JP2015518179A - 電気光学単結晶素子、その作成方法、及びそれを用いるシステム - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2012年4月4日に出願された米国特許仮出願(No. 61/686,350)並びに2013年3月18日に出願された米国特許仮シリーズ出願(No. 61/802,796)に基づく優先権を主張するものであり、その全内容が参照によって本出願に完全に取り込まれている。
・P. Han, W. L. Yan, J. Tian, X. L. Huang, and H. X. Pan、“Cut directions for the optimization of piezoelectric coefficients of lead magnesium niobate- lead-titanateferroelectric crystals”. Discovery of d36 shear mode, Appl. Phys, Letter. 86, No.1, 2466, (2005); 及び
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(1)優れたE−O特性及び極めて低い半波電圧Vπ
(2)−30℃から最高110℃の広い動作温度範囲
(3)再ポーリング能による高い信頼性、及び
(4)費用効率の高い作成方法
γT C :80℃で1160pm/V、20℃で527pm/V,−8℃で436pm/V及び−21℃で 395pm/V
VT π:80℃で87.5V、20℃で87.5V、−8℃で119V。VT πデータは、比l/d=1に規格化され、そこで、
VT C :(横有効E−O係数):VT π:横モード半波長電圧である。
(I)Pb(Mg1/3Nb2/3)1-xTix式中xは0.22〜0.38として定義、
若しくは
(II)Pb(Zn1/3Nb2/3)1-YTiYO3式中yは0.04〜0.11として定義され、
全ての結晶素子は、最大6%(質量%)のランタン(La)、アンチモン(Sb)、最大8%(質量%)のタンタル(Ta)、最大31%(質量%)のインジウム(In)、最大5%(質量%)のジルコニウム(Zr)及びセリウム(Ce)、エルビウム(Er).テルビウム(Tb),スカンジウム(Sc)並びにネオジム(Nd)からなる群から選択された最大8%(質量%)の少なくとも一つの希土類元素と一緒にドープ又は共ドープされる工程と、(011)に結晶素子をスライスし、ウェハースを形成する工程と、95℃以下の温度範囲で2倍の保磁力(Ec)の下で<011>方向に結晶素子をポーリングすることによってmm2対称構造に偏光する工程とを含む。
(III) y*[Pb(In1/2Nb 1/2)O3]-(1-y)*[Pb(Mg1/3Nb2/3)1-xTixO3]
式中xは、0.00〜0.35として定義、
yは0.00〜0.35として定義され、
結晶素子を(011)ウェハースにスライスする工程と、
95℃以下の温度範囲で2倍以下の保磁力(Ec)で<011>方向に結晶素子をポーリングすることによってmm2対称構造に偏光する工程とを含む。
表1は、商業用E−O結晶のリストである。
γC 有効E−O係数、 pm/V
γC * 明白なE−O係数、pm/V、補正済み圧電効果 γC.
Vl π 縦半波電圧
VT π(l=d) 横半波電圧(l=d に規格化)
表2.発明のE−O結晶の極わめて低い半波長電圧 Vπ
*本発明
以下の組成を持つ横モードE−O結晶素子:67.5%PMN−32.5%PT 単結晶素子カット方向、ポーリング方向及び入射光の構造並びに結晶方向は図2Aに示す。試験結果は以下の通りである。
異なる温度における試験データ
γT C :有効横直線E−O係数
VT π :l/d=1に規格化された半波電圧
以下の組成を持つ縦モードE−O結晶素子:67.5%PMN−32.5%PT単結晶素子。カット方向、ポーリング方向及び入射光の構造並びに結晶方向は図2Bに示す。試験の結果は以下の通り、300V以下の非常に低い半波電圧Vl πを具備する20℃で450pm/Vの高さの有効縦直線E−O係数γl Cである。
以下の組成を持つ縦モードE−O結晶素子:24%PIN52.4%PMN−23.6%PT単結晶素子。カット方向、ポーリング方向及び入射光の構造並びに結晶方向は図2Aに示す。試験結果は以下の通り、315V以下の非常に低い半波電圧Vl πを具備する20℃で500pm/Vの高さの有効縦直線E−O係数γl C である。
以下の組成を持つ横モードE−O結晶素子:24%PIN52.4%PMN−23.6%PT単結晶素子。カット方向、ポーリング方向及び入射光の構造並びに結晶方向は図2Aに示す。試験結果は以下の通り、 95V以下の非常に低い半波電圧VT πを具備する20℃で527pm/Vの以上の有効横直線E−O係数γT Cである。
Claims (16)
- 下記化学式の一つによって表わされる化学組成物を有する強誘電体を作成する工程であって、
(I) Pb(Mg1/3Nb2/3)1-xTixO3 ここでxは0.22〜0.38として定義、
