JP4675778B2 - Optical information processing equipment - Google Patents

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    • G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching

Description

本発明は、光結合素子およびそれを備えたフォトリフラクティブ素子ならびに光情報処理装置に関し、さらに詳細には、フォトリフラクティブ素子に用いて好適な光結合素子およびそれを備えたフォトリフラクティブ素子ならびに光情報処理装置に関し、特に、フォトリフラクティブ素子を構成するフォトリフラクティブ媒質内において光干渉縞を容易かつ高効率に発生することを可能にした光結合素子およびそれを備えたフォトリフラクティブ素子ならびに光情報処理装置に関する。
ここで、フォトリフラクティブ媒質には、フォトリフラクティブ媒質内における光干渉縞の形成により該フォトリフラクティブ媒質内に発生した電荷の移動を、外部から電界を加えることにより促進してフォトリフラクティブ効果を増大させるフォトリフラクティブ媒質（本明細書においては、「外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質」と称する。）と、外部から電界を加えることなしにフォトリフラクティブ媒質内に誘起された拡散電界のみにより促進してフォトリフラクティブ効果を増大させるフォトリフラクティブ媒質（本明細書においては、「内部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質」と称する。）とが知られている。そして、本明細書においては、これら外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質と内部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質とを総称して、単に「フォトリフラクティブ媒質」と称するものとする。
また、本明細書においては、外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質を用いたフォトリフラクティブ素子を「外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子」と称し、内部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質を用いたフォトリフラクティブ素子を「内部電界駆動型フォトリフラクティブ素子」と称するものとし、これら外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子と内部電界駆動型フォトリフラクティブ素子とを総称して、単に「フォトリフラクティブ素子」と称するものとする。
なお、一般に、外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質としてはガラス転移温度が室温付近かそれよりも低いか、あるいはそれ以上の材料を用い、一方、内部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質としてはガラス転移温度が室温よりも十分に高い材料を用いる。The present invention relates to an optical coupling element, a photorefractive element including the same, and an optical information processing apparatus. More specifically, the present invention relates to an optical coupling element suitable for use in a photorefractive element, a photorefractive element including the optical coupling element, and an optical information processing. More particularly, the present invention relates to an optical coupling element capable of easily and efficiently generating optical interference fringes in a photorefractive medium constituting the photorefractive element, a photorefractive element including the optical coupling element, and an optical information processing apparatus.
Here, the photorefractive medium is a photo that enhances the photorefractive effect by promoting the movement of charges generated in the photorefractive medium due to the formation of optical interference fringes in the photorefractive medium by applying an electric field from the outside. The photorefractive effect is promoted only by a refractive medium (referred to herein as an “external electric field driven photorefractive medium”) and a diffusion electric field induced in the photorefractive medium without applying an electric field from the outside. Is known as a photorefractive medium (in the present specification, referred to as “internal electric field drive type photorefractive medium”). In this specification, the external electric field drive type photorefractive medium and the internal electric field drive type photorefractive medium are collectively referred to simply as “photorefractive medium”.
Further, in this specification, a photorefractive element using an external electric field drive type photorefractive medium is referred to as an “external electric field drive type photorefractive element”, and a photorefractive element using an internal electric field drive type photorefractive medium is referred to as “internal The electric field driven photorefractive element is referred to as “external electric field driven photorefractive element” and the internal electric field driven photorefractive element is simply referred to as “photorefractive element”.
In general, the external electric field driven photorefractive medium uses a material having a glass transition temperature of near or lower than room temperature or higher, while the internal electric field driven photorefractive medium has a glass transition temperature of room temperature. Use a material that is sufficiently higher than

一般に、フォトリフラクティブ素子において、フォトリフラクティブ効果の性能を増大化させるためには、フォトリフラクティブ素子に対する２本の書き込み光の照射によってフォトリフラクティブ媒質内に形成された光干渉縞の格子ベクトル方向に、より大きな電界（実効駆動電界）を印加する必要があることが知られている。即ち、光干渉縞の格子ベクトル方向に実効駆動電界を印加することにより、応答振幅の増大や応答速度の高速化などが期待できるからである。
なお、２本の書き込み光をフォトリフラクティブ素子に照射すると、光干渉縞は、フォトリフラクティブ媒質内において２本の書き込み光の２等分線と平行に発生される。
ここで、図１には、従来の外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子の概念構成説明図が示されている。
この図１に示す外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子１０は、略長方体状の外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２と、一対の略平板状の透明基板１４ａ、１４ｂと、一対の略平板状の透明基板１４ａ、１４ｂにそれぞれ取り付けられた一対の略平板状の透明電極１６ａ、１６ｂとを有して構成されている。
そして、透明基板１４ａに取り付けられた透明電極１６ａと透明基板１４ｂに取り付けられた透明電極１６ｂとの間に、外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２が挟持されている。より詳細には、外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２と透明電極１６ａ、１６ｂとは、略長方体状の外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２の一方の面と透明基板１４ａに取り付けられた略平板状の透明電極１６ａの平面とが当接するように配置され、略長方体状の外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２の一方の面と対向する他方の面と透明基板１４ｂに取り付けられた略平板状の透明電極１６ｂの平面とが当接するように配置されている。
なお、こうした構成の外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子の構造は、一般にサンドイッチ型セル構造と称されている。
また、符号１８は、外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２に外部から電界を加えるために一対の透明電極１６ａ、１６ｂにそれぞれ接続された電源である。
従来、この外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子１０に光干渉縞を形成するための書き込み光を照射するには、外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２の片面側、例えば、図１に示すように一方の透明基板１４ａ側から２本の書き込み光を照射する。２本の書き込み光を外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子１０に照射すると、光干渉縞は、外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２内において２本の書き込み光の２等分線と平行に発生される。なお、こうした書き込み光の配置を、一般にチルト型配置と称する。
この図１に示すチルト型配置においては、上記したように光干渉縞形成用の２本の書き込み光が外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子１０の片面側から入射されるものであるが、外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２内に形成される光干渉縞に駆動電界を加えるために、光干渉縞の格子ベクトルが電源１８により印加される外部印加電界ベクトルに対して傾斜角θ（＜９０°）だけ傾く（チルトする）ように、書き込み光の入射角を選択する。
このようにすると、光干渉縞の格子ベクトル方向に加えられる実効駆動電界は、電源１８により印加される外部印加電界の余弦成分として与えられることになる。従って、光干渉縞の格子ベクトル方向に加えられる実効駆動電界を大きくするためには、傾斜角θを限りなく０に近づけることが必要となる。
しかしながら、この図１に示すチルト型配置においては、傾斜角θを十分に小さくすることができないという問題点があった。
即ち、傾斜角θを小さくしていくと書き込み光の入射角が大きくなり、このため透明基板１４ａの表面での書き込み光の反射損が大きくなってしまい、外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２内に書き込み光が到達できなくなるからである。そのため、結果として実効駆動電界成分を十分に大きくすることができないものであった。なお、従来においては、傾斜角θは一般的に３０°前後で利用されることが多く、この場合には実効駆動電界として外部印加電界の５０％ほどしか利用できないものであった。
このように、従来から用いられているサンドイッチ型セル構造のフォトリフラクティブ素子と書き込み光のチルト型配置との組み合わせは、フォトリフラクティブ性能を最大化させることができないシステムであるという問題点があった。
こうした問題点に鑑みて、フォトリフラクティブ性能を最大化させることを目的とした手法が提案されている（例えば、特許文献１として提示する特開平７−１４０４９９号公報の第３−５頁ならびに図１および図１３を参照する。）。
しかしながら、上記した特許文献１に開示された手法においては、操作性・機能性を備えて容易かつ高効率に光干渉縞を発生可能な具体的な素子化については開示されておらず、操作性・機能性に優れていて容易かつ高効率でフォトリフラクティブ媒質内に光干渉縞を発生可能なフォトリフラクティブ素子を実現するための手法の提案が強く望まれていた。
本発明は、上記したような発明の背景ならびに従来の技術の有する問題点や従来の技術に対する要望に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、操作性・機能性に優れていて容易かつ高効率でフォトリフラクティブ媒質内に光干渉縞を発生可能なフォトリフラクティブ素子を実現するための光結合素子およびそれを備えたフォトリフラクティブ素子ならびに光情報処理装置を提供しようとするものである。In general, in order to increase the performance of the photorefractive effect in the photorefractive element, the direction of the grating vector of the light interference fringes formed in the photorefractive medium by the irradiation of two writing lights to the photorefractive element It is known that a large electric field (effective driving electric field) needs to be applied. That is, by applying an effective drive electric field in the direction of the lattice vector of the optical interference fringes, an increase in response amplitude and an increase in response speed can be expected.
Note that when the two writing lights are irradiated on the photorefractive element, an optical interference fringe is generated in parallel with the bisector of the two writing lights in the photorefractive medium.
Here, FIG. 1 shows a conceptual configuration explanatory diagram of a conventional external electric field drive type photorefractive element.
An external electric field drive type photorefractive element 10 shown in FIG. 1 includes a substantially rectangular external electric field drive type photorefractive medium 12, a pair of substantially flat plate-like transparent substrates 14a and 14b, and a pair of substantially flat plate shape. It has a pair of substantially flat transparent electrodes 16a and 16b attached to the transparent substrates 14a and 14b, respectively.
The external electric field drive type photorefractive medium 12 is sandwiched between the transparent electrode 16a attached to the transparent substrate 14a and the transparent electrode 16b attached to the transparent substrate 14b. More specifically, the external electric field drive type photorefractive medium 12 and the transparent electrodes 16a and 16b are substantially flat plates attached to one surface of the substantially rectangular external electric field drive type photorefractive medium 12 and the transparent substrate 14a. The substantially flat plate attached to the transparent substrate 14b and the other surface opposed to one surface of the substantially rectangular external electric field drive type photorefractive medium 12 is arranged so as to be in contact with the flat surface of the transparent electrode 16a. It arrange | positions so that the plane of the transparent electrode 16b may contact | abut.
