JP2014119553A - Optical deflector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気光学効果を有するKLTN結晶(K1-yLyTa1-xbxO3)を用いた光偏向器に関する。 The present invention relates to an optical deflector using a KLTN crystal having an electro-optic effect (K 1-y L y Ta 1-x b x O 3).
光の進行方向を変える光偏向器のうち、内部電荷と2次の電気光学効果を利用するKTN(KTa1-xNbxO3)光偏向器は、ガルバノミラーやポリゴンミラー、MEMSミラー等と異なり、可動部を持たない固体素子である。KTN結晶は、電圧を印可することによって、プリズムのように光の形状を変えず、方向のみ変化させる、すなわち電気光学効果を有する。特にKTN結晶は、低い電圧で屈折率が大きく変わる、つまり電気光学効果が大きい物質として知られている。したがって、KTNを用いると、レンズ、プリズム、ミラーといったごく一般的な部品を、それらが高速で動く必要がある用途に対して、置き換えることができ、光の方向を機械的に変更するガルバノミラー、ポリゴンミラーおよびMEMSミラーに比べて、高速に動作することができる。 Among optical deflectors that change the traveling direction of light, KTN (KTa 1-x Nb x O 3 ) optical deflectors that use internal charges and secondary electro-optic effects are galvanometer mirrors, polygon mirrors, MEMS mirrors, etc. In contrast, it is a solid element having no moving parts. The KTN crystal has an electro-optic effect by applying a voltage, and changing only the direction without changing the shape of light like a prism. In particular, the KTN crystal is known as a substance having a large change in refractive index at a low voltage, that is, a large electro-optic effect. Thus, with KTN, galvanometer mirrors that mechanically change the direction of light, can replace very common components such as lenses, prisms, and mirrors for applications where they need to move at high speeds, Compared with a polygon mirror and a MEMS mirror, it can operate at high speed.
また、電気光学プリズムや音響光学偏向器など、他の固体素子の光偏向器と異なり、素子内部を光が透過する長さが長いほど、偏向角が大きくなるという特徴を持っている。 Further, unlike other solid-state optical deflectors such as an electro-optic prism and an acousto-optic deflector, the longer the light is transmitted through the element, the larger the deflection angle.
KTN結晶は極めて誘電率の大きな誘電体であり、KTNを用いた素子は必然的に静電容量が大きくなるため、高周波で使うときに変位電流が大きくなり、偏向を制御する電源回路に大きな負荷がかかってしまうという欠点がある。 A KTN crystal is a dielectric having a very large dielectric constant, and an element using KTN inevitably has a large capacitance. Therefore, a displacement current becomes large when used at a high frequency, and a large load is applied to a power supply circuit for controlling deflection. There is a disadvantage that it takes.
静電容量は(誘電率)×(電極面積)÷(電極間距離)で与えられるから、電極面積を大きくしないで、光を結晶内で反射させ、結晶内の同じ領域を複数回光が周回するようにして、静電容量に比して偏向角を大きくする方法がとられてきた。 Capacitance is given by (dielectric constant) x (electrode area) ÷ (distance between electrodes), so the light is reflected within the crystal without increasing the electrode area, and the light circulates multiple times in the same region in the crystal. Thus, a method of increasing the deflection angle as compared with the capacitance has been taken.
図1に、従来の、KTNを用いた光偏向器100の構造を示す。図1に記載の光偏向器100は、6面体構造に形成され、KTN誘電体101と、長方形の電極面102と、KTM誘電体101の側面に形成された入射光面103と、出射光面104と、入射光面102に施した高反射(HR:High Reflection)コート105、および無反射(AR:Anti Reflection)コート106、出射光面104に施したHRコート107、およびARコート108を有する。KTN誘電体101は2枚の電極面102に挟まれている。
FIG. 1 shows a structure of a conventional
入射光は、入射光面103のARコート104を施した部分から光偏向器100の内部(誘電体101)に入射する。光偏向器100には、電圧が印加されているため、入射光面103から入射した光は、誘電体101内で屈折・偏向される。光の偏向方向は電極面102に垂直である。出射光面104のHRコート107を施した部分で反射する。更に入射光面103のHRコート105を施した部分で再度反射し、反射した光は出射光面104のARコート108を施した部分から出射する。偏向器100の六面体の中で光路が2回折り返すことで、1回目反射と2回目反射の間の光路が、1回目反射前と半分、2回目反射後と半分共有される構造である。
Incident light enters the inside of the optical deflector 100 (dielectric 101) from a portion of the
この構造の場合、偏向器100の内部において偏向に使われない領域が残り、無用に静電容量を高め、電源回路に負荷を与えるという欠点があった。
In the case of this structure, there remains a region that is not used for deflection in the
また、偏向方向とは異なる方向に、入射光と出射光の光軸がずれており、光学軸の調整に手間取るという欠点があった。 Further, the optical axes of the incident light and the outgoing light are shifted in a direction different from the deflection direction, and there is a drawback that it takes time to adjust the optical axis.
