JP4545008B2 - ゲートスイッチおよびそれを用いた空間光スイッチとゲートスイッチングシステム - Google Patents

Description

本発明は、ゲートスイッチおよびそれを用いた空間光スイッチとゲートスイッチングシステムに関し、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、スキャナー等に使用されるゲートスイッチおよびそれを用いた空間光スイッチとゲートスイッチングシステムに関する。

近年の光通信技術の発達により、光信号をＯＮ／ＯＦＦするためのゲートスイッチ等が重要となってきている。このゲートスイッチ等は、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。

従来用いられていたゲートスイッチの主要なものは、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）等1次の電気光学効果を発現する結晶を用いたものであった。ところが、ＬＮは偏波依存性を有しているため、偏波無依存動作を行うためには、構成に工夫をする必要が生じる為、スイッチの構成が複雑になってしまうという欠点があった。また、ＬＮ等が有する１次の電気光学効果は、中心対称を有さない結晶にしか発現しないため、偏波依存性が必ず現われてしまう。ゆえに、この偏波依存性は、避けて通る事の出来ない課題であった。

偏波無依存の装置の構成の工夫の仕方については、様々報告されている。特許文献１では、入力された信号光をまず第１の偏波ビームスプリッタを用いて、TEモードとTMモードとにビ−ムを分割する。次いで、ＴＥモードとＴＭモードとを別々のゲートスイッチによってＯＮ／ＯＦＦを行い、スイッチを通過した光を再び第２のビームスプリッタによって合成する。このような構成によって、ＴＥモードとＴＭモードの双方に対してスイッチングを行い、結果として偏波無依存動作を実現している。

特開２００２−２２８９９７号公報 特開２００３−２１８４４６号公報 Amnon Yariv "Optical Electronics" 丸善株式会社、5/e Chapter 4 F.A. Jenkins and H.E. White, "Fundamentals of Optics" McGRAW-HILL BOOK COMPANY, 3/e Part II 下小園他、「エタロン構造を用いたＫＴＮ結晶のＫｅｒｒ定数測定」、第５１回応用物理学関連連合講演会 講演会予稿集 No.3 p1326 J.E. Geusic, S.K.Kurz, L.G. Van Uitert, and S.H. Wemple, "ERECTRO-OPTIC PROPERTIES OF SOME ABO3 PEROVSKITES IN THE PARAELECTRIC PHASE" Appl. Phys. Lett. 4, 141

特許文献１記載の装置では、確かに、結果的に偏波無依存動作を行うことができるが、ＴＥ光とＴＭ光に対するデバイス（ゲートスイッチ）が完全に同じ動作をしていないと、位相のずれが生じてしまい、動作が不安定になってしまうため、結果としてビットエラ−レ−トが上がってしまう事になる。また、第１のビームスプリッタと第２のビームスプリッタとの光路差を入射波長の整数倍に制御したり、光路を曲げるためのミラーの角度の調整等、高精度な制御を必要とする。

従って、１次の電気光学結晶を用いたスイッチでは、安定で高品質な偏波無依存スイッチングが難しいという問題点があった。

加えて、これら電気光学結晶を用いたスイッチでは、使用環境等の変化により、スイッチの動作温度が変化し、出力した光信号の波長がシフトする。この温度変化に起因する波長シフトを避けるため、スイッチの温度を一定に保つための温度調節器が必要であった。

温度調節器を備える構成として、特許文献２で示されているように、ペルチェ素子を使った温度調節器を備えた構成がある。このような温度調節器を使用すれば、エタロンの温度は−定に保つことが出来るが、光部品あるいは光モジュールとしては部品数が多くなるため、装置全体が大型になり、かつ複雑になる、等の問題点があった。

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、エタロンの構造を用いた、偏波無依存で高速応答可能なゲートスイッチおよびそれを用いた空間光スイッチとゲートスイッチングシステムを提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するために、請求項１記載の発明は、立方晶構造かつ２次の電気光学効果を有する第１の誘電体結晶と、前記第１の誘電体結晶の第１の面に設けられた、前記第１の誘電体結晶に電圧を印加し、かつ所定の周波数近傍の光を選択的に所定の透過率で透過し、前記所定の周波数近傍以外の光を所定の割合で反射する第１の部材と、前記第１の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、前記第１の誘電体結晶に電圧を印加し、かつ前記所定の周波数近傍の光を選択的に所定の透過率で透過し、前記所定の周波数以外の光を所定の割合の反射率で反射する第２の部材とを有し、光源から発振されたブロード光が前記第１の面から入射される第１のエタロンと、立方晶構造かつ２次の電気光学効果を有する第２の誘電体結晶と、前記第２の誘電体結晶の第３の面に設けられた、前記第２の誘電体結晶に電圧を印加し、かつ前記所定の周波数近傍の光を選択的に所定の透過率で透過し、前記所定の周波数近傍以外の光を所定の割合で反射する第３の部材と、前記第２の誘電体結晶の前記第３の面に対向する第４の面に設けられた、前記第２の誘電体結晶に電圧を印加し、かつ前記所定の周波数近傍の光を選択的に所定の透過率で透過し、前記所定の周波数以外の光を所定の割合で反射する第４の部材と、前記第２の誘電体結晶に電圧を印加する電圧印加手段とを有し、前記第１のエタロンと温度特性が同一である第２のエタロンとを備え、前記第１のエタロンと第２のエタロンとはタンデムに配置され、かつ前記第２の面と前記第３の面とが略平行に配置されており、前記電圧印加手段は、前記第２の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、前記第１のエタロンは前記入射されたブロード光から波長を切り出し、前記第２のエタロンは、前記電極により電圧を印加されることにより、前記第１のエタロンから入射された切り出された波長の光をスイッチングし、前記第１〜第４の部材はそれぞれ、対応する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を有することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、立方晶構造かつ２次の電気光学効果を有する第１の誘電体結晶と、前記第１の誘電体結晶の第１の面に設けられた、前記第１の誘電体結晶に電圧を印加し、かつ所定の周波数近傍の光を選択的に所定の透過率で透過し、前記所定の周波数近傍以外の光を所定の割合で反射する第１の部材と、前記第１の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、前記第１の誘電体結晶に電圧を印加し、かつ前記所定の周波数近傍の光を選択的に所定の透過率で透過し、前記所定の周波数以外の光を所定の割合の反射率で反射する第２の部材とを有し、光源から発振されたブロード光が前記第１の面から入射される第１のエタロンと、立方晶構造かつ２次の電気光学効果を有する第２の誘電体結晶と、前記第２の誘電体結晶の第３の面に設けられた、前記第２の誘電体結晶に電圧を印加し、かつ前記所定の周波数近傍の光を選択的に所定の透過率で透過し、前記所定の周波数近傍以外の光を所定の割合で反射する第３の部材と、前記第２の誘電体結晶の前記第３の面に対向する第４の面に設けられた、前記第２の誘電体結晶に電圧を印加し、かつ前記所定の周波数近傍の光を選択的に所定の透過率で透過し、前記所定の周波数以外の光を所定の割合で反射する第４の部材と、前記第２の誘電体結晶に電圧を印加する電圧印加手段とを有し、前記第１のエタロンと温度特性が同一である第２のエタロンとを備え、前記第１のエタロンと第２のエタロンとはタンデムに配置され、かつ前記第２の面と前記第３の面とが略平行に配置されており、前記電圧印加手段は、前記第２の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、前記第１のエタロンは前記入射されたブロード光から波長を切り出し、前記第２のエタロンは、前記電極により電圧を印加されることにより、前記第１のエタロンから入射された切り出された波長の光をスイッチングし、前記第１および第２の部材は金属薄膜電極であり、前記第３および第４の部材はそれぞれ、対応する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を有することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記第１〜第４の部材はそれぞれ、金属薄膜電極であることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記透明電極は、前記誘電体結晶の光が透過する領域に形成されていることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか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は、前記所定の周波数近傍の光を選択的に所定の透過率で透過し、前記所定の周波数以外の光を所定の割合で反射する金属薄膜電極が設けられていることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１乃至５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。

請求項７記載の発明は、請求項１乃至５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１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。

請求項８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、前記誘電体結晶は、Ｋ _１−ｙ Ｌｉ _ｙ Ｔａ _１−ｘ Ｎｂ _ｘ Ｏ _３ （０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）の組成を有することを特徴とする。

請求項９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、前記誘電体結晶は、ＫＴａ _１−ｘ Ｎｂ _ｘ Ｏ ₃ （０＜ｘ＜１）におけるＫの全て、もしくは、Ｋ _１−ｙ Ｌｉ _ｙ Ｔａ _１−ｘ Ｎｂ _ｘ Ｏ _３ （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ことを特徴とする。

請求項１０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、前記誘電体結晶は、ＫＴａ _１−ｘ Ｎｂ _ｘ Ｏ ₃ （０＜ｘ＜１）におけるＫの全て、もしくは、Ｋ _１−ｙ Ｌｉ _ｙ Ｔａ _１−ｘ Ｎｂ _ｘ Ｏ _３ （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ことを特徴とする。

請求項１１記載の発明は、請求項８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。

請求項１２記載の発明は、複数個の請求項１乃至１１のいずれかに記載のゲートスイッチと、入射光を前記複数個に分岐する光分岐手段であって、該分岐された各々の光を、前記複数個のゲートスイッチの各々に入射するように配置された光分岐手段とを備えることを特徴とする。