The structure of the external electric field drive type photorefractive element having such a configuration is generally called a sandwich type cell structure.
Reference numeral 18 denotes a power source connected to the pair of transparent electrodes 16a and 16b in order to apply an external electric field to the external electric field drive type photorefractive medium 12.
Conventionally, in order to irradiate the external electric field drive type photorefractive element 10 with write light for forming optical interference fringes, one side of the external electric field drive type photorefractive medium 12, for example, as shown in FIG. Two writing lights are irradiated from the transparent substrate 14a side. When the external electric field drive type photorefractive element 10 is irradiated with two write lights, an optical interference fringe is generated in the external electric field drive type photorefractive medium 12 in parallel with the bisector of the two write lights. Such an arrangement of writing light is generally referred to as a tilt type arrangement.
In the tilt type arrangement shown in FIG. 1, as described above, the two write lights for forming the optical interference fringes are incident from one side of the external electric field drive type photorefractive element 10. In order to apply a driving electric field to the optical interference fringes formed in the type photorefractive medium 12, the grating vector of the optical interference fringes is inclined by an inclination angle θ (<90 °) with respect to the externally applied electric field vector applied by the power source 18. The incident angle of the writing light is selected so as to tilt (tilt).
In this way, the effective driving electric field applied in the lattice vector direction of the optical interference fringes is given as a cosine component of the externally applied electric field applied by the power supply 18. Therefore, in order to increase the effective driving electric field applied in the lattice vector direction of the optical interference fringes, it is necessary to make the inclination angle θ as close to 0 as possible.
However, the tilt arrangement shown in FIG. 1 has a problem that the tilt angle θ cannot be made sufficiently small.
That is, as the inclination angle θ is reduced, the incident angle of the writing light is increased, so that the reflection loss of the writing light on the surface of the transparent substrate 14a is increased, and the external electric field drive type photorefractive medium 12 is contained. This is because the writing light cannot reach. Therefore, as a result, the effective drive electric field component cannot be sufficiently increased. Conventionally, the inclination angle θ is generally used around 30 °, and in this case, only about 50% of the externally applied electric field can be used as an effective driving electric field.
As described above, there is a problem that the combination of the photorefractive element having the sandwich type cell structure and the tilt type arrangement of the writing light that has been used conventionally is a system that cannot maximize the photorefractive performance.
In view of these problems, a method for maximizing photorefractive performance has been proposed (for example, page 3-5 of Japanese Patent Laid-Open No. 7-140499 presented as Patent Document 1 and FIG. 1). And FIG. 13).
However, in the technique disclosed in Patent Document 1 described above, there is no disclosure about a specific element that can easily and highly efficiently generate optical interference fringes with operability and functionality. There has been a strong demand for a method for realizing a photorefractive element that is excellent in functionality, can easily and highly efficiently generate optical interference fringes in a photorefractive medium.
The present invention has been made in view of the background of the invention as described above, the problems of the prior art, and the demand for the prior art, and the object thereof is excellent in operability and functionality. An optical coupling element for realizing a photorefractive element capable of generating optical interference fringes in a photorefractive medium easily and with high efficiency, a photorefractive element including the same, and an optical information processing apparatus are provided.

上記目的を達成するために、本発明による光結合素子は、例えば、従来から用いられているサンドイッチ型セル構造と組み合わせることで、フォトリフラクティブ媒質内に、最適に配置された光干渉縞、即ち、傾斜角θが０°となるように配置された光干渉縞の形成を容易かつ高効率で実現することができるものである。
また、上記目的を達成するために、本発明によるフォトリフラクティブ素子は、本発明による光結合素子を用いてフォトリフラクティブ素子を構成したものである。
さらに、上記目的を達成するために、本発明による光情報処理装置は、本発明によるフォトリフラクティブ素子を用いて光情報処理装置を構成したものである。
即ち、本発明は、フォトリフラクティブ媒質へ入射される書き込み光に対して所定の傾きに設定された入射面を備えた台形状のプリズムよりなり、上記フォトリフラクティブ媒質の少なくとも一方の面側に配置される光結合素子である。
また、本発明による光結合素子は、上記入射面の傾きを、上記書き込み光の上記フォトリフラクティブ媒質への入射により上記フォトリフラクティブ媒質内に形成される光干渉縞の所望の周期に応じて設定するようにしたものである。
また、本発明は、フォトリフラクティブ媒質の少なくとも一方の面側に、本発明による光結合素子を配設したフォトリフラクティブ素子である。
また、本発明によるフォトリフラクティブ素子は、上記光結合素子が、略長方体状のフォトリフラクティブ媒質の一方の面側と該一方の面側と対向する他方の面側とにそれぞれ配置され、上記フォトリフラクティブ媒質の厚さ方向に対して垂直、かつ、上記厚さの中心を通る面に対して鏡像をなす方向から照射される２本の書き込み光のうちの一方を上記フォトリフラクティブ媒質の一方の面側に配置された光結合素子の入射面に入射し、上記２本の書き込み光のうちの他方を上記フォトリフラクティブ媒質の上記一方の面側と対向する上記他方の面側に配置された光結合素子の入射面に入射するようにしたものである。
また、本発明は、２次元符号化装置と、空間変調器制御装置と、空間変調器と、フォトリフラクティブ素子とを有し、入力信号を上記２次元符号化装置と上記空間変調器制御装置とを通して上記空間変調器へ入力して、上記フォトリフラクティブ素子への２本の書き込み光が入射される上記空間変調器により該２本の書き込み光のいずれか一方または双方を制御する光情報処理装置において、フォトリフラクティブ素子が、本発明によるフォトリフラクティブ素子である光情報処理装置である。
また、本発明による光情報処理装置は、上記フォトリフラクティブ素子が本発明によるフォトリフラクティブ素子であり、単一の上記空間変調器により上記フォトリフラクティブ素子への２本の書き込み光を制御するようにしたものである。
また、本発明は、２次元符号化装置と、空間変調器制御装置と、空間変調器と、フォトリフラクティブ素子とを有し、入力信号を上記２次元符号化装置と上記空間変調器制御装置とを通して上記空間変調器へ入力して、上記フォトリフラクティブ素子への２本の書き込み光が入射される上記空間変調器により該２本の書き込み光を制御する光情報処理装置において、フォトリフラクティブ素子は、チルト型配置により２本の書き込み光を入射するものであり、上記２次元符号化装置と上記空間変調器制御装置との間に斜め画像補正回路を有し、上記斜め画像補正回路の補正により単一の上記空間変調器によって上記２本の書き込み光の画像変調を行う光情報処理装置である。In order to achieve the above object, the optical coupling element according to the present invention is combined with, for example, a conventionally used sandwich cell structure, so that the optical interference fringes optimally arranged in the photorefractive medium, that is, The formation of optical interference fringes arranged so that the inclination angle θ is 0 ° can be realized easily and with high efficiency.
In order to achieve the above object, a photorefractive element according to the present invention is a photorefractive element configured using an optical coupling element according to the present invention.
Furthermore, in order to achieve the above object, an optical information processing apparatus according to the present invention comprises an optical information processing apparatus using a photorefractive element according to the present invention.
That is, the present invention comprises a trapezoidal prism having an incident surface set at a predetermined inclination with respect to writing light incident on the photorefractive medium, and is disposed on at least one surface side of the photorefractive medium. This is an optical coupling element.
In the optical coupling element according to the present invention, the inclination of the incident surface is set according to a desired period of optical interference fringes formed in the photorefractive medium by the incidence of the writing light on the photorefractive medium. It is what I did.
The present invention is also a photorefractive element in which the photocoupler according to the present invention is disposed on at least one surface side of the photorefractive medium.
Further, in the photorefractive element according to the present invention, the optical coupling element is disposed on one surface side of the substantially rectangular photorefractive medium and on the other surface side facing the one surface side, One of the two writing lights irradiated from a direction perpendicular to the thickness direction of the photorefractive medium and forming a mirror image with respect to a plane passing through the center of the thickness is changed to one of the photorefractive media. Light that is incident on the incident surface of the optical coupling element disposed on the surface side, and that the other of the two writing lights is disposed on the other surface side facing the one surface side of the photorefractive medium. The incident light is incident on the incident surface of the coupling element.
The present invention also includes a two-dimensional encoding device, a spatial modulator control device, a spatial modulator, and a photorefractive element, and receives an input signal from the two-dimensional encoding device and the spatial modulator control device. In the optical information processing apparatus, in which one or both of the two writing lights are controlled by the spatial modulator that is input to the spatial modulator through which the two writing lights enter the photorefractive element. The photorefractive element is an optical information processing apparatus which is a photorefractive element according to the present invention.
Further, in the optical information processing apparatus according to the present invention, the photorefractive element is the photorefractive element according to the present invention, and two write lights to the photorefractive element are controlled by a single spatial modulator. Is.
The present invention also includes a two-dimensional encoding device, a spatial modulator control device, a spatial modulator, and a photorefractive element, and receives an input signal from the two-dimensional encoding device and the spatial modulator control device. In the optical information processing apparatus in which the two writing lights are input by the spatial modulator that is input to the spatial modulator through which the two writing lights enter the photorefractive element, the photorefractive element includes: Two write lights are incident in a tilted arrangement, and an oblique image correction circuit is provided between the two-dimensional encoding device and the spatial modulator control device. An optical information processing apparatus that performs image modulation of the two writing lights by the one spatial modulator.

