JP7485091B2 - 波長可変光フィルタ - Google Patents

波長可変光フィルタ Download PDF

Info

Publication number
JP7485091B2
JP7485091B2 JP2022574906A JP2022574906A JP7485091B2 JP 7485091 B2 JP7485091 B2 JP 7485091B2 JP 2022574906 A JP2022574906 A JP 2022574906A JP 2022574906 A JP2022574906 A JP 2022574906A JP 7485091 B2 JP7485091 B2 JP 7485091B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical filter
tunable optical
component
transparent electrode
holder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2022574906A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2022153389A1 (ja
Inventor
優理奈 田中
尊 坂本
勇一 赤毛
宗一 岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Publication of JPWO2022153389A1 publication Critical patent/JPWO2022153389A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7485091B2 publication Critical patent/JP7485091B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/26—Reflecting filters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Description

本発明は、ファブリペロー干渉計型の波長可変光フィルタに関する。
任意の透過波長を選択することができる波長可変光フィルタは、レーザの発振波長の制御など、レーザ応用の基盤技術として用いられている。波長可変光フィルタを使ったレーザ応用技術に、光イメージングがある。光コヒーレンストモグラフィ（Optical Coherence Tomography；ＯＣＴ）は、光干渉を用いて生体内部などを非破壊・非接触に可視化することが可能であるため、幅広く利用されている。ＯＣＴで使われる光源には、光源内にある波長可変光フィルタの掃引によって波長掃引光源を実現しているものがあり、波長可変光フィルタの掃引速度によって、イメージングの速度が決まる。また、波長掃引幅が測定分解能を決定するため、より高速で掃引幅の広い波長可変光フィルタが求められている。
例えば、ＭＥＭＳミラーと回折素子を用いた波長可変光フィルタがある（特許文献１）。この技術では、ＭＥＭＳミラーによって回折格子への光の入射角度を変えることで、反射光の波長を変化させている。この技術では、ＭＥＭＳミラーの角度を大きく変えることができるため、フィルタ可能な波長帯域が大きく取れるが、駆動速度が数１０ｋＨｚ程度であり、また構成が数１０ｃｍと大きくなる。
また、ＭＥＭＳの静電力を用いた波長フィルタがある（非特許文献１）。この技術では、たわむ梁にミラーを固定することで、共振器長を変えており、波長フィルタとして機能している。静電力を用いたＭＥＭＳ機構のため、前述の波長可変光フィルタと比較すると小型で、高速に広い波長帯域の掃引が可能ではあるが、構成が複雑で、梁の製作精度などが課題となっている。
また、電歪結晶を用いた波長可変光フィルタも提案されている（特許文献２）。この技術では、簡易な構成でフィルタを実現でき、高速な動作が数百ｋＨｚの高速動作が可能である。
特開２０１１－０９１２０９号公報 特開２０１７－１２６０３７号公報
J. S. Milne et al., "Widely Tunable MEMS-Based Fabry-Perot Filter", Journal of MicroElectroMechanical Systems, vol. 18, no. 4, pp. 905-923, 2009.
しかしながら、電歪結晶を用いた波長可変光フィルタは、波長掃引幅を１００ｎｍとする場合は、駆動電圧が４００Ｖと大きい（特許文献２）。商用の数百ｋＨｚ～ＭＨｚの高速駆動が可能な電圧源は、１００Ｖｐｐ程度の出力しか得られないため実用化が困難になる。また、一般に、高電圧源のサイズは大型なため、適用できる応用が限られてしまうことが考えられる。また、デバイスの発熱量は電圧の２乗に比例するため、駆動電圧が大きい場合はデバイスの発熱も大きくなり、より高性能な冷却機構が必要になることや、冷却が十分でない場合は正常動作しないことが考えられる。このように、従来の電歪結晶を用いた波長可変光フィルタは、高速な駆動を実現するためには、実用化がし難く、正常な動作をさせ難くする高い駆動電圧が必要となっていた。
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、電歪結晶を用いた波長可変光フィルタの駆動電圧を低下させることを目的とする。