請求項１３記載の発明は、請求項１乃至１１のいずれかに記載のゲートスイッチと、前記ゲートスイッチに入射されるブロード光を発振する光源とを備えることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、同一の温度特性を有するエタロンをタンデムに配置することにより、温度調節することなく、偏波無依存で高速応答を実現することが可能となる。

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、本発明の基本原理について説明する。最初にファブリ−ペロ−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−ペローエタロン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。ファブリ−ペロー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。ファブリーペローエタロンの透過帯の中心周波数ν_ｍは下記の式で表される。

なお、上記の式（１）における、ｎはミラーによって挟まれた物質の屈折率、ｌ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。ＦＳＲとは、式（１）で表現される透過帯の中心周波数ν_ｍのうち、隣り合う２組の間隔の事なので、下記の式で表現される。

また、Ｆｉｎｅｓｓとは、透過帯の広がり具合を表現する値で、以下の式によりミラ−の反射率と関連付けられる。

なお、上記の式（３）における、Δν_１／２は透過帯の半値全幅、Ｒは共振器を構成しているミラーの反射率である。

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）。

ここで、δはエタロン内での位相の遅れを表し、

である。

式（１）により、透過帯の中心周波数ν_ｍ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ｌ、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際も、これらのパラメ−タを変化させれば、実現可能なことがわかる。いくつか市販されている波長可変フィルタがあるが、共振器長を変化させて波長可変をおこなう方式が主流である。その理由は、上記３つのパラメータのうち、共振器長ｌ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。

共振器長ｌおよびエタロンの角度θを変化させる方法に関しては、必ずメカニカルな動作が必要である。そのために高速動作には適していない。

それらに比較してエタロンを構成する物質の屈折率ｎを変化させる方法では、メカニカルな動作を行わずに、透過帯の中心波長（中心周波数）を変化させる事が出来る。上記屈折率ｎを変化させる方法として、主に熱光学（Ｔｈｅｍｏ−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。これらのうち、もっとも高速動作に適していないのがＴＯ効果で、せいぜい数ｍｓ程度の応答速度しか実現できない。また、ＡＯ効果は、ＴＯ効果に比べれば、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。

これらに比較して、ＥＯ効果は高速動作に適しており、屈折率の変化量も十分に得ることができるため、高速動作を要求されるスイッチングに適している。
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−効果）とがある。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で表される。

なお、上記式（６）のｎ_０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、ｒ_ｅｆｆは１次の電気光学係数の有効値、Ｅは電界である。

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われるので、屈折率変化は下記の式で表される。

なお、上記式（７）のｎ_０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、ｓ_１２は下記の式で定義される量である。

なお、上記式（８）のε_０は真空の誘電率、ε_ｒ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、g_１２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。

従って、２次の電気光学効果を用いると、印加された電圧の２乗に比例した屈折率変化が誘起されるので、より小さな電圧を印加することによって屈折率変化を起こす事が出来る。また、２次の電気光学効果を用いると、１ＧＨｚ程度の高速応答が原理的に可能である。

物質の屈折率の波長分散に関しては、一般にＳｅｌｌｍｅｉｅｒの式（非特許文献２参照）によって下記のように表現される。

従って、Ｓｅｌｌｍｅｉｅｒの式（９）により、スイッチングを行いたい波長（周波数）での屈折率を推定する事が出来る。

一方、デバイスの高速応答性を考慮する時には、そのデバイスの時定数を考慮しなければならない。ファブリーペローエタロンは、誘電体を電極で挟む形になっているので、静電容量および抵抗を有する。静電容量Ｃは、下記の式で与えられる。

なお、上記式（１０）のｄは誘電体の厚さ、ε_０は真空の誘電率、ε_ｒは誘電体の比誘電率、Ｓは電極の面積である。

式（１０）から分かるように、静電容量Ｃを低減するためには、電極の面積Ｓの値を小さくし、誘電体の厚さｄを大きく取るような構成が有利である。

また、電極による電気抵抗Ｒは、下記の式で与えられる。

なお、上記式（１１）のρ_νは電極の体積抵抗率、ｌは電極の長さ、Ｓは電極の面積である。以上の関係から、エタロンの表面積（電極の面積Ｓ）を出来るだけ小さくし、また電極の抵抗値（体積抵抗率ρ_ν）を下げる事によって、高速動作を実現する事が出来る。

次に個々の実施形態について説明するが、以下の実施形態は、あくまでも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事が可能であるが、これらの実施形態も本発明に含まれる。

まず、各実施形態に共通の部分を説明する。
本発明の一実施形態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誘電体結晶、具体的には、Ｋ_１−ｙＬｉ_ｙＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ_３（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）（ＫＬＴＮ）なる組成を有する結晶材料で構成されたファブリーペローエタロンを用いることを特徴としている。なお、本発明の一実施形態では、上記誘電体結晶として用いられる材料はＫＬＴＮに限らず、例えば、ＫＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ₃（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。

ＫＬＴＮは正方晶から立方晶へと温度の上昇に従って結晶構造を変える。電気光学結晶としてはＬｉＮｂＯ_３（ＬＮ）がよく知られているが、この結晶は正方晶領域において大きな１次の電気光学効果を有する。１次の電気光学効果は式（６）で示したとおり、電界に比例するため、電界の符号を変えて電界を印加する事によってプッシュ−プル動作が実現できるという点で有利である。その反面、１次の電気光学効果が発現するためには、中心反転を持たない事が条件である為、必ず光学的な異方性がついて廻る事になる。従って、デバイスとして用いる際に光学的異方性を打ち消すような工夫をしないと、使用上不都合が起こる場合がある。これに対して、ＫＬＴＮは立方晶領域において、大きい２次の電気光学効果を有する。２次の電気光学効果は、式（7）で示した形で表現されるように、電界の２乗に比例する。

またＫＬＴＮは特に、正方晶への相転移温度に近い領域では、比誘電率の発散する現象が起こり、比誘電率の２乗に比例する２次の電気光学効果は極めて大きい値となる。

この現象はＫＴＮでも生じるが、ＫＴＮの相転移は1次の相転移となり、十分高い比誘電率に到達する前に相転移が生じる。２次の電気光学効果は、式（８）に示される通り、比誘電率の２乗にも比例するので、より高い効率を得たい場合は、比誘電率の発散現象が起こるＫＬＴＮを用いることが好ましい。ただし、ＫＴＮであっても、式（７）から分かるように、電界強度の２乗に比例して２次の電気光学効果を得ることができるので、従来の、１次の電気光学効果を有するＬＮ等の材料に比べて屈折率変化を高い効率で実現することができる。

ＫＴＮは、潜熱を伴いヒステリシスが生じる。潜熱を伴う相転移の場合、動作温度が変動し、相転移温度以下になってしまうと、正方晶に構造変化した結晶が、再度温度を動作温度に戻しても立方晶に戻らない現象（ヒステリシス）が起こる。よって、ＫＴＮを用いる場合は、立方晶である温度範囲が所望の動作温度範囲を含むようにＫＴＮの組成を決定すればよい。

また、１次の相転移を有する結晶では、このようなヒステリシスに加え、相転移を繰り返す事によって結晶にクラックが発生する。従って、結晶の温度管理を厳密にする必要がある。理論的には、動作温度は結晶の相転移温度に限りなく近い事が好ましいが、実用的には、相転移温度から３〜１０℃高い温度に動作温度を設定する。これはペルチェ素子の温度変動（±０．１℃）に加えて、温度の初期設定の際のオ−バーシュートなどの幅（１〜２℃）を考慮して設定している。

温度変動の影響を避けるために動作温度を相転移温度から離していくと（１／（Ｔ−Ｔ_ｃ）^２）に比例して効率が低下するため、３℃離れると１／９に、１０℃離れると効率が１／１００に低下してしまう。したがって、上述の温度管理を行わずに出来る限り相転移温度に近づけることを考慮すると、相転移を潜熱やヒステリシスの伴わない２次の相転移とすることが必要である。

このために、ＫＴＮのうちＫの−部をＬｉに置換したＫＬＴＮを用いることが好ましい。このＫＬＴＮを用いる事により、相転移が２次に近くなり、高い比誘電率が容易に得られ、かつ可逆的な相転移となるために、温度管理も容易になるという実用上大きな改善が可能となる。具体的には、ペルチェ素子などの初期のオ−バ−シュ−トを考慮する必要がなくなり、温度変動分の±０．１℃のみを考慮すれば良いことになり、相転移から０．２℃離しておけば、安定な動作が得られる事になり、効率の低下を無視できるほど小さくする事が出来る。

しかし、一段のみのエタロンでは、温度管理は容易になるものの、ペルチェ素子などによる温度調節は不可欠である。そこで、本発明の一実施形態に係るゲートスイッチでは、図１（ａ）に示すように、温度特性が同一であり、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るエタロンを２段タンデムで接続する。

なお、本明細書において、「温度特性」とは、ある温度環境下における、エタロンを構成する誘電体結晶の屈折率、およびある温度環境下における、エタロンを構成する誘電体結晶を挟むように設けられた１対のミラー間の距離である共振器長（図２ではｌ_１）である。

図１（ａ）において、タンデムエタロン型ゲートスイッチ１０１は、タンデムに配置した、バンドパスフィルタとして用いる１段目のエタロン１０２とゲートスイッチとして用いる２段目のエタロン１０３とを備えている。エタロン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を有しており、この電極はスイッチング信号発信部に電気的に接続されている。ブロード光を発振する光源１００は、タンデムエタロン型ゲートスイッチ１０１にブロード光を入射するように、タンデムエタロン型ゲートスイッチの入力側に配置されている。このように、光源１００とタンデムエタロン型ゲートスイッチ１０１とを含んで、ゲートスイッチングシステムを構成する。

