JP4908435B2

JP4908435B2 - 光強度変調器

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Publication number: JP4908435B2
Application number: JP2008021335A
Authority: JP
Inventors: 和夫藤浦; 直輝重川; 一彦豊田; 誠治豊田; 敏夫伊藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2008-01-31
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2028-01-31
Also published as: JP2009181032A

Description

本発明は、光強度変調器に関し、より詳細には、二次の電気光学効果を有する電気光学結晶を用いた光強度変調器に関する。

現在、光通信システムの大容量、高速化ならびに高機能化に対する要求は、急激に高まっている。このような、光通信システムに用いられる光信号処理デバイスとして期待されているものに１つに光変調器があり、電気光学結晶を用いた光変調器の開発が進められている。

電気光学結晶を用いた光位相変調器は、結晶の屈折率の変化により、結晶を通過する光の速度を変化させて、光の位相を変化させる。また、電気光学結晶を、マッハツェンダ干渉計、マイケルソン干渉計の一方の光導波路に設置すると、結晶に印加する電圧に応じて、干渉計の出力の光強度が変化する。これら干渉計は、光スイッチ、光変調器として用いることができる。特許文献１では、電気光学結晶としてＫＴＮ（ＫＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃（０＜ｘ＜１））及びＫＬＴＮ（Ｋ_1-yＬｉ_yＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１））を用いた光位相変調器が開示されている。

図１に、特許文献１に開示された、電気光学結晶を用いた光位相変調器、偏光子、および検光子を組み合わせた光強度変調器の構成を示す。図１において、ＫＴＮやＫＬＴＮ等の２次の電気光学効果を有する電気光学結晶１には、対向する面に正極２と負極３とが形成される。すなわち、電気光学結晶１の上面と下面とに正極２および負極３とを形成する。また、電気光学結晶１の入射側に偏光子４を配置し、出射側に検光子５を配置する。偏光子４の透過容易軸を、図１中のｘ軸方向から４５度傾くように設定し（偏光角がｘ軸に対して４５度となるように設定し）、検光子５の透過容易軸を、偏光子４の透過容易軸と直交するように（偏光角がｘ軸に対して−４５度となるように）設定している。電気光学結晶１の結晶軸ｘ，ｙ，ｚを図１に示したように規定する。

さて、電気光学結晶１は、２次の電気光学効果を有するので、該２次の電気光学効果により、屈折率が変化する。よって、正極２と負極３との間に電圧Ｖを印加すると、該電圧Ｖに応じて、検光子５を通過した出射光の強度を０％〜１００％の間で変調することができる。

特許文献１では、電気光学結晶１としてＫＴＮ（ＫＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃（０＜ｘ＜１））及びＫＬＴＮ（Ｋ_1-yＬｉ_yＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１））を用いる形態が開示されている。

国際公開第２００６／１３７４０８号パンフレット

このように、光強度変調器においては、特許文献１のように２次の電気光学効果を有する電気光学結晶を用いる構成は、電圧印加による屈折率変化を大きくすることができ、光強度変化を低電圧で制御することができるので非常に有効である。しかしながら、近年の光通信技術の発達に伴い、より良好な光強度変調やユーザの利便性の向上が求められており、該より良好な光強度変調やユーザの利便性向上の実現のためには、まだ改善しなければならない課題が残されている。

第１に、光強度変調器を動作させる温度領域において、正極２と負極３との間の電気容量が極めて高くなるので、同じ変調効果を実現しつつ、該電気容量を下げたい、という要望がある。

上記ＫＴＮやＫＬＴＮは、立方晶かつ大きい２次の電気光学効果を有する誘電体結晶であるので、偏波無依存で低電圧駆動を実現でき、かつ組成に応じて、大きい２次の電気光学効果を発現する温度域を調整できるので、光強度変調器に用いるのは好ましい。特に、強誘電転移近傍において、比誘電率が大きく変化するので、上記相転移近傍を動作温度に設定して動作させることが好ましい。

しかしながら、この温度領域では、上述のようにＫＴＮやＫＬＴＮの誘電率が高いので、大きな屈折率変化を効率的に起こすことができ、効率的に光変調器を動作させる観点からすると非常に有効であるが、同時に正極、負極間の電気容量が高くなってしまう。例えば、スイッチングを行う際、電気容量に対応する充放電を行うことになるが、このスイッチング速度に対応する電力消費が生じることになる。よって、ＫＴＮやＫＬＴＮを用いる際、効率良く変調を行うことが可能な動作温度では、電気容量が高くなるため、駆動電源の負担が非常に大きくなり、実用化を困難なものとしている。