本発明に係る波長可変光フィルタは、第１入射面と第１入射面と反対側に配置された第１出射面とを備え、電歪効果を有して光が透過する材料から構成され、第１入射面と第１出射面とが光軸上に配置された板状の第１部品と、第２入射面と第２入射面と反対側に配置された第２出射面とを備え、光が透過する材料から構成され、第２入射面と第２出射面とが光軸上に配置され、光軸上で第１入射面と第２入射面との距離が一定とされた板状の第２部品と、第１出射面に形成された部分的に光を反射する第１反射膜と、第２入射面に形成され、部分的に光を反射する第２反射膜と、第１部品の板厚方向に電圧を印加する電圧印加部と、第１部品に電荷を注入する電荷注入部とを備え、第１反射膜と第２反射膜とによりファブリペロー干渉計が構成されている。
以上説明したように、本発明によれば、電歪効果を有して光が透過する材料から構成された第１部品に電荷を注入するので、電歪結晶を用いた波長可変光フィルタの駆動電圧を低下させることができる。
図１は、本発明の実施の形態１に係る波長可変光フィルタの構成を示す断面図である。 図２は、ＫＴＮ結晶を用いた場合の第１部品における電極面と垂直な方向の位置ｚとして、内部電荷によるＫＴＮ結晶内部の位置ｚにおける電界Ｅｚ(in)の変化を示す特性図である。 図３は、ＫＴＮ結晶を用いた場合の第１部品における電極面と垂直な方向の位置ｚとして、内部電荷による電界に外部電圧による電界を加算した際の、ＫＴＮ結晶内部の位置ｚにおける電界Ｅｚの変化を示す特性図である。 図４は、外部電圧による電界に内部電荷による電界を加算したＫＴＮ結晶が、カソード側が凸となるように反ることを説明するための説明図である。 図５は、ＫＴＮ結晶にオーミック接触する電極で４００Ｖの定電圧を印加した時の、Ｚ軸方向の変位分布の実測値を示す特性図である。 図６は、本発明の実施の形態２に係る波長可変光フィルタの構成を示す断面図である。 図７Ａは、第１部品の両面に弾性シートを設けた場合の変位について説明するための説明図である。 図７Ｂは、第１部品の片面に弾性シートを設けた場合の変位について説明するための説明図である。 図８は、電歪によるＫＴＮ結晶の変位と駆動電圧の関係を有限要素法で計算した結果を示す特性図である。 図９Ａは、本発明の実施の形態３に係る波長可変光フィルタの構成を示す断面図である。 図９Ｂは、本発明の実施の形態３に係る波長可変光フィルタの一部構成を示す平面図である。 図１０は、本発明の実施の形態４に係る波長可変光フィルタの構成を示す断面図である。 図１１は、第１部品の両面に各々異なる弾性シートを設けた場合の変位について説明するための説明図である。
以下、本発明の実施の形態に係る波長可変光フィルタについて説明する。
［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１に係る波長可変光フィルタについて、図１を参照して説明する。この波長可変光フィルタは、板状の第１部品１０１と、板状の第２部品１０２と、第１反射膜１０３と、第２反射膜１０４とを備える。
第１部品１０１は、第１入射面１０１ａと、第１入射面１０１ａと反対側に配置された第１出射面１０１ｂとを備える。また、第１部品１０１は、電歪効果を有して光が透過する材料から構成されている。第１部品１０１は、例えば、電歪効果を有する誘電体から構成することができる。第１部品１０１は、対象とする波長帯の光に対する透明度が高い材料から構成する。
第１部品１０１は、例えば、ＫＴＮ［ＫＴａ1-αＮｂαＯ3（０＜α＜１）］結晶、またはリチウムを添加したＫＬＴＮ［Ｋ1-βＬｉβＴａ1-αＮｂαＯ3（０＜α＜１，０＜β＜１）］結晶のいずれかから構成することができる。ＫＴＮ結晶やＫＬＴＮ結晶は、電歪効果をもつ結晶として知られている。これら結晶の電歪効果は、電圧／電極間距離で定義される電界の、２乗に比例した歪み量を得ることができることが知られている。また、第１部品１０１は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、フッ化カルシウム（ＣａＦ2）などから構成することもできる。なお、第１部品１０１は、第１入射面１０１ａおよび第１出射面１０１ｂの面精度（最大形状誤差）が、対象とする光の波長／１０程度とすることができる。
第２部品１０２は、第２入射面１０２ａと、第２入射面１０２ａと反対側に配置された第２出射面１０２ｂとを備える。また、第２部品１０２は、光が透過する材料から構成されている。第２部品１０２は、対象とする波長帯の光に対する透明度が高い材料から構成することができる。第２部品１０２は、例えば、ＢＫ７ガラスや、石英ガラスから構成することができる。また、第２部品１０２は、ＫＴＮ［ＫＴａ1-αＮｂαＯ3（０＜α＜１）］結晶、またはリチウムを添加したＫＬＴＮ［Ｋ1-βＬｉβＴａ1-αＮｂαＯ3（０＜α＜１，０＜β＜１）］結晶のいずれかから構成することもできる。また、第２部品１０２は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、フッ化カルシウム（ＣａＦ2）などから構成することもできる。なお、第２部品１０２は、第２入射面１０２ａおよび第２出射面１０２ｂの面精度（最大形状誤差）が、対象とする光の波長／１０程度とすることができる。