ところで、スイッチング動作中等では、環境温度が変化すると、エタロンの透過帯の中心周波数（透過中心波長）はシフトする。ここで説明を簡潔にするため、エタロンへの光の入射角度をエタロンの入射面に対して垂直とした垂直入射とすると、透過中心波長は、式（１）より、以下のような式で表現される。

屈折率ｎと共振器長ｌとは温度によって変化するため、厳密に表現するとそれぞれが温度Ｔの関数となる。従って、透過中心波長も温度Ｔの関数となる。

このように、エタロンには温度特性があるため、通常は温度変化が少ない場所で使用したり、ペルチェ素子等の温度調整素子と共に用いることが多い。

さて、式（１３）から分かるように、温度が決まれば透過中心波長λ_ｍも一意に決まる。よって、所望の温度範囲の下限（最も低い温度）と上限（最も高い温度）とに対応する透過中心波長を求め、その求められた波長をカバーする波長スペクトルである光（本明細書では、「ブロード光」とも呼ぶ）を用いれば、エタロンにおいて、環境温度に応じた透過中心波長の切り出しを行うことができる。このブロード光のパルスの下限に相当する波長は、上記温度範囲の下限の際の透過中心波長に対応し、上限に相当する波長は、上記温度範囲の上限の際の透過中心波長に対応している。

本明細書において、「ブロード光」とは、パルスの下限に相当する波長が、所望の温度範囲の下限の際の透過中心波長に対応し、上限に相当する波長が、上記温度範囲の上限の際の透過中心波長に対応するように設定され、上記温度範囲内のいずれの波長でも強度がほぼ同じになるように半値全幅が設定されている光である。

よって、本発明の一実施形態では、所望の温度範囲に応じてブロード光のパルスの波長領域を設定すればよい。すなわち、ブロード光のパルスの波長領域が、所定の温度範囲内における透過中心波長を全て含んでいれば良いのである。このように、ブロード光のパルスの波長領域を制御することで、動作可能な環境温度や動作温度の温度範囲を制御することができる。

本明細書において、「切り出し」とは、ある波長範囲の波長の光だけを透過させ、それ以外の波長の光を減衰すること、つまり、バンドパスフィルタの機能のことを指す。

なお、本発明の一実施形態に係るエタロンを構成する誘電体結晶は、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であればいずれを用いても良い。例えば、本発明の一実施形態に係る誘電体結晶は、ＫＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ₃（０＜ｘ＜１）（ＫＴＮ）におけるＫの全て、もしくは、Ｋ_１−ｙＬｉ_ｙＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ_３（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であっても良い。

また、本発明の一実施形態に係る誘電体結晶は、ＫＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ₃（０＜ｘ＜１）（ＫＴＮ）におけるＫの全て、もしくは、Ｋ_１−ｙＬｉ_ｙＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ_３（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であっても良い。

さらに、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。

また、本発明の一実施形態に係る誘電体結晶は、単結晶であっても多結晶であっても良い。ただし、単結晶である場合は、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。

次に、本発明の一実施形態に係るゲートスイッチの動作を説明する。
図１（ａ）において、光源１００からブロード光１０４がエタロン１０２に入射される。ブロード光１０４は、図１（ｂ）に示すようなスペクトル１０７を有する。エタロン１０２では、ブロード光１０４が入射されると、ブロード光１０４から、環境温度における透過中心波長の切り出しを行う。１段目のエタロン１０２を透過した光１０５（エタロン１０２にて切り出された波長の光）は、図１（ｃ）に示されように、環境温度が低い場合は、スペクトル１０９のようになり、環境温度が高い場合は、スペクトル１１０のようになる。なお、図１（ｃ）から、破線で示したブロード光のスペクトル１０８に対して、透過中心波長の切り出しの様子が見てとれる。

１段目のエタロン１０２を透過した光１０５は、エタロン１０２と同一の温度特性を有するエタロン１０３に入射される。エタロン１０３では、入射された透過光１０５に対して、スイッチング信号に応じて変調を施し、変調光１０６を出射する。この変調の様子を図１（ｄ）に示す。

図１（ｄ）において、符号１１１は環境温度が低温時における、エタロン１０３に電圧が印加されていない場合の、エタロン１０２を透過した光のスペクトル（スペクトル１０９に対応したスペクトル）であり、符号１１２は、環境温度が低温時における、エタロン１０３に電圧が印加される場合の、エタロン１０３を透過する光のスペクトルである。同図から分かるように、エタロン１０３に電圧が印加されると、透過中心波長は長波長側にシフトすることになり、スペクトル１１２の光を透過することになる。エタロン１０２と１０３とは温度特性が同一であるので、電圧印加の制御によりスイッチングを行うことができる。

また、図１（ｄ）において、符号１１３は環境温度が高温時における、エタロン１０３に電圧が印加されていない場合の、エタロン１０２を透過した光のスペクトル（スペクトル１１０に対応したスペクトル）であり、符号１１４は、環境温度が高温時における、エタロン１０３に電圧が印加される場合の、エタロン１０３を透過する光のスペクトルである。高温時であっても、上述の低温時と同様に、電圧印加の制御によりスイッチングを行うことができる。

本発明の一実施形態は、このように、二段タンデムで配置されたエタロンの１段目のエタロンであるエタロン１０２にてブロード光から環境温度における透過中心波長の切り出しを行い、２段目のエタロンにて変調を行うことにより、温度補償された動作を実現するものである。

本発明の一実施形態では、１段目のエタロンによる透過中心波長の切り出しにより、ブロード光がカバーする温度範囲内において温度調節を行わなくてもスイッチングを行うことができる。その結果、効率の良い動作が実現でき、エタロンを立方晶構造かつ２次の電気光学効果を有する誘電体結晶により作製しているので、ゲートスイッチの消光比を確保するのに必要な屈折率変化を比較的低電圧で実現する事が可能となる。

また、この２次の電気光学効果を利用する光デバイスの動作温度は、結晶の立方晶から正方晶への相転移近傍になるが、ＫＴＮおよびＫＬＴＮ結晶は、ＴａとＮｂの組成を変化させる事により、常誘電性から強誘電性（結晶系は、立方晶から正方晶）への相転移温度をほぼ絶対零度から４００℃まで変化させる事が可能である。このため、この材料を用いて作製したゲ−トスイッチは、動作温度を室温付近で温度調節無しに容易に用いることができるという利点がある。よって、従来必要であった温度調節のための素子を備える必要がなくなり、コストダウンと共に、装置の小型化を実現することができる。加えて、このゲ−トスイッチは、結晶が立方晶の領域で使用するため、複屈折がなく、偏波無依存動作が可能である。

（第１の実施形態）
本実施形態では、波長１．５５μｍにおけるゲートスイッチについて説明する。
本実施形態で用いたタンデムエタロン型ゲートスイッチの概念図を図２に示す。図２において、サブマウント１６ａおよび１６ｂ上のそれぞれに、バンドパスフィルタ用のエタロン１１とゲートスイッチ用のエタロン１２とをタンデムに配置した構造となっている。このとき、エタロン１１とエタロン１２とを通過する光が、それぞれが有する後述する誘電体多層膜ミラーに入射されるように、該ミラーはそれぞれ配置されている。すなわち、エタロン１１の出射側のミラーとエタロン１２の入射側のミラーとは略平行に配置されている。バンドパスフィルタ用のエタロン１１とゲートスイッチ用のエタロン１２とは、温度特性を同じにするため、同−のファブリ−ペロ−エタロンで構成されている。

光が通る入力側と出力側とにはそれぞれ入力側コリメ−トレンズ１３ａおよび出力側コリメートレンズ１３ｂが設けられている。入力側コリメートレンズ１３ａの入力側には、ファイバ中を透過してきた光を入力側コリメートレンズ１３ａに入射できるように光ファイバ１５が配置されており、光ファイバ１５の入力端には、光源からのブロード光を入射するための機構が設けられている。このブロード光は、光ファイバ１５中を透過し、コリメートレンズ１３ａを介して、光ビーム１４となる。この光ビーム１４が後述するエタロン１１が有する誘電体多層膜ミラーに入射するように、エタロン１１およびコリメートレンズ１３ａを配置していることは言うまでもない。なお、本実施形態では、ブロード光のパルスの波長領域は、０℃〜４０℃の温度範囲の透過中心波長をカバーするように設定されている。

エタロン１２からの出射光を入射できるように配置された、出力側コリメートレンズ１３ｂの出力側には、光ファイバ１９が配置されている。この光ファイバ１９は、コリメートレンズ１３ｂからの光を適切に入射できるように配置されている。

サブマウント１６ｂ上には、エタロン１２に電圧を印加できるようにエタロン１２を構成する誘電体結晶に電極１７が設けられている。電極１７は、電圧印加部１８に電気的に接続されている。このような構成で、スイッチング信号に基づいた電圧が電極１７によりゲ−トスイッチ用のエタロン１２に印加され、光のスイッチングがおこなわれる。

