JP4648788B2 - Gate switch - Google Patents

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Description

本発明は、ゲートスイッチに関し、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に関する。   The present invention relates to a gate switch, and more particularly to a gate switch that controls an optical signal with an electric signal and is used for optical communication, optical measurement, and a projector, a copier, a printer, a scanner, and the like.

近年の光通信技術の発達により、光信号を高速にON/OFFするためのゲートスイッチが重要になってきている。このゲートスイッチは、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。   With the recent development of optical communication technology, a gate switch for turning on / off an optical signal at high speed has become important. This gate switch is not limited to the above-described optical communication, but is applied to other devices (for example, a projector, a copier, a printer, a scanner, etc.), and further development is desired.

ゲートスイッチを実現する一つの方法として、ゲートスイッチを構成する物質の屈折率nを変化させる方法がある。このような屈折率nを変化させる方法として、主に熱光学(Thermo−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。これらの効果の中で、TO効果は、高速動作に適しておらず、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。   As one method for realizing the gate switch, there is a method of changing the refractive index n of the material constituting the gate switch. As a method for changing the refractive index n, there are mainly a thermo-optic (TO) effect, an acousto-optic (AO) effect, and an electro-optic (EO) effect. Among these effects, the TO effect is not suitable for high-speed operation, and can only achieve a response speed of about several ms at most. In addition, the AO effect is suitable for high-speed operation as compared with the TO effect, but since the amount of change in the refractive index is small, a sufficient change in the refractive index cannot be induced.

以上2つの効果と比較して、EO効果は高速動作に適しており、かつ屈折率の変化量も十分に取る事が出来るため、高速動作が要求されるスイッチングに適している。   Compared with the above two effects, the EO effect is suitable for high-speed operation and can sufficiently change the refractive index, and is therefore suitable for switching that requires high-speed operation.

従来用いられていたEO効果を用いたゲートスイッチの主要なものに、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があった。ところが、LNは偏波依存性を有しており、入力光の偏波状態によらずに動作(偏波無依存動作)するためには、構成に工夫を施す必要がある。よって、スイッチの構成が複雑になってしまうという欠点かあった。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。   One of the main gate switches using the EO effect that has been conventionally used is one that uses a crystal that exhibits a primary electro-optic effect, such as lithium niobate (LN). However, LN has polarization dependency, and in order to operate (polarization-independent operation) regardless of the polarization state of input light, it is necessary to devise the configuration. Therefore, there is a drawback that the configuration of the switch becomes complicated. In addition, since the primary electro-optic effect of LN or the like is manifested only in a crystal having no central symmetry, polarization dependence always appears. Therefore, this polarization dependence is an issue that cannot be avoided.

偏波無依存動作を行うための装置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モードとにビームを分割する。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の偏波ビームスプリッタによって合波する。このような構成によって、TEモードとTMモードと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。   Various reports have been made on how to devise a device configuration for performing polarization-independent operation. In Patent Document 1, the input signal light is first split into a TE mode and a TM mode using a first polarization beam splitter. Next, the TE mode and the TM mode are turned ON / OFF by separate gate switches, and the light that has passed through the switches is multiplexed again by the second polarization beam splitter. With such a configuration, switching is performed for both the TE mode and the TM mode, and as a result, a polarization-independent operation is realized.

特開2002−228997号公報JP 2002-228997 A 特開2003−218446号公報JP 2003-218446 A ヤリーヴ 光エレクトロニクス基礎編 原書5版 4章Yalive Optoelectronics Basics Book 5th Edition Chapter 4 R.L.Prater,et al.,“Raman scattering studies of the effects of a symmetry-breaking impurity on the ferroelectric phase transition inK1-xLixTa1-yNbyO3”Solid State Communications, Vol.40,pp.697-701,1981R. L. Prater, et al., “Raman scattering studies of the effects of a symmetry-breaking impurity on the ferroelectric phase transition in K1-xLixTa1-yNbyO3” Solid State Communications, Vol.40, pp.697-701, 1981 S.Toyoda,et al.,“Low driving voltage polarization-independent>3GHz-response electro-optic switch using KTN waveguides," ECOC-IOOC 2003,Paper MO 4.5.1.S. Toyoda, et al., “Low driving voltage polarization-independent> 3GHz-response electro-optic switch using KTN waveguides,” ECOC-IOOC 2003, Paper MO 4.5.1.

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か出来るが、安定動作をさせるためには、第1の偏波ビームスプリッタと第2の偏波ビームスプリッタとの間の光路長を精密に設定したり、光路を曲げるためのミラー角度を精密に調整をしたり等、高精度な設定を必要とする。   The apparatus described in Patent Document 1 can certainly perform polarization-independent operation as a result, but in order to perform stable operation, the first polarization beam splitter and the second polarization beam splitter are not connected. It requires high-precision settings such as precisely setting the optical path length between them, and precisely adjusting the mirror angle for bending the optical path.

従って、1次の電気光学効果を発現する結晶を用いたスイッチでは、安定かつ簡便な偏波無依存スイッチングを実現することが難しいという問題点があった。   Accordingly, there is a problem that it is difficult to realize stable and simple polarization-independent switching in a switch using a crystal that exhibits the primary electro-optic effect.

加えて、電気光学効果を発現する結晶を用いたスイッチは、結晶の物理量(屈折率、長さなど)に温度依存性があるため、温度が変化するとスイッチ動作が不安定になる。すなわち、不安定動作を避けるためにスイッチの温度を一定に保つための、例えば、ペルチェ素子等の温度調節器が必要であった。   In addition, a switch using a crystal that exhibits an electro-optic effect has a temperature dependency on the physical quantity (refractive index, length, etc.) of the crystal, so that the switch operation becomes unstable when the temperature changes. That is, a temperature controller such as a Peltier element is required to keep the temperature of the switch constant in order to avoid unstable operation.

このような温度調節器を備えた構成の一例として、特許文献2で示されているような、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、スイッチの温度は一定に保つことが出来る。しかしながら、温度調節器を動作させるための電力が必要であり、消費電力が増加するという問題点があった。   As an example of a configuration including such a temperature controller, there is a configuration including a temperature controller using a Peltier element as disclosed in Patent Document 2. If such a temperature controller is used, the temperature of the switch can be kept constant. However, there is a problem in that power for operating the temperature controller is necessary, and power consumption increases.

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て、温度調節器を用いること無しに、高速応答が可能であり、かつ偏波無依存を実現可能なゲートスイッチ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 use a structure of an etalon, which can achieve a high-speed response without using a temperature controller, and has no polarization. It is to provide a gate switch capable of realizing dependence.

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、光の入力ポートを備え、温度により光の出力される方路が定まる光位置変位器と、前記光位置変位器の後段に配置され、2次の電気光学効果を有し、強誘電相と立方晶構造となる常誘電相との間で相転移を起こす温度である相転移温度が第1の面内において変化している空間分布を有する空間分布領域を含む誘電体結晶と、前記誘電体結晶の前記第1の面に設けられた、前記誘電体結晶に電圧を印加し、かつ入力された光を所定の反射率で反射する第1の部材と、前記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、前記誘電体結晶に電圧を印加し、かつ入力された光を所定の反射率で反射する第2の部材と、前記誘電体結晶の後段に配置され、前記誘電体結晶の第2の面から出射される光を合波する光合波器とを備えるゲートスイッチであって、前記ゲートスイッチの環境温度と、前記光位置変位器から前記誘電体結晶の前記第1の面に入力された光が通過する地点の前記誘電体結晶の前記相転移温度との温度差が、前記環境温度が変化したときに常に一定になるように前記環境温度の変化に応じて前記光位置変位器が変動することにより、前記誘電体結晶の前記空間分布領域の所定の地点に前記光位置変位器から出射された光を入射させ、前記光が通過する地点の前記誘電体結晶の前記相転移温度は、前記環境温度より低く、前記光が通過する地点の前記誘電体結晶は常誘電相であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is provided with an optical position shifter having a light input port and a path in which light is output depending on temperature, and the optical position shifter. disposed in the subsequent stage has a secondary electro-optic effect, the phase transition temperature is a temperature at which the phase transition between the paraelectric phase of a ferroelectric phase and a cubic crystal structure is changed in the first plane a dielectric crystal includes a spatial distribution region having to have spatial distribution, the provided on the first surface of the dielectric crystal, the dielectric crystal by applying a voltage, and a predetermined inputted light A voltage is applied to the dielectric crystal provided on a first member that reflects at a reflectance and a second surface facing the first surface of the dielectric crystal, and input light is predetermined. A second member that reflects at a reflectance of the dielectric crystal; and a second member that is disposed after the dielectric crystal, A gate switch and a optical multiplexer for multiplexing the second light emitted from the surface of, and the ambient temperature of the gate switch, said first surface of said dielectric crystal from the optical position shifters the light according to the temperature difference, always change in the environmental temperature to be constant when the temperature changes of the phase transition temperature of said dielectric crystal point where input light passes When the position shifter fluctuates, the light emitted from the optical position shifter is incident on a predetermined point of the spatial distribution region of the dielectric crystal, and the dielectric crystal at the point through which the light passes is made . The phase transition temperature is lower than the environmental temperature, and the dielectric crystal at the point where the light passes is a paraelectric phase .

