JP2017191254A - 電気光学デバイス - Google Patents
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Abstract
Description
A:B=m:n(m、nは2以上の整数)であり、かつ、mとnは互いに素
であることを特徴とする。
図2に、本発明の一実施形態にかかる電気光学結晶を示す。図2(a)は斜視図、図2(b)は上面図、図2(c)は入射面から見た側面図である。電気光学結晶100は、対向する2つの面を電極面111、112とし、この電極面と垂直に入射面101、出射面102、第1の反射面103、第2の反射面104、第3の反射面105、および第4の反射面106の6面が配置された六角柱状の形状を有している。
A=6/(√3)mm、B=4/(√3)mm、w=1mmの場合、相互作用長は25/(√3)mm、電極面積は11/(√3)mm2である。よって、相互作用長/電極面積=25/11mm-1≒2.27mm-1となる。
A=3mm、B=2mm、w=(√3)/2mmの場合、相互作用長は12.5mm、電極面積は11×(√3)/4mm2である。
本実施形態は、上述したサイズに限定されるものではない。ここでは、本実施形態の効果が発現する、電気光学デバイスのサイズに関する考察を行う。入射面および出射面の幅が等しくwのとき、長さA,B,wの比が、
A:B:w=m:n:(√3)/2
(m、nは2以上の整数でありm>n)
を満たす場合について考える。mとnが互いに素である場合、電気光学結晶のサイズA:Bのバリエーションを、図7−9に示す。
図7:A:B=3:2,4:3
図8:A:B=5:4,5:3,5:2
図9:A:B=6:5
一点鎖線は、入出射面の幅方向の中心を通過する光線の軌跡を示す。
図10:A:B=4:2,6:2,6:3
図11:A:B=6:4
図から明らかなように、これらの場合には、従来と比較して相互作用長が長くならない。
図13に、入射光の幅が入射面の幅の半分の場合の光の伝搬を示す。入射面の幅方向の中心を透過する光線の軌跡を一点鎖線、光ビームの一方の端の軌跡を実線、光ビームの他方の端の軌跡を点線で記している。この場合、光が通過しない領域があることがわかる。このような領域は、電極を形成しておいても、電気光学結晶内を伝搬する光の制御に寄与しないので、相互作用長を長くすることにはならない。すなわち、入射面の幅および出射面の幅は、入射光の幅とほぼ等しいときに、相互作用長/電極面積の比が最も大きくなる。
図4(b)に示したように、電極未形成部332は正三角形P1P2P3であり、電極未形成部333は正三角形Q1Q2Q3である。一辺の長さはA/6、すなわちA/(2m)に相当し、またはB/4、すなわちB/(2n)に相当する。
電気光学結晶100において、電圧印加面111,112の全面に電極を形成する場合を考える。相互作用長は、下記の通りに表される。
これまでの説明では、第1の反射面と150度の角をなす入射面に、入射光が垂直に入射する場合を扱ってきたが、必ずしもそうである必要はない。必要な要件は、図4(c)を参照すれば、入射面101を透過した光が電気光学結晶100の内部を伝搬し、入射角30°で第3の反射面105へ入射することである。入射光が入射面101に垂直に入射しない場合、入射面101上においてスネルの法則を考慮することにより、入射後(屈折後)の光の進行方向が、入射角30°で第3の反射面105へ入射するように入射角度を設定すれば良い。
LM=wangled
と表される。
より、
MK=(√3)wangledtanθ
である。LK=LM+MKより、
w=wangled(1+(√3)tanθ)
が成り立つ。すなわち、θを大きくしていくと、wangledが小さくなる。
図16および図17に、複数の電気光学結晶を接続した電気光学デバイスを示す。本実施形態の電気光学結晶を光学的に2個縦続接続して、電気光学デバイスを構成した例を示す。図16(a)は、前段の電気光学結晶901と後段の電気光学結晶902とが同一形状の場合であり、それぞれ光軸を一点鎖線で示し、光の軌跡を示す。前段の電気光学結晶901は、図6(b)に示した電気光学結晶500と同様に、A901:B901=3:2の形状を有し、後段の電気光学結晶902は、図12に示した電気光学結晶と同様に、A902:B902=2:3の形状を有している。前段の電気光学デバイス901の出射面と、後段の電気光学デバイス902の入射面を近接して配置している。A901−B901=B902−A902が成立するとき、相互作用長が長くなると共に、入射光と出射光の伝搬が同軸となるため、光の伝搬軸を変更したくない場合に有効である。
次に電気光学結晶の材料の対称性に関する考察を行う。座標系として主軸をとり、電場(0,0,E)を印加した時の、電気光学効果による逆誘電率の変化Δηi(i=1〜6)は、下記のように書ける。
点群4,4mm,3,3m,6,6mmの結晶構造をとるポッケルス係数は、それぞれ下記の通りである。
ポッケルス係数r13,r23,r33,r43,r53,r63が0である、点群3N,3Nm,6/m,6/mmm,4/m,4/mmmの結晶に、電場(0,0,E)を印加した時の、電気光学効果による逆誘電率の変化Δηi(i=1〜6)は、下記のように表される。
ポッケルス係数r13,r23,r33,r43,r53,r63が0であり、かつ立方晶系に属する点群432,m3mの結晶に、電場(0,0,E)を印加した時の、電気光学効果による逆誘電率の変化Δηi(i=1〜6)は、下記のように表される。
図18に示すように、本実施形態の電気光学結晶に新たな座標系を設定する。z軸方向に電圧Vが印加された材料内をx軸方向に伝搬する光において、z偏光の光を考える。電気光学結晶内に一様に電子がトラップされている場合、材料内の電界は次のように書ける。