本実施形態に係るタンデムエタロンに用いるファブリ−ペロ−エタロンの構造を図３に示す。図３において、ファブリ−ペローエタロン２０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である、薄片化された誘電体結晶２１の両側の光が透過する部分にＩＴＯからなる透明電極２２、２３を配置する。すなわち、互いに略平行で対向する面に設けられた透明電極２２、２３で、誘電体結晶２１を挟むようにする。また、透明電極に隣接して金属電極２４、２５を配置し、該透明電極の外側に誘電体多層膜ミラ−を配置した構造となっている。よって、透明電極２２、２３のそれぞれ外側に設けられた誘電体多層膜ミラーはそれぞれ、略平行に配置されることになる。なお、図３において、ｌ_１は共振器長である。

なお、本実施形態では、所定の光を透過および反射させるために、誘電体結晶に透明電極を設け、さらに透明電極に誘電体多層膜ミラーを設けているが、これに限定されない。例えば、誘電体結晶の対向する面にそれぞれ、電極およびミラーの双方の機能を有する、すなわち、電極の機能と、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とを有する金属薄膜電極を設けるようにしても良い。本実施形態で重要なことは、エタロンとして機能するために、所定の周波数近傍の光を選択的に透過させ、また反射させることである。また、２段にタンデム配置されるそれぞれのエタロンの温度特性を同一にすることを考慮すると、誘電体結晶に電圧を印加することが好ましい。それらのために、本実施形態では、誘電体結晶の対向する面にそれぞれ、誘電体結晶に電圧を印加し、かつ所定の周波数近傍の光を選択的に所定の割合の透過率で透過し、この周波数以外の光を所定の割合の反射率で反射する部材を設けるのである。本実施形態では、このような部材として、透明電極と誘電体多層膜ミラーとを積層したものを用いている。

本明細書において、所定の周波数は、ある透過帯の中心周波数およびその周波数から一定の間隔（ＦＳＲ）離れた周波数を含む。

また、本実施形態では、１段目のエタロンの入射側の面を第１の面、出射側の面を第２の面、２段目のエタロンの入射側の面を第３の面、出射側の面を第４の面とすると、（ｉ）第１の面〜第４の面のそれぞれに透明電極と誘電体多層膜ミラーとを設ける構成、（ii）第１の面〜第４の面のそれぞれに金属薄膜電極を設ける構成、（iii）第１の面および第２の面（一段目のエタロン）に金属薄膜電極を設け、第３の面および第４の面（二段目のエタロン）に透明電極と誘電体多層膜ミラーとを設ける構成、のいずれの構成であっても良い。

さらに、透明電極と誘電体多層膜ミラーとを積層したものを設ける場合は、透明電極と誘電体多層膜ミラーとの間に、上記金属薄膜電極を設けるようにしても良い。

本実施形態で用いた誘電体結晶２１はＫＬＴＮであり、Ｌｉの濃度とＮｂの濃度を調整する事により、相転移温度は−５℃に調整される。ＫＬＴＮは４００ｎｍから３μmの波長領域にわたって透明であるので、透過型の光デバイスに適している。

本実施形態で用いた誘電体結晶２１の組成はＫ_０．９６Ｌｉ_０．０４Ｔａ_０．７６Ｎｂ_０．３４Ｏ_３である。Ｌｉ含有量は、本実施形態では、０．０４であるが、０．００１の添加でも相転移を2次に変化させる効果があり、０．１までは立方晶を保っており、使用が可能である。特に、０．０１〜０．０６の範囲では、結晶の品質が高く、２００００以上の比誘電率を実現できる。

本実施形態では、エタロンを３ｍｍ×３ｍｍサイズとし、１．５５μmに透過帯域を持つように設計している。１．５５μmにおける結晶の屈折率は、図４により２．２０６であるため、１９９ＧＨｚのＦＳＲを作る為の結晶厚は、３４２μmである。時定数を小さくする為、電極面積は極力小さくする。

本実施形態に係る電極構造を図５に示す。図５において、透明電極（ＩＴ０）４１の半径は８０μmである。透明電極４１の周りをアルミニウムからなる幅２０μmの電極リング４２で囲み、電極パッド４４（２５０×２５０μm^２）と、電極パッド４４と電極リング４２とを繋ぐリード部分４３（幅２０μm）を含んでいる。更に透明電極４１の外側には、蒸着等により形成された誘電体多層膜ミラ−が形成されている。この誘電体多層膜ミラ−の反射率は９９％にする。

実際にエ夕ロンの、静電容量と電気抵抗とを測定したところ、０℃でそれぞれ７６ｐＦと１．９ｋΩであった。これらの値から、時定数を求めると１４５ｎｓｅｃとなる。

非特許文献３により、ＫＬＴＮのＫｅｒｒ定数ｓ_１２＝−１．８×１０^−１５（ｍ^２／Ｖ^２）であるので、電圧を印加した時の屈折率変化（λ＝１．５５μｍ）は図６のようになる。また、電圧を印加した時の透過率の変動（λ＝１．５５μｍ）を図７に示す。図７は、動作温度は０℃の場合についてである。図７から、印加電圧Ｖ_ａ＝０（Ｖ）の時、透過率が０ｄＢ、印加電圧Ｖ_ｂ＝８５（Ｖ）の時、透過率が−１０ｄＢである事が分かる。電圧差△Ｖ＝Ｖ_ｂ−Ｖ_ａ＝８５（Ｖ）であるので、８５Ｖで１０ｄＢの消光比を持つスイッチング（ＯＮ→ＯＦＦ）が可能な事が分かる。

ＯＮ→ＯＦＦのスイッチングで、透過率が−１０ｄＢになる印加電圧と動作温度（０℃〜４０℃）の関係を、図８に示す。図８から分かるように、動作温度が高くなると、スイッチング（ＯＮ→ＯＦＦ）に必要な印加電圧は高くなり、４０℃では１５０Ｖとなる。

環境温度や動作温度が上昇すると、透過中心波長は長波長側にシフトする。透過中心波長のシフトの温度依存性は、ｄλ／ｄＴ＝４（ｐｍ／℃）で表されるので、温度が４０℃変わると、透過中心波長は１６０ｐｍシフトすることになる。

本実施形態で用いたタンデムエタロンのゲートスイッチでは、温度による透過中心波長のシフトをバンドパスフィルタ用のエタロン１１で補償できるので、０℃〜４０℃の範囲で温度調整は不要で、スイッチングが可能である。

また、本実施形態では、印加電圧とスイッチングとの関係を上述とは反対にする、すなわち、ＯＦＦ状態で電圧を印加することによってＯＮ状態となるようなゲートスイッチを作製することもできる。このときは、エタロンを、１．５５μｍにおいて透過率が−１０ｄＢとなるような透過帯域を持つように設計する。

電圧を印加した時の透過率の変動（λ＝１．５５μｍ）を図９に示す。図９は、動作温度は０℃の場合についてである。図９から、印加電圧Ｖ_ａ＝０（Ｖ）の時、透過率が−１０ｄＢ、印加電圧Ｖ_ｂ＝８５（Ｖ）の時、透過率が０ｄＢである事が分かる。電圧差△Ｖ＝Ｖ_ｂ−Ｖ_ａ＝８５（Ｖ）であるので、８５Ｖで１０ｄＢの消光比を持つスイッチング（ＯＦＦ→ＯＮ）が可能な事が分かる。

ＯＦＦ→ＯＮのスイッチングで、透過率が０ｄＢになる印加電圧と動作温度（０℃〜４０℃）の関係を、図８に示す。動作温度が高くなると、スイッチング（ＯＦＦ→ＯＮ）に必要な印加電圧は高くなり、４０℃では１５０Ｖとなる。

環境温度や動作温度が上昇すると、透過中心波長は長波長側にシフトする。透過中心波長のシフトの温度依存性は、ｄλ／ｄＴ＝４（ｐｍ／℃）で表されるので、温度が４０℃変わると、透過中心波長は１６０ｐｍシフトすることになる。

本実施形態で用いたタンデムエタロンのゲートスイッチでは、ＯＦＦ→ＯＮのスイッチングの場合でも、温度による透過中心波長のシフトをバンドパスフィルタ用のエタロン１１で補償できるので、０℃〜４０℃の範囲で温度調整は不要で、スイッチングが可能である。

従って、本実施形態によれば、スイッチング速度９３〜１４５ｎｓｅｃ、駆動電圧８５〜１５０Ｖ、消光比１０ｄＢの高速ゲートスイッチ（ＯＮ→ＯＦＦ）および、スイッチング速度９３〜１４５ｎｓｅｃ、駆動電圧８５〜１５０Ｖの高速ゲートスイッチ（ＯＦＦ→ＯＮ）を、０℃〜４０℃の範囲で温度調整は不要で実現できる。

（第２の実施形態）
本実施形態では、波長１．３μｍにおけるゲートスイッチについて説明する。本実施形態において、タンデムエタロン型ゲートスイッチ、タンデムエタロンに用いるファブリーペローエタロンおよび電極構造は、第１の実施形態と同様のものを用いるので、その説明は省略する。ただし、本実施形態では、エタロンを、１．３μｍに透過帯域を持つように設計している。１．３μmにおける結晶の屈折率は、図４により２．２１２であるため、３１０ＧＨｚのＦＳＲを作る為の結晶厚は、２１９μmである。