請求項2記載の発明は、光の入力ポートを備え、温度により光の出力される方路が定まる光位置変位器と、前記光位置変位器の後段に配置され、2次の電気光学効果を有し、強誘電相と立方晶構造となる常誘電相との間で相転移を起こす温度である相転移温度および屈折率が第1の面内において変化している空間分布を有する空間分布領域を含む誘電体結晶と、前記誘電体結晶の前記第1の面に設けられた、前記誘電体結晶に電圧を印加し、かつ入力された光を所定の反射率で反射する第1の部材と、前記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、前記誘電体結晶に電圧を印加し、かつ入力された光を所定の反射率で反射する第2の部材と、前記誘電体結晶の後段に配置され、前記誘電体結晶の第2の面から出射される光を合波する光合波器とを備えるゲートスイッチであって、前記ゲートスイッチの環境温度と、前記光位置変位器から前記誘電体結晶の前記第1の面に入力された光が通過する地点の前記誘電体結晶の前記相転移温度との温度差が、前記環境温度が変化したときに常に一定になるように、かつ前記光位置変位器から前記誘電体結晶の前記第1の面に入力された光が通過する地点の前記誘電体結晶の屈折率と、前記誘電体結晶に入力された光が通過する地点の前記第1の面と前記第2の面との間の距離との積が、前記環境温度が変化したときに常に一定になるように、前記環境温度の変化に応じて前記光位置変位器を変動することにより、前記誘電体結晶の前記空間分布領域の所定の地点に前記光位置変位器から出射された光を入射させ、前記光が通過する地点の前記誘電体結晶の前記相転移温度は、前記環境温度より低く、前記光が通過する地点の前記誘電体結晶は常誘電相であることを特徴とする。

According to a second aspect of the invention, an input port of the light, a light position displacement instrument route which is the output of the light is determined by the temperature, being disposed downstream of said light position displacement device, the secondary electro-optical effect A spatial distribution region having a spatial distribution in which a phase transition temperature and a refractive index which are a temperature at which a phase transition occurs between a ferroelectric phase and a paraelectric phase having a cubic crystal structure are changed in the first plane a dielectric crystals containing the provided on the first surface of the dielectric crystal, said voltage is applied to the dielectric crystal, and a first member for reflecting the inputted light at a predetermined reflectance A second member provided on a second surface opposite to the first surface of the dielectric crystal, for applying a voltage to the dielectric crystal and reflecting the input light at a predetermined reflectivity; And light emitted from the second surface of the dielectric crystal, which is disposed downstream of the dielectric crystal. A gate switch and a optical multiplexer for multiplexing the point that the environmental temperature of the gate switch, said light position displacement device from said dielectric said first light input to the surface of the crystal passing temperature difference between the phase transition temperature of the dielectric crystal is always to be constant when the temperature changes, and is input from the optical positional displacement device to said first surface of said dielectric crystal the refractive index of the dielectric crystals of the point where light passes was the product of the distance between the first surface and the second surface of the point where the light inputted to the dielectric crystal to pass through as always constant when the temperature changes, by varying the optical positional displacement device in accordance with a change of the environmental temperature, the the predetermined point of the spatial distribution region of the dielectric crystal applying light emitted from the light position displacement device, the light The phase transition temperature of the dielectric crystals of the point where the passage is lower than the ambient temperature, the dielectric crystal point which the light passes is characterized in that it is a paraelectric phase.

請求項記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、前記空間分布は、単調かつ連続的であることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the spatial distribution is monotonous and continuous.

請求項記載の発明は、請求項1乃至のいずれかに記載の発明において、前記光位置変位器は、一方端が固定され、他方端に光ファイバが配置されたバイメタルを備えることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the optical position shifter includes a bimetal having one end fixed and an optical fiber disposed at the other end. And

請求項記載の発明は、請求項記載の発明において、前記光位置変位器は、前記バイメタルの他方端に配置されたコリメートレンズをさらに備え、前記光ファイバは、前記コリメートレンズに接続されていることを特徴とする。 The invention according to claim 5 is the invention according to claim 4 , wherein the optical position displacement device further includes a collimating lens disposed at the other end of the bimetal, and the optical fiber is connected to the collimating lens. It is characterized by being.

請求項記載の発明は、請求項1乃至のいずれかに記載の発明において、前記第1の部材および第2の部材が、金属薄膜電極であることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the invention according to any of claims 1 to 5, wherein the first member and the second member, characterized in that it is a thin-film metal electrode.

請求項記載の発明は、請求項1乃至のいずれかに記載の発明において、前記第1の部材および第2の部材が、前記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から構成されることを特徴とする。 The invention according to claim 7 is the invention according to any one of claims 1 to 5 , wherein the first member and the second member are a transparent electrode provided on a surface of the dielectric crystal, and the transparent And a dielectric multilayer film mirror made of a dielectric multilayer film provided on the electrode.

請求項記載の発明は、請求項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金属薄膜電極が設けられていることを特徴とする。 The invention according to claim 8 is the invention according to claim 7 , characterized in that a metal thin film electrode is provided between the transparent electrode and the dielectric multilayer mirror.

請求項記載の発明は、請求項1乃至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。 The invention according to claim 9 is the invention according to any one of claims 1 to 8 , wherein the dielectric crystal is a single crystal, and one of the crystal axes of the single crystal is irradiated to the dielectric crystal. It arrange | positions so that it may correspond with the permeation | transmission direction of this.

請求項1記載の発明は、請求項1乃至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一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。 The invention of claim 1 0 wherein is the invention according to any one of claims 1 to 8, wherein the dielectric crystal is a polycrystal, at least one crystal axis of the crystal is irradiated on the dielectric crystal It is arranged so as to coincide with the light transmission direction.

請求項1記載の発明は、請求項1乃至1のいずれかに記載の発明において、前記誘電体結晶は、K1-yLiyTa1-xNbx3(0<x<1,0<y<1)の組成、またはKTa1-xNbx3(0<x<1)の組成を有することを特徴とする。 The invention of claim 1 1, wherein, in the invention described in any one of claims 1 to 1 0, wherein the dielectric crystal, K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O 3 (0 <x <1 , 0 <y <1) or KTa 1-x Nb x O 3 (0 <x <1).

請求項1記載の発明は、請求項1乃至1のいずれかに記載の発明において、前記誘電体結晶は、KTa1-xNbx3(0<x<1)におけるKの全て、もしくはK1-yLiyTa1-xNbx3(0<x<1,0<y<1)におけるKおよびLiの全てをBa、Sr、Caのうち少なくとも一つの元素で置き換え、かつ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。 Invention of claim 1 wherein, in the invention of any one of claims 1 to 1 0, wherein the dielectric crystal, KTa 1-x Nb x O 3 (0 <x <1) all K in, Or all of K and Li in K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O 3 (0 <x <1, 0 <y <1) are replaced with at least one element of Ba, Sr, and Ca; It has a composition in which all of Ta and Nb are replaced with Ti.

請求項1記載の発明は、請求項1乃至1のいずれかに記載の発明において、前記誘電体結晶は、KTa1-xNbx3(0<x<1)におけるKの全て、もしくはK1-yLiyTa1-xNbx3(0<x<1,0<y<1)におけるKおよびLiの全てをPbとLaのうち少なくとも一方の元素で置き換え、かつ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。 Invention of claim 1 3, wherein, in the invention of any one of claims 1 to 1 0, wherein the dielectric crystal, KTa 1-x Nb x O 3 (0 <x <1) all K in, Alternatively, all of K and Li in K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O 3 (0 <x <1, 0 <y <1) are replaced with at least one element of Pb and La, and Ta and It has a composition in which all of Nb is replaced with at least one element of Ti and Zr.

請求項1記載の発明は、請求項1乃至1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。 The invention of claim 1 4 wherein, said x as a first composition ratio in the composition of the dielectric crystal in the invention of any one of claims 1 1 to 1 3, 0.1 to 0.5 The y as the second composition ratio in the composition of the dielectric crystal is greater than 0 and less than 0.1.

以上説明したように、本発明によれば、誘電体結晶について、相転移温度および屈折率の少なくとも一方に空間分布を持たせ、ゲートスイッチの環境温度と、誘電体結晶に入力された光が通過する、誘電体結晶の領域の相転移温度との温度差が、ゲートスイッチの環境温度が変化したときに常に一定になるように、および/または誘電体結晶に入力された光が通過する、誘電体結晶の領域の誘電体結晶の屈折率と、誘電体結晶の厚さとの積が、ゲートスイッチの環境温度が変化したときに常に一定になるように、ゲートスイッチの環境温度の変化に応じて光位置変位器を変動させているので、温度調節器を用いなくても動作の安定性を向上させることができ、偏波無依存であり、かつ高速応答が可能となる。 As described above, according to the present invention, the dielectric crystal has a spatial distribution in at least one of the phase transition temperature and the refractive index, and the ambient temperature of the gate switch and the light input to the dielectric crystal pass through. to, the temperature difference between the phase transition temperature of the region of the dielectric crystal, so that in a certain always, and / or light input to the dielectric crystal through which the environmental temperature of the gate switch has changed , the refractive index of the dielectric crystal region of the dielectric crystals, the product of the thickness of the dielectric crystals, such that a constant always when environmental temperature of the gate switch is changed, the gate switch environmental temperature Since the optical position shifter is changed in accordance with the change, the stability of the operation can be improved without using a temperature controller, and the polarization is independent and a high-speed response is possible.

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。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
個々の実施形態について説明する前に、ファブリ−ペロー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(以下、エタロンと表記する)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。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。エタロンの透過帯の中心周波数νmは下記の式で表される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings described below, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof is omitted.
Before describing the individual embodiments, the filter characteristics of the Fabry-Perot etalon will be described.
A Fabry-Perot etalon (hereinafter referred to as an etalon) has a structure in which a substance having a refractive index n is sandwiched between a pair of mirrors. As main values representing the characteristics of the etalon, there are FSR (Free Spectral Range) and Fines. The center frequency ν m of the transmission band of the etalon is expressed by the following equation.

Figure 0004648788
Figure 0004648788

なお、上記の式(1)において、nはミラーによって挟まれた物質の屈折率、d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。式(1)より、エタロンの透過帯の中心波長λmは下記の式で表される。 In the above formula (1), n is the refractive index of the material sandwiched between the mirrors, d is the resonator length (distance between the mirrors), and θ is the inclination angle of the etalon with respect to the incident light (also called the etalon angle). , C is the speed of light in vacuum. From the equation (1), the center wavelength λ m of the transmission band of the etalon is expressed by the following equation.

