JP2007034058A - Gate switch - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ゲートスイッチに関し、より詳細には、電気信号で光信号を制御する、光通信用、光計測用およびプロジェクター、コピー機、プリンタ、スキャナー等に適用可能なゲートスイッチに関する。 The present invention relates to a gate switch, and more particularly to a gate switch that controls an optical signal with an electric signal and that can be applied to optical communication, optical measurement, projectors, copiers, printers, scanners, and the like.
近年の光通信技術の発達により、光信号を高速にON/OFFするためのゲートスイッチが重要になってきている。このゲートスイッチは、上記光通信に限らず、他のデバイス(例えば、プロジェクター、コピー機、プリンタ、スキャナー等)への応用も行われており、更なる発展が望まれている。また、それと同時に、低消費電力・低コスト化の観点から、ゲートスイッチを低電圧で動作させることが望まれている。 With the recent development of optical communication technology, a gate switch for turning on / off an optical signal at high speed has become important. This gate switch is not limited to the above-described optical communication, but is applied to other devices (for example, a projector, a copier, a printer, a scanner, etc.), and further development is desired. At the same time, it is desired to operate the gate switch at a low voltage from the viewpoint of low power consumption and low cost.
ゲートスイッチ実現の一つとして、物質の屈折率nを変化させる方法がある。屈折率nを変化させる方法として、主に熱光学(Thermo−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。TO効果は、高速動作に適しておらず、高々数ms程度の応答速度しか実現できない。また、AO効果は、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事が出来ない。 One way to realize a gate switch is to change the refractive index n of the substance. As a method of changing the refractive index n, there are mainly a thermo-optic (TO) effect, an acousto-optic (AO) effect, and an electro-optic (EO) effect. The TO effect is not suitable for high-speed operation and can only achieve a response speed of about several ms at most. Further, although the AO effect is suitable for high-speed operation, since the amount of change in the refractive index is small, a sufficient change in the refractive index cannot be induced.
EO効果は高速動作に適しており、かつ屈折率の変化量もAO効果を利用する場合に比較して大きく、高速動作を要求されるスイッチングに適している。 The EO effect is suitable for high-speed operation, and the amount of change in refractive index is large compared to the case where the AO effect is used, and is suitable for switching that requires high-speed operation.
EO効果を用いたゲートスイッチの一つに、EO効果を持つ結晶を平行平板状に加工して、平行をなす面に光の反射膜を堆積し、ファブリー・ペローエタロン構造としたものがある。このEO効果を持つ結晶に電界を印加して結晶の屈折率nを変化させることにより、ファブリー・ペローエタロンの透過中心波長が変化するため、光のスイッチングを行なうことが出来る。 One gate switch using the EO effect is a Fabry-Perot etalon structure in which a crystal having an EO effect is processed into a parallel plate and a light reflecting film is deposited on parallel surfaces. By changing the refractive index n of the crystal by applying an electric field to the crystal having the EO effect, the transmission center wavelength of the Fabry-Perot etalon is changed, so that the light can be switched.
しかしながら、特に低い電圧でゲートスイッチを駆動する場合、EO効果で得られる屈折率nの変化が小さくなり、スイッチング特性の一つである消光比(ON/OFF時の透過光パワーの比)は、使用用途によっては十分とはいえない場合があった。 However, particularly when the gate switch is driven at a low voltage, the change in the refractive index n obtained by the EO effect becomes small, and the extinction ratio (ratio of transmitted light power at ON / OFF) which is one of the switching characteristics is Depending on the intended use, it may not be sufficient.
ファブリー・ペローエタロン構造としたゲートスイッチは、理想的には光の反射膜の反射率を高めるに従い、光の透過特性が鋭くなり(フィネスが大きくなり)、所望の消光比を得ることが出来る(非特許文献1参照)。 A gate switch having a Fabry-Perot etalon structure ideally increases the reflectivity of the light reflecting film, and the light transmission characteristics become sharper (finesse increases), and a desired extinction ratio can be obtained ( Non-patent document 1).
しかし実際には、ファブリー・ペローエタロンの平坦度や平行度が理想的とはなりえないため、フィネスを大きくすることには限界がある。すなわち、消光比を大きくすることには限界がある。そこで、複数のファブリー・ペローエタロンを光の進行方向に沿って直列に配置する方法により消光比を高めることが考えられる。その場合、それぞれのファブリー・ペローエタロンの特性を精密に一致させる必要があるため、ファブリー・ペローエタロン製造におけるばらつきを小さくしなければならない。また、ファブリー・ペローエタロンの電極と、電圧駆動回路との間の配線が複数箇所発生するため、実装が複雑になる。 However, in reality, the flatness and parallelism of the Fabry-Perot etalon cannot be ideal, so there is a limit to increasing finesse. That is, there is a limit to increasing the extinction ratio. Therefore, it is conceivable to increase the extinction ratio by a method of arranging a plurality of Fabry-Perot etalons in series along the light traveling direction. In that case, the characteristics of each Fabry-Perot etalon must be precisely matched, so that variations in Fabry-Perot etalon manufacturing must be reduced. Further, since a plurality of wirings between the Fabry-Perot etalon electrode and the voltage driving circuit are generated, the mounting becomes complicated.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、簡便な構造を有した、高速応答可能で高い消光比特性を持つファブリー・ペローエタロン構造型ゲートスイッチを提供することである。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a Fabry-Perot etalon structure type gate switch having a simple structure, capable of high-speed response, and having a high extinction ratio characteristic. It is to be.