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、図1の従来のKTNを用いた光偏向器の構造を基礎として、結晶の不要部分をそぎ落とすことにより、静電容量を小さくして電源負荷を低減するとともに、入射光と出射光の偏向のずれをなくした光偏向器を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems. The object of the present invention is to scrape off unnecessary portions of the crystal based on the structure of the optical deflector using the conventional KTN of FIG. Another object of the present invention is to provide an optical deflector that reduces the load on the power source by reducing the capacitance and eliminates the deviation of the deflection between the incident light and the outgoing light.
具体的には、本発明の第1の実施形態の光偏向器は、電気光学結晶を互いに平行な一対の平行四辺形の電極面で挟み、前記電極面に垂直でかつ互いに平行な一対の光入出射面であって、前記各入出射面内にそれぞれ同じ面積をもつ光無反射コート部と光高反射コート部が形成され、前記光無反射コート部において外部から光が入射され、前記光高反射コートにおいて前記偏向器内に入射した光が反射される、光入出射面を備え、光の偏向方向は前記電極面に垂直であることを特徴とする。 Specifically, the optical deflector according to the first embodiment of the present invention includes a pair of light beams sandwiched between a pair of parallelogram electrode surfaces parallel to each other and perpendicular to the electrode surfaces and parallel to each other. A light non-reflective coating part and a light high-reflective coating part having the same area are formed in each of the light incident / exit surfaces, and light is incident from the outside in the light non-reflective coating part. The high reflection coating includes a light incident / exit surface on which light incident on the deflector is reflected, and a light deflection direction is perpendicular to the electrode surface.
また、本発明の第2の実施形態の光偏向器は、電気光学結晶を互いに平行な一対の五角形の電極面で挟み、前記一対の電極面に垂直な5つの長方形の側面であって、前記隣り合う1対の光の入出射面であって、光無反射コートが施された、光の入出射面と、3つの光の反射面とが形成された側面で囲まれた7面体に形成され、光の偏向方向は前記電極面に垂直であることを特徴とする。 An optical deflector according to a second embodiment of the present invention includes five rectangular side surfaces sandwiching an electro-optic crystal between a pair of parallel pentagonal electrode surfaces and perpendicular to the pair of electrode surfaces, A pair of adjacent light incident / exit surfaces, which are formed into a seven-sided body surrounded by side surfaces formed with a light incident / exit surface and three light reflecting surfaces, which are provided with a light non-reflective coating. The light deflection direction is perpendicular to the electrode surface.
また、本発明の第1及び第2の実施形態の光偏向器の前記電気光学結晶は、タンタル酸ニオブ酸カリウム(KTa1-xNbxO3)を主成分とする単結晶であることを特徴とする。 Further, the electro-optic crystal of the optical deflector according to the first and second embodiments of the present invention is a single crystal mainly composed of potassium tantalate niobate (KTa 1-x Nb x O 3 ). Features.
本発明の光偏向器は、静電容量を小さくして電源負荷を低減するとともに、入射光と出射光の偏向のずれをなくすことができる。 The optical deflector of the present invention can reduce the capacitance by reducing the capacitance, and can eliminate the deviation of the deflection of the incident light and the emitted light.