Figure 0004648788
Figure 0004648788

FSRとは、式(1)で表現される透過帯の中心周波数νm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。 The FSR is an interval between two adjacent sets of the center frequency ν m of the transmission band expressed by the equation (1), and is expressed by the following equation.

Figure 0004648788
Figure 0004648788

また、Finessとは、エタロンの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ーの反射率と関連付けられる。   Fines is a value expressing the extent of the etalon transmission band and is related to the reflectance of the mirror by the following equation.

Figure 0004648788
Figure 0004648788

なお、上記の式(4)における、Δν1/2はエタロンの透過帯の半値全幅、Rは共振器を構成しているミラーの反射率である。 In the above equation (4), Δν 1/2 is the full width at half maximum of the etalon transmission band, and R is the reflectance of the mirror constituting the resonator.

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)。   When the ratio of the transmitted light intensity to the incident light intensity of the etalon is I (dB), it is expressed by the following formula (see Non-Patent Document 1).

Figure 0004648788
Figure 0004648788

ここで、δはエタロン内での位相の遅れを表し、
Where δ represents the phase lag within the etalon,

Figure 0004648788
Figure 0004648788

である。
式(1)により、エタロンの透過帯の中心周波数νm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d、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には、これらのパラメータを変化させれば表現可能である。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d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。
It is.
In order to change the center frequency ν m of the transmission band of the etalon according to the expression (1), any one of the refractive index n, the resonator length d, and the etalon angle θ of the etalon may be changed. I understand that. Therefore, in order to produce a wavelength tunable filter, it can be expressed by changing these parameters. There are several commercially available wavelength tunable filters, but the mainstream method is to tune the wavelength by changing the resonator length. This is because changing the resonator length d among the above three parameters can maximize the wavelength variable band.

共振器長dおよびエタロンの角度θを変化させるためにはメカニカルな動作が必要である。よって、メカニカルに共振器長dおよびエタロンの角度θを変化させるに方法に関しては、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、エタロンの透過帯の中心波長(中心周波数)を変化させる事が出来る。前述したように、電気光学効果を用いた屈折率変化の場合、屈折率の変化量が十分に取れ、かつ高速動作が可能である。   In order to change the resonator length d and the etalon angle θ, a mechanical operation is required. Therefore, the method for mechanically changing the resonator length d and the etalon angle θ is not suitable for high-speed operation. Compared to them, the method of changing the refractive index n of the substance constituting the etalon can change the center wavelength (center frequency) of the transmission band of the etalon without performing a mechanical operation. As described above, in the case of a change in refractive index using the electro-optic effect, a sufficient amount of change in the refractive index can be obtained and high-speed operation is possible.

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(カー効果)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。   The electro-optic effect includes a primary electro-optic effect (Pockels effect) and a secondary electro-optic effect (Kerr effect). The primary electro-optic effect appears in proportion to the electric field strength, and the refractive index change is expressed by the following equation.

Figure 0004648788
Figure 0004648788

なお、上記式(7)のn0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、reffは1次の電気光学係数の有効値、Eは電界である。 In the above formula (7), n 0 is the refractive index of a dielectric crystal having a first-order electro-optic effect which is a substance constituting an etalon in the state where no electric field is applied, and r eff is the first-order The effective value of the electro-optic coefficient, E is the electric field.

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れ、屈折率変化は下記の式で表される。   Further, the secondary electro-optic effect appears in proportion to the square of the electric field strength, and the refractive index change is expressed by the following equation.

Figure 0004648788
なお、上記式(8)のn0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、s12は下記の式で定義される量である。
Figure 0004648788
In the above formula (8), n 0 is the refractive index of a dielectric crystal having a secondary electro-optic effect which is a substance constituting the etalon in the state where no electric field is applied, E is an electric field, and s 12 is an amount defined by the following formula.

Figure 0004648788
Figure 0004648788

なお、上記式(9)のε0は真空の誘電率、εr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、g12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。 In the above formula (9), ε 0 is the dielectric constant of vacuum, ε r is the specific dielectric constant of the dielectric crystal having the second-order electro-optic effect, and g 12 has the second-order electro-optic effect. This is the electro-optic constant of the dielectric crystal.

次に、2次の電気光学効果を有する誘電体結晶により構成されたエタロンの動作の温度依存性を考える。誘電体結晶として、高温時に常誘電相かつ立方晶構造となり、低温時に強誘電相となるものを考える。2つの相の境界となる温度を相転移温度Tcriという。温度T(>Tcri)を考える。キュリー−ワイス則により、比誘電率は次式のように書ける。 Next, consider the temperature dependence of the operation of an etalon composed of a dielectric crystal having a secondary electro-optic effect. Consider a dielectric crystal that has a paraelectric phase and cubic structure at high temperatures and a ferroelectric phase at low temperatures. The temperature that becomes the boundary between the two phases is called the phase transition temperature T cri . Consider a temperature T (> T cri ). According to the Curie-Weiss law, the relative permittivity can be written as:

Figure 0004648788
Figure 0004648788

ここでAは、比例定数であり、キュリー定数と呼ばれる。
すなわち、式(8)、(9)、(10)より、屈折率変化は1/(T−Tcri)2に比例する。よって、温度Tが相転移温度から離れ、高くなるに従い、屈折率変化は小さくなり、電圧効率が悪くなる。具体的には、T−Tcri=1℃の場合を基準に考えると、電圧効率が3℃離れると1/9に、10℃離れると1/100になる。
Here, A is a proportionality constant and is called a Curie constant.
That is, from the formulas (8), (9), and (10), the refractive index change is proportional to 1 / (T−T cri ) 2 . Therefore, as the temperature T increases away from the phase transition temperature and becomes higher, the refractive index change becomes smaller and the voltage efficiency becomes worse. Specifically, considering the case of T−T cri = 1 ° C., the voltage efficiency is 1/9 when the voltage efficiency is 3 ° C. and 1/100 when the voltage efficiency is 10 ° C.

なお、温度T(<Tcri)の時、誘電体結晶は強誘電相となり、結晶に異方性が生じ、動作に関して偏波依存性が発生するため好ましくない。 Note that when the temperature is T (<T cri ), the dielectric crystal becomes a ferroelectric phase, anisotropy occurs in the crystal, and polarization dependence is generated with respect to the operation, which is not preferable.

よって、より小さな電圧で(=電圧効率を下げずに)デバイスを動作させ、且つ偏波無依存動作を達成するためには、式(10)から分かるように、温度をなるべく相転移温度Tcriに近くし、かつ誘電体結晶を常誘電相にする必要がある。すなわち、動作温度Tを相転移温度Tcriよりわずかに高くすれば良い。 Therefore, in order to operate the device with a smaller voltage (= without reducing the voltage efficiency) and achieve the polarization-independent operation, as can be seen from the equation (10), the temperature is set to the phase transition temperature T cri as much as possible. It is necessary to make the dielectric crystal a paraelectric phase. That is, the operating temperature T may be slightly higher than the phase transition temperature T cri .

また、ミラーによって挟まれた物質の屈折率n、厚さd(共振器長)が温度に依存する物理量であるため、式(2)より、エタロンの透過帯の中心波長λmが温度により変動する。すなわち、電圧を一定値に固定していても、ある波長の光の透過率が温度により変動することになり、好ましくない。エタロンの角度θ=0の時、エタロンの透過帯の中心波長λmの温度微分は下記の式で表される。 In addition, since the refractive index n and thickness d (resonator length) of the material sandwiched between the mirrors are physical quantities that depend on the temperature, the center wavelength λ m of the etalon transmission band varies depending on the temperature from Equation (2). To do. That is, even if the voltage is fixed to a constant value, the transmittance of light of a certain wavelength varies with temperature, which is not preferable. When the etalon angle θ = 0, the temperature differential of the center wavelength λ m of the etalon transmission band is expressed by the following equation.

Figure 0004648788
Figure 0004648788

次に、上述のエタロンを用いることにより、ゲートスイッチを実現することができることを図11を用いて説明する。説明を簡便にするため、温度は一定、エタロンの入射角度θ=0であるとする。エタロンを構成する物質である誘電体結晶に電圧Vを印加していない時の、エタロンの透過帯の中心波長をλm(E=0)とする。エタロンに、波長λinがλm(E=0)に等しい連続光を入射する。この時、入射された光は、エタロンでの損失分を除き、100%エタロンを透過する。ここで、エタロンを構成する物質である誘電体結晶に電圧V=V0を印加したとすると、式(7)ないしは式(8)に従ってエタロンを構成する物質である誘電体結晶の屈折率が変化するため、式(2)に従いエタロンの透過帯の中心波長λmが変化する。よって、波長λinにおける光の透過率が変化する。エタロンの透過帯の中心波長λm(中心周波数νm)の変化量及びFiness(式(4)参照)を適切な値とすることにより、波長λinにおける光の透過率を所望の透過率にすることができる。すなわち、ゲートスイッチとして機能する。 Next, it will be described with reference to FIG. 11 that a gate switch can be realized by using the above etalon. For simplicity of explanation, it is assumed that the temperature is constant and the incident angle θ = 0 of the etalon. Let λ m (E = 0) be the center wavelength of the transmission band of the etalon when the voltage V is not applied to the dielectric crystal, which is a substance constituting the etalon. Continuous light having a wavelength λ in equal to λ m (E = 0) is incident on the etalon. At this time, the incident light passes through 100% etalon except for the loss of etalon. Here, assuming that a voltage V = V 0 is applied to a dielectric crystal that is a substance that constitutes an etalon, the refractive index of the dielectric crystal that is a substance that constitutes an etalon changes in accordance with Equation (7) or Equation (8). Therefore, the center wavelength λ m of the transmission band of the etalon changes according to the equation (2). Therefore, the light transmittance at the wavelength λ in changes. By setting the amount of change in the center wavelength λ m (center frequency ν m ) of the etalon transmission band and Fines (see Equation (4)) to an appropriate value, the light transmittance at the wavelength λ in is set to a desired transmittance. can do. That is, it functions as a gate switch.