また、ＫＴＮやＫＬＴＮに限らず、２次の電気光学効果を有する電気光学結晶全般に対して、変調効果を損なわずに、電気容量が高いことによる駆動電源の負担を軽減したい、という要望がある。

また、他の要望として、素子の小型化、低コスト化を求める声も挙がっている。図１に示す従来の光強度変調器では、光強度変調のために、電気光学結晶１の入力側に偏光子４を設け、出力側に検光子５を設けている。従って、偏光子４および検光子５のそれぞれを設けるスペースが必要であり、素子の小型化には限界があった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、駆動電源の負担が軽減可能であり、小型化を実現可能な光強度変調器を提供することにある。

このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光強度変調器であって、２次の電気光学効果を有する電気光学結晶であって、第１の端面から光が入射する電気光学結晶と、前記電気光学結晶の第１の面に配置された第１の電極と、前記電気光学結晶の第１の面に対向する第２の面に配置された第２の電極と、前記電気光学結晶の前記第１の端面と対向する第２の端面に配置され、前記電気光学結晶を通過する光を反射するための反射部材と、第１の端面から離間して配置され、前記第１の電極および第２の電極に電圧が印加される際の電界方向に対して４５度傾いた振動方向を有する直線偏光を取り出すための偏光子とを備え、前記第１の電極と、前記電気光学結晶はオーミック接触しており、前記第２の電極と、前記電気光学結晶はオーミック接触しており、前記第１の電極および前記第２の電極に電圧を印加した時、電界の傾斜が生じ、前記光は、前記電気光学結晶中で偏向することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記偏光子は、入射され
る光の振動方向に応じて、第１の振動方向である第１の偏光を第１の方向に出射し、前記
第１の偏光と直交する振動方向である第２の偏光を前記第１の方向とは異なる方向に出射
することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記第１の電極および第２の電極の各々は、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｇｅ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｓｅ、Ｃｓ、
Ｒｂ、Ｋ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎａ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｙ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｍｇ、Ａｓ、Ｔｉ、Ｈｆ、
Ｚｒ、Ｍｎ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ｔａ、Ｐｂ、Ａｇ、Ａｌ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｎ
、Ｓｎ、Ｂ、Ｈｇ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｓｂ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｔｅ、Ｒｅ
、Ｂｅ、Ｒｈのいずれかであることを特徴とする。

本発明によれば、変調領域としての電気光学結晶の入射側と対向する端面に反射部材を設けているので、駆動電源の負担が軽減可能であり、装置の小型化を実現可能である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。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。

本発明の一実施形態は、ＫＴＮ（ＫＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃（０＜ｘ＜１））やＫＬＴＮ（Ｋ_1-yＬｉ_yＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１））等、２次の電気光学効果を有する電気光学結晶を用いた光強度変調器であって、電気光学結晶の光の入射面と対向する面に反射面を設け、かつ電気光学結晶の光の入射側に該電気光学結晶から離間して、所定の方向に振動する直線偏光を取り出すための偏光手段（例えば、偏光ビームスプリッタや偏光子）を設ける光強度変調器である。

すなわち、上記偏光手段は、電気光学結晶に配置された正極および負極に電圧が印加される際の電界方向に対して所定の角度（例えば、４５度）だけ傾いた振動方向を有する直線偏光を取り出すことができる。

上記ＫＴＮ、ＫＬＴＮは、電界を結晶軸方向に印加すると、大きな二次の電気光学効果を示す。その値は（１２００〜８０００ｐｍ／Ｖ）であり、１次の電気光学効果を有する材料であるＬｉＮＯ₃（ＬＮ）の有する非線形定数３０ｐｍ／Ｖに比べて著しく大きい。さらに、ＫＴＮ、ＫＬＴＮは、ＴａとＮｂの組成比を変化させることにより、常誘電性から強誘電性への相転移温度を、ほぼ絶対零度から４００℃まで変化させることが可能である。従って、温度コントローラを用いなくても、動作温度を室温等、所望に設定することができる。このように、ＫＴＮやＫＬＴＮは、光変調器に対して好ましい材料である。