[第1の実施形態]
図2に本発明の第1の実施形態に係るKTNを用いた光偏向器200の構造を示す。図2に記載の光偏向器200は、6面体に形成され、図1に記載の従来の光偏向器の、内部における偏向に使用されない領域をそぎ落とした構造を有する。
[First Embodiment]
FIG. 2 shows the structure of an
図2に記載の光偏向器200は、KTN誘電体201および電極面202が平行四辺形に形成されており、KTM誘電体201の側面に、長方形に形成された入射光面203、出射光面204を有している。入射光面203には、高反射(HR:High Reflection)コート205、および無反射(AR:Anti Reflection)コート206が、出射光面204にはHRコート207およびARコート208が施されている。KTN誘電体201は2枚の電極面202に挟まれている。
The
ここで、HRコート205(207)とARコート206(208)の比率は1:1である。光入射面203は3.4mm×1mmの長方形で、内、1.7mm×1mmはARコートを施された部分であり、残り1.7mm×1mmはHRコートを施された部分である。電極面202は4.4mm×4mmの長方形から、図1に記載の光偏向器100に示すような2か所の不要部分(底辺0.88mm、高さ4mmの直角三角形)を切り落とした平行四辺形に形成されている。これによって、静電容量が不要部分を除去しない場合の4/5になり、電源負荷を下げることができる。
Here, the ratio between the HR coat 205 (207) and the AR coat 206 (208) is 1: 1. The
入射光は、入射光面203のARコート206を施した部分から、電圧が印加された光偏向器200の内部に進入し、光偏向器200の内部で屈折・偏向する。光の偏向方向は電極面202に垂直である。侵入した入射光は、出射光面204のHRコート207を施した部分で1回目の反射を行なう。次に入射光面203のHRコート205を施した部分で第2回目の反射を行なう。反射した光は出射光面204のARコート208を施した部分から屈折して出射する。偏向器200の中で光路が2回折り返すことで、1回目反射と2回目反射の間の光路が、1回目反射前と半分、2回目反射後と半分共有される構造であることは偏向器100と同様である。
Incident light enters the inside of the
[第2の実施形態]
図3に本発明の第2の実施形態に係るKTNを用いた光偏向器200の構造を示す。図3に記載の光偏向器300は、7面体に形成され、五角形の電極構造をとることを特徴としている。
[Second Embodiment]
FIG. 3 shows the structure of an
図3に記載の光偏向器300は、五角形に形成されたKTN誘電体301および電極面302が五角形に形成されており、電極面に垂直の側面303〜307を有する。KTN誘電体301は2枚の電極面302に挟まれている。KTM誘電体200の側面303〜307の1つである303には、長方形に形成された入射光面(入射光面303とする)が形成され、入射光面303の隣の側面である側面304には出射光面(出射光面304とする)が形成されている。各側面は、電極面に垂直な長方形であり、入射光面303、出射光面304にはARコートが施されているが、他の3つの側面305、306及び307はコートがされていない。KTN誘電体201は2枚の電極面202に挟まれている。
The
入射光は、入射光面303から、電圧が印加された光偏向器300の内部に進入し、光偏向器200の内部で偏向する。次に3つの側面のうち側面305で全反射され、全反射された光は更に側面306及び側面307で全反射される。側面307で全反射された光は、出射光面304から出射する。偏向器300の中で光路が3回折り返すようにすることで、KTN結晶内では光のオーバーラップが大きくなり、静電容量の上昇を抑えることができるだけでなく、入射光と出射光の偏向に垂直方向の軸ずれをなくすことが可能となる。
The incident light enters the
100、200、300 光偏向器
101、201、301 KTN誘電体
102、202、302 電極面
103、203、303 入射光面
104、204、304 出射光面
105、107、205、207 HRコート
106、108、206、208 ARコート
305〜307 側面
100, 200, 300
Claims (3)
前記電極面に垂直でかつ互いに平行な一対の光入出射面であって、前記各入出射面内にそれぞれ同じ面積をもつ光無反射コート部と光高反射コート部が形成され、前記光無反射コート部において外部から光が入射され、前記光高反射コートにおいて前記偏向器内に入射した光が反射される、光入出射面を備え、
光の偏向方向は前記電極面に垂直であること
を特徴とする光偏向器。 An optical deflector in which an electro-optic crystal is sandwiched between a pair of parallelogrammic electrode surfaces parallel to each other,
A pair of light incident / exit surfaces perpendicular to the electrode surface and parallel to each other, wherein a light non-reflective coating portion and a light high reflection coating portion having the same area are formed in each of the light incident / exit surfaces, A light incident / exit surface is provided in which light is incident from the outside in the reflective coating portion, and the light incident in the deflector is reflected in the high light reflective coating,
An optical deflector characterized in that a light deflection direction is perpendicular to the electrode surface.
前記一対の電極面に垂直な5つの長方形の側面であって、
前記隣り合う1対の光の入出射面であって、光無反射コートが施された、光の入出射面と、
3つの光の反射面と
が形成された側面で囲まれた7面体に形成され、
光の偏向方向は前記電極面に垂直である
ことを特徴とする光偏向器。 An optical deflector sandwiching an electro-optic crystal between a pair of parallel pentagonal electrode surfaces,
5 rectangular sides perpendicular to the pair of electrode surfaces,
A pair of adjacent light incident / exit surfaces, which are provided with a light non-reflective coating,
It is formed in a seven-sided body surrounded by three side surfaces formed with three light reflecting surfaces.
An optical deflector characterized in that a light deflection direction is perpendicular to the electrode surface.
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JP2016038465A (en) * | 2014-08-07 | 2016-03-22 | 日本電信電話株式会社 | Electrooptic device |
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WO2006137408A1 (en) * | 2005-06-20 | 2006-12-28 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Electro-optical element |
JP2011081362A (en) * | 2009-09-14 | 2011-04-21 | Ricoh Co Ltd | Optical waveguide electro-optic device and process of manufacturing the same |
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