次に本発明の一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ことが可能であるが、これらの実施形態も本発明に含まれる。   Next, although one embodiment of the present invention is described, the following embodiment is for explanation of the present invention to the last, and does not limit the scope of the present invention. Therefore, those skilled in the art can employ various embodiments including each or all of these elements, and these embodiments are also included in the present invention.

図1において、エタロン型ゲートスイッチ101は、温度により出力される方路が定まる光位置変位器102と、光位置変位器102の後段に配置されたエタロン103と、エタロン103の後段配置された光合波器104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。連続光(波長λin)が、温度により出力される方路が定まる光位置変位器102に入射される。 In Figure 1, the etalon-type gate switch 101 includes an optical position shifters 102 route output by the temperature is determined, the etalon 103 disposed behind the light position displacement 102, an optical multiplexer which is subsequent placement of the etalon 103 And a waver 104. Since the etalon 103 functions as a gate switch, it has an electrode for inputting a switching signal, and this electrode is electrically connected to the switching signal transmitter. Continuous light (wavelength λ in ) is incident on the optical position shifter 102 in which a route output by temperature is determined.

位置変位器102は、装置の温度(環境温度)に応じてエタロン103への入射位置を変化させる機能を有している。すなわち、光位置変位器102は、温度が変化すると、その位置を変動して、光位置変位器102から出射される光をエタロン103の適切な位置に入射させる。また、光合波器104は、エタロン103から出射される光を合波して出力する機能を有する。 The optical position shifter 102 has a function of changing the incident position on the etalon 103 in accordance with the temperature (environment temperature) of the apparatus. That is, when the temperature changes, the optical position displacement device 102 changes its position, and makes the light emitted from the optical position displacement device 102 enter an appropriate position of the etalon 103. The optical multiplexer 104 has a function of combining and outputting the light emitted from the etalon 103.

温度により出力される方路が定まる光位置変位器102は、温度が変化すると、光が出力する方路が変化するものである。その動作を図2に示す。温度TA,TB,TC(TA<TB<TC)を考える。温度TA,TB,TCの時、光位置変位器102に入力された光はそれぞれ、光位置変位器102の地点A1,B1,C1から出力される。 The optical position displacement device 102 in which the path output by the temperature is determined is such that the path from which the light is output changes when the temperature changes. The operation is shown in FIG. Consider temperatures T A , T B , T C (T A <T B <T C ). Temperature T A, T B, when T C, respectively light input to the light position displacement 102, is outputted from the point A 1, B 1, C 1 of the optical positional displacement 102.

すなわち、温度がTAの時は、光位置変位器102が変動して(光位置変位器102の少なくとも一部を移動させて)、光は光位置変位器102の地点A1から出射する。次いで、光位置変位器102のA1から出射された光は、エタロン103の地点A2に入射し、エタロン103の地点A3より出射する。次いで、エタロン103の地点A3から出射された光は、光合波器104の地点A4に入射し、該光合波器104より出射する。 That is, when the temperature is T A , the optical position displacement device 102 fluctuates (at least a part of the optical position displacement device 102 is moved), and light is emitted from the point A 1 of the optical position displacement device 102. Next, the light emitted from A 1 of the optical position shifter 102 enters the point A 2 of the etalon 103 and exits from the point A 3 of the etalon 103. Next, the light emitted from the point A 3 of the etalon 103 enters the point A 4 of the optical multiplexer 104 and exits from the optical multiplexer 104.

温度がTBの時は、光位置変位器102が変動して、光は光位置変位器102の地点B1から出射する。次いで、光位置変位器102のB1から出射された光は、エタロン103の地点B2に入射し、エタロン103の地点B3より出射する。次いで、エタロン103の地点B3から出射された光は、光合波器104の地点B4に入射し、該光合波器104より出射する。 When the temperature is T B , the optical position displacement device 102 fluctuates, and light is emitted from the point B 1 of the optical position displacement device 102. Next, the light emitted from B 1 of the optical position displacement device 102 enters the point B 2 of the etalon 103 and exits from the point B 3 of the etalon 103. Next, the light emitted from the point B 3 of the etalon 103 enters the point B 4 of the optical multiplexer 104 and exits from the optical multiplexer 104.

温度がTCの時は、光位置変位器102が変動して、光は光位置変位器102の地点C1から出射する。次いで、光位置変位器102のC1から出射された光は、エタロン103の地点C2に入射し、エタロン103の地点C3より出射する。次いで、次いで、エタロン103の地点C3から出射された光は、光合波器104の地点C4に入射し、該光合波器104より出射する。 When the temperature is T C , the optical position displacement device 102 fluctuates and light is emitted from the point C 1 of the optical position displacement device 102. Next, the light emitted from C 1 of the optical position displacement device 102 enters the point C 2 of the etalon 103 and exits from the point C 3 of the etalon 103. Next, the light emitted from the point C 3 of the etalon 103 enters the point C 4 of the optical multiplexer 104 and exits from the optical multiplexer 104.

温度TがTA<T<TBの時は、光位置変位器102が変動して、光は光位置変位器102の地点A1と地点B1との間の温度に応じた適切な位置から出力される。なお、温度TがTAからTBに連続的に変化する時、光が出力される地点は、地点A1から地点B1に連続的に変化する。 When the temperature T is T A <T <T B , the optical position displacement device 102 fluctuates, and the light is in an appropriate position according to the temperature between the point A 1 and the point B 1 of the optical position displacement device 102. Is output from. When the temperature T changes continuously from T A to T B , the point where the light is output changes continuously from the point A 1 to the point B 1 .

温度TがTB<T<TCの時は、光位置変位器102が変動して、光は光位置変位器102の地点B1と地点C1との間の温度に応じた適切な位置から出力される。なお、温度TがTBからTCに連続的に変化する時、光が出力される地点は、地点B1から地点C1に連続的に変化する。 When the temperature T is T B <T <T C , the optical position displacement device 102 fluctuates, and the light is in an appropriate position according to the temperature between the point B 1 and the point C 1 of the optical position displacement device 102. Is output from. When the temperature T changes continuously from T B to T C , the point where the light is output changes continuously from the point B 1 to the point C 1 .

温度により方路が定まる光位置変位器102から出力された光は、装置(環境温度)の温度に応じた適切な位置から入力される。すなわち、地点A1,B1,C1から出力された光は、各々地点A2,B2,C2に到達する。 The light output from the optical position shifter 102 whose path is determined by the temperature is input from an appropriate position according to the temperature of the apparatus (environment temperature). That is, the light output from the points A 1 , B 1 , C 1 reaches the points A 2 , B 2 , C 2 , respectively.

エタロン103を構成する物質である誘電体結晶に電圧を印加していない時の、エタロン103の透過スペクトルを図3に示す。図3に示すように、地点A2,B2,C2での、エタロン103を構成する物質である誘電体結晶に電圧を印加していない時の、エタロンの透過帯の中心波長λm(E=0)が、それぞれ温度TA,TB,TCの時に、連続光の波長λinに等しくなるように設定する。 FIG. 3 shows a transmission spectrum of the etalon 103 when no voltage is applied to the dielectric crystal that is a substance constituting the etalon 103. As shown in FIG. 3, the center wavelength λ m of the transmission band of the etalon when no voltage is applied to the dielectric crystal, which is the material constituting the etalon 103, at the points A 2 , B 2 and C 2. E = 0) is set to be equal to the wavelength λ in of continuous light at temperatures T A , T B , and T C , respectively.

上述のように、より小さな電圧で(=電圧効率を下げずに)デバイスを動作させ、且つ偏波無依存動作を達成するためには、動作温度Tを相転移温度Tcriよりわずかに高くする。その温度差を所定の温度差α(>0)とする。すなわち、Tcri=T−αとなる。 As mentioned above, in order to operate the device with a lower voltage (= without reducing the voltage efficiency) and achieve polarization independent operation, the operating temperature T is made slightly higher than the phase transition temperature T cri . The temperature difference is defined as a predetermined temperature difference α (> 0). That is, T cri = T−α.

温度TAの時に光は地点A2に到達するため、高い電圧効率を達成するためには地点A2における誘電体結晶の相転移温度TCAがTA−αである必要がある。同様に、地点B2、C2における誘電体結晶の相転移温度TCB,TCCはそれぞれTB−α、TC−αである必要がある。すなわち、温度TがTA≦T≦TCで変動する場合、誘電体結晶の相転移温度を空間分布させることにより、常に高い電圧効率を達成することができる。 Since the light reaches the point A 2 at the temperature T A , the phase transition temperature T CA of the dielectric crystal at the point A 2 needs to be T A −α in order to achieve high voltage efficiency. Similarly, the phase transition temperatures T CB and T CC of the dielectric crystal at the points B 2 and C 2 need to be T B -α and T C -α, respectively. That is, when the temperature T varies with T A ≦ T ≦ T C , high voltage efficiency can always be achieved by spatially distributing the phase transition temperature of the dielectric crystal.

なお、本明細書において、「誘電体結晶の相転移温度を空間分布させる」とは、エタロンを構成する誘電体結晶において、該誘電体結晶の組成を変化させることによって相転移温度を、光が入射される面内において、一次元的、あるいは二次元的に変化させることを指す。この空間分布は、より安定性の向上を求められる場合には、単調かつ連続的に分布していることが望ましい。   In this specification, “spatially distribute the phase transition temperature of the dielectric crystal” means that the phase transition temperature is changed by changing the composition of the dielectric crystal in the dielectric crystal constituting the etalon. This refers to changing in one or two dimensions within the incident plane. This spatial distribution is desirably monotonically and continuously distributed when further improvement in stability is required.