図１は、従来の外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子の概念構成説明図である。
図２は、本発明による光結合素子を備えた本発明によるフォトリフラクティブ素子としての外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子の概念構成斜視説明図である。
図３は、図２のＡ矢視図（側面図）であり、図１に示す図面に対応する。
図４は、（ａ）は本発明による光結合素子としてのプリズムの斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ矢視図（側面図）である。
図５は、図２乃至図３に示す本発明による外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子における光干渉縞の形成を示す説明図である。
図６は、本発明による外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子についての書き込み光入射側の頂角αと透過光の全損失との計算結果の一例を示すグラフである。
図７は、本発明による外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子による２光波結合実験の実験結果を示すグラフである。
図８は、光情報処理として光相関法を積極的に利用した光メモリ、画像認識（パターンマッチング）ならびにリアルタイム劣化画像クリーニングを行うための装置構成を示す本発明による光情報処理装置である。
図９は、光情報処理として動体検出あるいは動画像のリアルタイム増幅を行うための装置構成を示す本発明による光情報処理装置である。
図１０は、従来の光情報処理装置における、図８に示す本発明による光情報処理装置の符号Ｃに相当する構成を示す説明図である。
図１１は、図８に示す符号Ｃの構成のみを取り出して示した要部拡大図である。
図１２は、斜め画像補正回路を備えた従来の外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子を用いた光情報処理装置の構成の要部を示す説明図である。
図１３は、本発明による光結合素子を備えた本発明によるフォトリフラクティブ素子としての内部電界駆動型フォトリフラクティブ素子の説明図である。
図１４は、本発明による光結合素子を備えた本発明によるフォトリフラクティブ素子としての外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子であって、透明基板を備えていないものの説明図である。
図１５は、本発明による光結合素子を備えた本発明によるフォトリフラクティブ素子としての内部電界駆動型フォトリフラクティブ素子であって、透明基板を備えていないものの説明図である。
図１６は、（ａ）は本発明による光結合素子を備えた本発明によるフォトリフラクティブ素子としての外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子であって、外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質の一方の面にのみ光結合素子としてプリズムを配設したものの概念構成斜視説明図であり、（ｂ）は（ａ）のＤ矢視図（側面図）である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a conceptual configuration of a conventional external electric field drive type photorefractive element.
FIG. 2 is a perspective view of a conceptual configuration of an external electric field drive type photorefractive element as a photorefractive element according to the present invention including the optical coupling element according to the present invention.
3 is a view (side view) taken along the arrow A in FIG. 2, and corresponds to the drawing shown in FIG.
4A is a perspective view of a prism as an optical coupling element according to the present invention, and FIG. 4B is a view (side view) of FIG.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the formation of optical interference fringes in the external electric field drive type photorefractive element according to the present invention shown in FIGS.
FIG. 6 is a graph showing an example of the calculation result of the apex angle α on the writing light incident side and the total loss of transmitted light for the external electric field drive type photorefractive element according to the present invention.
FIG. 7 is a graph showing experimental results of a two-wave coupling experiment using an external electric field drive type photorefractive element according to the present invention.
FIG. 8 is an optical information processing apparatus according to the present invention showing an optical memory that actively uses the optical correlation method as optical information processing, an apparatus configuration for performing image recognition (pattern matching) and real-time degradation image cleaning.
FIG. 9 is an optical information processing apparatus according to the present invention showing an apparatus configuration for performing moving object detection or real-time amplification of moving images as optical information processing.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a configuration corresponding to the reference C of the optical information processing apparatus according to the present invention shown in FIG. 8 in the conventional optical information processing apparatus.
FIG. 11 is an enlarged view of a main part in which only the configuration of symbol C shown in FIG. 8 is extracted and shown.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a main part of a configuration of an optical information processing apparatus using a conventional external electric field drive type photorefractive element including an oblique image correction circuit.
FIG. 13 is an explanatory diagram of an internal electric field drive type photorefractive element as a photorefractive element according to the present invention including the optical coupling element according to the present invention.
FIG. 14 is an explanatory diagram of an external electric field drive type photorefractive element as a photorefractive element according to the present invention provided with an optical coupling element according to the present invention, which does not include a transparent substrate.
FIG. 15 is an explanatory diagram of an internal electric field drive type photorefractive element as a photorefractive element according to the present invention provided with an optical coupling element according to the present invention, which does not include a transparent substrate.
FIG. 16A is an external electric field drive type photorefractive element as a photorefractive element according to the present invention provided with the optical coupling element according to the present invention, and light is applied to only one surface of the external electric field drive type photorefractive medium. It is a conceptual structure perspective explanatory view of what arranged a prism as a coupling element, and (b) is an arrow D figure (side view) of (a).

符号の説明Explanation of symbols

１０、１００ 外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子
１２ 外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質
１４ａ、１４ｂ 透明基板
１６ａ、１６ｂ 透明電極
１８ 電源
１０２ａ、１０２ｂ プリズム
１０４ａ、１０４ｂ 書き込み光の入射面
１０６ａ、１０６ｂ 書き込み光の出射面
１０８ａ、１０８ｂ 底面
１１０ａ、１１０ｂ 上面
２００、３００ 中央制御装置
２０２、２０８、３０２ ２次元符号化装置
２０４、２１０、３０４ 空間変調器制御装置
２０６、２１２、３０６、５０２ 空間変調器
２１４、３０８、３１０ ＣＣＤカメラ
２１６、３１２ ２次元復号化装置
２１８、２２０、３１４ レーザー
２２２、３１６ ビームセパレーター
２２４、２２６ ハーフミラー
４００ａ、４００ｂ 空間変調器
５００ 斜め画像補正回路DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 100 External electric field drive type photorefractive element 12 External electric field drive type photorefractive medium 14a, 14b Transparent substrate 16a, 16b Transparent electrode 18 Power supply 102a, 102b Prism 104a, 104b Write light incident surface 106a, 106b Write light output surface 108a, 108b Bottom surface 110a, 110b Top surface 200, 300 Central controller 202, 208, 302 Two-dimensional encoding device 204, 210, 304 Spatial modulator controller 206, 212, 306, 502 Spatial modulator 214, 308, 310 CCD Cameras 216, 312 Two-dimensional decoding devices 218, 220, 314 Laser 222, 316 Beam separators 224, 226 Half mirrors 400a, 400b Spatial modulator 500 Oblique image correction circuit

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による光結合素子およびそれを備えたフォトリフラクティブ素子ならびに光情報処理装置の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。なお、本明細書における説明ならびに添付の図面において、それぞれ同一あるいは相当する構成や内容については、それぞれ同一の符号を用いて示すことにより、その構成ならびに作用に関する重複する説明は省略する。
図２には、本発明による光結合素子を備えた本発明によるフォトリフラクティブ素子として、外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子の概念構成斜視説明図が示されており、図３には図２のＡ矢視図（側面図）が示されている（図３に示す図面は、図１に示す図面に対応する。）。
