JP4097763B2 - ２次の非線形光学部材、及びその製造方法、並びに光変調素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、２次の非線形光学効果を有する光透過方向にほとんど複屈折を示さない非線形光学部材とその製造方法、および前記非線形光学部材を電気光学素子として用いた光変調素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光変調素子に用いられる２次の非線形光学材料としてはＬｉＮｂＯ3（ＬＮ）やＢｉ12ＳｉＯ20（ＢＳＯ）やＢｉ12ＧｅＯ20（ＢＧＯ）そしてＢｉ4Ｇｅ3Ｏ12などの光学結晶が知られていた。また、大越孝敬編著「光ファイバセンサ」オーム社（１９８６年）ｐｐ１４９−１５３に示されるように、これらの非線形光学材料を用いた光変調素子が通信用光変調素子や高電圧測定用の光ファイバセンサとして開発されてきた。
【０００３】
また、近年光ファイバセンサに使用する光学素子削減のためレンズやミラーを省略し、光ファイバからなる光路途中に磁気光学素子または電気光学素子を組み込んだ光ファイバセンサが検討されてきた（例えば特開平５−２９７０８６、特開平６−７４９７９、特開平８−２１９８２５等）。
【０００４】
更にまた、ごく最近、光ファイバを分極処理する事により２次の非線形光学効果が発現する事が明らかになり、光ファイバを用いた光変調素子が作製されるようになって来ている（例えばA.C.Liu 他：Opt. Lett. Vol.19 pp.466-468 (1994)、T. Fujiwara他：IEEE Photonics Lett. Vol.7 PP.1177-1179(1995)、特開平９−２３０２９３など）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の様に、例えば大きな自然複屈折を持つＬＮを用いた光変調素子（光ファイバセンサも含む）では、特開平３−４４５６２号公報や大越孝敬 編著「光ファイバセンサ」 オーム社（１９８６年）ｐｐ１５３に示すように、約０．１〜０．２度以下の軸ずれ角にする必要があった。これは光の入射角がずれると以下の２つの問題が発生するためである。
【０００６】
（１）入射光が結晶主軸からずれる事により発生する自然複屈折が電気光学効果により発生する複屈折より大きくなり、その結果変調度が設計値から大きく変化する。
【０００７】
（２）自然複屈折や非線形光学定数（電気光学定数）の温度変化のため、変調度の温度特性が非常に大きくなる。
【０００８】
これらの問題を解決するため、自然複屈折のない結晶を用いる方法が考えられる。自然複屈折のない非線形光学材料（結晶）としてはＢＧＯ、ＢＳＯ、そしてＢｉ4Ｇ ｅ3Ｏ12等が知られている。
【０００９】
しかし、ＢＧＯやＢＳＯは旋光性（光の偏光面が結 晶長に比例して回転する効果）のため結晶長を長くできず、光の変調度を任意に設定できなかったり、変調度を十分大きくできないという課題があった（例えば大越孝敬 編著「光ファイバセンサ」 オーム社（１９８６年）ｐｐ．１５２−１５３）。又、Ｂｉ4Ｇｅ3Ｏ12は高温でＤＣドリフトが存在するため、光変調素子として安定した温度特性を実現できないという課題があった（例えばO.Kamada, Appl.Phys. Vol.32(1993) pp.4288-4291）。
【００１０】
又、従来の様に、光ファイバの途中に通常の電気光学素子を配置した光ファイバセンサに於いては、レンズが省略されており、軸ずれ角の許容範囲の小さなＬＮを電気光学素子として用いた場合、大きな温度特性が発生するという課題があった。また、液晶を用いた場合は、応答速度が非常に遅く電圧値の急速な変化が測定できなっかたり、低温で液晶が固体化し使用出来なくなるなどの課題があった。
【００１１】
更に又、光ファイバの一部を従来の様に分極処理して電気光学素子として用いた場合、ＬＮ結晶を電気光学素子として用い、かつ入射光が光軸（Ｚ軸）からずれた場合に生じるものと同様の課題が発生することを本願発明者が初めて発見した。すなわち、新たに発見された上記課題とは、光ファイバを従来の方法で分極処理する事により、非線形光学効果（電気光学効果）のみならず、屈折率の異方性（自然複屈折）が発生するため、それを光ファイバセンサとして用いた場合、目的とする光学バイアスの状態にする事が困難であるという課題である。
【００１２】
尚、片方の誘電主軸の電気光学効果による屈折率変化を利用した従来の光変調器では、上記課題が発生する余地が無かったため、上記課題自体は、まったく認識されなかった。
【００１３】
一方、特開平９−２３０２９３に開示されている光変調素子に於いても、電気光学効果のみしか考慮されていないため、当然のことながら自然複屈折による光学バイアスが考慮されておらず、直線性が悪い変調素子となる。さらに上記従来例に於いては、光ファイバのクラッド部に電極挿入用孔が作製されており、この結果分極処理により発生する自然複屈折以上に、光ファイバ断面構造の異方性に起因する非常に大きな自然複屈折が発生する。この結果、この光ファイバはいわゆる偏波面保存ファイバと同様の機能を有し、誘電主軸（２対の孔を結んだ直線およびそれに垂直な方向）以外に入射した光の偏光状態は非常に不安定となり、温度や外圧が加わると著しく変化する光ファイバとなる。この結果特に上記光ファイバを電気光学素子として用い誘電主軸とは異なる方向に偏光方向をもつ光を入射した場合、例えば温度が数℃変化しただけでも変調度が大きく変化し、著しく温度特性の悪い、また歪み率の大きな電気光学素子になるという課題があった。
【００１４】
本発明は、上記従来の課題を考慮して、従来に比べて自然複屈折の発生を抑制出来る２次の非線形光学部材、及びその製造方法、並びに光変調素子を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の本発明は、無機ガラス材料を含む基材を分極処理して作製された２次の非線形光学部材であって、
前記分極処理は、相異なる第１の方向と第２の方向から行われたものであり、前記第１及び前記第２の方向に実質上直交する第３の方向に伝搬する光に対して、前記第１の方向又は第２の方向の何れか一方のみから分極処理が行われた場合に比べて自然複屈折の発生が抑制されること、又はその発生が実質上ない２次の非線形光学部材である。
【００１６】
又、請求項２記載の本発明は、前記第１の方向と前記第２の方向が互いに９０度±１０度の範囲で実質上直交している請求項１記載の２次の非線形光学部材である。
【００１７】
又、請求項３記載の本発明は、前記第３の方向が前記第１の方向および前記第２の方向とそれぞれ互いに９０度±１０度の範囲で実質上直交している請求項１記載の２次の非線形光学部材である。
【００１８】