なお、本発明の一実施形態では、光変調器の変調領域として用いる材料は、ＫＴＮやＫＬＴＮに限らない。本発明の一実施形態の目的は、低電圧で変調動作を行うことではなく、２次の電気光学効果を有する材料を変調領域に適用した際の、２次の電気光学効果を有する材料を変調領域に適用した際の、電極の電気容量を低減すること、および光強度変調器の小型化である。よって、上記変調材料に用いる材料は、ＫＴＮ、ＫＬＴＮに限らず、ＬｉＴａＯ₃、ＬｉＩＯ₃、ＫＮｂＯ₃、ＫＴｉＯＰＯ₄、ＢａＴｉＯ₃、ＳｒＴｉＯ₃、Ｂａ_1-xＳｒ_xＴｉＯ₃（０＜ｘ＜１）、Ｂａ_1-xＳｒ_xＮｂ₂Ｏ₆（０＜ｘ＜１）、Ｓｒ_0.75Ｂａ_0.25Ｎｂ₂Ｏ₆、Ｐｂ_1-yＬａ_yＴｉ_1-xＺｒ_xＯ₃（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）、Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃-ＰｂＴｉＯ₃、ＫＨ₂ＰＯ₄、ＫＤ₂ＰＯ₄、（ＮＨ₄）Ｈ₂ＰＯ₄、ＢａＢ₂Ｏ₄、ＬｉＢ₃Ｏ₅、ＣｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀、ＧａＡｓ、ＣｄＴｅ、ＧａＰ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、およびＺｎＯ等、２次の電気光学効果を有する誘電体材料であればいずれを用いても良い。

また、電気光学結晶に電界を印加するための電極の材料は、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｇｅ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｓｅ、Ｃｓ、Ｒｂ、Ｋ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎａ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｙ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｍｇ、Ａｓ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ｔａ、Ｐｂ、Ａｇ、Ａｌ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｂ、Ｈｇ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｓｂ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｔｅ、Ｒｅ、Ｂｅ、Ｒｈのいずれかを用いることができる。また、上記材料を複数用いた合金であってもよい。

（第１の実施形態）
図２は、本実施形態に係る光強度変調器の構成を示す図である。
図２において、光強度変調器２０は、２次の電気光学効果を有する電気光学結晶２１を備えている。電気光学結晶２１の第1の面には、正極２２が配置され、電気光学結晶２１の上記第１の面に対向する第２の面には、負極２３が配置されている。上記各電極２２、２３はそれぞれ、電気光学結晶２１にオーミック接触している。また、電気光学結晶２１の入射側と対向する面には、電気光学結晶２１を通過する光を反射するための反射部材２４が配置されている。

さらに、電気光学結晶２１の入射側に、偏光子２５が配置されている。偏光子２５の透過容易軸を、図２中のｘ軸方向（電界の印加方向）から４５度傾くように設定（偏光角がｘ軸に対して４５度となるように設定）している。従って、偏光子２５に円偏光や楕円偏光の光が偏光子２５に入射すると、該偏光子２５から４５度偏光が出射される。

なお、本明細書において、「４５度偏光」とは、光強度変調器を構成する電気光学結晶に印加される電界方向（図２ではｘ軸方向）に対して４５度傾いた方向に（電場が）振動する直線偏光を指す。

反射部材２４としては、例えば、ＡｌやＡｕ等の金属材料を用いたミラー、あるいは誘電体多層膜ミラー等、光を反射可能な材料であればいずれの材料を用いても良い。

図２の構成において、偏光子２５から出射された４５度偏光は電気光学結晶２１に入射すると入射光２６になり、該入射光２６は、反射部材２４にて反射されて反射光２７となり、再び偏光子２５に入射する。このとき、正極２２と負極２３とに電圧を印加することにより、入射光２６と反射光２７のそれぞれに対して位相変調を行うことができる。

仮に反射部材２４を設けない場合は、入射光２６のみに位相変調を施すことになるが、反射部材２４を設けることによって、出射するはずの光を反射光２７として、再び変調領域（電気光学結晶２１の、正極２２と負極２３とに挟まれた領域）に入射することができる。よって、入射光２６および反射光２７のそれぞれに対して位相変調を施すことができる。すなわち、電気光学結晶２１中を通過する光の光路を、反射部材２４を設けない場合に比べて２倍の長さにすることができる。