ここで、第１部品１０１の第１入射面１０１ａと第１出射面１０１ｂとは、光軸（光路）１３１上に配置され、第２部品１０２の第２入射面１０２ａと第２出射面１０２ｂとも光軸１３１上に配置されている。また、光軸１３１上で、第１入射面１０１ａと第２入射面１０２ａとの距離が一定とされている。例えば、第１部品１０１および第２部品１０２を、図示しない定盤に固定して配置すれば、光軸１３１上で、第１入射面１０１ａと第２入射面１０２ａとの距離を固定することができる。
また、第１反射膜１０３は、第１出射面１０１ｂに形成され、部分的に光を反射する。第２反射膜１０４は、第２入射面１０２ａに形成され、部分的に光を反射する。第１反射膜１０３と第２反射膜１０４とにより、これらの間の距離を共振器長とするファブリペロー干渉計が構成されている。
ここで、第１出射面１０１ｂと第２入射面１０２ａとは、互いに向かい合って配置され、互いに平行な関係とすることができる。また、第１入射面１０１ａと第１出射面１０１ｂとは、互いに平行な関係とすることができる。同様に、第２入射面１０２ａと第２出射面１０２ｂとは、互いに平行な関係とすることができる。
なお、第１出射面１０１ｂと第２入射面１０２ａとの間に、反射光学系などを配置して光軸１３１を途中で曲げる場合、第１出射面１０１ｂと第２入射面１０２ａとを、向かい合って位配置する必要はない。例えば、第１出射面１０１ｂおよび第２入射面１０２ａは、光軸１３１に対して垂直な面とすることができる。ここで、上述した第１出射面１０１ｂと第２入射面１０２ａとの位置関係は、第１反射膜１０３の反射面と第２反射膜１０４の反射面との関係と同義になる。
また、実施の形態に係る波長可変光フィルタは、第１部品１０１の板厚方向に電界が生じるように電圧を印加する電圧印加部となり、かつ第１部品１０１に電荷を注入する電荷注入部となる第１透明電極１０５および第２透明電極１０６を備える。第１透明電極１０５は、第１入射面１０１ａに形成され、第１部品１０１にオーミック接続（接触）する。第２透明電極１０６は、第１出射面１０１ｂと第１反射膜１０３との間に形成され、第１部品１０１にオーミック接続（接触）する。例えば、第１透明電極１０５が、アノードとなり、第２透明電極１０６が、カソードとなるように電圧を印加することができる。
第１透明電極１０５および第２透明電極１０６は、例えば、酸化インジウムスズ（Indium Tin Oxide：ＩＴＯ）から構成することができる。第１部品１０１が、ＫＴＮ結晶またはＫＬＴＮ結晶から構成されていれば、ＩＴＯから構成した第１透明電極１０５および第２透明電極１０６は、第１部品１０１にオーミック接続する。例えば、第１部品１０１が、ＫＴＮ結晶またはＫＬＴＮ結晶から構成される場合、透明電極は、仕事関数が５．０ｅＶ未満の材料から構成することで、電荷の注入が実現できる。なお、第１透明電極１０５と第２透明電極１０６との距離、言い換えると第１部品１０１の板厚は、光のビーム径よりも小さいものとすることができる。
図示しない電圧源により、第１透明電極１０５および第２透明電極１０６に電圧を印加すると、第１部品１０１には、板厚方向に電界が生じる。加えて、実施の形態によれば、第１透明電極１０５および第２透明電極１０６は、第１部品１０１にオーミック接続するので、第１部品１０１には、電荷（電子）が注入されるようになる。このように、電圧の印加に加えて電荷が注入される第１部品１０１には、カソードとなる電極の方に凸となる反りが発生する。これは、後述するように、電圧の印加による電界に加え、注入される電荷による内部電荷の電界が、第１部品１０１に作用するためである。この結果、実施の形態によれば、同一の電圧を印加しても、従来に比較して第１部品１０１の変位を大きくすることができる。この結果、実施の形態によれば、電歪結晶を用いた波長可変光フィルタの駆動電圧を低下させることが可能となる。
ここで、上述した変位の大きさは、印加電圧に依存するために、電圧を変化させることで可変である。また、ファブリペロー干渉計は、共振器長が半波長の整数倍を満たす光を透過させる。従って、第１透明電極１０５および第２透明電極１０６を介して第１部品１０１に電圧を印加し、電歪効果を使用することで共振器長を変化させれば、フィルタされる波長を変化させることがでる。
ここで、電歪効果について説明する。参考文献１にあるように、ＫＴＮ結晶を挾むように２つの電極を形成し、これら電極に電圧を印加することによって電歪効果が生じ、結晶は電界方向に伸び、電界と垂直な方向に縮むように変位する。上述したように、板状の第１部品の両面に第１透明電極および第２透明電極を形成している場合、電界方向は、板厚方向である。電歪効果による歪みは、歪みをｅ、電歪係数をＱ、分極をＰとすると、下記の式で表される。
Figure 0007485091000001
分極Ｐは、電界Ｅに比例する。ＫＴＮ結晶の内部電荷が０Ｃ／ｍ3のとき、外部電圧による電界Ｅは電圧をＶ（＞０）、２つの電極の間の距離（電極間距離＝板厚）をｄとすると、Ｅ＝Ｖ／ｄと表される。これより電界Ｅは、電極間距離に反比例するため、電極間距離を短くする（板厚を薄くする）ことは駆動電圧の低下に寄与する。
この電歪効果は、ＫＴＮ結晶が立方晶のときに生じる現象である。ＫＴＮ結晶の結晶構造は温度に依存しており、結晶がキュリー温度以上にある場合に立方晶となる。また、ＫＴＮ結晶の比誘電率εｒは＞１００００で使用するため、分極Ｐは比誘電率εrに比例するとみなせる。この比誘電率εｒは温度依存性を有するため、電歪効果を安定的に生じさせるためには、温度制御も重要となる。