又、請求項４記載の本発明は、無機ガラス材料を含む基材に対して、互いに異なる第１の方向及び第２の方向から所定の電界を印加して分極処理を施す２次の非線形光学部材の製造方法であって、
前記分極処理は、前記第１および前記第２の方向に実質上垂直な第３の方向に伝搬する光に対して、前記第１の方向又は第２の方向の何れか一方のみから分極処理が行われた場合に比べて自然複屈折の発生を抑制又はその発生を実質上なくす様に行う２次の非線形光学部材の製造方法である。
【００１９】
又、請求項５記載の本発明は、前記分極処理は、前記基材を通過した光の偏光状態を観測しながら行う請求項４記載の２次の非線形光学部材の製造方法である。
【００２０】
又、請求項６記載の本発明は、少なくとも２次の非線形光学部材と、前記２次の非線形光学部材に電界を印加するための電極とを含む電気光学素子を備えた光変調素子であって、
前記２次の非線形光学部材が請求項１記載の２次の非線形光学部材である光変調素子である。
【００２１】
又、請求項７記載の本発明は、少なくとも偏光子と、検光子と、電気光学素子とを備えた光変調素子であって、
前記電気光学素子が請求項１記載の２次の非線形光学部材を含むものである光変調素子である。
【００２２】
又、請求項８記載の本発明は、少なくともミラーと、電気光学素子とを備えた光変調素子であって、
前記電気光学素子が請求項１記載の２次の非線形光学部材を含むものである光変調素子である。
【００２３】
又、請求項９記載の本発明は、前記電気光学素子は、光透過方向に対して実質上直交する相異なる２方向から同時に変調電圧が印加されるものである請求項８記載の光変調素子である。
【００２４】
又、請求項１０記載の本発明は、光ファイバと、
前記光ファイバを固定するための光ファイバ固定用溝を有する基板と、
前記光ファイバの所定の箇所に設けられた光学素子挿入用溝に取り付けられた偏光子と、
前記光学素子挿入用溝に取り付けられた検光子と、
前記光学素子挿入用溝に取り付けられた電気光学素子とを備えた光変調素子であって、
前記電気光学素子が請求項１記載の２次の非線形光学部材からなる光変調素子である。
【００２５】
又、請求項１１記載の本発明は、前記光ファイバが所定の形状に曲げられている請求項１０記載の光変調素子である。
【００２６】
又、請求項１２記載の本発明は、前記所定の形状が底面がフラット形状のＵ字型光ファイバである請求項１１記載の光変調素子である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
ここでは、本発明の２次の非線形光学部材の製造方法の一実施の形態について、従来の２次の非線形光学材料の作製における分極処理方法と対比しながら説明する。
【００２９】
従来報告されているガラスを分極処理した２次の非線形光学材料は、１方向のみ分極処理されているため、分極処理をすればするほど（大きな２次の非線形光学特性、即ち大きな電気光学定数を得るほど）大きな自然複屈折を示す。
【００３０】
先ず最初に、図１（ａ）、（ｂ）を用いて、従来の方法により分極処理を行うと、自然複屈折が大きくなる理由を、本実施の形態の説明と合わせて述べる。
【００３１】
図１（ａ）は、非線形光学材料のブロックからなる電気光学素子１０１とｘ，ｙ，ｚ軸を示す図である。
【００３２】
同図において、ｘ，ｙ軸は直交しているものとして表されているが、必ずしも直交する必要はない。ただし、ｘ軸，ｙ軸を互いに９０度±１０度の範囲で直交させた場合、ｙ軸方向の分極処理がｘ軸方向の分極処理の結果に影響を与えにくいという特徴があり、分極処理を容易にコントロールする事ができる。また、ｚ軸は、このｘ軸及びｙ軸に、９０度±１０度の範囲でほぼ直交している。
【００３３】
まず、周囲温度を例えば１５０〜３００℃に昇温し、次に、ｘ軸方向に１×１０4〜１×１０6 Ｖ／ｃｍ程度の電界を印加し分極処理を行う。このとき、ｘ軸方向に分極処理するとｘ軸方向の電子分極が大きくなり、ｘ軸方向に偏光した光（ｘ軸方向に光電界が振動する光）が感じる屈折率ｎxは増加する（図１（ｂ）参 照）。図１（ｂ）は、本実施の形態の分極処理による屈折率変化を説明する図である。
【００３４】
一方、ｘ軸方向と直角方向の偏光が感じる屈折率ｎy、ｎzは低下する（図１（ｂ）参照）。
【００３５】
従って、従来の様に、１方向からのみ分極処理を行った場合、ｚ軸方向に伝搬する光は必ず自然複屈折を示すことになる。即ち、この段階で分極処理を終了するとすると、従来のＬＮ等を用いた場合と同じように、温度特性や変調度の設計値からの大きなずれの原因となる。
【００３６】
本実施の形態では、ｙ軸方向についても、先ほどのｘ軸方向と同じ要領で電界を印加することにより、更に分極処理を行う点が、従来の方法と大きく異なるところである。
【００３７】
このｙ軸方向についての分極処理により、ｙ軸方向の偏光を持つ光が感じる屈折率ｎｙが大きくなる。ここで、分極処理時間や分極電圧を適当に選ぶことにより、ｎx≒ｎyとする事が可能となる。
【００３８】
従って、ｚ軸方向に伝搬する光（ｘ偏光、ｙ偏光またはｘ軸とｙ軸の間に偏光方向を持つ光）に対しては、自然複屈折を非常に小さく、又はゼロにする事が可能となる。
【００３９】
また、ｘ軸及びｙ軸方向に分極処理する事により、ｚ軸方向の屈折率が小さくなる。しかし、等方的なガラスを分極処理した場合の複屈折量（屈折率の最大値と最小値の差）は、通常０．００１程度以下である。
【００４０】
一方、ＬＮの複屈折量は、約０．０９である。０．０９／０．００１＝９０となることから、ＬＮの複屈折量は、本発明による非線形光学材料の複屈折量より約２桁大きいと言える。従って、非線形光学材料に入射する光の角度精度もＬＮの場合に比べて約２桁近く大きくなり、そのため、軸ずれ角を±１０度程度以内とする事が可能となる。この結果、光変調素子の作製がきわめて容易になる。
【００４１】
尚、上述した本実施の形態では、２方向の分極処理は、時間的に別々に行った場合について述べたが、これに限らず例えば、同時に行っても同様の効果が得られる。
【００４２】
以下、さらに具体的な実験例及び比較例を用いて本発明を説明する。
【００４３】
なお、以下の具体例では、分極処理方法として加温中に高電圧を印加し分極処理を行う方法を示すが、紫外線を照射しながら室温で高電界を印加する方法、コロナポーリングによる方法、あるいは高真空中で高電圧を印加する方法などいずれの分極方法を用いても本質的に同様の機能を得ることができる。
【００４４】
【実施例】
（実施例１）
ここでは、本発明の第１の実施例を図２（ａ）〜（ｆ）、及び図３を用いて説明する。
【００４５】
即ち、図２（ａ）に示すように、第１の方向（ｘ軸と定義する）の分極処理として以下の操作を行った。ガラス材料としてＧｅＯ2 を５〜２０％含む光学研磨された厚み０．５ｍｍの薄板状のガラス基材２０１を用意した。
【００４６】