本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、ゲートスイッチであって、前記誘電体結晶の第1の面に設けられた、前記誘電体結晶に電圧を印加し、かつ入力された光を所定の反射率で反射する第1の部材、前記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、前記誘電体結晶に電圧を印加し、かつ入力された光を所定の反射率で反射する第2の部材、および前記誘電体結晶から構成される第1および第2のエタロンと、前記第1のエタロンから出射された光を前記第2のエタロンへ入射する手段と、前記第1および第2のエタロンにおいて前記誘電体結晶に同一の電圧を印加する電圧印加手段とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a gate switch, wherein a voltage is applied to the dielectric crystal provided on the first surface of the dielectric crystal. A voltage is applied to the dielectric crystal, which is provided on a second member opposite to the first surface of the dielectric crystal, the first member that applies and reflects the input light with a predetermined reflectance. A second member that applies and reflects the input light with a predetermined reflectance; first and second etalons composed of the dielectric crystals; and light emitted from the first etalon. It is characterized by comprising means for entering the second etalon, and voltage applying means for applying the same voltage to the dielectric crystal in the first and second etalon.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記第1の部材、前記第2の部材、および前記誘電体結晶から構成される第3のエタロンと、前記第2のエタロンから出射された光を前記第3のエタロンへ入射する手段とを更に備え、前記電圧印加手段は、前記第1乃至第3のエタロンにおいて前記誘電体結晶に同一の電圧を印加することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the third etalon including the first member, the second member, and the dielectric crystal, and the second etalon. Means for making the light emitted from the first etalon incident on the third etalon, wherein the voltage applying means applies the same voltage to the dielectric crystal in the first to third etalons. To do.
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、前記電圧印加手段は、前記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、前記電極により電圧を印加されることにより入力された光をスイッチングすることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the voltage applying unit includes an electrode provided on the dielectric crystal and a voltage applying unit that applies a voltage to the electrode. The input light is switched when a voltage is applied by the electrodes.
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の発明において、前記第1の部材および第2の部材が、金属薄膜電極であることを特徴とする。 The invention described in claim 4 is the invention described in any one of claims 1 to 3, wherein the first member and the second member are metal thin film electrodes.
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の発明において、前記第1の部材および第2の部材が、前記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から構成されることを特徴とする。 The invention according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 3, wherein the first member and the second member are a transparent electrode provided on a surface of the dielectric crystal, and And a dielectric multilayer film mirror made of a dielectric multilayer film provided on the transparent electrode.
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の発明において、前記透明電極と、前記誘電体多層膜ミラーとの間に、金属薄膜電極が設けられていることを特徴とする。 A sixth aspect of the invention is characterized in that, in the fifth aspect of the invention, a metal thin film electrode is provided between the transparent electrode and the dielectric multilayer mirror.
請求項7に記載の発明は、請求項1乃至6のいずれかに記載の発明において、前記第1および第2のエタロンにおいて、あるいは前記第1乃至第3のエタロンにおいて、前記第1の部材が共通であり、かつ、前記第2の部材が共通であることを特徴とする。 The invention according to claim 7 is the invention according to any one of claims 1 to 6, wherein the first member is the first and second etalons or the first to third etalons. The second member is common and the second member is common.
請求項8に記載の発明は、請求項1乃至7のいずれかに記載の発明において、前記第1のエタロンから出射された光を前記第2のエタロンへ入射する前記手段、および/または前記第2のエタロンから出射された光を前記第3のエタロンへ入射する前記手段は、1つまたは複数のミラーであることを特徴とする。 The invention according to claim 8 is the invention according to any one of claims 1 to 7, wherein the light emitted from the first etalon is incident on the second etalon and / or the second etalon. The means for making the light emitted from the second etalon incident on the third etalon is one or a plurality of mirrors.
請求項9に記載の発明は、請求項1乃至8のいずれかに記載の発明において、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。 The invention according to claim 9 is the invention according to any one of claims 1 to 8, wherein the dielectric crystal is a single crystal, and one of the crystal axes of the single crystal is irradiated to the dielectric crystal. It is arranged so as to coincide with the light transmission direction.
請求項10に記載の発明は、請求項1乃至8のいずれかに記載の発明において、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一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。 The invention according to claim 10 is the invention according to any one of claims 1 to 8, wherein the dielectric crystal is polycrystalline, and at least one of crystal axes of the crystal is irradiated to the dielectric crystal. It is arranged so as to coincide with the light transmission direction.