従って、図１の構成と同等の変調効果を得ようとする場合、正極２２、負極２３の面積を、正極２、負極３の面積の１／２にすることができる。

ここで、一般に電気容量は、電気光学結晶１の誘電率をε、正極２２、負極２３の面積をＳ、正極と負極との間の距離をｄとすると、

で表せる。よって、本実施形態では上述のように、ある変調効果を得る場合に、正極２２、負極２３の面積を小さくすることができるので、式（１）から分かるように、電気容量も小さくすることができる。従って、電気容量を低減することができるので、駆動電源への負荷を軽減することができる。

また、本実施形態では、反射部材２４を用いて入射光２６を反射し、反射光２７として電気光学結晶２１の入射側から出射するようにしている。よって、偏光子２５が、従来の光強度変調器の検光子（図１では、検光子５）の役割も兼ねることになり、従来のように検光子を偏光子と別個に設けなくても、光強度変調を行うことができる。すなわち、従来の光強度変調を行うための構成のように、検光子を設ける必要が無いので、該検光子を設けるためのスペースを省くことができ、その分装置を小型化することができる。さらに、上述のように、所定の変調効果を得るのに正極２２および負極２３の面積を小さくすることができるので、上記所定の変調効果を得るのに必要な電気光学結晶２１のサイズも小さくすることができ、一層装置の小型化を図ることができる。

さて、本実施形態では、電気光学結晶２１の入射側に偏光子２５を設け、該偏光子２５に、通常の光強度変調器における偏光子および検光子の役割を同時に行わせている。そして、偏光子２５からは、４５度偏光を取り出すように透過容易軸を設定しているので、本実施形態においては、従来の偏光子および検光子を用いる光強度変調器におけるパラニコルの形態と等価である。

以下では、本実施形態における光強度変調の原理を説明する。
なお、本明細書において、「垂直偏光」とは、偏光方向が、光軸に垂直方向であって、電気光学結晶に配置された電極間に生じる電界の方向と一致する方向の偏光である。よって、図２で言うと、偏光方向がｘ軸方向の偏光である。
また、本明細書において、「水平偏光」とは、偏光方向が、光軸に垂直方向であって、電気光学結晶に配置された電極間に生じる電界の方向と直交する方向の偏光である。図２で言うと、偏光方向がｙ軸方向の偏光である。

電気光学結晶２１は、２次の電気光学効果を有するので、該２次の電気光学効果により、屈折率が変化する。２次の電気光学効果の場合、垂直偏光に対する電気光学定数は、ｓ₁₁であり、正極２２と負極２３との間に電圧Ｖを印加したときの位相の変化は、次式で与えられる。

ここで、ｎは電気光学結晶２１の屈折率、Ｌは光の伝搬方向、すなわち図２のｚ軸方向の電気光学結晶２１の長さ、λは光の波長、ｄは正極２２と負極２３の間隔である。水平偏光に対する電気光学定数は、ｓ₁₂であり、正極２と負極３との間に電圧Ｖを印加したときの位相の変化は、次式で与えられる。

光位相変調器の効率を表す指数として、半波長電圧が用いられている。半波長電圧は、光の位相をπラジアンだけ変化させるのに要する電圧であり、次式で与えられる。

円偏光等の入射光を偏光子２５に入射する場合、正極２２と負極２３との間に所定の電圧を印加すると、出射光の偏光方向が入射光の偏光方向に対して９０°回転する。

偏光子２５を通過した光の電界成分のうち、ｘ軸に平行な成分をＥｘ、ｙ軸に平行な成分をＥｙとする。偏光子２５の偏光角が、電気光学結晶２１のｘ軸に対して４５度の場合には、Ｅｘ＝Ｅｙである。

正極２２と負極２３との間に電圧Ｖを印加したときのＥｘおよびＥｙの位相の変化は、それぞれ式（２），（３）で与えられる。検光子としても機能する偏光子２５の偏光角が、電気光学結晶２１のｘ軸に対して４５度の場合、電気光学結晶２１から出射して偏光子２５を通過した出射光の強度Ｉ_outは、次式で与えられる。