次に、このガラス基材２０１の光学研磨面にアルミ電極２０２を蒸着した。このガラス基材２０１を乾燥窒素置換した電気炉に入れ２５０℃に保持した。この状態で５ｋＶの電圧を印加し約１００分保持し分極処理を行った（図２（ａ）参照）。
【００４７】
次に、このガラス基材２０１の電極２０２をケミカルエッチングで完全にとり除いた後、このガラス基材２０１を回転式ブレードソーを用いて０.６ｍｍ巾に切断して、複数個の短冊形状の部材２０３を得た（図２（ｂ））。
【００４８】
さらに、第２の方向（ｙ軸と定義）の分極処理として以下の操作を行った。
【００４９】
即ち、短冊形状の部材２０３の上記切断面を図２（ｃ）のように、ｘ軸及びｙ軸にほぼ垂直なｚ軸を中心に右回りに９０度±１０度の範囲で回転させる。そして、図２（ｃ）に示す様に、ｙ軸がほぼ上向きになるように各短冊形状の部材２０３を並べて、一枚のガラス板状となるように接着する。
【００５０】
さらに、このｙ面（ｙ軸に垂直な面であり、表と裏の両面）を合計０.１ｍｍだけ光学研磨し、ｙ軸方向の厚みを０.５ｍｍとした。
【００５１】
次に、この光学面に図２（ａ）と同様のアルミ電極２０２を蒸着し、リード線２０４をつけた。そして、電気炉に入れて乾燥窒素雰囲気で２５０℃に保持し、両端に５ｋＶの電圧を印加し３０分放置し、ｙ軸方向に分極処理を行った（図２（ｄ）参照）。
【００５２】
次に、分極処理が終了した試料を室温にもどした。第１（ｘ軸）と第２（ｙ軸）の分極方向に垂直方向（ｚ軸）に直線偏光を透過させ、光の楕円率を測定した。このとき、入射光の偏光面はｘ軸から４５度の角度とした。透過してきた光が楕円偏光の場合は、さらに前記と同様の分極処理を行い、楕円偏光がほぼ直線偏光になるまで前記の分極操作を繰り返した。分極処理の大きさにも依存するが、ｘ軸およびｙ軸の垂直度は９０度±１０度、ｚ軸とｘ軸またはｚ軸とｙ軸との垂直度は９０度±１０度の範囲でほ自然複屈折のほとんどない試料を得る事ができた。
【００５３】
最後に、分極処理の終了した試料を所望の長さに切り出しｚ軸（光の透過方向）の両面２０５を光学研磨し、電気光学素子２０６を得た（図２（ｆ））。また、電極の端からの沿面放電が発生する場合、結晶エッジの部分の電極をとり除いて電気光学素子２０６を作製した。
【００５４】
次に、この様にして得られた電気光学素子２０６を用いて光変調素子３５を作製した実施例を図３を用いて説明する。
【００５５】
同図に示すように、光源３１としてＬＥＤを用いた。この光をコリメートレンズ３２を透過させ、平行光を得た。次に、偏光ビームスプリッタからなる偏光子３３、水晶を用いた１／４波長板３４、電気光学素子３５、検光子３６を図３のように配置した。さらに、検光子を透過した光は集光レンズ３６で集光し、受光素子（フォトダイオード）で電気信号に変換され、信号処理を行った。電気光学素子３５の電極間に１０００Ｖの交流を印加した時、変調度１％の交流波形信号を得た。
【００５６】
得られた非線形光学材料に、第１の分極方向及び第２の分極方向に垂直な入射角から±１度入射角を変化させた場合、変調度の変化率（垂直入射の場合の変調度を１００と規格化）は±３％以下、また±１０度入射角を変化させた時の変調度の変化は±１０％以内であった。
【００５７】
さらに、光変調素子を乾燥雰囲気とし、温度を−２０℃〜＋８０℃まで温度変化させ変調度の温度変化を測定した結果、変調度の変化（室温での変調度を１００と規格化）は±２％以下と良好な結果を示した。さらに、７０℃以上の高温でも、Ｂｉ4Ｇｅ3Ｏ12の場合のような光量のＤＣドリフトは観測されず、安定した変調信号を得る事ができた。
【００５８】
ここで、光変調素子として１／４波長板を用いている。これは入射直線偏光を円偏光にし光学バイアスをかけることによりアナログ（強度）変調信号を直線性よく取り出す為に設置したものである。デジタル変調のように、光のＯＮ−ＯＦＦ変調を行う場合、省略する事も可能である。
【００５９】
（実施例２）
本発明による第２の実施例を図４を用いて説明する。
【００６０】
実施例１に用いた電気光学素子を光変調素子（光の位相変調素子）として用い、干渉計を構成した。ここでは電気光学素子４５（この場合電気光学素子４５が光の光変調素子として機能する）としてｙ軸方向に電極を形成した電気光学素子を用いた。入射光としては可干渉性のよいＨｅ−Ｎｅレーザ光を用い、干渉計に入射する光の偏光をｘ軸方向とした。ｘ軸方向に１５００Ｖの電圧を印加する事により電気光学素子４５で入射光の位相が変調され、位相変調しない光とハーフミラー４１で合成され受光素子４８で変調信号を得る事ができた。次にｘ軸及びｙ軸方向に電極を形成した電気光学素子を用い、電圧をｘ軸及びｙ軸から同時に印加した。この時、偏光子４６により入射光の偏光方向を回転させても、変調度の大きな差をなくす事が出来た。さらに偏光子４６を取り除いた場合にも受光素子４８で変調信号を観測する事ができた。
【００６１】
この結果、偏光子のない光変調素子を実現することが出来た。
【００６２】
（比較例１）
比較例として、従来知られている１方向（ｘ軸とする）のみに分極処理した非線形光学材料を電気光学素子として用い、上記実施例２と同様にｘ軸、ｙ軸２方向に電極を形成し、以下のような実験を行った。
【００６３】
このとき、偏光子４６の透過偏光面を回転させると、受光素子４８で観測される変調信号は入射光の偏光面の回転とともに大きく変化した。
【００６４】
これは、通常の１方向のみに分極した非線形光学材料からなる電気光学素子を用いた場合、分極処理による自然複屈折のため、偏光面を回転すると透過光の位相が変化し電圧を印加しなくとも受光素子４８で観測される光強度が変化するためである。また、ｙ軸方向にはほとんど２次の非線形光学特性を示さないためである。
【００６５】
更に、電気光学素子４５に入射する偏光面がｙ軸方向の場合、電圧印加による光の変調信号はほとんど観測されなっかた。
【００６６】
更に、偏光子４６を取り除いた場合は、所望の大きさの変調度が得られず、変調素子として使用することが出来なかった。
【００６７】
（実施例３）
本発明による第３の実施例を図５を用いて説明する。ここでは、基板上に偏光子、電気光学素子、検光子、光ファイバ等をハイブリッドに集積化した光変調素子の実施の形態を示す。
【００６８】
基板５９の材料としては、ガラス、セラミックス、樹脂など、絶縁性の材料であればいずれの材料でもよいが、とくに絶縁性が高く加工性の優れたガラスエポキシ基板を用いた。
【００６９】
先ず、基板５９に回転式ブレードソーを用いて光ファイバ固定用溝５８を作製する。
【００７０】
次に、光ファイバ心線５１の一部の被覆を除去し、光ファイバ素線部５２が見える状態とし、この光ファイバを基板５９の光ファイバ固定用溝５８に接着固定した。
【００７１】