請求項11に記載の発明は、請求項1乃至10のいずれかに記載の発明において、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。 According to an eleventh aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to tenth aspects, the dielectric crystal comprises K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O 3 (0 <x <1, It has a composition of 0 <y <1).
請求項12に記載の発明は、請求項1乃至10のいずれかに記載の発明において、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。 The invention according to claim 12 is the invention according to any one of claims 1 to 10, wherein the dielectric crystal is all of K in KTa 1-x Nb x O 3 (0 <x <1), or All of K and Li in K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O 3 (0 <x <1, 0 <y <1) are replaced with at least one element of Ba, Sr, and Ca, and Ta And it has the composition which replaced all of Nb with Ti.
請求項13に記載の発明は、請求項1乃至10のいずれかに記載の発明において、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。 The invention according to claim 13 is the invention according to any one of claims 1 to 10, wherein the dielectric crystal is all of K in KTa 1-x Nb x O 3 (0 <x <1), or All of K and Li in K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O 3 (0 <x <1, 0 <y <1) are replaced with at least one element of Pb and La; and Ta and Nb It is characterized by having a composition in which all of these are replaced by at least one element of Ti and Zr.
請求項14に記載の発明は、請求項10乃至13のいずれかに記載の発明において、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。 The invention according to claim 14 is the invention according to any one of claims 10 to 13, wherein the x as the first composition ratio in the composition of the dielectric crystal is 0.1 or more and 0.5 or less. The y as the second composition ratio in the composition of the dielectric crystal is greater than 0 and less than 0.1.
本発明によれば、簡便な構造を有した、高速応答可能で高い消光比特性を持つファブリー・ペローエタロン構造型ゲートスイッチを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a Fabry-Perot etalon structure type gate switch having a simple structure, capable of high-speed response, and having a high extinction ratio characteristic.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
個々の実施形態について説明する前に、ファブリー・ペローエタロンによるフィルタ特性について説明する。ファブリー・ペローエタロン(以下、エタロンと表記する)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。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。エタロンの透過率の中心周波数νmは下記の式(1)で表される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Before describing the individual embodiments, the filter characteristics of the Fabry-Perot etalon will be described. A Fabry-Perot etalon (hereinafter referred to as an etalon) has a structure in which a substance having a refractive index n is sandwiched between a pair of mirrors. As main values representing the characteristics of the etalon, there are FSR (Free Spectral Range) and Finesse. The center frequency ν m of the transmittance of the etalon is expressed by the following formula (1).
なお、上記の式(1)において、nはミラーによって挟まれた物質の屈折率、dは共振器長(ミラー同士の距離)、θは入射光に対するエタロンの傾斜角度(エタロンの角度とも呼ぶ)、cは真空中の光速度である。式(1)より、エタロンの透過帯の中心波長λmは、下記の式(2)で表される。 In the above formula (1), n is the refractive index of the material sandwiched between the mirrors, d is the resonator length (distance between the mirrors), and θ is the inclination angle of the etalon with respect to the incident light (also called the etalon angle). , C is the speed of light in vacuum. From the equation (1), the center wavelength λ m of the transmission band of the etalon is represented by the following equation (2).
FSRとは、式(1)で表現される透過帯の中心周波数νmのうち、隣り合う2組の間隔の事なので、下記の式(3)で表現される。 Since the FSR is an interval between two adjacent sets of the center frequency ν m of the transmission band expressed by the equation (1), it is expressed by the following equation (3).
また、Finessとはエタロンの透過帯の広がり具合を表現する値で、エタロンが理想的に作製されている場合、以下の式によりミラーの反射率と関連付けられる。 Finesse is a value that expresses the extent of the etalon transmission band. When the etalon is ideally produced, it is related to the reflectance of the mirror by the following equation.
なお、上記の式(4)における、Δν1/2はエタロンの透過帯の半値全幅、Rは共振器を構成しているミラーの反射率である。 In the above equation (4), Δν 1/2 is the full width at half maximum of the etalon transmission band, and R is the reflectance of the mirror constituting the resonator.
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、以下の式で表される(非特許文献1参照)。 When the ratio of the transmitted light intensity to the incident light intensity of the etalon is I (dB), it is expressed by the following formula (see Non-Patent Document 1).
ここで、δはエタロン内での位相の遅れを表し、 Where δ represents the phase lag within the etalon,
である。 It is.