すなわち、偏光子２５の透過容易軸をｘ軸に対して４５度に設定する場合は、常にＥｘ＝Ｅｙであるので、

となる。

このようにして、電圧Ｖに応じて、反射部材２４にて反射されて電気光学結晶２１から出射し、偏光子２５を通過した出射光の強度を０％〜１００％の間で変調することができる。

ただし、本実施形態のように反射部材２４を設けて光強度変調を行う場合、光強度変調された光を良好に出力するために、光強度変調器２０への入射光２８の偏光子２５における入射座標と、反射光２７の偏光子２５における入射座標とを異なるようにする必要がある。

これに対して、本実施形態では、二次の電気光学効果を有する電気光学結晶２１を用い、電気光学結晶２１と、正極２２および負極２３とをオーミック接触させているので、入射光２６および反射光２７は電気光学結晶２１中で偏向することになり、その結果、電気光学結晶２１から出射する反射光２７は所定の偏向角で偏向して出力される。従って、反射光２７の、偏光子２５における入射位置（入射座標）を、入射光２８の、偏光子２５における入射位置と異なるようにすることができ、良好に光強度変調された出力光を取得することができる。

図３を用いて、上記入射位置が変化することについての原理を説明する。
図２においては、図面の簡便化を図って、電気光学結晶２１中を通過する光である、入射光２６および反射光２７を直線で示しているが、実際は、図３に示すように偏光毎に偏向している。すなわち、図２において入射光２６は模式的に示しており、実際は、垂直偏光成分２６ａと、水平偏光成分２６ｂとが伝搬することになる。同様に、図２において反射光２７も模式的に示しており、垂直偏光成分２７ａと、水平偏光成分２７ｂとが伝搬することになる。

図２の構成において、正極２２および負極２３に電圧を印加すると、電気光学結晶２１中に電界傾斜が生じる。すなわち、正極２２および負極２３と電気光学結晶２１とがオーミック接触しているので、電極から電子が引き抜かれ、電気光学結晶２１の内部に空間電荷が生じ、該空間電荷によって、電圧の印加方向に電界の傾斜が生じるために、屈折率の変化にも傾斜が生じる。そして、電界傾斜が生じている電気光学結晶２１に入射光２６を入射すると、入射光２６の垂直偏光成分２６ａと水平偏光成分２６ｂとがそれぞれ偏向する。このとき、電気光学結晶２１の、２次の電気光学定数ｓ₁₁の符号とｓ₁₂の符号とが逆であるとすると、垂直偏光成分２６ａと水平偏光成分２６ｂとは反対方向に偏向する。なお、電気光学効果には偏光依存性があるため、垂直偏光成分に対する屈折率変化の傾斜と、水平偏光成分に対する屈折率変化の傾斜とは異なる。

このように偏向した垂直偏光成分２６ａは、反射部材２４にて反射されて垂直偏光成分２７ａとなるが、該垂直偏光成分２７ａも上記電界の傾斜により偏向される。従って、電気光学結晶２１から出射された垂直偏光成分２７ａは、偏光子２５に対して位置３２ａに入射することになる。一方、入射光２８は、偏光子２５の位置３１に入射する。よって、変調領域に、電界印加によって電界傾斜を生じさせることができる二次の電気光学効果を有する誘電体結晶を用いることによって、反射部材２４にて反射された光を偏向により、電気光学結晶２１の入射位置と異なる位置で出射することができるので、光強度変調器２１の出力光を容易に検知することができる。

なお、偏向した水平偏光成分２６ｂについても、垂直偏光成分２６ａと同様に、反射部材２４にて反射されて垂直偏光成分２７ｂとなり、位置３１とは異なる座標である位置３２ｂに入射する。

本実施形態では、反射部材２４を設けることによって、電極の面積を小さくすることができるので電気容量を小さくすることができる。これと共に、反射部材２４によって電気光学結晶２１の入射側に反射光を出射するようにすることによって、検光子を配置する必要が無くなり、省スペース化を図ることができる。