誘電体結晶がK1-yLiyTa1-xNbx3(0<x<1、0<y<1)(KLTN)の場合、K・Li比、Ta・Nb比を調節することにより、相転移温度を広い範囲(−273℃〜+435℃)で設定することができる。このため、上記組成比を空間分布させることにより、地点A2では相転移温度TA−αとなり、地点B2では相転移温度TB−αとなり、地点C2では相転移温度TC−αとなり、各地点間では連続的に、あるいはステップ状に相転移温度が変化するように、誘電体結晶の相転移温度を空間分布させることができる。その一例として、K・Li比を変化させた時のK1-yLiyTa1-0.028Nb0.0283の相転移温度の変化を図4に示す(非特許文献2)。 When the dielectric crystal is K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O 3 (0 <x <1, 0 <y <1) (KLTN), the K · Li ratio and the Ta · Nb ratio should be adjusted. Thus, the phase transition temperature can be set in a wide range (−273 ° C. to + 435 ° C.). Accordingly, by the spatial distribution of the above composition ratio, the point A 2 at the phase transition temperature T A-.alpha. next, the point B in 2 phase transition temperature T B-.alpha. next, the point in the C 2 phase transition temperature T C-.alpha. Thus, the phase transition temperature of the dielectric crystal can be spatially distributed so that the phase transition temperature changes continuously or stepwise between the points. As an example, FIG. 4 shows changes in the phase transition temperature of K 1-y Li y Ta 1-0.028 Nb 0.028 O 3 when the K · Li ratio is changed (Non-patent Document 2).

このような誘電体結晶の相転移温度の空間分布を有するエタロン103に対して、装置の温度に応じて光位置変位器102を変動して、上記装置の温度に最適の位置から光を入射するので、常に相転移温度Tcriから一定の温度差α離れた温度で動作させることができる。よって、より小さな電圧で、かつ偏波無依存動作を安定して行うことができる。すなわち、各温度に適した入射位置(例えば、温度TAの場合は地点A2、温度TBの場合は地点B2、温度TCの場合は地点C2)からエタロン103に光を入射できるので、温度調節器を用いなくても、安定した光スイッチングを行うことができる。また、電気光学効果を用いてスイッチングを行うので、高速動作を実現できる。 With respect to the etalon 103 having the spatial distribution of the phase transition temperature of the dielectric crystal, the optical position shifter 102 is changed according to the temperature of the device, and light is incident from the optimum position to the temperature of the device. Therefore, it is always possible to operate at a temperature that is a certain temperature difference α away from the phase transition temperature Tcri. Therefore, the polarization independent operation can be stably performed with a smaller voltage. That is, the incident position suitable for each temperature (e.g., point A 2 in the case of the temperature T A, the point B 2 in the case of the temperature T B, the point C 2 in the case of the temperature T C) can incident light into the etalon 103 from Therefore, stable optical switching can be performed without using a temperature controller. In addition, since switching is performed using the electro-optic effect, high-speed operation can be realized.

本発明の一実施形態では、ゲートスイッチの動作を温度によらず安定に動作させるために、エタロン103を構成する誘電体結晶に、相転移温度の空間分布を持たせているが、屈折率の空間分布を持たせるようにしても良い。また、それらの組み合わせ、すなわち、エタロン103を構成する誘電体結晶に、相転移温度の空間分布および屈折率の空間分布の双方を持たせるようにしても良い。   In one embodiment of the present invention, in order to stably operate the gate switch regardless of the temperature, the dielectric crystal constituting the etalon 103 has a spatial distribution of the phase transition temperature. You may make it have spatial distribution. Further, a combination thereof, that is, the dielectric crystal constituting the etalon 103 may have both a spatial distribution of phase transition temperatures and a spatial distribution of refractive index.

なお、本明細書において、「誘電体結晶の屈折率を空間分布させる」とは、エタロンを構成する誘電体結晶において、該誘電体結晶の組成を変化させることによって屈折率を、光が入射される面内において、一次元的、あるいは二次元的に変化させることを指す。この空間分布は、より安定性の向上を求められる場合には、単調かつ連続的に分布していることが望ましい。   In this specification, “split the refractive index of the dielectric crystal” means that the refractive index of the dielectric crystal constituting the etalon is changed by changing the composition of the dielectric crystal. This means changing in one or two dimensions within a plane. This spatial distribution is desirably monotonically and continuously distributed when further improvement in stability is required.

以下で、エタロン103を構成する誘電体結晶の屈折率を空間分布させる(誘電体結晶に屈折率の空間分布を持たせる)場合について説明する。
上述の通り、ミラーによって挟まれた物質の屈折率n、厚さdは、温度に依存する物理量である。そのため、上記屈折率nと厚さdとの積ndに比例する、エタロンの透過帯の中心波長λmは温度により変動する(式(2)参照)。dn/dT,d(d)/dTは正負どちらの符号も取りうるので、式(11)より、エタロンの透過帯の中心波長λmの温度依存性は、正負どちらの場合もありうる。
A case where the refractive index of the dielectric crystal constituting the etalon 103 is spatially distributed (the dielectric crystal has a spatial distribution of refractive index) will be described below.
As described above, the refractive index n and the thickness d of the material sandwiched between the mirrors are physical quantities that depend on temperature. Therefore, the center wavelength λ m of the transmission band of the etalon, which is proportional to the product nd of the refractive index n and the thickness d, varies with temperature (see formula (2)). Since dn / dT and d (d) / dT can take either positive or negative sign, the temperature dependence of the center wavelength λ m of the transmission band of the etalon can be positive or negative from Equation (11).

例として、d(nd)/dT>0の場合を考える。ndの温度依存性を図5に示す。地点A2,B2,C2におけるndをそれぞれnAd,nBd,nCdとする。温度TAの時、光は地点A2を通過する。温度TAの時の地点A2での積ndを積nAd(T=TA)とする。温度TBの時、地点B2を通過する。この時、温度TBの時の地点B2での積ndを積nBd(T=TB)とする。温度TCの時、光は地点C2を通過する。この時、温度TCの時の地点C2での積ndを積nCd(T=TC)とする。この時、nAd(T=TA)=nBd(T=TB)=nCd(T=TC)を満たしていれば、温度TA,TB,TCにおいて、光が通過する部分のエタロンの透過帯の中心波長λinは等しくなる。すなわち、屈折率nが空間分布を持つことにより、光が通過する部分のエタロンの透過帯の中心波長の温度変動を防ぐ、ないしは軽減することが可能となる。 As an example, consider the case of d (nd) / dT> 0. The temperature dependence of nd is shown in FIG. The nds at the points A 2 , B 2 , and C 2 are n A d, n B d, and n C d, respectively. When the temperature T A, the light passes through the point A 2. The product nd at the point A 2 at the temperature T A is defined as a product n A d (T = T A ). When the temperature T B, passes through the point B 2. At this time, the product nd at the point B 2 at the time of temperature T B is defined as product n B d (T = T B ). When the temperature T C, the light passes through the point C 2. At this time, the product nd at the point C 2 at the time of temperature T C is defined as product n C d (T = T C ). At this time, if n A d (T = T A ) = n B d (T = T B ) = n C d (T = T C ) is satisfied, at temperatures T A , T B , T C , The central wavelength λ in of the transmission band of the etalon in the part through which is passed becomes equal. That is, since the refractive index n has a spatial distribution, it is possible to prevent or reduce the temperature fluctuation of the central wavelength of the transmission band of the etalon where light passes.

また、屈折率nの空間分布が単調かつ連続的に変化するならば、TA≦T≦TCを満たすすべての温度において積ndをほぼ一定に保つことができる。すなわち、TA≦T≦TCにおいてエタロンの透過帯の中心周波数(透過中心波長)の変動を防ぐ、ないしは軽減することが可能となる。 If the spatial distribution of the refractive index n changes monotonously and continuously, the product nd can be kept substantially constant at all temperatures satisfying T A ≦ T ≦ T C. That is, it is possible to prevent or reduce fluctuations in the center frequency (transmission center wavelength) of the transmission band of the etalon when T A ≦ T ≦ T C.

誘電体結晶がKLTNの場合、K・Li比、Ta・Nb比を調節することにより、屈折率を制御できる。その例を図6に示す(非特許文献3参照)。つまり、それらの組成比を空間分布させることにより、地点A2では積nAdとなり、地点B2では積nBdとなり、地点C2では積nCdとなり、各地点間では連続的に、あるいはステップ状に屈折率が変化するように、誘電体結晶の屈折率に空間分布を持たせることができる。 When the dielectric crystal is KLTN, the refractive index can be controlled by adjusting the K · Li ratio and the Ta · Nb ratio. The example is shown in FIG. 6 (refer nonpatent literature 3). In other words, by their composition ratios spatial distribution, the point A 2 in the product n A d, and the point B 2 in the product n B d, and the point C 2 in the product n C d becomes continuously in between each point Alternatively, the refractive index of the dielectric crystal can have a spatial distribution so that the refractive index changes stepwise.

このような誘電体結晶の屈折率の空間分布を有するエタロン103に対して、装置の温度に応じて出力される方路を決定して、上記装置の温度に最適の位置から光を入射するので、常に積ndをほぼ一定に保って動作させることができる。よって、エタロンの透過率の中心波長の温度変動を防ぐ、ないしは軽減しつつ、かつ偏波無依存動作を安定して行うことができる。すなわち、各温度に適した入射位置(例えば、温度TAの場合は地点A2、温度TBの場合は地点B2、温度TCの場合は地点C2)からエタロン103に光を入射できるので、温度調節器を用いなくても、安定した光スイッチングを行うことができる。また、電気光学効果を用いてスイッチングを行うので、高速動作を実現できる。 For the etalon 103 having the spatial distribution of the refractive index of the dielectric crystal, the output path is determined according to the temperature of the device, and light is incident from the optimum position for the temperature of the device. Therefore, it is possible to operate with the product nd kept substantially constant at all times. Therefore, it is possible to stably perform the polarization-independent operation while preventing or reducing the temperature fluctuation of the central wavelength of the etalon transmittance. That is, the incident position suitable for each temperature (e.g., point A 2 in the case of the temperature T A, the point B 2 in the case of the temperature T B, the point C 2 in the case of the temperature T C) can incident light into the etalon 103 from Therefore, stable optical switching can be performed without using a temperature controller. In addition, since switching is performed using the electro-optic effect, high-speed operation can be realized.

