JP2006215405A - ゲートスイッチおよびそれを用いた空間光スイッチとゲートスイッチングシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 立方晶構造かつ2次の電気光学効果を有する誘電体結晶と、互いに略平行に配置された2つの透明電極と、該透明電極のそれぞれに設けられた誘電体多層膜ミラーとを有するエタロン11と、エタロン11と温度特性が同一であるエタロン12とを備え、エタロン11とエタロン12とはタンデムに配置されている。このように、二段タンデムエタロンの一段目のエタロンであるエタロン11で波長を切り出し、二段目のエタロンであるエタロン12で印加された電圧により光のスイッチングを行うことにより、温度調節無しで光のスイッチングを行う。
【選択図】 図2
Description
個々の実施形態について説明する前に、本発明の基本原理について説明する。最初にファブリ−ペロ−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。ファブリーペローエタロンの透過帯の中心周波数νmは下記の式で表される。
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−効果)とがある。1次の電気光学効果は、電界強度に比例して効果が現れ、屈折率変化は下記の式で表される。
本発明の一実施形態に係るゲートスイッチは、立方晶構造かつ2次の電気光学効果を有する誘電体結晶、具体的には、K1−yLiyTa1−xNbxO3(0<x<1、0<y<1)(KLTN)なる組成を有する結晶材料で構成されたファブリーペローエタロンを用いることを特徴としている。なお、本発明の一実施形態では、上記誘電体結晶として用いられる材料はKLTNに限らず、例えば、KTa1−xNbxO3(0<x<1)(KTN)など、立方晶構造かつ2次の電気光学効果を有する誘電体結晶であればいずれを用いても良い。
図1(a)において、光源100からブロード光104がエタロン102に入射される。ブロード光104は、図1(b)に示すようなスペクトル107を有する。エタロン102では、ブロード光104が入射されると、ブロード光104から、環境温度における透過中心波長の切り出しを行う。1段目のエタロン102を透過した光105(エタロン102にて切り出された波長の光)は、図1(c)に示されように、環境温度が低い場合は、スペクトル109のようになり、環境温度が高い場合は、スペクトル110のようになる。なお、図1(c)から、破線で示したブロード光のスペクトル108に対して、透過中心波長の切り出しの様子が見てとれる。
本実施形態では、波長1.55μmにおけるゲートスイッチについて説明する。
本実施形態で用いたタンデムエタロン型ゲートスイッチの概念図を図2に示す。図2において、サブマウント16aおよび16b上のそれぞれに、バンドパスフィルタ用のエタロン11とゲートスイッチ用のエタロン12とをタンデムに配置した構造となっている。このとき、エタロン11とエタロン12とを通過する光が、それぞれが有する後述する誘電体多層膜ミラーに入射されるように、該ミラーはそれぞれ配置されている。すなわち、エタロン11の出射側のミラーとエタロン12の入射側のミラーとは略平行に配置されている。バンドパスフィルタ用のエタロン11とゲートスイッチ用のエタロン12とは、温度特性を同じにするため、同−のファブリ−ペロ−エタロンで構成されている。
本実施形態では、波長1.3μmにおけるゲートスイッチについて説明する。本実施形態において、タンデムエタロン型ゲートスイッチ、タンデムエタロンに用いるファブリーペローエタロンおよび電極構造は、第1の実施形態と同様のものを用いるので、その説明は省略する。ただし、本実施形態では、エタロンを、1.3μmに透過帯域を持つように設計している。1.3μmにおける結晶の屈折率は、図4により2.212であるため、310GHzのFSRを作る為の結晶厚は、219μmである。
本実施形態では、光の三原色の波長におけるゲートスイッチについて説明する。本実施形態において、タンデムエタロン型ゲートスイッチ、タンデムエタロンに用いるファブリーペローエタロンおよび電極構造は、第1の実施形態と同様のものを用いるので、その説明は省略する。ただし、本実施形態では、光の三原色の各波長に合わせてエタロンを作製している。すなわち、本実施形態では、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する。
赤色LEDに適合させるので、エタロンを、647nmに透過帯域を持つように設計する。647nmにおける結晶の屈折率は、図4により2.282であるため、899GHzのFSRを作る為の結晶厚は、73μmである。
緑色LEDに適合させるので、エタロンを、558nmに透過帯域を持つように設計する。558nmにおける結晶の屈折率は、図4により2.317であるため、890GHzのFSRを作る為の結晶厚は、69μmである。
青色LEDに適合させるので、エタロンを、470nmに透過帯域を持つように設計する。470nmにおける結晶の屈折率は、図4により2.377であるため、928GHzのFSRを作る為の結晶厚は、68μmである。
本実施形態では、波長1.55μm用に作製したゲートスイッチを備えた空間光スイッチについて説明する。
図26は、本実施形態に係る空間光スイッチの概念図である。図26において、本実施形態に係る空間光スイッチは、入射光を4つの分離した光として出力する、光分岐手段としてのビームスプリッタ261と、4つのバンドパスフィルタ用のエタロン262と、4つのゲートスイッチ用のエタロン263とを備えている。このようにタンデム配置されたエタロン262とエタロン263とによって、本発明の一実施形態に係るタンデムエタロン型ゲートスイッチを構成している。
12 ゲートスイッチ用のエタロン
13a、13b コリメートレンズ
14 光ビーム
15、19 光ファイバ
16 サブマウント
17 電極
18 電圧印加部
20 ファブリーペローエタロン
21 誘電体結晶
22、23、41 透明電極
24、25 金属薄膜電極
42、43、44 金属(Al)電極
100 光源
101 タンデムエタロン型ゲートスイッチ