次に、回転式ブレードソーを用いて、各種光学素子を挿入するための光学素子挿入用溝５７を形成した。この溝５７に偏光子と１／４波長板（水晶製）を張り合わせた素子５３、電気光学素子５５、そして検光子５６を図５のように接着固定した。尚、素子５３は、入射光側に偏光子ががくるように配置されている。また、電圧印加のためのリード線を電気光学素子の電極に直接銀ペーストで接続した。また、基板５９の裏側のリード線は、基板に孔を形成し、電気光学素子５５に直接リード線を接続した。また、電気光学素子５５は実施例１と同様の方法で作製したものであり、また光の透過方向の厚みは１.５ｍｍのものを用いた。
【００７２】
この電気光学素子に１０００Ｖの電圧を印加した結果、変調度０.７％の交流変調信号を得た。
【００７３】
この光変調素子の温度特性を測定したところ、室温での変調度を１００とすると、−２０〜８０℃の温度範囲で、±３.５％の良好な結果を示した。さらに、７０℃以上の高温においても、Ｂｉ4Ｇｅ3Ｏ12結晶を用いた場合問題となるＤＣドリフトが観測されず安定した温度特性を実現を実現可能であった。なお、この光変調素子は、光の入射方向と出射方向が同一直線上にあり、途中光ファイバの曲がりがなく低損失化が可能なため、特に光通信用光変調素子として有効である。
（実施例４）
次に、本発明による第４の実施例を図６（ａ）〜図７（ｂ）を用いて説明する。
【００７４】
ここでは、基板上に偏光、電気光学素子、検光子、光ファイバ等をハイブリッドに集積化した光変調素子の実施例を示す。
【００７５】
図６（ａ）、（ｂ）に示すように、基板６９の上に、回転式ブレードソーを用いて光ファイバ固定用溝を作製する。基板６９の材料としては、絶縁性の高く加工性の優れたガラスエポキシ基板を用いた。
【００７６】
次に、光ファイバ心線の一部の被覆を除去し、光ファイバ素線部が見える状態とし、この光ファイバ素線部に加熱処理にを行い、底面がフラットなＵ字型光ファイバ（屈曲光ファイバ）６０１を作製した。この方法は特開平８―２１９８２５に開示されている内容と同様の方法を用いた。
【００７７】
この屈曲光ファイバ６０１を基板６９の溝６８に接着固定した（図６（ｂ））。
【００７８】
次に、回転式ブレードソーを用いて、各種光学素子を挿入するための光学素子挿入用溝６７を形成した（図７（ａ））。この溝６７に偏光子と１／４波長板（水晶製）を張り合わせた素子６３、電気光学素子６５、そして検光子６６を図７（ｂ）のように接着固定した。尚、ここでは、図面の記載が複雑になるのを避けるために、電圧印加のためのリード線の図面への記載は省略してある。
【００７９】
ここで、電気光学素子６５は、実施例１と同様の方法で作製したものであり、また光の透過方向の厚みは１ｍｍのものを用いた。この電気光学素子に１０００Ｖの電圧を印加した結果、変調度０.４％の交流変調信号を得た。この光変調素子は、入射光及び出射光が平行であり、直線状に長くならず、コンパクトに出来ることから、光ファイバ（電界または電圧）センサとして、特に有効利用できる。 この光変調素子の温度特性を測定したところ、室温での変調度を１００とすると、±３％の良好な結果を示した。
【００８０】
なお、ここでは屈曲ファイバの曲げ部分での光損失を押さえる対策は特に施していないが、光損失を極力小さくしたい場合など、光ファイバ屈曲部に光の反射構造を、金属の蒸着や、金属ペーストの塗布などの方法により形成してもよい。
【００８１】
以上のことから、上記本実施の形態〜実施例によれば以下の効果が発揮される。
【００８２】
（１）光の伝搬方向に複屈折のないまたは非常に小さな、２次の非線形光学材量を、ガラスに分極処理をするだけで容易に作製する事ができる。
【００８３】
（２）この結果、光の伝搬方向の角度許容巾が大きなかつ温度特性の良好な光変調素子や、光変調素子の一種である光ファイバ電圧（電界）センサを作製する事ができる。
【００８４】
（３）入射光の偏光依存性の小さなまたはほとんど無い光変調素子（光の位相変調素子）を実現できる。
【００８５】
（４）従来、等方的結晶（Ｂｉ4Ｇｅ3Ｏ12）などで問題となるＤＣドリフトの問題がない光変調素子を実現できる。
【００８６】
以上説明したような優れた特徴があり、本発明の工業的価値は高い。
【００８７】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように本発明は、自然複屈折の発生を抑制出来るという長所を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による非線形光学材料と本発明による分極処理による屈折率変化を説明する図
【図２】本発明の第１の実施例による非線形光学材料の作製方法を示す図
【図３】本発明の第１の実施例による光変調素子の構成を示す図
【図４】本発明の第２の実施例よる干渉計を用いた光変調素子の構成を示す図
【図５】本発明の第３の本実施例による光変調素子をファイバ光路途中に作製した構成図
【図６】（ａ）〜（ｂ）：本発明の第４の実施例による光変調素子をファイバ光路途中に作製した作製プロセス及び構成を示す図
【図７】（ａ）〜（ｂ）：本発明の第４の実施例による光変調素子をファイバ光路途中に作製した作製プロセス及び構成を示す図
【符号の説明】
３１ 光源
３２，３７ レンズ
３３，４６ 偏光子
３４ １／４波長板
３５，４５，５５，６５ 電気光学素子
３６，５４，６６ 検光子
３８，４８ 受光素子
５３，６３ 偏光子と１／４波長板を貼り合わせた素子
４３ 全反射ミラー
４１ ハーフミラー
５７，６７ 光学素子挿入用溝
５８，６８ 光ファイバ固定用溝
５９，６９ 基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、２次の非線形光学効果を有する光透過方向にほとんど複屈折を示さない非線形光学部材とその製造方法、および前記非線形光学部材を電気光学素子として用いた光変調素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光変調素子に用いられる２次の非線形光学材料としてはＬｉＮｂＯ3（ＬＮ）やＢｉ12ＳｉＯ20（ＢＳＯ）やＢｉ12ＧｅＯ20（ＢＧＯ）そしてＢｉ4Ｇｅ3Ｏ12などの光学結晶が知られていた。また、大越孝敬編著「光ファイバセンサ」オーム社（１９８６年）ｐｐ１４９−１５３に示されるように、これらの非線形光学材料を用いた光変調素子が通信用光変調素子や高電圧測定用の光ファイバセンサとして開発されてきた。
【０００３】
また、近年光ファイバセンサに使用する光学素子削減のためレンズやミラーを省略し、光ファイバからなる光路途中に磁気光学素子または電気光学素子を組み込んだ光ファイバセンサが検討されてきた（例えば特開平５−２９７０８６、特開平６−７４９７９、特開平８−２１９８２５等）。
【０００４】