実際にエ夕ロンの、静電容量と電気抵抗とを測定したところ、０℃でそれぞれ１１９ｐＦと１．９ｋΩであった。これらの値から、時定数を求めると２２６ｎｓｅｃとなる。

非特許文献３により、ＫＬＴＮのＫｅｒｒ定数ｓ_１２＝−１．８×１０^−１５（ｍ^２／Ｖ^２）である。非特許文献４よりＫｅｒｒ定数には波長依存性がある事が分かっている。図１０はＫＬＴＮのｇ_１１−ｇ_１２の波長依存性である。式（８）で示されるように定数ｓ_１２はｇ_１２に比例する定数であるので、図１０のｇ_１１−ｇ_１２の波長依存性と同様の波長依存性の傾向を示すと思われる。従って、波長１．３μm付近でのＫｅｒｒ定数は、ｓ_１２＝−１．０４×１０^−１５（ｍ^２／Ｖ^２）である。従って、このエタロンに電圧を印加した時の屈折率変化は図１１のようになる。

また、電圧を印加した時の透過率の変動（λ＝１．３μｍ）を図１２に示す。図１２は、動作温度は０℃の場合についてである。図１２から、印加電圧Ｖ_ａ＝０（Ｖ）の時、透過率が０ｄＢ、印加電圧Ｖ_ｂ＝９７（Ｖ）の時、透過率が−１０ｄＢである事が分かる。電圧差△Ｖ＝Ｖ_ｂ−Ｖ_ａ＝９７（Ｖ）であるので、９７Ｖで１０ｄＢの消光比を持つスイッチング（ＯＮ→ＯＦＦ）が可能な事が分かる。

ＯＮ→ＯＦＦのスイッチングで、透過率が−１０ｄＢになる印加電圧と動作温度（０℃〜４０℃）の関係を、図１３に示す。図１３から分かるように、動作温度が高くなると、スイッチング（０Ｎ→０ＦＦ）に必要な印加電圧は高くなり、４０℃では１７１Ｖとなる。

環境温度や動作温度が上昇すると、透過中心波長は長波長側にシフトする。透過中心波長のシフトの温度依存性は、ｄλ／ｄＴ＝３．４（ｐｍ／℃）で表されるので、温度が４０℃変わると、透過中心波長は１３６ｐｍシフトすることになる。

本実施形態で用いたタンデムエタロンのゲートスイッチでは、温度による透過中心波長のシフトをバンドパスフィルタ用のエタロン１１で補償できるので、０℃〜４０℃の範囲で温度調整は不要で、スイッチングが可能である。

また、本実施形態では、印加電圧とスイッチングとの関係を上述とは反対にする、すなわち、ＯＦＦ状態で電圧を印加することによってＯＮ状態となるようなゲートスイッチを作製することもできる。このときは、エタロンを、１．３μｍにおいて透過率が−１０ｄＢとなるような透過帯域を持つように設計する。また、１．３μｍにおける結晶の屈折率は、図４により２．２１２であるため、３０９ＧＨｚのＦＳＲの時、結晶厚は２１９μｍである。

電圧を印加した時の透過率の変動（λ＝１．３μｍ）を図１４に示す。図１４は、動作温度は０℃の場合についてである。図１４から、印加電圧Ｖ_ａ＝０（Ｖ）の時、透過率が−１０ｄＢ、印加電圧Ｖ_ｂ＝９５（Ｖ）の時、透過率が０ｄＢである事が分かる。電圧差△Ｖ＝Ｖ_ｂ−Ｖ_ａ＝９５（Ｖ）であるので、９５Ｖで１０ｄＢの消光比を持つスイッチング（ＯＦＦ→ＯＮ）が可能な事が分かる。

ＯＦＦ→ＯＮのスイッチングで、透過率が０ｄＢになる印加電圧と動作温度（０℃〜４０℃）の関係を、図１３に示す。動作温度が高くなると、スイッチング（ＯＦＦ→ＯＮ）に必要な印加電圧は高くなり、４０℃では１６９Ｖとなる。

環境温度や動作温度が上昇すると、透過中心波長は長波長側にシフトする。透過中心波長のシフトの温度依存性は、ｄλ／ｄＴ＝３．４（ｐｍ／℃）で表されるので、温度が４０℃変わると、透過中心波長は１３６ｐｍシフトすることになる。

本実施形態で用いたタンデムエタロンのゲートスイッチでは、ＯＦＦ→ＯＮのスイッチングの場合でも、温度による透過中心波長のシフトをバンドパスフィルタ用のエタロン１１で補償できるので、０℃〜４０℃の範囲で温度調整は不要で、スイッチングが可能である。

従って、本実施形態によれば、スイッチング速度１１５〜２２６ｎｓｅｃ、駆動電圧９７〜１７１Ｖ、消光比１０ｄＢの高速ゲートスイッチ（ＯＮ→ＯＦＦ）および、スイッチング速度１１５〜２２６ｎｓｅｃ、駆動電圧９５〜１６９Ｖの高速ゲートスイッチ（ＯＦＦ→ＯＮ）を、０℃〜４０℃の範囲で温度調整は不要で実現できる。

（第３の実施形態）
本実施形態では、光の三原色の波長におけるゲートスイッチについて説明する。本実施形態において、タンデムエタロン型ゲートスイッチ、タンデムエタロンに用いるファブリーペローエタロンおよび電極構造は、第１の実施形態と同様のものを用いるので、その説明は省略する。ただし、本実施形態では、光の三原色の各波長に合わせてエタロンを作製している。すなわち、本実施形態では、エタロンを３ｍｍ×３ｍｍサイズとし、光の三原色である赤色ＬＥＤ（発光波長６４７ｎｍ）、緑色ＬＥＤ（発光波長５５８ｎｍ）、青色ＬＥＤ（発光波長４７０ｎｍ）に適合するゲートスイッチを作製する。

まず初めに赤色ＬＥＤに適合するゲートスイッチについて説明する。
赤色ＬＥＤに適合させるので、エタロンを、６４７ｎｍに透過帯域を持つように設計する。６４７ｎｍにおける結晶の屈折率は、図４により２．２８２であるため、８９９ＧＨｚのＦＳＲを作る為の結晶厚は、７３μmである。

実際にエ夕ロンの、静電容量と電気抵抗とを測定したところ、０℃でそれぞれ３５６ｐＦと１．９ｋΩであった。これらの値から、時定数を求めると６７９ｎｓｅｃとなる。

非特許文献３により、１．５５μｍにおけるＫＬＴＮのＫｅｒｒ定数ｓ_１２＝−１．８×１０^−１５（ｍ^２／Ｖ^２）である。非特許文献４よりＫｅｒｒ定数には波長依存性がある事が分かっている。図１０はＫＬＴＮのｇ_１１−ｇ_１２の波長依存性である。式（８）で示されるように定数ｓ_１２はｇ_１２に比例する定数であるので、図１０のｇ_１１−ｇ_１２の波長依存性と同様の波長依存性の傾向を示すと思われる。従って、波長６４７ｎｍ付近でのＫｅｒｒ定数は、ｓ_１２＝−２．０９×１０^−１５（ｍ^２／Ｖ^２）である。従って、このエタロンに電圧を印加した時の屈折率変化は図１５のようになる。

また、電圧を印加した時の透過率の変動（λ＝６４７ｎｍ）を図１６に示す。図１６は、動作温度は０℃の場合についてである。図１６から、印加電圧Ｖ_ａ＝０（Ｖ）の時、透過率が０ｄＢ、印加電圧Ｖ_ｂ＝２２（Ｖ）の時、透過率が−１０ｄＢである事が分かる。電圧差△Ｖ＝Ｖ_ｂ−Ｖ_ａ＝２２（Ｖ）であるので、２２Ｖで１０ｄＢの消光比を持つスイッチング（ＯＮ→ＯＦＦ）が可能な事が分かる。

ＯＮ→ＯＦＦのスイッチングで、透過率が−１０ｄＢになる印加電圧と動作温度（０℃〜４０℃）の関係を、図１７に示す。図１７から分かるように、動作温度が高くなると、スイッチング（ＯＮ→ＯＦＦ）に必要な印加電圧は高くなり、４０℃では３８Ｖとなる。

環境温度や動作温度が上昇すると、透過中心波長は長波長側にシフトする。透過中心波長のシフトの温度依存性は、ｄλ／ｄＴ＝１．７（ｐｍ／℃）で表されるので、温度が４０℃変わると、透過中心波長は６７ｐｍシフトすることになる。

本実施形態で用いたタンデムエタロンのゲートスイッチでは、温度による透過中心波長のシフトをバンドパスフィルタ用のエタロン１１で補償できるので、０℃〜４０℃の範囲で温度調整は不要で、スイッチングが可能である。

また、本実施形態では、印加電圧とスイッチングとの関係を上述とは反対にする、すなわち、ＯＦＦ状態で電圧を印加することによってＯＮ状態となるようなゲートスイッチを作製することもできる。このときは、エタロンを、６４７ｎｍにおいて透過率が−１０ｄＢとなるような透過帯域を持つように設計する。また、６４７ｎｍにおける結晶の屈折率は、図４により２．２８２であるため、８９９ＧＨｚのＦＳＲの時、結晶厚は７２μｍである。

非特許文献３により、１．５５μｍにおけるＫＬＴＮのＫｅｒｒ定数ｓ_１２＝−１．８×１０^−１５（ｍ^２／Ｖ^２）である。非特許文献４よりＫｅｒｒ定数には波長依存性がある事が分かっている。図１０はＫＬＴＮのｇ_１１−ｇ_１２の波長依存性である。式（８）で示されるように定数ｓ_１２はｇ_１２に比例する定数であるので、図１０のｇ_１１−ｇ_１２の波長依存性と同様の波長依存性の傾向を示すと思われる。従って、波長６４７ｎｍ付近でのＫｅｒｒ定数は、ｓ_１２＝−２．１×１０^−１５（ｍ^２／Ｖ^２）である。従って、このエタロンに電圧を印加した時の屈折率変化は図１５のようになる。