若しくは
(II) Pb(Zn1/3Nb2/3)1-y TiyO3 ここでy は0.04〜0.11として定義され、
全ての前記結晶素子は、最大6%(質量%)のランタン(La)、アンチモン(Sb)、最大8%(質量%)のタンタル(Ta)、最大31%(質量%)のインジウム(In)、最大5%(質量%)のジルコニウム(Zr)及びセリウム(Ce)、エルビウム(Er).テルビウム(Tb),スカンジウム(Sc)並びにネオジム(Nd)からなる群から選択された最大8%(質量%)の少なくとも一つの希土類元素と一緒にドープ又は共ドープする工程と、
(011)に前記結晶素子をスライスし、ウェハースを形成する工程と、
95℃以下の温度範囲で2倍以下の保磁力(Ec)で<011>方向に前記結晶素子をポーリングことによってmm2対称構造に偏光化する工程とを含む、電気光学結晶素子を製造する製造方法。 - 前記偏光化工程が単一ドメイン及びマルチナノドメイン構造の一つをもたらす、請求項1に記載の電気光学素子を製造する製造方法。
- 前記作成された結晶素子をさいの目にすることを行う工程と、
前記結晶素子を研磨し、光学的仕上げを行う工程と、
それによって前記電気光学結晶素子を形成する工程とを含む、請求項1に記載の製造方法。 - 前記結晶素子を電極化する工程を含む、請求項3に記載の製造方法。
- 横モード結晶素子を提供する工程と、
前記横モード結晶素子が、<011>偏光を提供し、室温20°Cで527 pm/Vより大きな横有効E−O係数γT C及び87.5V(l/d=1)よりも低い半波電圧VT π を与える工程とを含む、請求項1に記載の製造方法。 - 縦モード結晶素子を提供する工程と、
前記縦モード結晶素子上に透明電極をコーティングする工程とを含み、
前記縦モード結晶素子が、室温20°Cで427pm/Vより大きな縦有効E−O係数γl C及び300V よりも低いVl πの<011>偏光を提供する、請求項1に記載の製造方法。 - 下記化学式の一つで表わされる化学組成物を有する強誘電体を作成する工程であって、
(III) y*[Pb(In1/2Nb 1/2)O3]-(1-y)*[Pb(Mg1/3Nb2/3)1-xTixO3]
ここでxは、0.0〜0.35として定義、
Y は0.0〜0.35として定義され、
(011)ウェハースに前記結晶素子をスライスする工程と、
95℃以下の温度範囲で2倍以下の保磁力(Ec)で<011>方向に前記結晶素子をポーリングすることによってmm2対称構造に偏光化する工程とを含む、電気光学結晶素子を製造する方法。 - 前記偏光化工程が単一ドメイン及びマルチナノドメイン構造をもたらす、請求項7に記載の電気光学素子を製造する方法。
- 前記作成された結晶素子をさいの目にすることを行う工程と、
前記結晶素子を研磨し、光学的仕上げを行う工程と、
それによって前記電気光学結晶素子を形成する工程とを含む、請求項7に記載の製造方法。 - 前記結晶素子を電極化する工程を含む、請求項9に記載の製造方法。
- 横モード結晶素子を提供する工程を含み、
前記横モード結晶素子が、<011>偏光を提供し、室温20℃で500pm/Vより大きな横有効E−O係数γT C及び12V(l/d=7)よりも低い半波電圧VT πを与える、請求項7に記載の製造方法。 - 縦モード結晶素子を提供する工程と、
前記縦モード結晶素子上に透明電極をコーティングする工程とを含み、
前記縦モード結晶素子が、室温20℃で427pm/Vより大きな縦有効E−O係数γl C及び300Vよりも低いVl πの<011>偏光を提供する、請求項7に記載の製造方法。 - 振幅変調器及び位相変調器の一つである前記システムであって、
請求項7に記載の方法によって製造された縦モード電気光学結晶素子を含み、
前記縦モード結晶素子が、室温20℃で427pm/Vより大きい縦有効E−O係数γl C 及び300Vよりも低いVl πの<011>偏光を提供するための手段を含む、電気光学システム。 - 振幅変調器及び位相変調器の一つである前記システムであって、
請求項1に記載の方法によって製造された横モード電気光学結晶素子を含み、
横モード電気光学結晶素子が、<011>偏光を提供し、室温20℃で5pm/Vより大きな横有効E−O係数γT C 及び87.5V(l/d=1)よりも低い半波電圧VT πを与えるための手段を含む、電気光学システム。 - 振幅変調器及び位相変調器の一つである前記システムであって、
請求項7に記載の方法によって製造された縦モード電気光学結晶素子を含み、
前記横モード電気光学結晶素子が、<011>偏光を提供し、室温20℃で500pm/Vより大きな横有効E−O係数γT C及び12V(l/d=7)よりも低い半波電圧VT πを与えるための手段を含む、電気光学システム。 - 光学電気結晶素子の(011)表面のマッハツエンダー干渉計変調器と、
請求項1及び請求項7の一つに記載の方法によって製造された前記光学電気結晶素子とを含む、レーザービーム用電気光学変調器。
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