この図２に示す外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子１００は、本発明による光結合素子として、一対の台形状、より詳細には、四角錐台形状のプリズム１０２ａ、１０２ｂを備えている点において、図１に示す外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子１０とは異なる。
即ち、外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子１００は、透明基板１４ａ上に台形状のプリズム１０２ａを配置しており、一方、透明基板１４ｂ上に台形状のプリズム１０２ｂを配置している。より詳細には、透明基板１４ａとプリズム１０２ａの底面１０８ａ（プリズム１０２ａは、底面１０８ａの面積の方が上面１１０ａの面積より広い台形状である。）とが当接するように配置され、透明基板１４ｂとプリズム１０２ｂの底面１０８ｂ（プリズム１０２ｂは、底面１０８ｂの面積の方が上面１１０ｂの面積より広い台形状である。）とが当接するように配置されている。
ここで、図４（ａ）にはプリズム１０２ａ、１０２ｂの斜視図が示されており、図４（ｂ）には図４（ａ）のＢ矢視図（側面図）が示されている。
プリズム１０２ａ、１０２ｂは、書き込み光入射側の頂角α（α＜９０°）と、書き込み光出射側の頂角β（β＜９０°）と、屈折率ｎと、底辺長Ｌとを特性パラメータとする側面形状が台形の台形状のプリズムである。即ち、プリズム１０２ａ、１０２ｂの書き込み光の入射面１０４ａ、１０４ｂは、底面１０８ａ、１０８ｂに対してαの傾斜を備え、プリズム１０２ａ、１０２ｂの書き込み光の出射面１０６ａ、１０６ｂは、底面１０８ａ、１０８ｂに対してβの傾斜を備えている。
プリズム１０２ａ、１０２ｂを構成する材料としては、光学的に透明であって切断ならびに研磨などの加工が可能な固体を用いるものであり、例えば、無機ガラスやポリマーなどを用いることができる。さらに詳細に説明すれば、無機ガラスとしては、例えば、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラスあるいは鉛ガラスなどがある。また、ポリマーとしては、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリカーボネートあるいはポリビニルカルバゾールなどがある。
ここで、プリズム１０２ａ、１０２ｂにおける特性パラメータのうち書き込み光入射側の頂角αと書き込み光出射側の頂角βと屈折率ｎとは、外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２に形成される光干渉縞の周期Λと、外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子１００全体の透過率Ｔと、光入出力結合率（なお、光入出力結合率とは、フォトリフラクティブ素子に入射される書き込み光のパワーに対するフォトリフラクティブ素子から出射された光のパワーの割合を示すものである。）とを決定するためのパラメータである。なお、書き込み光入射側の頂角α、書き込み光出射側の頂角β、屈折率ｎ、光干渉縞の周期Λ、フォトリフラクティブ素子全体の透過率Ｔならびに光入出力結合率の関係については、後に詳述する。
以上の構成において、外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２内に光干渉縞を発生させるには、図５に示すように、外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２の厚さｔ方向に対して垂直、かつ、厚さｔの中心を通る面に対して鏡像をなす方向から２本の書き込み光をプリズム１０２ａ、１０２ｂの入射面１０４ａ、１０４ｂにそれぞれ入射する。
即ち、外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２の厚さｔ方向に対して垂直、かつ、厚さｔの中心を通る面に対して鏡像をなす方向から照射される２本の書き込み光のうちの一方をプリズム１０２ａの入射面１０４ａに入射し、他方をプリズム１０２ｂの入射面１０４ｂに入射する。
上記したように、２本の書き込み光が、外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２の厚さｔ方向に対して垂直、かつ、厚さｔの中心を通る面に対して鏡像をなす方向からプリズム１０２ａ、１０２ｂの入射面１０４ａ、１０４ｂにそれぞれ入射されると、２本の書き込み光はプリズム１０２ａ、１０２ｂにより屈折されて外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２内に入射され、外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２の厚さｔの中心を通る面において交差する。
そして、外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２内に入射されて交差する２本の書き込み光により、フォトリフラクティブ媒質１２内において２本の書き込み光の２等分線と平行に光干渉縞が形成される。
なお、フォトリフラクティブ媒質１２内に入射された２本の書き込み光は、当該書き込み光が入射したプリズム１０２ａ、１０２ｂとはそれぞれ異なるプリズム１０２ａ、１０２ｂへ入射して、それぞれプリズム１０２ａ、１０２ｂの出射面１０６ａ、１０６ｂから外部へ出射される。
プリズム１０２ａ、１０２ｂの入射面１０４ａ、１０４ｂへそれぞれ入射される２本の書き込み光が平行光である場合において、プリズム１０２ａと１０２ｂとが同一の特性パラメータを備えており、かつ、「頂角α＝頂角β」であるならば、図５に示すように、プリズム１０２ａ、１０２ｂの出射面１０４ａ、１０４ｂからそれぞれ入射される２本の書き込み光は平行光となる。
ここで、２本の書き込み光は外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２の厚さｔ方向に対して垂直、かつ、厚さｔの中心を通る面に対して鏡像をなす方向からプリズム１０２ａ、１０２ｂの入射面１０４ａ、１０４ｂにそれぞれ入射され、プリズム１０２ａ、１０２ｂにより屈折されて外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２内に入射されているので、外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２内に発生される光干渉縞の格子ベクトルの方向を、外部印加電界ベクトルの方向と一致させることができる。このため、外部印加電界の全てを実効駆動電界に利用することができるようになる。
なお、上記特許文献１に開示された手法においても、外部印加電界ベクトルの方向と光干渉縞の格子ベクトルの方向とを一致させることができるが、上記特許文献１に開示された手法はプリズム１０２ａ、１０２ｂのような光結合素子を備えていないので、書き込み光を入射する光学系の配置を変更することなしに、２本の書き込み光の交叉角を任意の大きさに設定することが困難であり、任意の周期の光干渉縞を得ることが難しい。
しかしながら、後述するように、プリズム１０２ａ、１０２ｂのような光結合素子を備えた本発明によるフォトリフラクティブ素子においては、書き込み光を入射する光学系の配置を変更せずともに、光結合素子の書き込み光入射側の頂角α、即ち、書き込み光の入射面の傾きを適当に選択することにより、２本の書き込み光の任意の交叉角、即ち、任意の周期の光干渉縞を容易に得ることができるものである。
次に、プリズム１０２ａ、１０２ｂの書き込み光入射側の頂角αと書き込み光出射側の頂角βと屈折率ｎとは、外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２の屈折率に対応して、高光入出力結合率、例えば、８０％以上の光入出力結合率が得られるように設定することができる。
ここで、書き込み光入射側の頂角αに対して得られる光干渉縞の周期Λについては、次式によって与えられる。
Λ＝λ／（２ｎｃｏｓθｉｎ）
ただし、λは書き込み光として使用する光の波長であり、ｎは外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２の屈折率であり、θｉｎは外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２内での屈折角であって次式で表されるものである。

Figure 0004675778
ただし、αはプリズム１０２ａ、１０２ｂの書き込み光入射側の頂角であり、ｎｐはプリズム１０２ａ、１０２ｂの屈折率である。
次に、フォトリフラクティブ素子１００全体、即ち、フォトリフラクティブ媒質１２と、一対の透明基板１４ａ、１４ｂと、一対の透明電極１６ａ、１６ｂと、一対のプリズム１０２ａ、１０２ｂとを有するフォトリフラクティブ素子１００の透過率Ｔは、次式の関係で表される。なお、ここでいう透過率Ｔとは、入射光パワー１に対して、フォトリフラクティブ素子１００を透過して出射した後でのパワーに等しい。
Figure 0004675778
ただし、βはプリズム１０２ａ、１０２ｂの書き込み光出射側の頂角である。
図６に示すグラフは、上記した式を用いて、外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２の屈折率１．７０に対して光干渉縞の周期０．５μｍ〜２．０μｍを得るために算出した、プリズム１０２ａ、１０２ｂの書き込み光入射側の頂角αと透過光の全損失との計算結果を示している。この図６に示すグラフにおいては、実線（プリズム１０２ａ、１０２ｂの書き込み光入射側の頂角αを示す。）および破線（透過光の全損失を示す。）により示す曲線はともに、グラフ中の下からステップ０．２５μｍ刻みで０．５μｍ〜２．０μｍの光干渉縞周期に対応している。
なお、書き込み光入射側の頂角αと書き込み光出射側の頂角βとは、等しいものと仮定する。また、透明基板１４ａ、１４ｂならびに透明電極１６ａ、１６ｂの屈折率は、プリズム１０２ａ、１０２ｂの屈折率と等しいものと仮定する。
こうした場合に、例えば、周期１．２５μｍの光干渉縞を外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２内に形成するにあたっては、プリズム１０２ａ、１０２ｂの屈折率ｎを１．６９０〜１．７３７の範囲の値に設定し、プリズム１０２ａ、１０２ｂの書き込み光入射側の頂角αを５７°〜７６°の範囲の値に設定することによって、フォトリフラクティブ素子１００に入射されて当該フォトリフラクティブ素子１００を透過し、当該フォトリフラクティブ素子から出射される透過光、即ち、出射される書き込み光の全損失を２０％以下に抑制する、換言すれば、８０％以上の高い光入出力結合率を達成することができる。
なお、プリズム１０２ａ、１０２ｂの底辺長Ｌについては、例えば、「プリズム１０２ａ、１０２ｂの屈折率ｎ＝１．７３７」および「プリズム１０２ａ、１０２ｂの書き込み光入射側の頂角α＝５７°」として、透明電極１６ａ、１６ｂからの書き込み光の入射光高さを３ｍｍと仮定した場合には、「プリズム１０２ａ、１０２ｂの底辺長Ｌ＝２７ｍｍ」となる。ただし、プリズム１０２ａ、１０２ｂの書き込み光出射側頂角βの最適化あるいは書き込み光の入射光高さ調整によって、プリズム１０２ａ、１０２ｂの底辺長Ｌは短縮化が可能である。
さらに、このプリズム１０２ａ、１０２ｂ、即ち、本発明による光結合素子は、以下の特徴をも有する。
即ち、光干渉縞の周期は、プリズム１０２ａ、１０２ｂの書き込み光入射側の頂角αの値、換言すれば、プリズム１０２ａ、１０２ｂの入射面１０４ａ、１０４ｂの傾きで決定されることになる。従って、光干渉縞の周期を変更したい場合には、書き込み光入射側の頂角αを所望の値に設定したプリズムに交換すればよい。なお、従来のフォトリフラクティブ素子１０において光干渉縞の周期を変更したい場合には、書き込み光の外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２への入射角をミラーなどで微調整することが必要であった。しかしながら、本発明による光結合素子を用いれば、所望の頂角αを備えたプリズムに交換するだけでよく、ミラーなどで入射光のビーム配置を一切変更する必要がない。従って、本発明による光結合素子を用いることにより、構成が簡潔で振動に強い光学系の構築が可能となる。
なお、本発明による光結合素子を用いた場合においては、書き込み光入射側の頂角αを変更せずとも、光結合素子へ入射される書き込み光の波長を変更することにより、光干渉縞の周期を変更することもできる。
次に、本願発明者により行われた実験結果について説明するが、この実験に使用した外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子１００は、外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２として低ガラス転移温度を有するポリマー材料を用いている。このポリマー材料は、ポリビニルカルバゾール（光導電性ポリマー）、（（４−ピペリジルフェニル）メチレン）メタン−１，１−ジカルボニトリル（光２次非線形色素）などを含む多成分系材料である。このポリマー材料は、室温よりも低いガラス転移温度を有するために、配向増大効果による大きなフォトリフラクティブ効果が室温で得られるものである。また、このポリマー材料により形成されたフォトリフラクティブ媒質１２は、実験で使用する波長６３３ｎｍの書き込み光に対して屈折率１．７０±０．０１を有することが確認された。なお、フォトリフラクティブ媒質１２は、厚さｔとして１００μｍの厚さを持つものを用いた。
また、プリズム１０２ａ、１０２ｂおよび透明基板１４ａ、１４ｂの材料としては、屈折率１．７７のガラスを使用した。
そして、プリズム１０２ａ、１０２ｂにおける書き込み光入射側の頂角αの設計値は、３０°とした。この書き込み光入射側の頂角「α＝３０°」の値は、光干渉縞周期０．５μｍ、光入出力結合率９５％以上に対応する。
なお、透明基板１４ａ、１４ｂのそれぞれの一方の表面には透明電極１６ａ、１６ｂが積層され、透明電極１６ａと透明電極１６ｂとが互いに向かい合うように組み合わされ、透明電極１６ａと透明電極１６ｂとの間に外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２が挟持されてサンドイッチ型セル構造が形成されている。
上記した構成の外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子１００を用いるとともに、光源として波長６３３ｎｍを発するＨｅ−Ｎｅレーザーを使用して、図５に示すように２本の書き込み光を外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子１００に照射し、２光波結合実験を行った。
この２光波結合実験では、外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２中を透過した書き込み光の出力変化を観測することによって、フォトリフラクティブ効果の発生を確認することができる。即ち、光干渉縞の発生によって、外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２内にフォトリフラクティブ効果に基づく屈折率回折格子の形成が確認できる。フォトリフラクティブ回折格子が形成されると、２光波間でパワーの移動が生じ、片方のパワーが増大すると同時にもう片方のパワーが減少する光結合現象が生じる。フォトリフラクティブ回折格子が効果的に形成されるほど、移動するパワー量が大きくなる。
ここで、図７に示すグラフは、上記した２光波結合実験の実験結果を示しており、図７に示すグラフ中で○印で示されたプロットは、本発明による外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子１００を用いた２光波結合実験の実験結果を示し、一方、図７に示すグラフ中で◇印で示されたプロットは、図１に示す従来の外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子１０を用いた２光波結合実験の比較実験結果を示している。