電圧を印加した時の透過率の変動（λ＝６４７ｎｍ）を図１８に示す。図１８は、動作温度は０℃の場合についてである。図１８から、印加電圧Ｖ_ａ＝０（Ｖ）の時、透過率が−１０ｄＢ、印加電圧Ｖ_ｂ＝２２（Ｖ）の時、透過率が０ｄＢである事が分かる。電圧差△Ｖ＝Ｖ_ｂ−Ｖ_ａ＝２２（Ｖ）であるので、２２Ｖで１０ｄＢの消光比を持つスイッチング（ＯＦＦ→ＯＮ）が可能な事が分かる。

ＯＦＦ→ＯＮのスイッチングで、透過率が０ｄＢになる印加電圧と動作温度（０℃〜４０℃）の関係を、図１７に示す。動作温度が高くなると、スイッチング（ＯＦＦ→ＯＮ）に必要な印加電圧は高くなり、４０℃では３７Ｖとなる。

環境温度や動作温度が上昇すると、透過中心波長は長波長側にシフトする。透過中心波長のシフトの温度依存性は、ｄλ／ｄＴ＝１．７（ｐｍ／℃）で表されるので、温度が４０℃変わると、透過中心波長は６７ｐｍシフトすることになる。

本実施形態で用いたタンデムエタロンのゲートスイッチでは、ＯＦＦ→ＯＮのスイッチングの場合でも、温度による透過中心波長のシフトをバンドパスフィルタ用のエタロン１１で補償できるので、０℃〜４０℃の範囲で温度調整は不要で、スイッチングが可能である。

従って、本実施形態によれば、スイッチング速度４３５〜６７９ｎｓｅｃ、駆動電圧２２〜３８Ｖ、消光比１０ｄＢの高速ゲートスイッチ（ＯＮ→ＯＦＦ）および、スイッチング速度４３５〜６７９ｎｓｅｃ、駆動電圧２２〜３７Ｖの高速ゲートスイッチ（ＯＦＦ→ＯＮ）を、０℃〜４０℃の範囲で温度調整は不要で実現できる。

次に緑色ＬＥＤに適合するゲートスイッチについて説明する。
緑色ＬＥＤに適合させるので、エタロンを、５５８ｎｍに透過帯域を持つように設計する。５５８ｎｍにおける結晶の屈折率は、図４により２．３１７であるため、８９０ＧＨｚのＦＳＲを作る為の結晶厚は、６９μmである。

実際にエ夕ロンの、静電容量と電気抵抗とを測定したところ、０℃でそれぞれ３７７ｐＦと１．９ｋΩであった。これらの値から、時定数を求めると７１９ｎｓｅｃとなる。

非特許文献３により、１．５５μｍにおけるＫＬＴＮのＫｅｒｒ定数ｓ_１２＝−１．８×１０^−１５（ｍ^２／Ｖ^２）である。非特許文献４よりＫｅｒｒ定数には波長依存性がある事が分かっている。図１０はＫＬＴＮのｇ_１１−ｇ_１２の波長依存性である。式（８）で示されるように定数ｓ_１２はｇ_１２に比例する定数であるので、図１０のｇ_１１−ｇ_１２の波長依存性と同様の波長依存性の傾向を示すと思われる。従って、波長５５８ｎｍ付近でのＫｅｒｒ定数は、ｓ_１２＝−２．２×１０^−１５（ｍ^２／Ｖ^２）である。従って、このエタロンに電圧を印加した時の屈折率変化は図１９のようになる。

また、電圧を印加した時の透過率の変動（λ＝５５８ｎｍ）を図２０に示す。図２０は、動作温度は０℃の場合についてである。図２０から、印加電圧Ｖ_ａ＝０（Ｖ）の時、透過率が０ｄＢ、印加電圧Ｖ_ｂ＝１９．６（Ｖ）の時、透過率が−１０ｄＢである事が分かる。電圧差△Ｖ＝Ｖ_ｂ−Ｖ_ａ＝１９．６（Ｖ）であるので、１９．６Ｖで１０ｄＢの消光比を持つスイッチング（ＯＮ→ＯＦＦ）が可能な事が分かる。

ＯＮ→ＯＦＦのスイッチングで、透過率が−１０ｄＢになる印加電圧と動作温度（０℃〜４０℃）の関係を、図２１に示す。図２１から分かるように、動作温度が高くなると、スイッチング（ＯＮ→ＯＦＦ）に必要な印加電圧は高くなり、４０℃では３４．７Ｖとなる。

環境温度や動作温度が上昇すると、透過中心波長は長波長側にシフトする。透過中心波長のシフトの温度依存性は、ｄλ／ｄＴ＝１．４（ｐｍ／℃）で表されるので、温度が４０℃変わると、透過中心波長は５８ｐｍシフトすることになる。

本実施形態で用いたタンデムエタロンのゲートスイッチでは、温度による透過中心波長のシフトをバンドパスフィルタ用のエタロン１１で補償できるので、０℃〜４０℃の範囲で温度調整は不要で、スイッチングが可能である。

また、本実施形態では、印加電圧とスイッチングとの関係を上述とは反対にする、すなわち、ＯＦＦ状態で電圧を印加することによってＯＮ状態となるようなゲートスイッチを作製することもできる。このときは、エタロンを、５５８ｎｍにおいて透過率が−１０ｄＢとなるような透過帯域を持つように設計する。また、５５８ｎｍにおける結晶の屈折率は、図４により２．３１７であるため、８９０ＧＨｚのＦＳＲの時、結晶厚は７０μｍである。

電圧を印加した時の透過率の変動（λ＝５５８ｎｍ）を図２２に示す。図２２は、動作温度は０℃の場合についてである。図２２から、印加電圧Ｖ_ａ＝０（Ｖ）の時、透過率が−１０ｄＢ、印加電圧Ｖ_ｂ＝１９．５（Ｖ）の時、透過率が０ｄＢである事が分かる。電圧差△Ｖ＝Ｖ_ｂ−Ｖ_ａ＝１９．５（Ｖ）であるので、１９．５Ｖで１０ｄＢの消光比を持つスイッチング（ＯＦＦ→ＯＮ）が可能な事が分かる。

ＯＦＦ→ＯＮのスイッチングで、透過率が０ｄＢになる印加電圧と動作温度（０℃〜４０℃）の関係を、図２１に示す。動作温度が高くなると、スイッチング（ＯＦＦ→ＯＮ）に必要な印加電圧は高くなり、４０℃では３３．５Ｖとなる。

環境温度や動作温度が上昇すると、透過中心波長は長波長側にシフトする。透過中心波長のシフトの温度依存性は、ｄλ／ｄＴ＝１．４（ｐｍ／℃）で表されるので、温度が４０℃変わると、透過中心波長は５８ｐｍシフトすることになる。

本実施形態で用いたタンデムエタロンのゲートスイッチでは、ＯＦＦ→ＯＮのスイッチングの場合でも、温度による透過中心波長のシフトをバンドパスフィルタ用のエタロン１１で補償できるので、０℃〜４０℃の範囲で温度調整は不要で、スイッチングが可能である。

従って、本実施形態によれば、スイッチング速度４６０〜７１９ｎｓｅｃ、駆動電圧１９．６〜３４．７Ｖ、消光比１０ｄＢの高速ゲートスイッチ（ＯＮ→ＯＦＦ）および、スイッチング速度４６０〜７１９ｎｓｅｃ、駆動電圧１９．５〜３３．５Ｖの高速ゲートスイッチ（ＯＦＦ→ＯＮ）を、０℃〜４０℃の範囲で温度調整は不要で実現できる。

次に青色ＬＥＤに適合するゲートスイッチについて説明する。
青色ＬＥＤに適合させるので、エタロンを、４７０ｎｍに透過帯域を持つように設計する。４７０ｎｍにおける結晶の屈折率は、図４により２．３７７であるため、９２８ＧＨｚのＦＳＲを作る為の結晶厚は、６８μmである。

実際にエ夕ロンの、静電容量と電気抵抗とを測定したところ、０℃でそれぞれ３８２ｐＦと１．９ｋΩであった。これらの値から、時定数を求めると７２９ｎｓｅｃとなる。

非特許文献３により、１．５５μｍにおけるＫＬＴＮのＫｅｒｒ定数ｓ_１２＝−１．８×１０^−１５（ｍ^２／Ｖ^２）である。非特許文献４よりＫｅｒｒ定数には波長依存性がある事が分かっている。図１０はＫＬＴＮのｇ_１１−ｇ_１２の波長依存性である。式（８）で示されるように定数ｓ_１２はｇ_１２に比例する定数であるので、図１０のｇ_１１−ｇ_１２の波長依存性と同様の波長依存性の傾向を示すと思われる。従って、波長４７０ｎｍ付近でのＫｅｒｒ定数は、ｓ_１２＝−２．７×１０^−１５（ｍ^２／Ｖ^２）である。従って、このエタロンに電圧を印加した時の屈折率変化は図２３のようになる。