式(1)により、エタロンの透過帯の中心周波数νmを変化させるためには、エタロンを構成する物質の屈折率n、共振器長d、エタロンの角度θのいずれかを変化させればよい事が分かる。したがって、波長可変フィルタを作製するには、これらのパラメータを変化させれば実現可能である。市販されている波長可変フィルタは、メカニカルに共振器長dを変化させて波長可変を実現する。その理由は、上記3つのパラメータのうち、共振器長dを変化させる事が、もっとも波長可変帯域を大きく取る事が出来るからである。 In order to change the center frequency ν m of the transmission band of the etalon according to the expression (1), any one of the refractive index n, the resonator length d, and the etalon angle θ of the etalon may be changed. I understand that. Therefore, a tunable filter can be produced by changing these parameters. The commercially available wavelength tunable filter realizes wavelength tunability by mechanically changing the resonator length d. This is because changing the resonator length d among the above three parameters can maximize the wavelength variable band.
メカニカルに共振器長dおよびエタロンの角度θを変化させることによって、エタロンの透過帯の中心周波数νmを変化させるように構成した波長可変フィルタは、高速動作には適していない。 A tunable filter configured to change the center frequency ν m of the etalon transmission band by mechanically changing the resonator length d and the etalon angle θ is not suitable for high-speed operation.
一方、エタロンを構成する物質の屈折率nを変化させるように構成した波長可変フィルタは、メカニカルな動作を伴わず、エタロンの透過帯の中心波長(中心周波数)を変化させることが出来る。前述したように、電気光学効果を用いた屈折率変化の場合、変化量が十分に取れ、かつ高速動作が可能である。 On the other hand, the wavelength tunable filter configured to change the refractive index n of the substance constituting the etalon can change the center wavelength (center frequency) of the transmission band of the etalon without mechanical operation. As described above, in the case of a refractive index change using the electro-optic effect, a sufficient amount of change can be taken and high speed operation is possible.
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例して効果が現れ、屈折率変化は下記の式(7)で表される。 The electro-optic effect includes a primary electro-optic effect (Pockels effect) and a secondary electro-optic effect (Kerr effect). The primary electro-optic effect appears in proportion to the electric field strength, and the refractive index change is expressed by the following equation (7).
なお、上記式(7)における、n0は、電界を印加していない状態での、エタロンを構成する物質である1次の電気光学効果を有する誘電体結晶の屈折率であり、reffは1次の電気光学係数の有効値、Eは電界である。 In the above formula (7), n 0 is the refractive index of a dielectric crystal having a first-order electrooptic effect, which is a substance constituting the etalon, in the state where no electric field is applied, and r eff is An effective value of the first-order electro-optic coefficient, E is an electric field.
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、屈折率変化は下記の式(8)で表される。 The secondary electro-optic effect appears in proportion to the square of the electric field strength, and the refractive index change is expressed by the following formula (8).
なお、上記式(8)における、n0は、電界を印加していない状態での、エタロンを構成する物質である2次の電気光学効果を有する誘電体結晶の屈折率、Eは電界であり、s12は下記の式(9)で定義される量である。 In the above formula (8), n 0 is the refractive index of the dielectric crystal having a secondary electro-optic effect which is a substance constituting the etalon in the state where no electric field is applied, and E is the electric field. , S 12 is an amount defined by the following formula (9).
なお、上記式(9)における、ε0は真空の誘電率、εrは上記2次の電気光学効果を有する誘電体結晶に固有の比誘電率、g12は上記2次の電気光学効果を有する誘電体結晶の電気光学定数である。 In the above formula (9), ε 0 is the dielectric constant of vacuum, ε r is the specific dielectric constant of the dielectric crystal having the secondary electro-optic effect, and g 12 is the secondary electro-optic effect. The electro-optic constant of the dielectric crystal.
次に、図10を参照して、上述したエタロンによるフィルタ特性を利用することにより、ゲートスイッチを実現することができることを説明する。説明を簡便にするため、温度は一定、エタロンの入射角度θ=0であるとする。エタロンを構成する物質である誘電体結晶に電圧Vを印加していない時の、エタロンの透過帯の中心波長をλm(V=0)とする。エタロンに、波長λinがλm(V=0)に等しい連続光を入射する。この時、入射された連続光は、エタロンでの損失分を除き、100%エタロンを透過する。 Next, it will be described with reference to FIG. 10 that a gate switch can be realized by using the above-described filter characteristics by the etalon. For simplicity of explanation, it is assumed that the temperature is constant and the incident angle θ = 0 of the etalon. Let λ m (V = 0) be the center wavelength of the transmission band of the etalon when the voltage V is not applied to the dielectric crystal, which is the material constituting the etalon. Continuous light having a wavelength λ in equal to λ m (V = 0) is incident on the etalon. At this time, the incident continuous light passes through 100% etalon except for the loss of etalon.