102、262 バンドパスフィルタ用の1段目のエタロン
103、263 ゲートスイッチ用の2段目のエタロン
104 ブロード光
105 1段目のエタロンを透過した光
106 変調光
107、108 ブロード光のスペクトル
109、111 1段目のエタロンを透過した光のスペクトル(低温時)
110、113 1段目のエタロンを透過した光のスペクトル(高温時)
112 2段目のエタロンを透過した光のスペクトル(電圧印加、低温時)
114 2段目のエタロンを透過した光のスペクトル(電圧印加、高温時)
261 ビームスプリッタ
Claims (15)
- 立方晶構造かつ2次の電気光学効果を有する第1の誘電体結晶と、前記第1の誘電体結晶の第1の面に設けられた、前記第1の誘電体結晶に電圧を印加し、かつ所定の周波数近傍の光を選択的に所定の透過率で透過し、前記所定の周波数近傍以外の光を所定の割合で反射する第1の部材と、前記第1の誘電体結晶の前記第1の面に対向する第2の面に設けられた、前記第1の誘電体結晶に電圧を印加し、かつ前記所定の周波数近傍の光を選択的に所定の透過率で透過し、前記所定の周波数以外の光を所定の割合の反射率で反射する第2の部材とを有し、光源から発振されたブロード光が前記第1の面から入射される第1のエタロンと、
立方晶構造かつ2次の電気光学効果を有する第2の誘電体結晶と、前記第2の誘電体結晶の第3の面に設けられた、前記第2の誘電体結晶に電圧を印加し、かつ前記所定の周波数近傍の光を選択的に所定の透過率で透過し、前記所定の周波数近傍以外の光を所定の割合で反射する第3の部材と、前記第2の誘電体結晶の前記第3の面に対向する第4の面に設けられた、前記第2の誘電体結晶に電圧を印加し、かつ前記所定の周波数近傍の光を選択的に所定の透過率で透過し、前記所定の周波数以外の光を所定の割合で反射する第4の部材と、前記第2の誘電体結晶に電圧を印加する電圧印加手段とを有し、前記第1のエタロンと温度特性が同一である第2のエタロンとを備え、
前記第1のエタロンと第2のエタロンとはタンデムに配置され、かつ前記第2の面と前記第3の面とが略平行に配置されていることを特徴とするゲートスイッチ。 - 前記電圧印加手段は、前記第2の誘電体結晶に設けられた電極と、該電極に電圧を印加する電圧印加部とを有し、
前記第1のエタロンは前記入射されたブロード光から波長を切り出し、前記第2のエタロンは、前記電極により電圧を印加されることにより、前記第1のエタロンから入射された切り出された波長の光をスイッチングすることを特徴とする請求項1記載のゲートスイッチ。 - 前記第1〜第4の部材はそれぞれ、金属薄膜電極であることを特徴とする請求項1または2記載のゲートスイッチ。
- 前記第1〜第4の部材はそれぞれ、対応する誘電体結晶の面に設けられた透明電極と、該透明電極に設けられた誘電体多層膜からなる誘電体多層膜ミラーとを有することを特徴とする請求項1または2記載のゲートスイッチ。
- 前記第1および第2の部材は金属薄膜電極であり、前記第3および第4の部材はそれぞれ、対応する誘電体結晶の面に設けられた透明電極と、該透明電極に設けられた誘電体多層膜からなる誘電体多層膜ミラーとを有することを特徴とする請求項1または2記載のゲートスイッチ。
- 前記透明電極は、前記誘電体結晶の光が透過する領域に形成されていることを特徴とする請求項4または5記載のゲートスイッチ。
- 前記透明電極と、前記誘電体多層膜ミラーとの間には、前記所定の周波数近傍の光を選択的に所定の透過率で透過し、前記所定の周波数以外の光を所定の割合で反射する金属薄膜電極が設けられていることを特徴とする請求項4乃至6のいずれかに記載のゲートスイッチ。
- 前記誘電体結晶は、単結晶であり、該単結晶の結晶軸の1つが前記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ていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載のゲートスイッチ。
- 前記誘電体結晶は、多結晶であり、該結晶の結晶軸の少なくとも1つが前記誘電体結晶に照射された光の透過方向と一致するように配置されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載のゲートスイッチ。
- 前記誘電体結晶は、K1−yLiyTa1−xNbxO3(0<x<1、0<y<1)の組成を有することを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載のゲートスイッチ。
- 前記誘電体結晶は、KTa1−xNbxO3(0<x<1)におけるKの全て、もしくは、K1−yLiyTa1−xNbxO3(0<x<1、0<y<1)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1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乃至9のいずれかに記載のゲートスイッチ。
- 前記誘電体結晶は、KTa1−xNbxO3(0<x<1)におけるKの全て、もしくは、K1−yLiyTa1−xNbxO3(0<x<1、0<y<1)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乃至9のいずれかに記載のゲートスイッチ。
- 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、前記誘電体結晶の組成における第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10乃至12のいずれかに記載のゲートスイッチ。
- 複数個の請求項1乃至13のいずれかに記載のゲートスイッチと、
入射光を前記複数個に分岐する光分岐手段であって、該分岐された各々の光を、前記複数個のゲートスイッチの各々に入射するように配置された光分岐手段と
を備えることを特徴とする空間光スイッチ。 - 請求項1乃至13のいずれかに記載のゲートスイッチと、
前記ゲートスイッチに入射されるブロード光を発振する光源と
を備えることを特徴とするゲートスイッチングシステム。
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