更にまた、ごく最近、光ファイバを分極処理する事により２次の非線形光学効果が発現する事が明らかになり、光ファイバを用いた光変調素子が作製されるようになって来ている（例えばA.C.Liu 他：Opt. Lett. Vol.19 pp.466-468 (1994)、T. Fujiwara他：IEEE Photonics Lett. Vol.7 PP.1177-1179(1995)、特開平９−２３０２９３など）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の様に、例えば大きな自然複屈折を持つＬＮを用いた光変調素子（光ファイバセンサも含む）では、特開平３−４４５６２号公報や大越孝敬 編著「光ファイバセンサ」 オーム社（１９８６年）ｐｐ１５３に示すように、約０．１〜０．２度以下の軸ずれ角にする必要があった。これは光の入射角がずれると以下の２つの問題が発生するためである。
【０００６】
（１）入射光が結晶主軸からずれる事により発生する自然複屈折が電気光学効果により発生する複屈折より大きくなり、その結果変調度が設計値から大きく変化する。
【０００７】
（２）自然複屈折や非線形光学定数（電気光学定数）の温度変化のため、変調度の温度特性が非常に大きくなる。
【０００８】
これらの問題を解決するため、自然複屈折のない結晶を用いる方法が考えられる。自然複屈折のない非線形光学材料（結晶）としてはＢＧＯ、ＢＳＯ、そしてＢｉ4Ｇ ｅ3Ｏ12等が知られている。
【０００９】
しかし、ＢＧＯやＢＳＯは旋光性（光の偏光面が結 晶長に比例して回転する効果）のため結晶長を長くできず、光の変調度を任意に設定できなかったり、変調度を十分大きくできないという課題があった（例えば大越孝敬 編著「光ファイバセンサ」 オーム社（１９８６年）ｐｐ．１５２−１５３）。又、Ｂｉ4Ｇｅ3Ｏ12は高温でＤＣドリフトが存在するため、光変調素子として安定した温度特性を実現できないという課題があった（例えばO.Kamada, Appl.Phys. Vol.32(1993) pp.4288-4291）。
【００１０】
又、従来の様に、光ファイバの途中に通常の電気光学素子を配置した光ファイバセンサに於いては、レンズが省略されており、軸ずれ角の許容範囲の小さなＬＮを電気光学素子として用いた場合、大きな温度特性が発生するという課題があった。また、液晶を用いた場合は、応答速度が非常に遅く電圧値の急速な変化が測定できなっかたり、低温で液晶が固体化し使用出来なくなるなどの課題があった。
【００１１】
更に又、光ファイバの一部を従来の様に分極処理して電気光学素子として用いた場合、ＬＮ結晶を電気光学素子として用い、かつ入射光が光軸（Ｚ軸）からずれた場合に生じるものと同様の課題が発生することを本願発明者が初めて発見した。すなわち、新たに発見された上記課題とは、光ファイバを従来の方法で分極処理する事により、非線形光学効果（電気光学効果）のみならず、屈折率の異方性（自然複屈折）が発生するため、それを光ファイバセンサとして用いた場合、目的とする光学バイアスの状態にする事が困難であるという課題である。
【００１２】
尚、片方の誘電主軸の電気光学効果による屈折率変化を利用した従来の光変調器では、上記課題が発生する余地が無かったため、上記課題自体は、まったく認識されなかった。
【００１３】
一方、特開平９−２３０２９３に開示されている光変調素子に於いても、電気光学効果のみしか考慮されていないため、当然のことながら自然複屈折による光学バイアスが考慮されておらず、直線性が悪い変調素子となる。さらに上記従来例に於いては、光ファイバのクラッド部に電極挿入用孔が作製されており、この結果分極処理により発生する自然複屈折以上に、光ファイバ断面構造の異方性に起因する非常に大きな自然複屈折が発生する。この結果、この光ファイバはいわゆる偏波面保存ファイバと同様の機能を有し、誘電主軸（２対の孔を結んだ直線およびそれに垂直な方向）以外に入射した光の偏光状態は非常に不安定となり、温度や外圧が加わると著しく変化する光ファイバとなる。この結果特に上記光ファイバを電気光学素子として用い誘電主軸とは異なる方向に偏光方向をもつ光を入射した場合、例えば温度が数℃変化しただけでも変調度が大きく変化し、著しく温度特性の悪い、また歪み率の大きな電気光学素子になるという課題があった。
【００１４】
本発明は、上記従来の課題を考慮して、従来に比べて自然複屈折の発生を抑制出来る２次の非線形光学部材、及びその製造方法、並びに光変調素子を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の本発明は、無機ガラス材料を含む基材を分極処理して作製された２次の非線形光学部材であって、
前記分極処理は、相異なる第１の方向と第２の方向から行われたものであり、前記第１及び前記第２の方向に実質上直交する第３の方向に伝搬する光に対して、前記第１の方向又は第２の方向の何れか一方のみから分極処理が行われた場合に比べて自然複屈折の発生が抑制されること、又はその発生が実質上ない２次の非線形光学部材である。
【００１６】
又、請求項２記載の本発明は、前記第１の方向と前記第２の方向が互いに９０度±１０度の範囲で実質上直交している請求項１記載の２次の非線形光学部材である。
【００１７】
又、請求項３記載の本発明は、前記第３の方向が前記第１の方向および前記第２の方向とそれぞれ互いに９０度±１０度の範囲で実質上直交している請求項１記載の２次の非線形光学部材である。
【００１８】
又、請求項４記載の本発明は、無機ガラス材料を含む基材に対して、互いに異なる第１の方向及び第２の方向から所定の電界を印加して分極処理を施す２次の非線形光学部材の製造方法であって、
前記分極処理は、前記第１および前記第２の方向に実質上垂直な第３の方向に伝搬する光に対して、前記第１の方向又は第２の方向の何れか一方のみから分極処理が行われた場合に比べて自然複屈折の発生を抑制又はその発生を実質上なくす様に行う２次の非線形光学部材の製造方法である。
【００１９】
又、請求項５記載の本発明は、前記分極処理は、前記基材を通過した光の偏光状態を観測しながら行う請求項４記載の２次の非線形光学部材の製造方法である。
【００２０】
又、請求項６記載の本発明は、少なくとも２次の非線形光学部材と、前記２次の非線形光学部材に電界を印加するための電極とを含む電気光学素子を備えた光変調素子であって、
前記２次の非線形光学部材が請求項１記載の２次の非線形光学部材である光変調素子である。
【００２１】
又、請求項７記載の本発明は、少なくとも偏光子と、検光子と、電気光学素子とを備えた光変調素子であって、
前記電気光学素子が請求項１記載の２次の非線形光学部材を含むものである光変調素子である。
【００２２】
又、請求項８記載の本発明は、少なくともミラーと、電気光学素子とを備えた光変調素子であって、
前記電気光学素子が請求項１記載の２次の非線形光学部材を含むものである光変調素子である。
【００２３】
又、請求項９記載の本発明は、前記電気光学素子は、光透過方向に対して実質上直交する相異なる２方向から同時に変調電圧が印加されるものである請求項８記載の光変調素子である。
【００２４】