ここで、エタロンを構成する物質である誘電体結晶に電圧V=Vopを印加したとすると、式(7)乃至式(8)に従ってエタロンを構成する物質である誘電体結晶の屈折率が変化するため、式(2)に従いエタロンの透過帯の中心波長λmが変化する。よって、波長λinにおける光の透過率が変化する。エタロンの透過帯の中心波長λm(中心周波数νm)の変化量及びFiness(式(4)参照)を適切な値とすることにより、波長λinにおける光の透過率を所望の透過率にすることができる。すなわち、ゲートスイッチとして機能させることができる。 Here, assuming that a voltage V = V op is applied to the dielectric crystal that is a substance that constitutes the etalon, the refractive index of the dielectric crystal that is the substance that constitutes the etalon changes according to the equations (7) to (8). Therefore, the center wavelength λ m of the transmission band of the etalon changes according to the equation (2). Therefore, the light transmittance at the wavelength λ in changes. By setting the amount of change in the center wavelength λ m (center frequency ν m ) of the etalon transmission band and the Finesse (see Equation (4)) to an appropriate value, the light transmittance at the wavelength λ in is set to a desired transmittance. can do. That is, it can function as a gate switch.
本発明は、エタロンによるフィルタ特性を利用したゲートスイッチ(以下、エタロン型ゲートスイッチともいう)に関する。本発明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1つの誘電体結晶(基板)に配された少なくとも2つのエタロンと、入射光を少なくとも2つのエタロンに連続して入射させる手段と、エタロンにおいて誘電体結晶に同一の電圧を印加する手段とを備える。本発明によれば、簡便な構造を有した、高速応答可能で高い消光比特性を持つファブリー・ペローエタロン構造型ゲートスイッチが提供される。 The present invention relates to a gate switch (hereinafter, also referred to as an etalon-type gate switch) that uses a filter characteristic of an etalon. The gate switch according to the present invention continuously enters at least two etalons disposed on one dielectric crystal (substrate) having a cubic structure and a secondary electro-optic effect, and incident light on at least two etalons. And means for applying the same voltage to the dielectric crystal in the etalon. According to the present invention, a Fabry-Perot etalon structure type gate switch having a simple structure and capable of high-speed response and having a high extinction ratio characteristic is provided.
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。一実施形態では、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を、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することができる。ただし、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。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In one embodiment, a dielectric crystal having a cubic structure and a secondary electro-optic effect is formed using K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O 3 (0 <x <1, 0 <y <1) ( KLTN). However, the material used as the dielectric crystal is not limited to KLTN. For example, KTa 1-x Nb x O 3 (0 <x <1) (KTN) is a dielectric having a cubic structure and a secondary electro-optic effect. Any of body crystals may be used.
誘電体結晶を、KTa1-xNbxO3(0<x<1)(KTN)におけるKの全て、もしくは、K1-yLiyTa1-xNbxO3(0<x<1、0<y<1)(KLTN)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ものを用いても良い。 The dielectric crystal is made of all of K in KTa 1-x Nb x O 3 (0 <x <1) (KTN) or K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O 3 (0 <x <1 0 <y <1) (KLTN) in which all of K and Li are replaced with at least one element of Ba, Sr, and Ca, and all of Ta and Nb are replaced with Ti May be.
または、誘電体結晶を、KTa1-xNbxO3(0<x<1)(KTN)におけるKの全て、もしくは、K1-yLiyTa1-xNbxO3(0<x<1、0<y<1)(KLTN)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ものを用いても良い。 Alternatively, the dielectric crystal is formed by using all of K in KTa 1-x Nb x O 3 (0 <x <1) (KTN) or K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O 3 (0 <x <1, 0 <y <1) (All of K and Li in KLTN) are replaced with at least one element of Pb and La, and all of Ta and Nb are replaced with at least one element of Ti and Zr You may use what has the composition replaced by.
また、KTNおよびKLTNにおいて、Nbの化学量論係数であるxの範囲は、0.1以上0.5以下であることが好ましい。また、KLTNにおいて、Liの化学量論係数であるyの範囲は、0より大であり0.1未満であることが好ましい。 In KTN and KLTN, the range of x, which is the stoichiometric coefficient of Nb, is preferably 0.1 or more and 0.5 or less. In KLTN, the range of y, which is the stoichiometric coefficient of Li, is preferably greater than 0 and less than 0.1.
本発明は、誘電体結晶は、単結晶であっても多結晶であっても良い。単結晶の結晶軸の1つを、エタロンに入射した光の光軸(エタロンに入射した光の透過方向)と一致させることが好ましい。このようにすることで、変調の効率を向上させることができ、また、偏波依存性を軽減することができる。また、多結晶である場合は、結晶軸が様々な方向に向いている状態であり、その中の少なくとも1つの結晶軸を光軸と一致させる。このような結晶軸の配置を取ることで、結晶は電界印加による電気光学効果を発現することができ、また変調動作を実現することができる。 In the present invention, the dielectric crystal may be a single crystal or a polycrystal. One of the crystal axes of the single crystal is preferably matched with the optical axis of the light incident on the etalon (the transmission direction of the light incident on the etalon). By doing so, the modulation efficiency can be improved and the polarization dependence can be reduced. In the case of a polycrystal, the crystal axis is in various directions, and at least one crystal axis is made to coincide with the optical axis. By adopting such a crystal axis arrangement, the crystal can exhibit an electro-optic effect by applying an electric field, and can realize a modulation operation.