図７に示すグラフには、電源１８により電圧をしばらく印加した後に、書き込み光を一本だけ透過させ（時間ｔ＜０）、「時間ｔ＝０」においてもう片方の書き込み光を入射したときにおける、両方の書き込み光のパワー変化が示されている。なお、書き込み光パワーは２００ｍＷ／ｃｍ２であり、電源１８による印加電界強度は２５Ｖ／μｍであった。
図７のグラフから明らかなように、２本の書き込み光が照射されてフォトリフラクティブ媒質１２に光干渉縞が形成されると同時に、２光波間で明らかなパワー移動が生じていることが分かる（図７に示すグラフ中の○印参照）。図１に示す従来の外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子１０の場合（図７に示すグラフ中の◇印参照）と比較して、本発明による外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子１００の場合（図７に示すグラフ中の○印参照）はパワー移動量が大きいことが分かる。
この結果は、本発明による外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子１００においては、光干渉縞が外部印加電界ベクトルと平行な格子ベクトルを有するように形成されたため、外部印加電界を損失無く実効駆動電界に利用することができたことに由来するものと認められる。
本発明による光結合素子は、フォトリフラクティブ応答を決定づける内部電界の強度と位相と相互作用長の増大をもたらすよう設計されている。本発明による光結合素子を備えたフォトリフラクティブ素子においては、光キャリア移動に必要な電界が外部電界によって最大限に供給されることになる。
次に、本発明による光結合素子を備えた本発明によるフォトリフラクティブ素子を有して構成される、本発明による光情報処理装置について説明する。
即ち、本発明による光結合素子を備えた本発明によるフォトリフラクティブ素子を用いて様々な光情報処理装置を作製することができる。具体的には、例えば、画像記録、画像認識（パターンマッチング）、リアルタイム劣化画像クリーニング、動体検出あるいは動画像のリアルタイム増幅などの光情報処理を行うための光情報処理装置を実現することができる。
図８乃至図９は、上記した各種の光情報処理を行うための装置構成を示す概略構成説明図である。ここで、図８は、光情報処理として光相関法を積極的に利用した画像記録、画像認識（パターンマッチング）ならびにリアルタイム劣化画像クリーニングを行うため装置構成例を示している。一方、図９は、光情報処理として動体検出あるいは動画像のリアルタイム増幅を行うため装置構成例を示している。
図８に示す光情報処理装置においては、中央制御装置２００から出力された入力信号を２次元符号化装置２０２、空間変調器制御装置２０４を通して空間変調器２０６へ入力して、外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子１００への２本の書き込み光が入射される空間変調器２０６により当該２本の書き込み光を制御すると同時に、中央制御装置２００から出力された入力信号を２次元符号化装置２０８、空間変調器制御装置２１０を通して空間変調器２１２へ入力し、外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子１００へ入射する光を制御して、得られる結果画像情報はＣＣＤカメラ２１４、２次元復号化装置２１６を介して中央制御装置２００へ入力することにより得ることができる。
また、図９に示す情報処理装置においては、中央制御装置３００から出力された入力信号を２次元符号化装置３０２、空間変調器制御装置３０４を通して空間変調器３０６へ入力して、外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子１００への２本の書き込み光のうちの１本の書き込み光が入射される空間変調器３０６により当該１本の書き込み光を制御し、得られる結果画像情報はＣＣＤカメラ３０８あるいはＣＣＤカメラ３１０によって２次元復号化装置３１２を介して中央制御装置３００へ入力することにより得ることができる。
なお、レーザー２１８、２２０、３１４としては、いずれも波長可変レーザーを使用することができ、その場合には、各装置内の光路を調整することなくマルチ波長での多重動作が可能となる。
また、符号２２２はビームセパレーターであり、符号２２４、２２６はハーフミラーであり、符号３１６はビームセパレーターである。
ここで、上記した図８乃至図９に示す光情報処理装置は、フォトリフラクティブ素子として、図１に示す従来の外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子１０に代えて、本発明による外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子１００を用いた点において、従来の光情報処理装置とは異なっている。
さらに、図８に示す光情報処理装置においては、符号Ｃで示す構成についても、従来の光情報処理装置の構成とは異なっている。
即ち、従来の光情報処理装置における図８に示す光情報処理装置の符号Ｃに相当する構成が図１０に示されているが、従来の光情報処理装置においては、光相関などの光情報処理を行うためには、チルト型配置で外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子１０へ入射される２本の書き込み光の両者に対して、それぞれ空間変調器４００ａ、４００ｂを設置する必要があった。
しかしながら、本発明による外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子１００を用いた本発明による光情報処理装置においては、図１１（図１１は、図８に示す符号Ｃの構成のみを取り出して示した要部拡大図である。）に示すように、外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子１００への２本の書き込み光として平行光を入射することができるので、１つの空間変調器２０６で２本の書き込み光の画像変調を兼ねることができるとともに、図１２を参照しながら後述する斜め画像補正回路も不要になる。従って、光学配置のスペースを節約できるとともに、光情報処理装置の全体構成を簡素化することができる。
なお、従来のサンドイッチ型セル構造の外部電界駆動型フォトリフラクティブ素子１０を用いて、チルト型配置で２本の書き込み光を入射する従来の光情報処理装置においても、図１２に示すように、２次元符号化装置２０２と空間変調器制御装置２０４との間に斜め画像補正回路５００を組み込むことによって、１つの空間変調器５０２によって、２本の書き込み光の画像変調を兼ねることができる。こうした構成によっても、光学系の配置のスペースを節約することができる。
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（６）に説明するように変形することができる。
（１）上記した実施の形態においては、外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２の材料については詳細な説明を省略したが、外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２の材料としては、光導電性と電気光学効果とを有する材料を用いることができる。こうした材料は、例えば、光導電性材料と電気光学効果材料とを混合あるいは化学的に結合させることで作製することができる。そして、光導電性を有する材料としては、例えば、ポリビニルカルバゾール、ポリフェニレンビニレンなどがある。さらには、これらの材料にトリニトロフルオレノンやフラーレンなどの増感色素を加えることによって、光感度を増強させることができる。また、電気光学効果を示す材料としては、例えば、光２次非線形分子や大きな異方性線形分極率をもつ分子などがあり、具体的には、アゾ、スチルベン、ポリエン骨格などにアミノ基、メトキシ基などのドナー基と、ホルミル基、ニトロ基などのアクセプターとを組み合わせた分子構造のものがある。
（２）上記した実施の形態においては、フォトリフラクティブ効果の発現に外部印加電界が必要な外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質について説明したが、本発明は外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質に限られるものではないことは勿論である。即ち、フォトリフラクティブ効果の発現に外部印加電界が必要ではない内部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質に関して本発明を適用してもよい。
ここで、内部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質も、基本的には上記（１）において示した材料を用いることができるものであるが、外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質の材料はガラス転移温度が室温かあるいはそれ以下あるいはそれ以上であること、一方、内部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質の材料はガラス転移温度が室温よりも十分に高いことが条件として加わる。なお、ガラス転移温度の降下は、例えば、エチルカルバゾール、ブチルベンジルフタレートなどの可塑剤の添加、あるいは材料への長鎖アルキル基の化学的修飾などによって可能である。
また、内部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質により本発明によるフォトリフラクティブ素子を構成する場合には、上記した実施の形態と同様な構成として、単に透明電極１６ａ、１６ｂに外部から電界を印加しないようにしてもよいし、あるいは、図１３に示すように、透明電極を設けることなしにフォトリフラクティブ素子を構成してもよい。
（３）上記した実施の形態においては、透明基板１４ａ、１４ｂに透明電極１６ａ、１６ｂを配設するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論である。即ち、図１４に示すように、プリズム１０２ａ、１０２ｂに直接的に透明電極１６ａ、１６ｂをそれぞれ配設して、透明電極１６ａと透明電極１６ｂとの間に外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２を挟持するようにしてもよい。
また、図１３に示すような内部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質を用いた本発明によるフォトリフラクティブ素子においては、図１５に示すように、プリズム１０２ａと１０２ｂとの間に直接的に内部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質を挟持するようにしてもよい。
（４）上記した実施の形態においては、外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２の一方の面にプリズム１０２ａを配設するとともに当該一方の面と対向する他方の面にプリズム１０２ｂを配設して、外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２の両方の面に光結合素子を配設するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論である。即ち、図１６（ａ）（ｂ）に示すように、外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２の一方の面にのみ、プリズム１０２ａなどの光結合素子を配設するようにしてもよい。同様に、内部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質の一方の面にのみ、プリズムなどの光結合素子を配設するようにしてもよい。
なお、上記したように外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２の一方の面にのみプリズムなどの光結合素子を配設した場合、例えば、図１６（ａ）（ｂ）に示す構成の場合には、外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２の一方の面にのみ配設した光結合素子としてのプリズム１０２ａに入射される１本の書き込み光に対して、もう一本の書き込み光は、外部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質１２と透明電極１６ｂとの界面で反射される上記１本の書き込み光の反射光によって供給される。この場合においても、上記したと同様に、格子ベクトルと外部印加電界ベクトルとが完全に一致した光干渉縞が形成される。従って、１本の書き込み光によってフォトリフラクティブ効果を発生させることができる。
また、上記したように内部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質の一方の面にのみプリズムなどの光結合素子を配設した場合、例えば、図１３に示す構成においてプリズム１０２ａのみを配設して、プリズム１０２ｂを配設しなかった場合には、内部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質の一方の面にのみ配設した光結合素子としてのプリズム１０２ａに入射される１本の書き込み光に対して、もう一本の書き込み光は、内部電界駆動型フォトリフラクティブ媒質と透明基板１４ｂとの界面で反射される上記１本の書き込み光の反射光によって供給される。この場合においても、上記したと同様に、格子ベクトルと外部印加電界ベクトルとが完全に一致した光干渉縞が形成される。従って、１本の書き込み光によってフォトリフラクティブ効果を発生させることができる。
（５）上記した実施の形態においては詳細な説明を省略したが、プリズム１０２ａ、１０２ｂは、透明基板１４ａ、１４ｂに対して脱着自在に構成することができ、このように構成すると、書き込み光入射側の頂角αなどの特性パラメータの異なるプリズムを適宜に容易に着脱することができる。
（６）上記した実施の形態ならびに上記（１）乃至（５）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。Hereinafter, an example of an embodiment of an optical coupling element, a photorefractive element including the optical coupling element, and an optical information processing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Note that in the description of the present specification and the accompanying drawings, the same or corresponding configurations and contents are denoted by the same reference numerals, and redundant description of the configuration and operation is omitted.