さらに、参考文献２にあるように、ＫＴＮ結晶に対して電極がオーミック接触になっている場合、２つの電極間に高電圧を印加すると、ＫＴＮ結晶に電子が注入される。電極間距離をｄ、真空の誘電率をε0、比誘電率をεr、電子密度をρとし、電極面と垂直な方向（板厚方向）の位置をｚとし、アノードはｚ＝－ｄ／２の位置、カソードはｚ＝ｄ／２の位置にあるとすると、ガウスの法則より、内部電荷による位置ｚにおけるＫＴＮ結晶の内部の電界Ｅｚ(in)は下記の式で表される。
Figure 0007485091000002
ＫＴＮ結晶の場合、内部電荷として電子が注入されるため、ρは負の値となる。このため位置ｚと電界Ｅｚ(in)との関係は、傾きが負のｚの１次式となる（図２）。外部電圧を印加した際には、上式に外部電圧による電界も加算されるので、ＫＴＮ結晶に与えられる電界Ｅｚは下記のとおりになる。
Figure 0007485091000003
よって、図３からもわかるように、アノード付近（ｚ＝－ｄ／２）の電界の大きさは、カソード付近（ｚ＝ｄ／２）の電界の大きさと比較して大きくなる。
また、ＫＴＮの比誘電率εrは１＜＜εrであるため、分極Ｐｚは下記の関係を満たす。
Figure 0007485091000004
Ｅx＝Ｅy＝０とすると、Ｐx＝Ｐy＝０となり、ｅxx，ｅyy，ｅzzはそれぞれ下記のように書ける。
Figure 0007485091000005
ここで、Ｑ11＞０，Ｑ12＜０であるため、Ｚ軸方向（板厚方向）には結晶が伸び、Ｘ軸方向，Ｙ軸方向に結晶は縮むことがわかる。さらに、以下の式の関係を満たす場合、ｅzzはＺ軸方向に単調減少する。つまりカソード側の歪みの大きさが小さく、アノード側の歪みの大きさが大きくなる。
Figure 0007485091000006
以上のことにより、図４の（ａ）に示すように、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の結晶の縮む量は、Ｚ軸方向の位置ｚによって異なる。なお、図４の（ａ）において、黒三角の大きさにより、上述した縮む量の大きさを示している。図４の（ａ）に示すように、アノードの側ほど、縮む量が多い。これにより、カソード側が凸となるような反りが電歪効果を有する結晶に生じる。
印加電圧が０Ｖのときと、電圧を印加した時との、カソード側の結晶表面の重心位置の差（変位）をΔｚとする。また、電圧印加がないときの、カソード側の結晶表面の重心位置の、アノード側の結晶表面の重心位置からの距離をｄ１とする。また、内部電荷がなく、電圧が印加されたときの、カソード側の結晶表面の重心位置の、アノード側の結晶表面の重心位置からの距離をｄ１’とする。また、内部電荷があり、電圧が印加されたときの、カソード側の結晶表面の重心位置の、アノード側の結晶表面の重心位置からの距離をｄ２とする。これらの距離の関係は、ｄ１＜ｄ１’＜ｄ２となる。
第１部品１０１に形成された第１反射膜１０３と、第２部品１０２に形成された第２反射膜１０４とによって構成されたファブリペロー共振器の共振器長は、第１反射膜１０３と第２反射膜１０４との距離と定義される。この共振器長が、電圧が印加された第１部品１０１の変位により短くなる。言い換えると、変位Δｚの分、共振器長が変化する［図４の（ｂ）］。上述したように、実施の形態１によれば、第１部品１０１には内部電荷があるため、電圧が印加された第１部品１０１は、アノード側に凸となるように反る。このため、内部電荷がない場合に比較して、変位Δｚが大きくなり、同じ電圧であっても、より大きな共振器長の変化が得られるようになる。
ＫＴＮ結晶に４００Ｖの定電圧を印加した時の、Ｚ軸方向の変位分布の実測値を図５に示す。図５のＸ軸，Ｙ軸は結晶の位置を示し、Ｚ軸は変位を示し、４００Ｖの電圧を印加した際のカソード面の変位を測定した結果である。変位は、レーザ変位計を用いて測定した。ＫＴＮ結晶のサイズは４×３．２×１．２ｍｍで、４×３．２の面にチタン電極が成膜されている。このチタン電極は、仕事関数が小さく高電圧（＞２００Ｖ）を印加した際には電荷が注入される。よって、図４を用いて説明したように、カソード面を凸にした変位が現れることが予想されるが、確かにＫＴＮ結晶のカソード面が凸になる変位が確認できた。なお、図５のＺ軸の数字は任意単位である。
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２に係る波長可変光フィルタについて、図６を参照して説明する。この波長可変光フィルタは、前述した実施の形態１と同様に、第１部品１０１、第２部品１０２、第１反射膜１０３、第２反射膜１０４、第１透明電極１０５、および第２透明電極１０６を備える。
実施の形態２では、第１透明電極１０５、第１部品１０１、第２透明電極１０６、および第１反射膜１０３による積層体を挟んで保持する第１保持具１０７ａ、第２保持具１０７ｂを備える。また、第１反射膜１０３と第２保持具１０７ｂとの間に配置された、厚さ方向に弾性変形する弾性シート１０８をさらに備える。弾性シート１０８は、例えば、グラファイトまたはカーボンから構成することができる。なお、図示していないが、第１保持具１０７ａにペルチェ素子を設けることができる。ペルチェ素子を設けることで、金属から構成した第１保持具１０７ａを介して、第１部品１０１の温度を一定にする制御をすることができる。このように、温度制御を実施する場合、保持具は、熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ×Ｋ）より高い金属から構成することが望ましい。