温度TA,TB,TC時にそれぞれ地点A2,B2,C2を通過した光は、それぞれ地点A3,B3,C3にてエタロン103から出力される。その後、それぞれ地点A4,B4,C4から光合波器104に入力され、合波されたのち、光合波器104の出力部より出力される。 Lights that have passed through the points A 2 , B 2 , and C 2 at temperatures T A , T B , and T C are output from the etalon 103 at the points A 3 , B 3 , and C 3 , respectively. Thereafter, the signals are respectively input from the points A 4 , B 4 , and C 4 to the optical multiplexer 104, combined, and then output from the output unit of the optical multiplexer 104.

光の入力ポートを有し、温度により方路が定まる機能、すなわち、温度により自身の位置を変動させて、光をエタロン103の温度に応じた適切な位置へと入力する機能を有する光位置変位器102として、バイメタルを用いた構成がある。その構成を図7に示す。 Optical position displacement that has a light input port and has a function of determining the route depending on the temperature, that is, a function of changing its position depending on the temperature and inputting light to an appropriate position according to the temperature of the etalon 103 The vessel 102 has a configuration using bimetal. The configuration is shown in FIG.

図7において、符号1101は温度TAの時のバイメタル、符号1102は温度TCの時のバイメタル、符号1103は温度TAの時のコリメートレンズ、符号1104は温度TCの時のコリメートレンズ、符号1105は温度TAの時の光ファイバ、符号1106は温度TCの時の光ファイバである。図7において、本発明の一実施形態に係る光位置変位器は、バイメタル1101(1102)、コリメートレンズ1103(1104)、および光ファイバ1105(1106)を備えている。バイメタル1101(1102)の一方端には、コリメートレンズ1103(1104)が設けられており、他方端は、ゲートスイッチを囲むハウジングなど、回路設計によって決まる、ゲートスイッチの周囲の適切な部材に固定されている。コリメートレンズ1103(1104)の、エタロン103側の面と対向する面には、光ファイバ1105(1106)が接続されている。
なお、図7では、説明を簡単にするために、温度TAの場合の光位置変位器と温度TCの場合の光位置変位器とを同じ図に示している。
In FIG. 7, reference numeral 1101 is a bimetal at a temperature T A , reference numeral 1102 is a bimetal at a temperature T C , reference numeral 1103 is a collimating lens at a temperature T A , and reference numeral 1104 is a collimating lens at a temperature T C , Reference numeral 1105 denotes an optical fiber at a temperature T A , and reference numeral 1106 denotes an optical fiber at a temperature T C. In FIG. 7, the optical position shifter according to an embodiment of the present invention includes a bimetal 1101 (1102), a collimator lens 1103 (1104), and an optical fiber 1105 (1106). A collimator lens 1103 (1104) is provided at one end of the bimetal 1101 (1102), and the other end is fixed to an appropriate member around the gate switch such as a housing surrounding the gate switch, which is determined by circuit design. ing. An optical fiber 1105 (1106) is connected to a surface of the collimator lens 1103 (1104) facing the surface on the etalon 103 side.
In FIG. 7, for simplicity of explanation, it is shown in the same figure and a light position displacement unit when the optical position displacer and the temperature T C in the case of the temperature T A.

なお、図7では、エタロン103では、誘電体結晶の相転移温度を空間分布させているが、これに限らず、誘電体結晶の屈折率を空間分布させていても構わない。また、誘電体結晶の相転移温度および屈折率の双方を空間分布させても良い。   In FIG. 7, in the etalon 103, the phase transition temperature of the dielectric crystal is spatially distributed. However, the present invention is not limited to this, and the refractive index of the dielectric crystal may be spatially distributed. Further, both the phase transition temperature and the refractive index of the dielectric crystal may be spatially distributed.

バイメタルとは、熱膨張係数の異なる二種類の金属板を貼り合わせたものである。一般的に、温度を変化させると、熱膨張率が小さい金属の方に曲がるため、一端を固定すると、別の一端の位置が温度によって変化する。よって、光ファイバが接続されたコリメートレンズを別の一端に取り付けることにより、温度により方位が定まる光位置変位器を実現することが可能となる。 Bimetal is a laminate of two types of metal plates having different thermal expansion coefficients. Generally, when the temperature is changed, the metal bends toward a metal having a smaller coefficient of thermal expansion. Therefore, when one end is fixed, the position of the other end changes depending on the temperature. Therefore, by attaching a collimating lens to which an optical fiber is connected to another end, it is possible to realize an optical position shifter whose direction is determined by temperature.

図7において、バイメタル1101は温度TAの場合であるので、エタロン103を構成する誘電体結晶の領域71の相転移温度はTA−αである。また、図7において、バイメタル1102は温度TCの場合であるので、エタロン103を構成する誘電体結晶の領域72の相転移温度はTC−αである。温度TAからTCへと変化する場合、その温度に応じてバイメタルは変形し、バイメタルの変形に伴ってコリメートレンズの位置は変動し、コリメートレンズから入射される領域は、領域71から領域72へと移動する。温度が温度TAからTCへと変化する際の、光が入射される領域において、それぞれの領域の相転移温度が、常に装置の温度(環境温度)から所定の温度差αを引いた温度となるよう、相転移温度が空間分布するように、エタロン103を構成する誘電体結晶の組成を空間分布させている。 In FIG. 7, since the bimetal 1101 is at the temperature T A , the phase transition temperature of the dielectric crystal region 71 constituting the etalon 103 is T A -α. In FIG. 7, since the bimetal 1102 is at the temperature T C , the phase transition temperature of the dielectric crystal region 72 constituting the etalon 103 is T C −α. When the temperature changes from T A to T C , the bimetal is deformed according to the temperature, the position of the collimating lens is changed with the deformation of the bimetal, and the region incident from the collimating lens is the region 71 to the region 72. Move to. In the region where light is incident when the temperature changes from temperature T A to T C , the phase transition temperature of each region is always the temperature obtained by subtracting a predetermined temperature difference α from the temperature of the device (environment temperature). Thus, the composition of the dielectric crystal constituting the etalon 103 is spatially distributed so that the phase transition temperature is spatially distributed.

このとき、バイメタルの温度に対する変移量(変移量の温度微分)は、エタロン103を構成する誘電体結晶の相転移温度の空間分布に応じて設定する。すなわち、コリメートレンズ(光位置変位器)から出射された光が、温度TAのときは領域71に、温度TCのときは領域72に、また、温度TAと温度TCとの間の温度のときは、その温度に適した領域に入射するように、バイメタルの温度に対する変移量を設定すれば良いのである。 At this time, the amount of transition with respect to the bimetal temperature (temperature differential of the amount of transition) is set according to the spatial distribution of the phase transition temperature of the dielectric crystal constituting the etalon 103. That is, the light emitted from the collimator lens (light position displacement device), when the temperature T A in the area 71, the area 72 at the temperature T C, also between the temperature T A and the temperature T C In the case of temperature, the amount of change with respect to the temperature of the bimetal may be set so as to enter the region suitable for the temperature.

このようなバイメタルの温度に対する変移量の調節は、バイメタルの長さや大きさを変化させることによって行うことができる。また、上記調節は、バイメタルを構成する2つの金属の材料を適宜選択する、すなわち、上記2つの金属の熱膨張率の差を調節することによっても行うことができる。   Such adjustment of the shift amount with respect to the temperature of the bimetal can be performed by changing the length and size of the bimetal. The adjustment can also be performed by appropriately selecting the materials of the two metals constituting the bimetal, that is, by adjusting the difference in coefficient of thermal expansion between the two metals.

なお、図7では、光位置変位器はコリメートレンズを備えているが、コリメートレンズを備えていなくてもよい。この場合は、バイメタルの一方端に直接光ファイバを配置すれば良い。 In FIG. 7, the optical position shifter includes a collimating lens, but may not include a collimating lens. In this case, an optical fiber may be disposed directly at one end of the bimetal.

温度により方路が定まる光位置変位器102の構成は、バイメタルを用いることに限定されるわけではなく、光の方路が温度により変化すればどのような構成でも良い、例えば、気体や液体の熱膨張を用いることにより、バイメタルと同様に、ある部分の位置が温度によって変化するため、その部分にコリメートレンズと光ファイバを取り付けることにより、温度により方路が定まる光位置変位器102として機能する。 The configuration of the optical position displacement device 102 whose path is determined by temperature is not limited to the use of bimetal, and any configuration may be used as long as the path of light changes depending on the temperature. By using thermal expansion, the position of a certain part changes depending on the temperature as in the case of bimetal, so by attaching a collimating lens and an optical fiber to that part, it functions as an optical position shifter 102 whose path is determined by the temperature. .

エタロン本体103の構成図を図8に示す。符号111は、第1のミラー、符号112は第1の電極、符号113は、立方晶かつ2次の電気光学効果を有するKLTNからなる誘電体結晶、符号114は第2の電極、符号115は、第2のミラーである。第1のミラー111と第2のミラー115は略並行に配置され、共振器を構成する。電極112と第2の電極114は、誘電体結晶113に電圧を印加する。   A configuration diagram of the etalon main body 103 is shown in FIG. Reference numeral 111 is a first mirror, reference numeral 112 is a first electrode, reference numeral 113 is a dielectric crystal made of cubic crystal KLTN having a secondary electro-optic effect, reference numeral 114 is a second electrode, and reference numeral 115 is a second electrode. , The second mirror. The first mirror 111 and the second mirror 115 are arranged substantially in parallel to constitute a resonator. The electrode 112 and the second electrode 114 apply a voltage to the dielectric crystal 113.