FIG. 2 shows a perspective view of a conceptual configuration of an external electric field drive type photorefractive element as a photorefractive element according to the present invention provided with an optical coupling element according to the present invention, and FIG. 3 shows an arrow A in FIG. A view (side view) is shown (the drawing shown in FIG. 3 corresponds to the drawing shown in FIG. 1).
The external electric field drive type photorefractive element 100 shown in FIG. 2 is provided with a pair of trapezoidal prisms 102a and 102b as a photocoupler according to the present invention. 1 is different from the external electric field drive type photorefractive element 10 shown in FIG.
That is, in the external electric field drive type photorefractive element 100, a trapezoidal prism 102a is disposed on the transparent substrate 14a, while a trapezoidal prism 102b is disposed on the transparent substrate 14b. More specifically, the transparent substrate 14a and the bottom surface 108a of the prism 102a (the prism 102a has a trapezoidal shape in which the area of the bottom surface 108a is larger than the area of the upper surface 110a) are in contact with each other, and the transparent substrate 14b. And the bottom surface 108b of the prism 102b (the prism 102b has a trapezoidal shape in which the area of the bottom surface 108b is larger than the area of the upper surface 110b).
Here, FIG. 4A shows a perspective view of the prisms 102a and 102b, and FIG. 4B shows a view (side view) of FIG.
The prisms 102a and 102b are characterized by the apex angle α (α <90 °) on the writing light incident side, the apex angle β (β <90 °) on the writing light exit side, the refractive index n, and the base length L. Is a trapezoidal prism having a trapezoidal side shape. That is, the writing light incident surfaces 104a and 104b of the prisms 102a and 102b have an inclination of α with respect to the bottom surfaces 108a and 108b, and the writing light emission surfaces 106a and 106b of the prisms 102a and 102b are formed on the bottom surfaces 108a and 108b. On the other hand, it has an inclination of β.
As a material constituting the prisms 102a and 102b, an optically transparent solid that can be processed such as cutting and polishing is used. For example, inorganic glass or polymer can be used. More specifically, examples of the inorganic glass include quartz glass, soda lime glass, borosilicate glass, and lead glass. Examples of the polymer include polymethyl methacrylate, polystyrene, polycarbonate, and polyvinyl carbazole.
Here, among the characteristic parameters in the prisms 102a and 102b, the apex angle α on the writing light incident side, the apex angle β on the writing light exit side, and the refractive index n are optical interferences formed in the external electric field drive type photorefractive medium 12. The fringe period Λ, the transmittance T of the entire external electric field drive type photorefractive element 100, and the light input / output coupling ratio (the light input / output coupling ratio is a photo with respect to the power of the writing light incident on the photorefractive element. This is a parameter for determining the ratio of the power of light emitted from the refractive element. In addition, regarding the relationship between the apex angle α on the writing light incident side, the apex angle β on the writing light exit side, the refractive index n, the optical interference fringe period Λ, the transmittance T of the entire photorefractive element, and the optical input / output coupling rate, This will be described in detail later.
In the above configuration, in order to generate optical interference fringes in the external electric field drive type photorefractive medium 12, as shown in FIG. 5, it is perpendicular to the thickness t direction of the external electric field drive type photorefractive medium 12, and Then, two writing lights are incident on the incident surfaces 104a and 104b of the prisms 102a and 102b from a direction that forms a mirror image with respect to the surface passing through the center of the thickness t.
That is, one of the two writing lights irradiated from a direction perpendicular to the thickness t direction of the external electric field driving type photorefractive medium 12 and forming a mirror image with respect to a surface passing through the center of the thickness t. Is incident on the incident surface 104a of the prism 102a, and the other is incident on the incident surface 104b of the prism 102b.
As described above, the prism 102a from the direction in which the two writing lights form a mirror image with respect to a plane perpendicular to the thickness t direction of the external electric field drive type photorefractive medium 12 and passing through the center of the thickness t. , 102b, the two writing lights are refracted by the prisms 102a and 102b and are incident on the external electric field drive type photorefractive medium 12 to be input to the external electric field drive type photorefractive medium 12. Intersect in a plane passing through the center of the thickness t.
Then, the two write lights incident and intersecting in the external electric field drive type photorefractive medium 12 form an optical interference fringe in the photorefractive medium 12 in parallel with the bisector of the two write lights. .
Note that the two writing lights incident on the photorefractive medium 12 are incident on the prisms 102a and 102b different from the prisms 102a and 102b on which the writing light is incident, and the emission surfaces 106a of the prisms 102a and 102b, respectively. , 106b.
In the case where the two writing lights incident on the incident surfaces 104a and 104b of the prisms 102a and 102b are parallel lights, the prisms 102a and 102b have the same characteristic parameters, and “vertical angle α = If the apex angle is “β”, as shown in FIG. 5, the two writing lights respectively incident from the exit surfaces 104a and 104b of the prisms 102a and 102b become parallel lights.
Here, the two writing lights are perpendicular to the thickness t direction of the external electric field drive type photorefractive medium 12 and form a mirror image with respect to the plane passing through the center of the thickness t. The light interference fringes generated in the external electric field driven photorefractive medium 12 are incident on the incident surfaces 104a and 104b, refracted by the prisms 102a and 102b, and incident on the external electric field driven photorefractive medium 12. The direction of the lattice vector can coincide with the direction of the externally applied electric field vector. For this reason, all of the externally applied electric field can be used for the effective driving electric field.
Even in the method disclosed in Patent Document 1, the direction of the externally applied electric field vector and the direction of the grating vector of the optical interference fringes can be matched, but the method disclosed in Patent Document 1 is based on the prism 102a. , 102b, it is difficult to set the crossing angle of the two writing lights to an arbitrary size without changing the arrangement of the optical system that receives the writing light. Yes, it is difficult to obtain optical interference fringes with an arbitrary period.
However, as will be described later, in the photorefractive element according to the present invention including the optical coupling elements such as the prisms 102a and 102b, the writing light of the optical coupling element can be changed without changing the arrangement of the optical system that receives the writing light. By appropriately selecting the apex angle α on the incident side, that is, the inclination of the incident surface of the writing light, it is possible to easily obtain an arbitrary crossing angle of the two writing lights, that is, an optical interference fringe having an arbitrary period. It can be done.
Next, the apex angle α on the writing light incident side, the apex angle β on the writing light exit side, and the refractive index n of the prisms 102 a and 102 b correspond to the refractive index of the external electric field drive type photorefractive medium 12, The output coupling rate, for example, an optical input / output coupling rate of 80% or more can be set.
Here, the optical interference fringe period Λ obtained with respect to the apex angle α on the writing light incident side is given by the following equation.
Λ = λ / (2n cos θ in )
Where λ is the wavelength of light used as writing light, n is the refractive index of the external electric field driven photorefractive medium 12, and θ in A refraction angle in the external electric field drive type photorefractive medium 12, which is expressed by the following equation.
Figure 0004675778
Where α is the apex angle on the writing light incident side of the prisms 102a and 102b, and n p Is the refractive index of the prisms 102a and 102b.
Next, the entire photorefractive element 100, that is, the photorefractive element 100 including the photorefractive medium 12, the pair of transparent substrates 14a and 14b, the pair of transparent electrodes 16a and 16b, and the pair of prisms 102a and 102b. The rate T is expressed by the following equation. Here, the transmittance T is equal to the power after passing through the photorefractive element 100 and being emitted with respect to the incident light power 1.
Figure 0004675778
Here, β is the apex angle on the writing light exit side of the prisms 102a and 102b.