また、電圧を印加した時の透過率の変動（λ＝４７０ｎｍ）を図２４に示す。図２４は、動作温度は０℃の場合についてである。図２４から、印加電圧Ｖ_ａ＝０（Ｖ）の時、透過率が０ｄＢ、印加電圧Ｖ_ｂ＝１５．６（Ｖ）の時、透過率が−１０ｄＢである事が分かる。電圧差△Ｖ＝Ｖ_ｂ−Ｖ_ａ＝１５．６（Ｖ）であるので、１５．６Ｖで１０ｄＢの消光比を持つスイッチング（ＯＮ→ＯＦＦ）が可能な事が分かる。

ＯＮ→ＯＦＦのスイッチングで、透過率が−１０ｄＢになる印加電圧と動作温度（０℃〜４０℃）の関係を、図２５に示す。図２５から分かるように、動作温度が高くなると、スイッチング（０Ｎ→０ＦＦ）に必要な印加電圧は高くなり、４０℃では２７．６Ｖとなる。

環境温度や動作温度が上昇すると、透過中心波長は長波長側にシフトする。透過中心波長のシフトの温度依存性は、ｄλ／ｄＴ＝１．２（ｐｍ／℃）で表されるので、温度が４０℃変わると、透過中心波長は４８ｐｍシフトすることになる。

本実施形態で用いたタンデムエタロンのゲートスイッチでは、温度による透過中心波長のシフトをバンドパスフィルタ用のエタロン１１で補償できるので、０℃〜４０℃の範囲で温度調整は不要で、スイッチングが可能である。

また、本実施形態では、印加電圧とスイッチングとの関係を上述とは反対にする、すなわち、ＯＦＦ状態で電圧を印加することによってＯＮ状態となるようなゲートスイッチを作製することもできる。このときは、エタロンを、４７０ｎｍにおいて透過率が−１０ｄＢとなるような透過帯域を持つように設計する。

電圧を印加した時の透過率の変動（λ＝４７０ｎｍ）を図２６に示す。図２６は、動作温度は０℃の場合についてである。図２６から、印加電圧Ｖ_ａ＝０（Ｖ）の時、透過率が−１０ｄＢ、印加電圧Ｖ_ｂ＝１５．６（Ｖ）の時、透過率が０ｄＢである事が分かる。電圧差△Ｖ＝Ｖ_ｂ−Ｖ_ａ＝１５．６（Ｖ）であるので、１５．６Ｖで１０ｄＢの消光比を持つスイッチング（ＯＦＦ→ＯＮ）が可能な事が分かる。

ＯＦＦ→ＯＮのスイッチングで、透過率が０ｄＢになる印加電圧と動作温度（０℃〜４０℃）の関係を、図２５に示す。動作温度が高くなると、スイッチング（ＯＦＦ→ＯＮ）に必要な印加電圧は高くなり、４０℃では２７．６Ｖとなる。

環境温度や動作温度が上昇すると、透過中心波長は長波長側にシフトする。透過中心波長のシフトの温度依存性は、ｄλ／ｄＴ＝１．２（ｐｍ／℃）で表されるので、温度が４０℃変わると、透過中心波長は４８ｐｍシフトすることになる。

本実施形態で用いたタンデムエタロンのゲートスイッチでは、ＯＦＦ→ＯＮのスイッチングの場合でも、温度による透過中心波長のシフトをバンドパスフィルタ用のエタロン１１で補償できるので、０℃〜４０℃の範囲で温度調整は不要で、スイッチングが可能である。

従って、本実施形態によれば、スイッチング速度４６７〜７２９ｎｓｅｃ、駆動電圧１５．６〜２７．６Ｖ、消光比１０ｄＢの高速ゲートスイッチ（ＯＮ→ＯＦＦ）および、スイッチング速度４６７〜７２９ｎｓｅｃ、駆動電圧１５．６〜２７．６Ｖの高速ゲートスイッチ（ＯＦＦ→ＯＮ）を、０℃〜４０℃の範囲で温度調整は不要で実現できる。

以上のように、ディスプレイ用の光源、赤（６４７ｎｍ）、緑（５５８ｎｍ）、青（４７０ｎｍ）に対して、本実施形態の方法により、高速ゲートスイッチを実現できる。

（第４の実施形態）
本実施形態では、波長１．５５μｍ用に作製したゲートスイッチを備えた空間光スイッチについて説明する。
図２６は、本実施形態に係る空間光スイッチの概念図である。図２６において、本実施形態に係る空間光スイッチは、入射光を４つの分離した光として出力する、光分岐手段としてのビームスプリッタ２６１と、４つのバンドパスフィルタ用のエタロン２６２と、４つのゲートスイッチ用のエタロン２６３とを備えている。このようにタンデム配置されたエタロン２６２とエタロン２６３とによって、本発明の一実施形態に係るタンデムエタロン型ゲートスイッチを構成している。

ビームスプリッタ２６１の入力側は、入力ポートを形成しており、この入力ポートを介して、光源から発振されたブロード光がビームスプリッタ２６１に入射される。なお、本実施形態に係るビームスプリッタ２６１は、１×４のビームスプリッタであり、全ポートに対して等価な出力を行う。また、ビームスプリッタ２６１の出力側には、タンデムエタロン型ゲートスイッチの１段目のエタロンであるエタロン２６２が、ビームスプリッタ２６１から出射される４つの分離光をそれぞれ入力するように４つ配置されている。また、４つのエタロン２６２それぞれの出力側には、２段目のエタロンであるエタロン２６３が４つ配置されている。

なお、ビームスプリッタ２６１と４つのエタロン２６２との間には、所望に応じて、ミラー等の光の進行を曲げる機構を備えることによって、ビームスプリッタ２６１からの出射光を、適切にエタロン２６２に入射する。このように配置されたタンデムエタロン型ゲートスイッチの各々が、空間光スイッチの出力ポートを形成することになる。

このような構成において、入力ポートから時分割多重された信号は、まずビームスプリッタ２６１によって４つのポートに分配される。次いで、エタロン２６２および２６３によって構成されたタンデムエタロン型ゲートスイッチのそれぞれで、ＯＮ／ＯＦＦを時分割して行うことによって、入力された信号は、それぞれのポートへと振り分けられる。本実施形態では、このゲートスイッチのスイッチング速度が９３〜１４５ｎｓｅｃ、駆動電圧が８５〜１５０の（ＯＮ／ＯＦＦ）を実現できる。

なお、本実施形態では、ビームスプリッタの出力は４つに限らず、所望に応じて複数の出力とすることができる。また、光分岐手段もビームスプリッタに限らず、例えば光カプラ等、入力光を複数の出力光として出射できる手段であればいずれを用いても良い。

以上説明したように、本発明においては、２次の電気光学結晶を有する結晶を用いたエタ口ンを二段タンデムで搭載し、一段目の工タロンで波長をきり出し、二段目のエタロンで印加された電圧により光のスイッチングをおこなうことによって、温度調節無しで光のスイッチングを行なう温度補償型ゲートスイッチを実現する事ができる。更に、電極構造を工夫する事によって、数１０〜数１００ｎｓｅｃ程度の高速な動作も実現する事ができる。更に、このスイッチを空間的に組み合わせることによって、空間光スイッチを実現する事ができる。この空間光スイッチを用いると、高速なドロップ回路を実現する事が出来る。

（ａ）は、本発明の一実施形態に係るゲートスイッチングシステムを示す図であり、（ｂ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態に係る光のスペクトルを示す図である。 本発明の一実施形態に係るタンデムエタロン型ゲートスイッチの概念図である。 本発明の一実施形態に係るタンデムエタロン型ゲートスイッチに用いるファブリ−ペロ−エタロンの構造を示す図である。 本発明の一実施形態で用いた２次の電気光学効果を有するＫＬＴＮの屈折率の波長依存性を示す図である。 本発明の一実施形態に係るタンデムエタロン型ゲートスイッチを構成するファブリーペローエタロンの電極構造を示す図である。 本発明の第１の実施形態において使用したゲ−トスイッチに電圧を印加した際の、波長１．５５μmにおける電気光学効果による屈折率変化を表す図である。 本発明の第１の実施形態において使用したゲ−トスイッチ（ＯN→ＯＦＦ）に電圧を印加した際の波長１．５５μmにおける透過率の変化を表す図である。 本発明の第１の実施形態に係る、波長１．５５μmにおけるスイッチングで、スイッチング電圧と動作温度（０℃〜４０℃）の関係を示す図である。 本発明の第１の実施形態において使用したゲ−トスイッチ（ＯＦＦ→ＯＮ）に電圧を印加した際の波長１．５５μmにおける透過率の変化を表す図である。 ＫＬＴＮのＫｅｒｒ定数ｇ_１１−ｇ_１２の波長依存性を示す図である。 本発明の第２の実施形態において使用したゲ−トスイッチに電圧を印加した際の、波長１．３μmにおける電気光学効果による屈折率変化を表す図である。 本発明の第２の実施形態において使用したゲ−トスイッチ（ＯＮ→ＯＦＦ）に電圧を印加した際の波長１．３μmにおける透過率の変化を表す図である。 本発明の第２の実施形態に係る、波長１．３μmにおけるスイッチングで、スイッチング電圧と動作温度（０℃〜４０℃）の関係を示す図である。 本発明の第２の実施形態において使用したゲ−トスイッチ（ＯＦＦ→ＯＮ）に電圧を印加した際の波長１．３μmにおける透過率の変化を表す図である。 本発明の第３の実施形態において使用したゲ−トスイッチに電圧を印加した際の、波長６４７ｎｍにおける電気光学効果による屈折率変化を表す図である。 本発明の第３の実施形態において使用したゲ−トスイッチ（ＯＮ→ＯＦＦ）に電圧を印加した際の波長６４７ｎｍにおける透過率の変化を表す図である。 本発明の第３の実施形態に係る、波長６４７ｎｍにおけるスイッチングで、スイッチング電圧と動作温度（０℃〜４０℃）の関係を示す図である。 本発明の第３の実施形態において使用したゲ−トスイッチ（ＯＦＦ→ＯＮ）に電圧を印加した際の波長６４７ｎｍにおける透過率の変化を表す図である。 本発明の第３の実施形態において使用したゲ−トスイッチに電圧を印加した際の、波長５５８ｎｍにおける電気光学効果による屈折率変化を表す図である。 本発明の第３の実施形態において使用したゲ−トスイッチ（ＯＮ→ＯＦＦ）に電圧を印加した際の波長５５８ｎｍにおける透過率の変化を表す図である。 本発明の第３の実施形態に係る、波長５５８ｎｍにおけるスイッチングで、スイッチング電圧と動作温度（０℃〜４０℃）の関係を示す図である。 本発明の第３の実施形態において使用したゲ−トスイッチ（ＯＦＦ→ＯＮ）に電圧を印加した際の波長５５８ｎｍにおける透過率の変化を表す図である。 本発明の第３の実施形態において使用したゲ−トスイッチに電圧を印加した際の、波長４７０ｎｍにおける電気光学効果による屈折率変化を表す図である。 本発明の第３の実施形態において使用したゲ−トスイッチ（ＯＮ→ＯＦＦ）に電圧を印加した際の波長４７０ｎｍにおける透過率の変化を表す図である。 本発明の第３の実施形態に係る、波長４７０ｎｍにおけるスイッチングで、スイッチング電圧と動作温度（０℃〜４０℃）の関係を示す図である。 本発明の第３の実施形態において使用したゲ−トスイッチ（ＯＦＦ→ＯＮ）に電圧を印加した際の波長４７０ｎｍにおける透過率の変化を表す図である。 本発明の第４の実施形態において使用した空間光スイッチを表す概念図である。