又、請求項１０記載の本発明は、光ファイバと、
前記光ファイバを固定するための光ファイバ固定用溝を有する基板と、
前記光ファイバの所定の箇所に設けられた光学素子挿入用溝に取り付けられた偏光子と、
前記光学素子挿入用溝に取り付けられた検光子と、
前記光学素子挿入用溝に取り付けられた電気光学素子とを備えた光変調素子であって、
前記電気光学素子が請求項１記載の２次の非線形光学部材からなる光変調素子である。
【００２５】
又、請求項１１記載の本発明は、前記光ファイバが所定の形状に曲げられている請求項１０記載の光変調素子である。
【００２６】
又、請求項１２記載の本発明は、前記所定の形状が底面がフラット形状のＵ字型光ファイバである請求項１１記載の光変調素子である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
ここでは、本発明の２次の非線形光学部材の製造方法の一実施の形態について、従来の２次の非線形光学材料の作製における分極処理方法と対比しながら説明する。
【００２９】
従来報告されているガラスを分極処理した２次の非線形光学材料は、１方向のみ分極処理されているため、分極処理をすればするほど（大きな２次の非線形光学特性、即ち大きな電気光学定数を得るほど）大きな自然複屈折を示す。
【００３０】
先ず最初に、図１（ａ）、（ｂ）を用いて、従来の方法により分極処理を行うと、自然複屈折が大きくなる理由を、本実施の形態の説明と合わせて述べる。
【００３１】
図１（ａ）は、非線形光学材料のブロックからなる電気光学素子１０１とｘ，ｙ，ｚ軸を示す図である。
【００３２】
同図において、ｘ，ｙ軸は直交しているものとして表されているが、必ずしも直交する必要はない。ただし、ｘ軸，ｙ軸を互いに９０度±１０度の範囲で直交させた場合、ｙ軸方向の分極処理がｘ軸方向の分極処理の結果に影響を与えにくいという特徴があり、分極処理を容易にコントロールする事ができる。また、ｚ軸は、このｘ軸及びｙ軸に、９０度±１０度の範囲でほぼ直交している。
【００３３】
まず、周囲温度を例えば１５０〜３００℃に昇温し、次に、ｘ軸方向に１×１０4〜１×１０6 Ｖ／ｃｍ程度の電界を印加し分極処理を行う。このとき、ｘ軸方向に分極処理するとｘ軸方向の電子分極が大きくなり、ｘ軸方向に偏光した光（ｘ軸方向に光電界が振動する光）が感じる屈折率ｎxは増加する（図１（ｂ）参 照）。図１（ｂ）は、本実施の形態の分極処理による屈折率変化を説明する図である。
【００３４】
一方、ｘ軸方向と直角方向の偏光が感じる屈折率ｎy、ｎzは低下する（図１（ｂ）参照）。
【００３５】
従って、従来の様に、１方向からのみ分極処理を行った場合、ｚ軸方向に伝搬する光は必ず自然複屈折を示すことになる。即ち、この段階で分極処理を終了するとすると、従来のＬＮ等を用いた場合と同じように、温度特性や変調度の設計値からの大きなずれの原因となる。
【００３６】
本実施の形態では、ｙ軸方向についても、先ほどのｘ軸方向と同じ要領で電界を印加することにより、更に分極処理を行う点が、従来の方法と大きく異なるところである。
【００３７】
このｙ軸方向についての分極処理により、ｙ軸方向の偏光を持つ光が感じる屈折率ｎｙが大きくなる。ここで、分極処理時間や分極電圧を適当に選ぶことにより、ｎx≒ｎyとする事が可能となる。
【００３８】
従って、ｚ軸方向に伝搬する光（ｘ偏光、ｙ偏光またはｘ軸とｙ軸の間に偏光方向を持つ光）に対しては、自然複屈折を非常に小さく、又はゼロにする事が可能となる。
【００３９】
また、ｘ軸及びｙ軸方向に分極処理する事により、ｚ軸方向の屈折率が小さくなる。しかし、等方的なガラスを分極処理した場合の複屈折量（屈折率の最大値と最小値の差）は、通常０．００１程度以下である。
【００４０】
一方、ＬＮの複屈折量は、約０．０９である。０．０９／０．００１＝９０となることから、ＬＮの複屈折量は、本発明による非線形光学材料の複屈折量より約２桁大きいと言える。従って、非線形光学材料に入射する光の角度精度もＬＮの場合に比べて約２桁近く大きくなり、そのため、軸ずれ角を±１０度程度以内とする事が可能となる。この結果、光変調素子の作製がきわめて容易になる。
【００４１】
尚、上述した本実施の形態では、２方向の分極処理は、時間的に別々に行った場合について述べたが、これに限らず例えば、同時に行っても同様の効果が得られる。
【００４２】
以下、さらに具体的な実験例及び比較例を用いて本発明を説明する。
【００４３】
なお、以下の具体例では、分極処理方法として加温中に高電圧を印加し分極処理を行う方法を示すが、紫外線を照射しながら室温で高電界を印加する方法、コロナポーリングによる方法、あるいは高真空中で高電圧を印加する方法などいずれの分極方法を用いても本質的に同様の機能を得ることができる。
【００４４】
【実施例】
（実施例１）
ここでは、本発明の第１の実施例を図２（ａ）〜（ｆ）、及び図３を用いて説明する。
【００４５】
即ち、図２（ａ）に示すように、第１の方向（ｘ軸と定義する）の分極処理として以下の操作を行った。ガラス材料としてＧｅＯ2 を５〜２０％含む光学研磨された厚み０．５ｍｍの薄板状のガラス基材２０１を用意した。
【００４６】
次に、このガラス基材２０１の光学研磨面にアルミ電極２０２を蒸着した。このガラス基材２０１を乾燥窒素置換した電気炉に入れ２５０℃に保持した。この状態で５ｋＶの電圧を印加し約１００分保持し分極処理を行った（図２（ａ）参照）。
【００４７】
次に、このガラス基材２０１の電極２０２をケミカルエッチングで完全にとり除いた後、このガラス基材２０１を回転式ブレードソーを用いて０.６ｍｍ巾に切断して、複数個の短冊形状の部材２０３を得た（図２（ｂ））。
【００４８】
さらに、第２の方向（ｙ軸と定義）の分極処理として以下の操作を行った。
【００４９】
即ち、短冊形状の部材２０３の上記切断面を図２（ｃ）のように、ｘ軸及びｙ軸にほぼ垂直なｚ軸を中心に右回りに９０度±１０度の範囲で回転させる。そして、図２（ｃ）に示す様に、ｙ軸がほぼ上向きになるように各短冊形状の部材２０３を並べて、一枚のガラス板状となるように接着する。
【００５０】
さらに、このｙ面（ｙ軸に垂直な面であり、表と裏の両面）を合計０.１ｍｍだけ光学研磨し、ｙ軸方向の厚みを０.５ｍｍとした。
【００５１】
次に、この光学面に図２（ａ）と同様のアルミ電極２０２を蒸着し、リード線２０４をつけた。そして、電気炉に入れて乾燥窒素雰囲気で２５０℃に保持し、両端に５ｋＶの電圧を印加し３０分放置し、ｙ軸方向に分極処理を行った（図２（ｄ）参照）。
【００５２】
次に、分極処理が終了した試料を室温にもどした。第１（ｘ軸）と第２（ｙ軸）の分極方向に垂直方向（ｚ軸）に直線偏光を透過させ、光の楕円率を測定した。このとき、入射光の偏光面はｘ軸から４５度の角度とした。透過してきた光が楕円偏光の場合は、さらに前記と同様の分極処理を行い、楕円偏光がほぼ直線偏光になるまで前記の分極操作を繰り返した。分極処理の大きさにも依存するが、ｘ軸およびｙ軸の垂直度は９０度±１０度、ｚ軸とｘ軸またはｚ軸とｙ軸との垂直度は９０度±１０度の範囲でほ自然複屈折のほとんどない試料を得る事ができた。