The graph shown in FIG. 6 was calculated in order to obtain the optical interference fringe period of 0.5 μm to 2.0 μm with respect to the refractive index of 1.70 of the external electric field driving type photorefractive medium 12 using the above formula. The calculation results of the apex angle α on the writing light incident side of the prisms 102a and 102b and the total loss of transmitted light are shown. In the graph shown in FIG. 6, the curves indicated by the solid line (showing the apex angle α on the writing light incident side of the prisms 102a and 102b) and the broken line (showing the total loss of transmitted light) are both lower in the graph. Corresponds to an optical interference fringe period of 0.5 μm to 2.0 μm in steps of 0.25 μm.
It is assumed that the apex angle α on the writing light incident side and the apex angle β on the writing light exit side are equal. Further, it is assumed that the refractive indexes of the transparent substrates 14a and 14b and the transparent electrodes 16a and 16b are equal to the refractive indexes of the prisms 102a and 102b.
In such a case, for example, in forming an optical interference fringe having a period of 1.25 μm in the external electric field drive type photorefractive medium 12, the refractive index n of the prisms 102a and 102b is a value in the range of 1.690 to 1.737. By setting the apex angle α on the writing light incident side of the prisms 102a and 102b to a value in the range of 57 ° to 76 °, the light is incident on the photorefractive element 100 and is transmitted through the photorefractive element 100. The total loss of transmitted light emitted from the photorefractive element, that is, emitted write light is suppressed to 20% or less, in other words, a high light input / output coupling ratio of 80% or more can be achieved.
The base length L of the prisms 102a and 102b is, for example, “refractive index n = 1.737 of the prisms 102a and 102b” and “vertical angle α = 57 ° on the writing light incident side of the prisms 102a and 102b”. When it is assumed that the incident light height of the writing light from the transparent electrodes 16a and 16b is 3 mm, “the bottom length L of the prisms 102a and 102b L = 27 mm”. However, the base length L of the prisms 102a and 102b can be shortened by optimizing the writing light exit side apex angle β of the prisms 102a and 102b or adjusting the incident light height of the writing light.
Further, the prisms 102a and 102b, that is, the optical coupling element according to the present invention has the following characteristics.
That is, the period of the optical interference fringes is determined by the value of the apex angle α on the writing light incident side of the prisms 102a and 102b, in other words, the inclination of the incident surfaces 104a and 104b of the prisms 102a and 102b. Therefore, when it is desired to change the period of the light interference fringes, it is only necessary to replace the prism with the apex angle α on the writing light incident side set to a desired value. In order to change the period of the optical interference fringes in the conventional photorefractive element 10, it is necessary to finely adjust the incident angle of the writing light to the external electric field drive type photorefractive medium 12 with a mirror or the like. However, if the optical coupling element according to the present invention is used, it is only necessary to replace the prism with a desired apex angle α, and there is no need to change the beam arrangement of incident light by a mirror or the like. Therefore, by using the optical coupling element according to the present invention, it is possible to construct an optical system that has a simple configuration and is resistant to vibration.
In the case of using the optical coupling element according to the present invention, the wavelength of the writing light incident on the optical coupling element can be changed without changing the apex angle α on the writing light incident side, so that the optical interference fringes can be reduced. The period can also be changed.
Next, the experimental results performed by the present inventor will be described. The external electric field drive type photorefractive element 100 used in this experiment is a polymer material having a low glass transition temperature as the external electric field drive type photorefractive medium 12. Used. This polymer material is a multi-component material containing polyvinyl carbazole (photoconductive polymer), ((4-piperidylphenyl) methylene) methane-1,1-dicarbonitrile (optical second-order nonlinear dye), and the like. Since this polymer material has a glass transition temperature lower than room temperature, a large photorefractive effect due to the orientation enhancement effect can be obtained at room temperature. In addition, it was confirmed that the photorefractive medium 12 formed of this polymer material has a refractive index of 1.70 ± 0.01 with respect to writing light having a wavelength of 633 nm used in the experiment. Note that the photorefractive medium 12 has a thickness t of 100 μm.
Further, as a material for the prisms 102a and 102b and the transparent substrates 14a and 14b, glass having a refractive index of 1.77 was used.
The design value of the apex angle α on the writing light incident side in the prisms 102a and 102b is 30 °. The value of the apex angle “α = 30 °” on the writing light incident side corresponds to a light interference fringe period of 0.5 μm and a light input / output coupling ratio of 95% or more.
Transparent electrodes 16a and 16b are laminated on one surface of each of the transparent substrates 14a and 14b, and the transparent electrodes 16a and 16b are combined so as to face each other. A sandwich type cell structure is formed by sandwiching an external electric field drive type photorefractive medium 12.
While using the external electric field drive type photorefractive element 100 having the above-described configuration and using a He—Ne laser emitting a wavelength of 633 nm as a light source, two write lights are supplied to the external electric field drive type photorefractive element as shown in FIG. 100 was irradiated to conduct a two-wave coupling experiment.
In this two-wave coupling experiment, the occurrence of the photorefractive effect can be confirmed by observing the output change of the writing light transmitted through the external electric field drive type photorefractive medium 12. That is, the formation of a refractive index diffraction grating based on the photorefractive effect can be confirmed in the external electric field drive type photorefractive medium 12 by the generation of the optical interference fringes. When a photorefractive diffraction grating is formed, a power shift occurs between two light waves, and an optical coupling phenomenon occurs in which the power of one side increases and at the same time the power of the other side decreases. The more effectively the photorefractive diffraction grating is formed, the greater the amount of power that moves.
Here, the graph shown in FIG. 7 shows the experimental results of the two-wave coupling experiment described above, and the plots indicated by circles in the graph shown in FIG. 7 are the external electric field drive type photorefractive elements according to the present invention. FIG. 7 shows experimental results of a two-wave coupling experiment using 100. On the other hand, the plots indicated by 中 で in the graph shown in FIG. 7 are those obtained by using the conventional external electric field drive type photorefractive element 10 shown in FIG. The comparison experiment result of the light wave coupling experiment is shown.
In the graph shown in FIG. 7, after a voltage is applied for a while by the power supply 18, only one writing light is transmitted (time t <0), and the other writing light is incident at “time t = 0”. , The power change of both writing lights is shown. The write optical power is 200 mW / cm. 2 The electric field strength applied by the power source 18 was 25 V / μm.
As is apparent from the graph of FIG. 7, it can be seen that optical writing fringes are formed in the photorefractive medium 12 by irradiating two writing lights, and at the same time, a clear power shift occurs between the two light waves ( (See the circles in the graph shown in FIG. 7). Compared to the case of the conventional external electric field drive type photorefractive element 10 shown in FIG. 1 (see the symbol 印 in the graph shown in FIG. 7), the case of the external electric field drive type photorefractive element 100 according to the present invention (see FIG. 7). It can be seen that the amount of power movement is large (see the circle in the graph).
As a result, in the external electric field drive type photorefractive element 100 according to the present invention, since the optical interference fringes are formed so as to have a lattice vector parallel to the external applied electric field vector, the external applied electric field is used as an effective driving electric field without loss. It is recognized that it originated from the fact that it was able to.
The optocoupler according to the present invention is designed to provide an increase in the strength, phase and interaction length of the internal electric field that determines the photorefractive response. In the photorefractive element including the optical coupling element according to the present invention, the electric field necessary for moving the optical carrier is supplied to the maximum by the external electric field.
Next, an optical information processing apparatus according to the present invention, which includes the photorefractive element according to the present invention including the optical coupling element according to the present invention, will be described.
That is, various optical information processing apparatuses can be manufactured using the photorefractive element according to the present invention including the optical coupling element according to the present invention. Specifically, for example, an optical information processing apparatus for performing optical information processing such as image recording, image recognition (pattern matching), real-time degradation image cleaning, moving object detection, or real-time amplification of a moving image can be realized.
FIG. 8 to FIG. 9 are schematic configuration explanatory views showing a device configuration for performing the various types of optical information processing described above. Here, FIG. 8 shows an apparatus configuration example for performing image recording, image recognition (pattern matching), and real-time deteriorated image cleaning that positively uses the optical correlation method as optical information processing. On the other hand, FIG. 9 shows an apparatus configuration example for performing moving object detection or real-time amplification of moving images as optical information processing.
In the optical information processing apparatus shown in FIG. 8, an input signal output from the central control apparatus 200 is input to the spatial modulator 206 through the two-dimensional encoding apparatus 202 and the spatial modulator control apparatus 204, and an external electric field drive type photo The two write lights are controlled by the spatial modulator 206 to which the two write lights are incident on the refractive element 100, and at the same time, the input signal output from the central controller 200 is converted into the two-dimensional encoding device 208 and the spatial modulation. The resulting image information is input to the spatial modulator 212 through the optical controller 210 and the light incident on the external electric field driven photorefractive element 100 is controlled, and the resulting image information is sent to the central part via the CCD camera 214 and the two-dimensional decoding device 216. It can be obtained by inputting to the control device 200.
In the information processing apparatus shown in FIG. 9, the input signal output from the central control apparatus 300 is input to the spatial modulator 306 through the two-dimensional encoding apparatus 302 and the spatial modulator control apparatus 304, and the external electric field drive type The single writing light is controlled by the spatial modulator 306 to which one of the two writing lights to the photorefractive element 100 is incident, and the resulting image information is the CCD camera 308 or the CCD camera. It can be obtained by inputting to the central control device 300 via the two-dimensional decoding device 312 by 310.
Note that, as the lasers 218, 220, and 314, any of the wavelength tunable lasers can be used. In this case, multiple operations at multiple wavelengths can be performed without adjusting the optical path in each device.
Reference numeral 222 is a beam separator, reference numerals 224 and 226 are half mirrors, and reference numeral 316 is a beam separator.