図6に示した電気光学結晶500において、材料としてKTa1-xNbxO3(KTN)結晶(A=6/(√3)mm、B=4/(√3)mm、w=1mm、厚さd=1.2mm、x=0.39)を用いる。比誘電率εrが17500となり、結晶構造が立方晶(常誘電相)(点群m3m)となる28.7℃に温度を設定する。2つの電極面の全面にPt電極を蒸着し、電圧を印加しても、電子が材料内に注入されないようにする。
図6に示した電気光学結晶500において、材料としてKTa1-xNbxO3(KTN)結晶(A=6/(√3)mm、B=4/(√3)mm、w=1mm、厚さd=1.2mm、x=0.39)を用いる。比誘電率εrが17500となり、結晶構造が立方晶(常誘電相)(点群m3m)となる28.7℃に温度を設定する。2つの電極面の全面にPt電極を蒸着し、電圧を印加しても、電子が材料内に注入されないようにする。
図6に示した電気光学結晶500において、材料としてKTa1-xNbxO3(KTN)結晶(A=6/(√3)mm、B=4/(√3)mm、w=1mm、厚さd=1.2mm、x=0.39)を用いた。比誘電率εrが17500となり、結晶構造が立方晶(常誘電相)(点群m3m)となる28.7℃に温度を設定した。2つの電極面の全面にTi電極を蒸着し、電圧を印加することにより、電子が材料内に注入されるようにした。
2、3 電極面
4、201 電源
5 入射光
6 入射面における光ビーム断面
101、501、801 入射面
102、502、802,812 出射面
103、503、803 第1の反射面
104、504、804 第2の反射面
105、505、805 第3の反射面
106、506、806 第4の反射面
111、112 電極面
331 電極形成部
332、333 電極未形成部
521 第1の側面
522 第2の側面
Claims (6)
- 電気光学効果を有する電気光学結晶と、
該電気光学結晶の対向する2つの電極面に形成された電極対とを備え、
前記電気光学結晶は、前記電極面と垂直に入射面、出射面、第1の反射面、第2の反射面、第3の反射面、および第4の反射面を有し、
前記第1の反射面および前記第3の反射面は60度の角をなし、前記第4の反射面は前記第1の反射面に平行であり、前記第2の反射面は前記第3の反射面に平行であり、
前記入射面は、前記第1の反射面と前記第2の反射面の間に配置されており、前記出射面は、前記第3の反射面と前記第4の反射面の間に配置されており、
前記入射面を透過した光は、入射角30°で前記第3の反射面に入射し、前記入射面を透過した直後に光が進む方向と、前記出射面を透過する直前の光が進む方向とのなす角が0°であり、
前記電極面から見て、前記第1の反射面を含む平面と前記第2の反射面を含む平面とが交差する第1の点と、前記第2の反射面と前記第4の反射面とが交差する第2の点の間の距離をA、前記第1の点と、前記第1の反射面と前記第3の反射面とが交差する第3の点の間の距離をBとしたとき、
A:B=m:n(m、nは2以上の整数)であり、かつ、mとnは互いに素
であることを特徴とする電気光学デバイス。 - 前記入射面は、前記第1の反射面と150度の角をなし、かつ前記第2の反射面と150度の角をなし、
前記電極面から見て、前記入射面および前記出射面の幅が等しくwのとき、
A:B:w=m:n:(√3)/2
であることを特徴とする請求項1に記載の電気光学デバイス。 - 前記電極面において、前記第2の点を頂点とする一辺の長さがA/(2m)以下の正三角形の部分に電極が形成されていないこと、および/または
前記電極面において、前記第3の点を頂点とする一辺の長さがA/(2m)以下の正三角形の部分に電極が形成されていないことを特徴とする請求項1または2に記載の電気光学デバイス。 - 電気光学効果を有する電気光学結晶と、
該電気光学結晶の対向する2つの電極面に形成された電極対とを備え、
前記電気光学結晶は、前記電極面と垂直に入射面、出射面、第1の反射面、第2の反射面、第3の反射面、第4の反射面、第1の側面および第2の側面を有し、
前記第1の反射面および前記第3の反射面は60度の角をなし、前記第4の反射面は前記第1の反射面に平行であり、前記第2の反射面は前記第3の反射面に平行であり、
前記入射面は、前記第1の反射面と前記第2の反射面の間に配置されており、前記出射面は、前記第3の反射面と前記第4の反射面の間に配置されており、
前記入射面を透過した光は、入射角30°で前記第3の反射面に入射し、前記入射面を透過した直後に光が進む方向と、前記出射面を透過する直前の光が進む方向とのなす角が0°であり、
前記電極面から見て、前記第1の反射面を含む平面と前記第2の反射面を含む平面とが交差する第1の点と、前記第2の反射面を含む平面と前記第4の反射面を含む平面とが交差する第2の点の間の距離をA、前記第1の点と、前記第1の反射面を含む平面と前記第3の反射面を含む平面とが交差する第3の点の間の距離をBとしたとき、
A:B=m:n(m、nは2以上の整数)であり、かつ、mとnは互いに素であり、
前記第1の反射面と前記第3の反射面との間に、長さが0以上A/(2m)以下の前記第1の側面が配置され、前記第2の反射面と前記第4の反射面との間に、長さが0以上A/(2m)以下の前記第2の側面が配置されていることを特徴とする電気光学デバイス。 - 前記電気光学結晶が、常誘電相にあるKTa1-xNbxO3結晶(0<x<1)、またはK1-yLiyTa1-xNbxO3結晶(0<y<1、0<x<1)であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の電気光学デバイス。
- 請求項1ないし5のいずれかに記載の電気光学デバイスを複数備え、
一の電気光学デバイスの出射面と他の電気光学デバイスの入射面とを光学的に結合して、縦続接続されていることを特徴とする電気光学デバイス。
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