このように、誘電体結晶113の一面に第1のミラー111を配置し、誘電体結晶113の、第1のミラー111と対向する面に第2のミラー115を配置することにより、第1のミラー111および第2のミラー115は、所定の周波数近傍の光を選択的に所定の透過率で透過させ、上記所定の周波数近傍以外の光を所定の割合で反射することができる。   As described above, the first mirror 111 is disposed on one surface of the dielectric crystal 113, and the second mirror 115 is disposed on the surface of the dielectric crystal 113 facing the first mirror 111. The mirror 111 and the second mirror 115 can selectively transmit light in the vicinity of a predetermined frequency at a predetermined transmittance and reflect light in the vicinity of the predetermined frequency at a predetermined ratio.

第1のミラー111と第2のミラー115として、誘電体多層膜ミラーや金属薄膜電極、若しくはそれら両方を用いることができる。   As the first mirror 111 and the second mirror 115, a dielectric multilayer mirror, a metal thin film electrode, or both can be used.

第1の電極112と第2の電極114として、透明電極や、金属薄膜電極、若しくはそれら両方を用いることができる。   As the first electrode 112 and the second electrode 114, a transparent electrode, a metal thin film electrode, or both can be used.

第1および第2のミラーとして誘電体多層膜ミラーを用い、第1および第2の電極として透明電極を用いる場合は、それぞれのミラーと電極との間に金属薄膜電極を設けるようにしても良い。   When dielectric multilayer mirrors are used as the first and second mirrors and transparent electrodes are used as the first and second electrodes, a metal thin film electrode may be provided between each mirror and the electrode. .

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、誘電体結晶に電極を設け、さらに電極に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電極を設けるようにしても良い。このような部材としては、例えば金属薄膜電極が挙げられる。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所定の透過率で透過させ、上記所定の周波数以外の光を所定の割合で反射させることである。   In this embodiment, an electrode is provided on the dielectric crystal and a mirror is provided on the electrode in order to transmit and reflect predetermined light. However, the present invention is not limited to this. For example, each of the opposing surfaces of the dielectric crystal has the function of both an electrode and a mirror, that is, the function of the electrode and selectively transmit light in the vicinity of a predetermined frequency, and other than the frequency of the transmitted light. An electrode having a function of reflecting light having a frequency may be provided. An example of such a member is a metal thin film electrode. What is important in this embodiment is that, in order to function as an etalon, light in the vicinity of a predetermined frequency is selectively transmitted at a predetermined transmittance, and light other than the predetermined frequency is reflected at a predetermined ratio. is there.

また、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、KLTNに限らず、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、KTa1-xNbx3(0<x<1)(KTN)であっても良いし、KTa1-xNbx3(KTN)におけるKの全て、もしくは、K1-yLiyTa1-xNbx3(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。 The dielectric crystal constituting the etalon according to the embodiment of the present invention is not limited to KLTN, and any dielectric crystal having a cubic structure and a secondary electro-optic effect may be used. For example, the dielectric crystal according to an embodiment of the present invention may be KTa 1-x Nb x O 3 (0 <x <1) (KTN), or KTa 1-x Nb x O 3 (KTN). ) Or all of K and Li in K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O 3 (0 <x <1, 0 <y <1) (KLTN), Ba, Sr, It may have a composition in which at least one element of Ca is replaced and all of Ta and Nb are replaced with Ti.

また、本発明の一実施形態に係る誘電体結晶は、KTa1-xNbx3(0<x<1)(KTN)におけるKの全て、もしくは、K1-yLiyTa1-xNbx3(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。 In addition, the dielectric crystal according to the embodiment of the present invention includes all of K in KTa 1-x Nb x O 3 (0 <x <1) (KTN) or K 1-y Li y Ta 1-x. All of K and Li in Nb x O 3 (0 <x <1, 0 <y <1) (KLTN) are replaced with at least one element of Pb and La, and all of Ta and Nb are replaced with Ti It may have a composition replaced with at least one element of Zr.

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。   Furthermore, in KTN and KLTN, the range of x which is the stoichiometric coefficient of Nb is preferably 0.1 or more and 0.5 or less. In KLTN, the range of y, which is the stoichiometric coefficient of Li, is preferably greater than 0 and less than 0.1.

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。   In addition, the dielectric crystal according to an embodiment of the present invention may be a single crystal or a polycrystal. However, in the case of a single crystal, one of the crystal axes of the single crystal is made to coincide with the optical axis of light incident on the etalon (the transmission direction of light incident on the etalon). By doing so, the modulation efficiency can be improved and the polarization dependence can be reduced. In the case of a polycrystal, the crystal axis is in various directions, and at least one crystal axis is made to coincide with the optical axis. By adopting such a crystal axis arrangement, the crystal can exhibit an electro-optic effect by applying an electric field, and can realize a modulation operation.

光合波器104として、温度により方路が定まる光位置変位器102の入出力を逆に用いた構成がある。その構成を図9に示す。図9において、符号1201は温度TAの時のバイメタル、符号1202は温度TCの時のバイメタル、符号1203は温度TAの時のコリメートレンズ、符号1204は温度TCの時のコリメートレンズ、符号1205は温度TAの時の光ファイバ、符号1206は温度TCの時の光ファイバである。温度TA,TB,TCの時、コリメートレンズの位置がそれぞれ地点A4,B4,C4となるように設定することにより、光合波器として動作することがわかる。 As the optical multiplexer 104, there is a configuration in which the input / output of the optical position shifter 102 whose path is determined by temperature is reversed. The configuration is shown in FIG. In FIG. 9, reference numeral 1201 is a bimetal at a temperature T A , reference numeral 1202 is a bimetal at a temperature T C , reference numeral 1203 is a collimating lens at a temperature T A , and reference numeral 1204 is a collimating lens at a temperature T C , Reference numeral 1205 denotes an optical fiber at the temperature T A , and reference numeral 1206 denotes an optical fiber at the temperature T C. It can be seen that when the temperatures T A , T B , and T C are set so that the positions of the collimating lenses are the points A 4 , B 4 , and C 4 , they operate as an optical multiplexer.

なお、光合波器104の構成はバイメタルを用いることに限定されるわけではなく、光が合波できる構成であればどのような構成でも良い。   Note that the configuration of the optical multiplexer 104 is not limited to using a bimetal, and any configuration is possible as long as light can be multiplexed.

上記説明では、電圧をかけない時の透過率が最大になるように入力光の波長λinを選択したが、電圧をかけない時の透過率が小さくなるように入力光の波長λinを選択してもよい。その様子を図10に示す。 In the above description, selects the wavelength lambda in the input light so that the transmittance is decreased when the transmittance was chosen wavelength lambda in the input light to maximize, not to apply voltage when unpowered May be. This is shown in FIG.

本発明の一実施形態に係る、エタロン型ゲートスイッチの構成図である。It is a block diagram of an etalon type gate switch according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る、各温度において光の通過する地点を示した図である。It is the figure which showed the point through which light passes in each temperature based on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る、誘電体結晶に電圧を印加していない時の、各地点および各温度におけるエタロンの透過スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the transmission spectrum of the etalon in each point and each temperature when the voltage is not applied to the dielectric crystal based on one Embodiment of this invention. 1-yLiyTa1-0.028Nb0.0283の相転移温度を示すグラフである。It is a graph showing the phase transition temperature of the K 1-y Li y Ta 1-0.028 Nb 0.028 O 3. 本発明の一実施形態に係る、屈折率nと厚さdの積の、温度依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature dependence of the product of the refractive index n and thickness d based on one Embodiment of this invention. KTa1-xNbx3の1.55μmにおける屈折率を示すグラフである。Is a graph showing the refractive index at 1.55μm of KTa 1-x Nb x O 3 . 本発明の一実施形態に係る、バイメタルを用いて構成された、温度により出力される方路が定まる光位置変位器102の構成図である。It is a block diagram of the optical position displacement device 102 with which the path | route output according to temperature comprised using the bimetal based on one Embodiment of this invention is defined. 本発明の一実施形態に係る、エタロン103の構成図である。It is a block diagram of the etalon 103 based on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る、バイメタルを用いて構成された、光合波器104の構成図である。It is a block diagram of the optical multiplexer 104 comprised using the bimetal based on one Embodiment of this invention. 電圧をかけない時に、光の透過率が小さくなるように設定したときの、ゲートスイッチの動作を示した図である。It is the figure which showed the operation | movement of the gate switch when setting so that the transmittance | permeability of light may become small when a voltage is not applied. 電圧をかけない時に、光の透過率が最大になるように設定したときの、ゲートスイッチの動作を示した図である。It is the figure which showed the operation | movement of the gate switch when setting so that the transmittance | permeability of light may become the maximum when a voltage is not applied.