Here, the optical information processing apparatus shown in FIGS. 8 to 9 is replaced with the external electric field drive type photorefractive element 10 shown in FIG. 1 as the photorefractive element, and the external electric field drive type photorefractive element according to the present invention. It differs from the conventional optical information processing apparatus in that the element 100 is used.
Further, in the optical information processing apparatus shown in FIG. 8, the configuration indicated by reference numeral C is also different from the configuration of the conventional optical information processing apparatus.
That is, FIG. 10 shows a configuration corresponding to the reference C of the optical information processing apparatus shown in FIG. 8 in the conventional optical information processing apparatus. In the conventional optical information processing apparatus, optical information processing such as optical correlation is performed. In order to perform the above, it is necessary to install the spatial modulators 400a and 400b for both of the two write lights incident on the external electric field drive type photorefractive element 10 in the tilt type arrangement.
However, in the optical information processing apparatus according to the present invention using the external electric field drive type photorefractive element 100 according to the present invention, FIG. 11 (FIG. 11 is an enlarged view of the main part shown by taking out only the configuration of the symbol C shown in FIG. As shown in the figure, parallel light can be made incident on the external electric field drive type photorefractive element 100 as two writing lights, so that one spatial modulator 206 can image two writing lights. In addition to being able to serve as modulation, an oblique image correction circuit described later with reference to FIG. 12 is also unnecessary. Therefore, the space for the optical arrangement can be saved and the overall configuration of the optical information processing apparatus can be simplified.
Note that, as shown in FIG. 12, a conventional optical information processing apparatus in which two write lights are incident in a tilt type arrangement using the external electric field drive type photorefractive element 10 having a conventional sandwich type cell structure, as shown in FIG. By incorporating the oblique image correction circuit 500 between the dimension encoding device 202 and the spatial modulator control device 204, one spatial modulator 502 can serve as image modulation of two writing lights. Such a configuration can also save the space for arranging the optical system.
The embodiment described above can be modified as described in the following (1) to (6).
(1) Although the detailed description of the material of the external electric field drive type photorefractive medium 12 is omitted in the above-described embodiment, the material of the external electric field drive type photorefractive medium 12 is photoconductive and electro-optical. A material having an effect can be used. Such a material can be produced, for example, by mixing or chemically bonding a photoconductive material and an electro-optic effect material. Examples of the photoconductive material include polyvinyl carbazole and polyphenylene vinylene. Furthermore, the photosensitivity can be enhanced by adding a sensitizing dye such as trinitrofluorenone or fullerene to these materials. Examples of the material exhibiting the electro-optic effect include optical second-order nonlinear molecules and molecules having a large anisotropic linear polarizability, and specifically include amino groups, methoxy groups such as azo, stilbene and polyene skeletons. Some have a molecular structure in which a donor group such as a group is combined with an acceptor such as a formyl group or a nitro group.
(2) In the above-described embodiment, the external electric field drive type photorefractive medium that requires an externally applied electric field to develop the photorefractive effect has been described. However, the present invention is not limited to the external electric field drive type photorefractive medium. Of course not. In other words, the present invention may be applied to an internal electric field driven photorefractive medium that does not require an externally applied electric field for the expression of the photorefractive effect.
Here, the internal electric field drive type photorefractive medium can also basically use the material described in the above (1), but the external electric field drive type photorefractive medium has a glass transition temperature of room temperature. Alternatively, it is less than or more than that, while the material of the internal electric field drive type photorefractive medium is added as a condition that the glass transition temperature is sufficiently higher than room temperature. The glass transition temperature can be lowered, for example, by adding a plasticizer such as ethyl carbazole or butyl benzyl phthalate, or by chemically modifying a long chain alkyl group to the material.
Further, when the photorefractive element according to the present invention is constituted by the internal electric field drive type photorefractive medium, the electric field is not applied from the outside to the transparent electrodes 16a and 16b as the same configuration as the above embodiment. Alternatively, as shown in FIG. 13, a photorefractive element may be configured without providing a transparent electrode.
(3) In the above-described embodiment, the transparent electrodes 16a and 16b are disposed on the transparent substrates 14a and 14b. However, the present invention is not limited to this. That is, as shown in FIG. 14, the transparent electrodes 16a and 16b are directly arranged on the prisms 102a and 102b, respectively, and the external electric field drive type photorefractive medium 12 is sandwiched between the transparent electrodes 16a and 16b. You may make it do.
Further, in the photorefractive element according to the present invention using the internal electric field drive type photorefractive medium as shown in FIG. 13, as shown in FIG. 15, the internal electric field drive type photocathode directly between the prisms 102a and 102b. A refraction medium may be sandwiched.
(4) In the above-described embodiment, the prism 102a is disposed on one surface of the external electric field drive type photorefractive medium 12, and the prism 102b is disposed on the other surface facing the one surface. Although the optical coupling elements are arranged on both surfaces of the external electric field drive type photorefractive medium 12, it is needless to say that the present invention is not limited to this. That is, as shown in FIGS. 16A and 16B, an optical coupling element such as a prism 102a may be provided only on one surface of the external electric field drive type photorefractive medium 12. Similarly, an optical coupling element such as a prism may be provided only on one surface of the internal electric field drive type photorefractive medium.
As described above, when an optical coupling element such as a prism is disposed only on one surface of the external electric field drive type photorefractive medium 12, for example, in the case of the configuration shown in FIGS. For one writing light incident on the prism 102a as an optical coupling element disposed only on one surface of the external electric field driving photorefractive medium 12, another writing light is an external electric field driving photo It is supplied by the reflected light of the one writing light reflected at the interface between the refraction medium 12 and the transparent electrode 16b. Even in this case, as described above, an optical interference fringe in which the lattice vector and the externally applied electric field vector completely coincide is formed. Therefore, a photorefractive effect can be generated by a single writing light.
Further, as described above, when an optical coupling element such as a prism is provided only on one surface of the internal electric field drive type photorefractive medium, for example, only the prism 102a is provided in the configuration shown in FIG. Is not provided, one write light is incident on one prism 102a as an optical coupling element provided only on one surface of the internal electric field drive type photorefractive medium. The writing light is supplied by the reflected light of the one writing light reflected at the interface between the internal electric field drive type photorefractive medium and the transparent substrate 14b. Even in this case, as described above, an optical interference fringe in which the lattice vector and the externally applied electric field vector completely coincide is formed. Therefore, a photorefractive effect can be generated by a single writing light.
(5) Although detailed description is omitted in the above-described embodiment, the prisms 102a and 102b can be configured to be detachable from the transparent substrates 14a and 14b. The prisms having different characteristic parameters such as the apex angle α on the side can be easily attached and detached as appropriate.
(6) You may make it combine the above-mentioned embodiment and the modification shown in said (1) thru | or (5) suitably.

本発明は、以上説明したように構成されているので、操作性・機能性に優れていて容易かつ高効率でフォトリフラクティブ媒質内に光干渉縞を発生可能なフォトリフラクティブ素子を実現するための光結合素子およびそれを備えたフォトリフラクティブ素子ならびに光情報処理装置を提供することができるようになるという優れた効果を奏する。  Since the present invention is configured as described above, the light for realizing a photorefractive element that has excellent operability and functionality, can easily generate light interference fringes in a photorefractive medium with high efficiency, and the like. The coupling element, the photorefractive element including the coupling element, and the optical information processing apparatus can be provided.

Claims (1)

２次元符号化装置と、空間変調器制御装置と、空間変調器と、フォトリフラクティブ素子とを有し、入力信号を前記２次元符号化装置と前記空間変調器制御装置とを通して前記空間変調器へ入力して、前記フォトリフラクティブ素子への２本の書き込み光が入射される前記空間変調器により該２本の書き込み光を制御する光情報処理装置であって、
前記フォトリフラクティブ素子は、
フォトリフラクティブ媒質へ入射される書き込み光に対して所定の傾きに設定された入射面を備えた台形状のプリズムよりなる光結合素子が、略長方体状のフォトリフラクティブ媒質の一方の面側と該一方の面側と対向する他方の面側とにそれぞれ配置され、
前記フォトリフラクティブ媒質の厚さ方向に対して垂直、かつ、前記厚さの中心を通る面に対して鏡像をなす方向から照射される２本の書き込み光のうちの一方を前記フォトリフラクティブ媒質の一方の面側に配置された光結合素子の入射面に入射し、前記２本の書き込み光のうちの他方を前記フォトリフラクティブ媒質の前記一方の面側と対向する前記他方の面側に配置された光結合素子の入射面に入射するものであり、
単一の前記空間変調器により前記フォトリフラクティブ素子への２本の書き込み光を制御する
ことを特徴とする光情報処理装置。 A two-dimensional encoding device, a spatial modulator control device, a spatial modulator, and a photorefractive element are provided, and an input signal is sent to the spatial modulator through the two-dimensional encoding device and the spatial modulator control device. An optical information processing apparatus that inputs and controls the two writing lights by the spatial modulator on which the two writing lights enter the photorefractive element,
The photorefractive element is
An optical coupling element composed of a trapezoidal prism having an incident surface set to a predetermined inclination with respect to writing light incident on the photorefractive medium is formed on one surface side of the substantially rectangular photorefractive medium. Arranged on the one surface side and the other surface side facing each other,
One of the two writing lights irradiated from a direction perpendicular to the thickness direction of the photorefractive medium and forming a mirror image with respect to a plane passing through the center of the thickness is one of the photorefractive media. The other of the two writing lights is disposed on the other surface side facing the one surface side of the photorefractive medium. It is incident on the incident surface of the optical coupling element,
An optical information processing apparatus that controls two writing lights to the photorefractive element by a single spatial modulator.
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