このように、偏光子２５に、図１に示すような従来の光強度変調器における偏光子４と検光子５との役割を持たせているので検光子５を省くことができ、装置の小型化を実現することができるが、偏光子２５において、入射光２８と反射光２７とをうまく分離しないと、強度変調された出力光を良好に取得することができない。そこで、本実施形態では、上述のように変調領域において光を偏向させることが重要となってくる。このために、本実施形態では、変調領域に二次の電気光学効果を有する電気光学結晶を用い、変調のために設ける電極を上記電気光学結晶にオーミック接触させることによって、変調領域において電界の傾斜を生じさせ、通過する光を偏向させている。上記構成をとることによって、電極に電圧を印加することによって変調を実現しつつ、入射光２８と反射光２７との分離のための偏向とを同時に行っている。すなわち、二次の電気光学結晶を用いることによって、大きな変調を実現すると共に、電界傾斜を発生させることができ、入射光２８と反射光２７との分離を良好に行うことができる。

なお、図３では、電気光学結晶２１の２次の電気光学定数ｓ₁₁とｓ₂₁とを逆符号にしているので、電界傾斜により垂直偏光成分２６ａと水平偏光成分２６ｂとは異なる方向に偏向するが、電気光学結晶２１の２次の電気光学定数ｓ₁₁とｓ₂₁とを同符号にする場合、電界傾斜による垂直偏光成分２６ａと水平偏光成分２６ｂとの偏向方向は同方向となる。しかしながら、この場合も、反射光２７としての垂直偏光成分２７ａ、水平偏光成分２７ｂとは、位置３１と異なる位置で偏光子２５に入射することになるので、上記分離は良好に行われる。

また、本実施形態では、入射光２８と反射光２９との分離をより良好に行うために、偏光子２５の電気光学結晶２１と対向する側、すなわち入射光２８の進行方向に対して偏光子２５の前段（上流側）に、光サーキュレータを配置しても良い。このように光サーキュレータを配置する場合は、第１のポートから入射した入射光２８を第２のポートから出射して偏光子２５へと出射し、該第２のポートから入射した反射光２７を、第１のポートとは異なる第３のポートから出射するように配置すれば良い。このように光サーキュレータを配置することにより、入射光と変調された出力光とを確実に分離することができる。

（第２の実施形態）
本実施形態では、基本構成は第１の実施形態と同じであるが、偏光子２５の代わりに偏光ビームスプリッタを設けている。

図４は、本実施形態に係る光強度変調器の構成を示す図である。
図４では、図２に示した光強度変調器の構成について、偏光子２５に変えて偏光ビームスプリッタ４１を設けている。
該偏光ビームスプリッタ４１は、振動方向が直交する２つの偏光を分離するための手段であって、偏光の振動方向に応じて、第１の偏光を第１の方向に出射し、第１の偏光と直交する振動方向である第２の偏光を第１の方向とは異なる方向に出射する手段であり、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を透過方向と直交する方向に反射する。
なお、本実施形態では、偏光ビームスプリッタ４１は、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射するものに限定されず、Ｓ偏光を透過し、Ｐ偏光を反射するものを用いても良い。

本明細書において、「Ｐ偏光」とは、試料面に入射する光の電場の振動方向が入射面内に含まれる直線偏光を指す。これに対して、「Ｓ偏光」とは、試料面に入射する光の電場の振動方向が、入射面に垂直な直線偏光である。従って、本明細書において、「Ｐ偏光」、「Ｓ偏光」はそれぞれ、垂直偏光、水平偏光とは区別されるものである。

さて、本実施形態では、偏光ビームスプリッタ４１からは４５度偏光が出射されることになる。従って、本実施形態では、偏光ビームスプリッタ４１を構成するプリズムの接合面の方向を、正極２２および負極２３の間に生じる電界方向（図４ではｘ軸方向）に対して、４５度傾けるようにして、偏光ビームスプリッタ４１を構成している。このように構成することによって、偏光ビームスプリッタ４１から出射される光はＰ偏光であるが、上記電界方向に対して４５度傾いた方向に振動する直線偏光、すなわち４５度偏光となる。
なお、本明細書において、「接合面の方向」とは、該接合面にて接合される面、すなわち、プリズムの斜面の延びる面（斜面方向）を指す。

本実施形態では、偏光ビームスプリッタ４１を、入射光２８が入射される場合にＰ偏光が電気光学結晶２１に入射するように配置されている。

図４の構成において、偏光ビームスプリッタ４１に入射光２８が入射すると、Ｐ偏光４２が４５度偏光として電気光学結晶２１側に出射され、Ｓ偏光４２はそれとは９０度の方向に反射される。上記Ｐ偏光４２は電気光学結晶２１に入射すると、入射光２６として電気光学結晶２１中を通過する。この入射光２６は反射部材２４にて反射されて反射光２７となり、電気光学結晶２１から出射する。このとき、正極２２と負極２３とに電圧を印加することにより、入射光２６と反射光２７のそれぞれに対して位相変調を行うことができる。