符号の説明Explanation of symbols

101 エタロン型ゲートスイッチ
102 温度により出力される方路が定まる光位置変位
103 エタロン
104 光合波器
111 第1のミラー
112 第1の電極
113 誘電体結晶
114 第2の電極
115 第2のミラー
1101、1102、1201、1202 バイメタル
1103、1104、1203、1204 コリメートレンズ
1105、1106、1205、1206 光ファイバ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Etalon type gate switch 102 Optical position displacement device in which the output path is determined by temperature 103 Etalon 104 Optical multiplexer 111 First mirror 112 First electrode 113 Dielectric crystal 114 Second electrode 115 Second mirror 1101 1102, 1201, 1202 Bimetal 1103, 1104, 1203, 1204 Collimate lens 1105, 1106, 1205, 1206 Optical fiber

Claims (14)

光の入力ポートを備え、温度により光の出力される方路が定まる光位置変位器と、
前記光位置変位器の後段に配置され、2次の電気光学効果を有し、強誘電相と立方晶構造となる常誘電相との間で相転移を起こす温度である相転移温度が第1の面内において変化している空間分布を有する空間分布領域を含む誘電体結晶と、
前記誘電体結晶の前記第1の面に設けられた、前記誘電体結晶に電圧を印加し、かつ入力された光を所定の反射率で反射する第1の部材と、
前記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、前記誘電体結晶に電圧を印加し、かつ入力された光を所定の反射率で反射する第2の部材と、
前記誘電体結晶の後段に配置され、前記誘電体結晶の第2の面から出射される光を合波する光合波器とを備えるゲートスイッチであって、
前記ゲートスイッチの環境温度と、前記光位置変位器から前記誘電体結晶の前記第1の面に入力された光が通過する地点の前記誘電体結晶の前記相転移温度との温度差が、前記環境温度が変化したときに常に一定になるように前記環境温度の変化に応じて前記光位置変位器が変動することにより、前記誘電体結晶の前記空間分布領域の所定の地点に前記光位置変位器から出射された光を入射させ、前記光が通過する地点の前記誘電体結晶の前記相転移温度は、前記環境温度より低く、前記光が通過する地点の前記誘電体結晶は常誘電相であることを特徴とするゲートスイッチ。
An optical position shifter that has an input port for light and that determines the path in which light is output depending on the temperature;
Disposed downstream of said light position displacement device has a secondary electro-optic effect, a ferroelectric phase and a cubic phase transition temperature is a temperature at which the phase transition between the structures become paraelectric phase first A dielectric crystal including a spatial distribution region having a spatial distribution changing in the plane of
A first member wherein provided on the first surface of the dielectric crystal, wherein a voltage is applied to the dielectric crystal, and for reflecting the input light with a predetermined reflection factor,
A second member provided on a second surface opposite to the first surface of the dielectric crystal, for applying a voltage to the dielectric crystal and reflecting the input light with a predetermined reflectance; ,
A gate switch including an optical multiplexer disposed at a subsequent stage of the dielectric crystal and configured to multiplex light emitted from the second surface of the dielectric crystal;
And the ambient temperature of the gate switch, the temperature difference between the phase transition temperature of the dielectric crystals of the point where the from the optical position shifters dielectric light input to the first surface of the crystal to pass through, The optical position shifter fluctuates in response to the change in the environmental temperature so that the optical position is always constant when the environmental temperature changes, so that the optical position is at a predetermined point in the spatial distribution region of the dielectric crystal. The phase transition temperature of the dielectric crystal at a point where the light emitted from the displacement device is incident and the light passes is lower than the environmental temperature, and the dielectric crystal at the point where the light passes is a paraelectric phase. The gate switch characterized by being.
光の入力ポートを備え、温度により光の出力される方路が定まる光位置変位器と、
前記光位置変位器の後段に配置され、2次の電気光学効果を有し、強誘電相と立方晶構造となる常誘電相との間で相転移を起こす温度である相転移温度および屈折率が第1の面内において変化している空間分布を有する空間分布領域を含む誘電体結晶と、
前記誘電体結晶の前記第1の面に設けられた、前記誘電体結晶に電圧を印加し、かつ入力された光を所定の反射率で反射する第1の部材と、
前記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、前記誘電体結晶に電圧を印加し、かつ入力された光を所定の反射率で反射する第2の部材と、
前記誘電体結晶の後段に配置され、前記誘電体結晶の第2の面から出射される光を合波する光合波器とを備えるゲートスイッチであって、
前記ゲートスイッチの環境温度と、前記光位置変位器から前記誘電体結晶の前記第1の面に入力された光が通過する地点の前記誘電体結晶の前記相転移温度との温度差が、前記環境温度が変化したときに常に一定になるように、かつ前記光位置変位器から前記誘電体結晶の前記第1の面に入力された光が通過する地点の前記誘電体結晶の屈折率と、前記誘電体結晶に入力された光が通過する地点の前記第1の面と前記第2の面との間の距離との積が、前記環境温度が変化したときに常に一定になるように、前記環境温度の変化に応じて前記光位置変位器を変動することにより、前記誘電体結晶の前記空間分布領域の所定の地点に前記光位置変位器から出射された光を入射させ、前記光が通過する地点の前記誘電体結晶の前記相転移温度は、前記環境温度より低く、前記光が通過する地点の前記誘電体結晶は常誘電相であることを特徴とするゲートスイッチ。
An optical position shifter that has an input port for light and that determines the path in which light is output depending on temperature,
Disposed downstream of said light position displacement device has a secondary electro-optic effect, a ferroelectric phase and phase transition temperature and refractive index is a temperature at which the phase transition between the paraelectric phase of a cubic system structure A dielectric crystal including a spatial distribution region having a spatial distribution that is changing in the first plane ;
A first member wherein provided on the first surface of the dielectric crystal, wherein a voltage is applied to the dielectric crystal, and for reflecting the input light with a predetermined reflection factor,
A second member provided on a second surface opposite to the first surface of the dielectric crystal, for applying a voltage to the dielectric crystal and reflecting the input light with a predetermined reflectance; ,
A gate switch including an optical multiplexer disposed at a subsequent stage of the dielectric crystal and configured to multiplex light emitted from the second surface of the dielectric crystal;
And the ambient temperature of the gate switch, the temperature difference between the phase transition temperature of the dielectric crystals of the point where the from the optical position shifters dielectric light input to the first surface of the crystal to pass through, The refractive index of the dielectric crystal at a point where light input from the optical position displacement device to the first surface of the dielectric crystal passes so as to be always constant when the environmental temperature changes. The product of the distance between the first surface and the second surface at the point where light input to the dielectric crystal passes is always constant when the environmental temperature changes. By changing the optical position displacement device according to the change in the environmental temperature, the light emitted from the optical position displacement device is incident on a predetermined point of the spatial distribution region of the dielectric crystal, and the light The phase transition temperature of the dielectric crystal at the point where the Lower than the environmental temperature, the gate switch, characterized in that said dielectric crystal point which the light passes is paraelectric phase.
前記空間分布は、単調かつ連続的であることを特徴とする請求項1又は2に記載のゲートスイッチ。 The spatial distribution gate switch according to claim 1 or 2 characterized in that it is a monotonic and continuous. 前記光位置変位器は、一方端が固定され、他方端に光ファイバが配置されたバイメタルを備えることを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載のゲートスイッチ。 The optical position shifters has one end fixed, the gate switch according to any one of claims 1 to 3 is the optical fiber to the other end, characterized in that it comprises an arrangement bimetallic. 前記光位置変位器は、前記バイメタルの他方端に配置されたコリメートレンズをさらに備え、
前記光ファイバは、前記コリメートレンズに接続されていることを特徴とする請求項記載のゲートスイッチ。
The optical position shifter further comprises a collimating lens disposed at the other end of the bimetal,
The gate switch according to claim 4 , wherein the optical fiber is connected to the collimating lens.
前記第1の部材および第2の部材が、金属薄膜電極であることを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載のゲートスイッチ。 The gate switch according to any one of claims 1 to 5 , wherein the first member and the second member are metal thin film electrodes. 前記第1の部材および第2の部材が、前記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から構成されることを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載のゲートスイッチ。 The first member and the second member are composed of a transparent electrode provided on the surface of the dielectric crystal and a dielectric multilayer film mirror made of a dielectric multilayer film provided on the transparent electrode. gate switch according to any one of claims 1 to 5, characterized in. 前記透明電極と、前記誘電体多層膜ミラーとの間に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記載のゲートスイッチ。 8. The gate switch according to claim 7 , wherein a metal thin film electrode is provided between the transparent electrode and the dielectric multilayer mirror. 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乃至のいずれかに記載のゲートスイッチ。 Said dielectric crystal is a single crystal, according to claim 1 to 8, characterized in that it is arranged so that one of the crystal axes of the single crystal coincides with the transmission direction of light irradiated to the dielectric crystal The gate switch in any one of. 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一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乃至のいずれかに記載のゲートスイッチ。 It said dielectric crystal is a polycrystal, claims 1 to 8, characterized in that at least one of the crystal axes of the crystal are arranged to coincide with the transmission direction of the light irradiated to the dielectric crystal The gate switch in any one of. 前記誘電体結晶は、K1-yLiyTa1-xNbx3(0<x<1,0<y<1)の組成、またはKTa1-xNbx3(0<x<1)の組成を有することを特徴とする請求項1乃至1のいずれかに記載のゲートスイッチ。 The dielectric crystal has a composition of K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O 3 (0 <x <1, 0 <y <1) or KTa 1-x Nb x O 3 (0 <x < gate switch according to any one of claims 1 to 1 0, characterized in that it has a composition of 1). 前記誘電体結晶は、KTa1-xNbx3(0<x<1)におけるKの全て、もしくはK1-yLiyTa1-xNbx3(0<x<1,0<y<1)におけるKおよびLiの全てをBa、Sr、Caのうち少なくとも一つの元素で置き換え、かつ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1のいずれかに記載のゲートスイッチ。 The dielectric crystal includes all of K in KTa 1-x Nb x O 3 (0 <x <1), or K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O 3 (0 <x <1, 0 < y <all K and Li in 1) Ba, Sr, replacing at least one element of Ca, and claims 1 to 1 0, characterized in that it has a composition obtained by replacing all of the Ta and Nb with Ti The gate switch in any one of. 前記誘電体結晶は、KTa1-xNbx3(0<x<1)におけるKの全て、もしくはK1-yLiyTa1-xNbx3(0<x<1,0<y<1)におけるKおよびLiの全てをPbとLaのうち少なくとも一方の元素で置き換え、かつ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1のいずれかに記載のゲートスイッチ。 The dielectric crystal includes all of K in KTa 1-x Nb x O 3 (0 <x <1), or K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O 3 (0 <x <1, 0 < and having a composition in which all of K and Li in y <1) are replaced with at least one element of Pb and La, and all of Ta and Nb are replaced with at least one element of Ti and Zr. gate switch according to any one of claims 1 to 1 0. 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1乃至1のいずれかに記載のゲートスイッチ。 The x as the first composition ratio in the composition of the dielectric crystal is 0.1 or more and 0.5 or less, and the y as the second composition ratio in the composition of the dielectric crystal is greater than 0. gate switch according to any one of claims 1 1 to 1 3, characterized in that at is less than 0.1.
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WO2004111717A1 (en) * 2003-06-13 2004-12-23 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Variable wavelength optical filter

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