尚、本明細書に開示する実施形態は、あくまで本発明の説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。従って、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形態を採用することが可能であるが、これらの実施形態も本発明に含まれる。 It should be noted that the embodiments disclosed in the present specification are merely for explaining the present invention, and do not limit the scope of the present invention. Therefore, those skilled in the art can employ various embodiments including each or all of these elements, and these embodiments are also included in the present invention.
(第1の実施形態)
図1乃至図6を参照して本発明に係るゲートスイッチの第1の実施形態を説明する。
図1に示すエタロン型ゲートスイッチ100は、光入力ポート201と、光出力ポート202と、同一基板101に作製された2個のエタロン102および103と、ミラー203とを備えている。
(First embodiment)
A first embodiment of a gate switch according to the present invention will be described with reference to FIGS.
The
基板101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からなり、エタロン102および103の一部を構成する。エタロン102および103の構成は、以下で詳細に説明する。
The
エタロン102および103は、ゲートスイッチとして機能するので、スイッチング信号を入力するための電極(図示しない)を有しており、この電極はスイッチング信号発信部(図示しない)に電気的にそれぞれが並列になるように接続されている。
Since the
波長λinを有する連続光(連続光λinともいう)が、光入力ポート201に入射されると、エタロン102を通過し、ミラー203により進行方向が反転し、エタロン103を通過し、光出力ポート202から出射する。
When continuous light having a wavelength λ in (also referred to as continuous light λ in ) is incident on the
図2(a)および(b)に、エタロン102および103を構成する物質である誘電体結晶(基板101)に電圧Vを印加していない時の、エタロン102および103の透過スペクトルをそれぞれ示す。図2(a)および(b)に示すように、基板101に電圧Vを印加していない時のエタロン102の透過帯の中心波長λm(V=0)と、エタロン103の透過帯の中心波長λm(V=0)とが、連続光の波長λinに等しくなるようにする。エタロン102および103が同一基板101に近接して作られることによって、エタロンの屈折率n、共振器長dが極めて近い値になり、図2に示すように、エタロン102および103のそれぞれの透過スペクトルは、極めて似たものになる。従って、エタロン102の透過帯の中心波長とエタロン103の透過帯の中心波長は極めて近い値になり、実用上、同一と考えてよい。
FIGS. 2A and 2B show transmission spectra of the
図3に、基板101に電圧Vを印加していない時に入射された連続光がエタロン102および103を連続して通過した場合の透過スペクトルを示す。図3に示すように、連続光がエタロン102および103を連続して通過した場合の透過スペクトルは、エタロン102および103の各透過スペクトルを重ね合わせたものになる。基板101に電圧Vを印加していない時、入射された連続光λinは、エタロンでの損失分を除き、エタロン102および103で減衰されることなく透過する。
FIG. 3 shows a transmission spectrum in the case where continuous light incident when the voltage V is not applied to the
図4(a)および(b)に、エタロン102および103を構成する物質である誘電体結晶(基板101)に電圧V=Vop(電界E=Eop)を印加した時の、エタロン102および103の透過スペクトルをそれぞれ示す。エタロン102および103が同一基板101に近接して作られることによって、エタロンの屈折率n、共振器長dが極めて近い値になり、加えて、エタロンに印加される電圧も、電気的にそれぞれが並列に接続されているため同電圧となる。このため、図4(a)および(b)に示すように、エタロン102および103のそれぞれの透過スペクトルは、極めて似たものになる。従って、エタロン102の透過帯の中心波長とエタロン103の透過帯の中心波長λop=λm(V=Vop)は極めて近い値になり、実用上、同一と考えてよい。
4 (a) and 4 (b), the
図5に、基板101に電圧V=Vopを印加した時に、入射された連続光がエタロン102および103を連続して通過した場合の透過スペクトルを示す。図5に示すように、連続光がエタロン102および103を連続して通過した場合の透過スペクトルは、エタロン102および103の各透過スペクトルを重ね合わせたものになる。また、前述したようにエタロン102および103が同一基板101に近接して作られるため、図5に示すように、入射された連続光がエタロン102および103を連続して通過した場合の透過スペクトルの中心波長はλop=λm(V=Vop)となる。入射された連続光λinの透過率が小さくなるため、出力される光強度は弱くなる。従って、上記電圧を印加しない状態と電圧を印加する状態を切り替えることにより、ゲートスイッチとして機能する。
FIG. 5 shows a transmission spectrum when the incident continuous light continuously passes through the
このように誘電体結晶を材料として、複数のエタロンを同一基板に作り、外部のミラー等を利用して光路の向きを変え、事実上同一のフィルタ特性を有するといってよい複数のエタロンを通過させることにより、極めて消光比の高いゲートスイッチを実現することができる。 In this way, using a dielectric crystal as a material, multiple etalon is made on the same substrate, the direction of the optical path is changed using an external mirror, etc., and it passes through multiple etalons that can be said to have virtually the same filter characteristics By doing so, a gate switch with an extremely high extinction ratio can be realized.