第１保持具１０７ａ、第２保持具１０７ｂは、例えば、Ａｕなどの金属から構成することができる。また、第１保持具１０７ａ、第２保持具１０７ｂは、光軸方向に貫通する穴が形成され、対象とする光が通過可能とされている。弾性シート１０８も同様に、光軸方向に貫通する穴が形成され、対象とする光が通過可能とされている。
例えば、ＫＴＮ結晶から構成した第１部品１０１は、１辺が５ｍｍの正方形で厚さ０．５ｍｍの板状とすることができる。また、ＩＴＯから構成した第１透明電極１０５および第２透明電極１０６は、平面視で１辺が５ｍｍの正方形とすることができる。また、第１反射膜１０３は、反射率９９％の誘電多層膜から構成することができる。なお、第１透明電極１０５の表面には、反射防止膜を形成することができる。また、第２部品１０２は、石英ガラスから構成することができる。また、第１保持具１０７ａ、第２保持具１０７ｂ、および弾性シート１０８には、平面視で中央部に、φ５ｍｍの穴を形成することができる。また、ペルチェ素子を設ける場合、第１保持具１０７ａと同様の外形とすることができ、第１保持具１０７ａと同様に、平面視で中央部に、φ５ｍｍの穴を形成することができる。
ところで、第１部品１０１を、金属などによる剛体による第１保持具１０７ａ、第２保持具１０７ｂで挟む構成は、高周波の電圧の印加による電歪効果で第１部品１０１が振動すると、破損する危険があることが知られている（参考文献３）。従って、弾性シート１０８を用いることで、上述した振動を吸収し、第１部品１０１の破損を防止することができる。
ここで、弾性シートは、第１部品の両面に設けることもできるが、片側（カソード側）だけに設けることで、より大きな変位が得られるようになる。この点について、図７Ａ、図７Ｂを参照して説明する。
図７Ａに示すように、第１部品２０１の両面に、弾性シート２０８ａおよび弾性シート２０８ｂを設け、これらを、第１保持具２０７ａと第２保持具２０７ｂとで挟んだ場合を考える。内部電荷がある第１部品２０１に電圧を印加すると、図７Ａに示すように、第１部品２０１は、カソード側が凸となるように反る。この状態において、カソード側の結晶表面の重心位置の、アノード側の結晶表面の重心位置からの距離はｄ２となる。
ここで、沿った第１部品２０１の、カソード側の中央部は、弾性シート２０８ａの側に入り込み、アノード側の端部は、弾性シート２０８ｂの側に入り込む。この状態では、第１部品２０１のアノード側の結晶表面の重心位置は、あまり変化せず、端部は、弾性シート２０８ｂの側に、反ったことによる変位の量Δ１入り込む。この結果、第１部品２０１のカソード側の結晶表面の重心位置は、電圧を印加していないｄ１の状態より、ｄ２－ｄ１だけ、第２部品（不図示）の側に移動する。
一方、図７Ｂに示すように、第１部品２０１の第２部品（不図示）の側に、弾性シート２０８を設け、これらを、第１保持具２０７ａと第２保持具２０７ｂとで挟んだ場合を考える。内部電荷がある第１部品２０１に電圧を印加すると、図７Ｂに示すように、第１部品２０１は、カソード側が凸となるように反る。この状態において、カソード側の結晶表面の重心位置の、アノード側の結晶表面の重心位置からの距離はｄ２となる。
ここで、沿った第１部品２０１のカソード側の中央部は、弾性シート２０８の側に入り込むが、アノード側には、剛体である第１保持具２０７ａがあるので、アノード側の端部が第１保持具２０７ａの側に入り込むことはない。この状態では、第１部品２０１のアノード側の結晶表面の重心位置は、初期の第１保持具２０７ａの表面から、反ったことによる変位の量Δ１だけカソード側に移動する。この結果、第１部品２０１のカソード側の結晶表面の重心位置は、電圧を印加していないｄ１の状態より、ｄ２－ｄ１＋Δ１だけ、第２部品（不図示）の側に移動する。このように、弾性シートを、第１部品のカソード側だけに設けることで、より大きな変位が得られるようになる。
電歪によるＫＴＮ結晶の変位と駆動電圧の関係を有限要素法で計算した結果を図８に示す。第１部品をＫＴＮ結晶から構成し、１辺が５ｍｍの正方形で厚さ０．５ｍｍの板状とする。また、内部電荷－６０Ｃ／ｍ3の状態で、平面視で５×５ｍｍの正方形の両面に電圧を印加したと想定した計算結果である。図８において、三角は、電圧の印加の変位に加えて反りの変位が加わった結果を示している。変位が、上述した「ｄ２－ｄ１＋Δ１」の場合である。また、図８において、四角は、反りの変位が、上述した「ｄ２－ｄ１」の結果を示している。また、図８において、丸は、反りによる変位がない場合の結果を示している。
内部電荷がなく、反りが生じない場合は、丸に示すように、４００ｎｍの変位を得るために６００Ｖの電圧が必要になるが、反りがある場合は、四角に示すように、２００Ｖでよいことがわかる。このように反りがない状態に比べ、反りがある状態の方がより少ない駆動電圧で変位を多く取ることができる。また、変位を「ｄ２－ｄ１＋Δ１」とすることができる条件では、△に示すように、４００ｎｍの変位を達成するのに、１００Ｖの電圧でよいことがわかる。このように、条件によって、１／６倍程度必要な電圧を下げることが可能である。これは、波長１３００ｎｍを中心に１００ｎｍ掃引するために必要な電圧が１００Ｖｐｐでよいことに相当する。