符号の説明

１１ バンドパスフィルタ用のエタロン
１２ ゲートスイッチ用のエタロン
１３ａ、１３ｂ コリメートレンズ
１４ 光ビーム
１５、１９ 光ファイバ
１６ サブマウント
１７ 電極
１８ 電圧印加部
２０ ファブリーペローエタロン
２１ 誘電体結晶
２２、２３、４１ 透明電極
２４、２５ 金属薄膜電極
４２、４３、４４ 金属（Ａｌ）電極
１００ 光源
１０１ タンデムエタロン型ゲートスイッチ
１０２、２６２ バンドパスフィルタ用の１段目のエタロン
１０３、２６３ ゲートスイッチ用の２段目のエタロン
１０４ ブロード光
１０５ １段目のエタロンを透過した光
１０６ 変調光
１０７、１０８ ブロード光のスペクトル
１０９、１１１ １段目のエタロンを透過した光のスペクトル（低温時）
１１０、１１３ １段目のエタロンを透過した光のスペクトル（高温時）
１１２ ２段目のエタロンを透過した光のスペクトル（電圧印加、低温時）
１１４ ２段目のエタロンを透過した光のスペクトル（電圧印加、高温時）
２６１ ビームスプリッタ

Claims (13)

1. 立方晶構造かつ２次の電気光学効果を有する第１の誘電体結晶と、前記第１の誘電体結晶の第１の面に設けられた、前記第１の誘電体結晶に電圧を印加し、かつ所定の周波数近傍の光を選択的に所定の透過率で透過し、前記所定の周波数近傍以外の光を所定の割合で反射する第１の部材と、前記第１の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、前記第１の誘電体結晶に電圧を印加し、かつ前記所定の周波数近傍の光を選択的に所定の透過率で透過し、前記所定の周波数以外の光を所定の割合の反射率で反射する第２の部材とを有し、光源から発振されたブロード光が前記第１の面から入射される第１のエタロンと、
   立方晶構造かつ２次の電気光学効果を有する第２の誘電体結晶と、前記第２の誘電体結晶の第３の面に設けられた、前記第２の誘電体結晶に電圧を印加し、かつ前記所定の周波数近傍の光を選択的に所定の透過率で透過し、前記所定の周波数近傍以外の光を所定の割合で反射する第３の部材と、前記第２の誘電体結晶の前記第３の面に対向する第４の面に設けられた、前記第２の誘電体結晶に電圧を印加し、かつ前記所定の周波数近傍の光を選択的に所定の透過率で透過し、前記所定の周波数以外の光を所定の割合で反射する第４の部材と、前記第２の誘電体結晶に電圧を印加する電圧印加手段とを有し、前記第１のエタロンと温度特性が同一である第２のエタロンとを備え、
   前記第１のエタロンと第２のエタロンとはタンデムに配置され、かつ前記第２の面と前記第３の面とが略平行に配置されており、
   前記電圧印加手段は、前記第２の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、
   前記第１のエタロンは前記入射されたブロード光から波長を切り出し、前記第２のエタロンは、前記電極により電圧を印加されることにより、前記第１のエタロンから入射された切り出された波長の光をスイッチングし、
   前記第１〜第４の部材はそれぞれ、対応する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を有する
   ことを特徴とするゲートスイッチ。
2. 立方晶構造かつ２次の電気光学効果を有する第１の誘電体結晶と、前記第１の誘電体結晶の第１の面に設けられた、前記第１の誘電体結晶に電圧を印加し、かつ所定の周波数近傍の光を選択的に所定の透過率で透過し、前記所定の周波数近傍以外の光を所定の割合で反射する第１の部材と、前記第１の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、前記第１の誘電体結晶に電圧を印加し、かつ前記所定の周波数近傍の光を選択的に所定の透過率で透過し、前記所定の周波数以外の光を所定の割合の反射率で反射する第２の部材とを有し、光源から発振されたブロード光が前記第１の面から入射される第１のエタロンと、
   立方晶構造かつ２次の電気光学効果を有する第２の誘電体結晶と、前記第２の誘電体結晶の第３の面に設けられた、前記第２の誘電体結晶に電圧を印加し、かつ前記所定の周波数近傍の光を選択的に所定の透過率で透過し、前記所定の周波数近傍以外の光を所定の割合で反射する第３の部材と、前記第２の誘電体結晶の前記第３の面に対向する第４の面に設けられた、前記第２の誘電体結晶に電圧を印加し、かつ前記所定の周波数近傍の光を選択的に所定の透過率で透過し、前記所定の周波数以外の光を所定の割合で反射する第４の部材と、前記第２の誘電体結晶に電圧を印加する電圧印加手段とを有し、前記第１のエタロンと温度特性が同一である第２のエタロンとを備え、
   前記第１のエタロンと第２のエタロンとはタンデムに配置され、かつ前記第２の面と前記第３の面とが略平行に配置されており、
   前記電圧印加手段は、前記第２の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、
   前記第１のエタロンは前記入射されたブロード光から波長を切り出し、前記第２のエタロンは、前記電極により電圧を印加されることにより、前記第１のエタロンから入射された切り出された波長の光をスイッチングし、
   前記第１および第２の部材は金属薄膜電極であり、前記第３および第４の部材はそれぞれ、対応する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を有する
   ことを特徴とするゲートスイッチ。
3. 前記第１〜第４の部材はそれぞれ、金属薄膜電極であることを特徴とする請求項１または２に記載のゲートスイッチ。
4. 前記透明電極は、前記誘電体結晶の光が透過する領域に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のゲートスイッチ。
5. 前記透明電極と、前記誘電体多層膜ミラーとの間には、前記所定の周波数近傍の光を選択的に所定の透過率で透過し、前記所定の周波数以外の光を所定の割合で反射する金属薄膜電極が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のゲートスイッチ。
6. 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請求項１乃至５のいずれかに記載のゲートスイッチ。
7. 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１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請求項１乃至５のいずれかに記載のゲートスイッチ。
8. 前記誘電体結晶は、Ｋ _１−ｙ Ｌｉ _ｙ Ｔａ _１−ｘ Ｎｂ _ｘ Ｏ _３ （０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）の組成を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のゲートスイッチ。
9. 前記誘電体結晶は、ＫＴａ _１−ｘ Ｎｂ _ｘ Ｏ ₃ （０＜ｘ＜１）におけるＫの全て、もしくは、Ｋ _１−ｙ Ｌｉ _ｙ Ｔａ _１−ｘ Ｎｂ _ｘ Ｏ _３ （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ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のゲートスイッチ。
10. 前記誘電体結晶は、ＫＴａ _１−ｘ Ｎｂ _ｘ Ｏ ₃ （０＜ｘ＜１）におけるＫの全て、もしくは、Ｋ _１−ｙ Ｌｉ _ｙ Ｔａ _１−ｘ Ｎｂ _ｘ Ｏ _３ （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ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のゲートスイッチ。
11. 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請求項８乃至１０のいずれかに記載のゲートスイッチ。
12. 複数個の請求項１乃至１１のいずれかに記載のゲートスイッチと、
    入射光を前記複数個に分岐する光分岐手段であって、該分岐された各々の光を、前記複数個のゲートスイッチの各々に入射するように配置された光分岐手段と
    を備えることを特徴とする空間光スイッチ。
13. 請求項１乃至１１のいずれかに記載のゲートスイッチと、
    前記ゲートスイッチに入射されるブロード光を発振する光源と
    を備えることを特徴とするゲートスイッチングシステム。

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