次に図6を参照して、本実施形態のエタロン型ゲートスイッチにおけるエタロン102および103の構成を説明する。
図6に、図1に示したエタロン型ゲートスイッチ100のより詳細な構成を示す。エタロン102は、基板101と、基板101の対向する面にそれぞれ設けられた、電極およびミラーの機能を有する第1の部材104および第2の部材105とから構成される。同様にエタロン103は、電極およびミラーとして機能する第1の部材107および第2の部材106から構成される。
Next, the configuration of the
FIG. 6 shows a more detailed configuration of the etalon
第1の部材104および107は1つの基板101の同一の面に設けられている。また、第2の部材105および106は、1つの基板101の、第1の部材104および107が設けられた面に対向する面に設けられている。
The
本実施形態では、第1の部材104および第2の部材106は光の入力側であり、第2の部材105および第1の部材107は光の出力側である。しかしながら、エタロン102から第2の部材105を介して出射された光を、エタロン103の第1の部材107へ入射するように構成してもよい。
In the present embodiment, the
第1の部材104および107、ならびに第2の部材105および106は、誘電体結晶と共に用いることにより、所定の周波数近傍の光を選択的に透過させ、また透過する光の周波数以外の周波数の光を反射させる機能を有する。
By using the
第1の部材104および107は接地されアース電極として機能する。第2の部材105および106はそれぞれ、エタロン102および103をゲートスイッチとして機能させるためのスイッチング信号発信部と電気的に並列に接続され、第1の部材104と第2の部材105との間、および第1の部材107と第2の部材106との間に電界Eを生じさせる電極として機能する。
The
例えば、第1の部材および第2の部材は、基板101に金属薄膜電極を設けて実現することができ、誘電体結晶である基板101に透明電極を設け、さらに透明電極に誘電体多層膜からなる誘電体多層膜ミラーを設けて実現することもできる。あるいはまた、第1の部材および第2の部材は、誘電体結晶である基板101に、透明電極、金属薄膜電極、および誘電体多層膜ミラーを、この順に設けて実現することもできる。
For example, the first member and the second member can be realized by providing a metal thin film electrode on the
上記実施形態では、エタロンの数は2つであるが、エタロンの数はいくつでも構わない。また、それぞれのエタロンに電圧を印加するための電極を、それぞれのエタロンで独立して作り、配線することによって、同一電圧が印加されるようになっているが、それぞれのエタロンに同一電圧が印加されればよいのであって、同極の電極は1つとしてまとめてもよい。 In the above embodiment, the number of etalons is two, but any number of etalons may be used. In addition, the same voltage is applied to each etalon by applying and wiring the electrodes for applying voltage to each etalon independently. However, the same voltage is applied to each etalon. As long as the electrodes have the same polarity, they may be combined into one.
(第2の実施形態)
図7乃至図9を参照して本発明に係るゲートスイッチの第2の実施形態を説明する。第2の実施形態のゲートスイッチは、同一基板に作成されるエタロンの数が3つで、3つのエタロンで共有され、各エタロンに同一の電圧を印加する電極が1対であるエタロン型ゲートスイッチを例示する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the gate switch according to the present invention will be described with reference to FIGS. The gate switch of the second embodiment is an etalon type gate switch in which the number of etalons created on the same substrate is three, and is shared by three etalons, and a pair of electrodes for applying the same voltage to each etalon. Is illustrated.
図7に示すエタロン型ゲートスイッチ300は、光入力ポート201と、光出力ポート202と、同一基板303に作製された3個のエタロン304乃至306と、2つのミラー203aおよび203bとを備えている。
The
連続光λinが、光入力ポート201に入射されると、エタロン304を通過し、ミラー203aにより進行方向が反転し、エタロン305を通過し、ミラー203bにより進行方向が反転し、エタロン306を通過し、光出力ポート202から出射する。
When continuous light λ in is incident on the
基板303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からなり、エタロン304乃至306の一部を構成する。
The
エタロン304乃至306は、基板303と、基板303の対向する面にそれぞれ設けられた、電極およびミラーの機能を有する第1の部材301および第2の部材302とから構成される。
The
本実施形態では、エタロン304および306については、第1の部材301が光の入力側であり、第2の部材302が光の出力側である。エタロン305については、第2の部材302が光の入力側であり、第1の部材301が光の出力側である。しかしながら、エタロン304から第2の部材302を介して出射された光をエタロン305の第1の部材301へ入射し、更にエタロン305から第2の部材302を介して出射された光をエタロン306の第1の部材301または第2の部材302へ入射するように構成してもよい。
In the present embodiment, for the
第1の部材301および第2の部材302は、誘電体結晶と共に用いることにより、所定の周波数近傍の光を選択的に透過させ、また透過する光の周波数以外の周波数の光を反射させる機能を有する。
By using the
第1の部材301は接地されアース電極として機能する。第2の部材302は、エタロン304乃至306をゲートスイッチとして機能させるためのスイッチング信号発信部と電気的に接続され、第1の部材301と第2の部材302との間に電界Eを生じさせる電極として機能する。
The
このような構成では、スイッチング信号発信部(電圧駆動回路)とエタロンとの間の配線が2箇所で済む簡便な構造のエタロン型ゲートスイッチを提供することができる。 With such a configuration, it is possible to provide an etalon-type gate switch having a simple structure that requires only two wirings between the switching signal transmission unit (voltage driving circuit) and the etalon.