［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３に係る波長可変光フィルタについて、図９Ａ、図９Ｂを参照して説明する。この波長可変光フィルタは、前述した実施の形態１と同様に、第１部品１０１、第２部品１０２’、第１反射膜１０３、第２反射膜１０４ａ、第１透明電極１０５、および第２透明電極１０６を備える。また、前述した実施の形態２と同様に、第１保持具１０７ａ、第２保持具１０７ｂを備え、第１反射膜１０３と第２保持具１０７ｂとの間に配置された弾性シート１０８を備える。
実施の形態３では、第２部品１０２’を、円柱形状とし、この一端面に第２反射膜１０４ａを形成する。例えば、第２保持具１０７ｂの光軸方向に貫通する穴１７１の穴径をφ５ｍｍとすると、第２部品１０２’の形は、穴１７１の穴径より小さい、φ２．５～４．５ｍｍとすることができる。このようにすることで、第２部品１０２’を穴１７１に貫入させて配置し、穴１７１を保持部として、第２部品１０２’を保持する構成とすることができる。この構成によれば、光軸方向により厚い第２保持具１０７ｂを用いても、第２反射膜１０４ａと第１反射膜１０３との距離を小さくした共振器を構成することが可能になる。
［実施の形態４］
次に、本発明の実施の形態４に係る波長可変光フィルタについて、図１０を参照して説明する。この波長可変光フィルタは、前述した実施の形態１と同様に、第１部品１０１、第２部品１０２、第１反射膜１０３、第２反射膜１０４、第１透明電極１０５、および第２透明電極１０６を備える。また、前述した実施の形態２と同様に、第１保持具１０７ａ、第２保持具１０７ｂを備え、第１反射膜１０３と第２保持具１０７ｂとの間に配置された弾性シート１０８を備える。
実施の形態４では、さらに、第１透明電極１０５と第１保持具１０７ａとの間に配置された弾性シート（他の弾性シート）１０９を備える。弾性シート１０９は、弾性率または硬度が、弾性シート１０８よりも大きい材料から構成する。この構成とすることで、第１部品１０１が反った場合に、弾性シート１０９の側への第１部品１０１の端部の入り込み量が抑制でき、カソード側への変位量の低下が抑制できる。
この点について、図１１を参照して説明する。第１部品２０１の両面に、弾性シート２０８および弾性シート２０９を設け、これらを、第１保持具２０７ａと第２保持具２０７ｂとで挟んだ場合を考える。弾性シート２０９は、弾性率または硬度が、弾性シート２０８よりも大きい材料から構成されている。
内部電荷がある第１部品２０１に電圧を印加すると、第１部品２０１は、カソード側が凸となるように反る。この状態において、カソード側の結晶表面の重心位置の、アノード側の結晶表面の重心位置からの距離はｄ２となる。
ここで、沿った第１部品２０１の、カソード側の中央部は、弾性シート２０８の側に入り込み、アノード側の端部は、弾性シート２０９の側に入り込む。例えば、第１部品２０１の端部が、弾性シート２０９の側に反ったことによる変位の量Δ２入り込む。ここで、アノード側における、弾性シート２０９の側に反ったことによる、中央部から見た端部の変位量をΔ１とすると、弾性シート２０９の弾性率または硬度が、弾性シート２０８よりも大きいため、Δ２＜Δ１となる。この結果、第１部品２０１のカソード側の結晶表面の重心位置は、電圧を印加していないｄ１の状態より、ｄ２－ｄ１＋Δ１－Δ２だけ、第２部品（不図示）の側に移動する。
上述した変位量「ｄ２－ｄ１＋Δ１－Δ２」は、図７Ａを用いて説明した変位量「ｄ２－ｄ１」より、「Δ１－Δ２」大きいものとなる。また、第１保持具１０７ａの側にも弾性シート１０９を設けているので、弾性シート１０８のみの場合に比較し、さらに、振動による第１部品１０１の破損を防ぐことが可能となる。
以上に説明したように、電歪効果を有して光が透過する材料から構成された第１部品に電荷を注入するので、電歪結晶を用いた波長可変光フィルタの駆動電圧を低下させることができるようになる。
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
［参考文献］
［参考文献１］S. Kawamura et al., "Temperature independent electrostrictive coefficients of K0.95Li0.05Ta0.73Nb0.27O3 single crystals", Journal of Applied Physics, vol. 122, 114101, 2017.
［参考文献２］T. Imai et al., "Anomalous index modulations in electrooptic KTa1-xNbxO3 single crystals in relation to electrostrictive effect", Optics Express, vol. 23, no. 22, pp. 28784-28791, 2015.
［参考文献３］特開２０１３－１９５９１６号公報
１０１…第１部品、１０１ａ…第１入射面、１０１ｂ…第１出射面、１０２…第２部品、１０２ａ…第２入射面、１０２ｂ…第２出射面、１０３…第１反射膜、１０４…第２反射膜、１０５…第１透明電極、１０６…第２透明電極、１３１…光軸。