【００５３】
最後に、分極処理の終了した試料を所望の長さに切り出しｚ軸（光の透過方向）の両面２０５を光学研磨し、電気光学素子２０６を得た（図２（ｆ））。また、電極の端からの沿面放電が発生する場合、結晶エッジの部分の電極をとり除いて電気光学素子２０６を作製した。
【００５４】
次に、この様にして得られた電気光学素子２０６を用いて光変調素子３５を作製した実施例を図３を用いて説明する。
【００５５】
同図に示すように、光源３１としてＬＥＤを用いた。この光をコリメートレンズ３２を透過させ、平行光を得た。次に、偏光ビームスプリッタからなる偏光子３３、水晶を用いた１／４波長板３４、電気光学素子３５、検光子３６を図３のように配置した。さらに、検光子を透過した光は集光レンズ３６で集光し、受光素子（フォトダイオード）で電気信号に変換され、信号処理を行った。電気光学素子３５の電極間に１０００Ｖの交流を印加した時、変調度１％の交流波形信号を得た。
【００５６】
得られた非線形光学材料に、第１の分極方向及び第２の分極方向に垂直な入射角から±１度入射角を変化させた場合、変調度の変化率（垂直入射の場合の変調度を１００と規格化）は±３％以下、また±１０度入射角を変化させた時の変調度の変化は±１０％以内であった。
【００５７】
さらに、光変調素子を乾燥雰囲気とし、温度を−２０℃〜＋８０℃まで温度変化させ変調度の温度変化を測定した結果、変調度の変化（室温での変調度を１００と規格化）は±２％以下と良好な結果を示した。さらに、７０℃以上の高温でも、Ｂｉ4Ｇｅ3Ｏ12の場合のような光量のＤＣドリフトは観測されず、安定した変調信号を得る事ができた。
【００５８】
ここで、光変調素子として１／４波長板を用いている。これは入射直線偏光を円偏光にし光学バイアスをかけることによりアナログ（強度）変調信号を直線性よく取り出す為に設置したものである。デジタル変調のように、光のＯＮ−ＯＦＦ変調を行う場合、省略する事も可能である。
【００５９】
（実施例２）
本発明による第２の実施例を図４を用いて説明する。
【００６０】
実施例１に用いた電気光学素子を光変調素子（光の位相変調素子）として用い、干渉計を構成した。ここでは電気光学素子４５（この場合電気光学素子４５が光の光変調素子として機能する）としてｙ軸方向に電極を形成した電気光学素子を用いた。入射光としては可干渉性のよいＨｅ−Ｎｅレーザ光を用い、干渉計に入射する光の偏光をｘ軸方向とした。ｘ軸方向に１５００Ｖの電圧を印加する事により電気光学素子４５で入射光の位相が変調され、位相変調しない光とハーフミラー４１で合成され受光素子４８で変調信号を得る事ができた。次にｘ軸及びｙ軸方向に電極を形成した電気光学素子を用い、電圧をｘ軸及びｙ軸から同時に印加した。この時、偏光子４６により入射光の偏光方向を回転させても、変調度の大きな差をなくす事が出来た。さらに偏光子４６を取り除いた場合にも受光素子４８で変調信号を観測する事ができた。
【００６１】
この結果、偏光子のない光変調素子を実現することが出来た。
【００６２】
（比較例１）
比較例として、従来知られている１方向（ｘ軸とする）のみに分極処理した非線形光学材料を電気光学素子として用い、上記実施例２と同様にｘ軸、ｙ軸２方向に電極を形成し、以下のような実験を行った。
【００６３】
このとき、偏光子４６の透過偏光面を回転させると、受光素子４８で観測される変調信号は入射光の偏光面の回転とともに大きく変化した。
【００６４】
これは、通常の１方向のみに分極した非線形光学材料からなる電気光学素子を用いた場合、分極処理による自然複屈折のため、偏光面を回転すると透過光の位相が変化し電圧を印加しなくとも受光素子４８で観測される光強度が変化するためである。また、ｙ軸方向にはほとんど２次の非線形光学特性を示さないためである。
【００６５】
更に、電気光学素子４５に入射する偏光面がｙ軸方向の場合、電圧印加による光の変調信号はほとんど観測されなっかた。
【００６６】
更に、偏光子４６を取り除いた場合は、所望の大きさの変調度が得られず、変調素子として使用することが出来なかった。
【００６７】
（実施例３）
本発明による第３の実施例を図５を用いて説明する。ここでは、基板上に偏光子、電気光学素子、検光子、光ファイバ等をハイブリッドに集積化した光変調素子の実施の形態を示す。
【００６８】
基板５９の材料としては、ガラス、セラミックス、樹脂など、絶縁性の材料であればいずれの材料でもよいが、とくに絶縁性が高く加工性の優れたガラスエポキシ基板を用いた。
【００６９】
先ず、基板５９に回転式ブレードソーを用いて光ファイバ固定用溝５８を作製する。
【００７０】
次に、光ファイバ心線５１の一部の被覆を除去し、光ファイバ素線部５２が見える状態とし、この光ファイバを基板５９の光ファイバ固定用溝５８に接着固定した。
【００７１】
次に、回転式ブレードソーを用いて、各種光学素子を挿入するための光学素子挿入用溝５７を形成した。この溝５７に偏光子と１／４波長板（水晶製）を張り合わせた素子５３、電気光学素子５５、そして検光子５６を図５のように接着固定した。尚、素子５３は、入射光側に偏光子ががくるように配置されている。また、電圧印加のためのリード線を電気光学素子の電極に直接銀ペーストで接続した。また、基板５９の裏側のリード線は、基板に孔を形成し、電気光学素子５５に直接リード線を接続した。また、電気光学素子５５は実施例１と同様の方法で作製したものであり、また光の透過方向の厚みは１.５ｍｍのものを用いた。
【００７２】
この電気光学素子に１０００Ｖの電圧を印加した結果、変調度０.７％の交流変調信号を得た。
【００７３】
この光変調素子の温度特性を測定したところ、室温での変調度を１００とすると、−２０〜８０℃の温度範囲で、±３.５％の良好な結果を示した。さらに、７０℃以上の高温においても、Ｂｉ4Ｇｅ3Ｏ12結晶を用いた場合問題となるＤＣドリフトが観測されず安定した温度特性を実現を実現可能であった。なお、この光変調素子は、光の入射方向と出射方向が同一直線上にあり、途中光ファイバの曲がりがなく低損失化が可能なため、特に光通信用光変調素子として有効である。
（実施例４）
次に、本発明による第４の実施例を図６（ａ）〜図７（ｂ）を用いて説明する。
【００７４】
ここでは、基板上に偏光、電気光学素子、検光子、光ファイバ等をハイブリッドに集積化した光変調素子の実施例を示す。
【００７５】
図６（ａ）、（ｂ）に示すように、基板６９の上に、回転式ブレードソーを用いて光ファイバ固定用溝を作製する。基板６９の材料としては、絶縁性の高く加工性の優れたガラスエポキシ基板を用いた。
【００７６】