図8を参照して、本実施形態のエタロン型ゲートスイッチにおけるエタロン304乃至306の構成を説明する。図8は、エタロン304の拡大図である。エタロン304は、誘電体結晶(基板303)と、該誘電体結晶の光の入力側の面に接して順に設けられた第1の電極312および第1のミラー311とからなる第1の部材301と、該誘電体結晶の光の出力側の面に接して順に設けられた第2の電極314および第2のミラー315からなる第2の部材302とから構成される。
The configuration of the
第1のミラー311と第2のミラー315は略並行に配置され、共振器を構成する。電極312と第2の電極314は、誘電体結晶(基板303)に電圧を印加する。
The
第1のミラー311と第2のミラー315は、誘電体多層膜ミラーまたは金属薄膜電極、若しくは両方を用いる実現することができる。
The
第1の電極312と第2の電極314は、透明電極または金属薄膜電極、若しくは両方を用いて実現することができる。
The
上記実施形態では、電圧をかけない時の透過率が最大になるように入力光の波長λinを選択した例を説明したが、電圧をかけない時の透過率が小さくなるように入力光の波長λinを選択して実施してもよい。その様子を図9に示す。 In the above embodiment, the example in which the wavelength λ in of the input light is selected so as to maximize the transmittance when no voltage is applied has been described, but the input light wavelength is reduced so that the transmittance when no voltage is applied is small. The wavelength λ in may be selected and executed. This is shown in FIG.
また、誘電体結晶として、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を用いることにより、入力光の偏波状態によらずに動作(偏波無依存動作)するため、その使用が好ましい。 In addition, by using a dielectric crystal having a cubic structure and a secondary electro-optic effect as the dielectric crystal, it operates regardless of the polarization state of the input light (polarization-independent operation). Is preferred.
100 エタロン型ゲートスイッチ
101 基板(誘電体結晶)
102 エタロン
103 エタロン
104 第1の部材
105 第2の部材
106 第2の部材
107 第1の部材
201 光入力ポート
202 光出力ポート
203 ミラー
300 エタロン型ゲートスイッチ
301 第1の部材
302 第2の部材
303 基板(誘電体結晶)
304 エタロン
305 エタロン
306 エタロン
311 第1のミラー
312 第1の電極
314 第2の電極
315 第2のミラー
100 Etalon
102
304
Claims (14)
前記誘電体結晶の第1の面に設けられた、前記誘電体結晶に電圧を印加し、かつ入力された光を所定の反射率で反射する第1の部材、
前記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、前記誘電体結晶に電圧を印加し、かつ入力された光を所定の反射率で反射する第2の部材、および
前記誘電体結晶から構成される第1および第2のエタロンと、
前記第1のエタロンから出射された光を前記第2のエタロンへ入射する手段と、
前記第1および第2のエタロンにおいて前記誘電体結晶に同一の電圧を印加する電圧印加手段と
を備えたことを特徴とするゲートスイッチ。 A dielectric crystal having a cubic structure and a secondary electro-optic effect;
A first member provided on the first surface of the dielectric crystal, for applying a voltage to the dielectric crystal and reflecting the input light with a predetermined reflectance;
A second member provided on a second surface opposite to the first surface of the dielectric crystal, for applying a voltage to the dielectric crystal and reflecting the input light with a predetermined reflectance; And first and second etalon composed of the dielectric crystal,
Means for injecting light emitted from the first etalon into the second etalon;
And a voltage applying means for applying the same voltage to the dielectric crystal in the first and second etalons.
前記第2のエタロンから出射された光を前記第3のエタロンへ入射する手段と
を更に備え、
前記電圧印加手段は、前記第1乃至第3のエタロンにおいて前記誘電体結晶に同一の電圧を印加することを特徴とする請求項1に記載のゲートスイッチ。 A third etalon composed of the first member, the second member, and the dielectric crystal;
Means for making the light emitted from the second etalon incident on the third etalon;
2. The gate switch according to claim 1, wherein the voltage applying unit applies the same voltage to the dielectric crystal in the first to third etalons.
The x as the first composition ratio in the composition of the dielectric crystal is 0.1 or more and 0.5 or less, and the y as the second composition ratio in the composition of the dielectric crystal is greater than 0. 14. The gate switch according to claim 10, wherein the gate switch is less than 0.1.
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