Claims (8)

  1. 第１入射面と前記第１入射面と反対側に配置された第１出射面とを備え、電歪効果を有して光が透過する材料から構成され、前記第１入射面と前記第１出射面とが光軸上に配置された板状の第１部品と、
    第２入射面と前記第２入射面と反対側に配置された第２出射面とを備え、前記光が透過する材料から構成され、前記第２入射面と前記第２出射面とが前記光軸上に配置され、前記光軸上で前記第１入射面と前記第２入射面との距離が一定とされた板状の第２部品と、
    前記第１出射面に形成された部分的に前記光を反射する第１反射膜と、
    前記第２入射面に形成され、部分的に前記光を反射する第２反射膜と、
    前記第１部品の板厚方向に電圧を印加する電圧印加部と、
    前記第１部品に電荷を注入する電荷注入部と
    を備え、
    前記第１反射膜と前記第２反射膜とによりファブリペロー干渉計が構成され、
    前記第１入射面に形成された、前記第１部品にオーミック接続する第１透明電極と、
    前記第１出射面と前記第１反射膜との間に形成された、前記第１部品にオーミック接続する第２透明電極と
    を備え、
    前記第１透明電極および前記第２透明電極により、前記電圧印加部および前記電荷注入部が構成されていることを特徴とする波長可変光フィルタ。
  2. 請求項１記載の波長可変光フィルタにおいて、
    前記第１出射面と前記第２入射面とは、互いに向かい合って配置され、
    前記第１入射面と前記第１出射面とは、互いに平行である
    ことを特徴とする波長可変光フィルタ。
  3. 請求項１または２記載の波長可変光フィルタにおいて、
    前記第１部品は、ＫＴＮ［ＫＴａ1-αＮｂαＯ3（０＜α＜１）］結晶、またはリチウムを添加したＫＬＴＮ［Ｋ1-βＬｉβＴａ1-αＮｂαＯ3（０＜α＜１，０＜β＜１）］結晶のいずれかから構成され、
    前記第１透明電極および前記第２透明電極は、酸化インジウムスズから構成されていることを特徴とする波長可変光フィルタ。
  4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の波長可変光フィルタにおいて、
    前記第１透明電極、前記第１部品、前記第２透明電極、および前記第１反射膜による積層体を挟んで保持する保持具
    をさらに備えることを特徴とする波長可変光フィルタ。
  5. 請求項４記載の波長可変光フィルタにおいて、
    前記第１反射膜と前記保持具との間に配置された弾性シートをさらに備えることを特徴とする波長可変光フィルタ。
  6. 請求項５記載の波長可変光フィルタにおいて、
    前記弾性シートは、グラファイトまたはカーボンから構成されている
    ことを特徴とする波長可変光フィルタ。
  7. 請求項５または６記載の波長可変光フィルタにおいて、
    前記第１透明電極と前記保持具との間に配置された、前記弾性シートより弾性率または硬度が大きい他の弾性シートをさらに備えることを特徴とする波長可変光フィルタ。
  8. 請求項４～７のいずれか１項に記載の波長可変光フィルタにおいて、
    前記保持具は、
    前記第１透明電極の側に配置される第１保持具と、前記第１反射膜の側に配置される第２保持具とを有し、
    前記第２保持具は、光軸方向に貫通する保持部を有し、
    前記第２部品は、前記第２保持具の前記保持部に保持される
    ことを特徴とする波長可変光フィルタ。
JP2022574906A 2021-01-13 2021-01-13 波長可変光フィルタ Active JP7485091B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2021/000807 WO2022153389A1 (ja) 2021-01-13 2021-01-13 波長可変光フィルタ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2022153389A1 JPWO2022153389A1 (ja) 2022-07-21
JP7485091B2 true JP7485091B2 (ja) 2024-05-16