次に、光ファイバ心線の一部の被覆を除去し、光ファイバ素線部が見える状態とし、この光ファイバ素線部に加熱処理にを行い、底面がフラットなＵ字型光ファイバ（屈曲光ファイバ）６０１を作製した。この方法は特開平８―２１９８２５に開示されている内容と同様の方法を用いた。
【００７７】
この屈曲光ファイバ６０１を基板６９の溝６８に接着固定した（図６（ｂ））。
【００７８】
次に、回転式ブレードソーを用いて、各種光学素子を挿入するための光学素子挿入用溝６７を形成した（図７（ａ））。この溝６７に偏光子と１／４波長板（水晶製）を張り合わせた素子６３、電気光学素子６５、そして検光子６６を図７（ｂ）のように接着固定した。尚、ここでは、図面の記載が複雑になるのを避けるために、電圧印加のためのリード線の図面への記載は省略してある。
【００７９】
ここで、電気光学素子６５は、実施例１と同様の方法で作製したものであり、また光の透過方向の厚みは１ｍｍのものを用いた。この電気光学素子に１０００Ｖの電圧を印加した結果、変調度０.４％の交流変調信号を得た。この光変調素子は、入射光及び出射光が平行であり、直線状に長くならず、コンパクトに出来ることから、光ファイバ（電界または電圧）センサとして、特に有効利用できる。 この光変調素子の温度特性を測定したところ、室温での変調度を１００とすると、±３％の良好な結果を示した。
【００８０】
なお、ここでは屈曲ファイバの曲げ部分での光損失を押さえる対策は特に施していないが、光損失を極力小さくしたい場合など、光ファイバ屈曲部に光の反射構造を、金属の蒸着や、金属ペーストの塗布などの方法により形成してもよい。
【００８１】
以上のことから、上記本実施の形態〜実施例によれば以下の効果が発揮される。
【００８２】
（１）光の伝搬方向に複屈折のないまたは非常に小さな、２次の非線形光学材量を、ガラスに分極処理をするだけで容易に作製する事ができる。
【００８３】
（２）この結果、光の伝搬方向の角度許容巾が大きなかつ温度特性の良好な光変調素子や、光変調素子の一種である光ファイバ電圧（電界）センサを作製する事ができる。
【００８４】
（３）入射光の偏光依存性の小さなまたはほとんど無い光変調素子（光の位相変調素子）を実現できる。
【００８５】
（４）従来、等方的結晶（Ｂｉ4Ｇｅ3Ｏ12）などで問題となるＤＣドリフトの問題がない光変調素子を実現できる。
【００８６】
以上説明したような優れた特徴があり、本発明の工業的価値は高い。
【００８７】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように本発明は、自然複屈折の発生を抑制出来るという長所を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による非線形光学材料と本発明による分極処理による屈折率変化を説明する図
【図２】本発明の第１の実施例による非線形光学材料の作製方法を示す図
【図３】本発明の第１の実施例による光変調素子の構成を示す図
【図４】本発明の第２の実施例よる干渉計を用いた光変調素子の構成を示す図
【図５】本発明の第３の本実施例による光変調素子をファイバ光路途中に作製した構成図
【図６】（ａ）〜（ｂ）：本発明の第４の実施例による光変調素子をファイバ光路途中に作製した作製プロセス及び構成を示す図
【図７】（ａ）〜（ｂ）：本発明の第４の実施例による光変調素子をファイバ光路途中に作製した作製プロセス及び構成を示す図
【符号の説明】
３１ 光源
３２，３７ レンズ
３３，４６ 偏光子
３４ １／４波長板
３５，４５，５５，６５ 電気光学素子
３６，５４，６６ 検光子
３８，４８ 受光素子
５３，６３ 偏光子と１／４波長板を貼り合わせた素子
４３ 全反射ミラー
４１ ハーフミラー
５７，６７ 光学素子挿入用溝
５８，６８ 光ファイバ固定用溝
５９，６９ 基板
Claims (12)
- 無機ガラス材料を含む基材を分極処理して作製された２次の非線形光学部材であって、
前記分極処理は、相異なる第１の方向と第２の方向から行われたものであり、前記第１及び前記第２の方向に実質上直交する第３の方向に伝搬する光に対して、前記第１の方向又は第２の方向の何れか一方のみから分極処理が行われた場合に比べて自然複屈折の発生が抑制されること、又はその発生が実質上ないことを特徴とする２次の非線形光学部材。 - 前記第１の方向と前記第２の方向が互いに９０度±１０度の範囲で実質上直交している事を特徴とする請求項１記載の２次の非線形光学部材。
- 前記第３の方向が前記第１の方向および前記第２の方向とそれぞれ互いに９０度±１０度の範囲で実質上直交している事を特徴とする請求項１記載の２次の非線形光学部材。
- 無機ガラス材料を含む基材に対して、互いに異なる第１の方向及び第２の方向から所定の電界を印加して分極処理を施す２次の非線形光学部材の製造方法であって、
前記分極処理は、前記第１および前記第２の方向に実質上垂直な第３の方向に伝搬する光に対して、前記第１の方向又は第２の方向の何れか一方のみから分極処理が行われた場合に比べて自然複屈折の発生を抑制又はその発生を実質上なくす様に行う事を特徴とする２次の非線形光学部材の製造方法。 - 前記分極処理は、前記基材を通過した光の偏光状態を観測しながら行う事を特徴とする請求項４記載の２次の非線形光学部材の製造方法。
- 少なくとも２次の非線形光学部材と、前記２次の非線形光学部材に電界を印加するための電極とを含む電気光学素子を備えた光変調素子であって、
前記２次の非線形光学部材が請求項１記載の２次の非線形光学部材である事を特徴とする光変調素子。 - 少なくとも偏光子と、検光子と、電気光学素子とを備えた光変調素子であって、
前記電気光学素子が請求項１記載の２次の非線形光学部材を含むものである事を特徴とする光変調素子。 - 少なくともミラーと、電気光学素子とを備えた光変調素子であって、
前記電気光学素子が請求項１記載の２次の非線形光学部材を含むものである事を特徴とする光変調素子。 - 前記電気光学素子は、光透過方向に対して実質上直交する相異なる２方向から同時に変調電圧が印加されるものである事を特徴とする請求項８記載の光変調素子。
- 光ファイバと、
前記光ファイバを固定するための光ファイバ固定用溝を有する基板と、
前記光ファイバの所定の箇所に設けられた光学素子挿入用溝に取り付けられた偏光子と、
前記光学素子挿入用溝に取り付けられた検光子と、
前記光学素子挿入用溝に取り付けられた電気光学素子とを備えた光変調素子であって、
前記電気光学素子が請求項１記載の２次の非線形光学部材からなる事を特徴とする光変調素子。 - 前記光ファイバが所定の形状に曲げられている事を特徴とする請求項１０記載の光変調素子。
- 前記所定の形状が底面がフラット形状のＵ字型光ファイバである事を特徴とする請求項１１記載の光変調素子。
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