ｎｓ程度の高速な動作も実現することができ、このスイッチを空間的に組み合わせることによって、空間光スイッチを実現することができ、この空間光スイッチを用いると、高速なドロップ回路を実現することができる。

本発明の第１および第２の実施の形態に掛かるゲートスイッチを構成するファブリ−ペローエタロンを示す図である。 本発明で用いた２次の電気光学効果を有するＫＴＮの屈折率の波長依存性を示す図である。 本発明の第１および第２の実施の形態に掛かるゲートスイッチを構成するファブリ−ペローエタロンを施した電極を示す図である。 本発明の第１の実施の形態において、ゲートスイッチの両端に光ファイバを実装した図である。 本発明第１の実施の形態において使用したゲートスイッチに電圧を印加した際の波長１．５５μｍにおける屈折率の変化を表す図である。 本発明第１の実施の形態において使用したゲートスイッチ（ＯＮ→ＯＦＦ）に電圧を印加した際の波長１．５５μｍにおける透過率の変化を表す図である。 本発明第１の実施の形態において使用したゲートスイッチ（ＯＦＦ→ＯＮ）に電圧を印加した際の波長１．５５μｍにおける透過率の変化を表す図である。 本発明中の文献５に示されているＫＴＮのＫｅｒｒ定数ｇ_１１−ｇ_１２の波長依存性を示す図である。 本発明第２の実施の形態において使用したゲートスイッチに電圧を印加した際の波長６４７ｎｍにおける屈折率の変化を表す図である。 本発明第２の実施の形態において使用したゲートスイッチ（ＯＮ→ＯＦＦ）に電圧を印加した際の波長６４７ｎｍにおける透過率の変化を表す図である。 本発明第２の実施の形態において使用したゲートスイッチ（ＯＦＦ→ＯＮ）に電圧を印加した際の波長６４７ｎｍにおける透過率の変化を表す図である。 本発明第２の実施の形態において使用したゲートスイッチに電圧を印加した際の波長５８８ｎｍにおける屈折率の変化を表す図である。 本発明第２の実施の形態において使用したゲートスイッチ（ＯＮ→ＯＦＦ）に電圧を印加した際の波長５８８ｎｍにおける透過率の変化を表す図である。 本発明第２の実施の形態において使用したゲートスイッチ（ＯＦＦ→ＯＮ）に電圧を印加した際の波長５８８ｎｍにおける透過率の変化を表す図である。 本発明第２の実施の形態において使用したゲートスイッチに電圧を印加した際の波長４７０ｎｍにおける屈折率の変化を表す図である。 本発明第２の実施の形態において使用したゲートスイッチ（ＯＮ→ＯＦＦ）に電圧を印加した際の波長４７０ｎｍにおける透過率の変化を表す図である。 本発明第２の実施の形態において使用したゲートスイッチ（ＯＦＦ→ＯＮ）に電圧を印加した際の波長４７０ｎｍにおける透過率の変化を表す図である。 本発明の第３の実施の形態に掛かる空間光スイッチを表す概念図である。

符号の説明

１…ファブリ−ペローエタロン
１１…誘電体結晶
１２、１３…電極
３１…透明電極
３２、３３、３４…金属（Ａｌ）電極
４…ゲートスイッチ
４１…ファブリ−ペローエタロン
４２、４３…シングルモードファイバー
１８１…ビームスプリッタ
１８２…ゲートスイッチ

Claims (13)

1. 立方晶構造及び２次の電気光学効果を有する誘電体結晶と、
   前記誘電体結晶に隣接して配置された透明電極と、
   前記透明電極に隣接して配置された誘電体多層膜から成る誘電体多層膜ミラーと、で構成されるエタロンを含み、
   前記透明電極に印加された電圧により光のスイッチングを行うことを特徴とするゲートスイッチ。
2. 前記誘電体結晶と透明電極が交互に配置され、前記誘電体多層膜ミラーが、当該交互に配置された誘電体結晶と透明電極の両側に配置されたことを特徴とする請求項１記載のゲートスイッチ。
3. 立方晶構造及び２次の電気光学効果を有する誘電体結晶と、
   前記誘電体結晶に隣接して配置された金属薄膜電極と、で構成されるエタロンを含み、
   前記金属薄膜電極に印加された電圧により光のスイッチングを行うことを特徴とするゲートスイッチ。
4. 立方晶構造及び２次の電気光学効果を有する誘電体結晶と、
   前記誘電体結晶に隣接して配置された透明電極と、
   前記透明電極の表面にコーティングされた金属薄膜に隣接して配置された誘電体多層膜から成る誘電体多層膜ミラーと、で構成されるエタロンを含み、
   前記透明電極に印加された電圧により光のスイッチングを行うことを特徴とするゲートスイッチ。
5. 前記透明電極または前記金属薄膜が、光が通過する部分だけに形成されていることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれかに記載のゲートスイッチ。
6. 前記エタロンの温度制御を行った上で、当該エタロンに電圧を印加するように構成されたことを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれかに記載のゲートスイッチ。
7. 前記誘電体結晶は、単結晶であり、その結晶軸の一つが該誘電体結晶に照射される光の透過方向と一致するように配置されたことを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれかに記載のゲートスイッチ。
8. 前記誘電体結晶は、多結晶であり、その結晶軸の少なくとも一つが該誘電体結晶に照射される光の透過方向と一致するように配置されたことを特徴とする請求項１〜７のうちのいずれかに記載のゲートスイッチ。
9. 前記誘電体結晶は、Ｋ_１−ｙＬｉ_ｙＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ_３の組成を有することを特徴とする請求項１〜８のうちのいずれかに記載のゲートスイッチ。
10. 前記誘電体結晶は、ＫＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ_３におけるＫの全て、もしくはＫ_１−ｙＬｉ_ｙＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ_３におけるＫおよびＬｉの全てをＢａ、Ｓｒ、Ｃａのうちの少なくとも一つの元素で置き換え、且つＴａおよびＮｂの全てをＴｉで置き換えた組成を有することを特徴とする請求項１〜９のうちのいずれかに記載のゲートスイッチ。
11. 前記誘電体結晶は、ＫＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ_３におけるＫの全て、もしくはＫ_１−ｙＬｉ_ｙＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ_３におけるＫおよびＬｉの全てをＰｂとＬａのうちの少なくとも一方の元素で置き換え、且つＴａおよびＮｂの全てをＴｉとＺｒのうちの少なくとも一方の元素で置き換えた組成を有することを特徴とする請求項１〜１０のうちのいずれかに記載のゲートスイッチ。
12. 前記誘電体結晶の組成における第１の組成比としての前記ｘは、０．１以上０．５以下であり、前記誘電体結晶の第２の組成比としての前記ｙは、０より大であり０．１未満であることを特徴とする請求項１〜１１のうちのいずれかに記載のゲートスイッチ。
13. 前記請求項１〜１２に記載のゲートスイッチを複数個で有し、それぞれの前記ゲートスイッチにビームスプリッタにて分光された光がそれぞれ入射するように配置されて、もって前記光を出力するための複数のポートを構成していることを特徴とする空間光スイッチ。

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