Family

ID=82446981

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022574906A Active JP7485091B2 (ja) 2021-01-13 2021-01-13 波長可変光フィルタ

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP7485091B2 (ja)
WO (1) WO2022153389A1 (ja)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001208911A (ja) 2000-01-26 2001-08-03 Fujitsu Ltd エアギャップ型エタロンおよびそれを用いた装置
WO2004111717A1 (ja) 2003-06-13 2004-12-23 Nippon Telegraph And Telephone Corporation 波長可変光フィルタ
US20100027096A1 (en) 2008-07-31 2010-02-04 Jing Jong Pan Tunable Optical Filter and Method of Manufacture Thereof
JP2011248231A (ja) 2010-05-28 2011-12-08 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 電気光学デバイス
US20140362442A1 (en) 2013-06-06 2014-12-11 Zhuhai FTZ Oplink Communications, Inc. Tunable optical filter
JP2017126037A (ja) 2016-01-15 2017-07-20 日本電信電話株式会社 波長可変光フィルタ
CN109884837A (zh) 2019-04-26 2019-06-14 昆山锐芯微电子有限公司 光波滤波器

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995023993A1 (en) * 1994-03-03 1995-09-08 E-Tek Dynamics, Inc. A multielectrode, tunable optical filter

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001208911A (ja) 2000-01-26 2001-08-03 Fujitsu Ltd エアギャップ型エタロンおよびそれを用いた装置
WO2004111717A1 (ja) 2003-06-13 2004-12-23 Nippon Telegraph And Telephone Corporation 波長可変光フィルタ
US20100027096A1 (en) 2008-07-31 2010-02-04 Jing Jong Pan Tunable Optical Filter and Method of Manufacture Thereof
JP2011248231A (ja) 2010-05-28 2011-12-08 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 電気光学デバイス
US20140362442A1 (en) 2013-06-06 2014-12-11 Zhuhai FTZ Oplink Communications, Inc. Tunable optical filter
JP2017126037A (ja) 2016-01-15 2017-07-20 日本電信電話株式会社 波長可変光フィルタ
CN109884837A (zh) 2019-04-26 2019-06-14 昆山锐芯微电子有限公司 光波滤波器

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2022153389A1 (ja) 2022-07-21
WO2022153389A1 (ja) 2022-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7548678B2 (en) Optical element and method for producing the same
US8897614B2 (en) Electro-optical element
EP2233966B1 (en) Method of variably converging or diverging light using a variable focal lenght lens
WO2019187681A1 (ja) 光デバイスおよび光検出システム
EP2442172B1 (en) Variable focus lens and microscope
JP2010026079A (ja) 光デバイス
JP6660314B2 (ja) ２次元光偏向器
JP2012074597A (ja) 波長可変光源
JP7485091B2 (ja) 波長可変光フィルタ
EP0878881A1 (en) Optical device
JP5991914B2 (ja) ビームスキャナおよび偏向光源
JP5411089B2 (ja) 可変焦点レンズ
US4974923A (en) Gap tuned optical waveguide device
US7898730B2 (en) Apparatus and methods of broadband second harmonic generation
US20190271799A1 (en) Optical components having hybrid nano-textured anti-reflective coatings and methods of manufacture
WO2014122896A1 (ja) 光偏向素子及び光偏向装置
JP7359307B2 (ja) 波長可変装置
WO2020209049A1 (ja) 光デバイス、およびその製造方法
JP2018085416A (ja) 波長可変ミラーおよび波長可変レーザ
WO2022049771A1 (ja) エタロン、エタロン装置、エタロンの制御方法および屈折率の決定方法
WO2022079846A1 (ja) 光偏向器
WO2021214897A1 (ja) 波長変換装置
Debi Prasad et al. Comparative study of LiNbO 3 and servo controlled air gap Fabry-Perot etalons for solar application
JP2015230467A (ja) 光偏向器
JP6335111B2 (ja) 可変焦点レンズ

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230427

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240213

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240304

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240402

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240415

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7485091

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150