上記位相変調により、上記電気光学結晶２１から出射された反射光２７の偏光方向がＰ偏光４２の偏光方向に対して９０度回転している場合、反射光２７が偏光ビームスプリッタ４１に入射すると、反射光２７は偏光ビームスプリッタ４１内にて反射されて偏光ビームスプリッタ４１から出力光４４として出力される。一方、上記電気光学結晶２１から出射された反射光２７の偏光方向がＰ偏光４２の偏光方向と同じ場合、反射光２７が偏光ビームスプリッタ４１に入射すると、反射光２７は反射されずそのまま透過する。

よって、出力光４４を検知するようにパワーメータ等を配置すると、正極２２および負極２３に印加する電圧の大きさに応じて光強度が変化することが分かる。従って、出力光４４を結合するように、他の光回路を配置することによって、本実施形態に係る構成を光強度変調器として機能させることができる。

このように、偏光ビームスプリッタを設けることによって、偏光方向に応じて光路を切換えることができるので、強度変調された出力光を容易に取得することができる。

なお、本実施形態では、偏光ビームスプリッタ４１から出射される光が４５度偏光となることが重要であり、出射される光が４５度偏光となるものであれば、どのような構成、配置であっても良い。例えば、通常の偏光ビームスプリッタを用意し、接合面の方向が電界方向に対して４５度傾くように上記通常の偏光ビームスプリッタを傾け、保持部材により該傾いた状態を保持するようにしても良い。

さらに、本実施形態では、偏光ビームスプリッタ３１から出射されるＰ偏光４２を電気光学結晶２１に入射するようにしているが、これに限らず、偏光ビームスプリッタ３１から出射されるＳ偏光４３を電気光学結晶２１に入射するようにしても良い。この場合、反射光２７の偏光方向がＳ偏光４３の偏光方向に対して９０度回転している場合に透過することになるので、該透過光を出力光として用いるようにすれば良い。

従来の電気光学結晶を用いた光強度変調器の構成を示す図である。本発明の一実施形態に係る光強度変調器の構成を示す図である。本発明の一実施形態に係る光強度変調器における、出力光を良好に得るための原理を説明する図である。本発明の一実施形態に係る光強度変調器の構成を示す図である。

符号の説明

２０光強度変調器
２１電気光学結晶
２２正極
２３負極
２４反射部材
２５偏光子
４１偏光ビームスプリッタ

Claims

２次の電気光学効果を有する電気光学結晶であって、第１の端面から光が入射する電気光学結晶と、
前記電気光学結晶の第１の面に配置された第１の電極と、
前記電気光学結晶の第１の面に対向する第２の面に配置された第２の電極と、
前記電気光学結晶の前記第１の端面と対向する第２の端面に配置され、前記電気光学結晶を通過する光を反射するための反射部材と、
第１の端面から離間して配置され、前記第１の電極および第２の電極に電圧が印加される際の電界方向に対して４５度傾いた振動方向を有する直線偏光を取り出すための偏光子とを備え、
前記第１の電極と、前記電気光学結晶はオーミック接触しており、
前記第２の電極と、前記電気光学結晶はオーミック接触しており、
前記第１の電極および前記第２の電極に電圧を印加した時、電界の傾斜が生じ、
前記光は、前記電気光学結晶中で偏向することを特徴とする光強度変調器。
前記偏光子は、入射される光の振動方向に応じて、第１の振動方向である第１の偏光を第１の方向に出射し、前記第１の偏光と直交する振動方向である第２の偏光を前記第１の方向とは異なる方向に出射することを特徴とする請求項１に記載の光強度変調器。
前記第１の電極および第２の電極の各々は、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｇｅ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｓｅ、Ｃｓ、Ｒｂ、Ｋ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎａ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｙ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｍｇ、Ａｓ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ｔａ、Ｐｂ、Ａｇ、Ａｌ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｂ、Ｈｇ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｓｂ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｔｅ、Ｒｅ、Ｂｅ、Ｒｈのいずれかであることを特徴とする請求項１または２に記載の光強度変調器。